JPH03120764A - 光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導電膜と、光導電膜に電圧を印加する手段
とを有する光センサに関する。

〔従来の技術〕

従来の光センサは１つの受光領域下には１つの光電変換
領域を形成していた。第３図は従来例の主要部を示す素
子の断面図である。この従来例はシリコンからなるＰ型
半導体基板２１の光が入射する主面にＮ型不純物領域２
２を形成したフォトダイオードを光電変換する手段とし
て有し、Ｎ型不純物領域２２に電気的に接触した信号読
み出し線２３を有する光センサである。Ｎ型不純物領域
２２付近で発生した信号電荷は、Ｐ型半導体基板２１と
Ｎ型不純物領域２２との接合容量に蓄積される。かかる
信号電荷は信号読み出し線２３を通して外部に読み出さ
れる。このように従来の光電変換素子は１つの受光領域
から１つの波長範囲の信号だけを得ることができる。

第４図は、第３図の従来の光電変換素子を用いて、入射
光のＲ，Ｇ、Ｂの各波長範囲の成分ＩＲ＋ＩＯ，Ｉｎを
得る複合型光電変換素子の例の主要部の断面図である。

この複合型光電変換素子は基本的に第３図の光電変換素
子を３つ配列した構造で、シリコンからなるＰ型半導体
基板２１の光が入射する主面にＮ型不純物領域２２−１
．２２−２゜２２−３を形成してフォトダイオードとし
、各Ｎ型不純物領域に信号読み出し線２：３−１．２３
２．２３−３が電気的に接触している。Ｎ型不純物領域
２２−１〜２２−３の光の入射面にはそれぞれＲ，’Ｇ
、Ｂの色フィルター２４−１．：２４２．２４−３を形
成している。この光電変換素子によればＮ型不純物領域
２３−１．２３−２，２３３から入射光のＲ，Ｇ、Ｂの
各波長範囲の成分ＩＲ，ＩＯ，Ｉｎを得ることができる
。

第４図の光電変換素子のように従来の光電変換素子は、
入射光が含む複数の波長領域の光を別々に光電変換する
場合、各波長領域に対応した複数個の受光領域が必要で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術に於いては、素子の１つの受光領域への入射
光からある時刻に得られる信号は１つであった。このた
め入射光が含む複数の波長領域の光を別々に電気信号に
変換する場合、各波長領域に対応した複数個の光センサ
が必要であり、素子を配列して撮像装置を構成する場合
に高密度化。

高解像度化の点で不利という問題点があった。本発明の
目的は入射方向に対して光電変換層を多層化し、ある時
刻の素子の１つの受光領域への入射光から該入射光が含
む複数の波長領域の光を別々に電気信号に変換すること
ができる光センサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光センサは、複数の光導電膜が光の入射方向に
対して多層化され、最下層を除く前記各光導電膜が入射
光を部分的に吸収し残りの光を下の光導電膜へ透過する
フィルタ作用を有し、各光導電膜ごとに電圧を印加する
手段を有するというものである。

〔作用〕

１つの受光領域の下に光導電膜が多層化されており、最
下層を除く各光導電膜がかかる膜への入射光を部分的に
吸収し残りの光を下の光導電膜へ透過する。各光導電膜
の吸収する波長領域は異なるので、入射光のうち各光導
電膜に対応した波長領域の光量がこれに相応した量の各
光導電膜の抵抗の変化を生じる。各光導電膜に定電圧を
印加しておればかかる抵抗の変化を電流の変化の形で信
号として出力できる。このように本発明によれば従来の
ように複数の受光領域ではなく、１つの受光領域で複数
の波長領域の信号を得ることができるので、素子を配列
して複数波長領域の撮像を同時に行なう撮像装置を構成
する場合に高密度、高解像度の撮像装置を得ることがで
きる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の主要部を示す素子の断
面図である。

この実施例は、色フイルタ−，２と光導電膜３ａ、４ａ
、５ａを交互に積層し、各光導電膜に信号線６，７，８
，９，１０．１１を電気的に接続し、可視の入射光のレ
ッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルーＣＢ）の成分を知
ることができる光導電素子である。光導電膜３ａ、４ａ
、５ａはポリビニルカルバゾールにトリフェニルメタン
系色素を増感剤として配した同−利料から成る。この材
料は可視光照射によって１０３倍以上の導電率の増加を
示す。膜厚は１〜１０μｍである。各光導電膜の吸収光
は該光導電膜の導電率の変化を生ずるので、各光導電膜
に電気的に接続した信号線６と７との間、８と９との間
、１０と１１との間に定電圧を印加しておれば各光導電
膜が吸収した光量を電流の変化の形で信号として出力で
きる。

