JPH0257926A

JPH0257926A - カラーセンサ

Info

Publication number: JPH0257926A
Application number: JP63208248A
Authority: JP
Inventors: Koichi Matsukawa; 松川　公一
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1988-08-24
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1990-02-27

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〉本発明はカラーセンサに関する。

〈従来の技術〉産業界では、生産工程、検査工程を中心に、色彩を定量
的かつ客観的に表現することが、色情報の伝達、品質管
理の上から非常に重要である。このような色情報を発生
するセンサとして非晶質シリコン等の非晶質半導体薄膜
を光電変換層として用いたカラーセンサがある。非晶質
シリコンは可視光領域での感度が高く、結晶シリコンを
用いた場合に比べて赤外線カットフィルタが不用となり
製造工程が簡単で大面積化が容易という優れた特徴を有
する。

従来、このような非晶質シリコンを光電変換層として用
いたカラーセンサには、大別して色フィルタを用いるも
のと用いないものとの２種類がある０色フィルタを用い
るものの例としては、例えば特開昭５８−１２５８６９
号公報等に見られるように、非晶質シリコンの光電変換
層に着色有機樹脂等の色フィルタを直接的にあいはガラ
スを介して間接的に接着してカラーセンサとするものや
、誘電体多層膜を色フィルタとして蒸着するもの等があ
り、色フィルタを用いないものの例としては、特開昭６
０−１６０６６０号公報等に見られるように、入射光の
波長に対して吸収係数の異なる光電変換層を４１層構造
とし、各層において発生する光信号の出力が光の波長に
応じて変化することを利用して色の判別を行うものや、
特開昭６１−２８３８３８号公報等に見られるように、
光電変換層にバイアス電圧を選択的に印加して分光感度
特性を変化させ、これらの分光感度特性に基づいて出力
される光電流から所定の演算により色彩を判定するもの
等がある。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、これら従来のカラーセンサおいては、色
フィルタを用いるカラーセンサの場合、有機樹脂系の色
フィルタは分光透過率特性の経年変化を無視できず、温
度変化に弱く剥離の心配があり、光電変換領域との位置
合わせ接着等工程も複雑となる。また、蒸着色フィルタ
の形成には誘電体多層膜の蒸着という製造工程が必要と
なる等の問題点がある。

一方、色フィルタを用いないカラーセンサの場合、色フ
ィルタの形成工程は必要ないものの、前者では吸収係数
の異なる複数の光電変換層を積層しなければならず製造
工程が複雑になるという問題点があり、後者では光電変
換層に選択的にバイアス電圧を印加する手段が必要等の
問題点をそれぞれ有している。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、特別の色フ
ィルタを形成する必要がなく、光電変換層も単層で済み
、バイアス電圧印加等の特別な手段も必要とせず、製造
工程、構造共に簡単で信頼性の高いカラーセンサを提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段〉このため本発明は、透光性基板の入射光に対して裏面側
に、透光性の前面電極と、光電変換層と、裏面電極とを
順次積層して構成した光電変換素子を備え、前記透光性
基板を所定の分光透過率を有する色フィルタの機能を兼
ね備えた色ガラスとし、前記光電変換層を非晶質半導体
薄膜として構成した。

（作用〉上記構成において、光電変換素子の分光感度特性は、色
ガラスの分光透過率特性と、非晶質半導体薄膜の分光感
度特性との積になるので、目的に応じた所定の分光透過
率特性をもつ色ガラスを選択すれば、それら光電変換素
子の分光感度特性に基づいて出力される光電流か、ら色
彩を判別することができ、光電変換素子が１個の場合に
は単色の、また、光電変換素子が複数の場合には多色の
色彩判別が可能となる。

〈実施例〉以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明のカラーセンサの第１実施例を示す断面
図で、緑色の単色カラーセンサの例である。

図において、第２図に示す緑色にピークを持つ所定の分
光透過率特性を有する色ガラスからなる透光性基板ｌの
入射光Ａに対して裏面側に、インジウムスズ酸化物（Ｉ
ＴＯ）やＳｎＯ□等の透光性を有する前面電極２と、非
晶質半導体例えば非晶質シリコンｐ層３．非晶質シリコ
ンｉ層４及び非晶質シリコンｎ層５からなる光電変換層
７と、アルミニウム（Ａｎ等からなる裏面電極６とを順
次積層して、画電極２，６と光電変換Ｎ７とからなる光
電変換部８を透光性基板１上に構成してなる光電変換素
子９を構成している。

更に詳述すると、透光性基板ｌに、スパッタリング又は
蒸着によりＩＴＯやＳｎＯ□等の前面電極２を積層形成
し、次に、該前面電極２上に、プラズマＣＶＤ法により
、ボロン又はボロンとカーボンをドープした厚さ約０．
０５μｍ以下の非晶質９９３７２層３．ノンドープの厚
さ約０．５μｍ前後の非晶質９９３７１層４及びリンを
ドープした厚さ約０．１μｍ以下の非晶質シリコンｎ層
５からなる光電変換層７を積層形成し、更に、該光電変
換層７上に、スパッタリング又は蒸着によりＡ２等の裏
面電極６を積層形成して光電変換素子９を形成している
。

