本公開(kāi)涉及光檢測(cè)裝置、光檢測(cè)系統(tǒng)以及光檢測(cè)方法等。

背景技術(shù)：

光是電磁波，除了波長(zhǎng)、強(qiáng)度以外，還以偏光或干涉性等特性來(lái)表征。其中，作為對(duì)光的干涉性進(jìn)行測(cè)定的方法，例如可以列舉“光學(xué)的原理”(東海大學(xué)出版社、p.482、M·玻恩等)中給出的邁克爾遜的干涉儀(Michelson interferometer)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的一個(gè)方式所涉及的光檢測(cè)裝置，具備：光檢測(cè)器，其具有主面，包含沿著所述主面而配置的至少1個(gè)第1檢測(cè)器以及至少1個(gè)第2檢測(cè)器；光耦合層，其配置在所述光檢測(cè)器上，包含第1低折射率層、配置在所述第1低折射率層上且包含第1光柵的第1高折射率層、以及配置在所述第1高折射率層上的第2低折射率層，所述第1高折射率層與所述第1低折射率層以及所述第2低折射率層相比折射率高；和遮光膜，其配置在所述光耦合層上，包含至少1個(gè)透光區(qū)域、以及與所述至少1個(gè)透光區(qū)域相鄰的至少1個(gè)遮光區(qū)域，所述至少1個(gè)透光區(qū)域與所述至少1個(gè)第1檢測(cè)器對(duì)向，所述至少1個(gè)遮光區(qū)域與所述至少1個(gè)第2檢測(cè)器對(duì)向。

附圖說(shuō)明

圖1A是表示第1實(shí)施方式的光檢測(cè)系統(tǒng)以及被攝體的示意圖。

圖1B是表示入射到光檢測(cè)器上的一個(gè)開(kāi)口的散射光的樣態(tài)的說(shuō)明圖。

圖2A是第1實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的剖視圖。

圖2B是從光的入射側(cè)觀察第1實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的平面圖。

圖3A是第1實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的剖視圖。

圖3B是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3C是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3D是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3E是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3F是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3G是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖3H是在第1實(shí)施方式中，通過(guò)電磁分析按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序來(lái)表示1個(gè)脈沖的入射光穿過(guò)光耦合層而被檢測(cè)器受光的樣態(tài)的圖。

圖4A是在第1實(shí)施方式中，在某脈沖條件下，表示由檢測(cè)器受光的光量比P1/P0與入射光的有效相干長(zhǎng)度(脈沖寬度)的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖4B是表示圖4A中的光源的脈沖條件的說(shuō)明圖。

圖4C是在第1實(shí)施方式中，在另外的脈沖條件下，表示由檢測(cè)器受光的光量比P1/P0與入射光的有效相干長(zhǎng)度(脈沖寬度)的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖4D是表示圖4C中的光源的脈沖條件的說(shuō)明圖。

圖5A是表示光柵耦合器中的輸入光與耦合光的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖5B是表示光柵耦合器中的輸入光與耦合光的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖5C是表示光柵耦合器中的輸入光與耦合光的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖5D是表示光柵耦合器中的輸入光與耦合光的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖6A是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6B是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6C是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6D是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6E是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6F是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6G是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6H是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6I是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖6J是表示在第1實(shí)施方式中光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度的原理的說(shuō)明圖。

圖7是表示入射到光檢測(cè)器上的開(kāi)口的波列的樣態(tài)的說(shuō)明圖。

圖8A是表示向光檢測(cè)器上的開(kāi)口入射的入射光的光路長(zhǎng)度的偏差與有效相干長(zhǎng)度的衰減之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖8B是表示有效相干長(zhǎng)度的衰減比μ_d、與光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差σ相對(duì)于有效相干長(zhǎng)度σ₀的比值σ/σ₀之間的關(guān)系的圖。

圖9A是表示在被攝體的內(nèi)部相干長(zhǎng)度變化的原理的說(shuō)明圖。

圖9B是表示在被攝體的內(nèi)部相干長(zhǎng)度變化的原理的說(shuō)明圖。

圖9C是表示在被攝體的內(nèi)部相干長(zhǎng)度變化的原理的說(shuō)明圖。

圖10A是表示將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、整體的光學(xué)配置和光線追蹤的結(jié)果的圖。

圖10B是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、所檢測(cè)的光強(qiáng)度分布圖。

圖10C是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、光路長(zhǎng)度平均分布圖。

圖10D是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差分布圖。

圖10E是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、被攝體內(nèi)相干長(zhǎng)度衰減分布圖。

圖10F是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、對(duì)圖10D的各區(qū)域值乘以圖10B的各區(qū)域的值而得到的分布圖。

圖10G是將人體頭部假定為被攝體、通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、將圖10F的各區(qū)域值除以圖10E的各區(qū)域的值而得到的分布圖。

圖10H是將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果中的、將圖10D、E的y軸成分平均化而得到的值的x軸上分布圖。

圖11A是表示第2實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的示意剖視圖。

圖11B是表示第2實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的示意剖視圖。

圖11C是表示其他實(shí)施方式的示意剖視圖。

圖11D是表示其他實(shí)施方式的示意剖視圖。

圖11E是表示其他實(shí)施方式的示意平面圖。

圖11F是表示其他實(shí)施方式的示意平面圖。

圖12是表示第3實(shí)施方式的光檢測(cè)方法的示意剖面說(shuō)明圖。

圖13A是表示作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀和基于該干涉儀的干涉性的評(píng)價(jià)方法的說(shuō)明圖。

圖13B是表示由第1現(xiàn)有例中的檢測(cè)器36檢測(cè)的電信號(hào)的圖。

圖14是為了說(shuō)明光的干涉現(xiàn)象，示出在光源射出并沿z方向傳播的光的某時(shí)刻t0時(shí)間的振動(dòng)的樣態(tài)的概念圖。

圖15A是說(shuō)明光的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖15B是表示光的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖15C是表示光的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖15D是表示光的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖15E是表示光的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖16A是第2現(xiàn)有例中的光檢測(cè)系統(tǒng)的示意剖視圖。

圖16B是表示第2現(xiàn)有例中的光檢測(cè)系統(tǒng)的、光源的振蕩與檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖17是表示第1現(xiàn)有例的使用例的示意剖視圖。

具體實(shí)施方式

在說(shuō)明本公開(kāi)的實(shí)施方式之前，以下說(shuō)明針對(duì)現(xiàn)有的對(duì)光的干涉性進(jìn)行測(cè)定的方法進(jìn)行了詳細(xì)研究的結(jié)果。

圖13A是表示作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀200和基于干涉儀200的干涉性的評(píng)價(jià)方法的說(shuō)明圖。如圖13A所示，使在光源30射出的光31通過(guò)第1聚光透鏡35a進(jìn)行聚光而成為平行光32。該平行光32的一部分透過(guò)半反射鏡33而向第1反射鏡34a前進(jìn)(光32a)，在反射鏡34a發(fā)生反射而向半反射鏡33前進(jìn)(光32b)，在半反射鏡33發(fā)生反射而向第2聚光透鏡35b前進(jìn)(光32c)，并入射到位于聚光透鏡35b的焦平面的檢測(cè)器36(光32d)。另一方面，平行光32的一部分在半反射鏡33發(fā)生反射而向第2反射鏡34A前進(jìn)(光32A)，在反射鏡34A發(fā)生反射而向半反射鏡33前進(jìn)(光32B)，透過(guò)半反射鏡33而向聚光透鏡35b前進(jìn)(光32C)，并以與光32d重疊的形式入射到檢測(cè)器36(光32D)。檢測(cè)器36對(duì)使光32d與光32D發(fā)生干涉而得到的光進(jìn)行檢測(cè)。第2反射鏡34A構(gòu)成為能夠變更反射面的光軸方向(箭頭A)的位置。伴隨第2反射鏡34A的位移，光32D相對(duì)于光32d的相對(duì)相位發(fā)生變化。

圖13B表示由檢測(cè)器36檢測(cè)的電信號(hào)。將縱軸設(shè)為由檢測(cè)器36檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度，將橫軸設(shè)為時(shí)間。如圖13B所示，信號(hào)強(qiáng)度伴隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)(反射鏡34A的位移)在a至b的范圍內(nèi)變化。在此，將(b-a)/(b+a)的值稱(chēng)作干涉中的對(duì)比度(contrast)，通過(guò)該值來(lái)定義光31的干涉性(相干性)的程度。對(duì)比度的值伴隨第2反射鏡34A的光軸方向的位移而變化。

圖14是為了說(shuō)明光的干涉現(xiàn)象，示出在光源30射出并沿z方向傳播的光的、某時(shí)刻t0的樣態(tài)的概念圖。如圖14所示，從光源30接連射出波列37a、37b等。波列的長(zhǎng)度σ₀被稱(chēng)作相干長(zhǎng)度。在1個(gè)波列內(nèi)，波連續(xù)，波長(zhǎng)也均勻。若波列不同則有時(shí)相位不再有相關(guān)性(在波列37a中相位δ₀，在波列36b中相位δ₀′，δ₀≠δ₀′)、波長(zhǎng)也不同(在波列37a中波長(zhǎng)λ₀，在波列37b中波長(zhǎng)λ₀′，λ₀≠λ₀′)。例如，在圖13A所示的光學(xué)系統(tǒng)中，對(duì)第2反射鏡34A的位移進(jìn)行調(diào)整，使波列37a中的部分37A與部分37A′發(fā)生干涉。部分37A內(nèi)的波與部分37A’內(nèi)的波的波長(zhǎng)相等，波的相位差也在時(shí)間上穩(wěn)定(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(shí)間上穩(wěn)定(為某亮度不變)。即，干涉光根據(jù)相位差的量(反射鏡34A的位移)而看起來(lái)忽明忽暗(該狀態(tài)被稱(chēng)作相干)。另一方面，對(duì)使波列37a的部分37A與波列37b的部分37B發(fā)生干涉的情況進(jìn)行研究。此時(shí)，不保證部分37A內(nèi)的波與部分37B內(nèi)的波的波長(zhǎng)相等，這2個(gè)波的相位差在時(shí)間上隨機(jī)變化。因此，干涉后的光的明暗(干涉光的振幅的大小)也在時(shí)間上隨機(jī)變化。該變化是飛秒單位的速度。因此干涉光高速地反復(fù)明暗，人眼只能看見(jiàn)平均的亮度(該狀態(tài)被稱(chēng)作不相干)。激光的波列較長(zhǎng)，相干長(zhǎng)度為數(shù)m至數(shù)百m程度，是相干光的代表。另一方面，太陽(yáng)光的波列較短，相干長(zhǎng)度為1μm程度，是不相干的光的代表。在通過(guò)圖13A那樣的構(gòu)成來(lái)使光發(fā)生干涉的情況下，若像激光那樣相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則在相同波列內(nèi)發(fā)生干涉的概率變高，對(duì)比度提高(接近1)。另一方面，若像太陽(yáng)光那樣相干長(zhǎng)度較短，則在不同的波列間發(fā)生干涉的概率變高，對(duì)比度下降(接近0)。

