JPS63252073A - 光検出システム - Google Patents

光検出システム

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JPS63252073A
JPS63252073A JP63078271A JP7827188A JPS63252073A JP S63252073 A JPS63252073 A JP S63252073A JP 63078271 A JP63078271 A JP 63078271A JP 7827188 A JP7827188 A JP 7827188A JP S63252073 A JPS63252073 A JP S63252073A
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    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、多数の受光検出器素子を有する光検出器装
置に関するもので、これ等の受光検出器素子はそれぞれ
交番する正及び負にドーピングした超格子を有する光半
導体材料で作製された多層構造と、半導体層に垂直に配
設し、スペクトル光感度を制御するため制御電圧を印加
できる前記半導体層の前面に設置した制御電極とを有す
る。
上記の光検出器装置は、しばしばガリュウム砒素のドー
ピングした超格子を使用している。この超格子は、半絶
縁性のガリュウム砒素基板上に配設してあり、ｎ−ドー
パントとしてシリコンを、またＰ−ドーパントとしてベ
リリュームを使用している。個々の層を仕切る電極は、
ｎ″領域およびｐ−領域を有する。この電極に印加され
る逆バイアス電圧は、この制御電圧の大きさに依存して
変動する所定のスペクトル領域を誘起する。
カラー及び白黒の光センサを有する公知の撮像系は、ビ
ジコンを石像管又はシリコンＣＣＤ群を有する。この場
合、後者では通常行と列に並べた受光素子が配設されて
いて、これ等の素子の信号内容は、電荷結合した装置に
更に導入される。
公知の白黒画像センサは、そのスペクトル感度が使用し
ている検出材料によて予め与えられていると言う欠点が
ある。スペクトル感度を変えるには、通常光学フィルタ
を前置接続して初めて可能になる。電子撮像系のスペク
トル感度を素早く変更するには、通常フィルタの交換を
迅速にする必要がある。これに対して、不要なフィルタ
を取り外し、必要なフィルタを受光変換装置の前に持ち
込む機構部が必要になる。この様な機構部は、経費の点
および応答特性の点で不利である。多数の受光検出器素
子から成る画像センサ系は数多くあることも公知である
。この様な受光検出器素子の群は、いずれも予め定めで
あるスペクトル特性を有する。このスペクトル特性を変
更したい場合、受光検出素子の第一群を対応する他のス
ペクトル特性の第二群に置き換える必要がある。種々の
スペクトル特性を作り出すには、各種のスペクトル・フ
ィルタを使用することが考えられる。半導体技術でも真
空管技術でも実行されているこの様な系は、コストが嵩
み、経費が掛かるため欠点がある。
ただ−個の画像センサを使用する受光検出器装置も公知
である。このセンサには、例えば赤感度、褐色感度及び
緑感度を有するカラーフィルム・フィルタが前置接続し
である。個々のフィルタ領域は、交互に切り替わり、そ
れぞれ受光検出器素子（画素）の大きさを有する。この
場合、カラーフィルム撮像管（カラーフィルムビジコン
）とカラーフィルムＣＣＤ群（ＣＣＤアレー）は区別さ
れている。上記のＣＣＤ群の場合には、主としてＣＣＤ
画素上に取り付けであるカラーフィルタが各ＣＣＤ感光
画素に相当する。
前置接続しであるフィルタを有する上記の半導体ＣＣＤ
群は、半導体チップ上の画像点（画素）あたり一個の非
常に薄い、厚さが約１０μｍのカラーフィルタを必要な
吸収係数又はスペクトル特性に応じて取り付ける必要が
ある。上記のカラーフィルタの技術は、このフィルタフ
ィルムをＣＣＤ群の上に温度に対して安定に、しかも経
年変化に対して安定に取り付ける必要がある。この場合
、前記フィルタ膜の温度及び長時間安定度に関し誤差及
び変動が生じうる危険が生じる。非常に薄いカラーフィ
ルタ膜に対する最大の吸収及び透過に関する問題も生じ
る。事実、巻頭に述べた種類の受光検出器装置は、文献
ｒＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ａ　３７．１９８
５．４７〜５６」から公知である。しかし、この文献は
、電子撮像技術に対する大幅に離れたスペクトル感度領
域を提供するきっかけを与えていない。
この発明の課題は、電子カラー撮像系のカラー検出器装
置に対して制御できるスペクトル感度特性を利用でき、
受光検出器装置がオプトエレクトロエックス変換素子の
前にカラーフィルム・フィルタ無しで済ませる巻頭に述
べた種類に属する受光検出器装置を提供することにある
。
上記の課題は、この発明により以下のようにして解決さ
れている。即ち、一つのグループが、それぞれ所定の数
の受光検出器素子を有する光検出器のグープを配設し、
各光検出器グループの光検出器素子の制御電極が調整で
きる電圧発生器に接続してあり、この電圧発生器によっ
て上部及び下部限界波長を別々に、しかも階段的に調整
でき、光検出器を粗分けするまえに、高域透過特性又は
低域透過特性を有するフィルタを設置し、このフィルタ
のフィルタ限界は、光検出器の個々の光検出器素子のス
ペクトル領域を上部又は下部有効スペクトル領域に分割
し、各光検出器グループの光検出器素子の信号によって
、差動増幅器を制御でき、それぞれ隣接する二つの光検
出器素子の出力のスペクトル信号によって、差動増幅器
の出力端に別々に選択できる信号波形が生じるように前
記増幅器の入力端を制？１１１できる。
こうして、生じる利点は、以下のようになる。
即ち、超格子構造、特にガリューム・砒素添加超格子を
有する受光半導体をカラーフィルム・フィルタなしで使
用することによって、個々の光検出器素子を制御した場
合、隣合って重なっているスペクトル信号波形の差を形
成した後、カラー画像処理に特に適する所望の選択スペ
クトル領域を提供することにある。他の利点は、全体の
制御電圧を所定の値に調整することによってそれに応じ
た高感度の一様な色調が提供できることにある。この制
御電圧を選択することによって、外の場合カラー画像処
理用に利用する受光検出器装置を高感度の白黒検出装置
に再変換するこは難無くできる。
それ以外に、余分なフィルムフィルタを使用していなの
で、この検出器装置の温度安定性及び長時間安定性が付
与され、保証される利点がある。他の利点は、スペクト
ル感度に損失がないことである。
有利な方法では、それぞれ部分群に分割した一次元又は
二次元グループの受光検出器素子を配設することにある
。スペクトル特性又は感度は、全体の受光検出器素子の
場合と同じある。このことは、製造の負担を緩和し、製
造を単純化する。スペクトル特性は、制御電圧を選択す
るだけで変更できる。
他の有利な構成は、従属請求項に示しである。
即ち、スペクトル信号波形がそれぞれ連続して隣合うよ
うに、各光検出器グループの光検出器素子に対する制御
電圧を選び、信号出力電圧を差動増幅器と信号処理回路
で処理される。
有利な方法では、最大限界波長がフィルタの限界波長の
直ぐ近くにあるスペクトル信号波形を有する光検出器素
子の出力信号が、差を形成することなしに評価される。
有利な方法では、受光検出器装置をマイクロコンピュー
タに接続し、制御プログラムのシーケンスに応じて撮像
素子の個々の信号値を書込・読取記憶器に導入する。
特に有利な構成によれば、光検出器素子に対する制御装
置には、グループ内の全光検出器素子を個々の制御電圧
でそれぞれ連続的に制御できるマルチプレクサが配設し
である。同時に、光に依存する出力信号が書込・読取記
憶器に収納できる。
個々の差動増幅器が、書込・読取記憶器に後置しである
。
以下に、この発明を第１〜７図に示した実施例に基づき
説明する。
第１図によれば、引用記号１で受光検出器装置が示しで
ある。この装置には、多数の受光検出器素子Ｅｌ　ｌ　
１．Ｅｌ　１２．Ｅｌ　１３．　　・・・Ｅｌｍ１、Ｅ
ｌｍ２．Ｅｌｍ３．　　・・−Ｅｍｌ　１．Ｅｍｌ２．
Ｅｍｌ３　；Ｅｍ２１．Ｅｍ２２．Ｅｍ２３、−・・及
びＥｍｍ１、Ｅｍｍ２．Ｅｍｍ３がある。隣接する三つ
の受光検出器素子（画素）が、第１ａ図から分かるよう
に、一つの光検出器グループに属する。即ち、例えば画
素Ｅ１１１、Ｅ１１２、Ｅ１１３は、光検出器グループ
Ｅｌｌに属する。同じことは、他の隣接画素素子にも当
て填まる。
第１図には、個々の受光検出器素子又は画素が行と列に
して配設しである。これ等の素子は、受光ＣＯＤグルー
