DE69417981T2

DE69417981T2 - Filter für Bildsensor

Info

Publication number: DE69417981T2
Application number: DE69417981T
Authority: DE
Inventors: Motomu Fukasawa; Junichi Sakamoto; Mitsuharu Sawamura; Seitoku Tsukamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: KR950012107A; EP0650199B1; US5648653A; DE69417981D1; EP0650199A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Bildsensor mit einem Filter und insbesondere einen Bildsensor mit einem Filter zur Umwandlung eines optischen Signals des nicht ausschließlich sichtbaren als auch nicht sichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Bildsensor mit einem Filter zur Verwendung in einer Bildinformationsverarbeitungsvorrichtung wie einem Faxgerät, einer Bildabtastvorrichtung oder einem Kopiergerät.

Stand der Technik

In den vergangenen Jahren weitete sich das Anwendungsgebiet von Festkörperbildaufnahmevorrichtungen aus und es wurden neue Wirkungsweisen benötigt. Zusätzlich zu einer höheren Bildqualität und einer Farbbildwiedergabe bei Kopiergeräten wird beispielsweise gefordert, ein unsichtbares Bild zu erkennen, wiederzugeben und aufzuzeichnen. Ein derartiges Bild oder unsichtbares Bild kann ein durch eine Tinte ausgebildetes Bild mit der Eigenschaft sein ultraviolette oder infrarote Strahlen zu absorbieren. Die Sensortechnik zur Erkennung eines derartigen Bildes verwendet sowohl einen Sensor zum Abtasten des sichtbaren Lichts als auch einen Sensor zum Abtasten des unsichtbaren Lichts.
In einem Kopiergerät zur Ausbildung eines Bildes durch ausschließliches Abtasten des sichtbaren Lichts wurde ein Infrarotabsorptionsfilter in den optischen Pfad zwischen einer auf einem IC-Chip eines Bildsensors wie einer CCD gebildeten Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit Farbfiltern für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) und der Vorlage zur Verbesserung der Farbtrennungseigenschaften eingebracht. Wenn daher unter Verwendung einer Infrarotabsorptionstinte ein gedrucktes Bild als sichtbares Bild gelesen und wiedergegeben wird, ist beispielsweise ein Verfahren denkbar, bei dem ein für Infrarotstrahlen bestimmtes optisches System ohne Infrarotabsorptionsfilter abseits des optischen Pfades für sichtbares Licht bereitgestellt wird, damit die Infrarotstrahlen auf die Festkörperbildaufnahmevorrichtung zur Erfassung von Infrarotstrahlen abgebildet werden.
Da das vorstehend angegebene Verfahren mit einem komplexen optischen System verbunden ist, suchten die Erfinder jedoch nach einem neuen Verfahren, das einen Sensor verwendet, bei dem ein Sensor zum Abtasten der Infrarotstrahlen und ein Sensor zum Abtasten der RGB-Strahlen monolithisch auf einem Chip integriert sind. Dieses neue Verfahren kann jedoch nicht ein bekanntes Infrarotabsorptionsfilter im optischen Pfad bereitstellen, weil diesem die Aufgabe der Abtastung von Infrarotstrahlen zukommt.
Daher muß die Art verbessert werden, wie ein durch ein Infrarotabsorptionsfilter dargestelltes Absorptionsfilter für unsichtbares Licht angebracht wird, da man möglicherweise die Vorteile des vorstehenden neuen Verfahrens nicht wirksam verwenden kann.
In den Druckschriften JP-A-59-225 564 oder JP-A-62-174 716 sind beispielsweise Versuche offenbart, einen Sensor zum Abtasten der Infrarotstrahlen und einen Sensor zum Abtasten der RGB-Strahlen gemeinsam zu integrieren, aber keine davon nahm Bezug auf die spezielle Ausbildung des Filters.
Die Druckschrift JP-A-59-230 123 offenbart einen optischen Sensor mit einem Photodetektor, einem metallischen Schichtinterferenzfilter und einem Kantenfilter. Das metallische Schichtinterferenzfilter ist aus abwechselnden Schichten einer metallischen Schicht, einer dielektrischen Schicht und einer metallischen Schicht ausgebildet. Das Kantenfilter ist zur Absorption eines unnötigen Transmissionsbandes ausgebildet.
Die Druckschrift US-A-4 956 555 offenbart eine vielfarbige regelmäßige Brennebenenanordnung zur Erfassung und Unterscheidung von eintretender elektromagnetischer Strahlung in erste und zweite Wellenlängenbänder, wobei die regelmäßige Anordnung ein Substrat und eine zweidimensionale regelmäßige Anordnung aus Detektoren sowie ersten und zweiten Mehrfachdünnschichtfiltern aufweist. Die ersten und zweiten Mehrfachdünnschichtfilter sind jeweils zur Übertragung der ersten und zweiten Wellenlängenbänder angeordnet, so daß jede Reihe der Detektoren jeweils die ersten und zweiten Wellenlängenbänder erfaßt. Überdies ist eine sich über die gesamte regelmäßige Anordnung erstreckende absorbierende Metallschicht vorgesehen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es Hinblick darauf, welcher Aufbau für die Verwendung eines Absorptionsfilters für unsichtbares Licht als monolithisch integrierbarer Filter benutzt werden sollte ersichtlich, daß keine ausführliche und ausreichende Erforschung oder Untersuchung vorgenommen wurde.

Kurzzusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bildsensor mit einem kompakten Filter bereitzustellen, wobei der Bildsensor ausgezeichnet das optische Signal in einem breiten Wellenlängenbereich von dem sichtbaren bis zum unsichtbaren Bereich abtasten und relativ leicht eine Signalverarbeitung durchführen kann, wobei der Filter gute Filtereigenschaften zur Trennung zwischen sichtbarem und unsichtbarem Licht aufweist und das Auftreten von Schichtbruchfehlern sowie Abblättern bei der Nachbearbeitung nach der Ausbildung verhindert.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Bildsensor anzugeben, mit einer ersten Vielzahl von nebeneinander angeordneten regelmäßigen Sensoranordnungen, die eine Vielzahl von ersten photoelektrischen Wandlerelementen zur Farbtrennung aufweisen und ein optisches Signal des sichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal umwandeln, sowie eine zweite Vielzahl von nebeneinander angeordneten regelmäßigen Sensoranordnungen aufweisen, die eine Vielzahl von zweiten photoelektrischen Wandlerelementen zur Farbtrennung aufweisen und ein optisches Signal des unsichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal umwandeln, einem auf dem ersten photoelektrischen Wandlerelementen ausgebildeter Farbtrennfilter für den Bildsensor zur Zerlegung des optischen Signals des sichtbaren Bereichs, einem Abschirmfilter für unsichtbares Licht, der als eine gemeinsame Schicht auf der ersten regelmäßigen Sensoranordnung auf den ersten photoelektrischen Wandlerelementen zur Abschirmung des optischen Signals des unsichtbaren Bereichs ausgebildet ist, wobei der Abschirmfilter für unsichtbares Licht eine Vielzahl von aus dielektrischen Schichten und Metallschichten bestehende Schichten aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine typische Draufsicht eines Bildsensors.
Fig. 2 zeigt eine typische Schnittansicht des Bildsen sors.
Fig. 3 zeigt eine typische Schnittansicht zur Verdeutlichung eines Teils des Herstellungsablaufs des Bildsensors.
Fig. 4 zeigt eine typische Schnittansicht eines Filters für den Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 zeigt das Schichtverhalten des Ausführungsbeispiels 1 der Erfindung.
Fig. 6 zeigt das Schichtverhalten des Ausführungsbeispiels 2 der Erfindung.
Fig. 7 zeigt das Schichtverhalten des Ausführungsbeispiels 3 der Erfindung.
Fig. 8 zeigt das Verhalten der Korrekturschicht des Ausführungsbeispiels 4 der Erfindung.
Fig. 9 zeigt das Verhalten einer Verbindungsschicht eines Ausführungsbeispiels 4 der Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine typische Schnittansicht eines Gehäuses des Ausführungsbeispiels 4 der Erfindung.
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Bildinformationsverarbeitungsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Bildsensor.
Fig. 12 zeigt eine Spektralkennlinie eines Infrarotabsorptionsfarbstoffs.
Fig. 13 zeigt die Ansicht einer Bildstruktur.
Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Unterscheidungseinheit der Vorrichtung aus Fig. 11.
Fig. 15 zeigt ein Schaubild zur Erklärung eines Unterscheidungsverfahrens für die Bildstruktur.
Fig. 16 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau zur Ausführung eines Entscheidungsalgorithmus.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ein erfindungsgemäßer Bildsensor weist einen Filter auf, der aus einer Vielzahl von auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors gebildeten Schichten zusammengesetzt ist, die aus dielektrischen Schichten und Metallschichten bestehen.
Die dielektrische Schicht kann hinsichtlich der Schichtdicke einer Einzelschicht von 10 bis 200 nm geeignet gewählt werden, und die Metalldünnschicht kann hinsichtlich der Schichtdicke einer Einzelschicht von 10 bis 50 nm geeignet gewählt werden. Die Anzahl gestapelter Schichten wird nach Bedarf abhängig von den erforderlichen Spektralkennlinien und dem Aufbau des Bildsensors geeignet gewählt.
Der erfindungsgemäße Bildsensor mit einem Filter kann ein Bildsensor mit einer Photodiode, einem Phototransistor oder einem lichtleitenden Element als photoelektrischem wandlerelement sein, wobei der Filter direkt oder über eine isolierende Schicht auf den Halbleiterbereich geschichtet ist, der die lichtempfangende Fläche davon ausbildet. Eine abgeflachte Schicht kann bei Bedarf auf der isolierenden Schicht bereitgestellt werden.
