JPH06204446A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPH06204446A JPH06204446A JP1508793A JP1508793A JPH06204446A JP H06204446 A JPH06204446 A JP H06204446A JP 1508793 A JP1508793 A JP 1508793A JP 1508793 A JP1508793 A JP 1508793A JP H06204446 A JPH06204446 A JP H06204446A
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-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、赤外領域の光信号を電気信号に光電変換する
光電変換素子において、可視光領域の光信号を電気信号
に変換する光電変換要素と、赤外領域の光信号に基づい
て前記光電変換要素に照射される可視光領域の光信号を
選択的に発生する赤外光−可視光変換手段と、を具備す
ることを特徴とする光電変換素子を提供するものであ
り、従来のように可視光から赤外光に亘る広い波長領域
の中なら選択的に赤外光を検知するのではなく、赤外光
の強度や有無に応じて発生された可視光を検出すること
により分光感度および分解能に優れた電気信号を得るこ
とができる。
光電変換素子において、可視光領域の光信号を電気信号
に変換する光電変換要素と、赤外領域の光信号に基づい
て前記光電変換要素に照射される可視光領域の光信号を
選択的に発生する赤外光−可視光変換手段と、を具備す
ることを特徴とする光電変換素子を提供するものであ
り、従来のように可視光から赤外光に亘る広い波長領域
の中なら選択的に赤外光を検知するのではなく、赤外光
の強度や有無に応じて発生された可視光を検出すること
により分光感度および分解能に優れた電気信号を得るこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に赤外領域の光信号
を光電変換するところの光電変換素子に関する。
を光電変換するところの光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、複写機等の事務機の画像読取装置
には、ＣＣＤやＭＯＳ等の長光路系イメージセンサやａ
−Ｓｉを用いた密着型イメージセンサ等の光電変換素子
が用いられており、カラー化のためにフィルター等と組
み合わされて使用されているものもある。
には、ＣＣＤやＭＯＳ等の長光路系イメージセンサやａ
−Ｓｉを用いた密着型イメージセンサ等の光電変換素子
が用いられており、カラー化のためにフィルター等と組
み合わされて使用されているものもある。
【０００３】一方、非可視光領域としての赤外領域の光
信号を検出する光電変換素子が知られている。
信号を検出する光電変換素子が知られている。
【０００４】しかしながら、従来の赤外光を検出する素
子においては、分光感度及び分解能の点で可視光を検出
する素子に比べて優れたものであるとは必ずしもいえず
改善すべき点があった。
子においては、分光感度及び分解能の点で可視光を検出
する素子に比べて優れたものであるとは必ずしもいえず
改善すべき点があった。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は、分光感度および分解能
に優れた光電変換素子を提供することにある。
に優れた光電変換素子を提供することにある。
【０００６】上述した本発明の目的は、赤外領域の光信
号を電気信号に光電変換する光電変換素子において、可
視光領域の光信号を電気信号に変換する光電変換要素
と、赤外領域の光信号に基づいて前記光電変換要素に照
射される可視光領域の光信号を選択的に発生する赤外光
−可視光変換手段と、を具備することを特徴とする光電
変換素子により達成される。
号を電気信号に光電変換する光電変換素子において、可
視光領域の光信号を電気信号に変換する光電変換要素
と、赤外領域の光信号に基づいて前記光電変換要素に照
射される可視光領域の光信号を選択的に発生する赤外光
−可視光変換手段と、を具備することを特徴とする光電
変換素子により達成される。
【０００７】
【作用】従来のように可視光から赤外光に亘る広い波長
領域の中なら選択的に赤外光を検知するのではなく、赤
外光の強度や有無に応じて発生された可視光を検出する
ことにより分光感度および分解能に優れた電気信号を得
ることができる。
領域の中なら選択的に赤外光を検知するのではなく、赤
外光の強度や有無に応じて発生された可視光を検出する
ことにより分光感度および分解能に優れた電気信号を得
ることができる。
【０００８】
【好適な実施態様の説明】本発明による光電変換素子は
可視光に感度を有する光電変換要素と、赤外光−可視光
変換要素とを組合せることにより、良好な分光感度特性
と分解能とを得るものである。
可視光に感度を有する光電変換要素と、赤外光−可視光
変換要素とを組合せることにより、良好な分光感度特性
と分解能とを得るものである。
【０００９】そして、本発明に用いられる光電変換要素
としては、可視光領域の光を吸収して、電気信号に変換
