JPH03202732A - カラーセンサ - 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〉 本発明は薄膜受光素子、例えば薄膜光起電力素子や薄膜
光導電素子を利用して光の色を識別するカラーセンサに
関するものである。光の色を識別するためのカラーセン
サは、たとえばビデオカメラなどにおいて撮影時のオー
トホワイトバランス処理を行うために、撮像部への入射
光の波長成分を検出する際等に用いられる。

〈従来の技術〉 受光素子を利用したカラーセンサとして従来下記のよう
なものがあった。

（１）単結晶シリコンチ・プ中にｐｎｐ接合を形成し、
受光素子を二重に形成し、シリコンの厚さによる光の吸
収の差をフィルりとして用い、浅い方のｐｎ接合による
フォトダイオードと、深い方のｎｐ接合によるフォトダ
イオードの分光感度特性の違いを利用したもの、 （２）　　ｐｎ接合を形成した受光素子を複数個使用し
それぞれに異なるカラーフィルりを組合わせた結晶系に
よるもの、 （３）ｐｉｎ接合を有する非晶質シリコンの光起電力を
利用し、複数個の受光素子にそれぞれ異なるカラーフィ
ルタを組合わせた非晶質系のもの、等である。

製造上の工程が複雑でないことから、近年は非晶質系の
薄膜受光素子を用いることが多い。

第８図は、前述の（３）に述べられるようなその一例の
略断面図である。ガラス基板８の一方の面には、透明導
電膜よシなる透明電極２を設け、その表崩に非晶質シリ
コン層ｌが形成されている。非晶質シリコン層１内には
ｐｎ接合又はｐｉｎ接合が形成されており光起電力を発
生する。非晶質シリコン層ｌの表面には電極ｇ、９．１
０が形成され、透明電極２の表面の一部には共通の電極
７が設けられている。電極８，９．１０に対応して、ガ
ラス基板３の他方の面には赤フィルり４．緑フイルり５
．青フィルり６等が設けられている。第９図は第８図に
よるカラーセンサの等価回路であって、フォトダイオー
ドＰＤＩ、ＰＤ２及びＰＤ８が並列に接続されているこ
とになる。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のカラーセンサのうち、単結晶シリコンのｐｎｐ接
合を用いるものは、２つの光起電力素子しか設けられな
い。そのためこのタイプのカラーセンサは色の分解能が
悪く、光源の色温度（成る物体の熱放射の色と等しい色
の熱放射をする黒体の温度）を検出できないという問題
点がある。

単結晶シリコンとカラーフィルタトラ用いるカラーセン
サは、シリコン膜ヲ厚＜　（１０、ｕ−以上）する必要
があり、しかも製造工程も複雑であるという問題点があ
る。

一方、非晶質シリコンを用いる第８図に示されるような
構造のものでは、製造工程が簡単で、シリコンの厚さも
小さくてすみ、かつカラーフィルりを８つ使用すること
によシ光源の色温度も検出できるという利点がある。し
かしながらカラーフィルりが必要であるためその体積が
大きくならざるを得す、かつコストも高いという問題点
がある。

これに対し本発明者らは、−枚の基板上にｐｉｎ接合を
持つ非晶質光起電力素子を透明導電膜を介して複数個積
層した、カラーフィルりを使用しない構造のものを提案
している。第１０図の略断面図にその一例を示す。同図
に釦いて、導電性基板１１の表面の一端に電極２４を設
けその他の大部分にｎ型非晶質７９１７層１２、その上
にｌ型非晶質７９２７層１８、さらにその上にｐ型非晶
質シリコン層１４を形成し、その上に透明導電膜よりな
る透明電極１５を形成する。以下＠記と同様に、電極２
５、ｎ型非晶質７９１７層１６、ｌ型非晶質７９１７層
１７、ｐ型非晶質シリコン層１８、透明電極１９を形成
する。さらにその上に電極２６、ｎ型非晶質７９１７層
２０、ｌ型非晶質７９７７層２１、ｐ型非晶質シリコン
層２２、透明電極２３を形成し、その表面の一部に電極
２７を設ける。その等価回路は第１１図に示されるよう
に、フォトダイオードＰＤＩ、ＰＤ２゜ＰＤ８が直列に
接続され、それぞれの出力が電極から取り出される。こ
れは、入射光に対して浅い方の非晶質起電力素子と、深
い方の非晶質起電力素子との分光感度特性の違いを利用
するものであり、カラーフィルりが不要であう低コスト
化に有利である。

