(57)【要約】【課題】簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができるようにする。【解決手段】材質判定装置は、格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜１２であって、孔の大きさ及び間隔を、透過させる所望の光の波長に応じて定め、かつ、孔の大きさを波長より小さくした金属膜１２を備える。判定対象物からの光のうち、所望の光の波長が金属膜を透過し、受光素子によって、金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する。材質判定部によって、受光素子から出力された信号に基づいて、判定対象物の材質を判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜であって、前記孔の大きさ及び間隔を、透過させる所望の光の波長に応じて定め、かつ、前記孔の大きさを前記波長より小さくした金属膜と、
判定対象物からの光であって、かつ、前記金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する材質判定手段と、
を含む材質判定装置。
【請求項２】
複数の金属部分が格子状に配置されるように孔が形成された金属膜であって、前記孔の大きさ及び間隔を、透過させる所望の光の波長に応じて定め、かつ、前記孔の大きさを前記波長より小さくした金属膜と、
判定対象物からの光であって、かつ、前記金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する材質判定手段と、
を含む材質判定装置。
【請求項３】
前記判定対象物に光を照射する光源を更に含み、
前記受光素子は、前記光源によって照射し、かつ、前記判定対象物で反射した光又は前記判定対象物を透過した光を受光する請求項１又は２記載の材質判定装置。
【請求項４】
前記金属膜は、透過させる複数種類の光の波長の各々に対応して設けられた複数種類の金属膜であって、前記孔の大きさ及び間隔を、対応する前記波長に応じて定め、かつ、前記孔の大きさを対応する前記波長より小さくした複数種類の金属膜であり、
前記受光素子は、前記複数種類の金属膜の各々に対して設けられた複数の受光素子であって、対応する前記金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する複数の受光素子であり、
前記材質判定手段は、前記複数の受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の材質判定装置。
【請求項５】
前記複数の受光素子の各々から出力された信号を、対応する前記金属膜により透過させる前記所望の光の波長に対する前記受光素子の感度、又は前記所望の光の波長に対する前記金属膜の透過率に基づいて予め定められた増幅度によって増幅する増幅手段を更に含み、
前記材質判定手段は、前記増幅手段によって増幅された前記複数の受光素子からの信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する請求項４記載の材質判定装置。
【請求項６】
光学系を更に含み、
前記金属膜は、前記光学系に対向するように複数種類の金属膜を並べて構成され、
前記複数の受光素子は、前記光学系及び対応する前記金属膜を透過した光を受光し、
前記材質判定手段は、前記複数の受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の複数部分の材質を判定する請求項４又は５記載の材質判定装置。
【請求項７】
前記所望の光の波長を、前記判定対象物の材質による光の反射特性を表わす波長とした請求項１〜請求項６の何れか1項記載の材質判定装置。
【請求項８】
前記金属膜及び前記受光素子を、一体形成した請求項１〜請求項７の何れか１項記載の材質判定装置。
【請求項９】
請求項８記載の材質判定装置の前記金属膜及び前記受光素子を含む半導体集積回路の製造方法であって、
前記受光素子を製造する工程と、
前記受光素子の電源用又は信号線用の金属配線を製造する工程と、
前記金属配線を製造する工程に対応する工程により、前記金属膜を製造する工程と、
を含む半導体集積回路の製造方法。
【請求項１０】
前記金属配線及び前記金属膜を、銅又はアルミで製造した請求項９記載の半導体集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材質判定装置及び半導体集積回路の製造方法に係り、特に、判定対象物の材質を判定する材質判定装置及び半導体集積回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィルタを用いて、所定の波長の光を選択的に透過させて、材質を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１）。この方法では、フィルタを用いて、近赤外のマルチバンドの光をカメラで撮影し、肌を検出している。
【０００３】
