特許 6321693 スペクトル測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6321693

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】スペクトル測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20180423BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/27 Z

   G02B5/20

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-4981(P2016-4981)

(22)【出願日】2016年1月14日

(65)【公開番号】特開2017-32537(P2017-32537A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2016年1月14日

(31)【優先権主張番号】14/816,543

(32)【優先日】2015年8月3日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】王 唯科

【審査官】 立澤 正樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９１０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００２９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 2005年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集１，（社）電子情報通信学会，２００５年 ９月 ７日，p.224

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の波長帯、第２の波長帯、第３の波長帯、第４の波長帯、第５の波長帯、および第６の波長帯の光ビームを通過させるマルチバンドパスフィルターであって、前記光ビームは前記マルチバンドパスフィルターに通過してマルチバンドビームを形成するマルチバンドパスフィルターと、
第１の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第１のフィルター、第２の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第２のフィルター、第３の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第３のフィルター、第４の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第４のフィルター、第５の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第５のフィルター、及び第６の波長より長い波長のマルチバンドビームを通過させる第６のフィルターを有し前記マルチバンドパスフィルターの下方に配置されたフィルターアレイと、
前記フィルターアレイの下方に配置された検出層とを含み、
前記第２の波長帯は、前記第１の波長と前記第２の波長との間にあり、前記第３の波長帯は、前記第２の波長と前記第３の波長との間にあり、前記第４の波長帯は、前記第３の波長と前記第４の波長との間にあり、前記第５の波長帯は、前記第４の波長と前記第５の波長との間にあり、前記第６の波長帯は、前記第５の波長と前記第６の波長との間にあり、
前記第１の波長は前記第２の波長より長く、前記第２の波長は前記第３の波長より長く、前記第３の波長は前記第４の波長より長く、前記第４の波長は前記第５の波長より長く、前記第５の波長は前記第６の波長より長く、
前記第１のフィルター、前記第２のフィルター、前記第３のフィルター、前記第４のフィルター、前記第５のフィルター、及び前記第６のフィルターは、線状経路、Ｕ字型経路、波型状経路、及び鋸波状経路のいずれか一つの経路上に沿って配列されている
スペクトル測定装置。

【請求項2】

前記第１の波長帯の第１のピーク波長は前記第２の波長帯の第２のピーク波長より長く、前記第２の波長帯の前記第２のピーク波長は前記第３の波長帯の第３のピーク波長より長く、前記第１のピーク波長は前記第１の波長より長い請求項１に記載のスペクトル測定装置。

【請求項3】

前記第１のフィルターは前記第２のフィルターに隣接し、前記第２のフィルターは前記第３のフィルターに隣接する請求項１に記載のスペクトル測定装置。

【請求項4】

前記マルチバンドビームが前記第１のフィルター、前記第２のフィルター及び前記第２のフィルターを通過することで、第１のビーム、第２のビーム及び第３のビームがそれぞれ形成され、
前記検出層は、
前記第１のフィルターの下方に配置された第１の検出ユニット、前記第２のフィルターの下方に配置された第２の検出ユニット、及び前記第３のフィルターの下方に配置された第３の検出ユニットを有し、
前記第１の検出ユニットは、前記第１の検出ユニットの上を照射する前記第１のビームの強度に応じて第１の強度信号を生成し、
前記第２の検出ユニットは、前記第２の検出ユニットの上を照射する前記第２のビームの強度に応じて第２の強度信号を生成し、
前記第３の検出ユニットは、前記第３の検出ユニットの上を照射する前記第３のビームの強度に応じて第３の強度信号を生成する
請求項１に記載のスペクトル測定装置。

【請求項5】

第１の強度値は、前記第１の強度信号に応じて生成され、第２の強度値は、前記第２の強度信号に応じて生成され、第３の強度値は、前記第３の強度信号に応じて生成され、
前記第１の波長帯に対応する第１のスペクトル値は、前記第１の強度値に応じた値であり、
前記第２の波長帯に対応する第２のスペクトル値は、前記第２の強度値から前記第１の強度値を引いた値であり、
前記第３の波長帯に対応する第３のスペクトル値は、前記第３の強度値から前記第２の強度値を引いた値である
請求項４に記載のスペクトル測定装置。

