JP2016115746A - 光検出装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線の波長域の感度を良好に低減することができる光検出装置およびこれを備える電子機器を提供する。【解決手段】半導体基板と、半導体基板に形成され、少なくとも共通色の青色フィルタで覆われた信号検出用受光部Ｂ１および赤外線受光部Ｂ２と、赤外線受光部Ｂ２上で青色フィルタに重なっており、青色フィルタを透過する青色の光を阻止可能な赤色フィルタとを含む、光検出装置を提供する。そして、信号検出用受光部Ｂ１の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部Ｂ２の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで（Ｂ１−Ｂ２）、入射光の実際の可視光成分に近い出力信号（情報）を得る。【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、カラーフィルタを備える光検出装置およびこれを備える電子機器に関する。

従来、カラーセンサへの入射光の赤外線を分離するために、赤外線カットフィルタが使用されている。
たとえば、特許文献１は、複数のセンサを有する基板と、基板上でセンサを覆う赤外線カットフィルタと、赤外線カットフィルタ上の可視光線フィルタとを含む、光電子センサを開示している。この赤外線カットフィルタは、たとえば、約５０層の誘電体膜を積層することによって形成された多層膜からなる。

米国特許第８２７４０５１号明細書

しかしながら、多層膜の赤外線カットフィルタは、フィルタに対して光が垂直に入射することを前提に設計されているため、斜めから入射する光の赤外線を完全に分離することが難しいという課題がある。
本発明の一実施形態は、赤外線の波長域の感度を良好に低減することができる光検出装置を提供する。

本発明の一実施形態は、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置を備える電子機器を提供する。

本発明の一実施形態は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、少なくとも共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部と、前記赤外線受光部上で前記カラーフィルタに重なっており、前記カラーフィルタを透過する波長域の光を阻止可能な第２カラーフィルタとを含む、光検出装置を提供する。
この構成によれば、共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部のうち、赤外線受光部のみが選択的に第２カラーフィルタで覆われている。これにより、信号検出用受光部および赤外線受光部に同じ光が入射した場合に、信号検出用受光部では所定の波長域の可視光および赤外線が検出される一方、赤外線受光部では、可視光を第２カラーフィルタで選択的に阻止し、信号検出用受光部で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみを検出することができる。したがって、前記光検出装置の内部または外部に備えられた論理回路等によって、信号検出用受光部の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで、入射光の実際の可視光成分に近い出力信号（情報）を得ることができる。したがって、本発明の一実施形態に係る光検出装置を用いれば、少ない誤差で、照度および色温度を精度よく算出することができる。

そして、このような信号の分別処理は、論理演算によって赤外線の波長域分の信号のみがデジタル的に分離されるものなので、光の入射方向に関係なく、赤外線の波長域の感度を良好に低減することができる。
本発明の一実施形態では、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第１ｐｎ接合部と、前記第１ｐｎ接合部よりも深い位置にある第２ｐｎ接合部とを含む。

半導体基板における光の透過深さは、波長が長いほど深くなるという関係がある。したがって、検出対象の光の波長に応じてｐｎ接合部を使い分けることで、光を効率よく検出することができる。
本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含み、前記第２カラーフィルタは、赤色フィルタを含む。

青色フィルタまたは緑色フィルタを透過する光の分光感度曲線は、青色または緑色の波長域、および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から青色または緑色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この構成によれば、赤外線受光部において、青色または緑色の波長域の光を赤色フィルタで分離することで、赤外線を簡単に判別することができる。

本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、赤色フィルタを含み、前記第２カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含む。この場合、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第１ｐｎ接合部と、前記第１ｐｎ接合部よりも深い位置にある第２ｐｎ接合部とを含むことが好ましい。

前述のように青色フィルタまたは緑色フィルタを透過する光とは異なり、赤色フィルタを透過する光の分光感度曲線は、赤色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、明確に独立したピークを持つわけではない。したがって、赤外線受光部において、青色フィルタまたは緑色フィルタを用いて赤色の光を単に分離するやり方では、赤外線を選択的に判別することは難しい。そこで、この構成によれば、光の波長が長いほど半導体基板における透過深さが深くなるという関係を利用している。すなわち、信号検出用受光部では、相対的に浅い位置に形成され、赤外線よりも波長が短い赤色の光の検出に適した第１ｐｎ接合部において主に赤色の光を検出する。一方、赤外線受光部では、相対的に深い位置にあり、赤色の光よりも波長が長い赤外線の検出に適した第２ｐｎ接合部において赤外線を検出することができる。これにより、赤外線を選択的に判別し易くなる。

