本公開涉及光檢測裝置、光檢測系統(tǒng)以及光檢測方法等。

背景技術(shù)：

光為電磁波，除了波長、強度以外，還以偏振或者干涉性等特性為特征。其中，作為利用光的干涉性來測定被攝體的方法，例如可列舉“光學(xué)の原理”(東海大學(xué)出版會、p.482、m·ボルンほか)(“光學(xué)原理”(東海大學(xué)出版社、p.482、m·波恩等))所示的邁克爾遜的干涉儀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的一形態(tài)所涉及的光檢測裝置具備：光檢測器，具有主面，包含沿著所述主面配置的第1檢測器以及第2檢測器；光耦合層，配置在所述光檢測器上或者上方；以及偏振元件陣列，配置在所述光耦合層上。所述光耦合層包含：第1低折射率層；第1高折射率層，配置在所述第1低折射率層上，包含第1光柵以及與所述第1光柵相鄰的第2光柵；以及第2低折射率層，配置在所述第1高折射率層上。所述第1高折射率層具有比所述第1低折射率層以及所述第2低折射率層高的折射率。所述偏振元件陣列包含：使在一方向上偏振的光透過的第1偏振元件、以及與所述第1偏振元件相鄰且對在所述一方向上偏振的光進(jìn)行遮光的第2偏振元件。所述第1光柵以及所述第1偏振元件分別與所述第1檢測器對置。所述第2光柵以及所述第2偏振元件分別與所述第2檢測器對置。

上述的概括或者具體的形態(tài)可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程序或者記錄介質(zhì)來實現(xiàn)?；蛘?，也可以通過系統(tǒng)、裝置、方法、集成電路、計算機程序以及記錄介質(zhì)的任意組合來實現(xiàn)。

附圖說明

圖1a是本公開的研討例所涉及的光檢測系統(tǒng)100的示意圖。

圖1b表示入射至光檢測裝置13所具備的一個透光區(qū)域9a的散射光5的情形。

圖2a是在研討例中沿著光入射的方向的面處的光檢測裝置13的剖視圖。

圖2b是表示與研討例中的包含光檢測裝置13所具有的遮光膜9的xy面平行的面的情形的俯視圖。

圖3a是表示研討例中的透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的圖案的俯視圖。

圖3b是表示研討例中的位于透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的正下方的光柵的圖案的俯視圖。

圖3c是表示研討例中的各構(gòu)成要素的位置關(guān)系的剖視圖。

圖4a是表示研討例中的電磁解析的構(gòu)成的剖視圖。

圖4b是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第1圖。

圖4c是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第2圖。

圖4d是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第3圖。

圖4e是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第4圖。

圖4f是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第5圖。

圖4g是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第6圖。

圖4h是表示在研討例中單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形的第7圖。

圖5a是表示研討例中的入射至四個透光區(qū)域9a的光、與位于其下方的三個檢測器10a、10a、10a’之間的位置關(guān)系的剖視圖。

圖5b是表示對入射光的隨機系數(shù)a與檢測信號之間的關(guān)系進(jìn)行解析后的結(jié)果的圖。

圖6表示入射至圖5a所示的透光區(qū)域9a之一的波串的一例。

圖7a表示對研討例進(jìn)行的解析中的整體的光學(xué)配置。

圖7b是表示在對研討例進(jìn)行的解析中獲得的光強度的分布的圖。

圖7c是表示在對研討例進(jìn)行的解析中獲得的光程長度的平均的分布的圖。

圖7d是表示在對研討例進(jìn)行的解析中獲得的光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差的分布的圖。

圖7e表示在對研討例進(jìn)行的解析中獲得的檢測信號的分布的例子。

圖7f表示在對研討例進(jìn)行的解析中獲得的檢測信號的分布的另一例。

圖8a是表示本公開的實施方式1中的s波透光區(qū)域(第1偏振區(qū)域)9s以及p波透光區(qū)域(第2偏振區(qū)域)9p的排列的俯視圖。

圖8b是表示本公開的實施方式1中的光耦合層12中形成的光柵的方位的俯視圖。

圖8c是與示意性地表示本公開的實施方式1中的各構(gòu)成要素的配置關(guān)系的xz面平行的剖視圖。

圖8d是與示意性地表示本公開的實施方式1中的各構(gòu)成要素的配置關(guān)系的yz面平行的剖視圖。

圖9是示意性地表示本公開的實施方式1中的構(gòu)成的圖。

圖10a是表示本公開的實施方式2中的s波透光區(qū)域9s以及p波透光區(qū)域9p的排列的俯視圖。

圖10b是表示實施方式2中的光耦合層12中形成的光柵的方位的俯視圖。

圖10c是表示實施方式2中的包含光檢測器10的構(gòu)成要素間的位置關(guān)系的xz面剖視圖。

圖11a是示意性表示作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀200的圖。

圖11b是用于說明利用干涉儀200得到的光的干涉性或者相位的評價方法的圖。

圖12是表示從光源30射出并沿著z方向傳播的光在某時刻t0的情形的概念圖。

圖13a是用于說明以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系的第1圖。

圖13b是用于說明以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系的第2圖。

圖13c是用于說明以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系的第3圖。

圖13d是用于說明以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系的第4圖。

圖13e是用于說明以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系的第5圖。

圖14a表示第2現(xiàn)有例中的光檢測系統(tǒng)300的示意性的剖視圖。

圖14b是表示圖14a所示的光檢測系統(tǒng)300的、光源42的振蕩與光檢測器50的檢測信號之間的關(guān)系的說明圖。

符號說明

100光檢測系統(tǒng)

1控制電路

2光源

3出射光

4被攝體

5、5a、5a散射光

7聚光透鏡

8a實質(zhì)性的物體

8b像面位置的像

9光耦合層

9a透光區(qū)域

9a遮光區(qū)域

10光檢測器

11a、11a微透鏡

13光檢測裝置

14運算電路

15電機

具體實施方式

在說明本公開的實施方式之前，下面說明對測定光的干涉性或者相位的以往的方法進(jìn)行詳細(xì)研討后的結(jié)果。

圖11a是示意性地表示作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀200的圖。圖11b是用于說明利用該干涉儀200得到的光的干涉性或者相位的評價方法的圖。如圖11a所示，從光源30射出的光31被第1聚光透鏡35a聚光而成為平行光32。該平行光32的一部分透過半透半反鏡33而朝向第1反射鏡34a(光32a)，被反射鏡34a反射而朝向半透半反鏡33(光32b)，被半透半反鏡33反射而朝向第2聚光透鏡35b(光32c)，從而入射至位于聚光透鏡35b的焦平面的光檢測器36(光32d)。另一方面，平行光32的另一部分被半透半反鏡33反射而朝向第2反射鏡34a(光32a)，被反射鏡34a反射而朝向半透半反鏡33(光32b)，透過半透半反鏡33而朝向聚光透鏡35b(光32c)，從而以與光32d重疊的形式入射至光檢測器36(光32d)。光檢測器36檢測光32d和光32d干涉而獲得的光。第2反射鏡34a構(gòu)成為位置沿著反射面的法線方向(箭頭a)而變化。伴隨著第2反射鏡34a的位移，光32d相對于光32d的相對相位變化。

圖11b表示由光檢測器36檢測的電信號的一例。在圖11b中，縱軸表示由光檢測器36檢測的信號強度，橫軸表示時間。如圖11b所示，隨著時間的經(jīng)過(即，反射鏡34a的位移)，信號強度在a～b的范圍內(nèi)變化。在此，將(b-a)/(b+a)的值稱作干涉中的對比度，由該值來定義光31的干涉性(相干)的程度。對比度的值伴隨著第2反射鏡34a在光軸方向上的位移而變化。

在固定反射鏡34a且在半透半反鏡33與反射鏡34a之間配置透明的被攝體4的情況下，相同的原理也成立。即，在由光檢測器36檢測的信號強度中，與被攝體的形狀相應(yīng)的強度差被表現(xiàn)為空間上的分布，形成有所謂的干涉條紋。能夠通過測定該干涉條紋的形狀或者間隔來計測被攝體的形狀(相位信息)。

圖12是用于說明光的干涉現(xiàn)象的圖。圖12是表示從光源30射出并沿著z方向傳播的光在某時刻t0的情形的概念圖。如圖12所示，從光源30陸續(xù)射出波串37a、37b等。波串的長度σ0稱作相干長度。在一個波串內(nèi)波是連續(xù)的，波長也均勻。若波串不同，則相位的相關(guān)性會消失(在波串37a中相位為δ0，在波串37b中相位為δ0’，δ0≠δ0’)、有時波長也不同(在波串37a中波長為λ0，在波串37b中波長為λ0’，λ0≠λ0’)。例如，在圖11a所示的光學(xué)系統(tǒng)中，考慮調(diào)整第2反射鏡34a的位移來使得圖12所示的波串37a之中的部分37a和部分37a’發(fā)生干涉的情況。在部分37a內(nèi)的波和部分37’內(nèi)的波之中，波長相等，波的相位差也在時間上穩(wěn)定(保持為某值不變)。因此，干涉后的光的明暗(干涉光的振幅的大小)也在時間上穩(wěn)定(維持某明亮度)。即，干涉光根據(jù)相位差的量(反射鏡34a的位移)而看起來較亮或者看起來較暗(該狀態(tài)稱作相干)。下面，考慮使得波串37a的部分37a和波串37b的部分37b發(fā)生干涉的情況。此時，不保證部分37a內(nèi)的波和部分37b內(nèi)的波的波長相等，這兩個波的相位差也在時間上隨機變化。因此，干涉后的光的明暗(干涉光的振幅的大小)在時間上隨機變化。該變化以飛秒的時間標(biāo)度產(chǎn)生。因此，干涉光高速地反復(fù)明暗，人眼只能看到平均的明亮度(該狀態(tài)稱作非相干)。激光光的波串長，相干長度為幾mm～幾百m程度，是相干光的代表。另一方面，太陽光的波串短，相干長度為1μm程度(參照后述的與圖13a～13e有關(guān)的說明)，是非相干光的代表。在以如圖11a那樣的構(gòu)成使得光發(fā)生干涉的情況下，若使用如激光那樣相干長度長的光，則在相同的波串內(nèi)發(fā)生干涉的概率變高，因此對比度提高(即，上述的對比度的值接近1)。另一方面，若使用如太陽光那樣相干長度短的光，則在不同的波串間發(fā)生干涉的概率變高，因此對比度下降(即，上述的對比度的值接近0)。

