устройство для считывания изображения, электронное устройство, фотогальванический элемент и способ изготовления устройства для считывания изображения
| Классы МПК: | H01L31/10 отличающиеся наличием, по меньшей мере, одного поверхностного барьера или потенциального барьера, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, например фототранзисторы H04N5/335 с использованием приборов на твердом теле с электрическим сканированием |
| Автор(ы): | КУБОЙ Нобуюки (JP), ХОНГО Кадзухиро (JP) |
| Патентообладатель(и): | СОНИ КОРПОРЕЙШН (JP) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2011-12-08 публикация патента:
10.11.2013 |
Изобретение относится к устройству для считывания изображения и способу его изготовления, видеокамере, фотогальваническому устройству. Заявленное устройство для считывания изображения содержит модуль считывания изображения, в котором множество пикселов, воспринимающих падающий свет, расположены на фотоприемной поверхности в считывающей области подложки, в котором пиксел включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, в котором в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, и в котором группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности. В результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар. Технический результат - повышение качества принятого изображения и уменьшение размеров. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 31 ил. 
Формула изобретения
1. Устройство для считывания изображения, содержащее:
модуль считывания изображения, в котором множество пикселов, воспринимающих падающий свет, расположены на фотоприемной поверхности в считывающей области подложки,
в котором пиксел включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности,
в котором в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, и
в котором группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
2. Устройство для считывания изображения по п.1, в котором в группе приборов с термопарами указанные несколько термопар соединены последовательно.
3. Устройство для считывания изображения по п.2, в котором в группе приборов с термопарами указанные несколько термопар расположены на фотоприемной поверхности так, что решетчатая структура имеет центральную симметрию.
4. Устройство для считывания изображения по п.3, в котором группа приборов с термопарами расположена так, что каждая из нескольких термопар находится в области усиленного электрического поля, генерируемого в результате плазменного резонанса, возникающего на фотоприемной поверхности.
5. Устройство для считывания изображения по п.4, в котором в каждой из нескольких термопар вдоль фотоприемной поверхности ориентированы первый металлический участок и второй металлический участок с термоэлектрическими характеристиками, отличными от первого металлического участка.
6. Устройство для считывания изображения по п.5, в котором в каждой из термопар один конец первого металлического участка и один конец второго металлического участка соединены один с другим в направлении глубины подложки на стороне, на которую попадает падающий свет, другой конец первого металлического участка и другой конец второго металлического участка расположены на стороне, из которой выходит падающий свет, и при этом указанные несколько термопар соединены последовательно.
7. Устройство для считывания изображения по п.6, в котором в группе приборов с термопарами на поверхности, на которую попадает падающий свет, расположена изоляционная пленка, а между поверхностью, на которую попадает падающий свет, и изоляционной пленкой присутствует воздушный зазор.
8. Устройство для считывания изображения по п.6,
в котором группа приборов с термопарами включает металлическую пленку, покрывающую поверхность, на которую попадает падающий свет, и
в котором эта металлическая пленка выполнена из металла, в котором плазменный резонанс возникает легче, чем в металле первого металлического участка и металле второго металлического участка.
9. Устройство для считывания изображения по п.1,
в котором пиксел включает несколько групп приборов с термопарами, и
в котором эти несколько групп приборов с термопарами расположены одна над другой в направлении глубины подложки.
10. Устройство для считывания изображения по п.5,
в котором каждая из нескольких термопар выполнена таким образом, что области между одними концами и другими концами первого металлического участка и второго металлического участка ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, один конец первого металлического участка и один конец второго металлического участка соединены вместе, а все эти несколько термопар соединены последовательно на другом конце первого металлического участка и другом конце второго металлического участка, и
в котором экранирующая свет пленка, которая экранирует падающий свет, расположена так, что другой конец первого металлического участка и другой конец второго металлического участка покрыты этой экранирующей свет пленкой.
11. Устройство для считывания изображения по п.6, в котором в каждой из нескольких термопар между первыми концами и другими концами первого металлического участка и второго металлического участка вложена нанопружинка.
12. Устройство для считывания изображения по п.1, дополнительно содержащее:
модуль коррекции сигнала, осуществляющий коррекцию сигнала в соответствии с электродвижущей силой, генерируемой в пикселе,
в котором модуль коррекции сигнала вычисляет коэффициент коррекции на основе величины разности между данными мониторинга и опорными данными и характеристики зависимости электродвижущей силы от интенсивности падающего света и корректирует сигнал в соответствии с электродвижущей силой, генерируемой в пикселе, путем интеграции коэффициента коррекции с сигналом в соответствии с электродвижущей силой, генерируемой в пикселе.
13. Устройство для считывания изображения по п.1, дополнительно содержащее: модуль процессора охлаждения, осуществляющий процесс охлаждения нескольких термопар на основе эффекта Пельтье, направляя через каждую из нескольких термопар ток в направлении, противоположном направлению тока, обусловленного эффектом Зеебека,
в котором модуль процессора охлаждения направляет токи в противоположном направлении через несколько термопар, чтобы уменьшить количество теплоты, соответствующее величине разности между величиной сигнала, соответствующей электродвижущей силе, генерируемой в пикселе, и опорной величиной.
14. Устройство для считывания изображения по п.1, в котором модуль считывания изображения генерирует сигнал путем измерения электрического потенциала в момент времени, в котором электродвижущая сила, генерируемая в группе приборов с термопарами, достигает максимума в пределах одного кадра, и тем самым генерирует принятое изображение.
15. Устройство для считывания изображения по п.1, в котором модуль считывания изображения после повторения нескольких операций измерения электрического потенциала, когда сигнал генерируют путем измерения электрического потенциала в некоторый момент времени, в которой электродвижущая сила, генерируемая в группе приборов с термопарами, достигает максимума в пределах одного кадра, и генерирует принятое изображение на основе сигнала, полученного в результате интеграции этих нескольких сигналов.
16. Устройство для считывания изображения по п.15, в котором модуль считывания изображения осуществляет операцию охлаждения, в ходе которой группу приборов с термопарами охлаждают во время нескольких операций измерения электрического потенциала.
17. Устройство для считывания изображения по п.16, в котором модуль считывания изображения конфигурирован для питания, путем подачи электродвижущей силы, генерируемой в группе приборов с термопарами через обратную связь в качестве источника питания.
18. Способ создания устройства для считывания изображения, содержащий:
изготовление модуля считывания изображения путем расположения множества пикселов, воспринимающих падающий свет, на фотоприемной поверхности считывающей области подложки,
в котором изготовление модуля считывания изображения включает создание группы приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, в пикселе,
в котором при создании группы приборов с термопарами несколько термопар размещают отдельно одну от другой, так что фотоприемная поверхность группы приборов с термопарами имеет решетчатую структуру, и
в котором при этом группу приборов с термопарами формируют так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
19. Видеокамера, содержащая:
модуль считывания изображения, в котором множество пикселов, воспринимающих падающий свет, расположены на фотоприемной поверхности в считывающей области подложки,
в котором пиксел включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности,
в котором в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, и
в котором группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
20. Фотогальванический элемент, содержащий:
фотогальванический источник энергии, генерирующий электродвижущую силу в результате приема падающего света, попадающего на фотоприемную поверхность,
в котором этот фотогальванический источник энергии включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности,
в котором в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, и
в котором группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для считывания изображения, электронному устройству, фотогальваническому элементу и способу изготовления устройства для считывания изображения.
Предпосылки к созданию изобретения
Электронные устройства, такие как цифровые видеокамеры, включают устройства для считывания изображения. В таком устройстве для считывания изображения считывающая область, где размещены множество пикселов, расположена на поверхности подложки. Устройство для считывания изображения принимает падающий свет, несущий изображение предмета, в области для считывания изображения, и генерирует принятое изображение. Здесь, например, генерируют цветное изображение в качестве принятого изображения путем приема света трех основных цветов.
Например, к устройствам для считывания изображения относятся формирователи сигналов изображения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС (CCD) и формирователи сигналов изображения на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП-структур (CMOS)). В таком случае в считывающей области в каждом из множества пикселов имеется, например, фотодиод в качестве фотоэлектрического преобразователя (см., например, заявку JP-A-2009-277732). Более конкретно, как показано в заявке JP-A-2009-277732, фотодиоды формируют посредством имплантации ионов легирующих примесей в кремниевую полупроводниковую подложку, а готовые фотодиоды принимают падающий свет и осуществляют фотоэлектрическое преобразование этого падающего света, генерируя в результате сигнальные электрические заряды.
Кроме того, предложено считывать изображение путем измерения светового потока с использованием приборов на основе плазменного резонанса (см., например, заявки JP-A-2009-38352, JP-T-2009-528542 и JP-A-2009-175124).
Плазменным резонансом называется явление, когда поверхностный плазмой резонирует при возбуждении на металлической поверхности затухающим полем света, появляющимся при падении света на металлическую поверхность и локально усиливающим электрическое поле. Соответственно, при использовании этого способа считывание изображения осуществляется посредством сигнала, принимаемого на основе локально усиленного электрического поля.
Более конкретно, в случае, описываемом в заявке JP-A-2009-38352, свет падает на поверхность решетчатой структуры с периодически выполненными выпуклостями-вогнутостями из полупроводникового материала и происходит генерация энергии электрического поля на основе плазмонного резонанса. Затем эту энергию электрического поля используют для фотоэлектрического преобразования в слое кремния, осуществляя тем самым детектирование света. Здесь, изменяя должным образом форму решетчатой структуры, можно избирательно детектировать свет конкретной длины волны, создавая в результате цветное изображение.
В случае, описанном в заявке JP-T-2009-528542, свет падает на границу между металлом и диэлектриком, где происходит генерация энергии электрического поля на основе плазмонного резонанса. Здесь одна на другой расположены три границы раздела в соответствии с излучением трех основных цветов. Таким образом, энергию электрического поля плазмонов, генерируемых на этих границах, используют в процессе фотоэлектрического преобразования в полупроводниковом слое с высокой эффективностью генерации электронов, осуществляя тем самым детектирование падающего света.
Согласно заявке JP-A-2009-175124 на изоляционной пленке расположена наноцепочка из нескольких соединенных наночастиц, на которую падает свет, что вызывает плазменный резонанс.Соответственно, детектирование света осуществляют путем считывания изменения сопротивления диода, расположенного на нижнем слое, или изменения электрического потенциала вследствие эффекта термопары под воздействием энергии электрического поля (энергия экзотермической реакции) в ответ, на возникновение плазмонного резонанса.
Сущность изобретения
В представленном выше описании, как в заявке JP-A-2009-277732, когда в состав пиксела входит фотодиод, возможны ситуации, когда рекомбинация или генерация электронов происходит на дефектах кристалла кремния. Соответственно, возможны ситуации, когда происходит генерация сигнального заряда и передача на выход сигнала изображения даже тогда, когда на пиксел не падает свет.В результате на принятом изображении образуется так называемая «белая точка» (белая царапина), что ведет к деградации качества изображения.
Аналогично, в случаях заявок JP-A-2009-38352 и JP-T-2009-528542 используется фотоэлектрическое преобразование в полупроводниковом слое и, соответственно имеют место ситуации, когда качество изображения деградирует из-за образования белых точек (белых царапин) в принятом изображении.
В отличие от описанных выше случаев, если нет распространения электронов внутри полупроводникового слоя (кристалла кремния), белые точки (белые царапины) в принятом изображении не образуются в принципе.
Однако в случае заявки JP-A-2009-175124, поскольку используется пространственно изотропная структура наноцепочки, имеет место сильная зависимость от поляризации. Соответственно, хотя такой способ подходит для детектирования света, такого как лазерный луч, обладающий сильной поляризацией, он не годится для детектирования такого света, в котором, как, например, в естественном свете, присутствуют составляющие с различными поляризациями. В дополнение к этому, хотя энергию электрического поля, генерируемую в соответствии с плазменным резонансом, измеряют в форме изменений температуры, используется структура, в которой сигнал считывают путем усреднения изменений температуры. Вследствие этого динамический диапазон измерения интенсивности оказывается узким, так что способ может быть непригодным с точки зрения спектральных характеристик и чувствительности.
Как указано выше, в рассматриваемом устройстве для считывания изображения трудно повысить качество принятого изображения вследствие проявления различных дефектов.
Кроме того, трудно уменьшить толщину устройства для считывания изображения, так что возможны ситуации, когда затруднительно миниатюризировать такое устройство. Более того, возможны ситуации, когда трудно снизить стоимость.
Аналогично пикселу устройства для считывания изображения, поскольку затруднительно уменьшить толщину фотогальванического элемента, включающего фотогальванический прибор, возможны ситуации, когда трудно миниатюризировать устройство. Более того, возможны ситуации, когда трудно снизить стоимость.
Таким образом, желательно создать устройство для считывания изображения и электронное устройство, способные повысить качество принятого изображения, и при этом уменьшить размеры и стоимость таких устройств, а также способ изготовления подобных устройств. Кроме того, желательно создать фотогальванический элемент, позволяющий уменьшить размеры и стоимость таких устройств.
