JPH10335618A - 光センサ・アレイ - Google Patents

光センサ・アレイ

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JPH10335618A
JPH10335618A JP10134700A JP13470098A JPH10335618A JP H10335618 A JPH10335618 A JP H10335618A JP 10134700 A JP10134700 A JP 10134700A JP 13470098 A JP13470098 A JP 13470098A JP H10335618 A JPH10335618 A JP H10335618A
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JP
Japan
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light
reflection type
substrate
photo sensor
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JP10134700A
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English (en)
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G Leonard Mark
マーク・ジー・レオナルド
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Hewlett Packard Co
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
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    • H01L27/146Imager structures
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】光センサアレイ上に、個々のセンサへの高精度
の集光器を設置し、センサの近傍に設けられた電子回路
への光照射量を抑制して、この電子回路への光の影響を
低減する。 【構成・作用】センサアレイが設置される基板20の上
にアルミニウム層40をコーティングし、更に、個々の
センサにアラインメントを取って反射器用の窪みをエッ
チングする。これによって、アルミニウムを壁面とする
反射型集光器をセンサ毎に設置することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に電子写真装
置に用いることが可能な感光素子アレイに関する。とり
わけ本発明は感光素子アレイ及びそれに対応する集光素
子アレイであって両アレイとも基板上に配置されるもの
に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】電子カメラは、一般に、光
学イメージを1組の電子信号に変換する。電子信号はカ
メラが受けとった光の各種の色の強さを表すことができ
る。電子カメラには、一般に、カメラが受け取った光の
強度を検出する感光センサ・アレイが含まれている。感
光センサは、一般に、センサが受け取った光の強度に比
例した振幅を有する電子信号を発生する。イメージ処理
ができるようにするため、電子信号を調整しまたサンプ
リングすることができる。
【0003】多くの光学系は、マイクロレンズ素子を利
用して、光源の光を感光素子アレイに集める。これらの
光学系は、感光素子に結像する光がうまく制御されない
ので、性能が制限されることがあり得る。感光素子によ
って発生する電子信号の調整回路要素は、感光素子に近
接して配置することができる。しかし、調整回路要素の
電気的性能は、調整回路要素に直接または間接的に集束
する光によって影響を受ける可能性がある。調整回路要
素が光に晒されるのを阻止するのに十分な精度でマイク
ロレンズを通る光のイメージングを制御することはでき
ない。さらに、調整回路要素が受ける光の強度は、光源
の強度の変動に応じて変動する。従って、信号調整回路
要素の電気的性能は、光源の強度によって影響される。
【0004】他の光学系は、電荷結合素子(CCD)を
利用して、イメージ光源から直接光を検出する。CCD
素子は高価である。さらに、CCD素子は、標準的な集
積回路テクノロジを使って信号調整回路要素といっしょ
に製造することができない。すなわち、CCD素子を用
