JPS62203367A - 視覚センサ− - Google Patents

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、人間の目に代る視覚センサーに関するもので
ある。

さらニ詳しくは、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。

従来の技術 従来、一般にカラー化視覚センザーとしては、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。

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。

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）を用いている限シ限界
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ＺｎＳ　ｅ−
Ｚｎ１−エＣｄ、Ｔ。

にュービコン膜）やアモルファスシリコン等ヲ半導体基
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−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、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
Ｓｔ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（４００〜４８０ｎｍ領域
）は、１Ｑ〜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、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０ 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
・ 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５００〜６
００ｎｍの波長域で、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
ており、従って、カラーフィルタを通して得られる色信
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
とが可能となり、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。

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Ｓｔ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、ｅ、ｄ
は絶縁膜、７はカラーフィルター、８はガラス基板、９
はフィルタ層、１０は透明電極、１１は視物質膜、１２
はコンタクト電極、１３ば♂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Ｓｔ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ば、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す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（Ｃ
ＯＤ）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Ｃ
ＯＤ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）を接続するだめのコンタクト電
極１２を形成する。

さらに、視物質（例えばバクテリオロドプシンを含む細
胞膜（紫膜））を膜状に形成したホトセンサーとなる視
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）１ｏを画素部領域２上全面に形成し、モ
ザイク状あるいはストライプ状のカラーフィルタ７を画
素部前面に装着する。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得ることができる。

第１図ａ、ｂでは、あらかじめガラス板８上にカラーフ
ィルタ層９が形成されたものを接着剤を介して透明電極
１ｏ上に接着した場合を示しであるが、透明電極１０上
にカラーフィルタ一層９を直接形成してもよい。

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６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、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−・プロジェット法や電着法を用いること
で容易に視物質膜として薄膜形成できる。

なお、上記実施例では、２次元ＣＣＤ型固体撮像素子の
ン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。

さらにまだ、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やクロロフィル等を安
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、ストライプ状またはモザ
イク状カラーフィルタと一体化することにより、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。

【図面の簡単な説明】 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図すは同ａのＸ−Ｘ’線における断面図、第１図Ｃ
は同す中のＡ部の拡大断面図、第１図ｄは本発明で用い
る紫膜の分光感度特性を示す図、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。 第１因 第１図 第１図 （ｍ） 鼠　　　東　　（ルリ ＷＥ　２　図 〉久久（リリ ３図 弐炙〔ル製

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、光の強さに応じて光電流または
   発起電力を生じる生体物質よりなる視物質膜を、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
   形成したことを特徴とする視覚センサー。
2. （２）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）を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の視覚センサー。