Der Bildsensor ist nicht auf in die vier Anteile R, G, B und iR farbtrennende nachstehend beschriebene Sensoren beschränkt, sondern kann ein beliebiger Bildsensor sein, sofern er eine Beseitigung des unsichtbaren Lichts benötigt, beispielsweise ein Sensor für R-Einzelfarbe, ein Sensor für G-Einzelfarbe, ein Sensor für B-Einzelfarbe und ein Monochromsensor. Es kann ebenso ein Sensor für Komplementärfarben wie Gelb (Y) Cyan (Cy) und Magenta (M) sein.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Veranschaulichung der Zusammensetzung eines Bildsensors beschrieben, welcher die Infrarotstrahlung im unsichtbaren Bereich abtasten kann.
Fig. 1 zeigt eine typische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Bildsensors. Dieser Bildsensor 1 weist in vier Zeilen nebeneinander angeordnete photoelektrische Wandlerelemente (R, G, B) zur Umwandlung des optischen Signals des sichtbaren Bereichs in das elektrische Signal und ein photoelektrisches wandlerelement (iR) zur Umwandlung des optischen Signals des unsichtbaren Bereichs in das elektrische Signal auf. Das hier verwendete photoelektrische Wandlerelement kann ein Sperrschichtphotoelement oder ein lichtleitendes Element wie eine Photodiode oder ein Phototransistor sein. Weiterhin weist das für den sichtbaren Bereich geeignete photoelektrische Wandlerelement ein aus einer dielektrischen Mehrfachschicht zusammengesetztes Schichtungsfilter (iR-Absorptionsfilter) auf, welches das sichtbare Licht übertragen kann und das unsichtbare Licht absorbieren kann. Damit das Signal eines speziellen sichtbaren Bereichs erhalten wird, weist es ebenfalls ein Filter zur ausschließlichen selektiven Übertragung des Lichts des speziellen Bereichs auf. D. h., jedes der photoelektrischen Wandlerelemente für R (Rot), G (Grün) und B (Blau) weist ein eigenes Filter zur ausschließlichen Übertragung von Licht innerhalb eines speziellen Wellenlängenbereichs des sichtbaren Bereichs und ein gemeinsames Filter zur Absorption des unsichtbaren Lichts auf.
Andererseits kann das photoelektrische Wandlerelement (iR) zur Umwandlung des optischen Signals des unsichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal aus einem Material mit einer Empfindlichkeit für einen breiten, den unsichtbaren Lichtbereich abdeckenden Wellenlängenbereich in Verbindung mit einem Filter mit selektiver Transmittanz gegenüber Licht des unsichtbaren Bereichs aufgebaut sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist es durch die Kombination aller Filter möglich, das optische Signal aus jedem speziellen sichtbaren Bereich sowie dem unsichtbaren Bereich zu erhalten. Fig. 2 zeigt eine typische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Bildsensors. Auf jeder der auf einem Si-Substrat 2 ausgebildeten Photodioden 6a bis 6d ist jedes Filter zur Ausführung seiner Wirkungsweise ausgebildet. Zur Übertragung des optischen Signals sind außerdem CCD's 7a bis 7d angrenzend zu den entsprechenden Photodioden 6a bis 6d angeordnet. Auf den Photodioden 6a bis 6c sind Filter 5c, 5d, 5e zur ausschließlichen selektiven Übertragung von Licht des speziellen Wellenlängenbereichs und ein Filter 4 zur Absorption des unsichtbaren Lichts bereitgestellt, wodurch das optische Signal des sichtbaren Bereichs durch die Kombination der Filter 5c, 5d, 5e und 4 erhalten wird. Ferner sind auf der Photodiode 6d Filter 5b, 5a zur selektiven Übertragung von Licht des Wellenlängenbereichs von B und R bereitgestellt, wodurch das optische Signal des unsichtbaren Bereichs erhalten wird. Die Bezugszeichen 3a, 3b bezeichnen eine abgeflachte Schicht.
Es verbleibt ein Spielraum für technische Verbesserungen in derartigen Filtern zur Trennung des sichtbaren Lichts und des unsichtbaren Lichts sowie ihres Herstellungs vorgangs, wie es vorstehend beschrieben ist.