Один из вариантов настоящего изобретения направлен на создание устройства для считывания изображения, содержащего: модуль считывания изображения, в котором множество пикселов, воспринимающих падающий свет, расположены на фотоприемной поверхности в считывающей области подложки. Пиксел включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, причем в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, при этом группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Другой вариант настоящего изобретения направлен на создания способа изготовления устройства для считывания изображения. Этот способ включает: изготовление модуля считывания изображения путем расположения множества пикселов, воспринимающих падающий свет на фотоприемной поверхности считывающей области подложки. Изготовление модуля считывания изображения включает создание группы приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, в пикселе, причем при создании группы приборов с термопарами несколько термопар размещают отдельно одну от другой, так что фотоприемная поверхность группы приборов с термопарами имеет решетчатую структуру, при этом группу приборов с термопарами формируют так, что падающий свет, попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Еще один из вариантов настоящего изобретения направлен на создание электронного устройства, содержащего: модуль считывания изображения, в котором множество пикселов, воспринимающих падающий свет, расположены на фотоприемной поверхности в считывающей области подложки. Пиксел включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, причем в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, при этом группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Следующий вариант настоящего изобретения направлен на создание фотогальванического элемента, содержащего: фотогальванический источник энергии, генерирующий электродвижущую силу в результате приема света, падающего на фотоприемную поверхность. Фотогальванический источник включает группу приборов с термопарами, в которой несколько термопар ориентированы вдоль фотоприемной поверхности, причем в этой группе приборов с термопарами несколько термопар расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность имеет решетчатую структуру, при этом группа приборов с термопарами расположена так, что падающий свет попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Согласно указанным вариантам настоящего изобретения группу приборов с термопарами создают, располагая несколько термопар отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность группы приборов с термопарами имеет решетчатую структуру. Здесь группа приборов с термопарами создана так, что падающий свет попадающий на решетчатую структуру, вызывает плазменный резонанс на фотоприемной поверхности, а в результате изменения температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс, происходит генерация электродвижущей силы в каждой из нескольких термопар.
Согласно указанным вариантам настоящего изобретения предложены устройство для считывания изображения и электронное устройство, позволяющие повысить качество принятого изображения при уменьшении размеров и стоимости этих устройств, а также способ изготовления устройств. Кроме того, предложен фотогальванический элемент, позволяющий уменьшить размеры и стоимость таких устройств.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схему, иллюстрирующую главную часть фотодатчика (фотогальванического прибора), включенного в состав пиксела или аналогичного элемента, конфигурирующего устройство для считывания изображения согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет схему, иллюстрирующую главную часть указанного фотодатчика (фотогальванического прибора), включенного в состав пиксела или аналогичного элемента, конфигурирующего устройство для считывания изображения согласно указанному варианту настоящего изобретения.
Фиг.3 представляет схему, иллюстрирующую попадание падающего света на решетчатую структуру.
Фиг.4А и 4В представляют графики, иллюстрирующие попадание падающего света на решетчатую структуру.
Фиг.5 представляет блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию видеокамеры согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет схему, иллюстрирующую полную конфигурацию устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.8 представляет вид сверху, схематически иллюстрирующий расположение цветов в пикселе согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.9А-9D представляют схемы, иллюстрирующие основные этапы способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.10Е и 10F представляют схемы, иллюстрирующие основные этапы способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.11G и 11Н представляют схемы, иллюстрирующие основные этапы способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.12I и 12J представляют схемы, иллюстрирующие основные этапы способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.13K представляет схему, иллюстрирующую один из основных этапов способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Фиг.14 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 1 Варианта 1.
Фиг.15 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 2 Варианта 1.
Фиг.16 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 3 Варианта 1.
Фиг.17 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 3 Варианта 1.
Фиг.18 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 2 настоящего изобретения.
Фиг.19 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 3 настоящего изобретения.
Фиг.20 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 4 настоящего изобретения.
Фиг.21 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 4 настоящего изобретения.
Фиг.22А и 22В представляют схемы, иллюстрирующие главные части устройства для считывания изображения согласно Варианту 4 настоящего изобретения.
Фиг.23 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 5 настоящего изобретения.
Фиг.24 представляет блок-схему, иллюстрирующую главную часть модуля обработки сигнала (см. фиг.5) согласно Варианту 6 настоящего изобретения.
Фиг.25 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс коррекции согласно Варианту 6 настоящего изобретения.
Фиг.26 представляет график, иллюстрирующий характеристику зависимости электродвижущей силы от интенсивности падающего света согласно Варианту 6.
Фиг.27 представляет блок-схему, иллюстрирующую главную часть модуля управления (см. фиг.5) согласно Варианту 7 настоящего изобретения.
Фиг.28 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс охлаждения согласно Варианту 7 настоящего изобретения.
Фиг.29 представляет вид сечения, иллюстрирующий процесс охлаждения согласно Варианту 7 настоящего изобретения.
Фиг.30А и 30В представляет графики, иллюстрирующий процесс считывания изображения согласно Варианту 8 настоящего изобретения.
Фиг.31 представляет вид сверху, иллюстрирующий главную часть фотогальванического элемента согласно Варианту 9 настоящего изобретения.
Подробное описание
Далее варианты настоящего изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.
Описание будет дано в следующем порядке.
0. Базовая конфигурация
1. Вариант 1 (устройство для считывания изображения)
2. Вариант 2 (случай, когда верхняя поверхность группы приборов с термопарами покрыта пленкой алюминия)
3. Вариант 3 (случай, когда приборы с термопарами расположены один на другом)
4. Вариант 4 (случай, когда часть группы приборов с термопарами покрыта экранирующей свет пленкой)
5. Вариант 5 (случай с нанопружинками)
6. Вариант 6 (случай, когда производится коррекция данных)
7. Вариант 7 (случай, когда применяется охлаждение на основе эффекта Пельтье)
8. Вариант 8 (считывание изображения)
9. Вариант 9 (фотогальванический элемент)
10. Другое
<0. Базовая конфигурация>
Фиг.1 и 2 представляют собой схемы, иллюстрирующие главные части фотодатчика (фотогальванического прибора), включенного в состав пиксела или аналогичного элемента, образующего устройство для считывания изображения согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Здесь фиг.1 изображает сечение. Кроме того, на фиг.2 показана верхняя поверхность. Фиг.1 представляет сечение по линии X1-Х2, показанной на фиг.2, для случая когда линия взгляда направлена снизу вверх. Хотя сечение по линии X1-Х2, изображенной на фиг.2, для случая, когда линия взгляда направлена сверху вниз, на чертеже не показано, каждый участок расположен так же и имеет такую же форму, как представлено на фиг.1.
Как показано на фиг.1 и 2, фотодатчик включает группу 210 приборов с термопарами.
Как изображено на фиг.1, группа 210 приборов с термопарами расположена на поверхности (верхней поверхности) подложки 11, на которую попадает падающий свет L. Периферийная часть группы 210 приборов с термопарами покрыта изоляционным слоем SZ, который выполнен, например, из изоляционного материала, такого как диоксид кремния SiO2. Предпочтительно, чтобы периферийная часть группы 210 приборов с термопарами была покрыта таким материалом, как пористая органическая пленка или воздушный слой, обладающим низкой теплопроводностью.
Как изображено на фиг.2, группа 210 приборов с термопарами составлена из нескольких термопар с 211 по 216. Например, группа 210 приборов с термопарами построена из шести термопар и в том числе первая термопара 211, вторая термопара 212, третья термопара 213, четвертая термопара 214, пятая термопара 215 и шестая термопара 216.
В группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 216, как показано на фиг.1 и 2, ориентированы вдоль верхней поверхности (плоскость xy) подложки 11. Эти несколько термопар с 211 по 216 соединены последовательно.
Здесь, как показано на фиг.1 и 2, несколько термопар с 211 по 216 включают соответственно первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В.
В этих нескольких термопарах с 211 по 216 первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В ориентированы вдоль верхней поверхности (плоскость xy) подложки 11 для соединения одна с другой. Эти первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В выполнены из металлов с различными термоэлектрическими характеристиками, так что в каждой из термопар с 211 по 216 происходит генерация термоэлектродвижущей силы в соответствии с эффектом Зеебека. Указанные первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В, например, выполняют из меди (Cu), алюминия (Al), серебра (Ag), никеля (Ni), железа (Fe) или их сплавов. Например, первые металлические участки с 211А по 216А конфигурированы в качестве отрицательных мостиков, а вторые металлические участки с 211В по 216В конфигурированы в качестве положительных мостиков.
В таком варианте, как показано на фиг.1 и 2, в группе 210 приборов с термопарами эти несколько термопар с 211 по 216 расположены по отдельности одна от другой, так что образована решетчатая структура.
Кроме того, в этом варианте группа 210 приборов с термопарами расположена таким образом, что под воздействием попадающего на решетчатую структуру падающего света L возникает плазменный резонанс, так что температура участка, где возник плазменный резонанс, изменяется для генерации электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 216.
Иными словами, каждый пиксел Р имеет выпукло-вогнутую решетчатую структуру, в которой интегрированы фотоприемная секция и детекторная секция. Здесь в решетчатой структуре фотоприемная поверхность (верхняя поверхность) группы 210 приборов с термопарами имеет выпуклые и вогнутые участки, так что на этой фотоприемной поверхности (верхней поверхности) возникает плазменный резонанс в ответ на воздействие света в конкретном диапазоне длин волн, входящего в состав падающего света L. Таким образом, энергия локального тепловыделения, обусловленного усиленным электрическим полем плазменного резонанса (на основе которого появляется затухающее поле света), возникающего на решетчатой структуре, эффективно преобразуется группой 210 приборов с термопарами в разность потенциалов электрического поля. Соответственно, определение интенсивности падающего света (падающей электромагнитной волны) или считывание изображения осуществляется на основе сигнала, получаемого согласно электродвижущей силе.
Каждый участок, составляющий группу 210 приборов с термопарами, будет подробно описан ниже.
Как показано на фиг.1, в термопарах 211-213 с первой по третью из состава группы 210 приборов с термопарами выполнены канавки TR 12 и TR 23, расположенные между первой термопарой 211 и второй термопарой 212 и между второй термопарой 212 и третьей термопарой 213. Кроме того, как показано на фиг.2, третья канавка TR 13 расположена между первой термопарой 211 и третьей термопарой 213.
Как показано на фиг.1, первая термопара 211 и вторая термопара 212 соединены последовательно на нижней стороне канавки TR 21. Кроме того, вторая термопара 212 и третья термопара 213 соединены последовательно на нижней стороне канавки TR 23.
Как указано выше, для каждой из термопар 211-213 с первой по третью в соответствии с изображением на фиг.1 верхние концы первых металлических участков с 211А по 213А и верхние концы вторых металлических участков с 211В по 213В соединены вместе на верхней стороне, на которую попадает падающий свет L в направлении z глубины подложки 11. Другими словами, в термопарах 211-213 с первой по третью первые металлические участки с 211А по 213А и вторые металлические участки с 211В по 213В соединены вместе так, что указанные верхние боковые участки становятся термометрическими спаями (горячие спаи).
Кроме того, на нижних боковых участках термопар 211-213 с первой по третью, через которые выходит падающий свет L, расположены нижние концы первых металлических участков с 211А по 213А и нижние концы вторых металлических участков 211В to 213B, так что эти нижние концы обеих сторон отделены одни от других зазорами с G1 по G3, расположенными между ними. Другими словами, в термопарах 211-213 с первой по третью первые металлические участки с 211А по 213А и вторые металлические участки с 211В по 213B отделены одни от других так, что эти нижние боковые участки становятся опорными спаями (холодные спаи).
Более того, второй металлический участок 211В первой термопары 211 и первый металлический участок 212А второй термопары 212 электрически соединены один с другим. В дополнение к этому, второй металлический участок 212В второй термопары 212 и первый металлический участок 213А третьей термопары 213 электрически соединены один с другим.
Напротив, хотя сечения термопар 214-216 с четвертой по шестую на чертежах не показаны, между четвертой термопарой 214 и пятой термопарой 215 и между пятой термопарой 215 и шестой термопарой 216 расположены, как описано выше, канавки (на чертежах не показаны). Кроме того, как показано на фиг.2, канавка TR 46 расположена между четвертой термопарой 214 и шестой термопарой 216.
Кроме того, четвертая термопара 214 и пятая термопара 215 соединены последовательно на нижней стороне канавки (на чертеже не показана). Пятая термопара 215 и шестая термопара 216 соединены последовательно на нижней стороне канавки (на чертеже не показана).
Другими словами, хотя это и не показано на чертеже, на верхних боковых участках термопар 214-216 с четвертой по шестую, аналогично термопарам 211-213 с первой по третью, верхние концы первых металлических участков с 214А по 216А и верхние концы вторых металлических участков с 214В по 216В соединены вместе одни с другими. Кроме того, нижние концы первых металлических участков с 214А по 216А и нижние концы вторых металлических участков с 214В по 216В расположены на нижней стороне термопар 214-216 с четвертой по шестую, так что эти нижние концы обеих сторон отделены одни от других зазорами (на чертеже не показаны), расположенными между ними.
Второй металлический участок 214В четвертой термопары 214 и первый металлический участок 215А пятой термопары 215 электрически соединены один с другим. Кроме того, второй металлический участок 215В пятой термопары 215 и первый металлический участок 216А шестой термопары 216 электрически соединены один с другим.
Более того, как показано на фиг.2, канавки TR расположены соответственно между первой термопарой 211 и шестой термопарой 216, между второй термопарой 212 и пятой термопарой 215 и между третьей термопарой 213 и четвертой термопарой 214. Здесь канавка TR расположена так, чтобы проходить через центр группы 210 приборов с термопарами и быть протяженной в направлении «x».
Как показано на правой стороне фиг.2, третья термопара 213 и четвертая термопара 214 соединены последовательно. Другими словами второй металлический участок 213В третьей термопары 213 и первый металлический участок 214А четвертой термопары 214 электрически соединены один с другим. Хотя это и не показано на чертеже, канавка TR проходит в направлении «x» на верхней стороне соединительного участка между третьей термопарой 213 и четвертой термопарой 214.
В дополнение к этому, внутри каждой канавки, как показано на фиг.1, расположен изоляционный слой SZ.
Как описано выше, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 216 выполнены в виде выпуклых участков, а канавки образуют вогнутые участки, так что термопары с 211 по 216 отделены одна от другой. Соответственно, группа 210 приборов с термопарами служит дифракционной решеткой, благодаря своей выпукло-вогнутой поверхности, образованной совокупностью выпуклых участков и вогнутых участков.
Здесь, как показано на фиг.2, в группа 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 216 расположены таким образом, что решетчатая структура имеет центральную симметрию.
