(57)【要約】      （修正有）【課題】望ましくない赤外線に関して補正された、所望の波長帯域のそれぞれの強度が測定できる光センサを提供する。【解決手段】所定の方向から受けられる第１の波長帯域の光の強度を示す第１の出力信号を生成する光センサ２０が開示されている。光センサは、第１および第２の光検出器２２〜２４、３１を有する基板３６と、第１のフィルタ層２５〜２７と、コントローラ３７とを含む。光検出器は、光スペクトルの赤外線部分の光および前記第１の波長帯域の光に対して感度がよく、第１および第２の光検出器信号を生成する。第１のフィルタ層は、第１の波長帯域の光および光スペクトルの赤外線部分の光を伝える一方で、第１の光検出器によって受けられる光を変えることなく、第１の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮る。コントローラは、第１および第２の光検出器信号を処理して、入力光中の赤外線に関して補正される第１の出力信号を生成する。【選択図】図２
2011209299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向から受けられる第１の波長帯域の光の強度を示す第１の出力信号を生成する
光センサであって、
前記所定の方向から光を受ける第１および第２の光検出器を有する基板であって、前記
第１および第２の光検出器が光スペクトルの赤外線部分の光および前記第１の波長帯域の
光に対して感度がよく、前記第１および第２の光検出器が前記第１および第２の光検出器
のそれぞれによって受けられる光の強度を示す第１および第２の光検出器信号をそれぞれ
生成する基板と、
前記第１の波長帯域の光および光スペクトルの赤外線部分の光を伝える第１のフィルタ
層であって、前記所定の方向からの光を該光が前記第２の光検出器に達する前に捕らえる
とともに、前記第１の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮り、前記第１の光検出
器によって受けられる光を変えない、第１のフィルタ層と、
前記第１および第２の光検出器信号を処理して前記第１の出力信号を生成するコントロ
ーラであって、前記第１の出力信号が前記第２の光検出器信号ほど光スペクトルの前記赤
外線部分の光に依存しないコントローラと、
を備える光センサ。
【請求項２】
第３の光検出器信号を生成する第３の光検出器と、光が前記第３の光検出器に入らない
ようにする遮光層とを更に備え、前記コントローラが前記第１の出力信号を生成する際に
前記第３の光検出器を利用する、請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
第４の光検出器信号を生成する第４の光検出器と、前記第１の波長帯域とは異なる第２
の波長帯域の光を伝える第２のフィルタ層とを更に備え、前記第２のフィルタ層は、前記
所定の方向からの光を該光が前記第４の光検出器に達する前に捕らえるとともに、前記第
２の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮り、前記第２のフィルタ層は、前記第１
の光検出器によって受けられる光を変えず、前記コントローラは、前記第４の光検出器信
号ほど光スペクトルの前記赤外線部分の光に依存しない第２の出力信号を生成する、請求
項１に記載の光センサ。
【請求項４】
前記光検出器がほぼ同じ大きさを有する暗電流を生成する、請求項１に記載の光センサ
。
【請求項５】
前記光検出器が互いに略同一である、請求項１に記載の光センサ。
【請求項６】
前記光検出器がフォトダイオードを備える、請求項１に記載の光センサ。
【請求項７】
前記光検出器がフォトトランジスタを備える、請求項１に記載の光センサ。
【請求項８】
所定の方向から受けられる第１の波長帯域の光の強度の第１の推定値を生成する方法で
あって、
前記所定の方向から光を受ける第１および第２の光検出器を有する基板であって、前記
第１および第２の光検出器が光スペクトルの赤外線部分の光および前記第１の波長帯域の
光に対して感度がよく、前記第１および第２の光検出器が前記第１および第２の光検出器
のそれぞれによって受けられる光の強度を示す第１および第２の光検出器信号をそれぞれ
生成する基板を設けるステップと、
前記第１の波長帯域の光および光スペクトルの赤外線部分の光を伝える第１のフィルタ
層であって、前記所定の方向からの光を該光が前記第２の光検出器に達する前に捕らえる