また、フィルタに、金属干渉フィルタや非金属（誘電体）干渉フィルタを用いることが知られている（例えば、非特許文献１）。通常これらのフィルタはバンドパスフィルタなどと呼ばれ、ある任意の光の波長のみを透過させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４２９０９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】安藤幸司、「光と光の記録［光編その２］−光の属性・干渉・回折−」、産業開発機構株式会社  映像情報インダストリアル編集部  出版、２００７年、ｐｐ．８７〜９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の非特許文献１に記載の技術では、フィルタの性能を向上させるために膜を多層化する必要があり、膜が増えるにつれて製造工程が増加し、コストおよび製造時間がかかってしまう、という問題がある。
【０００７】
また、従来のフィルタは、ファブリ・ペローの干渉原理を利用しているため、原理的に透過させたい波長以外にも透過してしまう波長域が存在し、また、光の入射角によって透過させたい波長がシフトして、所望の波長以外の光が透過することにより、材質判定性能が劣化してしまう、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる材質判定装置及び半導体集積回路の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る材質判定装置は、格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜であって、前記孔の大きさ及び間隔を、透過させる所望の光の波長に応じて定め、かつ、前記孔の大きさを前記波長より小さくした金属膜と、判定対象物からの光であって、かつ、前記金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する材質判定手段と、を含んで構成されている。
【００１０】
第１の発明に係る材質判定装置によれば、判定対象物からの光のうち、所望の光の波長が金属膜を透過し、受光素子によって、金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する。そして、材質判定手段によって、受光素子から出力された信号に基づいて、判定対象物の材質を判定する。
【００１１】
このように、格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる。
【００１２】
第２の発明に係る材質判定装置は、複数の金属部分が格子状に配置されるように孔が形成された金属膜であって、前記孔の大きさ及び間隔を、透過させる所望の光の波長に応じて定め、かつ、前記孔の大きさを前記波長より小さくした金属膜と、判定対象物からの光であって、かつ、前記金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された信号に基づいて、前記判定対象物の材質を判定する材質判定手段と、を含んで構成されている。
【００１３】
第２の発明に係る材質判定装置によれば、判定対象物からの光のうち、所望の光の波長が金属膜を透過し、受光素子によって、金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する。そして、材質判定手段によって、受光素子から出力された信号に基づいて、判定対象物の材質を判定する。
【００１４】
このように、複数の金属部分が格子状に配置されるように孔が形成された金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる。
【００１５】
上記の材質判定装置は、判定対象物に光を照射する光源を更に含み、受光素子は、光源によって照射し、かつ、判定対象物で反射した光又は判定対象物を透過した光を受光することができる。
【００１６】
上記の金属膜は、透過させる複数種類の光の波長の各々に対応して設けられた複数種類の金属膜であって、孔の大きさ及び間隔を、対応する波長に応じて定め、かつ、孔の大きさを対応する波長より小さくした複数種類の金属膜であり、受光素子は、複数種類の金属膜の各々に対して設けられた複数の受光素子であって、対応する金属膜を透過した光を受光し、受光した光の量に応じた信号を出力する複数の受光素子であり、材質判定手段は、複数の受光素子から出力された信号に基づいて、判定対象物の材質を判定することができる。これによって、より精度良く材質を判定することができる。
【００１７】
上記の複数種類の金属膜を含む材質判定装置は、複数の受光素子の各々から出力された信号を、対応する金属膜により透過させる所望の光の波長に対する受光素子の感度、又は所望の光の波長に対する金属膜の透過率に基づいて予め定められた増幅度によって増幅する増幅手段を更に含み、材質判定手段は、増幅手段によって増幅された複数の受光素子からの信号に基づいて、判定対象物の材質を判定することができる。これによって、金属膜に応じた信号強度のばらつきを低減することができ、より精度良く材質を判定することができる。
【００１８】
上記の複数種類の金属膜を含む材質判定装置は、光学系を更に含み、金属膜は、光学系に対向するように複数種類の金属膜を並べて構成され、複数の受光素子は、光学系及び対応する金属膜を透過した光を受光し、材質判定手段は、複数の受光素子から出力された信号に基づいて、判定対象物の複数部分の材質を判定するようにすることができる。これによって、判定対象物の複数部分の材質を同時に判定することができる。
【００１９】
上記の所望の光の波長を、判定対象物の材質による光の反射特性を表わす波長とすることができる。
【００２０】
上記の金属膜及び受光素子を、一体形成することができる。
【００２１】
