DE602004002429T2

DE602004002429T2 - Festkörper-Bildaufnahme-Vorrichtung, Signalverarbeitungsvorrichtung, Kamera und Vorrichtung zur Aufnahme eines Spektrums

Info

Publication number: DE602004002429T2
Application number: DE602004002429T
Authority: DE
Inventors: Takumi Yamaguti; Daisuke Ueda; Takuma Katayama; Motonari Katsuno; Shinji Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: DE602004002429D1; US20050133879A1; TW200507635A; EP1475963A2; EP1475963A3; EP1475963B1; KR20040087911A; CN1538528A

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen, die in Digitalkameras und dergleichen Verwendung finden, und insbesondere eine Technik für Filter zum Sperren von Licht einer nicht benötigten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich, für den Fotodioden in Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen empfindlich sind, und zum Erzeugen von Farbsignalen aus elektrischen Signalen, die mittels der Filter erzeugt worden sind.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmliche Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen nehmen eine Farbseparation entsprechend einem Farbbilderzeugungsverfahren entweder mit einer einzigen Sensorvorrichtung oder mit mehreren Sensorvorrichtungen vor. Bei dem Farbbilderzeugungsverfahren mit mehreren Sensorvorrichtungen erhält man Farbsignale durch Separieren von Farben eines Bildes mittels eines Farbseparationsprismas und Umwandeln des separierten Bildes in ein elektrisches Signal unter Verwendung von drei oder vier Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen. Bei dem Farbbilderzeugungsverfahren mit einer einzigen Sensorvorrichtung erhält man demgegenüber Farbsignale durch Separieren von Bildern unter Verwendung von drei oder vier chipintegrierten Farbfiltern, die in der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung ausgebildet sind, wodurch das farbseparierte Bild in elektrische Signale umgewandelt wird. Die Farbbilderzeugung mittels des einen einzigen Sensor einsetzenden Verfahrens bedient sich entweder eines Primärfarbfilters oder eines Komplementärtarbfilters, was davon abhängt, in welche Farben das Bild separiert werden soll. Für den Fall eines Primärfarbfilters wird ein Bild beispielsweise in drei Farben separiert, nämlich Rot (R), Grün (G) und Blau (B), wohingegen für den Fall eines Komplementärtarbfilters ein Bild in vier Farben separiert wird, nämlich Zyan (Cy), Magenta (Mg), Gelb (Ye) und Grün (G) (siehe beispielsweise Druckschrift 1).
Unabhängig davon, ob sich das eingesetzte Verfahren eines einzigen Sensors oder mehrerer Sensoren bedient, besteht ein gemeinsames Merkmal darin, dass ein Bild in zweidimensional angeordnete Pixel unterteilt und in elektrische Signale umgewandelt wird.
Aus diesem Grund betrifft die nachfolgende Beschreibung nur eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung, bei der ein einziger Sensor zum Einsatz kommt, und die Beschreibung eines Farbbilderzeugungsverfahrens mit mehreren Sensorvorrichtungen unterbleibt.
Aufgrund der Tatsache, dass die Vorgehensweise bis zum Umwandeln des Bildes in ein elektrisches Signal bei beiden Verfahren gleich ist und der Unterschied lediglich in den durch die Separation erhaltenen Farben besteht, wird das Farbbilderzeugungsverfahren mit einer einzigen Sensorvorrichtung des Weiteren derart beschrieben, dass ein Primärfarbfilter und kein Komplementärfarbfilter verwendet wird.
Struktur einer herkömmlichen Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung
15A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer herkömmlichen Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung, und 15B zeigt einen Querschnitt J-J' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, betrachtet in Richtung des Pfeils.
Man beachte, dass die Pixel in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 10 in Clustern gruppiert sind, die man Pixeleinheiten nennt, und aus Gründen der Kürze hier nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) gezeigt ist.
Wie aus 15A und 15B ersichtlich ist, setzt sich die fotoelektrische Umwandlungseinheit 10 aus zweidimensional angeordneten Pixeln zusammen. Jede Pixeleinheit entspricht einem Pixel, das die kleinste Einheit eines Bildes darstellt.
Die Pixel 1 bis 4 weisen eine Struktur auf, bei der Fotodioden 12 in einem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet sind, und bei der ein Isolierfilm 13, ein Lichtabschirmfilm 14, ein Isolierfilm 16 zur Planarisierung und Farbfilter 17r, 17b und 17g (einer pro Pixel) in der genannten Reihenfolge auf dem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet sind, in dem die Fotodioden 12 ausgebildet sind. Der Lichtabschirmfilm 14 ist mit darin befindlichen Öffnungen 15 ausgebildet. Die Fotodiode 12, der Isolierfilm 13 und der Lichtabschirmfilm 14 werden in einem Waferherstellungsprozess ausgebildet, während die Farbfilter 17r, 17b und 17g an der Oberfläche des Isolierfilmes 16 in einem chipinternen Farbfiltefierstellungsprozess hergestellt werden.
Der chipinterne Farbfilterherstellungsprozess umfasst das Beschichten der Oberfläche des Isolierfilmes mit einem Harzfilm, das Belichten des Harzfilmes unter Verwendung einer Heißmaske und das anschließende Entwickeln des Harzfilmes, wodurch ein Farbstoffmuster gebildet wird. Der Farbfilter wird anschließend in dem Muster mit einem Pigment, einem Farbstoff oder dergleichen gebildet.
Eine Farbe wird jedem Pixel gemäß dem Bayer'schen Muster zugewiesen, und es wird ein Farbfilter der zugewiesenen Farbe für jedes Pixel ausgebildet. Hierbei weist jedes der drei Pixel, die eine Gruppe bilden, eine andere Farbe auf. Ein Beispiel ist in der Zeichnung gezeigt, wo Pixel 1 und 4 jeweils einen grünen Farbfilter 17g aufweisen, während Pixel 2 einen blauen Farbfilter 17b und Pixel 3 einen roten Farbfilter 17r aufweisen.
Darüber hinaus ist ein Infrarotstrahlsperfilter 18 über den Farbfiltern 17r, 17g und 17b der Pixel 1 bis 4 vorgesehen.
Licht, das auf die fotoelektrische Umwandlungseinheit 10 einfällt, tritt durch den Infrarotstrahlsperrfilter 18, anschließend durch die Farbfilter 17r, 17g oder 17b und schließlich durch die Öffnung 15 hindurch, sodass eine fotoelektrische Umwandlung in Elektronen durch die Fotodiode 12 vorgenommen werden kann.
16 ist ein Graph, der spektrale Empfindlichkeitseigenschaften einer Fotodiode und Empfindlichkeitseigenschaften des menschlichen Auges zeigt.
In dieser Figur zeigt eine Kurve 51 die spektrale Empfindlichkeit einer Fotodiode, bei der ein Silizium-PN-Übergang verwirklicht ist, wohingegen eine Kurve 52 die Empfindlichkeitseigenschaften des menschlichen Auges zeigt.
Wie durch die Kurve 51 gezeigt wird, ist bei Wellenlängen in einem Bereich zwischen sichtbarem Licht und Infrarotstrahlen eine Fotodiode, bei der ein Silizium-PN-Übergang zum Einsatz kommt, besonders für Licht in einem Bereich zwischen 300 nm und 1100 nm empfindlich, wobei das Empfindlichkeitsmaximum zwischen 600 nm und 750 nm liegt.
Hierbei ist sichtbares Licht eine Art von elektromagnetischer Welle in einem Bereich zwischen 380 nm und 780 nm, wobei Farben wie beispielsweise Violett, Blau, Grün, Orange und Rot (in der Reihenfolge der Kürze der Wellenlänge) für das menschliche Auge wahrnehmbar sind. Infrarotstrahlen sind eine Art von elektromagnetischer Welle, deren Wellenlänge länger als bei sichtbarem Licht ist. Sie werden in der Reihenfolge ihrer Nähe zu sichtbarem Licht in Nahinfrarotlicht (0,78 μm bis 3 μm), Mittelinfrarotlicht (3 μm bis 30 μm) und Ferninfrarotlicht (30 μm bis 1 mm) unterteilt.
Wie aus der Kurve 52 ersichtlich ist, weist im Gegensatz zu einer Fotodiode die visuelle Empfindlichkeit, die für die Empfindlichkeitseigenschaften des menschlichen Auges angegeben ist, ein Maximum bei Licht mit einer Wellenlänge von 555 nm (grünes Licht) auf und sinkt, wenn die Wellenlänge sowohl kleiner (zur blauen Seite hin) als auch größer (zur roten Seite hin) wird.
Die Kurven 51 und 52 machen die Notwendigkeit deutlich, die Wirkung von Infrarotstrahlen jenseits des sichtbaren Bereiches auf Fotodioden 12 in Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen für Digitalkameras so weit als möglich zu beseitigen. Dies beruht auf der Wichtigkeit des Umstandes, die Lichtmenge in dem für Menschen sichtbaren Bereich zu messen.
Aus diesem Grunde ist der Infrarotfilter 18 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 10 vorhanden.
Ein bestimmtes Leistungsniveau bei der fotoelektrischen Umwandlung wird in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 10 dadurch erreicht, dass die Farbfilter 17r, 17g und 17b über den Fotodioden 12 vorgesehen werden, um Farbsignale in Kopplung mit dem Infrarotstrahlsperrfilter 18, der zudem über den Farbfiltern 17r, 17g und 17b vorhanden ist, zu erhalten.
Zusätzlich zu dem Waferherstellungsprozess ist ein chipinterner Farbfilterherstellungsprozess notwendig, um die Farbfilter und den Infrarotstrahlsperrfilter bei der Herstellung der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung auszubilden. Mit anderen Worten, die Notwendigkeit der Durchführung einer Mehrzahl von Herstellungsprozessen führt zu dem Problem, dass Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen in der Herstellung zeitaufwendig und kostenintensiv sind.
Darüber hinaus ist es notwendig, Farbfilter und Infrarotstrahlsperrfilter mit genauen spektralen Eigenschaften herzustellen, wenn eine fotoelektrische Umwandlungseinheit mit einem Leistungsvermögen oberhalb eines bestimmten Niveaus hergestellt werden soll. Auch dies führt zu Problemen verringerten Ertrages und hoher Herstellungskosten.
Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die Druckschrift 1 „The Fundamentals of Solid-State Imaging Devices: The Structure of Electronic Eyes" („Hiroyoshi, Kotai Satuzo Soshi no Kiso, Denshi no Me no Shikumi") von Ando, Takao und Komobuchi, veröffentlicht bei Nihon Riko Shuppankai, 5. Dezember 1999, Seiten 183 bis 188.
Die Druckschrift US-A-5,914,749 offenbart eine Farbbilderzeugungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von lichtselektiven Elementen. Die lichtselektiven Elemente umfassen ein erstes lichtselektives Element, das in Bezug auf Licht mit einer Wellenlänge entsprechend dem magentafarbenen Bereich des Spektrums empfindlich ist, ein zweites lichtselektives Element, das in Bezug auf Licht mit einer Wellenlänge entsprechend dem weißen Bereich des Spektrums empfindlich ist, und ein drittes lichtselektives Element, das in Bezug auf Licht mit einer Wellenlänge entsprechend dem gelben Bereich des Spektrums empfindlich ist.
Die Druckschrift US-A-5,973,316 offenbart ein Subwellenlängenöffnungsfeld, das zum Filtern von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge bei dessen Durchtritt durch die Öffnungen geeignet ist und einen Metallfilm umfasst, der Öffnungen aufweist, die darin befindlich und mit einer ausgewählten Größe und Beabstandung in einem Muster derart angeordnet sind, dass bei einem Einfall von Licht auf die Öffnungen Oberflächenplasmonen auf dem Metallfilm abgelenkt werden, wodurch sich eine verbesserte Transmission des von den einzelnen Öffnungen in dem Feld ausgestrahlten Lichtes ergibt.
Die Druckschrift EP-A-0 619 614 offenbart einen Fotodiodenbildsensor, der ein Linsenfeld mit einzelnen Linsen umfasst, wobei jede Linse über einer spezifischen Fotodiode angeordnet ist. Es ist eine Lichtabschirmung für jede Fotodiode vorgesehen, die eine längliche Öffnung mit zwei Einfallslichtbereichen aufweist. Jede Linse ist über einem Linsenbereich der Öffnung angeordnet, um Licht von einem Objekt auf einem Abschnitt der Fotodiode derart zu fokussieren, dass das Objektlicht einen zweiten Abschnitt der Fotodiode durch einen Nichtlinsenbereich der Öffnung direkt beleuchtet. Ein Farbfilterfeld kann zwischen dem Linsenfeld und der Lichtabschirmung angeordnet sein.
Die Druckschrift US-A-6,057,586 offenbart die Verwendung einer Lichtabschirmung zum Modulieren der Pixelfarbreaktivität. Das verbesserte Pixel umfasst ein Substrat, das eine Fotodiode mit einem Lichtempfangsbereich aufweist, und zwar mit einem Farbfilterfeldmaterial einer ersten Farbe in einer Anordnung über dem Substrat. Das Pixel weist eine erste relative Reaktivität auf. Eine Lichtabschirmung ist über dem Substrat angeordnet, um die Pixelfarbreaktivität zu modulieren. Die Lichtabschirmung bildet eine Öffnung, deren Bereich im Wesentlichen gleich dem Lichtempfangsbereich gemäß Einstellung durch einen Reduktionsfaktor ist, was wiederum das Ergebnis einer arithmetischen Berechnung zwischen der ersten relativen Reaktivität und einer zweiten relativen Reaktivität ist, die einem zweiten Pixel einer zweiten Farbe zugeordnet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eingedenk der vorbeschriebenen Probleme besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung und eine Kamera bereitzustellen, in der die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, die eine verringerte Herstellungszeit und verringerte Herstellungskosten ermöglichen und den Ertrag verbessern, während gleichzeitig eine hohe Bildqualität erreicht wird, die derjenigen einer herkömmlichen Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung ebenbürtig oder überlegen ist.
Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems wird erfindungsgemäß eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung gemäß Definition in Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß der vorbeschriebenen Struktur wirken bei der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die in dem Lichtabschirmfilm vorgesehenen Öffnungen als Hochpassfilter und bewirken, dass Licht bei oder oberhalb einer vorbestimmtem Wellenlänge gesperrt wird. Insbesondere kann bei der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung auf einen Infrarotstrahlsperrfilter oder Farbsperrfilter verzichtet werden, da die Öffnungen in dem Lichtabschirmfilm Licht sperren, das eine Wellenlänge oberhalb einer bestimmten Wellenlänge aufweist. Insbesondere können die Genauigkeit, mit der der Infrarotstrahlsperrfilter Infrarotlicht sperrt, sowie die spektralen Eigenschaften der Farbfilter merklich verbessert werden.
Ist beispielsweise die vorbestimmte Wellenlänge eine Wellenlänge am Rand des sichtbaren Lichtes und sind Öffnungen, die eine Wellenlänge am Rand des sichtbaren Lichtes sperren, in dem Lichtabschirmfilm vorgesehen, so kann die Genauigkeit, mit der der Infrarotfilter Infrarotlicht sperrt, merklich verbessert werden.
Dies rührt daher, dass sogar für den Fall, dass Infrarotstrahlen durch den Infrarotstrahlsperrfilter gelangen sollten, diese Infrarotstrahlen von den Öffnungen gesperrt werden und daher die Fotodioden nicht erreichen.
Auf ähnliche Weise kann die Genauigkeit der spektralen Eigenschaften der Farbfilter bei Wellenlängen oberhalb des sichtbaren Lichtes, so sie denn durch die Farbfilter hindurchtreten, merklich verbessert werden.