圖13a～圖13e表示以波長λ0為中心的光的、波長的擴展(縱模寬度)與相干長度之間的關(guān)系。圖13a表示以波長λ0為中心且波長的擴展為零的情況。在該情況下，如圖13b所示，相干長度變得無限大。圖13c表示以波長λ0為中心且波長的擴展(半值寬度)為δλ的情況。在該情況下，如圖13d所示，相干長度σ0成為λ0²/δλ。縱模寬度與相干長度存在傅里葉變換的關(guān)系。該定理稱作維納-辛欽定理。這能夠如下那樣進(jìn)行說明。圖13e將以波長λ0為中心且波長的擴展為δλ的光置換為波長λ0-δλ/2的光26和波長λ0+δλ/2的光27這兩個光來表示。光26和光27干涉而產(chǎn)生的節(jié)拍的周期為λ0²/δλ，載波的波長成為光26的波長和光27的波長的平均值λ0。在節(jié)拍的周期內(nèi)，光的振動波形均勻地連續(xù)，但若周期不同，則光的振動波形失去連續(xù)性，相位的相關(guān)性也消失。即，節(jié)拍的周期λ0²/δλ成為相干長度。太陽光為非相干的原因在于波長的擴展(縱模寬度)δλ大，若將中心波長λ0設(shè)為0.55μm、將波長的擴展δλ設(shè)為0.30μm，則相干長度σ0成為λ0²/δλ＝1.0μm。

接下來，將與“近赤外生體分光法の展望-1μm波長域の可能性”(第14回醫(yī)用近赤外線分光法研究會、p.139-144、西村吾朗)(“近紅外生物體分光法的展望-1μm波段的可能性”(第14次醫(yī)用近紅外線分光法研究會、p.139-144、西村吾朗))所公開的光檢測系統(tǒng)類似的構(gòu)成作為第2現(xiàn)有例來說明。第2現(xiàn)有例中的光檢測系統(tǒng)按照光的每一傳播距離來測定光的強度分布。圖14a表示第2現(xiàn)有例中的光檢測系統(tǒng)300的示意性的剖視圖。光源42射出激光光。如圖14a所示，從光源42射出的波長λ0的光43照射至被攝體44。其結(jié)果，在被攝體44的表面或者內(nèi)部所產(chǎn)生的散射光45a、45b、45c被聚光透鏡47聚光，作為像48b而成像于聚光透鏡47的像面位置。與像48b對應(yīng)地，在透鏡的物側(cè)存在實質(zhì)性的物體(物點的匯集)48a。在像面位置配置有光檢測器50。光檢測器50是多個像素的集合體，按照每個像素來檢測所入射的光的光量。光源42與控制器41連接，由控制器41來控制發(fā)光。由光檢測器50檢測出的光量作為檢測信號而在運算電路51中處理?？刂破?1以及運算電路51由計算機52一并控制。

圖14b是表示圖14a所示的光檢測系統(tǒng)300的、光源42的振蕩與光檢測器50的檢測信號之間的關(guān)系的說明圖。光源42在控制器41的控制之下振蕩出脈沖43a?；谠撁}沖43a產(chǎn)生的光43在被攝體44的內(nèi)部散射并被光檢測器50接收，被檢測為信號53。在圖14b中，縱軸表示光源42的振蕩強度或者光檢測器50的檢測強度，橫軸表示經(jīng)過時間。檢測信號53受散射所引起的光程長度的偏差的影響而使得時間寬度比原始的脈沖43a寬。檢測信號53之中前頭的輸出53a是在被攝體44的表面反射的光45a的信號。輸出53a之后的時間t0～t1之間的輸出53b是在被攝體44的內(nèi)部散射且散射距離短的光45b的信號。輸出53b之后的時間t1～t2之間的輸出53c是散射距離長的光45c的信號。通過計算機52的控制，運算電路51對檢測信號53進(jìn)行時間分割，從而能夠?qū)⑿盘?3a、53b、53c的輸出分離開來檢測。由于光按照輸出53a、53b、53c的順序通過被攝體的較淺的一側(cè)～較深的一側(cè)，因此能夠?qū)⑸疃炔煌男畔⒎蛛x開來分析。

根據(jù)本申請發(fā)明者們的研討，為了利用作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀200來測定光的干涉性(相干)的程度或者相位，需要來自反射鏡34a的參照光32b、32c，構(gòu)成變得復(fù)雜。

另一方面，根據(jù)本申請發(fā)明者們的研討，由于作為第2現(xiàn)有例的光檢測系統(tǒng)在時間分割寬度上存在限度，因此無法在診斷時充分確保深度方向的分辨率。例如，若將時間分割寬度設(shè)為300皮秒(ps)，則深度分辨率成為90mm程度。在該分辨率下，不適合如生物體那樣具有較小構(gòu)造的對象的診斷或者檢查。

以下，在說明本公開的實施方式之前，說明為了解決現(xiàn)有例的課題而研討的方式(研討例)。

(研討例)

圖1a是本研討例所涉及的光檢測系統(tǒng)100的示意圖。光檢測系統(tǒng)100具備：光源2、聚光透鏡7、光檢測裝置13、控制電路1和運算電路14。

光源2向被攝體(對象物)4照射一定的相干長度σ0的光3。光源2例如射出作為相干光的代表的激光光。光源2通過執(zhí)行記錄有一定的強度的光的程序，由此來控制光檢測裝置13的光檢測、運算電路14的運算處理、光源2的發(fā)光光量、點亮定時、連續(xù)點亮?xí)r間、或者發(fā)光波長或相干長度?？刂齐娐?例如可以是中央運算處理裝置(cpu)或者微型計算機(微機)等的集成電路?？刂齐娐?以及運算電路14可以由綜合的一個電路來實現(xiàn)。

光檢測系統(tǒng)100除了圖示的構(gòu)成要素以外，例如還可以具備顯示運算電路14運算處理后的結(jié)果的顯示器。

如后所述，光檢測裝置13具有與多個檢測器(也有時稱作“光檢測單元”)對置的多個透光區(qū)域以及多個遮光區(qū)域。從被攝體入射的光透過透光區(qū)域但在遮光區(qū)域被遮光。透過了一個透光區(qū)域的光入射至與該透光區(qū)域?qū)χ玫囊粋€檢測器。

圖1b表示入射至光檢測裝置13所具備的一個透光區(qū)域9a的散射光5的情形。被攝體4為散射體。在被攝體4的內(nèi)部傳播的光線以衰減系數(shù)μa來衰減，以散射系數(shù)μs來反復(fù)散射。圖1b作為一例而示出從兩個不同的位置向透光區(qū)域9a入射了兩束光線的情形。入射至透光區(qū)域9a的這些光會入射至與透光區(qū)域9a對置的檢測器，來檢測其光量。

圖2a以及圖2b表示本研討例中的光檢測裝置13的構(gòu)成。在這些圖中，為了便于說明，示出正交的三個軸(x軸、y軸、z軸)(關(guān)于其他圖也同樣)。圖2a是沿著光入射的方向的面處的光檢測裝置13的剖視圖。圖2b是表示與包含光檢測裝置13所具有的遮光膜9的xy面平行的面的情形的俯視圖。圖2a表示與包含圖2b的虛線所包圍的區(qū)域的xz面平行的剖面。將圖2a的剖面構(gòu)造作為一個單位構(gòu)造，該單位構(gòu)造在xy面內(nèi)呈二維地周期性排列。

如圖2a所示，光檢測裝置13依次具備光檢測器10、光耦合層12和遮光膜9。在圖2a的例子中，它們沿著z方向?qū)盈B。此外，在圖2a的例子中，光檢測裝置13在遮光膜9上依次具備透明基板9b、和選擇性地使光源2射出的波段的光透過的帶通濾波器9p。

光檢測器10具備在光檢測器10的面內(nèi)方向(沿著xy面的方向)上呈二維排列的多個檢測器(光檢測單元)10a、10a。光檢測器10從光入射的一側(cè)起具備微透鏡11a、11a、透明膜10c、布線等金屬膜10d、si或者有機膜等所形成的感光部。位于金屬膜10d的間隙的感光部相當(dāng)于檢測器10a、10a。各檢測器10a、10a在從光源2射出的光的波段具有檢測靈敏度。多個微透鏡11a、11a分別配置為與多個檢測器10a、10a之中的一個檢測器對置。被微透鏡11a、11a聚光并入射至金屬膜10d的間隙的光由檢測器10a、10a來檢測。

光耦合層12配置在光檢測器10上，在光檢測器10的垂直方向(z軸方向)上依次具備第1透明層12c、第2透明層12b以及第3透明層12a。第1透明層12c以及第3透明層12a例如由sio2等構(gòu)成。第2透明層12b例如由ta2o5等構(gòu)成。第2透明層12b的折射率比第1透明層12c以及第3透明層12a的折射率高。在本說明書中，有時將第1透明層12c、第2透明層12b以及第3透明層12a分別稱作第1低折射率層、第1高折射率層以及第2低折射率層。此外，有時將第1透明層12c以及第3透明層12a稱作低折射率透明層，將第2透明層12b稱作高折射率透明層。在本公開中，“低折射率”以及“高折射率”的用語只是表示折射率的相對關(guān)系，并非限定該層的絕對折射率的值。

光檢測裝置13也可以具有將高折射率透明層12b和低折射率透明層12c依次進(jìn)一步重復(fù)的構(gòu)造。圖2a的例子中的光檢測裝置13具有將高折射率透明層12b和低折射率透明層12c重復(fù)合計6次的構(gòu)造。由于高折射率透明層12b被低折射率透明層12c、12a夾著，因此作為波導(dǎo)層來發(fā)揮功能。在高折射率透明層12b與低折射率透明層12c、12a的界面，整個面形成有間距(周期)為λ的直線狀的光柵12d。光柵12d的柵格向量與光耦合層12的面內(nèi)方向(平行于xy面)上的x軸平行。光柵12d的與xz面平行的剖面的形狀，在層疊的高折射率透明層12b以及低折射率透明層12c中也被依次轉(zhuǎn)印。在針對層疊方向而透明層12b、12c的成膜的指向性高的情況下，通過將光柵的xz剖面設(shè)為s字或者v字狀，從而易于維持形狀的轉(zhuǎn)印性。另外，光柵12d至少設(shè)置于高折射率透明層12b的一部分即可。高折射率透明層12b具備光柵12d，從而入射光能夠與在高折射率透明層12b中傳播的光(波導(dǎo)光)耦合。

