CN104251818A - 图像捕获装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供图像捕获装置和电子设备。该图像捕获装置包括：窄带光照射***，包括光源；固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年6月28日提交的日本优先专利申请JP2013-136220的权益，其整体内容通过引用合并于此。
技术领域
本技术涉及图像捕获装置和电子设备，并且尤其涉及成本低且配置简单并且可以测量目标对象的图像捕获装置和电子设备。
背景技术
作为使用表面等离子体极化激元(SPP)的滤波器(下文称为“金属薄膜滤波器”)的实践使用的示例，已经报道该滤波器用于监测病毒或者细菌的生长或者测试抗体的敏感性(例如见Yanik，A.A.等的，Nano Letters10(12),4962-4969(2010))。
如1图中示意性所示，为了执行这种测量，使用在光源和光谱仪之间的光学路径中提供金属薄膜滤波器的配置。在该配置中，用来自光源的光照射金属薄膜滤波器，并且使用光谱仪测量通过其透射的光的光谱，由此测量附着到金属薄膜的对象目标。
具体地，例如，如果病毒或者细菌被附着到在金属薄膜滤波器的表面上固定的抗原或者抗体，以改变金属薄膜滤波器的周围的折射率，则平移透射光的光谱分布。
图2示出金属薄膜滤波器的透射波长轮廓，其中水平轴表示波长并且垂直轴表示透射效率。波形A指示病毒等尚未附着的初始状态下的透射光谱，并且波形B和C指示自从最初状态已经经过预定时间之后(即，已经附着病毒等之后)获得的透射光光谱。如可以从这些波形看到，随着时间经过将透射光谱的峰值波长平移到更长的波长。
在现有技术的测量技术中，通过使用光谱仪测量透射光谱的峰值波长的这种平移的量获得金属薄膜滤波器的周围的折射率的改变量，并且基于改变量确定在金属薄膜滤波器上呈现的病毒或者细菌的量。
发明内容
然而，在现有技术的以上测量技术中，有必要使用用于测量透射光谱的峰值波长的平移量的光谱仪。一般地，配备有光谱仪的装置成本高并且配置复杂。因此，已经要求成本低且配置简单并且可以测量目标对象的装置。
鉴于此，已经做出本技术，以使用低成本和简单配置测量目标对象。
根据本公开的第一实施例，提供一种图像捕获装置，包括：窄带光照射***，包括光源；固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
金属薄膜滤波器可以具有这样性质：由于紧紧附着金属薄膜滤波器或者接近金属薄膜滤波器定位的目标对象的折射率和利用其填充金属薄膜滤波器周围的空间的介质的折射率之间的差异，在波长方向上平移透射光的光谱分布。图像捕获装置还包括信号处理器，还配置为检测固态成像元件的信号强度的改变，该信号强度的改变与对应于波长方向上透射光的光谱分布的平移的透射效率的改变对应。
金属薄膜滤波器可以是具有500nm或者更小的厚度的单质金属或者合金的薄膜。
金属薄膜滤波器可以具有金属薄膜滤波器的表面的至少一个周期性微结构模式，并且微结构图像的基本周期不长于近似可见光的波长。
金属薄膜滤波器可以具有孔阵列结构作为微结构模式，该孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口。
金属薄膜滤波器可以具有点阵列结构作为微结构模式，该点阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构。
金属薄膜滤波器可以具有同轴孔阵列结构作为微结构模式，该同轴孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口，每个开口具有在开口的中心提供点状结构的同轴结构。
金属薄膜滤波器可以具有环形阵列结构作为微结构模式，该环形阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构，每个点状结构具有环状形结构，在环状形结构中，具有小于点状结构的直径的开口提供在点状结构的中心。
在固态成像元件中，像素的阵列可以被划分为多个块。在金属薄膜滤波器中，与相邻块对应的区域可以具有相同的微结构模式。信号处理器可以获得由相邻块中的像素检测到的信号之间的差异以校正相邻块中的像素之间的偏移。
光源可以发射具有窄带的波长的光。
光源可以是配置为选择性发射具有固态成像元件对于其敏感的波长带的窄带波长的电磁波的发光二极管(LED)光源或者激光源。
固态成像元件可以对于可见光或者近红外光的波长范围敏感。
