JP3159386B2 - 光センサ - Google Patents
光センサInfo
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- JP3159386B2 JP3159386B2 JP07980990A JP7980990A JP3159386B2 JP 3159386 B2 JP3159386 B2 JP 3159386B2 JP 07980990 A JP07980990 A JP 07980990A JP 7980990 A JP7980990 A JP 7980990A JP 3159386 B2 JP3159386 B2 JP 3159386B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光センサに関する。
従来、半導体光電変換素子を使った光センサとして、
第５図（ａ）に示すセンサがある。この光センサは、基
板21の21に非晶質（アモルファス）シリコンを用いた半
導体光電変換素子23が設けられており、同光電変換素子
23は、Cr等の導電電極22の上にｐ型アモルファスシリコ
ン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｎ型アモルフ
ァスシリコン薄膜を順に積層し、さらにIn2O3等の透明
導電電極24を積層した構成である。この光センサは、第
６図の曲線16aにみるように、300〜700nmの範囲で有効
な検出感度を有しており、人間の目と類似の分光感度特
性（光波長の変化と検出感度の変化の関係）をもつ。
第５図（ａ）に示すセンサがある。この光センサは、基
板21の21に非晶質（アモルファス）シリコンを用いた半
導体光電変換素子23が設けられており、同光電変換素子
23は、Cr等の導電電極22の上にｐ型アモルファスシリコ
ン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｎ型アモルフ
ァスシリコン薄膜を順に積層し、さらにIn2O3等の透明
導電電極24を積層した構成である。この光センサは、第
６図の曲線16aにみるように、300〜700nmの範囲で有効
な検出感度を有しており、人間の目と類似の分光感度特
性（光波長の変化と検出感度の変化の関係）をもつ。
非晶質シリコンの代わりにシリコン単結晶を用いた光
センサだと、第６図の曲線16bにみるように、400〜1000
nmの範囲で有効な検出感度を有しており、広い分光感度
特性をもつ。
センサだと、第６図の曲線16bにみるように、400〜1000
nmの範囲で有効な検出感度を有しており、広い分光感度
特性をもつ。
ただ、このような光センサは、光信号の波長情報を得
るのには適していない。そのため、光信号Ｌの波長情報
を得ようとする場合には、第５図（ｂ）にみるように、
色フィルタ25a、25bを入光側に設ける必要がある。色フ
ィルタ25aは第６図の曲線26aで示す分光透過特性をも
ち、色フィルタ25bは第６図の曲線26bで示す分光特性特
性をもっており、両色フィルタ25a、25bを備えた光セン
サは、第６図の斜線波長域Ｄの光のみに感ずる。したが
って、出力の有無だけで、斜線波長域Ｄの波長の光信号
があったという情報が得られる。
るのには適していない。そのため、光信号Ｌの波長情報
を得ようとする場合には、第５図（ｂ）にみるように、
色フィルタ25a、25bを入光側に設ける必要がある。色フ
ィルタ25aは第６図の曲線26aで示す分光透過特性をも
ち、色フィルタ25bは第６図の曲線26bで示す分光特性特
性をもっており、両色フィルタ25a、25bを備えた光セン
サは、第６図の斜線波長域Ｄの光のみに感ずる。したが
って、出力の有無だけで、斜線波長域Ｄの波長の光信号
があったという情報が得られる。
しかしながら、第５図（ｂ）の光センサは、色フィル
タを必要とするため、センサの小型化、低コスト化が図
り難く、実用性に欠ける。
タを必要とするため、センサの小型化、低コスト化が図
り難く、実用性に欠ける。
この発明は、上記事情に鑑み、光信号の波長情報が色
フィルターを使わずに引き出せ、小型化・低コスト化の
図り易い光センサを提供することを課題とする。
フィルターを使わずに引き出せ、小型化・低コスト化の
図り易い光センサを提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、この発明の光センサは、光
信号を受けて出力を発生するふたつの半導体光電変換素
子を備え、これらの半導体光電変換素子は差動出力強度
が光波長の変化に対し単調変化する出力特性の素子とな