第３の発明に係る半導体集積回路の製造方法は、上記の一体形成した金属膜及び受光素子を含む材質判定装置の前記金属膜及び前記受光素子を含む半導体集積回路の製造方法であって、前記受光素子を製造する工程と、前記受光素子の電源用又は信号線用の金属配線を製造する工程と、前記金属配線を製造する工程に対応する工程により、前記金属膜を製造する工程と、を含んでいる。
【００２２】
このように、金属配線を製造する工程に対応する工程により、金属膜を製造することができるため、製造コストを増加させることなく、金属膜及び受光素子を一体形成することができる。
【００２３】
上記の金属配線及び金属膜を、銅又はアルミで製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の材質判定装置によれば、格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜、又は複数の金属部分が格子状に配置されるように孔が形成された金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる、という効果が得られる。
【００２５】
本発明の半導体集積回路の製造方法によれば、金属配線を製造する工程に対応する工程により、金属膜を製造することができるため、製造コストを増加させることなく、金属膜及び受光素子を一体形成することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図２】金属膜の構成を示す図である。
【図３】受光部の構成を示す図である。
【図４】受光部の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図７】光の波長と、肌による光の反射率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る材質判定装置の構成を示す概略図である。
【図１１】カメラの構成を示す図である。
【図１２】（Ａ）画素の配置を示す図、（Ｂ）４種類の金属膜及び受光部の配置を示す図、及び（Ｃ）金属膜及び受光部の構成を示す図である。
【図１３】受光素子を含む半導体集積回路の製造工程を示す図である。
【図１４】受光素子の金属配線を製造する工程を示す図である。
【図１５】金属膜を製造する工程を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態に係る材質判定装置の金属膜の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明を、ドライバを検出するために人の肌であるか否かを判定する車両用の材質判定装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る材質判定装置１０は、判定対象物に対して対向するように設けられた金属膜１２と、金属膜１２を透過した光を受光して、受光量に応じた信号を出力する受光部１４と、受光部１４からの信号に基づいて、判定対象物の材質が、人の肌であるか否かを判定する材質判定部１６とを備えている。
【００２９】
金属膜１２は、例えばアルミニウムによって形成されており、図２に示すように、特定の周期で孔が正方格子状に形成されている。孔の大きさや周期（間隔）を変えることで、透過する光の波長が変化することから、透過させる所望の光の波長に応じて孔の大きさ及び間隔が決定されており、また、孔の大きさを、透過させる波長より小さくするように形成されている。例えば、判定対象の材質である肌による光の反射特性を表わす波長８８０ｎｍの光を透過させるときの孔の大きさ及び間隔が実験的に求められ、求められた孔の大きさ及び間隔で、金属膜１２の孔が周期的に形成されている。
【００３０】
孔の形状は、例えば、四角形、円形、又は三角形である。なお、孔の形状は、これらの形状に特に限定されるものではないが、孔の形状によって透過効率などの種々の特性が変化する。正方格子状に孔が形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、三角格子状に孔が形成されていてもよいし、矩形格子状に孔が形成されていてもよい。
【００３１】
受光部１４は、一例として、図３に示すように、光を電子に変換する受光素子２０と、周辺回路２２とを備えている。周辺回路２２は、一例として、図４に示すように、受光素子２０に蓄積されて電荷を放電するためのリセットスイッチ２４と、受光素子２０の出力信号を増幅させるアンプ２６と、アンプ２６から出力される信号を、読み出し線へ出力するための読み出しスイッチ２８とを備えている。受光素子２０の上に、金属膜１２が配置される。なお、周辺回路を用いずに、受光素子で発生した電子による電流を直接読み出すように構成してもよい。また、他の方式の周辺回路を用いてもよい。
【００３２】
受光素子２０としては、例えば、近赤外域（例えば、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域）に感度を有する受光素子を使用している。
【００３３】
材質判定部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤを備えたコンピュータにより構成されている。ＲＡＭには、受光素子２０から読み出した信号を記憶する。ＲＯＭには、材質判定を行う処理の処理ルーチンを実行するためのプログラムが記憶されている。ＨＤＤには、肌による光の反射率データが記憶されており、ＣＰＵは、反射率データに基づいて判定対象物が人の肌である否かを判定する。
【００３４】
材質判定部１６は、判定対象物を車両のドライバとして、ドライバの肌の部位を検出するために、受光部１４により読み出した信号と、ＨＤＤに記憶されている肌による光の反射率データにおける例えば８８０ｎｍの値とを比較して、判定対象物の材質が、人の肌であるか否かを判定する。
