(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる２つのフォトディテクタを有する複数の画素を備えるセンサアレイと、
前記複数の画素の中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられ、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体とを備えることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記散乱体は、前記センサアレイの入射面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記センサアレイとは別に設けられ、入射光を透過する基板を備え、
前記散乱体は、前記基板上に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記複数の画素は、複数の有効画素と、前記有効画素以外の複数の画素とを含み、
前記散乱体は、前記有効画素以外の複数の画素の中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられ、
前記有効画素以外の複数の画素の中の前記散乱体が対応する位置に設けられている画素以外の画素に対応する位置に設けられ、入射光を遮断する遮光体を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記遮光体は、前記センサアレイの入射面に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記センサアレイとは別に設けられ、入射光を透過する基板を備え、
前記遮光体は、前記基板上に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる２つのフォトディテクタを有する複数の画素を備えるセンサアレイと、
前記複数の画素の中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられ、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体とを備えるイメージセンサと、
前記イメージセンサに接続された制御演算部とを備え、
前記制御演算部は、
前記散乱体が対応する位置に設けられている画素の周囲の画素に備えられる前記２つのフォトディテクタの一方のフォトディテクタの出力に基づいて前記散乱体が対応する位置に設けられている画素の他方のフォトディテクタの出力を推定し、これを前記センサアレイの各画素の他方のフォトディテクタからの出力に合成するとともに、前記散乱体が対応する位置に設けられている画素の周囲の画素に備えられる他方のフォトディテクタからの出力を、同一画素に備えられる一方のフォトディテクタの出力に基づいて補正することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサ及び撮像装置としては、例えば量子井戸型赤外線フォトディテクタ（ＱＷＩＰ；Quantum Well Infrared Photodetector）や量子ドット型赤外線フォトディテクタ（ＱＤＩＰ；Quantum Dot Infrared Photodetector）などの量子型赤外線フォトディテクタによって各画素を構成した赤外線イメージセンサ及びこれを備える赤外線撮像装置がある。
【０００３】
このようなイメージセンサ及び撮像装置では、近年、高解像度化の需要が高まっている。
その一方で製造プロセスの不具合や結晶欠陥は一定の割合で発生するため、画素の増加に伴い、イメージセンサの一部に正常に動作しない不良画素（欠陥画素）を含む確率が増加している。
【０００４】
イメージセンサにおいて、不良画素による画像情報の一部の欠落は致命的な欠陥となることが多いため、高解像度のイメージセンサの歩留まりは非常に低くなり、コスト上昇の主要な要因の一つとなっている。
不良画素による画像情報の欠落を補う手法としては、例えば、不良画素の周辺の画素からの情報（データ；出力）に基づいて不良画素の情報を内挿する手法、不良画素に隣接する正常な画素の情報で不良画素の情報を置き換える手法などがある。これを第１の手法という。
【０００５】
また、他の手法としては、例えば、イメージセンサの正規画素エリア外に予備画素を配置し、不良画素に入射する光をこれに隣接する画素に入射させ、順次、隣接する画素にシフトさせて入射させることで、入射光を予備画素に導入するようにした冗長化手法がある。これを第２の手法という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１３４１８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Leonard Chen et al., “Overview of advances in high performance ROIC designs for use with IRFPAs”, Proceedings of SPIE, Vol.4028(2000), pp.124-138
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の第１の手法では、不良画素による画像情報の欠落を補っているものの、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報の欠落は依然として残っており、本質的な解決にはなっていない。
また、上述の第２の手法では、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られるものの、不良画素に入射する光を順次隣接する画素にシフトさせて正確に予備画素に導入する必要があるため、冗長化のプロセスが複雑である。また、イメージセンサに複数の不良画素が存在する場合、即ち、一の不良画素に入射する光を順次隣接する画素にシフトさせる際に隣接する画素に他の不良画素が存在する場合には対応することができない。
【０００９】
そこで、複数の不良画素が存在する場合であっても、簡易な冗長化プロセスで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られるようにし、不良画素による画像情報の欠落を防止して、歩留まりを向上させたい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本イメージセンサは、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる２つのフォトディテクタを有する複数の画素を備えるセンサアレイと、複数の画素の中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられ、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体とを備えることを要件とする。
本撮像装置は、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる２つのフォトディテクタを有する複数の画素を備えるセンサアレイと、複数の画素の中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられ、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体とを備えるイメージセンサと、イメージセンサに接続された制御演算部とを備え、制御演算部は、散乱体が対応する位置に設けられている画素の周囲の画素に備えられる２つのフォトディテクタの一方のフォトディテクタの出力に基づいて散乱体が対応する位置に設けられている画素の他方のフォトディテクタの出力を推定し、これをセンサアレイの各画素の他方のフォトディテクタからの出力に合成するとともに、散乱体が対応する位置に設けられている画素の周囲の画素に備えられる他方のフォトディテクタからの出力を、同一画素に備えられる一方のフォトディテクタの出力に基づいて補正することを要件とする。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本イメージセンサ及び撮像装置によれば、複数の不良画素が存在する場合であっても、簡易な冗長化プロセスで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られ、これにより、不良画素による画像情報の欠落を防止して、歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のイメージセンサの構成及び各画素からの出力を示す模式図である。
