KR20190094194A - 적외선 영상 센서 - Google Patents

적외선 영상 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20190094194A
KR20190094194A KR1020197019147A KR20197019147A KR20190094194A KR 20190094194 A KR20190094194 A KR 20190094194A KR 1020197019147 A KR1020197019147 A KR 1020197019147A KR 20197019147 A KR20197019147 A KR 20197019147A KR 20190094194 A KR20190094194 A KR 20190094194A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixels
dielectric layer
layer
pixel
temperature
Prior art date
Application number
KR1020197019147A
Other languages
English (en)
Inventor
니콜라스 부두
알렉시아 고레츠키
Original Assignee
율리스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 율리스 filed Critical 율리스
Publication of KR20190094194A publication Critical patent/KR20190094194A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/03—Arrangements for indicating or recording specially adapted for radiation pyrometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0803—Arrangements for time-dependent attenuation of radiation signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0808—Convex mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • G01J5/26—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J2005/0077—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • G01J2005/202—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • G01J2005/202—Arrays
    • G01J2005/204—Arrays prepared by semiconductor processing, e.g. VLSI

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 장면의 요소에 의해 방출된 적외선을 검출하기 위한 복수의 제1 픽셀(32) 및 복수의 제2 픽셀(34)을 지지체(10) 상에 포함하고, 각 픽셀은 상기 지지체를 덮는 반사체(12) 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막(14)을 포함하고, 제1 픽셀 각각의 상기 반사체는 제 1 유전체 층(40)으로 덮여 있고, 제2 픽셀 각각의 상기 반사체는 상기 제 1 유전체 층(42)과는 그 광학 특성이 다른 제2 유전체 층(42)으로 덮여 있는 이미지 센서를 제공한다.