В этом варианте, как показано на фиг.2, группа 210 приборов с термопарами имеет структуру песочного торта, где внешний контур имеет форму окружности на фотоприемной поверхности, а несколько термопар с 211 по 216 выполнены симметрично относительно оси симметрии, проходящей через центр окружности.
Более конкретно, как показано на фиг.2, в группе 210 приборов с термопарами вторая термопара 212 и пятая термопара 215 имеют каждая на виде в плане полукруглую форму. Эти вторая термопара 212 и пятая термопара 215 совмещены в направлении «y» таким образом, что они образуют полный круг, если их соединить.
В отличие от этого, первая термопара 211, третья термопара 213, четвертая термопара 214 и шестая термопара 216 имеют каждая дугообразную форму на виде в плане. Эти первая термопара 211, третья термопара 213, четвертая термопара 214 и шестая термопара 216 расположены на периферии относительно второй термопары 212 и пятой термопары 215, так что при соединении они образуют круг. Первая термопара 211 и третья термопара 213 совмещены в направлении оси «x» на верхней стороне относительно второй термопары 212. Кроме того, четвертая термопара 214 и шестая термопара 216 совмещены в направлении оси «x» на нижней стороне относительно пятой термопары 215.
В этом варианте группа 210 приборов с термопарами выполнена таким образом, что несколько термопар с 211 по 216 расположены в области усиленного электрического поля (область, соответствующая пучности затухающего поля света) в соответствии с плазменным резонансом, возникающим на фотоприемной поверхности. Другими словами, каждая часть выполнена таким образом, что области нескольких термопар с 211 по 216, где первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В соединены одни с другими, соответствуют областям, где электрические поля локально усилены в соответствии с плазменным резонансом.
Как показано на фиг.1 и 2, в схеме проходят проводники H1 и Н2. Здесь эти проводники H1 и Н2 соединены соответственно с одним концом и с другим концом каждой из нескольких термопар с 211 по 216 в группе 210 приборов с термопарами, соединенных последовательно. Кроме того, проводники H1 и Н2 соединены с логическими схемами (не показаны на этих чертежах).
В частности, как показано на фиг.1, в группе из нескольких термопар с 211 по 216, соединенных последовательно, проводник H1 расположен на нижнем конце первого металлического участка 211А, составляющего первую термопару 211. Кроме того, проводник Н2 расположен на нижнем конце второго металлического участка 216В, составляющего шестую термопару 216. Эти проводники H1 и Н2 изготовлены, например, использованием электропроводного материала, такого как медь (Cu), с низким электрическим сопротивлением.
В описанной выше группе 210 приборов с термопарами, когда падающий свет L попадает на верхнюю поверхность решетчатой структуры, на этой верхней поверхности возбуждается поверхностный плазмой. Таким образом, участок верхней поверхности локально принимает тепловую энергию в соответствии с усиленным электрическим полем затухающего света, генерируемым этим плазмоном.
Соответственно, в группе 210 приборов с термопарами, показанных на фиг.1, происходит нагрев горячей области НТ, расположенной на верхней поверхности. Другими словами, изменяется температура термометрических спаев в группе 210 приборов с термопарами.
В отличие от этого, в группе 210 приборов с термопарами плазменный резонанс не возникает в опорной области REF, расположенной со стороны нижней поверхности, так что опорная область REF не нагревается. Другими словами, на опорном переходе группы 210 приборов с термопарами температура не меняется.
Соответственно, в группе 210 приборов с термопарами, когда на нее попадает падающий свет L, возникает разность температур между горячей областью НТ и опорной областью REF, вследствие чего происходит генерация электродвижущей силы на основе эффекта Зеебека.
Как показывает Уравнение (1), в каждой из термопар с 211 по 216 может быть получена электродвижущая сила Vi, представленная произведением разности (T1-Т0) температур между температурой T1 горячей области НТ и температурой ТО опорной области REF на коэффициент Zc Зеебека. В группе 210 приборов с термопарами, как показывает следующее Уравнение (2), может быть получено суммарное напряжение Vtot, представленное суммой электродвижущих сил Vi, генерируемых несколькими термопарами с 211 по 216.
Более конкретно, как показано на фиг.1, термопары 211-213 с первой по третью генерируют электродвижущую силу V1, V2 и V3, и в этих термопарах текут токи от первых металлических участков с 211А по 213А ко вторым металлическим участкам с 211В по 213В. Как показано на фиг.2 термопары 214-216 с четвертой по шестую аналогично генерируют электродвижущую силу, и в этих термопарах текут электрические токи. Другими словами, ток течет в направлении расположения термопар 211-216 с первой по шестую.
Фиг.3, 4А, и 4В представляют схему и графики, иллюстрирующие падение света на решетчатую структуру.
Фиг.3 представляет вид сечения. Эта фиг.3 иллюстрирует падение света сквозь слой оксида кремния SiO2 на решетчатую структуру, выполненную из металла (никеля Ni или алюминия А1), с расположенными на фотоприемной поверхности с заданным шагом Т выпуклыми участками заданной высоты d.
Фиг.4А и 4В представляют графики, иллюстрирующие результаты моделирования. Эти фиг.4А и 4В иллюстрируют результаты моделирования соотношения между длиной волны света и величиной его поглощения для случая, когда свет падает на решетчатую структуру, показанную на фиг.3. Фиг.4А иллюстрирует случай, когда решетчатая структура выполнена из единственного материала - алюминия, а фиг.4В иллюстрирует случай, когда решетчатая структура выполнена из единственного материала - никеля. Здесь показаны результаты моделирования, выполненного двумерным методом конечных разностей во временной области (FDTD).
Как можно понять из фиг.4А и 4В, при адекватной установке коэффициента формы вогнуто-выпуклой решетчатой структуры можно избирательно детектировать свет в конкретном диапазоне длин волн. Кроме того, подбирая разницу характеристик материалов (диэлектрической проницаемости), можно избирательно детектировать свет в конкретном диапазоне длин волн.
<1. Вариант 1>
[А. Конфигурация устройства]
(А-1) Конфигурация главной части видеокамеры
Фиг.5 представляет схему конфигурации, иллюстрирующую конфигурацию видеокамеры 40 согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.5, видеокамера 40 включает устройство 1 для считывания изображения, оптическую систему 42, модуль 43 управления и модуль 44 обработки сигнала. Эти устройства и модули будут описаны далее.
Устройство 1 для считывания изображения принимает падающий свет L, по падающий на поверхность PS для считывания изображения, в качестве изображения предмета через оптическую систему 42 и генерирует соответствующий сигнал. Здесь устройство 1 для считывания изображения, управляемое в соответствии с сигналом управления с выхода модуля 43 управления, формирует выходной сигнал.
Оптическая система 42 включает оптические элементы, такие как считывающий объектив и диафрагму, и построена таким образом, чтобы собрать падающий свет L на поверхности PS для считывания изображения в устройстве 1 для считывания изображения.
Модуль 43 управления передает различные сигналы управления в устройство 1 для считывания изображения и модулю 44 обработки сигнала, чтобы управлять работой устройства 1 для считывания изображения и модуля 44 обработки сигнала. Модуль 43 управления включает компьютер, выполняющий функции модуля управления в соответствии с программой.
Модуль 44 обработки сигнала генерирует принятое изображение предмета посредством обработки выходного сигнала устройства 1 для считывания изображения. Модуль 44 обработки сигнала включает компьютер, выполняющий функции модуля в соответствии с программой.
(А-2) Конфигурация главной части устройства для считывания изображения
Далее будет описана полная конфигурация устройства 1 для считывания изображения.
Фиг.6 представляет схему, иллюстрирующую полную конфигурацию устройства 1 для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения. Фиг.6 изображает верхнюю поверхность.
Как показано на фиг.6, устройство 1 для считывания изображения включает подложку 11. Эта подложка, представляющая собой, например, полупроводниковую подложку, выполненную из полупроводникового кремния, а на поверхности этой подложки 11 расположены считывающая область РА и периферийная область SA.
Считывающая область РА, как показано фиг.6, имеет прямоугольную форму. В этой области в горизонтальном направлении «x» и вертикальном направлении «y» расположены пикселы Р. Другими словами, эти пикселы Р расположены в виде матрицы. Пиксел Р будет подробно описан позднее. Считывающая область РА соответствует поверхности PS для считывания изображения, показанной на фиг.1.
Периферийная область SA, как показано на фиг.6, расположена по периферии считывающей области РА. Хотя это и не показано на чертеже, в периферийной области SA располагаются периферийные схемы.
Например, драйверная схема для управления каждым пикселом Р расположена в считывающей области РА, а внешняя выходная схема для передачи на выход сигнала, генерируемого каждым пикселом Р, расположена в качестве периферийных схем.
(А-3) Подробное описание конфигурации устройства для считывания изображения
Устройство 1 для считывания изображения согласно рассматриваемому варианту будет далее описано подробно.
Фиг.7 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения. На фиг.7 схематично изображено сечение пиксела Р. На фиг.7 представлено такое же сечение, как показано на фиг.1.
Как показано на фиг.7, в устройстве 1 для считывания изображения пиксел Р включает группу 210 приборов с термопарами. Кроме того, с каждым пикселом Р совмещены слой 31 воздушного зазора и микролинза ML.
Группа 210 приборов с термопарами, как показано на фиг.7, расположена на верхней поверхности подложки 11, расположенной со стороны, на которую попадает падающий свет L. Периферия группы 210 приборов с термопарами покрыта изоляционным слоем SZ, выполненным из изоляционного материала, такого как диоксид кремния SiO 2.
Хотя эта верхняя поверхность на чертеже не показана, группа 210 приборов с термопарами конфигурирована аналогично случаю, изображенному на фиг.2.
Другими словами, аналогично приведенному выше описанию в группе 210 приборов с термопарами расположены несколько термопар с 211 по 216, отделенных одна от другой промежутками для образования решетчатой структуры. Кроме того, группа 210 приборов с термопарами расположена таким образом, в ответ на падающий свет L, попадающий на решетчатую структуру, на фотоприемной поверхности возникает плазменный резонанс, а несколько термопар с 211 по 216 генерируют электродвижущую силу в ответ на изменение температуры участков фотоприемной поверхности (фиг.2).
Например, в нескольких термопарах с 211 по 216 первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В выполнены из никеля или сплава никеля с медью. Помимо этих могу быть выбраны и другие металлы в таких сочетаниях, в которых возможно возникновение эффекта Зеебека должной интенсивности.
Слой 31 воздушного зазора, как показано на фиг.7, представляет собой воздушный зазор, расположенный на верхней поверхности группы 210 приборов с термопарами. Верхняя поверхность слоя 31 воздушного зазора покрыта изоляционным слоем SZ, таким как диоксид кремния. Другими словами, слой воздушного зазора расположен между верхней поверхностью, на которую попадает падающий свет L, и изоляционным слоем SZ в группе 210 приборов с термопарами.
В альтернативном варианте в качестве воздушного зазора вместо слоя 31 воздушного зазора, содержащего воздух, может быть использован вакуумный слой.
Микролинза ML, как показано на фиг.7, расположена на верхней поверхности изоляционного слоя SZ, закрывающего группу 210 приборов с термопарами. Микролинза ML представляет собой выпуклую линзу, центральная часть которой толще, чем края. Линза конфигурирована с целью собирать падающий свет L на верхней поверхности группы 210 приборов с термопарами.
Фиг.8 представляет вид сверху, схематически иллюстрирующий расположение цветов в пикселе P согласно Варианту 1 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.8, устройство 1 для считывания изображения включает красный пиксел R, избирательно принимающий красный свет, зеленый пиксел G, избирательно принимающий зеленый свет, и синий пиксел B, избирательно принимающий синий свет. Это устройство 1 для считывания изображения принимает цветное изображение на основе сигналов, поступающих от красного пиксела R, зеленого пиксела G и синего пиксела В.
Как показано на фиг.8, красный пиксел R, зеленый пиксел G и синий пиксел B расположены один рядом с другим. Здесь эти красный пиксел R, зеленый пиксел G и синий пиксел B размещены по схеме шаблона Байера.
Более конкретно, зеленые пикселы G расположены по диагонали, в шахматном порядке. Кроме того, красные пикселы R и синие пикселы B расположены по диагонали между несколькими зелеными пикселами G. Например, каждый пиксел имеет размер 1,4 мкм и толщину пленки 1,0 мкм.
Каждый из описанных выше красного пиксела R, зеленого пиксела G и синего пиксела В включает, как описано выше, группу 210 приборов с термопарами.
В красном пикселе R для избирательного приема красного света и передачи на выход соответствующего сигнала группа 210 приборов с термопарами конфигурирована в виде периодической структуры из вогнутых и выпуклых участков, в которой, например, высота выпуклых участков составляет 55 нм, а шаг равен 180 нм.
В зеленом пикселе G для избирательного приема зеленого света и передачи на выход соответствующего сигнала группа 210 приборов с термопарами конфигурирована в виде периодической структуры из вогнутых и выпуклых участков, в которой, например, высота выпуклых участков составляет 35 нм, а шаг равен 120 нм.
В синем пикселе B для избирательного приема синего света и передачи на выход соответствующего сигнала группа 210 приборов с термопарами конфигурирована в виде периодической структуры из вогнутых и выпуклых участков, в которой, например, высота выпуклых участков составляет 25 нм, а шаг равен 90 нм.
Кроме того, в такой группе 210 приборов с термопарами «максимальный зазор между вогнутыми и выпуклыми участками» не превышает максимальную длину волны света, который нужно детектировать.
Соответственно, в красном пикселе R «максимальный зазор между вогнутыми и выпуклыми участками» не превышает, например, 700 нм.
В зеленом пикселе G «максимальный зазор между вогнутыми и выпуклыми участками» не превышает, например, 600 нм.
В синем пикселе B «максимальный зазор между вогнутыми и выпуклыми участками» не превышает, например, 500 нм.
Здесь «зазор между вогнутыми и выпуклыми участками» представляет расстояние (величину шага) между одним выпуклым участком и другим выпуклым участком или между одним вогнутым участком и другим вогнутым участком.