圖15A至E表示以波長(zhǎng)λ₀為中心的光的、波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與相干長(zhǎng)度的關(guān)系。圖15A以波長(zhǎng)λ₀為中心示出波長(zhǎng)的擴(kuò)展為零的情況，此時(shí)，如圖15D所示相干長(zhǎng)度成為無(wú)限大。圖15B以波長(zhǎng)λ₀為中心示出波長(zhǎng)的擴(kuò)展為Δλ的情況，此時(shí)，如圖15E所示相干長(zhǎng)度σ₀成為λ₀²/Δλ?？v模寬度與相干長(zhǎng)度處于傅里葉變換的關(guān)系，被稱(chēng)作維納-辛欽(Wiener-Khintchine)的定理。這可以說(shuō)明如下。圖15C以波長(zhǎng)λ₀為中心將波長(zhǎng)的擴(kuò)展為Δλ的光置換為波長(zhǎng)λ₀-Δλ/2和波長(zhǎng)λ₀+Δλ/2這2個(gè)光26、27。通過(guò)光26與光27發(fā)生干涉而產(chǎn)生的拍頻(唸り)的周期為λ₀²/Δλ，載波的波長(zhǎng)成為光26和光27的波長(zhǎng)的平均值λ₀。在拍頻的周期內(nèi)，光的振動(dòng)波形均勻且連續(xù)。另一方面，不同周期的光的振動(dòng)波形喪失連續(xù)性，相位也不再有相關(guān)性。即，拍頻的周期λ₀²/Δλ成為相干長(zhǎng)度。太陽(yáng)光為不相干是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)Δλ較大，若將中心波長(zhǎng)λ₀設(shè)為0.55μm、將波長(zhǎng)的擴(kuò)展Δλ設(shè)為0.30μm，則相干長(zhǎng)度σ₀為λ₀²/Δλ＝1.0μm。

接著，將“近紅外生物體分光法的展望——1μm波長(zhǎng)段的可能性”(第14次醫(yī)用近紅外線分光法研究會(huì)，p.139-144，西村吾朗)所示的光檢測(cè)系統(tǒng)作為第2現(xiàn)有例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明?！敖t外生物體分光法的展望——1μm波長(zhǎng)段的可能性”(第14次醫(yī)用近紅外線分光法研究會(huì)，p.139144，西村吾朗)中給出的光檢測(cè)系統(tǒng)，按照每個(gè)距離來(lái)測(cè)定光的強(qiáng)度分布。圖16A示出了第2現(xiàn)有例中的光檢測(cè)系統(tǒng)300的示意剖視圖。光源42射出激光。如圖16A所示，在光源42射出的波長(zhǎng)λ₀的光43被照射到被攝體44。其結(jié)果，在被攝體44的表面或內(nèi)部產(chǎn)生的散射光45a、45b、45c由聚光透鏡47聚光，并在聚光透鏡47的像面位置成像為像48b(對(duì)應(yīng)于像48b在透鏡的物側(cè)存在實(shí)質(zhì)的物體(物點(diǎn)的聚集)48a)。在像面位置配置有檢測(cè)器50。檢測(cè)器50是多個(gè)像素的集合體，按照每個(gè)像素檢測(cè)入射的光的光量。光源42通過(guò)控制器41來(lái)控制發(fā)光。由檢測(cè)器50檢測(cè)出的光量作為檢測(cè)信號(hào)由運(yùn)算電路51來(lái)處理?？刂破?1、運(yùn)算電路51通過(guò)計(jì)算機(jī)52來(lái)一并控制。

圖16B是表示圖16A所示的光檢測(cè)系統(tǒng)300的、光源42的振蕩與檢測(cè)器50的檢測(cè)信號(hào)的關(guān)系的說(shuō)明圖。光源42在控制器41的控制下對(duì)脈沖43a進(jìn)行振蕩?；谠撁}沖43a的光43在被攝體44的內(nèi)部發(fā)生散射而由檢測(cè)器50受光，并被檢測(cè)為信號(hào)53。在圖16B中，將縱軸設(shè)為光源42的振蕩強(qiáng)度或檢測(cè)器50的檢測(cè)強(qiáng)度，將橫軸設(shè)為經(jīng)過(guò)時(shí)間。檢測(cè)信號(hào)53在散射所引起的光路長(zhǎng)度的偏差的影響下，與原脈沖43a相比時(shí)間寬度變寬。檢測(cè)信號(hào)53中的最先的輸出53a是在被攝體44的表面發(fā)生反射的光45a的信號(hào)。輸出53a之后的時(shí)間t₀～t₁期間的輸出53b是在被攝體44的內(nèi)部進(jìn)行散射且散射距離短的光45b的信號(hào)。輸出53b之后的時(shí)間t₁～t₂期間的輸出53c是散射距離長(zhǎng)的光45c的信號(hào)。通過(guò)計(jì)算機(jī)52的控制，運(yùn)算電路51能夠?qū)z測(cè)信號(hào)53進(jìn)行時(shí)間分割，將信號(hào)53a、53b、53c的輸出分離來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。光按照輸出53a、53b、53c的順序從被攝體的淺側(cè)穿過(guò)深側(cè)，因此能夠?qū)⑸疃炔煌男畔⒎蛛x來(lái)進(jìn)行分析。

根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人的研究，通過(guò)作為第1現(xiàn)有例的邁克爾遜的干涉儀200能夠測(cè)定干涉性(相干性)的程度，這僅限于光源30的位置、即與光的傳播方向垂直的面內(nèi)的1點(diǎn)。例如，如圖17所示，考慮使用圖13A所示的邁克爾遜的干涉儀200，從光源30向被攝體38照射光31，取入散射光39并使其發(fā)生干涉。散射光39的光的傳播方向在空間上擴(kuò)散。因此，即使散射光39直接入射到聚光透鏡35a并被聚光，該光也不會(huì)成為平行光，因此無(wú)法測(cè)定干涉性的程度。因此，為了使由聚光透鏡35a聚光的光成為平行光32，需要在聚光透鏡35a的焦平面位置設(shè)置針孔40。通過(guò)使散射光39穿過(guò)針孔40，能夠使由聚光透鏡35a聚光的光成為平行光32。但是，通過(guò)該構(gòu)成能夠測(cè)定相干性的程度，這僅針對(duì)針孔40的位置、即與光的傳播方向垂直的面內(nèi)的有限的1點(diǎn)。而且，干涉儀整體會(huì)成為大型的裝置，且為了測(cè)定相干性的程度需要使反射鏡34A移動(dòng)這種繁雜的操作。

另一方面，根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人的研究，作為第2現(xiàn)有例的光檢測(cè)系統(tǒng)，時(shí)間分割寬度存在限度，因此在診斷時(shí)無(wú)法充分確保深度方向的分辨率。例如，若將時(shí)間分割寬度設(shè)為300ps，則深度分辨率成為90mm程度，不適合生物體這樣的比較小的對(duì)象的診斷、檢查。

本公開(kāi)的一個(gè)方式所涉及的光檢測(cè)裝置，具備：光檢測(cè)器，其具有主面，包含沿著所述主面而配置的至少1個(gè)第1檢測(cè)器以及至少1個(gè)第2檢測(cè)器；光耦合層，其配置在所述光檢測(cè)器上，包含第1低折射率層、配置在所述第1低折射率層上且包含第1光柵的第1高折射率層、以及配置在所述第1高折射率層上的第2低折射率層，所述第1高折射率層與所述第1低折射率層以及所述第2低折射率層相比折射率高；和遮光膜，其配置在所述光耦合層上，包含至少1個(gè)透光區(qū)域、以及與所述至少1個(gè)透光區(qū)域相鄰的至少1個(gè)遮光區(qū)域，所述至少1個(gè)透光區(qū)域與所述至少1個(gè)第1檢測(cè)器對(duì)向，所述至少1個(gè)遮光區(qū)域與所述至少1個(gè)第2檢測(cè)器對(duì)向。

根據(jù)該光檢測(cè)裝置，入射到光檢測(cè)裝置的光，一部分被遮光區(qū)域遮光，另一部分透過(guò)透光區(qū)域而入射到光耦合層。入射到光耦合層的光被分為透過(guò)光耦合層并入射到與該透光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器的光、和在第1高折射率層內(nèi)傳播的光。在第1高折射率層內(nèi)傳播的光的一部分被輻射并入射到與和該透光區(qū)域相鄰的遮光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器。即，能夠通過(guò)與透光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)透過(guò)光耦合層的光。此外，能夠通過(guò)與遮光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器，來(lái)檢測(cè)在第1高折射率層內(nèi)傳播的光。根據(jù)該2種檢測(cè)光量，無(wú)需進(jìn)行繁雜的操作就能夠測(cè)定入射到光檢測(cè)裝置的光的有效相干性的程度。

此外，本公開(kāi)的第二方式所涉及的光檢測(cè)裝置，在第一方式所涉及的光檢測(cè)裝置中，所述至少1個(gè)第1檢測(cè)器具備多個(gè)第1檢測(cè)器，所述至少1個(gè)第2檢測(cè)器具備多個(gè)第2檢測(cè)器，所述多個(gè)第1檢測(cè)器以及所述多個(gè)第2檢測(cè)器沿著所述主面二維配置，所述至少一個(gè)透光區(qū)域具備多個(gè)透光區(qū)域，所述至少一個(gè)遮光區(qū)域具備多個(gè)遮光區(qū)域，所述多個(gè)透光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第1檢測(cè)器中的至少一個(gè)第1檢測(cè)器對(duì)向，所述多個(gè)遮光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第2檢測(cè)器中的至少一個(gè)第2檢測(cè)器對(duì)向。

根據(jù)該光檢測(cè)裝置，能夠測(cè)定光的有效相干性的程度作為面內(nèi)分布信息。

此外，本公開(kāi)的第三方式所涉及的光檢測(cè)裝置，在第二方式所涉及的光檢測(cè)裝置中，在俯視下，所述多個(gè)遮光區(qū)域配置為條紋圖案狀或方格圖案狀。

此外，本公開(kāi)的第四方式所涉及的光檢測(cè)裝置，在第一方式所涉及的光檢測(cè)裝置中，所述光檢測(cè)器還包含：第1微透鏡，其配置在所述至少一個(gè)第1檢測(cè)器與所述光耦合層之間；和第2微透鏡，其配置在所述至少一個(gè)第2檢測(cè)器與所述光耦合層之間。

此外，本公開(kāi)的第五方式所涉及的光檢測(cè)裝置，在第一至第三方式的任意一者所涉及的光檢測(cè)裝置中，所述光耦合層還包含：第3低折射率層；以及第2高折射率層，其配置在所述第3低折射率層與所述第1低折射率層之間，且包含第2光柵，所述第2高折射率層與所述第1低折射率層以及所述第3低折射率層相比折射率高。