【００３５】
なお、金属膜１２で透過させる波長については、８８０ｎｍに限定する必要はないが、以下の条件を満たす必要がある。
【００３６】
近赤外領域の光を用いることである。この理由は、車載で運転中に使用する場合には、運転者の気を散らさないために不可視光でドライバの顔を照明することになるが、紫外領域の光を用いると眼に害を与えるおそれがあり望ましくないからである。
【００３７】
次に、本実施の形態の材質判定装置１０の作用について説明する。
【００３８】
まず、車両の室内照明又は車外環境からの光が、判定対象物に照射されて、判定対象物の反射光が、金属膜１２を透過して、受光部１４によって受光される。このとき、金属膜１２の孔の周期構造により、判定対象物の反射光のうち、所定の波長（例えば、８８０ｎｍ）の光が、金属膜１２を透過する。
【００３９】
材質判定装置１０の材質判定部１６によって、受光部１４からの信号が読み出され、受光部１４により読み出した信号と、記憶されている肌による光の反射率データにおける例えば８８０ｎｍの値とを比較して、判定対象物の材質が、人の肌であるか否かを判定する。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る材質判定装置によれば、判定対象物の材質における光の反射特性を表わす波長の光を透過させるように、正方格子状に配置された複数の孔が形成された金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる。
【００４１】
また、金属膜１枚（１層）を設けることにより材質判定が可能となるため、装置コストを大幅に低減することができる。また、金属膜を受光素子上に貼り付けるだけであるため、装置サイズの小型化を図ることができる。
【００４２】
また、光の入射角による透過波長のズレが少ないため、材質判定の性能を向上させることができる。
【００４３】
また、金属膜の孔の周期構造または金属の種類を変えるだけで、フィルタ特性が変化するため、汎用性があり、特性の変更が柔軟かつ比較的容易に行える。
【００４４】
また、金属膜の孔の周期構造の最適化によって副透過帯が抑えられるため、不要な光を透過させず、材質判定性能が劣化することを防止することができる。
【００４５】
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
第２の実施の形態では、判定対象物へ光を照射するための光源を備えている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００４７】
図５に示すように、第２の実施の形態に係る材質判定装置２１０は、判定対象物へ光を照射する光源２１８と、光源２１８の明るさ及び光源２１８のオンオフを制御するための光源制御部２１９と、金属膜１２と、受光部１４と、材質判定部１６とを備えている。
【００４８】
光源２１８は、判定対象物へ光を照射するように配置されており、例えば、近赤外光を照射するように構成されている。
【００４９】
光源制御部２１９は、材質判定を行うときに、光源２１８をオンさせて、所定の明るさで判定対象物へ光を照射させ、その後に、光源２１８をオフさせる。
【００５０】
材質判定部１６は、光源制御部２１９により光源２１８がオン状態であるときに、受光部１４からの信号を読み出すと共に、光源制御部２１９により光源２１８がオフ状態であるときに、受光部１４からの信号を読み出す。材質判定部１６は、オン状態のときの信号の値から、オフ状態のときの信号の値を減算することにより、外乱光の影響を除去した分光強度を演算し、この演算結果と、記憶されている肌による光の反射率データにおける例えば８８０ｎｍの値とを比較して、判定対象物の材質が人の肌であるか否かを判定する。
【００５１】
光源制御部２１９及び材質判定部１６は、１つのコンピュータにより構成してもよく、また、別個のコンピュータにより構成してもよい。
【００５２】
なお、第２の実施の形態に係る材質判定装置の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
第２の実施の形態に係る材質判定装置では、光源を用いているため、夜間のように環境光がない場合でも材質を判定することができる。
【００５４】
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
第３の実施の形態では、複数種類の金属膜を用いて、それぞれの金属膜を透過した光を複数の受光素子で受光するようにしている点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００５６】
図６に示すように、第３の実施の形態に係る材質判定装置３１０は、判定対象物に対して対向するように設けられた２つの金属膜３１２と、２つの金属膜３１２の各々に対応して設けられ、金属膜２１２を透過した光を受光して、受光量に応じた信号を出力する２つの受光部３１４と、２つの受光部３１４からの信号の差を演算する演算部３１６と、演算部３１６の演算結果に基づいて、判定対象物の材質が、人の肌であるか否かを判定する材質判定部１６とを備えている。
【００５７】
２つの金属膜３１２は、各々異なった孔の周期構造となるよう形成されている。一方の金属膜３１２は、例えば、波長８８０ｎｍの光を透過させるように孔が周期的に形成されている。他方の金属膜３１２は、例えば、波長９７０ｎｍの光を透過させるように孔が周期的に形成されている。