Fig. 3 zeigt eine typische Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Ausbildungsvorgangs einer Mehrfachschicht und ihrer Nachbearbeitung. Nach der Behandlung einer abgeflachten Schicht 8 (der abgeflachten Schicht 3a, 3b aus Fig. 2 entsprechend) wird eine Mehrfachschicht 10 gebildet, eine Struktur 11 ausgebildet, indem ein Photolack zur Entfernung nicht benötigter Abschnitte angewendet wird, wobei die Mehrfachschicht auf der Sensoreinheit für den sichtbaren Bereich verbleibt, und durch RIE geätzt wird. Die Nachbehandlung beinhaltet weiterhin die Ausbildung einer Aluminiumelektrodenkontaktfläche 9, die Strukturierung eines Trennabschnitts, das Ätzen, weiterhin das Chiptrennen, das Verdrahten und das Versiegeln mit Glas 12, wodurch ein Sensorchip gefertigt wird.
Im übrigen ist eine Metallschicht wie Au, Ag, Al mit schwachem Absorptionsgrad weit verbreitet; wenn sie dick genug ist, um undurchsichtig zu sein, als Metallreflexionsspiegel, oder wenn sie dünn ist, als Hitzereflexionsspiegel, der den sichtbaren Lichtstrahl durchläßt und den infraroten Lichtstrahl reflektiert. Andererseits weist die auf die Metallschicht oder beide Flächen aufgebrachte dielektrische Schicht die Schutzwirkung, eine Korrosion des Metalls zu verhindern, sowie eine Reflexionsverhinderungswirkung der Verminderung der Reflexion durch Interferenz auf.
Als Ergebnis sorgfältiger Forschung an dem Filter für eine geringe Schichtdicke und -verspannung und guter Filtereigenschaften mit weniger Schichtungen fanden die Erfinder heraus, daß die guten Filtereigenschaften hinsichtlich der Übertragung von Licht des sichtbaren Bereichs und der Absorption von Strahlung des breiten unsichtbaren Bereichs sogar durch die Dünnschicht erlangt werden können, mit einer Zusammensetzung, bei der die mit hohem Brechungsindex ausgestattete dielektrische Schicht und die Metallschicht zur weiteren Verbesserung der Wirkung aufgrund von Interferenz zwischen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht abwechselnd geschichtet sind, und somit die Erfindung erzielt wurde.
Ein Filter für den Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf photoelektrischen Wandlerelementen als gemeinsame Schicht auf regelmäßigen Sensoranordnungen zur Abschirmung des optischen Signals des unsichtbaren Bereichs ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aus einer Vielzahl von Schichten zusammengesetzt ist, bestehend aus einer dielektrischen Schicht 21 (H) und einer Metallschicht 22 (M), wie in Fig. 4 gezeigt.
Beispiele für die dielektrische Schicht der Erfindung können das gleiche Material wie die Schicht mit hohem Brechungsindex beinhalten, d. h. TiO&sub2;, ZnS, Ta&sub2;O&sub5;, Nb&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, HfO&sub2;, Y&sub2;O&sub3;, CeO&sub2;, Al&sub2;O' und ihre Mischungen.
Außerdem können Beispiele für die Metallschicht 22 Au, Ag, Cu und Al beinhalten. Es sei angemerkt, daß bei einer Verwendung als Infrarotabsorptionsfilter insbesondere Silber oder eine Silberlegierung mit Silber als Hauptbestandteil geeignet verwendet werden kann.
Es sei weiterhin angemerkt, daß ein Filter des erfindungsgemäßen Bildsensors vorzugsweise durch Vakuumabscheidung, HF-Ionenmetallisierung oder Sputtern im Hinblick auf die Einstellbarkeit der Schichtdicke, die Korrosionsverhinderung der Metallschicht und der Verhinderung einer Verunreinigungsvermischung hergestellt wird.
Erfindungsgemäß kann die Schichtverspannung durch Verminderung von Schichtungsanzahl und Schichtdicke reduziert aber dennoch gute Filtereigenschaften erzielt werden, und daher kann bei der Ausbildung der Mehrfachschicht des Filters ein Schichtbruchfehler bei der Nachbearbeitung nach der Ausbildung vermieden werden, wodurch der Bildsensor mit guten Eigenschaften wirkungsvoll und stabil hergestellt werden kann.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann ausgezeichnete Übertragungseigenschaften für sichtbares Licht bieten, wie auch einen Schichtbruch durch Verwendung der Metallschicht zur Reduzierung der Anzahl gestapelter Schichten verhindern.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es sei angemerkt, daß die nachstehenden Ausführungsbeispiele Filter betreffen, welche hauptsächlich das Licht des infraroten Bereichs absorbieren, die Erfindung jedoch nicht auf derartige Filter des infraroten Wellenlängenbereichs beschränkt ist.