在本公開(kāi)的第五方式所涉及的光檢測(cè)裝置中，第1光柵的間距與第2光柵的間距可以不同。

在本公開(kāi)的第五方式所涉及的光檢測(cè)裝置中，第1高折射率層的膜厚與第2高折射率層的膜厚可以不同。

此外，本公開(kāi)的第六方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，具備第一方式所涉及的光檢測(cè)裝置和光源。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)自光源的光透過(guò)被攝體或在被攝體上發(fā)生反射并入射到光檢測(cè)裝置的光，一部分被遮光區(qū)域遮光，另一部分透過(guò)透光區(qū)域而入射到光耦合層。入射到光耦合層的光，被分為透過(guò)光耦合層而入射到與該透光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器的光、和在第1高折射率層內(nèi)傳播的光。在第1高折射率層內(nèi)傳播的光的一部分被輻射而入射到與和該透光區(qū)域相鄰的遮光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器。即，能夠通過(guò)與透光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)透過(guò)光耦合層的光。此外，能夠通過(guò)與遮光區(qū)域?qū)ο蚺渲玫牡?檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)在第1高折射率層內(nèi)傳播的光。根據(jù)該2種檢測(cè)光量，無(wú)需進(jìn)行繁雜的操作就能夠測(cè)定來(lái)自光源的光透過(guò)被攝體或在被攝體上發(fā)生反射并入射到光檢測(cè)裝置的光的有效相干性的程度。

此外，本公開(kāi)的第七方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第六方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，還具備運(yùn)算電路，所述運(yùn)算電路算出所述至少一個(gè)第1檢測(cè)器檢測(cè)出的第1信號(hào)、與所述至少一個(gè)第2檢測(cè)器檢測(cè)出的第2信號(hào)的比值。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，算出2種檢測(cè)光量的比值。通過(guò)該比值能夠測(cè)定光的有效相干性的程度。

此外，本公開(kāi)的第八方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第六方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述運(yùn)算電路算出從在所述至少一個(gè)第1檢測(cè)器檢測(cè)出的第1信號(hào)、與所述至少一個(gè)第2檢測(cè)器檢測(cè)出的第2信號(hào)的和中所述第1信號(hào)所占的比例、以及在所述和中所述第2信號(hào)所占的比例所構(gòu)成的群中選擇的至少1個(gè)。

此外，本公開(kāi)的第九方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第七方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述至少一個(gè)第1檢測(cè)器具備多個(gè)第1檢測(cè)器，所述至少一個(gè)第2檢測(cè)器具備多個(gè)第2檢測(cè)器，所述多個(gè)第1檢測(cè)器以及所述多個(gè)第2檢測(cè)器沿著所述主面二維配置，所述至少一個(gè)透光區(qū)域具備多個(gè)透光區(qū)域，所述至少一個(gè)遮光區(qū)域具備多個(gè)遮光區(qū)域，所述多個(gè)透光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第1檢測(cè)器中的至少一個(gè)第1檢測(cè)器對(duì)向，所述多個(gè)遮光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第2檢測(cè)器中的至少一個(gè)第2檢測(cè)器對(duì)向，所述運(yùn)算電路通過(guò)針對(duì)所述多個(gè)第1檢測(cè)器的每一個(gè)算出所述比值，從而生成表示所述光檢測(cè)器中的所述比值的分布的圖像。

此外，本公開(kāi)的第十方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第八方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述至少一個(gè)第1檢測(cè)器具備多個(gè)第1檢測(cè)器，所述至少一個(gè)第2檢測(cè)器具備多個(gè)第2檢測(cè)器，所述多個(gè)第1檢測(cè)器以及所述多個(gè)第2檢測(cè)器沿著所述主面二維配置，所述至少一個(gè)透光區(qū)域具備多個(gè)透光區(qū)域，所述至少一個(gè)遮光區(qū)域具備多個(gè)遮光區(qū)域，所述多個(gè)透光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第1檢測(cè)器中的至少一個(gè)第1檢測(cè)器對(duì)向，所述多個(gè)遮光區(qū)域的每一個(gè)與所述多個(gè)第2檢測(cè)器中的至少一個(gè)第2檢測(cè)器對(duì)向，所述運(yùn)算電路，針對(duì)所述多個(gè)第1檢測(cè)器的每一個(gè)，算出從所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例以及所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例所構(gòu)成的群中選擇的至少1個(gè)，由此來(lái)生成表示所述光檢測(cè)器中的從所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例以及所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例所構(gòu)成的群中選擇的至少一個(gè)的分布的圖像。

此外，本公開(kāi)的第十一方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第六至第十方式的任意一者所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述光源射出脈沖光。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，與射出連續(xù)光的情況相比能夠提高被攝體內(nèi)部的斷層信息的測(cè)定精度。

此外，本公開(kāi)的第十二方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第六至第十一方式的任意一者所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述光檢測(cè)裝置還具備帶通濾波器，所述帶通濾波器配置在所述光耦合層上，有選擇地透過(guò)所述光源所射出的光的波長(zhǎng)。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，能夠進(jìn)行抑制了干擾光的影響的測(cè)定。

此外，本公開(kāi)的第十三方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第六至第十二方式的任意一者所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，還具備控制電路，所述控制電路使從所述光源射出的光的相干長(zhǎng)度發(fā)生變化。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，能夠根據(jù)從光源射出的光的相干長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定有效相干長(zhǎng)度。

此外，本公開(kāi)的第十四方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第九方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，還具備控制電路，所述控制電路使從所述光源射出的光的相干長(zhǎng)度發(fā)生變化，所述運(yùn)算電路按照由所述控制電路變化后的每個(gè)相干長(zhǎng)度，生成表示所述比值的分布的所述圖像。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，能夠根據(jù)從光源射出的光的相干長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定有效相干長(zhǎng)度。若使來(lái)自光源的光的相干長(zhǎng)度變化，則透過(guò)被攝體或在被攝體反射回來(lái)的光的有效相干長(zhǎng)度也變化。另一方面，所述比值具有相對(duì)于有效相干長(zhǎng)度的變化率大的區(qū)域和小的區(qū)域。因此，通過(guò)使從光源射出的光的相干長(zhǎng)度變化，例如，能夠在相對(duì)于有效相干長(zhǎng)度的變化率大的區(qū)域中算出所述比值。即，能夠使有效相干長(zhǎng)度的分布信息反映到表示所述比值的分布的圖像中。

此外，本公開(kāi)的第十五方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第十方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，還具備控制電路，所述控制電路使從所述光源射出的光的相干長(zhǎng)度發(fā)生變化，所述運(yùn)算電路按照由所述控制電路變化后的每個(gè)相干長(zhǎng)度，生成表示從所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例以及所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例所構(gòu)成的群中選擇的至少一個(gè)的分布的所述圖像。

此外，本公開(kāi)的第十六方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第九方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述運(yùn)算電路，使用在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)所述多個(gè)第1檢測(cè)器檢測(cè)出的所述第1信號(hào)以及所述多個(gè)第2檢測(cè)器檢測(cè)出的所述第2信號(hào)，針對(duì)所述多個(gè)第1檢測(cè)器的每一個(gè)算出所述比值，生成表示所述多個(gè)第1檢測(cè)器中、的所述比值成為閾值以上的第1檢測(cè)器在所述規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)出的所述第1信號(hào)的分布的第1圖像、以及表示所述比值比所述閾值小的第1檢測(cè)器在所述規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)出的所述第1信號(hào)的分布的第2圖像。

根據(jù)該光檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)時(shí)間分解而抽出的光進(jìn)一步根據(jù)所述比值的大小而分離。由此，例如，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)時(shí)間分解而抽出的在被攝體內(nèi)部發(fā)生了散射的光，進(jìn)一步區(qū)分為前方散射光和后方散射光。

此外，本公開(kāi)的第十七方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)，在第十方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)中，所述運(yùn)算電路，使用在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)所述多個(gè)第1檢測(cè)器檢測(cè)出的所述第1信號(hào)以及所述多個(gè)第2檢測(cè)器檢測(cè)出的所述第2信號(hào)，針對(duì)所述多個(gè)第1檢測(cè)器的每一個(gè)，算出從所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例以及所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例所構(gòu)成的群中選擇的至少1個(gè)，生成第1圖像以及第2圖像，所述第1圖像表示所述多個(gè)第1檢測(cè)器中的、所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例為閾值以上或者所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例為所述閾值以下的第1檢測(cè)器在所述規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)出的所述第1信號(hào)的分布，所述第2圖像表示所述第1信號(hào)在所述和中所占的所述比例比所述閾值小或者所述第2信號(hào)在所述和中所占的所述比例比所述閾值大的第1檢測(cè)器在所述規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)出的所述第1信號(hào)的分布。

此外，本公開(kāi)的第十八方式所涉及的光檢測(cè)方法，將來(lái)自光源的光透過(guò)被攝體或在被攝體反射后的光的一部分，分離為透過(guò)在波導(dǎo)層上形成了光柵的光耦合層的透過(guò)光、和在所述波導(dǎo)層內(nèi)傳播的波導(dǎo)光，檢測(cè)所述透過(guò)光的第1光量，并檢測(cè)所述波導(dǎo)光的第2光量。

根據(jù)該光檢測(cè)方法，分離為透過(guò)光耦合層的透過(guò)光和在波導(dǎo)層內(nèi)傳播的波導(dǎo)光來(lái)檢測(cè)光量。通過(guò)該檢測(cè)光量，無(wú)需進(jìn)行繁雜的操作就能夠測(cè)定光的有效相干性的程度。有效相干性用相位連續(xù)的波的長(zhǎng)度來(lái)定義。

此外，本公開(kāi)的第十九方式所涉及的光檢測(cè)方法，在第十八方式中，算出所述第1光量與所述第2光量的比值。

根據(jù)該光檢測(cè)方法，算出2種檢測(cè)光量的比值。根據(jù)該比值能夠測(cè)定光的有效相干性的程度。

此外，本公開(kāi)的第二十方式所涉及的光檢測(cè)方法，在第十八方式中，算出從在所述第1光量與所述第2光量的和中所述第1光量所占的比例以及在所述和中所述第2光量所占的比例所構(gòu)成的群中選擇的至少1個(gè)。

另外，以下說(shuō)明的實(shí)施方式，均示出總括或具體的例子。以下的實(shí)施方式所示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置等為一例，并非旨在限定本公開(kāi)的內(nèi)容。此外，關(guān)于以下的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素中、在表示最上位概念的獨(dú)立權(quán)利要求中沒(méi)有記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

以下，參照附圖對(duì)實(shí)施方式具體進(jìn)行說(shuō)明。

(第1實(shí)施方式)

圖1A是表示本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)系統(tǒng)100以及被攝體4的示意圖。光檢測(cè)系統(tǒng)100具備光源2、聚光透鏡7、光檢測(cè)裝置13、控制電路1、和運(yùn)算電路11。

光源2將一定的相干長(zhǎng)度的光3照射到被攝體4。例如，光源2所發(fā)出的光3是作為相干光的代表的激光。光源2可以連續(xù)地發(fā)出一定強(qiáng)度的光，也可以發(fā)出脈沖光。光源2所發(fā)出的光3的波長(zhǎng)是任意的。在被攝體4為生物體的情況下，光源2的波長(zhǎng)可以設(shè)定為例如大致650nm以上且大致950nm以下。該波長(zhǎng)范圍包含在紅色～近紅外線的波長(zhǎng)范圍中。在本說(shuō)明書(shū)中，不僅對(duì)可見(jiàn)光使用“光”的用語(yǔ)而且對(duì)紅外線也使用“光”的用語(yǔ)。

聚光透鏡7對(duì)光源2向被攝體4照射光而在被攝體4的表面或內(nèi)部產(chǎn)生的散射光5a、5A進(jìn)行聚光。聚光后的光在聚光透鏡7的像面位置被成像為像8b(對(duì)應(yīng)于像8b在透鏡的物側(cè)存在實(shí)質(zhì)的物體(物點(diǎn)的聚集)8a)。在圖示例中聚光透鏡7具備1個(gè)透鏡，但也可以具備多個(gè)透鏡。

光檢測(cè)裝置13配置在聚光透鏡7的像面位置。光檢測(cè)裝置13對(duì)聚光透鏡7聚光后的散射光5a、5A進(jìn)行檢測(cè)。光檢測(cè)裝置13的詳細(xì)構(gòu)造在后面敘述。

運(yùn)算電路11進(jìn)行光檢測(cè)裝置13檢測(cè)出的信號(hào)的運(yùn)算處理。運(yùn)算電路11可以為例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等的圖像處理電路。

控制電路1例如通過(guò)執(zhí)行記錄在存儲(chǔ)器中的程序，來(lái)控制光檢測(cè)裝置13所進(jìn)行的光的檢測(cè)、運(yùn)算電路11所進(jìn)行的運(yùn)算處理、光源2的發(fā)光光量、點(diǎn)亮定時(shí)、連續(xù)點(diǎn)亮?xí)r間、或者發(fā)光波長(zhǎng)或相干長(zhǎng)度。控制電路1例如可以是中央運(yùn)算處理裝置(CPU)或微型計(jì)算機(jī)(micro-computer)等的集成電路?？刂齐娐?和運(yùn)算電路11也可以由統(tǒng)一的1個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另外，光檢測(cè)系統(tǒng)100也可以具備顯示運(yùn)算電路11進(jìn)行運(yùn)算處理的結(jié)果的未圖示的顯示器。

圖1B示出入射到光檢測(cè)裝置13所具備的一個(gè)開(kāi)口9a(后述的“透光區(qū)域9a”)的散射光5的樣態(tài)。被攝體4是散射體。在被攝體4的內(nèi)部傳播的光線，以衰減系數(shù)μa進(jìn)行衰減，并以散射系數(shù)μs反復(fù)散射。在此，假設(shè)從光源發(fā)出相干長(zhǎng)度σ₀、強(qiáng)度1的n條光線。此外，將在光源2射出的第k條光線反復(fù)衰減、散射的同時(shí)入射到開(kāi)口9a時(shí)的光量設(shè)為pk。此時(shí)，入射到開(kāi)口9a的光線的總光量p₀用式1來(lái)表示。

【數(shù)式1】

(式1)

圖2A以及圖2B表示光檢測(cè)裝置13的構(gòu)成。另外，在本圖中，為了說(shuō)明的方便，示出了正交的3個(gè)軸(x軸、y軸、z軸)(關(guān)于其他圖也是同樣)。圖2B是從光入射的一側(cè)觀察光檢測(cè)裝置13的平面圖，圖2A是光檢測(cè)裝置13在沿著光入射的方向的面上的剖視圖(包含圖2B的虛線所包圍的區(qū)域的xz面上的剖視圖)。圖2B以包含后述的遮光膜的作為xy面上的剖視圖的圖2A的剖面構(gòu)造為一個(gè)單位，在xy面內(nèi)周期性地排列該單位構(gòu)造。

光檢測(cè)裝置13依次具備光檢測(cè)器10、光耦合層12、和遮光膜9，在圖2A的例子中，它們?cè)趜方向上層疊。此外，在圖2A的例子中，在遮光膜上依次具備透明基板9b和帶通濾波器9p。

光檢測(cè)器10在光檢測(cè)器10的面內(nèi)方向(xy面內(nèi))具備多個(gè)檢測(cè)器10a、10A。光檢測(cè)器10從光入射的一側(cè)起，具備微透鏡10b(10B)、透明膜10c、布線等金屬膜10d、由Si或有機(jī)膜等形成的感光部。位于金屬膜10d的間隙的感光部相當(dāng)于檢測(cè)器10a、10A。多個(gè)微透鏡10b、10B被配置為1個(gè)微透鏡與1個(gè)檢測(cè)器(10a、10A)對(duì)向。由微透鏡聚光并入射到金屬膜10d的間隙的光由檢測(cè)器10a、10A來(lái)檢測(cè)。

光耦合層12配置在光檢測(cè)器10上，在光檢測(cè)器10的與面垂直方向(面直方向)(z軸方向)上，依次具備作為第1低折射率層的第1透明層12c、作為第1高折射率層的第2透明層12b、以及作為第2低折射率層的第3透明層12a。第1透明層12c以及第3透明層12a由SiO₂等構(gòu)成。第2透明層12b由Ta₂O₅等構(gòu)成。第2透明層12b與第1透明層12c以及第3透明層12a相比折射率高。也可以具備進(jìn)一步依次反復(fù)高折射率透明層12b和低折射率透明層12c的構(gòu)造，在圖2A中示出了合計(jì)反復(fù)了6次的構(gòu)造。高折射率透明層12b被低折射率透明層12c、12a夾持，作為波導(dǎo)層而發(fā)揮作用。在高折射率透明層12b與低折射率透明層12c、12a的界面遍及整面地形成間距Λ的直線光柵12d。光柵的光柵矢量與光耦合層12的面內(nèi)方向(xy面)上的x軸平行。光柵12d的xz剖面形狀還被依次轉(zhuǎn)印到被層疊的高折射率透明層12b以及低折射率透明層12c(在透明層12b、12c的成膜在層疊方向上指向性高的情況下，通過(guò)將光柵的xz剖面設(shè)為S字或V字狀容易維持形狀的轉(zhuǎn)印性)。另外，光柵12d只要至少設(shè)置于高折射率透明層12b的一部分即可。由于高折射率透明層12b具備光柵12d，因而耦合后的光在高折射率透明層12b中傳播。

光耦合層12與光檢測(cè)器10之間的間隙盡可能窄為佳(可以的話應(yīng)密接)。也可以在該間隙(包括微透鏡(10b與10B)之間的空間)填充粘接劑等透明媒質(zhì)。在填充透明媒質(zhì)的情況下，為了獲得微透鏡10b、10B處的透鏡效果，只要將微透鏡的構(gòu)成材料設(shè)為充分大于所填充的透明媒質(zhì)的折射率即可。

遮光膜9具有多個(gè)遮光區(qū)域9A和多個(gè)透光區(qū)域9a。在圖2A的例子中，通過(guò)在后述的透明基板9b上對(duì)由Al等構(gòu)成的金屬反射膜進(jìn)行圖案形成，從而形成了遮光區(qū)域9A以及透光區(qū)域9a。圖2A的透光區(qū)域9a對(duì)應(yīng)于圖2B的透光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4等，圖2A的遮光區(qū)域9A對(duì)應(yīng)于圖2B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(gè)遮光區(qū)域9A和多個(gè)透光區(qū)域9a。多個(gè)遮光區(qū)域9A的每一個(gè)與一個(gè)檢測(cè)器10A分別對(duì)向。多個(gè)透光區(qū)域9a的每一個(gè)與一個(gè)檢測(cè)器10a分別對(duì)向。多個(gè)遮光區(qū)域9A(9A1～9A4)形成方格圖案(參照?qǐng)D2B)。這些遮光區(qū)域9A(9A1～9A4)也可以形成方格圖案以外的圖案，例如也可以為條紋圖案。

透明基板9b配置在遮光膜9的光入射側(cè)，由SiO₂等材料構(gòu)成。帶通濾波器9p配置在透明基板9b的光入射側(cè)，在入射的散射光5內(nèi)，有選擇地僅使波長(zhǎng)λ₀附近的光透過(guò)。

入射到光檢測(cè)裝置13的光5經(jīng)由帶通濾波器9p、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和去除了反射膜的透光區(qū)域9a。光6A被遮光區(qū)域9A遮光，而光6a透過(guò)透光區(qū)域9a，并入射到光耦合層12。入射到光耦合層12的光6a經(jīng)由低折射率透明層12a，入射到高折射率透明層12b。在高折射率透明層12b的上下界面形成有光柵，只要光柵的間距Λ滿(mǎn)足式2，則產(chǎn)生波導(dǎo)光6b。

【數(shù)式2】

(式2)

在此，N是波導(dǎo)光6b的有效折射率，θ是相對(duì)于入射面(xy面)的法線的入射角度。在圖2A中光垂直于入射面而入射，因此θ＝0。在此情況下，波導(dǎo)光6b在xz面內(nèi)向x方向傳播。

透過(guò)高折射率透明層12b而入射到下層的成分，在位于下層側(cè)的所有高折射率透明層12b中，也由于入射至此而在與式2相同的條件下產(chǎn)生波導(dǎo)光6c。另外，雖然實(shí)際上在所有的高折射率透明層12b中產(chǎn)生波導(dǎo)光，但在圖2A中代表示出了在2個(gè)層中產(chǎn)生的波導(dǎo)光。在下層側(cè)產(chǎn)生的波導(dǎo)光6c也同樣地在xz面內(nèi)向x方向傳播。波導(dǎo)光6b、6c相對(duì)于波導(dǎo)面(xy面)的法線以角度θ(在圖2A的例子中為θ＝0)向上下方向?qū)膺M(jìn)行輻射同時(shí)進(jìn)行傳播。其輻射光6B1、6C1在遮光區(qū)域9A的正下方向上方(反射膜側(cè))前進(jìn)的成分在遮光區(qū)域9A發(fā)生反射，成為沿著反射面(xy面)的法線向下方前進(jìn)的光6B2。光6B1、6C1、6B2相對(duì)于高折射率透明層12b滿(mǎn)足式2，因此其一部分再次成為波導(dǎo)光6b、6c。該波導(dǎo)光6b、6c也生成新的輻射光6B1、6C1，如此反復(fù)。作為整體，在透光區(qū)域9a的正下方，未成為波導(dǎo)光的成分透過(guò)光耦合層12，作為透過(guò)光6d而入射到微透鏡10b，并由檢測(cè)器10a檢測(cè)。在區(qū)域9A的正下方，已成為波導(dǎo)光的成分被輻射，作為輻射光6D而入射到微透鏡10B，并由檢測(cè)器10A檢測(cè)。