とともに、前記第１の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮り、前記第１の光検出
器によって受けられる光を変えない、第１のフィルタ層を設けるステップと、
前記第１および第２の光検出器信号を処理して前記第１の推定値を生成するステップで
あって、前記第１の推定値が前記第２の光検出器信号ほど光スペクトルの前記赤外線部分
の光に依存しないステップと、
を含む方法。
【請求項９】
第３の光検出器信号を生成する第３の光検出器と、光が前記第３の光検出器に入らない
ようにする遮光層とを設けるとともに、前記第１の推定値を生成する際に前記第３の光検
出器を使用するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第４の光検出器信号を生成する第４の光検出器と、前記第１の波長帯域とは異なる第２
の波長帯域の光を伝える第２のフィルタ層とを設けるステップを更に含み、前記第２のフ
ィルタ層は、前記所定の方向からの光を該光が前記第４の光検出器に達する前に捕らえる
とともに、前記第２の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮り、前記第２のフィル
タ層は、前記第１の光検出器によって受けられる光を変えず、また、第２の波長帯域の光
強度の第２の推定値を生成するステップを含み、前記第２の推定値は、前記第４の光検出
器信号ほど光スペクトルの前記赤外線部分の光に依存しない、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記光検出器がほぼ同じ大きさを有する暗電流を生成する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記光検出器が互いに略同一である、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記光検出器がフォトダイオードを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記フォトダイオードが略同じサイズを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光検出器がフォトトランジスタを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
光センサを製造する方法であって、
所定の方向から光を受ける第１および第２の光検出器を有する基板であって、前記第１
および第２の光検出器が光スペクトルの赤外線部分の光および第１の波長帯域の光に対し
て感度がよく、前記第１および第２の光検出器が前記第１および第２の光検出器のそれぞ
れによって受けられる光の強度を示す第１および第２の光検出器信号をそれぞれ生成する
基板を設けるステップと、
前記第１の波長帯域の光および光スペクトルの赤外線部分の光を伝える第１のフィルタ
層であって、前記所定の方向からの光を該光が前記第２の光検出器に達する前に捕らえる
とともに、前記第１の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮り、前記第１の光検出
器によって受けられる光を変えない、第１のフィルタ層を堆積させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記基板は、第３の光検出器信号を生成する第３の光検出器を更に備え、光が前記第３
の光検出器に入らないようにする遮光層が前記第３の光検出器上にわたって堆積される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は、第４の光検出器信号を生成する第４の光検出器を更に備え、前記第１の波
長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を伝える第２のフィルタ層が前記第４の光検出器上
にわたって堆積され、前記第２のフィルタ層は、前記所定の方向からの光を該光が前記第
４の光検出器に達する前に捕らえるとともに、前記第２の波長帯域外の可視スペクトルの
部分の光を遮り、前記第２のフィルタ層は、前記第１の光検出器によって受けられる光を
変えない、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記光検出器がほぼ同じ大きさを有する暗電流を生成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記光検出器が略同じサイズを有するフォトダイオードを備える、請求項１９に記載の
