JP3445407B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3445407B2
JP3445407B2 JP13684295A JP13684295A JP3445407B2 JP 3445407 B2 JP3445407 B2 JP 3445407B2 JP 13684295 A JP13684295 A JP 13684295A JP 13684295 A JP13684295 A JP 13684295A JP 3445407 B2 JP3445407 B2 JP 3445407B2
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JP
Japan
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signal
electrode
semiconductor layer
digital
digital signal
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誠一郎 水野
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、入射光の波長を識別す
る固体撮像装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】入射光の波長、すなわち、入射光の色を
識別できる固体撮像装置が注目されている。この用途に
使用される受光素子としては、2色分解型カラーセンサ
と称されて市販されている。図2は、2色分解型カラー
センサ100の構成図である。図2(a)は2色分解型
カラーセンサ100の断面構成図であり、図2(b)は
2色分解型カラーセンサ100の等価回路構成図であ
る。図2(a)に示すように、この2色分解型カラーセ
ンサは、p型シリコン半導体層130、n型シリコン半
導体層120、およびp型シリコン半導体層110がp
npサンドイッチ構造となっており、p型シリコン半導
体層110の表面には電極111が、n型シリコン半導
体層120の表面には電極121が、p型シリコン半導
体層130の表面には電極131が形成されている。そ
して、図2(b)に示すように、2つのフォトダイオー
ドPD1、PD2が対向して直列に接続されたものとみ
なすことができる。 【0003】シリコンの光吸収係数は波長依存性が高
く、波長によりシリコン内部に到達する深さが異なる。
したがって、電極111と電極121との間に逆バイア
ス電圧を印加し、電極121と電極131との間に逆バ
イアス電圧を印加した状態では、入射光の波長によっ
て、p型シリコン半導体層110とn型シリコン半導体
層120との境界付近の空乏層で吸収される光量と、n
型シリコン半導体層120とp型シリコン半導体層13
0との境界付近の空乏層で吸収される光量とが異なる。 【0004】この現象を利用して、電極111と電極1
21との間に発生する光電流量(PD1で発生する光電
流量)と、電極121と電極131との間に発生する光
電流量(PD2で発生する光電流量)とを取り出して、
双方の電流量の比から入射光の色を識別する固体撮像装
置が提案されている。図3は、こうした固体撮像装置の
回路構成図である。 【0005】図3に示すように、この装置は、(a)2
色分解型カラーセンサ100と、(b)PD1で発生し
た電流信号ISC1 を入力して対数変換する、演算増幅器
A1とダイオードD1とを有する対数変換回路910
と、(c)PD2で発生した電流信号ISC2 を入力して
対数変換する、演算増幅器A2とダイオードD2とを有
する対数変換回路920と、(d)対数変換回路910
の出力信号と対数変換回路920の出力信号と差を演算
する差分演算回路930と、(e)差分演算回路930
の出力信号を収集し、受光した光の波長を識別する処理
部940とを備える。 【0006】この装置によれば、差分演算回路930の
出力V0 は、 V0 =(kT/q)・[log(ISC2 /ISC1 )]・(R2/R1) …(1) ここで、k:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷 となる。 【0007】この装置では、2色分解型カラーセンサ1
00での受光の結果発生する電流信号ISC1 および電流
信号ISC2 を対数変換回路910、920、および差分
演算回路930で信号処理し、(1)式で表される値の
信号を生成する。処理部940は、この信号を収集し、
逆対数変換して(ISC2 /ISC1 )の値を求め、(I
SC2 /ISC1 )の値に基づいて受光した光の色を識別す
る。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置は
上記のように構成されるので、以下のような問題点があ
った。 【0009】対数変換回路910、920で使用される
ダイイオードD1、D2の温度依存性のため、(1)式
に示すように、差分演算回路930の出力V0 は温度T
に大きく依存するので、受光時の温度によって測定結果
が変動する。 【0010】また、対数変換回路910および対数変換
回路920は、夫々独自のオフセットを有する。対数変
換回路910のオフセット値をVα、対数変換回路92
0のオフセット値をVβとすると、V0 の値は、 V0 =(kT/q)・[log(ISC2 /ISC1 )+(Vβ−Vα)] ・(R2/R1) …(2) となる。したがって、このV0 の値を逆対数変換する
と、オフセットばらつき(Vβ−Vα)がますます拡大
されるので、精度の良い測定が期待できない。 【0011】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、温度依存性を低減して精度の良い色識別が可能な固
体撮像装置を提供することを目的とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、(a)(1) 第1の導電型を有する第1の半導体層