Mit anderen Worten, die Infrarotfilter können weggelassen oder mit einer merklich verringerten Genauigkeit beim Sperren des Infrarotlichtes vorgesehen werden, und es können zudem die Farbfilter weggelassen oder mit einer merklich verringerten Genauigkeit bei den spektralen Eigenschaften bei Wellenlängen oberhalb des sichtbaren Lichtes, so sie denn durch die Farbfilter hindurchtreten, vorgesehen werden. Im Ergebnis können der Prozess zur Herstellung der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen vereinfacht und der Ertrag bei den Infrarotstrahlsperrfiltern und Farbfiltern merklich verbessert werden.
Infolgedessen ermöglicht die vorbeschriebene Struktur eine verringerte Herstellungszeit, verringerte Herstellungskosten und einen besseren Ertrag bei Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen.
Darüber hinaus können Materialeigenschaften des Infrarotfilters und der Farbfilter verbessert werden, wobei die für den Infrarotfilter und die Farbfilter gewählten Materialien aus einem erweiterten Bereich von Materialien gewählt werden können.
Darüber hinaus können die Fotodioden jeweils Pixeln entsprechen, die jeweils eine minimale Einheit eines aufgenommenen Bildes darstellen, wobei über jeder Fotodiode eine andere Öffnung vorhanden sein kann.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann die Frequenz des empfangenen Lichtes für jedes Pixel begrenzt werden. Daher kann der Farbfilter bei jedem Pixel weggelassen werden, oder es können die spektralen Eigenschaften des Infrarotfilters und der Farbfilter merklich verbessert werden.
Da die Form und Abmessung jeder Öffnung gemäß einer vorbestimmtem Wellenlänge festgelegt sind, kann die von den Öffnungen gesperrte Wellenlänge darüber hinaus durch Ändern der Formen und Abmessungen der Öffnungen verändert werden.
Darüber hinaus können die Öffnungen aus N verschiedenen Typen von Öffnungen bestehen (wobei N eine natürliche Zahl ist), die vorbestimmte Wellenlänge kann für jeden Typ von Öffnung eine andere sein, die Anzahl der Fotodioden beträgt N und über jeder der N Fotodioden kann eine Öffnung eines anderen Typs der N Typen vorgesehen sein.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur wird elektrische Ladung, die entsprechend den verschiedenen Wellenlängen erzeugt wird, in jeder Fotodiode gesammelt. Daher kann man ein elektrisches Signal erhalten, das zu einem elektrischen Lichtsignal einer Frequenz gleichwertig ist, die durch einen Filter hoher Genauigkeit hindurchtritt.
Darüber hinaus kann die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung Farbsignale eines ersten Farbsystems aus N Typen elektrischer Signale (wobei N eine natürliche Zahl ist) erzeugen, die aus Licht erzeugt worden sind, das wiederum von Fotodioden, deren Anzahl N beträgt, empfangen worden ist, und zwar auf Grundlage einer M×N-Matrix (wobei M eine natürliche Zahl ist) zum Umwandeln eines Spaltenvektors, dessen Bestandteile N Typen elektrischer Signale sind, in einen Spaltenvektor, dessen Bestandteile M Typen von Farbsignalen des ersten Farbsystems sind.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur können Farbsignale aus elektrischen Signalen erzeugt werden, die durch einfaches Sammeln elektrischer Ladung erzeugt werden, die wiederum aus Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich und nicht aus elektrischen Signalen entstehen, so beispielsweise den drei Primärfarbsignalen Rot, Grün und Blau, die aus Licht erzeugt werden, das man unter Verwendung von Farbfiltern erhält. Daher können Farben ohne Rückgriff auf Farbfilter verwirklicht werden.
Darüber hinaus kann bei der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eine Farbkorrektur an den Farbsignalen des ersten Farbsystems auf Grundlage einer M×N-Matrix zur Korrektur des Spaltenvektors, dessen Bestandteile die Farbsignale des ersten Farbsystems sind, vorgenommen werden.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann auch für den Fall, dass das erzeugte Farbsignal von der gewünschten Farbe abweicht, die gewünschte Farbe durch Korrektur des Farbsignals reproduziert werden.
Darüber hinaus kann die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung die Farbsignale des ersten Farbsystems in Farbsignale eines zweiten Farbsystems umwandeln, und zwar auf Grundlage einer L×M-Matrix (wobei L eine natürliche Zahl ist) zum Umwandeln des Spaltenvektors, dessen Bestandteile Farbsignale des ersten Farbsystems sind, in einen Spaltenvektor, dessen Bestandteile Farbsignale des zweiten Farbsystems sind. Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur können auch für den Fall, dass erzeugte Farbsignale zu einem Farbsystem gehören, das von dem gewünschten Farbsystem des Farbsignals verschieden ist, Farbsignale des gewünschten Farbsystems auf Grundlage des Farbsignals des anderen Farbsystems erzeugt werden, weshalb das gewünschte Farbsystem reproduziert werden kann.
Darüber hinaus kann die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eine Farbkorrektur bei Farbsignalen des zweiten Farbsystems vornehmen, wobei die Farbkorrektur auf einer L×L-Matrix zur Korrektur eines Spaltenvektors beruht, dessen Bestandteile Farbsignale des zweiten Farbsystems sind.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann auch für den Fall, dass das umgewandelte Farbsignal von der gewünschten Farbe abweicht, die gewünschte Farbe durch Korrigieren des umgewandelten Farbsignals reproduziert werden.
Darüber hinaus kann über jeder Fotodiode eine Mehrzahl von Öffnungen vorgesehen sein.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann die Lichtmenge, die von jeder Fotodiode unter jeder Mehrzahl von Öffnungen empfangen werden kann, vergrößert werden. Daher können die Empfindlichkeit der Fotodioden merklich verbessert und eine hohe Bildqualität erreicht werden.
Darüber hinaus kann die Mehrzahl von Öffnungen, die über jeder Fotodiode vorgesehen ist, aus (i) einer oder mehreren Öffnungen, die Licht unterhalb der vorbestimmten Wellenlänge durchtreten lassen, und (ii) einer oder mehreren Öffnungen, die Licht unterhalb einer anderen vorbestimmten Wellenlänge durchtreten lassen, bestehen.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur lässt eine Mehrzahl von Öffnungen Licht unterhalb der vorbestimmtem Wellenlänge durchtreten, und es können die spektralen Eigenschaften des Lichtes in der Umgebung einer maximalen Wellenlänge des Lichtes, die eine Fotodiode empfangen kann, fein eingestellt werden.
Infolgedessen können die spektralen Eigenschaften in der Umgebung der maximalen Wellenlänge, die jede Fotodiode empfangen kann, mit einer Mehrzahl von Typen maximaler Wellenlängen eingestellt werden, und die Fotodioden können Licht der gewünschten Wellenlänge empfangen.
Zudem können die Öffnungen derart angeordnet werden, dass die Längsrichtungen der Öffnung parallel zueinander verlaufen und ein Zwischenraum zwischen jeder Öffnung kleiner oder gleich der Längsrichtungsabmessung der Öffnungen ist.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur wird die Anzahl der Öffnungen in jedem Pixel vergrößert. Daher nimmt die von den Öffnungen eingenommene Fläche zu, und die Empfindlichkeit steigt ebenfalls.
Darüber hinaus können die Öffnungen derart angeordnet sein, dass die Längsrichtungen der Öffnung parallel zueinander verlaufen und ein Zwischenraum zwischen jeder Öffnung größer oder gleich der Längsrichtungsabmessung der Öffnungen ist.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann verhindert werden, dass Licht einer Wellenlänge hindurchtritt, die größer als diejenige Wellenlänge ist, die durch die Öffnung hindurchtreten kann.
Umfassen kann die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des Weiteren eine Mehrzahl von Mikrolinsen, von denen jede in Bezug auf eine andere der Fotodioden vorgesehen ist und die Öffnung über der jeweiligen Fotodiode abdeckt.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur wird nicht nur Licht in den Öffnungen, sondern auch Licht über dem Lichtabschirmfilm in den Öffnungen fokussiert. Daher kann eine größere Lichtmenge von den Fotodioden empfangen werden, und es wird eine höhere Empfindlichkeit erreicht. Darüber hinaus kann durch die Einstellung der Größe der Mikrolinsen die Lichtmenge, die von jeder Fotodiode empfangen werden kann, entsprechend der von der Diode benötigten Leistung eingestellt werden.
Umfassen kann die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des Weiteren eine Mehrzahl von Mikrolinsen, von denen jede eine oder mehrere andere Öffnungen abdeckt.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann die Lichtsammelrate der Öffnungen merklich verbessert werden, und es wird eine hohe Empfindlichkeit erreicht. Darüber hinaus kann die Lichtmenge individuell für jede Öffnung und individuell für jede Wellenlänge eingestellt werden.
Darüber hinaus kann der Isolierfilm von einer Dicke, die größer oder gleich einer minimalen Abmessung der Öffnungen und gleichzeitig kleiner oder gleich einer maximalen Wellenlänge des durch die Fotodioden umzuwandelnden Lichtes ist, sein.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann der Effekt, wonach Licht einer Wellenlänge vor dem Erreichen der Fotodioden eine Dämpfung erfährt (insbesondere Licht in der Nähe der maximalen Wellenlänge) sogar bei Licht verringert werden, das durch die Öffnungen hindurchtritt. Hierdurch erreicht man eine hohe Bildqualität mit geringer Farbmischung.
Darüber hinaus kann jede Öffnung Rechteck- oder Kreisform aufweisen, wobei die entsprechend der vorbestimmten Wellenlänge festgelegte Abmessung eine lange Seite der Öffnung, wenn die Öffnung rechteckig ist, und ein Durchmesser der Öffnung, wenn die Öffnung kreisförmig ist, sein kann.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur können die Abmessungen der Öffnungen leicht spezifiziert werden.
Darüber hinaus kann die vorbestimmte Wellenlänge eine Wellenlänge entweder von Nahinfrarotlicht, rotem Licht, grünem Licht und blauem Licht in einem über der Öffnung ausgebildeten Medium sein.
Entsprechend der vorbestimmten Struktur können drei oder mehr Typen spektraler Signale mit jeweils verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen und drei Primärfarben verwirklicht werden. Daher können Farben ohne Rückgriff auf einen Infrarotfilter und Farbfilter realisiert werden.
Darüber hinaus können die Öffnungen die Form eines langen und schmalen Rechteckes aufweisen und derart angeordnet sein, dass eine Längsrichtung jeder Öffnung in derselben Richtung ausgerichtet ist.
Entsprechend der vorbestimmten Struktur kann eine Polarisationskomponente des Lichtes mit einem elektrischen Feld in Längsrichtung in den Fotodioden gesammelt werden. Auf diese Weise werden falsche Signale, die durch diffuse Reflexion hervorgerufen werden, verhindert. Darüber hinaus kann nur Licht einer vorbestimmten Polarisationskomponente von den Fotodioden empfangen werden, wobei auch die Verhinderung einer Farbsignalmischung und die Polarisationsgenauigkeit verbessert werden. Im Ergebnis wird eine hohe Bildqualität erreicht.
Darüber hinaus können die Öffnungen die Form eines langen und schmalen Rechteckes aufweisen, es kann eine Mehrzahl von Öffnungen in Bezug auf jede Fotodiode vorgesehen und derart angeordnet sein, dass eine Längsrichtung der Öffnungen für jede Fotodiode entweder (i) in einer ersten Richtung oder (ii) in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung senkrecht verläuft, ausgerichtet ist.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann die Polarisationskomponente des Lichtes entsprechend dem Pixel separiert werden. Daher können falsche Signale, die durch diffuse Reflexion hervorgerufen werden, verhindert werden, und die Fotodioden empfangen nur gewünschtes polarisiertes Licht. Im Ergebnis werden die Farbsignalmischung verhindert, die Polarisationsgenauigkeit erhöht, und man erhält eine hohe Bildqualität.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Kamera, die eine Halbleiterbilde zeugungsvorrichtung nach Anspruch 2 enthält.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur kann der Infrarotfilter weggelassen und oder mit einer merklich verringerten Genauigkeit bezüglich des Sperrens von Infrarotlicht vorgesehen werden, und es können zudem die Farbfilter weggelassen oder mit einer merklich verringerten Genauigkeit bezüglich ihrer spektralen Eigenschaften vorgesehen werden. Im Ergebnis kann der Prozess der Herstellung der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen vereinfacht und der Ertrag an Infrarotstrahlsperrfiltern und Farbfiltern merklich gesteigert werden.
Infolgedessen kann die vorbeschriebene Struktur die Zeit der Herstellung der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen wie auch die Kosten derselben verringern und den Ertrag steigern.
Im Ergebnis wird eine kostengünstige Hochleistungskamera bereitgestellt.
Darüber hinaus können die Öffnungen aus N verschiedenen Typen (wobei N eine natürliche Zahl ist) von Öffnungen bestehen, die vorbestimmte Wellenlänge kann für jeden Typ von Öffnung verschieden sein, die Anzahl der Fotodioden beträgt N und jede der N Fotodioden kann eine Öffnung eines anderen Typs der N darüber vorgesehenen Typen aufweisen, wobei die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des Weiteren umfassen kann: eine Signalverarbeitungsschaltung, die N Typen elektrischer Signale verarbeitet, die von Licht erzeugt werden, das jeweils von den N Fotodioden empfangen wird, die über den Öffnungen vorgesehen sind, deren Form und Abmessungen auf Grundlage der jeweiligen vorbestimmtem Wellenlänge festgelegt sind, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Grundlage einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile die M Typen (wobei M eine natürliche Zahl ist) von Farbsignalen des ersten Farbsystems sind, erzeugen kam, indem die Differenz zwischen einem elektrischen Signal bei den N Typen elektrischen Signale und einem benachbarten elektrischen Signal bei den N Typen elektrischen Signale bestimmt wird.
Entsprechend der vorbestimmten Struktur kann die von den Öffnungen gesperrte Wellenlänge verändert werden, indem die Form und Abmessungen der Öffnungen verändert werden. Dies ermöglicht eine Sammlung elektrischer Ladung verschiedener Wellenlängenbereiche. Die Kombination von Farbfiltern und Öffnungen ermöglicht eine Beschränkung des Lichtes für jede Farbe des Farbfilters auch dann, wenn die Genauigkeit der spektralen Eigenschaften der Farbfilter verschlechtert wird. Darüber hinaus können Farbsignale aus elektrischen Signalen erzeugt werden, indem einfach elektrische Ladung verschiedener Wellenlängen gesammelt wird, anstatt aus elektrischen Signalen, so beispielsweise den drei Primärfarbsignalen Rot, Grün und Blau. Daher können Farben ohne Rückgriff auf Farbfilter realisiert werden.
Darüber hinaus kann die Kamera des Weiteren eine Signalverarbeitungsvorrichtung umfassen, die N elektrische Signale (wobei N eine natürliche Zahl ist) verarbeitet, die von der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung ausgegeben werden, wobei bei der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung die Öffnungen aus N verschiedenen Typen von Öffnungen bestehen, die vorbestimmte Wellenlänge für jeden Typ von Öffnung eine andere ist, die Anzahl der Fotodioden N beträgt und jede der N Fotodioden Öffnungen eines ande ren Typs der darüber vorgesehenen N Typen aufweist, die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung an die Signalverarbeitungsvorrichtung N Typen elektrischer Signale ausgibt, die aus Licht erzeugt werden, das jeweils von den N Fotodioden empfangen wird, die über den Öffnungen vorgesehen sind, deren Form und Abmessungen auf Grundlage der jeweiligen vorbestimmtem Wellenlänge festgelegt sind, und die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Grundlage einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile M Typen (wobei M eine natürliche Zahl ist) von Farbsignalen eines ersten Farbsystems sind, erzeugt, indem eine Differenz zwischen einem elektrischen Signal bei den N Typen elektrischer Signale und einem benachbarten elektrischen Signal bei den N Typen elektrischer Signale bestimmt wird.
