JPH09130678A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH09130678A JPH09130678A JP7280191A JP28019195A JPH09130678A JP H09130678 A JPH09130678 A JP H09130678A JP 7280191 A JP7280191 A JP 7280191A JP 28019195 A JP28019195 A JP 28019195A JP H09130678 A JPH09130678 A JP H09130678A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外線画像及び可視光線画像を、同時かつ正
確に検出する。 【解決手段】 赤外線及び可視光線を透過する部材から
なるレンズ1の後段に、赤外線を透過し、可視光線を遮
光する部材からなり、その中央部に開口部2Aを備える
絞り2が配置されている。レンズ1によって角度φA に
集光された赤外線は、絞り2、窓3を透過し、スターリ
ングクーラ10によって冷却されているコールドシール
ド4の内部に設けられているイメージセンサ8で結像す
る。レンズ1を透過した可視光線は、絞り2の開口部2
Aによって角度φB に集光され、窓3を透過してイメー
ジセンサ8で結像する。イメージセンサ8は、赤外線画
像と可視光線画像を合成した電気信号を出力する。
確に検出する。 【解決手段】 赤外線及び可視光線を透過する部材から
なるレンズ1の後段に、赤外線を透過し、可視光線を遮
光する部材からなり、その中央部に開口部2Aを備える
絞り2が配置されている。レンズ1によって角度φA に
集光された赤外線は、絞り2、窓3を透過し、スターリ
ングクーラ10によって冷却されているコールドシール
ド4の内部に設けられているイメージセンサ8で結像す
る。レンズ1を透過した可視光線は、絞り2の開口部2
Aによって角度φB に集光され、窓3を透過してイメー
ジセンサ8で結像する。イメージセンサ8は、赤外線画
像と可視光線画像を合成した電気信号を出力する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得
ることができるようにした固体撮像装置に関する。
し、特に、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得
ることができるようにした固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置の一種に、赤外線を検出す
る赤外線イメージセンサを用いた固体撮像装置(赤外線
撮像装置)がある。また、赤外線イメージセンサの一種
として、光起電力効果または光導電効果を利用する量子
型の赤外線イメージセンサがある。
る赤外線イメージセンサを用いた固体撮像装置(赤外線
撮像装置)がある。また、赤外線イメージセンサの一種
として、光起電力効果または光導電効果を利用する量子
型の赤外線イメージセンサがある。
【0003】量子型の赤外線イメージセンサは、感度が
良好で、かつ反応速度が速い(応答特性の良好な)セン
サであるが、検出感度に波長依存性があり、長波長の赤
外線を検出するためには、受光部を冷却する必要があ
る。
良好で、かつ反応速度が速い(応答特性の良好な)セン
サであるが、検出感度に波長依存性があり、長波長の赤
外線を検出するためには、受光部を冷却する必要があ
る。
【0004】従来、波長が約3μm乃至約5μmの赤外
線(中赤外線)の検出を目的として、77Kに冷却した
PtSiショットキーバリアダイオードを受光部(センサ
部)とする赤外線イメージセンサが開発されている。
線(中赤外線)の検出を目的として、77Kに冷却した
PtSiショットキーバリアダイオードを受光部(センサ
部)とする赤外線イメージセンサが開発されている。
【0005】図6は、従来の、赤外線イメージセンサを
用いた固体撮像装置の一構成例を示す断面図である。こ
の固体撮像装置は、図中左側から入射する光線12のう
ち赤外線を主に透過して所定の角度φA に集光する、シ
リコンまたはゲルマニウム等からなる赤外線レンズ20
と、赤外線レンズ20によって集光された赤外線を受光
する受光装置7と、受光装置7の内部に設けられている
イメージセンサ8を冷却するスターリングクーラー10
からなる。
用いた固体撮像装置の一構成例を示す断面図である。こ
の固体撮像装置は、図中左側から入射する光線12のう
ち赤外線を主に透過して所定の角度φA に集光する、シ
リコンまたはゲルマニウム等からなる赤外線レンズ20
と、赤外線レンズ20によって集光された赤外線を受光
する受光装置7と、受光装置7の内部に設けられている
イメージセンサ8を冷却するスターリングクーラー10
からなる。
【0006】受光装置7の周囲はデュワ5によって囲ま
れている。デュワ5の、図中、左側(赤外線レンズ20
の配置されている側)には、赤外線レンズ20を透過し
た赤外線を受光装置7の内部に取り込むための開口部5
Aが設けられており、少なくとも赤外線を透過する部材
(例えば、ZnS )からなる窓3が、開口部5Aの全面を
覆うように、デュワ5に密着して取り付けられている。
また、デュワ5の開口部5Aに対向する側(図中、右
側)には、開口部5Bが設けられており、熱伝導性の良
好な部材からなるコールドステージ9が、開口部5Bの
全面を覆うように、デュワ5に密着して取り付けられて
いる。すなわち、受光装置7は、デュワ5、窓3及びコ
ールドステージ9によって密閉されている。
れている。デュワ5の、図中、左側(赤外線レンズ20
の配置されている側)には、赤外線レンズ20を透過し
た赤外線を受光装置7の内部に取り込むための開口部5
Aが設けられており、少なくとも赤外線を透過する部材
(例えば、ZnS )からなる窓3が、開口部5Aの全面を
覆うように、デュワ5に密着して取り付けられている。
また、デュワ5の開口部5Aに対向する側(図中、右
側)には、開口部5Bが設けられており、熱伝導性の良
好な部材からなるコールドステージ9が、開口部5Bの
全面を覆うように、デュワ5に密着して取り付けられて
いる。すなわち、受光装置7は、デュワ5、窓3及びコ
ールドステージ9によって密閉されている。