ここで、一般に、色ガラスの着色機構としては、ガラス
中に溶解した遷移金属イオンあるいは希土類イオンの電
子遷移による光の吸収、ガラス中にコロイド状に分散し
た元素あるいは化合物の微粒子による散乱と吸収、及び
放射線等の照射により生じた着色中心による光の吸収等
があることが知られており（［ガラスハンドブック」、
朝食書店。

作花他）、着色剤の種類や製造工程の違いにより各種の
分光透過率特性を持つものが市販されているが、通常の
使用条件下ではほとんど色調の変化が見られないことが
特徴である。

かかる構成の光電変換素子９を備えたカラーセンサにお
いて、透光性基板ｌは前述したように第２図に示す緑色
にピークをもつ分光透過率特性を持ち、光電変換部８は
第３図に示す分光感度特性であるので、光電変換素子９
の分光感度特性は、第２図と第３図に示す特性の積とな
り第４図に示す如くなる。よって、透光性基板１から入
射した光が緑色光であれば、光電変換された出力のレベ
ルより緑色を判別できる。

かかる構成のカラーセンサによれば、を機樹脂系の色フ
ィルタ等を使用する必要がないので、経年変化による劣
化がな（、剥離等の心配が全くなくなると共に、色フィ
ルタ等の接着工程がなく製造工程が簡略化できる。また
、従来の色フィルタのないものに比べてもバイアス電圧
の印加手段等が不用となり構成が簡単になる。

次に、第５図は本発明の第２実施例を示す断面図である
。

図において、本実施例のカラーセンサは、第６図に示す
ように、長波長側にピークがある分光感度特性（図中Ｙ
で示す）を有する光電変換素子９Ｙ及び短波長側にピー
クがある分光感度特性（図中Ｃで示す）を有する光電変
換素子９Ｃを、先人射光方向に対して並設した状態で有
機樹脂１０によりモールドして一体化して形成したもの
である。

各光電変換素子９Ｙ、９Ｃは、第１実施例と同様に、透
光性基板ＩＹ、ＩＣに、［ＴＯやＳｎＯ。

等からなる前面電極２Ｙ、２Ｃと、非晶質シリコンｐ層
３Ｙ、３Ｃ１非晶質シリコンｉ層４Ｙ、４Ｃ反び非晶質
シリコンｎ層５Ｙ、５Ｃからなる光電変換層７Ｙ、７Ｃ
と、Ａｆ等からなる裏面電極６Ｙ、６Ｃとを順次積層し
て構成されているが、透光性基板ＩＹ、ＩＣに用いる色
ガラスの分光透過率特性を異ならせてあり、透光性基板
ＩＹの色ガラスの分光透過率特性は、長波長側にピーク
があり、透光性基板ＩＣの色ガラスの分光透過率特性は
、短波長側にピークがある。尚、８Ｙ、８Ｃは、前面電
極２Ｙ、２Ｃと、光電変換層７Ｙ、７Ｃと、裏面電極６
Ｙ、６Ｃとで構成される光電変換部を示す。

このようにして形成されたカラーセンサにおいては、光
電変換素子９Ｙの分光感度特性は第６図の曲線Ｙであり
、光電変換素子９Ｃの分光感度特性は第６図の曲線Ｃで
あるので、今、色ガラス側から光が入射すると、波長の
長い光の場合は光電変換素子９Ｙの光電変換出力が大き
く、逆に、波長の短い光の場合は光電変換素子９Ｃの光
電変換出力が大きくなる。従って、両者の分光感度特性
がオーバーラツプしている範囲の波長を有する入射光に
対しては、両光電変換素子９Ｙと９Ｃの出力の比からそ
の入射光の色の識別ができる。

次に、第７図は本発明の第３実施例を示す断面図である
。

図において、本実施例のものは、３つの光電変換素子９
Ｒ，９Ｇ、９Ｂ、即ち、赤色光にピークのある分光透過
率特性をもつ色ガラスからなる透光性基板ＩＲを使用し
た光電変換素子９Ｒと、緑色光にピークのある分光透過
率特性をもつ色ガラスからなる透光性基板ＩＧを使用し
た光電変換素子９Ｇと、青色光にピークのある分光透過
率特性をもつ色ガラスからなる透光性基板ＩＢを使用し
た光電変換素子９Ｂを、第２実施例と同様に入射光に対
して並設した状態で有機樹脂２ｏによりモールドして一
体化して形成したものである。

ここで、各光電変換素子９Ｒ，９Ｇ、９Ｂは、前記第１
及び第２実施例と同様であり、各透光性基板ＩＲ，ＩＣ
，ｌＢに、ＩＴＯや５ｎＯｚ等の前面電極２Ｒ，２Ｇ、
２Ｂと、非晶質シリコンからなる光電変換層７Ｒ，７Ｇ
、７Ｂと、Ａ４２等の裏面電極６Ｒ，６Ｇ、６Ｂとから
なる光電変換部８Ｒ，８Ｇ、８Ｂを積層形成した構成で
ある。尚、非晶質シリコンからなる光電変換層７Ｒ，７
Ｇ。