Description

적외선 영상 센서
본 특허 출원은 본원에 참고된 프랑스 특허 출원 FR16/62079의 우선권을 주장한다.
본 개시는 적외선 영상 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선 영상 센서에 관한 것이다.
일반적으로 적외선 카메라와 같은 적외선 촬상 장치는 관측된 장면에서 나오는 적외선 플럭스, 즉 장면의 요소들의 온도와 관련하여 영상을 형성하는데 사용된다. 온도 기록 응용 분야의 경우, 온도에 대한 추정 값이 제공되어야 한다. 카메라는 특히 적응된 포커싱 광학 시스템 및 이 광학 시스템의 초점에 배치된 적외선 영상 센서를 포함한다.
도 1a는 적외선 영상 센서(1)를 도시한다. 센서(1)는 어레이로 배열되고 실온에서 작동할 수 있는 픽셀(3)의 어셈블리를 포함한다. 픽셀 어레이(3)는 각 픽셀에 도달하는 방사선 플럭스와 관련하여 전자 신호(S)를 생성하도록 제공된 판독 출력 통합 회로(readout integrated circuit; ROIC)(5)에 연결된다. 상기 장치는 신호(S)를 처리할 수 있고 그로부터 상기 장면의 요소들의 온도(T)의 추정 값을 추론할 수 있는 처리 유닛(7(P))을 포함한다. 처리 유닛(7)은 계산 수단 및 메모리를 포함하고, 바람직하게는 센서(1)의 바로 근처에 배치된다. 이 유닛은 또한 멀리 떨어진 컴퓨터일 수 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 평면(B-B)을 따라 센서(1)의 픽셀(3)의 예를 도시 한 단면도이다. 센서(1)는 볼로메트릭(bolometric) 유형이며 실온에서 작동할 수 있다. 픽셀(3)은 금속 반사체(12)로 덮인 기판(10) 위에, 아암(16)에 의해 매달린 평면 볼로메트릭 막(14)을 포함한다. 아암(16)은 막(14)과 기판(10) 사이의 모든 센서 픽셀에 대해 균일한 높은 열 저항을 갖는다. 볼로메트릭 막은 본 실시예에서는 흡수 금속 층(20)과 측정 층(22)을 포함한다. 각각의 층(20 및 22)은 유전체 지지체(22)와 분리 층(23) 사이에 배치된다. 측정 층(22)은 온도에 따라 변화하는 전기 저항을 갖는 재료로 만들어지며 그 단부에 접점들(C1, C2)이 제공되어 있다. 막(14)을 형성하는 층들의 스택의 두께는 전형적으로 100nm 정도이며, 예를 들어 최대 1㎛ 정도로 더 클 수 있다.
장면의 각 요소는 고려 대상 요소의 방사율에 의해 가중되는 흑체 방사의 플랑크 법칙(Planck's law)에 해당하는 방사 스펙트럼에 따라 적외선 방사선을 방출하다. 초점 평면의 레벨에서 수신되는 방사선의 파장은 본질적으로 7에서 14㎛ 범위이다. 일반적으로 열 관측 시스템은 실제로 7과 14㎛ 사이에서 최대 감도를, 이 범위 외에서는 무시할 정도의 감도를 제공하도록 설계되었으며, 이것은 실내 온도에서 흑체의 최대 방출 범위에 해당한다. 이러한 방사선은 장면 요소 반대편 픽셀의 막에 의해 흡수된다. 이를 달성하기 위해, 각 픽셀(3)에서, 볼로메트릭 막과 반사체 사이의 거리(D)는 실질적으로 2.5㎛, 즉 관련된 파장 범위의 중심 파장의 약 1/4이다. 아암(16)의 열 저항으로 인해, 흡수된 방사선은 수용된 방사선의 파워에 비례하여 막의 가열을 유도한다. 따라서 막 온도는 장면 요소의 온도의 함수이다. 막 온도를 결정하는 신호(S)는 접점들(C1, C2) 사이의 층(22)의 전기 저항의 측정에 기초하여 판독 출력 통합 회로(5)에 의해 발생된다.
막 온도는 장면 요소의 온도와 이 요소의 방사율에 따라 달라진다. 장면 요소의 온도(T)를 결정하기 위해, 처리 유닛(7)은 이 요소의 방사율(E)을 고려해야 한다. 즉, 방출면의 재질이나 질감에 따라 장면의 한 요소와 다른 요소 마다 현저히 다를 수 있는 방사율 값의 부정확성으로 인해 결정된 온도의 값에 영향을 미치게 된다. 그 결과 결정된 온도의 정확성이 떨어진다. 또한, 장면 요소의 방사율을 처리 유닛에 제공하게 되면 다양한 실질적인 응용과 및 구현에 있어 문제를 일으킨다.
일 실시예는 상술한 단점의 전부 또는 일부를 해결한 적외선 영상 센서를 제공한다.
따라서, 일 실시예는 지지체 상에 장면의 요소에 의해 방출된 적외선을 검출하기 위한 복수의 제1 픽셀 및 복수의 제2 픽셀을 포함하고, 각 픽셀은 상기 지지체를 덮는 반사체 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막을 포함하고, 제1 픽셀 각각의 상기 반사체는 제 1 유전체 층으로 덮여 있고, 제2 픽셀 각각의 상기 반사체는 상기 제 1 유전체 층과는 그 광학 특성이 다른 제2 유전체 층으로 덮여 있는 적외선 이미지 센서를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 광학 특성 차이는 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층은 상이한 두께를 가진다는 사실; 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층은 상이한 굴절률을 갖는 재료로 만들어진다는 사실; 상기 제1 유전체 층은 규칙적인 패턴을 가지고 상기 제2 유전체 층은 연속적이라는 사실; 상기 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 상기 제1 층 및 상기 제2 층에 상이한 규칙적인 패턴을 가진다는 사실 중 적어도 하나로 결과된다.
일 실시예에 따르면, 제1 유전체 층의 규칙적인 패턴은 상기 제1 층의 전체 두께에 걸쳐 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 제1 픽셀들 중 하나와 상기 제2 픽셀들 중 하나로 이루어진 픽셀 쌍들의 어레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 픽셀 모두의 상기 볼로메트릭 막은 구조적으로 동일하고 상기 픽셀 모두의 상기 반사체는 구조적으로 동일하다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 바둑판 레이아웃으로 배열된다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 25㎛ 보다 작은 파장을 갖는 방사선을 검출하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 파장 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 검출하는 것으로, 상기 막과 상기 유전체 층 사이의 각 픽셀의 상기 거리는 상기 범위의 중심부에 위치한 파장의 1/4이다.
