JPH11111958A - 2次元配列センサ - Google Patents
2次元配列センサInfo
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- JPH11111958A JPH11111958A JP9267602A JP26760297A JPH11111958A JP H11111958 A JPH11111958 A JP H11111958A JP 9267602 A JP9267602 A JP 9267602A JP 26760297 A JP26760297 A JP 26760297A JP H11111958 A JPH11111958 A JP H11111958A
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 検出部とその周囲に略等幅に設けられた非検
出部とからなるセンサ画素が複数個2次元配列されて構
成された2次元配列センサにおいて、フィルファクタの
向上による高感度化を図る。 【解決手段】 検出部である感熱部2と非検出部である
非感熱部3とで構成される各画素1の形状を六角形にす
る。これにより、フィルファクタが向上し、センサの高
感度化を図ることができる。 【効果】 各画素が隣接してできる非感熱部3の面積
(半径C2)を小さくすることができ、センサの視認性
を向上させることができる。
出部とからなるセンサ画素が複数個2次元配列されて構
成された2次元配列センサにおいて、フィルファクタの
向上による高感度化を図る。 【解決手段】 検出部である感熱部2と非検出部である
非感熱部3とで構成される各画素1の形状を六角形にす
る。これにより、フィルファクタが向上し、センサの高
感度化を図ることができる。 【効果】 各画素が隣接してできる非感熱部3の面積
(半径C2)を小さくすることができ、センサの視認性
を向上させることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2次元配列センサに
関し、特に赤外線等を検出する検出部とその周囲に略等
幅に設けられた非検出部とからなるセンサ画素が複数個
2次元配列されて構成されたセンサに関する。
関し、特に赤外線等を検出する検出部とその周囲に略等
幅に設けられた非検出部とからなるセンサ画素が複数個
2次元配列されて構成されたセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、2次元の熱型赤外線センサにおい
ては、各画素はシリコン等からなる非感熱部の基板上
に、チタン等の金属薄膜等からなる感熱部を形成した構
造を有している。また、各画素の形状は四角形であり、
互いの非感熱部を隣接した2次元のマトリックス状に配
列されている。この2次元のマトリックス状に配列され
た熱型赤外線センサは、例えば特開平6―61743号
公報に記載されている。
ては、各画素はシリコン等からなる非感熱部の基板上
に、チタン等の金属薄膜等からなる感熱部を形成した構
造を有している。また、各画素の形状は四角形であり、
互いの非感熱部を隣接した2次元のマトリックス状に配
列されている。この2次元のマトリックス状に配列され
た熱型赤外線センサは、例えば特開平6―61743号
公報に記載されている。
【0003】ここで、従来の熱型赤外線センサの一例が
図5及び図6に示されている。図6は、図5中のB部の
拡大図である。これら両図において、画素4は、熱を検
出する感熱部5と、その感熱部5の周囲に設けられた略
等幅の非感熱部6とから構成されている。そして、各画
素4の形状は四角形であり、他の画素の非感熱部6を互
いに隣接したマトリックス状に配列されている。
図5及び図6に示されている。図6は、図5中のB部の
拡大図である。これら両図において、画素4は、熱を検
出する感熱部5と、その感熱部5の周囲に設けられた略
等幅の非感熱部6とから構成されている。そして、各画
素4の形状は四角形であり、他の画素の非感熱部6を互
いに隣接したマトリックス状に配列されている。
【0004】ここで、センサの感度は感熱部5の面積に
比例する。しかし、チップサイズが半導体製造設備の制
約により制限されるため、1画素の面積も制限される。
このため、1画素(又はセンサ全体)中の検出部(感熱
部分)の面積の割合であるフィルファクタ(fill
factor)を向上させることがセンサ感度の向上に
つながる。
比例する。しかし、チップサイズが半導体製造設備の制
約により制限されるため、1画素の面積も制限される。
このため、1画素(又はセンサ全体)中の検出部(感熱
部分)の面積の割合であるフィルファクタ(fill
factor)を向上させることがセンサ感度の向上に
つながる。
【0005】また、非感熱部同士が隣接してできる部分
の面積を小さくすることが、遠方の微小目標の検知にお
いて視認性の向上に寄与する。すなわち、非感熱部同士
が隣接してできる部分の面積が大きい場合は、その面積
よりも小さなビーム等を検出することができない。
の面積を小さくすることが、遠方の微小目標の検知にお
いて視認性の向上に寄与する。すなわち、非感熱部同士
