KR101538723B1 - 화상 취득장치, 변환소자 및 화상 취득방법 - Google Patents

화상 취득장치, 변환소자 및 화상 취득방법 Download PDF

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Abstract

기존의 화상 취득장치에서는, 그 구성을 간이화하는 것에는 한계가 있었다.
적외선 카메라(50)는, 외부에서 입력되는 적외선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득한다. 적외선 카메라(50)는, 도전성의 금속막(5)과, 금속막(5) 상에 형성된 유전체층(7)과, 금속막(5) 및 유전체층(7)을 이 순서로 주면(主面) 상에 지지하는 프리즘체(4)와, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면에 대하여 광을 출력하는 LED(1)와, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면에서 반사되는 반사광을 수광하는 촬상소자(9)를 구비한다.

Description

화상 취득장치, 변환소자 및 화상 취득방법{IMAGE PICK­UP APPARATUS, CONVERSION ELEMENT AND IMAGE PICK­UP METHOD}
본 발명은, 화상 취득장치에 관한 것으로, 특히 표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠를 활용한 화상 취득장치에 관한 것이다.
최근, 내용물 검사, 불심자의 감시시스템에 예시되는 바와 같이 폭 넓은 감시용도로 세큐리티 관련기술의 진전이 현저하다. 이것에 따라, 순수한 온도 측정용 외에, 상기한 감시용에 적용 가능한 적외선 카메라에 대한 수요가 급증하고 있다.
적외선 카메라의 구조로서는, 양자(量子)형, 볼로미터형이라는 것이 알려져 있다. 양자형의 적외선 카메라에서는, 일반적으로 열잡음에 대한 내성을 가지게 하기 위하여 냉각이 필요하고, 장치 전체로서는 대형이고 고가의 것이 된다. 또, 볼로미터형은, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술의 진전에 따라 여러가지 타입의 것이 개발되어 있으나, 화소단위로 열검출 구조를 설치함과 동시에, 화소로부터의 신호 추출구조를 설치할 필요가 있기 때문에, 장치 구성은 복잡한 것이 된다.
상기한 바와 같이, 기존의 적외선 카메라에서는, 그 구성을 간이화하는 것에는 한계가 있었다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 더욱 간이한 구성의 새로운 타입의 화상 취득장치 또는 새로운 화상 취득방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 적외선 카메라는, 도전성의 박막과, 상기 박막 상에 형성된 유전체층과, 상기 박막 및 상기 유전체층을 이 순서대로 주면(主面) 상에 지지하는 기체(基體)와, 상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에 대하여 광을 출력하는 광원과, 상기 박막과 상기 기체 사이의 상기 계면에서 반사되는 반사광을 수광하는 촬상소자를 구비한다.
외부로부터 입사되는 적외선의 강도 분포는, 유전체층에서의 유전율 분포로 변환된다. 그리고 유전체층에서의 유전율 분포는, 박막과 기체 사이의 계면에서 반사되고, 촬상소자에 입력되는 반사광의 강도 분포로 변환된다. 따라서, 촬상소자가 취득하는 화상은, 외부에서 입력되는 적외선의 강도 분포에 따른 것이 된다. 이에 의하여, 종래의 적외선 카메라와 비교하여 더욱 간이한 구성의 적외선 카메라를 실현할 수 있다.
상기 유전체층 상에 형성된 적외선 흡수층을 더 구비하면 좋다. 이것에 의 하여, 적외선의 강도 분포를 반사광의 강도 분포로 변환하는 효율을 높일 수 있다.
상기 적외선 흡수층 상에 배치됨과 동시에, 외부로부터 입사되는 상기 적외선을 통과시키고, 외부로부터 입사되는 원하는 파장 이외의 광선을 차단하는 필터를 더 구비하면 좋다. 이것에 의하여 일반적인 환경에서 사용 가능한 적외선 카메라를 제공할 수 있다.
상기 적외선 흡수층 상에 배치되고, 외부로부터 입사되는 상기 적외선의 상기 적외선 흡수층에의 입력을 부분적으로 방해하는 차광부재를 더 구비하면 좋다. 이에 의하여 더미 감열영역을 설정할 수 있고, 배경성분의 제거 가능한 구성을 제공할 수있다.
상기 적외선 흡수층은, 상기 기체의 상기 주면에 대하여 실질적으로 평행하게 연장하는 복수의 홈에 의하여 복수의 부분으로 분할되면 좋다. 이에 의하여 인접하는 부분 사이의 열전달이 억제되어, 최종적으로 얻어지는 화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다.
복수의 집광 렌즈를 더 구비하면 좋다. 이에 의하여 더욱 넓은 시야각의 적외선 카메라를 제공할 수 있다.
상기 필터를 개구 내에 유지와 함께, 외부로부터 입사되는 상기 적외선의 상기 적외선 흡수층에의 입력을 부분적으로 방해하는 차광부를 가지는 지지체를 더 구비하면 좋다. 차광부재를 설치하는 경우에 얻어지는 효과에 더하여, 간이한 위치 결정이 가능해진다.
상기 유전체층은, 상기 기체의 상기 주면에 대하여 실질적으로 평행하게 연 장되는 복수의 홈에 의하여 복수의 부분으로 분할되면 좋다. 인접하는 부분 사이의 열전달이 억제되어, 최종적으로 얻어지는 화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다.
상기 박막은, 상기 기체의 상기 주면에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 복수의 홈에 의하여 복수의 부분으로 분할되면 좋다. 인접하는 부분 사이의 열전달이 억제되고, 최종적으로 얻어지는 화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다.
상기 광원으로부터의 출력광을 평행광화하는 렌즈를 더 구비하면 좋다.
상기 광원으로부터의 출력광의 입력에 의거하여 기설정된 편광상태의 광을 출력하는 편광자를 더 구비하면 좋다.
상기 기체는, 상기 주면에 일치하는 제 1면 및 상기 제 1면에 대향하는 제 2면을 가지는 평판 형상의 기판과, 상기 기판의 상기 제 2면에 형성된 복수의 볼록형상체를 구비하고, 복수의 상기 볼록형상체의 각각은, 상기 광원으로부터의 출력광이 입력되는 광입력면, 및 상기 계면으로부터의 반사광을 출력하는 광출력면을 가지면 좋다. 이에 의하여 기체 자체의 두께를 얇게 할 수 있어, 적외선 카메라의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관한 적외선 카메라는, 외부에서 입력되는 적외선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득하는 적외선 카메라로서, 도전성의 박막과, 상기 박막 상에 형성됨과 동시에, 상기 적외선의 입력에 의거하여 상기 적외선의 강도 분포에 대응한 유전율 분포가 형성되는 유전체층과, 상기 박막 및 상기 유전체층을 이 순서대로 주면 상에 지지하는 기체와, 상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에 대하여 광을 출력하는 광원과, 상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에서 반사되고, 상기 유전율 분포에 따른 광강도 분포를 가지는 반사광을 수광하는 촬상소자를 구비한다.
본 발명에 관한 적외선 카메라는, 적외선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득하는 적외선 카메라로서, 도전성의 박막과, 상기 박막 상에 형성된 유전체층과, 상기 박막 및 상기 유전체층을 이 순서대로 주면 상에 지지하는 기체와, 상기 박막과 상기 기체 사이의 상기 계면에서 반사되는 반사광을 수광하는 촬상소자를 구비한다.
본 발명에 관한 화상 취득장치는, 도전성 입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층 상에 열선 흡수층이 적층된 적층체와, 상기 적층체에 입사되는 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사되어 상기 유전체층에서 강도 변조된 광을 수광하여, 상기 적층체에 입사하는 열선의 강도 분포에 따른 상을 촬상하는 촬상수단을 구비한다.
외래의 열선을 흡수하는 열선 흡수층과 도전성 입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층을 적층한다. 그리고, 유전체층에 광을 조사하여, 유전체층으로부터 강도 변조된 광을 출력시킨다. 이것에 의하여, 적층체에 입사하는 열선의 강도 분포에 따른 상을 취득하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 간소한 구성의 화상 취득장치를 실현할 수 있다.
상기 적층체는, 상기 적층체의 적층방향을 깊이방향으로 하는 복수의 홈에 의하여, 2차원 형상으로 배치된 복수의 섬부(島部)를 형성하도록 분할되어 있으면 된다.
상기 적층체를 지지하는 지지부재를 더 구비하고, 상기 지지부재는, 상기 적층체를 주면 상에서 지지하는 단열층과, 상기 단열층이 주면 상에 형성된 지지 기판을 구비하면 좋다.
상기 지지기판은, 복수의 상기 섬부 각각의 위치에 대응하는 위치에 형성된 복수의 개구를 가지면 좋다.
상기 적층체는, 상기 열선 흡수층과 상기 유전체층과의 사이에, 상기 광원으로부터의 출사광을 반사하는 광반사층을 더 구비하면 좋다.
상기 유전체층은, 표면에 상기 도전성입자가 부착된 입자형상의 상기 유전체가 응집하여 형성되어 있으면 좋다.
본 발명에 관한 변환장치는, 도전성입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층과, 열선을 흡수하는 열선 흡수층과, 적어도 상기 유전체층 및 상기 열선 흡수층이 주면 상에 적층된 지지부재를 구비한다.