Кроме того, в группе 210 приборов с термопарами может быть должным образом выбрано число термопар. Увеличение числа термопар позволяет повысить чувствительность.
[В. Способ изготовления]
Далее будут описаны основные этапы способа изготовления рассмотренного выше устройства для считывания изображений.
Фиг.9А-13K представляют схемы, иллюстрирующие основные этапы способа изготовления устройства для считывания изображения согласно Варианту 1 настоящего изобретения. На фиг.9А-13K представлены те же самые сечения, какие показаны на фиг.7. Устройство 1 для считывания изображения, показанное на фиг.7 или на аналогичном чертеже, изготавливают в последовательности этапов, иллюстрируемых на фиг.9А-13K.
На фиг.9А-13K из нескольких термопар с 211 по 216, составляющих группу 210 приборов с термопарами, представлена часть, образованная термопарами 211-213 с первой по третью. Хотя иллюстрация способа изготовления термопар 214-216 с первой по шестую на чертежах не показана, эти термопары изготавливают таким же способом, каким изготавливают термопары 211-213 с первой по третью.
(a) Способ создания изоляционного слоя SZ1
При изготовлении устройства 1 для считывания изображения сначала, как показано на фиг.9А, формируют изоляционный слой SZ1.
Здесь изоляционный слой SZ1 формируют путем создания пленки оксида кремния SiO2 способом химического осаждения из паровой фазы (CVD) на верхней поверхности подложки 11, выполненной из полупроводникового кремния. Например, сформированный изоляционный слой может иметь толщину не более 100 нм.
(b) Способ создания проводника H1
Далее, проводник HI формируют, как показано на фиг.9В.
Здесь, после вскрытия канавки в изоляционном слое SZ1, в котором должен быть выполнен проводник H1, в эту канавку наносят электропроводный материал, получая в итоге проводник H1.
Например, канавку вскрывают в изоляционном слое SZ1 посредством сухого травления. Затем, осаждая металл, такой как медь (Cu), посредством, например, напыления, формируют проводник H1. Кроме того, формируют проводник Н2 таким же способом, как описано выше.
(c) Способ создания изоляционного слоя SZ2
Далее, как показано на фиг.9С, формируют изоляционный слой SZ2.
Здесь изоляционный слой SZ2 выполняют путем создания пленки оксида кремния SiO2 способом химического осаждения из паровой фазы на верхней поверхности изоляционного слоя SZ1. Например, изоляционный слой SZ2 формируют таким образом, чтобы суммарная толщина пленки изоляционного слоя SZ1 и изоляционного слоя SZ2 не превышала 200 нм.
(d) Способ создания рисунка изоляционного слоя SZ2
Далее, как показано на фиг.9D, создают заданный рисунок в изоляционном слое SZ2.
Здесь, создают рисунок изоляционного слоя SZ2 таким образом, чтобы удалить области (см. фиг.1 и 7) нижних участков термопар с 211 по 216, составляющих группу 210 приборов с термопарами, где должны быть изготовлены нижние горизонтальные участки, сопровождающие форму верхней поверхности подложки 11.
Например, рисунок в изоляционном слое SZ2 выполняют способом сухого травления. Соответственно вскрывают канавку в участке, соответствующем нижнему горизонтальному участку каждой из термопар с 211 по 216.
(e) Способ создания первого металлического слоя 21А
Далее, как показано на фиг.10Е, создают первый металлический слой 21А.
Здесь внутри каждой канавки, выполненной на предыдущих этапах, формируют рисунок маски РМ1. Этот рисунок маски РМ1 формируют таким образом, что поверхность части нижнего участка каждой из термопар с 211 по 216, составляющих группу 210 приборов с термопарами, где должен быть создан один из вторых металлических участков с 211В по 216В термопар, остается закрыта маской, а поверхности части этого нижнего участка, где должен быть создан один из первых металлических участков с 211А по 216А термопар, оказываются открыты. Этот рисунок маски РМ1 формируют путем обработки пленки фоторезиста с применением способа фотолитографии.
Затем на верхнюю поверхность изоляционного слоя SZ2 и рисунка маски РМ1 наносят пленку металлического материала, так что этот металлический материал оказывается в том числе скрыт в канавке, где создан рисунок маски РМ1. Здесь для нанесения пленки использован тот же самый металлический материал, из какого должны быть изготовлены первые металлические участки с 211А по 216А, входящие в состав термопар с 211 по 216.
Затем посредством, например, химико-механического полирования (СМР) открывают верхние поверхности изоляционного слоя SZ2 и рисунка маски РМ1, получая в результате первый металлический слой 21А.
(f) Способ создания второго металлического слоя 22В
Затем, как показано на фиг.10F, создают второй металлический слой 22В.
Здесь, после удаления рисунка маски РМ1 из внутренней области канавки выполняют пленку металлического материала на верхний поверхностях изоляционного слоя SZ2 и первого металлического слоя 21А, так что металлический материал оказывается скрыт внутри канавки. Здесь для нанесения пленки использован тот же самый металлический материал, из какого должны быть изготовлены вторые металлические участки с 211В по 216В, входящие в состав термопар с 211 по 216.
Затем посредством, например, химико-механического полирования (СМР) открывают верхние поверхности изоляционного слоя SZ2 и рисунка маски РМ1, получая в результате второй металлический слой 22 В.
(g) Способ создания изоляционного слоя SZ3
Далее, как показано на фиг.11G, формируют изоляционный слой SZ3.
Здесь изоляционный слой SZ3 выполняют путем создания пленки оксида кремния SiO2 способом химического осаждения из паровой фазы на верхней поверхности изоляционного слоя SZ2. Например, изоляционный слой SZ3 формируют таким образом, чтобы толщина пленки этого слоя не превышала 100 нм.
После этого создают заданный рисунок в изоляционном слое SZ3.
Здесь, создают рисунок изоляционного слоя SZ3 таким образом, чтобы удалить области (см. фиг.1 и 7), где должны быть изготовлены вертикальные участки, ориентированные вертикально относительно верхней поверхности подложки 11, термопар с 211 по 216, составляющих группу 210 приборов с термопарами.
Например, рисунок в изоляционном слое SZ3 выполняют способом сухого травления этого изоляционного слоя SZ3. Соответственно вскрывают канавку в участке, соответствующем вертикальному участку каждой из термопар с 211 по 216.
(h) Способ создания третьего металлического слоя 23А
Далее, как показано на фиг.11Н, создают третий металлический слой 23А.
Здесь, перед созданием третьего металлического слоя 23А формируют рисунок маски РМ2. Этот рисунок маски РМ2 формируют таким образом, что из совокупности канавок, созданных на предыдущих этапах, рисунки масок остаются в тех канавках, где должны быть выполнены вторые металлические участки с 211В по 216В термопар с 211 по 216, а поверхности участков, где должны быть выполнены первые металлические участки с 211А по 216А, остаются открытыми. Кроме того, на верхней поверхности изоляционного слоя SZ3 поверхности участков, где должны быть выполнены вторые металлические участки с 211В по 216В термопар с 211 по 216, оказываются закрыты, а поверхности участков, где должны быть выполнены первые металлические участки с 211А по 216А, остаются открытыми. Аналогично, формируется рисунок маски РМ2. Этот рисунок маски РМ2 формируют путем обработки пленки фоторезиста с применением способа фотолитографии.
Затем наносят пленку металлического материала на верхние поверхности изоляционного слоя SZ3 и рисунки маски РМ2, так что этот металлический материал оказывается скрыт в канавках рисунка маски РМ2. Здесь для нанесения пленки использован тот же самый металлический материал, из какого должны быть изготовлены первые металлические участки с 211А по 216А, входящие в состав термопар с 211 по 216.
Затем посредством, например, химико-механического полирования (СМР) открывают верхние поверхности рисунка маски РМ2, получая в результате третий металлический слой 23А.
(i) Способ создания четвертого металлического слоя 24В
Далее, как показано на фиг.121, создают четвертый металлический слой 24В.
Здесь, перед созданием четвертого металлического слоя 24В удаляют рисунок маски РМ2. После этого формируют рисунок маски РМЗ. Этот рисунок маски РМ3 формируют таким образом, что верхняя поверхность изоляционного слоя SZ3, обращенная к участкам, где должны быть выполнены вторые металлические участки с 211В по 216В термопар с 211 по 216 оказывается открыта, а другие участки остаются закрытыми. Этот рисунок маски РМ3 формируют путем обработки пленки фоторезиста с применением способа фотолитографии.
Затем наносят пленку металлического материала на верхние поверхности изоляционного слоя SZ3 и третьего металлического материала 23А, так что этот металлический материал оказывается скрыт в канавках, созданных в изоляционном слое SZ3 и в рисунке маски РМ3. Здесь для нанесения пленки использован тот же самый металлический материал, из какого должны быть изготовлены вторые металлические участки с 211В по 216В, входящие в состав термопар с 211 по 216.
Затем посредством, например, химико-механического полирования (СМР) открывают верхнюю поверхность третьего металлического слоя 23А, получая в результате четвертый металлический слой 24В.
Соответственно, как показано на фиг.12I и 12J, термопары с 211 по 216 сформированы с использованием первого металлического слоя 21А, второго металлического слоя 22В, третьего металлического слоя 23А и четвертого металлического слоя 24В.
(i) Способ создания изоляционного слоя SZ4
Далее, как показано на фиг.12J, формируют изоляционный слой SZ4.
Здесь, перед формированием изоляционного слоя SZ4 удаляют рисунок маски РМ3. Затем осаждают пленку оксида кремния SiO2 на участок, откуда был удален рисунок маски РМЗ, с использованием химического осаждения из паровой фазы для образования изоляционного слоя SZ4.
(k) Способ создания слоя 31 воздушного зазора
Далее, как показано на фиг.13К, формируют слой 31 воздушного зазора.
Здесь, изоляционный слой SZ5 выполняют на одной поверхности другой подложки 11Z. Например, при изготовлении изоляционного слоя SZ5 химическим способом из паровой фазы осаждают пленку SiO2 толщиной не более 100 нм.
Затем удаляют часть изоляционного слоя SZ5, на месте которой образуется слой 31 воздушного зазора в виде канавки в этом изоляционном слое SZ5. С этой целью, например, травят изоляционный слой SZ5 сухим способом на глубину не более 30 нм, так что в изоляционном слое SZ5 образуется канавка.
После этого поверхность подложки 11Z, на которой создан изоляционный слой SZ5, присоединяют к поверхности подложки 11, на которой расположен слой SZ4.
Эту операцию соединения подложек выполняют в среде с пониженным давлением (не более 0,1 мм рт.ст.(100 mT)).
Соответственно, изоляционный слой SZ расположен таким образом, что периферийные области термопар с 211 по 216 покрыты несколькими изоляционными слоями с SZ1 по SZ5.
Процесс соединения подложек может быть осуществлен следующим образом.
Сначала на правой верхней стороне решетчатой структуры создают временный расходуемый слой (органического материала), а затем наносят пленку оксида кремния SiO2 с использованием одного из способов создания пленок, такого как химическое осаждение из паровой фазы. Затем через несколько отверстий, вскрытых способом сухого травления, осуществляют озоление в кислороде (O2), так что происходит удаление временного слоя, расположенного на нижнем слое. Наконец, закрывают указанные отверстия пленкой, которая не создает хорошего покрытия. Например, эти отверстия закрывают оксидной пленкой, наносимой способом физического осаждения из паровой фазы (PVD).
При осуществлении указанного выше способа, например, для выполнения травления пленки оксида кремния SiO2 используют устройство для плазменного травления с емкостной связью (ССР (Capacitive Coupled Plasma)).
Более конкретно, процесс травления проходит в следующих условиях.
вид и расход газа: C4F8/O2/Ar=11/8/400 см3/мин (seem)
давление: 0,03 мм рт.ст.(30 mT)
мощность, подаваемая сверху: 1500 Вт
мощность, подаваемая снизу: 1500 Вт
время травления: 120 с
частота ВЧ-сигнала: сверху/снизу=60 МГц/13.56 МГц
Кроме того, условия процесса, а также используемое оборудование (устройство для плазменного травления с индукционной плазмой (ICP (Inductive Coupled Plasma)), устройство для плазменного травления с плазмой электронного циклотронного резонанса (ECR (Electron Cyclotron Resonance)) или другое, отличное от устройства плазменного травления с емкостной связью (ССР)) этим не ограничивается.
(1) Способ создания микролинзы ML
Далее, как показано на фиг.7, создают микролинзу ML.
Здесь, удаляют подложку 11Z (см. фиг.13К), вследствие чего открывается верхняя поверхность изоляционного слоя SZ. После этого формируют микролинзу ML на верхней поверхности изоляционного слоя SZ.
Например, при изготовлении микролинзы ML создают заданный рисунок в фоточувствительной полимерной пленке способом фотолитографии, после чего деформируют полученный участок пленки, чтобы придать ему форму линзы, посредством оплавления. Другим способом микролинзу ML можно изготовить путем создания пленки резиста в форме линзы на поверхности пленки из материала линзы и затем стравливания пленки резиста.
[С. Статистика]
Как описано выше, в устройство 1 для считывания изображения согласно рассматриваемому варианту пиксел Р включает группу 210 приборов с термопарами, в которой, несколько термопар с 211 по 216 ориентированы вдоль фотоприемной поверхности. В этой группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 216 расположены отдельно одна от другой, так что эта фотоприемная поверхность образует решетчатую структуру. Кроме того, на фотоприемной поверхности возникает плазменный резонанс в ответ на падение света L на решетчатую структуру. Соответственно, температура участка группы 210 приборов с термопарами, на который попадает падающий свет L, изменяется, в результате чего происходит генерация электродвижущей силы в нескольких термопарах с 211 по 216 (см. фиг.1, 2 и 7).