金属薄膜滤波器可以可拆卸地附接在光学路径中。
根据本公开的第一实施例的图像捕获装置可以包括窄带光照射***，包括光源；固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
根据本公开的第二实施例，提供一种电子设备，包括：图像捕获装置，包括：窄带光照射***，包括光源；固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
根据本公开的第二实施例的电子设备可以包括图像捕获装置，包括：窄带光照射***，包括光源；固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
根据本技术的第一和第二方面，可以以低成本和简单配置测量目标对象。
附图说明
图1是用于描述现有技术的配置的示图；
图2是用于描述现有技术的测量技术的示图；
图3是示出本技术应用于的图像捕获装置的实施例的配置的示图；
图4是描述使用图3的图像捕获装置的目标对象的测量的原理的示图；
图5是示出窄带光源的光谱的示图；
图6是金属薄膜滤波器的示例结构的示图；
图7是用于描述与对应于峰值波长的平移的透射效率的改变对应的信号强度的改变的检测的原理的示图；
图8是用于描述固态成像元件的光接收表面的信号强度的改变的示图；
图9是示出与感兴趣像素P2,2对应的区域的透射波长轮廓的示图；
图10是示出与感兴趣像素P6,9对应的区域的透射波长轮廓的示图；
图11是作为仿真的结果获得的透射波长轮廓的示图；
图12是图11的透射波长轮廓的一部分的放大视图；
图13是示出固态成像元件的光接收表面和与相邻块对应的区域之间的关系的示图；
图14是示出在每个相邻块的像素处检测到的光的强度的示图；
图15是示出在每个相邻块的像素处检测到的光的强度的示图；
图16是示出具有孔阵列结构的金属薄膜滤波器的示图；
图17是示出具有点阵列结构的金属薄膜滤波器的示图；
图18是示出具有同轴孔阵列结构的金属薄膜滤波器的示图；
图19是示出具有环形阵列结构的金属薄膜滤波器的示图；以及
图20是示出本技术应用于的电子设备的实施例的配置的示图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构要素用相同的附图标号表示，并且省略这些结构要素的重复说明。
<图像捕获装置的配置>
图3是示出本技术应用于的图像捕获装置的实施例的配置的示图。
图3的图像捕获装置100具有测量目标对象的功能。如图3所示，图像捕获装置100包括光源111、金属薄膜滤波器112-1、固态成像元件113、DSP114、成像元件控制器115、总线116、信号处理器117、存储118、微处理器119、光源控制器120、滤波器控制器121和用户界面122。
光源111被包括在包括镜头、滤波器等的光照射***中。光源111是可以选择性发射具有窄带波长的电磁波的单色表面光源，诸如发光二极管(LED)光源、激光源等。从光源111发射的光通过金属薄膜滤波器112-1透射，并且然后由固态成像元件113的光接收表面接收。
金属薄膜滤波器112-1是诸如金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等的单质金属或者其其合金的薄膜，并且具有500nm或者更少的厚度。金属薄膜滤波器112-1在其表面上具有关于由固态成像元件113检测到的波长的亚波长大小的周期性微结构模式。
注意，如图3所示，金属薄膜滤波器112-1可以由预定机构拆卸地附接，并且替代金属薄膜滤波器112-1，在其表面上具有不同微结构图像的任何金属薄膜滤波器112-2至112-N(其中，N是一或更大的整数)可以被附接并且提供在光源111和固态成像元件113之间的光学路径中。在下面的描述中，当没有必要区分时，金属薄膜滤波器112-1至112-N可以被简单称为金属薄膜滤波器112。
固态成像元件113例如是包括像素的阵列并且对于可见或者近红外光的波长范围敏感的二维固态成像元件，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CDD)图像传感器等。
固态成像元件113接收已经从光源111发射并且然后通过金属薄膜滤波器112透射的光，并且输出与入射光的量(强度)对应的检测信号。从固态成像元件113输出的检测信号在通过总线116供应到信号处理器117之前由DSP114和成像元件控制器115处理。