【請求項6】

テレセントリックレンズモジュールであるレンズモジュールを含み、
前記レンズモジュールは、
前記マルチバンドパスフィルターと前記フィルターアレイとの間、またはその上方に配置される請求項１に記載のスペクトル測定装置。

【請求項7】

光ビームの第１の波長帯、第２の波長帯、第３の波長帯、第４の波長帯、第５の波長帯、および第６の波長帯を通過させるマルチバンドパスフィルターであって、前記光ビームは前記マルチバンドパスフィルターを通過してマルチバンドビームを形成するマルチバンドパスフィルターと、
第１の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第１のフィルター、第２の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第２のフィルター、第３の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第３のフィルター、第４の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第４のフィルター、第５の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第５のフィルター、第６の波長より短い波長のマルチバンドビームを通過させる第６のフィルターを含み前記マルチバンドパスフィルターの下方に配置されたフィルターアレイと、
前記フィルターアレイの下方に配置された検出層とを含み、
前記第２の波長帯は、前記第１の波長と前記第２の波長との間にあり、前記第３の波長帯は、前記第２の波長と前記第３の波長との間にあり、前記第４の波長帯は、前記第３の波長と前記第４の波長との間にあり、前記第５の波長帯は、前記第４の波長と前記第５の波長との間にあり、前記第６の波長帯は、前記第５の波長と前記第６の波長との間にあり、
前記第１の波長は前記第２の波長より短く、前記第２の波長は前記第３の波長より短く、前記第３の波長は前記第４の波長より短く、前記第４の波長は前記第５の波長より短く、前記第５の波長は前記第６の波長より短く、
前記第１のフィルター、前記第２のフィルター、前記第３のフィルター、前記第４のフィルター、前記第５のフィルター、及び前記第６のフィルターは、線状経路、Ｕ字型経路、波型状経路、及び鋸波状経路のいずれか一つの経路上に沿って配列されている
スペクトル測定装置。

【請求項8】

前記第１の波長帯の第１のピーク波長は、前記第２の波長帯の第２のピーク波長より短く、
前記第２の波長帯の前記第２のピーク波長は、前記第３の波長帯の第３のピーク波長より短く、
前記第１のピーク波長は前記第１の波長より短い
請求項７に記載のスペクトル測定装置。

【請求項9】

前記マルチバンドビームが前記第１のフィルター、前記第２のフィルター、及び前記第３のフィルターを通過することで、第１のビーム、第２のビーム、及び第３のビームがそれぞれ形成され、
前記検出層は、
前記第１のフィルターの下方に配置された第１の検出ユニット、前記第２のフィルターの下方に配置された第２の検出ユニット、及び前記第３のフィルターの下方に配置された第３の検出ユニットを有し、
前記第１の検出ユニットは、前記第１の検出ユニットの上を照射する前記第１のビームの強度に応じた第１の強度信号を生成し、
前記第２の検出ユニットは、前記第２の検出ユニットの上を照射する前記第２のビームの強度に応じた第２の強度信号を生成し、
前記第３の検出ユニットは、前記第３の検出ユニットの上を照射する前記第３のビームの強度に応じた第３の強度信号を生成する
請求項７に記載のスペクトル測定装置。

【請求項10】

第１の強度値は前記第１の強度信号に応じて生成され、第２の強度値は前記第２の強度信号に応じて生成され、第３の強度値は前記第３の強度信号に応じて生成され、
前記第１の波長帯に対応する第１のスペクトル値は、前記第１の強度値に応じた値であり、
前記第２の波長帯に対応する第２のスペクトル値は、前記第２の強度値から前記第１の強度値を引いた値であり、
前記第３の波長帯に対応する第３のスペクトル値は、前記第３の強度値から前記第２の強度値を引いた値である請求項９に記載のスペクトル測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スペクトル測定装置に関し、特に、フィルターアレイを有するスペクトル測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の分光計は、例えば、ビームスプリッタ、コリメータ、集光ミラー、およびリニアセンサーなどの多数の光学素子を有する光学システムである。ビームスプリッタは、プリズムまたはグレーティングとすることができる。コリメータおよび集光ミラーは、光学システムの光路を短縮するように構成されている。従って、従来の分光計の体積や重量は大きく、従来の分光計の製造コストは高くなる。