Таким образом, согласно рассматриваемому варианту эффект фотоэлектрического преобразования в полупроводниковом слое здесь не используется, а сигналы получают на основе электродвижущих сил. Соответственно, удается не допустить деградации качества изображения из-за образования белых точек (белых царапин) в принятом изображении. В дополнение к этому используют энергию локально усиленного в результате плазменного резонанса, возникающего на решетчатой структуре, электрического поля, что позволяет реализовать высокую чувствительность. Более того, генерация смешанного цвета до и после приема падающего света L оказывается затруднительной, вследствие чего можно воспроизводить «живые» цвета.
Соответственно качество принятого изображения может быть улучшено.
В дополнение к этому, согласно рассматриваемому варианту настоящего изобретения решетка позволяет осуществлять спектроскопию без какого-либо цветного светофильтра, вследствие чего можно достаточно легко уменьшить толщину всего устройства. Кроме того, можно исключить генерацию смешанного цвета.
Более того, в рассматриваемом варианте нет необходимости применять инжекцию ионов примесей при изготовлении группы 210 приборов с термопарами. Соответственно, также можно достаточно легко уменьшить стоимость, число технологических операций и используемых процессов и число операций моделирования для оценки характеристик.
Помимо перечисленных выше преимуществ, согласно настоящему изобретению на верхней поверхности группы 210 приборов с термопарами, на которую попадает падающий свет L, расположен изоляционный слой SZ, а между этой верхней поверхностью, на которую попадает падающий свет L, и изоляционной пленкой находится слой 31 воздушного зазора. Этот слой 31 воздушного зазора представляет собой воздушный промежуток, теплопроводность которого ниже теплопроводности группы 210 приборов с термопарами. Соответственно, в рассматриваемом варианте слой 31 воздушного зазора может блокировать передачу тепла от горячей области НТ группы 210 приборов с термопарами наружу. Вследствие этого, в нескольких термопарах с 211 по 216 генерация электродвижущих сил происходит с высокой интенсивностью, что позволяет легче и удобнее реализовать высокую чувствительность (см. фиг.1, 2 и 7).
Согласно рассматриваемому варианту в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 216 расположены так, что на фотоприемной поверхности образована решетчатая структура с центральной симметрией (см. фиг.2). Соответственно, можно детектировать свет, представляющий собой смесь составляющих с разными поляризациями, можно детектировать независимо от конкретной поляризации падающего света L, реализуя тем самым высокую чувствительность.
В рассматриваемом варианте, в каждой из нескольких термопар с 211 по 216 первые металлические участки с 211А по 216А и вторые металлические участки с 211В по 216В, имеющие различные термоэлектрические характеристики, ориентированы вдоль фотоприемной поверхности. Далее, в каждой из термопар с 211 по 216 один конец каждого из первых металлических участков с 211А по 216А и один конец каждого из вторых металлических участков с 211В по 216В соединены один с другим на стороне, куда попадает падающий свет L, в направлении глубины «z» подложки 11. Кроме того, на стороне, откуда выходит падающий свет L, расположены другой конец каждого из первых металлических участков с 211А по 216А и другой конец каждого из вторых металлических участков с 211В по 216В. Соответственно, в этом варианте термометрические спаи каждой из термопар с 211 по 216 ориентированы на фотоприемной поверхности, причем эта фотоприемная поверхность не занята опорными спаями, что позволяет реализовать более высокую чувствительность.
В рассматриваемом варианте группа 210 приборов с термопарами расположена таким образом, что несколько термопар с 211 по 216 находятся в области усиленного электрического поля, образующейся в результате возникновения плазменного резонанса на фотоприемной поверхности. Соответственно в этом варианте можно достаточно легко реализовать намного более высокую чувствительность.
[D. Модифицированные примеры]
Для реализации группы 210 приборов с термопарами можно использовать и разнообразные другие варианты, отличные от описанных выше. Такие модифицированные примеры рассмотрены ниже.
(Модифицированный пример 1)
Фиг.14 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы 210 приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 1 Варианта 1 настоящего изобретения. На фиг.14 аналогично фиг.2 схематично изображена верхняя поверхность. Сечение аналогично сечению, показанному на фиг.1.
Как показано на фиг.14, в этом модифицированном примере группа 210 приборов с термопарами построена из нескольких термопар с 211 по 220. Здесь расположены десять термопар 211-220 с первой по десятую. Как указано выше, в этом варианте число использованных термопар больше, чем в рассмотренном выше Варианте 1. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий модифицированный пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.14, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 220 расположены вдоль верхней поверхности (плоскости «xy») подложки 11 и соединены последовательно.
Как показано на фиг.14, несколько термопар с 211 по 220 включают первые металлические участки с 211А по 220А и вторые металлические участки с 211В по 220В, а также соединены одна с другой.
Согласно этому модифицированному примеру в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 расположены отдельно одна от другой, так что образована решетчатая структура. Другими словами, хотя сечение на этом чертеже не показано, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 выполнены в виде выпуклых участков, а канавки между этими несколькими термопарами с 211 по 220 выполнены в виде вогнутых участков.
В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 расположены так, что решетчатая структура имеет центральную симметрию. Здесь, группа 210 приборов с термопарами имеет структуру песочного торта, где внешний контур имеет форму окружности на фотоприемной поверхности, а несколько термопар с 211 по 220 выполнены симметрично относительно оси симметрии, проходящей через центр этой окружности.
Как показано на фиг.14, в устройстве расположены проводники H1 и Н2. Здесь, эти проводники H1 и Н2 соединены соответственно с одним концом и с другим концом каждой из нескольких соединенных последовательно термопар с 211 по 220 в группе 210 приборов с термопарами. Кроме того, проводники H1 и Н2 соединены с логическими схемами (на чертежах не показаны).
В дополнение к этому, группа 210 приборов с термопарами расположена так, что при попадании падающего света L на решетчатую структуру в ней возникает плазменный резонанс, а в области, где возникает этот плазменный резонанс, происходят изменения температуры, вызывающие генерацию электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 220.
Более конкретно, как обозначено жирными стрелками на фиг.14, в рассматриваемых термопарах с 211 по 220 происходит генерация электродвижущих сил, и текут электрические токи. Другими словами, ток течет в направлении расположения термопар 211-220 с первой по десятую.
В этом модифицированном примере число термопар больше, чем в описанном выше Варианте 1. Соответственно, чувствительность детектирования может быть еще более увеличена.
(Модифицированный пример 2)
Фиг.15 представляет схему, иллюстрирующую основную часть группы 210 приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 2 Варианта 1 настоящего изобретения. На фиг.15 аналогично фиг.2 схематично изображена верхняя поверхность. Сечение аналогично тому, что показано на фиг.1.
Как показано на фиг.15, согласно этому модифицированному примеру в группе 210 приборов с термопарами, аналогично Модифицированному примеру 1, расположены десять термопар 211-220, включая термопары с первой по десятую. Однако в этом модифицированном примере форма внешнего контура группы 210 приборов с термопарами на фотоприемной поверхности отличается от формы такого контура в Модифицированном примере 1. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий модифицированный пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.15, в группе 210 приборов с термопарами аналогично описанному выше Модифицированному примеру 1 несколько термопар с 211 по 220 расположены вдоль верхней поверхности (плоскости «xy») подложки 11 и соединены последовательно.
В группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 расположены отдельно одна от другой, так что образована решетчатая структура. Другими словами, хотя сечение на этом чертеже не показано, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 выполнены в виде выпуклых участков, а канавки между этими несколькими термопарами с 211 по 220 выполнены в виде вогнутых участков.
В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 220 расположены так, что решетчатая структура имеет центральную симметрию. Здесь, в отличие от Модифицированного примера 1, в группе 210 приборов с термопарами внешний контур имеет форму многоугольника на фотоприемной. поверхности, а несколько термопар с 211 по 220 выполнены симметрично относительно оси симметрии, проходящей через центр этого многоугольника.
Более конкретно, группа 210 приборов с термопарами имеет внешний контур в форме шестиугольной ячейки сот.
Как показано на фиг.15, в устройстве расположены проводники H1 и Н2. Здесь, эти проводники H1 и Н2 соединены соответственно с одним концом и с другим концом каждой из нескольких соединенных последовательно термопар с 211 по 220 в группе 210 приборов с термопарами. Кроме того, проводники H1 и Н2 соединены с логическими схемами (на чертежах не показаны).
В дополнение к этому, группа 210 приборов с термопарами расположена так, что при попадании падающего света L на решетчатую структуру в ней возникает плазменный резонанс, а в области, где возникает этот плазменный резонанс, происходят изменения температуры, вызывающие генерацию электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 220.
Более конкретно, как обозначено жирными стрелками на фиг.15, в рассматриваемых термопарах с 211 по 220 происходит генерация электродвижущих сил, и текут электрические токи. Другими словами, ток течет в направлении расположения термопар 211-220 с первой по десятую.
В этом модифицированном примере число термопар больше, чем в описанном выше Варианте 1. Соответственно, чувствительность детектирования может быть еще более увеличена.
(Модифицированный пример 3)
Фиг.16 и 17 представляют схему, иллюстрирующую основную часть группы приборов с термопарами согласно Модифицированному примеру 3 Варианта 1 настоящего изобретения. На фиг.16 и 17 аналогично фиг.2 схематично изображена верхняя поверхность. При этом фиг.16 представляет несколько термопар с 211 по 219, составляющих группу 210 приборов с термопарами. В дополнение к этому, на фиг.17 показаны соединения между несколькими термопарами с 211 по 219 вместе с самими этими несколькими термопарами с 211 по 219. Сечение аналогично тому, что показано на фиг.1.
Как показано на фиг.16, согласно этому модифицированному примеру группа 210 приборов с термопарами конфигурирована из нескольких термопар с 211 по 219. Здесь расположены девять термопар, включая термопары 211-219 с первой по девятую. Как и выше, в этом модифицированном примере в группу включено больше термопар, чем в описанном выше Варианте 1. В дополнение к этому, форма и расположение этих термопар с 211 по 219 отличаются от соответствующих характеристик в Варианте 1. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий модифицированный пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.16, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с211 по 219 расположены вдоль верхней поверхности (плоскости «xy») подложки 11.
Согласно этому модифицированному примеру в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 219 расположены отдельно одна от другой, так что образована решетчатая структура. Другими словами, указанные несколько термопар с 211 по 220 выполнены в виде выпуклых участков, а канавки между этими несколькими термопарами с 211 по 220 выполнены в виде вогнутых участков. В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 219 расположены так, что решетчатая структура имеет центральную симметрию.
Здесь, несколько термопар с 211 по 219, как показано на фиг.16, имеют каждая верхнюю поверхность в форме прямоугольника и расположены в виде матрицы в направлении «x» и направлении «y».
Более конкретно, группа 210 приборов с термопарами имеет структуру, в которой три термопары расположены в направлении «x» с заданным шагом и три термопары расположены в направлении «y» с заданным шагом. Первая термопара 211 помещена в центр, а остальные термопары с 212 по 219 расположены симметрично в направлении «x», в направлении «y» и в наклонном направлении по отношению к направлению «x» и направлению «y».
Как показано на фиг.16, несколько термопар с 211 по 219 включают первые металлические участки с 211А по 219А и вторые металлические участки с 211В по 219В. В этих нескольких термопарах с 211 по 219 первые металлические участки с 211А по 219А и вторые металлические участки с 211В по 219В ориентированы в направлении «x и соединены должным образом одни с другими.
Как показано на фиг.17, рассматриваемые несколько термопар с 211 по 219 аналогично Варианту 1 соединены последовательно. Другими словами, несколько термопар с 211 по 219 соединены последовательно в нижней части в направлении толщины «z».
Более конкретно, первая термопара 211, расположенная в центре, соединена последовательно со второй термопарой 212, расположенной справа от нее. В дополнение к этому, вторая термопара 212 соединена последовательно с третьей термопарой 213, расположенной на верхней стороне от нее. Более того, третья термопара 213 соединена последовательно с четвертой термопарой 214, расположенной слева от нее. Кроме того, четвертая термопара 214 соединена последовательно с пятой термопарой 215, расположенной слева от нее. Пятая термопара 215 соединена последовательно с шестой термопарой 216, расположенной с нижней стороны от нее. В дополнение к этому шестая термопара 216 соединена последовательно с седьмой термопарой 217, расположенной с нижней стороны от нее. Более того, седьмая термопара 217 соединена последовательно с восьмой термопарой 218, расположенной справа от нее. Кроме того, восьмая термопара 218 соединена последовательно с девятой термопарой 219, расположенной справа от нее.
Как показано на фиг.16 и 17, в устройстве расположены проводники H1 Н2. Здесь, эти проводники H1 Н2 соединены соответственно с одним концом и с другим концом каждой из нескольких соединенных последовательно термопар с 211 по 219 в группе 210 приборов с термопарами. Кроме того, проводники H1 и Н2 соединены с логическими схемами (на чертежах не показаны).
В дополнение к этому, группа 210 приборов с термопарами расположена так, что при попадании падающего света L на решетчатую структуру в ней возникает плазменный резонанс, а в области, где возникает этот плазменный резонанс, происходят изменения температуры, вызывающие генерацию электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 219.
Более конкретно, как обозначено жирными стрелками на фиг.17, в рассматриваемых термопарах с 211-219 с первой по девятую происходит генерация электродвижущих сил, и текут электрические токи. Другими словами, ток течет в направлении расположения термопар 211-219 с первой по девятую.
В этом модифицированном примере число термопар больше, чем в описанном выше Варианте 1. Соответственно, чувствительность детектирования может быть еще более увеличена.
<2. Вариант 2>
[А. Конфигурация устройства]
Фиг.18 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 2 настоящего изобретения.
Фиг.18 схематично иллюстрирует сечение пиксела Р. На фиг.18 представлено такое же сечение, как показано на фиг.1.
Как показано на фиг.18, в этом варианте в устройстве расположена металлическая пленка 41. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий модифицированный пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.18, группа 210 приборов с термопарами расположена на верхней поверхности подложки 11, на которую попадает падающий свет L. Хотя на этом чертеже подробное изображение опущено, группа 210 приборов с термопарами конфигурирована аналогично тому, что показано на фиг.1 и 2.