Entsprechend der vorbeschriebenen Struktur können die beschriebenen Effekte in einer Kamera mit einer einzigen Sensorvorrichtung erreicht werden, in der die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung und die Signalverarbeitungsvorrichtung eingebaut sind.
Darüber hinaus kann die Kamera des Weiteren umfassen: wenigstens eine weitere Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung, wobei die Gesamtzahl der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen N beträgt und in jeder Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung die Öffnungen aus N (wobei N eine natürliche Zahl ist) verschiedenen Typen von Öffnungen bestehen, die vorbestimmte Wellenlänge für jeden Typ von Öffnung eine andere ist, die Anzahl der Fotodioden N beträgt und jede der N Fotodioden Öffnungen eines anderen Typs der N darüber vorgesehenen Typen aufweist; sowie eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die N Typen elektrischer Signale verarbeitet, die von der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung ausgegeben werden, wobei die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung an die Signalverarbeitungsvorrichtung N Typen elektrischer Signale ausgibt, die aus Licht erzeugt werden, das jeweils von den N Fotodioden erzeugt wird, die über den Öffnungen vorgesehen sind, deren Form und Abmessungen auf Grundlage der jeweiligen vorbestimmten Wellenlänge festgelegt sind, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Grundlage einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile M (wobei M eine natürliche Zahl ist) Typen von Farbsignalen eines ersten Farbsystems sind, erzeugt, indem eine Differenz zwischen einem elektrischen Signal bei den N Typen elektrischer Signale und einem benachbarten elektrischen Signal bei den N Typen elektrischer Signale bestimmt wird.
Entsprechend der vorbestimmtem Struktur können die beschriebenen Effekte in einer Kamera mit mehreren Sensorvorrichtungen erreicht werden, in der eine Mehrzahl von Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen und Signalverarbeitungsvorrichtungen eingebaut ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung derselben in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung, die spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt. Die Zeichnung setzt sich wie folgt zusammen.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Digitalkamera und eine darin verwendete Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung zeigt.
2A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels, und 2B zeigt einen Querschnitt A-A' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
3 enthält eine Liste von Brechungsindizes von Grundmaterialien für die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung.
4 ist ein Graph, der spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
5A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels, und 5B zeigt einen Querschnitt B-B' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
6 ist ein Graph, der spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
7A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels, und 7B zeigt einen Querschnitt C-C' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
8A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels, und 8B zeigt einen Querschnitt D-D' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
9 ist ein Graph, der spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
10A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines fünften Ausführungsbeispiels, und 10B zeigt einen Querschnitt E-E' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
11 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das die Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines sechsten Ausführungsbeispiels zeigt.
12A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit in einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels, und 12B zeigt einen Querschnitt F-F' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
13 ist ein Graph, der spektrale Eigenschaften zeigt, die merklich von den idealen spektralen Eigenschaften abweichen.
14A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung eines siebten Ausführungsbeispiels, und 14B zeigt einen Querschnitt G-G' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
15A ist eine Draufsicht auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit einer herkömmlichen Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung, und 15B zeigt einen Querschnitt J-J' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
16 ist ein Graph, der spektrale Empfindlichkeitseigenschaften einer Fotodiode und spektrale Eigenschaften des menschlichen Auges zeigt.
17A zeigt ein Beispiel für die Struktur einer Spektralvorrichtung, die eine Spektralseparation in einen Typ von Licht vornimmt, und 17B zeigt ein Beispiel für eine Spektralvorrichtung, die eine Spektralseparation in eine Mehrzahl von Typen von Licht vornimmt.
18 zeigt ein Beispiel für die Struktur einer Spektralvorrichtung, bei der ein Prisma zum Einsatz kommt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass Strukturelemente mit derselben Struktur wie diejenigen bei der Beschreibung des Standes der Technik mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei eine Beschreibung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt. Darüber hinaus beruhen die Ausführungsbeispiele auf der Voraussetzung, dass, grob gesprochen, Infrarotstrahlen (IR) Licht mit 780 nm bis 3 μm, rotes Licht (R) Licht im Bereich von 610 nm, grünes Licht (B) Licht im Bereich von 540 nm und blaues Licht (B) Licht im Bereich von 450 nm ist.
Abriss zum ersten Ausführungsbeispiel
1 ist eine perspektivische Zeichnung, die schematisch eine Digitalkamera und eine darin eingebaute Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung zeigt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, entspricht die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung 101, die in der Digitalkamera 100 zum Einsatz kommt, dahingehend einer herkömmlichen Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung, dass Licht (dieses Licht wird im Folgenden „einfal lendes Licht" beziehungsweise „Einfallslicht° genannt), das auf die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung über ein die Fotorezeptorfläche schützendes Dichtglas auftrifft, von einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit (die Fläche, die in der Zeichnung mit Punkten bezeichnet ist) fotoelektrisch umgewandelt wird.
Die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung 101 unterscheidet sich von der herkömmlichen Vorrichtung dann, dass, anstatt dass ein Infrarotstrahlsperrfilter 18 vorhanden wäre, das Infrarotlicht von den Öffnungen 15 verringerter Größe gesperrt wird. Dieser Aufbau beruht auf dem Konzept der Bereitstellung von Öffnungen 15, die als Hochpassfilter auf gleiche Weise wie ein Wellenleiter wirken, der elektromagnetische Wellen sperrt, die eine Wellenlänge übersteigen, die den Abmessungen der Langseite der Öffnung 15 (nachstehend auch als „Langseitenabmessung" bezeichnet) entspricht.
Wellenleiter
Nachfolgend wird ein Wellenleiter beschrieben, der ein Beispiel für Mikrowellentransmissionsleitungen darstellt. Man beachte, dass Mikrowellen und Licht beides elektromagnetische Wellen sind, die den Maxwell'schen Gleichungen genügen.
Ein Wellenleiter ist ein Rohr, dessen Wände aus einem hochgradig leitfähigen Material, so beispielsweise Kupfer, bestehen. Wellenleiter werden je nach ihrer Querschnittsgestalt als rechteckig, elliptisch und so weiter klassifiziert. Man beachte, dass gemeinhin bekannt ist, dass Wellenleiter eine Sperrfrequenz aufweisen, die durch die Strukturabmessungen des Querschnitts bestimmt ist, und dass sie zudem nicht in der Lage sind, Signale unterhalb der Sperrfrequenz zu senden.
Es werde als Beispiel ein rechteckiger Wellenleiter mit einer Breite a und einer Höhe b betrachtet, wobei die Sperrfrequenz f_c des Wellenleiters durch die nachfolgende Gleichung (1) gegeben ist. Darüber hinaus ist die Wellenlänge λ_c, die der Sperrfrequenz entspricht, (nachstehend als „Sperrwellenlänge" bezeichnet) durch die nachfolgende Gleichung (2) gegeben. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Höhe b größer als die Breite a ist. Bei einem elliptischen Wellenleiter mit dem Radius r ist die Sperrfrequenz f_c durch die nachfolgende Gleichung (3) gegeben, während die Sperrwellenlänge λ_c durch die nachfolgende Gleichung (4) gegeben ist. Man beachte, dass davon ausgegangen wird, dass der Wellenleiter mit einem isotropen und homogenen Medium mit einer Per mittivität ε und einer Permeabilität μ gefüllt ist. Die Geschwindigkeit v ebener Wellen in dem Medium ist durch die nachfolgende Gleichung (5) gegeben. fc = ν2a (1) λc = 2a (2) fc = ν3.413r (3) λc = 3.413r (4)
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels im Lichte der angegebenen Merkmale.
Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels
2A zeigt eine fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels von oben und 2B zeigt einen Querschnitt A-A' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 110 bilden, gezeigt ist.
Wie aus 2A und 2B ersichtlich ist, ist der Lichtabschirmfilm 114 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 110 mit darin befindlichen Öffnungen 115 ausgebildet. Jede Öffnung 115 ist unter einem Farbfilter 17r, 17g und 17b angeordnet, wobei der Isolierfilm 16 dazwischen befindlich ist. Der Infrarotsperrfilter 18, der bei der herkömmlichen foto elektrischen Umwandlungseinheit 10 über den Farbfiltern 17r, 17g und 17b vorgesehen ist, ist bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 110 weggelassen.
Jede Fotodiode 12 erzeugt bei Einfall von Licht Elektronen und positive Löcher entsprechend demjenigen Licht, das in der Umgebung einer PN-Übergangsgrenze empfangen wird, und wandelt das empfangene Licht auf Grundlage der erzeugten Elektronen und positiven Löcher effizient in Strom um. Die Empfindlichkeit der Fotodioden variiert mit der Wellenlänge des Lichtes, wobei gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto weniger weit entfernt von der Oberfläche ist diejenige Stelle, wo das Licht effektiv absorbiert wird. Man beachte, dass die Elektronen und positiven Löcher, die in einer von dem PN-Übergang entfernten Position erzeugt werden, nicht zur Erzeugung von Strom beitragen, da bei ihnen eine Neubindung und Ableitung stattfinden, bevor sie die Verarmungsschicht erreichen.
Aus diesem Grund ist es beim Herstellen einer Fotodiode, die für große Wellenlängen empfindlich ist, notwendig, einen tiefen PN-Übergang auszubilden, während es bei der Herstellung einer Fotodiode, die für kleine Wellenlängen empfindlich ist, notwendig ist, einen PN-Übergang in der Nähe der Siliziumoberfläche auszubilden.
Bei einem Beispiel wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die Fotodioden 12 Fotodioden sind, die für Licht einer Wellenlänge zwischen 270 nm und 1000 nm empfindlich sind, wobei die Empfindlichkeit ein Maximum zwischen 700 nm und 800 nm aufweist. Darüber hinaus bestehen die Isolierfilme 13 und 16 aus Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) und der Lichtabschirmfilm 114 aus Aluminium (Al) oder Wolframsilizid (W-Si).
Abmessungen der Öffnungen
Die Öffnungen 115 weisen kleinere Abmessungen als die Öffnungen 15 auf und sperren Licht einer Wellenlänge, die die Sperrwellenlänge λ_c gemäß Definition durch die Abmessungen und Formen jeder Öffnung 115 übersteigt. Fällt Licht einer Wellenlänge λ_i auf die Öffnung 115 über den Isolierfilm 116 mit einem Brechungsindex N_r, so ist die Wellenlänge λ_r des Lichtes in dem Isolierfilm 16 unter Einbeziehung des Brechungsindex des Isolierfilmes 16 durch die nachfolgende Gleichung (6) bestimmt.
3 zeigt eine Liste mit Brechungsindizes von Grundmaterialien für die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung.
Wie sich aus 3 ergibt, zeigt die Liste 130 in Spalte 131 Materialien und in Spalte 132 die jeweiligen Brechungsindizes der Materialien.
Ist beispielsweise der Isolierfilm 16 aus Siliziumoxid (SiO₂) und weist das Licht, das auf den Isolierfilm 16 einfällt, eine Wellenlänge von 780 nm (Infrarotstrahlen) auf, so ist die Wellenlänge des Lichtes bei Einfall auf die Öffnung 115 über den Isolierfilm 116 bei einem Brechungsindex von 1,46 gleich 534,25 nm. Ist darüber hinaus die Sperrwellenlänge λ_c der Öffnung 115 ungefähr 534,25 nm oder weniger, so wird Licht mit 780 nm, das von einer externen Quelle aus einfällt, durch die Öffnung 115 gesperrt.
Auf Grundlage der nachfolgenden Gleichung (7) wird für den Fall, dass die Form der Öffnung 115 rechteckig ist, Licht mit 780 nm gesperrt, wenn die Langseitenlänge der Öffnung bei 267,12 nm oder weniger liegt. Ist darüber hinaus die Öffnung von elliptischer Form, so wird, wie durch Gleichung (8) bestimmt ist, Licht mit 780 nm gesperrt, wenn der Radius r der Öffnung bei ungefähr 228,53 nm oder weniger (Durchmesser von 457,07 nm) liegt.
Eingedenk dieser Umstände können die ungefähren Abmessungen der Öffnungen 115, die sichtbares Licht hindurchtreten lassen, Infrarotstrahlen (780 nm) oder mehr jedoch sperren, auf Grundlage der Sperrfrequenz λ_rc, bei der gesperrt wird, des Brechungsindex N_r des über der Öffnung 115 ausgebildeten Isolierfilmes 16 und der Form der Öffnung 115 festgelegt werden.
Nachstehend bezeichnet der Begriff „Sperrabmessung" die Abmessungen der Öffnung gemäß Definition durch die Sperrwellenlänge λ_rc, den Brechungsindex N_r des über der Öffnung ausgebildeten Mediums und der Form der Öffnung, die Licht einer vorbestimmtem Wellenlänge oder darüber hinaus durch die Öffnung sperren lässt. Ist darüber hinaus die Form der Öffnung rechteckig, so bezeichnet der Begriff „Sperrabmessung" die Langseitenlänge. Ist die Form elliptisch, so bezeichnet der Begriff „Sperrabmessung" den Radius.
Darüber hinaus wird die Sperrabmessung, die Licht einer roten Lichtwellenlänge (610 nm) und darunter hinaus hindurchtreten lässt, Infrarotstrahlen (780 nm) oder mehr jedoch sperrt, als „Infrarotsperrabmessung" bezeichnet.
Man beachte, dass die obere Grenze der Sperrabmessung entsprechend der maximalen Wellenlänge des Bereiches von Wellenlängen definiert ist, für die die Fotodiode 12 empfindlich ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass auch für den Fall, dass die Abmessung der Öffnung größer als die obere Grenze ist, die Fotodiode 12 einfach nur Licht einer Wellenlänge empfängt, die zu erfassen sie nicht in der Lage ist, wobei das Ergebnis zu demjenigen Fall gleich ist, in dem überhaupt kein Licht empfangen wird.
Ist beispielsweise die maximale Wellenlänge gleich 1000 nm, so ist die Sperrabmessung der Öffnung auf Grundlage der vorgenannten Gleichung (7) ungefähr gleich 342,46 nm, wenn die Öffnung rechteckig ist, und ungefähr gleich 200,68 nm, wenn die Öffnung elliptisch ist (Durchmesser von ungefähr 401,36 nm). Auf Grundlage dieser beiden Zahlen ist als grobe Lichtlinie die Sperrabmessung der Öffnung 115 ungefähr gleich 500 nm. Dies ist im Vergleich zu herkömmlichen Öffnungen 15, die Abmessungen von 1500 nm aufweisen, bemerkenswert klein. Nachstehend wird die auf diese Weise definierte Sperrabmessung als maximale Sperrabmessung bezeichnet.
Spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels
Nachfolgend werden die spektralen Eigenschaften der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 110 mit vorbeschriebener Struktur erläutert.
4 ist ein Graph, der die spektralen Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Man beachte, dass auf der horizontalen Achse die Wellenlänge aufgetragen ist, während auf der vertikalen Achse die spektrale Empfindlichkeit aufgetragen ist.
Wie in 4 gezeigt ist, bezeichnet eine Kurve 151 spektrale Eigenschaften von Licht, das in der Lage ist, durch die Öffnung 115 hindurchzutreten. Es bezeichnet hierbei eine Kurve 152r die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch einen roten Farbfilter 17r hindurchtreten kann, eine Kurve 152g die spektralen Eigenschaften von Licht, das in der Lage ist, durch einen grünen Farbfilter 17g hindurchzutreten, und eine Kurve 152b die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch einen blauen Farbfilter 17b hindurchtreten kann.
Man beachte, dass zur Erläuterung der Eigenschaften der in dem Lichtabschirmfilm 114 ausgebildeten Öffnungen die Eigenschaften gemessen wurden, während die Farbfilter 17r, 17g und 17b herausgenommen sind.