フィルタ１，２０色はそれぞれシアン（Ｃｙ）。

イエロー（Ｙｅ）であるとする。フィルタ１，２はそれ
ぞれレッド（Ｒ）、ブルー（Ｂ）の光の波長範囲を除去
して残りの波長範囲を透過する。そのため光導電膜３ａ
、４ａ、５ｋに入射する光の波長範囲は互いに異なり、
光導電膜３ａ、４ａ、５ａから得られる信号を用いて入
射光のレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の
成分を知ることができる。以下この方法について詳しく
述べる。素子の最上層の光導電膜３ａに入射する光Ｉｏ
を説明のため大雑把にレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、
ブルー（Ｂ）の各波長範囲の成分■□、工。。

Ｉａの合成として １、＝Ｉ□＋１゜十■３ ６一 と表わす。光導電膜３ａを透過した後の光■１ばＲ，Ｇ
、Ｂそれぞれの成分が減少して Ｌ＝０−αＢ）　Ｉ　Ｒ＋　（１−α。）Ｉ。＋（１−
αＢ）ＩＢとなる。ここでα８．α。、α８は光導電膜
３ａ、４ａ、５ｍでのＲ，Ｇ、Ｈの各吸収の割合を表わ
す係数でＯ≦α８．α０．α８≦１とする。光導電膜か
ら得られる信号Ｓはかかる膜で吸収されたＲｌＧ、Ｂ成
分による信号成分の和で表わされるとする。つまり Ｓ−β８・Ｒ成分吸収量子β６・Ｇ成分吸収量＋βＢ−
Ｂ成分吸収量 である。ここでβ８．β０．β８は光導電膜３ａ、４ａ
、５ａでのＲ，Ｇ、Ｂの吸収光の信号への変換率を表わ
す係数とする。すると光導電膜３ａて吸収された成分は
αＢ　Ｉ　ＲｒαＯＩ（＋＋　αＢＩＢたから、光導電
膜１３から得られる信号Ｓ１は Ｓｌ−β、αＲＩＲ＋β０α。Ｉｏ＋βＢαＢＩＢ・・
・・・・　（１）となる。

光導電膜３ａを透過した後の光■１はフィルター１に入
射しＲの波長範囲が除去される。先導電膜４ａに入射す
る光重、は ｌ２＝（１−α０）ＩＯ＋（１−αＢ）ＩＲとなる。光
導電膜４ａを透過した後の光■３はＧ。

Ｂそれぞれの成分が減少して ｌ３＝（１−αａ）２・Ｉａ＋（１−αＢ）２・Ｉｎと
なる。光導電膜４ｂで吸収された成分はα。（１αａ）
Ｉａ、αＢ（１−αＢ）ＩＢだから、光導電膜４ｂから
得られる信号Ｓ２は Ｓ２−β。α０（１−αｏ）Ｉｏ＋β□αａ（１−ａＢ
）Ｉｎ（２） となる。

光導電膜４ａを透過した後の光■３はフィルター２に入
射しＢの波長範囲が除去される。光導電膜５ａに入射す
る光重、は ｌ４＝　（１−α。）２・Ｉ。

となる。光導電膜５ａを透過した後の光重、はＧの成分
が減少して Ｉ５”（１−α。）３・工。

となる。光導電膜５ａで吸収された成分はα。（ｌ−α
。）２・Ｉａだから、光導電膜１５から得られる信号Ｓ
３は Ｓ３−β。α。（１−α。）２・Ｉａ　　　　　・・・
・　（３）となる。α□、α。、α８．β□、β０．β
８は光導電膜の特性として得られる値である。そこで光
導電膜３ａ、４ａ、５ａからの信号の値Ｓｔ、Ｓ２．Ｓ
３と（１）〜（３）式を用いれば、入射光重。のＲ，Ｇ
、Ｂの各波長範囲の成分１．、Ｉ。＋ＩＢを求めること
ができる。

上の説明では入射光のＲ，Ｇ、Ｂ成分を得ることができ
る光導電素子を実現するためにフィルター１１．１２を
Ｃｙ、Ｙｅとしたが、フィルター１１．１２をＣｙ、Ｙ
ｅ、およびマセンダ（Ｍ）のうちの任意の２色の組み合
わせとしても同じ目的を達成できる。また他の色のフィ
ルタを用いれば、他の波長範囲の組の成分に分解できる
。またフィルターと光導電膜の積層数を変えれ噂詞耽≠
≠面図である。