本発明の一実施形態では、前記信号検出用受光部は、前記半導体基板上の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となる位置にそれぞれ設けられている。
この構成によれば、半導体基板の受光領域全体に光が均一に当たらない等の理由によって一方の信号検出用受光部に十分な光が入射しなくても、他方の信号検出用受光部で光を検出できるので、信頼性が良い。

本発明の一実施形態は、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部を覆う赤外線カットフィルタをさらに含む。
この構成によれば、より確実に、赤外線の波長域の感度を低減することができる。
本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、カラーレジストを含む。
本発明の一実施形態は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、少なくとも共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部と、前記赤外線受光部上で前記カラーフィルタに重なっており、前記カラーフィルタを透過する波長域の光を阻止可能な第２カラーフィルタとを含む、光検出装置と、前記光検出装置を収容した筐体とを含む、電子機器を提供する。

この構成によれば、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置を備えているので、電子機器に形成された受光用の窓の可視光線透過率が低くても実用可能である。そのため、受光用の窓のデザインの自由度を広げることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 図２は、前記光検出装置の受光領域のレイアウト図である。 図３は、前記光検出装置の断面図（図２のＡ−Ａ´線断面図）である。 図４は、前記光検出装置の断面図（図２のＢ−Ｂ´線断面図）である。 図５は、図３および図４のフォトダイオードの拡大図である。 図６Ａは、青色受光部での赤外線分離の演算を説明するための図である。 図６Ｂは、青色受光部における最終の分光感度特性を示す図である。 図７Ａは、緑色受光部での赤外線分離の演算を説明するための図である。 図７Ｂは、緑色受光部における最終の分光感度特性を示す図である。 図８Ａは、赤色受光部での赤外線分離の演算を説明するための図である。 図８Ｂは、赤色受光部における最終の分光感度特性を示す図である。 図９は、前記光検出装置の最終的な分光感度特性を示す図である。 図１０は、前記光検出装置が用いられる電子機器の一例であるスマートフォンの外観を示す斜視図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光検出装置１の電気的構成を示すブロック図である。
光検出装置１は、赤色受光部２Ｒ、緑色受光部２Ｇおよび青色受光部２Ｂと、これらの受光部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを覆う赤外線カットフィルタ３と、演算部４とを含む。

赤色受光部２Ｒ、緑色受光部２Ｇおよび青色受光部２Ｂは、それぞれ、フォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを有している。フォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、それぞれ、演算部４に電気的に接続されている。フォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと演算部４との間には、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）６が介挿されている。各フォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのｐｎ接合部に光が入射すると、光起電力効果によって電流が発生し、その電流がＡＤＣ６においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部４に入力される。演算部４では、入力信号に基づいて演算処理が実行される。

演算部４は、たとえばＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路からなり、トランジスタ、キャパシタ、レジスタ等の各種回路素子を含んでいる。演算部４は、光検出装置１の最表面に形成された複数の外部電極７に電気的に接続されている。複数の外部電極７を介して、演算部４からの信号出力、演算部４やフォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂへの電源入力等が行われる。

図２は、光検出装置１の受光領域９のレイアウト図である。
光検出装置１は、半導体基板８と、半導体基板８上に受光領域９とを有している。赤色受光部２Ｒ、緑色受光部２Ｇおよび青色受光部２Ｂは、それぞれ、複数の受光部を有しており、それらが受光領域９に配列されている。
具体的には、赤色受光部２Ｒが信号検出用受光部Ｒ１および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３を含み、緑色受光部２Ｇが信号検出用受光部Ｇ１および赤外線受光部Ｇ２を含み、青色受光部２Ｂが信号検出用受光部Ｂ１および赤外線受光部Ｂ２を含んでいる。信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１、および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２は、それぞれ、複数備えられている。これらの受光部のうち、少なくとも複数の信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１は、たとえば、平面視四角形の受光領域９の中心Ｃ（重心）を対称の中心として点対称となる位置に、それぞれ設けられている。複数の赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２についても同様に、図２に示すように、点対称の位置にそれぞれ設けられていてもよい。これにより、半導体基板８の受光領域９全体に光が均一に当たらない等の理由によって一方の信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１に十分な光が入射しなくても、他方の信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１で光を検出できるので、信頼性が良い。たとえば、受光領域９の紙面下側の縁部への光の入射が乏しく、当該縁部上の信号検出用受光部Ｒ１，Ｂ１においてうまく光を検出できなくても、受光領域９の紙面上側の縁部上の信号検出用受光部Ｒ１，Ｂ１で光を検出することができる。

