JPH0660845B2 - 色判別方法 - Google Patents

色判別方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、カラーセンサにより入射光の色を判別する色
判別方法に関する。
（従来技術） 従来から、種々のカラーセンサが開発されている。
第９図(a)に示したカラーセンサにおいては、単結晶シ
リコン母材にｐ層１、ｎ層２、ｐ層３を順次形成する。
第９図(b)の等価回路に示すように、２つのpn接合が逆
向きに接続されている。浅い方のpn接合をもつフォトダ
イオードＰＤ１、深い方のpn接合をもつフォトダイオー
ドをＰＤ２とすると、第１０図に示すように、表面側の
ＰＤ１は青感度が高く、一方、ＰＤ２は赤外側に感度の
ピークを有する。両フォトダイオードＰＤ１とＰＤ２の
感度の比より、色が判別できる。
しかしながら、可視光に対応させるためには、赤外カッ
トフィルタを付加する必要があり、構造が複雑になる。
第１１図に、赤外カットフィルタを付加したときの分光
感度特性を示す。
第１２図に、アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと略
する）と３色分離フィルタとを組み合わせたカラーセン
サを示す（中野他、第４３回応用物理学会予稿集．ｐ３
１８）。ガラス基板１１上に、透明電極層１２、ａ−Ｓ
ｉ層(p-i-n)１３を順次積層し、さらに、３色（Ｒ．
Ｇ．Ｂ）に対応した裏面電極１４，１５，１６を形成す
る。一方、ガラス基板１１の下側（入射光側）に、３色
のフィルタ１７，１８，１９を電極１４，１５，１６に
対向させて接着する。入射光を３色分離フィルタ１７〜
１９により３色に分解した後に、ａ−Ｓｉ層１３で光電
変換し、その電気信号から光の色を判別する。このカラ
ーセンサは構造が複雑でコスト高になるという欠点を有
する。
第１３図に示すａ−Ｓｉ密着型イメージセンサは、カラ
ーフィルタを用いることなく光の色を判別できる。この
センサ（特開昭５９−９９８６３号公報参照）は、基板
２１上に、金属電極２２，２２，…ノンドープａ−Ｓｉ
層２３、透明電極層２４を順次形成してなる。
ａ−Ｓｉ受光面に印加する電圧を変化させることによ
り、分光感度特性が異なる現象を応用して色判別を行
う。値の異なる任意の２つのバイアス電圧（たとえば、
０Ｖと所定のバイアス値）をそれぞれ加えたときの２つ
の光電流の比を演算する。光電流比の光の波長との関係
が予め求められている。したがって、演算結果から照射
した光の色判別が行える。
このセンサは、光電部をノンドープのａ−Ｓｉ膜で構成
しているため、バイアス電圧による光電流の変化率が小
さく、カラー情報の識別が困難であった。
（発明の解決すべき問題点） 本発明者等は、光電変換素子にバイアス電圧を印加して
色判別を行う上記のセンサにおける色判別の困難さに関
して、光電変化素子をｎ型またはｐ型にし、印加する２
つのバイアス電圧を正と負に逆転すると、分光感度特性
が著しく変化し、光電流比が大きくなることに着目し
た。
本発明の目的は、光電変換素子を用いたカラーセンサに
おいて、大きな色信号が得られ、かつ、色判別の容易な
色判別法を提供することである。
（問題点を解決するための手段） 本発明に係る色判別方法は、電圧印加された光電変換素
子に検出光を入射させることによって、光電変換素子が
出力する光電流値に基づき検出光の色判別を行なう色判
別方法において、 前記光電変換素子としてｎ型またはｐ型の素子を用い、
前記光電変換素子に異なる極性の電圧を印加したときの
各々の光電流値から検出光の色判別を行なうことを特徴
とする。
（作用） ｐ型またはｎ型の光電変換素子を用い且つ電極間に逆極
性の電圧を印加することにより、分光感度特性が著しく
変化し、光電流値が増大するため色判別が容易になる。
（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
第２図は、本発明の実施例に係るカラーセンサ３０の構
造を示す図式的な平面図であり、第３図は、第２図のＡ
−Ａ′線での断面図である。絶縁性基板３１上にパター
ニングにより２つの下部電極32a,32bを形成し、さらに
その上に光導電体層３３を形成する。その上に、下部電
極32a,32bに対向して透明電極34a,34bを着膜する。本実
施例においては、絶縁性基板３１にガラス、下部電極32
a,32bにクロム、光導電体３３には非結晶水素化シリコ
ン、透明電極34a,34bには酸化インジウム錫をそれぞれ
用いている。
以下、このカラーセンサ３０の製造方法を述べる。
まず、直流スパッタ法によりガラス基板上にクロムを約
２０００Åの厚さに着膜し、フォトリソグラフィ法によ
り第２図に示す形状にパターニングすることによって下
部電極32a,32bを形成する。次にグロー放電法によって
非晶質水素化シリコンを約５０００Åの厚さに着膜し、
光導電体３３を形成する。この際の膜の作成条件は、Ｓ
ｉＨ4に対するB2H6の濃度は５ppm、そのガス流量は３０
０ＳＣＣＭ、圧力は1Torr、ＲＦパワーは１０Ｗ、基板温
度は２５０℃、着膜時間は約４０分である。この上に、
酸化インジウム錫の透明導電膜をＲＦスパッタ法によっ
て着膜する。95mol％In2O3＋5mol％SnO2をターゲットと
して用いる。この際の成膜条件は、スパッタ時のＡｒ圧
が３〜５×１０-3Torr、ＲＦパワーが３００Ｗである。
更に、この透明導電膜をフォトリソグラフィ法によって
