(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノーマルセンサーユニット、および、複数の分光計センサーユニットを有するセンサーアレイと、
第１格子ピッチを有し、前記センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個 (Ｎは正の整数)の前記分光計センサーユニットを被覆する第１導波モード共鳴 (以下、ＧＭＲと称す)構造と、 
第２格子ピッチを有し、前記センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第２ＧＭＲ構造と、
前記センサーアレイ層上に設置されて、前記ノーマルセンサーユニットを被覆する複数のカラーフィルターユニットと、
前記第１ＧＭＲ構造及び前記第２ＧＭＲ構造上に配置され、第１方向の光線を偏光させる第１偏光子を備え、
前記第１ＧＭＲ構造と前記第２ＧＭＲ構造の各格子は、前記第１方向に垂直である第２方向に平行な格子であるイメージセンサー。
【請求項２】
格子を有さない構造であって、前記センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆するクリア構造を備え、
前記第１ＧＭＲ構造、前記第２ＧＭＲ構造、および、前記クリア構造は、幅１．１〜４．４μm、長さ１．１〜４．４μmの長方形領域をそれぞれ占有する請求項１に記載のイメージセンサー。 
【請求項３】
前記第１ＧＭＲ構造は、前記第１格子ピッチの第１格子領域、および、格子がない第１クリア領域に分割され、
前記第２ＧＭＲ構造は、前記第２格子ピッチの第２格子領域、および、格子がない第２クリア領域に分割される
請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記第１クリア領域は、前記第１格子領域の１辺側に配置され、前記第２クリア領域は、前記第２格子領域の１辺側に配置される
請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記第１クリア領域は前記第１格子領域を取り囲み、
前記第２クリア領域は前記第２格子領域を取り囲む
請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記第１偏光子は前記クリア構造上に配置される請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記第１格子ピッチを有し、前記センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第３ＧＭＲ構造と、
前記第２格子ピッチを有し、前記センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第４ＧＭＲ構造と、
格子を有さない構造であり、前記センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第２クリア構造と、
前記第３ＧＭＲ構造、前記第４ＧＭＲ構造、および、前記第２クリア構造上に配置され、前記第２方向の光線を偏光させる第２偏光子とを備え、 
前記第３ＧＭＲ構造と前記第４ＧＭＲ構造の各格子は、前記第１方向に平行な格子である
請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記第１ＧＭＲ構造は第１信号を測定する構造であり、前記第２ＧＭＲ構造は第２信号を測定する構造であり、前記クリア構造は参照信号を測定する構造であり、 
前記第１信号と前記参照信号との間の差異、および、前記第２信号と前記参照信号との間の差異により、測定スペクトルを形成することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記第１格子ピッチの第３格子領域、および、格子がない第３クリア領域に分割された構造であり、前記センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第３ＧＭＲ構造と、
前記第２格子ピッチの第４格子領域、および、格子がない第４クリア領域に分割された構造であり、前記センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個の前記分光計センサーユニットを被覆する第４ＧＭＲ構造と、
前記第３ＧＭＲ構造と前記第４ＧＭＲ構造上に配置され、前記第２方向の光線を偏光させる第２偏光子とを備え、
前記第３格子領域と前記第４格子領域の前記格子は、前記第１方向に平行な格子であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
前記第１ＧＭＲ構造と前記第２ＧＭＲ構造は、
誘電体膜上に設置される導波路層、
前記導波路層上に設置される格子層、および、
前記格子層上に設置されるクラッド層をそれぞれ有し、
前記導波路層と前記格子層の屈折率は、前記誘電体膜と前記クラッド層の屈折率より大きい
請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１１】
前記第１ＧＭＲ構造と前記センサーアレイ層との間、および、前記第２ＧＭＲ構造と前記センサーアレイ層との間に高熱伝導材料を備え、
前記第１ＧＭＲ構造の前記第１格子ピッチ、および、前記第２ＧＭＲ構造の前記第２格子ピッチは、前記高熱伝導材料を介して前記第１ＧＭＲ構造と前記第２ＧＭＲ構造を加熱又は冷却することにより変化する
請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１２】
前記第１ＧＭＲ構造と前記センサーアレイ層との間、および、前記第２ＧＭＲ構造と前記センサーアレイ層との間に設けられる圧電材料を備え、