と、(2) 第1の半導体層の表面の一部に形成された、第
2の導電型を有する第2の半導体層と、(3) 第2の半導
体層の表面の一部に形成された、第1の導電型を有する
第3の半導体層と、(4) 第1の半導体層の第2の半導体
層が形成されていない表面の一部に形成された第1の電
極と、(5) 第2の半導体層の第3の半導体層が形成され
ていない表面の一部に形成された第2の電極と、(6) 第
3の半導体層の表面の一部に形成された第3の電極とを
備えるとともに、第1の半導体層、第2の半導体層、お
よび第3の半導体層は光吸収率が波長依存性を有する半
導体材料を主材として形成され、第3の半導体層の表面
側から受光する受光器と、(b)第1の電極と第2の電
極との間への逆バイアス電圧の印加中の受光によって第
1の電極と第2の電極との間に生じた第1の光電流信号
を入力し、その入力した第1の光電流信号に応じた電荷
を第1の容量素子に蓄積して、その蓄積した電荷の量に
応じた第1の積分信号を出力する第1の積分回路と、
(c)第2の電極と第3の電極との間への逆バイアス電
圧の印加中の受光によって第2の電極と第3の電極との
間に生じた第2の光電流信号を入力し、その入力した第
2の光電流信号に応じた電荷を第2の容量素子に蓄積し
て、その蓄積した電荷の量に応じた第2の積分信号を出
力する第2の積分回路とを備えることを特徴とする。 【0013】また、本発明の固体撮像装置は、(d)第
1の積分回路から出力された第1の積分信号を入力し、
その入力した第1の積分信号を第1のデジタル信号にア
ナログデジタル変換して、その第1のデジタル信号を出
力する第1のアナログデジタル変換器と、(e)第2の
積分回路から出力された第2の積分信号を入力し、その
入力した第2の積分信号を第2のデジタル信号にアナロ
グデジタル変換して、その第2のデジタル信号を出力す
る第2のアナログデジタル変換器と、を更に備えること
を特徴とする。 【0014】さらに、本発明の固体撮像装置は、第1の
アナログデジタル変換器から出力された第1のデジタル
信号と、第2のアナログデジタル変換器から出力された
第2のデジタル信号とを入力し、第1のデジタル信号が
示す第1のデジタル値と第2のデジタル信号が示す第2
のデジタル値との比の値に応じた第3のデジタル値を示
す第3のデジタル信号を出力する演算器を更に備えるこ
とを特徴とする。 【0015】そして、本発明の固体撮像装置では、演算
器は、アドレス入力端子に第1のデジタル信号および第
2のデジタル信号を入力し、記憶部に書き込まれたデー
タに応じて、データ出力端子から第3のデジタル信号を
出力する読み出し専用記憶素子を含むことを特徴とす
る。 【0016】 【作用】本発明の固体撮像装置では、まず、第1の電極
と第2の電極との間に逆バイアス電圧を印加するととも
に、第2の電極と第3の電極との間に逆バイアス電圧を
印加する。 【0017】この状態で受光部で第3の半導体層側から
光を受光すると、半導体材料の光吸収率の波長依存性に
よって、受光した光の波長に応じた比率で、第1の電極
と第2の電極との間および第2の電極と第3の電極との
間に電流が生じる。 【0018】第1の電極と第2の電極との間に生じた電
流信号(I1)は第1の積分回路に入力し、積分され第
1の積分信号として出力される。積分回路は温度依存性
の大きな部分は使用されずに構成されるので、積分出力
は温度による変動が小さい。したがって、第1の積分信
号は温度変動の小さなものとなる。 【0019】第2の電極と第3の電極との間に生じた電
流信号(I2)は第2の積分回路に入力し、積分され第
2の積分信号として出力される。この場合も第1の積分
器の場合と同様に、第2の積分信号は温度変動の小さな
ものとなる。 【0020】こうして得られた、第1の積分信号と第2
の積分信号とに基づいて、I1とI2との比を求めるこ
とにより、温度依存性を低減して精度の良い色の識別が
可能となる。 【0021】また、第1の積分信号を第1のアナログデ
ジタル変換器で第1のデジタル信号に変換するととも
に、第2の積分信号を第2のアナログデジタル変換器で
第2のデジタル信号に変換し、後段の処理を外来ノイズ
に対して耐性の高いデジタル信号化を行うことにより、
測定精度を向上できる。 【0022】予め測定された各積分回路のオフセット値
を考慮して、第1のデジタル信号と第2のデジタル信号
とからI1とI2との比を求める演算器を設けることに
より、オフセットのばらつきによる測定精度の悪化を低
減でき、更に測定精度を向上できる。 【0023】 【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の固体撮像
装置の実施例を説明する。なお、図面の説明にあたって
同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。 【0024】図1は、本発明の実施例の固体撮像装置の
構成図である。図1に示すように、この装置は、(a)
2色分解型カラーセンサ100と、(b)電極111と
電極121との間への逆バイアス電圧の印加中の受光に
よって電極111と電極121との間に生じた電流信号
I1(すなわち、PD1で発生した電流信号I1)を入
力し、積分する積分回路210と、(c)電極121と
電極131との間への逆バイアス電圧の印加中の受光に
よって電極121と電極131との間に生じた電流信号
I2(すなわち、PD2で発生した電流信号I2)を入
力し、積分する積分回路220と、(d)積分回路21
0から出力された積分信号を入力してアナログデジタル
変換するアナログデジタル変換器310と、(e)積分
回路220から出力された積分信号を入力してアナログ
デジタル変換するアナログデジタル変換器320と、
(f)アナログデジタル変換器310から出力されたデ
ジタル信号と、アナログデジタル変換器320から出力
されたデジタル信号とを入力し、双方のデジタル信号か
ら予め設定された夫々のオフセット量を除去後に比の値
