JP2023153177A - 光センサ、光センサの出力回路、受光素子のバイアス電圧の調整方法 - Google Patents
光センサ、光センサの出力回路、受光素子のバイアス電圧の調整方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
ところで、光センサの検出精度のさらなる改善が望まれている。
以下、光センサ及び電子機器の各実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の各実施形態は、種々の変更を加えることができる。
図1に示すように、光センサ1は、受光部10、赤外線カットフィルタ13、出力回路の一例である変換部30、演算部40、電圧生成部50、記憶部の一例である不揮発性メモリ60、及び複数の外部端子2を含む。光センサ1は、受光部10、変換部30、演算部40、電圧生成部50、及び不揮発性メモリ60が1つの半導体基板に形成された半導体集積回路である。光センサ1の一例は、周囲光の照度を検出する照度センサである。受光部10は、可視光や赤外線を検出するための複数の受光画素を含む。赤外線カットフィルタ13は、受光部10を覆う。変換部30は、受光部10からのアナログ信号(光電流)をデジタル信号に変換して演算部40に出力する。演算部40は、変換部30からのデジタル信号に基づいて可視光の強度を演算する。電圧生成部50は、外部端子2のうちの電源端子(VCC)に接続されている。電圧生成部50は、電源端子に印加された電圧を昇圧又は降圧して所定の電圧を生成し、受光部10、変換部30、及び演算部40に電源入力を行う。不揮発性メモリ60は、光センサ1の制御や信号の演算等に関する各種の情報が記憶されている。
図2から分かるとおり、受光部10の平面視において、黄色受光画素10Yと赤色受光画素10Rとは、互いに隣り合うように配置されている。すなわち第1受光素子11Yと第2受光素子11Rとは、互いに隣り合うように配置され、黄色フィルタ12Yと赤色受光画素10Rの赤色フィルタ12Rとは、互いに隣り合うように配置されている。黄色受光画素10Yと赤色受光画素10Rとは、第2方向Yに並べられている。また緑色受光画素10Gと赤色受光画素10Rとは、互いに隣り合うように配置されている。すなわち第3受光素子11Gと第2受光素子11Rとは、互いに隣り合うように配置され、緑色受光画素10Gの緑色フィルタ12Gと赤色受光画素10Rの赤色フィルタ12Rとは、互いに隣り合うように配置されている。また第1赤外線受光画素22IRは、赤色受光画素10R及び緑色受光画素10Gの両方と隣り合うように配置されている。より詳細には、第1赤外線受光画素22IRは、第2方向Yにおいて赤色受光画素10Rと隣り合うように配置され、第1方向X及び第2方向Yにおいて、すなわち斜め方向において緑色受光画素10Gと隣り合うように配置されている。
図3及び図4に示すように、層間絶縁膜72上には、受光素子71の受光面(半導体基板70の表面70A)を覆うカラーフィルタ80が形成されている。カラーフィルタ80は、黄色フィルタ12Y、赤色フィルタ12R、緑色フィルタ12G、及び青色フィルタ12Bを含む。カラーフィルタ80は、有機物からなり、例えば顔料をベースに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。
図3に示すように、黄色フィルタ12Yは、受光素子71の受光面と直交する方向(以下、直交方向Z)において第1受光素子11Yを覆っている。黄色フィルタ12Yは、第1受光素子11Yの受光面(半導体基板70の表面70A)において第1受光素子11Yの受光領域の全体を覆っている。黄色フィルタ12Yは、黄色の可視光に対応する波長以上の波長の光を透過し、それよりも短い波長の光を遮断する。
演算部40は、赤外線を分離した黄色の波長帯域の可視光の強度を、黄色受光画素10Yの出力信号Yと赤色受光画素10Rの出力信号R1とに基づいて演算する。言い換えれば、本実施形態の演算部40は、黄色受光画素10Yの出力信号Yと赤色受光画素10Rの出力信号R1とを用いて、赤外線を分離した黄色の波長帯域の可視光の強度を演算する黄色演算部を備えていると言える。
図7に示すように、光センサ1は、半導体基板70を含む矩形状の半導体部3と、半導体部3の長手方向と直交する方向において半導体部3の両側に配置された8個の外部端子2と、半導体部3及び外部端子2を封止する封止樹脂4とを備える。封止樹脂4は、例えば透明なエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂からなる。
出力信号取得工程において、予め設定された光強度の可視光が受光部10に照射される。このとき、変換部30は、各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IR,11Cにて発生する光電流に基づいて、各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IR,11Cの出力信号を演算部40に出力する。各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IR,11Cの光電流に対応する出力信号の大きさは、可視光が照射された各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IR,11Cの所定の検出時間における出力信号の大きさとして検出される。