なお、図２では、明瞭化のため、赤色受光部２Ｒ、緑色受光部２Ｇおよび青色受光部２Ｂの参照符号を省略すると共に、信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を白抜きの四角形で示し、赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２をクロスハッチングが付された四角形で示している。
平面視四角形状の受光領域９の角部には、可視光および赤外線を受光可能なクリア受光部１０が形成されている。たとえば、クリア受光部１０は、平面視において、少なくとも受光領域９の一対の対角を構成する角部に一つずつ配置されていてもよい。クリア受光部１０はフォトダイオードを備え、赤外線カットフィルタ３で覆われていないものである。

次に、信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１、および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２の断面構造を、図３〜図５を参照して説明する。
図３は、光検出装置１の断面図（図２のＡ−Ａ´線断面図）である。図４は、光検出装置１の断面図（図２のＢ−Ｂ´線断面図）である。図５は、図３および図４のフォトダイオードの拡大図である。

信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１、および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２は、共通する要素として、半導体基板８と、半導体基板８に形成されたフォトダイオード１１と、半導体基板８上の全面を覆う層間絶縁膜１２とを含む。なお、フォトダイオード１１は、図１のフォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのそれぞれに対応するものであるが、図３〜図５では明瞭化のため、フォトダイオード５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの参照符号を省略する。

半導体基板８は、この実施形態では、ｐ型シリコン基板からなる。
フォトダイオード１１は、ｐ型の半導体基板８の表面８Ａから順に形成された第１ｎ型領域１３、第１ｐ型領域１４、第２ｎ型領域１５、ｐ型半導体基板８によって構成されたｎｐｎｐ構造を有している。第２ｎ型領域１５がｐ型半導体基板８の表面部に形成され、この第２ｎ型領域１５の内方領域に第１ｐ型領域１４が形成され、さらに第１ｐ型領域１４の内方領域に第１ｎ型領域１３が形成されている。これにより、図５に示すように、フォトダイオード１１は、半導体基板８の表面８Ａからの深さが互いに異なるｐｎ接合部を含むフォトＤｉ１、フォトＤｉ２およびフォトＤｉ３を有している。

フォトＤｉ１は、第１ｐ型領域１４と第１ｎ型領域１３とのｐｎ接合部を含み、表面８Ａからの当該ｐｎ接合部の深さは、たとえば、０．０９μｍ〜０．１７μｍである。フォトＤｉ２は、第１ｐ型領域１４と第２ｎ型領域１５とのｐｎ接合部を含み、表面８Ａからの当該ｐｎ接合部の深さは、フォトＤｉ１のｐｎ接合部よりも深く、たとえば、１．０μｍ〜１．８μｍである。フォトＤｉ３は、ｐ型の半導体基板８と第２ｎ型領域１５とのｐｎ接合部を含み、表面８Ａからの当該ｐｎ接合部の深さは、フォトＤｉ２のｐｎ接合部よりも深く、たとえば、３．２μｍ〜５．９μｍである。

フォトダイオード１１が、互いに深さの異なるフォトＤｉ１〜Ｄｉ３を有する利点は次の通りである。すなわち、シリコン基板に対しては、光の波長が長いほど透過深さが深くなる傾向にあり、光検出装置１のように検出すべき光成分の波長域が複数ある場合には、フォトＤｉ１〜Ｄｉ３のいずれかにおいて効率よく光を検出することができる。たとえば、フォトＤｉ１は、青色の波長域（たとえば４２０ｎｍ〜４８０ｎｍ）および緑色の波長域（たとえば５００ｎｍ〜５６０ｎｍ）の成分の検出に適しており、フォトＤｉ２は、緑色の波長域および赤色の波長域（たとえば５９０ｎｍ〜６８０ｎｍ）の成分の検出に適している。また、フォトＤｉ３は、赤外線の波長域（たとえば７００ｎｍ〜１３００ｎｍ）の成分の検出に適している。