일 실시예에 따르면, 상기 범위는 7 내지 14㎛ 사이에 있고, 상기 거리는 2 내지 3 ㎛의 범위에 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 유전체 층에 있어서, 상기 두께와 상기 굴절률의 곱은 제1 파장의 1/4이고, 상기 제2 유전체 층에 있어서, 상기 두께와 상기 굴절률의 곱은 제2 파장의 1/4이고, 상기 제1 및 제2 파장은 상기 범위 내에 있고 서로 다르다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 동일한 재료로 만들어지고 동일한 두께를 가지며, 상기 볼로메트릭 막을 상기 유전체 층으로부터 분리시키는 상기 거리는 상기 제1 및 제2 픽셀에서 동일하다.
일 실시예에 따르면, 각 제1 유전체 층은 층의 평면과 평행한 방향으로 상기 범위의 최소 파장의 1/3 보다 작은 치수를 갖는 요소로 형성된 규칙적인 패턴을 갖는다
일 실시예에 따르면, 상기 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 비정질 실리콘으로 제조된다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 제1 및 제2 인접 픽셀의 상기 볼로메트릭 막의 상기 온도를 나타내는 제1 값들을 판독하기 위한 회로를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 제1 값들에 기초하여 상기 장면의 요소의 상기 온도 또는 상기 방사율을 결정할 수 있는 처리 유닛을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리 유닛은 a) 추정 온도 및 방사율 값의 초기 쌍을 정의하는 단계; 및 b) 상기 장면 요소의 상기 온도 및 상기 방사율이 상기 추정된 온도와 방사율인 경우 이론적인 모델에 따라 상기 인접 픽셀의 상기 볼로메트릭 막이 갖는 상기 온도를 나타내는 제2 값들을 계산하는 단계; c) 상기 제1 값들과 대응하는 상기 제2 값 간의 차이를 계산하는 단계; d) 상기 차이에 기초하여 새로운 추정 온도 및 방사율 값을 생성하는 단계; 및 e) 상기 새로운 추정 값들에 기초하여 단계 b), c), 및 d)를 반복하여 상기 차이를 감소시키는 단계를 실행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서는 외부 장면에 의해 방출된 적외선을 검출하기 위한 복수의 제3 픽셀을 더 포함하며, 제3 픽셀 각각은 상기 지지체를 덮는 반사체 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막을 포함하고, 상기 반사체는 유전체 층으로 덮이지 않는다.
다른 실시예는 지지체를 덮는 반사체 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막을 포함하는 픽셀을 제공하고, 상기 반사체는 규칙적인 패턴을 갖는 유전체 층으로 덮여 있다.
다른 실시예는 상기와 같은 픽셀 어레이를 제공하며, 그 상기 규칙적인 패턴은 동일하다.
전술 및 그 외 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 특정 실시예에 대한 다음의 비한정적인 설명에서 상세히 설명될 것이다:
도 1a는 적외선 영상 센서를 개략적으로 도시한다;
도 1b는 도 1a의 센서의 픽셀의 간략화한 단면도이다;
도 2a는 적외선 영상 센서의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 2개의 픽셀의 간략화한 단면도이다;
도 3은 방사선의 파장에 따른 다양한 유형의 픽셀에 대한 적외선 흡수 곡선을 도시한다;
도 4는 온도 값을 얻는 방법을 도시한다;
도 5a는 적외선 영상 센서의 실시예의 2개의 픽셀의 간략화한 단면도이다; 및
도 5b는 도 5a의 픽셀의 간략화한 단면도이다.
동일한 구성 요소는 여러 도면에서 동일한 도면 부호로 표시되며, 또한 여러 도면은 일정한 비율로 도시되어 있지 않다. 명료함을 위해, 설명된 실시예들의 이해에 유용한 단계들 및 요소들만이 도시되고 상세히 설명한다. 특히, 막 지지체 아암은 상세히 도시되지 않았다.
이하의 설명에서, 용어 "상부", "상측", "하측" 등과 같은 상대적 위치를 한정하는 용어, 또는 용어 "측면"과 같은 방향을 한정하는 용어가 참조될 때, 관련 도면에서 관련 요소의 방향에 대해 참조한다. 본 명세서에서 "실질적으로"라는 용어는 해당 값의 ±10%, 바람직하게는 ±5%의 허용 오차를 나타내기 위해 사용된다.
이하의 설명에서, 용어 "굴절률"은 무시할 수 있는 허수부를 갖는 굴절률의 실수부를 지정한다.
도 2a는 적외선 영상 센서(30)의 일 실시예를 도시한다. 센서(30)는 각각 제1 유형 및 제2 유형의 픽셀(32, 34)의 쌍들의 어레이를 포함한다. 한 쌍의 픽셀들(32 및 34)은 병치되고, 어레이의 픽셀들(32 및 34)은 예를 들어 바둑판 레이아웃으로 배열된다. 센서(30)는 픽셀(32 및 34)에 연결된 판독 출력 회로(36)(ROIC)를 포함한다. 판독 출력 회로(36)는 볼로메트릭 막의 온도를 나타내는 신호 S를 생성하기 위해 제공되고 처리 유닛(38)(P)에 의해 처리된다. 처리 유닛(38)은 일 예가 도 4와 관련하여 후술되는 방법을 구현하는 장면의 요소들의 온도 T을 결정하기 위해 제공된다. 또한, 처리 유닛(38)은 장면 요소들의 방사율(E)을 결정하기 위해 제공될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 평면 B-B를 따른 이웃하는 픽셀(32 및 34)의 단면도이다.
픽셀들(32 및 34) 각각은 도 1b의 픽셀(3)의 요소들을 포함한다. 예를 들어, 이들 요소는 두 픽셀 유형에 대해 구조적으로 동일하다. 즉, 이들 물질은 실질적으로 동일한 치수의 동일한 구성에 따라 배열된 동일한 물질로 만들어진다. 따라서, 픽셀(32 및 34) 각각은 예를 들어 질화 티타늄으로 제조된 흡수 층(20)을 포함하는 볼로메트릭 막(14) 및 예를 들어 비정질 실리콘으로 제조된 측정 층(22)을 포함하며, 각각의 층(20, 22)은 질화 실리콘 또는 산화 질화물로 이루어진 유전체 층들(23) 사이에 배열된다. 각 픽셀(32)의 측정 층(22)에는 접점들(C11, C12)이 설치되고, 각 픽셀(34)의 측정 층(22)에는 접점들(C21, C22)이 설치되어 있다. 각 픽셀의 볼로메트릭 막(14)은 지지체(10), 예를 들어 반도체 기판을 덮는 금속 반사체(12) 위에서 아암(16)에 의해 매달려 있다.