図10~図13を参照して、受光部10の各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IR,11Cに印加されるバイアス電圧の調整方法について説明する。
黄色受光画素10Yのバイアス電圧VBYの調整は、調整装置(図示略)により行われる。調整装置は、黄色受光画素10Yの電気的特性を測定する。調整装置は、測定結果に基づいて、黄色受光画素10Yの第1受光素子11Y(フォトダイオード)に印加するバイアス電圧VBYを調整する。
次に、黄色の波長帯域の可視光の強度の演算について説明する。
上述のように、演算部40は、Yx=Y-R1により、黄色の波長帯域の可視光の強度Yxを演算する。なお、演算部40は、赤色の波長帯域の可視光の強度、緑色の波長帯域の可視光の強度、及び青色の波長帯域の可視光の強度も同様に演算する。つまり、演算部40は、赤色の波長帯域の可視光の強度を、赤色受光画素10Rの出力信号R1と第1赤外線受光画素22IRの出力信号R2とに基づいて演算する。演算部40は、緑色の波長の可視光の強度を、緑色受光画素10Gの出力信号G1と第1赤外線受光画素22IRの出力信号G2とに基づいて演算する。演算部40は、青色の波長の可視光の強度を、青色受光画素10Bの出力信号B1と第2赤外線受光画素23IRの出力信号B2とに基づいて演算する。
本実施形態では、光センサ1の検出精度を向上させるため、黄色の波長帯域の可視光の強度Yxを検出する第1の対策、及び受光部10のリーク電流の影響αを低減する第2の対策の2つの対策を実施している。
図14は、本実施形態の光センサ1の分光感度曲線を示し、図15は、比較例の光センサの分光感度曲線を示す。比較例の光センサは、黄色受光画素10Yを有しておらず、黄色の波長帯域の可視光の強度を検出していない。
第1受光素子11Y及び第2受光素子11Rについて、リーク電流が増幅器31の第1入力端子31aに流れるように、第1受光素子11Y及び第2受光素子11Rに印加されるバイアス電圧を調整する。一例では、第1受光素子11Y及び第2受光素子11Rに印加されるバイアス電圧VBY,VBRを増幅器31の第2入力端子31bに印加される基準電圧よりも高くする。
(1-1)光センサ1の受光部10は、3原色の赤色受光画素10R、緑色受光画素10G、及び青色受光画素10Bとは別に黄色受光画素10Yを備えている。このため、緑色と赤色との境界の波長帯域である黄色の波長帯域の可視光を検出することができる。したがって、光センサ1の検出精度を高めることができる。
図16及び図17を参照して、第2実施形態の光センサ1について説明する。本実施形態の光センサ1は、第1実施形態の光センサ1と比較して、各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IRのバイアス電圧の調整方法が異なる。以下の説明において、第1実施形態の光センサ1と共通する構成については同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。
(2-1)調整装置は、4個の第1受光素子11Yのそれぞれにて発生するリーク電流が、第1の方向に流れるリーク電流と、第2の方向に流れるリーク電流とが生じるように4個の第1受光素子11Yのバイアス電圧VBYを調整する。この構成によれば、4個の第1受光素子11Yのリーク電流が合流する際に、第1の方向のリーク電流と第2の方向のリーク電流とが相殺される。このため、4個の第1受光素子11Yのリーク電流が合流した後のリーク電流が小さくなる。したがって、増幅器31のオフセットが小さくなるため、光センサ1の検出精度を高めることができる。なお、他の受光素子11R,11G,11B,21IRも第1受光素子11Yと同様の構成であり、調整装置によって第1受光素子11Yのバイアス電圧VBYの調整と同様に、他のバイアス電圧VBR,VBG,VBB,VBIR1,VBIR2を調整することができる。したがって、光センサ1の検出精度をより高めることができる。
図16及び図18を参照して、第3実施形態の光センサ1について説明する。本実施形態の光センサ1は、第1実施形態の光センサ1と比較して、各受光素子11Y,11R,11G,11B,21IRのバイアス電圧VBY,VBR,VBG,VBB,VBIR1,VBIR2の調整方法が異なる。以下の説明において、第1実施形態の光センサ1と共通する構成については同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。
より詳細には、調整装置には、図18に示すような第1受光素子11Yが高温時の黄色受光画素10Yにおけるバイアス電圧VBYとリーク電流との関係を示すマップが記憶されている。調整装置は、図18のマップを用いて、黄色受光画素10Yの第1受光素子11Yのリーク電流が0となるバイアス電圧VBYを演算する。本実施形態では、第1受光素子11Yのリーク電流が0となるバイアス電圧VBYは1.3Vである。そして調整装置は、演算したバイアス電圧を不揮発性メモリ60に記憶する。調整装置は、他の各受光画素10R,10G,10B,20IRについても同様の方法で、リーク電流が0となるようなバイアス電圧VBR,VBG,VBB,VBIR1,VBIR2を取得する。すなわち、調整装置は、各受光素子11R,11G,11B,21IRにおける受光素子が高温時のバイアス電圧とリーク電流との関係を示すマップを用いて、リーク電流が0となるバイアス電圧VBR,VBG,VBB,VBIR1,VBIR2を演算する。そして調整装置は、演算したバイアス電圧VBR,VBG,VBB,VBIR1,VBIR2を不揮発性メモリ60に記憶する。