する要素が好ましく用いられる。具体的には光起電力型
のホトダイオードやホトトランジスタ、光導電素子が挙
げられる。
としては、可視光領域の光を吸収して、電気信号に変換
する要素が好ましく用いられる。具体的には光起電力型
のホトダイオードやホトトランジスタ、光導電素子が挙
げられる。
【００１０】又、本発明に用いられる赤外光−可視光変
換要素としては、 赤外輝尽効果を用いるもの 多段エネルギー伝達によるもの 赤外消尽効果を用いるもの 等が好ましく用いられる。
換要素としては、 赤外輝尽効果を用いるもの 多段エネルギー伝達によるもの 赤外消尽効果を用いるもの 等が好ましく用いられる。
【００１１】赤外輝尽効果をもつ要素とは、短波長の光
を照射して準安定状態に励起した蛍光体に赤外光を照射
し、可視域の傾向を発生させるものであり、図３にその
励起スペクトル、赤外輝尽スペクトル、発光スペクトル
を示す。
を照射して準安定状態に励起した蛍光体に赤外光を照射
し、可視域の傾向を発生させるものであり、図３にその
励起スペクトル、赤外輝尽スペクトル、発光スペクトル
を示す。
【００１２】このような要素は好ましくは、ＺｎＳ、Ｓ
ｒＳ等の蛍光体に遷移金属をドープしたものが用いられ
得る。
ｒＳ等の蛍光体に遷移金属をドープしたものが用いられ
得る。
【００１３】短波長励起光の照射は、画像読み取りと画
像読み取りのシーケンス間に行なっても、赤外光と同時
に照射してもよいが、必要に応じて短波長励起光がフォ
トセル部に入射しないように更にフィルターを用いるこ
とが望ましい。
像読み取りのシーケンス間に行なっても、赤外光と同時
に照射してもよいが、必要に応じて短波長励起光がフォ
トセル部に入射しないように更にフィルターを用いるこ
とが望ましい。
【００１４】又、多段エネルギー伝達により赤外−可視
変換する要素としてＹｂ3+ドープＮａＷＯ4 、Ｙ0.84Ｙ
ｂ0.15Ｅｒ0.01Ｆ3 、ＮａＹ0.69Ｙｂ0.30Ｅｒ0.01Ｆ
4 ，ＢａＹ1.34Ｙｂ0.60Ｅｒ0.60Ｆ8 、Ｙ0.74Ｙｂ0.25
Ｅｒ0.01ＯＣｌ、Ｙ0.65Ｙｂ0.35Ｔｍ0.001 Ｆ3等の材
料が望ましく、これらはＹｂ3+から発光中心への２段ま
たは３段のエネルギー伝達により、可視光を発光する。
変換する要素としてＹｂ3+ドープＮａＷＯ4 、Ｙ0.84Ｙ
ｂ0.15Ｅｒ0.01Ｆ3 、ＮａＹ0.69Ｙｂ0.30Ｅｒ0.01Ｆ
4 ，ＢａＹ1.34Ｙｂ0.60Ｅｒ0.60Ｆ8 、Ｙ0.74Ｙｂ0.25
Ｅｒ0.01ＯＣｌ、Ｙ0.65Ｙｂ0.35Ｔｍ0.001 Ｆ3等の材
料が望ましく、これらはＹｂ3+から発光中心への２段ま
たは３段のエネルギー伝達により、可視光を発光する。
【００１５】赤外消尽効果をもつ要素としては、近紫外
線等の蛍光ランプで励起した蛍光体に赤外光を照射する
と照射部の発光が消光される現象を生じる要素である。
この要素の構成材料としては、ＣｕＡｌドープＺｎＳ蛍
光体が好ましく用いられる。
線等の蛍光ランプで励起した蛍光体に赤外光を照射する
と照射部の発光が消光される現象を生じる要素である。
この要素の構成材料としては、ＣｕＡｌドープＺｎＳ蛍
光体が好ましく用いられる。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の実施例である光電変換素子を
用いた画像読み取り装置としてのＣＣＤイメージセンサ
の模式的断面を示す。
用いた画像読み取り装置としてのＣＣＤイメージセンサ
の模式的断面を示す。
【００１７】Ｐ型半導体のＳｉ基板１０１にｎ- 型のＳ
ｉからなる領域を有するフォトセル部１０２が光電変換
要素として形成されている。入射光１１２により生成し
たフォトキャリア１２２は、フォトセル部１０２に集め
られ、蓄積部のポリシリコン電極１０６、トランスファ
部のポリシリコン電極１０７、埋込みチャネルＣＣＤレ
ジスタ部のポリシリコン電極１０８、１０９を用いて転
送され、出力ゲートから信号として取り出される。
ｉからなる領域を有するフォトセル部１０２が光電変換
要素として形成されている。入射光１１２により生成し
たフォトキャリア１２２は、フォトセル部１０２に集め
られ、蓄積部のポリシリコン電極１０６、トランスファ
部のポリシリコン電極１０７、埋込みチャネルＣＣＤレ
ジスタ部のポリシリコン電極１０８、１０９を用いて転
送され、出力ゲートから信号として取り出される。
【００１８】各画素部は、Ｐ+ Ｓｉチャネルストッパー
１１１、フィード酸化層１１０により分離されている。
１１１、フィード酸化層１１０により分離されている。
【００１９】フォトセル部以外に光が入射しないように
絶縁層１０４、１０４′を用いて２重にアルミ遮光層１
０３、１０３′を設けてあり、アパーチャ部１１４のみ
に入射光１１２が照射される。このアパーチャ部１１４
に赤外光−可視光変換要素１０５が設けられている。
絶縁層１０４、１０４′を用いて２重にアルミ遮光層１
０３、１０３′を設けてあり、アパーチャ部１１４のみ
に入射光１１２が照射される。このアパーチャ部１１４
に赤外光−可視光変換要素１０５が設けられている。
【００２０】従って、入射した赤外光１１２は要素１０
５によって可視光領域の波長の光に変換される。変換さ
れた光は可視光に対して良好な感度を有するフォトセル
部１０２でキャリアに変換される。このようにフォトセ
