FR2520557A1 - Capteur chromatique - Google Patents

Abstract

UN CAPTEUR CHROMATIQUE COMPREND NOTAMMENT UN SUBSTRAT TRANSPARENT 10 DONT UNE PREMIERE FACE PORTE DES FILTRES CHROMATIQUES 15R, 15V, 15B CORRESPONDANT RESPECTIVEMENT AU ROUGE, AU VERT ET AU BLEU. LA SECONDE FACE DU SUBSTRAT PORTE DES ELEMENTS PHOTOSENSIBLES 11R, 11V, 11B QUI SONT RESPECTIVEMENT SENSIBLES AU ROUGE, AU VERT ET AU BLEU ET QUI SONT SITUES FACE AUX FILTRES RESPECTIFS. LES COUCHES ACTIVES 13R, 13V, 13B DES ELEMENTS PHOTOSENSIBLES CONSISTENT EN UN SEMI-CONDUCTEUR AMORPHE OU EN UN MELANGE D'UN SEMI-CONDUCTEUR AMORPHE ET D'UN SEMI-CONDUCTEUR A STRUCTURE MICROCRISTALLINE.

Description

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CAPTEUR CHROMATIQUE

La présente invention concerne un dispositif photosensible qui est sensible à la lumière dans plusieurs zones de longueurs d'onde particulières L'invention porte plus particulièrement sur un capteur chromatique oui est sensible à la lumière dans plusieurs zones de longueurs

d'onde qui ne nécessite aucun filtre de coupure de l'infra-

rouge et dont le rendement de fabrication est amélioré.

On connait déjà un dispositif photosensible qui est sensible à la lumière comprise dans plusieurs zones de

longueurs d'onde particulières utilisant du silicium mono-

cristallin en tant que couche active vis-à-vis de la lumiè-

re, ctest-à-dire ce qu'on appelle un capteur chromatique En

principe, comme le montre la figure 1, un capteur chromati-

que classique comprend un ensemble de régions de photodiode 2 R, 2 V et 2 B, qui sont des régions photosensibles, formées sur une surface d'un substrat de silicium monocristallin 1, et des filtres optiques qui transmettent la lumière dans différentes zones de longueurs d'onde, par exemple un filtre chromatique rouge 3 R, un filtre chromatique vert 3 V et un filtre chromatique bleu 3 B, sont disposés sur les régions de photodiode respectives, tandis qu'un filtre supplémentaire de coupure du rayonnement infrarouges 4, est placé sur les filtres optiques Dans le fonctionnement d'un tel capteur,

lorsqu'un rayonnement visible tombe sur le substrat 1 à tra-

vers chacun des filtres 3 R, 3 V et 3 B, des signaux de détec-

* tion respectifs sont émis par la région de photodiode 2 R

correspondant à un filtre chromatique rouge 3 R si le rayon-

nement visible incident contient la couleur rouge; par la

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région de photodiode 2 V correspondant au filtre chromatique vert 3 V si le rayonnement visible incident contient du vert et par la région de photodiode 2 B correspondant au filtre

chromatique bleu 3 B si le rayonnement visible incident con-

tient du bleu. La caractéristique de sensibilité à la lumière du silicium mondcristallin lui-même présente un pic dans une région infrarouge, comme le montre la courbe A de la figure 2 D'autre part, le filtre chromatique rouge 3 R présente un pic de transmission dans une bande de couleur rouge, mais la caractéristique correspondant à cette bande s'étend jusqu'à une région de rayonnement infrarouge bien qu'en s'atténuant Par conséquent, dans le cas o on utilise du silicium monocristallin en tant que couche active vis-à-vis

de la lumière, la région de photodiode 2 R destinée à détec-

ter la couleur rouge est sensible non seulement à la lumière de couleur rouge, mais également à un rayonnement infrarouge incident traversant le filtre chromatique rouge 3 R, bien qu'avec une atténuation correspondant à la caractéristique de sensibilité lumineuse décrite ci-dessus, ce qui fait que

l'information de couleur ne peut pas être détectée avec pré-

cision Dans ce capteur chromatique classique, on utilise le filtre de coupure du rayonnement infrarouge 4 pour supprimer un tel rayonnement infrarouge incident, et ce filtre est

donc obligatoire.

Cependant, outre le fait qu'elle complique la structure d'un capteur chromatique, l'existence d'un tel filtre de coupure du rayonnement infrarouge, 4, est également susceptible d'entralner un défaut consistant dans la cassure du substrat de silicium fragile 1 au cours de l'opération

dans laquelle le filtre 4 et les filtres chromatiques respec-

tifs 3 R, 3 V et 3 B sont superposés sur le substrat de silicium

monocristallin 1.