【図２】第１実施形態のイメージセンサの構成を示す模式図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかるイメージセンサの読出回路チップの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態のイメージセンサに設けられる散乱体の構成例を示す模式的断面図である。
【図５】第１実施形態のイメージセンサのセンサアレイの構成を示す模式的断面図である。
【図６】第１実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態の撮像装置の制御演算部において用いられる予め求められたＱＷＩＰ及びＱＤＩＰの感度分布を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｊ）は、第１実施形態の撮像装置の制御演算部による処理について説明するための図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｈ）は、第１実施形態の撮像装置の制御演算部による処理について説明するための図である。
【図１０】第１実施形態のイメージセンサに設けられる散乱体の設置場所の変形例を示す模式的断面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態のイメージセンサの構成を示す模式図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１２】第２実施形態のイメージセンサに設けられる散乱体及び遮光体の設置場所の変形例を示す模式的平面図である。
【図１３】第２実施形態のイメージセンサに設けられる散乱体及び遮光体の設置場所の他の変形例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置は、例えば赤外線フォトディテクタによって各画素を構成した赤外線イメージセンサ及びこれを備える赤外線撮像装置である。
本赤外線撮像装置は、図２に示すように、赤外線イメージセンサ１と、信号処理及び各種制御を行なう制御演算部２と、撮像された画像を表示するモニタ３とを備える。
ここで、本赤外線イメージセンサ１は、複数の画素８を備えるセンサアレイ４と、複数の画素８のそれぞれに接続された読出回路や駆動回路を含む読出回路チップ５とを備える。そして、センサアレイ４と読出回路チップ５とは、導電性の金属バンプ電極６（ここではＩｎバンプ電極）を介して接続されている。つまり、センサアレイ４と読出回路チップ５とはフリップチップボンディングによって接合されている。
【００１５】
また、本実施形態では、センサアレイ４及び読出回路チップ５を含む赤外線イメージセンサ１は、冷却系７０によって冷却されるようになっている。つまり、本赤外線イメージセンサ１は、冷却型赤外線イメージセンサである。
このうち、センサアレイ４は、赤外線の入射量に応じて光電流を発生する赤外線フォトディテクタによって構成される複数の画素８が二次元に配列されている二次元センサアレイである。
【００１６】
ここでは、センサアレイ４は、赤外線フォトディテクタ７としてＱＤＩＰ７Ａを備える量子ドット型センサアレイ（ＱＤＩＰセンサアレイ）である。また、後述するように、センサアレイ４は、赤外線フォトディテクタ７としてＱＷＩＰ７Ｂも備えるため、量子井戸型センサアレイ（ＱＷＩＰセンサアレイ）でもある。このため、本赤外線イメージセンサ１を、量子型赤外線イメージセンサともいう。
【００１７】
なお、イメージセンサ１を、画像センサともいう。センサアレイ４を、量子型センサアレイ、赤外線検知素子アレイ、センサ素子アレイ、撮像素子アレイ、受光素子アレイ、フォトディテクタアレイ、赤外線焦点面アレイ（ＩＲＦＰＡ）、ＱＤＩＰ焦点面アレイ（ＱＤＩＰ−ＦＰＡ）、又は、ＱＷＩＰ焦点面アレイ（ＱＷＩＰ−ＦＰＡ）ともいう。また、赤外線フォトディテクタ７を、量子型赤外線フォトディテクタ、赤外線検知素子、赤外線センサ、受光素子、感光素子、センサ素子、又は、フォトセンサともいう。
【００１８】
読出回路チップ５は、赤外線が入射して各赤外線フォトディテクタ７に流れた電流量に応じた出力電圧を順次読み出すものである。ここで、読出回路チップ５は、例えばＳｉ基板上に形成されており、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、読出回路１７として、画素毎に設けられた複数の駆動回路１５と、各駆動回路１５の出力を順次読み出すための切替回路１６とを備える。ここでは、読出回路チップ５には、さらに、ＡＤコンバータ１８が集積されている。
【００１９】
なお、読出回路チップ５は、読出回路アレイ、あるいは、Ｓｉ集積回路チップともいう。また、読出回路１７は、ＲＯＩＣ（readout integrated circuit）、あるいは、信号処理回路ともいう。また、ＡＤコンバータ１８を、アナログ・デジタル変換回路、ＡＤ変換回路、あるいは、ＡＤ回路ともいう。また、駆動回路１５をセンサアレイ駆動回路ともいう。
【００２０】
ここで、複数の駆動回路１５は、センサアレイ４の各画素８のそれぞれにバンプ電極６を介して接続されている。駆動回路１５は、赤外線が入射することによって各赤外線フォトディテクタ７に流れる電流を、時間で積分し、電圧に変換して出力する積分回路である。
ここでは、駆動回路１５は、キャパシタ１９（積分容量）と、キャパシタ１９を赤外線フォトディテクタ７に接続するためのスイッチ２０（トランジスタ）と、キャパシタ１９をバイアス電源に接続するためのスイッチ２１（トランジスタ）とを備える。つまり、駆動回路１５は、バンプ電極６を介して赤外線フォトディテクタ７の一側（ここではＱＤＩＰ７Ａ又はＱＷＩＰ７Ｂの一側）に接続されたスイッチ２０と、バイアス電源に接続されたスイッチ２１と、これらのスイッチ２０、２１に接続されたキャパシタ１９とを備える。そして、キャパシタ１９及びスイッチ２０、２１のそれぞれの端子を接続した接点Ｘに出力端子２２が接続されている。なお、赤外線フォトディテクタ７の他側（ここではＱＤＩＰ７Ａ又はＱＷＩＰ７Ｂの他側）には共通電極としてのバンプ電極６が接続されている。
【００２１】
また、各駆動回路１５の出力端子２２には、切替回路１６が接続されている。
つまり、切替回路１６は、複数のソースフォロワトランジスタ２３と、複数の行選択トランジスタ２４と、複数の行線２５と、複数の列線２６と、複数の列選択トランジスタ２７と、読み出し線２８と、負荷トランジスタ２９と、増幅器３０と、垂直走査シフトレジスタ３１と、水平走査シフトレジスタ３２とを備える。そして、各ソースフォロワトランジスタ２３のゲート端子に、それぞれ、各駆動回路１５の出力端子２２が接続されている。
【００２２】
なお、列線２６及び読み出し線２８を、出力線ともいう。また、増幅器３０を、最終出力段増幅器、出力アンプ、電圧バッファ、ＤＣアンプ、あるいは、インピーダンス変換回路ともいう。また、行選択トランジスタ２４を、垂直選択スイッチともいう。また、列選択トランジスタ２７を、水平選択スイッチともいう。
ここで、ソースフォロワトランジスタ２３は、ゲート端子に駆動回路１５の出力端子２２が接続されており、駆動回路１５の出力に応じて動作するようになっている。なお、各ソースフォロワトランジスタ２３のドレイン端子は、図示しない電源に接続されており、電源電圧が供給されている。
【００２３】
各行選択トランジスタ２４は、複数のソースフォロワトランジスタ２３のソース端子のそれぞれに接続されている。また、各行線２５は、それぞれ、各行の行選択トランジスタ２４のゲート端子に接続されている。
各列線２６は、行選択トランジスタ２４を介してソースフォロワトランジスタ２３に接続されている。つまり、各列線２６は、それぞれ、行選択トランジスタ２４を介して、各列のソースフォロワトランジスタ２３に接続されている。また、各列選択トランジスタ２７は、複数の列線２６のそれぞれに接続されている。さらに、読み出し線２８は、全ての列選択トランジスタ２７に接続されている。
【００２４】
垂直走査シフトレジスタ３１は、全ての行線２５に接続されており、各行線２５を順次駆動し、各行線２５に接続されている行選択トランジスタ２４の導通・非導通制御を行なうようになっている。また、水平走査シフトレジスタ３２は、全ての列選択トランジスタ２７に接続されており、各列選択トランジスタ２７を順次駆動し、各列選択トランジスタ２７の導通・非導通制御を行なうようになっている。
【００２５】
読み出し線２８は、一方が増幅器３０を介して出力端子ＶＯＵＴに接続されており、他方が負荷トランジスタ２９を介してグランド電位（ＧＮＤ）に接続されている。
そして、制御演算部２から画素の選択信号が入力され、垂直走査シフトレジスタ３１によって行線２５が選択されると、選択された行線２５に接続された行選択トランジスタ２４は導通状態（オン状態）となる。行選択トランジスタ２４が導通状態となると、各赤外線フォトディテクタ７からの出力信号が、駆動回路１５、ソースフォロワトランジスタ２３及び行選択トランジスタ２４を介して、列線２６に出力される。