前記第１ＧＭＲ構造の前記第１格子ピッチ、および、前記第２ＧＭＲ構造の前記第２格子ピッチは、前記圧電材料に供給される電圧を変化させることにより変化する
請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１３】
前記第１ＧＭＲ構造と前記第２ＧＭＲ構造は圧電材料で形成され、
前記第１ＧＭＲ構造の前記第１格子ピッチ、および、前記第２ＧＭＲ構造の前記第２格子ピッチは、前記圧電材料に供給される電圧を変化させることにより変化する
請求項１に記載のイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサーに関するものであって、特に、非偏光、または、偏光のスペクトルを測定する機能を有するイメージセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは、デジタルカメラだけでなく、携帯電話などの各種モバイル端末にも幅広く利用される。一種のイメージセンサーは、分光計に用いられ、スペクトルを測定する分光センサーである。物体から照射、または、反射する光線のスペクトルを測定することにより、物体の構造や組成などの特性を観察し分析する。
【０００３】
一般の分光センサーにおいて、可視光源、赤外光源等からの電磁気光により対象が照射され、ラマン散乱によりシフトした反射光又は光成分が、格子によりスリットを通過しつつ送られ又は、反射される。これにより、分光センサーは、波長方向で、信号強度分布を得る。
【０００４】
しかし、現在の分光センサーは、一般に、プラズマ共鳴構造に基づき、ＴＭモードで伝播する電磁波だけを測定している。そこで、イメージやビデオを捕捉することだけではなく、非偏光、または、偏光のスペクトルを測定可能なイメージセンサーを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、イメージやビデオを捕捉しつつ、非偏光、または、偏光のスペクトルを測定可能なイメージセンサーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明では、添付図面を適宜参照する。
【０００７】
本発明はイメージセンサーを提供し、複数のノーマルセンサーユニット、および、複数の分光計センサーユニットにより形成されるセンサーアレイ層と、第１格子ピッチを有し、センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個 (Ｎは正の整数)の分光計センサーユニットを被覆する第１導波モード共鳴 (ＧＭＲ：Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)構造と、第２格子ピッチを有し、センサーアレイ層上に設けられ、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第２ＧＭＲ構造、および、センサーアレイ層上に設置されて、ノーマルセンサーユニットを被覆する複数のカラーフィルターユニットを有する。
【０００８】
本実施態様において、イメージセンサーは、さらに、格子がなく、センサーアレイ層上に設けられて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆するクリア構造を有する。イメージセンサーは、さらに、第１偏光子を有し、第１方向の光線を偏光させる第１偏光子が、第１ＧＭＲ構造、第２ＧＭＲ構造、および、クリア構造上に配置され、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造の格子は、第１方向に垂直な第２方向に平行な線格子（Ｌｉｎｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）である。イメージセンサーは、さらに、第１格子ピッチを有し、センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第３ＧＭＲ構造と、第２格子ピッチを有し、センサーアレイ層上に設けられて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第４ＧＭＲ構造と、格子がなく、センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第２クリア構造、および、第３ＧＭＲ構造、第４ＧＭＲ構造、および、第２クリア構造上に配置される第２方向の光線を偏光させる第２偏光子を有し、第３ＧＭＲ構造と第４ＧＭＲ構造の格子は、第１方向に平行な線格子である。イメージセンサーにおいて、第１ＧＭＲ構造は第１信号を測定し、第２ＧＭＲ構造は第２信号を測定し、クリア構造は参照信号を測定し、第１信号と参照信号間の差異、および、第２信号と参照信号間の差異は、測定スペクトルを構成する。
【０００９】
他の実施態様において、第１ＧＭＲ構造は、第１格子ピッチの第１格子領域、および、格子がない第１クリア領域に分割され、第２ＧＭＲ構造は、第２格子ピッチの第２格子領域、および、格子がない第２クリア領域に分割される。第１クリア領域は第１格子領域の一側に配置され、第２クリア領域は第２格子領域の一側に配置される。第１クリア領域は第１格子領域を囲み、第２クリア領域は第２格子領域を囲む。イメージセンサーは、さらに、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造上に配置される第１方向の光線を偏光させる第１偏光子を有し、第１格子領域と第２格子領域の格子は、第１方向に垂直な第２方向に平行な線格子である。イメージセンサーは、さらに、第１格子ピッチの第３格子領域、および、格子がない第３クリア領域に分割され、センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第３ＧＭＲ構造と、第２格子ピッチの第４格子領域、および、格子がない第４クリア領域に分割され、センサーアレイ層上に設置されて、Ｎ個の分光計センサーユニットを被覆する第４ＧＭＲ構造、および、第３ＧＭＲ構造と第４ＧＭＲ構造上に配置される第２方向の光線を偏光させる第２偏光子を有し、第３格子領域と第４格子領域の格子は、第１方向に平行な線格子である。イメージセンサーにおいて、第１格子領域は第１信号を測定し、第２格子領域は第２信号を測定し、第１クリア領域は第１参照信号を測定し、第２クリア領域は第２参照信号を測定し、第１信号と第１参照信号の差異、および、第２信号と第２参照信号間の差異は、測定スペクトルを構成する。