L'invention porte sur un capteur chromatique desti-

né à détecter la lumière dans plusieurs zones de longueurs d'onde particulières Un capteur chromatique conforme à l'invention comprend un substrat transparent capable de transmettre la lumière; plusieurs filtres optiques formés sur une surface principale du substrat transparent, ces filtres ayant des zones spectrales de transmission de la

lumière différentes et respectives; et un ensemble d'élé-

ments photosensibles sur l'autre surface principale du

substrat transparent, face au filtre optique respectif, cha-

que élément photosensible comprenant un semiconducteur amor-

phe ou un semiconducteur à phases mélangées comprenant un semiconducteur amorphe et un semiconducteur à structure microcristalline L'invention permet d'obtenir un capteur

chromatique dans lequel aucun filtre de coupure du rayonne-

ment infrarouge n'est nécessaire et dont le rendement de

fabrication est amélioré.

Dans un mode de réalisation préféré dé l'invention,

on détecte la lumière incidente en utilisant un effet photo-

voltaïque ou un effet de photoconductivité dans une couche

active vis-à-vis de la lumière.

Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, une couche active vis-à-vis de la lumière est formée sous la forme d'une seule couche commune à tous les éléments photosensibles, ce qui entraîne une simplification

du processus de fabrication.

Dans un autre mode de réalisation préféré de

l'invention, les rapports des aires de réception de la lumiè-

re d'un ensemble de couches actives vis-à-vis de la lumière sont déterminés de façon que toutes les couches actives

vis-à-vis de la lumière aient la même sensibilité lumineuse.

Il en résulte la possibilité d'améliorer la précision de la

détection des couleurs.

Un autre mode de réalisation préféré de l'inven-

tion comporte un élément photosensible qui n'est pas placé face à des filtres optiques, et on peut utiliser cet élément

photosensible pour compenser la sensibilité d'un capteur chro-

matique.

Dans un autre mode de réalisation préféré de l'in-

vention, un circuit de traitement est formé sur une surface

principale d'un substrat transparent, et ce circuit de trai-

tement est connecté électriquement aux éléments photosensi-

bles pour traiter des signaux de sortie provenant des élé-

ments photosensibles Conformément à ce mode de réalisation,

on peut réaliser un dispositif sous une forme intégrée.

Le but principal de l'invention est donc de réali-

ser un capteur chromatique dans lequel aucun filtre de cou-

pure du rayonnement infrarouge ne soit nécessaire et dans lequel le rendement de fabrication soit amélioré par rapport

à celui d'un capteur chromatique classique.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à

titre d'exemples non limitatifs La suite de la description

se réfère aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe schématique montrant un

capteur chromatique classique qui utilise du silicium mono-

cristallin en tant que couche active vis-à-vis de la lumiè-

re;

La figure 2 est un graphique montrant la caracté-

ristique de sensibilité-à la lumière du silicium monocris-

tallin et du silicium amorphe; Les figures 3 A et 3 B représentent respectivement une vue de face schématique, du côté d'arrivée de la lumière, d'un capteur chromatique conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention, et une coupe schématique selon la ligne IIIB IIIB' de la figure 3 A;

La figure 4 montre une caractéristique de trans-

mission de la lumière d'un filtre chromatique utilisé dans un mode de réalisation préféré de l'invention; La figure 5 est une coupe schématique montrant une

couche active vis-à-vis de la lumière d'un capteur chromati-

que conforme à l'invention, du type à jonction PIN; a 055 ? La figure 6 est une coupe schématique montrant une

couche active vis-à-vis de la lumière d'un capteur chromati-

que conforme à l'invention, qui n'est pas d'un type à jonc-

tion; Les figures 7 A et 7 B montrent respectivement une vue de face schématique, par le c 8 té d'arrivée de la lumière,

d'un capteur chromatique d'un autre mode de réalisation pré-

féré de l'invention, et une coupe schématique selon la ligne VIIB VIIB' de la figure 7 A Les figures 8 A, 8 B et 8 C montrent respectivement une vue de face schématique, par le c 8 té d'arrivée de la

lumière, d'un capteur chromatique d'un autre mode de réalisa-

tion préféré de l'invention, une coupe schématique selon la

ligne VIIIB VIIIB' de la figure 8 A, et une coupe schémati-

que selon la ligne VIIIC VIIIC' de la figure 8 A; Les figures 9 A et 9 B montrent respectivement une vue de face schématique, par le côté d'arrivée de la lumière,

d'un capteur chromatique d'un autre mode de réalisation pré-

féré de l'invention, et une coupe schématique selon la ligne IXB IXB' de la figure 9 A

La figure 10 montre un exemple d'une structure par-

ticulière d'un circuit de traitement utilisé dans le mode de réalisation de la figure 9; Les figures li A, 1 IB et li C montrent respectivement une vue de face schématique, par le côté d'arrivée de la

lumière, d'un capteur chromatique d'un autre mode de réalisa-

tion préféré de l'invention, une coupe schématique selon la ligne XIB XIB' de la figure li A, et une coupe schématique selon la ligne XIC XIC' de la figure li A

La figure 12 montre un exemple d'une structure par-

ticulière d'un circuit de traitement utilisé dans le mode de réalisation de la figure 11; et Les figures 13 A,13 B sont des vues de face sch matiues, par le côté d'arrivée de la lumière, montrant d' autresmodesde

réalisation d'un capteur chromatique conforme à l'invention.