【００２６】
一方、制御演算部２から画素の選択信号が入力され、水平走査シフトレジスタ３２によって列選択トランジスタ２７が選択されると、選択された列選択トランジスタ２７は導通状態（オン状態）となる。列選択トランジスタ２７が導通状態となると、上述のようにして各列線２６に出力されている出力信号が、列選択トランジスタ２７を介して読み出し線２８に出力される。読み出し線２８に出力された出力信号は増幅器３０を介して出力端子ＶＯＵＴに出力される。
【００２７】
そして、本実施形態では、切替回路１６の出力端子ＶＯＵＴにＡＤコンバータ１８が接続されており、切替回路１６からの出力信号であるアナログ電気信号がデジタル電気信号に変換され、デジタル電気信号が読出回路チップ５から制御演算部２へ出力されるようになっている。
また、上述の赤外線イメージセンサ１に備えられる読出回路チップ５には、図２に示すように、制御演算部２が接続されている。そして、読出回路チップ５からの出力信号は、制御演算部２へ送られ、制御演算部２で信号処理されるようになっている。
【００２８】
ここで、制御演算部２は、コンピュータやコントローラによって構成される。この制御演算部２は、駆動回路や信号処理回路を含み、センサアレイ４に含まれる各赤外線フォトディテクタ７を駆動するための電力や駆動パルス等を出力するとともに、各赤外線フォトディテクタ７からの出力信号の処理を行ない、モニタ３へ画像信号（画像情報）を出力するようになっている。
【００２９】
ところで、本実施形態では、不良画素による画像情報の欠落を防止して歩留まりを向上させるために、赤外線イメージセンサ１を以下のように構成し、制御演算部２において以下のような処理を行なうようにしている。
つまり、まず、図１に示すように、センサアレイ４を、各画素８を構成する赤外線フォトディテクタ７として、上述のＱＤＩＰ７Ａに加え、冗長用赤外線フォトディテクタ（予備センサ）としてＱＷＩＰ７Ｂを備えるものとしている。つまり、センサアレイ４を構成する各画素８を、ＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂを画素８の高さ方向に集積させた構造を有するものとしている。なお、ここでは、センサアレイ４の入射面４Ａ側から順にＱＤＩＰ７Ａ、ＱＷＩＰ７Ｂを設けているが、これに限られるものではなく、逆に、センサアレイ４の入射面４Ａ側から順にＱＷＩＰ７Ｂ、ＱＤＩＰ７Ａを設けても良い。また、ＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂは、それぞれ、上述のような駆動回路１５を含む読出回路１７に接続され、別々に駆動され、出力信号が読み出されるようになっている。なお、駆動回路１５がＱＤＩＰ７Ａに接続される場合、駆動回路１５はＱＤＩＰ駆動回路として機能し、駆動回路１５がＱＷＩＰ７Ｂに接続される場合、駆動回路１５はＱＷＩＰ駆動回路として機能する。
【００３０】
ここで、ＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂは、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる赤外線フォトディテクタである。このため、センサアレイ４は、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる２つの赤外線フォトディテクタ７によって各画素８を構成したセンサアレイである。
ここでは、センサアレイ４を構成する各画素８を、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる量子ドット層７ａと量子井戸層７ｂとを積層した構造を有するものとしている。本実施形態では、量子ドット層７ａは、複数の量子ドット層を積層させた多重量子ドット（ＭＱＤ；Multi Quantum Dot）層である。また、量子井戸層７ｂは、複数の量子井戸層を積層させた多重量子井戸（ＭＱＷ；Multi Quantum Well）層である。
【００３１】
このため、センサアレイ４は、同一波長に感度を持ち、かつ、入射光の向きに対して感度が異なる量子ドット層７ａ及び量子井戸層７ｂを赤外線吸収層（活性層）として用いた２つの量子型赤外線フォトディテクタ７によって各画素８を構成した量子型センサアレイである。
そして、赤外線イメージセンサ１には、複数の画素８の中の少なくとも一の画素、即ち、不良画素（欠陥画素）に対応する位置に、入射光（ここでは入射赤外線）を周囲の画素８に散乱させる散乱体９が設けられている。なお、散乱体９を散乱機構ともいう。
【００３２】
本実施形態では、散乱体９は、センサアレイ４の入射面４Ａ（受光面）に設けられている。ここでは、センサアレイ４の入射面４Ａ、即ち、基板裏面の不良画素に対応する領域に光を散乱する微粒子を含む樹脂やインクなどを塗布又は印刷することによって、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する位置に散乱体９を設けている。例えば、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する領域に金属微粉体を分散したインクをインクジェット法によって塗布することによって、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する位置に散乱体９を設ければ良い。この場合、散乱体９は、光を散乱する微粒子を含む樹脂やインク、例えば金属微粉体を分散したインク９Ａからなる（図４参照）。
【００３３】
なお、散乱体９は、これに限られるものではない。例えば図４に示すように、散乱体９としては、レーザマーカなどによって基板裏面に形成される凹面９Ｂ、サンドブラストなどの機械的加工によって基板裏面に形成される粗面（凹凸面）９Ｃ、リソグラフィ及びエッチングによって基板裏面に形成される粗面（凹凸面）９Ｄ、リソグラフィによって基板裏面に形成される回折格子（凹凸）９Ｅなどであっても良い。なお、図４では、センサアレイ４の入射面４Ａに設けることができる散乱体９を例示しているにすぎず、複数の不良画素が存在する場合には、それに対応する位置に、同一の散乱体９を設けるのが好ましい。
【００３４】
このように赤外線イメージセンサ１を構成することで、複数の不良画素が存在する場合であっても、簡易な冗長化プロセスで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られることになる。
つまり、図１に示すように、不良画素が存在する領域に入射する光を、散乱体９によって散乱させて、不良画素の周囲の画素８に入射させ、これを不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂの両方で検出する。
【００３５】
ここで、ＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂでは、その動作原理から入射光の向きに対して感度の差が存在する。つまり、ＱＤＩＰ７Ａは、量子ドットを利用する関係で、入射光の向きによってそれほど感度は変化しないが、ＱＷＩＰ７Ｂは、量子井戸と平行な向きの光に対して感度が高く、垂直入射の光に対して感度がない。
例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などの薄膜形成技術を用いて基板上に量子井戸層７ｂ及び量子ドット層７ａを積層させてＱＷＩＰ７Ｂ及びＱＤＩＰ７Ａを有する複数の画素８を備えるセンサアレイ４を形成する場合、ＱＷＩＰ７Ｂを構成する量子井戸層７ｂはセンサアレイ４の入射面４Ａと平行になる。そして、撮像対象（被写体）から光学系（図示せず）を通してセンサアレイ４に入射する入射光の入射方向は、センサアレイ４の入射面４Ａに対して垂直になるため、ＱＷＩＰ７Ｂを構成する量子井戸層７ｂに対しても垂直になる。つまり、光学系によってセンサアレイ４上に結像される、撮像対象からの入射光は、ＱＷＩＰ７Ｂを構成する量子井戸層７ｂに垂直に入射することになる。このため、光学系によってセンサアレイ４上に結像される、撮像対象からの入射光に対しては、ＱＷＩＰ７Ｂは感度を持たず、ＱＤＩＰ７Ａのみが感度を持つことになる。つまり、撮像対象から直接入射する入射光は、各画素８において、ＱＷＩＰ７Ｂでは検出されず、ＱＤＩＰ７Ａのみで検出されることになる。このように、本撮像装置によって得られる画像情報は、基本的には、センサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａによって検出された、撮像対象から直接入射する光に基づく情報によって構成される。
【００３６】
一方、センサアレイ４の入射面４Ａ上の不良画素に対応する位置には散乱体９が設けられているため、不良画素が存在する領域に入射する光は、散乱体９によって散乱され、不良画素の周囲の画素８に斜めに入射することになる。このため、不良画素が存在する領域に入射する光は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂの両方で検出されることになる。