본 발명에 관한 화상 취득방법은, 열선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득하는 화상 취득방법으로서, 도전성입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층 상에 열선 흡수층이 적층된 적층체에 대하여 광을 조사하고, 상기 유전체층에서 강도 변조된 광을 수광하여, 상기 적층체에 입사하는 열선의 강도 분포에 따른 상을 촬상한다.
더욱 간이한 구성의 새로운 타입의 적외선 카메라를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 각 실시형태는, 설명의 편의상, 간략화되어 있다. 도면은 간략적인 것이기 때문에, 도면의 기재를 근거로 하여 본 발명의 기술적 범위를 좁게 해석해서는 안된다. 도면은, 오로지 기술적 사항의 설명을 위한 것으로, 도면에 나타낸 요소의 정확한 크기 등은 반영하고 있지 않다. 동일한 요소에는, 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략하는 것으로 한다. 상하 좌우라는 방향을 나타내는 단어는, 도면을 정면시한 경우를 전제로 하여 사용하는 것으로 한다. 각 실시형태는 서로 독립된 것은 아니고, 적절히 중첩하여 파악되어야 하는 것이다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 대하여, 이하 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다.
도 1은 적외선 카메라(50)의 개략적인 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2는 프리즘체의 앞면 상의 적층체의 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 3은, 촬상소자를 수광면의 일부를 평면시한 개략적인 설명도이다. 도 4는 적외선 카메라의 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 도 5는, 입사각(α)과 반사광 강도의 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 6은, 신호처리부의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 적외선 카메라(50)는, LED(Ligh Emitting Diode)(1), 렌즈(2), 편광판(편광자)(3), 프리즘체(기체)(4), 금속막(박막)(5), 적층체(6), 촬상소자(9), 렌즈(10), 렌즈(11), 필터(12), 마스크(차광부재)(13), 용 기(15)를 구비한다. 또한, 프리즘체(4)의 앞면(주면)(4b) 상에는, 금속막(5), 적층체(6), 마스크(13), 필터(12), 렌즈(11), 렌즈(10)가, 이 순서로 배치된다. 또한 여기서는, 투광측의 광학계(OM1)는, LED(1), 렌즈(2), 편광판(3)으로 구성된다.
LED(1)는, 광원으로서 기능하는 반도체 발광소자로서, 랜덤한 편광상태의 광을 출력한다. 또한, LED 대신에 기설정된 편광상태의 광을 출력하는 LD(Laser Diode)를 광원으로서 채용하여도 좋다. 이 경우에는, 뒤에서 설명하는 편광판의 구성을 생략화할 수 있으므로, 장치구성을 더욱 간략화할 수 있다.
렌즈(2)는, LED(1)로부터의 출력광을 평행광화하는 광학소자이다. LED(1)로부터의 출력광은, 렌즈(2)의 렌즈면을 거쳐 평행광화된다. 렌즈(2)는, LED(1)로부터의 출력광의 입력에 의거하여 평행광화된 광을 출력한다. 또한, 여기서는 축선(AX1)을 따라 모든 광선이 진행되도록 광의 진행방향을 변경하는 것을 평행광화라고 부른다. 축선(AX1)은, 프리즘체(4)의 앞면(4b)의 수선(AX2)에 대하여 α도의 경사를 이루도록 배치된다. 이 각도는, LED(1)의 파장과 유전체층(7)의 굴절율(유전율)에 의하여 결정되는 표면 플라즈몬 공명 각도(α0)에 대하여 적절하게 결정된다. 또한, 축선(AX3)도 축선(AX1)과 마찬가지로, 수선(AX2)에 대하여 α도의 경사를 이룬다.
편광판(3)은, LED(1)로부터의 출력광의 입력에 의거하여 p 편광의 광을 출력한다. 또한, p 편광상태의 광을 전반사 조건으로 금속막(5)에 입사시킴으로써 효과적으로 금속막(5)에 소멸파(Evanescent Wave)를 발생시키고, 금속막(5)의 표면 에 여기된 표면 플라즈몬과, 그 파수가 일치할 때 일종의 공명상태가 된다. 이것이, 이른바 표면 플라즈몬 공명이라 불리우는 현상이며, LED(1)로부터의 입사광선의 에너지가 소비되어 반사광 강도가 감소된다. 또한, 편광판(3)으로부터의 출력광의 진동방향은, 축선(AX1)에 대하여 수직하고, 수선(AX2)에 대하여 평행하다. 편광판(3)은, 흡수형 또는 반사형의 것의 어느 쪽이어도 된다. LED(1), 렌즈(2), 편광판(3)으로 구성되는 광학계(OM1)는, 프리즘체(4)와 금속막(5) 사이의 계면에서 출력광이 전반사되도록 광을 출력한다.
프리즘체(4)는, LED(1)로부터의 출력광의 파장대역에서 실질적으로 투명한 유리부재이다. 프리즘체(4)는, 왼쪽 배면(제 1 배면)(4a), 앞면(주면)(4b), 오른쪽 배면(제 2 배면)(4c)을 가지는 단면시(段面視) 형상이 삼각형상의 부재이다. 프리즘체(4)는, 앞면(4b) 상에 금속막(5) 및 적층체(6)를 가진다. 환언하면, 프리즘체(4)는, 금속막(5) 및 적층체(6)를 앞면(4b) 상에서 지지한다.
프리즘체(4)의 왼쪽 배면(4a)에는, LED(1)로부터 출력되고, 렌즈(2)로 평행광화되고, 편광판(3)으로 p 편광상태로 설정된 광이 입력된다. 환언하면, 프리즘체(4)의 왼쪽 배면(4a)은, LED(1)로부터의 출력광의 광입력면으로서 기능한다.
프리즘체(4)의 오른쪽 배면(4c)에서는, 프리즘체(4)의 왼쪽 배면(4a)에서 입력되고, 프리즘체(4)의 앞면(4b)과 금속막(5) 사이의 계면에서 전반사된 광이 출력된다. 환언하면, 프리즘체(4)의 오른쪽 배면(4c)은, 프리즘체(4)의 앞면(4b)과 금속막(5) 사이의 계면에서 반사된 광의 광출력면으로서 기능한다.
금속막(5)은, 도전성의 박막으로서, 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상에 통상의 박 막형성기술(스퍼터링, 증착 등)에 의하여 형성된다. 금속막(5)은, 예를 들면 금(Au)이나 은(Ag)이라는 금속으로 이루어진다. 금속막(5)의 막두께는, 소멸파의 발생을 가능하게 하고, 또한 표면 플라즈몬의 국재(局在)를 가능하게 할 정도의 두께로 설정된다[금속막(5)의 막두께는, 50 nm 정도가 바람직하다].
적층체(6)의 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 뒤에서 설명한다.
촬상소자(9)는, 일반적인 고체 촬상소자이고, 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device), CM0S(Complementary Metal 0xide Semiconductor), TFT(Thin Film Transistor)라는 것이다. 촬상소자(9)는, 수광면에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소를 가진다. 그리고 촬상소자(9)는 각 화소로부터의 출력 전압에 의거하여, 입사광의 강도 분포가 나타난 화상을 취득한다.
렌즈(10)는, 외래광을 적외선 카메라(50)의 내부에 도입하는 집광 렌즈이다. 렌즈(10)는, 예를 들면 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 불화칼슘(CaF2), 셀렌화 아연(ZnSe)이라는 재료로 이루어진다. 집광 렌즈를 거쳐 외래광을 적외선 카메라(50)에 입력시킴으로써, 더욱 광범위한 범위에서 열화상(적외선의 강도 분포를 나타내는 화상)의 검출이 가능해진다. 렌즈(11)의 기능 및 구성은, 렌즈(10)와 동일하다.
필터(12)는, 렌즈(10, 11)로 집광된 백색광으로부터, 적외영역의 광(적외선)을 통과시키고, 적외영역 이외의 광(예를 들면, 가시광선)을 차단하는 판형상의 대역통과필터이다. 필터(12)는, 외래광에 포함되는 적외선만을 통과시키고, 효과적 으로 신호성분의 적외선을 적층체(6)에 포함되는 적외선 흡수층에 입력시킨다. 이것에 의하여, 적외선 카메라(50)는 더욱 노이즈성분이 적은 열화상을 취득하는 것이 가능하게 된다.
마스크(13)는, 적외선을 반사 또는 흡수함으로써, 앞쪽에서 입사한 적외선의 뒤쪽으로의 진행을 차단한다. 마스크(13)는, 예를 들면, 복사율이 낮은 경면 형상의 금속판이다. 뒤에서 설명하는 바와 같이, 마스크(13)의 개구위치에 대응하여 적층체(6)에는 유효 감열영역이 설정되고, 또 이것에 따라 적층체(6)에는 더미 감열영역이 설정된다.