Wie durch die Kurve 151 gezeigt ist, sperrt die Öffnung 115 Licht mit 760 nm und darüber und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 750 nm bis 760 nm und weniger, wo die Empfindlichkeit beginnt.
Die Kurve 152r zeigt, dass der Farbfilter 117 einen Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 520 nm bis 750 nm (nachstehend „R-Konus" genannt) ermöglicht, jedoch nahezu überhaupt keinen Durchtritt anderen Lichtes zulässt. Insbesondere ermöglicht der Farbfilter 17r einen Durchtritt von Licht in der Umgebung des roten Lichtes, was durch das Maximum des Farbfilters 17r in der Umgebung der roten Wellenlänge (610 nm) angedeutet ist.
Die Kurve 152g zeigt, dass der Farbfilter 17g einen Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 450 nm bis 640 nm (nachstehend als „G-Konus" bezeichnet) ermöglicht, jedoch nahezu keinen Durchtritt anderen Lichtes zulässt. Insbesondere ermöglicht der Farbfilter 17g den Durchtritt von Licht in der Umgebung des grünen Lichtes, wie durch das Maximum des Farbfilters 17g in der Umgebung der grünen Wellenlänge (540 nm) angedeutet ist.
Die Kurve 152b zeigt, dass der Farbfilter 17b einen Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 370 nm bis 570 nm (nachstehend als „B-Konus" bezeichnet) ermöglicht, jedoch nahezu keinen Durchtritt anderen Lichtes zulässt. Insbesondere er möglicht der Farbfilter 17b den Durchtritt von Licht in der Umgebung des blauen Lichtes, wie durch das Maximum des Farbfilters 17b in der Umgebung der blauen Wellenlänge (450 nm) angedeutet ist.
Zusammenfassung des ersten Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, ermöglicht die Kombination der Farbfilter 17r, 17g und 17b sowie Öffnungen 115 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 110 einfallendem sichtbarem Licht den Durchtritt, während Infrarotlicht im Einfallslicht gesperrt wird. Dies bedeutet, dass Licht jenseits des R-Konus, das auf den Filter 17r einfällt, gesperrt wird, ohne dass der Infrarotstrahlfilter 18 vorhanden ist.
Man beachte, dass in der Realität die Abmessungen der Öffnungen auf Grundlage ungefährer Sperrabmessungen und mittels nummerischen Analyse unter Verwendung von FDTD-Verfahren und Experimenten (finite difference time domain FDTD, finite Differenzen in der Zeitdomäne), so beispielsweise durch Spektramessungen, bestimmt werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Öffnungen nur auf Grundlage einer eingestellten Einheitsmessung hergestellt werden können, variieren die Abmessungen der Öffnungen geringfügig.
Weitere Bemerkungen zum ersten Ausführungsbeispiel
Obwohl hier ein Beispiel für Licht mit 780 nm angegeben ist, wird in Wirklichkeit die Sperrwellenlänge λ_rc, bei der eine Sperrung des Lichtes erfolgen soll, entsprechend dem jeweiligen Zweck festgelegt. Durch Ausgestaltung der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 110 derart, dass sie für Farbsignale empfindlich ist, die von der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung erzeugt werden, kann die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung 110 beispielsweise derart ausgestaltet werden, dass sie bestimmte Infrarotstrahlen empfängt, wobei die Sperrwellenlänge λ_rc derart eingestellt wird, dass sie nicht bei beispielsweise 790 oder 800 nm sperrt. Insbesondere ist bei einer Infrarotkamera wichtig, Licht im Infrarotbereich zu empfangen, weshalb die Sperrwellenlänge λ_rc derart eingestellt werden kann, dass Licht im Infrarotbereich von ungefähr 1000 nm empfangen werden kann.
Man beachte, dass Rot (R), Grün (G) und Blau (B) die drei Typen von monochromatischem Licht sein können, die die Primärfarben im RGB-Farbsystem des CIE (Centre In ternationale d'Eclairage) sein können, insbesondere: 700 nm (R), 546,1 nm (G) und 435,8 nm (B).
Die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung 101 kann eine MOS-Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung (metal oxide semiconductor MOS, Metalloxidhalbleiter), eine Interline-Transfer-CCD-Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung (charge coupled device CCD, ladungsgekoppelte Vorrichtung) oder eine Frame-Transfer-CCD-Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung sein.
Die Öffnungen können elliptische Form aufweisen, anstatt dass sie quadratisch oder rechteckig sind.
Eingedenk des Einflusses von Dämpfungswellen von dem Lichtabschirmfilm kann die Dicke des Isoliefilmes 13 ungefähr bei der maximalen Wellenlänge in dem Bereich von Wellen eingestellt werden, für die die Fotodiode 12 empfindlich ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum zweiten Ausführungsbeispiel
Die Hauptaufgabe beim ersten Ausführungsbeispiel lag im Sperren von Infrarotfrequenzen, während das zweite Ausführungsbeispiel auf das weitere Sperren von Licht mit unnötigen Wellenlängen mittels Farbe abstellt.
Im Folgenden wird eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels eingedenk dieses beschriebenen Zwecks erläutert.
Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels
5A zeigt eine fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels von oben, und 5B zeigt einen Querschnitt B-B' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 210 bilden, gezeigt ist.
Wie in 5A und 5B gezeigt ist, ist der Lichtabschirmfilm 214 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 210 mit darin befindlichen Öffnungen 215x, 215g und 215b ausgebildet, die sich voneinander mit Blick auf die Abmessung unterscheiden. Die Öffnung 215x, die eine Infrarotsperrabmessung aufweist, ist unter einem Farbfilter 217r angeordnet, die Öffnung 215g, die eine Sperrabmessung für rotes Licht aufweist, ist unter einem Farbfilter 217g angeordnet, und die Öffnung 215b, die eine Sperrabmessung für blaues Licht aufweist, ist unter einem Farbfilter 217b angeordnet. Der Isolierfilm 16 ist schichtartig zwischen den Öffnungen 215x, 215g und 215b und den Farbfiltern 217x, 217g, 217b angeordnet.
Hierbei bezeichnet eine Sperrabmessung für rotes Licht eine Sperrabmessung, die Licht mit grüner Lichtwellenlänge (540 nm) und darunter hindurchtreten lässt, Licht mit roter Wellenlänge (610 nm) oder darüber hingegen sperrt.
Darüber hinaus bezeichnet eine Sperrabmessung für grünes Licht eine Sperrabmessung, die Licht mit blauer Wellenlänge (450 nm) und darunter den Durchtritt ermöglicht, Licht mit grüner Lichtwellenlänge (540 nm) und darüber hingegen sperrt.
Die Infrarotsperrabmessung ist die größte unter den Abmessungen, während die Sperrabmessung für rotes Licht die zweitgrößte und die Sperrabmessung für grünes Licht die kleinste ist.
Spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels
Im Folgenden werden die spektralen Eigenschaften der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 210 mit vorbeschriebener Struktur erläutert.
Man beachte, dass die Genauigkeit bei den spektralen Eigenschaften der Farbfilter 217r, 217g und 217b im Vergleich zu den Farbfiltern 17r, 17g und 17b vergleichsweise niedrig ist.
6 ist ein Graph, der die spektralen Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, gibt eine Kurve 251r die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch die Öffnung 215r hindurchtreten kann, eine Kurve 251g die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch eine Öffnung 251g hindurchtreten kann, und eine Kurve 215b die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch die Öffnung 215b hindurchtreten kann, an. Zur Referenz gibt eine Kurve 252r die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch einen roten Farbfilter 217r hindurchtreten kann, an, während eine Kurve 252g die spektralen Eigenschaften von Licht angibt, das durch einen grünen Farbfilter 217g hindurchtreten kann, und eine Kurve 252b die spektralen Eigenschaften von Licht angibt, das durch einen blauen Farbfilter 217b hindurchtreten kann.
Man beachte, dass zur Erläuterung der Eigenschaften der in dem Lichtabschirmfilm 214 ausgebildeten Öffnungen die Eigenschaften gemessen wurden, während die Farbfilter 217r, 217g und 217b herausgenommenen sind.
Wie durch die Kurve 251r gezeigt ist, sperrt die Öffnung 215r Licht mit 760 nm oder mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 750 nm bis 760 nm und darunter, wo die Empfindlichkeit beginnt.
Wie durch die Kurve 251g gezeigt ist, sperrt die Öffnung 215g Licht mit 650 nm oder mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 630 nm bis 640 nm oder weniger, wo die Empfindlichkeit beginnt.
Wie durch die Kurve 251b gezeigt ist, sperrt die Öffnung 215b Licht mit 580 nm oder mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 570 nm bis 580 nm oder weniger, wo die Empfindlichkeit beginnt.
Die Kurve 252r zeigt, dass der Farbfilter 217r den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 520 nm bis 750 nm (R-Konus) ermöglicht, jedoch keinen Durchtritt von Licht unterhalb von 520 nm zulässt. Insbesondere ermöglicht der Farbfilter 217r den Durchtritt von Licht in der Umgebung des roten Lichtes, wie durch das Maximum des Farbfilters 217r in der Umgebung der roten Wellenlänge (610 nm) gezeigt ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Farbfilter 217r den Durchtritt von Licht mit einer größeren Wellenlänge als die lange Wellenlängenseite des R-Konus ermöglicht.
Die Kurve 252g zeigt, dass der Farbfilter 217g den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 450 nm bis 630 nm (G-Konus) ermöglicht, jedoch nahezu keinen Durchtritt von Licht unterhalb von 450 nm zulässt. Insbesondere ermöglicht der Farbfilter 217g einen Durchtritt von Licht in der Umgebung von grünem Licht, wie durch das Maximum des Farbfilters 217g in der Umgebung der grünen Wellenlänge (540 nm) gezeigt ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Farbfilter 217g den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge ermöglicht, die größer als die lange Wellenlängenseite des G-Konus ist.
Die Kurve 252b zeigt, dass der Farbfilter 217b den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 370 nm bis 560 nm (B-Konus) ermöglicht, jedoch nahezu keinen Durchtritt von Licht unterhalb von 370 nm zulässt. Insbesondere ermöglicht der Farbfilter 217b den Durchtritt von Licht in der Umgebung des blauen Lichtes, wie durch das Maximum des Farbfilters 217g in der Umgebung der blauen Wellenlänge (450 nm) gezeigt ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Farbfilter 217b den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge zulässt, die größer als die lange Wellenlängenseite des B-Konus ist.
Zusammenfassung des zweiten Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, wirken die Öffnungen 215x, 215g und 215b als Hochpassfilter, die Licht sperren, das bei der Reproduktion von Licht der jeweiligen Farben nicht notwendig ist.
Die Kombination des Farbfilters 217r und der Öffnung 215r ermöglicht beispielsweise Licht in der Umgebung der rote Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht mit Infrarotwellenlänge oder darüber gesperrt wird. Dies bedeutet, dass, wie durch die Kurven 251r und 252r gezeigt ist, sogar für den Fall, dass der Wellenlängenbereich des einfallenden Lichtes des Farbfilters 217r länger als der Wellenlängenbereich des R-Konus ist, Licht oberhalb von 760 nm durch die Öffnung 215r gesperrt wird. Dies ermöglicht das Erreichen spektraler Eigenschaften nahe denjenigen, die durch die Kurve 152r von 4 gezeigt sind.
Auf ähnliche Weise ermöglicht, wie durch die Kurven 251g und 252g gezeigt ist, die Kombination des Farbfilters 217g und der Öffnung 215g Licht in der Umgebung der grünen Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht mit roter Wellenlänge oder darüber gesperrt wird. Dies ermöglicht das Erreichen von spektralen Eigenschaften nahe denjenigen, die durch die Kurve 152g von 4 gezeigt sind.
Darüber hinaus ermöglicht, wie durch die Kurven 251b und 252b gezeigt ist, die Kombination des Farbfilters 217b und der Öffnung 215b Licht in der Umgebung der blauen Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht der grünen Wellenlänge oder darüber gesperrt wird. Dies ermöglicht das Erreichen spektraler Eigenschaften nahe denjenigen, die durch die Kurve 152b von 4 gezeigt sind.
Weitere Bemerkungen zum zweiten Ausführungsbeispiel
Die Öffnungen können mit verschiedenen Formen entsprechend der dem Pixel zugewiesenen Farbe versehen werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum dritten Ausführungsbeispiel
Während die Hauptaufgabe beim zweiten Ausführungsbeispiel im Sperren von Licht unnötiger Wellenlänge mittels Farbe lag, zielt das dritte Ausführungsbeispiel auf eine Erhöhung der Empfindlichkeit ab, die dadurch abnimmt, dass die Öffnungen kleiner ausgebildet werden, um unnötiges Licht zu sperren.
Im Folgenden wird eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel eingedenk der vorbeschriebenen Aufgabe beschrieben.
Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels
7A zeigt eine fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels von oben, und 7B zeigt einen Querschnitt C-C' der fotoelektrischen Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 bilden, gezeigt ist.
Wein 7A und 7B gezeigt ist, ist der Lichtabschirmfilm 314 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 mit Öffnungen 315r, 315g und 315b ausgebildet, die sich voneinander bezüglich ihrer Abmessungen unterscheiden. Die Öffnungen 315x, die Infrarotsperrabmessungen aufweisen, sind mit gleichmäßigen Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217r angeordnet. Auf ähnliche Weise sind die Öffnungen 315g, die rote Sperrabmessungen aufweisen, gleichmäßig mit Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217g angeordnet, und die Öffnungen 315b, die grüne Sperrabmessungen aufweisen, mit gleichmäßigen Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217b angeordnet. Der Isolierfilm 16 ist schichtartig zwischen den Öffnungen 315r, 315g und 315b und den Farbfiltern 217r, 217g, 217b angeordnet.
Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, bei dem vier Öffnungen 315r mit gleichmäßigen Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217x, neun Öffnungen 315g mit gleichmäßigen Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217g und sechzehn Öffnungen 315b mit gleichmäßigen Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217b angeordnet sind.
Durch Verringerung des Abstandes zwischen den Öffnungen nimmt die Anzahl der Öffnungen, die in der Pixeleinheit vorgesehen werden können, zu, wodurch die von den Öffnungen eingenommene Fläche und damit auch die Empfindlichkeit zunehmen. Wird der Abstand zwischen den Öffnungen jedoch verringert, so tritt Licht großer Wellenlänge einfacher hindurch. Aus diesem Grund werden für den Fall, dass der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen derart gewählt wird, dass der Empfindlichkeit Vorrang gegeben wird, die Öffnungen in dem Lichtabschirmfilm 315 derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen ihnen kleiner als die entsprechende Sperrabmessung ist. Ist demgegenüber der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen derart gewählt, dass die Mischung von Licht großer Wellenlänge verhindert wird, so werden die Öffnungen derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen ihnen größer als die entsprechende Sperrabmessung ist. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Öffnungen wird entsprechend dem jeweiligen Zweck festgelegt.
Zusammenfassung des dritten Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, nimmt durch Bereitstellen von zwei oder mehr Öffnungen über jeder Fotodiode 12 die Lichtmenge, die von den Fotodioden empfangen werden kann, zu, und die Empfindlichkeit steigt merklich.