光耦合層12與光檢測器10之間的間隙可以較窄，也可以密接。也可以在該間隙(包含微透鏡11a與11a之間的空間)填充粘接劑等透明媒介物。在填充透明媒介物的情況下，為了在微透鏡11a、11a獲得透鏡效果，只要微透鏡11a、11a的構(gòu)成材料具有比填充的透明媒介物充分大的折射率即可。

遮光膜9具有多個遮光區(qū)域9a和多個透光區(qū)域9a。在圖2a的例子中，通過在后述的透明基板9b上圖案化由al等構(gòu)成的金屬反射膜，由此形成遮光區(qū)域9a以及透光區(qū)域9a。即，形成有金屬反射膜的區(qū)域為遮光區(qū)域9a，未形成金屬反射膜的區(qū)域為透光區(qū)域9a。另外，遮光區(qū)域9a至少在光耦合層的一側(cè)具有光反射性即可。圖2a所示的透光區(qū)域9a對應(yīng)于圖2b所示的透光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4等。圖2a所示的遮光區(qū)域9a對應(yīng)于圖2b所示的遮光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4等。即，遮光膜9在遮光膜9的面內(nèi)方向(xy面內(nèi))具有多個遮光區(qū)域9a和多個透光區(qū)域9a。多個遮光區(qū)域9a分別與一個檢測器10a對置。多個透光區(qū)域9a分別與一個檢測器10a對置。如圖2b所示，多個遮光區(qū)域9a(9a1～9a4)形成方格圖案。這些遮光區(qū)域9a(9a1～9a4)也可以形成方格圖案以外的圖案，例如可以是條紋圖案。“條紋圖案”是指下述圖案：多個遮光區(qū)域9a在一個方向(例如x方向或者y方向)上排列，與之相鄰地多個透光區(qū)域9a在該方向上排列，進(jìn)而與之相鄰地多個遮光區(qū)域9a在該方向上排列。換言之，條紋圖案是在相同的方向上排列的多個透光區(qū)域9a以及多個遮光區(qū)域9a在與該方向垂直的方向上交替地排列的圖案。

透明基板9b配置在遮光膜9的光入射側(cè)。透明基板9b例如由sio2等透光性的材料構(gòu)成。帶通濾波器9p配置在透明基板9b的光入射側(cè)。帶通濾波器9p在入射的光5之中選擇性地僅使波長λ0附近的光透過。波長λ0為從光源2射出的光在空氣中的波長。在光源2射出給定的波段的光的情況下，波長λ0例如為中心波長。

入射至光檢測裝置13的光5經(jīng)由帶通濾波器9p和透明基板9b，作為光6a、6a而到達(dá)形成有反射膜的遮光區(qū)域9a和除去了反射膜的透光區(qū)域9a。光6a被遮光區(qū)域9a遮光，但光6a透過透光區(qū)域9a并入射至光耦合層12。入射至光耦合層12的光6a經(jīng)由低折射率透明層12a而入射至高折射率透明層12b。在高折射率透明層12b的上下的界面形成有光柵。如果滿足以下的(式1)，則在高折射率透明層12b內(nèi)產(chǎn)生波導(dǎo)光6b。

(式1)sinθ＝n-λ0/a

在此，n為關(guān)于波導(dǎo)光6b的有效折射率，θ為相對于入射面(xy面)的法線的入射角度。在圖2a的例子中，由于光垂直地入射至入射面，因此θ＝0。在該情況下，波導(dǎo)光6b在xy面內(nèi)沿著x方向傳播。

透過高折射率透明層12b并入射至其下層的光的成分當(dāng)入射至位于下層側(cè)的各高折射率透明層12b時，以與(式1)相同的條件產(chǎn)生波導(dǎo)光6c。另外，雖然在全部高折射率透明層12b中產(chǎn)生波導(dǎo)光，但在圖2a中僅代表性示出在兩個層產(chǎn)生的波導(dǎo)光。在下層側(cè)產(chǎn)生的波導(dǎo)光6c也同樣在xy面內(nèi)沿著x方向傳播。波導(dǎo)光6b、6c相對于波導(dǎo)面(平行于xy面)的法線而以角度θ(在圖2a的例子中為θ＝0)在上下方向上放射光并進(jìn)行傳播。該放射光6b1、6c1在遮光區(qū)域9a的正下方處朝向上方(反射膜側(cè))的成分由遮光區(qū)域9a反射，而成為沿著反射面(xy面)的法線朝向下方的光6b2。光6b1、6c1、6b2相對于高折射率透明層12b而滿足(式1)，因此其一部分再次成為波導(dǎo)光6b、6c。該波導(dǎo)光6b、6c也生成新的放射光6b1、6c1，反復(fù)進(jìn)行這些動作。作為整體，在透光區(qū)域9a的正下方處，未成為波導(dǎo)光的成分(實際上其中還包括波導(dǎo)之后最終被放射的成分，但該成分也作為未成為波導(dǎo)光的成分而具有特征)透過光耦合層12，作為透過光6d而入射至微透鏡11a，由檢測器10a來檢測。在區(qū)域9a的正下方處，成為波導(dǎo)光的成分被放射，作為放射光6d而入射至微透鏡11a，由檢測器10a來檢測。

透光區(qū)域9a相當(dāng)于圖1b所示的透光區(qū)域。透過了透光區(qū)域9a的光分支成朝向正下方的檢測器10a的光和朝向左右的檢測器10a的光，分別被檢測。將圖2b所示的透光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4分別對置的4個檢測器、以及遮光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4分別對置的4個檢測器中的檢測光量，分別設(shè)為q1、q2、q3、q4、以及q1、q2、q3、q4。前4個是未成為波導(dǎo)光的光的檢測光量，后4個是成為波導(dǎo)光的光的檢測光量。在透光區(qū)域9a1的正下方的檢測器10a中無法檢測成為波導(dǎo)光的光的光量，在遮光區(qū)域9a2的正下方的檢測器10a中無法檢測未成為波導(dǎo)光的光的光量。

在此，定義在透光區(qū)域9a1的正下方的檢測位置處成為波導(dǎo)光的光的檢測光量q0＝(q1+q2+q3+q4)/4(或者q0＝(q1+q2)/2)，定義在遮光區(qū)域9a2的正下方的檢測位置處未成為波導(dǎo)光的光的檢測光量q0＝(q1+q2+q3+q4)/4(或者q0＝(q1+q2)/2)。即，在某區(qū)域(遮光區(qū)域或者透光區(qū)域)中，定義以該區(qū)域為中心而在x方向以及/或者y方向上相鄰的區(qū)域(像素)的正下方的檢測位置處能檢測的光量的平均值。通過將該定義應(yīng)用于全部區(qū)域，從而能夠在構(gòu)成光檢測器10的全部檢測區(qū)域(檢測器)中定義未成為波導(dǎo)光的光的檢測光量以及成為波導(dǎo)光的光的檢測光量。運算電路14在構(gòu)成光檢測器10的全部檢測器中如上述那樣定義未成為波導(dǎo)光的光的檢測光量和成為波導(dǎo)光的光的檢測光量。并且，將按照各個檢測器算出它們的比值(例如，q1/q0、q0/q1、q0/q2、或q2/q0等)、或者各光量相對于這些光量之和的比值(例如，q0/(q0+q1)、q1/(q0+q1)、q2/(q2+q0)、或q0/(q2+q0)等)而得到的值，分配給相當(dāng)于各檢測器的像素來進(jìn)行生成圖像等的運算處理。

圖3a以及圖3b表示透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的圖案、與位于它們的正下方的光柵12d之間的關(guān)系。圖3a是表示透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的圖案的俯視圖。圖3b是表示位于透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的正下方的光柵12d的俯視圖。圖3c是與圖2a同樣的圖，示出表示也包含檢測器在內(nèi)的它們的位置關(guān)系的與xz面平行的剖面。如圖3b所示，光柵12d的柵格向量的方向一律與x軸方向一致。若將透光區(qū)域9a的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為p0，將遮光區(qū)域9a的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為p1，則p0以及p1分別呈w×w尺寸的方格圖案。在圖3a中用實線表示的像素區(qū)域13a之中，檢測區(qū)域p0、p1各包含兩個，在用虛線表示的像素區(qū)域13b之中，檢測區(qū)域p0、p1也各包含兩個。無論使像素區(qū)域在xy面內(nèi)如何偏離與遮光區(qū)域9a的寬度(＝w)對應(yīng)的量，雖然會出現(xiàn)位置關(guān)系的調(diào)換，但區(qū)域p0、p1必定各包含兩個。如前所述，關(guān)于檢測光量，通過計算式1所示的q0以及q0來進(jìn)行插補處理。若分辨率以像素尺寸來決定，則分辨率成為作為像素區(qū)域13a、13b的尺寸的2w×2w，但無論像素在xy面內(nèi)的哪個方向上移動寬度w，相同的插補處理均成立，因此插補處理后的分辨率改善至w×w。

圖4a～圖4h表示單脈沖振蕩的入射光通過光耦合層12并被光檢測器10接收的情形。圖4a表示與圖2a相同的剖視圖。圖4b～4h是按照時間經(jīng)過的順序排列對應(yīng)于圖4a而繪制的基于fdtd(finite-differencetime-domain：有限差分時域)法的光強度分布的電磁解析的結(jié)果的圖。在本解析中，將透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的x方向的寬度w設(shè)為5.6μm，將光柵的間距設(shè)為0.46μm，將z方向的深度設(shè)為0.2μm，將高折射率透明層(第2透明層)設(shè)為ta2o5膜，將其z方向的厚度t1設(shè)為0.34μm，將低折射率透明層(第1透明層)設(shè)為sio2膜，將其z方向的厚度t2設(shè)為0.22μm。