【0007】デュワ5の内部のコールドステージ9上に
は、受光部がPtSiショットキーバリアダイオードからな
るイメージセンサ8が取り付けられており、赤外線レン
ズ20によって集光された赤外線(赤外線画像)がイメ
ージセンサ8上に結像するようになされている。また、
赤外線及び可視光線を遮光する部材(例えば、アルミニ
ウム)からなり、所定の大きさの開口部4Aを赤外線光
路上に有するコールドシールド4がコールドステージ9
上に取り付けられており、イメージセンサ8の周囲を囲
んでいる。上記開口部4Aの大きさは、赤外線レンズ2
0によって角度φA に集光され、受光装置7の内部に入
射した赤外線以外の赤外線の、コールドシール度4の内
部への入射(イメージセンサ8への入射)を制限する大
きさとされている(すなわち、コールドシールド4は、
絞りの役割を果たしている)。
は、受光部がPtSiショットキーバリアダイオードからな
るイメージセンサ8が取り付けられており、赤外線レン
ズ20によって集光された赤外線(赤外線画像)がイメ
ージセンサ8上に結像するようになされている。また、
赤外線及び可視光線を遮光する部材(例えば、アルミニ
ウム)からなり、所定の大きさの開口部4Aを赤外線光
路上に有するコールドシールド4がコールドステージ9
上に取り付けられており、イメージセンサ8の周囲を囲
んでいる。上記開口部4Aの大きさは、赤外線レンズ2
0によって角度φA に集光され、受光装置7の内部に入
射した赤外線以外の赤外線の、コールドシール度4の内
部への入射(イメージセンサ8への入射)を制限する大
きさとされている(すなわち、コールドシールド4は、
絞りの役割を果たしている)。
【0008】また、上述したスターリングクーラ10
は、デュワ5の開口部5Bの全面に取り付けられている
コールドステージ9と接続されている。従って、コール
ドステージ9に取り付けられているイメージセンサ8及
びコールドシールド4は、スターリングクーラ10によ
って所定の温度(約77K)に冷却される。
は、デュワ5の開口部5Bの全面に取り付けられている
コールドステージ9と接続されている。従って、コール
ドステージ9に取り付けられているイメージセンサ8及
びコールドシールド4は、スターリングクーラ10によ
って所定の温度(約77K)に冷却される。
【0009】なお、イメージセンサ8の結露を抑制する
ために、デュワ5、窓3及びコールドステージ9で囲ま
れた空間11は、排気処理によって真空状態とされてい
る。
ために、デュワ5、窓3及びコールドステージ9で囲ま
れた空間11は、排気処理によって真空状態とされてい
る。
【0010】次に、図6に示す固体撮像装置の動作につ
いて説明する。赤外線レンズ20は、図中、左側から入
射された光線12のうち、主に赤外線Xを透過して角度
φAに集光する。赤外線レンズ20によって集光された
赤外線Xは、窓3を透過して受光装置7の内部に入射
し、さらに、コールドシールド4の開口部4Aを通過し
てイメージセンサ8で結像する。
いて説明する。赤外線レンズ20は、図中、左側から入
射された光線12のうち、主に赤外線Xを透過して角度
φAに集光する。赤外線レンズ20によって集光された
赤外線Xは、窓3を透過して受光装置7の内部に入射
し、さらに、コールドシールド4の開口部4Aを通過し
てイメージセンサ8で結像する。
【0011】ところで、コールドシールド4は、赤外線
レンズ20によって角度φA に集光された赤外線X以外
の赤外線の、イメージセンサ8への入射を制限してい
る。すなわち、物質は、その物質の温度に対応して赤外
線を放射する(温度が高いほど多量の赤外線を放射す
る)ので、例えば、デュワ5等も赤外線を放射してい
る。この不所望な赤外線が、イメージセンサ8に入射し
てしまうと、所望の赤外線画像を得ることができなくな
ってしまう。そこで、この固体撮像装置においては、コ
ールドシールド4がイメージセンサ8の周囲を囲むよう
に設けられており、また、開口部4Aの大きさが、赤外
線レンズ20によって集光された赤外線X以外の赤外線
(デュワ5等から放射される不所望な赤外線)のコール
ドシールド4の内部への入射を制限する大きさとされて
いる。
レンズ20によって角度φA に集光された赤外線X以外
の赤外線の、イメージセンサ8への入射を制限してい
る。すなわち、物質は、その物質の温度に対応して赤外
線を放射する(温度が高いほど多量の赤外線を放射す
る)ので、例えば、デュワ5等も赤外線を放射してい
る。この不所望な赤外線が、イメージセンサ8に入射し
てしまうと、所望の赤外線画像を得ることができなくな
ってしまう。そこで、この固体撮像装置においては、コ
ールドシールド4がイメージセンサ8の周囲を囲むよう
に設けられており、また、開口部4Aの大きさが、赤外
線レンズ20によって集光された赤外線X以外の赤外線
(デュワ5等から放射される不所望な赤外線)のコール
ドシールド4の内部への入射を制限する大きさとされて
いる。
【0012】なお、コールドシールド4は、コールドス
テージ9に直接取り付けられているので、スターリング
クーラ10によって冷却されており、赤外線をほとんど
放射していない。
テージ9に直接取り付けられているので、スターリング
クーラ10によって冷却されており、赤外線をほとんど
放射していない。
【0013】イメージセンサ8は、スターリングクーラ
10によって、77Kに冷却されているので、結像した
赤外線画像を良好に検出して光電変換し、図示せぬ出力
端子から、電気信号として出力する。
10によって、77Kに冷却されているので、結像した
赤外線画像を良好に検出して光電変換し、図示せぬ出力
端子から、電気信号として出力する。
【0014】ところで、上述したように、図6に示す固
体撮像装置のイメージセンサ8は、PtSiショットキーバ
リアダイオードからなる受光部を有している。このPtSi
ショットキーバリアダイオードは、波長が約3μm乃至
約5μmの赤外線の他に、波長が約0.2μm乃至約
0.4μmの紫外線、波長が約0.4μm乃至約0.7
μmの可視光線、波長が約0.7μm乃至約3μmの近
赤外線のそれぞれにも、それぞれ分光感度特性を有して
いることが、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES.