を演算する演算回路400と、(g)演算回路400か
ら出力された演算結果を収集して受光した光の色を識別
するとともに、積分回路210、220に積分動作指示
を通知する処理部500とを備える。 【0025】積分回路210は、電流信号I1を入力
する増幅器A1と、増幅器A1の電流信号I1の入力
端子と一方の端子が、増幅器A1の出力端子と他方の端
子が接続された容量素子C1と、増幅器A1の電流信
号I1の入力端子と一方の端子が、増幅器A1の出力端
子と他方の端子が接続され、処理部500から通知され
た積分動作指示信号が有意の場合には開放され、積分動
作指示信号が非有意の場合には閉じるスイッチ素子S1
とを備える。なお、積分回路220は積分回路210と
同様に構成される。 【0026】また、容量素子C1の容量値C1と容量素
子C2の容量値C2とは、PD1とPD2とに同一の光
量が与えられた場合に、PD1で発生する電流値を
10、PD2で発生する電流値をI20として、 I10/I20=C2/C1 …(3) を満たすように選択した。 【0027】演算回路400は、アナログデジタル変換
器310から出力されたデジタル信号と、アナログデジ
タル変換器320から出力されたデジタル信号とをアド
レス入力端子で入力し、指定アドレスに該当する記憶部
の予め書き込まれたデータをデータ出力端子から出力す
る読み出し専用記憶素子(ROM)を備える。 【0028】本実施例の固体撮像装置は、以下のように
動作して受光した光の色の識別を行う。 【0029】まず、電極111と電極121との間に逆
バイアス電圧を印加するとともに、電極121と電極1
31との間に逆バイアス電圧を印加する。また、当初に
は、処理部500からは積分動作信号が非有意に設定さ
れて出力される。すなわち、積分回路210、220の
スイッチ素子S1、S2は閉じた状態に設定される。 【0030】処理部500は、測定開始にあたって、積
分動作指示信号を有意とする。この結果、スイッチ素子
S1、S2は開放状態となり、積分回路210、220
は積分動作を開始する。 【0031】この状態で、2色分解型カラーセンサ10
0が受光すると、受光した光の波長分布に応じた比率
で、電極111と電極121との間に電流信号I1およ
び電極121と電極131との間に電流信号I2が生じ
る。 【0032】電流信号I1は積分回路210に入力し、
電荷が容量素子C1に蓄積される。この蓄積電荷の量に
応じた電圧信号が積分回路210の積分信号として出力
される。積分回路210の構成素子として、単独のダイ
オードのように動作特性の温度依存性が大きいものはな
いので、この積分信号は温度による変動が小さい。 【0033】積分回路210から出力された積分信号
は、アナログデジタル変化器310でデジタル信号に変
換された後、演算回路400に入力する。 【0034】電流信号I2も電流信号I1と同様にし
て、積分回路220に入力し、積分され積分信号として
出力された後、アナログデジタル変換器320でこの積
分信号がデジタル化され、演算回路400に入力する。
積分回路220から出力された積分信号も、積分回路2
10から出力された積分信号と同様に温度変動が小さな
ものである。 【0035】演算回路400では、ROMのアドレス入
力端子にアナログデジタル変換器310から出力された
デジタル信号とアナログデジタル変換器320から出力
されたデジタル信号とを入力する。ROMの該当指定ア
ドレスに応じた記憶部には、双方のデジタル信号が示す
デジタル値から夫々のオフセット値を除去した値に関す
る比の値のデジタルデータが格納されており、このデジ
タルデータをデータ出力端子から出力する。このデジタ
ルデータを反映したデジタル信号が演算回路400から
処理部500に向けて出力される。 【0036】処理部500は、所定の測定時間が経過し
たことを判断した時点で演算回路400から出力されて
いるデジタル信号のデータを収集し、収集データ値から
受光した光の色を識別するとともに、積分動作指示信号
を非有意として次の測定に備える。 【0037】こうして、受光した光の色を精度良く識別
する。 【0038】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、容量素子C1、C
2の容量値の選択は、(3)式の関係の代りに単に同一
容量値とすることが可能である。こうした場合には、演
算回路の構成(例えば、ROMの記憶部の書き込みデー
タ)の変更または処理部の色識別の方法(例えば、収集
データの値を色の対照テーブル)の変更を行う必要があ
る。 【0039】 【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の固
体撮像装置によれば、動作特性が温度依存性の高い単体
のダイオードを使用した対数変換回路を用いずに、動作
特性が温度依存性が低い積分回路を使用することにした
ので、温度依存性を低減して精度良く受光した光の識別
が可能となる。 【0040】また、積分回路からの積分信号をデジタル
化後に、前段のオフセットを除去して演算を行う演算回
路を設けることとすれば、更に精度良く受光した光の識