なお、半導体基板８には、フォトダイオード１１の他、たとえば、演算部４を構成するトランジスタの不純物領域が形成されていてもよい。この場合、第１ｎ型領域１３、第１ｐ型領域１４、第２ｎ型領域１５は、トランジスタを構成するソース領域（Ｓ）、ドレイン領域（Ｄ）、素子分離用の埋め込み層（Ｌ／Ｉ、Ｂ／Ｌ）等の不純物領域と同じ工程で形成されてもよい。

層間絶縁膜１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の絶縁材料からなる。層間絶縁膜１２は、図３および図４で示したように単層であってもよいし、複数層であってもよい。
層間絶縁膜１２上には、赤色フィルタ１６Ｒ、緑色フィルタ１６Ｇおよび青色フィルタ１６Ｂが形成され、これらのフィルタ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを覆うように赤外線カットフィルタ３が形成されている。赤外線カットフィルタ３は、たとえば、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２構造が複数（たとえば５０層程度）積層された多層誘電体膜からなっていてもよい。赤外線カットフィルタ３は、全ての信号検出用受光部Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１、および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２に対して共通の被覆膜となっている。また、赤色フィルタ１６Ｒ、緑色フィルタ１６Ｇおよび青色フィルタ１６Ｂは、たとえば、顔料をベースとしたカラーレジスト、ナノインプリント技術を用いて形成した透過型レジスト、ゼラチン膜等で構成することができる。

赤色フィルタ１６Ｒ、緑色フィルタ１６Ｇおよび青色フィルタ１６Ｂは、その下の受光部の種類によって設けられるか否か決定されるが、同じ色の光を検出するための受光部には、共通色のカラーフィルタが必ず設けられている。つまり、赤色用の信号検出用受光部Ｒ１および赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３には赤色フィルタ１６Ｒが必ず設けられ、信号検出用受光部Ｇ１および赤外線受光部Ｇ２における緑色フィルタ１６Ｇ、信号検出用受光部Ｂ１および赤外線受光部Ｂ２における青色フィルタ１６Ｂについても同じことである。

カラーフィルタ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの配置形態をより具体的に説明すると、信号検出用受光部Ｒ１には赤色フィルタ１６Ｒの単層膜が設けられ、赤外線受光部Ｒ２には赤色フィルタ１６Ｒの単層膜が設けられ、赤外線受光部Ｒ３には赤色フィルタ１６Ｒと緑色フィルタ１６Ｇの積層膜（１６Ｒが上側）が設けられている。また、信号検出用受光部Ｇ１には緑色フィルタ１６Ｇの単層膜が設けられ、赤外線受光部Ｇ２には赤色フィルタ１６Ｒと緑色フィルタ１６Ｇの積層膜（１６Ｒが上側）が設けられている。さらに、信号検出用受光部Ｂ１には青色フィルタ１６Ｂの単層膜が設けられ、赤外線受光部Ｂ２には赤色フィルタ１６Ｒと青色フィルタ１６Ｂの積層膜（１６Ｒが上側）が設けられている。

次に、赤色受光部２Ｒ、緑色受光部２Ｇおよび青色受光部２Ｂにおける赤外線分離の演算によって得られる分光感度特性を個別に説明する。
（１）青色（Ｂｌｕｅ）特性
青色受光部２Ｂに関しては、まず、信号検出用受光部Ｂ１および赤外線受光部Ｂ２に光が入射すると、信号検出用受光部Ｂ１のフォトＤｉ１では、青色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部Ｂ２のフォトＤｉ１では、青色の光が赤色フィルタ１６Ｒで選択的に阻止され、信号検出用受光部Ｂ１で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。そのときの分光感度特性を曲線で示すと、図６Ａの左端および真ん中の通りになる。演算部４には、信号検出用受光部Ｂ１から青色の光および赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力され、赤外線受光部Ｂ２から赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力される。そして、信号検出用受光部Ｂ１の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部Ｂ２の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで（Ｂ１−Ｂ２）、入射光の実際の青色の光成分に近い出力信号（情報）が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図６Ａの右端の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ３によっても赤外線の一部がフィルタリング（分離）されるので、最終的には、図６Ｂに示すような分光感度曲線が得られる。