プ又は装置の基本構成要素である。
引用記号２で電圧発生器３．４と５に入力側で接続しで
ある制御装置が示しである。電圧発生器３は、入力電圧
Ｕ１を出力し、電圧発生器４と５はそれぞれ制御電圧Ｕ
２とＵ３を出力する。制御装置２の第一出力端は、各光
検出器グループのそれぞれ第一画素の行に接続しある。
制御装置２の第二出力端は、各光検出器グループのそれ
ぞれ第二画素の行に接続しあり、また制御装置２の第三
出力端は、各光検出器グループのそれぞれ第三画素の行
に接続しある。
第一の列の最後の光検出器グループの画素素子は、Ｅｌ
ｍ１、Ｅｌｍ２．Ｅｌｍ３で示せる。最後の列の第一光
検出器グループの画素要素は、Ｅｍｌ１、Ｅｍｌ２．Ｅ
ｍｌ３で示せ、しかも最後の列の最後の光検出器グルー
プの画素要素は、記号Ｅｍｍ１、Ｅｍｍ２．Ｅｍｍ３を
有する。
制御装置２は、例えば第６図に示すような相対スペクト
ル感度曲線を発生させるため、対応する画素素子に所望
の制御電圧を供給するように接続される。
第一モードで制御電圧Ｕ１を全画素素子に印加し、第二
のモードで上記第一制御電圧の代わりに、第二制御電圧
Ｕ２を印加し、次いで第三モードで制御電圧Ｕ３を繋ぐ
ように第２図の制御回路６を時間多重分割して構成する
こともできる。
上記のことが意味することは、全体の画素素子に対し連
続して同しスペクトル感度特性が有利に生じ、分解能が
増大することである。
第３図には、第１図の一部に対応する部分が同じ引用記
号で示しであるが、この第３図によれば、受光検出器装
置１が電子評価回路７に接続している。この受光検出器
装置１には、特に第５図及び第６図から分かるような、
所定のフィルタ限界波長を有する濾波器９が前置接続し
である。前置接続しである光学系には、引用記号１０が
記しである。
第４図には、第１図の一部に対応する部分は同じ引用記
号で示しである。受光検出器装置ｌには、光検出器グル
ープＥｌｌ・・・、Ｅｌｍ・・・。
Ｅｍｌ・・・、Ｅｍｍがある。これ等のグループは、第
１図から分かるような構造に組立て、配置しである。制
御電圧Ｕ１、Ｕ２及びＵ３は、それぞれ行の個々の光検
出器グループに導入されている。
引用記号１１で、個々の列に対するアドレス信号制御回
路を示し、引用記号１２で光検出器グループの個々の行
に対するアドレス信号制御回路を示す。これ等のアドレ
ス制御信号は、マイクロプロセッサ１５、書込・読取記
憶器１６、プログラム固定値記憶器１７及び入力回路１
８を有するマイクロコンピュータ１４の出力段１３から
受は取ることができる。更に、前記出力段１３は、モニ
ター１９に接続しである。受光検出器装置の行と列に対
するアドレス制御信号は、書込・読取半導体記憶器２２
に対するアドレス制御回路２０と２１から供給されれる
。この書込・読取半導体記憶器２２は、受光検出器装置
の行と列に一敗する行と列を有する。
怒光性のグループを有する受光検出器装置１は、ＣＣＤ
配列の基本構成要素である。
行に対するアドレス制御回路１２には、三木の制御導線
を介してアナログ・デジタル変換器２３に制御連絡する
出力回路がある。このアナログ・デジタル変換器２３か
ら、デジタル画像信号を処理する増幅・評価回路２４に
導く三つの信号結合がある。前記増幅・評価回路２４は
、更に、入力端に制御電圧Ｕ１、Ｕ２．Ｕ３が接続しで
あるアナログ・デジタル変換器から受は取る三つの制御
信号によって制御される。
受光グループあたりの画素の数、即ち三個、に応じて、
前記増幅・評価回路２４の出力端には三つのスペクトル
通路がある。第一スペクトル通路２７は、アドレス制御
回路２１のデータ入力段に直接繋がっている。第ニスベ
クトル通路２８は、差動増幅器２９の第一入力端に繋が
り、この差動増幅器の第二人力端には第一通路２７が接
続しである。この演算増幅器２９の出力は、アドレス制
御回路２１のデータ受信段の第二データ入力端に導入さ
れる。
第三スペクトル通路２９は、他の差動増幅器３０の第一
入力端に接続しである。この増幅器の第二人力端は第ニ
スベクトル通路の接続している。
前記演算増幅器３０の出力は、アドレス制御回路２１の
データ受信段の第三データ入力端に導入される。
更に、アドレス制御回路２１は三本のデータ導線を介し
てマイクロコンピュータ１４の入力段１８に連結するデ
ータ出力段を有する。
第５図から分かることは、受光検出器装置１に前置接続