信号处理器117对来自固态成像元件113的检测信号执行下面描述的各种信号处理，诸如检测信号强度的改变的处理(图7等)、映射已捕获图像的处理(图8等)等。信号处理器17也经由总线116存取存储118，以当必要时向存储118记录各种数据项。
微处理器119经由总线116控制图像捕获装置100的部分，诸如成像元件控制器115、信号处理器117、光源控制器120、滤波器控制器121等。
光源控制器120在微处理器119的控制下控制光源111。作为结果，从光源111(诸如LED光源等)选择性发射具有窄带波长的电磁波。
滤波器控制器121在微处理器119的控制下控制金属薄膜滤波器112。作为结果，例如，可以改变金属薄膜滤波器112-1的特性。
用户界面122接收用户的指令。微处理器119基于对用户界面122的指令，控制图像捕获装置100的每个部分的操作。
图像捕获装置100具有上面的配置。
<本技术应用于的测量方法>
图4是描述通过图3的图像捕获装置100的目标对象的测量的原理的示图。
如图4示意性所示，在光源111和固态成像元件113之间的光学路径中提供金属薄膜滤波器112。如图4中的箭头所示，从光源111发射的光通过金属薄膜滤波器112透射并且然后由固态成像元件113的光接收表面接收。
这里，如图5所示，光源111发射具有固态成像元件113对于其敏感的波长带内的波长的特定窄带波长的光。注意，具有特定窄带波长的光具有不大于数十纳米的半宽度。
如图6所示，金属薄膜滤波器112具有亚波长大小的周期性微结构模式。在图6的示例中，金属薄膜滤波器112具有带有比由固态成像元件113检测到的波长更小的直径的开口(孔)的二维阵列。金属薄膜滤波器112具有归因于其结构和金属以及周围介质的物理性质的特性透射性质。具体地，金属薄膜滤波器112在其金属表面中具有的微小周期性结构，因此由于在金属薄膜表面和周围介质之间的界面生成的表面等离子体极化激元而引起干涉发生，导致对于结构和物理性质的值特定的透射波长轮廓。表面等离子体极化激元的色散关系取决于金属和金属表面的很邻近(距表面数百纳米的范围内)中呈现的介质之间的复杂折射率，并且因此，对于窄区域的折射率的改变很敏感。
因为金属薄膜滤波器112具有这种特性，所以如果金属薄膜滤波器112的很邻近的周围的折射率改变，则透射光的光谱分布在波上方向上平移，以使得透射效率关于感兴趣的任何特定波长改变。如果从光源111发射的光的强度相同，则由固态成像元件113检测到的信号的强度与透射效率的改变成比例。因此，通过获得信号强度的改变，可以确定病毒或者细菌是否附着到在金属薄膜滤波器112的表面上固定的抗原或者抗体。
图7示出金属薄膜滤波器112的示例透射波长轮廓的示例。如上面描述，透射光谱的峰值波长随着时间经过平移到更长的波长。这里，可以看到，随着峰值波长平移，透射效率随着时间经过关于图7中由M指示的位置处的感兴趣的特定波长而改变，就像在时间t0(最初状态)、时间t1(例如，已经经过一小时之后)和时间t2(例如，已经经过两小时之后)t2处的透射效率那样。
在固定状态成像元件113中，以信号强度的改变的形式检测透射效率的改变。具体地，金属薄膜滤波器112具有这样的性质：由于紧紧附着或者接近目标对象定位的目标对象的折射率和利用其填充其周围的空间的介质的折射率之间的差异，在波长方向上平移透射光的光谱分布。因此，信号处理器117检测固态成像元件113的信号强度的改变，作为与波长方向上透射光的光谱分布的平移对应的透射效率的改变。
由此，在图像捕获装置100中，当测量目标对象时，如果使用具有不大于数十纳米的半宽度的窄带的表面光源111，那么以固态成像元件113的信号强度的改变的形式检测透射光谱的峰值波长的平移(即，金属薄膜滤波器112的金属表面的很邻近的折射率的改变)。因此，在图像捕获装置100中，即使当不提供光谱仪时，也可以确定病毒等是否附着到在金属薄膜滤波器112的表面上固定的抗原或者抗体。因此与配备有光谱仪的装置比较，可以以低成本和简单配置测量目标对象。
<已捕获图像的映射>
图8是用于描述在固态成像元件113的光接收表面处的信号强度的改变的示图。
固态成像元件113具有包括生成与入射光量对应的电荷量的光电转换元件的单位像素的阵列。在图8中，为了方便的缘故，仅示出作为i×j(其中，i和j是一或者更多的整数)像素的一部分的10×12像素区域。图8A示出在时间t0处每个像素的状态(最初状态)。图8B示出在时间t1处的每个像素的状态(例如，已经经过一个小时之后)。图8C示出在时间t2处的每个像素的状态(例如，已经经过两个小时之后)。
在图8中，在每个像素中，用不同阴影表示入射光量的改变，即与金属薄膜滤波器112的很邻近中的折射率的改变(透射率的改变)对应的信号强度的改变。阴影随着折射率的改变的增加而增加。换言之，图8A到8C示出与10×12像素区域对应的金属薄膜滤波器112的部分区域中折射率随时间的改变。
如图8A所示，在时间t0，病毒等没有被附着到金属薄膜滤波器112，以使得折射率不发生改变，并且因此，信号强度的改变不发生。此后，如图8B所示，在时间t1，折射率的稍微改变发生在部分区域，诸如左上区域等，以使得检测到信号强度的对应改变。此后，如图8C所示，在时间t2，折射率的改变发生在大区域中，以使得检测到信号强度的对应改变。
这里，可以看到，例如，在图8A到8C所示的10×12像素区域中的感兴趣的像素P2,2中，像素的阴影随时间增加，因此折射率的大改变发生。图9示出与感兴趣的像素P2,2对应的金属薄膜滤波器112的区域的透射波长轮廓。如图9所示，在时间t0，折射率的改变不发生，以使得透射效率高，并且在时间t1，折射率的改变发生，以使得透射效率稍微减少。此时，在时间t3，折射率的明显改变发生，以使得透射效率明显减少。
由此，在像素中P2,2，折射率在金属薄膜滤波器112的对应区域中随时间改变。该改变使得透射光谱的峰值波长被平移，以使得透射效率成比例地减少。作为结果，在像素P2,2，获得检测信号，该检测信号具有比与折射率的改变没有发生的区域对应的其他像素的电平更暗的电平。
这里，可以看到，例如，在图8A至8C所示的10×12像素区域的感兴趣像素P6,9中，即使在时间已经经过之后，像素的阴影根本没有改变，因此，折射率的改变不发生。图10示出与感兴趣像素P6,9对应的金属薄膜滤波器112的区域中的透射波长轮廓。如图10所示，在所有时间t0、t1和t2，透射率的改变不发生，以使得不平移透射光谱的峰值波长，因此，透射效率实质恒定。
由此，在像素P6,9，即使在时间已经经过之后，透射率的改变不发生在金属薄膜滤波器112的对应区域中，因此，透射光谱的峰值波长的对应平移不发生。作为结果，透射效率不实质改变，并且在像素P6,9，输出具有恒定电平的检测信号。
信号处理器117获得与这种检测信号对应的已捕获图像。因此，例如，如果使用在预定时间间隔获得的多个已捕获图像执行平滑，或者计算每个已捕获图像之间的差异，则可以检测从与折射率的改变发生的区域对应的像素获得的检测信号的信号强度的改变。
虽然在图8的示例中，仅仅示出10×12像素区域，但是实际可以贯穿金属薄膜滤波器112的整个区域获得二维图像，这是因为实现了与固态成像元件113的像素侧对应的空间分辨率。此外，因为固态成像元件113具有微小像素(其具有不大于接近几微米的像素尺寸)的阵列，所以可以以高空间分辨率二维映射在金属薄膜滤波器112的邻近的区域中的折射率的改变。作为结果，可以以高信号/噪声(S/N)比检测折射率改变。
<验证透射效率的改变的仿真>
图11是示出作为由本技术的发明人进行的仿真的结果获得的金属薄膜滤波器112的透射波长轮廓的示图。在该仿真中，金属薄膜滤波器112是作为金(Au)薄膜的并且具有上面图6所示的开口(孔)的二维阵列的金属薄膜滤波器。
图11的透射波长轮廓示出指示当薄膜周围的介质的折射率n在厚度方向上例如从1.300改变到1.301时金属薄膜滤波器112的透射效率和峰值平移如何改变的仿真的结果。在该情形下，峰值波长平移量与大约1nm一样小。在图12示出包括峰值波长周围的波形的区域E的放大视图。具体地，如图12的放大视图所示，可以看到，例如，在特定感兴趣波长(λ＝628nm)，当情形A(折射率n＝1.300)被改变到情形B(折射率n＝1.301)时，峰值波长平移的量大约是1nm，但是透射效率从3.2％改变到3.5％，即大约10％。
以固态成像元件113的信号强度的改变的形式检测透射效率的改变。因此，例如可以确定病毒等是否附着到在金属薄膜滤波器112的表面上固定的抗原或者抗原。
<像素划分为块>
在固态成像元素113中，以阵列布置的像素可以被划分为多个块。在金属薄膜112中，可以使得与相邻块对应的区域具有相同的微结构模式。通过计算由相邻块中的像素检测到的信号之间的差异，可以校正像素之间的偏移。
具体地，例如，如图13所示，假设作为提供在像素阵列单元中的i×j像素的一部分的10×12像素区域被划分为包括像素P2,2的块B1和包括像素P2,3的块B2。此时，在金属薄膜滤波器112中，与块B1对应的区域R1和与块B2对应的区域R2具有相同的微结构模式，该微结构图像具有图13中所示的开口(孔)的二维阵列。
在该情形下，图14和15中示出在时间t0(最初时间)和在时间t1(例如，一个小时已经经过之后等)处到固态成像元件113的块B1和B2的入射光的量(强度)。
在时间t0，如图14所示，病毒等没有附着到金属薄膜滤波器112的区域R1或者区域R2，因此，在包括在块B1中的像素P2,2和包括在块B2中的像素P2,3处检测到相同光强度。因此，在像素P2,2和P2,3处获得的检测信号具有相同电平。具体地，在时间t0，与区域R1对应的块B1中获得的检测信号的电平和与区域R2对应的块B2中获得的检测信号的电平之间的差异例如可以由以下计算：
信号电平(t0)＝IR1(t0)-IR2(t0) (1)
注意，在表达式(1)中，IR1(t0)和IR2(t0)具有基本相同的值，因此，信号电平(t0)例如基本是零。
此后，在时间t1，如图15所示，病毒等(图15中的“目标对象”)被附着到金属薄膜滤波器112的区域R1，以使得区域R1的金属表面的很邻近的折射率的改变发生。作为结果，到块B1的入射光量的改变改变，以使得在由像素P2,2检测到的光强度中发生改变。另一方面，病毒等仍没有被附着到金属薄膜滤波器112的区域R2，以使得到与区域R2对应的块B2的入射光量的改变在时间t0和时间t1之间没有发生，因此，在像素P2,3检测到相同光强度。具体地，例如可以通过以下计算，在时间t1处与区域R1对应的块B1中获得的检测信号的电平和与区域R2对应的块B2中获得的检测信号的电平之间的差异：
信号电平(t1)＝IR1(t1)-IR2(t1) (2)
注意，在表达式(2)中，IR1(t1)和IR2(t1)具有在块B1中检测到的检测信号的不同电平，因此，信号电平(t1)具有与检测信号的电平之间的差异对应的值。
由此，如果在从时间t0到时间t1的时间段期间，例如，在环境温度、光源111的光强或者其他条件中发生改变，则在到固态成像元件113的光接收表面的入射光量中发生改变，以使得在每个像素处检测到的光强度中发生改变。这种条件的改变可能向每个像素处获得的检测信号添加噪声。然而，如果像素被划分为块，则使得与相邻块对应的区域具有相同微结构模式，并且计算相邻块中像素处检测到的信号(与透射光分量对应的信号)之间的差异，则可以校正两个块中像素之间的直流(DC)偏移。作为结果，可以以高精度检测在具有光强度改变的像素处的信号强度的改变，因此，可以以高S/N比检测到折射率的改变，以获得已捕获图像。
虽然在前面，为了方便的缘故，假设每个块包括单一像素，但是每个块可以包括一个或者多个像素。
<金属薄膜滤波器的特定示例结构>
金属薄膜滤波器112使用微结构模式以生成通过耦合自由电子和特定电磁波波长的光而引起的表面等离子体极化激元。金属薄膜滤波器112是亚波长结构，通过精密制造具有紫外光的波长带中的等离子频率的导电材料(具体地，优选金(Au)、银(Ag)或者铝(Al))的薄膜而获得该亚波长结构。金属薄膜滤波器112也具有导体的物理性质、由模式的周期确定的共振波长、开口的直径、点尺寸、薄膜厚度和该结构周围的介质的物理性质。因此，下面，将参考图16至19描述金属薄膜滤波器112的特定示例结构。
(孔阵列结构)
图16是示出使用孔阵列结构作为金属薄膜滤波器112的微结构模式的情形的示图。
如图16所示，孔阵列结构具有开口(孔)的二维阵列，该开口具有小于由固态成像元件113检测到的波长的直径。该开口优选地以具有蜂巢结构(在下文中称为“蜂巢阵列”)的阵列布置，如图16所示。该开口可以以任何其他周期性阵列布置，诸如具有矩形矩阵(方形矩阵)结构的阵列(在下文称为“矩形矩阵(orthogonal matrix)阵列”)。注意，开口具有直径D，直径D短于可见光的波长，例如500nm或者更少。每个开口之间的间隔(即周期性结构的基本周期P)例如优选地是由固态成像元件113检测到波长的大约一半，具体地大约500nm或者更少。薄膜具有例如大约500nm或者更少的厚度。
(点阵列结构)
图17是示出使用点阵列结构作为金属薄膜滤波器112的微结构模式的情形的示图。
如图17所示，点阵列结构具有点的二维阵列，该点具有比由固态成像元件113检测到的波长更小的直径。点优选地以图17所示的蜂巢阵列布置。点可以以任何其他周期性阵列(诸如矩形矩阵阵列)布置。注意，点具有短于可见光的波长的直径D，例如，500nm或者更少。每个点之间的间隔(即，周期性结构的基本周期P)优选地例如是大约500nm或者更少。薄膜具有例如大约500nm或者更少的厚度。
(同轴孔阵列结构)
图18是示出使用同轴孔阵列结构作为金属薄膜滤波器112的微结构模式的情形的示图。
