本申請涉及光檢測裝置及光檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

作為觀察對象物并取得其信息的裝置，已知有干涉計及相位差顯微鏡。

干涉計從光源向?qū)ο笪镎丈渚哂邢喔尚缘膯紊?，使透射或反射后的?信號光)與來自同一光源的光(參照光)干涉而檢測。通過將因信號光與參照光的光路差而產(chǎn)生的干涉條紋進行解析，能夠取得對象物的表面形狀及入射光的波面形狀等信息。例如在特開2015－17968號公報中公開了干涉計。

相位差顯微鏡是將因?qū)ο笪锏母鞑糠值恼凵渎驶蚝穸鹊牟町惗谕干涔庵挟a(chǎn)生的相位差變換為光的明暗來觀察對象物的裝置。即使對象物透明，相位差顯微鏡也能夠觀察透射了對象物的光的相位分布。例如在特開2015－219280號公報中公開了相位差顯微鏡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有關(guān)本申請的一技術(shù)方案的光檢測裝置具備：光檢測器，具有第1受光元件及第2受光元件；透光性的第1層，配置在上述第1受光元件及上述第2受光元件的上方，具有第1面及與上述第1面相反側(cè)的第2面；透光性的第1光耦合元件，配置于從由上述第1面及上述第2面構(gòu)成的組中選擇的至少1個面，與上述第1受光元件對置；以及透光性的第2光耦合元件，配置于上述至少1個面，與上述第2受光元件對置。上述第2面比上述第1面距上述光檢測器更近。

有關(guān)本申請的一技術(shù)方案的光檢測系統(tǒng)具備：上述光檢測裝置；以及運算電路，基于從上述第1受光元件輸出的第1電信號及從上述第2受光元件輸出的第2電信號，生成與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息。

上述包含性或具體的形態(tài)也可以由系統(tǒng)、方法、集成電路、計算機程序或記錄介質(zhì)實現(xiàn)?；蛘?，也可以由系統(tǒng)、裝置、方法、集成電路、計算機程序及記錄介質(zhì)的任意的組合實現(xiàn)。

附圖說明

圖1a是示意地表示本申請的實施方式1的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖1b是圖1a的1b－1b線剖視圖。

圖2a是在實施方式1的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖2b是在實施方式1的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.16的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖2c是在實施方式1的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.16的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖3是表示實施方式1的光檢測裝置中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

圖4a是表示實施方式1的光檢測裝置的制造工序的第1圖。

圖4b是表示實施方式1的光檢測裝置的制造工序的第2圖。

圖4c是表示實施方式1的光檢測裝置的制造工序的第3圖。

圖4d是表示實施方式1的光檢測裝置的制造工序的第4圖。

圖5a是示意地表示使用實施方式1的光檢測裝置的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖5b是表示實施方式1的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。

圖6是表示實施方式1的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖7是表示實施方式1的其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖8是示意地表示本申請的實施方式2的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖9是示意地表示本申請的實施方式3的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖10是在實施方式3的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.02的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖11是表示實施方式3的光檢測裝置中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

圖12是在實施方式3的光檢測裝置中，表示光柵的透光性部件的周期λ與適合的波長之間的關(guān)系的曲線圖。

圖13是示意地表示實施方式3的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖14a是示意地表示本申請的實施方式4的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖14b是圖14a的14b－14b線剖視圖。

圖15a是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第1圖。

圖15b是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第2圖。

圖15c是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第3圖。

圖15d是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第4圖。

圖15e是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第5圖。

圖15f是表示實施方式4的光檢測裝置的制造工序的第6圖。

圖16a是示意地表示實施方式4的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖16b是示意地表示實施方式4的其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖16c是示意地表示實施方式4的另一其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖17是示意地表示本申請的實施方式5的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖18a是示意地表示本申請的實施方式6的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第1圖。

圖18b是示意地表示本申請的實施方式6的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第2圖，圖18b是圖18a的18b－18b線剖視圖。

圖19a是在實施方式6的光檢測裝置中，表示兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖19b是在實施方式6的光檢測裝置中，表示兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖20a是示意地表示使用實施方式6的光檢測裝置的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖20b是表示實施方式6的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。

圖21a是表示實施方式6的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第1圖。

圖21b是表示實施方式6的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第2圖。

圖22是示意地表示本申請的實施方式7的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖23a是在實施方式7的光檢測裝置中，表示兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的功率p1、p2、p3及功率的合計(p1+p2+p3)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖23b是在實施方式7的光檢測裝置中，表示兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2+p3)、p2/(p1+p2+p3)及p3/(p1+p2+p3)、以及功率的合計(p1+p2+p3)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖24a是示意地表示本申請的實施方式8的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第1圖。

圖24b是示意地表示本申請的實施方式8的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的第2圖。

圖25a是示意地表示本申請的實施方式9的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖25b是圖25a的25b－25b線剖視圖。

圖26a是在實施方式9的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖26b是在實施方式9的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.19的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖26c是在實施方式9的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.19的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖27是表示實施方式9的光檢測裝置中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

圖28a是表示實施方式9的光檢測裝置的制造工序的一例的第1圖。

圖28b是表示實施方式9的光檢測裝置的制造工序的一例的第2圖。

圖29a是示意地表示使用實施方式9的光檢測裝置的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖29b是表示實施方式9的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。

圖30是表示實施方式9的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖31是表示實施方式9的其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖32是表示實施方式9的另一其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖33是示意地表示本申請的實施方式10的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖34是示意地表示本申請的實施方式11的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖35是在實施方式11的光檢測裝置中，表示距離常數(shù)d＝1.05的情況下的兩個入射光之間的相位差φ與各自的透射光的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。

圖36是表示實施方式11的光檢測裝置中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

圖37是在實施方式11的光檢測裝置中，表示光柵的透光性部件的周期λ與適合的波長之間的關(guān)系的曲線圖。

圖38是示意地表示實施方式11的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖39a是示意地表示本申請的實施方式12的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖39b是圖39a的39b－39b線剖視圖。

圖40a是表示實施方式12的光檢測裝置的制造工序的第1圖。

圖40b是表示實施方式12的光檢測裝置的制造工序的第2圖。

圖40c是表示實施方式12的光檢測裝置的制造工序的第3圖。

圖41a是示意地表示實施方式12的變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖41b是示意地表示實施方式12的其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖41c是示意地表示實施方式12的另一其他變形例的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖42是示意地表示本申請的實施方式13的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。

標號說明

1第1光耦合元件

2第2光耦合元件

3第1層

4第2層

5光檢測器

6第1受光元件

7第2受光元件

8第1入射光

9第2入射光

10第1波導光

11第2波導光

12第1透射光

13第2透射光

14檢測單位

15第1電信號

16第2電信號

17圖像傳感器

18與對象物有關(guān)的信息的電信號

19槽

20運算電路

21對象物

22金屬膜圖案

23吸收膜

24孔

25光源

26射出光

27空間區(qū)域

28布線

29、280光檢測裝置

30、50偏振元件

31第2傳輸光

32第3傳輸光

33第4傳輸光

34空洞

35第1光傳輸路徑

36第2光傳輸路徑

37第3光傳輸路徑

38第4光傳輸路徑

39第3受光部

40第3透射光

41第1光傳輸路徑的射出部

42第2光傳輸路徑的射出部

43第4光傳輸路徑的射出部

44第1光傳輸路徑的入射部

45第2光傳輸路徑的入射部

60第1傳輸光

240第3層

400基板

具體實施方式

(本申請的概要)

本申請包括以下的項目所記載的光檢測裝置。

[項目1]

有關(guān)本申請的項目1的光檢測裝置具備：光檢測器，具有第1受光元件及第2受光元件；透光性的第1層，配置在上述第1受光元件及上述第2受光元件的上方，具有第1面及與上述第1面相反一側(cè)的第2面；透光性的第1光耦合元件，配置于從由上述第1面及上述第2面構(gòu)成的組中選擇的至少1個面，與上述第1受光元件對置；以及透光性的第2光耦合元件，配置于上述至少1個面，與上述第2受光元件對置。與上述第1面相比，上述第2面距上述光檢測器更近。

[項目2]

項目1所記載的光檢測裝置也可以是，在上述光檢測器與上述第1層之間還具備與上述第1層的上述第2面接觸、且具有比上述第1層的折射率低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第1面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件；上述第1光耦合元件使入射到上述第1光耦合元件中的第1光的一部分在上述第1層內(nèi)向朝向上述第2光耦合元件的方向傳輸；上述第2光耦合元件使入射到上述第2光耦合元件中的第2光的一部分在上述第1層內(nèi)向朝向上述第1光耦合元件的方向傳輸。

[項目3]

在項目2所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1光耦合元件使上述第1光的另一部分透射上述第1層及上述第2層而向上述第1受光元件入射；上述第2光耦合元件使上述第2光的另一部分透射上述第1層及上述第2層而向上述第2受光元件入射。

[項目4]

項目1所記載的光檢測裝置也可以是，還具備與上述第1層的上述第1面接觸、且具有比上述第1層的折射率低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第2面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件。

[項目5]

在項目1至4的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1受光元件及上述第2受光元件在第1方向上排列；上述第1光耦合元件是包括多個第1透光性部件的第1光柵，該多個第1透光性部件分別具有在與上述第1方向垂直的第2方向上延伸的凸部，且在上述第1方向上排列；上述第2光耦合元件是包括多個第2透光性部件的第2光柵，該多個第2透光性部件分別具有在上述第2方向上延伸的凸部，且在上述第1方向上排列。

[項目6]

在項目5所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1光柵、上述第2光柵及上述第1層是由相同的材料構(gòu)成的單一構(gòu)造體。

[項目7]

在項目5或6所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1受光元件及上述第2受光元件檢測空氣中的波長為λ的光；上述多個第1透光性部件及上述多個第2透光性部件分別以比上述波長λ小的周期λ配置。

[項目8]

在項目7所記載的光檢測裝置中，也可以是，如果設(shè)上述第1層的折射率為n1、上述第2層的折射率為n2，則上述周期λ滿足λ/n1<λ<λ/n2。

[項目9]

在項目7或8所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1光柵還包括以與上述周期λ不同的周期配置的多個第3透光性部件；上述第2光柵還包括以與上述周期λ不同的周期配置的多個第4透光性部件。

[項目10]

在項目7至9的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述多個第1透光性部件中的距上述多個第2透光性部件最近的第1透光性部件的上述凸部的頂點或中心、與上述多個第2透光性部件中的距上述多個第1透光性部件最近的第2透光性部件的上述凸部的頂點或中心之間的距離比上述周期λ長。

[項目11]

在項目10所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述光檢測器還具有對置于上述第1光柵與上述第2光柵之間的區(qū)域的第3受光元件。

[項目12]

項目10或11所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述光檢測器與上述第1層之間還具備與上述第1層接觸、且具有比上述第1層的折射率低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第1面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件；上述第1光柵及上述第2光柵的各自的上述凸部的與上述第2方向垂直的截面的形狀是從由三角形狀、梯形狀及正弦波形狀構(gòu)成的組中選擇的1個；設(shè)0以上的整數(shù)為i，關(guān)于滿足i+1.05≤d≤i+1.26，或i+1.58≤d≤i+1.79的d，上述距離是dλ。

[項目13]

在項目10或11所記載的光檢測裝置中，也可以是，還具備與上述第1層的上述第1面接觸、且具有比上述第1層的折射率低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第2面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件；上述第1光柵及上述第2光柵的各自的上述凸部的與上述第2方向垂直的截面的形狀是從由三角形狀、梯形狀及正弦波形狀構(gòu)成的組中選擇的1個；設(shè)0以上的整數(shù)為i，關(guān)于滿足1.08+i≤d≤1.31+i，或1.58+i≤d≤1.83+i的d，上述距離是dλ。

[項目14]

在項目10或11所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述光檢測器與上述第1層之間還具備與上述第1層接觸、且具有比上述第1層低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第1面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件；上述第1光柵及上述第2光柵的各自的上述凸部的與上述第2方向垂直的截面的形狀是從由矩形狀、圓角矩形狀及半圓形狀構(gòu)成的組中選擇的1個；設(shè)0以上的整數(shù)為i，關(guān)于滿足從由1<d≤1.16，i+1.47≤d≤i+1.77，及i+1.92≤d≤i+2.16構(gòu)成的組中選擇的1個的d，上述距離是dλ。

[項目15]

在項目10或11所記載的光檢測裝置中，也可以是，還具備與上述第1層的上述第1面接觸、且具有比上述第1層的折射率低的折射率的透光性的第2層；在上述第1層的上述第2面，配置有上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件；上述第1光柵及上述第2光柵的各自的與上述第2方向垂直的截面的形狀是從由矩形狀、圓角矩形狀及半圓形狀構(gòu)成的組中選擇的1個；設(shè)0以上的整數(shù)為i，關(guān)于滿足1<d≤1.22，或1.46+i≤d≤2.22+i的d，上述距離是dλ。

[項目16]

項目1至15的任一項所記載的光檢測裝置也可以是，還具備偏振元件，該偏振元件配置在對象物與上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件之間，使比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分的光向上述第1光耦合元件及上述第2光耦合元件入射。

[項目17]

在項目1至16的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述光檢測器具備多個第1受光元件，上述多個第1受光元件分別是上述第1受光元件；上述光檢測器具備多個第2受光元件，上述多個第2受光元件分別是上述第2受光元件；上述光檢測裝置具備多個第1光耦合元件，上述多個第1光耦合元件分別是上述第1光耦合元件；上述光檢測裝置具備多個第2光耦合元件，上述多個第2光耦合元件分別是上述第2光耦合元件；上述多個第1受光元件、上述多個第2受光元件、上述多個第1光耦合元件及上述多個第2光耦合元件被劃分為二維排列的多個檢測單位；上述多個檢測單位分別包括上述第1層的一部分、上述第1光耦合元件、上述第2光耦合元件、上述第1受光元件及上述第2受光元件。

[項目18]

在項目17所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述第1層中的上述多個檢測單位之間的區(qū)域中具有槽。

[項目19]

在項目17所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述第1層中的上述多個檢測單位之間的區(qū)域上具有金屬膜。

[項目20]

在項目17所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述第1層中的上述多個檢測單位之間的區(qū)域上具有被金屬膜覆蓋的第3光耦合元件。

[項目21]

在項目17至20的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1受光元件及上述第2受光元件在第1方向上排列；上述多個檢測單位在從由上述第1方向及與上述第1方向垂直的第2方向構(gòu)成的組中選擇的至少一個方向上排列。

[項目22]

在項目17至20的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述多個檢測單位以交錯狀配置。

[項目23]

有關(guān)本申請的項目23的光檢測系統(tǒng)具備：項目1至22的任一項所記載的光檢測裝置；以及運算電路，基于從上述第1受光元件輸出的第1電信號及從上述第2受光元件輸出的第2電信號，生成與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息。

[項目24]

項目23所記載的光檢測系統(tǒng)也可以是，還具備射出空氣中的波長為λ的光的光源；上述第1受光元件及上述第2受光元件檢測從上述光源射出并從上述對象物到達的上述光。

[項目25]

在項目24所記載的光檢測系統(tǒng)中，也可以是，上述光比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分。

[項目26]

有關(guān)本申請的項目26的光檢測裝置具備：光檢測器，具有第1受光元件及第2受光元件；基板，配置在上述第1受光元件及上述第2受光元件上，具有使來自對象物的光向第1受光元件的方向傳輸?shù)牡?光傳輸路徑、和使來自上述對象物的光向上述第2受光元件的方向傳輸?shù)牡?光傳輸路徑；以及第3光傳輸路徑，將上述第1光傳輸路徑的一部分與上述第2光傳輸路徑的一部分連結(jié)。

[項目27]

在項目26所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第3光傳輸路徑設(shè)在上述基板內(nèi)。

[項目28]

在項目27所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1受光元件及上述第2受光元件檢測空氣中的波長為λ的光；上述基板在上述第1光傳輸路徑、上述第2光傳輸路徑及上述第3光傳輸路徑以外的區(qū)域中具有將上述波長λ的光阻斷的光子晶體的構(gòu)造。

[項目29]

在項目28所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第1受光元件及上述第2受光元件沿著上述光檢測器的受光面在第1方向上延伸；上述基板包括在與上述受光面平行且與上述第1方向垂直的第2方向上延伸的多個空洞；上述多個空洞在上述第1光傳輸路徑、上述第2光傳輸路徑及上述第3光傳輸路徑以外的區(qū)域中周期性地排列。

[項目30]

在項目27至29的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述第3光傳輸路徑在上述第1光傳輸路徑與上述第2光傳輸路徑之間具有彎曲部；上述彎曲部位于比上述第3光傳輸路徑與上述第1光傳輸路徑的合流點及上述第3光傳輸路徑與上述第2光傳輸路徑的合流點更遠離上述光檢測器的上述受光面的位置。

[項目31]

在項目27至30的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，上述光檢測器在上述第1受光元件與上述第2受光元件之間還具有第3受光元件；上述基板具有使光從上述第3光傳輸路徑的中間或其中途的部分朝向上述第3受光元件傳輸?shù)牡?光傳輸路徑。