図６Ａから明らかなように、信号検出用受光部Ｂ１において青色フィルタ１６Ｂの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、青色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から青色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この実施形態によれば、赤外線受光部Ｂ２において、青色の波長域の光を赤色フィルタ１６Ｒで分離することで、図６Ａの赤外線受光部Ｂ２の分光感度曲線で示されるように、赤外線を簡単に判別することができる。
（２）緑色（Ｇｒｅｅｎ）特性
緑色受光部２Ｇに関しては、まず、信号検出用受光部Ｇ１および赤外線受光部Ｇ２に光が入射すると、信号検出用受光部Ｇ１のフォトＤｉ１およびフォトＤｉ２では、緑色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部Ｇ２のフォトＤｉ１およびフォトＤｉ２では、緑色の光が赤色フィルタ１６Ｒで選択的に阻止され、信号検出用受光部Ｇ１で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。そのときの分光感度特性を曲線で示すと、図７Ａの左端および真ん中の通りになる。演算部４には、信号検出用受光部Ｇ１から緑色の光および赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力され、赤外線受光部Ｇ２から赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力される。そして、信号検出用受光部Ｇ１の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部Ｇ２の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで（Ｇ１−Ｇ２）、入射光の実際の緑色の光成分に近い出力信号（情報）が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図７Ａの右端の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ３によっても赤外線の一部がフィルタリング（分離）されるので、最終的には、図７Ｂに示すような分光感度曲線が得られる。

図７Ａから明らかなように、信号検出用受光部Ｇ１において緑色フィルタ１６Ｇの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、緑色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から緑色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この実施形態によれば、赤外線受光部Ｇ２において、緑色の波長域の光を赤色フィルタ１６Ｒで分離することで、図７Ａの赤外線受光部Ｇ２の分光感度曲線で示されるように、赤外線を簡単に判別することができる。
（３）赤色（Ｒｅｄ）特性
一方、赤色受光部２Ｒに関しては、前述の青色受光部２Ｂおよび緑色受光部２Ｇの場合とは異なり、図８Ａの左端に示されるように、信号検出用受光部Ｒ１において赤色フィルタ１６Ｒの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、赤色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、明確に独立したピークを持つわけではない。したがって、赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３において、青色フィルタ１６Ｂまたは緑色フィルタ１６Ｇを用いて赤色の光を単に分離するやり方では、赤外線を選択的に判別することは難しい。そこで、この実施形態では、光の波長が長いほど半導体基板８における透過深さが深くなるという関係を利用している。

すなわち、図８Ａに示すように、信号検出用受光部Ｒ１においては、相対的に浅い位置に形成されたフォトＤｉ２で主に赤色の光が検出される。フォトＤｉ２で検出することによって、赤外線よりも波長が短い赤色の光を良好に検出することができる。
一方、赤外線受光部Ｒ２，Ｒ３によって、信号検出用受光部Ｒ１の赤外帯域に近い分光特性を作り出す。具体的には、赤外線受光部Ｒ２のフォトＤｉ３で赤色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部Ｒ３のフォトＤｉ３では、赤色の光が緑色フィルタ１６Ｇで選択的に阻止され、信号検出用受光部Ｒ１で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。信号検出用受光部Ｒ１の赤外線と同レベルの赤外線の検出は、赤外線受光部Ｒ３の面積を赤外線受光部Ｒ２よりも若干（１０〜２０％程度）小さくし、また、カラーフィルタの素材を変えることによって可能となる。そして、信号検出用受光部Ｒ１の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部Ｒ２および赤外線受光部Ｒ３の組み合わせによって得られた情報に基づいて選択的に排除または減弱することで（Ｒ１−（Ｒ２−Ｒ３））、入射光の実際の赤色の光成分に近い出力信号（情報）が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図８Ａの下段の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ３によっても赤外線の一部がフィルタリング（分離）されるので、最終的には、図８Ｂに示すような分光感度曲線が得られる。

以上より、上記の演算処理によって、各受光部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにおける赤外線の波長域の感度が低減されるので、光検出装置１の分光感度特性として図９に示すものが得られる。図９から明らかなように、赤外線の波長域の感度をほぼゼロに近い値にまで低減することができている。したがって、本発明の一実施形態に係る光検出装置１を用いれば、少ない誤差で、照度および色温度を精度よく算出することができる。

光検出装置１は、カラーセンサの他、照度センサ、近接センサ等の複数の光学フィルタを有する光センサに適用することができる。さらに、これらの光センサは、たとえば、スマートフォン、携帯電話、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、ノートパソコン、タブレットＰＣ等に搭載することができる。
具体的に、スマートフォンに適用される場合の形態を次に示す。