如图18所示，同轴孔阵列结构具有开口(孔)的二维阵列，该开口具有小于由固态成像元件113检测到的波长的直径。该开口优选地以蜂巢阵列布置，如图18所示。开口可以以任何其他周期性阵列(诸如矩形矩阵阵列)布置。注意，这些点状结构提供在每个以二维阵列布置的开口的中心处。注意，开口具有短于可见光的波长的直径D，例如，500nm或者更少。每个点之间的间隔(即，周期性结构的基本周期P)例如是大约500nm或者更少。薄膜具有例如大约500nm或者更少的厚度。
(环形阵列结构)
图19是示出使用环形阵列结构作为金属薄膜滤波器112的微结构模式的情形的示图。
如图19所示，环形阵列结构具有具有比由固态成像元件113检测到的波长更小的直径的点的二维阵列。点优选地以图19所示的蜂巢阵列布置。点可以以任何其他周期性阵列(诸如矩形矩阵阵列)布置。以二维阵列布置的每个点具有开口，该开口小于点的直径的直径。注意，点具有短于可见光的波长的直径D，例如，500nm或者更少。每个点之间的间隔(即，周期性结构的基本周期P)例如是大约500nm或者更少。薄膜具有例如大约500nm或者更少的厚度。
上面已经描述金属薄膜滤波器112的特定示例结构。由此，金属薄膜滤波器112具有其表面中的至少一个周期性微结构模式。微结构模式的基本周期不长于接近可见光的波长。金属薄膜滤波器112可以具有仅仅上面的结构之一或者上面的结构的两个或者更多的组合作为微结构模式。
<用于制造金属薄膜滤波器的方法>
现在将简要描述制造图像捕获装置100的金属薄膜滤波器112的方法。注意，本技术不限于下面的制造方法，并且可以使用可以以高精度提供金属薄膜滤波器112的结构的任何方法。
最初，准备平的和光学透明的衬底作为在其上实现金属薄膜滤波器112的基底。作为在可见光的波长带内使用的透明绝缘层的介质，优选使用二氧化硅(SiO2)和包括作为主成分的二氧化硅(SiO2)的复合材料。除此之外，可以使用氟化镁(MgF2)等。虽然折射率增加，但是可以使用氧化物和氮化物，诸如氮化硅(Si3N4)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化铪(HfO2)等。
通过溅射等在衬底上形成作为金属薄膜滤波器112的基底的金属薄膜。通过诸如电子束光刻、EUV或者UV光刻、干涉曝光、刻蚀等的技术产生给予金属薄膜滤波功能的微结构。在刻蚀技术中，各向异性干刻蚀是优选的。作为用于刻蚀的气体，基于四氟化碳(CF4)的刻蚀气体是优选的。六氟化硫((SF6)、三氟甲烷(CHF3)、二氟化氙(XeF2)等也是优选的。注意，可以使用电子束光刻产生具有基本结构的纳米压模，并且可以使用纳米打印技术来转印结构。
<电子设备的配置>
图20是示出本技术应用于的电子设备的实施例的配置的示图。
电子设备30例如是移动信息设备或者移动通信终端，诸如移动电话、智能手机、平板计算机等。如图20所示，电子设备300包括图像捕获装置100、控制器311、存储器单元312、操作单元313、显示单元314、无线通信单元315和音频处理器316。
控制器311控制电子设备300的每个部分。存储器单元312在存储器311的控制下存储各种数据项。
操作单元313向控制器311供应与用户的操作对应的操作信号。控制器311基于来自操作单元313的操作信号控制电子设备300的每个部分的操作。注意，操作单元313可以是物理按钮，或者可替代地，是例如在具有触摸屏的显示单元314的屏幕上显示的图形用户界面(GUI)图像。
显示单元314包括诸如液晶显示器(LCD)等的显示装置。显示单元314在控制器311的控制下显示各种信息项，诸如文本、图像等。
无线通信单元315在控制器311的控制下经由网络(诸如因特网等)执行与预定服务器的无线通信。
音频处理器316具有用于执行对话的装置，诸如麦克风、扬声器等。音频处理器316在控制器311的控制下执行音频输入处理或者音频输出处理。
图像捕获装置100具有图3的配置。在图像捕获装置100中，以固态成像元件113的信号强度的改变的形式检测金属薄膜滤波器112的金属表面的很邻近的折射率的改变，由此测量目标对象。向控制器311供应目标对象的测量的结果。例如，显示单元314在控制器311的控制下显示目标对象的测量的结果。
电子设备300具有上面的配置。
如上描述，根据本技术，当测量目标对象时，以固态成像元件113的信号强度的改变的形式检测透射光谱的峰值波长的平移，即金属薄膜滤波器112的金属表面的很邻近的折射率的改变。因此，可以在不需要提供光谱仪的情况下，测量目标对象。
