JP2001015774A - 光センサ - Google Patents

光センサ

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JP2001015774A
JP2001015774A JP11181426A JP18142699A JP2001015774A JP 2001015774 A JP2001015774 A JP 2001015774A JP 11181426 A JP11181426 A JP 11181426A JP 18142699 A JP18142699 A JP 18142699A JP 2001015774 A JP2001015774 A JP 2001015774A
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JP
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photoelectric conversion
conversion unit
optical sensor
sensitivity
light
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JP11181426A
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Takashi Morimoto
隆史 森本
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率が高く、感度のよい光センサを
提供する。 【解決手段】 ガラス等の透明基板1上にアモルファス
半導体光センサの光電変換部2を形成し、透明基板1の
光電変換部2とは反対側の面に、分光反射膜として誘電
体多層膜3を形成する。光電変換部2に入射した光は、
一部が光電変換部2で吸収される。光電変換部2を透過
した光のうち特定の波長の光が誘電体多層膜3により良
好に反射されて、再び光電変換部2に入射し、吸収され
る。誘電体多層膜3は、光電変換部2において感度が悪
い、すなわち光電変換の効率の悪い波長の光を反射する
特性を有しており、その感度の悪い波長の光のみを反射
して、光電変換部2に再入射させることで、該波長の光
の感度を増加させている。これにより、光電変換部2の
波長による感度補正がなされ、感度のよい光センサを得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光センサに関し、
特にその分光感度補正に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光センサは、周知のように、光電変換部
において光エネルギーを電気信号に変換する素子であ
り、近年、多くの分野で使用されている。検出する光と
しては、目に見える可視光線から赤外線や紫外線、電磁
波までさまざまである。
【0003】一般に、光センサの光電変換部の光の波長
に対する感度特性は、材料等からその光センサ固有のも
のであり、光センサによって得られる電気信号、例えば
画像信号を良好なものにするためには、光の波長による
感度の差の少ない電気信号を得ることが望ましい。そこ
で、光の波長による感度を補正するため、従来、図9の
ような構成で光センサを用いている。
【0004】図9において、光入射窓20から入射した
光は、感度補正フィルタ21を通って、透明基板23上
に形成された光センサ22に入光する。このとき、感度
補正フィルタ21は、感度のよい波長の光を減衰させる
ように設定されており、これによって、全体としてセン
サの感度を同レベルにするようにしている。
【0005】図10は、上記感度補正フィルタ21の分
光感度補正原理図である。横軸は光の波長を、縦軸は分
光感度と分光透過率を示している。光センサ22の光電
変換部の感度特性をA(破線)で、それに対する感度補
正フィルタ21の分光透過率をB(一点鎖線)で示す。
このように、感度のよい波長の光の透過率を下げること
によって、感度フィルタ21を設置した後の感度特性は
C(実線)に示すように、検出できる光の波長に対し
て、ほぼ同レベルになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、光センサの材料
として、製造コストや任意形状の形成が可能な点からア
モルファス半導体が注目されている。しかしながら、ア
モルファス半導体を用いて形成された光センサは、膜応
力によるはがれ、割れを生じないため、また、低い電界
印加で作用を発現させたいため等の理由で、光電変換部
を薄膜にする必要がある。光電変換部が薄いと、当然感
度が悪くなるので、図10に示したような感度補正で
は、全体として光量が落ちてしまい、感度が低下して良
好な画像信号を得られないという問題が生じていた。
【0007】本発明は、光の利用効率が高く、感度のよ
い光センサを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載された発明は、光電変換部の光入射側
に対して反対側に、分光反射膜を設けている。この構成
によると、感度の悪い波長の光を分光反射膜で反射して