Металлическая пленка 41, как показано на фиг.18, выполнена таким образом, что верхняя поверхность группы 210 приборов с термопарами, на которую попадает падающий свет L, оказывается покрыта металлической пленкой 41. Здесь верхняя поверхность решетчатой структуры является и вогнутой, и выпуклой, причем эта верхняя поверхность покрыта металлической пленкой 41.
Эту металлическую пленку 41 выполняют с использованием металла, в котором при попадании падающего света L плазменный резонанс может возникать легче, чем в первых металлических участках с 211А по 216А и вторых металлических участках с 211В по 216В, составляющих термопары с 211 по 216 (см. фиг.2). Эта металлическая пленка 41 может быть выполнена, например, из алюминия с использованием распыления мишени. Эта металлическая пленка может иметь, например, толщину 30 нм.
Металлическая пленка 41 может быть изготовлена из металла, отличного от алюминия, в зависимости от периода расположения вогнутых и выпуклых участков.
Плазменный резонанс возникает в случае, когда распределение поля затухающей волны совпадает с распределением поля поверхностного плазмона. Другими словами, для вогнутой и выпуклой структуры (период L), выполняется следующее соотношение.
(w/c)×sin =(w/c)(e1*e2)/(e1+e2))0.5+2
/L (здесь, w: частота, с: скорость света,
: угол падения, е1 и е2: действительные составляющие диэлектрической проницаемости среды (слой 31 воздушного зазора) и металла (металлическая пленка 41).
Соответственно, в приведенном выше соотношении, которое иллюстрируют фиг.4А и 4В, хотя и предпочтительно использовать металл, действительная составляющая диэлектрической проницаемости которого, аналогична действительной составляющей диэлектрической проницаемости алюминия, в качестве материала для металлической пленки 41, здесь при изготовлении этой пленки можно использовать с успехом также другой металл, отличный от алюминия, в зависимости от частоты расположения вогнутых и выпуклых участков.
[В. Статистика]
Как описано выше, согласно рассматриваемому варианту группа 210 приборов с термопарами конфигурирована таким образом, что аналогично Варианту 1 при попадании падающего света L на фотоприемную поверхность решетчатой структуры возникает плазменный резонанс, изменяющий температуру соответствующего участка, и происходит генерация электродвижущей силы. Соответственно, в рассматриваемом варианте можно, аналогично Варианту 1, реализовать различные преимущества, такие как предотвращение деградации качества изображения из-за генерации белой точки (белой царапины) в принятом изображении.
В дополнение к этому, в рассматриваемом варианте, как описано выше, верхняя поверхность группы 210 приборов с термопарами, на которую попадает падающий свет, покрыта металлической пленкой 41, выполненной из металла, в котором легко возбуждается плазменный резонанс под воздействием падающего света L. Соответственно, в ответ на попадание падающего света L в металлической пленке 41 возникает плазменный резонанс, а выделяющееся в результате этого плазменного резонанса тепло распределяется в металлической пленке 41.
В этом варианте, поскольку в металлической пленке 41 плазменный резонанс возникает легче, чем в Варианте 1, можно достаточно легко реализовать высокую чувствительность.
Соответственно, можно еще больше повысить качество принятого изображения.
<3, Вариант 3>
[А. Конфигурация устройства и аналогичных элементов]
Фиг.19 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 3 настоящего изобретения.
Фиг.19 схематично иллюстрирует сечение пиксела Р. На фиг.19 представлено такое же сечение, как показано на фиг.1.
Как показано на фиг.19, в этом варианте один пиксел P конфигурирован таким образом, чтобы включать несколько групп 210 приборов с термопарами. Кроме того, позиции, в которых расположены проводники H1 и Н2, отличаются от соответствующих позиций в Варианте 1. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий модифицированный пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.19, две группы 210 приборов с термопарами расположены на верхней поверхности подложки 11, на которую попадает падающий свет L. Эти две группы 210 приборов с термопарами расположены одна над другой в направлении глубины «z» подложки 11. Хотя подробное изображение на чертеже опущено, каждая группа 210 приборов с термопарами конфигурирована аналогично тому, что показано на фиг.1 и 2. Эти две группе 210 приборов с термопарами соединены последовательно.
Как показано на фиг.19, проводники H1 и Н2 расположены для соединения соответственно с одним концом и с другим концом двух соединенных последовательно групп 210 приборов с термопарами.
Здесь один проводник H1 расположен на боковой поверхности верхней группы 210 приборов с термопарами. В отличие от этого, другой проводник Н2 расположен на боковой поверхности нижней группы 210 приборов с термопарами.
В дополнение к этому, каждая группа 210 приборов с термопарами расположена так, что в системе возникает плазменный резонанс в результате попадания падающего света L на решетчатую структуру, так что происходят изменения температуры на участке, где имеет место плазменный резонанс, что вызывает генерацию электродвижущей силы.
Здесь, падающий свет L попадает на верхнюю группу 210 приборов с термопарами для генерации электродвижущих сил, а также падающий свет L проходит в нижнюю группу 210 приборов с термопарами сквозь верхнюю группу 210 приборов с термопарами для генерации электродвижущих сил. Другими словами, генерация электродвижущей силы происходит в каждой термопаре, составляющей верхнюю группу 210 приборов с термопарами или нижнюю группу 210 приборов с термопарами, а ток течет вдоль цепочки термопар, соединенных последовательно.
Как указано выше, в рассматриваемом варианте свет, выходящий из верхней группы 210 приборов с термопарами, принимает нижняя группа 210 приборов с термопарами для генерации электродвижущей силы, что позволяет получать сигнал. Соответственно, чувствительность детектирования света может быть дополнительно увеличена.
[В. Статистика]
Как описано выше, группа 210 приборов с термопарами конфигурирована таким образом, что аналогично Варианту 1 при попадании падающего света L на фотоприемную поверхность решетчатой структуры возникает плазменный резонанс, изменяющий температуру соответствующего участка, и происходит генерация электродвижущей силы. Соответственно, в рассматриваемом варианте можно, аналогично Варианту 1, реализовать различные преимущества, такие как предотвращение деградации качества изображения из-за генерации белой точки (белой царапины) в принятом изображении.
Кроме того, в рассматриваемом варианте несколько групп 210 приборов с термопарами расположены одна на другой в одном пикселе, и соответственно, можно дополнительно увеличить чувствительность детектирования.
Таким образом, можно еще более повысить качество принятого изображения.
Более того, число расположенных одна над другой групп 210 приборов с термопарами не ограничивается двумя, как описано выше, а может быть три или более.
<4. Вариант 4>
[А. Конфигурация устройства и аналогичных элементов]
Фиг.20-22В представляют схемы, иллюстрирующие главные части устройства для считывания изображения согласно Варианту 4 настоящего изобретения.
Фиг.20 и 21 представляют виды сверху, иллюстрирующие главные части группы 210 приборов с термопарами. Фиг.20 и 21, аналогично фиг.2, схематично показывают верхнюю поверхность. На фиг.20 показаны несколько термопар с 211 по 224, составляющие группу 210 приборов с термопарами. Кроме того, на фиг.21 соединения между несколькими термопарами с 211 по 225 показаны совместно с этими несколькими термопарами с 211 по 225. На фиг.21, чтобы показать соединения между несколькими термопарами с 211 по 225, экранирующая свет пленка SM, изображенная на фиг.20, не показана.
Фиг.22А и 22В представляют виды сечений, иллюстрирующие главные части группы 210 приборов с термопарами. Фиг.22А иллюстрирует сечение по линии X1-Х2, показанной на фиг.20 и 21. В дополнение к этому фиг.22В иллюстрирует сечение по линии Х3-Х4, показанной на фиг.20 и 21.
Как показано на этих чертежах, в рассматриваемом варианте в группу 210 приборов с термопарами входят 15 термопар 211-225 с первой по пятнадцатую. Как указано выше, в рассматриваемом варианте число термопар больше, чем в Варианте 1, описанном выше. Кроме того, формы и расположения термопар с 211 по 225 отличаются от форм и расположения термопар в Варианте 1. Более того, на поверхность устройства нанесена экранирующая свет пленка SM. За исключением этого момента и других моментов, связанных с этим, настоящий пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.20-22В, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 225 ориентированы вдоль верхней поверхности (плоскость xy) подложки 11. В дополнение к этому, экранирующая свет пленка SM расположена таким образом, что часть верхней поверхности нескольких термопар с 211 по 225 покрыта экранирующей свет пленкой SM.
Как показано на фиг.20-22В, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 225 расположены отдельно одна от другой, образуя решетчатую структуру. В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами указанные несколько термопар с 211 по 225 расположены так, что решетчатая структура имеет центральную симметрию.
Здесь, в каждой из нескольких термопар с 211 по 221, как показано на фиг.20, участок, отличный от участка верхней поверхности, покрытого экранирующей свет пленкой SM, имеет форму прямоугольника, а сами эти несколько термопар с 211 по 221 расположены в виде матрицы в направлении «x» и в направлении «y». Эта группа 210 приборов с термопарами конфигурирована так, что прямоугольный участок включает участки, разделенные одинаковыми промежутками в направлении «x» и в направлении «y».
В этом варианте, как показано на фиг.20, в центральной части группы 210 приборов с термопарами три термопары расположены в ряд в направлении «x» и три термопары расположены в ряд в направлении «y». Более конкретно, термопары 211-213 с первой по третью расположены в ряд последовательно одна за другой слева направо в направлении «x». На нижней стороне от этих термопар 211-213 с первой по третью термопары 216-219 с шестой по девятую расположены последовательно в ряд справа налево в направлении «x». direction. Кроме того, на верхней стороне от термопар 211-213 с первой по третью термопары 223-225 с тринадцатой по пятнадцатую расположены в ряд последовательно одна за другой слева направо в направлении «x».
В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами по обе стороны от центральной части, где находятся девять термопар, расположенные рядами в направлении «x», находятся по три термопары, расположенные последовательно в ряд в направлении «y». Более конкретно, справа от центрального участка термопары 214-216 с четвертой по шестую расположены последовательно в ряд сверху вниз в направлении «y». Кроме того, слева от центрального участка термопары 219-221 с девятой по одиннадцатую расположены последовательно в ряд снизу вверх в направлении «y».
Как указано выше, группа 210 приборов с термопарами построена так, что вторая термопара 212, находящаяся в центре, используется в качестве оси, а другие термопары имеют центральную симметрию.
Указанные несколько термопар с 211 по 225, как показано на фиг.20, содержат первые металлические участки с 211А по 225А и вторые металлические участки с 211В по 225В.
Как показано на фиг.20, в указанных нескольких термопарах с 211 по 225 первые металлические участки с 211А по 225А и вторые металлические участки с 211В по 225В расположены так, чтобы быть совмещенными в направлении «x» или в направлении «y» с целью соединения соответствующих участков одних с другими.
Здесь, как показано на фиг.21, несколько термопар с 211 по 225 расположены таким образом, что промежутки между одним концом каждого из первых металлических участков с 211А по 225А и другим концом каждого из вторых металлических участков с 211В по 225В совмещены вдоль фотоприемной поверхности (плоскость xy). В дополнение к этому один конец каждого из первых металлических участков с 211А по 225А и один конец каждого из вторых металлических участков с 211В по 225В соединены один с другим.
В дополнение к этому, как показано на фиг.21, в нескольких термопарах с 211 по 225 другой конец каждого из первых металлических участков с 211А по 225А и другой конец каждого из вторых металлических участков с 211В по 225В соединены последовательно один с другим.
Кроме того, как показано на фиг.20, экранирующая свет пленка SM, защищающая от проникновения падающего света L, расположена таким образом, чтобы закрыть другой конец каждого из этих первых металлических участков с 211А по 225А и другой конец каждого из вторых металлических участков с 211В по 225В. Более того, экранирующая свет пленка SM включает участок, созданный между термопарами, соединенными последовательно.
Например, экранирующая свет пленка SM может быть выполнена в виде пленки вольфрама (W) толщиной 50 нм.
Как показано на фиг.20 и 21, в устройстве расположены проводники H1 и Н2. Здесь, эти проводники H1 и Н2 соединены соответственно с одним концом и с другим концом каждой из нескольких соединенных последовательно термопар с 211 по 225 в группе 210 приборов с термопарами. Кроме того, проводники H1 и Н2 соединены с логическими схемами (на чертежах не показаны).
В дополнение к этому, в группе 210 приборов с термопарами аналогично Варианту 1 при попадании падающего света L на решетчатую структуру в ней возникает плазменный резонанс, а в области, где возникает этот плазменный резонанс, происходят изменения температуры, вызывающие генерацию электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 225.
В группе 210 приборов с термопарами участок, расположенный в горячей области НТ (термометрический спай), не закрыт экранирующей свет пленкой SM, а участок, расположенный в опорной области REF (опорный спай) закрыт экранирующей свет пленкой SM (см. фиг.20 и 21). Соответственно, в группе 210 приборов с термопарами, когда падающий свет L попадает на термометрический спай, возникает вследствие плазменного резонанса разность температур между термометрическим спаем и опорным спаем. Таким образом, происходит генерация электродвижущих сил за счет эффекта Зеебека.
Более конкретно, как обозначено жирными стрелками на фиг.21 в рассматриваемых термопарах 211-225 с первой по пятнадцатую происходит генерация электродвижущих сил и текут электрические токи. Другими словами, ток течет в направлении расположения термопар 211-225 с первой по пятнадцатую.
[В. Статистика]
Как описано выше, группа 210 приборов с термопарами конфигурирована таким образом, что аналогично Варианту 1 при попадании падающего света L на фотоприемную поверхность решетчатой структуры возникает плазменный резонанс, изменяющий температуру соответствующего участка, и происходит генерация электродвижущей силы. Соответственно, в рассматриваемом варианте можно, аналогично Варианту 1, реализовать различные преимущества, такие как предотвращение деградации качества изображения из-за генерации белой точки (белой царапины) в принятом изображении.