別が可能となる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device for identifying the wavelength of incident light. 2. Description of the Related Art Attention has been focused on solid-state imaging devices that can identify the wavelength of incident light, that is, the color of incident light. As a light receiving element used for this purpose, a two-color separation type color sensor is commercially available. FIG. 2 is a configuration diagram of the two-color separation type color sensor 100. 2A is a cross-sectional configuration diagram of the two-color separation type color sensor 100, and FIG. 2B is an equivalent circuit configuration diagram of the two-color separation type color sensor 100. As shown in FIG. 2A, in the two-color separation type color sensor, the p-type silicon semiconductor layer 130, the n-type silicon semiconductor layer 120, and the p-type silicon semiconductor
It has an np sandwich structure, in which an electrode 111 is formed on the surface of the p-type silicon semiconductor layer 110, an electrode 121 is formed on the surface of the n-type silicon semiconductor layer 120, and an electrode 131 is formed on the surface of the p-type silicon semiconductor layer 130. Have been. Then, as shown in FIG. 2B, it can be considered that the two photodiodes PD1 and PD2 are connected in series to face each other. [0003] The light absorption coefficient of silicon is highly wavelength-dependent, and the depth of reaching the inside of silicon varies depending on the wavelength.
Therefore, when a reverse bias voltage is applied between the electrode 111 and the electrode 121 and a reverse bias voltage is applied between the electrode 121 and the electrode 131, the p-type silicon semiconductor layer 110 and the n-type Light quantity absorbed by the depletion layer near the boundary with the type silicon semiconductor layer 120, and n
-Type silicon semiconductor layer 120 and p-type silicon semiconductor layer 13
The light quantity absorbed by the depletion layer near the boundary with 0 is different. By utilizing this phenomenon, the electrode 111 and the electrode 1
The photoelectric flow generated between the electrodes 121 and 131 (the photoelectric flow generated at the PD1) and the photoelectric flow generated between the electrodes 121 and 131 (the photoelectric flow generated at the PD2) are extracted.
A solid-state imaging device that discriminates the color of incident light from the ratio of the two current amounts has been proposed. FIG. 3 is a circuit configuration diagram of such a solid-state imaging device. [0005] As shown in FIG.
A logarithmic conversion circuit 910 having an operational amplifier A1 and a diode D1 for inputting a current signal I SC1 generated by the color separation type color sensor 100 and (b) PD1 for logarithmic conversion.
(C) a logarithmic conversion circuit 920 having an operational amplifier A2 and a diode D2 for inputting and logarithmizing the current signal I SC2 generated by the PD2, and (d) a logarithmic conversion circuit 910.