Weitere Bemerkungen zum dritten Ausführungsbeispiel
Man beachte, dass die Dicke des Isolierfilmes 13 derart gewählt werden kann, dass sie ungefähr die gleiche wie die Infrarotsperrabmessung ist, wenn der Einfluss des Dämpfungslichtes in den Öffnungen 315r verringert werden soll, oder die Dicke auch derart gewählt werden kann, dass sie ungefähr die gleiche wie die grüne Sperrabmessung ist, wenn der Einfluss des Dämpfungslichtes in den Öffnungen 315b verringert werden soll.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen bei dem dritten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum vierten Ausführungsbeispiel
Während die Hauptaufgabe beim dritten Ausführungsbeispiel in einer Steigerung der Empfindlichkeit lag, die aufgrund einer kleinen Ausgestaltung der Öffnungen abnahm, stellt das vierte Ausführungsbeispiel auf eine Einstellung der spektralen Eigenschaften des Lichtes ab, das durch die in jedem Pixel bereitgestellten Öffnungen hindurchtritt, indem Öffnungen von wenigstens zwei verschiedenen Sperrabmessungen in dem zu jedem Pixel gehörenden Lichtabschirmfilm ausgebildet werden.
Im Folgenden wird eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel im Lichte der vorbeschriebenen Aufgabe beschrieben.
Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels
8A zeigt eine fotoelektrische Umwandlungseinheit einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels von oben, und 8B zeigt einen Querschnitt D-D' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 410 bilden, gezeigt ist.
Wie in 8A und 8B gezeigt ist, ist der Lichtabschirmfilm 414 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 410 mit jeweiligen Kombinationen von Öffnungen 415r, 415g und 415b, die sich voneinander mit Blick auf ihre Sperrabmessungen unterscheiden, sowie mit Öffnungen 416r, 416g und 416b, die sich voneinander ebenfalls mit Blick auf ihre Sperrabmessungen unterscheiden, ausgebildet. Die Öffnungen 415r und die Öffnungen 416r, die Infrarotsperrabmessungen aufweisen, sind mit eingestellten Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217r angeordnet. Auf ähnliche Weise sind die Öffnungen 415g und die Öffnungen 416g, die rote Sperrabmessungen aufweisen, mit eingestellten Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217g angeordnet, während die Öffnungen 415b und die Öffnungen 416b, die grüne Sperrabmessungen aufweisen, mit eingestellten Zwischenräumen dazwischen unter dem Farbfilter 217b angeordnet sind. Der Isolierfilm 16 ist schichtartig zwischen den Öffnungen 415x, 415g, 415b und 416r, 416g, 416b und den Farbfiltern 217r, 217g und 217b angeordnet.
Die Abmessungen der Öffnungen werden entsprechend dem jeweiligen Zweck bestimmt. Sollen die Öffnungen 416r derart eingestellt werden, dass der Empfindlichkeit Vorrang gegeben wird, so sollten sie größer als die Öffnungen 415r sein. Darüber hinaus sollten die Öffnungen 416r für den Fall, dass die Öffnungen 416r derart eingestellt werden sollen, dass eine Mischung von Licht mit großer Wellenlänge verhindert wird, kleiner als die Öffnungen 415r sein. Auf ähnliche Weise kann die Größe der Öffnungen 416g entsprechend dem jeweiligen Zweck bestimmt werden, und zwar auf Grundlage der Größe der Öffnungen 415g. Auch die Größe der Öffnungen 416b kann entsprechend dem jeweiligen Zweck auf Grundlage der Größe der Öffnungen 415b bestimmt werden.
So sind beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt ist, zwei Öffnungen 415r und zwei Öffnungen 416x, die geringfügig kleiner als die Öffnungen 415r sind, unter dem Farbfilter 217r mit eingestellten Zwischenräumen vorgesehen. Auf ähnliche Weise sind fünf Öffnungen 415g und vier Öffnungen 416g, die geringfügig kleiner als die Öffnungen 415g sind, unter dem Farbfilter 217g mit festen Zwischenräumen angeordnet. Darüber hinaus sind vier Öffnungen 415b und zwölf Öffnungen 416b, die geringfügig kleiner als die Öffnungen 415b sind, unter dem Farbfilter 217b mit eingestellten Zwischenräumen vorgesehen.
Spektrale Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels
Im Folgenden werden die spektralen Eigenschaften der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 410 mit vorbeschriebener Struktur erläutert.
9 ist ein Graph, der die spektralen Eigenschaften der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in 9 gezeigt ist, gibt eine Kurve 451r die spektralen Eigenschaften von Licht an, das durch die Öffnungen 415r und 416r hindurchtreten kann, während eine Kurve 451g die spektralen Eigenschaften von Licht angibt, das durch die Öffnungen 415g und 416g hindurchtreten kann, und eine Kurve 451b die spektralen Eigenschaften von Licht angibt, das durch die Öffnungen 415b und 416b hindurchtreten kann. Aus Gründen der Referenz sind die Kurven 152r, 152g und 152b von 4 auch in 9 dargestellt.
Man beachte, dass zur Darstellung der Eigenschaften der in dem Lichtabschirmfilm 414 ausgebildeten Öffnungen die Eigenschaften dann gemessen wurden, wenn die Farbfilter 217r, 217g und 217b entfernt sind.
Wie durch die Kurve 451r gezeigt ist, sperrt die Kombination der Öffnungen 415r und 416r Licht mit 760 nm oder mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 750 nm bis 760 nm und darunter, wo die Empfindlichkeit beginnt, und zwar mit einer Form, die einem Teil der Kurve der langen Wellenlängenseite des R-Konus folgt.
Wie durch die Kurve 451g gezeigt ist, sperrt die Kombination der Öffnungen 415g und 416g Licht mit 650 nm und mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 630 nm bis 640 nm und darunter, wo die Empfindlichkeit beginnt, und zwar mit einer Form, die einem Teil der Kurve der langen Wellenlängenseite des G-Konus folgt.
Wie durch die Kurve 451b gezeigt ist, sperrt die Kombination der Öffnungen 415b und 416b Licht mit 580 nm oder mehr und ermöglicht den Durchtritt von Licht mit ungefähr 570 nm bis 580 nm und darunter, wo die Empfindlichkeit beginnt, und zwar mit einer Form, die einem Teil der Kurve der langen Wellenlängenseite des B-Konus folgt.
Zusammenfassung des vierten Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, ermöglicht die Kombination der Farbfilter 217r, der Öffnungen 215r und der Öffnungen 216r Licht in der Umgebung der roten Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht mit Infrarotwellenlänge und darüber hinaus gesperrt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Empfindlichkeit und das Mischen von Licht mit großer Wellenlänge entsprechend den Öffnungen 416r eingestellt werden, sind die spektralen Eigenschaften darüber hinaus in der Nähe derjenigen der Kurve 152r von 4.
Auf ähnliche Weise ermöglicht die Kombination der Farbfilter 217g, der Öffnungen 415g und der Öffnungen 416g Licht in der Umgebung der grünen Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht mit roter Lichtwellenlänge und darüber hinaus gesperrt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Empfindlichkeit und das Mischen von Licht mit großer Wellenlänge entsprechend den Öffnungen 416g eingestellt werden, können darüber hinaus spektrale Eigenschaften in der Nähe derjenigen von Kurve 152b von 4 erreicht werden.
Schließlich ermöglicht die Kombination der Farbfilter 217b, der Öffnungen 415b und der Öffnungen 416b Licht in der Umgebung der blauen Lichtwellenlänge den Durchtritt, während Licht mit grüner Wellenlänge und darüber hinaus gesperrt wird. Da die Empfindlichkeit und die Mischung von Licht mit großer Wellenlänge entsprechend den Öffnungen 416b eingestellt werden, können spektrale Eigenschaften in der Nähe derjenigen der Kurve 152b von 4 erreicht werden.
Weitere Bemerkungen zum vierten Ausführungsbeispiel
Die Abmessungen jeder der Öffnungen 415r und 416r können geringfügig kleiner oder geringfügig größer als die Infrarotstrahlsperrabmessungen sein. Auf ähnliche Weise können die Abmessungen jeder der Öffnungen 415g und 416g geringfügig kleiner oder geringfügig größer als die Sperrabmessungen für rotes Licht sein, während die Abmessungen jeder der Öffnungen 415b und 416b geringfügig kleiner oder geringfügig größer als die Sperrabmessungen für grünes Licht sein können.
Man beachte, dass die Dicke des Isolierfilmes 13 derart eingestellt werden kann, dass sie ungefähr die gleiche wie die Infrarotsperrabmessung ist, wenn der Einfluss des Dämpfungslichtes in den Öffnungen 415r verringert werden soll, oder auch derart eingestellt werden kann, dass sie ungefähr die gleiche wie die Sperrabmessung des grünen Lichtes ist, wenn der Einfluss des Dämpfungslichtes in den Öffnungen 416b verringert werden soll.
Kombinationen von rechteckigen Öffnungen mit denselben Langseitenabmessungen und elliptischen Öffnungen mit denselben Durchmessern können zum Einsatz kommen. Alternativ können Kombinationen rechteckiger Öffnungen mit verschiedenen Langseitenabmessungen und elliptischer Öffnungen mit verschiedenen Durchmessern verwendet werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum fünften Ausführungsbeispiel
Während das erste Ausführungsbeispiel auf die Separation von Polarisationskomponenten des einfallenden Lichtes abstellt, zielt das fünfte Ausführungsbeispiel auf die Separation von Polarisationselementen des Einfallslichtes ab, indem die Öffnungen mit rechteckigen Formen ausgebildet sind und die Abmessungen der Kurzseiten hiervon variieren.
Im Folgenden wird die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels im Lichte des vorbeschriebenen Ziels erläutert.
Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels
10A zeigt eine fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels von oben, und 10B zeigt einen Querschnitt E-E' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 510 bilden, gezeigt ist.
Wie in 10A und 10B gezeigt ist, sind lange und schmale rechteckige Öffnungen 515 in dem Lichtabschirmfilm 514 der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 510 ausgebildet.
Elektromagnetische Wellen in einem Wellenleiter
Im Folgenden werden elektromagnetische Wellen in einem rechteckigen Wellenleiter beschrieben, wobei die Öffnungen 515 mit Langseiten a und Kurzseiten b als Wellenleiter wirken. Man beachte, dass davon ausgegangen wird, dass die Wände des rechteckigen Wellenleiters aus einem perfekten Leiter bestehen und dass der Wellenleiter mit einem isotropen und homogenen Medium mit einer Permittivität ε und einer Permeabilität μ gefüllt ist.
Es ist allgemein bekannt, dass elektromagnetische Wellen, die sich in einem rechteckigen Wellenleiter ausbreiten, TE-Wellen (transversale elektrische Wellen) oder TM-Wellen (transversale magnetische Wellen) sind.
Hierbei sind TE-Wellen (auch H-Wellen genannt) elektromagnetische Wellen, deren elektrisches Feld in Ausbreitungsrichtung gleich 0 ist, während TM-Wellen (auch E-Wellen genannt) elektromagnetische Wellen sind, deren magnetisches Feld in Ausbreitungsrichtung gleich 0 ist.
Im Folgenden werden zunächst TE-Wellen und sodann TM-Wellen beschrieben. Hierbei wird die Richtung entlang der Langseiten a des Wellenleiters als x-Richtung bezeichnet, während die Richtung entlang der Kurzseiten b des Wellenleiters als y-Richtung bezeichnet wird und die Richtung, in der sich die TE-Wellen oder die TM-Wellen in dem Wellenleiter ausbreiten, als z-Richtung bezeichnet wird. Die elektromagnetischen Feldkomponenten in jeder Richtung werden mit E_x, E_y, E_z, H_x, H_y und H_z, die Winkelfrequenz mit ω und die Wellenzahl in z-Richtung mit γ bezeichnet.
TE-Wellen
Sind die sich in dem Wellenleiter ausbreitenden elektromagnetischen Wellen TE-Wellen, so erfüllt die magnetische Feldkomponente H_z in z-Richtung eine Wellengleichung, die durch die nachfolgende Gleichung (9) gegeben ist.
Darüber hinaus wird die elektromagnetische Feldkomponente im Querschnitt des Wellenleiters durch Gleichung (12) beschrieben. Dies ergibt sich aus (H_z) in Gleichung (11), was sich wiederum durch Lösen von Gleichung (9) mit Gleichung (10) ergibt, die eine Randbedingung dahingehend zeigt, dass die tangentiale Komponente des elektrischen Feldes bezüglich einer perfekt leitenden Wand verschwinden muss. Man beachte, dass m und n nichtnegative ganze Zahlen sind, die nicht gleichzeitig 0 sein können.
Hierbei wird die Eigenmode, die zu den TE-Wellen gehört, TE-Mode oder H-Mode genannt, während die Eigenmode, die m und n entspricht, TE_nm Mode oder H_nm Mode genannt wird.
Hierbei bezeichnet die Eigenmode die Gruppe E_x, E_y, E_z, H_x, H_y und H_z. Darüber hinaus wird der Eigenwert (oder die Sperrkonstante) bezüglich der Eigenmode k_c genannt.
TM-Wellen
Sind die sich in dem Wellenleiter ausbreitenden elektromagnetischen Wellen TM-Wellen, so erfüllt die elektrische Feldkomponente E_z in z-Richtung eine Wellengleichung, die durch die nachfolgende Gleichung (13) gegeben ist.
Darüber hinaus ist die elektromagnetische Feldkomponente im Querschnitt des Wellenleiters durch Gleichung (16) gegeben. Dies ergibt sich aus (E_z) von Gleichung (15), was sich wiederum durch Lösen von Gleichung (13) mit Gleichung (14) ergibt, die eine Randbedingung dahingehend darstellt, dass das elektrische Feld an einer perfekt leitenden Wand gleich 0 ist. Man beachte, dass m und n positive ganze Zahlen sind.
Hierbei wird die Eigenmode, die zu den TM-Wellen gehört, TM-Mode oder E-Mode genannt, und die Eigenmode, die m und n entspricht, wird TM_nm Mode oder E_nm-Mode genannt.
Transmissionseigenschaften des Wellenleiters
Im Folgenden werden die Transmissionseigenschaften des Wellenleiters beschrieben.
Die Sperrwellenlänge λ_c(mn) der TE_nm-Mode und der TM_nm-Mode in dem rechteckigen Wellenleiter ist durch Gleichung (17) gegeben. Wie durch Gleichung (17) gezeigt ist, kann Licht, das unterhalb der Sperrwellenlänge λ_c(mn) gemäß Definition für jede Eigenmode liegt, durch die Öffnungen 515 hindurchtreten. Infolgedessen werden die Öffnungen 515 als multimodal angesehen.
Hierbei bezeichnet ein multimodaler Wellenleiter einen Wellenleiter, der in einem Bereich verwendet wird, in dem die Ausbreitung in einer Mehrzahl von Moden möglich ist.
Auch wenn Licht einer höheren Mode durch die Öffnungen 515 hindurchtritt, wird für den Fall, dass das Licht unterhalb der kleinsten Wellenlänge (270 nm) in dem Wellenbereich, für den die Fotodiode empfindlich ist, liegt, das Licht nicht von der Fotodiode erfasst, und das Ergebnis ist das gleiche, als ob das Licht überhaupt nicht durch die Öffnung 515 hindurchgetreten wäre.
Hierbei bezeichnet eine höhere Mode eine Eigenmode, die nicht diejenige Eigenmode ist, in der die Sperrwellenlänge am größten ist. Die Eigenmode, in der die Sperrwellenlänge am größten ist, wird im Folgenden als dominante Mode bezeichnet.
In Gleichung (17) sind n und m positive ganze Zahlen, die für den Fall einer TE-Mode nicht gleichzeitig gleich 0 sein können, und es sind positive ganze Zahlen für den Fall einer TM-Mode. Wie in Gleichung (18) gezeigt ist, ist TE10 die dominante Mode, wenn die Beziehung a > b von der Langseite a und der Kurzseite b erfüllt wird. Darüber hinaus zeigt Gleichung (18), dass Licht (elektromagnetische Wellen), das sich in einem Wellenleiter in der dominanten Mode ausbreitet, auf Komponenten einer Richtung beschränkt ist.