在圖4b中，半值寬度為11fs(換算為傳播距離則為3.3μm)且脈沖振蕩出的波長λ0＝850nm的s偏振光的光6a透過了透光區(qū)域9a。在圖4c中，光6a的振蕩結(jié)束，另一方面，產(chǎn)生了在層疊的高折射率透明層12b內(nèi)傳播的波導(dǎo)光6b、6c，未成為波導(dǎo)光的成分直接透過光耦合層12，作為光6d而入射至微透鏡11a。在圖4d中，波導(dǎo)光6b、6c上下放射光6b1、6c1并傳播至遮光區(qū)域9a之下。另一方面，透過光6d被微透鏡11a聚光至檢測器10a之上。在圖4e中，透過光6d入射至檢測器10a。另一方面，放射光6b1、6c1以及反射光6b2形成放射光6d并入射至微透鏡11a，被聚光。在圖4f～圖4h中，透過光6d以及放射光6d被聚光并分別入射至檢測器10a、10a。

另外，由圖4e～圖4h可知，波導(dǎo)光6b、6c在遮光區(qū)域9a之下的范圍未完全放射，一部分以波導(dǎo)光的狀態(tài)到達(dá)相鄰的右側(cè)的透光區(qū)域的范圍。放射損失系數(shù)(波導(dǎo)光的放射容易度)在增大光柵的深度時變大。由此，若增大遮光區(qū)域9a之下的區(qū)域內(nèi)的光柵的深度，則放射光量增加，能夠進(jìn)一步增大檢測光量。

圖5a是表示研討例中的入射至四個透光區(qū)域9a的光、與位于其下方的三個檢測器10a、10a、10a’之間的位置關(guān)系的剖視圖。在圖5a所示的例子中，向四個透光區(qū)域9a入射相位隨機不同的光。在圖5a中，ω表示光的角頻率(ω＝2πc/λ0，c為光速)，t表示時間，r1、r2、r3、r4表示隨機函數(shù)(0～1之間取隨機值的函數(shù))，a表示隨機系數(shù)(隨機值的振幅)。

圖5b是表示對入射光的隨機系數(shù)a與檢測信號之間的關(guān)系進(jìn)行解析后的結(jié)果的圖。將位于四個透光區(qū)域9a的中間的遮光區(qū)域9a的正下方的檢測器設(shè)為10a，將在其兩側(cè)相鄰的兩個透光區(qū)域9a的正下方的檢測器設(shè)為10a、10a’，將它們的檢測光量分別設(shè)為p1、p0、p0’，檢測信號用2p1/(p0+p0’)來定義。在圖5b中，菱形標(biāo)記表示te模式入射(s偏振光)的條件下的解析結(jié)果，四邊形標(biāo)記表示tm模式入射(p偏振光)的條件下的解析結(jié)果，三角形標(biāo)記表示tem模式入射(隨機偏振光、圓偏振光、或者45度方向的偏振光)的條件下的解析結(jié)果。在te模式入射以及tem模式入射的條件下，隨著系數(shù)a增大而檢測信號下降。a＝0相當(dāng)于相干且相位一致的情況，a＝1相當(dāng)于非相干的狀態(tài)。根據(jù)圖5b所示的結(jié)果，能夠基于檢測信號2p1/(p0+p0’)的大小來獲知入射光的相干的程度(相位的隨機性)。另外，雖然在圖5b中未示出，但檢測信號與相位差具有相關(guān)，因此基于檢測信號也能夠計測相位的差異。在該例子中，作為檢測信號而利用了2p1/(p0+p0’)，但也可以將其他的信號作為檢測信號。運算電路14在將由與透光區(qū)域9a對置的檢測器檢測的光量設(shè)為第1光量p0且將由與遮光區(qū)域9a對置的檢測器10a檢測的光量設(shè)為第2光量p1時，作為上述檢測信號可以輸出(1)表示第2光量p1與第1光量p0之比p1/p0的信號、(2)表示第1光量p0相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p0/(p0+p1)的信號、以及(3)表示第2光量p1相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p1/(p0+p1)的信號當(dāng)中的至少一個信號。這些檢測信號均與隨機系數(shù)a具有相關(guān)，因此能夠基于檢測信號來獲知入射光的相干的程度。

圖6表示入射至圖5a所示的透光區(qū)域9a之一的波串的一例。由于光源2射出一定的相干長度σ0的光，因此若假設(shè)在被攝體4內(nèi)相干長度不變化，則入射至透光區(qū)域9a的波串15a、15b也全部具有相同的相干長度σ0。但是，由于散射，波串15a、15b在不同的定時入射至透光區(qū)域9a。在波串15a、15b之后連著相干長度σ0相同但相位不同的波串。如圖6所示，若兩個同一波長的波串15a、15b隨機錯開相位來連續(xù)入射，則它們發(fā)生干涉，從而形成三個波串15a、15b、15c。波串15c是波串15a和15b重疊并發(fā)生干涉而形成的波串。波串15a、15b是波串15a與波串15b彼此不重疊的剩余的部分。波串15a、15b、15c波長均一致，并且合成波(波串15a、15b、15c)的波長的擴展(縱模寬度)與原始的波串15a、15b相比也未改變。即，在時間相干中定義的相干長度不變化(參照圖13a～13e)。但是，在波串15a、15b、15c之間，完全不具有相位的相關(guān)性。波的連續(xù)性、即相位連續(xù)的波的長度在實際效果上短于原始的σ0。

接下來，參照圖7a～圖7f，說明作為被攝體假定人體頭部并利用基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法來計算入射光的強度分布的結(jié)果。

圖7a表示本解析中的整體的光學(xué)配置以及光線追蹤的情形。圖7b～7d表示將檢測位置處的影像8b分為20×20的區(qū)域進(jìn)行分析后的結(jié)果。圖7b表示光強度分布，圖7c表示光程長度的平均分布，圖7d表示光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差分布。如圖7a所示，人體頭部包含頭皮4a、頭骨4b、腦脊髓液(cerebrospinalfluid：csf)層4c、血液層4e以及灰白質(zhì)4d。在表1中示出各自的吸收系數(shù)(1/mm)、散射系數(shù)(1/mm)、各向異性散射參數(shù)以及膜厚(mm)。血液層4e將氧合血紅蛋白層與還原血紅蛋白層配置成以紙面為界而沿著面法線方向排列。

【表1】

解析區(qū)域在xy方向上為60mm×60mm，在z方向上為22mm，超過該區(qū)域來傳播的光線從計算之中排除。關(guān)于入射光3，假定以從頭皮4a的表面的中心(x＝y(tǒng)＝0)沿著-x方向偏離15mm的位置為中心、垂直入射至在x方向以及y方向上每隔5mm間隔的3×3共9處位置的光。關(guān)于檢測，在與頭皮4a的表面相距1000mm的位置處設(shè)置聚光透鏡7，根據(jù)將物側(cè)數(shù)值孔徑(＝sinα)設(shè)為0.1而取入的光線，算出了像面位置的像8b。圖7b～7d所示的檢測對象區(qū)域是以從頭皮4a的表面的中心(x＝y(tǒng)＝0)沿著+x方向偏離15mm的位置為中心、且在x方向以及y方向上寬度為0.8mm的范圍內(nèi)的區(qū)域。通過計算求出了來自該區(qū)域的散射光的分布。在圖7b中，越白則強度越大，在圖7c以及圖7d中，越白則值越大。y＞0的區(qū)域相當(dāng)于氧合血紅蛋白層，y＜0的區(qū)域相當(dāng)于還原血紅蛋白層。針對圖7b～7d的任一者，在氧合血紅蛋白層與還原血紅蛋白層之間均存在微弱的差。另外，圖像由聚光透鏡7反轉(zhuǎn)，因此圖像中的氧合血紅蛋白層以及還原血紅蛋白層的位置與現(xiàn)實的位置相反。

在光源2振蕩相干長度σ0的光時，若光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為相干長度σ0以下，則接收的光位于相同的波串內(nèi)的可能性高，相位的相關(guān)性高。在該情況下，接收的光中明處和暗處混雜出現(xiàn)。另一方面，若光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為σ0以上，則接收的光的波串不同的可能性高，相位的相關(guān)性消失(參照圖12)。在該情況下，接收的光與場所無關(guān)地成為均勻的明亮度。如參照圖5b所說明的那樣，入射光的相干的程度與檢測信號2p1/(p0+p0’)、p1/p0、p1/(p0+p1)等有關(guān)。因而，能夠基于檢測信號的大小來判定入射光的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否為相干長度σ0以上。

圖7e以及圖7f表示檢測信號(在該例子中為p1/p0)的分布的例子。圖7e表示σ0＝18.5mm的情況下的例子，圖7f表示σ0＝18.0mm的情況下的例子。圖中的黑色區(qū)域表示檢測信號一律較小的區(qū)域。在圖7e所示的σ0＝18.5mm的例子中，在光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差超過18.5mm的區(qū)域(黑色區(qū)域)內(nèi)檢測信號變小。另一方面，在圖7f所示的σ0＝18.0mm的例子中，在光程長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差超過18.0mm的區(qū)域(黑色區(qū)域)內(nèi)檢測信號變小。因此，在圖7f的例子中，與圖7e的例子相比，檢測信號變小的區(qū)域(黑色區(qū)域)更寬。在圖7e以及圖7f中，在黑色區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)，在面積窄的范圍中混雜著檢測信號大的場所和檢測信號小的場所，根據(jù)位置而檢測信號的大小不規(guī)則地變化。通過將相干長度σ0設(shè)為參數(shù)來對黑色區(qū)域進(jìn)行分析，從而能夠獲知被攝體內(nèi)部的散射的情形。

因此，控制電路1控制光源2、光檢測裝置13以及運算電路14，以使得改變從光源2射出的光的相干長度，并按照變化后的每個相干長度來進(jìn)行攝像。運算電路14按照由控制電路1改變的每個光的相干長度，生成并輸出例如(1)表示第2光量p1與第1光量p0之比p1/p0的信號、(2)表示第1光量p0相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p0/(p0+p1)的信號、以及(3)表示第2光量p1相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p1/(p0+p1)的信號當(dāng)中的至少一個信號。能夠基于這些信號來獲知被攝體內(nèi)部的散射的情形。