方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多数の波長帯域の光の強度を測定する安価な光検出器は、数多くの装置において必要と
される。例えば、赤色、青色および緑色ＬＥＤを利用して特定の色であるとして知覚され
る光を生成する光源は、しばしば、劣化を補償するためにＬＥＤの出力を所定のレベルに
維持するサーボループで光検出器を利用する。光検出器は、３つのスペクトル帯域のそれ
ぞれでＬＥＤにより生成される光を測定することにより各ＬＥＤの出力を測定するために
使用される。コントローラは、生成されるべき光の知覚色によって決定される目標値に測
定された出力が維持されるように、各ＬＥＤへの平均電流を変える。
【０００２】
各光検出器は一般にフォトダイオードからなり、このフォトダイオードは、フォトダイ
オード応答を対応する波長帯域の光に制限する色素フィルタで覆われる。フォトダイオー
ドからの信号は、入射光、色素の帯域通過フィルタ特性およびフォトダイオードに達する
光の強度レベルとは無関係に存在する様々なバックグラウンド信号によって決定される。
光に依存しない信号は、しばしば、「暗電流」と称される。暗電流によって生み出される
エラーは、光が存在しないときにフォトダイオードの出力を測定した後にその測定信号値
を光の存在下でフォトダイオードにより生成される信号から差し引くことによって除去さ
れる。例えば、光検出器には、全ての光を遮る不透明層によって覆われる更なるフォトダ
イオードを含ませることができる。その後、このフォトダイオードからの信号は、様々な
色素フィルタで覆われるフォトダイオードにより生成される信号から差し引かれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
残念ながら、安価な光検出器で用いるのに利用できる色素フィルタは、光スペクトルの
赤外線部分にかなりの伝送帯域を有するとともに、スペクトルの所望の視覚領域にも伝送
帯域を有している。多くの場合、対象の光源は、スペクトルの赤外線領域の光も含み、そ
のため、これらの色素フィルタのうちの１つを利用するフォトダイオードによって生成さ
れる信号は、光源がかなりの量の赤外光を含む場合、望ましくない赤外線バックグラウン
ド信号を含む可能性がある。赤外光は、制御される光源によって生成され、あるいは、光
センサに対する入力へ光を導入する背景周囲光源によって生成される。
【０００４】
一部の従来技術のシステムでは、望ましくない赤外線信号をブロックするために、様々
な色素フィルタ上にわたって赤外線遮断フィルタが設けられる。しかしながら、更なるフ
ィルタは、光センサのコストを増大させる。また、赤外線フィルタは、スペクトルの可視
領域を１００パーセント透過せず、そのため、色素フィルタ上にわたって付加されたフィ
ルタが対象の光の一部を弱め、したがって、光センサの感度を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、所定の方向から受けられる第１の波長帯域の光の強度を示す第１の出力信号
を生成する光センサを含む。光センサは、基板と、第１のフィルタ層と、コントローラと
を含む。基板は、所定の方向から光を受ける第１および第２の光検出器を有する。第１お
よび第２の光検出器は、光スペクトルの赤外線部分の光および第１の波長帯域の光に対し
て感度がよく、第１および第２の光検出器のそれぞれによって受けられる光の強度を示す
第１および第２の光検出器信号を生成する。第１のフィルタ層は、第１の波長帯域の光お
よび光スペクトルの赤外線部分の光を伝え、光を該光が第２の光検出器に達する前に捕ら
える。第１のフィルタ層は、第１の波長帯域外の可視スペクトルの部分の光を遮るが、第
１の光検出器によって受けられる光を変えない。コントローラは、第１および第２の光検
出器信号を処理して第１の出力信号を生成し、第１の出力信号は、第２の光検出器信号ほ
ど光スペクトルの赤外線部分の光に依存しない。
【０００６】
本発明の他の態様において、センサは、第３の光検出器信号を生成する第３の光検出器
と、光が前記第３の光検出器に入らないようにする遮光層とを含むこともできる。また、
コントローラは、第１の出力信号を生成する際に第３の光検出器を使用して、暗電流を補
正することもできる。
【０００７】
