JPH0612813B2 - 視覚センサ− - Google Patents
視覚センサ−Info
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- JPH0612813B2 JPH0612813B2 JP62135013A JP13501387A JPH0612813B2 JP H0612813 B2 JPH0612813 B2 JP H0612813B2 JP 62135013 A JP62135013 A JP 62135013A JP 13501387 A JP13501387 A JP 13501387A JP H0612813 B2 JPH0612813 B2 JP H0612813B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
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- Power Engineering (AREA)
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、人間の目に代る視覚センサーに関するもので
ある。
ある。
さらに詳しくは、ＣＣＤ型，ＭＯＳ型，ＣＰＤ型，ＢＢ
Ｄ型等の半導体固体撮像素子のカラー化特性を改良し、
室内光でも色あざやかなカラー撮像を得ることができる
ビデオカメラや監視カメラやロボットの目等に使用され
るカラー化視覚センサーを提供するものである。
Ｄ型等の半導体固体撮像素子のカラー化特性を改良し、
室内光でも色あざやかなカラー撮像を得ることができる
ビデオカメラや監視カメラやロボットの目等に使用され
るカラー化視覚センサーを提供するものである。
従来の技術 従来、一般にカラー化視覚センサーとしては、半導体固
体撮像素子の素子表面のホトセンサーアレイにモザイク
状あるいはストライプ状の色フィルターアレイを位置合
せして装着し、この色フィルターにより固体撮像素子画
素部に入射してきた光をそれぞれの色要素に対応した光
に分光し、色信号としてホトセンサーで読み出すカラー
化固体撮像素子が用いられている。
体撮像素子の素子表面のホトセンサーアレイにモザイク
状あるいはストライプ状の色フィルターアレイを位置合
せして装着し、この色フィルターにより固体撮像素子画
素部に入射してきた光をそれぞれの色要素に対応した光
に分光し、色信号としてホトセンサーで読み出すカラー
化固体撮像素子が用いられている。
発明が解決しようとする問題点 ところが、これらのカラーフィルタ分光透過率は、例え
ば３色方式の場合、第３図に示す通りであり、実際にシ
リコン基板内のホトダイオードまで到達し、光電流とし
て利用される光は第３図中の斜線部のみである。つまり
カラー化を行うと、必然的に白黒の場合に比べて感度は
大幅に劣化することになる。
ば３色方式の場合、第３図に示す通りであり、実際にシ
リコン基板内のホトダイオードまで到達し、光電流とし
て利用される光は第３図中の斜線部のみである。つまり
カラー化を行うと、必然的に白黒の場合に比べて感度は
大幅に劣化することになる。
従って、光学感度を向上させるためには、シリコン基板
内に形成されたホトセンサーアレイであるシリコンホト
ダイオードの感度を向上させるか転送効率の向上あるい
は転送部や駆動部のノイズを減少させて増幅率を上げる
必要がある。さらにまた、色バランスを向上させるため
には、分光感度特性を視感度に合せる必要がある。とこ
ろが、転送効率を向上させたり、転送部や駆動部のノイ
ズを減少させることは、現状の半導体装置製造プロセス
（固体撮像素子の製造プロセス）を用いている限り限界
があった。一方、シリコンホトダイオードでは低い青感
度を向上させるために、シリコンホトダイオードの拡散
深さを浅くするとか、シリコンホトダイオードの代り
に、ホトセンサー膜として光導電膜、例えばZnSe-Zn1-X
CdXTe（ニュービコン膜）やアモルファスシリコン等を
半導体基板上に積層させることが提案されている。
内に形成されたホトセンサーアレイであるシリコンホト
ダイオードの感度を向上させるか転送効率の向上あるい
は転送部や駆動部のノイズを減少させて増幅率を上げる
必要がある。さらにまた、色バランスを向上させるため
には、分光感度特性を視感度に合せる必要がある。とこ
ろが、転送効率を向上させたり、転送部や駆動部のノイ
ズを減少させることは、現状の半導体装置製造プロセス
（固体撮像素子の製造プロセス）を用いている限り限界
があった。一方、シリコンホトダイオードでは低い青感