용기(15)는, 덮개판(16), 몸통판(17), 바닥판(18)을 가지는 박스 형상 부재이다. 또, 용기(15)는 렌즈(10, 11)를 내벽으로 지지하는 통체(19)를 덮개판(16)의 상면에 가진다. 용기(15)는, LED(1), 렌즈(2), 편광판(3), 프리즘체(4), 금속막(5), 적층체(6), 촬상소자(9), 렌즈(10), 렌즈(11), 필터(12), 마스크(13)를 내부에 수납한다. 용기(15)는, 외래광을 차단하는 재료로 이루어지고, 외래광이 촬상소자(9)로 검출되는 것을 억제한다. 또한, 제조상의 관점에서 덮개판(16)은, 몸통판(17)과는 다른체의 부재이면 된다.
필터(12)는, 덮개판(16)의 개구를 막도록 하여 덮개판(16)의 하면에 설치되어 있다. 이것에 의하여, 렌즈(10, 11)를 거쳐 입력되는 노이즈 성분의 외래광은, 덮개판(16), 몸통판(17), 바닥판(18)으로 이루어지는 박스 형상 부재의 내부에 도달하는 것이 억제된다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 촬상소자(9)에는 신호처리부(40)가 접속된 다. 또, 신호처리부(40)에는 표시부(41)가 접속된다. 신호처리부(40)는, 촬상소자(9)로부터의 출력전압에 의거하여 상기한 열화상을 생성한다. 표시부(41)는, 신호처리부(40)로부터 출력된 열화상을 표시한다. 신호처리부(40)는, 통상의 컴퓨터에 인스톨되는 소프트웨어로 구성된다. 표시부는, 컴퓨터에 접속되는 액정표시장치라는 것이다. 또한, 신호처리부(40)의 동작에 대하여 뒤에서 설명한다.
도 2에, 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 구성을 설명하기 위한 설명도를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상에는, 금속막(5), 적층체(6)가 이 순서로 형성된다.
적층체(6)는, 1층째에 유전체층(7)을 가지고, 2층째에 적외선 흡수층(8)을 가진다. 유전체층(7)은, BST(Ba-Sr)Ti03)라는 유전체 재료로 이루어진다. 적외선 흡수층(8)은, Au 블랙(Au Black), 알루미늄나이트라이드(AlN)라는 재료로 형성된다. 유전체층(7) 및 적외선 흡수층(8)은, 통상의 박막 형성기술에 의하여 금속막(5) 상에 형성하여도 되고, 또 미립자 형상의 재료를 도포, 소성하여도 된다. 또한, 유전체층(7)의 층 두께는, 200 nm 정도이다. 또, 적외선 흡수층(8)의 층 두께는, 50 내지 1000 nm 정도이다.
렌즈(10, 11)를 거쳐 도입되고, 필터(12)를 통과한 적외선은, 적외선 흡수층(8)에 의하여 흡수된다. 따라서, 적외선 흡수층(8)에서 흡수된 열은, 유전체층(7)에 전해진다. 그리고 유전체층(7)은, 적외선 흡수층(8)으로부터 전해진 열에 따라 유전율이 변화된다. 적외선의 입력에 따라 적외선 흡수층(8)에 생기는 열분 포는, 입력된 적외선의 강도 분포에 대응한다. 또, 적외선 흡수층(8)에 생기는 열분포는, 유전체층(7)에 생기는 유전율 분포로 변환된다. 따라서 유전체층(7)에 생기는 유전율 분포는, 입력된 적외선의 강도 분포에 대응한 것이 된다.
유전체층(7)의 바로 위에 적외선 흡수층(8)이 형성되어 있기 때문에, 외부로부터 입사되는 적외선은 효과적으로 열로 변환된다. 그리고 외부로부터 입사된 적외선의 강도 분포는, 유전체층(7)에서의 유전율 분포로 효과적으로 변환된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 마스크(13)의 개구(OP1)에 따라, 적층체(6)에는 유효 감열영역이 설정된다. 또, 적층체(6)에는 더미 감열영역이 설정된다. 마스크(13)는, 상기한 바와 같이 적외선(IR(Infrared)광)의 뒤쪽으로의 진행을 차단한다. 따라서, 더미 감열영역에는 적외선이 입력되지 않도록 설정된다. 이와 같이, 적층체(6)에 유효 감열영역 및 더미 감열영역을 설정함으로써, 최종적으로 얻어지는 화상으로부터 배경성분을 배제할 수 있다. 그리고 더욱 선명한 열화상을 취득할 수 있다.
도 3에 촬상소자(9)의 수광면을 정면시한 개략적인 설명도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 촬상소자(9)에는 매트릭스 형상으로 복수의 픽셀(PX)이 배치된다. 하나하나의 픽셀(PX)에서는, 입사광량에 따른 광전류가 생성된다. 픽셀(PX)에서 생긴 광전류는, IV 변환회로에 의해 전압 변환되어, 전압신호로서 출력된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 픽셀(PX)의 배치영역에는, 유효 픽셀영역, 더미 픽셀영역이 설정된다. 유효 픽셀영역은, 최종적으로 취득되어야 하는 열화상을 촬 상하기 위한 픽셀영역이다. 더미 픽셀영역은, 유효 픽셀영역에서 취득되는 열화상으로부터 제외되어야 하는 배경성분을 취득하기 위한 픽셀영역이다. 유효 픽셀영역은, 유효 감열영역에 대응하여 설정된다. 또, 더미 픽셀영역은, 더미 감열영역에 대응하여 설정된다.
도 4에 적외선 카메라(50)의 동작을 설명하기 위한 설명도를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, LED(1)로부터 출력된 광선(L1)은, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면에서 전반사되고, 촬상소자(9)로 수광된다. 광선(L2)에 대해서도 마찬가지이다. 여기서는 광선(L1)은, 유효 감열영역에 대응하는 금속막(5)의 반사영역에서 반사되고, 유효 픽셀영역의 픽셀에 입사한다. 한편, 광선(L2)은, 더미 감열영역에 대응하는 금속막(5)의 반사영역에서 반사되고, 더미 픽셀영역의 픽셀에 입사한다.
유효 감열영역에서는, 외부로부터의 적외선의 입력에 의거하여, 그 적외선의 강도 분포에 대응한 유전율 분포가 유전체층(7)에 형성된다. 이것은 상기한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 외부에서 입력되는 적외선은, 적외선 흡수층(8)에서 열로 변환되고, 또 적외선 흡수층(8)에서 발생하는 열은, 유전체층(7)의 유전율을 변화시키기 때문이다.
여기서, 이른바 표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠에 대하여 설명한다. 광선(L1)은, 금속막(5)에 전반사 조건을 만족하는 각도로 입사되기 때문에, 금속막(5)의 유전체층(7)측의 표면에는 소멸광이 생기고, 금속막(5)과 유전체층(7)과의 계면에는 표면 플라즈몬이 여기된다. 표면 플라즈몬의 주파수와 소멸파의 주파수 가 주파수정합하고 있을 때, 양자는 공명상태가 된다. 그리고, 광에너지는 표면 플라즈몬으로 이행하고, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면에서 전반사되는 광의 강도는 감쇠한다. 이와 같이, 금속막(5)에 입사되는 광의 에너지가 표면 플라즈몬으로 이행하고, 금속막(5)으로부터 반사되는 광의 강도가 감쇠하는 것을 표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠(또는 표면 플라즈몬 공명)라 부른다.
표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠의 정도는, 유전체층(7)에서의 유전율 분포의 영향을 받는다. 여기서는, LED(1)로부터 출력된 광은, 프리즘체(4)와 금속막(5) 사이의 계면에서 반사될 때, 유전체층(7)에서의 유전율 분포의 영향을 받는다. 그리고, 그 계면으로부터 반사되는 광의 강도 분포는, 기설정된 광강도 분포로부터, 유전체층(7)에서의 유전율 분포에 따른 것이 된다. 따라서, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면으로부터의 반사광의 강도 분포를 관찰함으로써, 유전체층(7)에서의 유전율 분포를 관찰할 수 있고, 외부에서 입력되는 적외선의 강도 분포를 나타내는 열화상을 간접적으로 관찰할 수 있다.
여기서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 적층체(6)에 더미 감열영역을 설정하고, 촬상소자(9)에 더미 픽셀영역을 설정한다. 더미 픽셀영역으로부터의 출력신호는, 적외선 카메라(50)의 사용환경에 따라 발생하는 배경성분에 상당한다. 또, 유효 픽셀영역으로부터의 출력신호는, 상기한 배경성분에 열화상 성분이 중첩된 신호이다. 따라서, 유효 픽셀영역의 출력신호와 더미 픽셀영역의 출력신호와의 차분을 얻음으로써 더욱 선명한 열화상을 취득할 수 있다.
도 5에 입사각(α)과 반사광 강도의 의존성을 나타내는 그래프를 나타낸다. 또한, 반사광 강도는, 촬상소자(9)로부터의 출력 전압값(출력 신호값)에 의거하여 설정된다. 도 5에 나타내는 바와 같이 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면에서 전반사된 반사광 강도는, 입사각(α)(도 1 참조)에 의존한다. 여기서는, 축선(AX1) 상에 편광판(3), 렌즈(2), LED(1)를 배치함으로써, 입사각(α)을 45도와 일정한 값으로 설정한다.
또, 도 5에 예시하는 바와 같이, 표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠의 정도에 따른 차분이, 유효 픽셀(유효 픽셀영역 내의 픽셀)로부터의 출력 전압값과 더미 픽셀(더미 픽셀영역 내의 픽셀)로부터의 출력 전압값과의 사이에 생긴다. 따라서, 더미 픽셀로부터의 출력 전압값과 유효 픽셀로부터의 출력 전압값과의 차분을 얻음으로써 배경성분이 제외된 적외선 강도값을 취득할 수 있다. 그리고, 하나하나의 유효 픽셀의 출력 전압값에 의거하여 열화상을 생성할 수 있다.
상기한 동작원리로, 적외선 카메라(50)는, 금속막(5)과 프리즘체(4) 사이의 계면으로부터의 반사광의 강도 분포를 촬상소자(9)로 취득하고, 외부에서 입력된 적외선의 강도 분포(열화상)를 취득한다.
제일 마지막으로, 도 6에 신호처리부(40)의 동작의 개요에 대하여 설명한다. 신호처리부(40)는, 먼저 촬상소자(9)로부터 화상을 취득한다(S1). 구체적으로는, 촬상소자(9)의 각 픽셀로부터 입사광량에 따른 전압신호를 출력시킨다.
다음에, 신호처리부(40)는, 취득한 화상으로부터 배경성분을 제거한다. 즉, 더미 픽셀로부터의 출력 전압값(출력 신호값)과 유효 픽셀로부터의 출력 전압값(출력 신호값)과의 차분을 구한다. 또한, 더미 픽셀로부터의 출력 전압값, 유효 픽셀 로부터의 출력 전압값을 평균화한 다음에, 이들 차분값을 취득하여도 된다. 또, 대응할 때마다, 유효 픽셀로부터의 출력 전압값과 더미 픽셀로부터의 출력 전압값 사이의 차분값을 취득하여도 된다.
다음에, 신호처리부(40)는, 배경성분이 제거된 화상을 표시부(41)에 출력한다(S3). 이와 같은 플로우를 거쳐, 표시부(41)에는 열화상이 표시된다. 적외선 카메라(50)의 사용자는 열화상을 관찰함으로써, 예를 들면 불심자의 특정, 위험물의 특정이라는 감시업무를 행할 수 있다. 적외선 카메라(50)를 차량 탑재용 카메라로 하면, 차의 앞쪽에 생명체가 존재하는 지의 여부의 유무를 검출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 표면 플라즈몬에 의한 전반사 감쇠를 활용하여 열화상을 취득한다. 이것에 의하여 비냉각이고, 또한 복잡한 조립을 생략 가능한 새로운 타입의 적외선 카메라를 실현할 수 있다. 또, 더미 감열영역, 더미 픽셀영역에 의한 배경성분의 제거기구에 의하여 더욱 선명한 열화상을 취득하는 것이 가능해진다.
또한, 적외선 카메라(50)는, LED(1), 촬상소자(9)라는 바와 같이, 비교적 저렴하게 입수 가능한 부품으로 주로 구성된다. 따라서, 종래의 적외선 카메라에 비하여 각별하게 저가격화를 실현하는 것도 가능하다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태에 대하여, 이하, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. 도 7은, 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 8은, 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)을 정면시(正面視) 한 설명도이다.
본 실시형태에서는, 제 1 실시형태와는 달리, 적외선 흡수층(8)은 복수의 홈(42)에 의하여 복수의 부분으로 분할된다. 이것에 의하여 제 1 실시형태와 비교하여 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태에서 설명한 효과는, 본 실시형태에서도 적용할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 적외선 흡수층(8)은, 복수의 홈(42)에 의하여 복수의 부분(적외선 흡수 랜드)(20)으로 분할된다. 또한, 홈(42)은, 프리즘체(4)의 앞면(4b)에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 홈이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 격자형상으로 형성된 복수의 홈(42)에 의하여, 적외선 흡수층(8)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 적외선 흡수 랜드(20)로 분할된다. 적외선 흡수층(8)이 복수의 적외선 흡수 랜드(20)로 분할됨으로써, 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 설정할 수 있다. 기설정된 적외선 흡수 랜드(20)에서 생긴 열은, 홈(42)에 의하여 차단되고, 인접하는 적외선 흡수 랜드(20)에는 전달되는 일 없이, 효과적으로 유전체층(7)에 전달되기 때문이다.
또한, 적외선 흡수 랜드(20)는, 각각 하나하나로 분리된 섬부로서, 촬상소자(9)의 픽셀 형상에 대응하여 사각형상으로 형성된다. 이것에 의하여 더욱 선명한 열화상을 최종적으로 취득할 수 있다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태에 대하여, 이하 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한다. 도 9는, 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설 명도이다. 도 10은, 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)을 정면시한 설명도이다.
본 실시형태에서는, 제 2 실시형태와는 달리, 적외선 흡수층(8) 및 유전체층(7)은 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분으로 분할된다. 이것에 의하여 제 2 실시형태와 비교하여 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다. 또한, 제 2 실시형태에서 설명한 효과는, 본 실시형태에서도 적용할 수 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 적외선 흡수층(8)은, 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분(적외선 흡수 랜드)(20)으로 분할된다. 마찬가지로, 유전체층(7)은, 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분(유전체 랜드)(21)으로 분할된다. 또한, 홈(43)은, 프리즘체(4)의 앞면(4b)에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 홈이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 격자형상으로 형성된 복수의 홈(43)에 의하여 적외선 흡수층(8)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 적외선 흡수 랜드(20)로 분할된다. 마찬가지로, 유전체층(7)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 유전체 랜드(21)로 분할된다. 적외선 흡수층(8)에 더하여, 유전체층(7)이 복수의 부분으로 분할됨으로써, 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 설정할 수 있다. 기설정된 적외선 흡수 랜드(20)로부터 유전체 랜드(21)에 전달된 열은, 홈(43)에 의하여 차단되고, 인접하는 유전체 랜드(21)에 전달되는 것이 억제되기 때문이다. 또한, 인접하는 유전체 랜드(21)에는, 금속막(5)을 거쳐 약간의 열은 전달될 수 있다.
(제 4 실시형태)
본 발명의 제 4 실시형태에 대하여, 이하, 도 11 및 도 12를 이용하여 설명한다. 도 11은, 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 12는, 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)를 정면시한 설명도이다.
본 실시형태에서는, 제 3 실시형태와는 달리, 적외선 흡수층(8), 유전체층(7) 및 금속막(5)은 복수의 홈(44)에 의하여 복수의 부분으로 분할된다. 이것에 의하여 제 3 실시형태와 비교하여 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다. 또한, 제 3 실시형태에서 설명한 효과는, 본 실시형태에서도 적용할 수 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 적외선 흡수층(8)은, 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분(적외선 흡수 랜드)(20)으로 분할된다. 마찬가지로, 유전체층(7)은, 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분(유전체 랜드)(21)으로 분할된다. 마찬가지로, 금속막(5)은, 복수의 홈(43)에 의하여 복수의 부분(금속 랜드)(22)으로 분할된다. 또한, 홈(44)은, 프리즘체(4)의 앞면(4b)에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 홈이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 격자 형상으로 형성된 복수의 홈(44)에 의하여 적외선 흡수층(8)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 적외선 흡수 랜드(20)로 분할된다. 마찬가지로, 유전체층(7)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 유전체 랜드(21)로 분할된다. 마찬가지로, 금속막(5)은, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 금속 랜드(22)로 분할된다. 유전체층(7)에 더하여, 금속막(5)이 복수의 부분으로 분할됨으로써, 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 설정할 수 있다. 즉, 금속막(5)이 복수의 금속 랜드(22)로 분할되어 있기 때문에, 금속막(5)을 거쳐, 기설정된 유전체 랜드(21)로부터 다른 유전체 랜드(21)에 열이 전달되는 것이 억제된다. 금속막(5)은 열전도성이 우수한 것이기 때문에, 금속막(5)을 복수의 금속 랜드(22)로 분할함으로써, 최종적으로 얻어지는 열화상을 매우 선명한 것으로 할 수 있다.
(제 5 실시형태)
본 발명의 제 5 실시형태에 대하여, 이하, 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다. 도 13은, 적외선 카메라 내에 조립되는 변환 모듈의 단면구성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 14는, 변환 모듈이 조립된 적외선 카메라의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 변환 모듈(M1)은, 프리즘체(4), 금속막(5), 적층체(6), 필터(12)를 가진다. 또, 변환 모듈(M1)은, 하부 지지체(30), 상부 지지체(33)를 가진다.
하부 지지체(30)는, 중심에 개구(OP2)를 가지는 링형상의 판형상 부재이다. 하부 지지체(30)는, 판 두께(W1)가 두꺼운 부, 판 두께(W2)가 얇은 부를 가진다. 또한, W1 > W2 이다. 두께방향의 두께 차에 의하여 하부 지지체(30)는, 그 개구(OP2)의 안쪽을 향하여 내벽으로부터 돌출하는 볼록부(31)를 가진다. 볼록부(31)의 정점부(32)는, 프리즘체(4)의 왼쪽 배면, 오른쪽 배면에 맞닿는다. 이와 같은 기구에 의하여 하부 지지체(30)는, 프리즘체(4)를 기계적으로 지지한다. 또한, 적층체(6)는, 하부 지지체(30)의 개구(OP2) 내에 수납된다.