７Ｂは、非晶質シリ３フ２層３Ｒ，３Ｇ、３Ｂ、非晶質
９９１７１層４Ｒ，４Ｇ、４Ｂ、非晶質シリコンｎ層５
Ｒ，５Ｇ、５Ｂを、前面電極２Ｒ。

２Ｇ、２Ｂ側から裏面電極６Ｒ，６Ｇ、６Ｂ側に順次積
層して構成されており、前述の実施例と同様である。

このようにして形成されたカラーセンサにおいて、光電
変換素子９Ｒの分光感度特性は第８図の曲線Ｒであり、
光電変換素子９Ｇの分光感度特性は同じく曲線Ｇであり
、光電変換素子９Ｂの分光感度特性は曲線Ｂである。従
って、今、透光性基板ＩＲ，ＩＣ，ＩＢ側から光が入射
すると、入射光の波長成分と第８図の各分光感度特性と
で決まる３つの光電変換出力が得られ、この３つの出力
を比較することにより、可視光全域の色の識別ができる
。

第２及び第３実施例のカラーセンサのように多色の判別
ができるものにおいては、第１実施例の効果に加えて、
吸収係数の異なる光電変換層を複数積層する必要がなく
製造が容易になると共に、バイアス電圧の切換手段等も
不要となり構成が簡単となる。

尚、光電変換素子を複数有する場合の配置構造としては
、第７図に示すように一列に並設する配置構造のみに限
定するものではなく、光入射面が略同−面上に位置する
ならば、例えば第９図に示すように中心対称状やその他
の配置構造であってもよいことは言うまでもない。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、光電変換層として
非晶質半導体薄膜を用いたことから、結晶半導体薄膜を
用いたものに比べて可視光領域での感度が高く、赤外線
カットフィルタ等がいらず製造工程が簡単で、大面積化
が容易となる。また、透光性基板に色ガラスを用いたこ
とから、着色有機樹脂による色フィルタや多層蒸着膜に
よる色フィルタ及びこれらを保護するための保護ガラス
や保護膜が不要となり製造工程、構造共に簡単になると
共に、色フィルタの退色や剥離の問題も解決され信頬度
が向上する。また、色フィルタを使用しない従来のカラ
ーセンサに比べて、バイアス電圧印加のような余分な手
段を設けずに済む。

更に、光電変換素子を複数有するものの場合には、光電
変換部を複数個積層する必要がなく単層で済む等製造工
程、構造が簡単となる。従って、従来のカラーセンサよ
りも、可視光領域での感度が高く、信顛度が高く、製造
工程及び構造も簡単である等多大な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーセンサの第１実施例の断面図、
第２図は同上実施例の透光性基板に使用する緑色の色ガ
ラスの分光透過率特性を示す図、第３図は同上実施例の
光電変換部の分光感度特性を示す図、第４図は同上実施
例の緑色単色カラーセンサの分光感度特性を示す図、第
５図は本発明の第２実施例のカラーセンサの断面図、第
６図は同上実施例のカラーセンサの分光感度特性を示す
図、第７図は本発明の第３実施例のカラーセンサの断面
図、第８図は同上実施例のカラーセンサの分光感度特性
を示す図、第９図は本発明の第４実施例のカラーセンサ
の平面図である。１、ＩＹ、ＩＣ，ＩＲ，ＩＧ、ＩＢ・・・透光性基板　
　２，２Ｙ、２Ｃ，２Ｒ，２Ｇ、２Ｂ・・・前面電極　
　３，３Ｙ、３Ｃ，３Ｒ，３Ｇ、３Ｂ・・・非晶質９９
３７２層　　４，４Ｙ、４Ｃ，４Ｒ，４Ｇ、４Ｂ・・・
非晶質９９３７１層　　５，５Ｙ、５Ｃ，５Ｒ，５Ｇ、
５Ｂ・・・非晶質シリコンｎ層６．６Ｙ、６Ｃ，６Ｒ，
６Ｇ、６Ｂ・・・裏面電極７．７Ｙ、７Ｃ，７Ｒ，７Ｇ
、７Ｂ・・・光電変換層８、ＢＹ、８Ｃ，８Ｒ，８Ｇ、
８Ｂ・・・光電変換部９．９Ｙ、９Ｃ，９Ｒ，９Ｇ、９
Ｂ・・・光電変換素子　　１０．２０・・・有機樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

透光性基板の入射光に対して裏面側に、透光性の前面電
極と、光電変換層と、裏面電極とを順次積層して構成し
た光電変換素子を備え、前記透光性基板を所定の分光透
過率を有する色ガラスとし、前記光電変換層を非晶質半
導体薄膜としたことを特徴とするカラーセンサ。