ル部１０２は長年研究開発されて、また可視光用のフォ
トセルをそのまま用いることができるので、赤外光の為
の複雑なフォトセル構成を探る必要がない。
５によって可視光領域の波長の光に変換される。変換さ
れた光は可視光に対して良好な感度を有するフォトセル
部１０２でキャリアに変換される。このようにフォトセ
ル部１０２は長年研究開発されて、また可視光用のフォ
トセルをそのまま用いることができるので、赤外光の為
の複雑なフォトセル構成を探る必要がない。
【００２１】図１のＣＣＤからなる画像読み取り装置に
おいて、赤外光−可視光変換要素としてＭｎドープＳｒ
ＳからなるＥ．Ｋ．製ＩＲ Ｐｈｏｓｈｏｒ Ｐｌａｔ
ｅを用いて、アパーチャ部１１４を１３μｍとしたとき
に、８００ｎｍの光を入射して、完全に遮光した隣接画
素との信号強度比を求めたところ５０ｄＢと良好であっ
た。
おいて、赤外光−可視光変換要素としてＭｎドープＳｒ
ＳからなるＥ．Ｋ．製ＩＲ Ｐｈｏｓｈｏｒ Ｐｌａｔ
ｅを用いて、アパーチャ部１１４を１３μｍとしたとき
に、８００ｎｍの光を入射して、完全に遮光した隣接画
素との信号強度比を求めたところ５０ｄＢと良好であっ
た。
【００２２】次に赤外光−可視光変換要素を除いて代わ
りに周知の可視光カットフィルターをのせて同様に測定
したところ、隣接画素との信号強度比は、２０ｄＢと不
十分なものであり、出力も赤外光−可視光変換要素を用
いた場合の１／２と低いものであった。
りに周知の可視光カットフィルターをのせて同様に測定
したところ、隣接画素との信号強度比は、２０ｄＢと不
十分なものであり、出力も赤外光−可視光変換要素を用
いた場合の１／２と低いものであった。
【００２３】図２は、本発明の光電変換素子を有する画
像読み取り装置をフルカラー画像の読み取りに適応した
ものの例である。
像読み取り装置をフルカラー画像の読み取りに適応した
ものの例である。
【００２４】フォトセル部２０８の上には、波長選択フ
ィルターが夫々設けられている。青色光透過フィルター
２０１、緑色光透過フィルター２０２、赤色光透過フィ
ルター２０３により可視光信号を読み取り、更に赤外光
−可視光変換材料からなる要素２０４とその下の可視光
に感度をもつフォトセル２０８′との組み合わせによ
り、赤外光−可視光−電荷（キャリア）という光電変換
を行う。
ィルターが夫々設けられている。青色光透過フィルター
２０１、緑色光透過フィルター２０２、赤色光透過フィ
ルター２０３により可視光信号を読み取り、更に赤外光
−可視光変換材料からなる要素２０４とその下の可視光
に感度をもつフォトセル２０８′との組み合わせによ
り、赤外光−可視光−電荷（キャリア）という光電変換
を行う。
【００２５】このようにフォトセル部２０８とフォトセ
ル部２０８′とは同じ材料を用いて同じプロセスで形成
できるので、このように非可視光領域の光検出と可視光
領域の光検出とを行う半導体集積回路型のイメージセン
サに好ましく用いられる。
ル部２０８′とは同じ材料を用いて同じプロセスで形成
できるので、このように非可視光領域の光検出と可視光
領域の光検出とを行う半導体集積回路型のイメージセン
サに好ましく用いられる。
【００２６】図４に、赤外消尽効果を用いた例を示す。
【００２７】蛍光ランプ４１６から励起光４１７が照射
され、赤外消尽材料からなる赤外光−可視光変換要素４
０５が蛍光を生じているところへ赤外光４１２が入射
し、入射部分が消光する。フィルター４１５は上記赤外
光−可視光変換要素４０５から発せられた光のみを透過
するフィルタであり、フォトセル部４１８へ蛍光を入射
している。赤外光４１２が入射すると蛍光は消光し、フ
ォトセル部４１８へは光は入射せずフォトキャリアも発
生しなくなる。
され、赤外消尽材料からなる赤外光−可視光変換要素４
０５が蛍光を生じているところへ赤外光４１２が入射
し、入射部分が消光する。フィルター４１５は上記赤外
光−可視光変換要素４０５から発せられた光のみを透過
するフィルタであり、フォトセル部４１８へ蛍光を入射
している。赤外光４１２が入射すると蛍光は消光し、フ
ォトセル部４１８へは光は入射せずフォトキャリアも発
生しなくなる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、光電変換素子にお
いて赤外光−可視光変換要素を用いることにより、赤外
光信号を検出する場合でも、良好な感度と優れた分解能
を得られることができる。
いて赤外光−可視光変換要素を用いることにより、赤外
光信号を検出する場合でも、良好な感度と優れた分解能
を得られることができる。
【図１】本発明による光電変換素子の一例を示す模式的
断面図。
断面図。
【図２】本発明の別の例による光電変換素子の模式的断
面図。
面図。
【図３】赤外輝尽効果の各スペクトル図。
【図４】赤外消尽効果を用いた本発明の光電変換素子の
模式的断面図。
模式的断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 俊男 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 歌川 勉 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 笹沼 信篤 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 中井 武彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 谷岡 宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 赤外領域の光信号を電気信号に光電変換