【００１０】
他の実施態様において、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造は連続して配置される。他の実施態様において、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造は分散して配置される。
【００１１】
他の実施態様において、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造の格子は点格子である。 
【００１２】
他の実施態様において、イメージセンサーは、さらに、第１ＧＭＲ構造とセンサーアレイ層間、および、第２ＧＭＲ構造とセンサーアレイ層間の高熱伝導材料を有し、第１ＧＭＲ構造の第１格子ピッチ、および、第２ＧＭＲ構造の第２格子ピッチは、高熱伝導材料により、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造を加熱、または、冷却することにより変化する。
【００１３】
他の実施態様において、イメージセンサーは、さらに、第１ＧＭＲ構造とセンサーアレイ層間、および、第２ＧＭＲ構造とセンサーアレイ層間に配置される圧電材料を含み、第１ＧＭＲ構造の第１格子ピッチ、および、第２ＧＭＲ構造の第２格子ピッチは、圧電材料に供給される電圧を変化させることにより変化する。他の実施態様において、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造は圧電材料からなり、第１ＧＭＲ構造と第２ＧＭＲ構造のピッチは、圧電材料に供給される電圧を変化させることにより変化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、イメージやビデオを捕捉しつつ、非偏光、または、偏光のスペクトルを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明が充分理解できるように、次に添付図面を参照しながら発明を説明する。
【図１】導波モード共鳴 (ＧＭＲ)構造の一部の断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示されるイメージセンサーにより測定される波長方向の透過分布を示す図である。
【図３】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるイメージセンサーにより測定される波長の透過分布を示す図である。
【図５】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図６】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図７】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。
【図８】スペクトル測定チャネルから信号を得る方法を説明する図である。
【図９】本発明の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。
【図１０】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示されるＧＭＲユニットの測定波長が変化することを説明する図である。
【図１２Ａ】本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示されるＧＭＲユニットの測定波長が変化することを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施態様は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１７】
図１は、導波モード共鳴 (ＧＭＲ)構造の一部の断面図である。図１に示されるように、ＧＭＲ構造１０は、絶縁層 (基板)２０上に設けられる。ＧＭＲ構造１０は、一次元で矩形溝に形成された形状、または、二次元で円孔に形成された形状により周期的にパターン化された波形の回折格子層１０ａ、および、回折格子層１０ａと接触する平面の導波路層１０ｂを有する。引用符号 pは、格子ピッチを示す。回折格子層１０ａに入射するほとんどの光線は、格子がない領域に入射する光線とほぼ同じ動きをする。入射角と光周波数の特定の組み合わせにおいて、共鳴条件があり、回折格子層１０ａにより光線を結合させることで、導波路層１０ｂの導引モード（Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ）にする。ＧＭＲ構造１０は、回折格子層１０ａに適合する光線位相の鏡のような働きをする。よって、ＧＭＲ構造１０は、特定波長で光線をろ過するフィルターとして作用する。格子ピッチ p を調整することで、光線の波長のろ過を制御できる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。図２Ｂは、図２Ａに示されるイメージセンサーにより測定される波長の透過分布を示す。図２Ａに示されるように、本発明のイメージセンサーは画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０、および、ＧＭＲユニットセット１２０が設けられている。