[項目32]

在項目31所記載的光檢測裝置中，也可以是，在上述第1光傳輸路徑中傳輸?shù)墓獾闹辽僖徊糠窒蛏鲜龅?受光元件入射；在上述第2光傳輸路徑中傳輸?shù)墓獾闹辽僖徊糠窒蛏鲜龅?受光元件入射；在上述第3光傳輸路徑及上述第4光傳輸路徑中傳輸?shù)墓獾闹辽僖徊糠窒蛏鲜龅?受光元件入射。

[項目33]

在項目26至32的任一項所記載的光檢測裝置中，也可以是，具有二維地排列的多個檢測單位；上述多個檢測單位分別包括上述第1光傳輸路徑、上述第2光傳輸路徑、上述第3光傳輸路徑、上述第1受光元件及上述第2受光元件。

在本申請中，電路、單元、裝置、部件或部的全部或一部分、或者框圖的功能塊的全部或一部分也可以由包括半導體裝置、半導體集成電路(ic)或lsi(largescaleintegration)的一個或多個電子電路執(zhí)行。lsi或ic既可以集成到一個芯片上，也可以將多個芯片組合而構(gòu)成。例如，存儲元件以外的功能塊也可以集成到一個芯片上。這里稱作lsi或ic，但根據(jù)集成程度而叫法變化，也可以稱作系統(tǒng)lsi、vlsi(verylargescaleintegration)或ulsi(ultralargescaleintegration)。在lsi的制造后編程的fieldprogrammablegatearray(fpga)或能夠進行l(wèi)si內(nèi)部的接合關(guān)系的再構(gòu)成或lsi內(nèi)部的電路劃區(qū)的設(shè)置的reconfigurablelogicdevice也能夠以相同的目的使用。

進而，電路、單元、裝置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通過軟件處理來執(zhí)行。在此情況下，軟件被記錄到一個或多個rom、光盤、硬盤驅(qū)動器等非暫時性記錄介質(zhì)中，當軟件被處理裝置(processor)執(zhí)行時，由該軟件確定的功能被處理裝置(processor)及周邊裝置執(zhí)行。系統(tǒng)或裝置也可以具備記錄有軟件的一個或多個非暫時性記錄介質(zhì)、處理裝置(processor)及需要的硬件設(shè)備例如接口。

以往的干涉計在測定中需要繁雜的操作。另一方面，以往的相位差顯微鏡難以定量地測定相位差。

本申請?zhí)峁┮环N能夠不進行繁雜的操作而定量地測定對象物的信息的光檢測技術(shù)。

以下，一邊參照附圖一邊說明本申請的實施方式。另外，以下說明的實施方式都表示包含性或具體的例子。在以下的實施方式中表示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置及連接形態(tài)、步驟、步驟的順序等是一例，不是限定本申請的意思。在本說明書中說明的各種技術(shù)方案只要不發(fā)生矛盾就能夠相互組合。此外，關(guān)于以下的實施方式的構(gòu)成要素中的、在表示最上位概念的獨立權(quán)利要求中沒有記載的構(gòu)成要素，設(shè)為任意的構(gòu)成要素進行說明。在以下的說明中，有對于具有實質(zhì)上相同的功能或類似的功能的構(gòu)成要素賦予共通的標號而省略重復(fù)的說明的情況。

(實施方式1)

[光檢測裝置]

首先，說明本申請的實施方式1的光檢測裝置。

圖1a是示意地表示本申請的實施方式1的光檢測裝置29的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖1a表示從光入射的一側(cè)觀察光檢測裝置29時的構(gòu)造。圖1b是圖1a的1b－1b線剖視圖。

在以下的說明中，使用表示相互正交的x、y、z方向的xyz坐標系。在本實施方式中，將與光檢測裝置29的光檢測器5的受光面(也有稱作“攝像面”的情況)平行的面設(shè)為xy面，將與xy面垂直的方向設(shè)為z方向。圖示的坐標系是為了說明的方便而設(shè)定的，并不限制本申請的實施方式的裝置實際被使用時的配置及朝向。此外，圖示的構(gòu)造物的整體或一部分的形狀及大小也并不限制現(xiàn)實的形狀及大小。

本實施方式的光檢測裝置29具備具有第1受光元件6及第2受光元件7的光檢測器5、將第1受光元件6及第2受光元件7覆蓋的透光性的第1層3、位于光檢測器5與第1層3之間的透光性的第2層4、和形成在第1層3的表面上的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2。第2層4與第1層3接觸，具有比第1層3的折射率低的折射率。第1光耦合元件1對置于第1受光元件6，第2光耦合元件2對置于第2受光元件7。第1光耦合元件1是使入射光8的一部分與第1層3內(nèi)的光波導路耦合的透光性的部件。第2光耦合元件2是使入射光9的一部分與第1層3內(nèi)的光波導路耦合的透光性部件。在本說明書中，所謂“透光性”，是指具有使入射的光的至少一部分透射的性質(zhì)。

第1受光元件6及第2受光元件7在第1方向(圖示的例子中在x方向)上排列。第1光耦合元件1使入射光8的一部分在第1層3內(nèi)至少向第1方向(x方向)、即朝向第2光耦合元件2的方向傳輸(波導光10)。第2光耦合元件2使入射光9的一部分在第1層內(nèi)至少向與第1方向相反的方向(－x方向)、即朝向第1光耦合元件1的方向傳輸(波導光11)。由此，在第1層3內(nèi)發(fā)生波導光10、11間的干涉。入射到第1光耦合元件1中的光的一部分透射第1層3及第2層4而向第1受光元件6入射。入射到第2光耦合元件2中的光的一部分透射第1層3及第2層4而向第2受光元件7入射。

在以下的說明中，有將從對象物到達的光中的、向第1光耦合元件1入射的光稱作“第1入射光8”、將向第2光耦合元件2入射的光稱作“第2入射光9”的情況。此外，在第2層4中，有將透射第1受光元件6上的區(qū)域的光稱作“第1透射光12”、將透射第2受光元件7上的區(qū)域的光稱作“第2透射光13”的情況。第1受光元件6接受第1透射光12，輸出與受光量對應(yīng)的第1電信號。第2受光元件7接受第2透射光13，輸出與受光量對應(yīng)的第2電信號。由未圖示的運算電路對這些電信號進行處理，生成表示第1入射光8與第2入射光9之間的相位差的信息。運算電路還能夠基于該相位差信息生成與對象物的構(gòu)造(例如表面構(gòu)造或折射率分布等)有關(guān)的信息并輸出。

如圖1b所示，本實施方式的光檢測裝置29在光檢測器5之上依次具備第2層4及第1層3。在第1層3之上，形成有第1光耦合元件1及第2光耦合元件2。通過這樣的集成構(gòu)造，實現(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定、對于振動等干擾的承受力較強的光檢測裝置29。另外，在圖1b中，省略了將來自光檢測器5的電信號輸出的布線等的圖示。

本實施方式的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是光柵(diffractiongrating)。在以下的說明中，有將第1光耦合元件1稱作“第1光柵1”、將第2光耦合元件2稱作“第2光柵2”的情況。本實施方式的第1光柵1及第2光柵2分別具有將具有在y方向(第2方向)上延伸的凸部的多個透光性部件在x方向(第1方向)上周期性地排列的構(gòu)造。通過相鄰的兩個透光性部件劃分出了在相鄰的兩個透光性部件之間沿y方向延伸的槽。在本實施方式中，多個透光性部件以比入射光8、9的空氣中的波長λ短的周期λ(λ<λ)配置。本實施方式的透光性部件的截面是三角柱狀。構(gòu)成光柵1、2的多個透光性部件的構(gòu)造如后述那樣可以是多種多樣的。第1光柵1、第2光柵2及第1層3也可以是由相同的材料構(gòu)成的單一構(gòu)造體。

周期λ及波長λ根據(jù)觀察的對象物而不同，例如可以設(shè)定為λ＝0.45μm及λ＝0.85μm。通過使周期λ比波長λ小，當?shù)?入射光8及第2入射光9分別入射到第1光耦合元件1及第2光耦合元件2中時，在空氣中僅產(chǎn)生作為0級衍射光的透射光及反射光。由于±1級以上的高級衍射光不會射出到外部，所以光利用效率較高，能夠減少雜散光。

對于λ＝0.85μm的入射光，第1層3被設(shè)計成作為光波導路(厚度t1)發(fā)揮功能。第2層4被設(shè)計成作為緩沖層(厚度t2)發(fā)揮功能。第1層3(光波導路)的厚度t1被設(shè)計為波導模式能夠存在的長度。第1層3(光波導路)的折射率n1比第2層4的折射率n2大(n1>n2)。

在本實施方式的光檢測裝置29中，第1層3、第1光耦合元件1及第2光耦合元件2例如可以由氧化鉭ta2o5(n1＝2.11)構(gòu)成。第2層4例如可以由氧化硅sio2(n2＝1.45)構(gòu)成。第2層4的厚度例如是t2＝0.7μm。此時，根據(jù)周知的波導模式的固有方程式，如果是t1≥0.13μm，則可導出關(guān)于te模式及tm模式這兩者存在波導模式。因此，在此情況下，第1層3的膜厚可以設(shè)定為比0.13μm足夠大的厚度，例如t1＝0.3μm。

在第1層3及光耦合元件1、2中，除了ta2o5以外還可以使用各種材料。同樣，關(guān)于第2層4，也除了sio2以外還可以使用各種材料。也可以使用對于所使用的波長的入射光透明的材料。例如，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，可以使用從zrsio4、(zro2)25(sio2)25(cr2o3)50、sicr、tio2、zro2、hfo2、zno、nb2o5、sno2、al2o3、bi2o3、cr2o3、ga2o3、in2o3、sc2o3、y2o3、la2o3、gd2o3、dy2o3、yb2o3、cao、mgo、ceo2、及teo2等中選擇的一種或多種氧化物等無機材料。此外，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，也可以使用從c－n、ti－n、zr－n、nb－n、ta－n、si－n、ge－n、cr－n、al－n、ge－si－n及ge－cr－n等中選擇的一種或多種氮化物。此外，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，也可以使用zns等硫化物、sic等碳化物、或laf3、cef3、mgf2等氟化物。此外，也可以使用從上述材料中選擇的一種或多種材料的混合物來形成第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4。

進而，第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料也可以是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(pmma)、降冰片烯樹脂(例如，由jsr株式會社以注冊商標“アートン”(arton)銷售)、或環(huán)烯樹脂(例如，由日本ゼオン株式會社以注冊商標“ゼオネックス”(zeonex)銷售)等樹脂等的有機材料。只要從這些材料中選擇滿足折射率n1>n2的材料作為第1層3及第2層4就可以。

另外，在本實施方式中，第1層3、第1光耦合元件1及第2光耦合元件2由相同的材料構(gòu)成，但它們也可以由不同的材料構(gòu)成。在光檢測器5的表面由折射率比第1層3的折射率低的材料、典型地由sio2形成有保護層的情況下，該保護層可以兼作為第2層4。在此情況下，不需要將與保護層不同的層設(shè)置為第2層4。只要保護層的厚度是0.5μm以上，就能夠充分降低波導光的光傳輸損失。此外，第2層4只要折射率比第1層3的折射率低就可以，所以即使是空氣，在原理上也是可能的。但是，通過如本實施方式那樣做成集成構(gòu)造，能夠提高構(gòu)造的穩(wěn)定性。

在入射光是電場在y方向上振動的直線偏振光(te偏振光)的情況下(即，在入射光的電場方向與光柵的槽的延伸方向平行的情況下)，在第1層3中激振出te模式的波導光。另一方面，在入射光是電場在x方向上振動的直線偏振光(tm偏振光)的情況下(即，光的磁場方向與光柵的槽的延伸方向平行的情況下)，在第1層3中激振出tm模式的波導光。因而，通過使入射光的偏振方向變化，能夠使波導光的模式變化。

本實施方式的第1光柵1及第2光柵2的與xz面平行的截面的形狀是等腰三角形狀。光耦合元件1、2的槽的深度tg例如可以設(shè)定為tg＝0.3μm。光耦合元件1、2的形狀及尺寸并不限于該例，也可以是其他的形狀及尺寸。

當?shù)?入射光8及第2入射光9向第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別入射時，只要滿足以下的式(1)，則在第1層3的內(nèi)部激勵出波導光。

sinθ＝n－mλ/λ(1)

這里，n表示光波導路(第1層3)內(nèi)的有效折射率，θ表示以z方向為基準的光的入射角度，m表示衍射的級數(shù)。當光柵1、2的透光性部件的周期λ被設(shè)定為滿足式(1)的值時，入射光8、9的一部分與第1層3內(nèi)的波導路耦合，激勵出波導光。例如，當較好地耦合的1級光(m＝1)垂直地入射(θ＝0)時，式(1)被變形為以下的式(2)。

λ＝λ/n(2)

在上述構(gòu)造中，根據(jù)波導模式的固有方程式，計算為λ≈0.45μm。

另外，如果第1層3的厚度t1變化，則根據(jù)波導模式的固有方程式，有效折射率n也變化。當波導模式存在時，n滿足以下的不等式(3)。

n2<n<n1(3)

如果使用式(1)將式(3)進行變形，則可得到以下的式(4)。

mλ/(n1－sinθ)<λ<mλ/(n2－sinθ)(4)

當θ＝0，m＝1時，λ滿足以下的式(5)。

λ/n1<λ<λ/n2(5)

由第1入射光8及第2入射光9分別在第1層3內(nèi)的光波導路中激勵出的波導光向+x方向及－x方向的雙方傳輸。在圖1b中例示了這些波導光之中由第1入射光8向+x方向傳輸?shù)牟▽Ч?0、和由第2入射光9向－x方向傳輸?shù)牟▽Ч?1。兩個波導光10、11由于行進方向是相反的，所以在第1層3的內(nèi)部干涉。

第1入射光8及第2入射光9的一部分這樣成為波導光，但大部分成為透射第1層3而進入第2層4的透射光12、13。透射光12、13分別由受光元件6、7檢測。受光元件6、7例如包括光敏二極管，輸出與受光量對應(yīng)的電信號(光電變換信號)。

本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過將激光等的具有相干性的光向?qū)ο笪镎丈洹⒉⑹褂帽緦嵤┓绞降墓鈾z測裝置29檢測來自對象物的反射光或透射光，能夠定量地測定對象物的構(gòu)造(例如，厚度的變化或折射率分布等)。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，當將來自對象物的光中的相鄰的兩個光線分別作為入射光8、9時，根據(jù)波導光10、11的干涉的程度而透射光12、13的各自的光量(功率)變化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7檢測透射光12、13的光量，能夠檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)。

透射光或反射光具有的相位信息依賴于對象物的構(gòu)造(厚度的變化或內(nèi)部的折射率分布等)而變化。因此，通過檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)，能夠定量地測定對象物的厚度的變化或折射率分布等。

在圖1a所示的結(jié)構(gòu)中，第1光耦合元件(第1光柵)1及第2光耦合元件(第2光柵)2的最接近的兩個凸部的頂點間或中心間的距離比周期λ大。即，在第1光柵1與第2光柵2之間具有平坦的部分(稱作“空間區(qū)域27”)，空間區(qū)域27的x方向的長度比0大。

這里，設(shè)第1光柵1及第2光柵2的最接近的頂點間的距離為對周期λ乘以常數(shù)d而得到的值dλ。將該常數(shù)d稱作“距離常數(shù)d”。在d＝1的情況下，由于最接近的頂點間的距離為λ，所以光柵1、2形成得較密，在兩者之間不產(chǎn)生空間區(qū)域27。另一方面，當如本實施方式那樣d>1時，在光柵1、2之間產(chǎn)生空間區(qū)域27。

圖2a是在光檢測裝置29中，表示距離常數(shù)d＝1的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖2b是在光檢測裝置29中，表示距離常數(shù)d＝1.16的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖2c是在光檢測裝置29中、表示距離常數(shù)d＝1.16的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖2a～圖2c表示對電場方向是x方向的tm偏振光進行了通過fdtd法(finite－differencetime－domainmethod)的電磁場解析的結(jié)果的例子。

在本解析中，假設(shè)入射光8、9是具有相同的波長λ及相同的功率(進行標準化并設(shè)為光功率1)的相干性較高的激光。以第1入射光8的相位為基準，將與第2入射光9的相位的差設(shè)為相位差φ[度]。如在圖2a中用實線及較長的虛線分別表示那樣，第1透射光12的功率p1及第2透射光13的功率p2對應(yīng)于入射光8、9之間的相位差φ而變化。p1在φ＝140°的附近取最大值，在φ＝－40°的附近取最小值。p2在φ＝－140°的附近取最大值，在φ＝40°的附近取最小值。因而，基于這些曲線可知，能夠根據(jù)功率p1、p2的大小，將φ在－180°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7檢測功率p1、p2，能夠唯一地檢測入射光8、9之間的相位差φ。