っている。
信号を受けて出力を発生するふたつの半導体光電変換素
子を備え、これらの半導体光電変換素子は差動出力強度
が光波長の変化に対し単調変化する出力特性の素子とな
っている。
半導体光電変換素子を差動出力強度が光波長の変化に
対し単調変化する出力特性の素子には、例えば、半導体
光電変換素子に光を照射し十分に劣化させたものが挙げ
られるが、これに限らない。
対し単調変化する出力特性の素子には、例えば、半導体
光電変換素子に光を照射し十分に劣化させたものが挙げ
られるが、これに限らない。
より具体的な差動出力用のふたつの半導体光電変換素
子として、請求項２のように、非晶質シリコン系材料で
もって同一基板上に形成され、一方の半導体光電変換素
子は第１導電型半導体薄膜、不純物濃度の低い半導体薄
膜、第２導電型半導体薄膜の順で積層され、他方の半導
体光電変換素子は第２導電型半導体薄膜、不純物濃度の
低い半導体薄膜、第１導電型半導体薄膜の順では積層さ
れていて、一方の半導体光電変換素子では光信号が第２
導電型半導体薄膜側から入り、他方の半導体光電変換素
子では光信号が第１導電型半導体薄膜側から入るように
なっており、両半導体光電変換素子は光劣化により差動
出力強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性を
有する素子となっているものが例示される。もちろん、
半導体光電変換素子がこの例示のものに限らず、他の光
電変換素子であってもよいことは言うまでもない。
子として、請求項２のように、非晶質シリコン系材料で
もって同一基板上に形成され、一方の半導体光電変換素
子は第１導電型半導体薄膜、不純物濃度の低い半導体薄
膜、第２導電型半導体薄膜の順で積層され、他方の半導
体光電変換素子は第２導電型半導体薄膜、不純物濃度の
低い半導体薄膜、第１導電型半導体薄膜の順では積層さ
れていて、一方の半導体光電変換素子では光信号が第２
導電型半導体薄膜側から入り、他方の半導体光電変換素
子では光信号が第１導電型半導体薄膜側から入るように
なっており、両半導体光電変換素子は光劣化により差動
出力強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性を
有する素子となっているものが例示される。もちろん、
半導体光電変換素子がこの例示のものに限らず、他の光
電変換素子であってもよいことは言うまでもない。
具体的な光劣化の方法には、例えば、非晶質シリコン
の半導体光電変換素子の場合だと、AM1程度の強い光の
照射により、最適出力を劣化させる方法がある〔この場
合、短絡電流（Isc）、開放電圧（Voc）、フィルファク
タ（F.F）も劣化する〕。第２図に、最適出力の光劣化
前後の具体例を示す。
の半導体光電変換素子の場合だと、AM1程度の強い光の
照射により、最適出力を劣化させる方法がある〔この場
合、短絡電流（Isc）、開放電圧（Voc）、フィルファク
タ（F.F）も劣化する〕。第２図に、最適出力の光劣化
前後の具体例を示す。
曲線36aはｎ側光入射型アモルファスシリコンpin光電
変換素子の光劣化前の最適出力分光特性、曲線36bはｐ
側の光入射型アモルファスシリコンpin光電変換素子の
光劣化前の最適出力分光特性、曲線37aはｎ側光入射型
アモルファスシリコンpin光電変換素子の光劣化後の最
適出力分光特性、曲線37bはｐ側光入射型アモルファス
シリコンpin光電変換素子の光劣化後の最適出力分光特
性である。両光電変換素子の光劣化前の差動出力強度
は、第４図の曲線4aにみるように光波長変化に対して単
調変化せず、光劣化後に始めて差動出力強度が、第４図
の曲線4bにみるように光波長変化に対して単調変化する
ようになる。この発明にいう単調変化は、第４図のよう
な単調増加に限らず、波長変化に対し右下がりとなる単
調減少の場合もあることはいうまでもない。
変換素子の光劣化前の最適出力分光特性、曲線36bはｐ
側の光入射型アモルファスシリコンpin光電変換素子の
光劣化前の最適出力分光特性、曲線37aはｎ側光入射型
アモルファスシリコンpin光電変換素子の光劣化後の最
適出力分光特性、曲線37bはｐ側光入射型アモルファス
シリコンpin光電変換素子の光劣化後の最適出力分光特
性である。両光電変換素子の光劣化前の差動出力強度
は、第４図の曲線4aにみるように光波長変化に対して単
調変化せず、光劣化後に始めて差動出力強度が、第４図
の曲線4bにみるように光波長変化に対して単調変化する
ようになる。この発明にいう単調変化は、第４図のよう
な単調増加に限らず、波長変化に対し右下がりとなる単