【００１９】
ＧＭＲユニットセット１２０は、７個の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃを有する。任意の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは、いくつかの画素を占有する長方形領域に形成される。格子領域、または、クリア領域を形成する画素の数量は限定されず、任意の正の整数である。たとえば、図２Ａにおいて、任意の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは、４個の画素の領域に等しい領域を占有する。例えば、一格子領域、または、一クリア領域Ｃの幅及び長さは 1.1μm〜4.4μmである。任意の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６は図１に示すようなＧＭＲ構造を有する。格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６の上側の表面は、二次元の円孔、または、カラムにより周期的にパターン化される。格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６は、異なる格子ピッチを有し、７個のチャネルを形成しており、それぞれ、７個の異なる波長で入射光の強度を検出する。クリア領域Ｃは格子構造がない平面層であり、全波長の光線を通過させるリファレンス領域として用いられる。
【００２０】
カラーフィルターユニット１１０は、赤、緑、青光線を、それぞれ、選択された画素センサーに届けるコモンカラーフィルターアレイである。図２Ａにおいて、ベイヤパターン（Ｂａｙｅｒ  Ｐａｔｔｅｒｎ）がカラーフィルターユニット１１０に適用される。
【００２１】
本実施態様において、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃが連続して配置される。すなわち、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは隣接する画素上に配置される。図２Ａに示される構造により、イメージセンサーはイメージを捕捉することができるだけでなく、スペクトルを検出することもできる。例えば、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６の格子ピッチは、それぞれ、270nm, 300nm, 330 nm, 350 nm, 390 nm, 420 nm, and 450 nmである。このような配置により、各格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６は、７個の特定波長で光線を反射させることで、図２Ｂに示されるように、７個の波長で透過曲線が得られる。引用符号P270, P300, P330, P350, P390, P420と P450 は、それぞれ、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６から測定される透過曲線を示す。各曲線は、特定波長で、明らかな谷をもつ。７個のチャネルを約 400nm〜700nmの幅の波長にすることにより、可視帯の起伏のあるスペクトルが得られる。注意すべきことは、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６の格子は二次元の対称構造で、直行偏(ＴＥ)波と平行偏波(ＴＭ)の透過曲線は同じであることである。
【００２２】
図３は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図を示す図である。図３に示されるように、本発明のイメージセンサーは、画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０、および、ＧＭＲユニットセット１２０が設けられている。任意の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃの構造と特徴は、図２Ａのものと同じであるが、ＧＭＲユニットセット１２０の配置は異なる。他の実施態様において、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは分散して配置されている。すなわち、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは、個々に画素アレイ平面１００上に分布されている。注意すべきことは、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃ全部を描写する十分な空間がないので、格子領域ＧＭＲ０４〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは図示されないことである。
【００２３】
図４Ａは、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。図４Ｂは、図４Ａに示されるイメージセンサーにより測定される波長における透過分布を示す図である。図４Ａに示されるように、本発明のイメージセンサーは画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０、および、ＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂが設けられている。二個のＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂが画素アレイ平面１００上に設けられている。