が隣接してできる部分の面積が大きい場合は、その面積
よりも小さなビーム等を検出することができない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のセンサ
では、限られたチップサイズの中で、各画素を2次元の
マトリックス状に並べることにより、製造プロセス上の
非感熱部が格子状にセンサ面に存在し、センサのフィル
ファクタを低減させていた。
では、限られたチップサイズの中で、各画素を2次元の
マトリックス状に並べることにより、製造プロセス上の
非感熱部が格子状にセンサ面に存在し、センサのフィル
ファクタを低減させていた。
【0007】このため、入射赤外線の受光面積を増やす
ことが、センサ感度の向上において重要となり、換言す
ると感熱部のフィルファクタをいかに向上させるかが課
題となる。また、センサ面に形成された格子状の非感熱
部は、その大きさによりセンサの視認性を劣化させてい
たことはいうまでもない。
ことが、センサ感度の向上において重要となり、換言す
ると感熱部のフィルファクタをいかに向上させるかが課
題となる。また、センサ面に形成された格子状の非感熱
部は、その大きさによりセンサの視認性を劣化させてい
たことはいうまでもない。
【0008】この様な構造においては、図6に示されて
いる非感熱部の中で最大となるスペースの内接円の半径
Cを、いかにして小さくするかが視認性の向上にとって
重要である。
いる非感熱部の中で最大となるスペースの内接円の半径
Cを、いかにして小さくするかが視認性の向上にとって
重要である。
【0009】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的はフィルファク
タの向上により、高感度化を図り、また視認性が向上さ
れた2次元配列センサを提供することである。
るためになされたものであり、その目的はフィルファク
タの向上により、高感度化を図り、また視認性が向上さ
れた2次元配列センサを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による2次元配列
センサは、検出部と該検出部の周囲に略等幅に設けられ
た非検出部とからなるセンサ画素が複数個2次元配列さ
れて構成された2次元配列センサであって、センサ画素
の夫々は外形が六角形形状であることを特徴とする。そ
して、前記センサ画素の夫々は、隣接する他のセンサ画
素との間に隙間ができないように配列される。また、前
記六角形は、その辺の長さが全て等しい正六角形である
ことが望ましい。
センサは、検出部と該検出部の周囲に略等幅に設けられ
た非検出部とからなるセンサ画素が複数個2次元配列さ
れて構成された2次元配列センサであって、センサ画素
の夫々は外形が六角形形状であることを特徴とする。そ
して、前記センサ画素の夫々は、隣接する他のセンサ画
素との間に隙間ができないように配列される。また、前
記六角形は、その辺の長さが全て等しい正六角形である
ことが望ましい。
【0011】要するに本発明のセンサでは、検出部(感
熱部)と非検出部(非感熱部)とで構成される各画素の
形状を六角形にしているので、フィルファクタの向上に
よる高感度化を図ることができる。また、各画素が隣接
してできる非感熱部の面積を小さくすることができ、セ
ンサの視認性を向上させることができる。
熱部)と非検出部(非感熱部)とで構成される各画素の
形状を六角形にしているので、フィルファクタの向上に
よる高感度化を図ることができる。また、各画素が隣接
してできる非感熱部の面積を小さくすることができ、セ
ンサの視認性を向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施
の形態による2次元の熱型赤外線センサである。また、
図2は図1中のA部の拡大図である。
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施
の形態による2次元の熱型赤外線センサである。また、
図2は図1中のA部の拡大図である。
【0013】これら両図において、本実施形態による2
次元配列センサ100は、シリコン等からなる正六角形
の非感熱部3の基板上に、正六角形の金属薄膜からなる
感熱部を有する画素1が形成された構造になっている。
そして、各画素は複数個2次元に並べられている。
次元配列センサ100は、シリコン等からなる正六角形
の非感熱部3の基板上に、正六角形の金属薄膜からなる
感熱部を有する画素1が形成された構造になっている。
そして、各画素は複数個2次元に並べられている。
【0014】なお、このような画素の形成は、マイクロ
マシーニング技術を用いて行われる。この画素形成方法
は、田中昭夫らによる文献「Infrared Foo
alPlane Array Incorporati
ng Silicon IC Process Com
patible Bolometer」 IEEETR
ANSACTIONS ON ELECTRON DE
VICES(VOL.43,No.11 NOVEMB
ER 1996)に記載されている。
マシーニング技術を用いて行われる。この画素形成方法
は、田中昭夫らによる文献「Infrared Foo
