(57)【要約】  【課題】フィルタの特性による影響を少なくすることのできる改良されたカラーセンサ、及びその色感知方法を提供する。  【解決手段】第１の波長で感度ピークを有する第１の半導体フォトダイオード（１００）と、第１の波長と異なる第２の波長で感度ピークを有する第２の半導体フォトダイオード（１５０）とを備えるカラーセンサが提供される。第１及び第２の半導体フォトダイオード（１００、１５０）は、同一パッケージ内に配置され得る。両者は、共通の基板又はダイとして構成されても良い。【選択図】図２
2006060210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長に感度ピークを有する第１の半導体フォトダイオードと、前記第１の波長と異なる第２の波長に感度ピークを有する第２の半導体フォトダイオードとを備えることを特徴とするカラーセンサ。
【請求項２】
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、同じパッケージ内に組み合わされることを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
【請求項３】
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、共通のダイ上に製造されることを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
【請求項４】
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、異なる接合深さを有することを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
【請求項５】
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、互いに異なる半導体材料を用いて製造されることを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
【請求項６】
前記第１のフォトダイオードは、アモルファス材料を用いて製造されることを特徴とする、請求項１に記載のカラーセンサ。
【請求項７】
第１の波長で感度ピークを有する第１の半導体フォトダイオードで入射光の一部を捕捉し、第１の光電流を生成する工程と、
第２の波長で感度ピークを有する第２の半導体フォトダイオードで入射光の一部を捕捉し、第２の光電流を生成する工程と、
前記第１の光電流と前記第２の光電流の比を計算することとを含む入射光の色を感知する工程とを有することを特徴とする色感知の方法。
【請求項８】
前記第１の光電流と前記第２の光電流の比を計算する工程は、さらに、
前記第１の光電流を前記第１の光電流を表す第１の電圧に変換する工程と、
前記第２の光電流を前記第２の光電流を表す第２の電圧に変換する工程と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧の比を計算する工程とをさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記比は、アナログ形態で計算されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の光電流と前記第２の光電流の比を計算する工程は、さらに、
前記第１の光電流を該第１の光電流を表す第１のディジタル表現に変換する工程と、
前記第２の光電流を該第２の光電流を表す第２のディジタル表現に変換する工程と、
前記第１のディジタル表現と前記第２のディジタル表現の比を計算する工程とを有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料により構成されるソリッドステートカラーセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光のスペクトル感知は、例えば、異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されたディスプレイの表示に関し、カラーバランスを決定および／または維持する際など、多くの分野で重要である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
当業界で知られているこのような感知の１つの方法は、既定の波長の光を選択的に透過するフィルタと組み合わされた複数のフォトダイオードを含む。
【特許文献１】特開２００１−９２４１４号
【特許文献２】米国特許第６，６３０，８０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなセンサの性能は、フィルタの光透過特性の精度によって制限され、また、長期的な性能はフィルタの長期間な安定性によって制限される。フィルタは、典型的には吸収性を有するので、感度もフィルタの影響を受ける。さらに、このようなカラーセンサの選択性は、通常はフィルタ材の使用可能性によって制限されている。したがって、本発明は、フィルタ材の影響を小さくすることのできるカラーセンサ及びその色感知方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