しかしながら、本構造では、フォトダイオードを構成す
るｐｉｎ層を３層に積層するため、その作製工程が極め
て複雑であるという問題点を有している。

く課題を解決するための手段〉 本発明に分いては、ｌ１ｉＪ記の欠点を除くため、分光
感度特性の異なる複数の薄膜受光素子をある面上に配列
し、必要によりその出力を演算処理することができるよ
うにした。

薄膜受光素子としては、薄膜太陽電池等を用いた薄膜光
起電力素子、薄膜光導電素子又はその他の薄膜受光素子
を用いる。

〈作　用〉 分光感度特性の異なる複数の薄膜受光素子を平面上に配
列し、その分光感度曲線を演算処理することによシ、異
なった波長域にピーク感度を持つ分光感度曲線が得られ
る。これによシ、各受光素子の出力を演算処理すれば、
入射光の色温度を検出することができる。

〈実施例〉 実施例１ 以下、非晶質の薄膜光起電力素子を用いた場合について
説明する。第１図は本発明の一実施例の略［１ｆｆｉ図
である。同図に訟いて２８ａ、２８ｂ。

２８ｃはそれぞれ分離された導電性基板であってそれぞ
れの表面にｎ型非晶質７９３７層２９ａ。

２９　ｂ、　　２９　ｃ、厚さの異なる１型非晶質シリ
コン層８０　ａ、　　Ｂ　Ｏｂ、　　８０　ｃＳｐ型非
型置晶質７９２７層８１ａ１ｂ、８１ｃを形成し、その
上に透明電％８２ａ、８２ｂ、８２ｃを設け、それぞｑ
ｍ書の浄書 れの一部に電［８８ａ、８８ｂ、８Ｂｃを設ける。

なお、導電性基板２Ｂ！１の一端には電極８４が設けら
れ、導電性基板２８ａ、２８ｂは導電性ベース）８５ａ
で接続され、導電性基板２８ｂ、２８ｃは導電性ペース
）８５ｂで接続されている。この左方のｎ型非晶質７９
３７層２９ａ、ｉ型非晶質シリコン層ＢＯａ、ｐ型非晶
質シリコン層８１ａ等によって第一のフォトダイオード
ＰＣＩが構成され、中央部のｎ型非晶質７９１７層２９
ｂ、ｉ型部晶質シリコン層８０ｂ、ｐ型非晶質シリコン
１１８１ｂ等によって第二のフォトダイオードＰＤ２が
構成され、右方のｎ型非晶質７９１７層２９ｃ。

が構成されている。前述のｎ型非晶質７９３７層２９ａ
、２９ｂ、２９ｃは例えば燐をドープした厚さｙｏｏｉ
で光学的バンドギヤ１プ：１．８ｅＶのｎ層であシ、ｌ
型非晶質７９１７層８０ａは厚さ１２００λ、８０ｂは
２６００λ、８０ｃは６５００Ａと逐伏厚さを厚くした
光学的バンドギャップ：１．８ｅＶＯ１層であう、ｐ、
型非晶質シリコン層８１ａ、８１ｂ、８１ｃは例えば硼
素をドープした厚さ１ｏｏｉで光学的バンドギヤ・プ：
１．９２ｅＶのｐ層であって、例えばプラズマＣＶＤ法
によシ積層形成される。

多数の第一のフォトダイオードＰＤＩ、第二のフォトダ
イオードＰＤ２．第三のフォトダイオードＰＤ８を、そ
れぞれ−枚の基板上に多数形成し１個ずつ切断した後、
第一、第二、第三のフォトダイオードを１個ずつ接続す
ると第１図の構造のセンサが得られる。