本発明の他の態様では、他のスペクトル帯域の光強度の測定を行なうために、更なるフ
ィルタ層および対応する光検出器を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】色素フィルタを利用する従来技術の光検出器の断面図である。
【図２】本発明に係る光センサの１つの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明がその利点を与える様式は、色素フィルタを利用する従来技術の光検出器の断面
図である図１を参照して更に容易に理解され得る。光検出器２０は、一般に、４つのフォ
トダイオードがその上に製造されるダイ２１から構成されている。フォトダイオード２２
〜２４は、色素フィルタ２５〜２７によって決定される３つの波長帯域の光の強度をそれ
ぞれ測定するために使用される。フォトダイオード２８は、全ての光がフォトダイオード
２８に達するのを妨げる不透明層２９によって覆われており、暗電流を測定するために利
用される。色素フィルタは、多数のマスキングステップおよび堆積ステップを必要とする
フォトリソグラフィステップによって加えられる。層２９を加えるために同様のフォトリ
ソグラフィステップが必要とされる。前述したように、色素フィルタは、赤外光がフォト
ダイオードに達するのを妨げない。原理的には、赤外光がフォトダイオードに達するのを
妨げる更なるフィルタ層３５をフォトダイオード２２〜２４上にわたって設けることがで
きる。しかしながら、そのようなフィルタの製造は、光センサのコストをかなり増大させ
る。また、更なるフィルタ層のそれぞれがフォトダイオードに達する光の量を減少させ、
そのため、光検出器の感度が低下する。
【００１０】
本発明は、赤外線成分を含む入射光の全てを測定する更なるフォトダイオードを含ませ
ることによってこれらの問題を克服する。更なるフォトダイオードは、残りのフォトダイ
オードの動作を妨げず、あるいは、更なる製造ステップを必要としない。その後、フォト
ダイオードからの信号は、入射光中に存在していた赤外線および暗電流の両方に関して補
正された所望の波長帯域のそれぞれの強度を測定する信号を供給するために組み合わされ
る。
【００１１】
ここで、本発明の光センサの１つの実施形態の断面図である図２を参照する。本発明の
本実施形態では、光センサに達する全ての光を測定するフォトダイオード３１が基板３６
上に含められている。この説明のため、色素層２５がスペクトルの赤色部分の光を通過さ
せる帯域通過フィルタであり、色素層２６がスペクトルの緑色部分の光を通過させる帯域
通過フィルタであり、色素層２７がスペクトルの青色部分の光を通過させる帯域通過フィ
ルタであると仮定する。前述したように、これらの色素層のそれぞれは、スペクトルの赤
外線部分の光を透過させる。フォトダイオード２２〜２４、２８および３１からの信号を
それぞれＩ２２、Ｉ２３、Ｉ２４、Ｉ２８およびＩ３１によって示す。次いで、
【数１】
2011209299.tif 000003
ここで、ｆｒ、ｆｇ、およびｆｂはそれぞれ、フィルタ２５〜２７によってそれぞれ伝
えられる赤色波長帯域、緑色波長帯域、および青色波長帯域の光の比率である。係数ｆ２
５〜ｆ２７は、フィルタ２５〜２７それぞれによって伝えられる入力光中の赤外光の比率
である。また、Ｉｒｅｄ、Ｉｇｒｅｅｎ、Ｉｂｌｕｅ、およびＩｒは、スペクトルの赤色
領域、緑色領域、青色領域、および赤外線領域における入力光の強度である。最後に、Ｉ
ｄは暗電流である。この実施例では、全てのフォトダイオードのサイズおよび構造が略同
一であり、したがって、全てのフォトダイオードにおいて暗電流が略同一であるとする。
本説明において、２つのフォトダイオードは、個々のフォトダイオード間の違いが従来の
集積回路製造ライン上で同じプロセスおよびマスクセットから構成されるフォトダイオー
ドにおいて見られる統計的変動内にある場合、ほぼ同じ構造および暗電流を有していると
考えられる。
【００１２】
各フィルタを介して伝えられる光の比率を表わす様々な係数は、任意の光センサにおい
て測定することができる。例えば、各フォトダイオードによって生成される信号は、フォ
トダイオードが様々な波長の単色光源に対して晒されるときに測定することができる。そ
のため、先に示された方程式の系は、補正された出力すなわちＩｒｅｄ等を供給するため
にコントローラ３７によりＩｒｅｄ、ＩｇｒｅｅｎおよびＩｂｌｕｅに関して解くことが
できる。
【００１３】