する光電変換素子において、 可視光領域の光信号を電気信号に変換する光電変換要素
と、赤外領域の光信号に基づいて前記光電変換要素に照
射される可視光領域の光信号を選択的に発生する赤外光
−可視光変換手段と、を具備することを特徴とする光電
変換素子。 - 【請求項２】 前記赤外光−可視光変換手段は、赤外領
域の光信号を可視光領域の光信号に変換する手段である
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。 - 【請求項３】 前記赤外光−可視光変換手段は赤外領域
の光信号がないときに可視光領域の光信号の発生する手
段であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素
子。 - 【請求項４】 前記赤外光−可視光変換手段は赤外輝尽
効果を有する材料で構成されていることを特徴とする請
求項１に記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 前記光電変換要素は光ダイオードまたは
光トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載
の光電変換素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1508793A JPH06204446A (ja) | 1993-01-01 | 1993-01-01 | 光電変換素子 |
| EP93121112A EP0606654B1 (en) | 1993-01-01 | 1993-12-30 | Image reading device |
| DE69329186T DE69329186T2 (de) | 1993-01-01 | 1993-12-30 | Bildlesevorrichtung |
| DE69333213T DE69333213T2 (de) | 1993-01-01 | 1993-12-30 | Bildlesevorrichtung |
| EP00100070A EP0991029B1 (en) | 1993-01-01 | 1993-12-30 | Image reading device |
| CA002112736A CA2112736C (en) | 1993-01-01 | 1993-12-31 | Image reading device |
| US08/944,418 US6094281A (en) | 1993-01-01 | 1997-10-06 | Image reading device with offset faces for visible and non-visible light sensors |
| US09/536,179 US6486974B1 (en) | 1993-01-01 | 2000-03-27 | Image reading device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1508793A JPH06204446A (ja) | 1993-01-01 | 1993-01-01 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204446A true JPH06204446A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=11879066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1508793A Pending JPH06204446A (ja) | 1993-01-01 | 1993-01-01 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06204446A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008182214A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-08-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
-
1993
- 1993-01-01 JP JP1508793A patent/JPH06204446A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008182214A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-08-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
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