另外，圖2a～圖2c表示使用作為tm偏振光的入射光8、9激振出tm模式的波導光的情況下的結(jié)果。在如本實施方式那樣使用微細的光柵1、2的情況下，發(fā)生偏振光依賴性，|p1－p2|的最大值在激振出te模式的波導光的情況和激振出tm模式的波導光的情況下不同。在本實施方式中，激振出tm模式的波導光的情況下的|p1－p2|的最大值比激振出te模式的波導光的情況大約4.6倍。

因而，在本實施方式的光檢測裝置29中，與使用無偏振的入射光相比，使用|p1－p2|的最大值較大的直線偏振光(在本實施方式中是tm偏振光)時能夠使sn比變高。因此，通過使用以tm偏振光為主成分(即，tm偏振光成分比te偏振光成分多)的入射光8、9(直線偏振光或橢圓偏振光)，能夠提高檢測靈敏度。作為用于此的結(jié)構(gòu)，光檢測裝置29也可以具有使tm偏振光比te偏振光更多地入射到第1光柵1及第2光柵2中的偏振元件(例如直線偏振鏡或橢圓偏振鏡)。這樣的偏振元件被配置在光柵1、2與對象物之間、或者光源與對象物之間。或者，例如也可以對射出直線偏振的光的半導體激光源進行旋轉(zhuǎn)調(diào)整以射出比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分的光，來進行配置。

本發(fā)明者們想到，入射光8、9的實際的功率可以根據(jù)從光檢測器5得到的信號(p1+p2)來計算。但是，如在圖2a中用較短的虛線表示那樣，可知(p1+p2)對應(yīng)于相位差φ而變化。更具體地講，可知(p1+p2)在φ＝0及180°處發(fā)生最小值或最大值。這里，將從φ＝0的情況下的(p1+p2)減去φ＝180°或－180°的情況下的(p1+p2)后的值的絕對值定義為“功率差”。在計算入射光8、9的實際的功率時優(yōu)選的是功率差為一定。

本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，在設(shè)距離常數(shù)d為d>1的特定的值、例如d＝1.16的情況下，如在圖2b中用較短的虛線表示那樣，(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ(即幾乎為一定值)?？紤]這是因為，通過設(shè)為d>1，波導光10、11干涉的周期(通常根據(jù)式(2)，λ/n≈λ)在中央部的空間區(qū)域27中被打亂。通過使距離常數(shù)d變化來調(diào)整周期的打亂方式，能夠控制p1及p2的輸出特性。

如在圖2b中用實線及較長的虛線表示那樣，第1透射光的功率p1及第2透射光的功率p2對應(yīng)于相位差φ而變化。在d＝1.16的情況下，|p1－p2|的最大值比d＝0的情況大。p1在φ＝85°的附近取最大值，在φ＝－95°的附近取最小值。p2在φ＝－85°的附近取最大值，在φ＝95°的附近取最小值。因而，基于這些曲線，能夠根據(jù)p1及p2的值將相位差在－180°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。

在d＝1.16的條件下，入射光8、9的功率不論相位差φ如何，都能夠看作與(p1+p2)成比例。在將入射光8、9的功率標準化而分別設(shè)為1的情況下，如圖2b所示，為(p1+p2)＝1.16。因此，入射光8、9的功率的值不論相位差φ如何，都能夠通過(p1+p2)/1.16的運算來計算。

如圖2c所示，也可以使用將p1及p2除以(p1+p2)而得到的值p1/(p1+p2)及p2/(p1+p2)作為標準化功率。在此情況下，即使(p1+p2)變化，在φ＝0，±180°下，也為p1/(p1+p2)＝p2/(p1+p2)＝0.5。因此，在將測定值進行定量化方面較好。

本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，除了d＝1.16以外，也周期性地存在(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ的d的值。將第1層3(光波導路)內(nèi)的波導光的波長用λ/n表示。在θ＝0(垂直入射)、m＝1時激振出波導光的條件下，根據(jù)式(2)為λ/n＝λ，所以波導光的波長與λ一致。因而，關(guān)于以接近于垂直的角度入射的光，d的周期能夠近似為λ/(nλ)≈1。

圖3是表示本實施方式的光檢測裝置29中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

設(shè)i為0以上的整數(shù)，可知：功率差為0的最優(yōu)的d的值是

d＝1.16+i(6)

或

d＝1.68+i(7)。

例如，當i＝10時，為d＝11.16或d＝11.68。此時的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2的最接近的凸部的頂點間的間隔為dλ＝5.02μm或d＝5.26μm。

功率差進入－0.5～0.5的范圍的d的條件是

1.05+i≤d≤1.26+i(8)

或

1.58+i≤d≤1.79+i(9)。

功率差進入－0.2～0.2的范圍的d的條件是

1.12+i≤d≤1.20+i(10)

或

1.64+i≤d≤1.72+i(11)。

功率差進入－0.1～0.1的范圍的d的條件是

1.14+i≤d≤1.18+i(12)

或

1.66+i≤d≤1.70+i(13)。

另外，在θ≠0的情況下，根據(jù)波導模式的固有方程式計算n，如果代替上述i而使用iλ/(nλ)，則精度提高。

以上說明的結(jié)構(gòu)中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2是將多個透光性部件以均勻的周期λ配置的光柵。并不限于這樣的光柵，第1光柵1及第2光柵2分別也可以包含將多個透光性部件分別以不同的周期配置的多個部分。根據(jù)式(1)可知，適合的周期λ依賴于入射角θ及光的波長λ。通過使用具有多個周期的光柵，能夠擴大入射角θ及波長λ的范圍。

在以適合于垂直入射(θ＝0)的條件設(shè)計光檢測裝置29的情況下，如果光的入射角度變化，則作為使相位差變化時的|p1－p2|的最大值的透射光量的變化量下降。其半值全寬比較窄，例如為±4°左右。通過使光柵1、2具有多個周期，能夠擴大該角度范圍。θ＝±5°下的周期λ的適合值分別是0.43μm及0.47μm。因此，如果將第1光柵1及第2光柵2用例如周期從λ＝0.43μm逐漸變化到0.47μm的啁啾光柵(chirpgrating)構(gòu)成，則能夠?qū)崿F(xiàn)斜入射特性良好的光檢測裝置29。

第1光柵1及第2光柵2分別也可以具有例如λ＝0.43μm、0.45μm、0.47μm那樣的3個或比其多的不同周期的部分。通過這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠期待同樣的效果。

用同樣的考慮方式，也能夠擴大波長特性。在入射波長是具有擴散的多波長的情況下，作為使相位差變化時的|p1－p2|的最大值的透射光量的變化下降，其半值全寬例如可以是±10nm左右。單一波長λ＝0.84，0.86μm下的適合值(其中，θ＝0)分別為λ＝0.445，0.455μm。因此，如果將第1光柵1及第2光柵2用例如從λ＝0.445μm逐漸變化到0.455μm的啁啾光柵構(gòu)成，則能夠擴大波長范圍。

第1光柵1及第2光柵2分別也可以具有例如λ＝0.445，0.450，0.455μm那樣的3個或比其多的不同周期的部分。通過這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠期待同樣的效果。

接著，說明本實施方式的光檢測裝置29的制造方法的一例。

圖4a～圖4d是表示本實施方式的光檢測裝置29的制造工序的一例的剖視圖。首先，如圖4a所示，準備具有受光元件6、7的光檢測器5。接著，如圖4b所示，在光檢測器5的受光面(攝像面)上使厚度t2的第2層4成膜。接著，如圖4c所示，使厚度t1的第1層3成膜到第2層4之上。成膜工藝關(guān)于ta2o5及sio2膜例如可以使用濺射法或真空蒸鍍法。在將第1層3及第2層4用樹脂材料形成的情況下，可以使用涂敷工藝。根據(jù)涂敷工藝，由于能夠采取低溫工藝，所以不僅是在光檢測器5中使用si的情況，在使用有機的光電膜的情況下也不用擔心帶來熱傷害。接著，如圖4d所示，在第1層3上將第1光耦合元件1及第2光耦合元件2同時形成。在該工序中，例如可以使用光刻與蝕刻工藝的組合(所謂的周知的二元光學制造方法)。由此，能夠制作例如截面形狀是三角形狀的光柵。除此以外，例如也可以使用納米壓印或3d印刷法。特別是，根據(jù)納米壓印施工法，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。

[光檢測系統(tǒng)]

本實施方式的光檢測裝置29通過與光源及運算電路組合，能夠得到對象物的構(gòu)造(例如表面構(gòu)造或折射率分布等)的信息。以下，說明這樣的光檢測系統(tǒng)的例子。

圖5a是示意地表示使用本實施方式的光檢測裝置29的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。該光檢測系統(tǒng)具備射出空氣中的波長為λ的光的光源25、和基于從第1受光元件6輸出的第1電信號及從第2受光元件7輸出的第2電信號生成與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)并輸出的運算電路20。第1受光元件6及第2受光元件7檢測從光源25射出并從對象物21到達的波長λ的光。該光檢測系統(tǒng)檢測來自對象物21的透射光，但也可以構(gòu)成為檢測反射光。對象物21不受特別限定，例如可以是生物體組織或具備相位階差的書類的防偽標記。

本實施方式的運算電路20例如可以是dsp(digitalsignalprocessor)、asic(applicationspecificintegratedcircuit)或fpga(field－programmablegatearray)等的集成電路。運算電路20通過執(zhí)行例如保存在存儲器中的計算機程序，進行后述的運算，生成與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息。

光檢測系統(tǒng)從光源25向?qū)ο笪?1照射激光等的作為具有相干性的單色光的射出光26，由光檢測裝置29檢測透射了對象物21的光(包括相鄰的第1入射光8及第2入射光9)。在圖5a所示的例子中，第1入射光8是透射了對象物21的相對較薄的部位的光，第2入射光9是透射了對象物21的相對較厚的部位的光。如果設(shè)兩者的厚度之差為s、對象物21的折射率為no，則第1入射光8與第2入射光9之間的相位差φ用以下的式(14)表示。

φ＝2π(no－1)s/λ(14)

即，第2入射光9的相位比第1入射光8的相位延遲2π(no－1)s/λ。

受光元件6輸出具有與第1透射光12的功率p1成比例的信號值的電信號15。受光元件7輸出具有與第2透射光13的功率p2成比例的信號值的電信號16。運算電路20接受電信號15、16，求出入射光8、9的功率及相位差φ。相位差φ可以用參照圖2a～圖2c說明的方法求出。運算電路20將表示相位差φ的信息作為與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)輸出。根據(jù)該相位差φ的信息，能夠由式(14)求出厚度的變化量(階差)s的值。運算電路20也可以基于相位差φ計算s值，將該信息包含在電信號18中而輸出。

由于從光源25射出的光的功率是已知的，所以也可以根據(jù)入射光8、9的功率的值求出對象物21的透射率或反射率。運算電路20也可以輸出表示對象物21的透射率或反射率的信號。像這樣，在本說明書的“與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息”中，包含表示第1入射光8與第2入射光9之間的相位差、對象物的厚度的變化量、以及對象物的透射率或反射率的至少1個的信息。

既可以是光檢測系統(tǒng)具備例如激光源那樣的具有相干性的光源25，也可以是光源25是外部的要素。光源25也可以內(nèi)置在光檢測裝置29中。光檢測系統(tǒng)也可以具備圖5a所示的構(gòu)成要素以外的要素。例如，也可以在光耦合元件1、2與對象物21之間具備使所使用的特定的波長域的光有選擇地透射的帶通濾波器。這樣的帶通濾波器也可以設(shè)置在受光元件6的前表面。

圖5b是表示本實施方式的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。如圖5b所示，光檢測裝置29也可以在對象物21與第1光耦合元件1及第2光耦合元件2之間具備使tm偏振光成分比te偏振光成分更多地透射的偏振元件30。偏振元件30例如可以是直線偏振鏡或橢圓偏振鏡。由此，比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分的光入射到光耦合元件1、2中，所以如上述那樣能夠提高檢測靈敏度。

[光檢測裝置的變形例]

圖6是表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29a的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是具備與xz面平行的截面的形狀是梯形狀的透光性部件的光柵。光柵1、2的透光性部件的形狀是三角柱狀的上部(角)被削掉的形狀。各透光性部件的截面的形狀例如也可以是正弦波形狀。各透光性部件的截面的形狀不需要角尖銳，也可以是角較圓的形狀。如果各透光性部件的截面的形狀是與xz面平行的截面的面積隨著從底部朝向上部而變小的形狀(錐形狀)，則能夠得到與使用具備三角柱狀的透光性部件的光柵的情況同樣的效果。即，能夠基于來自對象物的透射光或反射光的相干性的程度來定量地測定對象物的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定的小型且薄型的光檢測裝置。

圖7是表示本實施方式的其他變形例的光檢測裝置29b的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’形成在第1層3’的兩個表面(上表面及下表面)雙方。由與第1層3’相同的材料構(gòu)成第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’。也可以說第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’形成在第1層3’的內(nèi)部。這樣，第1光耦合元件、第2光耦合元件及第1層也可以是由相同的材料構(gòu)成的單一構(gòu)造體。此外，第1光耦合元件及第2光耦合元件例如也可以使用與第1層的折射率不同的材料僅形成在第1層的內(nèi)部。

圖7所示的光檢測裝置29b例如可以用以下的工序制作。首先，在光檢測器5的受光元件6、7所處的面使厚度t2的第2層4’成膜。然后，在第2層4’的表面制作深度tg的光柵形狀。在該工序中，例如可以使用光刻和蝕刻工藝。接著，在其上使第1層3’成膜。于是，在第1層3’的表面也形成深度tg的同樣的光柵形狀。由此，制作出光檢測裝置29b。根據(jù)該例，在對第2層4’的材料的蝕刻特性良好而容易形成光柵1’、2’的情況下，有制造較容易的效果。

(實施方式2)

接著，說明本申請的實施方式2的光檢測裝置。圖8是示意地表示本申請的實施方式2的光檢測裝置29c的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

本實施方式的光檢測裝置29c與實施方式1的光檢測裝置不同的點是，光檢測器5’還具有受光元件6’(第3受光元件)及受光元件7’(第4受光元件)，空間區(qū)域27比較大。在實施方式1的光檢測裝置中，透射空間區(qū)域27的入射光成分不進入光檢測器5的受光元件。另一方面，在本實施方式的光檢測裝置29c中，透射中央部的空間區(qū)域27的入射光8’、9’成為透射光12’、13’，被光檢測器5’的受光元件6’、7’檢測到。

第1入射光中的沒有進入第1光耦合元件1的入射光8’與波導光的激勵無關(guān)，透射第1層3而成為透射光12’。同樣，第2入射光中的沒有進入第2光耦合元件1的入射光9’與波導光的激勵無關(guān)，透射第1層3而成為透射光13’。因而，通過用受光元件6’、7’檢測這些透射光12’、13’，能夠檢測入射光8’、9’的功率。

通過本實施方式的結(jié)構(gòu)，即使是空間區(qū)域27較大的情況，通過設(shè)置對透射空間區(qū)域27的光進行檢測的受光元件6’、7’，也能夠提高光利用效率。

如圖8所示，通過與受光元件6、7分離地設(shè)置受光元件6’、7’，光功率分布的檢測精度提高。此外，也可以是將受光元件6和受光元件6’一體化、將受光元件7和受光元件7’一體化的結(jié)構(gòu)。與空間區(qū)域27對置的受光元件的數(shù)量并不限于兩個，也可以是1個或3個以上。這樣，光檢測器也可以具有與第1光柵1與第2光柵2之間的空間區(qū)域27對置的至少1個第3受光元件。

(實施方式3)

接著，說明本申請的實施方式3的光檢測裝置。

圖9是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29d的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

本實施方式的光檢測裝置29d與實施方式1的光檢測裝置29a不同的點在于第1光耦合元件1及第2光耦合元件2的形狀。本實施方式的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是具備具有在y方向上延伸的凸部的多個透光性部件、與xz面平行的透光性部件的截面的形狀為矩形形狀的光柵。本實施方式的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別具有將多個透光性部件在x方向上周期性地排列的構(gòu)造。通過相鄰的兩個透光性部件劃分出在相鄰的兩個透光性部件之間沿y方向延伸的槽。光柵1、2的透光性部件的形狀是不可唯一地決定其頂點的形狀，為了方便，如圖9所示，以光柵1、2的各凸部的中央部為基準(假想的頂點)，與實施方式1同樣地說明。

本實施方式的光柵1、2由與第1層3相同的材料ta2o5構(gòu)成。入射光8、9的空氣中的波長λ例如是λ＝0.85μm。1個凸部的x方向的尺寸與凸部間的槽(凹部)的x方向的尺寸相同。槽的深度tg例如是tg＝0.1μm。相鄰的兩個凸部的中心間的距離λ例如是λ＝0.45μm。槽較淺的具有矩形的截面形狀的光柵與實施方式1的具有三角形狀的截面形狀的光柵相比有更容易制造的優(yōu)點。