【0003】

また、従来の分光計のリニアセンサーは、線状である。従来の分光計は、サンプルの線状のスペクトルだけを測定するのに用いられ、従来の分光計ではアプリケーションが制限される。

【0004】

従来の分光計は、一般にその意図された目的に適しているが、全ての点において十分というわけではない。従って、分光計を改良する手段を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、サンプルの二次元（２Ｄ）スペクトルを測定することができる、小型且つ軽量のスペクトル測定装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、マルチバンドパスフィルター、フィルターアレイ、および検出層を含むスペクトル測定装置を提供する。マルチバンドパスフィルターは、光ビームの第１の波長帯、第２の波長帯、および第３の波長帯を通過させる。光ビームは、マルチバンドパスフィルターを通過することで、マルチバンドビームが形成する。フィルターアレイは、マルチバンドパスフィルターの下方に配置される。

【0007】

フィルターアレイは、第１の波長より長いマルチバンドビームの波長を通過させる第１のフィルター、第２の波長より長いマルチバンドビームの波長を通過させる第２のフィルター、および第３の波長より長いマルチバンドビームの波長を通過させる第３のフィルターを含む。

【0008】

検出層は、フィルターアレイの下方に配置される。第２の波長帯は、第１の波長と第２の波長との間にあり、第３の波長帯は、第２の波長と第３の波長との間にある。

【0009】

本発明は、マルチバンドパスフィルター、フィルターアレイ、および検出層を含むスペクトル測定装置を提供する。マルチバンドパスフィルターは、光ビームの第１の波長帯、第２の波長帯、および第３の波長帯を通過させる。光ビームは、マルチバンドパスフィルターを通過することで、マルチバンドビームが形成する。フィルターアレイは、マルチバンドパスフィルターの下方に配置される。

【0010】

フィルターアレイは、第１の波長より短いマルチバンドビームの波長を通過させる第１のフィルター、第２の波長より短いマルチバンドビームの波長を通過させる第２のフィルター、および第３の波長より短いマルチバンドビームの波長を通過させる第３のフィルターを含む。

【0011】

検出層は、フィルターアレイの下方に配置される。第２の波長帯は、第１の波長と第２の波長との間にあり、第３の波長帯は、第２の波長と第３の波長との間にある。

【0012】

このように、フィルターアレイと検出層は、半導体製造プロセスによって形成されるため、複数の光学素子が不要となり、スペクトル測定装置の体積と重量は減少される。また、フィルターアレイによって、スペクトル測定装置はサンプルの２Ｄスペクトルを測定することができるために、サンプルのスペクトル画像の解像度を、向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る、スペクトル測定装置の概略図である。

【図2】本発明の実施形態に係る、マルチバンドビームの透過率に対する波長の特性を示すグラフである。

【図3】本発明の実施形態に係る、フィルターアレイの透過率に対する波長の特性を示すグラフである。

【図4】本発明の実施形態に係る、フィルターアレイの概略図である。

【図5A】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図5B】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図5C】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図5D】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図5E】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図5F】本発明の実施形態に係る、画素グループの概略図である。

【図6A】本発明の実施形態に係る、フィルターアレイの透過率に対する波長の特性を示すグラフである。

【図6B】本発明の実施形態に係る、フィルターアレイの透過率に対する波長の特性を示すグラフである。

【図7】本発明の実施形態に係る、スペクトル測定装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次の開示は、その開示の異なる特徴を実施するための、多くの異なる実施の形態を提供している。本開示を簡素化するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。例えば、本実施形態における第１の特徴又は第２の特徴は、これら第１の特徴及び第２の特徴とを直接的に関連づけた実施形態に含めることもでき、第１の特徴と第２の特徴が直接的に関連せずに、第１、第２の特徴に対してさらなる特徴を加えた実施形態に含めることもできる。