図１０は、光検出装置１が用いられる電子機器の一例であるスマートフォン２１の外観を示す斜視図である。
スマートフォン２１は、扁平な直方体形状の筐体２２の内部に電子部品を収納して構成されている。筐体２２は表側および裏側に長方形状の一対の主面を有しており、その一対の主面が４つの側面で結合されている。筐体２２の一つの主面には、液晶パネルや有機ＥＬパネル等で構成された表示パネル２３の表示面が露出している。表示パネル２３の表示面は、タッチパネルを構成しており、使用者に対する入力インターフェースを提供している。

表示パネル２３は、筐体２２の一つの主面の大部分を占める長方形形状に形成されている。表示パネル２３の一つの短辺に沿うように、操作ボタン２４が配置されている。この実施形態では、複数（３つ）の操作ボタン２４が表示パネル２３の短辺に沿って配列されている。使用者は、操作ボタン２４およびタッチパネルを操作することによって、スマートフォン２１に対する操作を行い、必要な機能を呼び出して実行させることができる。

表示パネル２３の別の一つの短辺の近傍には、スピーカ２５が配置されている。スピーカ２５は、電話機能のための受話口を提供すると共に、音楽データ等を再生するための音響化ユニットとしても用いられる。スピーカ２５の隣には、レンズ窓２６が配置されている。レンズ窓２６に対向するように、筐体２２内に光検出装置１が配置されている。一方、操作ボタン２４の近くには、筐体２２の一つの側面にマイクロフォン２７が配置されている。マイクロフォン２７は、電話機能のための送話口を提供するほか、録音用のマイクロフォンとして用いることもできる。

このスマートフォン２１は、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置１を備えているので、スマートフォン２１に形成された受光用のレンズ窓２６の可視光線透過率が低くても実用可能である。そのため、レンズ窓２６のデザインの自由度（色や形状の変更等）を広げることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、光検出装置１の一部として演算部４が設けられていたが、上記した演算部４による信号分別処理は、光検出装置１外にある論理回路（電子機器のＣＰＵ等）で行ってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 光検出装置
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 受光部
３ 赤外線カットフィルタ
４ 演算部
５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ フォトダイオード
６ ＡＤＣ
７ 外部電極
８ 半導体基板
８Ａ 表面
９ 受光領域
１０ クリア受光部
１１ フォトダイオード
１２ 層間絶縁膜
１３ 第１ｎ型領域
１４ 第１ｐ型領域
１５ 第２ｎ型領域
１６Ｒ 赤色フィルタ
１６Ｇ 緑色フィルタ
１６Ｂ 青色フィルタ
Ｄｉ１ フォトダイオード
Ｄｉ２ フォトダイオード
Ｄｉ３ フォトダイオード
Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１ 信号検出用受光部
Ｒ２，Ｒ３，Ｇ２，Ｂ２ 赤外線受光部

Claims (10)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板に形成され、少なくとも共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部と、
   前記赤外線受光部上で前記カラーフィルタに重なっており、前記カラーフィルタを透過する波長域の光を阻止可能な第２カラーフィルタとを含む、光検出装置。
2. 前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第１ｐｎ接合部と、前記第１ｐｎ接合部よりも深い位置にある第２ｐｎ接合部とを含む、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含み、
   前記第２カラーフィルタは、赤色フィルタを含む、請求項１または２に記載の光検出装置。
4. 前記カラーフィルタは、赤色フィルタを含み、
   前記第２カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含む、請求項１または２に記載の光検出装置。
5. 前記カラーフィルタは、赤色フィルタを含み、
   前記第２カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含み、
   前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第１ｐｎ接合部と、前記第１ｐｎ接合部よりも深い位置にある第２ｐｎ接合部とを含む、請求項１に記載の光検出装置。
6. 前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部に電気的に接続された演算部を含み、
   前記演算部は、前記信号検出用受光部の出力信号から赤外線の波長域分を、前記赤外線受光部の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置。
7. 前記信号検出用受光部は、前記半導体基板上の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となる位置にそれぞれ設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光検出装置。
8. 前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部を覆う赤外線カットフィルタをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光検出装置。
9. 前記カラーフィルタは、カラーレジストを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の光検出装置と、
    前記光検出装置を収容した筐体とを含む、電子機器。

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