(E) a difference operation circuit 930 for calculating the difference between the output signal of the logarithmic conversion circuit 920 and the output signal of
And a processing unit 940 that collects the output signal of the received light and identifies the wavelength of the received light. According to this device, the output V 0 of the difference calculation circuit 930 is as follows: V 0 = (kT / q) · [log (I SC2 / I SC1 )] · (R2 / R1) (1) , K: Boltzmann constant T: absolute temperature q: electron charge In this apparatus, a two-color separation type color sensor 1
The current signal I SC1 and the current signal I SC2 generated as a result of the light reception at 00 are signal-processed by the logarithmic conversion circuits 910 and 920 and the difference calculation circuit 930 to generate a signal having a value represented by the equation (1). The processing unit 940 collects this signal,
The value of (I SC2 / I SC1 ) is obtained by inverse logarithmic conversion, and (I SC2 / I SC1 ) is obtained.
The color of the received light is identified based on the value of SC2 / ISC1 ). [0008] Since the conventional solid-state imaging device is configured as described above, it has the following problems. Due to the temperature dependence of the diodes D1 and D2 used in the logarithmic conversion circuits 910 and 920, the output V 0 of the difference calculation circuit 930 is equal to the temperature T, as shown in equation (1).
And the measurement result varies depending on the temperature at the time of light reception. The logarithmic conversion circuit 910 and the logarithmic conversion circuit 920 have their own offsets. The offset value of the logarithmic conversion circuit 910 is Vα, and the logarithmic conversion circuit 92
When the offset value of 0 and V?, The value of V 0 is, V 0 = (kT / q ) · [log (I SC2 / I SC1) + (Vβ-Vα)] · (R2 / R1) ... (2) Becomes Therefore, when the value of V 0 is subjected to antilogarithmic conversion, the offset variation (Vβ−Vα) is further enlarged, so that accurate measurement cannot be expected. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and has as its object to provide a solid-state imaging device capable of reducing temperature dependency and performing accurate color identification. According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: (a) (1) a first semiconductor layer having a first conductivity type; and (2) a surface of the first semiconductor layer. And (3) a third semiconductor layer having the first conductivity type and formed on a part of the surface of the second semiconductor layer. A semiconductor layer; (4) a first electrode formed on a part of the surface of the first semiconductor layer where the second semiconductor layer is not formed; and (5) a third semiconductor of the second semiconductor layer. A second electrode formed on a part of the surface on which the layer is not formed, and (6) a third electrode formed on a part of the surface of the third semiconductor layer, and the first semiconductor The layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are mainly formed of a semiconductor material whose light absorption has wavelength dependence, and receive light from the surface side of the third semiconductor layer. An optical device, and (b) a first photocurrent generated between the first electrode and the second electrode due to light reception during application of a reverse bias voltage between the first electrode and the second electrode. A signal, and a charge corresponding to the input first photocurrent signal
Is stored in the first capacitive element, and the amount of the stored charge is
A first integration circuit that outputs a corresponding first integration signal ;
(C) inputting a second photocurrent signal generated between the second electrode and the third electrode due to light reception during application of a reverse bias voltage between the second electrode and the third electrode; , Its entered number
Charge corresponding to the second photocurrent signal is stored in the second capacitive element.
And outputs a second integration signal corresponding to the amount of the accumulated electric charge.
And a second integrating circuit for inputting the information. Further, the solid-state imaging device of the present invention is provided with (d) a first integration signal output from a first integration circuit,
A first analog-to-digital converter that converts the input first integrated signal into a first digital signal, and outputs the first digital signal; and (e) a second integrated circuit that outputs the first integrated signal. A second analog-to-digital converter that receives the second integrated signal, converts the input second integrated signal into a second digital signal, and outputs the second digital signal. It is further characterized by being provided. Further, in the solid-state imaging device according to the present invention, the first digital signal output from the first analog-to-digital converter and the second digital signal output from the second analog-to-digital converter are input. And a first digital value indicated by the first digital signal and a second digital value indicated by the second digital signal.