透光區(qū)域9a相當(dāng)于圖1B所示的開(kāi)口。穿過(guò)透光區(qū)域9a，光分支到正下方的檢測(cè)器和左右的檢測(cè)器，分別被檢測(cè)。若將與圖2B所示的透光區(qū)域9a1、9a2、9a3、9a4分別對(duì)向的檢測(cè)器、以及與遮光區(qū)域9A1、9A2、9A3、9A4分別對(duì)向的檢測(cè)器中的各檢測(cè)光量分別設(shè)為q1、q2、q3、q4、以及Q1、Q2、Q3、Q4，則前者4個(gè)是未成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量，后者4個(gè)是已成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量。透光區(qū)域9a1的正下方的檢測(cè)器不檢測(cè)已成為波導(dǎo)光的光的光量，遮光區(qū)域9A2的正下方的檢測(cè)器不檢測(cè)未成為波導(dǎo)光的光的光量。在此，在透光區(qū)域9a1的正下方的檢測(cè)位置，定義已成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量Q0＝(Q1+Q2+Q3+Q4)/4(或Q0＝(Q1+Q2)/2)，在遮光區(qū)域9A2的正下方的檢測(cè)位置，定義未成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量q＝(q1+q2+q3+q4)/4(或q0＝(q1+q2)/2)。即，在某區(qū)域(遮光區(qū)域或透光區(qū)域)，定義在以該區(qū)域?yàn)橹行脑趚方向以及/或者y方向上相鄰的區(qū)域的正下方的檢測(cè)位置所檢測(cè)的光量的平均值。通過(guò)將該定義應(yīng)用于所有區(qū)域，從而能夠在構(gòu)成光檢測(cè)器10的所有檢測(cè)區(qū)域(構(gòu)成光檢測(cè)器10的所有檢測(cè)器)定義未成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量和已成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量。運(yùn)算電路11進(jìn)行如下運(yùn)算處理：在構(gòu)成光檢測(cè)器10的所有檢測(cè)器中，如上述那樣定義未成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量和已成為波導(dǎo)光的光的檢測(cè)光量，將按照每個(gè)檢測(cè)器算出它們的比值而得到的值分配給與各檢測(cè)器相當(dāng)?shù)南袼貋?lái)生成圖像等。

接著，說(shuō)明1個(gè)脈沖振蕩的入射光穿過(guò)光耦合層12而被光檢測(cè)器10受光的樣態(tài)。圖3A是與圖2A相同的剖視圖，圖3B～H是基于與圖3A對(duì)應(yīng)地描繪的FDTD的光強(qiáng)度分布的電磁分析結(jié)果，按照時(shí)間經(jīng)過(guò)順序排列。將區(qū)域9a、9A的x方向以及y方向的寬度設(shè)為5.6μm，將光柵的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T(mén)a₂O₅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3B中以半值寬度11fs(換算為傳播距離為3.3μm)進(jìn)行了脈沖振蕩的波長(zhǎng)λ₀＝850nm的光6a透過(guò)了透光區(qū)域9a。在圖3C中光6a的振蕩結(jié)束，另一方面，產(chǎn)生在被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(guò)光耦合層12并入射到微透鏡10b(光6d)。在圖3D中波導(dǎo)光6b、6c將光6B1、6C1向上下輻射同時(shí)傳播到遮光區(qū)域9A下。另一方面，透過(guò)光6d通過(guò)微透鏡10b聚光到檢測(cè)器10a上。在圖3E中透過(guò)光6d入射到檢測(cè)器10a。另一方面，輻射光6B1、6C1以及反射光6B2形成輻射光6D并入射到微透鏡10B，進(jìn)行聚光。在圖3F至H中透過(guò)光6d以及輻射光6D聚光，同時(shí)分別入射到檢測(cè)器10a、10A。在將檢測(cè)器10a、10A所檢測(cè)的總光量分別設(shè)為P0、P1時(shí)，示出了P1/P0的值與入射光的相干長(zhǎng)度之間的關(guān)系的是圖4A的曲線14A。其中，相干長(zhǎng)度對(duì)脈沖寬度(即相干時(shí)間)乘以光速而進(jìn)行了換算。此外，檢測(cè)光量P1將作為圖3A至H中的分析結(jié)果的檢測(cè)器10A中的受光量加倍。這是因?yàn)榉治鰞H對(duì)來(lái)自波導(dǎo)光6b1等的輻射成分進(jìn)行檢測(cè)，相對(duì)于此，實(shí)際上還加上來(lái)自從相反側(cè)傳播來(lái)的相似的波導(dǎo)光6b1′等的輻射成分(參照?qǐng)D2B)。光量比P1/P0表示通過(guò)光柵耦合器(圖2A所示的高折射率透明層(第2透明層)12b的構(gòu)造那樣的、使用了光柵的光耦合器)與波導(dǎo)光進(jìn)行耦合的成分和未進(jìn)行耦合的成分的光量比。

從圖4A可知，光量比P1/P0在相干長(zhǎng)度1μm以下小至0.2左右，在相干長(zhǎng)度10μm以上大至1.3左右，其間伴隨相干長(zhǎng)度的增大而單調(diào)增加。即光量比P1/P0強(qiáng)烈地依賴(lài)于入射光的相干性(干涉性的程度)，對(duì)于太陽(yáng)光等不相干的光(相干長(zhǎng)度1μm以下)而言較小，隨著光的干涉性提高而變大，在部分相干的光(相干長(zhǎng)度10μm以上)中飽和。另外，曲線14A示出了光源以圖4B所示的脈沖條件(條件A)進(jìn)行了脈沖振蕩的情況下的結(jié)果。即，脈沖的振幅構(gòu)成高斯分布的包絡(luò)線，在脈沖寬度內(nèi)相位一致。此時(shí)，相干長(zhǎng)度σ₀＝脈沖寬度×光速。相對(duì)于此，圖4C中的曲線14B1～14B4示出了在圖4D所示的脈沖條件下進(jìn)行了脈沖振蕩的情況下的結(jié)果。即，脈沖的振幅雖然構(gòu)成高斯分布的包絡(luò)線，但相位以高斯分布的峰值為邊界而變化了曲線14B1～14B4分別示出了將相位差設(shè)為0、π/4、π/2、π的條件下的結(jié)果。該情況下的相干長(zhǎng)度用σ₀＝脈沖寬度×光速/2來(lái)定義。另外，的條件下的曲線14B1成為與曲線14A相同的條件，但相干長(zhǎng)度σ₀的定義不同，因此成為使曲線14A的橫軸的尺度大致減半的特性。如圖4C所示，隨著相位差變大，曲線向相干長(zhǎng)度長(zhǎng)的一側(cè)移動(dòng)。雖然統(tǒng)計(jì)而言相鄰的波列的相位差處于0與π之間，但可以認(rèn)為使曲線14B1的橫軸的尺度加倍的特性即曲線14A是平均的特性。

另外，從圖3E至H可知，波導(dǎo)光6b、6c在遮光區(qū)域9A下的范圍內(nèi)未被輻射完，一部分以波導(dǎo)光的狀態(tài)而到達(dá)相鄰的透光區(qū)域的范圍。越加深光柵的深度則輻射損耗系數(shù)(波導(dǎo)光的易被輻射性)越大，因此只要使遮光區(qū)域9A下的區(qū)域中的光柵的深度較深則能夠更增大檢測(cè)光量P1，能夠進(jìn)一步提高光量比P1/P0的調(diào)制度。

圖5A至D表示光柵耦合器中的輸入光與耦合光的關(guān)系。在圖5A至D中，在波導(dǎo)層17上形成光柵17a，作為整體而發(fā)揮光柵耦合器的作用。波導(dǎo)層17相當(dāng)于本實(shí)施方式中的第2透明層12b。在圖5A中，輸入光(在波導(dǎo)層17中傳播的波導(dǎo)光18)通過(guò)光柵耦合器而分離為3個(gè)耦合光、即波導(dǎo)光19a和輻射光19b、19c。根據(jù)波導(dǎo)理論中的相反定理，如圖5B所示，若同時(shí)輸入相對(duì)于圖5A中的3個(gè)耦合光的反向波、即波導(dǎo)光18A和入射光18B、18C(三泵浦(pumping))，則以100％的效率產(chǎn)生波導(dǎo)光19A。另一方面，如圖5C所示，若同時(shí)輸入相對(duì)于圖5A中的3個(gè)耦合光中的2個(gè)耦合光的反向波、即波導(dǎo)光18A和入射光18C(雙泵浦)，則產(chǎn)生波導(dǎo)光19A和透過(guò)光19B，波導(dǎo)光19A的光量漸弱。進(jìn)而，如圖5D所示，若僅輸入相對(duì)于圖5A中的3個(gè)耦合光中的1個(gè)耦合光的反向波、即入射光18C(單泵浦)，則產(chǎn)生波導(dǎo)光19A和透過(guò)光19B，波導(dǎo)光19A的光量進(jìn)一步漸弱。即按照?qǐng)D5B、圖5C、圖5D的順序，向波導(dǎo)光19A的輸入效率下降。