調減少の場合もあることはいうまでもない。
この発明の光センサでは、例えば、第４図の光信号入
力時（入力光を受けた時）の差動出力電流の変化と波長
変化の関係をあらわす曲線4b、5bにみる如く、差動出力
強度の対光波長特性（分光特性）が単調変化するため、
光信号に関する波長情報の引き出しが色フィルタを使わ
ずに可能となる。曲線5bで示す分光特性だと、光信号が
あっても出力が殆ど０であれば、同光信号の波長は約55
0nmであるという情報が得られる。曲線4bで示す分光特
性だと、光信号があっても出力が殆ど０であれば、同光
信号の波長は約660nmであるという情報が得られる。
力時（入力光を受けた時）の差動出力電流の変化と波長
変化の関係をあらわす曲線4b、5bにみる如く、差動出力
強度の対光波長特性（分光特性）が単調変化するため、
光信号に関する波長情報の引き出しが色フィルタを使わ
ずに可能となる。曲線5bで示す分光特性だと、光信号が
あっても出力が殆ど０であれば、同光信号の波長は約55
0nmであるという情報が得られる。曲線4bで示す分光特
性だと、光信号があっても出力が殆ど０であれば、同光
信号の波長は約660nmであるという情報が得られる。
さらに、曲線5bの場合、差動出力電流の極性が＋であ
れば、550nmを越える波長であるという光信号に関する
波長情報が得られ、差動出力電流の極性が−であれば、
550nmを越える波長であるという光信号に関する波長情
報も得られる。また、＋極性の差動出力電流だけを整流
器等で取り出せば、550nmを越える波長域での合計光量
の情報が得られ、−極性の差動出力電流だけを整流器等
で取り出せば、550nm未満の波長域での合計光量の情報
が得られる。
れば、550nmを越える波長であるという光信号に関する
波長情報が得られ、差動出力電流の極性が−であれば、
550nmを越える波長であるという光信号に関する波長情
報も得られる。また、＋極性の差動出力電流だけを整流
器等で取り出せば、550nmを越える波長域での合計光量
の情報が得られ、−極性の差動出力電流だけを整流器等
で取り出せば、550nm未満の波長域での合計光量の情報
が得られる。
また、光信号の強度が一定である場合は、各波長の光
信号に対する差動出力強度は一義的に定まり、同時に各
波長毎に異なる差動出力強度であるために、差動出力強
度から光信号の波長を知ることもできるようになる。
信号に対する差動出力強度は一義的に定まり、同時に各
波長毎に異なる差動出力強度であるために、差動出力強
度から光信号の波長を知ることもできるようになる。
さらに、光信号の光量変動が差動出力強度の変動を起
こさない飽和域での使用である場合、光信号に対する差
動出力強度は各波長毎に一義的に定まり、同時に各波長
毎に異なる差動出力強度であるために、やはり、差動出
力強度から光信号の波長を知ることも可能になる。
こさない飽和域での使用である場合、光信号に対する差
動出力強度は各波長毎に一義的に定まり、同時に各波長
毎に異なる差動出力強度であるために、やはり、差動出
力強度から光信号の波長を知ることも可能になる。
この発明にかかる光センサでは、半導体光電変換素子
自体の出力特性を利用して波長情報を得ており、色フィ
ルタを使っていないため、小型化や低コストを図ること
ができる。
自体の出力特性を利用して波長情報を得ており、色フィ
ルタを使っていないため、小型化や低コストを図ること
ができる。
続いて、この発明にかかる光センサを、実施例をあら
わす図面を参照しながら詳しく説明する。
わす図面を参照しながら詳しく説明する。
第１図は、この発明の光センサの一実施例をあらわ
す。
す。
光センサは、光信号Ｌを受けて出力を発生するふたつ
の半導体光電変換素子１、１′が基板２上に設けられて
いる。一方の半導体光電変換素子１はｐ型アモルファス
シリコン薄膜11、不純物濃度の比較的低いｉ型アモルフ
アスシリコン薄膜12、ｎ型アモルファスシリコン薄膜13
が順に積層されてなる光電変換層1aが、Cr導電電極14と
透明電極15の間に設けられてなる構成となっている。他
方の半導体光電変換素子１′はｎ型アモルファスシリコ
ン薄膜13、不純物濃度の比較的低いｉ型アモルフアスシ
リコン薄膜12、ｐ型アモルファスシリコン薄膜11が順に
積層されてなる光電変換層１′ａが、Cr導電電極14と透
明電極15の間に設けられてなる構成となっている。光電
変換素子１では、光信号Ｌがｎ型アモルファスシリコン
薄膜13側から入り、光電変換素子１′では、光信号Ｌが
ｐ型アモルファスシリコン薄膜11側から入る。そして、
半導体光電変換素子１の透明電極15が半導体光電変換素