【００５８】
２つの受光部３１４は、２つの金属膜３１２に対応して、第１の実施の形態と同様の受光部を２つ含んで構成されている。一方の受光部３１４は、一方の金属膜３１２を透過した光を受光するように配置され、他方の受光部３１４は、他方の金属膜３１２を透過した光を受光するように配置されている。
【００５９】
演算部３１６及び材質判定部１６は、１つのコンピュータにより構成してもよく、また、別個のコンピュータにより構成してもよい。
【００６０】
本実施の形態において、対象物を車両のドライバとしてドライバの肌部を検出する場合を例に説明する。図７は肌の分光反射率を示すものである。図７の符号３３は、肌の人物の分光反射率である。肌の分光反射率について、波長８８０ｎｍと９７０ｎｍの分光反射率を比較すると、以下の関係になる。
８８０ｎｍでの反射率＞９７０ｎｍでの反射率
従って、演算部３１６によって演算される８８０ｎｍと９７０ｎｍの信号の差の正負と、差の絶対値とに基づいて、人の肌であるか否かを判定することが可能となる。
【００６１】
なお、波長については、８８０ｎｍ及び９７０ｎｍに限定する必要はないが、以下の条件を満たす必要がある。
【００６２】
近赤外領域の光を用いることである。この理由は、車載で運転中に使用する場合には、運転者の気を散らさないために不可視光でドライバの顔を照明することになるが、紫外領域の光を用いると眼に害を与えるおそれがあり望ましくないからである。
【００６３】
また、本実施の形態では、材質判定部１６のＨＤＤに、上記図７に示した分光反射率分布のデータが予め記憶されている。
【００６４】
次に、本実施の形態の材質判定装置３１０で実行されるドライバの肌部を判定する処理について説明する。
【００６５】
まず、車両の室内照明又は車外の環境からの光が、判定対象物に照射されて、判定対象物の反射光が、２つの金属膜３１２の各々を透過して、２つの受光部３１４によって受光される。このとき、金属膜３１２の孔の周期構造により、判定対象物の反射光のうち、２種類の波長（例えば、λ１＝８８０ｎｍとλ２＝９７０ｎｍ）の光の各々が、対応する金属膜３１２を透過する。
【００６６】
材質判定装置３１０の演算部３１６によって、２つの受光部３１４からの信号Ｖ（λ１）、Ｖ（λ２）が読み出され、２つの受光部３１４により読み出した信号の差（Ｖ（λ１）−Ｖ（λ２））を演算する。
【００６７】
肌の信号値の大小関係をＨＤＤに予め記憶しておき、記憶された信号値の大小関係と、信号の差の値とを比較することで、人の肌である否かを判定することができる。
【００６８】
例えば、Ｖ（λ１）−Ｖ（λ２）が正である場合には、判定対象物が人の肌であると判定し、正でない場合には、判定対象物が人の肌ではないと判定する。
【００６９】
このように、透過させる光の波長に応じて孔の周期構造が異なる２つの金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、２つの受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、より精度良く材質を判定することができる。
【００７０】
また、それぞれの波長に対応する２つの光源を用いる場合と比較して、２つの金属膜を透過した光を同時に受光することができ、時間ズレが生じることがないため、判定対象物が動いても正しく対象物の材質を判定することができる。
【００７１】
次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態〜第３の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
第４の実施の形態では、判定対象物へ光を照射するための光源を備えている点が、第３の実施の形態と異なっている。
【００７３】
図８に示すように、第４の実施の形態に係る材質判定装置４１０は、光源２１８と、光源制御部２１９と、２つの金属膜３１２と、２つの受光部３１４と、２つの受光部３１４について、光源２１８がオン状態であるときの信号の値とオフ状態であるときの信号の値の差を演算すると共に、これらの差を演算する演算部４１６と、演算部４１６の演算結果に基づいて、判定対象物の材質が、人の肌であるか否かを判定する材質判定部１６とを備えている。
【００７４】
演算部４１６は、光源制御部２１９により光源２１８がオン状態であるときに、２つの受光部３１４からの信号を読み出すと共に、光源制御部２１９により光源２１８がオフ状態であるときに、２つの受光部３１４からの信号を読み出す。演算部４１６は、一方の受光部３１４について、オン状態のときの信号の値から、オフ状態のときの信号の値を減算することにより、外乱光の影響を除去した分光強度を演算する。また、演算部４１６は、他方の受光部３１４について、オン状態のときの信号の値から、オフ状態のときの信号の値を減算することにより、外乱光の影響を除去した分光強度を演算する。演算部４１６は、一方の受光部３１４について演算された分光強度（８８０ｎｍの分光強度）と、他方の受光部３１４について演算された分光強度（９７０ｎｍの分光強度）との差を演算する。
【００７５】
材質判定部１６は、演算部４１６によって演算された８８０ｎｍと９７０ｎｍの分光強度の差の正負に基づいて、人の肌であるか否かを判定することが可能となる。
【００７６】
光源制御部２１９、演算部４１６、及び材質判定部１６は、１つのコンピュータにより構成してもよく、また、別個のコンピュータにより構成してもよい。
【００７７】