しである濾波器９が限界波長λＦに属するフィルタ限界
を有することである。前置接続しである濾波器９の透過
領域、あるいは透過能が、受光検出器装置１の各受光検
出器素子の相対スペクトル感度曲線Ｓを上部スペクトル
領域と下部スペクトル領域に分割する。この場合、各受
光検出器素子の有効スペクトル領域は、フィルタ限界λ
。
と上部波長値λ。又は最大波長値λ。の間に位置する。
下部スペクトル領域は、フィルタで除外される。
第６図には、互いに異なっているスペクトル特性Ｓ　ｕ
　ｌ　＋　Ｓ　ｕ□ｒｓｕ、が示しである。これ等の異
なったスペクトル特性は、それぞれ最大波長λ。１゜λ
。２．λ０１を有する。スペクトルの利用領域は、λＦ
とλ。１の間にある。
個々の受光検出器素子の信号は、増幅回路２４を介して
差動増幅器２９と３０に導入される。第６図に示す特性
は、増幅回路２４の出力端にデジタルの形にして現れる
。
アドレス制御回路２１の入力段の入力端には、デジタル
の形にして、第７図に示しであるようなスペクトル特性
が得られる。別な演算処理を行うと、個別に選択された
スペクトル特性がもっと明確に分かる。従って、制御電
圧Ｕ１、Ｕ２及びＵ３を選択し、前置濾波器のフィルタ
限界λＦを選定することによって、カラー画像処理に対
して適するだけでな（、特に有利となる所望のスペクト
ル感度波形が得られる。この受光検出器装置の主要な利
点は、前置フィルタフィルムを使用しなくても、受光検
出器装置のスペクトル感度、スペクトルの通路の数、ス
ペクトルの通路の位置及び分解能を調節できることにあ
る。即ち、個々の光検出器素子の制御シーケンスは制御
電圧を適切に選定することによって変更できる。この方
法では、各光検出器のグループの色の配列はそれに応じ
て変更できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、行と列から成る撮像素子で構成した受光検出
器装置の模式図、 第１ａ図は、受光検出器素子の一列を示す模式第２図は
、受光検出器装置に対する多重化処理制御回路のブロッ
ク図、 第３図は、接続部分を有する受光検出器装置の模式図、 第４図は、制御演算処理系を含めた全体の受光検出器装
置の模式図、 第５図は、受光検出器のスペクトル特性曲線と前置接続
した濾波器の特性図、 第６図は、別々に制御される三つの受光検出器のスペク
トル感度特性図、 第７図は、対応した演算処理後の三つのスペクトル領域
のスペクトル感度波形図。 図中引用記号： １・・・受光検出器装置、 ２．６・・・制御回路、 ３．４．５・・・電圧発生器、 ７・・・評価回路、 ８，１９・・・モニター、 ９・・・濾波器（フィルタ）、 １０・・・前置接続光学系、 １１．１２，２０．２１・・・アドレス制御回路、。 １３・・・出力段、 １４・・・マイクロコンピュータ、 １５・・・マイクロプロセッサ、 １６．２２・・・書込・読取記憶器、 １７・・・プログラム固定値記憶器、 １８・・・入力回路、 ２３．２５・・・アナログ・デジタル変換器、２４・・
・増幅・評価回路、 ２７．２８．２９・・・スペクトル通路、２９．３０・
・・差動増幅器、 Ｕ１、Ｕ２．Ｕ３・・・制御電圧、 巳１１１．　Ｅｌ　１２．〜Ｅｍｍ２．　Ｅｍｍ３・・
・受光検出器素子、 Ｅｌ１、〜Ｅｍｍ・・・光検出器グループ、λＦ・・・
フィルタ限界、 λ。・・・上部波長、 λ０１　λＯＩ＋　　λ。２．λｏ３・・・最大波長、
Ｓ・・・相対スペクトル感度、 Ｓ　ｕｌ＋　　Ｓ　ｕ２＋　　Ｓ　Ｕ３・・・スペクト
ル感度特性。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）交互に正と負にドープした超格子の光半導体材料か
    ら成る多層構造と、スペクトル光感度を制御するため、
    制御電圧を印加できる前記半導体層に垂直に配設しこの
    膜の前面に配列した制御電極を有する多数の受光検出器
    素子を備えた受光検出器装置において、 所定の数（例えば、３個）の受光検出器素子（Ｅ１１１
    、Ｅ１１２、Ｅ１１３・・・、又はＥｍｍ１、Ｅｍｍ２
    、Ｅｍｍ３）を有する各光検出器グループ（Ｅ１１〜Ｅ
    ｍｍ）の群を設置し、各光検出器グループの受光検出器
    素子の制御電極は、それぞれ可変電圧発生器（Ｕ１、Ｕ
    ２、Ｕ３）に接続してあり、前記電圧発生器によって個