子１′のCr導電電極14に接続されているために、半導体
光電変換素子１の導電電極14と半導体光電変換素子１′
の透明電極15の間から差動出力を取り出せる。
の半導体光電変換素子１、１′が基板２上に設けられて
いる。一方の半導体光電変換素子１はｐ型アモルファス
シリコン薄膜11、不純物濃度の比較的低いｉ型アモルフ
アスシリコン薄膜12、ｎ型アモルファスシリコン薄膜13
が順に積層されてなる光電変換層1aが、Cr導電電極14と
透明電極15の間に設けられてなる構成となっている。他
方の半導体光電変換素子１′はｎ型アモルファスシリコ
ン薄膜13、不純物濃度の比較的低いｉ型アモルフアスシ
リコン薄膜12、ｐ型アモルファスシリコン薄膜11が順に
積層されてなる光電変換層１′ａが、Cr導電電極14と透
明電極15の間に設けられてなる構成となっている。光電
変換素子１では、光信号Ｌがｎ型アモルファスシリコン
薄膜13側から入り、光電変換素子１′では、光信号Ｌが
ｐ型アモルファスシリコン薄膜11側から入る。そして、
半導体光電変換素子１の透明電極15が半導体光電変換素
子１′のCr導電電極14に接続されているために、半導体
光電変換素子１の導電電極14と半導体光電変換素子１′
の透明電極15の間から差動出力を取り出せる。
この光センサの半導体光電変換素子１、１′は、赤色
光源ランプを５時間照射し十分に光劣化させることで上
記単調変化するようになった素子である。
光源ランプを５時間照射し十分に光劣化させることで上
記単調変化するようになった素子である。
第３図にみるように、差動接続されたふたつの半導体
光電変換素子１、１′の間に検流計Ｇを接続し、光信号
の波長を順次変化させながら差動出力電流Ａを測定し
た。なお、光劣化させる前の差動出力電流も予め測定し
た。測定結果は、第４図の通りである。曲線4aが光劣化
前の差動出力電流の対波長変化をあらわし、曲線4bが光
劣化後の差動出力電流の対波長変化をあらわす。
光電変換素子１、１′の間に検流計Ｇを接続し、光信号
の波長を順次変化させながら差動出力電流Ａを測定し
た。なお、光劣化させる前の差動出力電流も予め測定し
た。測定結果は、第４図の通りである。曲線4aが光劣化
前の差動出力電流の対波長変化をあらわし、曲線4bが光
劣化後の差動出力電流の対波長変化をあらわす。
なお、曲線4a、4bは光電変換層1a、１′ａの面積が略
同じである場合のものである。例えば、光電変換層1aの
面積を光電変換層１′ａの面積よりも大きくすると、光
劣化前の差動出力電流については第４図の曲線5aで示す
ようになり、光劣化後の差動出力電流については第４図
の曲線5bで示すようになる。すなわち、光電変換層の面
積調整により特性を調節することができるのである。
同じである場合のものである。例えば、光電変換層1aの
面積を光電変換層１′ａの面積よりも大きくすると、光
劣化前の差動出力電流については第４図の曲線5aで示す
ようになり、光劣化後の差動出力電流については第４図
の曲線5bで示すようになる。すなわち、光電変換層の面
積調整により特性を調節することができるのである。
この発明は、上記実施例に限らない。例えば、第１図
において、ｎ型とｐ型が逆転した構成のものが他の実施
例として挙げられる。
において、ｎ型とｐ型が逆転した構成のものが他の実施
例として挙げられる。
この発明にるかか光センサは、光信号の波長情報を得
るのに半導体光電変換素子自体の出力特性を利用し色フ
ィルタを使わないため、光センサ自体の小型化・低コス
ト化が図り易く、実用性が高い。
るのに半導体光電変換素子自体の出力特性を利用し色フ
ィルタを使わないため、光センサ自体の小型化・低コス
ト化が図り易く、実用性が高い。
第１図は、この発明の光センサの実施例をあらわす断面
図、第２図は、半導体光電変換素子の光照射前と照射後
の最適出力の対波長特性を示すグラフ、第３図は、上記
光センサの差動出力電流を測定するときの様子をあらわ
す電気回路図、第４図は、上記光センサの差動出力電流
の測定結果をあらわすグラフ、第５図（ａ）、（ｂ）
は、それぞれ、従来の光センサをあらわす断面図、第６
図は、従来の光センサの対波長出力特性をあらわすグラ
フである。 １、１′……半導体光電変換素子、11……ｐ型アモルフ
ァスシリコン薄膜、12……ｉ型アモルファスシリコン薄
膜、13……ｎ型アモルファスシリコン薄膜、Ｌ……光信
号
図、第２図は、半導体光電変換素子の光照射前と照射後
の最適出力の対波長特性を示すグラフ、第３図は、上記
光センサの差動出力電流を測定するときの様子をあらわ
す電気回路図、第４図は、上記光センサの差動出力電流