なお、第４の実施の形態に係る材質判定装置の他の構成及び作用については、第３の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７８】
次に、第５の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
第５の実施の形態では、２つの受光部からの信号を、各々異なる増幅度によって増幅させている点が、第３の実施の形態と異なっている。
【００８０】
図９に示すように、第５の実施の形態に係る材質判定装置５１０は、２つの金属膜３１２と、２つの受光部３１４と、２つの受光部３１４からの信号を各々増幅させる増幅器５１５と、２つの増幅器５１５から出力される信号の差を演算する演算部５１６と、材質判定部１６とを備えている。
【００８１】
２つの増幅器５１５による増幅度は、２つの金属膜３１２による透過させる波長の光の透過率と、２つの受光部３１４の受光素子２０における透過させる波長の光の感度とに基づいて、それぞれ透過させる波長の光の強度が同じ場合に、同じ信号の値となるように定められている。これによって、２つの金属膜３１２による透過させる波長の光の透過率の違いと、２つの受光部３１４の受光素子２０における透過させる波長の光の感度の違いとに基づく信号のばらつきを低減することができる。
【００８２】
なお、第５の実施の形態に係る材質判定装置の他の構成及び作用については、第３の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
次に、第６の実施の形態について説明する。なお、第５の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
第６の実施の形態では、判定対象物の複数部分について同時に判定している点が、第５の実施の形態と主に異なっている。
【００８５】
図１０に示すように、第６の実施の形態に係る材質判定装置６１０は、判定対象物からの光を集光するレンズ６１１と、レンズ６１１に対して対向するように並べられた複数種類の金属膜６１２と、複数種類の金属膜６１２の各々に対応して設けられ、レンズ６１１及び金属膜６１２を透過した光を受光して、受光量に応じた信号を出力する複数の受光部６１４と、複数の増幅器５１５と、複数の増幅器５１５からの信号について演算を行う演算部６１６と、演算部６１６の演算結果に基づいて、判定対象物の複数部分の材質が、人の肌であるか否かを判定する材質判定部６１８とを備えている。
【００８６】
レンズ６１１、金属膜６１２、受光部６１４、増幅器５１５、及び演算部６１６は、図１１に示すように、カメラ６２０を構成し、各画素に対応して、金属膜６１２、受光部６１４、及び増幅器５１５が設けられている。
【００８７】
カメラ６２０では、図１２（Ａ）に示すように複数の画素が２次元に配列され、各画素について、図１２（Ｂ）に示すように、４種類の金属膜６１２を対応させた４種類の受光部６１４を１セットとして配置する。また、各画素に対する４つの受光部６１４は、それぞれ、図１２（Ｃ）に示すように、受光素子２０と周辺回路２２とを備え、周辺回路２２は、増幅器５１５を含んで構成されている。各受光素子２０の上に、対応する種類の金属膜６１２が設置されている。
【００８８】
１つの画素に対する１セットには、６００ｎｍの光を透過させるように孔の周期構造が形成された金属膜６１２、７００ｎｍの光を透過させるように孔の周期構造が形成された金属膜６１２、８８０ｎｍの光を透過させるように孔の周期構造が形成された金属膜６１２、及び９７０ｎｍの光を透過させるように孔の周期構造が形成された金属膜６１２からなる４種類の金属膜６１２が配置されている。
【００８９】
本実施の形態において、対象物を車両のドライバとしてドライバの肌部を検出する場合を例に説明する。上記図７は肌の分光反射率を示すものである。肌の分光反射率について、波長６００ｎｍと７００ｎｍの分光反射率を比較すると、以下の関係になる。
６００ｎｍでの反射率＜７００ｎｍでの反射率
従って、各画素に対する各セットについて、演算部６１６によって演算される８８０ｎｍと９７０ｎｍの信号の差の正負、及び６００ｎｍと７００ｎｍの信号の差の正負に基づいて、人の肌であるか否かを判定することが可能となる。
【００９０】
また、本実施の形態では、材質判定部６１８のＨＤＤに、上記図７に示した分光反射率分布のデータが予め記憶されている。
【００９１】
次に、本実施の形態の材質判定装置６１０で実行されるドライバの肌部を判定する処理について説明する。
【００９２】
まず、車両の室内照明又は車外の環境からの光が、判定対象物に照射されて、判定対象物の反射光が、各画素に対応する４つの金属膜６１２の各々を透過して、各受光部６１４によって受光される。このとき、金属膜６１２の孔の周期構造により、判定対象物の反射光のうち、４種類の波長（例えば、λ１＝８８０ｎｍとλ２＝９７０ｎｍとλ３＝８００ｎｍとλ４＝９００ｎｍ）の光が、１セットとして配置される４つの金属膜３１２を透過する。
【００９３】
カメラ６２０の演算部６１６によって、各セットについて、波長λ１（＝８８０ｎｍ）及びλ２（＝９７０ｎｍ）に対応する２つの受光部６１４の各々からの信号Ｖ（λ１）、Ｖ（λ２）を読み出し、２つの受光部６１４により読み出した信号の差（Ｖ（λ１）−Ｖ（λ２））を演算すると共に、波長λ３（＝６００ｎｍ）及びλ４（＝７００ｎｍ）に対応する２つの受光部６１４の各々からの信号Ｖ（λ３）、Ｖ（λ４）を読み出し、２つの受光部６１４により読み出した信号の差（Ｖ（λ３）−Ｖ（λ４））を演算する。
【００９４】