度を向上させるために、シリコンホトダイオードの拡散
深さを浅くするとか、シリコンホトダイオードの代り
に、ホトセンサー膜として光導電膜、例えばZnSe-Zn1-X
CdXTe（ニュービコン膜）やアモルファスシリコン等を
半導体基板上に積層させることが提案されている。
しかるに、第２図の特性に示されるごとく、シリコンホ
トダイオード，ニュービコン膜，アモルファスシリコン
（α−Si）の相対感度特性は人間の目の視感度特性とは
大幅にズレており、人間の目に近いセンサーとしては十
分満足されるものではない。すなわち、従来のものでは
第２図に示す程度の分光感度を得るのが現状であり、い
ずれも視感度特性とは大幅にズレている。例えばＳｉダ
イオードでは浅く形成しても固体撮像素子をカラー化す
る場合に必要な青感度（４００〜４８０mm領域）は、１
０〜２０％が限界であった。つまり、この場合実際の色
信号として取り出せる光電流は、青成分が非常に少くな
り、全体としての感度低下を来たしていた。また、ニュ
ービコン膜やアモルファスシリコン膜では、青色感度は
向上できるが、赤色感度が強すぎたり、さらに、成膜工
程が複雑であり、実用化されていない現状にある。
トダイオード，ニュービコン膜，アモルファスシリコン
（α−Si）の相対感度特性は人間の目の視感度特性とは
大幅にズレており、人間の目に近いセンサーとしては十
分満足されるものではない。すなわち、従来のものでは
第２図に示す程度の分光感度を得るのが現状であり、い
ずれも視感度特性とは大幅にズレている。例えばＳｉダ
イオードでは浅く形成しても固体撮像素子をカラー化す
る場合に必要な青感度（４００〜４８０mm領域）は、１
０〜２０％が限界であった。つまり、この場合実際の色
信号として取り出せる光電流は、青成分が非常に少くな
り、全体としての感度低下を来たしていた。また、ニュ
ービコン膜やアモルファスシリコン膜では、青色感度は
向上できるが、赤色感度が強すぎたり、さらに、成膜工
程が複雑であり、実用化されていない現状にある。
以上のような欠点に鑑み、本発明は、目の視感度に類似
した光電流をとり出し、全体としての色信号バランスを
改善することにより、カラー化固体撮像素子の光感度お
よび色バランスを向上することを目的とするものであ
る。
した光電流をとり出し、全体としての色信号バランスを
改善することにより、カラー化固体撮像素子の光感度お
よび色バランスを向上することを目的とするものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明は、センサー物質として、人間の視感度に類似し
た生体より抽出した感光波長の異なる視物質例えばバク
テリオロドプシンを含む細胞膜（紫膜）を複数種類用
い、ホトセンサーとして、従来のＳｉホトダイオードア
レイ等の代りに赤，青，緑の波長域で、それぞれ光感度
のよい視感度に似た前記視物質の膜を固体撮像素子上に
モザイク状あるいはストライプ状に一体形成することに
より、色信号バランスおよび感度を改善するものであ
る。
た生体より抽出した感光波長の異なる視物質例えばバク
テリオロドプシンを含む細胞膜（紫膜）を複数種類用
い、ホトセンサーとして、従来のＳｉホトダイオードア
レイ等の代りに赤，青，緑の波長域で、それぞれ光感度
のよい視感度に似た前記視物質の膜を固体撮像素子上に
モザイク状あるいはストライプ状に一体形成することに
より、色信号バランスおよび感度を改善するものであ
る。
作 用 すなわち、生体物質を用いた視物質膜たとえばバクテリ
オロドプシンを含む細胞膜（紫膜）の分光感度特性の一
例は、第１図ｄに示すように人間の視感度曲線と非常に
よく似ている。さらにまた、紫膜は、その膜物質の主成
分であるオプシンタンパク質内のレチナールを変性され
ることにより、光感度ピークを、例えば赤，青，緑に移
動することも可能である。従って、例えば前記３原色に
感じる紫膜をモザイク状あるいはストライプ状に並べて
固体撮像素子と一体化することによりカラーフィルタを
用いずに色信号を人間の目で見ている条件にバランスよ
く合わせることが可能となる。
オロドプシンを含む細胞膜（紫膜）の分光感度特性の一
例は、第１図ｄに示すように人間の視感度曲線と非常に
よく似ている。さらにまた、紫膜は、その膜物質の主成
分であるオプシンタンパク質内のレチナールを変性され
ることにより、光感度ピークを、例えば赤，青，緑に移
動することも可能である。従って、例えば前記３原色に
感じる紫膜をモザイク状あるいはストライプ状に並べて
固体撮像素子と一体化することによりカラーフィルタを
用いずに色信号を人間の目で見ている条件にバランスよ