第２図はその等価回路である。

第１１Ｎにｐいて、透明電極８２ａ、８２ｂ。

８２ｃ側から光が入射すると、ｉ層の膜厚が厚い程、長
波長感度が大きくなる。第８図はそれらの分光感度特性
の一例を示すもので、図中曲線ＰＤ１、ＰＯ２，ＰＯ２
はそれぞれ第一、第二、第三のフォトダイオードＰＤＩ
、ＰＤ２．ＰＤＢの分光感度特性に対応するものである
。図の縦軸の目盛は単に相対的な関係を示す任意の目盛
である。

第４図は第一のフォトダイオードＰＤＩの分光感度特性
、第二のフォトダイオードＰＤ２と第一のフォトダイオ
ードＰＤＩとの分光感度特性の差及び第三のフォトダイ
オードＰＤ８と第二のフォトダイオードＰＤ２の分光感
度特性の差のそれぞれの相対的な関係を示すもので、そ
れぞれの曲線はＰＤｌ、（ＰＯ２）−ＣＰＤＩ）、ＣＰ
ＤＢ）−（ＰＯ２）と表示されている。この場合も縦軸
は任意の目盛である。このようにして、異なった波長域
にピーク感度を持つ分光感度特性が得られる。

このようなカラーセンサに光が入射すると、各フォトダ
イオードの出力端子Ｂａａ、Ｂｉｂ。

８８ｃに出力電流が得られ、この出力電流の差（ＰＯ２
）−ＣＰＤＩ’Ｊ及び（ＰＯ２）−（ＰＯ２）を求め、
ＰＤＩの出力との比を求めることによって入射光の色温
度を読み取ることができる。

本実施例では、異なった分光感度特性を得るために、ｉ
層の厚みを変化させたが、ｉ層の光学的バンドギヤ１プ
や、ｐ層の厚さを変化させることによっても可能である
。また導電性基板２８ａ。

明細式の浄書 ２８ｂ、２８ｃとして透光性基板を用い、基板側から光
を入射させる構造とすることもできる。

実施例２ 以下、非晶質の薄膜光導電素子を用いた場合について説
明する。第５図は、本発明の一実施例の略断向図である
。同図において、Ｂ　６　ａ、　　８６　ｂ。

８６ｃはそれぞれ分離された基板（ガラス基板等〕−で
あって、それぞれの表面に厚さの異なるｉ型非晶質シリ
コン層（不純物を添加しないノンドープの＠）８７ｇ、
８７ｂ、８７ｃをプラズマＣＶＤ法により形威し、その
上に電極（対向を極）８８ａ８８ｂ、ｊ１８ｃを設ける
。基板８６ａ、８６ｂは接着剤８９ａで接続され、基板
８６ｂ、８６ｃは接着剤８９ｂで接続されている。この
左方の基板８６ｍ、非晶質シリコン膜ｓ’ｒａ、を極８
８ａによって、第一の光導電素子ＰＣＩが構成され、中
央部の基板８６ｂ、非晶質シリコン膜３７ｂ。

電［８８ｂ（Ｃよって第二の光導電素子ＰＣ２が構成さ
れ、右方の基板８６ｃ、非晶質シリコン膜８７　ｃ、　
［ｔｉ！８８　ｃによって第三の光導１素子ＰＣＢが構
成されている。ｉ型非晶質シリコン膜８７ａは厚さ１２
００Ａ、８７ｂは８０００Ａ。

８’ｌｃは７ｏｏｏｉと逐次厚さを厚くした光学的バン
ドギャップ：１．８ｅＶの膜である。電極８８ａ３８ｂ
、３８Ｃそれぞれには、所定のバイアス電圧が予め与え
られる。

