JPS63299374A - 視覚センサ− - Google Patents
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- JPS63299374A JPS63299374A JP62135013A JP13501387A JPS63299374A JP S63299374 A JPS63299374 A JP S63299374A JP 62135013 A JP62135013 A JP 62135013A JP 13501387 A JP13501387 A JP 13501387A JP S63299374 A JPS63299374 A JP S63299374A
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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
Landscapes
- Power Engineering (AREA)
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
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。
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１人間の目に代る視覚センサーに関するもので
ある。
ある。
さラニ詳シくハ、ＣＣＤｐ、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イルタ−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。
モザイク状あるいはストライプ状の色フイルタ−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図に示す通シであり、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。
ば３色方式の場合、第３図に示す通シであり、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。
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１色バランスを向上させるため
には１分光感度特性を視感度に合せる必要がある。とこ
ろが。
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１色バランスを向上させるため
には１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。
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１例えばＺｎ５ｅ−Ｚｎ１−ＩＣｄ！Ｔｅに
ューピコン膜）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。
て光導電膜１例えばＺｎ５ｅ−Ｚｎ１−ＩＣｄ！Ｔｅに
ューピコン膜）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、ニューピフン膜、アモルファスシリコン
（α−３ｉ）の相対感度特性は人間の目の視感度特性と
は大幅にズしており１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している。例えばＳ１
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
、１０〜２０チが限界であった。つまシ。
トダイオード、ニューピフン膜、アモルファスシリコン
（α−３ｉ）の相対感度特性は人間の目の視感度特性と
は大幅にズしており１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している。例えばＳ１
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
、１０〜２０チが限界であった。つまシ。
この場合実際の色信号として取シ出せる光電流は。
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。
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。
、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１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
。
問題点を解決するだめの手段
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Ｓｔ ホトダイオードア
レイ等の代りに赤。
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Ｓｔ 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
前記視物質の嘆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１電信号バラン
スおよび感度を改善するものである。
前記視物質の嘆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１電信号バラン
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＠（紫膜）の分光感度特性の一
列は、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、その模物質の主成
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、光感応ピークを５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＠（紫膜）の分光感度特性の一
列は、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、その模物質の主成
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、光感応ピークを５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、６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
ェル拡散領域、１６はｎ型拡散部である。
、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
ェル拡散領域、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８１ 半導体基板（以下基板と
いう）１の中央部に光学像を感知する画素部領域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
（ＣＯＤ）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ＣＯＤ等よりなる駆動部３が設けられており、全体と
してＣＯＤ型固体撮像素子を構成している。
Ｃに示すように、下地８１ 半導体基板（以下基板と
いう）１の中央部に光学像を感知する画素部領域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
（ＣＯＤ）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ＣＯＤ等よりなる駆動部３が設けられており、全体と
してＣＯＤ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、前記電荷蓄積用の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。
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る視物質（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）をストライブ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。
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）をストライブ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レ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。
プシンタンパク質内のレ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６９３ ｎｍに感じるものでは、青色４２
０ ｎｍ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。
０ ｎｍ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。
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ＩＪ−ドに接続する
だめの電極（パッド）である。
する金属配線であり、電極５は外部ＩＪ−ドに接続する
だめの電極（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無敗領域１３には、６をゲート絶縁膜とし
ポリシリコンゲート電極１４をゲートとするＭＯＳ）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無敗領域１３には、６をゲート絶縁膜とし
ポリシリコンゲート電極１４をゲートとするＭＯＳ）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をホトセンサー嘆として用いる
場合にはラングミュア−・プ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状に薄膜形成でき
る。
場合にはラングミュア−・プ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状に薄膜形成でき
る。
なお、上記実施例では、２次元ＣＣＤ型固体撮鐵素子の
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、−次元のセンサーに利用できる
ことも明らかである。
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、−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。
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
た赤外カットフ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
た赤外カットフ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：新面図、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ン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・山・・透
明電極、１１・・・・・・視物質膜、１２・・・・・・
コンタクト電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｌθ
−一一壬明電糧 ／／−−一視物實頃 １２−一−コンクグト電１区 第１図 ｔ３−ｎ’傾戚 １６−−−マ１町＠困１沙」入用 立置２°耶 第１図 （ｃｈ λ ４ｋ （ｎ姐 第２図 〕叉長（ルアｆｔ）
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＸ −Ｘ′線におけ
る：新面図、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ン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・山・・透
明電極、１１・・・・・・視物質膜、１２・・・・・・
コンタクト電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｌθ
−一一壬明電糧 ／／−−一視物實頃 １２−一−コンクグト電１区 第１図 ｔ３−ｎ’傾戚 １６−−−マ１町＠困１沙」入用 立置２°耶 第１図 （ｃｈ λ ４ｋ （ｎ姐 第２図 〕叉長（ルアｆｔ）
Claims (2)
- （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視物質膜を、モザイク状又はスト
ライプ状に並べ、前記蓄積領域に接続されたコンタクト
電極と透明電極に挾んで形成してなる視覚センサー。 - （２）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っているものを用いる特
許請求の範囲第１項記載の視覚センサー。
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 true JPS63299374A (ja) | 1988-12-06 |
| JPH0612813B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6678114B2 (en) * | 2000-02-25 | 2004-01-13 | Seagate Technology Llc | Disc biasing scheme to minimize single plane unbalance for hard disc drives |
| JP2008502791A (ja) * | 2004-06-10 | 2008-01-31 | ジェネンコア・インターナショナル，インコーポレイテッド | プロテオロドプシン、アポプロテインおよびレチナールアナログを含む光互変性物質 |
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Family Cites Families (4)
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-
1988
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008502791A (ja) * | 2004-06-10 | 2008-01-31 | ジェネンコア・インターナショナル，インコーポレイテッド | プロテオロドプシン、アポプロテインおよびレチナールアナログを含む光互変性物質 |
Also Published As
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| US4896049A (en) | 1990-01-23 |
| JPH0612813B2 (ja) | 1994-02-16 |
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