(3-1)調整工程において用いられるリーク電流とバイアス電圧VBYとの関係を示すマップは、第1受光素子11Yが高温時におけるマップである。この構成によれば、リーク電流が0となるバイアス電圧が最も大きい第1受光素子11Yの高温時におけるマップを用いることにより、調整工程において調整したバイアス電圧VBYがばらついたとしてもリーク電流が過度に大きくなることを抑制できる。
上記各実施形態の光センサ1は、スマートフォン、携帯電話、タブレットPC、ラップトップ型パソコン、デジタルカメラ、カーナビゲーション装置、テレビ等の電子機器に搭載することができる。図19は、上記電子機器の一例であるスマートフォン100の外観を示す斜視図である。
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う光センサ、電子機器、光センサの出力回路、及び受光素子のバイアス電圧の調整方法が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う光センサ、電子機器、光センサの出力回路、及び受光素子のバイアス電圧の調整方法は、上記各実施形態以外に例えば以下に示される変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合せられた形態を取り得る。
・各実施形態において、図21に示すように、不揮発性メモリ60を覆うメモリ用カラーフィルタ84を光センサ1から省略してもよい。この場合においても、不揮発性メモリ60は、遮断層83により覆われている。
図22に示すように、レジスト膜81のうちの直交方向Zにフィルタが重なっている部分の厚さを「厚さT7」とし、直交方向Zにフィルタが重なっていない部分の厚さを「厚さT8~T10」とする。厚さT8は、直交方向Zにおいて赤色フィルタ12Rが重なっていない緑色フィルタ12Gに対応するレジスト膜81の厚さであり、厚さT9は、第2受光素子11Rの赤色フィルタ12Rに対応するレジスト膜81の厚さであり、厚さT10は、直交方向Zにおいて赤色フィルタ12Rが重なっていない黄色フィルタ12Yに対応するレジスト膜81の厚さである。
なお、レジスト膜81の厚さT8は、赤色フィルタ12Rの厚さT2および青色フィルタ12Bの厚さT5よりも薄くてもよい。またレジスト膜81の厚さT8は、緑色フィルタ12Gの厚さT4よりも厚くてもよい。レジスト膜81の厚さT7は、赤色フィルタ12Rの厚さT1よりも薄くてもよい。
次に、上記各実施形態及び上記各変形例から把握できる技術的思想について記載する。
(付記A1)
第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、前記受光素子に対して、前記基準電圧とは異なるバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、を備える光センサ。
前記バイアス電圧印加部は、前記受光素子に対して、前記基準電圧よりも高いバイアス電圧を印加する、付記A1に記載の光センサ。
前記バイアス電圧印加部は、前記受光素子のリーク電流が生じないように前記バイアス電圧を調整する、付記A1又はA2に記載の光センサ。
前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、前記バイアス電圧として第1の方向のリーク電流を発生させる第1バイアス電圧を印加し、その他の受光素子に対して、前記バイアス電圧として前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させる第2バイアス電圧を印加する、付記A1又はA2に記載の光センサ。
前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記複数の受光素子に印加されるバイアス電圧のうち少なくとも1つを調整する、付記A1~A3のいずれか一つに記載の光センサ。
前記受光素子として、第1波長帯域の光を検出する第1帯域受光素子、及び第2波長帯域の光を検出する第2帯域受光素子を備え、前記増幅器として、第1増幅器及び第2増幅器を備え、前記光センサは、前記第1増幅器の出力信号と前記第2増幅器の出力信号とに基づいて演算を行う演算部を有し、前記第1増幅器の第1入力端子に対して前記第1帯域受光素子のアノードが接続され、前記第2増幅器の第1入力端子に対して前記第2帯域受光素子のアノードが接続され、前記バイアス電圧印加部は、前記第1帯域受光素子のリーク電流が前記第1増幅器の第1入力端子に流れるように前記第1帯域受光素子に印加するバイアス電圧を調整し、前記第2帯域受光素子のリーク電流が前記第2増幅器の第1入力端子に流れるように前記第2帯域受光素子に印加するバイアス電圧を調整する、付記A1又はA2に記載の光センサ。