상부 지지체(33)는, 중심에 개구(OP3)를 가지는 링 형상의 판형상 부재이다. 상부 지지체(33)는, 판 두께(W3)가 두꺼운 부, 판 두께(W4)가 중간인 부, 판 두께(W5)의 얇은 부를 가진다. 또한, W3 > W4 > W5이다. W3과 W4의 두께 차에 의하여 상부 지지체(33)는, 그 개구(OP3)의 안쪽을 향하여 내벽으로부터 돌출하는 볼록부(제 1 볼록부)(35)를 가진다. 또, W4와 W5의 두께 차에 의하여 상부 지지체(33)는, 그 개구(OP3)의 안쪽을 향하여 내벽으로부터 돌출하는 볼록부(제 2 볼록부)(34)를 가진다.
필터(12)는, 볼록부(34)에 탑재되고, 일반적인 접착수단에 의하여 볼록부(34)에 고정된다. 이것에 의하여, 필터(12)는, 상부 지지체(33)의 개구(OP3) 내에 배치된다. 또, 도 13에 나타내는 바와 같이 볼록부(35)는, 상면시(上面視)하여 적층체(6)의 형성영역으로까지 연장된다. 즉, 본 실시형태에서는 상부 지지체(33)에 설치된 볼록부(35)는, 외부에서 입력되는 적외선을 차단하는 차단수단(커버)으로서 기능한다.
또, 상부 지지체(33)와 하부 지지체(30)는, 서로 접합되어 서로 위치 결정된다. 여기서는, 상부 지지체(33)의 하면에 설치된 볼록부(33L)(끼워 맞춤부)와 하부 지지체(30)의 상면에 설치된 볼록부(30L)(끼워맞춤부)가 서로 끼워 맞춰진다. 이것에 의하여 상기한 바와 같이, 상부 지지체(33)와 하부 지지체(30)의 접합이 실현되고, 서로 위치 결정된다. 그리고 볼록부(35)가 적층체(6)의 형성영역에 대하 여 위치 결정되고, 적절하게 유효 감열영역 및 더미 감열영역을 설정할 수 있다.
또한, 상부 지지체(33), 하부 지지체(30)는, 예를 들면 일반적인 수지재료(에폭시수지, 폴리이미드)로 이루어진다. 또, 상부 지지체(33)와 하부 지지체(30)와의 위치 결정을 확실하게 하기 위하여, 그것들의 대향면 사이를 접착제 등에 고정하여도 된다.
이와 같이, 상부 지지체(33) 및 하부 지지체(30)에 의하여 적층체(6)를 패키징함으로써, 그 내부를 감압 또는 진공으로 하는 것, 불활성 가스의 봉입에 의하여 외부로부터의 열차단성을 더욱 높일 수도 있다.
도 4에 상기한 변환 모듈(M1)이 조립된 적외선 카메라(51)를 나타낸다. 이와 같이 적외선 카메라(51)의 구성부품을 부분마다 모듈화함으로써, 적외선 카메라(51)의 조립을 더욱 간이하게 할 수도 있다. 또한, 여기서는 상부 지지체(33)의 상면은, 덮개판(16)의 내면에 통상의 고정화수단(접착, 끼워맞춤 등)에 의하여 고정된다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 상부 지지체(33) 및 하부 지지체(30)에 의하여 적층체(6)를 패키징한다. 이에 의하여, 상기한 바와 같이, 외계에 대한 열 차단성을 높일 수 있음과 동시에, 조립의 간이화도 도모할 수 있다.
(제 6 실시형태)
본 발명의 제 6 실시형태에 대하여, 이하, 도 15를 이용하여 설명한다. 도 15는 적외선 카메라에 조립되는 변환 모듈의 단면구성을 설명하기 위한 모식도이다.
본 실시형태에 관한 변환 모듈(M2)에서는, 필터(12)의 하면에 복수의 볼록 렌즈(36)가 형성된다. 이에 의하여 최종적으로 얻어지는 열화상을 더욱 선명한 것으로 할 수 있다. 이것은 볼록 렌즈(36)에 의하여 외부에서 입력되는 적외선이 집광됨으로써, 더욱 좁은 영역에서 열 변환되고, 단위영역 사이에서의 열확산이 억제되기 때문이다.
또한, 상기한 점에 더하여, 본 실시형태에서도 제 5 실시형태에서 설명한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 볼록 렌즈(36)를 필터(12) 이외의 판형상 부재에 형성하고, 이것을 변환 모듈에 조립하는 것도 가능하다. 단, 이 경우에는 변환 모듈의 두께가 약간 두꺼워진다.
(제 7 실시형태)
본 발명의 제 7 실시형태에 대하여, 이하 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16은, 적외선 카메라 내에 조립되는 변환 모듈의 단면 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
본 실시형태에 관한 변환 모듈(M3)에서는, 프리즘체(4)는, 복수의 프리즘체(볼록 형상체)(38)로 분할된다. 또한, 복수의 프리즘체(38)는, LED(1)로부터의 출사광에 대하여 투명한 판형상 부재(37)의 배면(37b)에 간극없이 형성된다. 프리즘체를 복수의 프리즘체로 분할함으로써, 제 6 실시형태에서 설명한 효과에 더하여, 프리즘체의 두께를 얇게 할 수 있고, 적외선 카메라의 소형화를 더욱 촉진할 수 있다. 또한, 금속막(5), 적층체(6) 등은 판형상 부재(37)의 앞면(37a) 상에 형성된다.
또한, 하나하나의 프리즘체(38)는, 왼쪽 배면(38a), 오른쪽 배면(38c)을 가진다. 왼쪽 배면(38a)에는, LED(1)로부터 출력되고, 렌즈(2)로 평행광화되며, 편광판(3)으로 p 편광상태로 설정된 광이 입력된다. 환언하면, 프리즘체(38)의 왼쪽 배면(38a)은, LED(1)로부터의 출력광의 광입력면으로서 기능한다.
또, 프리즘체(38)의 오른쪽 배면(38c)에서는, 프리즘체(38)의 왼쪽 배면(38a)에서 입력되고, 판형상 부재(37)의 앞면(37a)과 금속막(5) 사이의 계면에서 전반사된 광이 출력된다. 환언하면, 프리즘체(38)의 오른쪽 배면(38c)은, 판형상 부재(37)의 앞면(37a)과 금속막(5) 사이의 계면에서 반사된 광의 광출력면으로서 기능한다.
(제 8 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 대하여, 이하, 도 17 내지 도 23을 이용하여 설명한다.
도 17은, 적외선 카메라(50)의 개략 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 18은 변환 모듈의 개략적인 단면 구성을 나타내는 모식도이다. 도 19는 평면 내에서의 적층체의 형성상태를 나타내는 모식도이다. 도 20은 변환장치의 개략적인 단면 구성을 나타내는 모식도이다. 도 21은 적외선 카메라(150)의 기능을 설명하기 위한 설명도이다. 도 22는 적외선 카메라(150)에 접속되는 구동부의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 23a 및 도 23b는 변환장치의 제조방법을 나타내는 개략적인 제조 공정도이다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 적외선 카메라(화상 취득장치)(150)는, LED(Light Emitting Diode)(110), 렌즈(111), 하프 미러(112), 렌즈통(114), CCD(Charge Coupled Device)센서(115), 렌즈통(116) 및 변환 모듈(120)을 가진다.
적외선 카메라(150)는, 렌즈통(116)을 거쳐 입력하는 적외선(물체로부터의 방사열선)을 변환 모듈(120)의 앞면에서 받는다. 적외선 카메라(150)는, LED(110)로부터 출력된 광을 변환 모듈(120)의 배면에서 받는다. 뒤에서 설명하는 바와 같이, 변환 모듈(120)은, 앞면측에 형성된 흑색층(열선 흡수층) 및 흑색층보다 배면측에 형성된 유전체층을 가진다. 유전체층은, 금속입자(도전성입자)가 유전체입자(유전체)의 표면에 부착하여 형성되어 있고, 국재(局在) 플라즈몬 공명을 발생시킬 수 있다. 유전체층은, 흑색층에 대하여 열접속되어 있다. 따라서, 국재 플라즈몬 공명에 의한 광감쇠의 정도는, 흑색층에 입사한 적외선의 강도에 따른 것이 된다. 이와 같이 하여 변환 모듈(120)로부터 출력되는 광의 강도 분포는, 변환 모듈(120)에 입력한 적외선의 강도 분포에 따른 것이 된다.
변환 모듈(120)로부터의 출력광은, 하프미러(112)를 통과하고, 렌즈통(114)을 거쳐 CCD 센서(115)의 촬상면에 입사한다. CCD 센서(115)는, 적외선의 강도 분포에 따른 강도 분포를 가지는 광을 복수의 화소에서 수광하고, 적외선의 강도 분포에 따른 상을 촬상한다. 이와 같이, 범용의 부품을 사용하여 간소한 구성의 새로운 타입의 적외선 카메라(150)를 제공할 수 있다.