圖6A至J表示光量比P1/P0強(qiáng)烈依賴(lài)于入射光的相干長(zhǎng)度的原理。在圖6A至J中，在波導(dǎo)層17上形成光柵17a，作為整體發(fā)揮光柵耦合器的作用。圖6A至E示出入射光的相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況，將1個(gè)波列20分為3段的箭頭20a(虛線)、20b(實(shí)線)、20c(涂黑)，示出了其隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)如何傳播、分支。圖6F至J示出入射光的相干長(zhǎng)度較短的情況，將1個(gè)波列21分為2段的箭頭21a(實(shí)線)、21b(涂黑)，示出了其隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)如何傳播、分支。在圖6A中長(zhǎng)波列20入射到光柵耦合器，在圖6B中通過(guò)存在兩處的位置22a處的單泵浦，從而產(chǎn)生弱的波導(dǎo)光(分別用1個(gè)虛線箭頭來(lái)顯示)，其余的透過(guò)(分別用2個(gè)虛線箭頭來(lái)顯示)。在圖6C中通過(guò)位置22a處的單泵浦，分為弱波導(dǎo)光(用1個(gè)實(shí)線箭頭來(lái)顯示)和強(qiáng)透過(guò)光(用2個(gè)虛線箭頭來(lái)顯示)。此外，通過(guò)位置22b處的雙泵浦，分為強(qiáng)波導(dǎo)光(用1個(gè)虛線箭頭和2個(gè)實(shí)線箭頭來(lái)顯示)和弱透過(guò)光(用1個(gè)實(shí)線箭頭來(lái)顯示)。在位置22b，對(duì)來(lái)自上方的入射光加上從左側(cè)傳播的波導(dǎo)光，因此成為雙泵浦。在圖6D中通過(guò)位置22a處的單泵浦，分為弱波導(dǎo)光(用1個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)和強(qiáng)透過(guò)光(用2個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)，通過(guò)位置22b處的雙泵浦，分為強(qiáng)波導(dǎo)光(用1個(gè)實(shí)線箭頭和2個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)和弱透過(guò)光(用1個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)。在圖6E中圖6D中的波導(dǎo)光以及透過(guò)光的傳播繼續(xù)。若以箭頭的數(shù)量來(lái)估計(jì)光量比P1/P0，則成為波導(dǎo)光的箭頭(23b)的數(shù)量為8個(gè)，相對(duì)于此成為透過(guò)光的箭頭(23a)的數(shù)量為10個(gè)，P1/P0＝8/10＝0.80。另一方面，在圖6F、圖6G中短波列21入射到光柵耦合器，在圖6H中通過(guò)存在兩處的位置22a處的單泵浦，產(chǎn)生弱波導(dǎo)光(分別用1個(gè)實(shí)線箭頭來(lái)顯示)，其余的透過(guò)(分別用2個(gè)實(shí)線箭頭來(lái)顯示)。在圖6I中通過(guò)位置22a處的單泵浦，分為弱波導(dǎo)光(用1個(gè)涂黑箭頭1來(lái)顯示)和強(qiáng)透過(guò)光(用2個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)。此外，通過(guò)位置22b處的雙泵浦，分為強(qiáng)波導(dǎo)光(用1個(gè)實(shí)線箭頭和2個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)和弱透過(guò)光(用1個(gè)涂黑箭頭來(lái)顯示)。在位置22b，對(duì)來(lái)自上方的入射光加上從左側(cè)傳播的波導(dǎo)光因此成為雙泵浦。在圖6J中圖6I中的波導(dǎo)光以及透過(guò)光的傳播繼續(xù)。若以箭頭的數(shù)量來(lái)估計(jì)光量比P1/P0，則成為波導(dǎo)光的箭頭(24b)的數(shù)量為5個(gè)，相對(duì)于此成為透過(guò)光的箭頭(24a)的數(shù)量為7個(gè)，P1/P0＝5/7＝0.71。因此，入射光的相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一方引起雙泵浦的概率提高，因此可知光量比P1/P0變大。

圖7示出入射到圖1B所示的開(kāi)口9a的波列的樣態(tài)。若假設(shè)由于光源2射出固定的相干長(zhǎng)度σ₀的光，因此在被攝體4內(nèi)相干長(zhǎng)度不發(fā)生變化，則入射到開(kāi)口9a的波列15a、15b也全部構(gòu)成相同的相干長(zhǎng)度σ₀，通過(guò)散射在根據(jù)波列而不同的定時(shí)入射到開(kāi)口9a。如圖7所示，若2個(gè)波列15a、15b(在波列15a、15b之后連著相干長(zhǎng)度相同而相位不同的波列)將相位隨機(jī)錯(cuò)開(kāi)并連續(xù)入射，則它們發(fā)生干涉而形成3個(gè)波列15A、15B、15C。波列15C是波列15a和15b重疊并發(fā)生干涉而成的波列。波列15A、15B是波列15a和波列15b相互未重疊的剩余部分。波列15A、15B、15C的波長(zhǎng)都一致，但在它們之間完全沒(méi)有相位的相關(guān)性，波列的長(zhǎng)度比原σ₀短。合成波(波列15A、15B、15C)的波長(zhǎng)的擴(kuò)展(縱模寬度)與原波列15a、15b相同。即，在時(shí)間相干性中定義的相干長(zhǎng)度不發(fā)生變化(參照?qǐng)D5A至D)。另一方面，若將相干長(zhǎng)度定義為波的連續(xù)性、即相位連續(xù)的波的長(zhǎng)度，則合成波的相干長(zhǎng)度變短。以后，將以該意思來(lái)定義的相干長(zhǎng)度稱(chēng)作“有效相干長(zhǎng)度”，將以時(shí)間相干性來(lái)定義的相干長(zhǎng)度稱(chēng)作“相干長(zhǎng)度”，分別進(jìn)行區(qū)分。若沒(méi)有圖7所示的效應(yīng)，則有效相干長(zhǎng)度等于相干長(zhǎng)度。有效相干長(zhǎng)度必定等于或短于相干長(zhǎng)度。若相干長(zhǎng)度變短則有效相干長(zhǎng)度也變短。此外，空間相干性劣化，有效相干長(zhǎng)度也變短。圖3A至H、圖4A至D、圖6A至J的說(shuō)明中的相干長(zhǎng)度均為有效相干長(zhǎng)度的意思。即，圖4A的光量比P1/P0強(qiáng)烈地依賴(lài)于入射光的有效相干長(zhǎng)度。

圖8A以及B是表示向開(kāi)口9a入射的入射光的光路長(zhǎng)度(相位)的偏差與有效相干長(zhǎng)度的衰減如何相關(guān)的說(shuō)明圖。若使用蒙特卡羅法(Monte Carlo method)等光線追蹤的方法，則以連續(xù)振蕩為前提，能夠統(tǒng)計(jì)性地處理入射到開(kāi)口9a的光線群。例如，若假設(shè)從光源2使許多光線發(fā)光，且存在n條入射到開(kāi)口9a的光線，將其中第k條光線的光路長(zhǎng)度設(shè)為s_k(k＝1，2，……，n)。如圖8A所示，將z設(shè)為傳播軸方向的距離，將光路長(zhǎng)度s_k的統(tǒng)計(jì)分布設(shè)為f(z)，用g(z)來(lái)給出光線的入射強(qiáng)度波形(對(duì)光強(qiáng)度的時(shí)間變化乘以光速來(lái)置換為距離單位后的波形)。若統(tǒng)計(jì)性地處理圖7中的有效相干長(zhǎng)度的衰減原理，則相對(duì)于成為基準(zhǔn)的波列g(shù)(z)而言，波列g(shù)(z-z₀)處于相同波列內(nèi)的概率μ_d用式3來(lái)給出，μ_d表示有效相干長(zhǎng)度的衰減比。其中，g(z)用式4來(lái)定義，σ₀是光源所發(fā)出的光的相干長(zhǎng)度。若將m和σ設(shè)為光路長(zhǎng)度的平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差，將f(z)設(shè)為正態(tài)分布，則式5成立。

【數(shù)式3】

(式3)

【數(shù)式4】

(式4)

【數(shù)式5】

(式5)

圖8B的曲線16是表示衰減比μ_d、和光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差σ相對(duì)于有效相干長(zhǎng)度σ₀的比值σ/σ₀之間的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果。示出了伴隨σ/σ₀的增大，衰減比μ_d變小。另外，在f(z)不是正態(tài)分布的情況下，曲線16成為另外的特性。

圖8A以及B的關(guān)系在光源連續(xù)振蕩的情況下成立，但在脈沖振蕩的情況下只要光路長(zhǎng)度的偏差與脈沖長(zhǎng)度(對(duì)脈沖時(shí)間寬度乘以光速所得的值)為同等程度的大小則也近似地成立。另外，從有效相干長(zhǎng)度的定義來(lái)看，在接近的波列之間的相位差小的情況下，這些波列應(yīng)被視為一個(gè)波列，但式3忽視了這一點(diǎn)。因此，圖8A以及B的關(guān)系過(guò)剩地處理了有效相干長(zhǎng)度的衰減的影響，以下基于圖8A以及B的關(guān)系進(jìn)行討論。

圖9A至C是表示在被攝體4的內(nèi)部相干長(zhǎng)度發(fā)生變化的原理的說(shuō)明圖。圖8A以及B的模型表示有效相干性的劣化(譬如空間相干性的劣化)，而圖9A至C的模型表示時(shí)間相干性的劣化。如圖9A所示，考慮如下情況：波長(zhǎng)λ₀的光在折射率n₀的被攝體內(nèi)反復(fù)n次散射，通過(guò)其中第k次的散射，光入射到半徑r₀的球狀反射體26。光的相干長(zhǎng)度為σ_k，向球狀反射體26的y軸入射位置為y_k，相對(duì)于球狀反射體26的球面法線的入射角為φ_k，x軸與光的傳播方位一致地定義。其中，假設(shè)入射、反射均在包含球的中心26a在內(nèi)的同一面內(nèi)發(fā)生。若波列25的y軸位置從y_k變?yōu)閥_k+Δy_k，則角度φ_k變化為φ_k+Δφ_k。如圖9B所示，在反射體26靜止的情況下，反射后的波列27的相干長(zhǎng)度沒(méi)有變化。如圖9C所示，在波列25在反射體26上發(fā)生反射的期間，反射體26在xy面內(nèi)移動(dòng)的情況下(將移動(dòng)速度的y成分設(shè)為v)，在反射后分離為波列27a和波列27b這2個(gè)波列。這些波列27a、27b從被攝體內(nèi)部射出到外部并通過(guò)焦點(diǎn)距離f的聚光透鏡7而成為收斂光27A、27B，在檢測(cè)像素面9a上聚光而形成中心間隔δ_k的聚光點(diǎn)(強(qiáng)度分布28A、28B)。若將聚光透鏡7的數(shù)值孔徑設(shè)為NA，則聚光點(diǎn)的直徑用λ₀/NA來(lái)給出。波列在反射體26上反射的期間位移的量Δy_k用式6來(lái)給出(c為光速)。

【數(shù)式6】

(式6)Δy_k＝vσ_k/c

若將第k次散射中的散射角余弦設(shè)為g_k，則在g_k、φ_k、δ_k之間，式7、式8、式9的關(guān)系成立。其中，n₀為被攝體的折射率。

【數(shù)式7】

(式7)

【數(shù)式8】

(式8)

【數(shù)式9】

(式9)

另一方面，y_k與角度φ_k存在式10的關(guān)系，Δφ_k用式11來(lái)給出。

【數(shù)式10】

(式10)

【數(shù)式11】

(式11)

在聚光點(diǎn)的中心間隔δ_k比點(diǎn)徑(λ₀/NA)更大的情況下，視為在2個(gè)點(diǎn)之間沒(méi)有干涉，2個(gè)波列27a、27b(或27A、27B)分離，相干長(zhǎng)度也分?jǐn)酁?個(gè)。因此，使用式12所給出的Δ_k，第k個(gè)散射所引起的波列的分割數(shù)為2Δ_k，第k+1個(gè)相干長(zhǎng)度用式13來(lái)給出。

【數(shù)式12】

(式12)

【數(shù)式13】

(式13)