예로서, 판독 출력 회로(36)는 기판(10)의 내부 및 상부에 형성되고, 각각의 픽셀은 아암(16)에 위치한 전기 접속부에 의해 판독 출력 회로(36)에 결합된다. 예를 들어, 픽셀은 10 내지 40㎛ 범위의 피치로 측 방향으로 반복되고, 이 피치는 실질적으로 픽셀의 측 방향 치수에 대응한다.
도 1a 및 도 1b의 픽셀과 달리, 픽셀(32 및 34)의 각각은 반사체(12) 상에 배열된 유전체 층(40 및 42)을 각각 포함한다. 픽셀(32 및 34)의 유전체 층(40 및 42)은 그들의 광학 특성이 다르다. 도시된 예에서, 유전체 층(40 및 42)은 동일한 두께를 가지나 상이한 굴절률을 갖는 재료들로 만들어진다. 이들 층은 또한 동일한 재료로 제조될 수 있고 상이한 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 유전체 층(40 및 42)의 물질은 실리콘, 예를 들어 비정질 실리콘, 게르마늄일 수 있거나, 실리콘 및 게르마늄을 둘 다 포함할 수 있다.
센서(30)는 예를 들어 25㎛ 미만, 예를 들어 20㎛ 미만의 파장을 가지며, 12THz보다 큰, 예를 들어 15THz보다 큰 주파수를 갖는 적외선 방사를 검출하기 위한 것이다.
예로서, 센서(30)는 7 내지 14㎛에 이르는 범위의 적외선 방사를 검출하도록 의도된다. 픽셀(32 및 34) 각각에서, 볼로메트릭 막(14)의 하부 표면을 유전체 층의 상부 표면으로부터 분리시키는 거리(D1 및 D2)는 각각 이 범위의 중심부에 위치한 파장의 1/4에 해당하며, 이는 7 내지 14㎛에 이르는 범위에 대해, 예를 들어 2 내지 3㎛의 범위의 거리(D1 및 D2)에 대응한다. 따라서 거리 D1과 D2는 서로 다르며 각각 2와 3㎛ 사이이다. 예를 들어, 거리(D1 및 D2)는 실질적으로 동일하며, 예를 들어 도 1b의 픽셀(3)에서 반사체와 볼로메트릭 막을 분리하는 거리 D와 동일한 2.5 ㎛이다.
픽셀들(32 및 34) 내의 상이한 유전체 층들(40 및 42)의 존재는 픽셀들에 상이한 흡수 특성을 제공한다.
도 3은 도 1b의 픽셀(3)의 막(14) 및 도 2b의 픽셀(32 및 34)의 막(14)에 의한, 방사선의 파장 λ에 따른 적외선 방사 흡수 스펙트럼의 예를 도시한다. 곡선(50, 52 및 54)은 각각 픽셀(3, 32 및 34)에 대응하고 디지털 시뮬레이션에 의해 얻어졌다.
도 3의 예에서, 유전체 층(40 및 42)의 두께 및 굴절률은 각각 12.5㎛ (곡선 52) 및 8.5 ㎛ (곡선 54)에 가까운 파장에 대해 파괴적인 간섭이 막(14)의 레벨에 나타나도록 선택된다. 이러한 특정 간섭 조건은 이러한 파장에 대해 막에 의한 흡수를 크게 감소시키며, 이 흡수는 도시된 예에서 0에 가깝다. 한편 이 예에서 픽셀(32)의 유전체 층(40)은 1㎛의 두께 및 비결정질 실리콘의 굴절률에 근접한 3.5의 굴절률을 가지며, 반면에 픽셀(34)의 유전체 층(42)은 1㎛의 두께 및 2.15의 굴절률을 갖는다. 각각의 픽셀(32, 34)에서, 유전체 층(40 및 42) 각각의 굴절률과 유전체 층의 두께의 곱의 4배의 값에 가까운 파장을 갖는 방사선 흡수의 감소가 얻어진다. 이 값은 픽셀(32와 34) 마다 다르며 7 내지 14㎛ 범위에 있다. 따라서, 픽셀(32 및 34)의 흡수 특성은 이 범위에서 상이하다. 따라서, 유전체 층(40 및 42)은 0.5 내지 3 ㎛ 범위의 두께 및 1.5 내지 4 범위의 굴절률을 가질 수 있다.
도 1b의 픽셀(3)이 장면 요소로부터 7 내지 14㎛ 범위의 파장을 갖는 방사선을 수신할 때, 픽셀(3)의 막(14)의 온도는 방사선이 모든 관련 파장에 대해 50% 이상 흡수된다는 사실로 인해 일반 방사선으로부터 결과된다. 반대로, 방사선이 픽셀(32 및 34)에 의해 수신되는 경우, 픽셀(32)의 막(14)의 온도는 방사선 중 약 11㎛ 보다 작은 파장을 갖는 부분으로부터 주로 결과되며, 픽셀(34)의 막(14)의 온도는 방사선 중 약 11 ㎛ 보다 큰 파장을 갖는 부분으로부터 주로 결과된다.
적외선 방사선을 수신하는 2개의 이웃하는 픽셀(32, 34)에 대해, 판독 출력 회로(36)는 접점들(C11과 C12) 사이와 접점들(C21과 C22) 사이의 각 측정 층(22)의 저항을 각각 측정함으로써, 2개의 픽셀의 볼로메트릭 막의 각 온도를 나타내는 신호의 2개의 값(V1 및 V2)을 결정한다. 수신된 방사선이 동일한 장면 요소 또는 식별할 수 없는 방사율 및 온도를 갖는 장면 요소로부터 발생하는 경우에, 2개의 값(V1 및 V2)은 예를 들어 이하에서 알 수 있는 바와 같이, 픽셀(32 및 34)의 상이한 흡수 특성으로 인해, 처리 유닛(38)이 장면 요소의 온도 및 방사율을 동시에 결정할 수 있게 한다.
따라서, 실제로 장면 요소의 방사율 값이 정확하게 알려지지 않은 경우, 도 1b의 픽셀(3)을 사용하는 것보다 픽셀(32 및 34)을 사용하게 되면 장면 요소의 온도를 보다 정확하게 결정할 수 있다 .
또한, 센서(30) 유형의 센서는 도 1의 센서(1) 유형의 센서로는 불가능한 장면 요소의 방사율을 미리 알지 않고도 장면 요소의 온도를 결정할 수 있게 한다.
또한, 사용자는 장면 요소의 온도를 결정하기 위해 방사율 값을 수동으로 제공할 필요가 없다. 따라서 온도 측정이 특히 편리하다.
또한, 상이한 방사율을 갖는 요소들을 포함하는 장면에 대해, 도 1b 및 도 1a의 유형의 센서의 사용자는 실제로 각 장면 요소의 방사율을 제공할 수 없다. 사용자는 각 장면 요소에 적응되지 않는 공통 방사율 값을 제공하게 되고, 이는 결정된 온도를 부정확하게 만든다. 반대로, 센서(3) 유형의 센서에서, 상이한 방사율 값은 사용자의 수동적인 개입 없이 각각의 장면 요소에 대해 얻어지며, 따라서 결정된 온도는 특히 정확하게 된다.
도 4는 주변 픽셀(32 및 34)의 볼로메트릭 막의 온도 값을 나타내는 두 개의 측정 값(V1 및 V2)으로부터 장면 요소의 온도(TM)를 얻기 위해 처리 유닛(38)에 의해 구현되는 방법의 예를 도시한다.