【0015】

また、本開示は、種々の実施形態において、参照番号および／または文字を繰り返し用いている。この反復は、簡素化と明確さの目的のためであって、種々の実施形態および／または議論された構成との間の関係を規定するものではない。また、図の形状、大きさ、または厚さは、説明を明確にするために縮尺通りに描かれない、または簡易化される可能性もある。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る、スペクトル測定装置１の概略図である。スペクトル測定装置１は、サンプルによって反射された、またはサンプルから放射された光ビームＢ１の可視波長帯および不可視波長帯を検出するように構成されている。

【0017】

スペクトル測定装置１は、マルチバンドパスフィルター１０、レンズモジュール２０、フィルターアレイ３０、および検出層４０を含む。マルチバンドパスフィルター１０、レンズモジュール２０、フィルターアレイ３０、および検出層４０は、順次に重ね合せられている。

【0018】

マルチバンドパスフィルター１０は、平面に対して平行な平板構造で形成されている。マルチバンドパスフィルター１０は、光ビームＢ１の複数の波長帯を通過させ、残りの光ビームＢ１の波長帯をブロックする。そのため、残りの光ビームＢ１は、通過できない。

【0019】

マルチバンドパスフィルター１０は、入射面１１と出射面１２を有する。入射面１１は、出射面１２と平行である。光ビームＢ１は、入射面１１を介してマルチバンドパスフィルター１０に入射され、出射面１２を介してマルチバンドパスフィルター１０に出射される。光ビームＢ１は、マルチバンドパスフィルター１０を通過してマルチバンドビームＢ２が形成される。

【0020】

図２は、本発明の実施形態に係る、マルチバンドビームＢ２の透過率に対する波長の特性を示すグラフである。いくつかの実施形態では、マルチバンドパスフィルター１０への波長帯Ａ１の光ビームＢ１の透過率は、２０％、３０％、または４０％より大きい。いくつかの実施形態では、マルチバンドパスフィルター１０における波長帯Ａ１の光ビームＢ１の透過率は、約２０％〜約９９．９％、または３０％〜９９．９％の範囲にある。いくつかの実施形態では、マルチバンドパスフィルター１０において、波長帯Ａ１ではない光ビームＢ１の透過率は、２０％、３０％、または４０％より小さい。

【0021】

波長帯Ａ１のそれぞれには、ピーク波長Ｐ１を含む。いくつかの実施形態では、マルチバンドパスフィルター１０におけるピーク波長Ｐ１の光ビームＢ１の透過率は、７０％、８０％、または９０％より大きい。いくつかの実施形態では、マルチバンドパスフィルター１０におけるピーク波長Ｐ１の光ビームＢ１の透過率は、約７０％〜約９９．９％、約８０％〜約９９．９％、または９０％〜９９．９％の範囲にある。

【0022】

波長帯Ａ１の数は、２つ、３つ、４つ、または５つより多い。本実施形態では、波長帯Ａ１の数は、４つである。各波長帯Ａ１（波長帯Ａ１１〜Ａ１４を含む）は、可視スペクトルに対応する可視波長帯、または不可視スペクトルに対応する不可視波長帯とすることができる。いくつかの実施形態では、いくつかの波長帯Ａ１は、可視波長帯であり、その他は、不可視波長帯である。なお、波長帯Ａ１の全ては不可視波長としてもよい。

【0023】

本実施形態では、波長帯Ａ１１は、例えば、赤外スペクトルまたは遠赤外スペクトルなど、不可視スペクトルに対応する不可視波長帯である。例えば、波長帯Ａ１１は、約８３０ｎｍから約８７０ｎｍまでの範囲にある。波長帯Ａ１１のピーク波長Ｐ１１は、約８５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、ピーク波長Ｐ１１は、７００ｎｍ以上である。