前記第1増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第1帯域受光素子は複数設けられており、前記第2増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第2帯域受光素子は複数設けられており、前記バイアス電圧印加部は、前記複数の第1帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第1増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第1帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整し、前記複数の第2帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第2増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第2帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、付記A6に記載の光センサ。
前記増幅器及び前記基準電圧印加部を含み、前記受光素子の光電流を出力信号に変換する変換部と、前記変換部の出力信号に基づいて可視光の強度を演算する演算部と、を備える、付記A1~A7のいずれか一つに記載の光センサ。
光電流を発生するものであって互いに並列に接続された複数の受光素子にて発生する光電流の合算値を出力する光センサの出力回路であって、前記複数の受光素子に印加するバイアス電圧のうちの少なくとも1つのバイアス電圧を他のバイアス電圧と異ならせるように前記複数の受光素子に印加するバイアス電圧を調整するバイアス電圧印加部を備える、出力回路。
入力端子及び出力端子を有する増幅器をさらに備え、前記複数の受光素子のそれぞれは、前記入力端子に接続され、前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、前記バイアス電圧として第1の方向のリーク電流を発生させる第1バイアス電圧を印加し、その他の受光素子に対して、前記バイアス電圧として前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させる第2バイアス電圧を印加する、付記B1に記載の出力回路。
前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記複数の受光素子に印加される前記バイアス電圧のうち少なくとも1つを調整する、付記B2に記載の出力回路。
第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、前記受光素子に対して、バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、を備える受光素子のバイアス電圧の調整方法であって、前記受光素子に前記基準電圧を印加して前記受光素子にて発生するリーク電流を測定する電流測定工程と、前記受光素子のリーク電流が小さくなるように、又は、0又は0に近づくように前記バイアス電圧を調整する調整工程と、を含む、受光素子のバイアス電圧の調整方法。
前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、前記電流測定工程において、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の大きさ及び方向を測定し、前記調整工程において、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、第1の方向のリーク電流を発生させるように前記バイアス電圧を調整し、前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させるように前記バイアス電圧を調整する、付記C1に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
前記調整工程では、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、付記C2に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、前記受光素子に対して、バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、を備える光センサの受光素子のバイアス電圧の調整方法であって、前記受光素子として、第1波長帯域の光を検出する第1帯域受光素子、及び第2波長帯域の光を検出する第2帯域受光素子を備え、前記増幅器として、第1増幅器及び第2増幅器を備え、前記光センサは、前記第1増幅器の出力信号と前記第2増幅器の出力信号とに基づいて演算を行う演算部を有し、前記第1増幅器の第1入力端子に対して前記第1帯域受光素子のアノードが接続され、前記第2増幅器の第1入力端子に対して前記第2帯域受光素子のアノードが接続され、前記第1帯域受光素子のリーク電流が前記第1増幅器の第1入力端子に流れるように前記第1帯域受光素子に印加する前記バイアス電圧を調整し、前記第2帯域受光素子のリーク電流が前記第2増幅器の第1入力端子に流れるように前記第2帯域受光素子に印加する前記バイアス電圧を調整する調整工程を含む、受光素子のバイアス電圧の調整方法。