作為使相干長度可變的光源2，例如高頻疊加半導(dǎo)體激光器或者掃描光源(使激光的波長在幾nm～幾十nm的范圍內(nèi)周期性掃描的光源)已達(dá)到實用化的水平。例如，由高頻疊加電路(一般而言為300mhz的頻率)驅(qū)動的半導(dǎo)體激光器以0.1mm～0.2mm的范圍的相干長度來振蕩。通過改變疊加電路的頻率或者振幅等(例如減小頻率)，從而能夠在0.2mm～幾十mm的范圍內(nèi)使相干長度變化。此外，在掃描光源中，通過改變波長變動寬度或者周期(頻率)，從而能夠在0.3mm～幾十mm的范圍內(nèi)使相干長度變化。不過，在使用掃描光源的情況下，為了限定入射至光耦合層12的光的波長，根據(jù)情況而利用帶通濾波器9p。此外，也能夠組合led等線寬較寬的光源和窄帶的帶通濾波器來獲得期望的相干長度。對于光源，也可以使用波長不同的兩個以上的光源。當(dāng)這些光源的光在被攝體內(nèi)散射而入射至透光區(qū)域9a時，基于參照圖13c所說明的原理，將產(chǎn)生節(jié)拍，根據(jù)來自兩個光源的光的波長差而相干長度變短。在使用波長不同的多個光源的情況下，也可以與使光源的發(fā)光強度比變化的操作聯(lián)動。

這樣，根據(jù)本研討例的光檢測系統(tǒng)100，針對圖7a所示的被攝體，位于頭骨4b的里側(cè)的氧合血紅蛋白以及還原血紅蛋白的分布差能夠作為電信號的輸出差來檢測。這與參照圖14a以及圖14b所說明的檢測光強度分布像的方法(第2現(xiàn)有例)相比，無需時間分割，因此能夠使計測大幅度簡化。此外，僅改變光源2的相干長度便能對被攝體內(nèi)部的散射的情形進(jìn)行比較、分析，能夠提高計測的分辨率。

但是，對于研討例的光檢測裝置，從分辨率的觀點出發(fā)，還具有改善的余地。為了在光耦合層12確保充分的輸入耦合(即，入射光向波導(dǎo)光的變換)，需要將透光區(qū)域9a以及遮光區(qū)域9a的x方向的寬度w設(shè)得充分大。更具體而言，寬度w需要為光柵的間距(即周期)λ的10倍程度。因而，即便利用參照圖3a以及圖3b所說明的插補處理，插補處理后的分辨率也受寬度w限制。

因而，本公開的一形態(tài)所涉及的光檢測裝置具備：偏振元件陣列，具有使在一方向上偏振的入射光透過的區(qū)域(透光區(qū)域)、以及對在一方向上偏振的入射光進(jìn)行遮光的區(qū)域(遮光區(qū)域)。所述透光區(qū)域與所述多個檢測器的一部分檢測器對置，所述遮光區(qū)域與所述多個檢測器之中的另一部分檢測器對置。光柵的方位在透光區(qū)域和遮光區(qū)域之間正交。通過這種構(gòu)成，能夠獲取s偏振光和p偏振光這兩種偏振光的散射信息，能夠提高檢測的分辨率。

在本公開的其他形態(tài)所涉及的光檢測裝置中，光檢測器配置于在光耦合層內(nèi)傳播的光的泄漏光(漸逝成分)所到達(dá)的范圍。由此，能夠容易實現(xiàn)在光耦合層內(nèi)傳播的光的檢測。

本公開的進(jìn)一步的其他形態(tài)所涉及的光檢測裝置具備：偏振元件陣列，具有使在一方向上偏振的入射光透過的區(qū)域(透光區(qū)域)、以及對在一方向上偏振的入射光進(jìn)行遮光的區(qū)域(遮光區(qū)域)。所述透光區(qū)域與所述多個檢測器的一部分檢測器對置，所述遮光區(qū)域與所述多個檢測器之中的另一部分檢測器對置。光柵的間距在透光區(qū)域和遮光區(qū)域之間不同。通過這種構(gòu)成，也能夠獲取s偏振光和p偏振光這兩種偏振光的散射信息，能夠提高檢測的分辨率。

在本公開的進(jìn)一步的其他形態(tài)所涉及的光檢測裝置中，偏振元件陣列中所含的各偏振元件由隔開一定的間隙地周期性配置的直線狀的多個金屬線來形成。金屬線的方位在透光區(qū)域和遮光區(qū)域之間正交，從而能夠?qū)崿F(xiàn)與偏振光相應(yīng)的光分離。

本公開的進(jìn)一步的其他形態(tài)所涉及的光檢測裝置，在所述偏振元件陣列上配置使入射的光的偏振方向一律與一方向一致的線性偏振元件。根據(jù)所述線性偏振元件繞著面法線的旋轉(zhuǎn)而入射光的偏振方位變化。由此，能夠容易地調(diào)換透光區(qū)域和遮光區(qū)域的位置。

除了上述的形態(tài)之外，本公開還包含以下的項目所記載的光檢測裝置以及光檢測系統(tǒng)。

[項目1]

本公開的項目1所涉及的光檢測裝置具備：

光檢測器，具有主面，包含沿著所述主面配置的第1檢測器以及第2檢測器；

光耦合層，配置在所述光檢測器上或者上方；以及

偏振元件陣列，配置在所述光耦合層上，

所述光耦合層包含：

第1低折射率層；

第1高折射率層，配置在所述第1低折射率層上，包含在第1方向上具有周期性的第1光柵、以及與所述第1光柵相鄰且在與所述第1方向正交的第2方向上具有周期性的第2光柵；以及

第2低折射率層，配置在所述第1高折射率層上，

所述第1高折射率層具有比所述第1低折射率層以及所述第2低折射率層高的折射率，

所述偏振元件陣列包含：使在一方向上偏振的光透過的第1偏振元件、以及與所述第1偏振元件相鄰且對在所述一方向上偏振的光進(jìn)行遮光的第2偏振元件，

所述第1光柵以及所述第1偏振元件分別與所述第1檢測器對置，

所述第2光柵以及所述第2偏振元件分別與所述第2檢測器對置。

[項目2]

在項目1所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述第1檢測器配置于透過所述第2偏振元件且在所述光耦合層內(nèi)傳播的第1光的漸逝成分到達(dá)的范圍內(nèi)，

所述第2檢測器配置于透過所述第1偏振元件且在所述光耦合層內(nèi)傳播的第2光的漸逝成分到達(dá)的范圍內(nèi)。

[項目3]

在項目2所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述第1檢測器在第1時間對透過了所述第1偏振元件的光和所述第1光的漸逝成分進(jìn)行檢測，

所述第2檢測器在與所述第1時間不同的第2時間對透過了所述第2偏振元件的光和所述第2光的漸逝成分進(jìn)行檢測。

[項目4]

在項目1～3的任一項所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分別包含空出間隔地周期性配置的直線狀的多個金屬線，

所述第1偏振元件中的所述多個金屬線延伸的方向與所述第2偏振元件中的所述多個金屬線延伸的方向正交。

[項目5]

在項目1～4的任一項所記載的光檢測裝置中也可以還具備：

線性偏振元件，配置在所述偏振元件陣列上或者上方，使入射至所述偏振元件陣列的光的偏振方向與特定的方向一致；

電機，使所述線性偏振元件繞著與所述主面垂直的軸旋轉(zhuǎn)；以及

第1控制電路，控制所述電機。

[項目6]

在項目5所記載的光檢測裝置中也可以是：

在通過控制所述電機而使所述線性偏振元件的偏振光透過軸的方向與所述第1偏振元件的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使所述光檢測器執(zhí)行第一次的光的檢測，

在通過控制所述電機而使所述線性偏振元件的偏振光透過軸的方向與所述第2偏振元件的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使所述光檢測器執(zhí)行第二次的光的檢測。

[項目7]

在項目1～6的任一項所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述光耦合層還包含：

第3低折射率層，配置在所述第1低折射率層與所述光檢測器之間；以及

第2高折射率層，配置在所述第3低折射率層與所述第1低折射率層之間，包含在所述第1方向上具有周期性的第3光柵、以及與所述第3光柵相鄰且在所述第2方向上具有周期性的第4光柵，

所述第2高折射率層具有比所述第1低折射率層以及所述第3低折射率層高的折射率，

所述第3光柵與所述第1檢測器對置，

所述第4光柵與所述第2檢測器對置。

[項目8]

本公開的項目8所涉及的光檢測系統(tǒng)具備：

項目1～7的任一項所記載的光檢測裝置；以及

運算電路，與所述光檢測裝置連接，

所述運算電路在將由所述第1檢測器檢測的光量設(shè)為第1光量且將由所述第2檢測器檢測的光量設(shè)為第2光量時，輸出從下述組之中選擇的至少一個信號，該組構(gòu)成為包括：

表示所述第2光量相對于所述第1光量的比的信號；

表示所述第1光量相對于所述第1光量與所述第2光量之和的比例的信號；以及

表示所述第2光量相對于所述和的比例的信號。

[項目9]

在項目8所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

在所述光檢測器配備多個第1檢測器，所述多個第1檢測器分別為所述第1檢測器，

在所述光檢測器配備多個第2檢測器，所述多個第2檢測器分別為所述第2檢測器，

在所述第1高折射率層配備多個第1光柵，所述多個第1光柵分別為所述第1光柵，

在所述第1高折射率層配備多個第2光柵，所述多個第2光柵分別為所述第2光柵，

在所述偏振元件陣列配備多個第1偏振元件，所述多個第1偏振元件分別為所述第1偏振元件，

在所述偏振元件陣列配備多個第2偏振元件，所述多個第2偏振元件分別為所述第2偏振元件，

所述多個第1偏振元件以及所述多個第2偏振元件包含彼此相鄰的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多個對，

所述運算電路按照每個所述對來輸出所述至少一個信號。

[項目10]

在項目9所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

所述運算電路生成圖像信息，該圖像信息表示所述至少一個信號的值為閾值以上的對、和所述至少一個信號的值小于所述閾值的對。

[項目11]

項目8～10的任一項所記載的光檢測系統(tǒng)也可以還具備：

光源，射出某波段的光，

所述光檢測裝置還包含：帶通濾波器，配置在所述光耦合層之上或者上方，選擇性地使所述波段的光透過。

[項目12]

項目8～10的任一項所記載的光檢測系統(tǒng)也可以還具備：

光源；以及

第2控制電路，控制所述光源，

所述第2控制電路改變從所述光源射出的光的相干長度。

[項目13]

在項目12所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

所述運算電路按照由所述第2控制電路改變的每個所述光的相干長度來輸出所述至少一個信號。

[項目14]