도 17에 나타내는 바와 같이, CCD 센서(115)의 촬상면 상에는, 렌즈통(114), 하프 미러(112), 변환 모듈(120) 및 렌즈통(116)이 이 순서로 배치되어 있다. 하프 미러(112)의 앞면(112a) 상에는, 렌즈(111), LED(110)가 이 순서로 배치되어 있다. 또한, 축선(AX1) 상에 LED(110), 렌즈(111)를 배치하고, 축선(AX102) 상에 렌즈통(114), CCD 센서(115)를 배치하여도 된다.
LED(110)는, 구동전류를 따라 기설정된 파장의 광을 출력하는 일반적인 반도체 발광소자(광원)이다. LED(110)의 출력파장은 임의이다. LED(110)로부터는 출력되는 광의 편향상태는 임의이다. 또한, LED 대신에 LD(Laser Diode)를 채용하여도 된다.
렌즈(111)는, LED(110)로부터의 출력광을 평행광화한다. LED(101)로부터의 출력광은, 렌즈(111)의 렌즈면을 거쳐, 평행광화된다.
하프 미러(112)는, LED(110)로부터의 광을 반사하고, 변환 모듈(120)로부터의 광을 투과한다. 구체적으로는 하프 미러(112)는, 렌즈(115)를 거쳐 입사하는 LED(110)의 광을 앞쪽을 향하여 반사시킨다. 하프 미러(112)는, 변환 모듈(120)로부터 출력되는 광을 뒤쪽으로 투과시킨다.
변환 모듈(120)의 기능의 개요는 상기한 바와 같다. 변환 모듈(120)의 구성 및 기능에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.
렌즈통(114)은, 변환 모듈(120)로부터 출력되고, 하프 미러(112)를 통과한 광을 CCD 센서(115)의 촬상면에 결상시킨다.
CCD(Charge Coupled Device)센서(115)는, 통상의 고체 촬상소자이다. CCD 센서(촬상수단)(115)는, 촬상면에 매트릭스 형상으로 형성된 복수의 화소를 가진다. 각 화소에서 광을 수광함으로써, 적외선의 강도 분포에 따른 상을 촬상한다. CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), TFT(Thin Film Transistor) 등의 일반적인 촬상센서를 사용하여도 된다.
렌즈통(116)은, 변환 모듈(120)의 앞면에 적외선 상을 결상시킨다. 렌즈통(116) 내의 렌즈는, Ge, ZnSe 등을 사용하면 된다.
또한, 렌즈통(116)의 앞쪽에는, 촬상 대상물이 존재한다. 촬상 대상물의 온도에 따라 촬상 대상물로부터는 열선(적외선)이 방사된다. 적외선 카메라(150)에 의하여 촬상 대상물의 열화상을 취득할 수 있다.
또한, 적외선 카메라(150)는, 적당한 박스체 내에 수납하는 것으로 하고, 외래의 열선(적외선)은 렌즈통(116)을 거쳐만 내부에 입사하는 것으로 한다.
도 18에 변환 모듈(120)의 개략적인 단면 구성을 나타낸다. 도 2에 나타내 는 바와 같이, 변환 모듈(120)은, 프레임체(121), 창판(122), 실리콘 기판(지지기판)(123), 절연층(단열층)(124), 적층체(125), 마스크층(127) 및 투명기판(128)을 가진다. 또한 변환장치는, 실리콘 기판(123), 절연층(124) 및 적층체(125)로 형성된다.
프레임체(121)는, 중공의 통형상 부재이고, 창판(122), 실리콘 기판(123) 및 투명기판(128)을 지지한다. 프레임체(121)를 형성하는 재료는 임의이나, 기밀성을 확보하기 위해서는 금속으로 프레임체(121)를 형성하면 된다.
창판(122)은, 적외선에 대하여 실질적으로 투명한 평판형상의 부재이다. 예를 들면 Ge, ZnSe 기판 등으로 창판(122)을 형성하면 된다.
실리콘 기판(123) 상에는, 절연층(124)이 형성되어 있다. 절연층(124) 상에는, 적층체(125)가 형성되어 있다. 적층체(125)는, 격자 형상의 홈에 의하여 매트 릭스 형상으로 형성된 복수의 섬부로 분할되어 있다(도 19 참조). 또한, 적층체(125)의 구성에 대하여 도 20을 참조하여 뒤에서 설명한다.
실리콘 기판(123)은, 각 적층체(125)의 바로 밑에 개구(OP1)를 가진다. 매트릭스 형상으로 형성된 적층체(125)에 대응하여, 실리콘 기판(123)에는 개구가 매트릭스 형상으로 형성되어 있다.
적층체(125)를 절연층(124)에 지지시키고, 적층체(125)의 바로 밑의 범위에서 실리콘 기판(123)에 개구를 형성함으로써, 적층체(125)에서 실리콘 기판(123)으로 열이 빠져나가는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의하여 더욱 양질의 화상을 적외선 카메라(150)로 취득할 수 있다.
마스크층(127)은, 통상의 반도체 제조기술에 의거하여, 투명 기판(128) 상에 형성된 차광층이다. 마스크층(127)은, 적층체(125)의 배치 패턴에 따라 패터닝되어 있다. 마스크층(127)은, 적층체(125)의 바로 밑의 범위에서 개구(OP2)를 가진다. 마스크층(127)은, LED(110)로부터의 출사광에 대하여 불투명하다. 마스크층(127)을 설치함으로써, 서로 인접하는 적층체(125)로부터 출력되는 광끼리가 혼신하는 것을 억제하여, 더욱 양질의 화상을 취득하는 것이 가능하게 된다.
투명기판(128)은, LED(110)로부터의 출사광에 대하여 실질적으로 투명한 판형상 부재이다. 예를 들면, 유리, 석영 등으로 투명기판(128)을 형성하면 된다.
도 18에서 분명한 바와 같이, 적층체(125)의 바로 밑의 범위에서 실리콘 기판(123)에는 개구(OP1)가 형성되고, 마스크층(127)에는 개구(OP2)가 형성되어 있다.
LED(110)로부터의 출사광은, 투명기판(128), 마스크층(127)의 개구(OP2), 실리콘 기판(123)의 개구(OP1) 및 절연층(124)을, 이 순서로 통과하여 적층체(125)에 입력한다. 적층체(125)로부터 출력되는 광은, 절연층(124), 실리콘 기판(123)의 개구(OP1), 마스크층(127)의 개구(OP2) 및 투명기판(128)을 이 순서로 통과한다.
또한, 적외선 카메라(150)의 신뢰성을 높이기 위해서는, 적층체(125)를 프레임체(121) 내에 기밀 밀봉 또는 진공 밀봉하면 된다. 여기서는 프레임체(121)에 창판(122)을 설치하여 기밀 밀봉하고 있다. 창판(122)에 의하여 폐쇄된 공간에는, 불활성가스(N2, Ar, He 등)를 충전하고 있다. 또, 배면측에서 마스크층(127)이 형성된 투명기판(128)을 설치함으로써 기밀성을 더욱 높이고 있다. 이와 같이 적층체(125)를 프레임체(121) 내에 창판(122)으로 기밀 밀봉함으로써 외부의 환경(주위의 온도, 대기류 등)의 영향에 의하여 적외선 카메라(150)가 취득하는 화상의 품질이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 배기펌프 등을 활용하여, 창판(122)에 의하여 폐쇄된 프레임체(121) 내의 내부 공간을 진공으로 배기하여도 된다. 이 경우도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 열절연성을 높이기 위해서는, 진공을 빼는 쪽이 바람직하다.
또한, 프레임체(121)에 대한 창판(122), 투명기판(128)의 설치방법은 임의이다. 통상의 밀봉재를 사용하여, 그것들을 프레임체(121)에 설치하여도 된다.
도 20에 적층체(125)의 구체적인 구성을 나타낸다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 적층체(15)는, 유전체층(130), 반사층(광반사층)(132) 및 흑색층(열선 흡수 층)(133)을 이 순서로 절연층(124) 상에 가진다. 또한, 각 층의 적층순서는, 이들 순서에 한정하지 않는 경우도 있다.
유전체층(130)은, 금속입자(도전성입자)(131b)가 표면에 부착된 입자형상의 유전체(131a)가 응집하여 형성된 층이다.
반사층(132)은, 유전체층(130)으로부터 출력되는 광에 대하여 반사성을 가진다. 반사층(132)은, 예를 들면 Au, Al, Ag 등의 금속의 박층이다.
흑색층(133)은, Au흑, 카본 블랙, 흑연, 카본 나노튜브, 플라렌 등의 흑색체 또는 이들을 포함하는 흑색 수지 등으로 이루어진다. 흑색층(133)은, 창판(122)을 통과한 적외선을 흡수한다.
유전체층(130)에는, 금속입자(131b)가 표면에 부착된 입자형상의 유전체(131a)가 응집하여 형성된다. 유전체(131a)는, BST((Ba-Sr)Ti03)라는 재료로 이루어진다. 금속입자(131b)는, 예를 들면 금(Au)이나 은(Ag)이라는 금속으로 이루어진다.