肌の信号値の大小関係をＨＤＤに予め記憶しておき、各セットについて、記憶された信号値の大小関係と、信号の差の値とを比較することで、各セットに対応する判定対象物の複数部分について、人の肌である否かを同時に判定することができる。
【００９５】
例えば、Ｖ（λ１）−Ｖ（λ２）が正であり、Ｖ（λ３）−Ｖ（λ４）が負である場合には、判定対象物の当該部分が人の肌であると判定し、それ以外の場合には、判定対象物の当該部分が人の肌ではないと判定する。
【００９６】
また、各セットの判定結果を組み合わせることにより、肌領域が認識される。また、画素毎に対象物の材質が判断されるので、対象物の部位を判断することができる。
【００９７】
以上説明したように、第６の実施の形態に係る材質判定装置によれば、判定対象物の複数部分の材質を同時に判定することができる。
【００９８】
また、４種類の波長の信号を用いて、材質を判定しているため、精度良く材質を判定することができる。
【００９９】
また、本実施の形態のようにイメージセンサ化した場合（受光素子を多数配置した場合）であっても、光の入射角による透過波長のズレが少ないため、材質判定の性能を向上させることができる。
【０１００】
従来のフィルタは、膜の厚みによって透過させる波長を選択するが、基本的には光がフィルタに正面から入射した際に所望の特性になるように設計されているため、光が斜めに入射する場合には透過する波長が原理的に変わってしまう、という問題があった。この問題は、カメラなどのレンズによって幅広い画角を得る場合に特に顕著化するが、本実施の形態では、光の入射角による透過波長のズレが少ないため、光の入射角による問題が生じず、精度良く材質判定を行うことができる。
【０１０１】
また、本実施の形態のように、イメージセンサ化した場合に、膨大な複数種類の金属膜を同時に集積可能であるため、複数の材質を同時に判定することができる。また、材質の形状も同時に認識することができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、カメラの内部に演算部を設け、演算部が受光部と一体として構成される場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、カメラの外部に、演算部を設けるようにしてもよい。
【０１０３】
また、材質判定部が、カメラの外部に設けられている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、カメラの内部に、材質判定部を設けるようにしてもよい。
【０１０４】
次に、第７の実施の形態では、上記の材質判定装置の製造方法について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
第７の実施の形態に係る材質判定装置では、上記図１２（Ｃ）に示すように、受光素子２０と金属膜６１２が一体形成されている。
【０１０６】
材質判定装置の一体形成される受光素子２０及び金属膜６１２を含む半導体集積回路は、以下に説明するように、半導体プロセスにより製造される。なお、受光素子２０がＣＭＯＳ集積回路で構成される場合を例に説明する。
【０１０７】
まず、図１３（Ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板７００の表面に絶縁膜（シリコン酸化膜）７０２を形成した後、レジスト膜（感光性高分子膜）７０３をスピンコートし、ｎウェル領域７０４に紫外線を照射して、感光剤の効果でレジスト膜７０３をアルカリ液可溶性に変える。そして、図１３（Ｂ）に示すように、レジスト膜７０３を現像してｎウェル領域７０４を開口し、そこからｎウェル領域７０４にリン・イオンを注入する。
【０１０８】
そして、化学的気相成長法によってシリコン窒化膜７０６を堆積し、フォトリソグラフィ工程によってレジスト７０８を残し、図１３（Ｃ）に示すように、反応性イオン・エッチングを用いて、レジスト７０８をマスクとしてシリコン基板７００に溝（素子間分離領域）７０９を掘る。そして、素子間分離領域７０９に酸化膜７１０を形成し、その後、化学的気相成長法によって酸化膜を堆積すると共に、ウェハ表面を平坦してから、図１３（Ｄ）に示すように、ゲート酸化膜を形成し、また、多結晶シリコン膜７１２を堆積する。
【０１０９】
次に、図１３（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ工程を経て多結晶シリコン膜７１２のゲート電極パターンを形成する。そして、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ領域にひ素イオンを注入し、化学的気相成長法によってシリコン窒化膜を堆積する。また、反応性イオン・エッチング技術で異方性エッチングする。
【０１１０】
図１３（Ｆ）に示すように、エッチング後、ゲート電極７１２の側面には酸化膜７１４が残り、図１３（Ｇ）に示すように、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ部をレジスト７１６で保護し、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ領域に多量のひ素イオンを注入する。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ領域に多量のボロン・イオンを注入する。以上により、ＣＭＯＳ集積回路で構成される受光素子が製造される。
【０１１１】
次に、シリコン基板上に受光素子を構成するＣＭＯＳ集積回路が完成すると、それらを電気的に接続して所望の回路機能を製造する金属配線工程を行う。金属配線工程は、以下のように行われる。