前記第1増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第1帯域受光素子は複数設けられており、前記第2増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第2帯域受光素子は複数設けられており、前記複数の第1帯域受光素子のそれぞれのリーク電流の大きさ及び方向、並びに前記複数の第2帯域受光素子のそれぞれのリーク電流の大きさ及び方向を測定する電流測定工程を含み、前記調整工程では、前記複数の第1帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第1増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第1帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整し、前記複数の第2帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第2増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第2帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、付記C4に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
前記バイアス電圧と前記受光素子のリーク電流との関係を予め取得し、前記調整工程において、前記バイアス電圧と前記受光素子にて発生するリーク電流との関係に基づいて前記バイアス電圧を調整する、付記C1~C5のいずれか一つに記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
前記受光素子に印加する前記バイアス電圧を記憶する記憶部をさらに備え、前記調整工程において、調整された前記バイアス電圧を前記記憶部に記憶させる記憶工程をさらに含む、付記C1~C6のいずれか一つに記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
上記付記A1~A8、付記B1~B3、および、付記C1~C7に対応する課題は以下のとおりである。
以上のことから、本光センサ、光センサの出力回路、受光素子のバイアス電圧の調整方法の課題は、検出精度を高くすることである。
受光することにより光電流が流れる第1受光素子及び第2受光素子を含む複数の受光素子と、前記第1受光素子の受光面を覆う黄色フィルタ及び前記第2受光素子の受光面を覆う赤色フィルタを含む複数のカラーフィルタとを有する受光部と、
前記第1受光素子の光電流から得られる第1出力信号と前記第2受光素子の光電流から得られる第2出力信号との差に基づいて黄色の波長帯域の強度を演算する演算部と
を備える光センサ。
前記複数の受光素子は格子状に配置されており、前記第1受光素子と前記第2受光素子は、互いに隣り合う
付記D1に記載の光センサ。
前記第1受光素子及び前記第2受光素子はそれぞれ、複数個設けられ、
前記黄色フィルタ及び前記赤色フィルタはそれぞれ、複数個設けられ、
複数の前記第1受光素子は、前記受光部の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記黄色フィルタは、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記第2受光素子は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記赤色フィルタは、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置されている
付記D1又は2に記載の光センサ。
前記第1受光素子及び前記第2受光素子はそれぞれ、複数個設けられ、
前記黄色フィルタ及び前記赤色フィルタはそれぞれ、複数個設けられ、
前記第1受光素子の光電流を前記第1出力信号に変換する第1変換部と、
前記第2受光素子の光電流を前記第2出力信号に変換する第2変換部と、をさらに備え、
前記第1変換部には、複数の前記第1受光素子が電気的に接続され、
前記第2変換部には、複数の前記第2受光素子が電気的に接続され、
前記第1変換部は、複数の前記第1受光素子の合計の光電流を、前記第1出力信号として前記演算部に出力し、
前記第2変換部は、複数の前記第2受光素子の合計の光電流を、前記第2出力信号として前記演算部に出力する
付記D1~3のいずれか一つに記載の光センサ。
前記複数の受光素子は、第3受光素子、第4受光素子、及び第5受光素子を含み、
前記複数のカラーフィルタは、前記第3受光素子の受光面を覆う緑色フィルタ、前記第4受光素子の受光面を覆う青色フィルタ、及び前記第5受光素子の受光面を覆う赤外透過フィルタを含み、
前記赤外透過フィルタは、2種類以上のフィルタが重ね合わせられたものであり、
前記第5受光素子は、前記第2受光素子及び前記第3受光素子の両方に隣接するように配置されている
付記D1~4のいずれか一つに記載の光センサ。
前記複数の受光素子の感度を調整するための情報を記憶する不揮発性メモリと、
前記受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられ、紫外線を遮断する遮断層と、
をさらに備える
付記D1~5のいずれか一つに記載の光センサ。
前記受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられたメモリ用カラーフィルタをさらに備える
付記D6に記載の光センサ。
前記遮断層は、無機物で形成されており、
前記メモリ用カラーフィルタは、有機物で形成されており、前記遮断層内に設けられている
付記D7に記載の光センサ。