And a calculator for outputting a third digital signal indicating a third digital value corresponding to the ratio of the digital value to the digital value. In the solid-state imaging device according to the present invention, the arithmetic unit inputs the first digital signal and the second digital signal to the address input terminal, and outputs the data output terminal according to the data written in the storage unit. And a read-only memory element for outputting a third digital signal from the memory. In the solid-state imaging device according to the present invention, first, a reverse bias voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and between the second electrode and the third electrode. Apply a reverse bias voltage. In this state, when light is received from the third semiconductor layer side by the light receiving section, the first electrode and the first electrode are connected at a ratio corresponding to the wavelength of the received light due to the wavelength dependence of the light absorption of the semiconductor material. An electric current is generated between the second electrode and between the second electrode and the third electrode. The current signal (I1) generated between the first electrode and the second electrode is input to a first integration circuit, integrated, and output as a first integration signal. Since the integration circuit is configured without using a portion having a large temperature dependency, the integration output has a small fluctuation due to temperature. Therefore, the first integrated signal has a small temperature fluctuation. The current signal (I2) generated between the second electrode and the third electrode is input to a second integrating circuit, integrated and output as a second integrated signal. Also in this case, similarly to the case of the first integrator, the second integration signal has a small temperature fluctuation. The thus obtained first integrated signal and the second integrated signal
By determining the ratio between I1 and I2 based on the integrated signal of (1) and (2), the temperature dependency can be reduced and accurate color identification can be performed. The first integrated signal is converted to a first digital signal by a first analog-to-digital converter, and the second integrated signal is converted to a second digital signal by a second analog-to-digital converter. By converting the subsequent processing into a digital signal that is highly resistant to external noise,
Measurement accuracy can be improved. By providing an arithmetic unit for calculating the ratio of I1 to I2 from the first digital signal and the second digital signal in consideration of the offset value of each integrating circuit measured in advance, it is possible to reduce the variation in offset. Deterioration in measurement accuracy can be reduced, and measurement accuracy can be further improved. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. FIG. 1 is a configuration diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this device comprises (a)
The two-color separation type color sensor 100 and (b) a current signal I1 (ie, PD1) generated between the electrode 111 and the electrode 121 due to light reception during application of a reverse bias voltage between the electrode 111 and the electrode 121. The generated current signal I1) is input and integrated, and (c) light is generated between the electrodes 121 and 131 by light reception during application of a reverse bias voltage between the electrodes 121 and 131. An integrating circuit 220 for receiving and integrating the current signal I2 (that is, the current signal I2 generated by the PD2); and (d) the integrating circuit 21
An analog-to-digital converter 310 for inputting the integrated signal output from 0 and performing analog-to-digital conversion; (e) an analog-to-digital converter 320 for inputting the integrated signal output from the integration circuit 220 and performing analog-to-digital conversion;
(F) The digital signal output from the analog-to-digital converter 310 and the digital signal output from the analog-to-digital converter 320 are input, and after removing each preset offset amount from both digital signals, the ratio of An arithmetic circuit 400 for calculating the value; and (g) a processing unit 500 for collecting the arithmetic result output from the arithmetic circuit 400, identifying the color of the received light, and notifying the integration circuits 210 and 220 of an integration operation instruction. And The integrating circuit 210 includes an amplifier A1 for inputting the current signal I1, an input terminal for the current signal I1 of the amplifier A1 and one terminal, and a capacitive element C1 connected to the output terminal and the other terminal of the amplifier A1. The input terminal and one terminal of the current signal I1 of the amplifier A1 are connected to the output terminal of the amplifier A1, and the other terminal is connected. When the integration operation instruction signal notified from the processing unit 500 is significant, it is opened. Switch element S1 that closes when the operation instruction signal is insignificant
And The integration circuit 220 has the same configuration as the integration circuit 210. Further, the capacitance value C2 of the capacitance value C1 and the capacitance element C2 of the capacitor C1, when the same amount is given to the PD1 and PD2, the current value generated by the PD1 at I 10, PD2 Assuming that the generated current value is I 20, the current value is selected so as to satisfy I 10 / I 20 = C2 / C1 (3). The arithmetic circuit 400 inputs the digital signal output from the analog-to-digital converter 310 and the digital signal output from the analog-to-digital converter 320 through an address input terminal, and stores the digital signal in the storage unit corresponding to the designated address in advance. A read-only memory (ROM) for outputting written data from a data output terminal is provided. The solid-state imaging device according to the present embodiment operates as follows to identify the color of the received light. First, while applying a reverse bias voltage between the electrode 111 and the electrode 121,
31 and a reverse bias voltage is applied. At the beginning, the processing section 500 outputs the integration operation signal in a non-significant manner. That is, the switch elements S1 and S2 of the integration circuits 210 and 220 are set to a closed state. At the start of the measurement, the processing section 500 makes the integration operation instruction signal significant. As a result, the switching elements S1 and S2 are opened, and the integrating circuits 210 and 220 are turned off.