Ausführungsbeispiel 1

Nach der Ausbildung einer abgeflachten Schicht eines acrylartigen Polymers wurde eine Mehrfachschicht mit einem fünfschichtigen Aufbau mit abwechselnden Schichten ausgebildet, die aus einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex und einer Metallschicht bestanden. Das Material der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex ist Titanoxid und das der Metallschicht ist Silber. In das Titanoxid wurde Sauerstoff und in das Silber Argon eingelassen, so daß der Evakuierungsgrad bei der Schichtausbildung auf 0,02 Pa gehalten wurde, und das Material jeder Schicht zur Ausbildung jeder Schicht in HF-Plasma bei 100 W durch Widerstandsheizung verdampft wurde. Die Schichtdicke jeder Schicht wurde durch Computerberechnung, eine optische Schichtdickenüberwachung und eine Quartzschichtdickenüberwachung festgelegt, wobei die Schichtdicke der Schicht mit hohem Brechungsindex bei 30 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht bei 15 nm pro Schicht lag, so daß die gesamte Schichtdicke des fünfschichtigen Aufbaus (drei dielektrische Schichten mit hohem Brechungsindex und zwei Metallschichten) 120 nm betrug. Es ist wünschenswert, daß die Schichtdicke der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex innerhalb des Bereichs von 25 bis 100 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 nm pro Schicht gewählt wird.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Schichtaufbaus und Fig. 5 zeigt das Schichtverhalten. In Fig. 4 bezeichnet 21 eine dielektrische Schicht mit hohem Brechungsindex und 22 eine Metallschicht.
Nach Ausbildung dieser Mehrfachschicht wurde die Nachbearbeitung zur Fertigung vieler Bildsensoren durchgeführt, so daß alle Sensoren ohne auftretenden Schichtbruch gefertigt wurden.

Ausführungsbeispiel 2

Nach der Ausbildung einer abgeflachten Schicht eines acrylartigen Polymers wurde eine Mehrfachschicht mit einem dreischichtigen Aufbau mit abwechselnden Schichten durch Sputtern ausgebildet, die aus einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex, einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex bestanden. Das Material der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex ist Titanoxid und das der Metallschicht ist Silber. Argon und Stickstoff wurden in Siliziumnitrid eingelassen und Argon wurde in Silber eingelassen, so daß der Evakuierungsgrad bei der Schichtausbildung bei 0,3 Pa gehalten wurde. Die Schichtdicke jeder Schicht wurde durch eine Computerberechnung und eine Quartzschichtdickenüberwachung festgelegt, wobei die Schichtdicke der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex bei 25 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht bei 25 nm pro Schicht lag, so daß die gesamte Schichtdicke des dreischichtigen Aufbaus 75 nm betrug. Es ist wünschenswert, daß die Schichtdicke der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex innerhalb des Bereichs von 25 bis 100 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 nm pro Schicht gewählt wird.
Fig. 6 zeigt das Schichtverhalten. Nach Ausbildung dieser Mehrfachschicht wurde die Nachbearbeitung zur Fertigung vieler Bildsensoren durchgeführt, so daß alle Sensoren ohne auftretenden Schichtbruch gefertigt wurden.

Ausführungsbeispiel 3

Nach der Ausbildung einer abgeflachten Schicht eines acrylartigen Polymers wurde eine aus Siliziumoxid zusammengesetzte Kontaktschicht 50 nm dick durch Vakuumabscheidung gebildet und eine Mehrfachschicht mit einem dreischichtigen Aufbau mit abwechselnden Schichten wurde darauf ausgebildet, die aus einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex, einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex bestanden. Das Material der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex ist Titanoxid und das der Metallschicht ist Silber. Sauerstoff wurde in Siliziumnitrid eingelassen, so daß der Evakuierungsgrad bei der Schichtausbildung bei 0,01 Pa gehalten wurde, und die Schicht wurde durch Verdampfen jedes Schichtmaterials mittels Widerstandserhitzung ausgebildet. Die Schichtdicke jeder Schicht wurde durch eine Computerberechnung, eine optische Schichtdickenüberwachung und eine Quartzschichtdickenüberwachung festgelegt, wobei die Schichtdicke der Schicht mit hohem Brechungsindex bei 50 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht bei 25 nm pro Schicht lag, so daß die gesamte Schichtdicke des dreischichtigen Aufbaus (deren erste Schicht aus einer dielektrischen Stapelschicht zusammengesetzt ist) 125 nm betrug. Es ist wünschenswert, daß die Schichtdicke der dielektrischen Schicht mit hohem Brechungsindex innerhalb des Bereichs von 25 bis 100 nm pro Schicht und die Schichtdicke der Metallschicht innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 nm pro Schicht gewählt wird.
Fig. 7 zeigt das Schichtverhalten. Nach Ausbildung dieser Mehrfachschicht wurde die Nachbearbeitung zur Fertigung vieler Bildsensoren durchgeführt, so daß alle Sensoren ohne auftretenden Schichtbruch gefertigt wurden.