具体地，在现有技术的测量技术中，有必要提供用于检测透射光谱的峰值波长的平移量的光谱仪。在本技术的实施例的测量技术中，使用发射具有窄带波长的光的LED光源等作为光源111，并且紧接在金属薄膜滤波器112下面提供二维高密度固态成像元件113，由此可以独立依据阵列中布置的每个像素独立检测像素信息。因此，替代透射光谱的峰值波长的平移量，可以以在特定波长与透射效率的改变对应的信号强度的改变的形式检测状态的改变。因此，根据本技术的实施例的测量技术，与使用光谱仪的现有技术的测量技术比较，可以以低成本和简单配置测量目标对象。
虽然在前面，使用表面等离子体极化激元的滤波器被称为“金属薄膜滤波器”，但是滤波器也可以被称为“等离子体滤波器”。
本领域的技术人员应当理解，只要在所附权利要求或其等效物的范围之内，取决于设计要求和其他因素可以发生各种变型、组合、子组合和变更。
另外，本技术还可以如下配置。
(1)一种图像捕获装置，包括：
窄带光照射***，包括光源；
固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及
金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
(2)如(1)所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有这样性质：由于紧紧附着金属薄膜滤波器或者接近金属薄膜滤波器定位的目标对象的折射率和利用其填充金属薄膜滤波器周围的空间的介质的折射率之间的差异，在波长方向上平移透射光的光谱分布，以及
图像捕获装置还包括信号处理器，还配置为检测固态成像元件的信号强度的改变，该信号强度的改变与对应于波长方向上透射光的光谱分布的平移的透射效率的改变对应。
(3)如(1)或(2)所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器是具有500nm或者更大的厚度的单质金属或者合金的薄膜。
(4)如(1)到(3)中任一项所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器具有金属薄膜滤波器的表面的至少一个周期性微结构模式，并且微结构图像的基本周期不长于近似可见光的波长。
(5)如(4)所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器具有孔阵列结构作为微结构模式，该孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口。
(6)如(4)所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有点阵列结构作为微结构模式，该点阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构。
(7)如(4)所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有同轴孔阵列结构作为微结构模式，该同轴孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口，每个开口具有在开口的中心提供点状结构的同轴结构。
(8)如(4)所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有环形阵列结构作为微结构模式，该环形阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构，每个点状结构具有环状形结构，在环状形结构中，具有小于点状结构的直径的开口提供在点状结构的中心。
(9)如(4)至(8)中任一项所述的图像捕获装置，其中，
在固态成像元件中，像素的阵列被划分为多个块，
在金属薄膜滤波器中，与相邻块对应的区域具有相同的微结构模式，以及
信号处理器获得由相邻块中的像素检测到的信号之间的差异以校正相邻块中的像素之间的偏移。
(10)如(1)至(9)中任一项所述的图像捕获装置，其中，
光源发射具有窄带的波长的光。
(11)如(10)所述的图像捕获装置，其中
光源是配置为选择性发射具有固态成像元件对于其敏感的波长带的窄带波长的电磁波的发光二极管(LED)光源或者激光源。
(12)如(1)至(11)中任一项所述的图像捕获装置，其中
固态成像元件对于可见光或者近红外光的波长范围敏感。
(13)如(1)所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器可拆卸地附接在光学路径中。