【００２４】
ＧＭＲユニット１２０Ａは、異なる格子ピッチの７個の格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃを有する。ＧＭＲユニットセット１２０Ａの格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃは、カラム方向に延伸し、連続して配置され、この配置は、図２ＡのＧＭＲユニットセット１２０と同じである。格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６の上側の表面は、二次元の円孔、または、カラムではなく、一次元で矩形溝に形成された形状により、周期的にパターン化される。矩形溝は、ロウ方向に平行である。よって、ＴＥ波とＴＭ波は同じ格子領域に入射して、異なる透過曲線を生成する。純粋なＴＥ波と純粋なＴＭ波のひとつの透過曲線を検出するため、カラム方向の光線を偏光させる偏光子１３０Ａは、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃを有するＧＭＲユニットセット１２０Ａ上に設けられている。
【００２５】
さらに、他のＧＭＲユニットセット１２０Ｂも設けられており、純粋なＴＥ波と純粋なＴＭ波のもうひとつの透過曲線を検出する。ＧＭＲユニットセット１２０Ｂは、異なるピッチの７個の格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’、および、クリア領域Ｃ’を有する。ＧＭＲユニットセット１２０Ｂの格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’、および、クリア領域Ｃ’はロウ方向に延伸し、格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’上の矩形溝はカラム方向に平行である。ロウ方向の光線を偏光させる偏光子１３０Ｂは、格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’、および、クリア領域Ｃ’を有するＧＭＲユニットセット１２０Ｂ上に設けられている。 
【００２６】
図４Ａに示される構造により、ＧＭＲユニットセット１２０Ａを用いてＴＥ波とＴＭ波のひとつのスペクトルを測定し、ＧＭＲユニットセット１２０Ｂを用いてＴＥ波とＴＭ波のもうひとつのスペクトルを測定する。図４Ｂは、ＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂのひとつにより測定されるＴＭモード下の７個の波長の透過曲線を示す。この具体例によると、偏光したスペクトルも得られる。
【００２７】
図５は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。図５に示されるように、本実施形態に係るイメージセンサーは、画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０と二個のＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂが設けられている。ＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂの構造と特徴は図４Ａと同じであるが、ＧＭＲユニットセット１２０Ａと１２０Ｂの配置が異なる。他の実施態様において、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６ (および、ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’)、および、クリア領域Ｃ (および、 Ｃ’)は分散して配置されている。すなわち、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６ (および、ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’)、および、クリア領域Ｃ (および、Ｃ’)は、画素アレイ平面１００上に個々に分布する。ここで、偏光子１３０Ａは、それぞれ、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６、および、クリア領域Ｃを被覆しており、８片（８ピース）になっている。偏光子１３０Ｂは、それぞれ、格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’、および、クリア領域Ｃ’を被覆しており、８片（８ピース）になっている。注意すべきことは、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６ (および、ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０６’)、および、クリア領域Ｃ (および、 Ｃ’)のすべてを描写する十分な空間がないので、図５では、格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０４だけを図示している。
【００２８】