圖10是在本實施方式的光檢測裝置29d中、表示距離常數(shù)d＝1.02的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖11是表示本實施方式的光檢測裝置29d中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

在本實施方式的光檢測裝置29d中，也在d>1下存在(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ的d。例如，在d＝1.02的情況下，如由圖10的較短的虛線表示那樣，(p1+p2)幾乎為一定值1.48。該值比實施方式1的光檢測裝置29中的(p1+p2)的值1.16大。因此，本實施方式的結(jié)構(gòu)可以說光利用效率更好。本實施方式的入射光8、9的功率值不論φ如何，都能夠通過(p1+p2)/1.48的運算來計算。

如圖11所示，功率差對應(yīng)于距離常數(shù)d而變化。設(shè)i為0以上的整數(shù)，可知功率差為0的d的值是

d＝1.03+i(15)

或

d＝1.60+i(16)。

例如，在i＝10時，d＝11.03或d＝11.60。此時的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2的最接近的頂點(凸部的中央)間的間隔為dλ＝4.96μm或d＝5.22μm。

功率差進入到－0.5～0.5的范圍中的d的條件是

1≤d≤1.16(17)

或

1.47+i≤d≤1.77+i(18)

或

1.92+i≤d≤2.16+i(19)。

功率差進入到－0.2～0.2的范圍中的d的條件是

1≤d≤1.08(20)

或

1.55+i≤d≤1.66+i(21)

或

2.02+i≤d≤2.16+i(22)。

功率差進入到－0.1～0.1的范圍中的d的條件是

1.01+i≤d≤1.06+i(23)

或

1.57+i≤d≤1.63+i(24)。

另外，圖10表示使用具有tm偏振光的入射光8、9激振出tm模式的波導光的情況下的結(jié)果。在本實施方式中，激振出tm模式的波導光的情況下的|p1－p2|的最大值比激振出te模式的波導光的情況大例如約1.5倍。但是，由偏振光帶來的該差比使用具有三角形狀的截面的透光性部件的光柵的實施方式1的結(jié)構(gòu)小(約4.6倍)。

因而，在本實施方式的光檢測裝置29d中，也與使用無偏振的入射光相比，使用|p1－p2|的最大值較大的直線偏振光(在本實施方式中是tm偏振光)時能夠使sn比變高。即，通過使用以tm偏振光為主成分的入射光8、9(直線偏振光或橢圓偏振光)，sn比提高，能夠提高檢測靈敏度。

圖12是在本實施方式的光檢測裝置29d中、表示光柵的透光性部件的周期λ與適合的波長之間的關(guān)系的曲線圖。該曲線圖表示光柵的槽的深度為一定值(tg＝0.1μm)的情況下的結(jié)果?？芍哂幸韵玛P(guān)系：適合波長λ相對于λ的變化線性地變化。根據(jù)該曲線圖可知，適合波長λ能夠用以下的式(25)良好地近似。

λ＝1.6488λ+0.11211(25)

根據(jù)式(25)，關(guān)于藍色的波長λ＝0.46μm為λ＝211nm。關(guān)于綠色的波長λ＝0.532μm為λ＝255nm。關(guān)于紅色的波長λ＝0.632μm為λ＝315nm。在x方向的長度在凸部和凹部間不變化的典型的負荷比0.5的光柵結(jié)構(gòu)中，線寬(各凸部的寬度)是周期的一半。由此可知，在形成具備具有深度tg＝0.1μm的矩形截面的透光性部件的光柵的情況下，只要能夠進行0.1μm的線寬的加工，就能夠?qū)崿F(xiàn)與rgb的各自的波長對應(yīng)的光檢測裝置。

圖13是示意地表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29e的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該變形例中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是具有與xz面平行的截面的形狀為半圓形狀的透光性部件的光柵。具有截面為半圓形狀的透光性部件的光柵1、2實質(zhì)上可以考慮為具有截面為矩形形狀的透光性部件的光柵1、2的上部變圓的形狀。不論是具有截面為半圓形狀的透光性部件的光柵1、2，還是具有截面為矩形形狀的透光性部件的光柵1、2的角變圓的形狀，底面附近的側(cè)面都與第1層3大致接近垂直。在使用這些光柵的情況下，也能得到與使用具有截面為矩形狀的透光性部件的光柵1、2的情況同樣的效果。即，能夠基于來自對象物的透射光或反射光的相干性的程度來定量地測定對象物的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定的小型且薄型的光檢測裝置。

(實施方式4)

接著，說明本申請的實施方式4的光檢測裝置。

圖14a是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29f的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖14b是圖14a的14b－14b線剖視圖。在以下的說明中，將圖中所示的第1光耦合元件1a、1b、1c、1d等一起表述為第1光耦合元件1等。關(guān)于其他的構(gòu)成要素也是同樣的。

本實施方式的光檢測裝置29f與實施方式3的光檢測裝置29d不同的點在于，光檢測裝置29f具有多個檢測單位14、14’。多個檢測單位14平行于xy面而二維地排列。多個檢測單位14’在y方向上排列。多個檢測單位14、14’分別包括第1層3的一部分、第2層4的一部分、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第1受光元件6及第2受光元件7。第1層3及第2層4在多個檢測單位14、14’間是共通的。本實施方式的光檢測器是圖像傳感器17。在第1層3中，在多個檢測單位14中的相鄰的兩個間的區(qū)域中，在y方向上形成有槽19(寬度wb、深度tb)。在第1層3中，在多個檢測單位14’中的相鄰的兩個之間的區(qū)域中，在x方向上形成有槽19’(寬度wb，深度tb)。另外，在圖14b中，將輸出來自圖像傳感器17的電信號的布線的圖示省略。在圖14b中僅表示了在x方向上排列的4個檢測單位14，但同樣的結(jié)構(gòu)在y方向上排列有5組。

本實施方式的光檢測裝置29f具備分別具有實施方式3的光檢測裝置29d的結(jié)構(gòu)的多個檢測單位。多個檢測單位包括檢測第1方向(在該例中是x方向)的信息的多個第1檢測單位14、和檢測與第1方向垂直的第2方向(在該例中是y方向)的信息的多個第2檢測單位14’。在第1檢測單位14中，第1受光元件6及第2受光元件7在第1方向(x方向)上排列。在第2檢測單位14’中，第1受光元件6及第2受光元件7在第2方向(y方向)上排列。

在圖14a中，表示了在x方向上配置有4個、在y方向上配置有5個的共計20個(4×5排列)檢測單位14、和在x方向上配置有1個、在y方向上配置有兩個的共計兩個(1×2排列)檢測單位14’的例子。這是一例，檢測單位14及檢測單位14’的數(shù)量及配置的形態(tài)并不限定于該例。只要設(shè)有至少1個第1檢測單位14和至少1個第2檢測單位14’，就能夠取得對象物的x方向(第1方向)及y方向(第2方向)的信息。

本實施方式的光檢測裝置29f使來自對象物的透射光或反射光中的相鄰的入射光8、9向各自的檢測單位14、14’入射而進行檢測。由此，能夠定量地測定對象物的二維信息。

在圖14a所示的結(jié)構(gòu)中，檢測單位14、14＇以條狀排列。圖示的左側(cè)的5行4列的20個檢測單位14二維地檢測x方向的信息。右側(cè)的2行1列的兩個檢測單位14’一維地檢測y方向的信息。由于由各檢測單位14得到的對象物的信息分別是關(guān)于x方向的信息，所以通過與由右側(cè)的檢測單位14＇得到的關(guān)于y方向的信息合并，能夠得到對象物的二維信息。

本實施方式的光檢測裝置29f具備槽的方向與y方向(第2方向)平行的光柵1a、1b、1c、1d、2a、2b、2c、2d、和槽的方向與x方向(第1方向)平行的光柵1a、1b、2a、2b。因此，對于檢測單位14而言的te偏振光對于檢測單位14’而言成為tm偏振光，對于檢測單位14而言的tm偏振光對于檢測單位14’而言成為te偏振光。檢測單位14、14’的檢測性能也可以不依賴于偏振方向。如上述那樣，與使用實施方式1那樣的具有截面為三角形狀的透光性部件的光柵相比，使用具有截面為矩形狀或半圓形狀的透光性部件的光柵時，因入射光8、9的偏振方向的差異帶來的|p1－p2|的最大值的差較小。因此，在本實施方式中，如圖14b所示，使用具有截面為矩形狀的透光性部件的光柵。但是，并不限定于此，也可以使用實施方式1那樣的光柵。

在本實施方式中，在第1層3中的多個檢測單位14、14’之間的區(qū)域中形成有槽19a、19b、19c、19d、19e、19’a、19’b、19’c。因此，能夠減少從各檢測單位14、14’向相鄰的檢測單位的波導光的泄漏，結(jié)果，能夠減少串擾。各槽19、19’的寬度wb典型地可以設(shè)定為比光柵的多個透光性部件的周期λ長的值、例如λ～5λ。各槽19、19’的深度tb可以設(shè)定為在其下方不發(fā)生波導模式的厚度(成為所謂的截止的厚度)以上、例如tb≥0.26μm。通過設(shè)置這樣的槽19、19’，能夠?qū)⑾蛳噜彽臋z測單位漏出的波導光的功率例如降低到1/3～1/15。另外，也可以設(shè)為tb＝t1，也可以將第1層3穿透而將槽形成至其下方的第2層4。

接著，說明本實施方式的光檢測裝置29f的制造工序的一例。

圖15a～圖15f是表示本實施方式的光檢測裝置29f的制造工序的一例的剖視圖。本實施方式的光檢測裝置29f的制造工序與實施方式1的光檢測裝置29的制造工序幾乎相同，不同的是將多個檢測單位14、14＇二維地排列而形成，以及進行槽19、19’及布線取出用的孔24a、24b的形成。

首先，如圖15a所示，準備具有二維排列的多個受光元件6a、6b、6c、6d、7a、7b、7c、7d的圖像傳感器17。另外，在圖15a的剖視圖中，僅圖示了8個受光元件6、7，但實際上在進深方向(y方向)上也形成有多個受光元件6、7。接著，如圖15b所示，在圖像傳感器17的受光面(攝像面)上使厚度t2的第2層4成膜。接著，如圖15c所示，在第2層4之上使厚度t1的第1層3成膜。然后，如圖15d所示，在第1層3之上，將多個第1光耦合元件1及多個第2光耦合元件2二維地同時形成。由此，形成多個檢測單位14、14’。另外，在圖15d中僅圖示了4個檢測單位。然后，如圖15e所示，在第1層3中的多個檢測單位14、14＇之間的區(qū)域形成多個槽19、19’。進而，形成將第1層3及第2層4貫通而到達處于圖像傳感器17的表面上的電極的金屬焊盤(未圖示)的多個孔24(在圖15e中僅圖示了孔24a、24b)。然后，如圖15f所示，將多個布線28a、28b穿過孔24a、24b連接到金屬焊盤。由此，光檢測裝置29f完成。

在圖15a～圖15f的例子中，圖像傳感器17是1個，但也可以使用多個圖像傳感器17。實際上典型的是將在直徑300mm左右的較大的si晶片上二維地形成了多個的圖像傳感器利用為基底。因此，也可以在圖15e的工序之后，進行作為包括1個圖像傳感器17的光檢測裝置29f而進行芯片切割的工序，然后，如圖15f所示進行布線。

在本實施方式中，全部的檢測單位14、14’具備具有以相同的周期配置的多個透光性部件的光柵1、2。即，本實施方式的光檢測裝置29f具有適合于特定的波長的結(jié)構(gòu)。但是，如參照圖12說明的那樣，通過使用具有以多個周期配置的多個透光性部件的光柵，能夠?qū)?yīng)于各種波長。例如，也可以按每個檢測單位改變透光性部件的配置的周期λ。此外，也可以在1個檢測單位中使用具有以多個周期配置的多個透光性部件的光柵。由此，能夠期待光檢測裝置的斜向入射特性或波長特性改善的效果。

圖16a是示意地表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29g的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域形成有槽，在該槽中堆積有吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b。通過設(shè)置吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b，能夠減少在槽中產(chǎn)生的反射散射光，減少光檢測裝置29g的雜散光而使sn比提高。吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b可以使用例如添加了碳的樹脂。在其以外，只要是消光系數(shù)較大的材料則同樣能夠使用。

圖16b是示意地表示本實施方式的其他變形例的光檢測裝置29h的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域形成有金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案(寬度wm，厚度tm)。通過形成金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案(即金屬制的凸部)，在該區(qū)域中光的封入條件破壞，成為不能存在波導模式的狀態(tài)。由此，能夠降低向相鄰的檢測單位漏出的波導光的功率。在金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b中使用的金屬例如可以是au、ag、cu、al、w、ti等。根據(jù)本發(fā)明者們的驗證，確認了與au、ag、cu相比al、w、ti等的降低效果較大。設(shè)光柵的透光性部件的周期為λ時，金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的x方向上的尺寸wm例如可以設(shè)定為wm＝λ～5λ。金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的厚度(z方向上的尺寸)tm例如可以設(shè)定為tm＝20～100nm。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑾蛳噜彽臋z測單位漏出的波導光的功率降低到例如1/5～3/100左右。

在該變形例中，通過在第1層3上形成金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案，不需要設(shè)置槽。由于沒有槽，所以能夠減少波導光的反射。如果波導光的反射較大，則對檢測單位14中的波導光10、11的干涉帶來影響，相位差檢測的精度下降。根據(jù)本變形例，能夠減少波導光的反射，提高相位差檢測的精度。

圖16c是示意地表示本實施方式的另一其他變形例的光檢測裝置29i的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在多個檢測單位14之間的區(qū)域中也連續(xù)地形成有光耦合元件(光柵)。在光柵之上形成有金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案。換言之，本實施方式的光檢測裝置29i在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域上具有被金屬膜覆蓋的第3光耦合元件。根據(jù)本變形例，與圖16b所示的光檢測裝置29h相比，能夠進一步降低向相鄰的檢測單位漏出的波導光的功率。因此，本變形例的結(jié)構(gòu)的串擾特性良好。

(實施方式5)

接著，說明本申請的實施方式5的光檢測裝置。

圖17是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29j的結(jié)構(gòu)的平面圖。本實施方式的光檢測裝置29j具有將實施方式4的光檢測裝置29f的多個檢測單位14、14’的排列(稱作條狀的排列)變更為交錯狀(staggered)的排列的結(jié)構(gòu)。以下，將本實施方式的光檢測裝置29j以與實施方式4的光檢測裝置29f不同的點為中心進行說明。

在本實施方式中，某個行的檢測單位14的x方向的位置與相鄰的其他行的檢測單位14的x方向的位置錯開半周期。同樣，某個列的檢測單位14’的y方向的位置與相鄰的其他列的檢測單位14’的y方向的位置錯開半周期。將這樣的排列稱作“交錯狀的排列”。通過這樣的排列，關(guān)于x方向及y方向都能夠使分辨率實質(zhì)上提高。

(實施方式6)

[光檢測裝置]

首先，說明本申請的實施方式6的光檢測裝置。

圖18a及圖18b是示意地表示本申請的實施方式6的光檢測裝置280的結(jié)構(gòu)的圖。圖18a表示圖18b的18a－18a線截面，圖18b表示圖18a的18b－18b線截面。

在以下的說明中，使用表示相互正交的x、y、z方向的xyz坐標系。在本實施方式中，設(shè)光檢測裝置280的與光檢測器5的受光面平行的面為xy面，與xy面垂直的方向為z方向。圖示的坐標系是為了說明的方便而設(shè)定的，并不限制本申請的實施方式的裝置實際被使用時的配置及朝向。此外，圖示的構(gòu)造物的整體或一部分的形狀及大小也并不限制現(xiàn)實的形狀及大小。

本實施方式的光檢測裝置280具備光檢測器5和配置在光檢測器5上的透光性的基板400。光檢測器5具有在第1方向(在本實施方式中在x方向)上排列的第1受光元件6及第2受光元件7。基板400在其內(nèi)部具有在z方向上延伸的第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36。第1光傳輸路徑35是使來自對象物的入射光8從基板400的上表面?zhèn)鹊墓馊肷洳?4傳輸?shù)较卤砻鎮(zhèn)鹊墓馍涑霾?1的路徑。第1光傳輸路徑35的光射出部41對置于第1受光元件6。第2光傳輸路徑36是使來自對象物的入射光9從基板400的上表面?zhèn)鹊墓馊肷洳?5傳輸?shù)较卤砻鎮(zhèn)鹊墓馍涑霾?2的路徑。第2光傳輸路徑36的光射出部42對置于第2受光元件7。光檢測裝置280還具備將第1光傳輸路徑35的一部分與第2光傳輸路徑36的一部分之間連結(jié)的第3光傳輸路徑37。在本實施方式中，第3光傳輸路徑37設(shè)置在基板400的內(nèi)部。如后述那樣，在其他實施方式中，可以在基板400的外部設(shè)置第3傳輸路徑。第3光傳輸路徑37使在第1光傳輸路徑35中傳輸?shù)墓獾囊徊糠殖虻?光傳輸路徑36傳輸，使在第2光傳輸路徑36中傳輸?shù)墓獾囊徊糠殖虻?光傳輸路徑35傳輸。由此，在第3光傳輸路徑37內(nèi)發(fā)生光的干涉。

另外，在圖18b中，省略了將來自光檢測器5的電信號輸出的布線的圖示。圖18b表示基板400與光檢測器5分離的結(jié)構(gòu)，但例如也可以使用樹脂等粘接劑將基板400與光檢測器5一體化。通過做成這樣的集成構(gòu)造，對于振動等的承受力變強，耐環(huán)境性提高。

如果第1入射光8從對象物向第1光傳輸路徑35的入射部44入射，則作為第1傳輸光60a在第1光傳輸路徑35內(nèi)傳輸。第1傳輸光60a如果越過第1光傳輸路徑35與第3光傳輸路徑37的合流點，則作為第1傳輸光60b朝向射出部41。第1傳輸光60b如果穿過射出部41，則作為第1透射光12向第1受光元件6入射。這樣，第1入射光8的至少一部分向第1受光元件6入射。

同樣，如果第2入射光9向第2光傳輸路徑36的入射部45入射，則作為第2傳輸光31a在第2光傳輸路徑36內(nèi)傳輸。第2傳輸光31a如果越過第2光傳輸路徑36與第3光傳輸路徑37的合流點，則作為第2傳輸光31b朝向射出部42。第2傳輸光31b如果穿過射出部42，則作為第2透射光13向第2受光元件7入射。這樣，第2入射光9的至少一部分向第2受光元件7入射。

第1受光元件6及第2受光元件7例如包括光敏二極管，輸出與受光量對應(yīng)的電信號(光電變換信號)。第1受光元件6接受第1透射光12，輸出與受光量對應(yīng)的第1電信號。第2受光元件7接受第2透射光13，輸出與受光量對應(yīng)的第2電信號。由未圖示的運算電路對這些電信號進行處理，生成表示第1入射光8與第2入射光9之間的相位差的信息。運算電路還能夠基于該相位差信息生成與對象物的構(gòu)造(例如表面構(gòu)造或折射率分布等)有關(guān)的信息并輸出。

在本實施方式中，第1受光元件6及第2受光元件7檢測空氣中的波長為λ的光?；?00在第1光傳輸路徑35、第2光傳輸路徑36及第3光傳輸路徑37以外的區(qū)域中具有將波長λ的光切斷的光子晶體的構(gòu)造。

在本實施方式中，在透光性的基板400的內(nèi)部，具有在與光檢測器5的受光面5a平行且與第1方向(在本實施方式中是x方向)垂直的第2方向(在本實施方式中是y方向)上延伸的多個空洞34。多個空洞34周期性地排列在第1光傳輸路徑35、第2光傳輸路徑36及第3光傳輸路徑37以外的區(qū)域中。在周期性地密集地排列有多個空洞34的區(qū)域中，不能傳輸包含在光檢測裝置280中使用的波長λ的特定的波長域的光，能夠僅在沒有設(shè)置空洞34的區(qū)域傳輸該波長域的光。通過這樣的構(gòu)造形成的光傳輸路徑35、36、37可以說是由周知的光子晶體形成的光波導路。因而，第1傳輸光60a、60b，第2傳輸光31a、31b及第3傳輸光32a、32b可以說是在光波導路中傳輸?shù)牟▽Ч狻?/p>

如圖18b所示，本實施方式的多個空洞34從y方向觀察排列為六方格狀。多個空洞34的排列并不限于此，例如也可以排列為正方格狀。在本實施方式中各空洞34是圓柱狀，但也可以具有例如方柱形狀等的其他的棒形狀。此外，在本實施方式中各空洞34的內(nèi)部是空氣，但也可以設(shè)置填充有空氣以外的電介質(zhì)的空洞。各空洞34的內(nèi)部只要用與基板400不同的折射率的電介質(zhì)充滿就可以。只要是折射率在空間上周期性地變化的構(gòu)造，則作為光子晶體發(fā)揮功能。

各空洞34的直徑依賴于入射光的波長，但典型的是從亞微米(小于1μm)到微米(μm)量級。光傳輸路徑35、36、37的各自的寬度也典型地是亞微米到微米量級。另外，在以下的說明中，當將第1傳輸光60a、60b等不區(qū)分而表現(xiàn)時，簡單表述為“第1傳輸光60”等。關(guān)于其他的標號也是同樣的。

在圖18a及圖18b中，為了使得將3個光傳輸路徑35、36、37容易理解，用虛線表示它們的區(qū)域，但在現(xiàn)實中在虛線的部位并沒有邊界。例如，在圖18a中，將光傳輸路徑35、36分別表現(xiàn)為圓柱狀的區(qū)域，但實際上并不具有這樣的形狀。在圖18a所示的基板400中，由于在x坐標與光傳輸路徑35、36共通的平板狀的區(qū)域中不存在空洞34，所以能夠傳輸光。在本實施方式中，將在圖18a、18b中用虛線表示的圓柱狀的區(qū)域與其他區(qū)域區(qū)分而考慮為是光傳輸路徑35、36。

如上述那樣，為使第1光傳輸路徑35和第2光傳輸路徑36成為在z方向上延伸的直線狀的構(gòu)造，在其周圍形成有多個空洞34。此外，為使第3光傳輸路徑37將第1光傳輸路徑35的中間的部分與第2光傳輸路徑36的中間的部分連結(jié)(或橫截)，在其周圍形成有多個空洞34。在本實施方式中，第3光傳輸路徑37在第1光傳輸路徑35與第2光傳輸路徑36之間具有彎曲部37a。彎曲部37a位于比第3光傳輸路徑37與第1光傳輸路徑35的合流點、以及第3光傳輸路徑37與第2光傳輸路徑36的合流點遠離光檢測器5的受光面5a的位置。換言之，形成有多個空洞34，以使第3光傳輸路徑37的形狀成為向－z方向凸的形狀。因而，第1光傳輸路徑35中的供第1傳輸光60a傳輸?shù)牟糠峙c第3光傳輸路徑37以銳角交叉，第2光傳輸路徑35中的供第2傳輸光31a傳輸?shù)牟糠峙c第3光傳輸路徑37以銳角交叉。通過這樣的構(gòu)造可知，在第1光傳輸路徑35與第3光傳輸路徑37的耦合區(qū)域、以及第2光傳輸路徑36與第3光傳輸路徑37的耦合區(qū)域的附近，散射損失減少，能得到光利用效率變高的效果。

本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過將激光等的具有相干性的光向?qū)ο笪镎丈?、使用本實施方式的光檢測裝置280檢測來自對象物的透射光或反射光，能夠定量地測定對象物的構(gòu)造(例如，厚度或內(nèi)部的折射率的分布等)。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，當將來自對象物的光中的相鄰的兩個光線分別設(shè)為入射光8、9時，在第3光傳輸路徑37中，行進方向相反的第3傳輸光32a、32b被激勵而相互干涉，對應(yīng)于其干涉的程度，第1傳輸光60b及第2傳輸光31b的光量(功率)變化。隨著第1傳輸光60b及第2傳輸光31b的功率的變化，第1透射光12及第2透射光13的功率變化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7檢測透射光12、13的光量，能夠檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)。

透射光或反射光具有的相位信息依賴于對象物的構(gòu)造(厚度的空間分布或內(nèi)部的折射率的空間分布等)而變化。因此，通過檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)，能夠定量地測定對象物的厚度的變化或折射率分布等。

圖19a是在光檢測裝置280中、表示入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖19b是在光檢測裝置280中表示入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖19a及圖19b表示假設(shè)電場方向為x方向的直線偏振光的入射光8、9入射、進行通過fdtd法(finite－differencetime－domainmethod)的電磁場解析的結(jié)果的例子。另外，在圖19a及圖19b的曲線圖中，表示假定為在光傳輸路徑35、36的入射部44、45中沒有入射損失(即，入射光8、9分別被100％變換為傳輸光60a、31a)、在射出部41、42中沒有射出損失(即，傳輸光60b、31b分別被100％變換為透射光12、13)而得到的值。

在本解析中，假設(shè)入射光8、9是具有相同波長λ及相同功率(標準化而設(shè)為光功率1)的相干性較高的激光。以第1入射光8的相位為基準，設(shè)與第2入射光9的相位的差為相位差φ[度]。如在圖19a中用實線及較長的虛線分別表示那樣，第1透射光12的功率p1及第2透射光13的功率p2對應(yīng)于入射光8、9之間的相位差φ而變化。p1在φ＝－150°的附近取最大值，在φ＝30°的附近取最小值。p2在φ＝150°的附近取最大值，在φ＝－30°的附近取最小值。因而，基于這些曲線可知，根據(jù)功率p1、p2的大小能夠?qū)ⅵ赵冢?80°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7來檢測功率p1、p2，能夠唯一地檢測入射光8、9之間的相位差φ。

另外，在|φ|較小的區(qū)域、例如－90°<φ<90°中，如在圖19a中用較短的虛線表示那樣，由光檢測器5檢測的透射光12、13的功率的合計(p1+p2)變低。可知這起因于從光傳輸路徑35、36的各自的入射部44、45向－z方向射出的反射光的成分變多。

如圖19b所示，也可以將p1及p2除以(p1+p2)而得到的值p1/(p1+p2)及p2/(p1+p2)作為標準化功率，代替p1及p2使用。在此情況下，即使(p1+p2)變化，在φ＝0，±180°時也為p1/(p1+p2)＝p2/(p1+p2)＝0.5。因此，在將測定值進行定量化方面較為方便。

圖19a及圖19b表示使用電場方向是x方向的直線偏振光的入射光8、9在第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36中激振出te模式的波導光的情況下的結(jié)果。在本實施方式中，由于作為光傳輸路徑35、36、37而使用光子晶體的光波導路，所以發(fā)生偏振光依賴性。與使用無偏振的入射光的情況相比，使用使相位差變化時的|p1－p2|的最大值較大的偏振光(直線偏振光或橢圓偏振光)時更能夠提高sn比。

[光檢測系統(tǒng)]

本實施方式的光檢測裝置280通過與光源及運算電路組合，能夠得到對象物的構(gòu)造(例如表面構(gòu)造或折射率分布等)的信息。以下，說明這樣的光檢測系統(tǒng)的例子。

圖20a是示意地表示使用本實施方式的光檢測裝置280的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。該光檢測系統(tǒng)具備射出空氣中的波長為λ的光的光源25、和基于從第1受光元件6輸出的第1電信號及從第2受光元件7輸出的第2電信號而生成與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)并輸出的運算電路20。第1受光元件6及第2受光元件7檢測從光源25射出并從對象物21到達的波長λ的光。該光檢測系統(tǒng)檢測來自對象物21的透射光，但也可以構(gòu)成為檢測反射光。對象物21沒有被特別限定，但例如可以是具備生物體組織或相位階差的書類的防偽標記。

本實施方式的運算電路20例如可以是dsp(digitalsignalprocessor)、asic(applicationspecificintegratedcircuit)或fpga(field－programmablegatearray)等集成電路。運算電路20通過執(zhí)行例如保存在存儲器中的計算機程序，進行后述的運算，生成與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息。

光檢測系統(tǒng)從光源25向?qū)ο笪?1照射激光等的作為具有相干性的單色光的射出光26，通過光檢測裝置29檢測透射了對象物21的光(包括相鄰的第1入射光8及第2入射光9)。在圖20a所示的例子中，第1入射光8是透射了對象物21的相對較薄的部位的光，第2入射光9是透射了對象物21的相對較厚的部位的光。如果設(shè)兩者的厚度之差為s、對象物21的折射率為n0，則第1入射光8與第2入射光9之間的位相差φ用以下的式(26)表示。

φ＝2π(no－1)s/λ(26)

即，第2入射光9的相位與第1入射光8的相位相比延遲2π(no－1)s/λ。

第1受光元件6輸出具有與第1透射光12的功率p1成比例的信號值的第1電信號15。第2受光元件7輸出具有與第2透射光13的功率p2成比例的信號值的第2電信號16。運算電路20接受電信號15、16，求出入射光8、9的功率p1、p2和相位差φ。相位差φ可以通過參照圖19a、19b說明的方法求出。運算電路20將表示相位差φ的信息作為與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)輸出。根據(jù)該相位差φ的信息，能夠由式(1)求出厚度的變化量(階差)s的值。運算電路20也可以基于相位差φ計算s的值，將該信息包含在電信號18中而輸出。

由于從光源25射出的光26的功率是已知的，所以也可以根據(jù)入射光8、9的功率的值求出對象物21的透射率或反射率。運算電路20也可以輸出表示這樣求出的對象物21的透射率或反射率的信號。這樣，在本說明書中的“與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息”中，可以包含表示第1入射光8與第2入射光9之間的相位差、對象物的厚度的空間上的變化量、以及對象物的透射率或反射率的至少1個的信息。

既可以是光檢測系統(tǒng)具備例如激光源那樣的具有相干性的光源25，也可以是光源25是外部的要素。光源25也可以內(nèi)置在光檢測裝置29中。光檢測系統(tǒng)也可以具備圖20a所示的構(gòu)成要素以外的要素。例如，光檢測系統(tǒng)也可以在對象物21與基板400之間具備具有多個微透鏡的微透鏡陣列。這樣的微透鏡陣列將來自對象物21的入射光8、9分別向入射部44、45聚光。通過這樣的結(jié)構(gòu)，向光傳輸路徑35、36的光耦合效率提高。

光檢測系統(tǒng)也可以在基板400與對象物21之間具備使使用的特定的波長域的光有選擇地透射的帶通濾波器。這樣的帶通濾波器也可以設(shè)置在受光元件6、7的前表面。

圖20b是表示本實施方式的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。如圖20b所示，光檢測裝置280也可以在對象物21與基板400之間具備使入射光的特定的偏振光成分較多地透射的偏振元件50。偏振元件50例如是直線偏振鏡或橢圓偏振鏡。由此，能夠使例如較多地包含te偏振光成分及tm偏振光成分中的|p1－p2|的最大值較大的偏振光成分的光向基板400入射。結(jié)果，能夠提高檢測靈敏度。

[光檢測裝置的變形例]

接著，說明本實施方式的光檢測裝置的變形例。

圖21a及圖21b是表示本實施方式的變形例的光檢測裝置280a的結(jié)構(gòu)的圖。圖21a表示圖21b的21a－21a線截面，圖21b表示圖21a的21b－21b線截面。

該變形例的光檢測裝置280a具有將在y方向上延伸的多個圓柱狀的空洞34從y方向觀察以正方格狀周期性地排列的構(gòu)造。本變形例的第3光傳輸路徑37’在x方向上直線地延伸，將第1光傳輸路徑35的中間或中途的部分與第2光傳輸路徑36的中間或中途的部分相連。如果是這樣的結(jié)構(gòu)，也與上述的光檢測裝置280同樣，不用進行煩雜的操作就能夠定量地測定對象物的信息。

(實施方式7)

接著，說明本申請的實施方式7的光檢測裝置。

圖22是示意地表示本實施方式的光檢測裝置280b的結(jié)構(gòu)的剖視圖。以下，以本實施方式的光檢測裝置280b與實施方式6的光檢測裝置280不同的點為中心進行說明。在本實施方式中，光檢測器5’在第1受光元件6與第2受光元件7之間具有第3受光元件39。進而，基板400具有從第3光傳輸路徑37的中間或其中途的部分在朝向第3受光元件39的方向上延伸的第4光傳輸路徑38。第4光傳輸路徑38的射出部43對置于第3受光元件39。

透射了第1光傳輸路徑35的第1入射光8的至少一部分作為第1透射光12向第1受光元件6入射。在第2光傳輸路徑36中傳輸?shù)牡?入射光9的至少一部分作為第2透射光13向第2受光元件7入射。在第3光傳輸路徑37及第4光傳輸路徑38中傳輸?shù)牡?入射光8及第2入射光9的至少一部分作為第3透射光40向第3受光元件39入射。

在本實施方式中，也將激光等的具有相干性的光向?qū)ο笪镎丈?，來自對象物的透射光或反射?包括相鄰的入射光8、9)向基板400入射。此時，在第3光傳輸路徑37中，激勵出行進方向相反的第3傳輸光32a、32b，在它們之間發(fā)生干涉。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，傳輸光60b、31b、32a、32b、33的光量(功率)對應(yīng)于第3傳輸光32a、32b的干涉的程度而變化，結(jié)果透射光12、13、40的各自的功率也變化。因此，通過用第1受光元件6、第2受光元件7及第3受光元件39檢測透射光12、13、40的功率，能夠檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)。