Starts the integration operation. In this state, the two-color separation type color sensor 10
When 0 is received, a current signal I1 is generated between the electrode 111 and the electrode 121 and a current signal I2 is generated between the electrode 121 and the electrode 131 at a ratio according to the wavelength distribution of the received light. The current signal I1 is input to the integration circuit 210,
Electric charges are stored in the capacitor C1. A voltage signal corresponding to the amount of the accumulated charge is output as an integration signal of the integration circuit 210. As a component of the integration circuit 210, there is no component whose operating characteristic has a large temperature dependency unlike a single diode, and therefore, this integration signal has a small fluctuation due to temperature. The integrated signal output from the integrating circuit 210 is converted into a digital signal by the analog-to-digital converter 310 and then input to the arithmetic circuit 400. Similarly to the current signal I1, the current signal I2 is also input to the integration circuit 220, integrated, and output as an integrated signal. The integrated signal is digitized by the analog-to-digital converter 320. input.
The integration signal output from the integration circuit 220 is also
As in the case of the integration signal output from 10, the temperature fluctuation is small. In the arithmetic circuit 400, the digital signal output from the analog-to-digital converter 310 and the digital signal output from the analog-to-digital converter 320 are input to the address input terminal of the ROM. The storage section corresponding to the designated address of the ROM stores digital data of a ratio value relating to a value obtained by removing each offset value from the digital value indicated by both digital signals, and stores the digital data in a data output terminal. Output from A digital signal reflecting the digital data is output from the arithmetic circuit 400 to the processing section 500. The processing section 500 collects the data of the digital signal output from the arithmetic circuit 400 when it is determined that the predetermined measurement time has elapsed, identifies the color of the received light from the collected data value, and , The integration operation instruction signal is set to be insignificant and the next measurement is prepared. Thus, the color of the received light is identified with high accuracy. The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified. For example, the capacitive elements C1, C
The selection of the capacitance value of 2 can be simply made to be the same capacitance value instead of the relationship of the expression (3). In such a case, it is necessary to change the configuration of the arithmetic circuit (for example, the write data in the storage unit of the ROM) or the method of color identification of the processing unit (for example, the value of the collected data in the color comparison table). . As described above in detail, according to the solid-state imaging device of the present invention, the operation characteristics can be reduced without using a logarithmic conversion circuit using a single diode whose operation characteristics are highly temperature-dependent. Has decided to use an integrating circuit having low temperature dependency, so that the temperature dependency can be reduced and the received light can be accurately identified. Further, if an arithmetic circuit for performing an arithmetic operation by removing the offset at the preceding stage after digitizing the integrated signal from the integrating circuit is provided, the received light can be identified with higher accuracy.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例の固体撮像装置の構成図であ
る。 【図2】2色分解型カラーセンサの構成図である。 【図3】従来の固体撮像装置の構成図である。 100…2色分解型カラーセンサ、110,120,1
30…半導体層、111,121,131…電極、21
0,220…積分回路、310,320…アナログデジ
タル変換器、400…演算回路、500…処理部。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a two-color separation type color sensor. FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional solid-state imaging device. 100: two-color separation type color sensor, 110, 120, 1
30 ... semiconductor layer, 111, 121, 131 ... electrode, 21
0, 220: integrating circuit, 310, 320: analog-to-digital converter, 400: arithmetic circuit, 500: processing unit.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−144325(JP,A) 特開 平4−3588(JP,A) 特開 平6−105069(JP,A) 特開 平4−248756(JP,A) 特開 平2−271223(JP,A) 特開 昭62−3628(JP,A) 特開 昭55−26467(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/146 G01J 3/50 H01L 27/14 H04N 5/335 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-3-144325 (JP, A) JP-A-4-3588 (JP, A) JP-A-6-105069 (JP, A) JP-A-4-248756 (JP) JP-A-2-271223 (JP, A) JP-A-62-26282 (JP, A) JP-A-55-26467 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01L 27/146 G01J 3/50 H01L 27/14 H04N 5/335 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1の導電型を有する第1の半導体層