【００３７】
この場合、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂで検出される光は、不良画素が存在する領域に入射する光の一部である。このため、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂを用いることで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報を得ることができる。具体的には、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて、不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を推定することができ、これを不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力として用いることができる。つまり、上述のようにして、センサアレイ４の各画素８のＱＤＩＰ７Ａの出力によって得られる画像情報に、推定された不良画素のＱＤＩＰ７Ａの出力に基づく情報を合成することで、不良画素による情報の欠落のない画像情報が得られることになる。
【００３８】
また、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａで検出される光は、撮像対象から直接入射する光と、散乱体９によって散乱された光とを含むものとなる。しかし、散乱体９によって散乱された光は、同一画素に備えられるＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂの両方で検出されることになる。このため、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂを用いることで、不良画素の周囲の画素８に撮像対象から直接入射する光に基づく情報を得ることができる。つまり、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂを用いることで、撮像対象から直接入射する光（正規の入射光）であるのか、散乱体９によって散乱された光であるのかを区別することができる。具体的には、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力のうち散乱体９によって散乱された光に基づく出力は、同一画素に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力によって推定することができる。このため、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力から、同一画素に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力によって推定された、散乱体９によって散乱された光に基づくＱＤＩＰ７Ａの出力を引くことによって、撮像対象から直接入射する光に基づくＱＤＩＰ７Ａの出力を求めることができる。
【００３９】
このように、ＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂの入射光の向きに対する感度の違いを利用することで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報を得ることができ、不良画素による情報の欠落がない画像情報を得ることができる。また、各画素８にＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂを設け、不良画素に対応する位置に散乱体９を設けるという比較的簡易な手法で冗長化を行なうことが可能となる。このため、例えば不良画素に入射する光を順次隣接する画素にシフトさせて正確に予備画素に導入するなど、デバイス作製後に複雑な追加プロセスを施す必要がなく、冗長化のプロセスが容易になり、製造上非常に有利である。また、複数の不良画素が存在する場合、これらの不良画素のそれぞれに対応する位置に散乱体９を設ければ良く、これらの複数の散乱体９を設けてもイメージセンサ１を動作させることが可能である。つまり、不良画素に入射する光を順次隣接する画素にシフトさせて正確に予備画素に導入する冗長化手法では、複数の不良画素が存在する場合には対応することができないが、上述のような冗長化手法によれば複数の不良画素が存在する場合であっても容易に冗長化を行なうことが可能である。
【００４０】
具体的には、センサアレイ４は、以下のように構成される。
つまり、センサアレイ４は、図５に示すように、ＧａＡｓ基板４０上に、ｎ−ＧａＡｓ下部コンタクト層４１、ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ−ＭＱＤ層７ａ、ｎ−ＧａＡｓ中間コンタクト層４２、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ−ＭＱＷ層７ｂ、ｎ−ＧａＡｓ上部コンタクト層４３、ｉ−ＧａＡｓ層４４を積層した構造を備える。つまり、同一波長に感度を持つＭＱＤ層７ａとＭＱＷ層７ｂとの間に中間コンタクト層４２を挟んで積層した構造になっている。この場合、下部コンタクト層４１、ＭＱＤ層７ａ及び中間コンタクト層４２によってＱＤＩＰ７Ａが構成され、中間コンタクト層４２、ＭＱＷ層７ｂ及び上部コンタクト層４３によってＱＷＩＰ７Ｂが構成される。ここでは、基板裏面側がセンサアレイ４の入射面４Ａである。なお、中間コンタクト層４２を共通コンタクト層ともいう。また、コンタクト層を電極層ともいう。
【００４１】
ここでは、例えば、ＧａＡｓ基板４０はＧａＡｓ（１００）基板である。また、ｎ−ＧａＡｓ下部コンタクト層４１及びｎ−ＧａＡｓ中間コンタクト層４２は、厚さを例えば約１μｍとし、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度を例えば約１×１０１８ｃｍ−３としている。また、ｎ−ＧａＡｓ上部コンタクト層４３は、厚さを例えば約３００ｎｍとし、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度を例えば約１×１０１８ｃｍ−３としている。また、ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ−ＭＱＤ層７ａは、例えば厚さ約３０ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層、自己組織化ＩｎＡｓドットを、例えば各１０層交互に積層した後、例えば厚さ約３０ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層を積層したものとしている。ここでは、ＩｎＡｓドットは、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度を例えば約１×１０１７ｃｍ−３としたｎ−ＩｎＡｓドットとしている。また、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ−ＭＱＷ層７ｂは、例えば厚さ約４０ｎｍのｉ−ＡｌＧａＡｓ層と例えば厚さ約５ｎｍのｎ−ＧａＡｓ（ドーピング濃度約４×１０１７ｃｍ−３）とを例えば各２０層交互に積層したものとしている。ここでは、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層は、ｉ−Ａｌ０．２４Ｇａ０．７４Ａｓ層としている。また、ｉ−ＧａＡｓ層４４は、例えば厚さを約７００ｎｍとしている。
【００４２】
このような積層構造は、例えばＭＢＥ法によって作製することができる。この場合、成膜条件は、基板温度を例えば約５００℃とすれば良い。例えば、ＭＱＤ層７ａは、次のようにして形成すれば良い。つまり、まず、ノンドープのＧａＡｓを厚さ約３０ｎｍ成膜し、その上に約３原子層（３ＭＬ）程度の厚さのＩｎＡｓを成膜した後、Ａｓのみを照射する条件下で約１分間放置して、ＩｎＡｓの自己組織化によってＩｎＡｓ量子ドットを形成する。そして、これを例えば１０回繰り返した後、ノンドープのＧａＡｓを厚さ約３０ｎｍ成膜して、ＭＱＤ層７ａを形成する。また、例えば、ＭＱＷ層７ｂは、次のようにして形成すれば良い。つまり、まず、ノンドープのＡｌＧａＡｓを厚さ約４０ｎｍ成膜し、ノンドープのＧａＡｓを厚さ約５ｎｍ成膜し、これを例えば２０回繰り返して、ＭＱＷ層７ｂを形成する。
【００４３】
なお、ここでは、ＭＱＤ層７ａの上方にＭＱＷ層７ｂを積層するようにしているが、逆に、ＭＱＷ層７ｂの上方にＭＱＤ層７ａを積層するようにしても良い。
また、各画素８は分離溝４５によって分離されている。ここでは、１画素のサイズは約５０μｍ×約５０μｍである。
また、各画素８には、３つのコンタクト穴４６〜４８が設けられており、これらのコンタクト穴４６〜４８の底面にコンタクト電極４９〜５１が設けられている。つまり、各画素８には、表面側から上部コンタクト層４３まで延びるコンタクト穴４６が設けられており、このコンタクト穴４６の底面に上部コンタクト電極４９が設けられている。また、各画素８には、表面側から中間コンタクト層４２まで延びるコンタクト穴４７が設けられており、このコンタクト穴４７の底面に中間コンタクト電極５０が設けられている。また、各画素８には、表面側から下部コンタクト層４１まで延びるコンタクト穴４８が設けられており、このコンタクト穴４８の底面に下部コンタクト電極５１が設けられている。ここで、コンタクト電極４９〜５１は、金属電極であり、例えばＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕを積層した構造を有するＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極である。なお、コンタクト電極４９〜５１をオーミックコンタクトともいう。
【００４４】
また、分離溝４５及びコンタクト穴４６〜４８を含む表面全体を覆うようにパッシベーション膜５２（絶縁膜）が設けられている。
また、各画素８の上方に、パッシベーション膜５２を介して、各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂのそれぞれを駆動する駆動回路１５を含む読出回路チップ５に電気的に接続するための３つのバンプ電極６が設けられている。なお、バンプ電極６を単にバンプともいう。そして、３つのバンプ電極６は、それぞれ、配線５３〜５５を介して、上述の３つのコンタクト電極４９〜５１に電気的に接続されている。ここで、配線５３〜５５は金属配線であり、例えばＴｉ、Ａｕを積層した構造を有するＴｉ／Ａｕ配線である。なお、配線５３〜５５を引き出し配線又は引き出し電極ともいう。また、各画素８の表面側には、例えばＴｉ／Ａｕからなる光結合素子５６が設けられている。
【００４５】
なお、センサアレイ４の構成や作製方法は、これに限られるものではない。
また、散乱体９は、以下のようにして設けられる。
つまり、まず、散乱体９を設けていない状態で、複数の均一温度板を撮影し、感度やオフセット電流が周辺の画素と著しく異なる不良画素の位置を把握する。ここでは、不良画素の位置は、Ｘ−Ｙ座標情報として得られる。
【００４６】
そして、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する領域に散乱体９を設置する。例えば、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する領域に金属微粉体を分散したインクをインクジェット法によって塗布することによって、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する位置に散乱体９を設ける。
例えば、センサアレイ４の入射面４Ａ（散乱体設置面）側から赤外線顕微鏡で観察することで各画素８を個別に識別することができる。このため、上述のようにして得られた不良画素の位置（Ｘ−Ｙ座標情報）に基づいて、赤外線顕微鏡で観察して不良画素を特定し、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する位置に散乱体９を設けるようにすれば良い。
【００４７】
なお、不良画素に対する散乱体９の位置合わせ方法は、これに限られるものではない。例えば、センサアレイ４が貼り合わされている読出回路チップ５の表面上に形成されている位置合わせマークからの相対的位置関係によって不良画素の位置を特定し、センサアレイ４の入射面４Ａの不良画素に対応する位置に散乱体９を設けるようにしても良い。
また、上述のような赤外線イメージセンサ１の構成に応じて、制御演算部２において、以下のような処理を行なうようになっている。
【００４８】
ここでは、制御演算部２は、図６に示すように、ＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの２つのフォトディテクタからの出力を用いて得られた画像情報（画像出力；出力画像）をモニタ３へ出力するようになっている。なお、出力を、出力信号、信号強度、又は、出力強度ともいう。
つまり、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７ＢのうちＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を推定し、これをセンサアレイ４の各画素８のＱＤＩＰ７Ａからの出力に合成するともに、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａからの出力を、同一画素に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて補正するようになっている。つまり、制御演算部２は、複数の画素８の中の少なくとも一の画素（散乱体が対応する位置に設けられている画素；不良画素）の周囲の画素８に備えられる２つのフォトディテクタの一方のフォトディテクタの出力に基づいて不良画素の他方のフォトディテクタの出力を推定し、これをセンサアレイの各画素の他方のフォトディテクタからの出力に合成するとともに、不良画素の周囲の画素に備えられる他方のフォトディテクタからの出力を、同一画素に備えられる一方のフォトディテクタの出力に基づいて補正するようになっている。
【００４９】
ここで、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力は、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく出力である。このため、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく出力を正確に算出することができる。これにより、情報欠落の無い画像情報を得ることができる。
【００５０】
具体的には、散乱体９を設けた後に、不良画素に対応する領域、即ち、散乱体９が設けられている領域のみにスポット光を照射し、その周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７ＢとＱＤＩＰ７Ａの感度、即ち、散乱光に対する周辺画素のＱＷＩＰ７ＢとＱＤＩＰ７Ａの感度（Ｒ＝ｏｕｔｐｕｔ／ｉｎｐｕｔ）を予め求めておく。
ここで、各画素８のＱＷＩＰ７Ｂ及びＱＤＩＰ７Ａの感度分布は、例えば図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、不良画素からの距離が遠くなるにしたがって、感度が下がるものとなる。
【００５１】
このようにして求められた不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７ＢとＱＤＩＰ７Ａの感度（データ）を、記憶部１０に記憶させておき、実際の運用時に、制御演算部２がこれを読み出して演算に用いるようになっている。
ここでは、ＱＷＩＰ７Ｂの感度は、ＱＷＩＰ７Ｂに入射されたスポット光の光強度（入射強度）に対する、ＱＷＩＰ７Ｂから出力された散乱光の光強度（散乱強度）の割合、即ち、入射強度と散乱強度との関係である。また、ＱＤＩＰ７Ａの感度は、ＱＤＩＰ７Ａに入射されたスポット光の光強度（入射強度）に対する、ＱＤＩＰ７Ａから出力された散乱光の光強度（散乱強度）の割合、即ち、入射強度と散乱強度との関係である。このため、記憶部１０には、ＱＷＩＰ７Ｂの感度として、ＱＷＩＰ７Ｂの入射強度と散乱強度との関係を記憶させておき、ＱＤＩＰ７Ａの感度として、ＱＤＩＰ７Ａの入射強度と散乱強度との関係を記憶させておく。
【００５２】
そして、実際の運用時に撮像対象からの光が入射した場合、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて、不良画素の出力、即ち、不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を推定する。
具体的には、制御演算部２は、読出回路チップ５に含まれるＱＷＩＰ駆動回路１５によってセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂから読み出された出力を一時的に保持するバッファ１４Ａから、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力を読み出す。また、制御演算部２は、記憶部１０に記憶されているＱＷＩＰ７Ｂの感度を読み出す。そして、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力、即ち、ＱＷＩＰ７Ｂから出力された散乱光の光強度（散乱強度）、及び、ＱＷＩＰ７Ｂの感度に基づいて、不良画素が存在する領域に実際に入射した光の強度（入射強度）を求める。また、上述のようにして求めた不良画素が存在する領域に実際に入射した光の強度、及び、記憶部１０から読み出されたＱＤＩＰ７Ａの感度に基づいて、不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を推定する。この機能を、不良画素出力推定部１１という。