alPlane Array Incorporati
ng Silicon IC Process Com
patible Bolometer」 IEEETR
ANSACTIONS ON ELECTRON DE
VICES(VOL.43,No.11 NOVEMB
ER 1996)に記載されている。
【0015】次に、上述した従来技術に対する本実施形
態の特有の効果について、図3及び図4を参照して詳細
に説明する。
態の特有の効果について、図3及び図4を参照して詳細
に説明する。
【0016】図3は従来の熱型赤外線センサの1画素の
模式図である。同図においては、1画素の1辺がaの正
方形で、感熱部を幅αの非感熱部が取り囲む構造をして
いる。図中のαは、マイクロマシーニング技術による限
界により決定される値を取るものとし、1画素の総面積
をS1、感熱部の面積をS2とすると、フィルファクタ
(以下、ffと略す)は、ff=S2/S1で表され
る。
模式図である。同図においては、1画素の1辺がaの正
方形で、感熱部を幅αの非感熱部が取り囲む構造をして
いる。図中のαは、マイクロマシーニング技術による限
界により決定される値を取るものとし、1画素の総面積
をS1、感熱部の面積をS2とすると、フィルファクタ
(以下、ffと略す)は、ff=S2/S1で表され
る。
【0017】また、aとαとの間には、a>2α>0と
いう条件(以下、条件Aと呼ぶ)が成立するものとす
る。
いう条件(以下、条件Aと呼ぶ)が成立するものとす
る。
【0018】なお、上記の文献によると、ユニットセル
50[μm](a)時のffが59[%]であることよ
り、α=5.8[μm]となる。
50[μm](a)時のffが59[%]であることよ
り、α=5.8[μm]となる。
【0019】図4は本発明の一実施例による熱型赤外線
センサの1画素の模式図であり、1画素の1 辺をx、感
熱部の1辺をyとする正六角形で、感熱部を幅αの非感
熱部がが取り囲む構造をしており、αは従来の熱型赤外
線センサと同様な値とし、1画素の総面積をS3、感熱
部の面積をS4とすると、ff=S4/S3と表され
る。
センサの1画素の模式図であり、1画素の1 辺をx、感
熱部の1辺をyとする正六角形で、感熱部を幅αの非感
熱部がが取り囲む構造をしており、αは従来の熱型赤外
線センサと同様な値とし、1画素の総面積をS3、感熱
部の面積をS4とすると、ff=S4/S3と表され
る。
【0020】ここで、従来の熱型赤外線センサの総面積
S1と本発明の熱型赤外線センサの総面積S3とを同等
とすると(S1=S3),ffの向上はS4>S2であ
ることを証明すれば良いこととなる。
S1と本発明の熱型赤外線センサの総面積S3とを同等
とすると(S1=S3),ffの向上はS4>S2であ
ることを証明すれば良いこととなる。
【0021】従来の熱型赤外線センサにおける、1画素
の感熱部の面積であるS2は次式で表される。
の感熱部の面積であるS2は次式で表される。
【0022】 S2=(a−2α)2 …(1) また、本発明の熱型赤外線センサにおける、1画素の総
面積S3は次式で表される。
面積S3は次式で表される。
【0023】 S3=3√3・x2 /2 …(2) さらに、本発明の熱型赤外線センサにおける、1画素の
感熱部の1辺yは次式で表される。なお、式(2)にお
いて、「√」は平方根であることを示している。以下の
各式においても同様である。
感熱部の1辺yは次式で表される。なお、式(2)にお
いて、「√」は平方根であることを示している。以下の
各式においても同様である。
【0024】 y=x−2α√3 …(3) そして、本発明の熱型赤外線センサにおける、1画素の
感熱部の面積S4は次式で表される。
感熱部の面積S4は次式で表される。
【0025】 S4=3√3・y2 /2 …(4) ここで、S1=S3の条件より、S3=a2 を式(2)
に代入してxを求めると次式のようになる。
に代入してxを求めると次式のようになる。
【0026】 x=√(2/3√3)a …(5) 式(5)より求めたxを式(3)に代入し、式(4)を
aとαとで表すと次式のようになる。
aとαとで表すと次式のようになる。
【0027】 S4=a2 −6aα√(2/3√3)+2√3・α2 …(6) ここで、式(1)及び式(6)よりS4>S2を証明す
る。
る。
【0028】 S4−S2=aα{4−6√(2/3√3)}+α2 (2√3−4) =α[a{4−6√(2/3√3)}+α(2√3−4)] =α(0.278a−0.536α) …(6a) =0.278α(a−1.93α) …(6b) なお、式(6a)及び(6b)は近似的に成立する。上
述した条件Aによると、a>2αである。したがって、
S4−S2>0、すなわちS4>S2が成り立つ。
述した条件Aによると、a>2αである。したがって、
S4−S2>0、すなわちS4>S2が成り立つ。
【0029】よって、従来の熱型赤外線センサの1画素
と同等な面積を持ち、かつ、感熱部を取り巻く非感熱部
の幅が等しい場合(均一である場合)、本発明の熱型赤
外線センサの1画素は、そのffが向上することにな
る。
と同等な面積を持ち、かつ、感熱部を取り巻く非感熱部