と、前記第1の半導体層の表面の一部に形成された、第
2の導電型を有する第2の半導体層と、前記第2の半導
体層の表面の一部に形成された、前記第1の導電型を有
する第3の半導体層と、前記第1の半導体層の前記第2
の半導体層が形成されていない表面の一部に形成された
第1の電極と、前記第2の半導体層の前記第3の半導体
層が形成されていない表面の一部に形成された第2の電
極と、前記第3の半導体層の表面の一部に形成された第
3の電極とを備えるとともに、前記第1の半導体層、前
記第2の半導体層、および前記第3の半導体層は光吸収
率が波長依存性を有する半導体材料を主材として形成さ
れ、前記第3の半導体層の表面側から受光する受光器
と、 前記第1の電極と前記第2の電極との間への逆バイアス
電圧の印加中の受光によって前記第1の電極と前記第2
の電極との間に生じた第1の光電流信号を入力し、その
入力した第1の光電流信号に応じた電荷を第1の容量素
子に蓄積して、その蓄積した電荷の量に応じた第1の積
分信号を出力する第1の積分回路と、 前記第2の電極と前記第3の電極との間への逆バイアス
電圧の印加中の受光によって前記第2の電極と前記第3
の電極との間に生じた第2の光電流信号を入力し、その
入力した第2の光電流信号に応じた電荷を第2の容量素
子に蓄積して、その蓄積した電荷の量に応じた第2の積
分信号を出力する第2の積分回路と、 前記第1の積分回路から出力された前記第1の積分信号
を入力し、その入力した第1の積分信号を第1のデジタ
ル信号にアナログデジタル変換して、その第1のデジタ
ル信号を出力する第1のアナログデジタル変換器と、 前記第2の積分回路から出力された前記第2の積分信号
を入力し、その入力した第2の積分信号を第2のデジタ
ル信号にアナログデジタル変換して、その第2のデジタ
ル信号を出力する第2のアナログデジタル変換器と、 前記第1のアナログデジタル変換器から出力された前記
第1のデジタル信号と、前記第2のアナログデジタル変
換器から出力された前記第2のデジタル信号とを入力
し、前記第1のデジタル信号が示す第1のデジタル値と
前記第2のデジタル信号が示す第2のデジタル値との比
の値に応じた第3のデジタル値を示す第3のデジタル信
号を出力する演算器と、 を備え、 前記演算器が、アドレス入力端子に前記第1のデジタル
信号および前記第2のデジタル信号を入力し、記憶部に
書き込まれたデータに応じて、データ出力端子から第3
のデジタル信号を出力する読み出し専用記憶素子を含
む、 ことを特徴とする固体撮像装置。
(57) Claims 1. A first semiconductor layer having a first conductivity type, and a second conductivity type formed on a part of the surface of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer having a first conductivity type formed on a part of the surface of the second semiconductor layer; and a second semiconductor layer having the first conductivity type.
A first electrode formed on a part of the surface where the third semiconductor layer is not formed, and a second electrode formed on a part of the surface of the second semiconductor layer where the third semiconductor layer is not formed. And a third electrode formed on a part of the surface of the third semiconductor layer, and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer A light receiver formed mainly of a semiconductor material having a wavelength dependency of light absorption and receiving light from a surface side of the third semiconductor layer; and a light receiver between the first electrode and the second electrode. The first electrode and the second electrode are received by receiving light during application of a reverse bias voltage.
A first photocurrent signal generated between the first and second electrodes is input, a charge corresponding to the input first photocurrent signal is stored in a first capacitor, and the first photocurrent signal is calculated according to the amount of the stored charge. A first integration circuit for outputting a first integration signal, and a second integration circuit configured to receive the second electrode and the third electrode by receiving light during application of a reverse bias voltage between the second electrode and the third electrode.
A second photocurrent signal generated between the first and second electrodes is input, a charge corresponding to the input second photocurrent signal is stored in the second capacitor, and the second photocurrent signal is calculated according to the amount of the stored charge. A second integration circuit that outputs the second integration signal, and the first integration signal that is output from the first integration circuit, and converts the input first integration signal into a first digital signal. A first analog-to-digital converter that converts the analog-to-digital signal into a digital signal and outputs the first digital signal; and the second integrated signal that is output from the second integration circuit. A second digital-to-analog converter that converts the integrated signal of the second digital signal into a second digital signal, and outputs the second digital signal; and the first analog-digital converter that is output from the first analog-digital converter. A digital signal and the second The second digital signal output from the log digital converter is input, and the ratio of the ratio of the first digital value indicated by the first digital signal to the second digital value indicated by the second digital signal is calculated. And a computing unit that outputs a third digital signal indicating a third digital value according to the value. The computing unit inputs the first digital signal and the second digital signal to an address input terminal. Then, according to the data written in the storage unit, a third
A solid-state imaging device, comprising: a read-only storage element that outputs a digital signal.
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