VOL.38.NO.5.MAY 1991 "Ultraviolet,Visible,and Inf
ared Response ofPtSi Schottky-Barrier Detectors Op
erated in the Front-Illuminated Mode;Chenson K. Ch
en, Bettina Nechay, and Bor-Yeu Tsaurに開示されて
いる。
体撮像装置のイメージセンサ8は、PtSiショットキーバ
リアダイオードからなる受光部を有している。このPtSi
ショットキーバリアダイオードは、波長が約3μm乃至
約5μmの赤外線の他に、波長が約0.2μm乃至約
0.4μmの紫外線、波長が約0.4μm乃至約0.7
μmの可視光線、波長が約0.7μm乃至約3μmの近
赤外線のそれぞれにも、それぞれ分光感度特性を有して
いることが、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES.
VOL.38.NO.5.MAY 1991 "Ultraviolet,Visible,and Inf
ared Response ofPtSi Schottky-Barrier Detectors Op
erated in the Front-Illuminated Mode;Chenson K. Ch
en, Bettina Nechay, and Bor-Yeu Tsaurに開示されて
いる。
【0015】また、United States Patent[19] Patent
Number:5,122,669においても、PtSiショットキーバリア
ダイオードを用いたワイドバンド(波長帯域の広いバン
ド)の赤外線イメージセンサの例が開示されている。
Number:5,122,669においても、PtSiショットキーバリア
ダイオードを用いたワイドバンド(波長帯域の広いバン
ド)の赤外線イメージセンサの例が開示されている。
【0016】以上に示す、PtSiショットキーバリアダイ
オードの特性を利用して、図6に示す固体撮像装置を用
いて可視光線画像を撮像することも可能である。
オードの特性を利用して、図6に示す固体撮像装置を用
いて可視光線画像を撮像することも可能である。
【0017】例えば、図6の赤外線レンズ10の代わり
に、可視光線を透過する部材からなる光学系(集光レン
ズ)を配置する。このようにすることによって、可視光
線をイメージセンサ8に結像させることができ、可視光
線に対して検出感度を有しているイメージセンサ8は、
結像した可視光線を電気信号に光電変換して、外部に出
力する。
に、可視光線を透過する部材からなる光学系(集光レン
ズ)を配置する。このようにすることによって、可視光
線をイメージセンサ8に結像させることができ、可視光
線に対して検出感度を有しているイメージセンサ8は、
結像した可視光線を電気信号に光電変換して、外部に出
力する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示す、従来の固体撮像装置を用いて、赤外線画像及び可
視光線画像の両者を得る場合、以下に示す課題が生じ
る。
示す、従来の固体撮像装置を用いて、赤外線画像及び可
視光線画像の両者を得る場合、以下に示す課題が生じ
る。
【0019】すなわち、図6に示す固体撮像装置におい
ては、上述したように、赤外線画像を得る場合と、可視
光線画像を得る場合とで、受光装置7の前段に配置され
ているレンズを取り替える必要があり(赤外線画像を得
る場合、赤外線を透過する部材からなる赤外線レンズ2
0を用い、可視光線画像を得る場合、可視光線を透過す
る部材からなるレンズを用いる)、取扱いが煩雑になっ
ていしまうという課題がある。
ては、上述したように、赤外線画像を得る場合と、可視
光線画像を得る場合とで、受光装置7の前段に配置され
ているレンズを取り替える必要があり(赤外線画像を得
る場合、赤外線を透過する部材からなる赤外線レンズ2
0を用い、可視光線画像を得る場合、可視光線を透過す
る部材からなるレンズを用いる)、取扱いが煩雑になっ
ていしまうという課題がある。
【0020】また、可視光線画像を得る場合の光学系
(集光レンズ)と赤外線画像を得る場合の赤外線レンズ
とが異なっているので、可視光線画像と赤外線画像とを
同時に得ることができないという課題もある。
(集光レンズ)と赤外線画像を得る場合の赤外線レンズ
とが異なっているので、可視光線画像と赤外線画像とを
同時に得ることができないという課題もある。
【0021】さらに、可視光線画像を検出する場合に用
いられる光学系(集光レンズ)には、通常、周囲の状況
(例えば、日中の屋外と室内)に対応して変化する可視
光線の明るさを調節するため(可視光線成分によるイメ
ージセンサ8の飽和を抑制するため)(すなわち、適正
露光で撮像を行うため)の絞りが取り付けられている。
この絞りは、通常、アルミニウム等の金属を黒く塗装し
たもの(可視光線を遮光する部材)からなる。従って、
この絞りは、周囲から熱エネルギを吸収し易く、その温
度が上昇しやすい。また、この絞りには、冷却処理(例
えば、図6に示すスターリングクーラー10による冷却
処理)が施されていない。従って、この絞り自身が比較
的多量の赤外線を放射してしまい、可視光線画像を、正
確に得ることが困難になってしまうという課題もある。
いられる光学系(集光レンズ)には、通常、周囲の状況
(例えば、日中の屋外と室内)に対応して変化する可視
光線の明るさを調節するため(可視光線成分によるイメ
ージセンサ8の飽和を抑制するため)(すなわち、適正
露光で撮像を行うため)の絞りが取り付けられている。
この絞りは、通常、アルミニウム等の金属を黒く塗装し
たもの(可視光線を遮光する部材)からなる。従って、
この絞りは、周囲から熱エネルギを吸収し易く、その温
度が上昇しやすい。また、この絞りには、冷却処理(例
えば、図6に示すスターリングクーラー10による冷却
処理)が施されていない。従って、この絞り自身が比較
的多量の赤外線を放射してしまい、可視光線画像を、正
確に得ることが困難になってしまうという課題もある。
【0022】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、赤外線画像と可視光線画像の両者を、同時
かつ正確に得ることを目的とする。
ものであり、赤外線画像と可視光線画像の両者を、同時
かつ正確に得ることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光の第1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い