由于在被攝體4的內(nèi)部散射反復(fù)n次，因此相干長(zhǎng)度的衰減比μ_i(最終相干長(zhǎng)度σ_n相對(duì)于初始相干長(zhǎng)度σ₀之比)用式14來(lái)給出。

【數(shù)式14】

(式14)

若將被攝體4設(shè)為生物體，則各向異性散射系數(shù)據(jù)說(shuō)為0.9。該值相當(dāng)于電介質(zhì)球的米氏散射中的粒徑參數(shù)(2π×反射體半徑/波長(zhǎng))～1的條件。若基于該條件，則可以視為反射體半徑～0.2×波長(zhǎng)。例如，若假設(shè)f＝200mm，NA＝0.1，v＝10mm/s，c＝3×10¹¹mm/s，σ₀＝6mm，λ₀＝0.85×10^-3mm，n₀＝1.37(條件D)，則Δ_k用式15來(lái)給出。

【數(shù)式15】

(式15)

Δ_k為0.1程度的值，通過(guò)10次程度的散射次數(shù)，相干長(zhǎng)度大致減半。

在圖9A至C的模型中前方散射相當(dāng)于2φ_k＞π/2，后方散射相當(dāng)于2φ_k＜π/2。根據(jù)式11，在φ_k＞π/2(前方散射)的情況下Δφ_k變大，而在2φ_k＜π/2(后方散射)的情況下Δφ_k變小。因此，根據(jù)式12、式13，在前方散射較多的情況下相干長(zhǎng)度容易劣化，在后方散射較多的情況下相干長(zhǎng)度不易劣化。

圖10A至H是表示將人體頭部假定為被攝體，通過(guò)基于蒙特卡羅法的光線追蹤的方法而計(jì)算出的結(jié)果的圖。圖10A示出整體的光學(xué)配置與光線追蹤的樣態(tài)，圖10B至G示出了將檢測(cè)位置處的影像8b分為20×20的區(qū)域進(jìn)行分析而得到的結(jié)果。圖10B表示光強(qiáng)度分布，圖10C表示光路長(zhǎng)度平均分布，圖10D表示光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差分布，圖10E表示被攝體內(nèi)相干長(zhǎng)度衰減分布(式14的計(jì)算結(jié)果)，圖10F表示對(duì)圖10D的各區(qū)域的值乘以圖10B的各區(qū)域的值而得到的分布，圖10G表示將圖10F的各區(qū)域值除以圖10E的各區(qū)域的值而得到的分布，圖10H是將圖10D、E的y軸成分在y軸方向的區(qū)域3至區(qū)域18的范圍內(nèi)平均化而得到的值的x軸上分布圖(顯示x軸方向的區(qū)域3至區(qū)域18)。人體頭部由頭皮4a、頭骨4b、CFS層4c、灰白質(zhì)4d、白質(zhì)4e構(gòu)成，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)、膜厚(mm)。

【表1】

如圖10A所示，灰白質(zhì)4d和白質(zhì)4e處于相同的深度，用x軸的正負(fù)劃分了區(qū)域。分析區(qū)域在xy方向上為40mm×40mm，在z方向上為47mm，超過(guò)該區(qū)域而傳播的光線從計(jì)算中除外。入射光3設(shè)想了在頭皮4a的表面在x方向、y方向上各隔開(kāi)10mm的3×3的位置垂直入射的光。檢測(cè)將聚光透鏡7設(shè)置在從頭皮4a的表面離開(kāi)1000mm的位置，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(其他條件按照條件D)。圖10B的周緣較暗(光強(qiáng)度較小)是因?yàn)槌^(guò)分析區(qū)域的光線從計(jì)算中除外。在圖10B中在光的入射位置的附近變亮(光強(qiáng)度變強(qiáng))，在圖10C中在光的入射位置的附近變暗(光路長(zhǎng)度變短)。圖10B、C、D都是左半部分側(cè)(x＜0，灰白質(zhì)4d的一側(cè))比右半部分看起來(lái)稍亮，但不清晰。圖10E的右半部分側(cè)(x＞0，白質(zhì)4e的側(cè))比左半部分看起來(lái)稍亮(相干性的衰減小)。若除了周邊部之外進(jìn)行平均化，則圖10D的光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差在左半部分側(cè)為平均值26mm程度，在右半部分側(cè)為平均值21mm程度，圖10E的相干長(zhǎng)度衰減比在左半部分側(cè)為平均值0.29程度，在右半部分側(cè)為平均值0.34程度(參照?qǐng)D10H)。在圖10F、G中反映了灰白質(zhì)4d與白質(zhì)4e的構(gòu)造差，左半部分側(cè)(x＜0)比右半部分看起來(lái)明顯更亮。

若對(duì)圖8A以及B、圖9A至C、圖10A至H進(jìn)行綜合，則在圖4A中可以說(shuō)為如下情況。即，若將光源射出時(shí)的相干長(zhǎng)度設(shè)為6mm，則根據(jù)圖10E，通過(guò)被攝體內(nèi)部的散射，相干長(zhǎng)度在左半部分(灰白質(zhì)4d的一側(cè))衰減為6.0×0.29＝1.74mm，在右半部分(白質(zhì)4e的一側(cè))衰減為6.0×0.34＝2.04mm。進(jìn)而根據(jù)圖10D，光路長(zhǎng)度的偏差在左半部分為σ/σ₀＝26/1.74＝14.9，在右半部分為σ/σ₀＝21/2.04＝10.2(參照?qǐng)D4A)。因此，根據(jù)圖8B，有效相干長(zhǎng)度衰減比μ_d在左半部分為0.00020，在右半部分為0.00043。因此，檢測(cè)光的有效相干長(zhǎng)度分別為6mm×0.00020＝1.2μm，6mm×0.00043＝2.6μm?？芍鶕?jù)在圖4A中表示有效相干長(zhǎng)度1.2μm的直線14a與曲線14A的交點(diǎn)、表示有效相干長(zhǎng)度2.6μm的直線14b與曲線14A的交點(diǎn)，分別能夠得到P1/P0的值為0.3、0.6的檢測(cè)信號(hào)。即，可知根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置13中的檢測(cè)信號(hào)P1/P0，能夠檢測(cè)位于頭骨4b的內(nèi)部的灰白質(zhì)4d、白質(zhì)4e的分布。檢測(cè)信號(hào)P1/P0的分布與圖10F、G相似，能夠?qū)崿F(xiàn)左半部分側(cè)(x＜0)與右半部分的差別化(左半部分側(cè)比右半部分小)。另外，也可以在直線14a、14b的位置進(jìn)行檢測(cè)，即進(jìn)行檢測(cè)光的有效相干長(zhǎng)度夾著曲線14A的變動(dòng)部(有效相干長(zhǎng)度1～10μm的范圍)左右分開(kāi)那樣的檢測(cè)。只要能夠使光源的相干長(zhǎng)度可變則能夠自由調(diào)節(jié)直線14a、14b的位置。通過(guò)進(jìn)行與光源的相干長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)P1/P0的分析，能夠高效地進(jìn)行被攝體構(gòu)造的分析。進(jìn)而，如同在圖10F中，通過(guò)對(duì)作為與檢測(cè)信號(hào)P1/P0相關(guān)的量的光路長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差分布乘以光強(qiáng)度分布能夠清晰地得到構(gòu)造差那樣，通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)P1/P0乘以其他檢測(cè)信號(hào)(例如，檢測(cè)信號(hào)P0或檢測(cè)信號(hào)(P0+P1)等)、或者進(jìn)行比較，并施加各種各樣的運(yùn)算處理，能夠得到S/N更高的信號(hào)。這些使S/N提高的運(yùn)算處理，在使光源的發(fā)光強(qiáng)度或透鏡的光圈(即入射到光檢測(cè)裝置13的光量)變化了的情況下，也可以與此相應(yīng)地實(shí)施，此外，由于式15與散射體的移動(dòng)速度v相關(guān)，因此在使光源的射出方向變化了的情況下，也可以與此相應(yīng)地實(shí)施。

雖然6mm程度的相干長(zhǎng)度作為激光來(lái)說(shuō)較短，但對(duì)于高頻重疊半導(dǎo)體激光或自脈動(dòng)半導(dǎo)體激光等為了降低干涉性而被多光譜化的光源而言處于能夠?qū)嵱没姆秶?。由高頻重疊電路(一般為300MHz的頻率)驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光以0.1mm～0.2mm的范圍的相干長(zhǎng)度而振蕩，通過(guò)改變重疊電路的頻率或振幅等(例如減小頻率)，能夠在0.2mm～數(shù)十mm的范圍內(nèi)使相干長(zhǎng)度可變。此外，對(duì)于掃描光源(使激光的波長(zhǎng)在數(shù)十nm的范圍內(nèi)周期性地進(jìn)行掃描的光源)而言通過(guò)改變波長(zhǎng)變動(dòng)幅度或周期頻率能夠在0.3mm～數(shù)十mm的范圍內(nèi)使相干長(zhǎng)度可變。不過(guò)在使用掃描光源的情況下為了限定入射到光耦合層12的光的波長(zhǎng)，根據(jù)情況而使用帶通濾波器9p。此外通過(guò)將LED等線寬較寬的光源與狹頻帶的帶通濾波器進(jìn)行組合，也能夠得到希望的相干長(zhǎng)度。此時(shí)，帶通濾波器只要配置在光源與被攝體之間、或者被攝體與光耦合層之間即可?；蛘撸部梢詫?duì)光源使用波長(zhǎng)不同的2個(gè)以上的光源。這些光在被攝體內(nèi)進(jìn)行散射并入射到開(kāi)口9a時(shí)，由于圖15C所說(shuō)明的原理而產(chǎn)生拍頻，相干長(zhǎng)度變短。與有效地使用了相干長(zhǎng)度短的光源相同。不過(guò)，在此情況下，也為了限定入射到光耦合層12的光的波長(zhǎng)，而根據(jù)情況使用帶通濾波器9p。另外，在使用波長(zhǎng)不同的光源的情況下，若使光源的發(fā)光強(qiáng)度比變化，則拍頻的發(fā)出方式也發(fā)生變化從而有效相干長(zhǎng)度的分布也發(fā)生變化。因此，也可以對(duì)檢測(cè)信號(hào)P1/P0施加與光源的發(fā)光強(qiáng)度比的變化相應(yīng)的運(yùn)算處理來(lái)使S/N提高。

此外，也可以對(duì)光源使用脈沖光源。此時(shí)，相干長(zhǎng)度等于脈沖長(zhǎng)度(對(duì)脈沖時(shí)間寬度乘以光速而得到的值)。在脈沖光源的情況下，圖9A至C所示的時(shí)間相干性劣化的關(guān)系成立。另一方面，在脈沖光源的情況下，波列的重疊變少(相對(duì)于作為基準(zhǔn)的波列而言，某波列處于相同波列內(nèi)的概率變低)。因此，圖8B所說(shuō)明那樣的有效相干長(zhǎng)度變短的效果減弱。在此情況下，對(duì)脈沖時(shí)間寬度進(jìn)行選擇，使得圖4A中的直線14a、14b的位置(檢測(cè)光的有效相干長(zhǎng)度)落在曲線14A的變動(dòng)部(1～10μm的范圍)。