短い波長の中に感度ピークを有する第１のフォトダイオードセンサ、および、より長い波長の中に感度ピークを有する第２のフォトダイオードセンサを使用し、入射光のスペクトル内容をモニタリングする。スペクトル内容にシフトが生じると、第１のセンサ及び第２のセンサ間で光電流の比が変わる。絶対的な測定より比の測定の方が好ましい。
【０００６】
本発明によれば、第１の波長で感度ピークを有する第１の半導体フォトダイオードと、前記第１の波長と異なる第２の波長で感度ピークを有する第２の半導体フォトダイオードとを備えるカラーセンサが提供される。
【０００７】
第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとは、同じパッケージ内に組み合わされ得る。さらに、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとは共通の基板又はダイ上に製造されても良い。
【０００８】
第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとは異なる接合深さを有し得る。他の場合には、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとは異なる半導体材料を使用されても良い。例えば、後者の場合、第１のフォトダイオードは、アモルファス材料を用いて製造され得る。
【０００９】
さらに、本発明によれば、第１の波長で感度ピークを有する第１の半導体フォトダイオードで入射光の一部を捕捉し、第１の光電流を生成する工程と、第２の波長で感度ピークを有する第２の半導体フォトダイオードで入射光の一部を捕捉し、第２の光電流を生成する工程と、第１の光電流と第２の光電流の比を計算することとを含む入射光の色を感知する工程とを有することを特徴とする色感知の方法が提供される。
【００１０】
第１の光電流と第２の光電流の比を計算する工程は、さらに、第１の光電流を該第１の光電流を表す第１の電圧に変換する工程と、第２の光電流を該第２の光電流を表す第２の電圧に変換する工程と、第１の電圧と第２の電圧の比を計算する工程とをさらに有しても良い。比は、アナログ形態で計算され得る。
【００１１】
第１の光電流と第２の光電流の比を計算する工程は、第１の光電流を第１の光電流を表す第１のディジタル表現に変換する工程と、第２の光電流を第２の光電流を表す第２のディジタル表現に変換する工程と、第１のディジタル表現と第２のディジタル表現の比を計算する工程とをさらに有しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明の最良の実施形態となるカラーセンサ、及び当該素子の色感知方法について、詳細に説明する。本発明では、差分カラーセンサは短い波長に感度ピークを有する第１のフォトダイオードセンサと、より長い波長に感度ピークを有する第２のフォトダイオードセンサとを使用し、入射光のスペクトル内容をモニタリングする。
【００１３】
本発明の第１の実施形態では、第１及び第２のフォトダイオードセンサに、異なる半導体材料を使用する。第１の実施形態では、より短い波長の中に感度ピークを有するシリコン（Ｓｉ）フォトダイオードと、より長い波長の中に感度ピークを有するシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）フォトダイオードとを使用する。
【００１４】
本発明の第２の実施形態では、異なる接合深さを有するフォトダイオードを使用する。浅い接合深さを有するフォトダイオードは、より短い波長の中に感度ピークを有し、より深い接合深さを有するフォトダイオードは、より長い波長の中に感度ピークを有する。
【００１５】
これらの違いを図１に示す。図１は波長に対するシリコンの光吸収深さを示す。カーブ１００は、シリコンに関する吸収深さを赤、緑、青について示す。カーブ１１０は、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ、２０％Ｇｅ）に関する吸収深さを示す。これは、シリコンにおいて例えば０．２μm、０．８μm、３．０μmの異なる接合深さを伴うカラーセンサが、良好なカラーセンサと、シリコンフォトダイオードとシリコンゲルマニウムフォトダイオードの間の応答差を提供することを示す。
【００１６】
本発明の第３の実施形態、または前に開示した実施形態との組み合わせでは、アモルファス材料、またはより一般的な結晶構造をフォトダイオードに使用できる。
【００１７】
１対のフォトダイオードをカラーセンサとして使用し、２つの別々にパッケージされたダイオードを使用してもよい。２つの異なるダイオードを１つの光パッケージにパッケージすることによって集積化を進めることができ、さらに、共通の基板又はダイの上に両方のダイオードを製造することによって、性能、製造プロセス等におけるさらなる利点を得ることができる。
【００１８】
第１の実施形態では、異なる感度対波長を有するフォトダイオードは、異なる半導体材料を使用してフォトダイオードを作成することにより、カラーフィルタを使用せずに実装され得る。異なるバンドギャップ電圧を有する半導体材料は、純粋なシリコン（Ｓｉ）とシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）間の違いなどの異なる感度対波長特性を有する。例えば、図１に示すように、シリコンとシリコンゲルマニウムで各々が０．５μmの接合深さを有する２つのダイオードを使用すると、異なるスペクトルピーク応答が生成される。