この実施例は、光導電膜３ｂ、４ｂ、５ｂを各９ 層間に透明電極１４．１５を介して積層したサインドイ
ッチ型ホトセルである。光導電膜３ｂ、４ｂ、５ｂは厚
さ５Ｃ１〜１１００ｎのＳｂ２Ｓ３蒸着膜である。その
他ＰｂＯ膜、ＣｄＳｅ膜などを用いることができる。光
の入射はガラス基板１２のどちら側からでもよい。便宜
上、光導電膜３ｂの側から入射させるものとする。光導
電膜４ｂには、３ｂを透過した光が入射するのて青色光
にはあまり感度がない。同様に、５ｂに入射する光は相
対的に赤の成分が多くなる。各光導電膜を挟む一対の透
明電極間に電圧を印加することによって電流を取り出す
ことができる。

透明電極は例えば酸化インジウムを用いればよい 各光導電膜から得られる信号は正確には光の吸収量とそ
の吸収光の信号への変換率との積を分光感度を有する波
長領域について積分した値に比例する。ここでは説明を
簡単にするため、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブル
ー（Ｂ）の各波長範囲内のある波長を代表点とし、各光
導電膜から得０ られる信号はこの３つの波長における光の吸収量とその
吸収光の信号への変換率との積の和に比例すると仮定す
る。すると光導電膜３ｂ、４ｂ、５ｂからの信号の値Ｓ
、、Ｓ２．Ｓ３は Ｓ、＝α８．βＲＩＩＲ＋α。１β０ＩＩＯ＋α８、Ｒ
８，工８・・　（４） Ｓ２＝αＲ２β３２（１−α８．βＲ１）　　Ｌ十α。

２β。２（１−α０．β。＋）Ｉｃ＋αＢ２β８２（１
−α８、βＢｌ）　Ｉｓ・　・・　（５） Ｂ３−αＲ３β６３（１−αＢ２βＢ２）（１−α、１
β８．）■□＋α。３β０３（１−α。２βＧ２）（１
−α。１βｏ＋）　　Ｉ。

＋αＢ３βＢ３（１−αＢ２βＢ２）（１−αＢ２βＢ
２）　　ＩＥ・・・・・　　（６） となる。ここでαは光導電膜での吸収の割合を表わす係
数、βは光導電膜での吸収光の信号への変換率を表わす
係数で、光導電膜の特性から与えられる値でＯ≦α、β
≦１である。α、βの第１添字のＲ，Ｇ、Ｂはそれぞれ
赤色光、緑色光、青色光が光導電膜で吸収される割合を
表わす係数ないし吸収光の赤色、緑色、青色の各成分の
信号への変換率を表わす係数であることを示し、第２添
字の１．２．３はそれぞれ光導電膜３３，３４．３５に
対応することを示す。そこで光導電膜３ｂ。

４ｂ、５ｂからの信号の値Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３と（４）〜
（６）式を用いれば、入射光重。のＢ、Ｇ、Ｒの各波長
範囲の成分ＩＢ、ＩＱ、ＩＲを求めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように入射光が含む複数の波長領域の光を
別々に電気信号に変換するためには、従来の光センサは
各波長領域に対応した複数個の受光領域が必要であるの
に対し、本発明は光導電層を多層化しているので受光領
域は１つでよい。このため光センサを配列して複数波長
領域の撮像を同時に行なう撮像装置を構成する場合に本
発明の光センサによれば高密度、高解像度の撮像装置を
得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図；訛二＝は本発明の第１の実施例宴＝≠の主要部
を示す素子の断面図、第２図（ａ＞は第２の実施例の主
要部を示す平面図、第２図（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ
第２図（ａ）のｘ−Ｘ線断面図及びＹ−Ｙ線断面図、第
３図は従来例の主要部を示す素子の断面図、第４図は、
第３図の従来の光電変換素子を用いて入射光のＲ，Ｇ、
Ｂの各波長範囲の成分を得る光電変換素子の例の主要部
の断面図である。 １．２．２４−１．２４−２．２４．−３・・色フィル
タ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ−光電変換膜
、６，７，８，９，１．０．］、］・信号線、１２・・
・ガラス基板、１Ｂ、１４，１５．１６・・透明電極、
２１・・シリコンからなるＰ型半導体基板、２２．２２
−１〜２２−３・・Ｎ型不順物領域、２３．２３−１〜
２３−３・・・信号読み出し線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の光導電膜が光の入射方向に対して多層化され、最
   下層を除く前記各光導電膜が入射光を部分的に吸収し残
   りの光を下の光導電膜へ透過するフィルタ作用を有し、
   各光導電膜ごとに電圧を印加する手段を有することを特
   徴とする光センサ。