Ausführungsbeispiel 4

Es wurde eine Mehrfachschicht eines fünfschichtigen Aufbaus ähnlich dem des Ausführungsbeispiels 1 ausgebildet, wobei eine Filterschicht auf der äußeren Oberfläche des Sensors zur Korrektur der Lichtempfindlichkeit im sichtbaren und unsichtbaren Bereich erzeugt wurde, und dann wurde mittels der Nachbearbeitung ein Bildsensor hergestellt.
Fig. 8 zeigt das Verhalten einer Korrekturschicht, Fig. 9 zeigt das Verhalten einer Verbindungsschicht und Fig. 10 zeigt eine typische Schnittansicht eines Gehäuses (Einkapselung). In Fig. 10 bezeichnet 31 ein Versiegelungsglas, 32 eine Korrekturschicht und 33 einen Sensor. Es ist unerheblich, daß der Korrekturfilter in den zum äußeren optischen System führenden optischen Pfad eingebaut werden kann wie im Stand der Technik.
Wie vorstehend beschrieben, ist es mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich, einen aus einer Mehrfachschicht zusammengesetzten Filter unmittelbar auf dem Bildsensor auszubilden, was der Vielfalt der Wirkungswei se und der Verwendung des Bildsensors dient. Insbesondere ist es möglich, die Filtereigenschaften mit kleiner Schichtdicke auf der abgeflachten Schicht zu erlangen und auf diese Weise den Bildsensor mit ausgezeichneten Eigenschaften sowie sein Herstellungsverfahren unter Vermeidung eines Schichtbruchs oder einer Schichtabblätterung bei der Nachbearbeitung bereitzustellen.