の測定結果をあらわすグラフ、第５図（ａ）、（ｂ）
は、それぞれ、従来の光センサをあらわす断面図、第６
図は、従来の光センサの対波長出力特性をあらわすグラ
フである。 １、１′……半導体光電変換素子、11……ｐ型アモルフ
ァスシリコン薄膜、12……ｉ型アモルファスシリコン薄
膜、13……ｎ型アモルファスシリコン薄膜、Ｌ……光信
号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中邑 卓郎 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−112535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−133128（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】光信号の波長情報を取得する光センサであ
って、光信号を受けて出力を発生するふたつの半導体光
電変換素子を備え、これらの半導体光電変換素子は差動
出力強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性を
有する素子であり、同じ光信号に対する両半導体光電変
換素子の差動出力から波長情報を取得する光センサ。 - 【請求項２】ふたつの半導体光電変換素子が非晶質シリ
コン系材料でもって同一基板上に形成され、一方の半導
体光電変換素子は第１導電型半導体薄膜、不純物濃度の
低い半導体薄膜、第２導電型半導体薄膜の順で積層さ
れ、他方の半導体光電変換素子は第２導電型半導体薄
膜、不純物濃度の低い半導体薄膜、第１導電型半導体薄
膜の順で積層されていて、一方の半導体光電変換素子で
は光信号が第２導電型半導体薄膜側から入り、他方の半
導体光電変換素子では光信号が第１導電型半導体薄膜側
から入るようになっており、両半導体光電変換素子は光
劣化により差動出力強度が光波長の変化に対し単調変化
する出力特性を有する素子となっている請求項１記載の
光センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07980990A JP3159386B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07980990A JP3159386B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 光センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03278476A JPH03278476A (ja) | 1991-12-10 |
| JP3159386B2 true JP3159386B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=13700539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07980990A Expired - Fee Related JP3159386B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 光センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3159386B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5546557A (en) * | 1978-09-28 | 1980-04-01 | Sharp Corp | Light semiconductor device |
| JPS55112535A (en) * | 1979-02-22 | 1980-08-30 | Nec Corp | Wavelength discrimination photodetection unit |
| JPS63133128A (ja) * | 1986-11-26 | 1988-06-04 | Canon Inc | 光差分センサ |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP07980990A patent/JP3159386B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03278476A (ja) | 1991-12-10 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |