(57)【要約】【課題】本発明は、３Ｄ（三次元）撮像装置ならびに３Ｄ撮像装置を作製するための方法に関する。【解決手段】本発明は、光検出器（２）マトリクス（Ｍ）と、光検出器マトリクスの１つの面上に固定され光を吸収または反射することができる材料層（１）と、各光検出器（２）のところで該材料層内に形成される開口（３）と、光を吸収または反射することができる該材料層（１）上に固定されその本体において１セットのＧ個の導波路（５）を囲む面を有する絶縁材料の層（６）とを備え、導波路のセットの各導波路（５）が、開口（３）の反対側の該面に対して垂直に配置され、絶縁材料層の面に対して考えるとそれぞれの導波路の高さがＮ個の異なるレベルを画定する（Ｎは２以上の整数である）３Ｄ撮像装置に関する。【選択図】図８
2011097575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器（２）のマトリクス（Ｍ）を備えている３Ｄ撮像装置であって、
前記光検出器マトリクスの面の上に固定された第１の材料の層（１）であって、その面のいずれか１つに入射する光を反射または吸収することが可能であり、各光検出器（２）のところでその中に開口（３）が形成されている第１の材料層（１）と、
電気的絶縁材料で形成され、前記第１の材料の層（１）の上に固定された第１面を有し、Ｇが２以上の整数であるとして、その本体内で１セットのＧ個の導波路（５）を取り囲む第２の材料層（６）であって、前記Ｇ個の導波路のセットの各導波路（５）が、前記第２の材料層の前記第１の面とほぼ同一平面であり実質的に前記開口（３）に面して配置される第１端部と、前記第１の面の反対側にある前記第２の材料層の第２の面とほぼ同一平面である第２端部とを有し、各第２端部が前記第２の材料層の前記第２の面に入射する光に対するセンサ要素を形成し、Ｎが２以上かつＧ以下の整数であるとして、Ｎ個の別個の導波路の前記第２端部から前記第１端部を隔てる距離が互いに異なっている第２の材料層と、を備えていることを特徴とする３Ｄ撮像装置。
【請求項２】
前記導波路がナノワイヤである請求項１に記載の３Ｄ撮像装置。
【請求項３】
ＰおよびＱが２以上の整数であり（Ｐ×Ｑ＝Ｎｄ）、ＮｄがＮ以上の整数であるとして、Ｐ本のラインとＱ本の列の基本のサブマトリクスを形成するＮｄ個の隣接する光検出器のところに形成されたＮｄ個の開口の反対側にそれぞれ配置された少なくとも１セットのＮｄ個の導波路のＮｄ個の導波路が、前記第２の材料層の前記第１の面に対してＮ個の別個の高さを有するようにＧ個の導波路が前記光検出器マトリクスの面より上に分配されている、請求項１または２に記載の３Ｄ撮像装置。
【請求項４】
Ｎｄ個の導波路の各セットのＮｄ個の導波路が、前記Ｎｄ個の導波路の１つのセットから他のセットまで同一のパターンに従って分配される、請求項３に記載されかつ少なくとも２つのＮｄ個の導波路の別個の組立体を有する３Ｄ撮像装置。
【請求項５】
前記第１の材料層（１）が光を反射する金属層である、請求項１から４のいずれか一項に記載の３Ｄ撮像装置。
【請求項６】
３Ｄ撮像装置を作製する方法であって、
その面のいずれか１つにおいて入射光を反射または吸収することが可能な第１の材料層（１）が堆積される１つの面の上に光検出器（２）のマトリクス（Ｍ）で構成される第１の構造体（Ｄ１）を形成し、各光検出器（２）のところで前記第１の材料層内に開口（３）が形成されるステップと、
電気的絶縁材料（６）の第２の層で被覆されたナノワイヤ（５）が固定される、シリコン・オン・インシュレータ型基板（Ｓ）で構成された第２の構造体（Ｄ２）を形成するステップであって、前記ナノワイヤが、前記第１の材料層（１）内に形成された前記開口（３）が分配されているのと実質的に同一の様式で前記シリコン・オン・インシュレータ型基板上に分配され、かつ前記材料層（６）の平坦な面と同一平面にあるステップと、
前記第２の材料層の前記平坦な面と同一平面にある前記ナノワイヤの端部が前記開口（３）と対向して配置されるように、前記第１の構造体（Ｄ１）の上に前記第２の構造体（Ｄ２）を装着するステップと、
前記シリコン・オン・インシュレータ型基板および前記ナノワイヤが被覆される前記材料層をエッチングするステップであって、最初に前記シリコン・オン・インシュレータ型基板を除去し、次に前記ナノワイヤが被覆されるＮ個の異なるレベルの前記第２の材料層を形成し、Ｎ個の異なるレベルによって、互いに異なる高さを有するＮ個の別個のナノワイヤをそれぞれ画定することが可能になり、Ｎが２以上の整数である、ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記第１の構造体（Ｄ１）を形成するステップが、