Aus diesem Grunde empfängt, siehe Gleichung (17), für den Fall, dass die Kurzseite b derart eingestellt wird, dass sie kleiner als die kleinste Wellenlänge desjenigen Lichtes ist, dass durch die Öffnung 515 in einer ersten höheren Mode hindurchtreten kann, die Fotodiode nur Licht in der dominanten Mode, weshalb der Wellenleiter als Einzelmodenwellenleiter (single mode) betrachtet werden kann. Darüber hinaus können Polarisationskomponenten des Einfallslichtes separiert werden.
Man gehe beispielsweise davon aus, dass die Beziehung von Gleichung (19) unter Verwendung eines Koeffizienten von der Sperrwellenlänge λ_c(mn) einer höheren Mode und der Sperrwellenlänge λ_c(10) der dominanten Mode erfüllt wird. Wird die Langseite des rechteckigen Wellenleiters verwendet, so ist die Sperrwellenlänge λ_c(10) der dominanten Mode durch die nachfolgende Gleichung (20) gegeben. Werden darüber hinaus Gleichung (19) und Gleichung (20) in Gleichung (17) eingesetzt, so kann eine Beziehungsgleichung, die durch die nachfolgende Gleichung (21) gegeben ist, zwischen der Kurzseite b und der Langseite a des rechteckigen Wellenleiters hergeleitet werden. λc(mn) = αλc(10) (19) λc(10) = 2a (20)
Für den Fall, dass einfallendes Licht unterhalb der Infrarotstrahlen (780 nm) von einer externen Quelle durch die Öffnung 515 über den Isolierfilm 16 hindurchtritt, wirkt unter Berücksichtigung des Brechungsindexes (N_r = 1,46) für den Fall, dass λ_c(10) gleich 780 nm und λ_c(11) gleich 390 nm ist, und diese in Gleichungen (19) beziehungsweise (20) eingesetzt werden, die Öffnung 515 als Einzelmodenwellenleiter in einem Bereich von wenigstens 390 nm und weniger als 780 nm, wenn die Langseite a der Öffnung 515 bei ungefähr 267,12 nm liegt und die Kurzseite b kleiner als ungefähr 154,22 nm ist. Für den Fall, dass das einfallende Licht unterhalb der roten Wellenlänge (610 nm) durch die Öffnung 515 hindurchtritt, wirkt die Öffnung 515 darüber hinaus als Einzelmodenwellenleiter in einem Bereich von wenigstens 390 nm und weniger als 610 nm, wenn die Langseite a der Öffnung 515 bei ungefähr 208,90 nm liegt und die Kurzseite b bei weniger als ungefähr 173,70 nm liegt. In dem Fall, dass das Einfallslicht unterhalb der grünen Wellenlänge (540 nm) durch die Öffnung 515 hindurchtritt, wirkt auf ähnliche Weise die Öffnung 515 als Einzelmodenwellenleiter in einem Bereich von mindestens 390 nm und weniger als 540 nm, wenn die Langseite a der Öffnung 515 bei ungefähr 184,93 nm und die Kurzseite b bei weniger als ungefähr 184,93 nm liegt. In dem Fall, dass das Einfallslicht unterhalb der blauen Wellenlänge (450 nm) durch die Öffnung 515 hindurchtritt, wirkt die Öffnung 515 zudem als Einzelmodenwellenleiter in einem Bereich von wenigstens 390 nm und weniger als 450 nm, wenn die Langseite a der Öffnung 515 bei ungefähr 154,11 nm und die Kurzseite b bei weniger als ungefähr 154,11 nm liegt.
Zusammenfassung des fünften Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, werden die Polarisationskomponenten des Lichtes, die ein elektrisches Feld entsprechend der Langseitenabmessung der Öffnungen aufweisen, in der Fotodiode 12 dadurch gesammelt, dass die Öffnungen in Form eines langen und schmalen Rechteckes ausgestaltet sind. Dies rührt daher, dass Licht mit einem elektrischen Feld in Richtung der Langseite der Öffnung im Allgemeinen einfacher durch die Öffnung hindurchtritt als Licht mit einem elektrischen Feld in Richtung der Kurzseite. Dies ermöglicht eine Separation der Polarisationskomponente des Einfallslichtes entsprechend der Abmessung der Kurzseite der Öffnung und infolgedessen die Realisierung einer hohen Bildqualität, da falsche Signale, die durch diffuse Reflexion des Lichtes entstehen, verhindert werden und die Fotodiode 12 nur gewünschtes Polarisationslicht empfängt, und die Mischung von Farbsignalen weiter verhindert und die Genauigkeit der Polarisation vergrößert werden.
Weitere Bemerkungen zum fünften Ausführungsbeispiel
Man beachte, dass die Öffnungen 515 alle denselben Typ von Langseitenabmessung aufweisen können, nämlich entweder die Infrarotstrahlsperrabmessung, die Sperrabmessung für rotes Licht oder die Sperrabmessung für grünes Licht. Alternativ kann jeder Typ von Pixel mit einem anderen Typ von Öffnung 515 versehen sein, wobei jede eine andere Abmessung aufweist. Im Ergebnis wird bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 510 die Selektivität bei polarisiertem Licht verbessert, und es werden drei Typen von Farbsignalen (die drei Primärfarben) erzeugt, wie dies bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 210 gemäß Beschreibung beim zweiten Ausführungsbeispiel der Fall war.
Der Lichtabschirmfilm 514 kann mit zwei Typen von Öffnungen darin ausgebildet sein, die derart über der Fotodiode 12 angeordnet sind, dass die jeweiligen Langseiten in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind. Dies ermöglicht, dass der Fotosensor 12 Licht mit verschiedenen Polarisationskomponenten empfängt.
Eine Mehrzahl von Öffnungen kann in Bezug auf jede Öffnung ausgebildet sein, genau wie dies bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 gemäß Beschreibung beim dritten Ausführungsbeispiel der Fall war.
Darüber hinaus kann eine Mehrzahl von Öffnungen mit zwei verschiedenen Typen ausgebildet sein, wie dies bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 410 gemäß Beschreibung in dem dritten Ausführungsbeispiel der Fall war. Hierbei kann die Abmessung der Kurzseite für jede Öffnung entweder gleich oder auch verschieden sein.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen beim zweiten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum sechsten Ausführungsbeispiel
Die Hauptaufgabe des zweiten Ausführungsbeispiels besteht im Sperren von Licht, das bei der Reproduktion jeder der Farben von dem Licht, das durch die Farbfilter 217r, 217g und 217b hindurchtritt, nicht benötigt wird, indem drei Typen von Öffnungen verwendet werden, die jeweils andere Sperrabmessungen aufweisen. Demgegenüber zielt das sechste Ausführungsbeispiel auf die Erzeugung von Signalen im RGB-Format, die bei der Reproduktion jeder Farbe notwendig sind, indem eine Signalverarbeitung an den elektrischen Signalen vorgenommen wird, die durch eine fotoelektrische Umwandlung des Lichtes erhalten werden, das durch die drei Typen von Öffnungen hindurchgetreten ist, die jeweils verschiedene Sperrabmessungen aufweisen. Dies erfolgt anstelle der Farbfilter 217r, 217g und 217b, die bei dem sechsten Ausführungsbeispiel nicht vorhanden sind.
Im Folgenden wird die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels eingedenk des vorbeschriebenen Zieles beschrieben.
Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels
11 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das die Struktur der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt.
Wein der Figur gezeigt ist, setzt sich die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung 601 aus einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610, einer Signalverstärkungseinheit 620, einer A/D-Umwandlungseinheit 630 und einer Signalverarbeitungseinheit 640 zusammen.
Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610 ist die fotoelektrische Umwandlungseinheit 210 des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Farbfilter weggelassen sind. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610 gibt elektrische Signale aus, die fotoelektrisch aus Licht umgewandelt worden sind, das durch die Öffnungen verschiedener Sperrabmessungen hindurch zu der Signalverstärkungseinheit 620 gelangt ist.
12A zeigt die fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels von oben, und 12B zeigt einen Querschnitt F-F' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610 bilden, gezeigt ist.
Wie in 12A und 12B gezeigt ist, unterscheidet sich die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610 von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 210 dadurch, dass die Farbfilter 217x, 217g und 217b, die über den Öffnungen 215r, 215g und 215b verschiedener Sperrabmessungen mit dem Isolierfilm 16 dazwischen vorgesehen sind, in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 weggelassen sind. Man beachte, dass es möglich ist, auch den Isolierfilm 16 in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 wegzulassen.
Im Folgenden bezeichnen L_IC ein elektrisches Signal, das entsprechend der fotoelektrischen Umwandlung durch eine Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Infrarotstrahlsperrabmessung vorgesehen ist, erzeugt worden ist, L_RC ein elektrisches Signal, das entsprechend der fotoelektrischen Umwandlung durch eine Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für rotes Licht vorgesehen ist, erzeugt worden ist, und L_GC ein elektrisches Signal, das entsprechend einer fotoelektrischen Umwandlung von einer Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für grünes Licht vorgesehen ist, erzeugt worden ist. Darüber hinaus sind die Signale, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 an die Signalverstärkungseinheit 620 ausgegeben werden, mit L_IC, L_RC beziehungsweise L_RC bezeichnet.
Die Signalverstärkungseinheit 620 ist ein Verstärker, der Signale verstärkt. Die Signalverstärkungseinheit 620 verstärkt jedes Signal, das von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 ausgegeben worden ist (L_IC, L_RC, L_GC), und gibt jedes verstärkte Signal an die A/D-Umwandlungseinheit 630 aus.
Hierbei wird das durch eine Verstärkung von L_IC erzeugte Signal mit AL_IC, das durch eine Verstärkung von L_RC erzeugte Signal mit AL_RC und das durch eine Verstärkung von L_GC erzeugte Signal mit AL_GC bezeichnet. Darüber hinaus werden Signale, die von der Signalverstärkungseinheit 620 an die A/D-Umwandlungseinheit 630 ausgegeben werden, mit AL_IC, AL_RC beziehungsweise AL_RC bezeichnet.
Die A/D-Umwandlungseinheit 630 ist ein A/D-Umwandler, der Analogsignale in Digitalsignale umwandelt. Die A/D-Umwandlungseinheit 630 wandelt jedes Signal, das von der Signalverstärkungseinheit 620 ausgegeben wird (AL_IC, AL_RC, AL_GC) in ein Digitalsignal um und gibt jedes Digitalsignal an die Signalverarbeitungseinheit 640 aus.
Hierbei wird das durch Umwandeln von AL_IC erzeugte Digitalsignal mit DL_IC, das durch Umwandeln von AL_RC erzeugte Digitalsignal mit DL_RC und das durch Umwandeln von AL_GC erzeugte Digitalsignal mit DL_RC bezeichnet. Darüber hinaus werden die Signale, die von der A/D-Umwandlungseinheit 630 an die Signalverarbeitungseinheit 640 ausgegeben werden, mit DL_IC, DL_RC beziehungsweise DL_RC bezeichnet.
Die Signalverarbeitungseinheit 640 ist ein DSP (Digitalsignalprozessor), der Digitalsignale verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinheit 640 wandelt jedes Digitalsignal, das von der A/D-Umwandlungseinheit ausgegeben wird (DL_IC, DL_RC, DL_GC) in ein rotes Signal, ein grünes Signal oder ein blaues Signal gemäß Definition durch das RGB-Farbsystem um und gibt jedes Farbsignal aus.
Hierbei werden rote, grüne und blaue Signale gemäß Definition durch das RGB-Farbsystem, die durch Umwandeln von DL_IC, DL_RC und DL_GC entsprechend einer Differentialverarbeitung, einer Korrekturverarbeitung und dergleichen erzeugt worden sind, mit R, G beziehungsweise B bezeichnet. Darüber hinaus werden Signale, die von der Signalverarbeitungseinheit 640 ausgegeben werden, mit R, G beziehungsweise B bezeichnet.
Detailstruktur der Signalverarbeitungseinheit
Die Signalverarbeitungseinheit 640 setzt sich aus einer Differentialmatrixhalteeinheit 641, einer Farbsignalerzeugungseinheit 642, einer Korrekturmatrixhalteeinheit 643 und einer Farbsignalkorrektureinheit 644 zusammen.
Die Differentialmatrixhalteeinheit 641 hält eine Matrix, die sich aus Differentialkoeffizienten zusammensetzt (nachstehend als „Differentialmatrix" bezeichnet).
Hierbei ist jeder Differentialkoeffizient ein Koeffizient, der angibt, dass ein Farbsignal durch Berechnen eines Differentials für eines der Signale DL_IC, DL_RC und DL_GC erzeugt worden ist.
Die Farbsignalerzeugungseinheit 642 nimmt eine Matrixoperation auf Grundlage der Differentialmatrix vor, wodurch die in die Signalverarbeitungseinheit 640 eingegebenen Signale (DL_IC, DL_RC, DL_GC) in Farbsignale (R, G, B) umgewandelt werden.
Die Korrekturmatrixhalteeinheit 643 hält eine Matrix, die sich aus Korrekturkoeffizienten zusammensetzt (nachstehend als „Korrekturmatrix" bezeichnet).
Hierbei gibt jeder Korrekturkoeffizient an, dass die Farbkorrektur an einem der Farbsignale vorgenommen worden ist (R, G, B).
Die Farbsignalkorrektureinheit 644 nimmt eine Matrixoperation auf Grundlage der Korrekturmatrix vor, wodurch jedes Farbsignal, das von der Farbsignalerzeugungseinheit 642 erzeugt worden ist (R, G, B), zu einem Idealfarbsignal korrigiert wird. Man beachte, dass die Farbkorrektur die gleiche ist, wie sie bei Farbfernsehern, in der Farbfotografie und dergleichen verwendet wird, weshalb Details in diesem Zusammenhang nicht erläutert werden.
Wird der Typ des Farbsignals im RGB-Farbsystem mit M und der Typ des in die Signalverarbeitungseinheit 640 eingegebenen Signals mit N bezeichnet, so sind die Differentialmatrix durch eine M×N-Matrix und die Korrekturmatrix durch eine M×M-Matrix gegeben.
Beispiel für eine Differentialmatrix
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Struktur einer Differentialmatrix beschrieben. Man beachte, dass davon ausgegangen wird, dass die nachfolgenden fünf Bedingungen erfüllt sind.

(1) Licht, das von den Fotodioden empfangen wird, ist Licht, das auf spezifische Wellenlängen standardisiert ist.
(2) Die Wellenlänge und die Lichtmenge unterscheiden sich entsprechend den Abmessungen der Öffnungen, die über den Fotodioden vorgesehen sind.
(3) Das standardisierte Licht erhält man entsprechend einem Additivverfahren aus rotem, grünem und blauem Licht.
(4) Elektrische Signale, die durch fotoelektrische Umwandlung durch die Fotodiode erhalten werden, werden entsprechend der Wellenlänge des standardisierten Lichtes und der empfangenen Lichtmenge spezifiziert.
(5) Ultraviolettstrahlen werden durch Dichtglas oder dergleichen der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung gedämpft, und es kommt nahezu keines bei den Fotodioden an.

Darüber hinaus erhält man bei der Farbsignalerzeugungseinheit 642 einen Spaltenvektor, der aus einem Farbsignal (R, G, B) gemäß Definition durch das RGB-Farbsystem besteht, wie durch die nachfolgende Gleichung (22) gezeigt ist, indem man eine von der Differentialmatrixhalteeinheit 641 gehaltene Differentialmatrix [D] auf einen Spaltenvektor anwendet, der aus dem in die Signalverarbeitungseinheit 640 eingegebenen Signal (DL_IC, DL_RC, DL_GC) besteht.