【0024】

波長帯Ａ１２は、例えば赤色スペクトルの可視スペクトルに対応する可視波長帯である。例えば、波長帯Ａ１２は、約６３０ｎｍから約６７０ｎｍまでの範囲にある。波長帯Ａ１２のピーク波長Ｐ１２は、約６５０ｎｍである。

【0025】

波長帯Ａ１３は、例えば黄色スペクトルの可視スペクトルに対応する可視波長帯である。例えば、波長帯Ａ１３は、約５３０ｎｍから約５７０ｎｍまでの範囲にある。波長帯Ａ１３のピーク波長Ｐ１３は、約５５０ｎｍである。

【0026】

波長帯Ａ１４は、例えば青色スペクトルの可視スペクトルに対応する可視波長帯である。例えば、波長帯Ａ１４は、約４３０ｎｍから約４７０ｎｍまでの範囲にある。波長帯Ａ１４のピーク波長Ｐ１４は、約４５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、波長帯Ａ１４は、例えば紫外線スペクトルの不可視スペクトルに対応する不可視波長帯である。

【0027】

また、全ての波長帯Ａ１は、互いに重なり合わない。波長帯Ａ１１の波長またはピーク波長Ｐ１１は、波長帯Ａ１２の波長またはピーク波長Ｐ１２より長い。波長帯Ａ１２の波長またはピーク波長Ｐ１２は、波長帯Ａ１３の波長またはピーク波長Ｐ１３より長い。波長帯Ａ１４の波長またはピーク波長Ｐ１３は、波長帯Ａ１４の波長またはピーク波長Ｐ１４より長い。

【0028】

図１に示されるように、レンズモジュール２０は、マルチバンドパスフィルター１０とフィルターアレイ３０との間に配置される。レンズモジュール２０は、マルチバンドビームＢ２をフィルターアレイ３０または検出層４０に集光させるように構成されている。本実施形態では、レンズモジュール２０は、テレセントリックレンズモジュールである。レンズモジュール２０は、マルチバンドパスフィルター１０をフィルターアレイ３０に均一に照射させるように構成されている。本実施形態では、レンズモジュール２０は、１つ以上のレンズ２１を含む。

【0029】

フィルターアレイ３０は、マルチバンドパスフィルター１０と検出層４０との間に配置される。図１に示されるように、フィルターアレイ３０は、マルチバンドパスフィルター１０の下方に配置され、検出層４０に接続されている。本実施形態ではフィルターアレイ３０は、マルチバンドパスフィルター１０と検出層４０に平行する平面に配置されている。

【0030】

フィルターアレイ３０は、画素アレイに配置された画素グループ３１を含む。各画素グループ３１は、さまざまな種類のフィルター３２を含む。各フィルター３２は、特定の波長より長いマルチバンドビームＢ２または特定の範囲の波長を通過させる。本実施形態では、各画素グループ３１は、４つの種類のフィルター３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、および３２ｄを含む。

【0031】

図３は、本発明の実施形態に係る、フィルターアレイ３０の透過率に対する波長の特性を示すグラフである。本実施形態では、フィルター３２ａは、第１の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、第１の波長は約８００ｎｍである。従って、波長帯Ａ１１のマルチバンドビームＢ２が、フィルター３２ａを通過し、第１のビームＢ３１が形成される。波長帯Ａ１２、Ａ１３、およびＡ１４のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ａによってブロックされる。

【0032】

本実施形態では、フィルター３２ｂは、第２の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、第２の波長は約６００ｎｍである。従って、波長帯Ａ１１とＡ１２のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｂを通過し、第２のビームＢ３２が形成される。波長帯Ａ１３とＡ１４のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｂによってブロックされる。

【0033】

本実施形態では、フィルター３２ｃは、第３の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、第３の波長は約５００ｎｍである。従って、波長帯Ａ１１、Ａ１２、およびＡ１３のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｃを通過し、第３のビームＢ３３が形成される。波長帯Ａ１４のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｃによってブロックされる。