く合わせることが可能となる。
従って色再現性の良好なカラー固体視覚センサーを実現
できる。
できる。
実施例 第１図は本発明の一実施例の視覚センサを示し、１は下
地のｎ型Ｓｉ半導体基板（以下基板という）、２は画素
部領域、３は駆動部、４は金属配線、５は電極、６，
６′は絶縁膜、１０は透明電極、１１はモザイク状又は
ストライプ状の視物質膜、１２はコンタクト電極、１３
はn+拡散領域、１４はゲート電極、１５はｐウエル拡散
領域、１６はｎ型拡散部である。
地のｎ型Ｓｉ半導体基板（以下基板という）、２は画素
部領域、３は駆動部、４は金属配線、５は電極、６，
６′は絶縁膜、１０は透明電極、１１はモザイク状又は
ストライプ状の視物質膜、１２はコンタクト電極、１３
はn+拡散領域、１４はゲート電極、１５はｐウエル拡散
領域、１６はｎ型拡散部である。
上記センサーをさらに説明すると、例えば、第１図ａ〜
ｃに示すように、下地Ｓｉ半導体基板（以下基板とい
う）１の中央部に光学像を関知する画素部領域２が形成
され、この領域２は、画像に基づく信号電荷を蓄積する
電荷蓄積用拡散部と前記画像にもとづく信号電荷を電気
信号として転送する電荷転送領域となる電荷結合素子
（CCD）等で構成されている。さらに、この画素部２の
周囲には、画素部２を駆動するシフトレジスタあるいは
ＣＣＤ等よりなる駆動部３が設けられており、全体とし
てＣＣＤ型固体撮像素子を構成している。次に、第１図
ｃに示すように、前記電荷蓄積のｎ型拡散部１６とそれ
ぞれの画素に対応したホトセンサーとなる視物質膜（後
述する）を接続するためのコンタクト電極１２を形成す
る。
ｃに示すように、下地Ｓｉ半導体基板（以下基板とい
う）１の中央部に光学像を関知する画素部領域２が形成
され、この領域２は、画像に基づく信号電荷を蓄積する
電荷蓄積用拡散部と前記画像にもとづく信号電荷を電気
信号として転送する電荷転送領域となる電荷結合素子
（CCD）等で構成されている。さらに、この画素部２の
周囲には、画素部２を駆動するシフトレジスタあるいは
ＣＣＤ等よりなる駆動部３が設けられており、全体とし
てＣＣＤ型固体撮像素子を構成している。次に、第１図
ｃに示すように、前記電荷蓄積のｎ型拡散部１６とそれ
ぞれの画素に対応したホトセンサーとなる視物質膜（後
述する）を接続するためのコンタクト電極１２を形成す
る。
さらに、複数種類の複数色に感応す視物質（例えば第１
図ｃでは緑色に感応するバクテリオロドプシンを含む細
胞膜（紫膜）をストライプ状あるいはモザイク状に並べ
た視物質膜１１を画素部２全面に積層した後、透明電極
（例えばＩＴＯ膜）１０を画素部領域２上全面に形成す
る。なお、バクテリオロドプシンはたとえば好塩菌より
単離してオプシンタンパク質内のテチナールを変性する
ことで次表のように感応波長を変えたものを得ることが
できる。
図ｃでは緑色に感応するバクテリオロドプシンを含む細
胞膜（紫膜）をストライプ状あるいはモザイク状に並べ
た視物質膜１１を画素部２全面に積層した後、透明電極
（例えばＩＴＯ膜）１０を画素部領域２上全面に形成す
る。なお、バクテリオロドプシンはたとえば好塩菌より
単離してオプシンタンパク質内のテチナールを変性する
ことで次表のように感応波長を変えたものを得ることが
できる。
例えば、赤色５９３ｎｍに感じるものでは、 青色４２０ｎｍに感じるものでは、 緑色５３０ｎｍに感じるものでは、 等をレチナールの代りにそれぞれ用いることが可能であ
る。
る。
なお、第１図ａ，ｂにおいて、配線４は駆動部間を接続
する金属配線であり、電極５は外部リードに接続するた
めの電極（パッド）である。
する金属配線であり、電極５は外部リードに接続するた
めの電極（パッド）である。
また、第１図ｃは、ＣＣＤ型固体撮像素子の１画素部分
（第１図Ａ）の断面拡大図を示し、ホトセンサーとなる
視物質膜１１で光電変換された信号電荷は拡散部１６に
蓄積され、n+拡散領域１３には、６ゲート絶縁膜としポ
リシリコンゲート電極１４をゲートとするＭＯＳトラン
ジスタにて信号電荷が拡散部１６から転送される。
（第１図Ａ）の断面拡大図を示し、ホトセンサーとなる
視物質膜１１で光電変換された信号電荷は拡散部１６に
蓄積され、n+拡散領域１３には、６ゲート絶縁膜としポ
リシリコンゲート電極１４をゲートとするＭＯＳトラン
ジスタにて信号電荷が拡散部１６から転送される。
なお、複数種の紫膜１１をホトセンサー膜として用いる
場合にはラングミュアー・ブロジェット法や電着法とホ
リソクグラフィー法の一種であるリフトオフ法を用いる
ことで容易に視物質膜としてパターン増に薄膜形成でき
る。