本公開的項目14所涉及的光檢測裝置具備：

光檢測器，具有主面，包含沿著所述主面配置的第1檢測器以及第2檢測器；

光耦合層，配置在所述光檢測器上或者上方；以及

偏振元件陣列，配置在所述光耦合層上，

所述光耦合層包含：

第1低折射率層；

第1高折射率層，配置在所述第1低折射率層上，包含第1光柵以及與所述第1光柵相鄰的第2光柵；以及

第2低折射率層，配置在所述第1高折射率層上，

所述第1高折射率層具有比所述第1低折射率層以及所述第2低折射率層高的折射率，

所述偏振元件陣列包含：使在一方向上偏振的光透過的第1偏振元件、以及與所述第1偏振元件相鄰且對在所述一方向上偏振的光進(jìn)行遮光的第2偏振元件，

所述第1光柵以及所述第1偏振元件分別與所述第1檢測器對置，

所述第2光柵以及所述第2偏振元件分別與所述第2檢測器對置，

所述第1光柵的周期與所述第2光柵的周期不同。

[項目15]

在項目14所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分別包含空出間隔地周期性配置的直線狀的多個金屬線，

所述第1偏振元件中的所述多個金屬線延伸的方向與所述第2偏振元件中的所述多個金屬線延伸的方向正交。

[項目16]

項目14或者15所記載的光檢測裝置也可以還具備：

線性偏振元件，配置在所述偏振元件陣列上或者上方，使入射至所述偏振元件陣列的光的偏振方向與特定的方向一致；

電機，使所述線性偏振元件繞著與所述主面垂直的軸旋轉(zhuǎn)；以及

第1控制電路，控制所述電機。

[項目17]

在項目16所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述第1控制電路在通過控制所述電機而使所述線性偏振元件的偏振光透過軸的方向與所述第1偏振元件的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使所述光檢測器執(zhí)行第一次的光的檢測，

所述第1控制電路在通過控制所述電機而使所述線性偏振元件的偏振光透過軸的方向與所述第2偏振元件的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使所述光檢測器執(zhí)行第二次的光的檢測。

[項目18]

在項目14～17的任一項所記載的光檢測裝置中也可以是：

所述光耦合層還包含：

第3低折射率層，配置在所述第1低折射率層與所述光檢測器之間；以及

第2高折射率層，配置在所述第3低折射率層與所述第1低折射率層之間，包含第3光柵以及與所述第3光柵相鄰的第4光柵，

所述第2高折射率層具有比所述第1低折射率層以及所述第3低折射率層高的折射率，

所述第3光柵與所述第1檢測器對置，

所述第4光柵與所述第2檢測器對置，

所述第3光柵所具有的周期性的方向與所述第1光柵所具有的周期性的方向相同，

所述第4光柵所具有的周期性的方向與所述第2光柵所具有的周期性的方向相同。

[項目19]

本公開的項目8所涉及的光檢測系統(tǒng)具備：

項目14～18的任一項所記載的光檢測裝置；以及

運算電路，與所述光檢測裝置連接，

所述運算電路在將由所述第1檢測器檢測的光量設(shè)為第1光量且將由所述第2檢測器檢測的光量設(shè)為第2光量時，輸出從下述組之中選擇的至少一個信號，該組構(gòu)成為包括：

表示所述第2光量相對于所述第1光量的比的信號；

表示所述第1光量相對于所述第1光量與所述第2光量之和的比例的信號；以及

表示所述第2光量相對于所述和的比例的信號。

[項目20]

在項目19所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

在所述偏振元件陣列配備多個第1偏振元件，所述多個第1偏振元件分別為所述第1偏振元件，

在所述偏振元件陣列配備多個第2偏振元件，所述多個第2偏振元件分別為所述第2偏振元件，

所述多個第1偏振元件以及所述多個第2偏振元件包含彼此相鄰的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多個對，

所述運算電路按照每個所述對來輸出所述至少一個信號。

[項目21]

在項目20所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

所述運算電路生成表示所述至少一個信號的值為閾值以上的對和所述至少一個信號的值小于所述閾值的對的圖像信息。

[項目22]

項目19～21的任一項所記載的光檢測系統(tǒng)也可以還具備：

光源，射出某波段的光，

所述光檢測裝置還包含：帶通濾波器，配置在所述光耦合層之上或者上方，選擇性地使所述波段的光透過。

[項目23]

項目19～21的任一項所記載的光檢測系統(tǒng)也可以還具備：

光源；以及

第2控制電路，控制所述光源，

所述第2控制電路改變從所述光源射出的光的相干長度。

[項目24]

在項目23所記載的光檢測系統(tǒng)中也可以是：

所述運算電路按照由所述第2控制電路改變的每個所述光的相干長度來輸出所述至少一個信號。

在本公開中，電路、單元、裝置、部件或者部的全部或者一部分、或者框圖的功能塊的全部或者一部分可以通過包含半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體集成電路(ic)或者lsi(largescaleintegration：大規(guī)模集成電路)的一個或者多個電子電路來執(zhí)行。lsi或者ic可以集成于一個芯片，也可以組合多個芯片來構(gòu)成。例如，存儲元件以外的功能塊可以集成于一個芯片。在此，雖然稱作lsi或者ic，但可以根據(jù)集成的程度來改變稱呼方式，可以稱作系統(tǒng)lsi、vlsi(verylargescaleintegration：超大規(guī)模集成電路)、或者ulsi(ultralargescaleintegration：特大規(guī)模集成電路)。在lsi制造后被編程的現(xiàn)場可編程門陣列(fpga：fieldprogrammablegatearray)、或者能夠?qū)崿F(xiàn)lsi內(nèi)部的接合關(guān)系的重構(gòu)或者lsi內(nèi)部的電路劃分的設(shè)置的可重構(gòu)邏輯器件(reconfigurablelogicdevice)也能夠在相同的目的下使用。

而且，電路、單元、裝置、部件或者部的全部或者一部分的功能或者操作能夠通過軟件處理來執(zhí)行。在該情況下，軟件記錄于一個或者多個rom、光學(xué)盤、硬盤驅(qū)動器等非易失性記錄介質(zhì)中，在由處理裝置(processor)執(zhí)行軟件時，由處理裝置(processor)以及外圍裝置來執(zhí)行該軟件所確定的功能。系統(tǒng)或者裝置可以具備記錄有軟件的一個或者多個非易失性記錄介質(zhì)、處理裝置(processor)以及所需的硬件設(shè)備，例如接口。

以下，參照附圖來說明本公開的實施方式。另外，以下所說明的實施方式均表示概括性或者具體的例子。以下的實施方式所示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置以及連接方式、步驟、步驟的順序等為一例，并不限定本公開。在本說明書中說明的各種形態(tài)只要不產(chǎn)生矛盾便能相互組合。此外，關(guān)于以下的實施方式中的構(gòu)成要素之中表示最上位概念的獨立的技術(shù)方案未記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素來說明。

(實施方式1)

本實施方式的構(gòu)成除了檢偏元件(線性偏振元件)配置在光檢測裝置13的前面這一點、以及透光區(qū)域和遮光區(qū)域的構(gòu)造、光柵的圖案化、光檢測器的位置不同這一點之外，與研討例相同。因而，對于與研討例相同的構(gòu)成要素賦予相同的參照符號，并省略重復(fù)的說明。

圖8a是表示本實施方式中的相當(dāng)于第1偏振元件的s波透光區(qū)域9s以及相當(dāng)于第2偏振元件的p波透光區(qū)域9p的排列的俯視圖。在本實施方式中，替代研討例中的遮光膜9，利用包含作為線柵(金屬柵格)偏振元件的s波透光區(qū)域9s以及p波透光區(qū)域9p的偏振元件陣列。在s波透光區(qū)域9s，沿著p波的電場(electricfield)的振動方向(圖8a中的x軸方向)以波長的1/3以下的間距形成有鋁(a1)等的線柵(金屬柵格)。由于金屬布線在x軸方向上延伸，因此在該方向上流動電流，消耗了x軸方向的電場向量的能量。作為結(jié)果，s波透光區(qū)域9s僅使s波的光透過，對p波的光進(jìn)行遮光。在p波透光區(qū)域9p，沿著s波的電場的振動方向(圖8a中的y軸方向)以波長的1/3以下的間距形成有al等的線柵(金屬柵格)。由于金屬布線在y軸方向上延伸，因此在該方向上流動電流，消耗了y軸方向的電場向量的能量。作為結(jié)果，p波透光區(qū)域9p僅使p波的光透過，對s波的光進(jìn)行遮光。s波透光區(qū)域9s對p波進(jìn)行遮光，因此能夠稱作“p波遮光區(qū)域”。p波透光區(qū)域9p對s波進(jìn)行遮光，因此能夠稱作“s波遮光區(qū)域”。另外，在本說明書中，s波以及p波的用語是以與xz面平行的入射面為基準(zhǔn)來規(guī)定的。即，s波為在與該入射面垂直的方向上電場振動的直線偏振光，p波為在與該入射面平行的方向上電場振動的直線偏振光。

圖8b是表示形成于光耦合層12的光柵的方位的俯視圖。圖8c以及圖8d是表示包含光檢測器10的構(gòu)成要素間的位置關(guān)系的剖視圖。圖8c表示光檢測裝置13中的與xz面平行的剖面。圖8d表示光檢測裝置13中的與yz面平行的剖面。在本實施方式中，第1光柵12s位于s波透光區(qū)域9s的正下方，其柵格向量的方向為x軸方向。第2光柵12p位于作為s波遮光區(qū)域的p波透光區(qū)域9p的正下方，其柵格向量的方向為y軸方向。

如圖8b以及圖8c所示，透過了s波透光區(qū)域9s后的s波的光的一部分由于第1光柵12s而成為在光耦合層12內(nèi)沿著x軸方向傳播的te模式的波導(dǎo)光6b、6c。未成為波導(dǎo)光的光的成分作為透過光耦合層12的透過光6d而由第1檢測器10s來檢測。另外，入射至第1檢測器10s的光中也可包含波導(dǎo)之后最終被放射的光的成分，但在本公開中該成分也作為未成為波導(dǎo)光的成分而具有特征。