On va maintenant considérer les figures 3 A et 3 B qui montrent respectivement une vue de face, par le côté

d'arrivée de la lumière, d'un capteur chromatique correspon-

dant à un mode de réalisation préféré de l'invention, et une coupe selon la ligne IIIB IIIB' Le capteur chromatique

comprend des premier, second et troisième éléments photosen-

sibles à cotfches minces, 11 R, 11 V et 11 B, qui sont formés sur un substrat transparent 10, par exemple en verre, en matière plastique ou en une matière analogue, ayant 0,3 mm d'épaisseur Les couches de filtre chromatique propres à chacun des éléments sont formées sur une surface principale

du substrat 10 Plus précisément, une couche de filtre chro-

matique rouge 15 R est formée en correspondance avec le pre-

mier élément photosensible 11 R, une couche de filtre chroma-

tique vert 15 V est formée en correspondance avec le second

élément photosensible 11 V et une couche de filtre chromati-

que-bleu 15 B est formée en correspondance avec le troisième élément photosensible 1 l B On utilise de préférence pour chacune des couches de filtre la matière WRATTEN GELATIN FILTER fabriquée par Eastman Kodak Incorporated On utilise par exemple la matière numéro 25 pour la couche de filtre chromatique rouge 15 R, la matière numéro 58 pour le filtre chromatique vert 15 V et la matière numéro 47 B pour le filtre chromatique bleu 15 B, et ces couches de filtre sont fixées sur le substrat par un adhésif consistant par exemple en une résine transparente Ces filtres ont les caractéristiques de

transmission de la lumière qui sont représentées sur la figu-

re 4 Les premier, second et troisième éléments photosensi-

bles 11 R, 11 V et 11 B sont formés par des empilements de cou-

ches comprenant des premières couches d'électrodes 12 R, 12 V et 12 B, des couches actives vis-à-vis de la lumière 13 R, 13 V et 13 B et des secondes couches d'électrodes 14 R, 14 V et 14 B,

et ces empilements sont déposés sur l'autre surface principa-

le du substrat Il Les empilements de couches respectifs sont

placés Individuellement face à la couche de filtre correspon-

dante. Les premières couches d'électrodes 12 R, 12 V et 12 B

consistent en électrodes transparentes formées par une matiè-

re conductrice de l'électricité et transparente, comme de l'oxyde d'étain, de l'oxyde d'indium-étain, etc, et les

secondes couches d'électrodes 14 R, 14 V et 14 B sont des élec-

trodes métalliques consistant en aluminium ou en une matière analogue. Les couches actives vis-à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B sont formées par un semiconducteur amorphe ou par

un semiconducteur à phases mélangées consistant en un semi-

conducteur amorphe et en un semiconducteur à structure micro-

cristalline, et elles ont environ 1 pm d'épaisseur A titre de semiconducteur amorphe, on connaît le silicium aporphe (Si amorphe), le carbure de silicium amorphe (Si C amorphe), le composé silicium-germanium amorphe (Si Ge amorphe), le nitrure de silicium amorphe (Si N amorphe) et le composé silicium-étain amorphe (Si Sn amorphe), qui sont formés sur n'impqrte quel substrat par une réaction dans un gaz, comme

par décharge luminescente Le semiconducteur à phases mélan-

gées est un mélange d'un tel semiconducteur amorphe et d'une

forme microcristalline de celui-ci On peut en outre incor-

porer dans ces substances de l'hydrogène ou des éléments de la famille des halogènes, ou bien on peut les doper avec de

l'arsenic (As), du phosphore (P), du bore (B) et de l'alumi-

nium (Al) De telles couches actives vis-à-vis de la lumière

peuvent être ou non d'un type à jonction.

En ce qui concerne le fonctionne-ment, on supposera tout d'abord que les couches actives vis-à-vis de la lumière,

13 R, 13 V et 13 B, sont d'un type à jonction, comme une jonc-

tion PN, une jonction PIN, une jonction PI, une jonction IN,

une jonction Schottky, une jonction à hétérophases, une jonc-

tion MIS avec interposition d'une couche isolante, etc Dans ces conditions, des électrons et/ou des trous à l'état libre sont générés dans les couches actives vis-à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B, sous l'effet de l'application à ces couches de lumière correspondant à des régions de longueurs d'onde

particulières sélectionnées par les filtres chromatiques res-

pectifs 15 R, 15 V et 15 B pour les couleurs rouge, verte et bleue, et ces électrons et/ou trous atteignent les premières électrodes transparentes respectives 12 R, 12 V et 12 B et les

secondes électrodes métalliques 14 R, 14 V et 14 B, ce qui génè-

re une force électromotrice photovoltaïque entre les paires d'électrodes respectives 12 R et 14 R, 12 V et 14 V, 12 B et 14 B. Si au contraire les couches actives vis-à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B, ne comportent pas les jonctions décrites ci-dessus, il apparait un phénomène de photoconduction dans lequel la conductivité augmente sous l'effet de la génération d'électrons et/ou de trous à l'état libre Ainsi, chacun des éléments photosensibles lîR, 11 V et 11 B est sensible à la

lumière incidente d'une région de longueurs d'onde particu-

lière, ce qui fait apparaître en sortie un signal ayant un

niveau correspondant à l'intensité de la lumière incidente.