場合にはラングミュアー・ブロジェット法や電着法とホ
リソクグラフィー法の一種であるリフトオフ法を用いる
ことで容易に視物質膜としてパターン増に薄膜形成でき
る。
なお、上記実施例では、２次元ＣＣＤ型固体撮像素子の
ソース電極に視物質を接続した場合を示したが、ゲート
電極に視物質を接続しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。また、一次元のセンサーに利用できる
ことも明らかである。さらにまた、本発明において視物
質としては、好塩菌以外の生物より抽出したロドプシン
等を安定化させて用いることも可能となる。
ソース電極に視物質を接続した場合を示したが、ゲート
電極に視物質を接続しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。また、一次元のセンサーに利用できる
ことも明らかである。さらにまた、本発明において視物
質としては、好塩菌以外の生物より抽出したロドプシン
等を安定化させて用いることも可能となる。
発明の効果 以上述べてきたように、固体撮像素子のホトセンサーと
して、たとえばバクテリオロドプシンを含む複数種の細
胞膜（紫膜）を用いることにより、第１図ｄに示すよう
に人間の視感度と同様な分光感度特性を持つ高感度な視
覚センサーを実現できる。さらにまた、従来必要であっ
た赤外カットプィルターを用いなくても色バランスの優
れたカラー化視覚センサーを実現できる。
して、たとえばバクテリオロドプシンを含む複数種の細
胞膜（紫膜）を用いることにより、第１図ｄに示すよう
に人間の視感度と同様な分光感度特性を持つ高感度な視
覚センサーを実現できる。さらにまた、従来必要であっ
た赤外カットプィルターを用いなくても色バランスの優
れたカラー化視覚センサーを実現できる。
第１図(a)は本発明の一実施例の視覚センサーの平面
図、第１図(b)は第１図(a)のＸ−Ｘ′線における断面
図、第１図(c)は第１図(b)中のＡ部の拡大断面図、第１
図(d)は本発明で用いる紫膜の１つの分光感度特性を示
す特性図、第２図は一般の固体撮像素子で用いられてい
るシリコンホトダイオード等の分光感度特性図、第３図
は一般に用いられているR.G.B型モザイクフィルタおよ
び赤外カットフィルタの分光透過率を示す特性図であ
る。 ２……固体撮像素子の画素部、１０……透明電極、１１
……視物質膜、１２……コンタクト電極。
図、第１図(b)は第１図(a)のＸ−Ｘ′線における断面
図、第１図(c)は第１図(b)中のＡ部の拡大断面図、第１
図(d)は本発明で用いる紫膜の１つの分光感度特性を示
す特性図、第２図は一般の固体撮像素子で用いられてい
るシリコンホトダイオード等の分光感度特性図、第３図
は一般に用いられているR.G.B型モザイクフィルタおよ
び赤外カットフィルタの分光透過率を示す特性図であ
る。 ２……固体撮像素子の画素部、１０……透明電極、１１
……視物質膜、１２……コンタクト電極。
Claims (1)
- 【請求項１】固体撮像素子の電荷蓄積領域および電荷転
送領域を含む画素部領域上に、特定の波長の光に感応
し、前記光の強さに応じて光電流または光起電力を生じ
る生体物質よりなる複数種類の複数色に対応する視物質
膜を、モザイク状叉はストライプ状に並べ、前記蓄積領
域に接続されたコンタクト電極と透明電極に挟んで形成
し、前記複数種類の視物質膜として、好塩菌より単離し
たバクテリオロドプシンを含む細胞膜（紫膜）のオプシ
ンタンパク質内のレチナールが異なっているものを用い
ることを特徴とする視覚センサー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135013A JPH0612813B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 視覚センサ− |
| US07/198,829 US4896049A (en) | 1987-05-29 | 1988-05-26 | Color image sensor obtained from visual photosensitive materials derived from biological substances |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135013A JPH0612813B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 視覚センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63299374A JPS63299374A (ja) | 1988-12-06 |