いるには、信号処理回路要素のために独立した集積回路
が必要になる。集積回路を追加すると、光学系のコスト
が増大する。
【0005】信号調整回路要素の少なくとも一部と同じ
基板に感光素子を配置することが可能なイメージング・
システムが望ましい。イメージング・システムが受ける
光は、各感光素子に集めることが望ましい。集光方向
は、近接する信号調整回路要素が、受け取った光にさら
されないようにするのに十分な精度で制御可能であるこ
とが望ましい。信号調整回路要素からシールドされる光
は、損失になる代わりに感光素子に向けられるようにす
べきである。さらに、感光素子及び調整回路要素は、単
一のCOMS集積回路上に製作することが望ましい。
【0007】
【概要】本発明によれば、イメージ検出構造内におい
て、受け取った光を光センサへ最適に結合する電子イメ
ージ検出構造が得られる。光センサは基板上に配置さ
れ、光センサが受け取った光の強度に比例した電子信号
を発生する。この構造によって、光センサに関連した信
号処理回路要素を光センサと同じ基板上に配置すること
ができるようになる。
【0008】本発明の第1の実施例は、光センサ・アレ
イを含む。この電子センサ・アレイは、基板上に配置さ
れた複数の光センサを含む。各光センサは、光を検知し
て検知した光の強度に比例した電子信号を発生する。こ
の実施例には、さらに、基板上に配置された複数の集光
素子が含まれている。各集光素子は、光を受けると、そ
の光を対応する光センサに集める。各電子信号は、信号
調整回路要素によって受信される。信号調整回路要素の
少なくとも一部は、光センサと共に基板上に配置され
る。
【0009】本発明のもう1つの実施例は、第1の実施
例と同様であるが、選択された波長範囲の光を通過させ
る各集光素子が含まれている。
【0010】本発明の他の態様及び利点については、添
付の図面に関連して、本発明の原理を例によって説明す
る下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【0011】
【実施例】例証のための図面に示すように、本発明は、
光検出素子アレイに取り付けられ、それに対するアライ
メントがとられた反射型集光素子アレイによって具現化
される。光検出素子は基板上にあり、この基板には信号
調整回路要素も含まれている。反射型集光素子は、受け
取った光を光検出素子に集める。光検出素子は、受け取
った光の強度に比例した電子信号を発生する。信号調整
回路要素は、光検出素子によって発生した電子信号の調
整を行う。
【0012】図1には、本発明の実施例の断面図を示
す。この実施例には、基板20が含まれている。基板2
0には感光素子22のアレイが含まれている。反射型集
光素子24のアレイは、基板20上に配置されている。
反射型集光素子24のアレイは、各反射型集光素子24
の中心が対応する感光素子22の上にくるようにアライ
メントがとられている。反射型集光素子24は、光を受
け取ると、その光を感光素子22に集める。基板20に
は、さらに、感光素子22間に位置する信号調整回路要
素26も含まれている。
【0013】図2に、単一の反射型集光素子24を示
す。反射型集光素子24には、大入射開口部30を小出
射開口部32につなぐ光反射壁28が含まれている。こ
の実施例では、大入射開口部30及び小出射開口部32
は円形である。しかし、反射型集光素子をより高密度に
実装する必要のある場合には、本発明において、形状が
非円形の大入射開口部30及び小出射開口部32を設け
てもよい。反射型集光素子204の大入射開口部30が
受け取った光は、反射型集光素子24の小出射開口部3
2に集められる。反射型集光素子24は、光を集めて出
射開口部32に集束させる。出射開口部32における光
の強度は入射開口部30における光の強度よりも大きく
なる。
【0014】反射型集光素子24は、複合放物面集光素
子(compound parabolic concentrator)の形状をなすよ
うに形成することができる。複合放物面集光素子につい
ては、"High Collection Nonimaging Optics" (W. T. W
elford and R. Winston, 1989, Academic Press)に詳細
な記載がある。あるいは、集光素子の形状は集光素子2
4を形成するのに必要なプロセス・ステップによって決
まる。
【0015】集光素子24のアレイは、光検出素子22
のアレイに取り付けられて、それに対するアライメント
がとられる。各集光素子24が受け取った光は、対応す
る光検出素子22に集められる。従って、このようにし
なかったとすれば信号調整回路要素26を照射したであ