第2の波長領域とに検出感度を有する検出手段と、検出
手段の前段に配置され、第2の波長領域の光の検出手段
への入射強度を調節する調節手段と、第1の調節手段と
検出手段の間に配置され、第1の波長領域の光の検出手
段への入射を制限する開口制限手段とを備えることを特
徴とする。
は、光の第1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い
第2の波長領域とに検出感度を有する検出手段と、検出
手段の前段に配置され、第2の波長領域の光の検出手段
への入射強度を調節する調節手段と、第1の調節手段と
検出手段の間に配置され、第1の波長領域の光の検出手
段への入射を制限する開口制限手段とを備えることを特
徴とする。
【0024】本発明の固体撮像装置においては、検出手
段は、第1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い第
2の波長領域の光を検出し、調節手段は、第1の波長領
域の光を透過し、第2の波長領域の光を遮光する部材か
らなり、第2の波長領域の光の検出手段への入射強度を
調節する。開口制限手段は、第1及び第2の波長領域の
光をともに遮光する部材からなり、第1の波長領域の光
の検出手段への入射を制限する。
段は、第1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い第
2の波長領域の光を検出し、調節手段は、第1の波長領
域の光を透過し、第2の波長領域の光を遮光する部材か
らなり、第2の波長領域の光の検出手段への入射強度を
調節する。開口制限手段は、第1及び第2の波長領域の
光をともに遮光する部材からなり、第1の波長領域の光
の検出手段への入射を制限する。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する(なお、従来の場合と対応する部分には
同一の符号を付してあり、適宜説明を省略する)が、そ
の前に、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の
実施例との対応関係を明らかにするために、各手段の後
の括弧内に対応する実施例(但し、一例)を付加して、
本発明の特徴を記述すると、次のようになる。
照して説明する(なお、従来の場合と対応する部分には
同一の符号を付してあり、適宜説明を省略する)が、そ
の前に、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の
実施例との対応関係を明らかにするために、各手段の後
の括弧内に対応する実施例(但し、一例)を付加して、
本発明の特徴を記述すると、次のようになる。
【0026】請求項1に記載の固体撮像装置は、光の第
1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い第2の波長
領域とに検出感度を有する検出手段(例えば、図1のイ
メージセンサ8)と、検出手段の前段に配置され、第2
の波長領域の光の検出手段への入射強度を調節する調節
手段(例えば、図1の絞り2)と、調節手段と検出手段
の間に配置され、第1の波長領域の光の検出手段への入
射を制限する開口制限手段(例えば、図1のコールドシ
ールド4)とを備えることを特徴とする。
1の波長領域と、第1の波長領域よりも短い第2の波長
領域とに検出感度を有する検出手段(例えば、図1のイ
メージセンサ8)と、検出手段の前段に配置され、第2
の波長領域の光の検出手段への入射強度を調節する調節
手段(例えば、図1の絞り2)と、調節手段と検出手段
の間に配置され、第1の波長領域の光の検出手段への入
射を制限する開口制限手段(例えば、図1のコールドシ
ールド4)とを備えることを特徴とする。
【0027】請求項2に記載の固体撮像装置は、第1及
び第2の波長領域の光を所定の角度に集光する集光手段
(例えば、図1のレンズ1)をさらに備えることを特徴
とする。
び第2の波長領域の光を所定の角度に集光する集光手段
(例えば、図1のレンズ1)をさらに備えることを特徴
とする。
【0028】請求項3に記載の固体撮像装置は、集光手
段(例えば、図1のレンズ1)が、調節手段の前段に配
置され、第1及び第2の波長領域の光を透過するレンズ
であることを特徴とする。
段(例えば、図1のレンズ1)が、調節手段の前段に配
置され、第1及び第2の波長領域の光を透過するレンズ
であることを特徴とする。
【0029】請求項4に記載の固体撮像装置は、集光手
段(例えば、図4のミラー13,14)が、調節手段と
開口制限手段の間に配置され、第1及び第2の波長領域
の光を反射するミラーであることを特徴とする。
段(例えば、図4のミラー13,14)が、調節手段と
開口制限手段の間に配置され、第1及び第2の波長領域
の光を反射するミラーであることを特徴とする。
【0030】請求項5に記載の固体撮像装置は、開口制
限手段の前段に配置され、第1の波長領域のうちの所定
の波長領域の光と、第2の波長領域のうちの少なくとも
一部の波長領域の光を透過する波長制限手段(例えば、
図5のバンドパスフィルタ15)をさらに備えることを
特徴とする。
限手段の前段に配置され、第1の波長領域のうちの所定
の波長領域の光と、第2の波長領域のうちの少なくとも
一部の波長領域の光を透過する波長制限手段(例えば、
図5のバンドパスフィルタ15)をさらに備えることを
特徴とする。
【0031】なお、勿論この記載は、各手段を上記した
ものに限定することを意味するものではない。
ものに限定することを意味するものではない。
【0032】図1は、本発明を適用した固体撮像装置の
一実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固体
撮像装置の構成は、図6に示す従来の固体撮像装置の構
成と基本的に同様であり、受光装置7の前段に配置され
るレンズ1及び絞り2の構成が異なっている。
一実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固体
撮像装置の構成は、図6に示す従来の固体撮像装置の構
成と基本的に同様であり、受光装置7の前段に配置され
るレンズ1及び絞り2の構成が異なっている。
【0033】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、赤外線(第1の波長領域の光)及び可視光線(第
2の波長領域の光)の両者を透過するZnS 等の部材から
なるレンズ1が、図6に示す赤外線レンズ20の配置位