이 방법은 일 예로서 반복을 포함한다. 각각의 반복은 추정된 한 쌍의 방사율 및 온도 값(EE 및 TE)을 시작점으로 하여 다음 반복을 위한 시작점으로 사용될 새로운 쌍의 추정 값을 결정한다. 제1 반복에서, 추정 값들(EE 및 TE)은 이전에 선택되었던 각각의 초기 값(Ei 및 Ti)으로, 예를 들어 0 내지 1 사이의 임의의 방사율을 갖는 값(Ei) 및 실온에 가까운 온도를 갖는 온도 값(Ti)이다.
각각의 반복은 이론적 값(V1TH 및 V2TH)을 결정하는 모델링 단계(62)(COMPUTE)를 포함한다. 이론적 값(V1TH)은 추정된 방사율에 의해 가중된 플랑크 법칙에 따라 픽셀(32)의 흡수 특성이 주어지면 (도 3의 곡선(52)에 의해 개략적으로 도시됨), 장면 요소가 추정 온도 TE에 있는 경우 얻어질 수 있는 막 온도 값에 상응한다. 여기서 방사율(EE)은 파장과 무관하다고 간주된다. 이론값 V2TH는 픽셀(34)의 흡수 특성이 주어지면 (도 3의 곡선 54에 의해 도식화됨) 유사하게 결정된다. 이론적 값(V1TH 및 V2TH)을 결정하기 위해, 장면 요소와 픽셀 사이에 위치한 요소, 예를 들어 대기에 의한 흡수가 추가로 고려될 수 있거나, 투과 창이 고려될 수 있다. 이러한 창은 현재 레티나를 대기로부터 격리시키기 위해 픽셀 어레이 또는 레티나 위에 배치되어 있다. 이러한 창의 투과 스펙트럼은 알려졌으므로 이론값을 결정하기 위해 쉽게 고려될 수 있다.
단계 64_1 및 64_2에서, 측정 값(V1 및 V2)을 이론 값(V1TH 및 V2TH)과 비교하여, 차이 값(V1-V1TH 및 V2-V2TH)을 제공한다. 차이 값은 단계 66(ERR)으로서 사용되어 오류 값(χ2)을 결정한다. 예를 들어, 오류 값(χ2)은 차이 값의 제곱의 합, 예를 들어, 다음 형태의 가중치 합이다:
Figure pct00001
σ1 및 σ2는 각각 막 온도를 나타내는 값 V1과 V2의 불확실성을 나타낸다. 각각의 반복은 새로운 추정 값들(EE 및 TE)을 제공하는 단계 68(MIN)을 포함하고, 반복마다 오류 값(χ2)을 감소시킨다. 예로서, 단계(68)는 변수의 연속적인 추정에 기초하여 이 값의 연속적인 추정에 의해 2개의 변수에 의존하는 값의 최소화 알고리즘의 단계로서, 예컨대 기울기법, 공역 기울기법, 심플렉스법 등의 방법이 있다. 이 방법은 χ2의 값이 최소일 때 중지된다. 장면 요소의 온도의 측정 값(TM)은 마지막 반복에서의 추정 값(TE)이다. 또한, 최종 반복에서의 방사율의 추정 값(EE)은 장면 요소의 방사율의 측정 값(EM)에 대응한다.
도 5a는 픽셀(32)의 유전체 층(40) 및 픽셀(42)의 유전체 층(42)이 동일한 재료로 만들어지고 동일한 두께를 갖는 2개의 이웃하는 픽셀(32 및 34)의 다른 실시예의 단면도이다. 도 5b는 도 5a의 평면 B-B를 따른 층(42)의 상부 단면도이다.
층(42)은 규칙적으로 분포된 개구들(70)에 의해 그 전체 두께에 걸쳐 차단된다. 개구(70)는 수신된 적외선 방사선의 파장보다 작은, 예를 들어, 수신된 방사선의 파장 범위의 가장 작은 파장의 1/3보다 작은 측면 치수를 가질 수 있다. 예로서, 개구부에 의해 그려지는 규칙적인 어레이의 피치는 1 내지 3㎛ 정도이다. 도시된 개구부는 원형 형상을 갖지만, 임의의 다른 알맞은 형상이 사용될 수 있다. 변형 예로서, 인접한 개구부는 결합할 수 있고, 층(42)은 규칙적으로 배열된 개별 패드의 조립체로 형성된다. 따라서, 층(42)은 층의 평면에 평행한 방향으로 반복되는 개구 또는 패드와 같은, 층(42)의 재료의 부재 또는 존재에 의해 규정되는 규칙적인 패턴의 요소를 갖는다. 층(42)의 굴절률(
Figure pct00002
)은 층(42)의 재료의 굴절률(
Figure pct00003
)과 층(42)의 충진률(
Figure pct00004
)의 곱으로 대략 추정할 수 있다. 층(42)의 굴절률의 더욱 정확한 추정 값은, 예를 들어 M.E. Motamedi 등의 논문, 1992년 Applied Optics, 31(22)에 발표된 "이진 광학 기술을 이용한 실리콘의 반사 방지 표면"에 기술된 다음 식에 따라 연산될 수 있다:
Figure pct00005
따라서, 층(42)의 굴절률은 층(40)의 굴절률보다 작다. 또한, 도 5a에 도시된 예에서, 층(42)의 개구에 의해 형성된 패턴으로부터 시작하여, 패턴이 1/4 바퀴씩 회전하면, 초기 패턴이 얻어지는데, 다시 말하면, 패턴은 4중 대칭을 갖는다. 따라서, 층(42)의 굴절률은 적외선 방사의 편광에 의존하지 않는다. 변형 예로서, 개구부 또는 패드에 의해 그려지는 규칙적인 패턴은 더 큰 대칭을 가질 수 있는데, 예를 들어 육각형 레귤러의 6중 대칭을 가질 수 있다.
특정 실시예가 설명되었다. 당업자에게는 다양한 변형 및 수정이 가능할 것것이다. 특히, 오류 값(χ2)을 최소화하기 위해 특정 방법이 설명되었지만, 이 값을 최소화할 수 있는 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 볼로메트릭 막 온도 값을 나타내는 측정 값(V1 및 V2)을 얻은 후에, 오류 값(χ2)은 장면 요소의 추정된 온도와 방사율 값(TE 및 EE)의 미리 정의된 쌍들의 세트에 대해 계산될 수 있다. 결정된 온도 및 방사율 값은 오류 값(χ2)이 최소인 사전 정의된 쌍의 값에 해당한다. 다른 예로서, 이 오류 값의 최소값에 대응하는 장면 요소 온도는 볼로메트릭 막 온도 값(V1, V2)의 세트에 따라 미리 결정된 온도 값의 세트 중에서 선택될 수 있다. 이전에 결정된 값들은 처리 유닛(38)에 저장된다.
또한, 전술한 방법에서, 특정 오류 값(χ2)은 온도 값(TM)을 얻기 위해 최소화되지만, 한편으로는 2개의 인접한 픽셀의 막 온도의 측정 값과, 다른 한편으로, 모델링에 의해 얻어진 대응하는 이론 값 사이의 차이를 나타내는 오류 값은 최소화될 수 있다.
또한, 상술한 방법에서는, 온도 값이 특정한 방식으로 결정되었지만, 장면 요소에 대향하는 상이한 유형의 2개의 픽셀의 2개의 볼로메트릭 막의 온도 값에 기초하여 장면 요소의 온도를 결정할 수 있는 임의의 다른 방법이 사용될 수 있다. 픽셀의 흡수 특성은 막의 온도에 따라 장면 요소의 온도를 명시적으로 표현할 수 있는 수학적 표현식으로 모델링될 수도 있다.