ろう光が、向きを変えられて、感光素子22に集められ
る。集光素子24によって、感光素子22を照射する光
の割合が高くなる。
【0016】信号処理回路要素26が光に晒されると、
信号処理回路要素の電気的性能が影響を受けることがあ
る。集光素子24を設けることにより、光に晒されない
基板表面積が増大する。従って、集光素子24によっ
て、信号調整回路要素26に利用可能な集積回路の面積
が増す。
【0017】感光素子22は、感光ダイオードまたはト
ランジスタとすることができる。しかし、感光素子22
は、集積回路製造プロセスの制約条件内において製造可
能な任意の電子構造とすることができる。各感光素子2
2は、それぞれ光の特定の色彩に感応するいくつかのサ
ブデバイスを含んでもよい。
【0018】基板20は一般にシリコンである。しか
し、本発明の範囲内である論理的に敷延された概念や他
の実現形態には、他の材料を用いることもできる。
【0019】信号調整回路要素26によって、多種多様
な電子機能を実現することができる。例えば、信号調整
回路26によって、感光素子22が発生した電子信号を
増幅しまたフィルタリングすることができる。さらに、
信号調整回路要素は、電子信号のデジタル・サンプルを
発生するためのサンプリング回路要素を含むことができ
る。デジタル・サンプルは、デジタル電子回路によって
さらに処理及び調整することができる。
【0020】図3、図4及び図5に、基板20上に反射
型集光素子を形成する方法を示す。基板20にアルミニ
ウム層40をコーティングする。アルミニウム層40に
レジスト層42をコーティングする。レジスト層42に
開口部44を形成する。開口部は、集積回路の製造業者
には周知の標準的なフォトリソグラフィ技法を用いて形
成する。アルミニウム層40中の反射型集光素子を形成
すべき場所に、開口部44を形成する。アルミニウム層
40に継続してエッチングすることによって、開口部4
4が配置される空洞を形成する。図3、図4及び図5
に、アルミニウム層40に継続的にエッチングすること
による反射型集光素子の形成過程を示す。
【0021】図6は、図5の構成からレジスト42を除
去したもう1つの実施例を示す。図7は、反射型集光素
子に材料70を充填した、もう1つの実施例を示す。材
料70は、透明なプラスチックとすることができる。材
料70を着色または染色して、材料70を通る光にフィ
ルタをかけることができる。反射型集光素子をそれぞれ
体系的に着色または染色して、色パターンに対応させる
ことができる。さらに、材料70は、材料70の屈折率
が空気とシリコンの屈折率の間になるように選択的に決
めることができる。シリコンは屈折率が高いので、極め
て反射が強い。材料70は、基板20の表面から反射し
て外へ行ってしまうことによって生じる光量の損失を最
小限に抑えるように選択することができる。
【0022】図8は、アルミニウム層40を除去した、
別の実施例を示す。
【0023】図9に本発明の代替実施例を示す。この実
施例には、広い開口部の反射型集光素子90と狭い開口
部の反射型集光素子92から構成される反射型集光素子
が含まれている。広い開口部の反射型集光素子90は、
狭い開口部の反射型集光素子92よりも多くの光をセン
サ22に結合する。光センサ22の感度は、夫々の光セ
ンサが検知する光の色彩によって変動することがある。
例えば、赤の光センサは、青の光センサほどは感度が高
くないかもしれない。従って、赤のセンサに対応して広
い開口部の反射型集光素子90を設けることによって、
赤のセンサにより多くの光を結合することができる。
【0024】図10に、本発明の代替実施例を示す。こ
の実施例には、単一の集光素子が光を複数の感光素子に
対して集めるところの、細長いトラフ状に形成された集
光素子が含まれている。
【0025】本発明の特定の実施例について解説し例示
してきたが、本発明は、こうして解説しまた例示した部
分の特定の形態または構成に制限されるものではない。
本発明は特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0026】以下に本発明の実施の態様の例を列挙す
る。
【0027】[実施態様1]基板(20)に配置され、そ
れぞれが光を検知して前記検知した光の強度に関連した
電子信号を発生する複数の光センサ(22)と、それぞ
れ、光を受けると前記受け取った光を対応する前記光セ
ンサ(22)に集める複数の反射型集光素子(24)と、前
記基板(20)に配置され、前記電子信号を受信する信号
調整回路要素(26)を設けた光センサ・アレイ。
【0028】[実施態様2]前記複数の反射型集光素子
(24)を前記基板(20)に取り付けたことを特徴とす