【０１１２】
まず、図１４（Ａ）に示すように、ウェハ全面にシリコン酸化膜（絶縁膜）７２０を堆積し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を経て、図１４（Ｂ）に示すように、コンタクト孔７２２を開ける。その後、図１４（Ｃ）に示すように、Ａｌ（アルミニウム）を用いた金属膜７２４をウェハ全面に堆積し、フォトリソグラフィ技術により、金属配線のパターンを形成すると、コンタクト部から電気信号を取り出す金属配線が形成される。なお、信号線用の金属配線を製造する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、電源用の金属配線も同様に製造することができる。
【０１１３】
次に、図１５（Ａ）に示すように、絶縁膜７３０をウェハ全面に堆積して、金属配線が形成されたＣＭＯＳ集積回路の層の上に、絶縁膜７３０の層を形成し、図１５（Ｂ）に示すように、絶縁膜７３０の層の上に、金属配線工程の一部と同様に、Ａｌを用いた金属膜７３２の層を形成して、パターニングを行う。すなわち、金属膜７３２の堆積を行って、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングにより、金属膜６１２の孔のパターンを形成する。
【０１１４】
以上のように、半導体プロセスにより、材質判定装置の受光素子２０及び金属膜６１２が一体形成される。
【０１１５】
このように、金属配線を製造する工程の一部と同じ工程により、金属膜を製造することができるため、製造コストを増加させることなく、金属膜及び受光素子を一体形成することができる。また、半導体製造プロセスでの金属配線を利用して、金属膜を製造することができるため、製造コストを増加させることなく、金属膜及び受光素子を一体形成することができる。
【０１１６】
次に、第８の実施の形態に係る材質判定装置について説明する。
【０１１７】
第８の実施の形態では、金属部分が格子状に配置されるように金属膜が形成されている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【０１１８】
図１６に示すように、第８の実施の形態に係る材質判定装置の金属膜８１２は、例えばアルミニウムによって形成されており、複数の金属部分が正方格子状に配置されるように孔が形成されている。孔の大きさや周期（間隔）を変えることで、透過する光の波長が変化することから、透過させる光の波長に応じて孔の大きさ及び間隔が決定されており、また、孔の大きさを、透過させる波長より小さくするように形成されている。例えば、判定対象の材質である肌による光の反射特性を表わす波長８８０ｎｍの光を透過させるときの孔の大きさ及び間隔が実験的に求められ、求められた孔の大きさ及び間隔により、金属膜８１２の金属部分が周期的に形成されている。
【０１１９】
金属部分の形状は、例えば、四角形、円形、又は三角形である。なお、金属部分の形状は、これらの形状に特に限定されるものではないが、孔の形状によって透過効率などの種々の特性が変化する。また、正方格子状に金属部分が形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、三角格子状に金属部分が形成されていてもよいし、矩形格子状に金属部分が形成されていてもよい。
【０１２０】
また、上記の第７の実施の形態で説明した製造工程において、金属膜８１２の金属部分の周期構造が形成されるようにパターニングすればよい。
【０１２１】
なお、第８の実施の形態の他の構成及び作用については、上記第１の実施の形態〜第７の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１２２】
このように、判定対象物の材質における光の反射特性を表わす波長の光を透過させるように、複数の金属部分が正方格子状に配置されるように孔が形成された金属膜に、判定対象物からの光を透過させて、受光素子によって受光し、判定対象物の材質を判定することにより、簡易なフィルタを用いて、精度良く材質を判定することができる。
【０１２３】
なお、上記の第１の実施の形態〜第８の実施の形態では、金属膜がアルミニウムで形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、金属膜を銅で形成してもよい。この場合には、金属配線も、銅で製造すればよい。
【０１２４】
また、受光素子によって判定対象物からの反射光を受光する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、受光素子によって、判定対象物からの透過光を受光するようにしてもよい。この場合には、受光部により読み出した信号と、記憶されている判定対象物の材質による光の透過率データとを照合して、判定対象物の材質を判定すればよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０  材質判定装置
１２、２１２、３１２、６１２、８１２  金属膜
１４、３１４、６１４  受光部
１６、６１８  材質判定部
２０   受光素子
２１８  光源
２１９  光源制御部
３１６、４１６、５１６、６１６  演算部
５１５  増幅器
６１１  レンズ
６２０  カメラ
８１２  金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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