Auf Grundlage der genannten fünf Bedienungen wird der Spaltenvektor, der sich aus dem in die Signalverarbeitungseinheit 640 eingegebenen Signal (DL_IC, DL_RC, DL_GC) zusammensetzt, derart ausgedrückt, wie durch die nachfolgende Gleichung (23) gezeigt ist, indem eine Gewichtungsmatrix [W] auf den Spaltenvektor angewendet wird, der sich aus dem Farbsignal (R, G, B) gemäß Definition im RGB-Farbsystem zusammensetzt. Man beachte, dass das Element jedes Gewichtungsvektors [W] ein positiver Wert von wenigstens 0 und nicht mehr als 1 ist.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass ein elektrisches Signal, das durch fotoelektrische Umwandlung durch eine Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Infrarotstrahlsperrabmessung angeordnet ist, erzeugt worden ist, nicht von Infrarotstrahlen beeinträchtigt wird. Auf ähnliche Weise wird davon ausgegangen, dass ein elektrisches Signal, das durch fotoelektrische Umwandlung durch eine Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für rotes Licht angeordnet ist, erzeugt worden ist, nicht von rotem Licht beeinträchtigt wird. Schließlich wird davon ausgegangen, dass ein elektrisches Signal, das durch fotoelektrische Umwandlung durch eine Fotodiode, über der eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für grünes Licht angeordnet ist, erzeugt worden ist, nicht von grünem Licht beeinträchtigt wird. Ferner wird auch davon ausgegangen, dass unbeteiligtes Licht keine Gewichtung aufweist, das heißt, dass W₂₁, W₃₁ und W₃₂ gleich 0 sind. Wird die vorgenannte Gleichung (23) bezüglich eines Spaltenvektors gelöst, der aus einem Farbsignal gemäß Definition im RGB-Farbsystem besteht (R, G, B), so erhält man eine Differentialmatrix [D], die durch die nachfolgende Gleichung (24) gegeben ist.
Hierbei ergibt sich aus der vorstehenden Gleichung (24), dass D₁₁, D₁₂ und D₃₃ positive Werte sind, während D₁₂ und D₂₃ negative Werte sind. Darüber hinaus ist gezeigt, dass D₂₁, D₃₁ und D₃₂ allesamt den Wert 0 aufweisen.
Erhält man darüber hinaus spektrale Eigenschaften nahe den idealen spektralen Eigenschaften, wie in 6, 9 und so weiter gezeigt ist, so sind die Gewichtungen W₁₃ und W₂₃ äußerst klein und der Wert D₁₃ ist nahezu gleich 0. Farbsignale gemäß Definition im RGB-Farbsystem können erzeugt werden, indem nur zwei Signaldifferentiale zwischen den Signalen bestimmt werden, die in die Signalverarbeitungseinheit 640 eingegeben werden (DL_IC, DL_RC, DL_GC).
13 ist ein Graph, der die spektralen Eigenschaften darstellt, die merklich von den idealen spektralen Eigenschaften abweichen.
Wie in 13 gezeigt ist, sind die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch eine Öffnung mit einer Infrarotstrahlsperrabmessung hindurchtreten kann, durch eine Kurve 651r angegeben, während die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für rotes Licht hindurchtreten kann, durch eine Kurve 651g angegeben sind und die spektralen Eigenschaften von Licht, das durch eine Öffnung mit einer Sperrabmessung für grünes Licht hindurchtreten kann, durch eine Kurve 651b angegeben sind.
Die spektrale Empfindlichkeit, die durch die Kurven 651r, 651g und 651b angegeben ist, unterscheidet sich merklich von derjenigen, die durch die Kurven beim zweiten und vierten Ausführungsbeispiel angegeben ist.
Wie durch die Kurven 651x, 651g und 651b angegeben ist, können jedoch, wenn die spektralen Eigenschaften merklich von denjenigen nahe dem Idealfall abweichen, die Gewichtungen W₁₃ und W₂₃ nicht vernachlässigt werden, und der Wert D₁₃ verschwindet nicht automatisch. In diesem Fall wird es schwierig, Farbsignale gemäß Definition im RGB-Farbsystem (R, G, B) zu erzeugen, indem Differentiale zwischen nur zwei Signalen bestimmt werden, da die Wirkung der anderen Signale miteinbezogen werden muss.
Wie beschrieben worden ist, setzt sich die Differentialmatrix aus Koeffizienten zusammen, die durch bestimmte Faktoren festgelegt sind, so beispielsweise die Form und Abmessungen der Öffnungen und die Empfindlichkeit der Fotodioden. Ist i gleich 1, 2, 3 und so weiter, so sind darüber hinaus die Komponenten der Differentialmatrix (i, i) durch positive Werte gegeben, während die Komponenten (i, i+1) der Differentialmatrix durch negative Werte gegeben sind.
Zusammenfassung des sechsten Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben worden ist, kann man Farbsignale sogar mit einer Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung erhalten, bei der die Farbfilter weggelassen sind, und zwar auf Grundlage der Fotoempfänger, über denen Öffnungen mit unterschiedlichen Sperrabmessungen vorgesehen sind, wobei Signale ausgegeben werden, die der jeweiligen Sperrabmessungen entsprechen, und die Signalverarbeitungseinheit 640 eine Differentialverarbeitung an dem von den Fotodioden ausgegebenen Signal vornimmt.
Man beachte, dass die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Struktur aufweist, die derjenigen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 des dritten Ausführungsbeispiels entspricht, aus der lediglich die Farbfilter entfernt worden sind, oder auch eine Struktur aufweist, die der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 410 des vierten Ausführungsbeispiels entspricht, aus der ebenfalls nur die Farbfilter entfernt worden sind.
Weitere Bemerkungen zum sechsten Ausführungsbeispiel
Vier Farben, insbesondere Rot (R), Grün (G), Blau (B) und Ultraviolett (UV) können erzeugt werden, indem eine Gruppe von vier Fotodioden bereitgestellt wird, die jeweils einen anderen Typ von Öffnung aufweisen (Infrarotstrahlsperrabmessung, Sperrabmessung für rotes Licht, Sperrabmessung für grünes Licht, Sperrabmessung für blaues Licht), was Licht ultravioletter Strahlen (380 nm) oder darunter den Durchtritt erlaubt, Licht mit blauer Lichtwellenlänge (450 nm) oder darüber jedoch sperrt.
Darüber hinaus können vier Farben, insbesondere Infrarot (IR), Rot (R), Grün (G) und Blau (B) dadurch erzeugt werden, dass eine Gruppe von vier Fotodioden bereitgestellt wird, die jeweils einen anderen Typ von Öffnung aufweisen (maximale Sperrabmessung, Infrarotstrahlsperrabmessung, Sperrabmessung für rotes Licht beziehungsweise Sperrabmessung für grünes Licht). Wie durch die nachfolgende Gleichung (26) gezeigt ist, kann die Signalverarbeitungseinheit 640 eine Differentialverarbeitung an den vier Typen von Signalen vornehmen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 ausgegeben werden, und die Farbsignale (IR, R, G, B) erzeugen.
Darüber hinaus können fünf Farben, insbesondere Infrarot (IR), Rot (R), Grün (G), Blau (B) und Ultraviolett (UV) erzeugt werden, indem eine Gruppe von fünf Fotodioden bereitgestellt wird, die jeweils einen anderen Typ von Öffnung aufweisen (maximale Sperrabmessung, Infrarotstrahlsperrabmessung, Sperrabmessung für rotes Licht, Sperrabmessung für grünes Licht beziehungsweise Sperrabmessung für blaues Licht). Wie durch die nachfolgende Gleichung (27) gezeigt ist, kann die Signalverarbeitungseinheit 640 eine Differentialverarbeitung an den fünf Typen von Signalen vornehmen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 ausgegeben werden, und fünf Farbsignale (IR, R, G, B, UV) erzeugen.
Weiter verallgemeinert bedeutet dies Folgendes. Es können m Farben erzeugt werden, indem eine Menge von n Fotodioden bereitgestellt wird, die jeweils einen anderen Typ von darüber vorgesehener Öffnung aufweisen. Wie aus der nachfolgenden Gleichung (28) ersichtlich ist, kann die Signalverarbeitungseinheit 640 eine Differentialverarbeitung an den n Typen von Signalen vornehmen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 610 ausgegeben werden, und Farbsignale in m Farben erzeugen. Man beachte, dass die Differentialmatrix eine m×n-Matrix ist.
Man beachte, dass die von der Farbsignalerzeugungseinheit 642 erzeugten Farbsignale (R, G, B) weiter in Komplementärfarbsignale (Cy, Mg, Y, G) umgewandelt werden können, wie durch die nachfolgende Gleichung (29) gezeigt ist.
Die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung 610 kann ein Element sein, das aus einem Chip besteht, wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610, die Signalverstärkungseinheit 620, die A/D-Umwandlungseinheit 630 und die Signalverarbeitungseinheit 640 in einem Chip integriert sind, oder sie kann ein Element sein, bei dem die fotoelektrische Umwandlungseinheit 610, die Signalverstärkungseinheit 620, die A/D-Umwandlungseinheit 630 und die Signalverarbeitungseinheit 640 jeweils in separaten Chips ausgebildet sind.
Darüber hinaus kann eine Mehrzahl von Öffnungen für eine Fotodiode vorgesehen werden, wie dies bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 des dritten Ausführungsbeispiels der Fall ist, oder eine Mehrzahl von zwei Typen von Öffnungen kann vorgesehen sein, wie dies bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 410 des vierten Ausführungsbeispiels der Fall ist.
Die Differentialmatrixhalteeinheit 641 kann vorab eine Matrix halten, die eine Differentialmatrix, multipliziert mit einer Korrekturmatrix ist, und die Farbsignale können von der Farbsignalerzeugungseinheit 642 mittels Verarbeitung erzeugt werden. Darüber hinaus können die erzeugten Farbsignale auch ohne weitere Verarbeitung ausgegeben werden.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass strukturelle Elemente mit derselben Struktur wie diejenigen beim sechsten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Erläuterung derselben in der nachfolgenden Beschreibung unterbleibt.
Abriss zum siebten Ausführungsbeispiel
Die Hauptaufgabe beim sechsten Ausführungsbeispiel besteht in der Erzeugung von Signalen im RGB-Format, die bei der Reproduktion jeder Farbe ohne Verwendung von Farbfiltern 217r, 217g und 217b notwendig sind, durch Anwenden einer Signalverarbeitung auf die elektrischen Signale, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugt worden sind, aus Licht, das durch drei Typen von Öffnungen hindurchtritt, die jeweils verschiedene Sperrabmessungen aufweisen. Demgegenüber stellt das siebte Ausführungsbeispiel darauf ab, den Durchtritt von mehr Licht durch die Öffnungen zu ermöglichen.
Im Folgenden wird eine Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung entsprechend dem siebten Ausführungsbeispiel im Lichte des vorbeschriebenen Ziels beschrieben.
Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des siebten Ausführungsbeispiels
14A zeigt die fotoelektrische Umwandlungseinheit der Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung des siebten Ausführungsbeispiels von oben, und 14B zeigt einen Querschnitt G-G' durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit, gesehen in Richtung eines Pfeils.
Man beachte, dass um der Kürze willen nur eine der Pixeleinheiten (2 mal 2 Pixel) von den Pixeleinheiten, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit 710 bilden, gezeigt ist.
Wie in 14A und 14B gezeigt ist, sind in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 710 Mikrolinsen 719x, 719g und 719b in dem Lichtabschirmfilm 214 ausgebildet, um so die Öffnungen 215r, 215g beziehungsweise 215b abzudecken.
Zusammenfassung des siebten Ausführungsbeispiels
Die Mikrolinsen, die in dem Lichtabschirmfilm 214 ausgebildet sind, um so die Öffnungen abzudecken, bewirken eine Fokussierung des Lichtes über dem Lichtabschirmfilm 214 in die Öffnungen, wodurch die Fotodiode eine größere Lichtmenge empfangen kann, was wiederum die Empfindlichkeit erhöht.
Weitere Bemerkungen
Ist eine Mehrzahl von Öffnungen in Bezug auf jede Fotodiode ausgebildet, wie dies bei den fotoelektrischen Umwandlungseinheiten 310 und 410 der dritten und vierten Ausführungsbeispiele der Fall ist, so kann eine Mikrolinse auf dem Lichtabschirmfilm 214 ausgebildet werden, um so die Mehrzahl von Öffnungen abzudecken, die in Bezug auf diese eine Fotodiode ausgebildet ist. Andernfalls kann eine Mehrzahl von Mikrolinsen ausgebildet werden, von denen jede eine oder mehrere der Öffnungen abdeckt.
Man beachte, dass die Größe der Mikrolinsen entsprechend der Größe der Öffnungen variieren kann, oder auch sämtliche Linsen die gleiche Größe aufweisen können.
Achtes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Abriss zum achten Ausführungsbeispiel
18 zeigt ein Beispiel für die Struktur einer herkömmlichen Spektralvorrichtung, bei der ein Prisma zum Einsatz kommt.
In einer Spektralvorrichtung, in der ein Prisma zum Einsatz kommt, kann einfallendes Licht 1001 entsprechend der Wellenlänge bei Durchtritt durch ein Prisma 1002 geteilt werden, da der Brechungsindex des Prismas 1002 entsprechend der Wellenlänge variiert.
Die Wellenlänge des einfallenden Lichtes 1001 wird entsprechend der Positionskoordinate 1005 bestimmt, bei der Licht 1003, das durch das Prisma 1002 hindurchtritt, auf eine Spektralanzeigeplatte 1004 trifft, die von dem Prisma beabstandet angeordnet ist. Das einfallende Licht 1001 ist rot, wenn das Licht auf eine Positionskoordinate 1005R der Spektralanzeigeplatte 1004 auftrifft, grün, wenn das Licht auf eine Positionskoordinate 1005G der Spektralanzeigeplatte 1004 auftrifft, und blau, wenn das Licht auf eine Positionskoordinate 1005B der Spektralanzeigeplatte 1004 auftrifft.
Die genaue Bestimmung der Wellenlänge ist jedoch bei dieser Art von Spektralvorrichtung schwierig, da die Positionskoordinate 1005 des Lichtes, das auf die Spektralanzeigeplatte trifft, entsprechend einer Anzahl von Faktoren variiert, so beispielsweise entsprechend dem Winkel des einfallenden Lichtes 1001 bezüglich des Prismas 1002 sowie dem Abstand und dem Winkel zwischen dem Prisma 1002 und der Spektralanzeigeplatte 1004. Daher erfordert die Einstellung dieses Typs von Spektralvorrichtung eine Einstellung an mehreren Stellen.
Infolgedessen gilt: Je weniger Stellen für eine Einstellung herangezogen werden müssen, desto bequemer ist die Handhabung der Spektralvorrichtung.
Darüber hinaus ist vorzuziehen, wenn die Handhabung der Spektralvorrichtung einfach ist, da es notwendig ist, die Frequenz und die Menge des auf die Fotodioden, die die Halbleiterbilderzeugungsvorrichtung bilden, einfallenden Lichtes fein einzustellen, um die fotoelektrischen Umwandlungseigenschaften der Fotodioden zu messen.
Die Spektralvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles erfordert eine Einstellung an weniger Stellen und eine einfachere Handhabung als eine Spektralvorrichtung, bei der ein herkömmliches Prisma zum Einsatz kommt.
Spektralvorrichtung des achten Ausführungsbeispiels
17A zeigt ein Beispiel für die Struktur einer Spektralvorrichtung, die eine Spektralseparation eines Typs von Licht vornimmt, und 17B zeigt ein Beispiel für eine Spektralvorrichtung, die eine Spektralseparation in eine Mehrzahl von Lichttypen vornimmt.
Bei Separation von Licht in eine Mehrzahl von Lichttypen ist eine Mehrzahl von Spektralvorrichtungen gemäß 17A vorgesehen, um eine Spektralvorrichtung zu bilden (siehe 17B).