【００５３】
また、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力から散乱光によるクロストークをキャンセルすることで、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。ここでは、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を、同一画素に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて補正する。
【００５４】
具体的には、制御演算部２は、上述の不良画素出力推定部１１で不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力に基づいて求められた不良画素が存在する領域に実際に入射した光の強度、及び、記憶部１０から読み出されたＱＤＩＰ７Ａの感度に基づいて、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力のうち散乱体９によって散乱された散乱光に基づく出力を推定する。この機能を、散乱光出力推定部１２という。
【００５５】
また、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力から、推定された散乱光に基づくＱＤＩＰ７Ａの出力を引くことによって、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。
具体的には、制御演算部２は、読出回路チップ５に含まれるＱＤＩＰ駆動回路１５によってセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａから読み出された出力を一時的に保持するバッファ１４Ｂから、センサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を読み出す。そして、制御演算部２は、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力から、上述の散乱光出力推定部１２で推定された散乱光に基づくＱＤＩＰ７Ａの出力を引くことによって、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。この機能を、出力補正部という。なお、本実施形態では、出力補正部は後述の出力合成部１３に含まれる。
【００５６】
また、制御演算部２は、バッファ１４Ｂから読み出されたセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力に、上述の不良画素出力推定部１１で推定された不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を合成する。つまり、制御演算部２は、バッファ１４Ｂから読み出されたセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力のうち、不良画素のＱＤＩＰ７Ａの出力を、上述の不良画素出力推定部１１で推定された不良画素のＱＤＩＰ７Ａの出力で置き換える。この機能を、出力合成部１３という。
【００５７】
このようにして、制御演算部２は、バッファ１４Ｂから読み出されたセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力に、上述の不良画素出力推定部１１で推定された不良画素に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を合成し、また、不良画素の周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。
そして、制御演算部２は、上述のようにして補正及び合成されたセンサアレイ４の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力、即ち、各画素８の出力を、バッファ１４Ｃへ出力しい、バッファ１４Ｃで一時的に保持した後、モニタ３へ出力する。
【００５８】
この場合、センサアレイ４の各画素８のＱＤＩＰ７Ａから得られる画像情報に、上述の不良画素出力推定部１１で推定された不良画素のＱＤＩＰ７Ａから得られる情報が組み込まれ、また、不良画素の周囲の画素８のＱＤＩＰ７Ａから得られる情報が補正された出力画像が、モニタ３に表示されることになる。これにより、不良画素による情報の欠落のない画像情報が得られることになる。
【００５９】
次に、不良画素が１つ存在する場合について、数式を用いて説明する。
散乱体９を設けた１つの不良画素に対してスポット光を光強度Ｘdefect_spotで照射した場合の各画素８のＱＷＩＰ７ＢとＱＤＩＰ７Ａの出力（信号出力）ＯQWIP_spot（Ｘdefect,x,y）、ＯQDIP_spot（Ｘdefect,x,y）から、散乱光に対する各画素８のＱＷＩＰ７ＢとＱＤＩＰ７Ａの感度ＲQWIP_spot（x,y）=ＯQWIP_spot（Ｘdefect,x,y）／Ｘdefect、ＲQDIP_spot（x,y）＝ＯQDIP_spot（Ｘdefect,x,y）／Ｘdefectを求める。
【００６０】
運用時には、ＱＷＩＰ７Ｂの出力ＯQWIP（x,y）と先に求めたＲQWIP_spot（x,y）とから、散乱体９が設けられた不良画素への入射光強度Ｘdefect＝ＯQWIP（x,y）／ＲQWIP_spot（x,y）を求める。そして、この不良画素への入射光強度Ｘdefect、先に求めたＲQDIP_spot（x,y）とから、不良画素のＱＤＩＰ７Ａの出力を推定する。また、上述の不良画素への入射光強度Ｘdefect、ＱＤＩＰ７Ａの出力ＯQDIP（x,y）、先に求めたＲQDIP_spot（x,y）とから、ＯQDIP（x,y）−Ｘdefect×ＲQDIP_spot（x,y）を求め、各画素８のＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。
【００６１】
なお、各画素８に入射した光の強度Ｉ（x,y）を得るには、予め、各画素８に直接入射した光に対する感度ＲQDIP_real（x,y）を得ておく。つまり、まず、全画素８に均一強度Ｉの光を平行に入射させ、各画素８のＱＤＩＰ７Ａの出力ＯQDIP（φ,x,y）を得る。この際のＱＷＩＰ７Ｂの出力は、ほぼＯQWIP（x,y）＝Ｉ×ＲQWIP_spot（x,y）となる。ここで、ＯQDIP（Ｉ,x,y）には各画素８に直接入射した光による成分と不良画素に対応する領域に設けられた散乱体９からの光による成分とが含まれている。このため、散乱体９からの光による成分を取り除いて、各画素８に直接入射した光に対する感度ＲQDIP_real（x,y）＝（ＯQDIP（Ｉ,x,y）−Ｉ×ＲQDIP_spot（x,y））／Ｉを得る。そして、これを用いて、各画素８に入射した光の強度Ｉ（x,y）＝（ＯQDIP（x,y）−Ｘdefect×ＲQDIP_spot（x,y））／ＲQDIP_real（x,y）を得る。
【００６２】
次に、不良画素が複数存在する場合について、数式を用いて説明する。
センサアレイ４の各画素８の位置を（x,y）で表し、ｉ番目の不良画素に設けられた散乱体９に入射する光の強度をＸ（i）とし、この散乱体９からの光に対する周囲の画素に備えられるＱＤＩＰ、ＱＷＩＰの感度を、それぞれ、ＲQDIP（i,x,y）、ＲQWIP（i,x,y）とする。また、センサアレイ４の各画素８に入射する光の強度をＩ（x,y）とし、この場合の各画素８に備えられるＱＤＩＰ、ＱＷＩＰからの出力を、それぞれ、ＯQDIP（x,y）、ＯQWIP（x,y）とする。
【００６３】
まず、ｉ番目の不良画素にスポット光を照射することにより、ＲQDIP（i,x,y）及びＲQWIP（i,x,y）を予め求めておく。
例えば図８（Ａ）に示すように２つの不良画素Ａ、Ｂが存在する場合、これらの２つの不良画素Ａ、Ｂのそれぞれにスポット光を照射して、それぞれの不良画素Ａ、Ｂの周囲の画素８に備えられるＱＤＩＰ７ＡとＱＷＩＰ７Ｂの感度を求める。
【００６４】