Plus précisément, on peut déterminer le rapport des composan-

tes de longueurs d'onde de la lumière incidente à partir du niveau du signal de sortie provenant de chacun des éléments photosensibles ll R, 11 V et 11 B Par conséquent, lorsqu'on utilise conformément à ce mode de réalisation les filtres chromatiques 14 R, 15 V et 15 B correspondant aux couleurs rouge, verte et bleue, qui sont trois couleurs primaires de la

lumière, on peut obtenir la totalité de l'information chro-

matique. La caractéristique de sensibilité à la lumière d'un semiconducteur amorphe comporte une bande qui est presque entièrement comprise dans une zone de rayonnement visible, comme le montre la courbe B sur la figure 2 Un semiconducteur à phases mélangées formé par un semiconducteur amorphe et un semiconducteur à structure microcristalline présente également pratiquement la même caractéristique Pour cette raison, dans un capteur chromatique conforme à l'invention, même si un

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rayonnement infrarouge entre par le filtre chromatique rouge R, ce rayonnement n'est pratiquement pas détecté, ce qui permet de détecter une information chromatique précise sans utiliser un filtre de coupure du rayonnement infrarouge qui est habituellement nécessaire De plus, dans un capteur chro-

matique conforme à l'invention, chacun des filtres chromati-

ques 14 R, 14 V et 15 B est fixé à une surface du substrat qui se trouve du côté opposé aux couches actives vis-à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B, ce qui fait que ces couches ne peuvent pas être détériorées au cours de la mise en place des

filtres chromatiques.

On va maintenant décrire un mode de réalisation plus particulier en relation avec le processus de fabrication correspondant. Tout d'abord, pour former les premières électrodes

transparentes 12 R, 12 V et 12 B, on dépose de l'oxyde d'indium-

étain par pulvérisation cathodique, et on définit un motif dans l'oxyde déposé, sur une surface principale du substrat

transparent 10 On forme ensuite les couches actives vis-à-

vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B, sur ces électrodes.

Comme décrit précédemment, les couches actives

vis-à-vis de la lumière sont constituées par un semiconduc-

teur consistant en silicium amorphe ou par un semiconducteur à phases mélangées,, d'environ 1 pm d'épaisseur, dont le détail est représenté sur la figure 5 On décrira ceci en

détail en relation avec le processus de fabrication corres-

pondant On place le substrat transparent 10, ne comportant que les premières électrodes 12 R, 12 V et 12 B des éléments

photosensibles respectifs l ER, 11 V et 11 B, entre des électro-

des de réaction d'un four de réaction à plasma Ensuite, avec le substrat transparent 10 chauffé à environ 3000 C dans le four de réaction, on introduit dans ce four un gaz consistant en silane (Si H 4) et un gaz d'impureté consistant en diborane

(B 2 H 6), avec une concentration de 1000 ppm On applique ensui-

te aux électrodes de réaction précitées de l'énergie électri-

que de haute fréquence, à 13,56 M Hz et avec une puissance de W, de façon à produire une décharge luminescente, ce qui forme sur le substrat transparent 10 une couche de silicium amorphe 13 P, de type P, d'une épaisseur d'environ 10 nm On interrompt ensuite seulement l'introduction du gaz (B 2 H 6) et

on dépose une couche de silicium amorphe de type I (intrin-

sèque), 13 I, avec une épaisseur d'environ 500 nm On mélange ensuite au gaz de la phosphine (PH 3) faisant fonction de gaz d'impureté, avec une concentration de 1000 ppm, de façon à former une couche de silicium amorphe de type N, 13 N, avec une épaisseur d'environ 30 nm On obtient ainsi une seule

couche active vis-à-vis de la lumière, 13, qui est consti-

tuée par une couche de semiconducteur consistant en silicium amorphe (Si:H amorphe) contenant une jonction PIN, avec les couches P I et N respectives empilées sur le substrat transparent 10 D'autre part, du fait que la vitesse de croissance de la couche de silicium amorphe décrite ci- dessus est d'environ 1 um/h pour chacune des couches, on définit la

durée de façon à obtenir l'épaisseur désirée pour chaque cou-

che Jn tel processus de fabrication de diode au silicium amorphe gu moyen d'une décharge luminescente est bien connu,

comme il ressort du brevet FR-B 1-2 304 1 e 0.

On divise ensuite la couche active vis-à-vis de la

lumière, 13, décrite ci-dessus, consistant en silicium amor-

phe, en procédant par photogravure, attaque par plasma ou

d'une manière analogue, de façon à définir des motifs prédé-

terminés Cette division isole entre elles de façon sûre les couches actives vis-à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B qui

sont voisines Selon une variante, on peut former sélective-

ment dès le début les couches actives vis-à-vis de la lumiè-

re et séparées 13 R, 13 V et 13 B, en utilisant un masque

métallique, sans employer le procédé décrit ci-dessus.