圖23a是在本實施方式的光檢測裝置280b中、表示入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13、40的功率p1、p2、p3，及功率的合計(p1+p2+p3)之間的關(guān)系的曲線圖。圖23b是在光檢測裝置280b中、表示入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13、40的標準化功率p1/(p1+p2+p3)、p2/(p1+p2+p3)及p3/(p1+p2+p3)、以及功率的合計(p1+p2+p3)之間的關(guān)系的曲線圖。圖23a、23b也與圖19a、19b同樣，表示對電場方向是x方向的直線偏振光進行了通過fdtd法的電磁場解析的結(jié)果的例子。假設(shè)入射光8、9是具有相同波長λ及相同功率(標準化而設(shè)為光功率1)的相干性較高的激光。如在圖23a中用實線、較長的虛線及單點劃線分別表示那樣，第1透射光12的功率p1、第2透射光13的功率p2及第3透射光40的功率p3對應(yīng)于入射光8、9之間的相位差φ而變化。p1在φ＝－170°的附近取最大值，在φ＝10°的附近取最小值。p2在φ＝170°的附近取最大值，在φ＝－10°的附近取最小值。p3在φ＝0°的附近取最大值，在φ＝±180°的附近取最小值。因而，基于這些曲線，能夠根據(jù)功率p1、p2、p3的大小將φ在－180°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。即，通過使用第1受光元件6、第2受光元件7及第3受光元件39檢測功率p1、p2、p3，能夠唯一地檢測入射光8、9之間的相位差φ。

如圖23b所示，也可以將p1、p2、p3除以(p1+p2+p3)而得到的值p1/(p1+p2+p3)、p2/(p1+p2+p3)、p3/(p1+p2+p3)作為標準化功率，代替p1、p2、p3而使用。即使(p1+p2+p3)變化，在φ＝±180°時，也為p1/(p1+p2+p3)＝p2/(p1+p2+p3)＝0.5，所以在將測定值進行定量化方面較好。

根據(jù)本實施方式的光檢測裝置280b，與實施方式6的光檢測裝置280相比，光檢測器5’能夠檢測的功率的合計值(p1+p2+p3)在|φ|較小的區(qū)域(例如－90°<φ<90°)中被大幅改善(參照圖23a及圖23b中的較短的虛線)。即，根據(jù)本實施方式，有光利用效率比實施方式6提高的效果。在實施方式6的光檢測裝置280中，在|φ|較小的情況下，較多地發(fā)生從光傳輸路徑35、36的入射部44、45向－z方向射出的反射光成分。相對于此，在本實施方式的光檢測裝置280b中，通過設(shè)置第4光傳輸路徑38，激勵出在其中傳輸?shù)牡?傳輸光33，可以想到從入射部44、45射出的反射光成分相應(yīng)地減少。

(實施方式8)

接著，說明本申請的實施方式8的光檢測裝置。

圖24a及圖24b是示意地表示本實施方式的光檢測裝置280c的結(jié)構(gòu)的圖。圖24a表示圖24b的24a－24a線截面。圖24b表示圖24a的24b－24b線截面。在以下的說明中，將圖中所示的檢測單位14aa、14ab、14ba、14bb等一起表述為“檢測單位14”等。關(guān)于其他標號也是同樣的。

本實施方式的光檢測裝置280c與實施方式6的光檢測裝置280不同的點在于，光檢測裝置280c具有多個檢測單位14。多個檢測單位14分別具有與實施方式6的光檢測裝置280同樣的結(jié)構(gòu)。即，各檢測單位14具有第1光傳輸路徑35、第2光傳輸路徑36、第3光傳輸路徑37、第1受光元件6及第2受光元件7?；?00在多個檢測單位14間是共通的，跨各檢測單位14的受光元件6、7而配置。本實施方式的光檢測器是圖像傳感器17。多個檢測單位14在x方向及y方向上二維地排列。在圖24a中例示了4個檢測單位14aa、14ab、14ba、14bb，但檢測單位14的數(shù)量也可以是5個以上或3個以下。另外，在圖24b中，省略了將來自圖像傳感器17的電信號輸出的布線的圖示。

本實施方式的光檢測裝置280c將來自對象物的透射光或反射光中的相鄰的入射光8、9作為1個入射單位，向各自的檢測單位14入射而檢測。由此，能夠定量地測定對象物的二維信息。更具體地講，在實施方式6中說明的方法中，能夠按每個檢測單位14測定對象物的表面的階差、厚度的空間上的變化或折射率分布等。由此，能夠取得與對象物的構(gòu)造有關(guān)的二維信息。

在圖24a所示的結(jié)構(gòu)中，多個檢測單位14沿著x方向及y方向分別二維地排列。在本說明書中，有將這樣的排列稱作條狀的排列的情況。多個檢測單位14也可以以與此不同的形態(tài)排列。例如，多個檢測單位14也可以以交錯狀(staggered)排列。在本說明書中所謂的“交錯狀的排列”，是指某行的檢測單位14的x方向的位置與相鄰的其他行的檢測單位14的x方向的位置錯開了半周期的排列、或者某列的檢測單位14的y方向的位置與相鄰的其他列的檢測單位14的y方向的位置錯開了半周期的排列。通過這樣的排列，能夠使檢測的分辨率實質(zhì)地提高。

多個檢測單位14也可以包括檢測一方向(例如x方向)的信息的第1檢測單位、和檢測與其正交的方向(例如y方向)的信息的第2檢測單位。在圖24a、24b所示的各檢測單位14中，由于第1受光元件6及第2受光元件7在x方向上排列，所以能夠檢測關(guān)于x方向的信息(例如，對象物的厚度或折射率的空間分布)。除了這些以外，通過設(shè)置將第1受光元件6及第2受光元件7在y方向上排列而成的檢測單位14，還能夠檢測關(guān)于y方向的信息。由此，能夠使對象物的定量測定的精度提高。

(實施方式9)

接著，說明本申請的實施方式9的光檢測裝置。

圖25a是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖25a表示將光檢測裝置29從光入射的一側(cè)觀察時的構(gòu)造。圖25b是圖25a的25b－25b線剖視圖。

本實施方式的光檢測裝置29在第2層4與光檢測器5之間具備透光性的第1層3、在第1層3的表面上與第1受光元件6對置的透光性的第1光耦合元件1、和在第1層3的表面上與第2受光元件7對置的透光性的第2光耦合元件2。第1層3具有比第2層4的折射率高的折射率。第1光耦合元件1是使入射光8的一部分與第1層3內(nèi)的波導路耦合的透光性的部件。第2光耦合元件2是使入射光9的一部分與第1層3內(nèi)的波導路耦合的透光性的部件。在本說明書中，所謂“透光性”，是指具有使入射的光的至少一部分透射的性質(zhì)。

光耦合元件1、2在第1層3的內(nèi)部形成光波導路。在本實施方式中，第1光傳輸路徑35是在第2層4中供第1入射光8傳輸?shù)膮^(qū)域。第1光傳輸路徑35的射出部41夾著第1層3而與第1光耦合元件1對置。第2光傳輸路徑36是在第2層4中供第2入射光9傳輸?shù)膮^(qū)域。第2光傳輸路徑36的射出部42夾著第1層3而與第2光耦合元件2對置。第3光傳輸路徑37是由光耦合元件1、2形成在第1層3的內(nèi)部的光波導路。

在實施方式6中，由基板400上的多個空洞34形成光傳輸路徑35、36、37。相對于此，在本實施方式中，使用作為具有透光性的大致均質(zhì)的介質(zhì)的第2層4及第1層3、和設(shè)置在第1層3的表面的光耦合元件1、2形成光傳輸路徑35、36、37。如果第1入射光8及第2入射光9向第2層4的上表面(入射部44、45)入射，則分別作為第1傳輸光60及第2傳輸光31傳輸。在本實施方式中，將第1傳輸光60及第2傳輸光31在第2層4內(nèi)傳輸時的光路假想地考慮為第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36。第3光傳輸路徑37將第1光傳輸路徑35的末端與第2光傳輸路徑36的末端連結(jié)。在圖25b中，為了容易理解，將第1光傳輸路徑35、第2光傳輸路徑36、第3光傳輸路徑37的區(qū)域用虛線表示，但并不是有明確的邊界。

第1光耦合元件1使入射光8的一部分在第1層3內(nèi)至少向第1方向(x方向)、即朝向第2光耦合元件2的方向傳輸(波導光10)。第2光耦合元件2使入射光9的一部分在第1層內(nèi)至少向與第1方向相反的方向(－x方向)、即朝向第1光耦合元件1的方向傳輸(波導光11)。由此，在第1層3內(nèi)的第3光傳輸路徑37中發(fā)生波導光10、11間的干涉。透射了第1光傳輸路徑35、第1層3及第1光耦合元件1的第1入射光8的至少一部分作為第1透射光12向第1受光元件6入射。透射了第2光傳輸路徑36、第1層3及第2光耦合元件2的第2入射光9的至少一部分作為第2透射光13向第2受光元件7入射。

第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36不需要做成使用的波長左右的尺寸的光波導路。第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36只要將傳輸光60、31在第2層4內(nèi)傳輸，也可以具有任意的尺寸。第1光傳輸路徑35及第2光傳輸路徑36例如可以是毫米量級尺寸的光傳輸路徑。

本實施方式的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是光柵(diffractiongrating)。在以下的說明中，有將第1光耦合元件1稱作“第1光柵1”、將第2光耦合元件2稱作“第2光柵2”的情況。本實施方式的第1光柵1及第2光柵2分別具備具有沿著第1層3的表面在y方向(第2方向)上延伸的凸部的多個透光性部件在x方向(第1方向)上周期性地排列的構(gòu)造。通過相鄰的兩個透光性部件，劃分出在相鄰的兩個透光性部件之間沿y方向延伸的槽。在本實施方式中，多個透光性部件以比入射光8、9的空氣中的波長λ短的周期λ(λ<λ)配置。本實施方式的透光性部件的截面是三角柱狀。構(gòu)成光柵1、2的多個透光性部件的構(gòu)造如后述那樣可以是多種多樣的。第1光柵1、第2光柵2及第1層3也可以是由相同的材料構(gòu)成的單一構(gòu)造體。

周期λ及波長λ根據(jù)觀察的對象物而不同，例如可以設(shè)定為λ＝0.45μm及λ＝0.85μm。通過使周期λ比波長λ小，當?shù)?入射光8及第2入射光9分別入射到第1光耦合元件1及第2光耦合元件2中時，在空氣中僅產(chǎn)生作為0級衍射光的透射光及反射光。由于不向外部射出±1級以上的高級衍射光，所以光利用效率較高，能夠減少雜散光。

對于λ＝0.85μm的入射光，第1層3被設(shè)計為作為光波導路(厚度t1)發(fā)揮功能。第2層4被設(shè)計為作為緩沖層發(fā)揮功能。第1層3(光波導路)的厚度t1被設(shè)計為能夠存在波導模式的長度。第1層3(光波導路)的折射率n1比第2層4的折射率n2大(n1>n2)。

在本實施方式的光檢測裝置29中，第1層3、第1光耦合元件1及第2光耦合元件2例如可以由氧化鉭ta2o5(n1＝2.11)構(gòu)成。第2層4例如可以是由氧化硅sio2(n2＝1.45)構(gòu)成的石英基板、或bk7等玻璃基板。此時，根據(jù)周知的波導模式的固有方程式可以導出，如果是t1≥0.13μm，則關(guān)于te模式及tm模式雙方存在波導模式。因此，在此情況下，第1層3的膜厚可以被設(shè)定為相比0.13μm足夠大的厚度、例如t1＝0.3μm。

在第1層3及光耦合元件1、2中，除了ta2o5以外還能夠使用各種材料。同樣，關(guān)于第2層4，也除了sio2以外還能夠使用各種材料。也可以使用對于使用的波長的入射光透明的材料。例如，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，可以使用從zrsio4、(zro2)25(sio2)25(cr2o3)50、sicr、tio2、zro2、hfo2、zno、nb2o5、sno2、al2o3、bi2o3、cr2o3、ga2o3、in2o3、sc2o3、y2o3、la2o3、gd2o3、dy2o3、yb2o3、cao、mgo、ceo2及teo2等中選擇的一種或多種氧化物等的無機材料。此外，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，也可以使用從c－n、ti－n、zr－n、nb－n、ta－n、si－n、ge－n、cr－n、al－n、ge－si－n及ge－cr－n等中選擇的一種或多種氮化物。此外，作為第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料，也可以使用zns等硫化物、sic等碳化物或laf3、cef3、mgf2等氟化物。此外，也可以使用從上述材料中選擇的一種或多種材料的混合物來形成第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4。

進而，第1層3、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第2層4的材料也可以是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(pmma)、降冰片烯樹脂(例如，由jsr株式會社以注冊商標“アートン”(arton)銷售)、或環(huán)烯樹脂(例如，由日本ゼオン株式會社以注冊商標“ゼオネックス”(zeonex)銷售)等樹脂等的有機材料。只要從這些材料中選擇滿足折射率n1>n2的材料作為第1層3及第2層4就可以。

另外，在本實施方式中，第1層3、第1光耦合元件1及第2光耦合元件2由相同的材料構(gòu)成，但它們也可以由不同的材料構(gòu)成。

在入射光是電場在y方向上振動的直線偏振光(te偏振光)的情況下(即，在入射光的電場方向與光柵的槽的延伸方向平行的情況下)，在第1層3中激振出te模式的波導光。另一方面，在入射光是電場在x方向上振動的直線偏振光(tm偏振光)的情況下(即，光的磁場方向與光柵的槽的延伸方向平行的情況下)，在第1層3中激振出tm模式的波導光。因而，通過使入射光的偏振方向變化，能夠使波導光的模式變化。

本實施方式的第1光柵1及第2光柵2的與xz面平行的截面的形狀是等腰三角形狀。光耦合元件1、2的槽的深度tg例如可以設(shè)定為tg＝0.3μm。光耦合元件1、2的形狀及尺寸并不限定于該例，也可以是其他的形狀及尺寸。

當?shù)?入射光8及第2入射光9向第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別入射時，只要滿足以下的式(27)，就在第1層3的內(nèi)部中激勵出波導光。

sinθ＝n－mλ/λ(27)

這里，n表示光波導路(第1層3)內(nèi)的有效折射率，θ表示以z方向為基準的光的入射角度，m表示衍射的級數(shù)。當光柵1、2的透光性部件的周期λ被設(shè)定為滿足式(27)的值時，入射光8、9的一部分與第1層3內(nèi)的光波導路耦合，被激勵出波導光。例如，當較好地耦合的1級光(m＝1)垂直地入射(θ＝0)時，式(27)變形為以下的式(28)。

λ＝λ/n(28)

在上述構(gòu)造中，根據(jù)波導模式的固有方程式計算為λ≈0.45μm。

另外，如果第1層3的厚度t1變化，則根據(jù)波導模式的固有方程式，有效折射率n也變化。當存在波導模式時，n滿足以下的不等式(29)。

n2<n<n1(29)

如果使用式(2)將式(29)變形，則可得到以下的式(30)。

mλ/(n1－sinθ)<λ<mλ/(n2－sinθ)(30)

當θ＝0，m＝1時，λ滿足以下的式(31)。

λ/n1<λ<λ/n2(31)

如果來自對象物的第1入射光8及第2入射光9入射到第2層4中，則分別成為第1傳輸光60及第2傳輸光31。第1傳輸光60及第2傳輸光31透射第1層3，分別向第1光耦合元件1及第2光耦合元件2入射。

由第1光耦合元件1及第2光耦合元件2在第1層3內(nèi)的光波導路(第3光傳輸路徑37)中激勵的波導光向+x方向及－x方向雙方傳輸。在這些波導光中，圖25b中例示了由第1入射光8向+x方向傳輸?shù)牟▽Ч?0、和由第2入射光9向－x方向傳輸?shù)牟▽Ч?1。兩個波導光10、11由于行進方向相反，所以在第1層3的內(nèi)部干涉。

第1傳輸光60及第2傳輸光31的一部分這樣成為波導光，但大部分透射第1層3，分別成為透射光12、13。透射光12、13分別被受光元件6、7檢測到。

本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過將激光等的具有相干性的光向?qū)ο笪镎丈?，并使用本實施方式的光檢測裝置29檢測來自對象物的反射光或透射光，也能夠定量地測定對象物的構(gòu)造(例如，厚度的變化或折射率分布等)。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，當設(shè)來自對象物的光中的相鄰的兩個光線分別為入射光8、9時，根據(jù)波導光10、11的干涉的程度而透射光12、13的各自的光量(功率)變化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7來檢測透射光12、13的光量，能夠檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)。

透射光或反射光具有的相位信息依賴于對象物的構(gòu)造(厚度的變化或內(nèi)部的折射率分布等)而變化。因此，通過檢測入射光8、9之間的相干性差(或相位差)，能夠定量地測定對象物的厚度的變化或折射率分布等。

在圖25a所示的結(jié)構(gòu)中，第1光耦合元件(第1光柵)1及第2光耦合元件(第2光柵)2的最接近的兩個凸部的頂點間或中心間的距離比周期λ大。即，在第1光柵1與第2光柵2之間具有平坦的部分(稱作“空間區(qū)域27”)，空間區(qū)域27的x方向的長度比0大。