格子状に配置された複数の受光画素を含む受光部を備える光センサであって、
前記複数の受光画素は、
第1受光素子と、前記第1受光素子を覆う黄色フィルタとを有する黄色受光画素と、
第2受光素子と、前記第2受光素子を覆う赤色フィルタとを有する赤色受光画素と、
第3受光素子と、前記第3受光素子を覆う緑色フィルタとを有する緑色受光画素と、
第4受光素子と、前記第4受光素子を覆う青色フィルタとを有する青色受光画素と、
を含む光センサ。
前記黄色受光画素と前記赤色受光画素とは、互いに隣り合うように配置されている
付記D9に記載の光センサ。
前記黄色受光画素及び前記赤色受光画素はそれぞれ、複数個設けられ、
複数の前記黄色受光画素は、前記受光部の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記赤色受光画素は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置されている
付記D9又はD10に記載の光センサ。
第5受光素子と、前記第5受光素子を覆う赤外透過フィルタとを有する赤外線受光画素をさらに含み、
前記黄色受光画素、前記赤色受光画素、前記緑色受光画素、前記青色受光画素、及び前記赤外線受光画素はそれぞれ、複数個設けられ、
複数の前記黄色受光画素は、前記受光部の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記赤色受光画素は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記緑色受光画素は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記青色受光画素は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置され、
複数の前記赤外線受光画素は、前記受光領域の中央部を対称の中心として点対称となるように配置されている
付記D9~D11のいずれか1つに記載の光センサ。
前記赤外透過フィルタは、2種類以上のフィルが重ね合わせられたものであり、
前記赤外線受光画素は、前記赤色受光画素及び前記緑色受光画素の両方に隣り合うように配置されている
付記D12に記載の光センサ。
前記第1受光素子、前記第2受光素子、前記第3受光素子、及び前記第4受光素子の少なくとも1つの感度を調整するための情報を記憶する不揮発性メモリと、
前記第1受光素子、前記第2受光素子、前記第3受光素子、及び前記第4受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられ、紫外線を遮断する遮断層と、
をさらに備える
付記D9~D13のいずれか1つに記載の光センサ。
前記第1受光素子、前記第2受光素子、前記第3受光素子、及び前記第4受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられたメモリ用カラーフィルタをさらに備える
付記D14に記載の光センサ。
前記遮断層は、無機物で形成されており、
前記メモリ用カラーフィルタは、有機物で形成されており、前記遮断層内に設けられている
付記D15に記載の光センサ。
受光することにより光電流が流れる受光素子を備え、前記受光素子の光電流に基づいて可視光を検出する光センサであって、
前記受光素子の感度を調整するための情報を記憶する不揮発性メモリと、
前記受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられ、紫外線を遮断する遮断層と、
を備える光センサ。
前記受光素子の受光面と直交する方向から見て前記不揮発性メモリに対して重なるように設けられたメモリ用カラーフィルタをさらに備える
付記D17に記載の光センサ。
前記遮断層は、無機物で形成されており、
前記メモリ用カラーフィルタは、有機物で形成されており、前記遮断層内に設けられている
付記D18に記載の光センサ。
付記D1~D19のいずれか1つに記載の光センサと、
前記光センサを収容した筐体と、
を含む電子機器。
2 外部端子
10 受光部
10Y 黄色受光画素
11Y 第1受光素子
12Y 黄色フィルタ
10R 赤色受光画素
11R 第2受光素子
12R 赤色フィルタ
10G 緑色受光画素
11G 第3受光素子
12G 緑色フィルタ
10B 青色受光画素
11B 第4受光素子
12B 青色フィルタ
10C クリア受光画素
11C クリア受光素子
13 赤外線カットフィルタ
14 受光領域
20IR 赤外線受光画素
21IR 第5受光素子
22IR 第1赤外線受光画素
23IR 第2赤外線受光画素
24IR 赤外透過フィルタ
25IR 赤外透過フィルタ
30 変換部(出力回路)
30a アナログ/デジタル変換回路(第1変換部)
30c アナログ/デジタル変換回路(第2変換部)
31 増幅器
31a 第1入力端子
31b 第2入力端子
31c 出力端子
32 基準電圧印加部
33 電圧比較器
40 演算部
50 電圧生成部(バイアス電圧印加部)
60 不揮発性メモリ
70 半導体基板
70A 表面
71 受光素子
76 pn接合面
80 カラーフィルタ
83 遮断層
84 メモリ用カラーフィルタ
100 スマートフォン(電子機器)
101 筐体
PD1 フォトダイオード
Y 出力信号(第1出力信号)
R1 出力信号(第2出力信号)
R2 出力信号
G1 出力信号
G2 出力信号