В дополнение к этому, согласно рассматриваемому варианту число термопар больше, чем в Варианте 1. Соответственно, можно дополнительно увеличить чувствительность детектирования.
Таким образом, качество принятого изображения можно дополнительно повысить.
<5. Вариант 5>
[А. Конфигурация устройства и аналогичных элементов]
Фиг.23 представляет схему, иллюстрирующую главную часть устройства для считывания изображения согласно Варианту 5 настоящего изобретения.
Фиг.23 схематично показывает сечение пиксела Р. На фиг.23 представлено такое же сечение, как показано на фиг.1.
Как показано на фиг.23, в этом варианте группа 210 приборов с термопарами выполнена так, что включать нанопружинку NS. За исключением этого момента, настоящий пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.23, в термопарах 211-213 с первой по третью один конец (верхний конец) и другой конец (нижний конец) каждого из первых металлических участков с 211А по 213А и вторых металлических участков с 211В по 213В выполнены так, что между ними вложена нанопружинка NS. Хотя это и не показано на чертеже, термопары 214-216 с четвертой по шестую выполнены аналогичным образом.
Нанопружинка NS выполнена путем создания заготовки и затем формирования пленки способом ионного травления, вращая заготовку.
[В. Статистика]
Как описано выше, группа 210 приборов с термопарами конфигурирована таким образом, что аналогично Варианту 1 при попадании падающего света L на фотоприемную поверхность решетчатой структуры возникает плазменный резонанс, изменяющий температуру соответствующего участка, и происходит генерация электродвижущей силы. Соответственно, в рассматриваемом варианте можно, аналогично Варианту 1, реализовать различные преимущества, такие как предотвращение деградации качества изображения из-за генерации белой точки (белой царапины) в принятом изображении.
В дополнение к этому, согласно настоящему изобретению, как описано выше, один конец (верхний конец) и другой конец (нижний конец) каждого из первых металлических участков с 211А по 213А и вторых металлических участков с 211В по 213В выполнены так, что между ними вложена нанопружинка NS. Соответственно, путь передачи тепла между термометрическим спаем и опорным спаем становится длинным. Это уменьшает передачу тепла и соответственно позволяет повысить чувствительность детектирования.
Таким образом, можно дополнительно улучшить качество принятого изображения.
<6. Вариант 6>
[А. Способ коррекции]
Фиг.24 представляет блок-схему, иллюстрирующую главную часть модуля 44 обработки сигнала (см. фиг.5) согласно Варианту 6 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.24, в этом варианте модуль 44 обработки сигнала включает секцию 441 коррекции сигнала. За исключением этого момента, настоящий пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Секция 441 коррекции сигнала осуществляет коррекцию сигнала (детектированных данных) на основе электродвижущей силы, генерируемой в каждом пикселе P в процессе считывания изображения. Здесь, когда компьютер выполняет программу, используемую для осуществления процедуры коррекции, для сигнала (детектированных данных) на основе электродвижущей силы, генерируемой в пикселе Р в процессе считывания изображения, этот компьютер служит секцией 441 коррекции сигнала.
В группе 210 приборов с термопарами электродвижущую силу генерируют на основе разности температур между горячей областью НТ, расположенной в верхней части, и опорной областью REF, расположенной в нижней части, а сигнал, соответствующий этой электродвижущей силе, используют для генерации принятого изображения (см. фиг.1). Соответственно, при непрерывной или достаточно продолжительной экспозиции состояние опорной температуры изменяется под воздействием все же поступающего тепла, в результате чего чувствительность детектирования уменьшается. Поэтому, в рассматриваемом случае качество принятого изображения деградирует. Следовательно, для предотвращения деградации качества изображения из-за этой проблемы секция 441 коррекции сигнала осуществляет коррекцию сигнала (детектированных данных) на основе электродвижущей силы, генерируемой в каждом пикселе Р в процессе считывания изображения. Затем модуль 44 обработки сигнала генерирует принятое изображение на основе скорректированного сигнала.
Фиг.25 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс коррекции согласно Варианту 6 настоящего изобретения.
(1) Получение данных мониторинга
Сначала, как показано на фиг.25, получают данные Vm мониторинга (ST11).
Здесь, модуль 43 управления (см. фиг.1) позволяет каждому пикселу P устройства 1 для считывания изображения передать данные Vm мониторинга в модуль 44 обработки сигнала путем передачи сигнала управления устройству 1 для считывания изображения.
Например, модуль 43 управления выполняет эту операцию мониторинга в моменты времени, отличные от моментов выполнения операции считывания. Тогда, при выполнении операции мониторинга, сигнал, получаемый на основе электродвижущей силы, генерируемой в группе 210 приборов с термопарами, включенной в каждый пиксел Р, передают в модуль 44 обработки сигнала в качестве данных Vm мониторинга. Например, эти данные Vm мониторинга передают путем выполнения операции мониторинга непосредственно перед операцией считывания изображения.
(2) Вычисление коэффициента вариаций
Далее, как показано на фиг.25, вычисляют коэффициент вариаций (|(Vm-V0)/V0|), представляющий собой относительную величину отклонения данных Vm мониторинга от опорных данных V0 (Этап ST21).
Здесь, секция 441 коррекции сигнала осуществляет дифференциальную процедуру, в ходе которой секция вычисляет разность между данными Vm мониторинга и опорными данными V0, установленными заранее. Затем эта секция 441 коррекции сигнала выполняет операцию деления абсолютной величины разности (Vm-V0) на опорные данные V0. Соответственно, такой коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений, представляющий собой относительную величину отклонения данных Vm мониторинга от опорных данных V0, вычисляют для каждого пиксела Р.
(3) Сравнение коэффициента отклонения с пороговой величиной
Далее, как показано на фиг.25, определяют, превосходит ли коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений заданную величину Vs (Да (Yes)) или нет (Нет (No)) (Этап ST31).
Здесь, процедуру сравнения коэффициента (|(Vm-V0)/V0|) отклонения, вычисленного, как описано выше, с заданной величиной Vs, заранее установленной в качестве пороговой величины, выполняет секция 441 коррекции сигнала.
В процессе сравнения, если определено, что коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений меньше заданной величины Vs (Нет (No)), эта операция завершается без выполнения коррекции на следующем этапе (Этап ST41). Например, коррекция не производится, если заданная величина Vs не больше 0.1.
В отличие от этого, если определено, что коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений оказался выше заданной величины Vs (Да (Yes)), процедура переходит к следующему Этапу (Этап ST41). Например, если заданная величина Vs не меньше 0.1, на этом следующем этапе (Этап ST41) осуществляют коррекцию.
(4) Коррекция детектированных данных
Как показано на фиг.25, если коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений оказался не меньше заданной величины Vs (Да (Yes)), детектированные данные V корректируют с использованием зависимости электродвижущей силы от интенсивности падающего света (Этап ST41).
Здесь вычисляют коэффициент Н коррекции на основе коэффициента (|(Vm-V0)/V0|) отклонений и зависимости электродвижущей силы от интенсивности падающего света.
Фиг.26 представляет график, иллюстрирующий характеристику зависимости электродвижущей силы от интенсивности падающего света согласно Варианту 6 настоящего изобретения.
На фиг.26 по горизонтальной оси отложена электродвижущая сила (разность электрических потенциалов) V, генерируемая в группе 210 приборов с термопарами, а по вертикальной оси отложена интенсивность F падающего света.
Как показано на фиг.26, когда группа 210 приборов с термопарами работает при подходящей температуре, опорную величину интенсивности FO света можно получить на основе опорных данных V0. Однако при изменении температуры группы 210 приборов с термопарами относительно подходящей температуры и уменьшении данных Vm мониторинга относительно опорных данных V0, адекватная интенсивность света уже не совпадает с опорной величиной интенсивности F0 света, так что будет определено, что величина принимаемой интенсивности света Fm станет ниже величины опорной интенсивности F0 света.
Соответственно, после вычисления величины опорной интенсивности F0 света, соответствующей опорным данным V0, и величины интенсивности Fm света, соответствующей данным Vm мониторинга, на основе полученной заранее характеристики зависимости электродвижущей силы от интенсивности света, и рассчитывают величину (F0/Fm), полученную путем деления величины интенсивности F0 света на величину интенсивности Fm света, в качестве коэффициента Н коррекции для каждого пиксела Р.
Затем, в процессе считывания путем объединения коэффициента Н коррекции с сигналом (детектированными данными) V, сформированным на основе электродвижущей силы, генерируемой в каждом пикселе Р, корректируют этот сигнал (детектированные данные) V, сформированный на основе электродвижущей силы, генерируемой в каждом пикселе Р. Соответственно, даже при выполнении операции считывания в состоянии, когда температура группы 210 приборов с термопарами изменена относительно состояния с опорной температурой, детектированные данные корректируют, чтобы приблизить их к детектированным данным, которые были бы получены в состоянии с опорной температурой.
Например, операцию мониторинга выполняют с интервалом 1 с, и для каждого сигнала (детектированных данных), полученного в результате операции считывания, выполненной после соответствующей операции мониторинга, осуществляют коррекцию, как описано выше.
Кроме того, выше был описан случай, когда в качестве опорных данных V0 используют заданную величину, однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, из данных Vm мониторинга, собранных несколько раз в процессе считывания, данные Vm мониторинга, полученные первыми, можно использовать в качестве опорных данных V0. Кроме того, устройство можно конфигурировать таким образом, чтобы для вычисления коэффициента Н коррекции использовать записанную в памяти преобразовательную таблицу, в которой записаны данные Vm мониторинга и соответствующий этим данным коэффициент Н коррекции, и затем выбирать из этой таблицы коэффициент Н коррекции, соответствующий полученным данным Vm мониторинга.
[В. Статистика]
Как описано выше, в рассматриваемом варианте, даже если считывание изображения производится в состоянии, когда температура группы 210 приборов с термопарами изменилась от опорной температуры, детектированные данные, полученные в результате операции считывания, корректируют в соответствии с изменившейся температурой.
Таким образом, при использовании рассматриваемого варианта качество принятого изображения может быть улучшено.
<7. Вариант 7>
[А. Процесс охлаждения]
Фиг.27 представляет блок-схему, иллюстрирующую главную часть модуля 43 управления (см. фиг.5) согласно Варианту 7 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.27, в рассматриваемом варианте модуль 43 управления включает секцию 431 процессора охлаждения. За исключением этого момента, настоящий пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Секция 431 процессора охлаждения управляет операцией охлаждения термопар с 211 по 216 (см. фиг.1 и 2), составляющих группу 210 приборов с термопарами. Хотя подробнее это будет описано позднее, секция 431 процессора охлаждения позволяет протекать току, направленному противоположно токам, текущим в термопарах с 211 по 216 вследствие эффекта Зеебека. Здесь, секция 431 процессора охлаждения токам противоположного направления протекать в термопарах с 211 по 216, чтобы уменьшить количество теплоты, соответствующее величине разности между данными Vm мониторинга и опорными данными VO. Соответственно, секция 431 процессора охлаждения осуществляет процесс охлаждения термопар с 211 по 216 с использованием эффекта Пельтье. Здесь, компьютер выполняет программу, используемую для реализации описанного выше процесса охлаждения, и тем самым служит описываемой секцией 431 процессора охлаждения.
Как указано выше, если операция считывания изображения выполняется непрерывно или в течение продолжительного времени, чувствительность детектирования группы 210 приборов с термопарами снижается из-за изменения температуры относительно состояния с опорной температурой вследствие поступления тепла, так что качество принятого изображения деградирует. Соответственно, прежде получения сигнала (детектированных данных) от пиксела Р в процессе считывания изображения секция 441 коррекции сигнала осуществляет процедуру охлаждения, так что группа 210 приборов с термопарами находится в состоянии с опорной температурой. Затем, в состоянии, когда группа 210 приборов с термопарами охлаждена до температуры, близкой к опорной температуре, выполняют операцию считывания для получения сигнала (детектированных данных), а модуль 44 обработки сигнала генерирует принятое изображение на основе этого сигнала.
Фиг.28 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс охлаждения согласно Варианту 7 настоящего изобретения.
(1) Получение данных мониторинга
Сначала, как показано на фиг.28, получают данные Vm мониторинга (Этап ST11).
Здесь, аналогично Варианту 6 модуль 43 управления (см. фиг.1) передает сигнал управления устройству 1 для считывания изображения и передает данные Vm мониторинга от каждого пиксела устройства 1 для считывания изображения в модуль 44 обработки сигнала.
Например, модуль 43 управления передает сигналы, получаемые на основе электродвижущей силы, генерируемой в группе 210 приборов с термопарами, включенной в каждый пиксел Р устройства 1 для считывания изображения в модуль 44 обработки сигнала в качестве данных Vm мониторинга в моменты, отличные от моментов выполнения операции считывания изображения. Например, эти данные Vm мониторинга передают путем выполнения операции мониторинга непосредственно перед операцией считывания изображения.
(2) Вычисление коэффициента вариаций
Далее, как показано на фиг.28, вычисляют коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений, представляющий собой относительную величину отклонения данных Vm мониторинга от опорных данных V0 (Этап ST21).
Здесь, аналогично Варианту 6, секция 441 коррекции сигнала осуществляет дифференциальную процедуру, в ходе которой секция вычисляет разность между данными Vm мониторинга и опорными данными VO, установленными заранее. Затем эта секция 441 коррекции сигнала выполняет операцию деления абсолютной величины разности (Vm-V0) на опорные данные V0. Соответственно, такой коэффициент (|(Vm-VO)/VO|) отклонений, представляющий собой относительную величину отклонения данных Vm мониторинга от опорных данных V0, вычисляют для каждого пиксела Р.
(3) Сравнение коэффициента отклонения с пороговой величиной
Далее, как показано на фиг.28, определяют, превосходит ли коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений заданную величину Vs (Да (Yes)) или нет (Нет (No)) (Этап ST31).