這里，設(shè)第1光柵1及第2光柵2的最接近的頂點間的距離為對周期λ乘以常數(shù)d而得到的值dλ。將該常數(shù)稱作“距離常數(shù)d”。在d＝1的情況下，由于最接近的頂點間的距離為λ，所以光柵1、2形成得較密，在兩者之間不產(chǎn)生空間區(qū)域27。另一方面，當如本實施方式那樣為d>1時，在光柵1、2之間產(chǎn)生空間區(qū)域27。

另外，在本實施方式中，由于第1光柵1及第2光柵的各凸部的截面的形狀是對稱形狀，所以頂點間的距離與中心間的距離一致。另一方面，在各凸部的截面的形狀是非對稱形狀(例如非對稱的三角形)的情況下，頂點間的距離與中心間的距離不一致。在使用具有非對稱的截面形狀的光柵的情況下，也只要將第1光柵1及第2光柵2的最接近的兩個凸部的頂點間的距離設(shè)為dλ就可以。

圖26a是在光檢測裝置29中表示距離常數(shù)d＝1的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖26b是在光檢測裝置29中、表示距離常數(shù)d＝1.19的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的功率p1、p2及(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖26c是在光檢測裝置29中、表示距離常數(shù)d＝1.19的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖26a～圖26c表示對電場方向是x方向的tm偏振光進行通過fdtd法(finite－differencetime－domainmethod)的電磁場解析的結(jié)果的例子。

在本解析中，假設(shè)入射光8、9是具有相同波長λ及相同功率(標準化而設(shè)為光功率1)的相干性較高的激光。以第1入射光8的相位為基準，設(shè)與第2入射光9的相位的差為相位差φ[度]。如在圖26a中用實線及較長的虛線分別表示那樣，第1透射光12的功率p1及第2透射光13的功率p2對應(yīng)于入射光8、9之間的相位差φ而變化。p1在φ＝160°的附近取最大值，在φ＝－20°的附近取最小值。p2在φ＝－160°的附近取最大值，在φ＝20°的附近取最小值。因而，基于這些曲線可知，能夠根據(jù)功率p1、p2的大小將φ在－180°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。即，通過使用第1受光元件6及第2受光元件7來檢測功率p1、p2，能夠唯一地檢測入射光8、9之間的相位差φ。

另外，圖26a～圖26c表示使用作為tm偏振光的入射光8、9激振出tm模式的波導光的情況下的結(jié)果。在如本實施方式那樣使用微細的光柵1、2的情況下，產(chǎn)生偏振光依賴性，使相位差變化時的|p1－p2|的最大值在激振出te模式的波導光的情況和激振出tm模式的波導光的情況下不同。在本實施方式中，激振出tm模式的波導光的情況下的|p1－p2|的最大值比激振出te模式的波導光的情況大約5.5倍。

因而，在本實施方式的光檢測裝置29中，與使用無偏振的入射光相比，使用|p1－p2|的最大值較大的直線偏振光(在本實施方式中是tm偏振光)時更能夠使sn比變高。因此，通過使用以tm偏振光為主成分(即，tm偏振光成分比te偏振光成分多)的入射光8、9(直線偏振光或橢圓偏振光)，能夠提高檢測靈敏度。作為用于此的結(jié)構(gòu)，光檢測裝置29也可以具有使tm偏振光比te偏振光更多地入射到第1光柵1及第2光柵2中的偏振元件(例如直線偏振鏡或橢圓偏振鏡)。將這樣的偏振元件配置在光柵1、2與對象物之間、或光源與對象物之間?；蛘撸缫部梢詫⑸涑鲋本€偏振的光的半導體激光源進行旋轉(zhuǎn)調(diào)整以射出比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分的光，來進行配置。

本發(fā)明者們認為入射光8、9的實際的功率可以根據(jù)從光檢測器5得到的信號(p1+p2)計算。但是，如在圖26a中用較短的虛線表示那樣，可知(p1+p2)對應(yīng)于相位差φ而變化。更具體地講，可知(p1+p2)在φ＝0及180°下發(fā)生最小值或最大值。這里，將從φ＝0的情況下的(p1+p2)減去φ＝180°或－180°的情況下的(p1+p2)而得到的值的絕對值定義為“功率差”。在計算入射光8、9的實際的功率時，功率差優(yōu)選的是一定。

本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，在將距離常數(shù)d設(shè)為d>1的特定的值、例如d＝1.19的情況下，如在圖26b中用較短的虛線表示那樣，(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ(即大致為一定值)。考慮這是因為，通過設(shè)為d>1，波導光10、11干涉的周期(通常根據(jù)式(3)為λ/n≈λ)在中央部的空間區(qū)域27中被打亂。通過使距離常數(shù)d變化而對周期的打亂方式進行調(diào)整，能夠控制p1及p2的輸出特性。

如在圖26b中用實線及較長的虛線表示那樣，第1透射光的功率p1及第2透射光的功率p2對應(yīng)于相位差φ而變化。在d＝1.19的情況下，|p1－p2|的最大值比d＝0的情況大。p1在φ＝85°的附近取最大值，在φ＝－95°的附近取最小值。p2在φ＝－85°的附近取最大值，在φ＝95°的附近取最小值。因而，基于這些曲線，能夠根據(jù)p1及p2的值將相位差在－180°～180°的范圍內(nèi)唯一地定量化。

在d＝1.19的條件下，入射光8、9的功率不論相位差φ如何，都能夠看作與(p1+p2)成比例。在將入射光8、9的功率進行標準化而分別設(shè)為1的情況下，如圖26b所示，為(p1+p2)＝1.0。因此，入射光8、9的功率的值不論相位差φ如何，都能夠通過(p1+p2)/1.0的運算來算出。

如圖26c所示，也可以使用將p1及p2除以(p1+p2)而得到的值p1/(p1+p2)及p2/(p1+p2)作為標準化功率。在此情況下，即使(p1+p2)變化，在φ＝0，±180°下，也為p1/(p1+p2)＝p2/(p1+p2)＝0.5。因此，在將測定值定量化方面較好。

本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，在d＝1.19以外，還周期性地存在(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ的d的值。將第1層3(光波導路)內(nèi)的波導光的波長用λ/n表示。在以θ＝0(垂直入射)，m＝1將波導光激振的條件下，根據(jù)式(3)為λ/n＝λ，所以波導光的波長與λ一致。因而，關(guān)于以接近于垂直的角度入射的光，d的周期可以近似為λ/(nλ)≈1。

圖27是表示本實施方式的光檢測裝置29中的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

設(shè)i為0以上的整數(shù)，可知功率差為0的最優(yōu)的d的值是

d＝1.19+i(32)

或

d＝1.71+i(33)。

例如，當i＝10時，為d＝11.19或d＝11.71。此時的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2的最接近的頂點間的間隔為dλ＝5.03μm或d＝5.27μm。

功率差進入－0.5～0.5的范圍中的d的條件是

1.08+i≤d≤1.31+i(34)

或

1.58+i≤d≤1.83+i(35)。

功率差進入－0.2～0.2的范圍中的d的條件是

1.15+i≤d≤1.24+i(36)

或

1.66+i≤d≤1.76+i(37)。

功率差進入－0.1～0.1的范圍中的d的條件是

1.17+i≤d≤1.21+i(38)

或

1.68+i≤d≤1.73+i(39)。

另外，在θ≠0的情況下，根據(jù)波導模式的固有方程式計算n，如果代替上述i而使用iλ/(nλ)，則精度提高。

在以上說明的結(jié)構(gòu)中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2是多個透光性部件以均勻的周期λ配置的光柵。并不限于這樣的光柵，也可以是第1光柵1及第2光柵2分別包含多個透光性部件分別以不同的周期配置的多個部分。根據(jù)式(27)可知，適合的周期λ依賴于入射角θ及光的波長λ。通過使用具有多個周期的光柵，能夠擴大入射角θ及波長λ的范圍。

在以適合于垂直入射(θ＝0)的條件設(shè)計光檢測裝置29的情況下，如果光的入射角度變化，則作為使相位差變化時的|p1－p2|的最大值的透射光量的變化下降。其半值全寬例如比較窄為±4°左右。通過使光柵1、2具有多個周期，能夠擴大該角度范圍。θ＝±5°下的周期λ的適合值分別是0.43μm及0.47μm。因此，如果將第1光柵1及第2光柵2用周期例如從λ＝0.43μm逐漸變化到0.47μm的啁啾光柵構(gòu)成，則能夠?qū)崿F(xiàn)斜入射特性良好的光檢測裝置29。

第1光柵1及第2光柵2分別也可以具有例如λ＝0.43μm，0.45μm，0.47μm那樣的3個或比其多的不同的周期的部分。通過這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠期待同樣的效果。

以同樣的考慮方式，也可以擴大波長特性。在入射波長是具有擴散的多波長的情況下，作為使相位差變化時的|p1－p2|的最大值的透射光量的變化下降，其半值全寬例如可以是±10nm左右。單一波長λ＝0.84μm，0.86μm下的適合值(其中，θ＝0)分別為λ＝0.445μm，0.455μm。因此，如果將第1光柵1及第2光柵2用例如從λ＝0.445μm逐漸變化到0.455μm的啁啾光柵構(gòu)成，則能夠擴大波長范圍。

第1光柵1及第2光柵2分別也可以具有例如λ＝0.445μm，0.450μm，0.455μm那樣的3個或比其多的不同的周期的部分。通過這樣的結(jié)構(gòu)也能夠期待同樣的效果。

接著，說明本實施方式的光檢測裝置29的制造方法的一例。

圖28a、圖28b是表示本實施方式的光檢測裝置29的制造工序的一例的剖視圖。首先，如圖28a所示，在第2層4上使厚度t1的第1層3成膜。成膜工藝例如可以使用濺射法或真空蒸鍍法。在第1層3中使用樹脂材料的情況下，如果使用涂敷工藝，則能夠?qū)嵤┑蜏毓に?。然后，如圖28b所示，在第1層3上同時形成第1光耦合元件1及第2光耦合元件1、2。在該工序中，可以使用例如光刻與蝕刻工藝的組合(所謂的周知的二元光學制造方法)。由此，能夠制作出例如截面形狀是三角形狀的光柵。在其以外，例如也可以使用納米壓印或3d印刷法。特別是，根據(jù)納米壓印施工法，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。通過將這樣制作出的元件與具有第1受光元件6及第2受光元件7的光檢測器5組合，制作出光檢測裝置29。

[光檢測系統(tǒng)]

本實施方式的光檢測裝置29也通過與光源及運算電路組合而能夠得到對象物的構(gòu)造(例如表面構(gòu)造或折射率分布等)的信息。以下，說明這樣的光檢測系統(tǒng)的例子。

圖29a是示意地表示使用本實施方式的光檢測裝置29的光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。該光檢測系統(tǒng)具備射出空氣中的波長為λ的光的光源25、和基于從第1受光元件6輸出的第1電信號及從第2受光元件7輸出的第2電信號生成與對象物的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)并輸出的運算電路20。第1受光元件6及第2受光元件7檢測從光源25射出并從對象物21到達的波長λ的光。該光檢測系統(tǒng)檢測來自對象物21的透射光，但也可以構(gòu)成為檢測反射光。對象物21沒有被特別限定，例如可以是生物體組織、或具備相位階差的書類的防偽標記。

本實施方式的運算電路20例如可以是dsp、asic或fpga等集成電路。運算電路20通過執(zhí)行例如保存在存儲器中的計算機程序而進行后述的運算，生成與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息。

光檢測系統(tǒng)從光源25向?qū)ο笪?1照射激光等的作為具有相干性的單色光的射出光26，由光檢測裝置29檢測透射了對象物21的光(包括相鄰的第1入射光8及第2入射光9)。在圖29a所示的例子中，第1入射光8是透射了對象物21的相對較薄的部位的光，第2入射光9是透射了對象物21的相對較厚的部位的光。如果設(shè)兩者的厚度的差為s、對象物21的折射率為no，則第1入射光8與第2入射光9之間的相位差φ用以下的式(40)表示。

φ＝2π(no－1)s/λ(40)

即，第2入射光9的相位比第1入射光8的相位延遲2π(no－1)s/λ。

受光元件6輸出具有與第1透射光12的功率p1成比例的信號值的電信號15。受光元件7輸出具有與第2透射光13的功率p2成比例的信號值的電信號16。運算電路20接受電信號15、16，求出入射光8、9的功率和相位差φ。相位差φ可以用參照圖26a～圖26c說明的方法求出。運算電路20將表示相位差φ的信息作為與對象物21的構(gòu)造有關(guān)的信息(電信號18)輸出。根據(jù)該相位差φ的信息，由式(40)能夠求出厚度的變化量(階差)s的值。運算電路20也可以基于相位差φ計算s值，將該信息包含在電信號18中而輸出。

由于從光源25射出的光的功率是已知的，所以也可以根據(jù)入射光8、9的功率的值求出對象物21的透射率或反射率。運算電路20也可以輸出表示對象物21的透射率或反射率的信號。

既可以是光檢測系統(tǒng)具備例如激光源那樣的具有相干性的光源25，也可以為光源25是外部的要素。光源25也可以內(nèi)置在光檢測裝置29中。光檢測系統(tǒng)也可以具備圖29a所示的構(gòu)成要素以外的要素。例如，也可以在光耦合元件1、2與對象物21之間具備使使用的特定的波長域的光有選擇地透射的帶通濾波器。這樣的帶通濾波器也可以設(shè)置在受光元件6的前表面。

圖29b是表示本實施方式的光檢測系統(tǒng)的變形例的圖。如圖29b所示，光檢測裝置29也可以在對象物21與第1光耦合元件1及第2光耦合元件2之間具備使tm偏振光成分比te偏振光成分更多地透射的偏振元件50。偏振元件50例如可以是直線偏振鏡或橢圓偏振鏡。由此，比te偏振光成分更多地包含tm偏振光成分的光入射到光耦合元件1、2中，所以如上述那樣能夠提高檢測靈敏度。

[光檢測裝置的變形例]

圖30是表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29a的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別具備與xz面平行的截面的形狀為梯形狀的透光性部件的光柵。光柵1、2的透光性部件的形狀是三角柱狀的上部(角)被削掉的形狀。各透光性部件的截面的形狀例如也可以是正弦波形狀。各透光性部件的截面的形狀不需要角為尖銳的，也可以是角較圓的形狀。只要是與xz面平行的截面的面積隨著從底部朝向上部變小的形狀(錐形狀)，就能夠得到與使用具備三角柱狀的透光性部件的光柵的情況同樣的效果。即，能夠基于來自對象物的透射光或反射光的相干性的程度，定量地測定對象物的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定的小型且薄型的光檢測裝置。

圖31是表示本實施方式的其他變形例的光檢測裝置29b的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’形成在第1層3’的兩個表面(上表面及下表面)雙方。由與第1層3’相同的材料構(gòu)成第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’。也可以說第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’形成在第1層3’的內(nèi)部。這樣，第1光耦合元件、第2光耦合元件及第1層也可以是由相同的材料構(gòu)成的單一構(gòu)造體。在該形態(tài)下，第1光傳輸路徑35的射出部41及第2光傳輸路徑36的射出部42與第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’接觸。

此外，第1光耦合元件1’及第2光耦合元件2’例如也可以使用與第1層3’的折射率不同的材料僅形成在第1層3’的內(nèi)部。

圖31所示的光檢測裝置29b例如可以用以下的工序制作。首先，在第2層4’的表面，例如使用光刻及蝕刻工序制作深度tg的光柵形狀。在其之上使第1層3’成膜。于是，在第1層3’的表面(下表面)也形成深度tg的同等的光柵形狀。通過將這樣制作出的元件與光檢測器5組合，制作光檢測裝置29b。根據(jù)該例，在對第2層4’的材料的蝕刻特性良好而容易形成光柵1’、2’的情況下，有制造較容易的效果。

圖32是表示本實施方式的另一其他變形例的光檢測裝置29c的結(jié)構(gòu)的剖視圖。該光檢測裝置29c具有將上述的光檢測裝置29的光檢測器5與第1光耦合元件1及第2光耦合元件2之間的空氣層替換為透光性的第3層240的構(gòu)造。第3層240的折射率比第1層3及耦合元件1、2的折射率小。如果這樣，則能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定、對于振動等干擾的耐受力較強的光檢測裝置29c。

本變形例的光檢測裝置29c通過在圖28b所示的工序之后，使光耦合元件1、2與光檢測器5的受光元件6、7對置，使例如透光性的uv固化樹脂或粘接劑等流入到它們之間、使其固化而形成第3層240來制作。

(實施方式10)

接著，說明本申請的實施方式10的光檢測裝置。

圖33是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29d的結(jié)構(gòu)的剖視圖。本實施方式的光檢測裝置29d的光檢測器5’還具有受光元件6’(第3受光元件)及受光元件7’(第4受光元件)、且空間區(qū)域27比較大這一點上與實施方式9的光檢測裝置29不同。在實施方式9的光檢測裝置29中，透射空間區(qū)域27的入射光成分不進入光檢測器5的受光元件。另一方面，在本實施方式的光檢測裝置29d中，透射中央部的空間區(qū)域27的入射光8’、9’成為透射光12’、13’，被光檢測器5’的受光元件6’、7’檢測。