波導(dǎo)光6b、6c在光耦合層12內(nèi)傳播。由于光耦合層12中的多個層靠近層疊，因此波導(dǎo)光在光耦合層12內(nèi)的層間轉(zhuǎn)移并進(jìn)行傳播，進(jìn)入第2光柵12p的區(qū)域。在第2光柵12p的區(qū)域，由于第2光柵12p的柵格向量的方位(y方向)與波導(dǎo)光6b、6c的傳播方向正交，因此波導(dǎo)光6b、6c不從光耦合層12放射出。因而，在本實施方式中，第1檢測器10s配置于透過作為第2偏振元件的p波透光區(qū)域9p且在光耦合層12內(nèi)傳播的光的漸逝成分所到達(dá)的范圍內(nèi)，第2檢測器10p配置于透過作為第1偏振元件的s波透光區(qū)域9s且在光耦合層12內(nèi)傳播的光的漸逝成分所到達(dá)的范圍內(nèi)。通過使第1檢測器10s、第2檢測器10p靠近光耦合層12，將從光耦合層12泄漏的波導(dǎo)成分(漸逝光)引導(dǎo)至第2檢測器10p側(cè)(泄漏模式光6d)，從而使得第2檢測器10p能夠檢測波導(dǎo)光6b、6c。在本實施方式中，在光檢測器10的表面成膜有高折射率的保護(hù)層10e，但也可以省略保護(hù)層10e。

另一方面，如圖8b以及圖8d所示，透過了p波透光區(qū)域9p后的p波的光由于第2光柵12p而成為在光耦合層12內(nèi)沿著y軸方向傳播的te模式的波導(dǎo)光6b、6c。未成為波導(dǎo)光的成分透過光耦合層12(透過光6d)，由第2檢測器10p來檢測。波導(dǎo)光6b、6c在光耦合層12內(nèi)傳播。由于光耦合層12中的多個層靠近層疊，因此波導(dǎo)光在光耦合層12內(nèi)的層間轉(zhuǎn)移并進(jìn)行傳播，進(jìn)入第1光柵12s的區(qū)域。在第1光柵12s的區(qū)域，由于光柵的柵格向量的方位(x方向)與波導(dǎo)光6b、6c的傳播方向正交，因此波導(dǎo)光6b、6c不從光耦合層12放射出。因而，在本實施方式中，通過使第1檢測器10s、第2檢測器10p靠近光耦合層12，將從光耦合層12泄漏的波導(dǎo)成分(漸逝光)引導(dǎo)至第1檢測器10s側(cè)(泄漏模式光6d)，從而使得第1檢測器10s能夠檢測波導(dǎo)光6b、6c。

如圖8a所示，若將s波透光區(qū)域9s的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為a0，將p波透光區(qū)域9p的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為a1，則a0、a1分別具有w×w的尺寸的方格圖案。在圖8a中用實線表示的像素區(qū)域13a之中，檢測區(qū)域a0、a1各包含兩個，在用虛線表示的像素區(qū)域13b之中，檢測區(qū)域a0、a1也各包含兩個。無論使像素區(qū)域在xy面內(nèi)如何偏離各區(qū)域的寬度(＝w)的量，雖然會出現(xiàn)位置關(guān)系的調(diào)換，但檢測區(qū)域a0、a1必定各包含兩個。如對研討例進(jìn)行說明的那樣，關(guān)于檢測光量，通過計算式1所示的q0以及q0來進(jìn)行插補處理。若分辨率以像素尺寸來決定，則分辨率成為作為像素區(qū)域13a、13b的尺寸的2w×2w，但無論像素在xy面內(nèi)的哪個方向上移動寬度w，相同的插補處理均成立，因此插補處理后的分辨率改善至w×w。

入射至圖1b所示的透光區(qū)域9a(相當(dāng)于圖8a所示的s波透光區(qū)域9s、p波透光區(qū)域9p)的光5的偏振方向是隨機的。在本實施方式中，在透明基板9b的近前(被攝體側(cè))設(shè)置有作為線性偏振元件的檢偏元件16。檢偏元件16在入射光5之中僅使特定的直線偏振光透過。檢偏元件16與未圖示的電機連接，通過繞著z方向的中心軸旋轉(zhuǎn)從而能夠選擇偏振方位。在圖8c所示的狀態(tài)下，通過檢偏元件16的旋轉(zhuǎn)，僅s波(電場向量的方向為y方向的光)透過了檢偏元件16。在圖8d所示的狀態(tài)下，僅p波(電場向量的方向為x方向的光)透過了檢偏元件16。圖8c所示的光檢測的狀態(tài)和圖8d所示的光檢測的狀態(tài)不同時產(chǎn)生，通過檢偏元件16的旋轉(zhuǎn)而擇一地被選擇。通過這種構(gòu)成，第1檢測器10s、第2檢測器10p能夠容易地獲得p波和s波這兩種波的信息，實質(zhì)上分辨率成倍提高。因而，與研討例相比，能夠更精密地對被攝體內(nèi)部的散射的情形進(jìn)行比較分析。

另外，在本實施方式中，雖然將波導(dǎo)光6b、6c、6b、6c作為te模式的波導(dǎo)光進(jìn)行了說明，但也可以通過變更第1光柵12s、第2光柵12p的間距，從而將波導(dǎo)光6b、6c、6b、6c作為tm模式的波導(dǎo)光。此外，也可以將本實施方式的構(gòu)成與參照圖14a以及圖14b所說明的時間分割檢測法(第2現(xiàn)有例)進(jìn)行組合。由此，能夠從相干的狀態(tài)的觀點出發(fā)來分析進(jìn)行時間分割而取入的信號，能夠更詳細(xì)地分析被攝體內(nèi)部的散射的情形。

接下來，更詳細(xì)地說明本實施方式的構(gòu)成。

圖9是示意性地表示本實施方式中的光檢測裝置13的構(gòu)成的圖。圖9除了圖8c所示的光檢測裝置13的構(gòu)成要素之外，還示出電機15以及控制電路1’。另外，圖9所示的檢偏元件16實際上配置為覆蓋多個s波透光區(qū)域9s以及多個p波透光區(qū)域9p的整體。

本實施方式中的光檢測裝置13具備：光檢測器10，包含沿著主面(攝像面)配置的第1檢測器10s以及第2檢測器10p；光耦合層12，配置在光檢測器10上；以及偏振元件陣列9’，配置在光耦合層12上。在此，“～上”是指以本公開的附圖所示的配置為基準(zhǔn)的情況下存在于上，包含以接觸的方式位于上的狀態(tài)、和以不接觸的方式(即，其間隔著其他的要素或者層)位于上的狀態(tài)。光耦合層12與圖2a的構(gòu)成同樣包含：第1低折射率層12c；第1高折射率層12b，配置在第1低折射率層12c上，包含第1光柵12s以及第2光柵12p；以及第2低折射率層12a，配置在第1高折射率層12b上。第1高折射率層12b具有比第1低折射率層12c以及第2低折射率層12a高的折射率。在本實施方式中，光耦合層12進(jìn)而還包含：第3低折射率層，配置在第1低折射率層12c與光檢測器10之間；以及第2高折射率層，配置在第3低折射率層與第1低折射率層12c之間，包含第3光柵以及第4光柵。第2高折射率層具有比第1低折射率層12c以及第3低折射率層高的折射率。第3光柵所具有的周期性的方向與第1光柵所具有的周期性的方向匹配。即，在圖8b所示的第1光柵的溝槽的方向為y方向的區(qū)域，第3光柵的溝槽的方向也為y方向，在第1光柵的溝槽的方向為x方向的區(qū)域，第3光柵的溝槽的方向也為x方向。同樣，第4光柵所具有的周期性的方向與第2光柵所具有的周期性的方向匹配。光耦合層12除了上述部分以外，還具有兩個低折射率層與被這兩個低折射率層夾著且具有光柵的高折射率層的多個組合。通過這種層疊的光柵的構(gòu)造，光耦合層12作為光波導(dǎo)路來發(fā)揮功能。另外，兩個低折射率層與被這兩個低折射率層夾著且具有光柵的高折射率層的組合的數(shù)量是任意的，最低具有一個即可。

如圖9所示，偏振元件陣列9’包含：作為使在一方向上偏振的光透過的第1偏振元件的s波透光區(qū)域9s；以及與s波透光區(qū)域相鄰且作為對在所述一方向上偏振的光進(jìn)行遮光的第2偏振元件的p波透光區(qū)域9p。s波透光區(qū)域9s以及p波透光區(qū)域9p分別至少設(shè)置一個即可，能夠?qū)崿F(xiàn)對研討例進(jìn)行說明的運算處理。另外，雖然在圖9中未示出，但與圖2a所示的構(gòu)成同樣，可以在光耦合層12之上配置有選擇性地使光源2射出的波段的光透過的帶通濾波器。

在本實施方式中，雖然一個s波透光區(qū)域9s與一個第1檢測器10s對置，一個p波透光區(qū)域9p與一個第2檢測器10p對置，但并不限定于這種構(gòu)成。也可以是一個s波透光區(qū)域9s與靠近的兩個以上的第1檢測器10s對置，一個p波透光區(qū)域9p與靠近的兩個以上的第2檢測器10p對置。在該情況下，運算電路14(圖1a)只要將來自兩個以上的第1檢測器10s的信號之和以及來自兩個以上的第2檢測器10p的信號之和分別作為一個信號來處理，就能夠直接應(yīng)用研討例中所說明的運算。

在本實施方式中，不同于研討例，與s波透光區(qū)域9s對置的第1光柵所具有的周期性的方向和與p波透光區(qū)域9p對置的第2光柵所具有的周期性的方向正交。第1檢測器10s在第1時間，對透過了s波透光區(qū)域9s的光、與透過p波透光區(qū)域9p且在光耦合層12內(nèi)傳播的光的漸逝成分進(jìn)行檢測。第2檢測器10p在與第1時間不同的第2時間，對透過了p波透光區(qū)域9p的光、與透過s波透光區(qū)域9s且在光耦合層12內(nèi)傳播的光的漸逝成分進(jìn)行檢測。

如圖9所示，光檢測裝置13具備：檢偏元件16，配置在偏振元件陣列9’上，是使入射至偏振元件陣列9’的光的偏振方向一律與特定的方向一致的線性偏振元件；電機15，使檢偏元件16繞著與光檢測器10的主面(攝像面)垂直的軸旋轉(zhuǎn)；以及第1控制電路1’，對電機15以及光檢測器10進(jìn)行控制。第1控制電路1’可以與作為圖1a所示的第2控制電路的控制電路1相同，也可以與該控制電路1不同。第1控制電路1’在使檢偏元件16的偏振光透過軸的方向與s波透光區(qū)域9s的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使光檢測器10執(zhí)行第一次的光的檢測。第1控制電路1’在使檢偏元件16的偏振光透過軸的方向與p波透光區(qū)域9p的偏振光透過軸的方向一致的狀態(tài)下，使光檢測器10執(zhí)行第二次的光的檢測。