前記光検出器（２）のマトリクス（Ｍ）の前記面の上に前記第１の材料層（１）を堆積するステップと、
前記光検出器（２）のところに形成される前記開口（３）を形成するために前記第１の材料層（１）をエッチングするステップとを含む、請求項６に記載の３Ｄ撮像装置を作製する方法。
【請求項８】
前記第２の構造体（Ｄ２）を形成するステップが、
前記シリコン・オン・インシュレータ型基板（Ｓ）上に金属層を堆積するステップと、
前記開口（３）が前記光検出器マトリクス上に分配されているのと実質的に同一の様式で、前記シリコン・オン・インシュレータ型組立体（Ｓ）上に分配された１セットのメタルコンタクト（４）を形成するために前記金属層をエッチングするステップと、
前記メタルコンタクト（４）からのナノワイヤ（５）成長のステップと、
前記ナノワイヤ（５）を全て被覆するために前記シリコン・オン・インシュレータ型基板（Ｓ）上に第２の材料層（６）を堆積するステップと、
前記ナノワイヤが前記第２の材料層（６）の表面と同一平面となるように、前記メタルコンタクト（４）を除去し前記表面を平らにするために前記第２の材料層（６）を平坦化するステップとを含む、請求項６または７に記載の３Ｄ撮像装置を作製する方法。
【請求項９】
三次元物体（Ｏｂ）の体積画像（Ｉ（Ｏｂ））を形成することができる要素を備える３Ｄ撮像システムであって、前記体積画像のところに配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の３Ｄ撮像装置をさらに備えていることを特徴とする３Ｄ撮像システム。
【請求項１０】
三次元物体の体積画像を形成することができる前記要素がレンズである、請求項９に記載の３Ｄ撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ（三次元）撮像装置ならびに３Ｄ撮像装置を作製するための方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、三次元物体の体積画像を形成することができる要素と、本発明による３Ｄ撮像装置とを備える３Ｄ撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、例えば映画およびテレビ機器、写真用デバイス、遠隔監視、遠距離計測、生物学的および医療用撮像など多くの分野に適用可能である。
【０００４】
３Ｄ撮像を行なうためのいくつかの方法が従来技術より知られている。
【０００５】
これらの方法のうち最もよく知られているのは立体視である。立体視は、間隔を空けてわずかに互い違いに配置された２つの同一の撮像システムの使用に基づいて、それぞれの撮像システムが観察した景色の像を出力する。次いで撮像システムによって出力された２つの画像から３Ｄ画像が構築される。立体視の欠点は、２つのセンサを使用する必要があることである。２つのセンサは実際大きくて扱いにくい組立体を形成し、そのそれぞれの位置を較正するのに注意を要する。
【０００６】
２つのセンサを使用する欠点を補うために、１つの既知の方法、すなわち自動立体視は、マイクロレンズを装備した検出器のマトリクスで構成された単一のセンサを使用して３Ｄ画像を生成することで成り立っており、マイクロレンズを装備した検出器のマトリクスそれ自体が、支持体の中に配置された１つのレンズによって完全に覆われている。このようなセンサの欠点は、それを構成する様々な要素の組み立てに注意を要することである。
【０００７】
別の方法はレンズの被写界深度を使用することに基づいている。この方法の原理は、調べようとする物体を徹底的に解像するためにレンズの像面の位置を変えることで成り立っている。そのためには、レンズを移動し、物体の様々な像面を再構成する。この方法の１つの欠点は、それを実装するのが極めて複雑であることである。
【０００８】
本発明による３Ｄ撮像装置は、従来技術の上記の欠点がない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
当然のことながら本発明は、
−光検出器マトリクスの面の上に固定された第１の材料の層であって、その面のいずれか１つに入射する光を反射または吸収することが可能であり、各光検出器のところでその中に開口が形成される第１の材料層と、