る実施態様1に記載の光センサ・アレイ。
【0029】[実施態様3]前記反射型集光素子(24)
が反射空洞を含むことを特徴とする実施態様1に記載の
光センサ・アレイ。
【0030】[実施態様4]前記反射空洞が少なくとも
部分的に透明材料(70)によって充填されていることを
特徴とする実施態様3に記載の光センサ・アレイ。
【0031】[実施態様5]前記反射型集光素子(24)
の各々が選択された波長範囲の光を通過させることを特
徴とする実施態様1に記載の光センサ・アレイ。
【0032】[実施態様6]前記反射型集光素子(24)
の各々が空気の屈折率と基板(20)の屈折率の間の屈折
率を備えた材料(70)を含むことを特徴とする実施態様
1に記載の光センサ・アレイ。
【0033】[実施態様7]前記光センサ(22)は光検
知トランジスタを含むことを特徴とする実施態様1に記
載の光センサ・アレイ。
【0034】[実施態様8]前記光センサ(22)は光検
知ダイオードを含むことを特徴とする実施態様1に記載
の光センサ・アレイ。
【0035】[実施態様9]前記信号調整回路要素(2
6)が電子信号増幅及び信号サンプリングを行うことを
特徴とする実施態様1に記載の光センサ・アレイ。
【0036】[実施態様10]前記光センサ(22)の各
々が複数のサブ・センサを含むことを特徴とする実施態
様1に記載の光センサ・アレイ。
【0037】[実施態様11]前記サブ・センサの各々
があらかじめ選択された波長範囲の光を検出することを
特徴とする実施態様10に記載の光センサ・アレイ。
【0038】[実施態様12]前記反射型集光素子(2
4)が細長いトラフ形状に形成されており、前記反射型
集光素子(24)の各々が複数の前記光センサ(22)に光
を集めることを特徴とする実施態様1に記載の光センサ
・アレイ。
【0039】[実施態様13]前記反射型集光素子(2
4)が少なくとも部分的に透明材料(70)によって充填
されることを特徴とする実施態様12に記載の光センサ
・アレイ。
【0040】[実施態様14]前記反射型集光素子(2
4)の各々が選択された波長範囲の光を通過させること
を特徴とする実施態様12に記載の光センサ・アレイ。
【0041】[実施態様15]前記反射型集光素子(2
4)の各々が空気の屈折率と基板(20)の屈折率の間の
屈折率を有する材料(70)を含むことを特徴とする実施
態様12に記載の光センサ・アレイ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図。
【図2】単一の反射型集光素子を示す図。
【図3】アルミニウム層にエッチングすることによって
形成される反射型集光素子を示す図。
【図4】アルミニウム層にエッチングすることによって
形成される反射型集光素子を示す図。
【図5】アルミニウム層にエッチングすることによって
形成される反射型集光素子を示す図。
【図6】レジストを除去した反射型集光素子を示す図。
【図7】選択された波長範囲の光を通す透明な材料が充
填された、図6の反射型集光素子の空洞を示す図。
【図8】アルミニウムがエッチングで除去された、図7
の反射型集光素子を示す図。
【図9】光学強度レベルを変化させる反射型集光素子を
示す図。
【図10】各反射型集光素子が複数の感光素子に対応す
る、トラフとして形成された反射型集光素子を示す図。
【符号の説明】
20:基板 22:感光素子 24:反射型集光素子 26:信号調整回路要素 30:大入射開口部 32:小出射開口部 40:アルミニウム層 44:開口部 70:材料 90:反射型集光素子 92:反射型集光素子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板(20)に配置され、それぞれが光を検
    知して前記検知した光の強度に関連した電子信号を発生
    する複数の光センサ(22)と、 それぞれ、光を受けると前記受け取った光を対応する前
    記光センサ(22)に集める複数の反射型集光素子(24)
    と、 前記基板(20)に配置され、前記電子信号を受信する信
    号調整回路要素(26)を設けた光センサ・アレイ。
JP10134700A 1997-05-20 1998-05-18 光センサ・アレイ Pending JPH10335618A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US85893997A 1997-05-20 1997-05-20
US858,939 1997-05-20

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