JPH09130678A - Solid-state image pickup device - Google Patents
Solid-state image pickup deviceInfo
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- JPH09130678A JPH09130678A JP7280191A JP28019195A JPH09130678A JP H09130678 A JPH09130678 A JP H09130678A JP 7280191 A JP7280191 A JP 7280191A JP 28019195 A JP28019195 A JP 28019195A JP H09130678 A JPH09130678 A JP H09130678A
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- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得
ることができるようにした固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device capable of simultaneously obtaining both an infrared image and a visible light image.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置の一種に、赤外線を検出す
る赤外線イメージセンサを用いた固体撮像装置（赤外線
撮像装置）がある。また、赤外線イメージセンサの一種
として、光起電力効果または光導電効果を利用する量子
型の赤外線イメージセンサがある。2. Description of the Related Art One type of solid-state image pickup device is a solid-state image pickup device (infrared image pickup device) using an infrared image sensor for detecting infrared rays. In addition, as a type of infrared image sensor, there is a quantum infrared image sensor that utilizes a photovoltaic effect or a photoconductive effect.
【０００３】量子型の赤外線イメージセンサは、感度が
良好で、かつ反応速度が速い（応答特性の良好な）セン
サであるが、検出感度に波長依存性があり、長波長の赤
外線を検出するためには、受光部を冷却する必要があ
る。The quantum infrared image sensor is a sensor having a good sensitivity and a high reaction speed (having a good response characteristic), but its detection sensitivity has a wavelength dependency and detects infrared rays having a long wavelength. Therefore, it is necessary to cool the light receiving part.
【０００４】従来、波長が約３μｍ乃至約５μｍの赤外
線（中赤外線）の検出を目的として、７７Ｋに冷却した
PtSiショットキーバリアダイオードを受光部（センサ
部）とする赤外線イメージセンサが開発されている。Conventionally, the temperature is cooled to 77 K for the purpose of detecting infrared rays (middle infrared rays) having a wavelength of about 3 μm to about 5 μm.
An infrared image sensor using a PtSi Schottky barrier diode as a light receiving part (sensor part) has been developed.
【０００５】図６は、従来の、赤外線イメージセンサを
用いた固体撮像装置の一構成例を示す断面図である。こ
の固体撮像装置は、図中左側から入射する光線１２のう
ち赤外線を主に透過して所定の角度φA に集光する、シ
リコンまたはゲルマニウム等からなる赤外線レンズ２０
と、赤外線レンズ２０によって集光された赤外線を受光
する受光装置７と、受光装置７の内部に設けられている
イメージセンサ８を冷却するスターリングクーラー１０
からなる。FIG. 6 is a sectional view showing an example of the configuration of a conventional solid-state image pickup device using an infrared image sensor. This solid-state imaging device includes an infrared lens 20 made of silicon, germanium, or the like, which mainly transmits infrared rays of light rays 12 incident from the left side of the drawing and focuses the infrared rays at a predetermined angle φ A.
And a Stirling cooler 10 that cools the light receiving device 7 that receives the infrared light collected by the infrared lens 20 and the image sensor 8 provided inside the light receiving device 7.
Consists of
【０００６】受光装置７の周囲はデュワ５によって囲ま
れている。デュワ５の、図中、左側（赤外線レンズ２０
の配置されている側）には、赤外線レンズ２０を透過し
た赤外線を受光装置７の内部に取り込むための開口部５
Ａが設けられており、少なくとも赤外線を透過する部材
（例えば、ZnS ）からなる窓３が、開口部５Ａの全面を
覆うように、デュワ５に密着して取り付けられている。
また、デュワ５の開口部５Ａに対向する側（図中、右
側）には、開口部５Ｂが設けられており、熱伝導性の良
好な部材からなるコールドステージ９が、開口部５Ｂの
全面を覆うように、デュワ５に密着して取り付けられて
いる。すなわち、受光装置７は、デュワ５、窓３及びコ
ールドステージ９によって密閉されている。The light receiving device 7 is surrounded by the dewar 5. Left side of the dewar 5 in the figure (infrared lens 20
On the side in which the infrared rays transmitted through the infrared lens 20 are taken into the light receiving device 7.
A is provided, and a window 3 made of a member (for example, ZnS) that transmits at least infrared rays is attached to the dewar 5 so as to cover the entire surface of the opening 5A.
An opening 5B is provided on the side of the dewar 5 facing the opening 5A (on the right side in the drawing), and the cold stage 9 made of a member having good thermal conductivity covers the entire surface of the opening 5B. It is attached to the dewar 5 so as to cover it. That is, the light receiving device 7 is sealed by the Dewar 5, the window 3, and the cold stage 9.
【０００７】デュワ５の内部のコールドステージ９上に
は、受光部がPtSiショットキーバリアダイオードからな
るイメージセンサ８が取り付けられており、赤外線レン
ズ２０によって集光された赤外線（赤外線画像）がイメ
ージセンサ８上に結像するようになされている。また、
赤外線及び可視光線を遮光する部材（例えば、アルミニ
ウム）からなり、所定の大きさの開口部４Ａを赤外線光
路上に有するコールドシールド４がコールドステージ９
上に取り付けられており、イメージセンサ８の周囲を囲
んでいる。上記開口部４Ａの大きさは、赤外線レンズ２
０によって角度φA に集光され、受光装置７の内部に入
射した赤外線以外の赤外線の、コールドシール度４の内
部への入射（イメージセンサ８への入射）を制限する大
きさとされている（すなわち、コールドシールド４は、
絞りの役割を果たしている）。An image sensor 8 whose light receiving portion is a PtSi Schottky barrier diode is mounted on the cold stage 9 inside the dewar 5, and the infrared light (infrared image) collected by the infrared lens 20 is an image sensor. The image is formed on the surface 8. Also,
The cold stage 4 is made of a member (for example, aluminum) that blocks infrared rays and visible rays, and has an opening 4A of a predetermined size on the infrared optical path.
It is attached above and surrounds the periphery of the image sensor 8. The size of the opening 4A is the size of the infrared lens 2
The infrared rays other than the infrared rays that have been converged at an angle φ A by 0 and have entered the inside of the light receiving device 7 are of a size that limits the incidence (injection to the image sensor 8) inside the cold sealing degree 4 ( That is, the cold shield 4 is
It plays the role of a diaphragm).
【０００８】また、上述したスターリングクーラ１０
は、デュワ５の開口部５Ｂの全面に取り付けられている
コールドステージ９と接続されている。従って、コール
ドステージ９に取り付けられているイメージセンサ８及
びコールドシールド４は、スターリングクーラ１０によ
って所定の温度（約７７Ｋ）に冷却される。The Stirling cooler 10 described above is also used.
Is connected to the cold stage 9 mounted on the entire surface of the opening 5B of the dewar 5. Therefore, the image sensor 8 and the cold shield 4 attached to the cold stage 9 are cooled to a predetermined temperature (about 77K) by the Stirling cooler 10.
【０００９】なお、イメージセンサ８の結露を抑制する
ために、デュワ５、窓３及びコールドステージ９で囲ま
れた空間１１は、排気処理によって真空状態とされてい
る。In order to suppress the dew condensation of the image sensor 8, the space 11 surrounded by the dewar 5, the window 3 and the cold stage 9 is evacuated to a vacuum state.
【００１０】次に、図６に示す固体撮像装置の動作につ
いて説明する。赤外線レンズ２０は、図中、左側から入
射された光線１２のうち、主に赤外線Ｘを透過して角度
φAに集光する。赤外線レンズ２０によって集光された
赤外線Ｘは、窓３を透過して受光装置７の内部に入射
し、さらに、コールドシールド４の開口部４Ａを通過し
てイメージセンサ８で結像する。Next, the operation of the solid-state image pickup device shown in FIG. 6 will be described. The infrared lens 20 mainly transmits the infrared rays X of the light rays 12 incident from the left side in the drawing and focuses the infrared rays X at an angle φ A. The infrared ray X condensed by the infrared lens 20 passes through the window 3, enters the inside of the light receiving device 7, passes through the opening 4A of the cold shield 4, and is imaged by the image sensor 8.
【００１１】ところで、コールドシールド４は、赤外線
レンズ２０によって角度φA に集光された赤外線Ｘ以外
の赤外線の、イメージセンサ８への入射を制限してい
る。すなわち、物質は、その物質の温度に対応して赤外
線を放射する（温度が高いほど多量の赤外線を放射す
る）ので、例えば、デュワ５等も赤外線を放射してい
る。この不所望な赤外線が、イメージセンサ８に入射し
てしまうと、所望の赤外線画像を得ることができなくな
ってしまう。そこで、この固体撮像装置においては、コ
ールドシールド４がイメージセンサ８の周囲を囲むよう
に設けられており、また、開口部４Ａの大きさが、赤外
線レンズ２０によって集光された赤外線Ｘ以外の赤外線
（デュワ５等から放射される不所望な赤外線）のコール
ドシールド４の内部への入射を制限する大きさとされて
いる。By the way, the cold shield 4 limits the incidence of infrared rays other than the infrared rays X focused by the infrared lens 20 at the angle φ A onto the image sensor 8. That is, the substance emits infrared rays in accordance with the temperature of the substance (the higher the temperature, the greater the amount of infrared rays is emitted), so that the Dewar 5 or the like also emits infrared rays. If this undesired infrared ray enters the image sensor 8, it becomes impossible to obtain a desired infrared image. Therefore, in this solid-state imaging device, the cold shield 4 is provided so as to surround the image sensor 8, and the size of the opening 4A is an infrared ray other than the infrared ray X condensed by the infrared lens 20. It is sized to limit the incidence of (unwanted infrared rays emitted from the Dewar 5 and the like) into the cold shield 4.
【００１２】なお、コールドシールド４は、コールドス
テージ９に直接取り付けられているので、スターリング
クーラ１０によって冷却されており、赤外線をほとんど
放射していない。Since the cold shield 4 is directly attached to the cold stage 9, it is cooled by the Stirling cooler 10 and emits almost no infrared rays.
【００１３】イメージセンサ８は、スターリングクーラ
１０によって、７７Ｋに冷却されているので、結像した
赤外線画像を良好に検出して光電変換し、図示せぬ出力
端子から、電気信号として出力する。Since the image sensor 8 is cooled to 77K by the Stirling cooler 10, the formed infrared image is properly detected, photoelectrically converted, and output as an electric signal from an output terminal (not shown).
【００１４】ところで、上述したように、図６に示す固
体撮像装置のイメージセンサ８は、PtSiショットキーバ
リアダイオードからなる受光部を有している。このPtSi
ショットキーバリアダイオードは、波長が約３μｍ乃至
約５μｍの赤外線の他に、波長が約０．２μｍ乃至約
０．４μｍの紫外線、波長が約０．４μｍ乃至約０．７
μｍの可視光線、波長が約０．７μｍ乃至約３μｍの近
赤外線のそれぞれにも、それぞれ分光感度特性を有して
いることが、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES.
VOL.38.NO.5.MAY 1991 "Ultraviolet,Visible,and Inf
ared Response ofPtSi Schottky-Barrier Detectors Op
erated in the Front-Illuminated Mode;Chenson K. Ch
en, Bettina Nechay, and Bor-Yeu Tsaurに開示されて
いる。By the way, as described above, the image sensor 8 of the solid-state image pickup device shown in FIG. 6 has a light receiving portion formed of a PtSi Schottky barrier diode. This PtSi
The Schottky barrier diode includes infrared rays having a wavelength of approximately 3 μm to approximately 5 μm, ultraviolet rays having a wavelength of approximately 0.2 μm to approximately 0.4 μm, and wavelengths of approximately 0.4 μm to approximately 0.7 μm.
IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES has a spectral sensitivity characteristic for visible light of μm and near infrared light of wavelength of about 0.7 μm to about 3 μm.
VOL.38.NO.5.MAY 1991 "Ultraviolet, Visible, and Inf
ared Response ofPtSi Schottky-Barrier Detectors Op
erated in the Front-Illuminated Mode; Chenson K. Ch
En, Bettina Nechay, and Bor-Yeu Tsaur.
【００１５】また、United States Patent[19] Patent
Number:5,122,669においても、PtSiショットキーバリア
ダイオードを用いたワイドバンド（波長帯域の広いバン
ド）の赤外線イメージセンサの例が開示されている。Further, United States Patent [19] Patent
Number: 5,122,669 also discloses an example of a wide band (wide wavelength band) infrared image sensor using a PtSi Schottky barrier diode.
【００１６】以上に示す、PtSiショットキーバリアダイ
オードの特性を利用して、図６に示す固体撮像装置を用
いて可視光線画像を撮像することも可能である。By utilizing the characteristics of the PtSi Schottky barrier diode described above, it is also possible to capture a visible light image using the solid-state imaging device shown in FIG.
【００１７】例えば、図６の赤外線レンズ１０の代わり
に、可視光線を透過する部材からなる光学系（集光レン
ズ）を配置する。このようにすることによって、可視光
線をイメージセンサ８に結像させることができ、可視光
線に対して検出感度を有しているイメージセンサ８は、
結像した可視光線を電気信号に光電変換して、外部に出
力する。For example, instead of the infrared lens 10 shown in FIG. 6, an optical system (condensing lens) made of a member that transmits visible light is arranged. By doing so, the visible light can be imaged on the image sensor 8, and the image sensor 8 having the detection sensitivity to the visible light is
The formed visible light is photoelectrically converted into an electric signal and output to the outside.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示す、従来の固体撮像装置を用いて、赤外線画像及び可
視光線画像の両者を得る場合、以下に示す課題が生じ
る。However, when both the infrared image and the visible light image are obtained by using the conventional solid-state image pickup device shown in FIG. 6, the following problems occur.
【００１９】すなわち、図６に示す固体撮像装置におい
ては、上述したように、赤外線画像を得る場合と、可視
光線画像を得る場合とで、受光装置７の前段に配置され
ているレンズを取り替える必要があり（赤外線画像を得
る場合、赤外線を透過する部材からなる赤外線レンズ２
０を用い、可視光線画像を得る場合、可視光線を透過す
る部材からなるレンズを用いる）、取扱いが煩雑になっ
ていしまうという課題がある。That is, in the solid-state image pickup device shown in FIG. 6, as described above, it is necessary to replace the lens arranged in front of the light receiving device 7 depending on whether an infrared image is obtained or a visible ray image is obtained. (Infrared lens 2 consisting of a member that transmits infrared rays when obtaining an infrared image
When a visible light image is obtained by using 0, a lens made of a member that transmits visible light is used), and there is a problem that handling becomes complicated.
【００２０】また、可視光線画像を得る場合の光学系
（集光レンズ）と赤外線画像を得る場合の赤外線レンズ
とが異なっているので、可視光線画像と赤外線画像とを
同時に得ることができないという課題もある。Further, since the optical system (condensing lens) for obtaining a visible light image and the infrared lens for obtaining an infrared image are different, it is impossible to obtain a visible light image and an infrared image at the same time. There is also.
【００２１】さらに、可視光線画像を検出する場合に用
いられる光学系（集光レンズ）には、通常、周囲の状況
（例えば、日中の屋外と室内）に対応して変化する可視
光線の明るさを調節するため（可視光線成分によるイメ
ージセンサ８の飽和を抑制するため）（すなわち、適正
露光で撮像を行うため）の絞りが取り付けられている。
この絞りは、通常、アルミニウム等の金属を黒く塗装し
たもの（可視光線を遮光する部材）からなる。従って、
この絞りは、周囲から熱エネルギを吸収し易く、その温
度が上昇しやすい。また、この絞りには、冷却処理（例
えば、図６に示すスターリングクーラー１０による冷却
処理）が施されていない。従って、この絞り自身が比較
的多量の赤外線を放射してしまい、可視光線画像を、正
確に得ることが困難になってしまうという課題もある。Further, the optical system (condensing lens) used when detecting a visible light image normally has a brightness of the visible light which changes corresponding to the ambient conditions (for example, outdoors and indoors during the day). A diaphragm for adjusting the height (for suppressing saturation of the image sensor 8 due to a visible light component) (that is, for performing imaging with proper exposure) is attached.
This diaphragm is usually made of a metal such as aluminum painted black (a member that blocks visible light). Therefore,
This diaphragm easily absorbs heat energy from the surroundings and its temperature easily rises. Further, no cooling process (for example, a cooling process by the Stirling cooler 10 shown in FIG. 6) is applied to this diaphragm. Therefore, there is also a problem that the diaphragm itself emits a relatively large amount of infrared rays, which makes it difficult to accurately obtain a visible light image.
【００２２】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、赤外線画像と可視光線画像の両者を、同時
かつ正確に得ることを目的とする。The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to obtain both an infrared image and a visible light image simultaneously and accurately.
【００２３】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光の第１の波長領域と、第１の波長領域よりも短い
第２の波長領域とに検出感度を有する検出手段と、検出
手段の前段に配置され、第２の波長領域の光の検出手段
への入射強度を調節する調節手段と、第１の調節手段と
検出手段の間に配置され、第１の波長領域の光の検出手
段への入射を制限する開口制限手段とを備えることを特
徴とする。A solid-state image pickup device according to the present invention comprises a detection means having detection sensitivity in a first wavelength region of light and a second wavelength region shorter than the first wavelength region, and detection means. An adjusting unit, which is arranged in front of the means and adjusts the incident intensity of the light in the second wavelength region to the detecting unit, and is arranged between the first adjusting unit and the detecting unit, and adjusts the light in the first wavelength region. Aperture limiting means for limiting incidence on the detecting means.
【００２４】本発明の固体撮像装置においては、検出手
段は、第１の波長領域と、第１の波長領域よりも短い第
２の波長領域の光を検出し、調節手段は、第１の波長領
域の光を透過し、第２の波長領域の光を遮光する部材か
らなり、第２の波長領域の光の検出手段への入射強度を
調節する。開口制限手段は、第１及び第２の波長領域の
光をともに遮光する部材からなり、第１の波長領域の光
の検出手段への入射を制限する。In the solid-state image pickup device of the present invention, the detecting means detects the light in the first wavelength range and the second wavelength range shorter than the first wavelength range, and the adjusting means determines the first wavelength range. It is composed of a member that transmits light in the region and blocks light in the second wavelength region, and adjusts the incident intensity of the light in the second wavelength region to the detection means. The aperture limiting unit is a member that blocks both light in the first and second wavelength regions, and limits the incidence of light in the first wavelength region on the detection unit.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する（なお、従来の場合と対応する部分には
同一の符号を付してあり、適宜説明を省略する）が、そ
の前に、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の
実施例との対応関係を明らかにするために、各手段の後
の括弧内に対応する実施例（但し、一例）を付加して、
本発明の特徴を記述すると、次のようになる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings (note that parts corresponding to those in the conventional case are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate). Before that, in order to clarify the correspondence relationship between each means of the invention described in the claims and the following embodiments, an embodiment (however, one example) corresponding to each parenthesis after each means will be described. In addition,
The features of the present invention will be described as follows.
【００２６】請求項１に記載の固体撮像装置は、光の第
１の波長領域と、第１の波長領域よりも短い第２の波長
領域とに検出感度を有する検出手段（例えば、図１のイ
メージセンサ８）と、検出手段の前段に配置され、第２
の波長領域の光の検出手段への入射強度を調節する調節
手段（例えば、図１の絞り２）と、調節手段と検出手段
の間に配置され、第１の波長領域の光の検出手段への入
射を制限する開口制限手段（例えば、図１のコールドシ
ールド４）とを備えることを特徴とする。A solid-state image pickup device according to a first aspect of the present invention is a detection means having detection sensitivity in a first wavelength region of light and a second wavelength region shorter than the first wavelength region (for example, in FIG. 1). The image sensor 8) and the second stage are arranged in front of the detecting means.
Adjusting means (for example, the diaphragm 2 in FIG. 1) for adjusting the incident intensity of the light in the wavelength range of 1 to the detecting means, and between the adjusting means and the detecting means, to the detecting means of the light in the first wavelength range. And an aperture limiting unit (for example, the cold shield 4 in FIG. 1) that limits the incidence of the incident light.
【００２７】請求項２に記載の固体撮像装置は、第１及
び第２の波長領域の光を所定の角度に集光する集光手段
（例えば、図１のレンズ１）をさらに備えることを特徴
とする。The solid-state image pickup device according to a second aspect of the present invention further comprises a light condensing unit (for example, the lens 1 in FIG. 1) that condenses light in the first and second wavelength regions at a predetermined angle. And
【００２８】請求項３に記載の固体撮像装置は、集光手
段（例えば、図１のレンズ１）が、調節手段の前段に配
置され、第１及び第２の波長領域の光を透過するレンズ
であることを特徴とする。In the solid-state imaging device according to a third aspect of the present invention, the condensing means (for example, the lens 1 in FIG. 1) is arranged in front of the adjusting means and transmits the light in the first and second wavelength regions. Is characterized in that.
【００２９】請求項４に記載の固体撮像装置は、集光手
段（例えば、図４のミラー１３，１４）が、調節手段と
開口制限手段の間に配置され、第１及び第２の波長領域
の光を反射するミラーであることを特徴とする。In the solid-state image pickup device according to the fourth aspect, the condensing means (for example, the mirrors 13 and 14 in FIG. 4) is arranged between the adjusting means and the aperture limiting means, and the first and second wavelength ranges are provided. It is a mirror that reflects the light of.
【００３０】請求項５に記載の固体撮像装置は、開口制
限手段の前段に配置され、第１の波長領域のうちの所定
の波長領域の光と、第２の波長領域のうちの少なくとも
一部の波長領域の光を透過する波長制限手段（例えば、
図５のバンドパスフィルタ１５）をさらに備えることを
特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, the solid-state imaging device is arranged in front of the aperture limiting means, and has a light of a predetermined wavelength range in the first wavelength range and at least a part of the second wavelength range. Wavelength limiting means for transmitting light in the wavelength region of (for example,
It is characterized by further comprising the bandpass filter 15) of FIG.
【００３１】なお、勿論この記載は、各手段を上記した
ものに限定することを意味するものではない。Of course, this description does not mean that each means is limited to the above.
【００３２】図１は、本発明を適用した固体撮像装置の
一実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固体
撮像装置の構成は、図６に示す従来の固体撮像装置の構
成と基本的に同様であり、受光装置７の前段に配置され
るレンズ１及び絞り２の構成が異なっている。FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of an embodiment of a solid-state image pickup device to which the present invention is applied. The configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment is basically the same as the configuration of the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 6, and the configurations of the lens 1 and the diaphragm 2 arranged before the light receiving device 7 are different. .
【００３３】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、赤外線（第１の波長領域の光）及び可視光線（第
２の波長領域の光）の両者を透過するZnS 等の部材から
なるレンズ１が、図６に示す赤外線レンズ２０の配置位
置に配置されている。また、レンズ１と、受光装置７の
窓３（赤外線及び可視光線の両方を透過するZnS 等の部
材からなる）との間には、赤外線を透過し、可視光線を
遮光するSi等の部材からなる絞り２が配置されている。
この絞り２の中央部には、その大きさが調節可能とされ
ている開口部２Ａが設けられており、レンズ１を透過し
た可視光線のイメージセンサ８への入射強度を調節する
ようになされている。その他の構成は、図６に示す従来
の固体撮像装置の構成と同様である。That is, in the solid-state image pickup device of the present embodiment, the lens 1 made of a member such as ZnS that transmits both infrared rays (light in the first wavelength region) and visible light (light in the second wavelength region). Is arranged at the arrangement position of the infrared lens 20 shown in FIG. Further, between the lens 1 and the window 3 of the light receiving device 7 (consisting of a member such as ZnS that transmits both infrared rays and visible rays), a member such as Si that transmits infrared rays and blocks visible rays is used. A diaphragm 2 is arranged.
An aperture 2A, the size of which can be adjusted, is provided in the center of the diaphragm 2 so as to adjust the incident intensity of the visible light transmitted through the lens 1 to the image sensor 8. There is. Other configurations are similar to those of the conventional solid-state imaging device shown in FIG.
【００３４】図２及び図３は、光学材料の透明領域を説
明する表（赤外線光学（赤外線技術研究会編；オーム
社）より抜粋）である。本実施例においては、レンズ１
及び窓３の部材として、波長が約３μｍ乃至５μｍの赤
外線、及び波長が約０．４μｍ乃至０．７μｍの可視光
線を透過するZnS （図３（ａ））を用いるようにしてい
るが、その他に、図２（ａ）に示すアルカリハライド系
の各光学材料、図２（ｂ）に示すアルカリ土類フロライ
ドの各光学材料、図３（ａ）に示すダイヤモンド及びZn
Se（いずれの部材も、赤外線及び可視光線を透過する）
を用いるようにしてもよい。FIGS. 2 and 3 are tables (excerpted from infrared optics (edited by Infrared Technology Research Group; Ohmsha)) for explaining transparent regions of optical materials. In this embodiment, the lens 1
As the member of the window 3, ZnS (FIG. 3 (a)) that transmits infrared rays having a wavelength of about 3 μm to 5 μm and visible light having a wavelength of about 0.4 μm to 0.7 μm is used. 2A, optical materials of alkali halides shown in FIG. 2A, optical materials of alkaline earth fluorides shown in FIG. 2B, diamond and Zn shown in FIG.
Se (both members transmit infrared and visible light)
May be used.
【００３５】さらに、本実施例においては、絞り２の部
材として、波長が約３μｍ乃至５μｍの赤外線を透過
し、波長が約０．４μｍ乃至０．７μｍの可視光線を遮
光するSi（図３（ａ））を用いているが、その他に、図
３（ａ）に示すGe，GaAs，CdTe及び図３（ｂ）に示すカ
ルコゲナイドガラスの各光学材料（いずれの部材も、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する）を用いるようにし
てもよい。Further, in this embodiment, as a member of the diaphragm 2, Si which transmits infrared rays having a wavelength of about 3 μm to 5 μm and blocks visible light having a wavelength of about 0.4 μm to 0.7 μm (see FIG. 3 ( a)) is used, but in addition, each of the optical materials of Ge, GaAs, CdTe shown in FIG. 3 (a) and chalcogenide glass shown in FIG. 3 (b) transmits infrared rays and is visible. (Blocking light rays) may be used.
【００３６】次に、本実施例の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。Next, the operation of the solid-state image pickup device of this embodiment will be described.
【００３７】レンズ１は、図中、左側から入射した光線
１２に含まれる赤外線及び可視光線を透過して集光す
る。レンズ１によって角度φA に集光された赤外線Ｘ
は、絞り２を透過する。また、可視光線は絞り２の開口
部２Ａを通過するが、開口部２Ａ以外の位置では遮光さ
れる。すなわち、可視光線は、レンズ１及び絞り２によ
って角度φB に集光される（角度φB に集光された可視
光線を可視光線Ｙとする）（角度φA＞角度φB）。な
お、この開口部２Ａの大きさは、周囲の明るさ（イメー
ジセンサ８に入射する可視光線の強度）に対応して、イ
メージセンサ８の受光部が可視光線成分によって飽和し
ないように（適正露光の画像を得ることができるよう
に）調節される。The lens 1 transmits and collects infrared rays and visible rays contained in the ray 12 incident from the left side in the figure. Infrared X focused by lens 1 at angle φ A
Passes through the diaphragm 2. Further, visible light passes through the aperture 2A of the diaphragm 2, but is blocked at positions other than the aperture 2A. That is, the visible light is condensed at the angle φ B by the lens 1 and the diaphragm 2 (the visible light condensed at the angle φ B is referred to as the visible light Y) (angle φ A > angle φ B ). The size of the opening 2A corresponds to ambient brightness (intensity of visible light incident on the image sensor 8) so that the light receiving portion of the image sensor 8 is not saturated with visible light components (proper exposure). Is adjusted so that the image of can be obtained.
【００３８】レンズ１及び絞り２によって、それぞれ、
角度φA及び角度φBに集光された赤外線Ｘ及び可視光線
Ｙは、赤外線及び可視光線を透過する部材からなる窓３
を透過して、受光装置７の内部に入射する。また、Si等
からなる絞り２は、それ自体が赤外線を放射することが
ないので、不所望な赤外線の受光装置７の内部への入射
はない。コールドシールド４は、レンズ１によって角度
φA に集光された赤外線Ｘ以外の赤外線（例えば、デュ
ワ５から放射された赤外線）の、イメージセンサ８への
入射を制限する開口部４Ａを有しており、受光装置７の
内部に入射した赤外線Ｘ及び可視光線Ｙは、この開口部
４Ａを通過してイメージセンサ８で結像する。By the lens 1 and the diaphragm 2, respectively,
The infrared rays X and the visible light rays Y condensed at the angles φ A and φ B are the windows 3 made of a member that transmits the infrared rays and the visible light rays.
And is incident on the inside of the light receiving device 7. Further, since the diaphragm 2 made of Si or the like itself does not emit infrared rays, unwanted infrared rays do not enter the inside of the light receiving device 7. The cold shield 4 has an opening 4A for limiting the incidence of infrared rays (for example, infrared rays emitted from the Dewar 5) other than the infrared rays X condensed by the lens 1 at the angle φ A into the image sensor 8. The infrared rays X and the visible light rays Y which have entered the light receiving device 7 pass through the opening 4A and form an image on the image sensor 8.