【0034】

本実施形態では、フィルター３２ｄは、第４の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、第４の波長は約４００ｎｍである。従って、波長帯Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、およびＡ１４のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｃを通過し、第３のビームＢ３３を形成する。本実施形態では、フィルター３２ｄは、特定の範囲にある、第１の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、特定の範囲は、約４１０ｎｍから約４９０ｎｍまでの範囲にある。従って、波長帯Ａ１１とＡ１４のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｄを通過し、第４のビームＢ３４が形成される。波長帯Ａ１２とＡ１３のマルチバンドビームＢ２は、フィルター３２ｄによってブロックされる。

【0035】

本実施形態では、第１の波長は、第２の波長より長い。第２の波長は、第３の波長より長い。第３の波長は、第４の波長より長い。また、ピーク波長Ｐ１１は、第１の波長より長い。波長帯Ａ１２は、第１の波長と第２の波長との間にあり、ピーク波長Ｐ１２は、第２の波長より長い。

【0036】

また、波長帯Ａ１３は、第２の波長と第３の波長との間にあり、ピーク波長Ｐ１３は、第３の波長より長い。波長帯Ａ１４は、第３の波長と第４の波長との間にあり、ピーク波長Ｐ１４は、第４の波長より長い。ピーク波長Ｐ１４および／または波長帯Ａ１４は、フィルター３２ｄに対して、約４１０ｎｍから約４９０ｎｍまでの特定の範囲内にある。

【0037】

図１に示されるように、検出層４０は、フィルターアレイ３０下方に配置される。本実施形態では、検出層４０は、マルチバンドパスフィルター１０に対して平行に配置され、フィルターアレイ３０と直接接触する。検出層４０は、検出アレイに配置された複数の検出ユニット４１を含む。検出ユニット４１は、マルチバンドパスフィルター１０に平行な平面に配置される。

【0038】

フィルターアレイ３０と検出層４０は、半導体製造プロセスによって形成されることができる。フィルターアレイ３０と検出層４０は、画像センサ、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、前面照射（ＦＳＩ）または裏面照射（ＢＳＩ）ＣＭＯＳセンサ、または他の好適なセンサにより形成される。従って、フィルターアレイ３０と検出層４０の体積と重量は、減少し、軽減する。

【0039】

本実施形態では、検出ユニット４１は、検出ユニット４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、および４１ｄを含む。各検出ユニット４１ａは、複数のフィルター３２ａのうち１つのフィルタの下方にそれぞれ配置される。各検出ユニット４１ａは、その上を照射する第１のビームＢ３１の強度に従って第１の強度信号を生成するように構成されている。

【0040】

各検出ユニット４１ｂは、複数のフィルター３２ｂのうち１つのフィルタの下方にそれぞれ配置される。各検出ユニット４１ｂは、その上を照射する第２のビームＢ３２の強度に従って第２の強度信号を生成するように構成されている。

【0041】

各検出ユニット４１ｃは、複数のフィルター３２ｃのうち１つのフィルタの下方にそれぞれ配置される。各検出ユニット４１ｃは、その上を照射する第３のビームＢ３３の強度に従って第３の強度信号を生成するように構成されている。

【0042】

各検出ユニット４１ｄは、複数のフィルター３２ｄのうち１つのフィルタの下方にそれぞれ配置される。各検出ユニット４１ｄは、その上を照射する第４のビームＢ３４の強度に従って第４の強度信号を生成するように構成されている。

【0043】

スペクトル測定装置１は、各検出ユニット４１に電気的に接続されたプロセスモジュール５０を更に含む。プロセスモジュール５０は、強度信号を受信し、強度信号に従って強度値を生成する。

【0044】

本実施形態では、プロセスモジュール５０は、第１の強度信号を受信し、第１の強度信号に応じた第１の強度値を生成する。プロセスモジュール５０は、第２の強度信号を受信し、第２の強度信号に応じた第２の強度値を生成する。

【0045】

プロセスモジュール５０は、第３の強度信号を受信し、第３の強度信号に応じた第３の強度値を生成する。プロセスモジュール５０は、第４の強度信号を受信し、第４の強度信号に応じた第４の強度値を生成する。