On dépose ensuite l'électrode métallique 14, en aluminium, sur les couches actives vis-à-vis de la lumière,

13 R, 13 V et 13 B, décrites ci-dessus, puis on enlève les par-

ties inutiles de façon à former trois éléments photosensi-

bles li R, 11 V et 11 B sur le substrat transparent 10 décrit ci-dessus. Après formation des éléments photosensibles lîR, 11 V et 11 B de la manière décrite ci-dessus, on dispose les filtres chromatiques respectifs pour les couleurs rouge, verte et bleue sur l'autre surface principale du substrat transparent 10, face aux éléments photosensibles respectifs li R, 11 V et 11 B. Dans un dispositif de type photoconducteur qui ne comporte pas de jonction, on forme une couche non dopée (couche de type I) de 1 à 10 micromètres, soit par exemple micromètres, en procédant par décharge luminescente dans le gaz Si H 4 seulement La configuration des électrodes peut être identique à celle du type photovoltaique décrit ci-dessus, dans lequel les couches actives vis-à-vis de la

lumière, 13 R, 13 V et 13 B, sont intercalées entre des élec-

trodes transparentes 12 R, 12 V et 12 B et des électrodes métalliques 14 R, 14 V et 14 B, et cette configuration peut

également être du type dans lequel les couches actives vis-

à-vis de la lumière, 13 R, 13 V et 13 B, sont disposées direc-

tement sur le substrat transparent 10, tandis qu'une paire d'électrodes métalliques 14 et 14 ' sont disposées sur la surface principale à nu avec un écartement prédéterminé, comme le montre la figure 6 Outre le fait qu'elle permet de supprimer les électrodes transparentes 12 R, 12 V et 12 B, cette dernière configuration permet également d'éviter une légère atténuation de la lumière transmise, du fait de l'existence

des électrodes transparentes.

La figure 7 A est une vue de face, par le c 8 té d'irradiation par la lumière, d'un capteur chromatique correspondant à un autre mode de réalisation préféré de l'invention, et la figure 7 B est une coupe selon la ligne VIIB VIIB' de la figure 7 A Dans ce mode de réalisation, les éléments photosensibles ll R, 11 V et 11 B comprennent des électrodes transparentes 12 R, 12 V et 12 B, une couche active

vis-à-vis de la lumière, 13, constituée par un semiconduc-

teur amorphe, formée uniformément sur toute la surface, et des électrodes métalliques 14 R, 14 V et 14 B, les différents éléments étant empilés dans cet ordre sur une face du

substrat transparent 10.

Bien que la couche active vis-à-vis de la lumière,

13, soit formée par une telle couche commune unique de semi-

conducteur amorphe, sans division en couches individuelles pour chacun des éléments photosensibles lîR, 11 V et ll B, il

n'y a pratiquement pas de diaphonie entre les éléments pho-

tosensibles et les éléments respectifs peuvent donc être

pratiquement isolés led uns des autres du fait que le semi-

conducteur amorphe a une résistance plus élevée que celle d'un semiconducteur monocristallin classique De plus,

l'épaisseur de la couche est au plus de l'ordre d'un micro-

mètre, ce qui fait qu'on peut donner aux écartements entre chacun des éléments photosensibles 1 i R, 11 V et ll B une valeur' supérieure à l'épaisseur précitée de la couche On peut ainsi simplifier une opération de fabrication en formant chacun des éléments photosensibles 1 i R, 11 V et 1 l B avec une

seule couche commune de semiconducteur amorphe.

La figure 8 A est une vue de face, par le c 8 té d'irradiation par la lumière, d'un capteur chromatique qui

correspond-à un autre mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, et les figures 8 B et 8 C sont des coupes faites respec-

tivement selon les lignes VIIIB VIIIB' et VIIIC VIIIC' de la figure 8 A.

Ce mode de réalisation vise à améliorer la préci-

sion de la détection des couleurs dans un capteur chromatique

conforme à l'invention En particulier, bien que la caracté-

ristique de sensibilité à la lumière d'un semiconducteur amorphe comporte une zone ou une bande comprise dans une région de rayonnement visible, comme le montre la figure 2, cette zone n'est pas plate mais présente un pic au voisinage de 550 nm, comme le montre la figure De plus, les couches des filtres chromatiques respectifs 15 R, 15 V et 15 B n'ont pas une transmission identique, comme le montre la figure 4 et, en particulier, la couche du filtre chromatique rouge, 15 R, présente la transmission la plus élevée Pour cette raison,

les sensibilités à la lumière des premier à troisième élé-

ments'photosensibles 11 R, 11 V et 11 B sont différentes les unes des autres, ce qui fait apparaître des 'signaux de sortie

de détection différents, même dans le cas d'une même intensi-

té de la lumière incidente.