【００３９】イメージセンサ８は、結像した赤外線Ｘの
画像及び可視光線Ｙの画像を光電変換し、赤外線画像と
可視光線画像を合成した電気信号を、図示せぬ出力端子
から外部に出力する。The image sensor 8 photoelectrically converts the image of the infrared ray X and the image of the visible ray Y which have been formed, and outputs an electric signal obtained by combining the infrared ray image and the visible ray image to the outside from an output terminal (not shown).
【００４０】本実施例においては、赤外線及び可視光線
を透過する部材によってレンズ１を形成し、さらに、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する部材（例えば、Si）
からなる、可視光線の強度を調節する絞り２を設けるよ
うにしたので、赤外線画像及び可視光線画像の両方を、
同時かつ正確に得ることができる。In this embodiment, the lens 1 is formed by a member that transmits infrared rays and visible rays, and a member that transmits infrared rays and blocks visible rays (for example, Si).
Since the diaphragm 2 for adjusting the intensity of visible light is provided, both the infrared image and the visible light image are
It can be obtained simultaneously and accurately.
【００４１】図４は、本発明を適用した固体撮像装置の
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図１に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置７の前段に配置されるミ
ラー１３，１４の構成が異なっている。FIG. 4 is a side sectional view showing the structure of another embodiment of the solid-state image pickup device to which the present invention is applied. The configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment is basically the same as the configuration of the solid-state imaging device shown in FIG. 1, but the configurations of the mirrors 13 and 14 arranged before the light receiving device 7 are different.
【００４２】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、赤外線を透過し、可視光線を遮光する部材（例え
ば、図３（ａ）に示すSi）からなる絞り２と受光装置７
の間に、赤外線及び可視光線を反射するミラー１３及び
１４が配置されている。凹型のミラー１３は、絞り２を
通過した赤外線及び可視光線の光路上に配置されており
（像の欠落を防ぐため）、上記赤外線及び可視光線を凸
型のミラー１４に集光して反射するようになされてい
る。なお、凹型のミラー１３は、その中央部に開口部１
３Ａを備えている。凸型のミラー１４は、ミラー１３で
反射、集光された光（赤外線及び可視光線）を、ミラー
１３の中央部に形成されている開口部１３Ａを介して、
受光装置７の内部に入射するように反射する。That is, in the solid-state image pickup device of this embodiment, the diaphragm 2 and the light receiving device 7 formed of a member (for example, Si shown in FIG. 3A) that transmits infrared rays and blocks visible rays.
In between, mirrors 13 and 14 that reflect infrared rays and visible rays are arranged. The concave mirror 13 is arranged on the optical paths of infrared rays and visible rays that have passed through the diaphragm 2 (to prevent loss of images), and collects and reflects the infrared rays and visible rays on the convex mirror 14. It is done like this. The concave mirror 13 has an opening 1 at the center thereof.
3A. The convex mirror 14 allows the light (infrared ray and visible light) reflected and condensed by the mirror 13 to pass through an opening 13A formed in the center of the mirror 13,
The light is reflected so as to enter the inside of the light receiving device 7.
【００４３】なお、受光装置７の内部の構成は、図１に
示す実施例の場合と同様であり、コールドシールド４に
設けられている開口部４Ａは、ミラー１３で集光された
赤外線以外の赤外線（例えば、デュワ５が放射する赤外
線）のイメージセンサ８への入射を制限している。The internal structure of the light-receiving device 7 is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the opening 4A provided in the cold shield 4 is other than the infrared rays condensed by the mirror 13. The incidence of infrared rays (for example, infrared rays emitted by the Dewar 5) on the image sensor 8 is restricted.
【００４４】次に、本実施例の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。Next, the operation of the solid-state image pickup device of this embodiment will be described.
【００４５】光線１２に含まれている赤外線Ｘは、絞り
２を透過し（開口部２Ａの部分においては通過し）、可
視光線は、絞り２の中央部に形成されている開口部２Ａ
を通過する（開口部２Ａ以外の部分では遮光される）
（開口部２Ａを通過した可視光線を可視光線Ｙとす
る）。The infrared ray X contained in the light ray 12 passes through the diaphragm 2 (passes in the portion of the opening 2A), and the visible ray is the opening 2A formed in the central portion of the diaphragm 2.
Pass through (shielded in areas other than the opening 2A)
(Visible light passing through the opening 2A is referred to as visible light Y).
【００４６】上述したように絞り２を透過または通過し
た赤外線Ｘと可視光線Ｙは、凹型のミラー１３で反射し
て、ミラー１４に進む（すなわち、凹型のミラー１３
は、赤外線及び可視光線をミラー１４に集光する）。凸
型のミラー１４は、ミラー１３で反射されて集光された
赤外線Ｘ及び可視光線Ｙを、ミラー１３の中央部に形成
されている開口部１３Ａを通過するように反射する。As described above, the infrared ray X and the visible ray Y which have passed through or passed through the diaphragm 2 are reflected by the concave mirror 13 and proceed to the mirror 14 (that is, the concave mirror 13).
Collects infrared and visible light on the mirror 14). The convex mirror 14 reflects the infrared ray X and the visible ray Y reflected and condensed by the mirror 13 so as to pass through the opening 13A formed in the central portion of the mirror 13.
【００４７】上述したように、ミラー１３の開口部１３
Ａは、絞り２を通過してミラー１３で反射した赤外線Ｘ
のすべてを通過させるような大きさとされているので、
ミラー１４で反射した赤外線Ｘはもとより、絞り２によ
って入射範囲が絞られている可視光線Ｙも、この開口部
１３Ａを通過する。As described above, the opening 13 of the mirror 13
A is an infrared ray X that has passed through the diaphragm 2 and reflected by the mirror 13.
Since it is sized to pass all of the
Not only the infrared rays X reflected by the mirror 14 but also the visible light rays Y whose incident range is narrowed by the diaphragm 2 pass through the opening 13A.