置に配置されている。また、レンズ1と、受光装置7の
窓3(赤外線及び可視光線の両方を透過するZnS 等の部
材からなる)との間には、赤外線を透過し、可視光線を
遮光するSi等の部材からなる絞り2が配置されている。
この絞り2の中央部には、その大きさが調節可能とされ
ている開口部2Aが設けられており、レンズ1を透過し
た可視光線のイメージセンサ8への入射強度を調節する
ようになされている。その他の構成は、図6に示す従来
の固体撮像装置の構成と同様である。
ては、赤外線(第1の波長領域の光)及び可視光線(第
2の波長領域の光)の両者を透過するZnS 等の部材から
なるレンズ1が、図6に示す赤外線レンズ20の配置位
置に配置されている。また、レンズ1と、受光装置7の
窓3(赤外線及び可視光線の両方を透過するZnS 等の部
材からなる)との間には、赤外線を透過し、可視光線を
遮光するSi等の部材からなる絞り2が配置されている。
この絞り2の中央部には、その大きさが調節可能とされ
ている開口部2Aが設けられており、レンズ1を透過し
た可視光線のイメージセンサ8への入射強度を調節する
ようになされている。その他の構成は、図6に示す従来
の固体撮像装置の構成と同様である。
【0034】図2及び図3は、光学材料の透明領域を説
明する表(赤外線光学(赤外線技術研究会編;オーム
社)より抜粋)である。本実施例においては、レンズ1
及び窓3の部材として、波長が約3μm乃至5μmの赤
外線、及び波長が約0.4μm乃至0.7μmの可視光
線を透過するZnS (図3(a))を用いるようにしてい
るが、その他に、図2(a)に示すアルカリハライド系
の各光学材料、図2(b)に示すアルカリ土類フロライ
ドの各光学材料、図3(a)に示すダイヤモンド及びZn
Se(いずれの部材も、赤外線及び可視光線を透過する)
を用いるようにしてもよい。
明する表(赤外線光学(赤外線技術研究会編;オーム
社)より抜粋)である。本実施例においては、レンズ1
及び窓3の部材として、波長が約3μm乃至5μmの赤
外線、及び波長が約0.4μm乃至0.7μmの可視光
線を透過するZnS (図3(a))を用いるようにしてい
るが、その他に、図2(a)に示すアルカリハライド系
の各光学材料、図2(b)に示すアルカリ土類フロライ
ドの各光学材料、図3(a)に示すダイヤモンド及びZn
Se(いずれの部材も、赤外線及び可視光線を透過する)
を用いるようにしてもよい。
【0035】さらに、本実施例においては、絞り2の部
材として、波長が約3μm乃至5μmの赤外線を透過
し、波長が約0.4μm乃至0.7μmの可視光線を遮
光するSi(図3(a))を用いているが、その他に、図
3(a)に示すGe,GaAs,CdTe及び図3(b)に示すカ
ルコゲナイドガラスの各光学材料(いずれの部材も、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する)を用いるようにし
てもよい。
材として、波長が約3μm乃至5μmの赤外線を透過
し、波長が約0.4μm乃至0.7μmの可視光線を遮
光するSi(図3(a))を用いているが、その他に、図
3(a)に示すGe,GaAs,CdTe及び図3(b)に示すカ
ルコゲナイドガラスの各光学材料(いずれの部材も、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する)を用いるようにし
てもよい。
【0036】次に、本実施例の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0037】レンズ1は、図中、左側から入射した光線
12に含まれる赤外線及び可視光線を透過して集光す
る。レンズ1によって角度φA に集光された赤外線X
は、絞り2を透過する。また、可視光線は絞り2の開口
部2Aを通過するが、開口部2A以外の位置では遮光さ
れる。すなわち、可視光線は、レンズ1及び絞り2によ
って角度φB に集光される(角度φB に集光された可視
光線を可視光線Yとする)(角度φA>角度φB)。な
お、この開口部2Aの大きさは、周囲の明るさ(イメー
ジセンサ8に入射する可視光線の強度)に対応して、イ
メージセンサ8の受光部が可視光線成分によって飽和し
ないように(適正露光の画像を得ることができるよう
に)調節される。
12に含まれる赤外線及び可視光線を透過して集光す
る。レンズ1によって角度φA に集光された赤外線X
は、絞り2を透過する。また、可視光線は絞り2の開口
部2Aを通過するが、開口部2A以外の位置では遮光さ
れる。すなわち、可視光線は、レンズ1及び絞り2によ
って角度φB に集光される(角度φB に集光された可視
光線を可視光線Yとする)(角度φA>角度φB)。な
お、この開口部2Aの大きさは、周囲の明るさ(イメー
ジセンサ8に入射する可視光線の強度)に対応して、イ
メージセンサ8の受光部が可視光線成分によって飽和し
ないように(適正露光の画像を得ることができるよう
に)調節される。
【0038】レンズ1及び絞り2によって、それぞれ、
角度φA及び角度φBに集光された赤外線X及び可視光線
Yは、赤外線及び可視光線を透過する部材からなる窓3
を透過して、受光装置7の内部に入射する。また、Si等
からなる絞り2は、それ自体が赤外線を放射することが
ないので、不所望な赤外線の受光装置7の内部への入射
はない。コールドシールド4は、レンズ1によって角度
φA に集光された赤外線X以外の赤外線(例えば、デュ
ワ5から放射された赤外線)の、イメージセンサ8への
入射を制限する開口部4Aを有しており、受光装置7の
内部に入射した赤外線X及び可視光線Yは、この開口部
4Aを通過してイメージセンサ8で結像する。
角度φA及び角度φBに集光された赤外線X及び可視光線
Yは、赤外線及び可視光線を透過する部材からなる窓3
を透過して、受光装置7の内部に入射する。また、Si等
からなる絞り2は、それ自体が赤外線を放射することが
ないので、不所望な赤外線の受光装置7の内部への入射
はない。コールドシールド4は、レンズ1によって角度
φA に集光された赤外線X以外の赤外線(例えば、デュ
ワ5から放射された赤外線)の、イメージセンサ8への
入射を制限する開口部4Aを有しており、受光装置7の
内部に入射した赤外線X及び可視光線Yは、この開口部
4Aを通過してイメージセンサ8で結像する。
【0039】イメージセンサ8は、結像した赤外線Xの
画像及び可視光線Yの画像を光電変換し、赤外線画像と
可視光線画像を合成した電気信号を、図示せぬ出力端子
から外部に出力する。
画像及び可視光線Yの画像を光電変換し、赤外線画像と
可視光線画像を合成した電気信号を、図示せぬ出力端子