【0046】

次いで、第１のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第１の強度値に応じて得られる。第２のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第２の強度値から第１の強度値を引いて得られる。第３のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第３の強度値から第２の強度値を引いて得られる。言い換えれば、第Ｎ値のスペクトル値は、第Ｎ値の強度値から第（Ｎ−１）値の強度値を引いて得られる。Ｎは、整数である。

【0047】

第１のスペクトル値は、光ビームＢ１の波長帯Ａ１１のスペクトルの強度に対応する。第２のスペクトル値は、光ビームＢ１の波長帯Ａ１１とＡ１２のスペクトルの強度に対応する。第３のスペクトル値は、光ビームＢ１の波長帯Ａ１１、Ａ１２、およびＡ１３のスペクトルの強度に対応する。第４のスペクトル値は、光ビームＢ１の波長帯Ａ１１とＡ１４のスペクトルの強度に対応する。

【0048】

第１のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第１の強度値に応じて得られる。第２のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第２の強度値から第１の強度値を引いて得られる。第３のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第３の強度値から第２の強度値を引いて得られる。第４のスペクトル値は、プロセスモジュール５０で第４の強度値から第１の強度値を引いて得られる。

【0049】

従って、スペクトル値は、画素グループ３１の中の１つのフィルター３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、および３２ｄに対応し、サンプルのスペクトル画像の画素が形成される。画素グループ３１は、画素アレイに配置されるため、サンプルの２Ｄスペクトル画像は、スペクトル値に従ってプロセスモジュール５０によって生成されることができる。

【0050】

フィルターアレイ３０と検出層４０は、半導体製造プロセスによって形成されるため、フィルター３２と検出ユニット４１の密度が大きく、サンプルのスペクトル画像の解像度を向上できる。

【0051】

また、マルチバンドパスフィルター１０、フィルター３２、および検出ユニット４１の構造により、いくつかの光学素子、例えばビームスプリッタ、コリメータ、および集光ミラーは、必要がなくなる。このため、スペクトル測定装置の体積と重量は減少される。

【0052】

図４は、本発明の実施形態に係る、フィルターアレイ３０の概略図である。画素グループ３１は、画素アレイに配置される。各画素グループ３１は、４つの種類のフィルター３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、および３２ｄを含む。フィルター３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、および３２ｄは、２×２マトリクスに配列される。

【0053】

図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の実施形態に係る画素グループ３１の概略図である。図５Ａ、図５Ｂは、異なる種類のサンプルに対応するように図４のフィルター３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、および３２ｄの異なる配置を示している。

【0054】

図１、および図５Ｃ〜５Ｆに示すように、画素グループ３１は、６つのフィルター３２を含む。フィルター３２ａは、フィルター３２ｂに隣接、または接続し、フィルター３２ｂは、フィルター３２ｃに隣接、または接続し、且つフィルター３２ｃは、フィルター３２ｄに隣接または接続する。フィルター３２ｄは、第５のフィルター３２ｅに隣接するか、または接続され、第５のフィルター３２ｅは、第６のフィルター３２ｆに隣接、または接続する。

【0055】

第５のフィルター３２ｅは、第５の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。第６のフィルター３２ｆは、第６の波長より長いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。第４の波長は第５の波長より長い。第５の波長は第６の波長より長い。

【0056】

本実施形態では、第１の波長は、約９００ｎｍであり、第２の波長は、約８００ｎｍであり、第３の波長は、約７００ｎｍであり、第４の波長は、約６００ｎｍであり、第５の波長は、約５００ｎｍであり、且つ第６の波長は、約４００ｎｍである。言い換えれば、第１〜第６の波長の波長は徐々に増加している。

【0057】

図５Ｃに示されるように、第１のフィルター３２ａ〜第６のフィルター３２ｆは、線状経路Ｔ１に沿って順次に配列される。図５Ｄに示されるように、第１のフィルター３２ａ〜第６のフィルター３２ｆは、Ｕ字型経路Ｔ２に沿って順次に配列される。図５Ｅに示されるように、第１のフィルター３２ａ〜第６のフィルター３２ｆは、波形状経路Ｔ３に沿って順次に配列される。図５Ｆに示されるように、第１のフィルター３２ａ〜第６のフィルター３２ｆは、鋸歯状経路Ｔ４に沿って順次に配列される。