| JPH0612813B2 true JPH0612813B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=15141891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62135013A Expired - Lifetime JPH0612813B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 視覚センサ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4896049A (ja) |
| JP (1) | JPH0612813B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02275670A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-11-09 | Canon Inc | 光電変換装置および画像読取装置 |
| IL101489A0 (en) * | 1992-04-03 | 1992-12-30 | Yissum Res Dev Co | Network production |
| US6678114B2 (en) * | 2000-02-25 | 2004-01-13 | Seagate Technology Llc | Disc biasing scheme to minimize single plane unbalance for hard disc drives |
| JP4073831B2 (ja) * | 2003-06-23 | 2008-04-09 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 入射光の測定方法及びそれを用いた分光機構を有するセンサー |
| DE602005017387D1 (de) * | 2004-06-10 | 2009-12-10 | Dow Corning | Fotochromes material mit einem proteorhodopsin-apoprotein und retinalanalogon |
| KR101439407B1 (ko) * | 2013-05-20 | 2014-09-15 | 한국과학기술연구원 | 광수용체 단백질 기반 분광광도계, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광 검출 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4577098A (en) * | 1982-04-14 | 1986-03-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state image sensor with a phototropic or fluorescent layer |
| JPS60123059A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-01 | Toshiba Corp | 密着型カラ−イメ−ジセンサ |
| JPS6152061A (ja) * | 1984-08-22 | 1986-03-14 | Toshiba Corp | 密着型カラ−イメ−ジセンサ |
| JP2600069B2 (ja) * | 1985-09-14 | 1997-04-16 | 工業技術院長 | 光センサ |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62135013A patent/JPH0612813B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-05-26 US US07/198,829 patent/US4896049A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63299374A (ja) | 1988-12-06 |
| US4896049A (en) | 1990-01-23 |
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