또한, 이 방사율이 파장에 의존하지 않는다는 가정하에, 장면 요소의 온도 및 방사율 값을 얻는 것을 가능하게 하는 방법의 예가 위에서 설명되었다. 변형 예로서, 장면 요소의 이전에 알려진 온도 값에 기초하여, 2개의 방사율 값을 결정하는데, 이들 각각은 픽셀(32 및 34)의 유형들 중 하나에 의해 흡수된 파장 범위에 대응한다. 이를 위해, 예를 들어, 픽셀(32)의 흡수 특성이 주어지면, 이론적 값(V1TH)이 픽셀(32)의 파장 범위에서 제1 추정 방사율 값에 의해 가중된 플랭크의 법칙에 따라, 장면 요소가 이전에 알려진 온도에 있는 경우 획득될 막 온도 값에 대응하고, 이론적 값(V2TH)은 유사하게 제2 추정 방사율 값으로 결정되는 전술한 방법을 구현할 수 있다.
전술한 방법 예에서, 단지 2개의 이웃하는 픽셀의 볼로메트릭 막의 온도를 나타내는 값(V1 및 V2)은 장면 요소의 온도를 결정하는데 사용되지만, 각각의 값(V1 및 V2)은 동일한 장면 요소에 대향하는 동일한 유형의 2개 이상의 픽셀의 막 온도를 나타내는 값의 조합으로 대체될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 볼로메트릭 막의 온도를 측정하기 위해 판독 회로가 제공되었지만, 이 판독 출력 회로는 볼로메트릭 막의 온도를 나타내는 임의의 값, 예를 들어 저항 값을 측정하도록 제공될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예에서, 2개의 상이한 유형의 픽셀이 바둑판 레이아웃으로 배열되지만, 픽셀은 하나의 유형의 각 픽셀이 다른 유형의 픽셀에 가깝게 하는 방법으로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 각 유형의 픽셀의 교대하는 행 또는 열의 레이아웃은 동일한 이점을 가져 온다. 또 다른 특정 실시예에 따르면, 하나의 유형의 픽셀은 다른 유형의 픽셀보다 더 많고, 즉 보다 조밀하게 배열되며, 픽셀의 비율은 예를 들어 각각 75% 및 25%가 된다. 기술된 실시예가 특정한 볼로메트릭 막을 포함하지만, 다른 알맞은 볼로메트릭 막, 예를 들어, 상이한 수의 유전체 층을 갖는 볼로메트릭 막, 또는 측정 층이 다른 구조의 온도 측정, 예를 들어 열 팽창으로 인한 변형 및/또는 응력의 측정으로 대체된 막이 사용될 수 있다.
또한, 설명된 실시예가 특정 유형의 반사체를 포함하지만, 볼로메트릭 막이 대부분의 관련 파장에 대해 50% 이상, 장면 요소에 의해 방출되는 방사선을 흡수할 수 있게 하는 임의의 다른 반사체가 사용될 수 있다.
설명된 특정 실시예는 규칙적인 패턴을 갖는 유전체 층(42) 및 연속적인 유전체 층(40)을 포함하는데, 즉 이들 각각에는 층의 재료가 전체 볼로메트릭 막 위에 존재한다. 다양한 변형예가 가능하다. 유전체 층(40) 및 유전체 층(42) 각각이 그 요소들, 예를 들어 측 방향으로 반복되고 수신된 방사선의 파장보다 작은, 예를 들어, 해당 방사 범위의 가장 작은 파장의 1/3 보다 작은 측면 치수들을 갖는, 개구 또는 패드들을 갖는 규칙적인 어레이를 가질 수 있다. 동일한 재료로 제조되고 동일한 두께를 갖는 유전체 층(40 및 42)의 예에서 중요한 점은 층(40 및 42)의 패턴이 상이하다는 것이다.
설명된 실시예에서, 7 내지 14㎛ 사이에 위치한 파장 범위만이 고려되지만, 예를 들어, 다른 파장 범위에서, 전형적으로 이 범위, 즉 필터링 창의 투과 스펙트럼을 특정 목표의 애플리케이션에 따라 관찰될 장면의 평균 온도에서 흑체의 방출 법칙에 따라 방출 최대치 주변에 위치시키는 것으로 동작하는 것이 바람직하다. 따라서, 당해 분야의 숙련자라면, 선택된 상기 스펙트럼에서의 여러 파장의 선택적인 간섭을 생성하기 위해서 막과 반사체 사이의 공간에서 상술한 관계에 따라 (유전체 층의 거리 D, 두께, 및/또는 굴절률), 치수와 관련한 상술한 픽셀뿐만 아니라, 각 창의 투과 스펙트럼에도 적절하게 적응시킬 수 있을 것이다.
또한, 설명된 센서 실시예가 7과 14㎛ 사이 범위에 위치는 적외선 방사선을 검출하도록 의도되었지만, 다른 실시예는 8과 12.5㎛ 사이 범위의 적외선 방사를 검출하도록 의도될 수 있다. 이 목적을 위해, 센서는 센서에 의해 수신된 방사선을 8 내지 12.5㎛ 범위로 제한하도록 의도된 투과 창 아래에 배치될 수 있다. 유전체 층(40 및 42)의 두께 및 굴절률은, 8.5㎛ 및 12㎛에 각각 가까운 파장에 대해 막(14)의 레벨에서 파괴적인 간섭이 나타나도록 선택된다. 일 예로서, 유전체 층(40)은 실질적으로 0.9 ㎛의 두께 및 실질적으로 3.5와 동일한 굴절률을 갖는다. 예로서, 유전체 층(42)은 실질적으로 0.9㎛와 동일한 두께 및 2와 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는다. 장치의 다른 치수는 예를 들어 도 2a 및 도 2b의 장치에서 대응하는 치수와 동일하다. 얻어진 센서는 대기에 의해 흡수되는 12.5㎛보다 큰 파장을 갖는 방사선을 제외하는 이점을 가지며, 이때 센서에 의한 온도 또는 방사율 측정은 대기의 품질 및 센서와 장면 요소 간의 거리와는 상관없다. 이러한 센서의 온도 및 방사율 측정은 특히 정확하다.
설명된 실시예는 2개의 상이한 범위에 위치된 방사선을 50% 이상 흡수하는 단지 2개의 상이한 유형의 픽셀을 포함하며, 2개의 범위는 기술된 예에서 3㎛ 이상의 폭에 걸쳐 연장된다. 두 개 이상의 픽셀 유형을 포함하는 다른 실시예가 가능하다. 예를 들어, 각 픽셀 유형은 다른 픽셀 유형과 다른 파장 범위에서 50% 이상의 방사선을 흡수하도록 제공된다. 상이한 유형의 픽셀들의 파장 범위의 정도는 실질적으로 동일할 수 있다. 그러한 파장 범위는 고려된 방사선의 파장 범위의 정도를 포함할 수 있다. 이때 장면 요소의 온도는 상이한 유형의 픽셀의 볼로메트릭 막의 2개 이상의 온도 값으로부터 결정된다. 이는 장면 요소의 온도 및 방사율을 보다 정확하게 결정하고, 파장에 따라 변화하는 방사율을 갖는 장면 요소의 온도를 보다 정확하게 결정할 수 있게 한다.
일 예로, 도 2b의 유형의 픽셀(32 및 34)의 쌍은 도 1b의 유형의 픽셀(3)을 포함하는, 픽셀의 어셈블리 또는 레티나에 규칙적으로 분산되어 있다. 처리 유닛(38)은 픽셀들(3)로부터 제1 열적 영상을 생성한다. 처리 유닛(38)은 픽셀들의 쌍들로부터 결정된 온도 및 방사율 정보를 포함하는 제2 영상을 제1 영상에 중첩시킨다. 각 픽셀(3)의 측면 치수가 한 쌍의 픽셀의 측면 치수보다 작기 때문에, 제1 영상은 고 해상도를 가질 수 있다. 얻어진 화상은 특히 정확한 온도 정보를 포함하고 고 해상도를 갖는다.