Fällt einfallendes Licht 1001 auf eine Spektralplatte 1010 ein, so trifft Licht mit weniger als einer vorbestimmten Wellenlänge durch eine in der Spektralplatte 1010 vorgesehene Öffnung 1013 hindurch.
Das Licht 1030, das durch die Öffnung 1013 hindurchtritt, erreicht eine Spektralanzeigeplatte 1012.
Weist die Öffnung 1013 beispielsweise Rechteckform mit einer Länge der Längsseite von 230 nm auf, so ist das Licht 1030, das durch die Öffnung hindurchtritt, Licht mit einer Wellenlänge des blauen Lichtes (in der Umgebung von 450 nm) oder weniger.
Die Beziehung zwischen Form und Abmessung der Öffnungen und der Frequenz des Lichtes, das hindurchtritt, ist die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Man beachte, dass die Spektralplatte 1010 beispielsweise aus Aluminium (Al) oder Wolfram (W) bestehen kann.
Im Folgenden wird die Spektralvorrichtung von 17B beschrieben, die eine Lichterfassungseinheit anstelle der Spektralanzeigeplatte 1012 von 17A umfasst. Diese Spektralvorrichtung wird Spektralmessvorrichtung genannt.
Die Spektralmessvorrichtung weist Öffnungen 1051, 1052 und 1053 verschiedener Abmessungen auf, die in einer Spektralplatte vorgesehen sind, wobei Licht 1040, das durch die Öffnungen 1051, 1052 und 1053 hindurchtritt, Lichtdetektoren 1061, 1062 beziehungsweise 1063 erreicht und fotoelektrisch umgewandelt wird.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass jede Öffnung Licht mit einer anderen Wellenlänge oder weniger den Durchtritt ermöglicht und dass die spektralen Eigenschaften jeder Öffnung gemessen worden sind.
Licht 1040, dessen spektrale Eigenschaften gemessen worden sind, fällt auf die Öffnungen (1051, 1052 und 1053) und wird nach Durchtritt durch die Öffnungen von den Lichtdetektoren (1061, 1062 und 1063) erfasst. Die spektralen Eigenschaften des Lichtes 1040 werden auf Grundlage der Korrelation zwischen den erfassten elektrischen Signalen ermittelt.
So weist beispielsweise Licht, das durch die Öffnung 1051 hindurchtritt, eine Wellenlänge von weniger als derjenigen des blauen Lichtes, Licht, das durch die Öffnung 1052 hindurchtritt, eine Wellenlänge von weniger als derjenigen des grünen Lichtes und Licht, das durch die Öffnung 1053 hindurchtritt, eine Wellenlänge von weniger als derjenigen des roten Lichtes auf.
Sind die spektralen Eigenschaften des Lichtes, das durch die Öffnung 1051 hindurchtritt, und des Lichtes, das durch die Öffnung 1052 hindurchtritt und eine Wellenlänge aufweist, die kleiner als diejenige des blauen Lichtes ist, gleich, so kann die Intensität des Wellenlängenbereiches des grünen Lichtes durch Subtrahieren des elektrischen Signals gemäß Erfassung durch den Lichtdetektor 1061 von dem elektrischen Signal gemäß Erfassung durch den Lichtdetektor 1062 bestimmt werden. Auf ähnliche Weise kann die Intensität des Wellenlängenbereiches des roten Lichtes durch Subtrahieren des elektrischen Signals gemäß Erfassung durch den Lichtdetektor 1062 von dem elektrischen Signal gemäß Erfassung durch den Lichtdetektor 1063 ermittelt werden.
In der Praxis ist es äußerst schwierig, Öffnungen, die spektrale Eigenschaften von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder weniger von dem Licht, das durch jede der Öffnungen hindurchtritt, bewirken, gleichmäßig auszugestalten. Aus diesem Grund kann die Intensität des notwendigen Lichtes ermittelt werden, indem eine vorgegebene Matrixverarbeitung durchgeführt wird. Details dieser Matrixverarbeitung wurden im Zusammenhang mit dem sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Weitere Bemerkungen zum achten Ausführungsbeispiel

(1) Obwohl die Spektralvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einer Spektralplatte mit darin befindlichen Öffnungen versehen ist, kann für jede Öffnung eine andere Spektralplatte vorgesehen werden.

Die Strukturierung der Spektralvorrichtung derart, dass man eine Mehrzahl von Spektralplatten erhält, weist den Vorteil auf, dass feine Einstellungen möglich weiden. Die Strukturierung der Spektralplatte derart, dass sie nur eine Spektralplatte aufweist, weist den Vorteil auf, dass die Notwendigkeit einer Positionsabstimmung zwischen den Spektralplatten beseitigt wird.

(2) Bei einer Spektralvorrichtung, die eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist und Licht in eine Mehrzahl von Lichttypen separiert, sind Spektralseparationsplatten 1011 bei der Verhinderung einer Mischung von Licht, das durch die Öffnungen hindurchtritt, wirkungsvoll.
(3) Obwohl die Spektralvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einer Öffnung versehen ist, die Licht einer bestimmten Frequenz oder darunter den Durchtritt ermöglicht, kann auch eine Mehrzahl von Öffnungen derselben Form vorgesehen sein.

Darüber hinaus kann auch eine Mehrzahl von Öffnungen verschiedener Formen vorgesehen sein.
Die Bereitstellung einer Mehrzahl von Öffnungen ermöglicht einer größeren Lichtmenge den Durchtritt durch die Öffnungen und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis der Spektralvorrichtung oder der Spektralmessvorrichtung. Dies wurde im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Darüber hinaus kann durch eine Kombination von Öffnungen verschiedener Formen Licht mit spektralen Eigenschaften nahe den notwendigen Eigenschaften hindurchtreten. Dies wurde im Zusammenhang mit dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben.

(4) Obwohl die Öffnungen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel derart beschrieben worden sind, dass sie Rechteckform aufweisen, können sie auch eine andere Form aufweisen, so beispielsweise Kreisform oder Schlitzform.

Ungeachtet der Tatsache, dass die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben worden ist, ist einsichtig, dass sich verschiedene Änderungen und Abwandlungen daran einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar erschließen. Solange derartige Änderungen und Ab wandlungen nicht außerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in den beigefügten Ansprüchen liegen, sollen sie ihn selbigem enthalten sein.

Claims

Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung, die umfasst: eine Vielzahl von Fotodioden (12), die jeweils empfangenes Licht in ein elektrisches Signal umwandeln; und einen Lichtabschirmfilm (114) mit einer Vielzahl darin ausgebildeter Öffnungen (115), der oberhalb und gegenüber den Fotodioden durch Isolierung (13) zwischen dem Lichtabschirmfilm (114) und den Fotodioden (12) isoliert vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (115) Licht einer vorgegebenen Wellenlänge oder darüber sperren und Licht unterhalb der vorgegebenen Wellenlänge durchlassen, wobei die vorgegebene Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereiches liegt, für den die Fotodioden (12) empfindlich sind, und eine Form und eine Abmessung jeder Öffnung gemäß der vorgegebenen Wellenlänge definiert sind.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fotodioden (12) jeweils Pixeln entsprechen, die jeweils eine minimale Einheit eines aufgenommenen Bildes sind, und über jeder der Fotodioden eine verschiedene der Öffnungen (115) vorhanden ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (215 r, g, b) aus N (wobei N eine natürliche Zahl ist) verschiedenen Typen der Öffnungen bestehen, die vorgegebene Wellenlänge für jeden Typ Öffnung verschieden ist, die Anzahl der Fotodioden (12) N beträgt und über jeder der N Fotodioden eine Öffnung eines verschiedenen der N Typen vorhanden ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, die Farbsignale eines ersten Farbsystems aus N (wobei N eine natürliche Zahl ist) Typen elektrischer Signale, die aus durch die Fotodioden (12), deren Anzahl N betagt, empfangenem Licht erzeugt werden, auf Basis einer Matrix von M×N (wobei M eine natürliche Zahl ist) zum Umwandeln eines Spaltenvektors, dessen Bestandteile N Typen elektrischer Signale sind, in einen Spaltenvektor, dessen Bestandteile M Typen von Farbsignalen des ersten Farbsystems sind, erzeugt.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, die Farbkorrektur an den Farbsignalen des ersten Farbsystems auf Basis einer Matrix von M×M zum Korrigieren des Spaltenvektors, dessen Bestandteile die Farbsignale des ersten Farbsystems sind, vornimmt.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, die die Farbsignale des ersten Farbsystems in Farbsignale eines zweiten Farbsystems auf Basis einer Matrix von L×M (wobei L eine natürliche Zahl ist) zum Umwandeln des Spaltenvektors, dessen Bestandteile Farbsignale des ersten Farbsystems sind, in einen Spaltenvektor, dessen Bestandteile Farbsignale des zweiten Farbsystems sind, umwandelt.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, die Farbkorrektur an den Farbsignalen des zweiten Farbsystems vornimmt, wobei die Farbkorrektur auf einer Matrix von L×L zum Korrigieren eines Spaltenvektors, dessen Bestandteile Farbsignale des zweiten Farbsystems sind, basiert.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei über jeder Fotodiode (12) eine Vielzahl der Öffnungen (315 r, g, b) vorhanden ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Öffnungen (315 r, g, b), die über jeder Fotodiode (12) vorhanden sind, aus (I) einer oder mehreren Öffnungen, die Licht unterhalb der vor gegebenen Wellenlänge hindurch treten lassen, und (II) einer oder mehreren Öffnungen besteht, die Licht unterhalb einer anderen vorgegebenen Wellenlänge hindurch treten lassen.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Öffnungen (315 r, g, b) so angeordnet sind, dass Längsrichtungen der Öffnung parallel zueinander sind und ein Zwischenraum zwischen jeder Öffnung kleiner ist als oder genauso groß wie eine Längsrichtungsabmessung der Öffnungen.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Öffnungen (315 r, g, b) so angeordnet sind, dass Längsrichtungen der Öffnung parallel zueinander sind und ein Zwischenraum zwischen jeder Öffnung größer ist als oder genauso groß wie eine Längsrichtungsabmessung der Öffnungen.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren umfasst: eine Vielzahl von Mikrolinsen (719 r, g, b), von denen jede in Bezug auf eine andere der Fotodioden (12) vorhanden ist und die Öffnung (215 r, g, b) oberhalb der jeweiligen Fotodiode abdeckt.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren umfasst: eine Vielzahl von Mikrolinsen (719 r, g, b), von denen jede eine oder mehrere verschiedene der Öffnungen (215 r, g, b) abdeckt.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Isolierung (13) eine Dicke hat, die genauso groß ist wie oder größer als eine minimale Abmessung der Öffnungen (115) und genauso groß wie oder kleiner als eine maximale Wellenlänge von Licht, das durch die Fotodioden (12) umgewandelt werden soll
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede Öffnung (115) Rechteck- oder Kreisform hat, und die Abmessung, die gemäß der vorgegebenen Wellenlänge definiert ist, eine lange Seite der Öffnung ist, wenn die Öffnung rechteckig ist, und ein Durchlass der Öffnung, wenn die Öffnung kreisförmig ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die vorgegebene Wellenlänge eine Wellenlänge von Nah-Infrarotlicht, rotem Licht, grünem Licht oder blauem Licht in einem Medium ist, das über der Öffnung (115) ausgebildet ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (515) eine lange schmale Rechteckform haben und so angeordnet sind, dass eine Längsrichtung jeder Öffnung in einer gleichen Richtung ausgerechtet ist.
Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (515) eine lange schmale Rechteckform haben, eine Vielzahl von Öffnungen in Bezug auf jede Fotodiode (12) vorhanden und so angeordnet ist, dass eine Längsrichtung der Öffnungen für jede Diode in (I) einer ersten Richtung oder (II) einer zweiten Richtung, die rechtwinklig zu der ersten Richtung ist, ausgerichtet ist.
Kamera (100), die eine Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung (101) nach Anspruch 2 enthält.
Kamera nach Anspruch 19, wobei die Öffnungen aus N (wobei N eine natürliche Zahl ist) verschiedenen Typen der Öffnungen (215 r, g, b) bestehen, die vorgegebene Wellenlänge für jeden Typ Öffnung verschieden ist, die Anzahl der Fotodioden (12) N beträgt und über jeder der N Fotodioden Öffnungen eines verschiedenen der N Typen vorhanden sind, und die Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung (101) des Weiteren umfasst: eine Signalverarbeitungsschaltung, die N Typen elektrischer Signale verarbeitet, die aus jeweils durch die N Fotodioden (12) empfangenem Licht erzeugt werden, die über den Öffnungen (215 r, g, b) vorhanden sind, deren Form und Abmessungen auf Basis der jeweiligen vorgegebenen Wellenlänge definiert sind, und die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Basis einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile M (wobei M eine natürliche Zahl ist) Typen von Farbsignalen eines ersten Farbsystems sind, durch Bilden einer Differenz zwischen einem elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale und einem benachbarten elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale erzeugt.
Kamera nach Anspruch 19, die des Weiteren eine Signalverarbeitungsvorrichtung enthält, die N (wobei N eine natürliche Zahl ist) Typen elektrischer Signale verarbeitet, die durch die Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung (101) ausgegeben werden, wobei in der Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung die Öffnungen aus N verschiedenen Typen der Öffnungen (215 r, g, b) bestehen, die vorgegebene Wellenlänge für jeden Typ Öffnung verschieden ist, die Anzahl der Fotodioden (12) N beträgt und über jeder der N Fotodioden Öffnungen eines verschiedenen der N Typen vorhanden sind, die Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung an die Signalverarbeitungsvorrichtung N Typen elektrischer Signale ausgibt, die aus jeweils durch die N Fotodioden (12) empfangenem Licht erzeugt werden, die oberhalb den Öffnungen (215 r, g, b) vorhanden sind, deren Form und Abmessungen auf Basis der jeweiligen vorgegebenen Wellenlänge definiert sind, und die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Basis einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile M (wobei M eine natürliche Zahl ist) Typen von Farbsignalen eines ersten Farbsystems sind, durch Bilden einer Differenz zwischen einem elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale und einem benachbarten elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale erzeugt.
Kamera nach Anspruch 19, die des Weiteren umfasst: wenigstens eine weitere der Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtungen (101), wobei die Gesamtzahl der Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtungen N beträgt und in jeder Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung die Öffnungen aus N (wobei N eine natürliche Zahl ist) verschiedenen Typen der Öffnungen (215 r, g, b) bestehen, die vorgegebene Wellenlänge für jeden Typ Öffnung verschieden ist, die Anzahl der Fotodioden (12) N beträgt und über jeder der N Fotodioden Öffnungen eines verschiedenen der N Typen vorhanden sind; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung die N Typen elektrischer Signale verarbeitet, die durch die Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung ausgegeben werden, wobei die Halbleiter-Bilderzeugungsvorrichtung an die Signalverarbeitungsvorrichtung N Typen elektrischer Signale ausgibt, die aus jeweils durch die N Fotodioden (12) empfangenem Licht erzeugt werden, die oberhalb der Öffnungen (215 r, g, b) vorhanden sind, deren Form und Abmessungen auf Basis der jeweiligen vorgegebenen Wellenlänge definiert sind, und die Signalverarbeitungsvorrichtung aus den N Typen elektrischer Signale Farbsignale eines ersten Farbsystems auf Basis einer Differenzmatrix zum Umwandeln eines Vektors, dessen Bestandteile die N Typen elektrischer Signale sind, in einen Vektor, dessen Bestandteile M (wobei M eine natürliche Zahl ist) Typen von Farbsignalen eines ersten Farbsystems sind, durch Bilden einer Differenz zwi schen einem elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale und einem benachbarten elektrischen Signal von den N Typen elektrischer Signale erzeugt.