【００４８】ミラー１３の開口部１３Ａを通過した赤外
線Ｘ及び可視光線Ｙは、窓３（赤外線及び可視光線を透
過する部材からなる）を透過して、受光装置７の内部に
入射し、コールドシールド４の開口部４Ａをさらに通過
して、イメージセンサ８で結像する。The infrared ray X and the visible ray Y which have passed through the opening 13A of the mirror 13 pass through the window 3 (made of a member which transmits the infrared ray and the visible ray), enter the inside of the light receiving device 7, and are cold shielded. The image sensor 8 forms an image by further passing through the opening 4A of No. 4.
【００４９】イメージセンサ８は、結像した赤外線Ｘの
画像及び可視光線Ｙの画像を光電変換して、赤外線画像
と可視光線画像の合成画像の電気信号を外部に出力す
る。The image sensor 8 photoelectrically converts the formed infrared X image and visible light Y image and outputs an electric signal of a composite image of the infrared image and the visible light image to the outside.
【００５０】本実施例においては、上述した絞り２が赤
外線を透過し、可視光線を遮光する部材を用いて構成さ
れているので、絞り２の中央部に形成されている開口部
２Ａの大きさを調節することによって、赤外線の光量に
影響を与えずに、可視光線の光量を調節することがで
き、赤外線画像と可視光線画像を、同時かつ正確に得る
ことができる。In the present embodiment, since the diaphragm 2 described above is formed by using a member that transmits infrared rays and blocks visible light, the size of the opening 2A formed in the central portion of the diaphragm 2 is large. By adjusting, the amount of visible light can be adjusted without affecting the amount of infrared light, and an infrared image and a visible light image can be obtained simultaneously and accurately.
【００５１】図５は、本発明を適用した固体撮像装置の
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図１に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置７の内部の構成が異なっ
ている。FIG. 5 is a side sectional view showing the configuration of another embodiment of the solid-state image pickup device to which the present invention is applied. The configuration of the solid-state imaging device of this embodiment is basically the same as the configuration of the solid-state imaging device shown in FIG. 1, but the internal configuration of the light receiving device 7 is different.
【００５２】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、所望の波長領域の赤外線と、少なくとも一部の波
長領域の可視光線を透過するバンドパスフィルタ１５
が、コールドシールド４の開口部４Ａの全面に形成され
ている。その他の構成は、図１に示す固体撮像装置の構
成と同様である。That is, in the solid-state image pickup device of the present embodiment, the bandpass filter 15 which transmits infrared rays in a desired wavelength region and visible light in at least a part of the wavelength region.
Are formed on the entire surface of the opening 4A of the cold shield 4. Other configurations are similar to those of the solid-state imaging device shown in FIG.
【００５３】以下、可視光線を透過し、主に２μｍ付近
の赤外線と可視光線の少なくとも一部を透過するような
分光特性を有するバンドパスフィルタ１５を用いた場合
の動作を説明する。The operation in the case of using the bandpass filter 15 having a spectral characteristic of transmitting visible light and mainly transmitting at least a part of infrared rays and visible light in the vicinity of 2 μm will be described below.
【００５４】例えば、十分な量の水が入っている水槽を
レンズ１の左側（すなわち、光線１２の入射側）に配置
した場合（図示せず）、水は、２μｍ付近の波長の光
（赤外線）を吸収するので、水槽の前段に配置される光
源（図示せず）から照射され、水槽を介してレンズ１に
到達する光線１２は、２μｍ付近の波長を含まないもの
となる。従って、レンズ１によって角度φA に集光さ
れ、絞り２及び窓３を透過して、受光装置７の内部に入
射する赤外線は、２μｍ付近の波長領域の欠如したもの
とになる。For example, when a water tank containing a sufficient amount of water is arranged on the left side of the lens 1 (that is, the incident side of the light beam 12) (not shown), the water has a wavelength of about 2 μm (infrared ray). ) Is absorbed, a light beam 12 emitted from a light source (not shown) arranged in the front stage of the water tank and reaching the lens 1 through the water tank does not include a wavelength in the vicinity of 2 μm. Therefore, the infrared rays which are condensed by the lens 1 at the angle φ A , pass through the diaphragm 2 and the window 3, and enter the inside of the light receiving device 7 are those lacking the wavelength region around 2 μm.
【００５５】また、本実施例においては、少なくとも一
部の可視光線及び２μｍ付近の波長の赤外線を透過する
バンドパスフィルタ１５が、コールドシールド４の開口
部４Ａの全面に形成されている。従って、受光装置７の
内部に入射した可視光線は、バンドパスフィルタ１５を
透過して、イメージセンサ８で結像するが、受光装置７
の内部に入射した赤外線は、２μｍ付近の波長領域以外
の波長領域からなるので、バンドパスフィルタ１５を透
過することができない。従って、イメージセンサ８は、
結像した可視光線の画像を光電変換して、可視光線画像
に対応する電気信号を外部に出力する。In the present embodiment, the bandpass filter 15 which transmits at least a part of visible light and infrared light having a wavelength of about 2 μm is formed on the entire surface of the opening 4A of the cold shield 4. Therefore, the visible light that has entered the light receiving device 7 passes through the bandpass filter 15 and forms an image on the image sensor 8.
Since the infrared rays incident on the inside of the band are in the wavelength region other than the wavelength region around 2 μm, they cannot pass through the bandpass filter 15. Therefore, the image sensor 8
The formed visible light image is photoelectrically converted, and an electric signal corresponding to the visible light image is output to the outside.
【００５６】本実施例の固体撮像装置を用いることによ
って、例えば、地上から雲の厚さ及び雲の形状を同時に
検出することができる。By using the solid-state image pickup device of the present embodiment, for example, the cloud thickness and cloud shape can be detected simultaneously from the ground.