再度光電変換部に入射させることができるので、該波長
の光の感度が改善される。従って、感度のよい波長を減
衰させる方法によらずに光センサの波長による感度補正
を行えるので、光の利用効率が向上し、全体として感度
のよい光センサが得られる。
【0009】また請求項2に記載された発明は、上記光
電変換部がアモルファス半導体で構成されている。この
構成によると、製造コストや加工の容易さという点で有
用なアモルファス半導体が使用できる上に、感度のよい
光電変換部が得られる。
【0010】また請求項3に記載された発明は、上記分
光反射膜が誘電体多層膜で構成されている。この構成に
よると、誘電体多層膜で形成された分光反射膜は、フォ
トリソグラフィーによるパターニングができるので、光
電変換部の形状や大きさに合わせた微細加工が可能とな
る。
【0011】また請求項4に記載された発明は、上記分
光反射膜が高反射率膜と着色層で構成されている。この
構成によると、高反射率膜と着色層で形成された分光反
射膜は、フォトリソグラフィーによるパターニングがで
きるので、光電変換部の形状や大きさに合わせた微細加
工が可能となる。
【0012】また請求項5に記載された発明は、上記分
光反射膜が誘電体多層膜と着色層で構成されている。こ
の構成によると、誘電体多層膜と着色層で形成された分
光反射膜は、フォトリソグラフィーによるパターニング
ができるので、光電変換部の形状や大きさに合わせた微
細加工が可能となる。
【0013】また請求項6に記載された発明は、上記光
電変換部と上記分光反射膜が、透明な部材で隔てられて
いる。この構成によると、光電変換部において感度補正
に悪影響を与える光の干渉が起こりにくくなり、良好な
感度補正を行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を参照して
説明する。ここで示す実施形態では、いずれも光は紙面
上方から入射する構成となっている。図1は、本発明の
第1実施形態の光センサの構成図である。ガラス等の透
明基板1上にアモルファス半導体光センサの光電変換部
2を形成し、透明基板1の光電変換部2とは反対側の面
に、分光反射膜として誘電体多層膜3を形成する。
【0015】光電変換部2に入射した光は、一部が光電
変換部2で吸収される。光電変換部2を透過した光のう
ち特定の波長の光が誘電体多層膜3により良好に反射さ
れ、再び光電変換部2に入射して吸収される。誘電体多
層膜3は、光電変換部2において感度が悪い、すなわち
光電変換の効率の悪い波長の光を反射する特性を有して
おり、その感度の悪い波長の光のみを反射して、光電変
換部2に再入射させることで、該波長の光の感度を増加
させている。これにより、光電変換部2の波長による感
度補正がなされる。
【0016】図2は、第2実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1にアモルファス半導体光
センサの光電変換部2を形成する。別の透明基板4に分
光反射膜として誘電体多層膜3を形成し、重ね合わせ
る。光電変換部2に入射した光は、一部が光電変換部2
で吸収される。光電変換部2を透過した光のうち特定の
波長の光が誘電体多層膜3により良好に反射され、再び
光電変換部2に入射して吸収され、感度補正がなされ
る。尚、本実施形態は、光電変換部2と誘電体多層膜3
とを同時に形成することが容易になる等の製法上の利点
を有する。
【0017】図3は、第3実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1上にアモルファス半導体
光センサの光電変換部2を形成し、透明基板1の光電変
換部2とは反対側の面に、分光反射膜として誘電体多層
膜3を形成する。別の透明基板4に同様に分光反射膜と
して誘電体多層膜5を形成し、重ね合わせる。
【0018】光電変換部2に入射した光は、一部が光電
変換部2で吸収される。光電変換部2を透過した光のう
ち特定の波長の光が誘電体多層膜3により良好に反射さ
れ、再び光電変換部2に入射して吸収される。誘電体多
層膜3をも透過した光は、誘電体多層膜5で反射され、
誘電体多層膜3を経て、光電変換部2に再入射し、吸収
される。このように、複数の誘電体多層膜を組み合わせ
て1つの分光反射膜とした場合、分光反射膜の特性設計
の自由度が増し、設計者の意図に合ったより高度な感度
補正がなされる。
【0019】図4は、第4実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1にアモルファス半導体光
センサの光電変換部2を形成する。その上に透明膜6を
形成し、その後、分光反射膜として誘電体多層膜3を形
成する。光電変換部2に入射した光は、一部が光電変換
部2で吸収され、透過した光のうち特定の波長の光が誘
電体多層膜3により良好に反射され、再び光電変換部2
に入射して吸収される。
【0020】第1、第2及び第3の実施形態において
は、光電変換部2と分光反射膜である誘電体多層膜3の
間に透明基板1または透明基板4が配された構成であっ
た。これは、光電変換部2と誘電体多層膜3を接する構
成とした場合、光電変換部2が誘電体多層膜3と光の干
渉を起こし易くなり、所望の分光反射特性を得ることが