La caractéristique la plus importante de ce mode de réalisation consiste en ce que l'aire de réception de la

lumière dans chacun des éléments photosensibles est diffé-

rente, en correspondance avec la sensibilité à la lumière de chaque élément, et on donne la valeur la plus faible à l'aire de réception de la lumière de l'élément ayant la plus grande sensibilité à la lumière Plus précisément, les rapports entre les aires de réception de la lumière des premier, second et troisième éléments photosensibles 11 R, 11 V et 11 B sont fixés à environ 2:3:5, ce qui fait que la sensibilité à la lumière (rapport entre la tension de sortie et l'intensité de la lumière incidente) de chaque élément photosensible devient pratiquement égale, ce qui améliore la

précision de la détection des couleurs.

La figure 9 A est une vue de face, par le côté d'irradiation par la lumière, d'un capteur chromatique qui

correspond à un autre mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, et la figure 9 B est une coupe selon la ligne IXB IXB'.

Dans ce mode de réalisation, un capteur chromatique

conforme à l'invention comprend en outre un circuit de trai-

tement 20 qui est formé sur une surface principale d'un substrat 10, et ce circuit de traitement 20 est connecté électriquement aux paires de couches d'électrodes 12 R, 14 R; 12 V, 14 V; 12 B, 14 B des éléments photosensibles respectifs, et

il traite le signal de sortie de chacun des éléments photo-

sensibles. La connexion électrique du circuit de traitement 20 avec les couches d'électrodes respectives décrites ci-dessus est réalisée au moyen de chemins conducteurs 21, 21, qui s'étendent à partir des couches d'électrodes respectives De plus, une borne de source d'alimentation 22 et une borne de masse 23 connectées au circuit de traitement 20 et des bornes de sortie 24 R, 24 V et 24 B sont déposées et formées sur le

substrat 10.

La figure 10 montre un exemple d'une structure plus particulière pour le circuit de traitement 20, dans laquelle

les signaux de sortie des premier, second et troisième élé-

ments photosensibles 1 IR, 11 V et 1 l B entrent dans un détecteur de valeur maximale 31, par l'intermédiaire d'amplificateurs

correspondants 30 R, 30 V et 30 B Le détecteur de valeur maxi-

male 31 a une structure bien connue, comprenant un ensemble de comparateurs, et il détermine le niveau de sortie le plus

élevé parmi les signaux de sortie des amplificateurs respec- tifs 30 R, 30 V et 30 B,-et il émet ce niveau vers une ligne 32 R s'il

correspond à une couleur rouge, vers une ligne 32 V s'il correspond à une couleur verte, ou vers une ligne 32 B s'il

correspond à une couleur bleue.

Comme indiqué précédemment, ce mode de réalisation permet de réaliser un capteur chromatique sous une forme

intégrée, du fait qu'un circuit de traitement peut être inté-

gré sur un substrat d'un capteur chromatique -

La figure 11 A est une vue de face, par le côté d'irradiation par lalumière, d'un capteur chromatique qui

correspond à un autre mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, et les figures 11 B et l C sont des coupes respectives selon les lignes XIB XIB' et XIC XIC' de la figure li A. Ce mode de réalisation vise à améliorer la précision de la détection des couleurs d'un capteur chromatique conforme à l'invention, et il est caractérisé de ce fait par l'existence d'un quatrième élément photosensible 11 W placé en position

* adjacente aux premier, second et troisième éléments photo-

sensibles li R, 11 V et 11 B Le quatrième élément photosensi-

ble 11 W est formé sur le substrat 10, avec la même structure et la même manière que les autres éléments, mais il diffère des autres éléments dans la mesure o aucun filtre chromati- que n'est placé face à lui sur l'autre surface principale du

substrat 10.

On utilise le quatrième élément photosensible 11 W pour-corriger les signaux de sortie d'autres éléments, et la

figure 12 montre un exemple d'utilisation de cet élément.

Sur la figure 12, les signaux de sortie provenant des pre-

mier, second et troisième éléments photosensibles lîR, 11 V et 11 V entrent dans un détecteur de valeur maximale 31 par l'intermédiaire des amplificateurs correspondants 30 R, 30 V et 30 B, comme on l'a expliqué en relation avec le mode de réalisation des figures 9 A, 9 B Comme décrit précédemment, le détecteur de valeur maximale 31 détermine le niveau de

sortie le plus élevé parmi les signaux de sortie des ampli-

ficateurs 30 R, 30 V et 30 B et il émet ce niveau vers une ligne 32 R s'il correspond à une couleur rouge, vers une ligne 32 V s'il correspond à une couleur verte, ou vers une

ligne 32 B s'il correspond à une couleur bleue Dans ces con-

ditions, si par exemple la lumière incidente est d'une cou-

leur intermédiaire entre le rouge et le vert, la couleur rouge ayant une intensité légèrement supérieure à celle du vert, le détecteur de valeur maximas 31 produit un signal de sortie indiquant que la lumière incidente est rouge, bien que cette lumière soit d'une couleur intermédiaire Pour éviter l'apparition d'un tel signal de sortie, on utilise un signal de sortie du quatrième élément photosensible 11 W.

