JP4901320B2 - 2波長イメージセンサ - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1による2波長イメージセンサの構成を示す平面図である。図1において、この2波長イメージセンサは、複数の可視光検出器1と複数の非冷却型赤外光検出器3とを含む検出器アレイを備える。検出器1,3は実際には多数設けられているが、図1では図面の簡単化のため24個ずつ示されている。24個の可視光検出器1と24個の非冷却型赤外光検出器3は、均一に分散配置されている。すなわち、24個の可視光検出器1は4行6列に所定のピッチで配置され、24個の非冷却型赤外光検出器3は4行6列に所定のピッチで配置され、可視光検出器2と非冷却型赤外光検出器3は行方向および列方向に半ピッチずつずらせて配置されている。
図5は、この発明の実施の形態2による2波長イメージセンサの要部を示す図であって、図3と対比される図である。また、図6は、隣接する2つの赤外光検出器3の構成を示す断面図である。
図7は、この発明の実施の形態3による2波長イメージセンサの要部を示す平面図である。図7において、この2波長イメージセンサでは、熱赤外光検出用画素5は、3行3列に配置された9個の非冷却型赤外光検出器3と、9個の赤外光検出器3を電気的に直列接続する8本の金属配線4を含んで構成される。各非冷却型赤外光検出器3は、1個のSOIダイオード3aを含む。各熱赤外光検出用画素5の行に対応して水平選択線8が設けられ、各熱赤外光検出用画素5の列に対応して垂直信号線9が設けられる。したがって、熱赤外光検出用画素5は、電気的には水平選択線8と垂直信号線9との間に直列接続された9個のSOIダイオードで構成される。なお、図7では、可視光検出器1用の配線などは図示していないが、他の構成および撮像動作については実施の形態1と同様である。
図8は、この発明の実施の形態4による2波長イメージセンサの要部を示す平面図であって、図7と対比される図である。図8において、この2波長イメージセンサでは、図7の2波長イメージセンサと同様に、熱赤外光検出用画素5は、直列接続された9個の赤外光検出器3で構成される。また、熱赤外光検出用画素5を構成する9個の赤外光検出器3のそれぞれに、赤外線吸収傘27が独立して形成される。ここで、3行3列に配置された9個の赤外光検出器3のうちの中央に位置する赤外線検出器3の赤外線吸収傘27は、周辺に位置する他の赤外線検出器3の赤外線吸収傘27に比べて、面積が広くなるように形成される。他の構成および撮像動作については実施の形態1に示した2波長イメージセンサと同様である。
図9は、この発明の実施の形態5による2波長イメージセンサの要部を示す平面図であって、図7と対比される図である。図9において、この2波長イメージセンサでは、図7の2波長イメージセンサと同様に、熱赤外光検出用画素5は、直列接続された9個の赤外光検出器3で構成される。また、熱赤外光検出用画素5を構成する9個の赤外光検出器3のそれぞれに、赤外線吸収傘27が独立して形成される。9個の赤外光検出器3の赤外線吸収傘27は同じ大きさである。ここで、3行3列に配置された9個の赤外光検出器3のうちの中央に位置する赤外線検出器3には直列接続された2つのSOIダイオード3aが形成され、周辺に位置する他の赤外線検出器3にはSOIダイオード3aが1個ずつ形成される。他の構成および撮像動作については実施の形態1に示した2波長イメージセンサと同様である。
図10は、この発明の実施の形態6による2波長イメージセンサの要部を示す平面図である。図10において、この2波長イメージセンサでは、熱赤外光検出用画素5は、被写体からの熱赤外光を検出するための赤外光検出部5aと、基板温度を検出するための基板温度検出部5bとを含む。各熱赤外光検出用画素5の行に対応して水平選択線8が設けられ、各赤外光検出部5aの列に対応して垂直信号線9aが設けられ、各基板温度検出部5bの列に対応して垂直信号線9bが設けられる。
Claims (10)
- 可視光画像と赤外光画像の両方を撮像する2波長イメージセンサであって、
半導体基板の表面のうちのアレイ領域に形成された複数の可視光検出器および複数の非冷却型赤外光検出器を含む検出器アレイを備え、
前記複数の可視光検出器が前記アレイ領域全体に均一に分散配置されるとともに、前記複数の非冷却型赤外光検出器も前記アレイ領域全体に均一に分散配置され、
各可視光検出器は前記可視光画像の1画素を構成し、
前記複数の非冷却型赤外光検出器はN個(ただし、Nは2以上の整数である)ずつグループ化され、各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は直列接続されて前記赤外光画像の1画素を構成していることを特徴とする、2波長イメージセンサ。 - 各非冷却型赤外光検出器は、電流−電圧特性が赤外光の入射光量に応じて変化するように設けられたダイオードを含むことを特徴とする、請求項1に記載の2波長イメージセンサ。
- 各非冷却型赤外光検出器は、1個または直列接続された複数の前記ダイオードを含み、
前記アレイ領域は、各グループに対応して設けられた画素領域を含み、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域内に分散配置され、そのグループの1個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心に配置され、そのグループの残りの(N−1)個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心の周りに配置され、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器のうちの前記画素領域の中心に配置された非冷却型赤外光検出器の前記ダイオードの数は、そのグループの他の各非冷却型赤外光検出器の前記ダイオードの数よりも大きいことを特徴とする、請求項2に記載の2波長イメージセンサ。 - 各非冷却型赤外光検出器は、抵抗値が赤外光の入射光量に応じて変化するように設けられたボロメータを含むことを特徴とする、請求項1に記載の2波長イメージセンサ。