第1入射光中的沒有進入第1光耦合元件1的入射光8’與波導光的激勵無關(guān)，透射第2層4及第1層3，成為透射光12’。同樣，第2入射光中的沒有進入第2光耦合元件2的入射光9’與波導光的激勵無關(guān)，透射第2層4及第1層3，成為透射光13’。因而，通過用受光元件6’、7’檢測這些透射光12’、13’，能夠檢測入射光8’、9’的功率。

通過本實施方式的結(jié)構(gòu)，在空間區(qū)域27較大的情況下，通過設(shè)置對透射空間區(qū)域27的光進行檢測的受光元件6’、7’，也能夠使光利用效率提高。

如圖33那樣，通過與受光元件6、7分離地設(shè)置受光元件6’、7’，光功率分布的檢測精度提高。此外，也可以是使受光元件6和受光元件6’一體化、使受光元件7和受光元件7’一體化的結(jié)構(gòu)。對置于空間區(qū)域27的受光元件的數(shù)量并不限于兩個，也可以是1個或3個以上。這樣，光檢測器也可以具有與第1光柵1和第2光柵2之間的空間區(qū)域27對置的至少1個第3受光元件。

(實施方式11)

接著，說明本申請的實施方式11的光檢測裝置。

圖34是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29e的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

本實施方式的光檢測裝置29e與實施方式9的光檢測裝置29不同的點在于第1光耦合元件1及第2光耦合元件2的形狀。本實施方式的第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是具備具有在y方向上延伸的凸部的多個透光性部件、與xz面平行的透光性部件的截面的形狀是矩形形狀的光柵。光柵1、2的透光性部件的形狀是其頂點被唯一地決定的形狀，但為了方便，如圖34所示，以光柵1、2的各凸部的中央部為基準(假想的頂點)，與實施方式6同樣進行說明。

本實施方式的光柵1、2由與第1層3相同的材料ta2o5構(gòu)成。入射光8、9的空氣中的波長λ例如是λ＝0.85μm。1個凸部的x方向的尺寸與凸部間的槽(凹部)的x方向的尺寸相同。槽的深度tg例如是tg＝0.1μm。相鄰的兩個凸部的中心間的距離λ例如是λ＝0.45μm。具有槽較淺的矩形的截面形狀的光柵與實施方式6的具有三角形狀的截面形狀的光柵相比，有更容易制造的優(yōu)點。

圖35是在本實施方式的光檢測裝置29e中、表示距離常數(shù)d＝1.05的情況下的入射光8、9之間的相位差φ與各自的透射光12、13的標準化功率p1/(p1+p2)、p2/(p1+p2)及功率的合計(p1+p2)之間的關(guān)系的曲線圖。圖36是表示本實施方式的光檢測裝置29e的距離常數(shù)d與功率差之間的關(guān)系的曲線圖。

在本實施方式的光檢測裝置29e中，也在d>1中存在(p1+p2)幾乎不依賴于相位差φ的d。例如在d＝1.05的情況下，如在圖35中用較短的虛線表示那樣，(p1+p2)為大致一定值1.4。該值比實施方式9的光檢測裝置29中的(p1+p2)的值1.0大。因此，可以說本實施方式的結(jié)構(gòu)的光利用效率更好。本實施方式的入射光8、9的功率值不論φ如何，都能夠通過(p1+p2)/1.4的運算來算出。

如圖36所示，功率差對應(yīng)于距離常數(shù)d而變化。設(shè)i為0以上的整數(shù)，可知功率差為0的d的值是

d＝1.05+i(41)

或

d＝1.61+i(42)。

例如，當i＝10時，為d＝11.05或d＝11.61。此時的第1光耦合元件1”及第2光耦合元件2＂的最接近的頂點(凸部的中央)間的間隔為dλ＝4.97μm或d＝5.22μm。

功率差進入－0.5～0.5的范圍中的d的條件是

1≤d≤1.22(43)

或

1.46+i≤d≤2.22+i(44)。

功率差進入－0.2～0.2的范圍中的d的條件是

1≤d≤1.10(45)

或

1.56+i≤d≤1.68+i(46)

或

2.04+i≤d≤2.18+i(47)。

功率差進入－0.1～0.1的范圍中的d的條件是

1.02+i≤d≤1.07+i(48)

或

1.58+i≤d≤1.64+i(49)。

另外，圖35表示使用具有tm偏振光的入射光8、9激振出tm模式的波導光的情況下的結(jié)果。在本實施方式中，激振出tm模式的波導光的情況下的|p1－p2|的最大值比激振出te模式的波導光的情況大例如約1.6倍。但是，由偏振光帶來的該差比使用具有三角形狀的截面的透光性部件的光柵的實施方式9的結(jié)構(gòu)(約5.5倍)小。

因而，在本實施方式的光檢測裝置29e中，也與使用無偏振的入射光的情況相比，使用|p1－p2|的最大值較大的直線偏振光(在本實施方式中是tm偏振光)時能夠使sn比更高。即，通過使用以tm偏振光為主成分的入射光8、9(直線偏振光或橢圓偏振光)，sn比提高，能夠提高檢測靈敏度。

圖37是在本實施方式的光檢測裝置29e中、表示光柵的透光性部件的周期λ與適合的波長之間的關(guān)系的曲線圖。該曲線圖表示光柵的槽的深度為一定值(tg＝0.1μm)的情況下的結(jié)果?？芍m合波長λ具有相對于λ的變化而線性地變化的關(guān)系。根據(jù)該曲線圖可知，適合波長λ能夠用以下的式(50)良好地近似。

λ＝1.6488λ+0.11211(50)

根據(jù)式(50)，關(guān)于藍色的波長λ＝0.46μm為λ＝211nm。關(guān)于綠色的波長λ＝0.532μm為λ＝255nm。關(guān)于紅色的波長λ＝0.632μm為λ＝315nm。在x方向的長度在凸部和凹部間不變化的典型的負荷比0.5的光柵結(jié)構(gòu)中，線寬(各凸部的寬度)是周期的一半。由此可知，在形成具備具有深度tg＝0.1μm的矩形截面的透光性部件的光柵的情況下，只要能夠進行0.1μm的線寬的加工，就能夠?qū)崿F(xiàn)與rgb的各自的波長對應(yīng)的光檢測裝置。

圖38是示意地表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29f的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該變形例中，第1光耦合元件1及第2光耦合元件2分別是具備與xz面平行的截面的形狀為半圓形狀的透光性部件的光柵。具備截面為半圓形狀的透光性部件的光柵1、2實質(zhì)上可以考慮為具備矩形形狀的透光性部件的光柵1、2的上部變圓的形狀。在具備截面為半圓形狀的透光性部件的光柵1、2中，即使是具備矩形形狀的透光性部件的光柵1、2的角變圓的形狀，底面附近的側(cè)面也接近于與第1層3大致垂直。在使用這些光柵的情況下，也能得到與使用具備截面為矩形狀的透光性部件的光柵1、2的情況同樣的效果。即，能夠基于來自對象物的透射光或反射光的相干性的程度而定量地測定對象物的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造穩(wěn)定的小型且薄型的光檢測裝置。

(實施方式12)

接著，說明本申請的實施方式12的光檢測裝置。

圖39a是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29g的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖39b是圖39a的39b－39b線剖視圖。在以下的說明中，將圖中所示的第1光耦合元件1a、1b、1c、1d等一起表述為第1光耦合元件1等。關(guān)于其他的構(gòu)成要素也是同樣的。

本實施方式的光檢測裝置29g與實施方式11的光檢測裝置29e不同的點在于，本實施方式的光檢測裝置29g具有多個檢測單位14、14’。多個檢測單位14與xy面平行地二維排列。多個檢測單位14’在y方向上排列。各檢測單位14、14’包括第1層3的一部分、第2層4的一部分、第1光耦合元件1、第2光耦合元件2、第1受光元件6及第2受光元件7。第1層3及第2層4在多個檢測單位14、14’間是共通的。本實施方式的光檢測器是圖像傳感器17。在第1層3中，在多個檢測單位14中的相鄰的兩個之間的區(qū)域中，在y方向上形成有槽19(寬度wb、深度tb)。在第1層3中，在多個檢測單位14’中的相鄰的兩個之間的區(qū)域中，在x方向上形成有槽19’(寬度wb、深度tb)。另外，在圖39b中，省略了將來自圖像傳感器17的電信號輸出的布線的圖示。在圖39b中僅表示在x方向上排列的4個檢測單位14，但同樣的結(jié)構(gòu)在y方向上排列有5組。

本實施方式的光檢測裝置29g具備分別具有實施方式11的光檢測裝置29e的結(jié)構(gòu)的多個檢測單位。多個檢測單位包括檢測第1方向(在該例中是x方向)的信息的多個第1檢測單位14、和檢測與第1方向垂直的第2方向(在該例中是y方向)的信息的多個第2檢測單位14’。在第1檢測單位14中，在第1方向(x方向)上排列有第1受光元件6及第2受光元件7。在第2檢測單位14’中，在第2方向(y方向)上排列有第1受光元件6及第2受光元件7。

在圖39a中，表示在x方向上配置有4個、在y方向上配置有5個的共計20個(4×5排列)檢測單位14、和在x方向上配置有1個、在y方向上配置有兩個的共計2個(1×2排列)檢測單位14’的例子。這是一例，檢測單位14及檢測單位14’的數(shù)量及配置的形態(tài)并不限定于該例。只要設(shè)有至少1個第1檢測單位14和至少1個第2檢測單位14’，則能夠取得對象物的x方向(第1方向)及y方向(第2方向)的信息。

本實施方式的光檢測裝置29g使來自對象物的透射光或反射光中的相鄰的入射光8、9入射到各自的檢測單位14、14’中而檢測。由此，能夠定量地測定對象物的二維信息。

在圖39a所示的結(jié)構(gòu)中，檢測單位14、14＇排列為條狀。圖示的左側(cè)的5行4列的20個檢測單位14二維地檢測x方向的信息。右側(cè)的2行1列的兩個檢測單位14’一維地檢測y方向的信息。由于由各檢測單位14得到的對象物的信息分別是關(guān)于x方向的信息，所以通過與由右側(cè)的檢測單位14＇得到的關(guān)于y方向的信息合并，能夠得到對象物的二維信息。

本實施方式的光檢測裝置29g具備槽的方向與y方向(第2方向)平行的光柵1a、1b、1c、1d、2a、2b、2c、2d、和槽的方向與x方向(第1方向)平行的光柵1a、1b、2a、2b。因此，對于檢測單位14而言的te偏振光對于檢測單位14’而言為tm偏振光，對于檢測單位14而言的tm偏振光對于檢測單位14’而言為te偏振光。檢測單位14、14’的檢測性能也可以不依賴于偏振方向。如上述那樣，與使用實施方式9那樣的具備截面為三角形狀的透光性部件的光柵相比，使用具備截面為矩形狀或半圓形狀的透光性部件的光柵時，由入射光8、9的偏振方向的差異帶來的|p1－p2|的最大值的差較小。因此，在本實施方式中，如圖39b所示，使用具備截面為矩形狀的透光性部件的光柵。但是，并不限定于此，也可以使用實施方式9那樣的光柵。

在本實施方式中，在第1層3中的多個檢測單位14、14’之間的區(qū)域中形成有槽19a、19b、19c、19d、19e、19’a、19’b、19’c。因此，能夠減少從各檢測單位14、14’向相鄰的檢測單位的波導光的泄漏，結(jié)果，能夠減少串擾。各槽19、19’的寬度wb典型的是設(shè)定為比光柵的多個透光性部件的周期λ長的值、例如λ～5λ。各槽19、19’的深度tb可以設(shè)定為在其下方不發(fā)生波導模式的厚度(成為所謂的截止的厚度)以上、例如tb≥0.26μm。通過設(shè)置這樣的槽19、19’，能夠?qū)⑾蛳噜彽臋z測單位漏出的波導光的功率降低到例如1/3～1/15。另外，也可以設(shè)為tb＝t1，也可以將第1層3穿透而將槽形成至其里側(cè)的第2層4。

接著，說明本實施方式的光檢測裝置29g的制造工序的一例。

圖40a～圖40c是表示本實施方式的光檢測裝置29f的制造工序的一例的剖視圖。本實施方式的光檢測裝置29g的制造工序與實施方式9的光檢測裝置29的制造工序幾乎相同，不同的是將多個檢測單位14、14＇二維地排列形成、以及進行槽19、19’的形成。

首先，如圖40a所示，在第2層4上使厚度t1的第1層3成膜。然后，如圖40b所示，在第1層3上，二維地同時形成多個第1光耦合元件1及多個第2光耦合元件2。另外，在圖40b中僅圖示了4個檢測單位。然后，如圖40c所示，在第1層3中的多個檢測單位14、14＇之間的區(qū)域中形成多個槽19、19’。通過將這樣制作的元件與圖像傳感器17組合，光檢測裝置29g完成。

在本實施方式中，全部的檢測單位14、14’具備具有以相同的周期配置的多個透光性部件的光柵1、2。即，本實施方式的光檢測裝置29g具有適合于特定的波長及特定的入射角度的結(jié)構(gòu)。但是，如參照圖37說明那樣，通過使用具有以多個周期配置的多個透光性部件的光柵，能夠?qū)?yīng)于各種波長。例如，也可以按每個檢測單位改變透光性部件的配置的周期λ。此外，也可以使用在1個檢測單位中具有以多個周期配置的多個透光性部件的光柵。由此，能夠期待光檢測裝置的斜向入射特性或波長特性改善的效果。

圖41a是示意地表示本實施方式的變形例的光檢測裝置29h的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域中形成有槽，在該槽中堆積有吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b。通過設(shè)置吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b，能夠減少由槽產(chǎn)生的反射散射光，減少光檢測裝置29h的雜散光而使sn比提高。吸收膜23a、23b、23c、23d、23e、23’b例如可以使用添加了碳的樹脂。除此以外，只要是消光系數(shù)較大的材料則也同樣能夠使用。

圖41b是示意地表示本實施方式的其他變形例的光檢測裝置29i的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域中形成有金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案(寬度wm，厚度tm)。通過形成金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案(即金屬制的凸部)，在該區(qū)域中光的封入條件破壞而成為不能存在波導模式的狀態(tài)。由此，能夠降低向相鄰的檢測單位漏出的波導光的功率。在金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b中使用的金屬例如可以是au、ag、cu、al、w、ti等。根據(jù)本發(fā)明者們的驗證，與au、ag、cu相比al、w、ti等的降低效果較大。設(shè)光柵的透光性部件的周期為λ時，金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的x方向上的尺寸wm例如可以設(shè)定為wm＝λ～5λ。金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的厚度(z方向上的尺寸)tm可以設(shè)定為例如tm＝20nm～100nm。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑾蛳噜彽臋z測單位漏出的波導光的功率例如降低到1/5～3/100左右。

在該變形例中，通過在第1層3上形成金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案，不需要設(shè)置槽。由于沒有槽，所以能夠減少波導光的反射。如果波導光的反射較大，則對檢測單位14中的波導光10、11的干涉帶來影響，相位差檢測的精度下降。根據(jù)本變形例，能夠減少波導光的反射，使相位差檢測的精度提高。

圖41c是示意地表示本實施方式的另一其他變形例的光檢測裝置29j的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在該例中，在多個檢測單位14之間的區(qū)域中也連續(xù)地形成有光耦合元件(光柵)。在光柵之上也形成有金屬膜22a、22b、22c、22d、22e、22’b的圖案。換言之，本實施方式的光檢測裝置29j在第1層3中的多個檢測單位14之間的區(qū)域上，具有被金屬膜覆蓋的其他光耦合元件。根據(jù)本變形例，與圖41b所示的光檢測裝置29i相比，能夠進一步降低向相鄰的檢測單位漏出的波導光的功率。因此，本變形例的結(jié)構(gòu)的串擾特性良好。

(實施方式13)

接著，說明本申請的實施方式13的光檢測裝置。

圖42是示意地表示本實施方式的光檢測裝置29k的結(jié)構(gòu)的平面圖。本實施方式的光檢測裝置29k具有將實施方式12的光檢測裝置29g的多個檢測單位14、14’的排列(條狀的排列)變更為交錯狀(staggered)的排列的結(jié)構(gòu)。

在本實施方式中，某行的檢測單位14的x方向的位置與相鄰的其他行的檢測單位14的x方向的位置錯開半周期。同樣，某列的檢測單位14’的y方向的位置與相鄰的其他列的檢測單位14’的y方向的位置錯開半周期。通過這樣的交錯狀的排列，關(guān)于x方向及y方向都能夠使分辨率實質(zhì)地提高。

以上，作為本申請的技術(shù)的例示，說明了實施方式1～13的光檢測裝置及光檢測系統(tǒng)。本申請的技術(shù)并不限定于這些，對于適當進行了變更、替換、附加、省略等的實施方式也能夠應(yīng)用。也可以將上述實施方式的構(gòu)成要素組合而構(gòu)成其他的實施方式。