の幅が等しい場合(均一である場合)、本発明の熱型赤
外線センサの1画素は、そのffが向上することにな
る。
【0030】なお、同様な考察より1画素の構成は、よ
リ多角形である方がffの向上につながることが容易に
推測できる。そして、究極的には画素と感熱部とが同心
円である場合が、1画素のffが最も向上した形である
といえる。
リ多角形である方がffの向上につながることが容易に
推測できる。そして、究極的には画素と感熱部とが同心
円である場合が、1画素のffが最も向上した形である
といえる。
【0031】しかし、六角形以外の多角形(八角形等)
及び円の各画素を2次元に並べた場合、製造プロセスの
限界ででき感熱部を取り巻く幅αの非感熱部以外に、画
素を並べることによって非感熱部を生じ、結果として赤
外線センサ全体としてのffは向上しないこととなる。
及び円の各画素を2次元に並べた場合、製造プロセスの
限界ででき感熱部を取り巻く幅αの非感熱部以外に、画
素を並べることによって非感熱部を生じ、結果として赤
外線センサ全体としてのffは向上しないこととなる。
【0032】従って、2次元の熱型赤外線センサの場
合、六角形の画素構造の場合が最もffの向上した構成
であることが言え、センサの高感度化が図れるのであ
る。そして、正六角形の画素構造の場合が最も製造しや
すく、最良の実施形態であるといえる。
合、六角形の画素構造の場合が最もffの向上した構成
であることが言え、センサの高感度化が図れるのであ
る。そして、正六角形の画素構造の場合が最も製造しや
すく、最良の実施形態であるといえる。
【0033】次に、各画素を2次元に並べた時、非感熱
部が互いに隣接する部分における半径Cは、センサ視認
性の限界値であり、本発明による熱型赤外線センサのC
2が、従来の熱型赤外線センサのC1より小さいことを
証明する。
部が互いに隣接する部分における半径Cは、センサ視認
性の限界値であり、本発明による熱型赤外線センサのC
2が、従来の熱型赤外線センサのC1より小さいことを
証明する。
【0034】図3より、図6に示されているC1は以下
に示されている様になる。
に示されている様になる。
【0035】 1:√2=α:C1 C1=√2α …(8) 図4より、図2に示されているC2は以下に示されてい
る様になる。
る様になる。
【0036】 2:√3=C2:α C2=2α/√3 …(9) 式(8)及び式(9)より、C1>C2(C1=1.2
2・C2)であることは明白である。よって、本発明の
熱型赤外線センサは、従来の熱型赤外線センサに比べて
視認性が高いのである。
2・C2)であることは明白である。よって、本発明の
熱型赤外線センサは、従来の熱型赤外線センサに比べて
視認性が高いのである。
【0037】また、辺の長さが全て等しい正六角形の場
合に限らず、少なくとも内角が全て等しい六角形である
場合やその辺の長さが全て異なる六角形についても、従
来の四角形の場合よりも視認性向上の効果が得られるこ
とは明白である。
合に限らず、少なくとも内角が全て等しい六角形である
場合やその辺の長さが全て異なる六角形についても、従
来の四角形の場合よりも視認性向上の効果が得られるこ
とは明白である。
【0038】なお以上は、熱型赤外線センサの場合につ
いて説明したが、冷却型のセンサ、非冷却型のセンサの
別を問わず本発明が適用できることは明白である。さら
に、赤外線センサに限らず検出部と該検出部の周囲に略
等幅に設けられた非検出部とからなるセンサ画素が複数
個2次元配列されて構成されたセンサについて広く本発
明が適用できることは明白である。例えば、周知のCC
D(Charge Coupled Device)セ
ンサ等についても本発明を適用することができる。
いて説明したが、冷却型のセンサ、非冷却型のセンサの
別を問わず本発明が適用できることは明白である。さら
に、赤外線センサに限らず検出部と該検出部の周囲に略
等幅に設けられた非検出部とからなるセンサ画素が複数
個2次元配列されて構成されたセンサについて広く本発
明が適用できることは明白である。例えば、周知のCC
D(Charge Coupled Device)セ
ンサ等についても本発明を適用することができる。
【0039】請求項の記載に関連して本発明は更に次の
態様をとりうる。
態様をとりうる。
【0040】(1)前記六角形は、その辺の長さが全て
異なることを特徴とする請求項1又は2記載の2次元配
列センサ。
異なることを特徴とする請求項1又は2記載の2次元配
列センサ。
【0041】(2)前記六角形は、その内角が全て等し
いことを特徴とする請求項1又は2記載の2次元配列セ
ンサ。
いことを特徴とする請求項1又は2記載の2次元配列セ
ンサ。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
2次元の熱型赤外線センサ等、2次元配列されたセンサ
画素の夫々を、六角形状にすることにより、フィルファ
クタの向上が図れ、センサ感度の高感度化を図ることが
できるという効果がある。また、画素同士が隣接する部
分における、非感熱部上の面積を小さくすることがで
き、セシサの視認性を向上させることができるという効
果がある。