多数の第一の光導電素子ＰＣＩ、第二の光導電素子ＰＣ
２，第三の光導電素子Ｐ（ｌを、それぞれ−枚の基板上
に多数形威し、１個ずつ切断した後、第一、第二、第三
の光導電素子を１個ずつ接続すると第１図の構造のセン
サが得られる。光は矢印で示される方向からこのカラー
センサに入射する。

半導体に入射した光は、光電変換を行ないながら半導体
中を進む。光電変換のため、半導体中を進む光子の数は
、半導体中を進んだ距離に応じて減少する。半導体中を
単位長さ進むごとに光子が吸収される割合は、吸収係数
と呼ばれ、光の波長に依存してその値が変わることが知
られている。

短波長の光は吸収係数が大きく、長波長の光の吸収係数
は小さい。そのため、短波長領域の光は、入射後短距離
の間に光電変換によってほとんど消滅する。一方長波長
領域の光は、その吸収係数が小さく、浅い部分に比べ深
い部分では短波長の光による光電変換に対して相対的に
大きな量の光電変換を行なう。

すなわち、入射光に対し非晶質シリコン層の膜厚が厚い
程、長波長領域の光をよく吸収し、長波長感度が大きく
なる。第６図はそれらの分光感度特性の一例を示すもの
で、図中曲線ＰＣＩ、ＰＣ２ＰＣａはそれぞれ第一、第
二、第三の光導電素子ＰＣＩ、ＰＣ２゜ＰＣＢの分光感
度特性に対応するものである。図の縦軸の目盛は単に相
対的な関係を示す任意の目盛である。

第７図は、第一の光導電素子ＰＣＩの分光感度特性、第
二の光導電素子ＰＣ２と第一の光導電素子ＰＣＩとの分
光感度特性の差、及び第三の光導電素子ＰＣ８と第二の
光導電素子ＰＣ２の分光感度特性の差のそれぞれの相対
的な関係を示すもので、それぞれの曲線はＰＣＩ、（Ｐ
Ｃ２）−ＣＰＣＩ）。

（ＰＣＢ）−（ＰＣ２）と表示されている。この場合も
縦軸は任意の目盛である。このようにして、異な、た波
長域にピーク感度を持つ分光感度特性が得られる。この
ようなカラーセンサに光が入射すると、各光導電素子に
光電流が得られ、この光電流の差（ＰＣ２）−ＣＰＣＩ
）及び（ＰＣＢ）−（ＰＣ２）を求め、ＰＣＩの出力と
の比を求めることによって、入射光の色温度を読み取る
ことができる。

本実施例では、異なった分光感度特性を得るために、非
晶質シリコン膜の厚みを変化させたが、光学的バンドギ
ャップを変化させることによっても可能である。

本実施例の場合は、一種類の非晶質シリコン層を形成す
るだけであるので、実施例１に比べて製造が簡単で低価
格のカラーセンサを作製できる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、カラーフィルりを用いることなくカラ
ーセンサを構成することができ、製造工程の簡易化、低
価格化に貢献することができる。

渣た、光ぷの色温度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の略断面図、第２図はそ
の等価回路図、 第３図はその分光感度特性図、 第４図はその分光感度特性の差を示す図、第５図は本発
明の第２の実施例の略断前図、第６図はその分光感度特
性図、 第７図はその分光感度特性の差を示す図、第８図は従来
のカラーセンサの一例を示す略断面図、 第９図はその等価回路図、 第１０図は本発明者らが先に提案したカラーセンサの構
造を示す略断面図、 第１１図はその等価回路図である。 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ：導電性基板、２９ａ、２’９
ｂ、２９ｃ：ｎ型非晶質シリコン層、８０ａ、８０ｂ、
８０ｃ：　ｉ型部晶質シリコン層、８１ａ、８１ｂ、８
１ｃ：ｐ型非晶質シリコン層、３２ａ、８２ｂ、８２ｃ
：透Ｆ３Ａ電極、８８　ａ。 ８８　ｂ。 ８ｃ ：電極、 ：電極、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　分光感度特性の異なる複数の薄膜受光素子をある面
   上に配列したことを特徴とするカラーセンサ。