Claims (18)

  1. 적외선 영상 센서에 있어서,
    지지체(10) 상에, 장면의 요소에 의해 방출된 적외선 방사를 검출하기 위한 복수의 제1 픽셀(32) 및 복수의 제2 픽셀(34)을 포함하고, 각 픽셀은 상기 지지체를 덮는 반사체(12) 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막(14)을 포함하고, 제1 픽셀 각각의 상기 반사체는 제 1 유전체 층(40)으로 덮여 있고, 제2 픽셀 각각의 상기 반사체는 상기 제 1 유전체 층(42)과는 그 광학 특성이 다른 제2 유전체 층(42)으로 덮여 있는 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 특성 차이는:
    상기 제1 유전체 층(40) 및 상기 제2 유전체 층(42)은 상이한 두께를 가진다는 것; 및/또는
    상기 제1 유전체 층(40) 및 상기 제2 유전체 층(42)은 상이한 굴절률을 갖는 물질로 만들어진다는 것
    에 기인하는 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 특성 차이는:
    상기 제1 층(42)은 규칙적인 패턴을 가지고 상기 제2 층(40)은 연속적이라는것 및/또는
    상기 제1 층(40) 및 제2 층(42)은 상기 제1 층 및 상기 제2 층에 상이한 규칙적인 패턴을 가진다는 것
    에 기인하는 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층의 규칙적인 패턴은 상기 제1 층의 전체 두께에 걸쳐 연장되는 센서.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    파장 범위 내에서 파장을 갖는 방사선을 검출하기 위한 것으로, 상기 제1 층의 상기 규칙적인 패턴은 상기 제1 층의 평면과 평행한 방향으로, 상기 범위에서 최소의 파장의 1/3 보다 작은 치수를 갖는 요소로 형성되는 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 픽셀들(32) 중 하나와 상기 제2 픽셀들(34) 중 하나로 이루어진 픽셀 쌍들의 어레이를 포함하는 센서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀 전체의 상기 볼로메트릭 막(14)은 구조적으로 동일하고 상기 픽셀 전체의 상기 반사체(12)는 구조적으로 동일한 센서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 픽셀(32) 및 제2 픽셀(34)은 바둑판 레이아웃으로 배열되는 센서.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    25㎛ 보다 작은 파장을 갖는 방사선을 검출하기 위한 센서.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 범위 내의 파장을 갖는 방사선을 검출하는 것으로, 상기 막과 상기 유전체 층 사이의 각 픽셀의 상기 거리는 상기 범위의 중심부에 위치한 파장의 1/4인 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 범위는 7 내지 14㎛ 사이에서 연장되고, 상기 거리는 2 내지 3 ㎛의 범위에 있는 센서.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층에 있어서, 상기 두께와 상기 굴절률의 곱은 제1 파장의 1/4이고, 상기 제2 유전체 층에 있어서, 상기 두께와 상기 굴절률의 곱은 제2 파장의 1/4이고, 상기 제1 및 제2 파장은 상기 범위 내에 있고 서로 다른 센서.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층(40) 및 제2 유전체 층(42)은 동일한 물질로 만들어지고 동일한 두께를 가지며, 상기 볼로메트릭 막(14)을 상기 유전체 층(40 및 42)으로부터 분리시키는 상기 거리는 상기 제1 및 제2 픽셀에서 동일한 센서.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층(40) 및 제2 유전체 층(42)은 비정질 실리콘으로 제조되는 센서.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 인접 픽셀의 상기 볼로메트릭 막(14)의 상기 온도를 나타내는 제1 값들(V1 및 V2)을 판독하기 위한 회로(36)를 더 포함하는 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 값들(V1 및 V2)에 기초하여 상기 장면의 요소의 상기 온도 또는 상기 방사율을 결정할 수 있는 처리 유닛(38)을 더 포함하는 센서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 처리 유닛(38)은:
    a) 추정 온도(Ti) 및 방사율(Ei) 값의 초기 쌍을 정의하는 단계;
    b) 상기 장면 요소의 상기 온도 및 상기 방사율이 상기 추정된 온도(Ti, TE)와 방사율(Ei, EE)인 경우 이론적인 모델에 따라 상기 인접 픽셀의 상기 볼로메트릭 막이 갖는 상기 온도를 나타내는 제2 값들(V1TH 및 V2TH)을 계산하는 단계;
    c) 상기 제1 값들(V1 및 V2)과 대응하는 상기 제2 값들 간의 차이를 계산하는 단계;
    d) 상기 차이에 기초하여 새로운 추정 온도(TE) 및 방사율(EE) 값을 생성하는 단계; 및
    e) 상기 새로운 추정 값들에 기초하여 단계 b), c), 및 d)를 반복하여 상기 차이를 감소시키는 단계
    를 실행할 수 있는 센서.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 장면에 의해 방출된 적외선 방사를 검출하기 위한 복수의 제3 픽셀(3)을 더 포함하며, 제3 픽셀 각각은 상기 지지체를 덮는 반사체 위에 매달려 있는 볼로메트릭 막을 포함하고, 상기 반사체는 유전체 층으로 덮이지 않는 센서.
KR1020197019147A 2016-12-07 2017-12-05 적외선 영상 센서 KR20190094194A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662079 2016-12-07
FR1662079A FR3059824B1 (fr) 2016-12-07 2016-12-07 Capteur d'image infrarouge
PCT/FR2017/053403 WO2018104654A1 (fr) 2016-12-07 2017-12-05 Capteur d'image infrarouge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190094194A true KR20190094194A (ko) 2019-08-12