2次元の熱型赤外線センサ等、2次元配列されたセンサ
画素の夫々を、六角形状にすることにより、フィルファ
クタの向上が図れ、センサ感度の高感度化を図ることが
できるという効果がある。また、画素同士が隣接する部
分における、非感熱部上の面積を小さくすることがで
き、セシサの視認性を向上させることができるという効
果がある。
【図1】本発明の一実施形態による熱型赤外線センサの
構成を示す上面図である。
構成を示す上面図である。
【図2】図1の中のA部の拡大図である。
【図3】従来の熱型赤外線センサの1画素を示す模式図
である。
である。
【図4】本発明の熱型赤外線センサの1画素を示す模式
図である。
図である。
【図5】従来の熱型赤外線センサの構成を示す上面図で
ある。
ある。
【図6】図5中のB部の拡大図である。
1,4 画素 2,5 感熱部 3,6 非感熱部 a,x 画素1辺の長さ C,C1,C2 従来の非感熱部の半径 y 感熱部1辺の長さ α 非感熱部の幅 100,101 熱型赤外線センサ
Claims (6)
- 【請求項1】 検出部と該検出部の周囲に略等幅に設け
られた非検出部とからなるセンサ画素が複数個2次元配
列されて構成された2次元配列センサであって、前記セ
ンサ画素の夫々は外形が六角形形状であることを特徴と
する2次元配列センサ。 - 【請求項2】 前記センサ画素の夫々は、隣接する他の
センサ画素との間に隙間ができないように配列されるこ
とを特徴とする請求項1記載の2次元配列センサ。 - 【請求項3】 前記六角形は、その辺の長さが全て等し
い正六角形であることを特徴とする請求項1又は2記載
の2次元配列センサ。 - 【請求項4】 前記検出部は熱を検出することを特徴と
する請求項1〜3のいずれかに記載の2次元配列セン
サ。 - 【請求項5】 前記検出部は光を検出することを特徴と
する請求項1〜3のいずれかに記載の2次元配列セン
サ。 - 【請求項6】 前記光は赤外線であることを特徴とする
請求項5記載の2次元配列センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9267602A JPH11111958A (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 2次元配列センサ |
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JP9267602A JPH11111958A (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 2次元配列センサ |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11111958A true JPH11111958A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17447017
Family Applications (1)
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JP9267602A Pending JPH11111958A (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 2次元配列センサ |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH11111958A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001027564A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Sony Corp | 光検出装置 |
US6379867B1 (en) * | 2000-01-10 | 2002-04-30 | Ball Semiconductor, Inc. | Moving exposure system and method for maskless lithography system |
CN104317156A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置 |
JP2018195636A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 富士通株式会社 | 受光素子、受光装置及び撮像装置 |
JP2019039712A (ja) * | 2017-08-23 | 2019-03-14 | 富士通株式会社 | 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム |
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1997
- 1997-10-01 JP JP9267602A patent/JPH11111958A/ja active Pending
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