B1 出力信号
B2 出力信号
Yx 黄色の可視光の強度
CP 中心
Claims (18)
- 第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、
前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、
前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
前記受光素子に対して、前記基準電圧とは異なるバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
を備える光センサ。 - 前記バイアス電圧印加部は、前記受光素子に対して、前記基準電圧よりも高いバイアス電圧を印加する、請求項1に記載の光センサ。
- 前記バイアス電圧印加部は、前記受光素子のリーク電流が生じないように前記バイアス電圧を調整する、
請求項1又は2に記載の光センサ。 - 前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、
前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、前記バイアス電圧として第1の方向のリーク電流を発生させる第1バイアス電圧を印加し、その他の受光素子に対して、前記バイアス電圧として前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させる第2バイアス電圧を印加する、
請求項1又は2に記載の光センサ。 - 前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、
前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記複数の受光素子に印加されるバイアス電圧のうち少なくとも1つを調整する、
請求項1~3のいずれか一項に記載の光センサ。 - 前記受光素子として、第1波長帯域の光を検出する第1帯域受光素子、及び第2波長帯域の光を検出する第2帯域受光素子を備え、
前記増幅器として、第1増幅器及び第2増幅器を備え、
前記光センサは、前記第1増幅器の出力信号と前記第2増幅器の出力信号とに基づいて演算を行う演算部を有し、
前記第1増幅器の第1入力端子に対して前記第1帯域受光素子のアノードが接続され、
前記第2増幅器の第1入力端子に対して前記第2帯域受光素子のアノードが接続され、
前記バイアス電圧印加部は、前記第1帯域受光素子のリーク電流が前記第1増幅器の第1入力端子に流れるように前記第1帯域受光素子に印加するバイアス電圧を調整し、前記第2帯域受光素子のリーク電流が前記第2増幅器の第1入力端子に流れるように前記第2帯域受光素子に印加するバイアス電圧を調整する、
請求項1又は2に記載の光センサ。 - 前記第1増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第1帯域受光素子は複数設けられており、
前記第2増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第2帯域受光素子は複数設けられており、
前記バイアス電圧印加部は、前記複数の第1帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第1増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第1帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整し、前記複数の第2帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第2増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第2帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、
請求項6に記載の光センサ。 - 前記増幅器及び前記基準電圧印加部を含み、前記受光素子の光電流を出力信号に変換する変換部と、
前記変換部の出力信号に基づいて可視光の強度を演算する演算部と、
を備える、
請求項1~7のいずれか一項に記載の光センサ。 - 光電流を発生するものであって互いに並列に接続された複数の受光素子にて発生する光電流の合算値を出力する光センサの出力回路であって、
前記複数の受光素子に印加するバイアス電圧のうちの少なくとも1つのバイアス電圧を他のバイアス電圧と異ならせるように前記複数の受光素子に印加するバイアス電圧を調整するバイアス電圧印加部を備える、
光センサの出力回路。 - 入力端子及び出力端子を有する増幅器をさらに備え、
前記複数の受光素子のそれぞれは、前記入力端子に接続され、
前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、前記バイアス電圧として第1の方向のリーク電流を発生させる第1バイアス電圧を印加し、その他の受光素子に対して、前記バイアス電圧として前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させる第2バイアス電圧を印加する、
請求項9に記載の光センサの出力回路。 - 前記バイアス電圧印加部は、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記複数の受光素子に印加される前記バイアス電圧のうち少なくとも1つを調整する、