Family

ID=59649741

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197018258A KR20190094181A (ko) 2016-12-07 2017-12-05 적외선 영상 센서
KR1020197019147A KR20190094194A (ko) 2016-12-07 2017-12-05 적외선 영상 센서

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197018258A KR20190094181A (ko) 2016-12-07 2017-12-05 적외선 영상 센서

Country Status (8)

Country Link
US (3) US11015978B2 (ko)
EP (3) EP3968382A1 (ko)
JP (2) JP2020513553A (ko)
KR (2) KR20190094181A (ko)
CN (3) CN114544001A (ko)
CA (2) CA3045579A1 (ko)
FR (1) FR3059824B1 (ko)
WO (2) WO2018104654A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020185969A2 (en) * 2019-03-11 2020-09-17 Flir Commercial Systems, Inc. Microbolometer systems and methods
FR3059824B1 (fr) 2016-12-07 2019-06-21 Ulis Capteur d'image infrarouge

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63305227A (ja) * 1987-06-06 1988-12-13 Minolta Camera Co Ltd 放射温度計
US4881823A (en) * 1988-03-29 1989-11-21 Purdue Research Foundation Radiation thermometry
US5132922A (en) * 1989-01-12 1992-07-21 Massachusetts Institute Of Technology Emissivity independent multiwavelength pyrometer
US5868496A (en) * 1994-06-28 1999-02-09 Massachusetts Institute Of Technology Non-contact surface temperature, emissivity, and area estimation
JPH11326039A (ja) * 1998-05-15 1999-11-26 Nikon Corp 熱型赤外線撮像装置および熱型赤外線受光素子
US6292685B1 (en) 1998-09-11 2001-09-18 Exergen Corporation Temporal artery temperature detector
US6715548B2 (en) * 2000-04-24 2004-04-06 Shell Oil Company In situ thermal processing of a hydrocarbon containing formation to produce nitrogen containing formation fluids
JP2003294523A (ja) * 2002-04-03 2003-10-15 Mitsubishi Electric Corp 赤外線検出器およびその製造方法、並びに赤外線固体撮像装置
AU2002364215A1 (en) * 2002-12-20 2004-07-22 International Business Machines Corporation Assessment and optimization for metrology instrument
WO2005047935A2 (en) * 2003-01-30 2005-05-26 Del Grande Nancy K Thermal imaging method to detect subsurface objects
US7887234B2 (en) 2006-10-20 2011-02-15 Siemens Corporation Maximum blade surface temperature estimation for advanced stationary gas turbines in near-infrared (with reflection)
JP5251310B2 (ja) * 2008-07-08 2013-07-31 日本電気株式会社 ２波長熱型赤外線アレイセンサ
MX2011004364A (es) * 2008-10-23 2011-07-20 Kaz Inc Termometro medico sin contacto con proteccion de radiacion parásita.
US8129682B2 (en) 2009-02-26 2012-03-06 Texas Instruments Incorporated On-chip calibration system and method for infrared sensor
US8457922B2 (en) * 2009-03-27 2013-06-04 Fluke Corporation System and method for determining accuracy of an infrared thermometer measurement
CN103168217B (zh) 2010-10-14 2015-01-14 半导体器件-埃尔法特系统-拉法合伙公司 用于ir检测系统的杜瓦瓶组件
FR2966925B1 (fr) * 2010-11-03 2012-11-02 Commissariat Energie Atomique Detecteur infrarouge a base de micro-planches bolometriques suspendues
JP5781351B2 (ja) * 2011-03-30 2015-09-24 日本アビオニクス株式会社 撮像装置、その画素出力レベル補正方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステム
FR2976072B1 (fr) * 2011-05-31 2014-09-12 Commissariat Energie Atomique Detecteur spectroscopique et detecteur de gaz incluant au moins un tel detecteur
FR2977937B1 (fr) * 2011-07-15 2013-08-16 Centre Nat Rech Scient Detecteur bolometrique a performances ameliorees
FR2983953B1 (fr) * 2011-12-09 2014-01-03 Commissariat Energie Atomique Detecteur bolometrique d'un rayonnement electromagnetique dans le domaine du terahertz et dispositif de detection matriciel comportant de tels detecteurs
US9274005B2 (en) * 2012-08-23 2016-03-01 Robert Bosch Gmbh Device and method for increasing infrared absorption in MEMS bolometers
WO2014037622A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-13 Vaisala Oyj Optical layered structure, manufacturing method, and use
WO2014087253A2 (en) * 2012-11-19 2014-06-12 Kaz Europe Sa Medical thermometer having an improved optics system
EP2923187B1 (en) * 2012-11-26 2016-11-02 Flir Systems, Inc. Hybrid infrared sensor array having heterogeneous infrared sensors
CN103106332B (zh) * 2012-12-13 2015-09-23 华中科技大学 一种测量不确定度的分析方法
FR3017456B1 (fr) * 2014-02-12 2017-06-23 Commissariat Energie Atomique Detecteur bolometrique a structure mim incluant un element thermometre
CN105527026B (zh) * 2014-09-29 2019-04-12 华中科技大学 一种像素单元及其构成的红外成像探测器
EP3035015B1 (en) * 2014-12-15 2017-04-12 Melexis Technologies NV Ir sensor for ir sensing based on power control
US9846083B2 (en) * 2014-12-17 2017-12-19 Maxim Integrated Products, Inc. Ambient temperature measurement sensor
US9404804B1 (en) * 2015-04-02 2016-08-02 Palo Alto Research Center Incorporated Thermal sensor with infrared absorption membrane including metamaterial structure
FR3042272B1 (fr) * 2015-10-09 2017-12-15 Commissariat Energie Atomique Bolometre a forte sensibilite spectrale.
CN106006541B (zh) * 2016-07-19 2017-07-18 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种多孔碳纳米薄膜及其微测辐射热计
FR3059824B1 (fr) 2016-12-07 2019-06-21 Ulis Capteur d'image infrarouge
EP3486623B1 (en) * 2017-11-17 2019-10-30 Melexis Technologies NV Low-drift infrared detector

Also Published As

Publication number Publication date
US11060919B2 (en) 2021-07-13
CN110050176A (zh) 2019-07-23
EP3551976B1 (fr) 2023-05-03
US20200083277A1 (en) 2020-03-12
JP2020501149A (ja) 2020-01-16
US11761820B2 (en) 2023-09-19
CN110073186A (zh) 2019-07-30
US20210270676A1 (en) 2021-09-02
FR3059824A1 (fr) 2018-06-08
CN110050176B (zh) 2023-01-13
CN114544001A (zh) 2022-05-27
WO2018104654A1 (fr) 2018-06-14
EP3551976A1 (fr) 2019-10-16
WO2018104653A1 (fr) 2018-06-14
US11015978B2 (en) 2021-05-25
CN110073186B (zh) 2021-10-29
EP3551977A1 (fr) 2019-10-16
CA3045580A1 (fr) 2018-06-14
FR3059824B1 (fr) 2019-06-21
JP2020513553A (ja) 2020-05-14
EP3968382A1 (fr) 2022-03-16
US20200064200A1 (en) 2020-02-27
KR20190094181A (ko) 2019-08-12
CA3045579A1 (fr) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6745121B2 (ja) メタマテリアル構造を含む赤外線吸収薄膜を有する温度センサ
KR102039275B1 (ko) 저-드리프트 적외선 검출기
US11761820B2 (en) Infrared image sensor
KR102364706B1 (ko) 도파관 기반 필터를 갖는 광학 부품
KR101862106B1 (ko) 복사열 영상측정장치를 이용한 온도측정장치의 교정방법
JP6107993B2 (ja) 赤外線検出装置
CN105806491A (zh) 一种三波长二维温度场测量装置及方法
JP2004538476A (ja) 焦点面アレイ較正システム
JP2020507064A (ja) フィルタおよびレンズアレイを有するイメージングセンサ
JP2016133305A (ja) 赤外線検知装置
JP2011179828A (ja) 多波長赤外線アレイセンサ
US20190301943A1 (en) System for detecting electromagnetic radiation
CN205642635U (zh) 基于压缩感知的双波长三维温度场成像设备及系统
Senveli et al. A thermal conductance optimization approach for uncooled microbolometers
Elfner et al. Surface Temperature Measurement on Complex Topology by Infrared Thermography
JP5900085B2 (ja) 赤外線検出装置
US20240063240A1 (en) Light state imaging pixel
JPH11326039A (ja) 熱型赤外線撮像装置および熱型赤外線受光素子
JPH0843211A (ja) 温度ならびに放射率測定方法
CN116723364A (zh) 一种红外热电光谱成像系统及红外成像方法
JPH0843210A (ja) 温度ならびに放射率測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application