−電気的絶縁材料で形成され、第１の材料の層の上に固定された第１面を有し、Ｇが２以上の整数であるとして、その本体内で１セットのＧ個の導波路を取り囲む第２の材料層であって、Ｇ個の導波路のセットの各導波路が、第２の材料層の第１の面とほぼ同一平面であり実質的に開口に面して配置される第１端部と、第１の面の反対側にある第２の材料層の第２の面とほぼ同一平面にある第２端部とを有し、各第２端部が第２の材料層の第２の面に入射する光に対するセンサ要素を形成し、Ｎが２以上のかつＧ以下の整数であるとして、Ｎ個の別個の導波路の第２端部から第１端部を隔てる距離が互いに異なる、第２の材料層とを備えることを特徴とする光検出器マトリクスを備える３Ｄ撮像装置に関する。
【００１０】
「その面のいずれか１つにおいて光を反射または吸収することが可能な材料層」とは、反射および／または吸収によってその面のいずれか１つに入射する光の透過を阻止する材料の層を指している。
【００１１】
「第２端部が第２の材料層の第２の面に入射する光に対するセンサ要素を形成する」とは、導波路の第２端部が、これにより入射光の一部が誘導装置内に結合される誘導装置の入り口を構成することを意味する。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によると、導波路は、メタルコンタクトの成長によって形成されるナノワイヤである。しかしながら本発明は、例えばその屈折率が層の屈折率より大きい物質が充填された層のイオン交換またはエッチングなどの（例えばＣＶＤ、すなわち化学堆積法を使用するタイプ）超小型電子技術で既知の他の技法を使用して形成される他のタイプの導波路にも関係する。
【００１３】
本発明のさらに別の付加的特徴によると、ＰおよびＱが２以上の整数であり（Ｐ×Ｑ＝Ｎｄ）、ＮｄがＮ以上の整数であるとして、Ｐ本のラインとＱ本の列の基本のサブマトリクスを形成するＮｄ個の隣接する光検出器のところに形成されたＮｄ個の開口の反対側にそれぞれ配置された少なくとも１セットのＮｄ個の導波路のＮｄ個の導波路が、第２の材料層の第１の面に対してＮ個の別個の高さを有するようにＧ個の導波路が光検出器マトリクスの面より上に分配される。
【００１４】
本発明のさらに別の付加的特徴によると、光検出器マトリクスがＮｄ個の導波路の複数の別個の組立体を有するとき、Ｎｄ個の導波路の各セットのＮｄ個の導波路がＮｄ個の導波路の１つのセットから他のセットまで同一のパターンに従って分配される。
【００１５】
本発明はまた、
−その面のいずれか１つにおいて入射光を反射または吸収することが可能な第１の材料層が堆積される１つの面の上に光検出器マトリクスで構成される第１の構造体を形成し、各光検出器のところで第１の材料層内に開口が形成されるステップと、
−電気的絶縁材料の第２の層で被覆されたナノワイヤが固定される、シリコン・オン・インシュレータ型基板で構成された第２の構造体を形成するステップであって、ナノワイヤが、第１の構造体の第１の材料層の中に形成された開口が分配されているのと実質的に同一の形でシリコン・オン・インシュレータ型基板上に分配され、かつ材料層の平坦な面と同一平面にあるステップと、
−第２の材料層の平坦な面と同一平面にあるナノワイヤの端部が該開口と対向して配置されるように、第１の構造体の上に第２の構造体を装着するステップと、
−シリコン・オン・インシュレータ型基板およびナノワイヤが被覆される材料層をエッチングするステップであって、最初にシリコン・オン・インシュレータ型基板を除去し、次にナノワイヤが被覆されるＮ個の異なるレベルの第２の材料層を形成し、Ｎ個の異なるレベルによって、互いに異なる高さを有するＮ個の別個のナノワイヤをそれぞれ画定することが可能になり、Ｎが２以上の整数である、ステップとを含むことを特徴とする３Ｄ撮像装置を作製する方法に関する。
【００１６】
本発明による方法の１つの付加的特徴によると、第１の構造体を形成するステップは、
−光検出器マトリクスの面の上に第１の材料層を堆積するステップと、
−光検出器のところに形成される開口を作製するために第１の材料層をエッチングするステップとを含む。
【００１７】
本発明のさらに別の付加的特徴によると、第２の構造体を形成するステップは、
−シリコン・オン・インシュレータ型基板上に金属層を堆積するステップと、
−開口が光検出器マトリクス上に分配されているのと実質的に同一の形でシリコン・オン・インシュレータ型の組立体上に分配された１セットのメタルコンタクトを形成するために金属層をエッチングするステップと、
−メタルコンタクトからのナノワイヤ成長のステップと、