Здесь, аналогично Варианту 6, процедуру сравнения коэффициента (|(Vm-V0)/V0|) отклонений, вычисленного, как описано выше, с заданной величиной Vs, заранее установленной в качестве пороговой величины, выполняет секция 441 коррекции сигнала.
В процессе сравнения, если определено, что коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений меньше заданной величины Vs (Нет (No)), эта операция завершается без выполнения коррекции на следующем этапе (Этап ST41b).
В отличие от этого, если определено, что коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонений оказался выше заданной величины Vs (Да (Yes)), процедура переходит к следующему Этапу (Этап ST41b).
(4) Процесс охлаждения группы 210 приборов с термопарами
Как показано на фиг.28, если коэффициент (|(Vm-V0)/V0|) отклонения оказался не меньше заданной величины Vs (Да (Yes)), выполняют процедуру охлаждения для группы 210 приборов с термопарами (Step ST41b).
Фиг.29 представляет вид сечения, иллюстрирующий процесс охлаждения согласно Варианту 7 настоящего изобретения. Фиг.29 представляет вид сечения, иллюстрирующий принцип процесса охлаждения согласно Варианту 7 настоящего изобретения. Фиг.29 схематично изображает сечение пиксела Р. На фиг.29 представлено такое же сечение, как показано на фиг.7.
Как показано на фиг.29, когда выполняется процесс охлаждения в группе 210 приборов с термопарами, через эти термопары пропускают токи (белые стрелки) в направлении, противоположном токам (черные стрелки), текущим через термопары с 211 по 216 (на фиг.29 термопары с 214 по 216 не показаны) за счет эффекта Зеебека.
Здесь, для уменьшения количества теплоты, соответствующего разности (Vm-V0) между данными Vm мониторинга и опорными данными V0, через термопары с211 по 216 могут протекать токи в противоположных направлениях.
Например, в памяти записывают преобразовательную таблицу, связывающую величину разности (Vm-V0) между данными Vm мониторинга и опорными данными V0 и величины тока, текущего в противоположном направлении через термопары с 211 по 216. Тогда для каждого пиксела Р из этой преобразовательной таблицы выбирают величину тока, соответствующую величине разности (Vm-V0) между данными Vm мониторинга и опорными данными V0. После этого, через каждую из указанных термопар с211 по 216 пропускают ток найденной величины.
Соответственно, происходит охлаждение термопар 211-216 на основе эффекта Пельтье.
Затем, после завершения процесса охлаждения выполняют операцию считывания изображения и получают сигнал (детектированные данные) на основе электродвижущей силы, генерируемой для каждого пиксела Р. Здесь, поскольку операцию считывания изображения выполняют в состоянии, в котором группа 210 приборов с термопарами близка к состоянию с опорной температурой, полученные детектированные данные близки к детектированным данным, получаемым в состоянии с опорной температурой.
Например, устройство осуществляет операции мониторинга с интервалом в 1 с и затем выполняют операции считывания изображения в состоянии, когда прошел процесс охлаждения и устройство находится близко к состоянию с опорной температурой.
[В. Статистика]
Как описано выше, в рассматриваемом варианте, даже если группа 210 приборов с термопарами отклоняется от состояния с опорной температурой, операцию считывания изображения осуществляют после того, как в результате выполнения процесса охлаждения группа 210 приборов с термопарами приблизится к состоянию с опорной температурой.
Таким образом, согласно рассматриваемому варианту можно улучшить качество принятого изображения.
<8. Вариант 8>
[А. Операция считывания изображения]
Фиг.30А и 30В представляет графики, иллюстрирующие процесс считывания изображения согласно Варианту 8 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.30А и 30В, в рассматриваемом варианте модуль 43 управления может выполнить считывание изображения посредством различных операций считывания изображения. За исключением этого момента, настоящий пример является таким же, как и рассмотренный выше Вариант 1. Таким образом, дублирующее описание будет, где это можно сделать, опущено.
Как показано на фиг.30А, по истечении времени Т приема светового потока в группе 210 приборов с термопарами электродвижущая сила Е увеличивается и после достижения максимальной величины в заданный момент Tmx времени эта электродвижущая сила Е уменьшается. Соответственно, в этом варианте модуль 43 управления осуществляет управление каждым модулем таким образом, чтобы измерять электрический потенциал с целью получения сигнала в момент Tmx времени в одном кадре, когда электродвижущая сила Е, генерируемая группой 210 приборов с термопарами, имеет максимальную величину Emx. Затем на основе сигнала, полученного, как указано выше, генерируют принятое изображение.
В дополнение к этому, как показано на фиг.30В, модуль 43 управления может осуществлять управление каждым модулем таким образом, чтобы многократно повторять операции измерения электрического потенциала с целью генерации сигнала посредством измерения электрического потенциала в момент Tmx времени, в который электродвижущая сила Е, генерируемая группой 210 приборов с термопарами, имеет максимальную величину Emx в одном временном кадре.
В таком случае модуль 43 управления осуществляет управление каждым модулем таким образом, чтобы осуществлять операцию охлаждения группы 210 приборов с термопарами между несколькими операциями измерения электрического потенциала. Более конкретно, интервалы Те времени охлаждения вставляют между несколькими операциями измерения электрического потенциала и выполняют операцию охлаждения таким образом, чтобы добиться первоначальной величины электродвижущей силы Е, генерируемой группой 210 приборов с термопарами. Например, как описано в Варианте 7, реализуют эффект Пельтье в группе 210 приборов с термопарами, осуществляя тем самым операцию охлаждения.
После этого генерируют принятое изображение на основе сигнала, полученного путем интегрирования нескольких сигналов. Другими словами, устройство можно конфигурировать таким образом, чтобы детектировать интегрированное напряжение в качестве эффективного изображения для одного кадра с целью генерации принятого изображения.
[В. Статистика]
Как описано выше, в рассматриваемом варианте измеряют электрический потенциал в момент Tmx времени, в который электродвижущая сила Е, генерируемая в группе 210 приборов с термопарами, достигает максимальной величины Emx за время одного кадра, получают сигнал и генерируют принятое изображение на основе принятого сигнала.
В дополнение к этому, в рассматриваемом варианте несколько операций измерения электрического потенциала с целью генерации сигнала в момент Tmx времени, в который электродвижущая сила Е, генерируемая в группе 210 приборов с термопарами достигает максимальной величины, могут быть выполнены многократно в течение одного кадра. После этого, интегрируют несколько сигналов. Затем генерируют принятое изображение на основе сигнала, полученного в результате такого интегрирования. Здесь, в ходе выполнения множества операций измерения электрического потенциала осуществляют операции охлаждения группы 210 приборов с термопарами.
Как описано выше, в рассматриваемом варианте сигнал получают в состоянии, в котором разность температур между горячей областью НТ и опорной областью REF достигла максимума, и генерируют принятое изображение на основе полученного сигнала.
Таким образом, согласно рассматриваемому варианту можно повысить качество принятого изображения.
В дополнение к этому, устройство может быть конфигурировано таким образом, чтобы электродвижущая сила, генерируемая в группе 210 приборов с термопарами, была передана в обратную связь в качестве источника питания для драйверных операций. Другими словами, модуль 43 управления может осуществлять управление каждым модулем таким образом, что часть измеренного электрического потенциала используется в качестве источника питания для устройства 1 для считывания изображения. В таком случае можно реализовать уменьшение потребляемой мощности.
<9. Вариант 9>
[А. Конфигурация устройства]
Фиг.31 представляет вид сверху, иллюстрирующий главную часть фотогальванического элемента согласно Варианту 9 настоящего изобретения.
Как показано на фиг.31, в фотогальваническом элементе несколько ячеек СЕ, имеющих наружный контур шестиугольной формы, расположены в виде ячеистой структуры типа пчелиных сот.
Хотя на чертеже не показано, в фотогальваническом элементе каждая ячейка СЕ включает фотогальванический прибор, принимающий падающий свет своей фотоприемной поверхностью и генерирующий в ответ электродвижущую силу. Здесь, фотогальванический прибор включает группу 210 приборов с термопарами, показанную на фиг.15 и конфигурированную для приема света с использованием этой группы 210 приборов с термопарами и генерации электродвижущей силы.
Другими словами, как показано на фиг.15, в группе 210 приборов с термопарами несколько термопар с 211 по 219 расположены отдельно одна от другой, так что фотоприемная поверхность образует решетчатую структуру. Когда на эту поверхность попадает падающий свет, на фотоприемной поверхности возникает плазменный резонанс, что ведет к изменению температуры части группы приборов с термопарами, где возник плазменный резонанс. Соответственно, происходит генерация электродвижущих сил в нескольких термопарах с 211 по 219.
Фотогальванический элемент, как показано на фиг.31, включает ячейку VR видимого света, избирательно принимающую видимый свет, ячейку UV ультрафиолетового света, избирательно принимающую ультрафиолетовый свет, и ячейку IR инфракрасного света, избирательно принимающую инфракрасный свет.
Соответственно, в каждой ячейке СЕ группа 210 приборов с термопарами имеет свою, отличную от других ячеек решетчатую структуру в соответствии с длиной волны света, который нужно воспринимать.
Например, ячейка VR видимого света выполнена таким образом, что форма вогнутых и выпуклых участков группы 210 приборов с термопарами имеет, например, периодическую структуру, в которой высота выпуклых участков составляет 40 нм, а шаг равен 120 нм.
Например, ячейка UV ультрафиолетового света выполнена таким образом, что форма вогнутых и выпуклых участков группы 210 приборов с термопарами имеет, например, периодическую структуру, в которой высота выпуклых участков составляет 10 нм, а шаг равен 40 нм.
Например, ячейка IR инфракрасного света выполнена таким образом, что форма вогнутых и выпуклых участков группы 210 приборов с термопарами имеет, например, периодическую структуру, в которой высота выпуклых участков составляет 80 нм, а шаг равен 350 нм.
[В. Статистика]
Как описано выше, в рассматриваемом варианте фотогальванический элемент конфигурирован на основе такой же группы 210 приборов с термопарами, как согласно варианту 1 (Модифицированный пример 2). Поскольку выходным фактором группы 210 приборов с термопарами является напряжение, такую группу можно использовать в качестве фотогальванического элемента.
Таким образом, согласно рассматриваемому варианту можно легко уменьшить стоимость. В дополнение к этому, по сравнению с фотогальваническим элементом, использующим неорганический материал, например сенсибилизированный красителем, предлагаемый вариант не склонен к деградации в ультрафиолетовых лучах и способен служить стабильным источником питания в течение продолжительного срока службы.
Кроме того, в рассматриваемом варианте аналогично рассмотренным выше устройствам для считывания изображения возможны различные модификации. Другими словами, на фотоприемной поверхности могут быть созданы несколько групп 210 приборов с термопарами, расположенные одна над другой. В дополнение к этому, в составе каждого элемента может быть применен расположенный должным образом оптический элемент, такой как микролинза.
<10. Прочее>
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами, так что могут быть применены различные модифицированные варианты.
Например, путем адекватного выбора соотношения (коэффициента формы) между вогнутыми и выпуклыми участками решетчатой структуры можно считывать изображение в различных спектральных диапазонах от ультрафиолетового света до диапазона ТГц и в широкой полосе вплоть до электрического диапазона длин волн от 1 до 10 мм.
В дополнение к этому, вогнутые и выпуклые участки решетчатой структуры могут быть периодическими или непериодическими.
Например, хотя был рассмотрен случай устройства для считывания изображения, в котором микролинза расположена в пределах пиксела, возможны варианты, когда в зависимости от назначения устройства в пикселе может и не быть микролинзы. Кроме того, хотя в описанных выше вариантах нет цветного светофильтра, такой цветной светофильтр может быть применен в зависимости от назначения устройства.
Хотя выше был рассмотрен случай устройства для считывания изображения, применяемого в составе видеокамеры, настоящее изобретение этим не ограничивается. Различные варианты настоящего изобретения могут быть применены в других электронных устройствах, таких как сканер или копировальное устройство, включающее устройство для считывания изображения.
Более того, описанные выше варианты могут быть использованы в различных подходящих описаниях.
В описанном выше варианте устройство 1 для считывания изображения соответствует модулю считывания изображения согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте подложка 11 соответствует подложке согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Более того, в описанном выше варианте слой 31 воздушного зазора соответствует воздушному зазору согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому в описанном выше варианте видеокамера 40 соответствует электронному устройству согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В описанном выше варианте металлическая пленка 41 соответствует металлической пленке согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте группа 210 приборов с термопарами соответствует группе приборов с термопарами согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Более того, в описанном выше варианте термопары с 211 по 225 соответствуют термопарам согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте первые металлические участки с 211А по 225А соответствуют первым металлическим участкам согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте вторые металлические участки с 211В по 225В соответствуют вторым металлическим участкам согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Более того, в описанном выше варианте секция 431 процессора охлаждения соответствует модулю процессора охлаждения согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте секция 441 коррекции сигнала соответствует модулю коррекции сигнала согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Более того, в описанном выше варианте нанопружинка NS соответствует нанопружинке согласно одному из вариантов настоящего изобретения. В дополнение к этому, в описанном выше варианте пиксел Р соответствует пикселу согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Более того, в описанном выше варианте экранирующая свет пленка SM соответствует экранирующей свет пленке согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Предмет настоящего изобретения связан с предметом приоритетной Заявки на патент Японии JP 2010-279359, которая подана в Патентное ведомство Японии 15 декабря 2010 и все содержание которой включено сюда посредством ссылки.
Специалисты в рассматриваемой области должны понимать, что здесь возможны разнообразные модификации, сочетания и изменения в зависимости от требований проекта и других факторов, до тех пор, пока они остаются в пределах прилагаемой Формулы изобретения или ее эквивалентов.
Класс H01L31/10 отличающиеся наличием, по меньшей мере, одного поверхностного барьера или потенциального барьера, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, например фототранзисторы
Класс H04N5/335 с использованием приборов на твердом теле с электрическим сканированием