根據(jù)以上的構(gòu)成，第1檢測器10s、第2檢測器10p能夠獲取偏振方向正交的兩種偏振光的信息，因此與研討例的構(gòu)成相比，實質(zhì)性上分辨率成倍地提高。

運算電路14進(jìn)行與研討例同樣的處理。具體而言，將由與s波透光區(qū)域9s對置的第1檢測器10s檢測的光量設(shè)為第1光量p0，將由與p波透光區(qū)域9p對置的第2檢測器10p檢測的光量設(shè)為第2光量p1，例如生成并輸出從下述組之中選擇的至少一個信號，該組構(gòu)成為包含：(1)表示第2光量p1相對于第1光量p0的比p1/p0的信號、(2)表示第1光量p0相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p0/(p0+pi)的信號、以及(3)表示第2光量p1相對于第1光量p0與第2光量p1之和的比例p1/(p0+p1)的信號。該運算處理能夠按照相鄰的s波透光區(qū)域以及p波透光區(qū)域的每個對來進(jìn)行。如參照圖5b所說明的那樣，能夠基于上述的任意一個檢測信號來獲得對象物的信息。運算電路14參照預(yù)先保存在存儲器等存儲介質(zhì)中的、如圖5b所示的對檢測信號與相干的程度(例如隨機系數(shù))之間的關(guān)系進(jìn)行規(guī)定的函數(shù)或者表格的信息，根據(jù)檢測信號來求出相干的程度。

相干的程度與對象物的構(gòu)造之間具有相關(guān)。例如，在從某位置到達(dá)的光的相干的程度高的情況下，能夠推測為該位置處存在具有光滑表面的對象物并發(fā)生了表面反射。另一方面，在從某位置到達(dá)的光的相干的程度低的情況下，能夠推測為該位置處在對象物的內(nèi)部發(fā)生了散射或者在具有凹凸的表面發(fā)生了反射。運算電路14例如按照相鄰的s波透光區(qū)域以及p波透光區(qū)域的每個對來進(jìn)行這種信號的生成以及對象物的構(gòu)造的推測。由此，能夠在大的區(qū)域內(nèi)獲得對象物的信息。

在控制電路1改變從光源2射出的光的相干長度的方式下，運算電路14可以按照由控制電路1改變的每個光的相干長度來生成上述的任意一個檢測信號。由此，如參照圖7e以及圖7f所說明的那樣，能夠以相干長度為參數(shù)來詳細(xì)獲知被攝體內(nèi)部的散射的情形。運算電路14例如可以如圖7e以及圖7f所示那樣，生成區(qū)分所生成的信號的值為給定的閾值以上的區(qū)域和信號的值小于閾值的區(qū)域來表示的圖像信息。由此，能夠使被攝體內(nèi)部的構(gòu)造可視化。

(實施方式2)

接下來，說明本公開的實施方式2。

本實施方式所涉及的光檢測裝置的構(gòu)成除了光柵的圖案化不同這一點以外，全部與實施方式1的構(gòu)成相同。因此，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的參照符號，并省略重復(fù)的說明。

圖10a是表示本實施方式中的s波透光區(qū)域9s以及p波透光區(qū)域9p的排列的俯視圖。在s波透光區(qū)域9s，沿著p波的振動方向(x軸方向)以波長的1/3以下的間距形成有a1等的線柵(金屬柵格)。由此，s波透光區(qū)域9s使s波的光透過，對p波的光進(jìn)行遮光。在p波透光區(qū)域9p，沿著s波的振動方向(y軸方向)以波長的1/3以下的間距形成有al等的線柵。由此，p波透光區(qū)域9p使p波的光透過，對s波的光進(jìn)行遮光。因此，s波透光區(qū)域9s可稱為p波遮光區(qū)域，p波透光區(qū)域9p可稱為s波遮光區(qū)域。

圖10b是表示形成于光耦合層12的光柵的方位的俯視圖。圖10c是表示包含光檢測器10的構(gòu)成要素間的位置關(guān)系的xz面剖視圖。在本實施方式中，第1光柵12s位于s波透光區(qū)域9s的正下方，其柵格向量的方向為x軸方向。第2光柵12p位于作為s波遮光區(qū)域的p波透光區(qū)域9p的正下方，其柵格向量為x軸方向。即，在本實施方式中，與s波透光區(qū)域9s對置的第1光柵12s以及與作為s波遮光區(qū)域的p波透光區(qū)域9p對置的第2光柵12p的柵格向量的方向相同。在第1光柵12s和第2光柵12p中，間距(周期)不同。第1光柵12s的間距滿足te模式的波導(dǎo)光6b、6c被激發(fā)的條件。另一方面，第2光柵12p的間距滿足tm模式的波導(dǎo)光6b、6c被激發(fā)的條件。

如圖10b以及圖10c所示，通過了s波透光區(qū)域9s后的s波的光的一部分由于第1光柵12s而成為在光耦合層12內(nèi)沿著x軸方向傳播的te模式的波導(dǎo)光6b、6c。未成為波導(dǎo)光的光的成分透過光耦合層12(透過光6d)，由第1檢測器10s來檢測。另外，入射至第1檢測器10s的光中也可包含波導(dǎo)之后最終被放射的光的成分，但在本公開中該成分也作為未成為波導(dǎo)光的成分。

波導(dǎo)光6b、6c在光耦合層12內(nèi)傳播。由于光耦合層12中的多個層靠近層疊，因此波導(dǎo)光在光耦合層12內(nèi)的層間轉(zhuǎn)移并進(jìn)行傳播，進(jìn)入第2光柵12p的區(qū)域。在第2光柵12p的區(qū)域，產(chǎn)生基于第2光柵12p的放射，其放射光由第2檢測器10p來檢測。另一方面，透過了p波透光區(qū)域9p后的p波的光由于第2光柵12p而成為在光耦合層12內(nèi)沿著x軸方向傳播的tm模式的波導(dǎo)光6b、6c。未成為波導(dǎo)光的成分透過光耦合層12(透過光6d)，被第2檢測器10p檢測。波導(dǎo)光6b、6c在光耦合層12內(nèi)傳播。由于光耦合層12的各層靠近層疊，因此波導(dǎo)光在光耦合層12的層間轉(zhuǎn)移并進(jìn)行傳播。在第1光柵12s的區(qū)域，產(chǎn)生基于第1光柵12s的放射，其放射光由第1檢測器10s來檢測。在本實施方式中，由于可以預(yù)料基于光柵的放射效果，因此無需如實施方式1那樣使第1檢測器10s、第2檢測器10p靠近光耦合層12。本實施方式所涉及的光檢測裝置也可以與研討例同樣具備微透鏡。

如圖10a所示，若將s波透光區(qū)域9s的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為a0，將p波透光區(qū)域9p的正下方的檢測區(qū)域設(shè)為a1，則檢測區(qū)域a0、a1分別具有w×w的尺寸的方格圖案。在圖10a中用實線表示的像素區(qū)域13a之中，檢測區(qū)域a0、a1各包含兩個，在用虛線表示的像素區(qū)域13b之中，檢測區(qū)域a0、a1也各包含兩個。無論使像素區(qū)域在xy面內(nèi)如何偏離各區(qū)域的寬度(＝w)的量，雖然會出現(xiàn)位置關(guān)系的調(diào)換，但檢測區(qū)域a0、a1必定各包含兩個。如對研討例進(jìn)行說明的那樣，關(guān)于檢測光量，通過計算式1所示的q0以及q0來進(jìn)行插補處理。若分辨率以像素尺寸來決定，則分辨率成為作為像素區(qū)域13a、13b的尺寸的2w×2w，但無論像素在xy面內(nèi)的哪個方向移動寬度w，相同的插補處理均成立，因此插補處理后的分辨率改善至w×w。

入射至圖1b所示的透光區(qū)域9a(相當(dāng)于圖10a所示的s波透光區(qū)域9s、p波透光區(qū)域9p)的光5的偏振方向是隨機的。在本實施方式中，在透明基板9b的近前(被攝體側(cè))設(shè)置有作為線性偏振元件的檢偏元件16。檢偏元件16在入射光5之中僅使特定的直線偏振光透過。檢偏元件16與未圖示的電機連接，通過繞著z方向的軸旋轉(zhuǎn)從而能夠選擇偏振方位。在圖10c所示的構(gòu)成中，通過檢偏元件16的旋轉(zhuǎn)而僅s波(電場向量的方向為y方向的光)透過檢偏元件16的狀態(tài)下，p波(電場向量位于x方向的光)被阻斷，第1檢測器10s、第2檢測器10p能夠獲取s波的信息。另一方面，通過檢偏元件16的旋轉(zhuǎn)而僅p波透過檢偏元件16的狀態(tài)下，s波被阻斷，第1檢測器10s、第2檢測器10p能夠獲取p波的信息。因此，第1檢測器10s、第2檢測器10p能夠容易地獲取p波和s波這兩種波的信息，實質(zhì)上分辨率成倍提高。因而，本實施方式所涉及的光檢測裝置與研討例相比，能夠更精密地對被攝體內(nèi)部的散射的情形進(jìn)行比較分析。

另外，在本實施方式中，雖然將波導(dǎo)光6b、6c作為te模式的波導(dǎo)光、將波導(dǎo)光6b、6c作為tm模式的波導(dǎo)光進(jìn)行了說明，但也可以通過變更第1光柵12s、第2光柵12p的間距，從而將波導(dǎo)光6b、6c作為tm模式的波導(dǎo)光、將波導(dǎo)光6b、6c作為te模式的波導(dǎo)光。此外，也可以將本實施方式的構(gòu)成與參照圖14a以及圖14b所說明的時間分割檢測法(第2現(xiàn)有例)進(jìn)行組合。由此，能夠從相干的狀態(tài)的觀點出發(fā)來分析進(jìn)行時間分割而取入的信號，能夠更詳細(xì)地分析被攝體內(nèi)部的散射的情形。