Bildinformationsverarbeitungsvorrichtung

Nachstehend wird eine den erfindungsgemäßen Bildsensor verwendende Bildinformationsverarbeitungsvorrichtung beschrieben.
Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm, bei dem das Signal von einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung (Sensor) 1 jedes beschriebenen Ausführungsbeispiels in eine Bildverarbeitungseinheit 1003 und eine Unterscheidungseinheit 1001 als Entscheidungseinheiten eingegeben wird. Die Information davon wird dann wiedergegeben und durch eine Aufzeichnungseinheit 1005 aufgezeichnet, welche durch eine Aufzeichnungssteuerung 1004 angesteuert wird.
Der Sensor 1 liest das Original mit einer Bildpunktdichte von 400 dpi, indem er im wesentlichen den gleichen Punkt des Originals in R (Rot), G (Grün), B (Blau) -Anteile und zusätzlich einen infraroten Anteil mit einer Empfindlichkeit bei ungefähr 1000 nm trennt.
Die Sensorausgabe wird unter Verwendung eines weißen Plättchens und eines Infrarotreferenzplättchens einer sogenannten Schattenkorrektur unterworfen und jeweils als 8-Bit Bildsignal in die Unterscheidungseinheit 1001 und die Bildverarbeitungseinheit 1003 eingegeben. Die Bildverarbeitungseinheit 1003 führt viele Verarbeitungsvorgänge inklusive veränderlicher Größenmaskierung, optische Zeichenerkennung (OCR) usw. durch, welche typischerweise in einer Farbkopiermaschine zur Erstellung von vier Farbsignalen aus C, M, Y und K durchgeführt werden, welche Aufzeichnungssignale sind.
Andererseits führt die Unterscheidungseinheit 1001 die Erfassung spezieller Strukturen des Originals durch, die für die Erfindung kennzeichnend sind und gibt das Ergebnis zur Aufzeichnungssteuerung 4 aus, in der das Aufzeichnungssignal nach Erfordernis bearbeitet wird, wie z. B. färben mit einer speziellen Farbe, und zeichnet es auf dem Aufzeichnungsblatt durch die Aufzeichnungseinheit 1005 auf, oder hält die Aufzeichnung zur Sperrung einer getreuen Bildwiedergabe an.
Die zu erfassende Bildstruktur der Erfindung wird nachstehend unter Verwendung der Fig. 12 und 13 hervorgehoben.
Fig. 12 zeigt eine Spektralkennlinie eines durchsichtigen Farbstoffs, der im sichtbaren Bereich im wesentlichen transmittiv ist und Infrarotstrahlen bei etwa 800 nm absorbieren kann; das von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. hergestellte SIR-159 ist ein typisches Beispiel dafür.
Fig. 13 zeigt ein Strukturbeispiel, das unter Verwendung der aus dem vorstehend erwähnten durchsichtigen Infrarotabsorptionsfarbstoff zusammengesetzten durchsichtigen Tinte ausgebildet ist. D. h., eine kleinere Struktur b eines Quadrats mit einer Seitenlänge von etwa 120 um wird unter Verwendung der vorstehend beschriebenen durchsichtigen Tinte auf eine Dreieckstruktur gedruckt, die mit einer Tinte a zur Reflexion eines besonderen oder infraroten Strahls aufgezeichnet wurde. Da die gleiche Struktur im sichtbaren Bereich im wesentlichen aus der gleichen Farbe ist, wie in der Figur gezeigt, ist die Struktur b für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar, dafür aber im infraroten Bereich erfaßbar. Es sei angemerkt, daß obwohl eine Struktur mit einer Seitenlänge von etwa 120 um für die nachstehende Beschreibung beispielhaft angegeben wurde und diese Fläche b aber bei 400 dpi gelesen wird, kann die Fläche b bei 400 dpi so groß wie etwa 4 Bildpunkte wie gezeigt ausgelesen werden. Es sei angemerkt, daß das Ausbildungsverfahren für die Struktur nicht auf dieses Beispiel begrenzt ist.
Die Einzelheiten der Unterscheidungseinheit 1001 aus Fig. 11 wird unter Verwendung von Fig. 14 weiter beschrieben. In Fig. 14 bezeichnen 10-1 bis 10-4 aus FIFO ausgebildete Bilddatenverzögerungsabschnitte, von denen jede die Bilddaten um 32 Bits (8 Bits mal vier Komponenten) pro Zeile verzögert.
Das Eingangsbildsignal wird zum Erhalt der Bildpunktdaten A zunächst verzögert und zwei Bildpunkte lang durch Flipflops 11-1 und 11-2 gehalten, zum Erhalt der Bildpunktdaten C wird es um zwei Zeilen durch Speicher 10-1 und 10-2 verzögert, zum Erhalt der Bildpunktdaten der Beobachtung X weiterhin zwei Bildpunkte lang durch FF 11-3 und 11-4 verzögert, sowie zum Erhalt der Bildpunktdaten B ähnlich zwei Bildpunkte lang durch FF 11-5 und 11-6 verzögert, und ähnlich werden die Bildpunktdaten D erlangt, wobei die Bildpunktdaten in die Unterscheidungseinheit gleichzeitig eingegeben werden. Hierbei ist die örtliche Beziehung von A, B, C und D in der Nachbarschaft der Bildpunktlage der Beobachtung X in Fig. 15 dargestellt.
D. h., wenn der Bildpunkt der Beobachtung X die Tinte des Abschnitts b in Fig. 13 liest, folgt, daß A, B, C und D das Bild der umliegend angeordneten Struktur lesen.

Entscheidungsalgorithmus

Es wird vorgeschlagen, den ein Bildpunktsignal von A auszubildenden R-Anteil mit AR zu bezeichnen, den G-Anteil mit AG, den B-Anteil mit AB, den infraroten Anteil mit AIR und jeden jedes Bildpunktsignal B, C, D ausbildenden Anteil R, G, B, IR von jedem ähnlich zu definieren. Dann erhält man die Durchschnittswerte YR, YG, YB, YIR der gleichen Farbanteile durch die nachstehenden Ausdrücke:
YR = 1/4 · (AR + BR + CR + DR)
YG = 1/4 · (AG + BG + CG + DG)
YB = 1/4 · (AB + BB + CB + DB)
YIR = 1/4 · (AIR + BIR + CIR + DIR)
Die Entscheidung über die Objektstruktur folgt der Differenz zwischen den durch die vorstehenden Ausdrücke erhaltenen Durchschnittswerte und dem Bildpunkt der Beobachtung X. D. h., die Existenz einer Struktur wird befunden, falls
ΔR < K
ΔG < K
ΔB < K
ΔIR > L (K, L konstant),
mit ΔR = YR - XR ,
ΔG = YG - XG ,
ΔB = YB - XB ,
ΔIR = YIR - XIR
D. h., es kann entschieden werden, daß der Bildpunkt der Beobachtung kleinere Differenzen im Farbton zu seinen umgebenden Bildpunkten im sichtbaren Bereich und eine Differenz von einem konstanten Wert L oder größer in seiner Infrarotkennlinie aufweist.
Fig. 16 zeigt ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel, in dem der vorstehend beschriebene Entscheidungsalgorithmus umgesetzt wurde. Ein Addierer 121 addiert einfach einen Farbanteil von jedem der vier Bildpunkte und gibt die oberen 8 Bits davon aus, wodurch entsprechend YR, YG, YB und YIR erhalten werden. Ein Subtrahierer 122 ermittelt die Differenz jedes Anteils von dem Bildpunkt des Beobachtungssignals, und für drei Anteile von R, G und B wird jeder Absolutwert mit einer Konstante K als Referenzsignal durch einen Vergleicher 126 verglichen. Jede Ausgabe des vorstehenden Vergleichers wird in ein UND-Gatter 127 eingegeben, in dem eine Struktur befunden wird, falls "1" an seinem Ausgangskontakt anliegt.