Plus précisément, le signal de sortie passe par l'amplifica-

teur 30 W, puis il est comparé dans les comparateurs 33 R, 33 V et 33 B au signal de sortie des autres amplificateurs, R, 30 V et 30 B Les comparateurs respectifs 33 R, 33 V et 33 B fournissent un signal de sortie si les niveaux de sortie des

premier, second et troisième éléments photosensibles respec-

tifs 1 i R, 11 V et ll B sont supérieurs à une fraction prédé-

terminée du niveau de sortie du quatrième élément photosensi-

ble 11 W Les signaux de sortie des comparateurs 33 R, 33 V et 33 B valident le fonctionnement du détecteur de valeur maxima-

le 31 par l'intermédiaire d'une porte OU 34.

Du fait que la quatrième élement photosensible 11 W ne comporte pas de filtre chromatique, son niveau de sortie

est supérieur à ceux de tous les autres éléments photosensi-

bles Les niveaux de sortie des premier, second et troisième éléments photosensibles li R, 11 V et 11 B sont inférieurs au niveau de sortie du quatrième élément photosensible 11 W, et si la lumière incidente est d'une couleur intermédiaire, les

niveaux de sortie des premier à troisième éléments photosen-

sibles diminuent encore davantage Par conséquent, on utili-

se à titre de référence le rapport entre les niveaux de sor-

tie des premier, second et troisième éléments photosensibles l R, 11 V et 1 l B dans le cas o la lumière incidente n'est pas d'une couleur intermédiaire, et le niveau de sortie du quatrième élément photosensible 11 W, et on conçoit alors les

comparateurs respectifs 33 R, 33 V et 33 B de façon que ces com-

parateurs ne produisent aucun signal de sortie si les niveaux

de sortie des premier, second et troisième éléments photosen-

sibles 11 R, 11 V et 11 B sont inférieurs à une telle référence.

Il en résulte que, comme indiqué précédemment, si le capteur

chromatique 10 reçoit de la lumière d'une couleur intermé-

diaire entre le rouge et le vert, le détecteur de valeur maximale 31 ne fonctionne pas et ne produit donc aucun

signal de sortie Par conséquent, ce mode de réalisation per-

met d'éviter'de détecter par erreur une couleur intermédiaire comme étant une autre couleur, ce qui permet d'améliorer la

précision de la détection des couleurs.

Les figures 13 A et 13 B montrent encore d'autres modes de réalisation d'un capteur chromatique conforme à l'invention Sur la figure 13 A, trois régions photosensibles 11 sont disposées de façon proche les unes des autres, de manière à être symétriques par rapport à un centre, tandis que sur la figure 13 B, six éléments photosensibles 11 sont disposés de façon proche les unes des autres, de manière à être symétriquespar rapport à un centre Des filtres opti- ques 15,,ayant différentes zones de longueurs d'onde de

transmission de la lumière,sont placés face aux régions pho-

tosensibles respectives 11, Du fait que l'utilisation de trois couleurs primaires de la lumière permet de couvrir la

totalité de la zone de rayonnement visible, on peut compen-

ser une sensibilité faible par l'utilisation de plusieurs filtres chromatiques 15, ayant une zone de longueurs d'onde qui correspond à une sensibilité relative faible, s'il y a six régions photosensibles 11, On peut de plus ajouter des filtres chromatiques 15, ayant la couleur cyan, la couleur magenta et la couleur jaune, qui sont les couleurs complémentaires des trois couleurs primaires rouge,

vert et bleu.

Bien que non représentée, une configuration dans laquelle un certain nombre de régions photosensibles sont disposées en ligne est également utile, en particulier en tant que lecteur optique pour la télécopie en couleur Dans ce cas, on dispose en ligne un grand nombre de sousensembles, chacun d'eux comprenant trois régions photosensibles, avec

des filtres chromatiques rouge, vert et bleu.

D'autre part, on sait qu'on peut aisément obtenir les semiconducteurs amorphes indiqués précédemment, ayant différentes caractéristiques de sensibilité à la lumière, en choisissant de façon appropriée la composition du gaz réactif et le rapport de composition Par exemple, lorsque le gaz réactif comprend Si H 4 et du méthane (CH 4), ce qui forme du carbure de silicium amorphe, la sensibilité à la lumière augmente du c 8 té des plus courtes longueurs d'onde, tandis que si on ajoute au gaz réactif du germane (Ge H) on obtient

un composé siliciumn-germanium amorphe, ce qui permet d'aug-

menter la sensibilité à la lumière du c 6 té des plus grandes

longueurs d'onde.

Bien que les électrodes transparentes 12 R, 12 V et 12 B et les électrodes métalliques 14 R, 14 V et 14 B soient disposées de façon séparée par rapport aux régions photosen- sibles respectives 11 R, 11 V et 11 B, on peut former n'importe quelle électrode de façon uniforme sur toute la région En particulier, lorsque les électrodes transparentes 12 R, 12 V et 12 B sont formées uniformément sur toute la région, le semiconducteur amorphe qui doit être superposé devient plan,

ce qui est très utile.