から外部に出力する。
【0040】本実施例においては、赤外線及び可視光線
を透過する部材によってレンズ1を形成し、さらに、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する部材(例えば、Si)
からなる、可視光線の強度を調節する絞り2を設けるよ
うにしたので、赤外線画像及び可視光線画像の両方を、
同時かつ正確に得ることができる。
を透過する部材によってレンズ1を形成し、さらに、赤
外線を透過し、可視光線を遮光する部材(例えば、Si)
からなる、可視光線の強度を調節する絞り2を設けるよ
うにしたので、赤外線画像及び可視光線画像の両方を、
同時かつ正確に得ることができる。
【0041】図4は、本発明を適用した固体撮像装置の
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図1に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置7の前段に配置されるミ
ラー13,14の構成が異なっている。
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図1に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置7の前段に配置されるミ
ラー13,14の構成が異なっている。
【0042】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、赤外線を透過し、可視光線を遮光する部材(例え
ば、図3(a)に示すSi)からなる絞り2と受光装置7
の間に、赤外線及び可視光線を反射するミラー13及び
14が配置されている。凹型のミラー13は、絞り2を
通過した赤外線及び可視光線の光路上に配置されており
(像の欠落を防ぐため)、上記赤外線及び可視光線を凸
型のミラー14に集光して反射するようになされてい
る。なお、凹型のミラー13は、その中央部に開口部1
3Aを備えている。凸型のミラー14は、ミラー13で
反射、集光された光(赤外線及び可視光線)を、ミラー
13の中央部に形成されている開口部13Aを介して、
受光装置7の内部に入射するように反射する。
ては、赤外線を透過し、可視光線を遮光する部材(例え
ば、図3(a)に示すSi)からなる絞り2と受光装置7
の間に、赤外線及び可視光線を反射するミラー13及び
14が配置されている。凹型のミラー13は、絞り2を
通過した赤外線及び可視光線の光路上に配置されており
(像の欠落を防ぐため)、上記赤外線及び可視光線を凸
型のミラー14に集光して反射するようになされてい
る。なお、凹型のミラー13は、その中央部に開口部1
3Aを備えている。凸型のミラー14は、ミラー13で
反射、集光された光(赤外線及び可視光線)を、ミラー
13の中央部に形成されている開口部13Aを介して、
受光装置7の内部に入射するように反射する。
【0043】なお、受光装置7の内部の構成は、図1に
示す実施例の場合と同様であり、コールドシールド4に
設けられている開口部4Aは、ミラー13で集光された
赤外線以外の赤外線(例えば、デュワ5が放射する赤外
線)のイメージセンサ8への入射を制限している。
示す実施例の場合と同様であり、コールドシールド4に
設けられている開口部4Aは、ミラー13で集光された
赤外線以外の赤外線(例えば、デュワ5が放射する赤外
線)のイメージセンサ8への入射を制限している。
【0044】次に、本実施例の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0045】光線12に含まれている赤外線Xは、絞り
2を透過し(開口部2Aの部分においては通過し)、可
視光線は、絞り2の中央部に形成されている開口部2A
を通過する(開口部2A以外の部分では遮光される)
(開口部2Aを通過した可視光線を可視光線Yとす
る)。
2を透過し(開口部2Aの部分においては通過し)、可
視光線は、絞り2の中央部に形成されている開口部2A
を通過する(開口部2A以外の部分では遮光される)
(開口部2Aを通過した可視光線を可視光線Yとす
る)。
【0046】上述したように絞り2を透過または通過し
た赤外線Xと可視光線Yは、凹型のミラー13で反射し
て、ミラー14に進む(すなわち、凹型のミラー13
は、赤外線及び可視光線をミラー14に集光する)。凸
型のミラー14は、ミラー13で反射されて集光された
赤外線X及び可視光線Yを、ミラー13の中央部に形成
されている開口部13Aを通過するように反射する。
た赤外線Xと可視光線Yは、凹型のミラー13で反射し
て、ミラー14に進む(すなわち、凹型のミラー13
は、赤外線及び可視光線をミラー14に集光する)。凸
型のミラー14は、ミラー13で反射されて集光された
赤外線X及び可視光線Yを、ミラー13の中央部に形成
されている開口部13Aを通過するように反射する。
【0047】上述したように、ミラー13の開口部13
Aは、絞り2を通過してミラー13で反射した赤外線X
のすべてを通過させるような大きさとされているので、
ミラー14で反射した赤外線Xはもとより、絞り2によ
って入射範囲が絞られている可視光線Yも、この開口部
13Aを通過する。
Aは、絞り2を通過してミラー13で反射した赤外線X
のすべてを通過させるような大きさとされているので、
ミラー14で反射した赤外線Xはもとより、絞り2によ
って入射範囲が絞られている可視光線Yも、この開口部
13Aを通過する。
【0048】ミラー13の開口部13Aを通過した赤外
線X及び可視光線Yは、窓3(赤外線及び可視光線を透
過する部材からなる)を透過して、受光装置7の内部に
入射し、コールドシールド4の開口部4Aをさらに通過
して、イメージセンサ8で結像する。
線X及び可視光線Yは、窓3(赤外線及び可視光線を透
過する部材からなる)を透過して、受光装置7の内部に
入射し、コールドシールド4の開口部4Aをさらに通過
して、イメージセンサ8で結像する。
【0049】イメージセンサ8は、結像した赤外線Xの
画像及び可視光線Yの画像を光電変換して、赤外線画像
と可視光線画像の合成画像の電気信号を外部に出力す
る。
画像及び可視光線Yの画像を光電変換して、赤外線画像
と可視光線画像の合成画像の電気信号を外部に出力す
る。
【0050】本実施例においては、上述した絞り2が赤
外線を透過し、可視光線を遮光する部材を用いて構成さ
れているので、絞り2の中央部に形成されている開口部
2Aの大きさを調節することによって、赤外線の光量に
影響を与えずに、可視光線の光量を調節することがで
