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入射光の測定方法及びそれを用いた分光機構を有するセンサー コモンズ

国内特許コード P04P001643
整理番号 Y2003-P022
掲載日 2005年2月16日
出願番号 特願2003-177425
公開番号 特開2005-010114
登録番号 特許第4073831号
出願日 平成15年6月23日(2003.6.23)
公開日 平成17年1月13日(2005.1.13)
登録日 平成20年2月1日(2008.2.1)
発明者
  • 澤田 和明
  • 石田 誠
  • 丸山 結城
  • 武藤 秀樹
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 入射光の測定方法及びそれを用いた分光機構を有するセンサー コモンズ
発明の概要 【課題】入射光に対応した単一の電子の捕獲部を備えた、簡単な半導体構造を用いた入射光の測定方法及びそれを用いた分光機能を有するセンサーを提供する。
【解決手段】分光センサーであって、半導体基板1と、この半導体基板1に形成される第1の拡散層2と、この第1の拡散層2の部位に形成される第2の拡散層3と、前記第1の拡散層2上に絶縁膜4を介して形成される、入射光を透過するとともに、ゲート電圧が印加される電極膜7とを備え、前記ゲート電圧を変化させ、第1の拡散層2中で入射光により発生した電子を捕獲する深さ(位置)を、前記ゲート電圧に対応させて変化させて、それらの電子の量を示す電流を測定することにより、入射光の波長と強度とを測定する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


単板式ビデオカメラに用いられているイメージセンサーは、カラー画像を得るために赤、緑、青のフィルタを各光検出素子(例えば、フォトダイオード)の上に取り付けるようにしている。



また、三板式のビデオカメラにおいては、光学プリズムを用いて、入射光を赤、緑、青の3つの光に分け、それぞれの光を3つのイメージセンサーで検知するようにしていた。



また、入射する光が、いかなる波長であるか、かつ、それらの波長の強度を知るためには、現在はグレーティングなどを用いて分光を行い、それぞれの光の強度分布をパワーメータなどで測定を行っていた。



また、1つのフォトダイオードにより、赤、緑、青のカラー情報を取得する試みがある(下記特許文献1参照)。この提案は、シリコン基板に、0.2μm、0.6μm、2μmの深さを持つ3つの拡散層を、重ねるように配置して、それぞれの接合から得られる電流を検知するものであった。



【特許文献1】
USP No.5,965,875号公報(第4欄-第5欄 図6)

産業上の利用分野


本発明は、入射光の測定方法及びそれを用いた分光センサーに係り、特に、半導体装置に入る光の波長とその強度を検出する入射光の測定方法及びそれを用いた分光機能を有するセンサーに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
入射光を透過するとともに、ゲート電圧が印加される電極膜(7)と、その下部に絶縁膜(4)を介して入射光により発生した電子を捕獲する第1の拡散層(2)と、該第1の拡散層(2)の一端側に形成され、該第1の拡散層(2)内に捕獲した電子を外部に取り出す第2の拡散層(3)と、該第2の拡散層(3)に接続され、かつ前記捕獲した電子を外部に取り出す第1の電極(5)と、前記第1の拡散層(2)に形成される第2の拡散層(3)とは対向する他端側に接続され、かつ第1の拡散層(2)の電位を確立する第2の電極(6)とを設け、前記第1の拡散層(2)に入射光が入ると、該入射光の強度は指数関数的に減衰することに基づいて、前記第1の拡散層(2)の表面からのある深さxにおける前記入射光の光強度(φ)を求め、これにより前記第1の拡散層(2)の全体の深さに対する前記第1の拡散層(2)の表面からの電子の捕獲される深さWまでに吸収される光強度(φ)の割合を求め、これらより前記第1の拡散層(2)の表面からの電子の捕獲される深さWまでに発生する電流(I)を測定することにより、入射光の強度を測定することを特徴とする入射光の測定方法。

【請求項2】
請求項1記載の入射光の測定方法において、前記入射光の種類に応じて前記ゲート電圧を変化させることを特徴とする入射光の測定方法。

【請求項3】
(a)半導体基板(1)と、
(b)該半導体基板(1)に形成される第1の拡散層(2)と、
(c)該第1の拡散層(2)の一端側に形成され、該第1の拡散層(2)内に捕獲した電子を外部に取り出す第2の拡散層(3)と、
(d)該第2の拡散層(3)に接続され、かつ前記捕獲した電子を外部に取り出す第1の電極(5)と、
(e)前記第1の拡散層(2)に形成される第2の拡散層(3)とは対向する他端側に接続され、かつ前記第1の拡散層(2)の電位を確立する第2の電極(6)と、
(f)前記第1の拡散層(2)上に絶縁膜(4)を介して形成される、入射光を透過するとともに、ゲート電圧が印加される電極膜(7)と、
(g)前記第1の拡散層(2)に入射光が入ると、該入射光の強度は指数関数的に減衰することに基づいて、前記第1の拡散層(2)の表面からのある深さxにおける前記入射光の光強度(φ)を求め、これにより前記第1の拡散層(2)の全体の深さに対する前記第1の拡散層(2)の表面からの電子の捕獲される深さWまでに吸収される前記入射光の光強度(φ)の割合を求め、これらより前記第1の拡散層(2)の表面からの電子の捕獲される深さWまでに発生する電流(I)を測定することにより、入射光の強度を測定する手段とを具備することを特徴とする分光センサー。

【請求項4】
請求項3記載の分光センサーにおいて、前記入射光の種類に応じて前記ゲート電圧を変化させる手段を具備することを特徴とする分光センサー。

【請求項5】
請求項3又は4記載の分光センサーにおいて、前記第1の拡散層(2)がp型拡散層、前記第2の拡散層(3)がn+ 拡散層、前記半導体基板(1)がn型半導体基板を含むことを特徴とする分光センサー。

【請求項6】
請求項3又は4記載の分光センサーにおいて、前記ゲート電圧が印加される電極膜(7)が、不純物が添加された多結晶シリコン膜であることを特徴とする分光センサー。

【請求項7】
請求項3又は4記載の分光センサーを用いて、1次元、または2次元に配置した分光センサーアレイを設け、該分光センサーアレイを一緒に作り込んだシフトレジスタで切り替えて信号を読み出し、前記電子を捕獲する深さを変化させて、そのときの信号を計測し、それらの信号から赤、緑、青の各波長の強度を計算し、カラー画像信号を出力することを特徴とするカラーフィルタなしカラーイメージセンサー。

【請求項8】
請求項記載のカラーフィルタなしカラーイメージセンサーにおいて、前記カラー画像信号の出力部に雑音除去回路を設けることを特徴とするカラーフィルタなしカラーイメージセンサー。

【請求項9】
請求項記載のカラーフィルタなしカラーイメージセンサーにおいて、前記電子を捕獲する深さを180分の1秒ごとに変化させることを特徴とするカラーフィルタなしカラーイメージセンサー。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003177425thum.jpg
出願権利状態 登録
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