Comme ii ressort de la description précédente, un

capteur chromatique conforme à l'invention comprend des élé-

ments photosensibles dont les régions actives vis-à-vis de la lumière sont formées par un semiconducteur amorphe ou un

semiconducteur à phases mélangées, consistant en un semicon-

ducteur amorphe et en un semiconducteur à structure micro-

cristalline, dont la caractéristique de sensibilité à la lumière s'étend dans une bande de rayonnement visible De

ce fait, on peut supprimer un filtre de coupure du rayonne-

ment infrarouge qui est indispensable avec du silicium monocristallin classique, ayant un maximum de sensibilité dans la zone du rayonnement infrarouge De plus, du fait que le substrat transparent fait fonction d'élément de protection et de support permettant de former des filtres optiques définissant une zone de longueurs d'onde de sensibilité à la lumière, sans affecter défavorablement les couches fragiles

actives vis-à-vis de la lumière, on peut éviter une diminu-

tion du rendement de fabrication du dispositif.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Capteur chromatique destiné à détecter la lumiè-

re dans un ensemble prédéterminé de zones de longueurs d'onde particulières, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat transparent ( 10) capable de transmettre la lumière; un ensemble de filtres optiques ( 15 R, 15 V, 15 B) formés sur une première surface principale du substrat transparent ( 10) pour transmettre vers le substrat transparent ( 10) la lumière d'une zone de longueurs d'onde particulière, les différents filtres optiques ( 15 R, 15 V, 15 B) ayant des zones de longueurs

d'onde de transmission de la lumière différentes et respec-

tives; et un ensemble d'éléments photosensibles ( 11 R, 11 V, 11 B) formés sur une seconde surface principale du substrat

transparent ( 10), et situés face aux filtres optiques respec-

tifs ( 15 R, 15 V, 15 B), qui sont destinés à détecter la lumière

dans la zone de longueurs d'onde particulière qui est trans-

mise par les filtres optiques ( 15 R, 15 V, 15 B) et le substrat

transparent ( 10), chacun des éléments de l'ensemble d'élé-

ments photosensibles ( 11 R, 11 V, 1 B) comprenant une couche active visà-vis de la lumière ( 13 R, 13 V, 13 B) qui consiste en un semiconducteur amorphe ou en un semiconducteur à phases

mélangées, formé par un semiconducteur amorphe et un semicon-

ducteur à structure microcristalline.

2 Capteur chromatique selon la revendication 1,

caractérisé en ce que la couche active vis-à-vis de la lumiè-

re ( 13 R, 13 V, 13 B) est du type à jonction, ce qui fait que la détection de la lumière par l'élément photosensible ( 11 R, 11 V, 11 B) s'effectue au moyen d'une force électromotrice

photovoltaïique qui est générée lorsque de la lumière est pro-

jetée sur la jonction.

3 Capteur chromatique selon la revendication 1,

caractérisé en ce que la couche active vis-à-vis de la lumiè-

re ( 13 R, 13 V, 13 B) comprend un semiconducteur, ce qui fait

que la détection de la lumière par les éléments photosensi-

bles (li R, 11 V, 11 B) est basée sur une augmentation de la conductivité de ce semiconducteur unique qui se produit lorsque de la lumière est projetée sur le semiconducteur unique. 4 Capteur chromatique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche active

vis-à-vis de la lumière ( 13 R, 13 V, 13 B) consiste en une seule couche commune à l'ensemble d'éléments photosensibles

(l R, 11 V, 11 B).

5 Capteur-chromatique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les rapports des

aires de réception de lumière des couches actives vis-à-vis

de la lumière ( 13 R, 13 V, 13 B) qui sont respectivement incor-

porées dans-l'ensemble d'éléments photosensibles ( 11 R, 11 V, 11 B) sont déterminés de telle façon que, compte tenu de la

caractéristique de la sensibilité à la lumière du semicon-

ducteur formant les couches actives vis-à-vis de la lumière ( 13 R, 13 V, 13 B), toutes les couches actives vis-à-vis de la lumièçe aient la même sensibilité à la lumière, celle-ci étant définie par le rapport entre le niveau de sortie de

détection de lumière et l'intensité de la lumière incidente.

6 Capteur chromatique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en

outre un élément photosensible supplémentaire ( 11 W) qui est

formé sur la seconde surface principale du substrat transpa-

rent ( 10) dans un but de compensation de la sensibilité du

capteur chromatique, cet élément photosensible supplémentai-

re ( 11 W) n'étant placé face à aucun des filtres de l'ensem-

ble de filtres optiques ( 15 R, 15 V, 15 B) situés sur la pre-

mière surface principale du substrat transparent ( 10), de façon à détecter la lumière transmise à travers le substrat transparent ( 10) et non à travers les filtres optiques

( 15 R, 15 V, 15 B).

-7 Capteur chromatique selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de traitement ( 20) formé sur la seconde

surface principale du substrat transparent ( 10), et ce cir-

cuit de traitement ( 20) est connecté électriquement aux élé-

ments photosensibles ( 11 R, 11 V, 11 B) et il traite des signaux de sortie des éléments photosensibles ( 11 R, 11 V,

11 B).