請求項10に記載の光センサの出力回路。 - 第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、前記受光素子に対して、バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、を備える受光素子のバイアス電圧の調整方法であって、
前記受光素子に前記基準電圧を印加して前記受光素子にて発生するリーク電流を測定する電流測定工程と、
前記受光素子のリーク電流が小さくなるように、又は、0又は0に近づくように前記バイアス電圧を調整する調整工程と、
を含む、受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 前記第1入力端子に接続された前記受光素子が複数設けられており、
前記電流測定工程において、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の大きさ及び方向を測定し、
前記調整工程において、前記複数の受光素子のうち一部の受光素子に対して、第1の方向のリーク電流を発生させるように前記バイアス電圧を調整し、前記第1の方向とは逆方向となる第2の方向のリーク電流を発生させるように前記バイアス電圧を調整する、
請求項12に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 前記調整工程では、前記複数の受光素子にて発生するリーク電流の合算値が0又は0に近づくように前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、
請求項13に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 第1入力端子、第2入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、前記第1入力端子に対して接続されるものであって、フォトダイオードを有する受光素子と、前記第2入力端子に対して基準電圧を印加する基準電圧印加部と、前記受光素子に対して、バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、を備える光センサの受光素子のバイアス電圧の調整方法であって、
前記受光素子として、第1波長帯域の光を検出する第1帯域受光素子、及び第2波長帯域の光を検出する第2帯域受光素子を備え、
前記増幅器として、第1増幅器及び第2増幅器を備え、
前記光センサは、前記第1増幅器の出力信号と前記第2増幅器の出力信号とに基づいて演算を行う演算部を有し、
前記第1増幅器の第1入力端子に対して前記第1帯域受光素子のアノードが接続され、
前記第2増幅器の第1入力端子に対して前記第2帯域受光素子のアノードが接続され、
前記第1帯域受光素子のリーク電流が前記第1増幅器の第1入力端子に流れるように前記第1帯域受光素子に印加する前記バイアス電圧を調整し、前記第2帯域受光素子のリーク電流が前記第2増幅器の第1入力端子に流れるように前記第2帯域受光素子に印加する前記バイアス電圧を調整する調整工程を含む、
受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 前記第1増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第1帯域受光素子は複数設けられており、
前記第2増幅器の前記第1入力端子に接続される前記第2帯域受光素子は複数設けられており、
前記複数の第1帯域受光素子のそれぞれのリーク電流の大きさ及び方向、並びに前記複数の第2帯域受光素子のそれぞれのリーク電流の大きさ及び方向を測定する電流測定工程を含み、
前記調整工程では、前記複数の第1帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第1増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第1帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整し、前記複数の第2帯域受光素子にて発生するリーク電流が合流された後のリーク電流が前記第2増幅器の前記第1入力端子に流れるように前記複数の第2帯域受光素子に印加される前記バイアス電圧の少なくとも1つを調整する、
請求項15に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 前記バイアス電圧と前記受光素子のリーク電流との関係を予め取得し、
前記調整工程において、前記バイアス電圧と前記受光素子にて発生するリーク電流との関係に基づいて前記バイアス電圧を調整する、
請求項12~16のいずれか一項に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。 - 前記受光素子に印加する前記バイアス電圧を記憶する記憶部をさらに備え、
前記調整工程において、調整された前記バイアス電圧を前記記憶部に記憶させる記憶工程をさらに含む、
請求項12~17のいずれか一項に記載の受光素子のバイアス電圧の調整方法。
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