【００５７】すなわち、上述した図示せぬ光源を太陽と
して、水の入った水槽を雲とする。太陽（光源）から照
射された光が雲（水）に入射すると、雲の厚さ（水の
量）に対応した量の、２μｍ付近の波長の赤外線が吸収
される。また、可視光線は雲によって遮光される。従っ
て、雲以外の位置を通って受光装置７の内部に入射した
可視光線と、雲によって吸収されなかった２μｍ付近の
波長領域の赤外線がバンドパスフィルタ１５を透過し
て、イメージセンサ８で結像する（２μｍ付近以外の赤
外線は、雲に吸収されないが、バンドパスフィルタ１５
に吸収される）。That is, the above-mentioned light source (not shown) is the sun, and the water tank containing water is the cloud. When the light emitted from the sun (light source) is incident on the cloud (water), an amount of infrared rays having a wavelength of about 2 μm corresponding to the thickness of the cloud (the amount of water) is absorbed. In addition, visible light is blocked by clouds. Therefore, visible light that has entered the inside of the light receiving device 7 through a position other than the cloud and infrared rays in the wavelength region of about 2 μm that are not absorbed by the cloud pass through the bandpass filter 15 and form an image on the image sensor 8. Yes (infrared rays other than around 2 μm are not absorbed by the cloud, but the bandpass filter 15
Absorbed by).
【００５８】イメージセンサ８は、この可視光線画像及
び赤外線画像を合成した電気信号を出力する。すなわ
ち、この可視光線画像から雲の形状を検出することがで
き、さらに赤外線画像から雲の厚さを検出することがで
きる。The image sensor 8 outputs an electric signal obtained by combining the visible light image and the infrared image. That is, the cloud shape can be detected from the visible light image, and the cloud thickness can be detected from the infrared image.
【００５９】[0059]
【発明の効果】以上のように、本発明の固体撮像装置に
よれば、光の第１の波長領域と、第２の波長領域に検出
感度を有する検出手段の前段に、第２の波長領域の光の
検出手段への入射強度を調節する調節手段を設けるよう
にしたので、第１及び第２の波長領域の光を、同時かつ
正確に検出することができる。As described above, according to the solid-state image pickup device of the present invention, the second wavelength region is provided before the detecting means having the detection sensitivity in the first wavelength region of light and the second wavelength region. Since the adjusting means for adjusting the incident intensity of the light to the detecting means is provided, the light in the first and second wavelength regions can be detected simultaneously and accurately.
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一実施例の構
成を示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of an embodiment of a solid-state imaging device to which the present invention is applied.
【図２】光学材料の透明領域を説明する表である。FIG. 2 is a table illustrating transparent areas of an optical material.
【図３】光学材料の透明領域を説明する表である。FIG. 3 is a table illustrating transparent areas of an optical material.
【図４】本発明を適用した固体撮像装置の他の実施例の
構成を示す側断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing the configuration of another embodiment of the solid-state imaging device to which the present invention is applied.
【図５】本発明を適用した固体撮像装置の他の実施例の
構成を示す側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view showing the configuration of another embodiment of the solid-state imaging device to which the present invention is applied.
【図６】従来の固体撮像装置の一構成例を示す側断面図
である。FIG. 6 is a side sectional view showing a configuration example of a conventional solid-state imaging device.
１ レンズ ２ 絞り ２Ａ 開口部 ３ 窓 ４ コールドシールド ４Ａ 開口部 ５ デュワ ５Ａ 開口部 ７ 受光装置 ８ イメージセンサ ９ コールドステージ １０ スターリングクーラ １１ 空間 １２ 光線 １３，１４ ミラー １５ バンドパスフィルタ ２０ 赤外線レンズ 1 Lens 2 Aperture 2A Aperture 3 Window 4 Cold Shield 4A Aperture 5 Dewar 5A Aperture 7 Photoreceptor 8 Image Sensor 9 Cold Stage 10 Stirling Cooler 11 Space 12 Rays 13, 14 Mirror 15 Bandpass Filter 20 Infrared Lens
Claims (6)
領域よりも短い第２の波長領域とに検出感度を有する検
出手段と、 前記検出手段の前段に配置され、前記第２の波長領域の
光の前記検出手段への入射強度を調節する調節手段と、 前記調節手段と前記検出手段の間に配置され、前記第１
の波長領域の光の前記検出手段への入射を制限する開口
制限手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。1. A detection unit having detection sensitivity in a first wavelength region of light and a second wavelength region shorter than the first wavelength region; and a detection unit disposed in front of the detection unit, Adjusting means for adjusting the incident intensity of light in the wavelength range of 1 to the detecting means, and the adjusting means is disposed between the adjusting means and the detecting means.
Solid-state imaging device, comprising: aperture limiting means for limiting the incidence of light in the wavelength range of 1 to the detection means.
する集光手段をさらに備えることを特徴とする請求項１
に記載の固体撮像装置。2. A light collecting means for collecting light in the first and second wavelength ranges.
3. The solid-state imaging device according to item 1.
配置され、前記第１及び第２の波長領域の光を透過する
レンズであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮
像装置。3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the condensing unit is a lens that is arranged in front of the adjusting unit and that transmits light in the first and second wavelength regions. apparatus.
口制限手段の間に配置され、前記第１及び第２の波長領
域の光を反射するミラーであることを特徴とする請求項
２に記載の固体撮像装置。4. The light converging means is a mirror that is arranged between the adjusting means and the aperture limiting means and that reflects light in the first and second wavelength regions. The solid-state imaging device according to.
記第１の波長領域のうちの所定の波長領域の光と、前記
第２の波長領域のうちの少なくとも一部の波長領域の光
を透過する波長制限手段をさらに備えることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。5. A light disposed in a front stage of the aperture limiting means for transmitting light in a predetermined wavelength region of the first wavelength region and light in at least a part of the wavelength region of the second wavelength region. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, further comprising wavelength limiting means for transmitting light.
り、 前記第２の波長領域の光は可視光線であることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。6. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the light in the first wavelength region is infrared light, and the light in the second wavelength region is visible light. .
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