第２図の形状にパターニングし、上部の透明電極34a,34
bを形成する。
光導電体３３は、不純物としてボロンが注入されている
ことから、ｐ型半導体の特性を示す。従って、透明電極
側をマイナスにバイアスした際、短波長側の光によって
表面近傍に発生した多数キャリアであるホールは対向す
る下部電極がホールに対して逆方向バイアスとなり、光
電流として寄与しがたい。
第４図に示した光電流の波長依存性の一例のデータは、
マイナスのバイアス電圧を変化させると電流値を著しく
変化することを示す。逆に、透明電極をプラスにバイア
スした場合は、表面近傍のホールは対向電極に容易に流
れることになるので、短波長側の感度が高くなる。
第５図に示した電流の波長依存性の一例のデータは、プ
ラスのバイアス電圧を変化させる場合にタは、プラスの
バイアス電圧を変化させる場合には、電流値の変化が比
較的に小さいことを示す。
第１図は、バイアスを逆転させたときの分光感度特性を
示す。Ｉp1は透明電極を−１Ｖに、Ｉp2は＋１Ｖにバイ
アスした場合の光電流であり、バイアス電圧を逆転させ
ることによって、相対的にピーク感度波長がシフトした
ことになる。
第６図は、各波長に対応したＩp2／Ｉp1の関係を示した
グラフである。Ｉp2／Ｉp1は、波長が増加するにつれ単
調に減少する。したがって、バイアスを逆転した状態で
の各波長に対応した各画素からの光電流の比Ｉp2／Ｉp1
の出力をリアルタイムで読取ることによって入射した光
の色を判別することができる。本発明では、光電変換部
をボロン等の不純物を注入し、ｐ型にしているため、透
明電極側に印加するバイアス電圧を逆転させることによ
り、短波長側の光電流比が大きくなり、色判別が容易に
行えるようにしている。
第７図は、このカラーセンサ３０を駆動させるための概
略構成ブロック図を示す。本実施例では、なる電圧を印
加できる。それぞれの透明電極34a,34bにプラス、マイ
ナスの電圧を印加するための電源４１には分圧用の可変
抵抗４２が並列に接続され、摺動点は接地されている。
２つの下部クロム電極32a,32bには、電流増幅用のアン
プ43a,43bが接続されており、微小電流を増幅した後に
割算器４４でＩp1とＩp2との比をとり、出力VoutにはＩ
p2／Ｉp1なる結果が出力される。
第６図に示したＩp2／Ｉp1の波長依存性のグラフにおい
て、出力Voutに対応する波長を求めることにより、カラ
ーセンサ３０に入射した光の波長を求め、色判別をする
ことができる。
なお、光導電体１７をｎ型にした場合にも、多数キャリ
アが電子に変わるだけで、同様の結果が得られる。
また、第８図に示すように、多数の金属電極３２′，３
２′，…とこれに対向する透明電極３４′，３４′，…
とを設けると、２個で１組のカラーセンサを多数配列し
たラインカラーセンサが構成できる。
本発明においては、アモルファスシリコン薄膜でフォト
センサ部を構成しているので、導電変換部をガラス、セ
ラミックの様々な絶縁物上に形成できるという特徴があ
る。第２図に示した実施例においては、ガラス基板３１
上にカラーセンサを形成したが、たとえば、ビデオカメ
ラ等のレンズ上に光導電材を着膜すると、カラー補正用
のカラーセンサとして用いることができる。これによ
り、レンズ上に直接着膜できるので、部品点数の軽減が
図れる。
（発明の効果） 上述の通り、ｐ型またはｎ型の光電変換素子を用い、か
つ異なる極性の電圧を印加するので、分光感度特性が著
しく変化した光電流値が大きくなることから色判別を容
易に行なうことができる。
また、本発明の色判別方法によれば、カラーフィルタを
用いることなく光の色判別を行なうことができるため、
簡単な構成のカラーセンサで色判別を行なうことが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、逆のバイアス電圧に対する分光感度特性のグ
ラフである。 第２図は、本発明の実施例に係るカラーセンサの図式的
な平面図であり、第３図は、第２図のＡ−Ａ′線での断
面図である。 第４図と第５図は、それぞれ、光電流の波長依存性のグ
ラフである。 第６図は、Ｉp2／Ｉp1の波長依存性を示すグラフであ
る。 第７図は、カラーセンサからＩp2／Ｉp1を検出するため
の回路図である。 第８図は、ラインカラーセンサの断面図である。 第９図は(a),(b)は、それぞれ、２つのpn接合からなる
カラーセンサの断面図と等価回路図である。 第１０図と第１１図は、それぞれ、第９図(a)のカラー
センサの分光感度特性のグラフである。 第１２図は、色フィルタを用いたカラーセンサの断面図
である。 第１３図は、密着型イメージセンサの断面図である。 ３１…絶縁体、32a,32b…電極、 ３３…アモルファスシリコン、 34a,34b…透明電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電圧印加された光電変換素子に検出光を入
    射させることによって、光電変換素子が出力する光電流
    値に基づき検出光の色判別を行なう色判別方法におい
    て、 前記光電変換素子としてｎ型またはｐ型の素子を用い、
    前記光電変換素子に異なる極性の電圧を印加したときの
    各々の光電流値から検出光の色判別を行なうことを特徴
    とする色判別方法。
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