- 前記アレイ領域は、各グループに対応して設けられた画素領域を含み、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域内に分散配置され、そのグループの1個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心に配置され、そのグループの残りの(N−1)個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心の周りに配置され、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器が同一温度にされたとき、そのグループのうちの前記画素領域の中心に配置された非冷却型赤外光検出器のボロメータの抵抗値は、そのグループの他の各非冷却型赤外光検出器のボロメータの抵抗値よりも大きいことを特徴とする、請求項4に記載の2波長イメージセンサ。 - 各非冷却型赤外光検出器は赤外線吸収傘を含み、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器の赤外線吸収傘は互いに熱的に結合されていることを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の2波長イメージセンサ。 - 各非冷却型赤外光検出器は赤外線吸収傘を含み、
各赤外線吸収傘は他の赤外線吸収傘と熱的に独立して設けられ、
前記アレイ領域は、各グループに対応して設けられた画素領域を含み、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域内に分散配置され、そのグループの1個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心に配置され、そのグループの残りの(N−1)個の非冷却型赤外光検出器は対応の画素領域の中心の周りに配置され、
各グループに属するN個の非冷却型赤外光検出器のうちの前記画素領域の中心に配置された非冷却型赤外光検出器の赤外線吸収傘の面積は、そのグループの他の各非冷却型赤外光検出器の赤外線吸収傘の面積よりも大きいことを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の2波長イメージセンサ。 - 可視光画像と赤外光画像の両方を撮像する2波長イメージセンサであって、
半導体基板の表面のうちのアレイ領域に形成された複数の可視光検出器および複数の非冷却型赤外光検出器を含む検出器アレイを備え、
前記複数の可視光検出器が前記アレイ領域全体に均一に分散配置されるとともに、前記複数の非冷却型赤外光検出器も前記アレイ領域全体に均一に分散配置され、
各可視光検出器は前記可視光画像の1画素を構成し、
前記複数の非冷却型赤外光検出器は2N個(ただし、Nは2以上の整数である)ずつグループ化され、各グループは前記赤外光画像の1画素を構成し、
各グループに属する2N個の非冷却型赤外光検出器はN個ずつ第1および第2のサブグループに分割され、前記第1のサブグループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は直列接続されて赤外光検出部を構成し、前記第2のサブグループに属するN個の非冷却型赤外光検出器は直列接続されて基板温度検出部を構成し、前記第1のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度は前記第2のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度よりも高く、
さらに、前記赤外光検出部の出力信号のレベルから前記基板温度検出部の出力信号のレベルを減算して対応の画素の出力信号を生成する減算手段を備えることを特徴とする、2波長イメージセンサ。 - 前記第1のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器を中空断熱構造とするとともに前記第2のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器を断熱構造としないことにより、前記第1のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度を前記第2のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度よりも高くしたことを特徴とする、請求項8に記載の2波長イメージセンサ。
- 各非冷却型赤外光検出器を中空断熱構造とし、前記第1のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の支持脚の熱コンダクタンスを前記第2のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の支持脚の熱コンダクタンスよりも小さくすることにより、前記第1のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度を前記第2のサブグループに属する非冷却型赤外光検出器の赤外光検出感度よりも高くしたことを特徴とする、請求項8に記載の2波長イメージセンサ。
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