若像這樣使用本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置，則在圖10A至H所示的被攝體，能夠?qū)⑽挥陬^骨4b的內(nèi)部的灰白質(zhì)4d、白質(zhì)4e的差檢測(cè)為電信號(hào)的輸出差。這與圖10B所示的對(duì)光強(qiáng)度分布像進(jìn)行檢測(cè)的方法(第2現(xiàn)有例)相比，能夠大幅改善S/N。

(第2實(shí)施方式)

在本實(shí)施方式中，用于將在第2透明層12b生成的波導(dǎo)光6b引導(dǎo)至檢測(cè)器10A的構(gòu)成不同，其他構(gòu)成全部與第1實(shí)施方式相同，因此對(duì)共同的要素標(biāo)注相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說(shuō)明。

圖11A、B表示用于將波導(dǎo)光6b引導(dǎo)至檢測(cè)器10A的光柵12d以及波導(dǎo)層(第2透明層)12b的剖面構(gòu)造。圖11A是包含圖1A中的聚光透鏡7的中心軸附近(軸上位置)的像素的剖視圖，圖11B是包含聚光透鏡7的軸外位置的像素的剖視圖。在本方式中，配置為在聚光透鏡7的軸外位置，透光區(qū)域9a(遮光區(qū)域9A)的中心與檢測(cè)器10a(10A)的中心偏離。另外，在本公開(kāi)中，“檢測(cè)器與遮光區(qū)域或透光區(qū)域?qū)ο蚺渲谩边€包含如本實(shí)施方式那樣配置為各中心位置偏離的方式。光柵12d在圖11A和圖11B中間距的條件不同。即在圖11A中是在式2中設(shè)為θ＝0的情況下的間距(＝Λ1)，在圖11B中是設(shè)為θ≠0的情況下的間距(＝Λ2)。因此，在圖11A中在紙面上的左右雙方向產(chǎn)生波導(dǎo)光6b，而在圖11B中在左右任意一方產(chǎn)生波導(dǎo)光6b(圖中為右側(cè))，其在遮光區(qū)域9A的正下方被輻射，成為輻射光6D而入射到檢測(cè)器10A。式2中的θ的值根據(jù)來(lái)自聚光透鏡7的光的入射角來(lái)決定。在第1實(shí)施方式中，需要對(duì)聚光透鏡7使用像側(cè)焦闌透鏡，而在第2實(shí)施方式中并不需要，因此能夠抑制透鏡成本。

圖11C是表示將波導(dǎo)光6b引導(dǎo)至檢測(cè)器10A的其他方式的圖。在第1實(shí)施方式中光柵12d遍及整面而形成，而在圖11C中光柵12d僅形成在透光區(qū)域9a的正下方。波導(dǎo)層(第2透明層)12b在遮光區(qū)域9A的正下方緩慢地朝向檢測(cè)器10A側(cè)彎曲，波導(dǎo)光6b也沿著波導(dǎo)層(第2透明層)12b而折彎(波導(dǎo)光6b1)，并從波導(dǎo)層(第2透明層)12b的端面被輻射，成為輻射光6D而入射到檢測(cè)器10A。雖然由于將波導(dǎo)層(第2透明層)12b折彎這一點(diǎn)而制造工藝變得復(fù)雜，但與第1實(shí)施方式相比，能夠期待光損耗少的檢測(cè)。

圖11D是表示成為遮光區(qū)域9A的反射膜的圖案形成不同的方式的圖。在第1實(shí)施方式中，對(duì)于透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)，對(duì)應(yīng)1個(gè)微透鏡10b(或10B)，且對(duì)應(yīng)1個(gè)檢測(cè)器10a(或10A)，而在本實(shí)施方式中對(duì)應(yīng)2個(gè)微透鏡10b和10b′(或10B和10B’)、2個(gè)檢測(cè)器10a和10a′(或10A和10A’)。2個(gè)檢測(cè)器10a和10a′(或10A和10A’)被電導(dǎo)通。在本方式的情況下，光柵耦合器的波導(dǎo)光6b前進(jìn)方向的長(zhǎng)度(光的耦合長(zhǎng)度)變大。根據(jù)圖6A至J所說(shuō)明的原理，若光柵耦合器變長(zhǎng)，則對(duì)于相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)的入射光，引起雙泵浦的概率也容易出現(xiàn)差異。即，存在圖4A所示的光量比P1/P0發(fā)生變化的范圍變大的優(yōu)點(diǎn)。在圖11D的方式中，將透光區(qū)域9a、遮光區(qū)域9A的xy面內(nèi)的寬度設(shè)為5.6μm×2μm，將假設(shè)光源以圖4B所示的脈沖條件(條件A)進(jìn)行振蕩而計(jì)算出的結(jié)果表示為圖4A的曲線14C(條件C)。由于光的耦合長(zhǎng)度(透光區(qū)域9a的寬度)變大，因而曲線14C與曲線14A相比，向相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一側(cè)移動(dòng)。另外，對(duì)于透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)，也可以對(duì)應(yīng)3個(gè)以上的微透鏡10b(或10B)、檢測(cè)器10a(或10A)。此外，反射膜(遮光區(qū)域9A)的圖案形成也可以對(duì)間距不同的圖案進(jìn)行組合。例如，在圖11E中透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)形成間距不同的2個(gè)方格圖案，在圖11F中形成間距不同的2個(gè)條紋圖案。在任意情況下，都是與間距窄的圖案相比間距寬的圖案的與1個(gè)透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)對(duì)應(yīng)的微透鏡以及檢測(cè)器的數(shù)量更多。例如，在間距窄的圖案中，在x軸方向上對(duì)1個(gè)透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)對(duì)應(yīng)1個(gè)微透鏡以及1個(gè)檢測(cè)器。此外，在間距寬的圖案中，在x軸方向上對(duì)1個(gè)透光區(qū)域9a(或遮光區(qū)域9A)對(duì)應(yīng)2個(gè)微透鏡以及2個(gè)檢測(cè)器。另外，使光柵的光柵矢量的方位與x軸方向平行，但也可以根據(jù)場(chǎng)所而使其變化。

(第3實(shí)施方式)

本實(shí)施方式僅信號(hào)的運(yùn)算電路11的運(yùn)算方法不同，其他構(gòu)成與第1以及第2實(shí)施方式相同，因此對(duì)共同的要素標(biāo)注相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說(shuō)明。

圖12是表示本實(shí)施方式中的光源2的振蕩與檢測(cè)信號(hào)的關(guān)系的說(shuō)明圖。光源2在控制電路1的控制下對(duì)脈沖3a進(jìn)行振蕩，該光3在被攝體4的內(nèi)部進(jìn)行散射，經(jīng)由透光區(qū)域9a而由檢測(cè)器10a、10A受光，檢測(cè)到將縱軸設(shè)為檢測(cè)強(qiáng)度、將橫軸設(shè)為經(jīng)過(guò)時(shí)間的信號(hào)63。若將由檢測(cè)器10a檢測(cè)的光量設(shè)為P0，將由檢測(cè)器10A檢測(cè)的光量設(shè)為P1，則信號(hào)63相當(dāng)于光量P0(或P0+P1)。信號(hào)63在散射所引起的光路長(zhǎng)度的偏差的影響下，與原脈沖3a相比時(shí)間寬度變大。信號(hào)63中的最先的輸出63a是在被攝體4的表面發(fā)生反射的光5a1的信號(hào)。信號(hào)63中的時(shí)間t1～t2期間的輸出63c是在被攝體4的內(nèi)部進(jìn)行散射的光5a2、5a3的信號(hào)。對(duì)于光5a2和5a3而言，光路長(zhǎng)度相等，但光5a2的后方散射較多且描繪在表層附近傳播的光路，相對(duì)于此，光5a3的后方散射較少且描繪到達(dá)深層的光路。在圖9A至C的說(shuō)明中，已知在前方散射多的情況下相干長(zhǎng)度容易劣化，在后方散射多的情況下相干長(zhǎng)度不易劣化。因此，前方散射與后方散射的比率被反映到光5a2以及光5a3的光量比P1/P0中。在本實(shí)施方式中，運(yùn)算電路11通過(guò)信號(hào)63的時(shí)間分解來(lái)檢測(cè)輸出63c并生成圖像。即，對(duì)內(nèi)部散射光5a2、5a3到達(dá)的時(shí)間t1～t2期間的光進(jìn)行檢測(cè)并作為每個(gè)檢測(cè)器的強(qiáng)度分布信息而生成圖像。進(jìn)而，運(yùn)算電路11根據(jù)光量比P1/P0的值來(lái)區(qū)分基于輸出63c的圖像。具體來(lái)說(shuō)，例如，生成基于光量比P1/P0為某閾值以上的像素的第1圖像。即，作為與光量比P1/P0為某閾值以上的像素相當(dāng)?shù)臋z測(cè)器檢測(cè)出的光量的分布信息而生成第1圖像。此外，也可以生成基于光量比P1/P0比某閾值小的像素的第2圖像。即，也可以作為與光量比P1/P0比某閾值小的像素相當(dāng)?shù)臋z測(cè)器檢測(cè)出的光量的分布信息而生成第2圖像。在第2現(xiàn)有例中沒(méi)有區(qū)分光5a2和光5a3，而在本實(shí)施方式中前方散射與后方散射的比率被反映到檢測(cè)光量比P1/P0中，因此能夠區(qū)分光5a2和光5a3，能夠根據(jù)深度來(lái)分析被攝體4的內(nèi)部。另外，與第1實(shí)施方式同樣地，也可以對(duì)檢測(cè)信號(hào)P1/P0乘以其他檢測(cè)信號(hào)(例如，檢測(cè)信號(hào)P0或檢測(cè)信號(hào)(P0+P1)等)，或者進(jìn)行比較，來(lái)施加各種各樣的運(yùn)算處理。此外，也可以對(duì)輸出63c施加與檢測(cè)信號(hào)P1/P0或其他檢測(cè)信號(hào)的運(yùn)算處理。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

100 光檢測(cè)系統(tǒng)

1 控制電路

2 光源

3 向被攝體入射的入射光

4 被攝體

5、5a、5A 散射光

7 聚光透鏡

8a 實(shí)質(zhì)的物體(物點(diǎn)的聚集)

8b 像面位置的像

9 遮光膜

9a 開(kāi)口、透光區(qū)域

9A 遮光區(qū)域

10 光檢測(cè)器

11 運(yùn)算電路

12 光耦合層

13 光檢測(cè)裝置