例えば、不良画素Ａにスポット光を照射した場合の各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの感度分布（データ）は、図８（Ｂ）に示すようになる。また、不良画素Ｂにスポット光を照射した場合の各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの感度分布は、図８（Ｃ）に示すようになる。また、不良画素Ａにスポット光を照射した場合の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの感度分布は、図８（Ｄ）に示すようになる。また、不良画素Ｂにスポット光を照射した場合の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの感度分布は、図８（Ｅ）に示すようになる。この場合、不良画素Ａ、Ｂに対して横方向に並ぶ各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの感度分布は、図９（Ａ）に示すようになる。また、不良画素Ａ、Ｂに対して横方向に並ぶ各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの感度分布は、図９（Ｂ）に示すようになる。なお、不良画素Ａ、Ｂに対して縦方向に並ぶ各画素に備えられるＱＷＩＰ７Ｂ及びＱＤＩＰ７Ａの感度分布も同様である。また、ＱＷＩＰ７Ｂ及びＱＤＩＰ７Ａの信号強度分布も同様になる。
【００６５】
実際の運用時には、任意の入射光Ｉに対するＱＷＩＰ７Ｂの出力ＯQWIPから不良画素に入射した光の強度Ｘを求める。例えば最小二乗法を用いて、誤差Ｊ＝ΣxΣy（ＯQWIP（x,y）−Σi（Ｘ（i）ＲQWIP（i,x,y）））2を定義して、これが最小によるようにＸ（i）の組み合わせを求めれば良い。そして、これに基づいて、不良画素の出力をＯQDIP（i）＝ＲＸ（i)として求め、不良画素以外の画素からの出力を補正出力Ｙ（x,y）＝ＯQDIP（x,y）−Σi（Ｘ（i）ＲQDIP（i,x,y））として求める。
【００６６】
つまり、実際の運用時には、不良画素Ａと不良画素Ｂのそれぞれに入射した光は、それぞれの周辺に散乱され、各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂからの出力はそれに対応したものとなる。例えば、全面に任意の光が入射した場合の各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力分布、ＱＤＩＰ７Ａの出力分布は、それぞれ、図８（Ｆ）、図８（Ｇ）に示すようになる。この場合、不良画素Ａ、Ｂに対して横方向に並ぶ各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力分布（信号強度分布）は、図９（Ｃ）に示すようになる。また、不良画素Ａ、Ｂに対して横方向に並ぶ各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力分布（信号強度分布）は、図９（Ｄ）に示すようになる。
【００６７】
そして、上述の２つのＱＷＩＰ７Ｂの感度分布を用いて、全面に任意の光が入射した場合の各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力分布と同じ出力分布となるように、不良画素Ａ、Ｂのそれぞれに入射した光の強度を求める。つまり、先に求めた２つのＱＷＩＰ７Ｂの感度を用いて不良画素Ａ、Ｂに入射した光の強度を変数として連立方程式を解き、不良画素Ａ、Ｂに入射した光の強度を算出する。ここでは、最小二乗法を用いて、誤差Ｊ＝ΣxΣy（ＯQWIP（x,y）−Σi（Ｘ（i）ＲQWIP（i,x,y）））2を定義して、これが最小によるようにＸ（i）の組み合わせを求める。つまり、図９（Ｃ）に示すようなＱＷＩＰ７Ｂの出力分布に図９（Ａ）に示すようなＱＷＩＰ７Ｂの感度分布をフィッティングして、図９（Ｅ）に示すように、不良画素Ａ、Ｂに入射した光の強度を算出する。なお、図８（Ｈ）は、上述の２つのＱＷＩＰ７Ｂの感度分布を用いて算出された各画素８に備えられるＱＷＩＰ７Ｂの出力分布である。
【００６８】
また、上述のようにして求めた不良画素Ａ、Ｂのそれぞれに入射した光の強度、及び、上述の２つのＱＤＩＰ７Ａの感度分布に基づいて、不良画素Ａ、Ｂからの散乱光によって生じる各画素８へのクロストークを求める。ここでは、上述のようにして算出された不良画素Ａ、Ｂに入射した光の強度［図９（Ｅ）参照］、及び、図９（Ｂ）に示すようなＱＤＩＰ７Ａの感度分布を用いて、図９（Ｆ）に示すように、不良画素Ａ、Ｂからの散乱光によって生じる各画素８へのクロストークを求める。そして、このようにして求められたクロストークをＱＤＩＰ７Ａの出力から引いて取り除く。つまり、不良画素Ａに入射した光の強度に不良画素Ａにスポット光を照射した場合の各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの感度を掛けたものを、各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力から引いて各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力を補正する。ここでは、図９（Ｄ）に示すようなＱＤＩＰ７Ａの出力分布から図９（Ｆ）に示すようなクロストークを引いて、図９（Ｇ）に示すように、補正された各画素８のＱＤＩＰ７Ａの出力分布を求める。なお、図８（Ｉ）は、各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａの出力分布（出力画像）からクロストークを差し引いた補正後のＱＤＩＰ７Ａの出力分布（補正画像）である。
【００６９】
また、上述のようにして求めた不良画素Ａ、Ｂのそれぞれに入射した光の強度、及び、上述の２つのＱＤＩＰ７Ａの感度分布に基づいて、不良画素Ａ、ＢのＱＤＩＰ７Ａの出力を推定し、これを、各画素８に備えられるＱＤＩＰ７Ａからの出力に合成する。ここでは、図９（Ｇ）に示すような補正された各画素８のＱＤＩＰ７Ａの出力分布に、図９（Ｈ）に示すように、上述のようにして求めた不良画素Ａ、Ｂのそれぞれに入射した光の強度［図９（Ｅ）参照］に基づいて推定された不良画素Ａ、ＢのＱＤＩＰ７Ａの出力を補完して、合成出力を得る。なお、図８（Ｊ）は、このようにして得られる出力画像（出力データ；出力分布）である。
【００７０】
したがって、本実施形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置によれば、複数の不良画素が存在する場合であっても、簡易な冗長化プロセスで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られ、これにより、不良画素による画像情報の欠落を防止して、歩留まりを向上させることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、散乱体９をセンサアレイ４の入射面４Ａに設けているが、これに限られるものではない。例えば図１０に示すように、センサアレイ４とは別に設けられ、入射光を透過する基板（散乱体基板）６０上に散乱体９を設けるようにしても良い。この場合も、赤外線イメージセンサ１には、複数の画素８の中の少なくとも一の画素（不良画素）に対応する位置に、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体９が設けられていることになる。
【００７１】
具体的には、センサアレイ４が貼り合わされる読出回路チップ５上に、支持体（スペーサ）６１を介して、センサアレイ４の入射面４Ａ側を覆うように、入射光を透過する基板（透明基板）６０を設け、この基板６０の表面上の不良画素に対応する位置に散乱体９を設ければ良い。この場合、予め散乱体９が設けられた透明基板（例えばＧａＡｓ基板）６０を、不良画素に対応する位置に散乱体９が位置するように、センサアレイ４が貼り合わされた読出回路チップ５の周辺部分に設けられた支持体６１上に貼り付けるようにすれば良い。これにより、構造は若干複雑になるが、散乱体９の形成が容易になる。つまり、一般にセンサアレイ４と読出回路チップ５とは熱膨張係数が異なるため、動作させるために冷却すると大きな熱ストレスが発生する。このため、通常、センサアレイ４を、読出回路チップ５に貼り合わせた後に薄く加工する。このように薄く加工されたセンサアレイ４の入射面４Ａに散乱体９を形成するのは精密な作業になる。これに対し、上述のように、センサアレイ４とは別の基板６０上に散乱体９を設けるようにすれば、散乱体９の形成が容易になる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置について、図１１を参照しながら説明する。
【００７２】
本実施形態にかかるイメージセンサは、上述の第１実施形態のものに対し、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、有効画素領域以外の領域に、入射光を遮断する遮光体６２、及び、入射光を周囲の画素に散乱させる散乱体９を備える点が異なる。なお、遮光体６２を遮光機構又は光遮断機構ともいう。