【００１９】
第２の実施形態では、異なる感度対波長を有するフォトダイオードはフォトダイオードの接合深さを変えることによって実装することができる。接合深さが浅ければ、より短い波長の中に感度ピークを有するフォトダイオードが生成され、接合深さが深ければ、より長い波長の中に感度ピークを有するフォトダイオードが生成される。
【００２０】
第３の実施形態、または他の実施形態との組み合わせで、アモルファス材料も使用することができる。例えば、アモルファスフォトダイオードを異なる接合深さで使用することができる。アモルファスシリコンとアモルファスシリコンゲルマニウムなどのアモルファスダイオードを使用することができる。
【００２１】
応用においては、図２に示すように、フォトダイオード１００はトランスインピーダンスアンプ１１０を駆動する。トランスインピーダンスアンプ１１０はフィードバック抵抗１２０によって設定されたゲインを有する。このトランスインピーダンスアンプは、フォトダイオード１００からの光電流を電圧出力１３０に変換する。１メガオーム(megohm)のフィードバック抵抗１２０で、この出力は、フォトダイオード電流の１ボルト／マイクロアンペア(microamp)である。同様に、フォトダイオード１５０はトランスインピーダンスアンプ１６０を駆動し、フィードバックは抵抗１７０によって設定されて電圧出力１８０を生成する。これらの２つの電圧は比率回路２００に供給され、出力２１０で電圧比を生成する。
【００２２】
当業者には明らかなように、種々の比率回路を使用することができる。１つのこのような比率回路は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社が２００２年９月に発表した、アプリケーションノート３１演算増輻器回路コレクションの３１ページに示されている。Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社からのＡＤ６３３などの４象限アナログマルチプライヤも使用できる。同様に、前述のアプリケーションノート３１演算増輻器回路コレクションの３ページに示される電流電圧変換器など、他の電流電圧変換器もフォトダイオード１００と１５０と共に使用することができる。光電流の合計は加重合計として計算することができ、強度の指示として使用することができる。
【００２３】
図３に示すように、２つの光電流の比もディジタルに生成することができる。図３に示すように、フォトダイオード１１０と１５０はトランスインピーダンスアンプ１１０と１６０を駆動し、２つのフォトダイオードについて電圧出力を生成する。これらの電圧はアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）２００に供給され、ＡＤＣ２００はアナログ電圧をディジタル形式に変換する。適切なＡＤＣはＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社などの会社が作成している。多数のシングルチャネルＡＤＣ、シングルチャネルＡＤＣに供給するアナログマルチプレクサ、またはマルチチャネルＡＤＣを使用することができる。カスタムアナログディジタル変換器はトランスインピーダンスアンプを統合してもよいし、あるいはこれらを完全に除去してもよい。ついで、マイクロプロセッサ（図示せず）がディジタル値の入力電圧を処理し、比を導出する。
【００２４】
アナログ制御ループまたはディジタルの制御ループのいずれかを使用して比を一定に保持しながら、発光ダイオードまたはレーザダイオードなどの複数の異なるカラーエミッタを駆動することにより、色を一定に保持することができる。よく知られたＰＩＤコントローラ（比例、積分、微分）などのディジタルスキームをディジタルフォームで使用してもよい。
【００２５】
本発明の実施形態を詳細に示したが、当業者であれば、さらに様々な変形・変更が可能である。添付の請求項に述べられた本発明の範囲から離れることなく、これらの実施形態への修正および適応を思いつくであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】シリコン（Ｓｉ）およびシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）に関する吸収深さと波長を示す図である。
【図２】アナログ手段による比の決定を示す図である。
【図３】ディジタル手段による比の決定を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００  フォトダイオード
１１０  トランスインピーダンスアンプ
１２０  フィードバック抵抗
１３０  電圧出力
１５０  フォトダイオード
１６０  トランスインピーダンスアンプ
１７０  抵抗
１８０  電圧出力
２００  比率回路
２１０  出力
【図１】
2006060210.tif 000003
【図２】
2006060210.tif 000004
【図３】
2006060210.tif 000005