Claims

1. Bildsensor mit

einer ersten Vielzahl von nebeneinander angeordneten regelmäßigen Sensoranordnungen (7a, 7b, 7c), die eine Vielzahl von ersten photoelektrischen Wandlerelementen (6a, 6b, 6c) zur Farbtrennung aufweisen und ein optisches Signal des sichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal umwandeln,

einer zweiten regelmäßigen Sensoranordnung (7d), die eine Vielzahl von zweiten photoelektrischen Wandlerelementen (6d) aufweist und das optische Signal des unsichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei die ersten und zweiten regelmäßigen Sensoranordnungen nebeneinander angeordnet sind,

einem über den ersten photoelektrischen Wandlerelementen ausgebildeter Farbtrenner (5c, 5d, 5e) zur Zerlegung des optischen Signals des sichtbaren Bereichs, und

einem Abschirmfilter für unsichtbares Licht (4), der als eine gemeinsame Schicht auf der ersten regelmäßigen Sensoranordnung über den ersten photoelektrischen Wandlerelementen (6a, 6b, 6c) zur Abschirmung des optischen Signals des unsichtbaren Bereichs ausgebildet ist, wobei der Abschirmfilter für unsichtbares Licht (4) eine Vielzahl von aus dielektrischen Schichten (21) und Metallschichten (22) bestehende Schichten aufweist.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei das Abschirmfilter (4) für unsichtbares Licht wechselweise dielektri sche Schichten (21) und Metallschichten (22) aufweist, wobei die dielektrischen Schichten einer hohen Brechungsindex aufweisen.

3. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Metallschichten (22) aus einem aus der folgenden Gruppe aus Silber oder einer Silberlegierung mit Silber als Hauptbestandteil ausgewählten Material zusammengesetzt sind.

4. Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die dielektrische Schicht (21) aus einem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid, Nioboxid, Siliziumoxid, Zinkoxid oder aus einer Mischung daraus zusammengesetzt ist.

5. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei das Farbtrennfilter (5c, 5d, 5e) ein Durchlaßfilter für rotes Licht, ein Durchlaßfilter für blaues Licht und ein Durchlaßfilter für grünes Licht aufweist.

6. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Abschirmfilter (4) für unsichtbares Licht über dem Farbtrennfilter angeordnet ist.

7. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Bildsensor ein Komplementärfarben-Bildsensor ist.

8. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten photoelektrischen Wandlerelemente (6a, 6b, 6c, 6d) eine Photodiode aufweist.

9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1, 5, 6, 7, oder 8, wobei der Abschirmfilter (4) für unsichtbares Licht ein Absorptionsfilter für Infrarotstrahlung ist.

10. Bildsensor nach Anspruch 6, wobei zwischen dem Farbtrennfilter (5c, 5d, 5e) und dem Abschirmfilter (4) für unsichtbares Licht eine abgeflachte Schicht (3b) geschaffen ist.

11. Bildsensor nach Anspruch 6, wobei das Abschirmfilter (4) für unsichtbares Licht auf dem Farbfilter geschaffen ist.

12. Bildinformationsverarbeitungsvorrichtung mit

einem Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,

Bildausbildungseinrichtungen zur Ausbildung eines auf einem optischen Signal des sichtbaren Bereichs basierenden Bildes, und

Steuereinrichtungen zur Steuerung der Arbeitsweise der Bildausbildungseinrichtungen in Reaktion auf ein optisches Signal des unsichtbaren Bereichs.