−ナノワイヤを全て被覆するためにシリコン・オン・インシュレータ型基板上に第２の材料層を堆積するステップと、
−ナノワイヤが第２の材料層の表面と同一平面になるように、メタルコンタクトを除去し該表面を平らにするために第２の材料層を平坦化するステップとを含む。
【００１８】
本発明はまた、三次元物体の体積画像を形成することができる要素を備え、それはまた体積画像のところに配置される本発明による３Ｄ撮像装置を備えることを特徴とする３Ｄ撮像システムに関する。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行なわれる以下の記載を考慮することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示す図である。
【図８】本発明による３Ｄ撮像装置の作動を示す図である。
【図９】本発明による３Ｄ撮像システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
全ての図面において同一の参照番号は同一の要素を示す。
【００２２】
図１から図７は、導波路がナノワイヤである本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の連続するステップを示している。
【００２３】
図１は、本発明の好ましい実施形態による３Ｄ撮像装置を作製するための方法の最初のステップを示す。
【００２４】
作製方法の最初のステップは、入射光を反射または吸収することができる、例えばアルミニウムの層である材料の層１を光検出器２のマトリクスＭの上に堆積するステップで成り立っている。光検出器２は、例えばシリコン内に形成されたＰＮ接合、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ボロメータなどである。層１の厚さｅは例えば１００ｎｍに等しい。
【００２５】
層１はその後、各光検出器２の上に例えばその寸法が１５０ｎｍ×１５０ｎｍに等しい開口３を形成するためにそれ自体既知の方法でエッチングされる（図２を参照のこと）。距離ｄは例えば５μｍに等しく、２つの隣接する光検出器の上に形成された２つの開口を隔てている。第１の装置Ｄ１がその後形成される。
【００２６】
３番目のステップは、シリコン・オン・インシュレータ型基板、より一般的にはＳＯＩ基板上に１セットのメタルコンタクトを形成するステップで成り立っている。図３はこの３番目のステップを示す。例えば金の層である金属層が、シリコンＳｉ基板、ＳｉＯ２の絶縁層およびシリコンＳｉの薄層を重ね合わせることによって形成されたＳＯＩ基板Ｓの上に堆積される。金属層は次いで、コンタクト４を形成するためにそれ自体既知の方法でエッチングされる。先行するステップ２においてアルミニウムの層内に形成された開口３が分配されているのと実質的に同一の形で、コンタクト４がＳＯＩ基板の表面に分配される。したがって２つの隣接するコンタクト４は、２つの隣接する開口３を軸から軸に隔てる（図２を参照のこと）距離ｄとほぼ等しい距離によって軸から軸に隔てられる（図３を参照のこと）。コンタクト４の横断面は、開口の表面に適合するように選択される。したがって寸法１５０ｎｍ×１５０ｎｍの開口３に対して、コンタクト４の横断面は例えば１００ｎｍに等しくなる。
【００２７】
ＳＯＩ基板上にコンタクト４を形成した後にナノワイヤ成長ステップが続く。ナノワイヤ成長ステップは、ＶＬＳ（気相液相固相）法を使用してそれ自体既知の方法で行なわれる。図４は、ナノワイヤ成長ステップの結果を示す。ナノワイヤ５の高さｈは好ましくは１００ｎｍから１００μｍの間（例えば５０μｍ）であり、その直径Ｗは好ましくは５０ｎｍと３μｍの間である。ナノワイヤを構成する材料は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはシリコン（Ｓｉ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）などである。
【００２８】
ナノワイヤが形成されると、例えばＳｉＯ２の層である電気的絶縁材料の層６が、ＳＯＩ基板のシリコン層上に堆積される（図５を参照のこと）。層６は、このシステムが作動する導波路内でのその低吸収によって特徴付けられる（典型的には誘電タイプの材料）。低吸収とは、屈折率の虚数部分の絶対値が０．０１より小さい物質を指す。
【００２９】
ナノワイヤ５はその後、電気的絶縁材料の層６によって被覆される。コンタクト４を除去し層の表面を平坦にするために、層６に対して化学機械研磨または平坦化が行なわれる。ナノワイヤの端部はその後層６の表面と同一平面になる。このように第２の装置Ｄ２が形成される。