つまり、本実施形態では、イメージセンサ１は、複数の画素８として、複数の有効画素８Ａと、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂとを含む。また、散乱体９は、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂの中の少なくとも一の画素に対応する位置に設けられている。また、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂの中の散乱体９が設けられている画素以外の画素に対応する位置に、入射光を遮断する遮光体６２が設けられている。
【００７３】
このように、本実施形態では、有効画素領域の外側の領域であって、センサアレイ４の入射面４Ａの表面上に、散乱体９及び遮光体６２が設けられている。
この場合、装置の初期校正の段階で複数の温度板（均一温度板）を撮像する際に、入射面４Ａに遮光体６２が設けられている画素８Ｂに散乱体９からの散乱光が入射することによって得られるＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの出力から、散乱体９に対しての相対的位置でのＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を得ることができる。また、比較的再現性の良い散乱体９を用いる場合（例えば図４中、符号９Ａ、９Ｂなど）には、このデータに基づいて不良画素に設けられた散乱体９からの光に対する周辺画素のＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を求めることができる。
【００７４】
ここで、散乱体９及び遮光体６２は、例えば図１１（Ａ）に示すように、散乱体９及び遮光体６２を、有効画素領域の外側に縦横複数列ずつ設けられた複数の画素８Ｂに対応する位置に設ければ良い。この場合、散乱体９を設ける画素８Ｂの縦方向、横方向、斜め方向に遮光体６２が設けられている画素８Ｂが位置するように、有効画素領域の外側に縦横複数列ずつ設けられた複数の画素８Ｂのうち一の画素に対応する位置に散乱体９を設け、それ以外の画素に対応する位置に遮光体６２を設ければ良い。これにより、散乱体９に対して縦方向及び横方向でのＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度だけでなく、斜め方向でのＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を得ることが可能となる。
【００７５】
なお、散乱体９及び遮光体６２の設置方法は、これに限られるものではなく、例えば図１２に示すように、有効画素領域の外側に縦横一列ずつ設けられた複数の画素８Ｂに対応する位置に設けるようにしても良い。これにより、散乱体９及び遮光体６２の設置面積を小さくすることができる。この場合、有効画素領域の外側に縦横一列ずつ設けられた複数の画素８Ｂのうち角部に設けられた画素に対応する位置に散乱体９を設け、それ以外の画素に対応する位置に遮光体６２を設けるのが好ましい。これにより、散乱体９に対して縦方向及び横方向でのＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を得ることが可能となる。
【００７６】
したがって、本実施形態にかかるイメージセンサ及び撮像装置によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、複数の不良画素が存在する場合であっても、簡易な冗長化プロセスで、不良画素が存在する領域に実際に入射する光に基づく情報が得られ、これにより、不良画素による画像情報の欠落を防止して、歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【００７７】
特に、本実施形態によれば、散乱体９からの光に対する周辺画素のＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を、スポット光を用いないで求めることが可能となる。つまり、スポット光を照射して、散乱体９からの光に対する周辺画素のＱＤＩＰ７Ａ及びＱＷＩＰ７Ｂの感度を求めるステップを省略することが可能となる。
なお、上述の実施形態では、散乱体９及び遮光体６２をセンサアレイ４の入射面４Ａに設けているが、これに限られるものではない。
【００７８】
例えば、上述の第１実施形態の変形例の場合（図１０参照）と同様に、図１３に示すように、センサアレイ４とは別に設けられ、入射光を透過する基板６０（散乱体基板）上に散乱体９及び遮光体６２を設けるようにしても良い。この場合も、赤外線イメージセンサ１は、複数の画素８として、複数の有効画素８Ａと、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂとを含み、散乱体９は、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂの中の少なくとも一の画素（不良画素）に対応する位置に設けられており、有効画素８Ａ以外の複数の画素８Ｂの中の散乱体９が設けられている画素以外の画素に対応する位置に、入射光を遮断する遮光体６２が設けられていることになる。
【００７９】
また、散乱体９と遮光体６２とを別々の基板に設け、それぞれを読出回路チップ５上に設けるようにしても良い。つまり、センサアレイ４が貼り合わされる読出回路チップ５上に、支持体を介して、センサアレイ４の入射面４Ａ側を覆うように、散乱体９が設けられている基板を設け、さらに、支持体を介して、遮光体６２が設けられている基板を設けるようにしても良い。逆に、センサアレイ４が貼り合わされる読出回路チップ５上に、支持体を介して、センサアレイ４の入射面４Ａ側を覆うように、遮光体６２が設けられている基板を設け、さらに、支持体を介して、散乱体９が設けられている基板を設けるようにしても良い。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００８０】
例えば、上述の各実施形態及び変形例では、赤外線イメージセンサを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、可視光の検知に用いるイメージセンサにも本発明を適用することができる。また、撮像装置の構成も上述の各実施形態及び変形例のものに限られるものではない。
【符号の説明】
【００８１】
１  イメージセンサ
２  制御演算部
３  モニタ
４  センサアレイ
４Ａ  入射面
５  読出回路チップ
６  バンプ電極
７  フォトディテクタ
７Ａ  ＱＤＩＰ
７Ｂ  ＱＷＩＰ
７ａ  量子ドット層
７ｂ  量子井戸層
８  画素
８Ａ  有効画素
８Ｂ  有効画素以外の複数の画素
９  散乱体
９Ａ  金属微粉体を分散したインク
９Ｂ  レーザマーカなどによって形成される凹面
９Ｃ  サンドブラストなどの機械的加工によって形成される粗面（凹凸面）
９Ｄ  リソグラフィ及びエッチングによって形成される粗面（凹凸面）
９Ｅ  リソグラフィによって形成される回折格子（凹凸）
１０  記憶部
１１  不良画素出力推定部
１２  散乱光出力推定部
１３  出力合成部
１４Ａ〜１４Ｃ  バッファ
１５  駆動回路
１６  切替回路
１７  読出回路
１８  ＡＤコンバータ
１９  キャパシタ
２０  スイッチ（トランジスタ）
２１  スイッチ（トランジスタ）
２２  出力端子
２３  ソースフォロワトランジスタ
２４  行選択トランジスタ
２５  行線
２６  列線
２７  列選択トランジスタ
２８  読み出し線
２９  負荷トランジスタ
３０  増幅器
３１  垂直走査シフトレジスタ
３２  水平走査シフトレジスタ
４０  ＧａＡｓ基板
４１  ｎ−ＧａＡｓ下部コンタクト層
４２  ｎ−ＧａＡｓ中間コンタクト層
４３  ｎ−ＧａＡｓ上部コンタクト層
４４  ｉ−ＧａＡｓ層
４５  分離溝
４６〜４８  コンタクト穴
４９〜５１  コンタクト電極
５２  パッシベーション膜
５３〜５５  配線
５６  光結合素子
６０  基板（散乱体基板）
６１  支持体（スペーサ）
６２  遮光体
７０  冷却系
【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６】
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【図７】
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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５】
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【図８】
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