(14)一种电子设备，包括：
图像捕获装置，包括：
窄带光照射***，包括光源；
固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及
金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
Claims (14)
1.一种图像捕获装置，包括：
窄带光照射***，包括光源；
固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及
金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
2.如权利要求1所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有这样性质：由于紧紧附着金属薄膜滤波器或者接近金属薄膜滤波器定位的目标对象的折射率和利用其填充金属薄膜滤波器周围的空间的介质的折射率之间的差异，在波长方向上平移透射光的光谱分布，以及
图像捕获装置还包括信号处理器，配置为检测固态成像元件的信号强度的改变，该信号强度的改变与对应于波长方向上透射光的光谱分布的平移的透射效率的改变对应。
3.如权利要求2所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器是具有500nm或者更少的厚度的单质金属或者合金的薄膜。
4.如权利要求3所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器具有金属薄膜滤波器的表面的至少一个周期性微结构模式，并且微结构图像的基本周期不长于近似可见光的波长。
5.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中，
金属薄膜滤波器具有孔阵列结构作为微结构模式，该孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口。
6.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有点阵列结构作为微结构模式，该点阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构。
7.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有同轴孔阵列结构作为微结构模式，该同轴孔阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的开口，每个开口具有在开口的中心提供点状结构的同轴结构。
8.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器具有环形阵列结构作为微结构模式，该环形阵列结构包括以蜂巢阵列或者矩形矩阵阵列布置的、具有500nm或者更少的直径的点状结构，每个点状结构具有环状形结构，在环状形结构中，具有小于点状结构的直径的开口提供在点状结构的中心。
9.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中，
在固态成像元件中，像素的阵列被划分为多个块，
在金属薄膜滤波器中，与相邻块对应的区域具有相同的微结构模式，以及
信号处理器获得由相邻块中的像素检测到的信号之间的差异以校正相邻块中的像素之间的偏移。
10.如权利要求1所述的图像捕获装置，其中，
光源发射具有窄带的波长的光。
11.如权利要求10所述的图像捕获装置，其中
光源是配置为选择性发射具有固态成像元件对于其敏感的波长带的窄带波长的电磁波的发光二极管(LED)光源或者激光源。
12.如权利要求1所述的图像捕获装置，其中
固态成像元件对于可见光或者近红外光的波长范围敏感。
13.如权利要求1所述的图像捕获装置，其中
金属薄膜滤波器可拆卸地附接在光学路径中。
14.一种电子设备，包括：
图像捕获装置，包括：
窄带光照射***，包括光源；
固态成像元件，包括像素的阵列并且对于预定范围的波长敏感；以及
金属薄膜滤波器，提供在光照射***和固态成像元件之间的光路径中，并且具有周期性微结构模式，该周期性微结构模式具有比由固态成像元件检测到的波长更短的周期。
Applications Claiming Priority (2)
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