【００３０】
上記に記載したステップの終わりに得られた２つの装置Ｄ１およびＤ２はその後（図２に示される装置と図５に示される装置を参照のこと）、層６の表面と同一平面にあるナノワイヤ５の端部が開口３に対向して配置されるように組み立てられ、ナノワイヤ５は開口３に対してほぼ中央に配置される（図６を参照のこと）。装置Ｄ１とＤ２の組み立ては、例えば使用される導波路において透過性の接着剤を使用してそれ自体既知の方法で行なわれる。装置Ｄ１とＤ２の組立体から生じた装置Ｄ３がその後エッチングされる。このエッチングにおいて、ＳＯＩ基板が除去され、ナノワイヤ５と、ナノワイヤを覆う絶縁層６とによって形成されたブロックがＮ個の別個のレベルでエッチングされ、Ｎは好ましくは１０から２０の間の整数である（しかしながら整数Ｎは必要であれば、２から１０の間または２０を超える任意の他の値を取ることができる）。図７では例えば４つのレベルがある。Ｎ個のレベルは、最初のレベル（列１レベル）とＮ番目のレベル（列Ｎレベル）の間に均一に分配されてもされなくてもよい。絶縁層６のＮ個のレベルはしたがって、絶縁層６に入射する光に対するＮ個の異なる感知レベルを形成する。Ｎ個のレベルは、例えば５００μｍに等しい深さにわたって分配することができる。図７を参照する非制限的な例として、４つの平行な面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、４つの異なる感知レベルを表している。
【００３１】
本発明の第１の実施形態において、様々なレベルの高さ（すなわちナノワイヤの高さ）が不規則に分配される。その後その目的に合わせて３Ｄ装置のエッチングに使用されるマスクが設計される。
【００３２】
本発明の第２の実施形態において、光検出器は、光検出器のブロックまたは基本サブマトリクスによって共にグループ分けされる。基本サブマトリクスはその後Ｐ本のラインとＱ本の列にわたって分配されたＮｄ個の光検出器を備え、ＰおよびＱが２以上の整数であり（Ｐ×Ｑ＝Ｎｄ）、ＮｄがＮ以上の数である。各基本サブマトリクスのＮｄ個の光検出器に関連するＮｄ個のナノワイヤの高さが、Ｎ個の異なる平行な検出面を画定する。
【００３３】
図８は、図７に示される撮像装置の作動を示す。光検出器２および光検出器２の上に直接位置するナノワイヤ５によって、撮像装置の基本の検出器が形成される。光を反射または吸収することができる材料の層１が、該光が光検出器に直接到達するのを阻止する。絶縁材料の層６の表面と同一平面にあるナノワイヤ５の各端部は、層６に入射する光の一部に対する感知要素である。このように、ナノワイヤ５はそれぞれ、集束された光が伝播する導波路を構成する。その後光検出器２に到達する光子ｐｈは、光検出器２の上に直接位置するナノワイヤ５内を伝播するものだけである。導波路の長さ（すなわちナノワイヤの高さ）が、像の一部が切断される面を決定する。
【００３４】
撮像装置を使用する前に、撮像装置から既知の距離のところに配置された既知の寸法の物体の像が形成される較正ステップによって有利には、本発明による撮像装置によって光検出器ごとに検出され得る深さを決定することが可能になる。較正の結果は有利には記憶され、それが何であれ撮像される任意の物体の位置を決定するために後に使用される。ナノワイヤのおかげで、本発明の撮像装置は、像面を分離するのに極めて選択性があることが観察される。
【００３５】
図９は本発明による３Ｄ撮像装置を示す。撮像システムＩは、物体Ｏｂの像Ｉ（Ｏｂ）を形成することができる要素Ｌと、本発明の装置による撮像装置Ｉｍとを備える。要素Ｌは例えばレンズである。様々な物体平面によって撮像装置Ｉｍにおいて像Ｉ（Ｏｂ）が形成される。
【符号の説明】
【００３６】
１  材料層
２  光検出器
３  開口
４  メタルコンタクト
５  ナノワイヤ
６  絶縁層
【図１】
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【図２】
2011097575.tif 000004
【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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【外国語明細書】
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