유전체(131a)의 입자지름 및 금속입자(131b)의 입자지름은, 어느 것이나 작은 쪽이 바람직하다. 단, 유전체(131a)의 입자지름은, 금속입자(131b)의 입자지름보다 큰 것을 조건으로 한다. 이것에 의하여 유전체(131a)와 금속입자(131b) 사이의 접촉면적을 충분하게 할 수 있다.
또한, 금속입자(131b)의 입자지름은, 소멸파의 발생을 가능하게 하고, 또한 플라즈몬의 국재를 가능하게 할 정도의 입자지름으로 설정된다[금속입자(131b)의 입자지름은, 2 내지 10 nm 정도가 바람직하다]. 또한, 금속입자(131b)의 입자형상은 임의이다. 금속입자(131b)는, 구체에 한정되지 않는다.
국재 플라즈몬 공명에 의하여 감쇠되는 광의 강도는, 유전체(131a)의 유전율에 의존한다. 또, 유전체(131a)의 유전율은, 흑색층(133)의 온도에 의존한다. 따라서 국재 플라즈몬 공명에 의한 광감쇠의 정도는, 흑색층(133)에 입사하는 적외선의 선량(線量)에 따른 것이 된다. 따라서, 하나하나의 적층체(125)로부터 출력되는 광의 강도 분포를 영상화함으로써, 외래의 적외선의 강도 분포에 따른 상을 촬상할 수 있다.
다음에, 도 21을 참조하여 적외선 카메라(150)의 동작에 대하여 총괄적으로 설명한다.
도 21에 나타내는 바와 같이, LED(110)로부터의 출사광은, 렌즈(111)를 거쳐 평행광화되고, 하프미러(112)로 반사되고, 적층체(125)에 조사된다. 적층체(125)에 광이 입사되면, 광의 일부는, 유전체층(130) 내에서 감쇠한다(이하, 도 20도 아울러 참조). 그리고, 흑색층(133)의 온도에 따른 강도의 광이 하나하나의 유전체층(130)으로부터 출력된다. 유전체층(130)으로부터 앞쪽을 향하여 출력된 광도, 반사층(132)에서 반사되고, 뒤쪽을 향하여 진행한다.
유전체층(130)으로부터의 출력광은, 마스크층(127)의 개구를 통과하고, 하프 미러(112)을 통과하여, 렌즈(114a, 114b)를 거쳐, CCD 센서(115)에 입사한다.
또한, 외부의 촬상 대상물로부터 방사되는 적외선은, 렌즈(105a, 105b)를 거쳐, 적층체(25)가 형성된 면에 결상되어 있는 것으로 한다. 이와 같은 장치로 CCD 센서(115)는, 렌즈(105a, 105b)를 거쳐 입사하는 적외선의 강도 분포에 따른 상을 촬상한다.
다음에 도 22를 참조하여, 적외선 카메라(150)의 구동부의 구성에 대하여 설명한다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 구동부(140)는, 펄스 발생회로(141), LED 구동회로(142) 및 지연회로(143)를 가진다.
펄스 발생회로(141)는, 컨트롤러(도시 생략)로부터 입력되는 스타트신호를 받아 펄스신호(S1)를 출력한다.
LED 구동회로(142)는, 펄스신호(S1)의 입력에 따라 LED(110)를 구동한다.
지연회로(143)는, 펄스신호(S1)에 지연을 주어 펄스신호(S2)를 출력한다.
또한, LED(110)는, LED 구동회로(142)에 구동되어 광을 출력한다. CCD 센서(115)는, 펄스신호(S1)를 수신하여 스탠바이상태가 되고, 펄스신호(S2)를 수신하여 전자셔터가 개방된 상태가 된다. CCD 센서(115)는, 촬상 후, VIDEO 신호를 출력한다.
또한, 펄스 발생회로(141)의 출력은, LED 구동회로(142)의 입력, 지연회로(143)의 입력 및 CCD 센서(115)의 제 1 입력에 접속된다. 지연회로(143)의 출력은, CCD 센서(115)의 제 2 입력에 접속된다.
이와 같은 구성에 의하여 LED(110)와 CCD 센서(115) 사이에서 동기를 취할 수 있다.
도 23a, 도 23b를 참조하여, 변환 모듈(120)에 포함되는 부품(변환장치)의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(123)의 배면을 산화하여 절연층(SiO2)(124)을 형성한다. 또한, 통상의 박막 형성기술을 활용하여, 실리콘 기판(123)의 배면에 실리콘 질화막을 형성하여도 된다.
다음에 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(123)의 상면에 포토레지스트층(160)을 통상의 코트방법(스핀 코트 등)으로 형성한다.
다음에 (c)에 나타내는 바와 같이, 포토마스크를 거친 노광과 현상처리에 의하여, 포토레지스트층(160)을 패터닝한다.
다음에 (d)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(123)을 배면에서 습식 에칭하여 개구를 형성한다. 여기서는, 절연층(124)이 에칭 스토퍼층으로서 기능한다.
다음에 (e)에 나타내는 바와 같이, 절연층(124) 상에 포토레지스트층(161)을 통상의 코트방법(스핀코트 등)으로 형성한다.
다음에 (f)에 나타내는 바와 같이, 포토 마스크를 거친 노광과 현상처리에 의하여 포토레지스트층(161)을 패터닝한다. 그리고 유전체(131a)를 포토레지스트층(161), 절연층(124) 상에 코트한다.
다음에 (g)에 나타내는 바와 같이, 유전체(131a)의 표면에 금속입자(131b)를 부착시킨다.
다음에 (h)에 나타내는 바와 같이, 유전체층(130) 상에, 반사층(132), 흑색층(133)을 통상의 박막 형성기술(스퍼터링, 증착 등)을 활용하여 형성한다.
다음에 (i)에 나타내는 바와 같이, 리프트 오프의 원리로, 포토레지스트 층(161) 상에 형성된 유전체층(130) ∼ 흑색층(133)을 포토레지스트층(161)과 함께 제거한다.
본 실시형태에서는, 외래 적외선(물체로부터 방사되는 열선)을 흡수하는 흑색층(113)과 금속입자(131b)가 유전체(131a)의 표면에 부착되어 형성된 유전체층(130)을 적층한다. 그리고, 유전체층(130)에 광을 조사하고, 유전체층(130)으로부터 강도 변조된 광을 출력시킨다. 이것에 의하여 하나하나의 적층체(125)에 입사하는 열선의 강도 분포에 따른 상을 취득하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 간소한 구성의 화상 취득장치를 실현할 수 있다.
제일 마지막으로 제 1 실시형태의 도 2를 참조하여 본 실시형태에 의한 효과에 대하여 부가적으로 설명한다. 제 1 실시형태의 경우는, 기체(191)의 주면 상에, 금속막(193), 유전체막(194), 흑색막(195)이 이 순서로 적층되어 있다. 여기서는, 기체(191)와 금속막(193) 사이의 계면(192)에서의 광의 전반사시에 생기는 광의 감쇠를 활용하여 열화상을 취득한다.
구체적으로는, 전반사 조건을 만족하도록, 가시광을 계면(192)을 향하여 조사한다. 계면(192)에서는, 표면 플라즈몬 공명에 의하여 반사광의 강도가 입사광의 강도보다 약해진다. 전반사시의 광의 감쇠의 정도는, 흑색막(195)의 온도를 받아 변화되는 유전체막(194)의 유전율에 따른 것이 된다. 따라서, 계면(192)으로부터의 반사광을 촬상소자의 각 화소에서 수광함으로써, 흑색막(195)에 입사하는 적외선의 강도 분포에 따른 상을 촬상하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 이 경우, 금속막(193)은, 기체(191)와 밀착되어 있다. 기체(191)의 열용량은 크기 때문에, 흑색막(195)이 흡수한 열은, 유전체막(194), 금속막(193)을 거쳐, 기체(191)로 빠져나갈 염려가 있다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 실리콘 기판(123)의 중공부분[개구(OP1)] 상에 형성된 절연층(124) 상에 적층체(125)를 형성한다. 따라서, 적층체(125)로부터 실리콘 기판(123)으로 열이 빠져나가는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이것에 의하여 더욱 양질의 열화상을 CCD 센서(115)로 취득하는 것이 가능해진다.
본 발명의 기술적인 범위는, 상기한 실시형태에 한정하지 않는다. 당업자이면 적절하게 필요한 재료 선택, 부재의 두께 등의 설계값의 선택은 과도한 부담없이 실현 가능하다.
발광원은, LED, LD라는 반도체 발광소자 이외의 것이어도 된다. 광원으로서 LD를 채용한 경우에는, 편광판은 불필요하게 된다.
적외선 흡수층의 재료는, 적외선을 효과적으로 흡수할 수 있는 것이면 되기 때문에, 흑 수지 이외의 여러가지 재료를 선정할 수 있다.
또, 유전체층의 재료에 대해서도 마찬가지이다. 프리즘체의 재료에 대해서도 마찬가지이다.
촬상소자는, 반드시 2차원 형상으로 픽셀이 배치된 것일 필요는 없고, 1열로 픽셀이 배열된 것이어도 된다.
도전성의 박막은, 금속막에 한정되지 않고, 표면 플라즈몬의 국재가 가능한 것이면 된다.