き、赤外線画像と可視光線画像を、同時かつ正確に得る
ことができる。
外線を透過し、可視光線を遮光する部材を用いて構成さ
れているので、絞り2の中央部に形成されている開口部
2Aの大きさを調節することによって、赤外線の光量に
影響を与えずに、可視光線の光量を調節することがで
き、赤外線画像と可視光線画像を、同時かつ正確に得る
ことができる。
【0051】図5は、本発明を適用した固体撮像装置の
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図1に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置7の内部の構成が異なっ
ている。
他の実施例の構成を示す側断面図である。本実施例の固
体撮像装置の構成は、図1に示す固体撮像装置の構成と
基本的に同様であり、受光装置7の内部の構成が異なっ
ている。
【0052】すなわち、本実施例の固体撮像装置におい
ては、所望の波長領域の赤外線と、少なくとも一部の波
長領域の可視光線を透過するバンドパスフィルタ15
が、コールドシールド4の開口部4Aの全面に形成され
ている。その他の構成は、図1に示す固体撮像装置の構
成と同様である。
ては、所望の波長領域の赤外線と、少なくとも一部の波
長領域の可視光線を透過するバンドパスフィルタ15
が、コールドシールド4の開口部4Aの全面に形成され
ている。その他の構成は、図1に示す固体撮像装置の構
成と同様である。
【0053】以下、可視光線を透過し、主に2μm付近
の赤外線と可視光線の少なくとも一部を透過するような
分光特性を有するバンドパスフィルタ15を用いた場合
の動作を説明する。
の赤外線と可視光線の少なくとも一部を透過するような
分光特性を有するバンドパスフィルタ15を用いた場合
の動作を説明する。
【0054】例えば、十分な量の水が入っている水槽を
レンズ1の左側(すなわち、光線12の入射側)に配置
した場合(図示せず)、水は、2μm付近の波長の光
(赤外線)を吸収するので、水槽の前段に配置される光
源(図示せず)から照射され、水槽を介してレンズ1に
到達する光線12は、2μm付近の波長を含まないもの
となる。従って、レンズ1によって角度φA に集光さ
れ、絞り2及び窓3を透過して、受光装置7の内部に入
射する赤外線は、2μm付近の波長領域の欠如したもの
とになる。
レンズ1の左側(すなわち、光線12の入射側)に配置
した場合(図示せず)、水は、2μm付近の波長の光
(赤外線)を吸収するので、水槽の前段に配置される光
源(図示せず)から照射され、水槽を介してレンズ1に
到達する光線12は、2μm付近の波長を含まないもの
となる。従って、レンズ1によって角度φA に集光さ
れ、絞り2及び窓3を透過して、受光装置7の内部に入
射する赤外線は、2μm付近の波長領域の欠如したもの
とになる。
【0055】また、本実施例においては、少なくとも一
部の可視光線及び2μm付近の波長の赤外線を透過する
バンドパスフィルタ15が、コールドシールド4の開口
部4Aの全面に形成されている。従って、受光装置7の
内部に入射した可視光線は、バンドパスフィルタ15を
透過して、イメージセンサ8で結像するが、受光装置7
の内部に入射した赤外線は、2μm付近の波長領域以外
の波長領域からなるので、バンドパスフィルタ15を透
過することができない。従って、イメージセンサ8は、
結像した可視光線の画像を光電変換して、可視光線画像
に対応する電気信号を外部に出力する。
部の可視光線及び2μm付近の波長の赤外線を透過する
バンドパスフィルタ15が、コールドシールド4の開口
部4Aの全面に形成されている。従って、受光装置7の
内部に入射した可視光線は、バンドパスフィルタ15を
透過して、イメージセンサ8で結像するが、受光装置7
の内部に入射した赤外線は、2μm付近の波長領域以外
の波長領域からなるので、バンドパスフィルタ15を透
過することができない。従って、イメージセンサ8は、
結像した可視光線の画像を光電変換して、可視光線画像
に対応する電気信号を外部に出力する。
【0056】本実施例の固体撮像装置を用いることによ
って、例えば、地上から雲の厚さ及び雲の形状を同時に
検出することができる。
って、例えば、地上から雲の厚さ及び雲の形状を同時に
検出することができる。
【0057】すなわち、上述した図示せぬ光源を太陽と
して、水の入った水槽を雲とする。太陽(光源)から照
射された光が雲(水)に入射すると、雲の厚さ(水の
量)に対応した量の、2μm付近の波長の赤外線が吸収
される。また、可視光線は雲によって遮光される。従っ
て、雲以外の位置を通って受光装置7の内部に入射した
可視光線と、雲によって吸収されなかった2μm付近の
波長領域の赤外線がバンドパスフィルタ15を透過し
て、イメージセンサ8で結像する(2μm付近以外の赤
外線は、雲に吸収されないが、バンドパスフィルタ15
に吸収される)。
して、水の入った水槽を雲とする。太陽(光源)から照
射された光が雲(水)に入射すると、雲の厚さ(水の
量)に対応した量の、2μm付近の波長の赤外線が吸収
される。また、可視光線は雲によって遮光される。従っ
て、雲以外の位置を通って受光装置7の内部に入射した
可視光線と、雲によって吸収されなかった2μm付近の
波長領域の赤外線がバンドパスフィルタ15を透過し
て、イメージセンサ8で結像する(2μm付近以外の赤
外線は、雲に吸収されないが、バンドパスフィルタ15
に吸収される)。
【0058】イメージセンサ8は、この可視光線画像及
び赤外線画像を合成した電気信号を出力する。すなわ
ち、この可視光線画像から雲の形状を検出することがで
き、さらに赤外線画像から雲の厚さを検出することがで
きる。
び赤外線画像を合成した電気信号を出力する。すなわ
ち、この可視光線画像から雲の形状を検出することがで
き、さらに赤外線画像から雲の厚さを検出することがで
きる。
【0059】
【発明の効果】以上のように、本発明の固体撮像装置に
よれば、光の第1の波長領域と、第2の波長領域に検出
感度を有する検出手段の前段に、第2の波長領域の光の
検出手段への入射強度を調節する調節手段を設けるよう
にしたので、第1及び第2の波長領域の光を、同時かつ
正確に検出することができる。
よれば、光の第1の波長領域と、第2の波長領域に検出
感度を有する検出手段の前段に、第2の波長領域の光の
検出手段への入射強度を調節する調節手段を設けるよう
にしたので、第1及び第2の波長領域の光を、同時かつ
正確に検出することができる。
【図1】本発明を適用した固体撮像装置の一実施例の構
成を示す側断面図である。
成を示す側断面図である。