【0058】

図６Ａは、本発明の実施形態に係る、フィルターアレイ３０の透過率に対する波長の特性を示すグラフである。本実施形態では、フィルター３２ａは、第１の波長より長い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第１の波長は約８００ｎｍである。

【0059】

フィルター３２ｂは、第２の波長より長い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第２の波長は約６００ｎｍである。フィルター３２ｃは、第３の波長より長い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第３の波長は約５００ｎｍである。

【0060】

フィルター３２ｄは、第４の波長より長い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第４の波長は約４００ｎｍまたは４１０ｎｍである。従って、第１の波長は、第２の波長より長く、第２の波長は、第３の波長より長く、第３の波長は、第４の波長より長い。

【0061】

波長帯Ａ１１の波長および／またはピーク波長Ｐ１１は、第１の波長より長い。波長帯Ａ１２は、第１の波長と第２の波長との間にある。波長帯Ａ１３は、第２の波長と第３の波長との間にある。波長帯Ａ１４は、第３の波長と第４の波長との間にある。

【0062】

図６Ｂは、本発明の実施形態に係る、フィルターアレイ３０の透過率に対する波長の特性を示すグラフである。本実施形態では、フィルター３２ａは、第１の波長より短い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第１の波長は約５００ｎｍである。

【0063】

フィルター３２ｂは、第２の波長より短い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第２の波長は約６００ｎｍである。フィルター３２ｃは、第３の波長より短い波長のマルチバンドビームＢ２を通過させる。例えば、第３の波長は約８００ｎｍである。

【0064】

フィルター３２ｄは、第４の波長より短いマルチバンドビームＢ２の波長を通過させる。例えば、第４の波長は約９００ｎｍである。従って、第１の波長は、第２の波長より短く、第２の波長は、第３の波長より短く、第３の波長は、第４の波長より短い。

【0065】

波長帯Ａ１１は、第３の波長と第４の波長との間にある。波長帯Ａ１２は、第２の波長と第３の波長との間にある。波長帯Ａ１３は、第１の波長と第２の波長との間にある。波長帯Ａ１４の波長および／またはピーク波長Ｐ１４は、第１の波長より短い。

【0066】

図７は、本発明の実施形態に係る、スペクトル測定装置１の概略図である。レンズモジュール２０は、マルチバンドパスフィルター１０とフィルターアレイ３０上に配置される。スペクトル測定装置１は、フィルターアレイ３０に配置されたマイクロレンズ６０を更に含む。マイクロレンズ６０は、マルチバンドビームＢ２をフィルター３２または検出ユニット４１に集光させるように構成されている。

【0067】

このように、フィルターアレイと検出層は、半導体製造プロセスによって形成されるため、複数の光学素子が不要となり、スペクトル測定装置の体積と重量は減少される。また、フィルターアレイによって、スペクトル測定装置はサンプルの２Ｄスペクトルを測定することができ、サンプルのスペクトル画像の解像度を向上させることができる。

【0068】

本発明は、実施形態の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

【符号の説明】

【0069】

１…スペクトル測定装置
１０…マルチバンドパスフィルター
１１…入射面
１２…出射面
２０…レンズモジュール
２１…レンズ
３０…フィルターアレイ
３１…画素グループ
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ…フィルター
４０…検出層
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…検出ユニット
５０…プロセスモジュール
６０…マイクロレンズ
Ａ１…波長帯
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４…波長帯
Ｂ１…光ビーム
Ｂ２…マルチバンドビーム
Ｂ３１…第１のビーム
Ｂ３２…第２のビーム
Ｂ３３…第３のビーム
Ｂ３４…第４のビーム
Ｐ１、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４…ピーク波長
Ｔ１…線状経路
Ｔ２…Ｕ字型経路
Ｔ３…波形状経路
Ｔ４…鋸歯状経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図6A】

【図6B】

【図7】