図６は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。図６に示されるように、本発明のイメージセンサーは画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０、および、二個のＧＭＲユニットセット１２０Ｃと１２０Ｄが設けられている。図４Ａに示される配置と比較すると、クリア領域Ｃは８個の部分に分割されている。各格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７には小さいクリア領域Ｃがついている。図４Ａにおいて、クリア領域Ｃは、各ＧＭＲ格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７の底部に配置される。同様に、クリア領域Ｃ’は８個の部分に分割される。各格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’は小さいクリア領域Ｃ’がついている。また、クリア領域Ｃ’は、各ＧＭＲ格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’の右側に配置される。偏光子１３０Ａと１３０Ｂは、それぞれ、ＧＭＲユニットセット１２０Ｃと１２０Ｄ上に設けられている。この例によると、格子領域とクリア領域が前述の実施態様よりも小さいにもかかわらず、１つのＧＭＲユニットセットのスペクトル測定チャネルの数量は８個に増加する。
【００２９】
図７は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの配置図である。図７によると、本発明のイメージセンサーは画素アレイ平面１００を有し、カラーフィルターユニット１１０、および、二個のＧＭＲユニットセット１２０Ｅ１２０Ｆが設けられている。各格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７は小さいクリア領域Ｃがついていて、各格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’も同様に、小さいクリア領域Ｃ’がついている。図６に示される配置と比較すると、クリア領域Ｃ (および、Ｃ’)は、ＧＭＲ格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７ (および、ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’)の一辺側（１辺に沿って）だけには配置されるのではなく、ＧＭＲ格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７ (および、ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’)の四辺に配置される。すなわち、各格子領域ＧＭＲ００〜ＧＭＲ０７は、小さいクリア領域Ｃにより囲まれ、各格子領域ＧＭＲ００’〜ＧＭＲ０７’は小さいクリア領域Ｃ’により囲まれる。偏光子１３０Ａと１３０Ｂは、まだ、それぞれ、ＧＭＲユニットセット１２０Eと１２０Ｆ上に設けられている。
【００３０】
図２Ａ、図３、図４Ａ、図５、図６、および、図７に示される実施態様によると、画素アレイ平面上に設置されるＧＭＲユニットセットは各種で配置される。それらの実施態様は一例にすぎない。各実施態様を適宜組み合わせでもよい。
【００３１】
以下の段落において、クリア領域の機能を簡単に説明する。図８は、スペクトル測定チャネルから信号を得る方法を説明するための図である。図８Ａにおいて、７個のチャネル００〜０６は、それぞれ、特定波長の光線の強度(または、透過)がゼロに近いことを測定する。しかし、どの値が平均値なのかを直感的に理解することができない。よって、チャネル００〜０６から測定される強度 (または、透過)が、クリア領域により測定される強度 (または、透過)からそれぞれ差し引かれて、７個の特定波長で整数値を得ることができる。それらの値は、図８Ｂに示されるように正規化される。よって、特徴スペクトルがデジタル数に変換されて、計算と分析を容易にする。
【００３２】
次に、ＧＭＲユニットの垂直構造が詳細に説明する。図９は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。図９において、３層が、垂直方向で、下から上に、センサーアレイ層２００、誘電体膜３００、および、フィルター層４００が積層されている。センサーアレイ層２００は、光線を電気信号に変換する複数のセンサーユニットを有する。誘電体膜３００は、センサーアレイ層２００の上側の表面全体に設けられており、電気絶縁を防止する。フィルター層４００は誘電体膜３００上に設けられ、且つ、上述のカラーフィルターユニット１１０、および、少なくともひとつのＧＭＲユニットセット１２０ (または、１２０Ａ)を有する。各カラーフィルターユニット１１０は、フィルター部分１１０ａ、および、マイクロレンズ部分１１０ｂを有し、センサーユニットの領域を占有する。一方、ＧＭＲユニットセット１２０は、格子領域とクリア領域 (図９では、格子領域 GMR01, GMR 03, GMR 05、および、クリア領域Ｃだけが示される)を有する。格子領域、および、クリア領域は共に、ある数のセンサーユニットの領域を占有する。センサーユニットは、カラーフィルターユニット１１０、および、ＧＭＲユニットセット１２０を有する異なる素子を通過する光線を受けて、異なる目的を達成する。よって、センサーユニットは、それらの機能にしたがって異なる名称が与えられる。ここで、分かりやすくするために、カラーフィルターユニット１１０により被覆されるセンターユニットはノーマルセンサーユニットとも称され、ＧＭＲユニットセット１２０により被覆されるセンサーユニットは、分光計センサーユニットとも称される。
【００３３】
図９において、ＧＭＲユニットは、導波路層１２０ａ、導波路層１２０ａ上に設けられる格子層１２０ｂ、および、格子層１２０ｂの空孔の溝を充填する透明なクラッド層１２０ｃを有する。導波路層１２０ａ、および、格子層１２０ｂは、同じ、または、異なる材料でなる。ＧＭＲ構造のフィルタリング機能を実行するため、ＧＭＲ構造の反射率は、ＧＭＲ構造に隣接する材料の屈折率より大きくなければならない。すなわち、導波路層１２０ａと格子層１２０ｂの効果的な反射率は、誘電体膜３００の屈折率、および、透明なクラッド層１２０ｃの屈折率より大きくなければならない。