또, 도전성의 박막의 구체적인 구조는 임의이다.
촬상소자(9)는, 2차원 상에 복수의 화소가 배치되어 있으면 되고, 그 구체적인 구성은 임의이다. 적외선 카메라의 구체적인 조립방법도 임의이다.
열선 흡수층은, 흑 수지 이외의 여러가지 재료를 선정할 수 있다. 또한, 열선 흡수층은, 적외선 흡수층으로서 기능하고 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 적외선 카메라(50)의 개략적인 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 2는 프리즘체의 앞면 상의 적층체의 구성을 설명하기 위한 설명도,
도 3은 촬상소자를 수광면의 일부를 평면시한 개략적인 설명도,
도 4는 적외선 카메라의 동작을 설명하기 위한 설명도,
도 5는 입사각(α)과 반사광 강도의 의존성을 나타내는 그래프,
도 6은 신호처리부의 동작을 설명하기 위한 플로우차트,
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설명도,
도 8은 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)을 정면시한 설명도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설명도,
도 10은 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)을 정면시한 설명도,
도 11은 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 프리즘체(4)의 앞면(4b) 상의 적층체(6)의 구성을 설명하기 위한 설명도,
도 12는 적층체(6)가 형성된 프리즘체(4)의 앞면(4b)를 정면시한 설명도,
도 13은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 적외선 카메라 내에 조립되는 변환 모듈의 단면 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 14는 변환 모듈이 조립된 적외선 카메라의 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 15는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 적외선 카메라 내에 조립되는 변환 모듈의 단면 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 16은 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 적외선 카메라 내에 조립되는 변환 모듈의 단면 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 17은 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 적외선 카메라(150)의 개략적인 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 18은 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 변환 모듈의 개략적인 단면 구성을 나타내는 모식도,
도 19는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 평면 내에서의 적층체의 형성상태를 나타내는 모식도,
도 20은 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 변환장치의 단면 구성을 나타내는 모식도,
도 21은 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 적외선 카메라(150)의 기능을 설명하기 위한 설명도,
도 22는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 적외선 카메라(150)에 접속되는 구동부의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도,
도 23a는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 변환장치의 제조방법을 나타내는 개략적인 제조 공정도,
도 23b는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 변환장치의 제조방법을 나타내는 개략적인 제조 공정도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : LED 2 : 렌즈
3 : 편광판 4 : 프리즘체
4a : 왼쪽 배면 4b : 앞면
4c : 오른쪽 배면 5 : 금속막
6 : 적층체 7 : 유전체층
8 : 적외선 흡수층 9 : 촬상소자
10, 11 : 렌즈 12 : 필터
13 : 마스크 15 : 용기
16 : 덮개판 17 : 몸통판
18 : 바닥판 19 : 통체
20 : 적외선 흡수 랜드 21 : 유전체 랜드
22 : 금속 랜드 40 : 신호처리부
41 : 표시부 150 : 적외선 카메라
110 : 광원 111 : 렌즈
112 : 하프 미러 114 : 렌즈통
115 : CCD 센서 116 : 렌즈통
120 : 변환 모듈 121 : 프레임체
122 : 창판 123 : 실리콘 기판
124 : 절연층 125 : 적층체
127 : 마스크층 128 : 투명기판
130 : 유전체층 131a : 유전체
131b : 금속입자 132 : 반사층
133 : 흑색층 140 : 구동부
141 : 펄스 발생회로 142 : 구동회로
143 : 지연회로 160 : 포토레지스트층
161 : 포토레지스트층 191 : 기체
192 : 계면 193 : 금속막
194 : 유전체막 195 : 흑색막

Claims (25)

  1. 외부로부터 입력되는 적외선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득하는 화상 취득장치에 있어서,
    도전성의 박막과,
    상기 박막 상에 형성됨과 함께, 상기 적외선의 입력에 기초하여 상기 적외선의 강도 분포에 대응한 유전율 분포가 형성되는 유전체층과,
    상기 유전체층 상에 형성시키는 적외선 흡수층과,
    상기 박막 및 상기 유전체층 및 상기 적외선 흡수층을 이 순서로 주면(主面) 상에 지지하는 기체(基體)와,
    상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에 대하여 광을 출력하는 광원과,
    상기 박막과 상기 기체 사이의 상기 계면에서 반사되고, 상기 유전율 분포에 따른 광강도 분포를 가지는 반사광을 수광하는 촬상소자를 구비하고,
    상기 박막, 상기 유전체층 및 상기 적외선 흡수층은, 홈에 의하여 복수의 랜드로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 흡수층 상에 배치됨과 동시에, 외부로부터 입사되는 상기 적외선을 통과시키고, 외부로부터 입사되는 원하는 파장 이외의 광선을 차단하는 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 필터를 지지하는 상부 지지체와,
    상기 기체를 지지하는 하부 지지체를 더 구비하고,
    상기 박막, 상기 유전체층 및 상기 적외선 흡수층은, 상기 상부 지지체와 상기 하부 지지체로 패키징되어 있고, 그 내부는 감압 또는 진공 상태로 하거나, 또는 불활성 가스가 봉입되어 있는 화상 취득장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 흡수층 상에 배치되고, 외부로부터 입사되는 상기 적외선의 상기 적외선 흡수층에의 입력을 부분적으로 방해하는 차광부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 기체의 상기 주면에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    복수의 집광 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 필터를 개구 내에 유지함과 함께, 외부로부터 입사되는 상기 적외선의 상기 적외선 흡수층에의 입력을 부분적으로 방해하는 차광부를 가지는 지지체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 출력광을 평행광화하는 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 출력광의 입력에 의거하여 기설정된 편광상태의 광을 출력하는 편광자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 기체는,
    상기 주면에 일치하는 제 1면 및 상기 제 1면에 대향하는 제 2면을 가지는 평판 형상의 기판과,
    상기 기판의 상기 제 2면에 형성된 복수의 볼록형상체를 구비하고,
    복수의 상기 볼록형상체의 각각은, 상기 광원으로부터의 출력광이 입력되는 광입력면 및 상기 계면으로부터의 반사광을 출력하는 광출력면을 가지는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  13. 외부에서 입력되는 적외선의 강도 분포를 나타내는 화상을 취득하는 화상 취득장치에 있어서,
    도전성의 박막과,
    상기 박막 상에 형성됨과 동시에, 상기 적외선의 입력에 의거하여 상기 적외선의 강도 분포에 대응한 유전율 분포가 형성되는 유전체층과,
    상기 박막 및 상기 유전체층을 이 순서로 주면 상에 지지하는 기체(基體)와,
    상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에 대하여 광을 출력하는 광원과,
    상기 박막과 상기 기체 사이의 계면에서 반사되고, 상기 유전율 분포에 따른 광강도 분포를 가지는 반사광을 수광하는 촬상소자와,
    상기 유전체층 상에 배치되고, 상기 유전체층에 있어서의 복수의 단위 영역의 각각에 적외선을 집광하는 복수의 볼록 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  14. 삭제
  15. 도전성 입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층 상에 열선 흡수층이 적층된 적층체와,
    상기 적층체에 입사되는 광을 출사하는 광원과,
    상기 적층체로부터 출사된 광을 수광하는 촬상수단을 구비하고,
    상기 광원으로부터 출사된 광은, 상기 적층체에 입사하는 열선의 강도 분포에 따라 상기 유전체층에서 강도 변조되고, 상기 촬상수단은 상기 열선의 강도 분포에 따른 상을 촬상하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 적층체는, 상기 적층체의 적층방향을 깊이방향으로 하는 복수의 홈에 의하여, 2차원 형상으로 배치된 복수의 섬부(島部)를 형성하도록 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 적층체를 지지하는 지지부재를 더 구비하고,
    상기 지지부재는,
    상기 적층체를 주면상에서 지지하는 단열층과,
    상기 단열층이 주면상에 형성된 지지 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 지지기판은, 복수의 상기 섬부 각각의 위치에 대응하는 위치에 형성된 복수의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  19. 제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체는, 상기 열선 흡수층과 상기 유전체층과의 사이에, 상기 광원으로부터의 출사광을 반사하는 광반사층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  20. 제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층은, 표면에 상기 도전성입자가 부착된 입자형상의 상기 유전체가 응집하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 취득장치.
  21. 도전성입자가 유전체의 표면에 부착하여 형성된 유전체층과,
    열선을 흡수하는 열선 흡수층과,
    적어도 상기 유전체층 및 상기 열선 흡수층이 주면 상에 적층된 지지부재를 구비하고,
    적어도 상기 유전체층 및 상기 열선 흡수층의 적층에 의하여 형성된 적층체는, 상기 적층체의 적층방향을 깊이방향으로 하는 복수의 홈에 의하여, 2차원 형상으로 배치된 복수의 섬부(島部)를 형성하도록 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 변환장치.
  22. 삭제
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 적층체가 주면 상에 형성된 단열층과,
    상기 단열층이 주면 상에 형성된 지지기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 변환장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 지지기판은, 복수의 상기 섬부 각각의 위치에 대응하는 위치에 형성된 복수의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 변환장치.
  25. 삭제
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