１つの実施形態において、色素フィルタ層２５〜２７は、赤外線をほぼ透過する材料か
ら構成される。すなわち、ｆ２５＝ｆ２６＝ｆ２７＝１である。なお、この場合、Ｉｄ＋
ＩｒをＩ’と置き換えることができ、そのため、５つの方程式からなる系を４つの方程式
からなる系へと減らすことができる。すなわち、
【数２】
2011209299.tif 000004
対象となる量はＩｒｅｄ、ＩｇｒｅｅｎおよびＩｂｌｕｅであるため、コントローラは
、方程式のこの簡単な系を解くだけで済む。その結果、暗電流測定フォトダイオード２８
はもはや不要となる。そのため、本発明の本実施形態は、従来の光センサほど多くのフォ
トダイオードを必要としない。また、本実施形態は、暗電流測定フォトダイオードに関連
付けられた不透明層を必要とせず、そのため、製造ステップの数がかなり減少される。
【００１４】
本発明の前述した実施形態は、ここで更に詳しく説明する更なる近似に基づいている。
一般に、ｋ番目のフォトダイオードの出力は以下の形で書き表わすことができる。
【数３】
2011209299.tif 000005
ここで、ｋ＝赤、青または緑であり、Ｔｋ（ｘ）は、波長ｘの関数としてのｋ番目のフ
ィルタ層の透過率であり、Ｒ（ｘ）は、波長の関数としての単位強度の光が照明されると
きのｋ番目のフォトダイオードによって生成される信号であり、Ｉ（ｘ）は波長の関数と
しての入力光の強度である。積分は、光スペクトルの全体にわたって、あるいは、少なく
とも関数Ｔｋ（ｘ）、Ｒ（ｘ）およびＩ（ｘ）の全てがゼロでない領域にわたって行なわ
れる。この方程式は以下の形で書き換えることができる。
【数４】
2011209299.tif 000006
方程式（１１）と方程式（１）〜（５）とを比較することにより、方程式（１）〜（３
）が以下を仮定しているのが理解できる。
【数５】
2011209299.tif 000007
これは、強度関数Ｉ（ｘ）の形およびフィルタ関数Ｔｋ（ｘ）の形から独立している。
この仮定は、全ての光源および色素フィルタにおいて正確に満たされるとは限らない。し
かしながら、本発明は、更なる赤外線フィルタを必要とすることなく入力信号中に存在す
る任意の赤外光の近似補正を可能にすることが十分に正しいという所見に基づいている。
【００１５】
前述した実施形態は、可視スペクトルの赤色領域、緑色領域、および青色領域の帯域通
過フィルタを形成する３つのカラー色素フィルタを利用する。そのようなカラー色素フィ
ルタは当分野で知られ、そのため、ここでは詳しく説明しない。本説明においては、その
ようなフィルタがカメラにおける集積回路で使用されることに留意すれば十分である。し
かしながら、本発明の教示内容から逸脱することなく、異なるスペクトル領域のフィルタ
を利用する実施形態を構成することもできる。
【００１６】
また、帯域通過フィルタの数は、前述した３つから変えることができる。例えば、色の
再現範囲を広げるために、４色に基づくカラーフィルタシステムが多くの用途で利用され
る。そのようなシステムは、しばしば、４つの成分光源の強度も追跡する光センサを必要
とする。同様に、帯域通過フィルタおよび対応するフォトダイオードの数を３未満にする
こともできる。単一のフォトダイオードを有し且つ劣化作用を補正するためにフィードバ
ックシステムを利用する光源も当分野で知られ、この光源は、赤外背景光を有する環境で
該光源の強度を追跡する光センサを必要とする。
【００１７】
本発明の前述した実施形態は、光検出器としてフォトダイオードを利用する。しかしな
がら、フォトトランジスタなどの他の形態の光検出器を利用することができる。
【００１８】
前述した本発明の実施形態は、互いに略同一の光検出器を利用する。しかしながら、光
検出器によって受けられる光と光検出器によって生成される出力信号との間の関係が知ら
れていれば、光検出器が互いにかなり異なる実施形態を構成することもできる。例えば、
光センサによって受けられる全ての光を測定するために使用される光検出器は、他の光検
出器とは異なるサイズであってもよい。この場合、方程式（１）〜（９）に示される定数
は、構成の違いを考慮に入れるために変えられる必要がある。
【００１９】
本発明の様々な改良は、前述の説明および添付図面から当業者にとって明らかとなる。
したがって、本発明は、請求項の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2011209299.tif 000008
【図２】
2011209299.tif 000009