【００３４】
図１０は、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。図９に示される前述の実施態様と比較して、このＧＭＲユニットは導波路層１２０ａを有さない。格子層１２０ｂが十分に高い反射率を有する限り、このＧＭＲ構造も可能となる。また、格子層１２０ｂの効果的な反射率は、誘電体膜３００の屈折率、および、透明な クラッド層１２０ｃの屈折率より大きくなければならない。
【００３５】
上述のように、異なる格子ピッチを有するＧＭＲユニットは、異なる波長で、光線をろ過(または、測定)することができる。ＧＭＲユニットの格子ビットが大きいほど、ろ過(または、測定)される波長が長くなる。ＧＭＲユニットの格子ピッチを変化させて、測定チャネルの数量を増加するいくつかの実施態様を提供する。
【００３６】
図１１Ａは、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示されるＧＭＲユニットの測定波長が変化することを説明する図である。図１１Ａに示されるように、高熱伝導層nTは、フィルター層４００の誘電体膜３００とＧＭＲユニットセット１２０間に挿入されている。この高熱伝導層nTは、たとえば、金、銅等でなる。この構造により、熱源がイメージセンサーに設計されて、高熱伝導層nTにより、ＧＭＲユニットを加熱、または、冷却する。材料の熱膨張特徴を利用することにより、ＧＭＲユニットが加熱されたときＧＭＲユニットの格子ピッチが増加し、ＧＭＲユニットが冷却されたときＧＭＲユニットの格子ピッチが減少する。よって、１個のＧＭＲユニットの格子ピッチが変化して、さらに多くの波長で、光線を測定する。たとえば、格子領域ＧＭＲ００は、三つの温度(25 °C, 30°Cと 35 °C)に加熱、または、冷却するように制御されるＧＭＲユニットである。このような方法で、図１１Ｂに示されるように、格子領域 ＧＭＲ００により測定される三つの波長がある。１個のＧＭＲユニットは３つの波長を測定することができるので、７個のＧＭＲユニットＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６は、全部で、２１個の波長を測定することができる。よって、測定チャネルの数量は増加して、分光計の機能をさらに正確に実行することができる。
【００３７】
図１２Ａは、本発明の他の実施態様によるイメージセンサーの一部の断面図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示されるＧＭＲユニットの測定波長が変化することを説明する図である。図１２Ａに示されるように、圧電材料nE、たとえば、BaTiO3, AlN, ZnO等が、フィルター４００の誘電体膜３００とＧＭＲユニットセット１２０間に挿入される。圧電材料の特徴を用いることにより、異なる電圧を圧電材料 nEに供給することによって、ＧＭＲユニットの格子ピッチが変化する。特に、ＧＭＲユニットの格子ピッチは、圧電材料 nE に高い電圧が加えられるとき増加し、圧電材料 nE に低い電圧が加えられるとき減少する。よって、１個のＧＭＲユニットの格子ピッチは変化して、さらに多くの波長で、光線を測定することができる。たとえば、格子領域ＧＭＲ００において、ＧＭＲユニットは、３個の電圧(3V, 4Vと 5V)の供給が制御される。このような方法で、図１２Ｂに示されるように、格子領域ＧＭＲ００により測定される三つの波長がある。１個のＧＭＲユニットは三つの波長を測定することができるので、７個のＧＭＲユニットＧＭＲ００〜ＧＭＲ０６は、全部で、２１の波長を測定することができる。よって、測定チャネルの数量が増加して、分光計の機能をさらに正確に実行することができる。 
【００３８】
更なる態様において、導波路層１２０ａと格子層１２０ｂは圧電材料でなり、同様の効果を達成することも可能である。 
【００３９】
上の記述によると、イメージとビデオを捕捉するだけでなく、非偏光、または、偏光した光線のスペクトルを測定することができる新しく設計されたイメージセンサーが提供される。さらに、ある特定の構造により、イメージセンサーは格子ピッチを変化させて、測定チャネルの数量を増加させる。
【００４０】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の思想を脱しない範囲内で各種の変形を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００４１】
１…イメージセンサ
１０…検知層
１１…基板
１２…検知ユニット
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…検知ユニット
１３…パッシベーション層
２０…フィルタユニット
２０ａ…黄色フィルタユニット
２０ｂ…緑色フィルタユニット
２０ｃ…青色フィルタユニット
２０ｄ…透明フィルタユニット
３０…マイクロレンズ
４０…プロセスモジュール
Ｐ１…基準面
Ｅ１…画素グループ
Ｅ２、Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２３、E２４、E２５、E２６、E２７…カラーグループ
IR…赤色光成分
Clear…透明フィルタユニット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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