【図2】光学材料の透明領域を説明する表である。
【図3】光学材料の透明領域を説明する表である。
【図4】本発明を適用した固体撮像装置の他の実施例の
構成を示す側断面図である。
構成を示す側断面図である。
【図5】本発明を適用した固体撮像装置の他の実施例の
構成を示す側断面図である。
構成を示す側断面図である。
【図6】従来の固体撮像装置の一構成例を示す側断面図
である。
である。
1 レンズ 2 絞り 2A 開口部 3 窓 4 コールドシールド 4A 開口部 5 デュワ 5A 開口部 7 受光装置 8 イメージセンサ 9 コールドステージ 10 スターリングクーラ 11 空間 12 光線 13,14 ミラー 15 バンドパスフィルタ 20 赤外線レンズ
Claims (6)
- 【請求項1】 光の第1の波長領域と、前記第1の波長
領域よりも短い第2の波長領域とに検出感度を有する検
出手段と、 前記検出手段の前段に配置され、前記第2の波長領域の
光の前記検出手段への入射強度を調節する調節手段と、 前記調節手段と前記検出手段の間に配置され、前記第1
の波長領域の光の前記検出手段への入射を制限する開口
制限手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記第1及び第2の波長領域の光を集光
する集光手段をさらに備えることを特徴とする請求項1
に記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記集光手段は、前記調節手段の前段に
配置され、前記第1及び第2の波長領域の光を透過する
レンズであることを特徴とする請求項2に記載の固体撮
像装置。 - 【請求項4】 前記集光手段は、前記調節手段と前記開
口制限手段の間に配置され、前記第1及び第2の波長領
域の光を反射するミラーであることを特徴とする請求項
2に記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】 前記開口制限手段の前段に配置され、前
記第1の波長領域のうちの所定の波長領域の光と、前記
第2の波長領域のうちの少なくとも一部の波長領域の光
を透過する波長制限手段をさらに備えることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項6】 前記第1の波長領域の光は赤外線であ
り、 前記第2の波長領域の光は可視光線であることを特徴と
する請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28019195A JP3674012B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 固体撮像装置 |
| US08/738,108 US5804827A (en) | 1995-10-27 | 1996-10-25 | Infrared ray detection device and solid-state imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28019195A JP3674012B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09130678A true JPH09130678A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3674012B2 JP3674012B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=17621576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28019195A Expired - Fee Related JP3674012B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3674012B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006235139A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 2波長結像光学系 |
| US7531781B2 (en) | 2005-02-25 | 2009-05-12 | Sony Corporation | Imager with image-taking portions optimized to detect separated wavelength components |
| US7755016B2 (en) | 2005-07-21 | 2010-07-13 | Sony Corporation | Physical information acquisition method, physical information acquisition device, and semiconductor device |
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| JP2013172967A (ja) * | 2009-07-16 | 2013-09-05 | Yamano Kogaku:Kk | 開口絞り |
| JP2014048130A (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Toshiba Corp | 画像処理装置、方法、及びプログラム |
| US8711461B2 (en) | 2009-07-16 | 2014-04-29 | Yamano Optical Co., Ltd. | Aperture stop |
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| CN111238659A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 武汉高芯科技有限公司 | 一种具有抑制杂散光功能的冷屏及制冷型红外探测器 |
| JP2020535424A (ja) * | 2017-09-29 | 2020-12-03 | レイセオン カンパニー | 熱画像化装置のための凸状ウォームシールド |
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1995
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