    々の光検出器グループの受光検出器素子の上部及び／又
    は下部限界波長（λ＿０、λ＿ｕ）が個別に、しかも連
    続して階段的に調整でき、光検出器グループの群の前に
    、高域濾波特性又は低域濾波特性を有するフィルタ装置
    が配設してあり、このフィルタ装置のフィルタ限界（λ
    ＿Ｆ）は、光検出器グループの個々の受光検出器素子の
    スペクトル領域を上部又は下部有効スペクトル領域（λ
    ＿Ｆ−λ＿０＿３、λ＿Ｆ−λ＿０＿２、λ＿Ｆ−λ＿
    ０＿１）に分割し、各光検出器グループの受光検出器素
    子の信号によって、差動増幅器を制御でき、この増幅器
    の入力端が隣接する二つの光検出器素子のスペクトル信
    号によって、差動増幅器の出力端に可変選択できるスペ
    クトル信号波形が生じるように制御できることを特徴と
    する受光検出器装置。 ２）各光検出器グループの受光検出器素子に対する制御
    電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、スペクトル・信号波形が
    それぞれ隣接するように選定され、信号出力電圧が差動
    増幅器と演算処理段で処理されることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の受光検出器装置。 ３）制御電圧は、制御回路を介して受光検出器素子に導
    入されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載の受光検出器装置。 ４）受光検出器素子の出力信号は、最大限界波長がフィ
    ルタの限界波長（λ＿Ｆ）の直ぐ近くにあるスペクトル
    ・信号波形で、差を形成することなしに評価されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項
    に記載の受光検出器装置。 ５）光検出器グループの群には、マイクロコンピュータ
    に動作結合しているアドレス付きの半導体記憶器、特に
    書込・読取記憶器が配設してあることを特徴とする特許
    請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の受光検出
    器装置。 ６）制御回路には、グループの全体の受光検出器素子が
    各個別制御電圧によって順次制御でき、同時に光に依存
    する出力信号が書込・読取記憶器に収納できるマルチプ
    レクサがあり、差動増幅器が書込・読取記憶器に配設し
    てあることを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のい
    ずれか１項に記載の受光検出器装置。
JP63078271A 1987-04-01 1988-04-01 光検出システム Expired - Lifetime JPH0636599B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873710986 DE3710986A1 (de) 1987-04-01 1987-04-01 Lichtempfindliche detektorvorrichtung
DE3710986.3 1987-04-01

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Publication Number Publication Date
JPS63252073A true JPS63252073A (ja) 1988-10-19
JPH0636599B2 JPH0636599B2 (ja) 1994-05-11

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ID=6324637

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US (1) US4847489A (ja)
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DE (1) DE3710986A1 (ja)
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