できなくなる恐れがあるからである。従って、両者の間
には、光のコヒーレント長以上の隔たりを設けることが
望ましく、通常、透明基板1または透明基板4であれ
ば、その間隔を保持できる。
【0021】一方、第4実施形態のように、光電変換部
2と誘電体多層膜3を、透明基板1の同じ側に形成する
場合は、図示のように、光のコヒーレント長以上の膜厚
の透明膜6を形成しなければならない。このように透明
基板1の同じ側に光電変換部2と誘電体多層膜3を形成
すると、光電変換部2ごとに誘電体多層膜3による分光
反射の特性を変えることが容易になるので、画素ごとに
異なった感度補正が可能となる。
【0022】図5は、第5実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1にアモルファス半導体光
センサの光電変換部2を形成する。その上に、分光反射
膜として着色フィルタ膜7及び高反射率膜8を形成す
る。高反射率膜8は、通常アルミニウム等の金属で形成
される全反射膜である。そのため、その前に着色フィル
タ膜7を設置して、特定の波長の光のみを反射できるよ
うにする。着色フィルタ膜7は、例えばゼラチン状の膜
である。
【0023】光電変換部2に入射した光は、一部が光電
変換部2で吸収される。光電変換部2を透過した光のう
ち特定の波長の光が、着色フィルタ膜7及び高反射率膜
8から成る分光反射膜により良好に反射されて、再び光
電変換部2に入射し、吸収される。
【0024】着色フィルタ膜7及び高反射率膜8から成
る分光反射膜も、上記誘電体多層膜3と同様に、光電変
換部2において感度が悪い、すなわち光電変換の効率の
悪い波長の光を反射する特性を有しており、その感度の
悪い波長の光のみを反射して、光電変換部2に再入射さ
せることで、光電変換部2の波長による感度補正がなさ
れる。この構成においても、第4実施形態と同様に、画
素ごとに異なった感度補正が可能となる。
【0025】図6は、第6実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1にアモルファス半導体光
センサの光電変換部2を形成する。その上に、透明膜6
を形成後、分光反射膜として第5実施形態と同様の着色
フィルタ膜7及び高反射率膜8を形成する。光電変換部
2に入射した光は、一部が光電変換部2で吸収され、透
過した光のうち特定の波長の光が着色フィルタ膜7及び
高反射率膜8から成る分光反射膜により良好に反射され
て、再び光電変換部2に入射し、吸収される。
【0026】着色フィルタ膜7及び高反射率膜8から成
る分光反射膜では、第4実施形態で説明したような光の
干渉は起こりにくいが、光電変換膜2と着色フィルタ膜
7の間に、光のコヒーレント長以上の膜厚の透明膜6を
形成してもよい。この場合も同様に、画素ごとに異なっ
た感度補正が可能となる。
【0027】図7は、第7実施形態の光センサの構成図
である。ガラス等の透明基板1にアモルファス半導体光
センサの光電変換部2を形成する。透明基板1の光電変
換部2とは反対側の面に、分光反射膜として着色フィル
タ膜7及び高反射率膜8を形成する。光電変換部2に入
射した光は、一部が光電変換部2で吸収され、透過した
光のうち特定の波長の光が、着色フィルタ膜7及び高反
射率膜8から成る分光反射膜により良好に反射されて、
再び光電変換部2に入射し、吸収される。
【0028】図8は、本発明を適用した光センサの感度
補正原理図である。上記第1から第7の実施形態のいず
れも、この原理図に沿った感度補正を行える。横軸は光
の波長を、縦軸は分光感度と分光反射率を示している。
光センサの光電変換部の感度特性をa(破線)で、それ
に対する分光反射膜の分光反射率をb(一点鎖線)で示
す。このように、感度の悪い波長の光を特定的に反射し
て光電変換部に再入射させることによって、分光反射膜
を設置した後の感度特性がc(実線)に示すように、検
出できる光の波長全体に渡って同レベルになり、且つ高
感度化される。
【0029】尚、上記光センサの光電変換部としては、
外部キャリア注入を阻止する阻止型、光導電性を利用す
る光導電型、発生した信号電荷を増倍する増倍型等が使
用できる。
【0030】分光反射膜としては、上記実施形態として
図示したものに限らず、増強すべき波長域の光を反射す
る機能を有するものであればどのようなものでもよく、
誘電体多層膜、高反射膜、着色層の別の組み合わせも可
能である。例えば、第7実施形態において、高反射率膜
8を誘電体多層膜とすることもできる。また、分光反射
膜は同一基板に積層されて形成したものに限られず、2
つ以上の基板に形成されたものを組み合わせて、分光反
射膜としてもよい。
【0031】これまでの説明は、光センサの感度を各波
長域で同レベルにするためのものであったが、例えばレ
ーザー光等の使用波長が限定される用途において、特定
波長についての感度を増加させるようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】請求項1の発明によると、光電変換部を
透過した光のうち、感度の悪い波長を分光反射膜で反射
して再度光電変換部に入射させることができるので、該
波長の光の感度が改善される。従って、感度のよい波長
を減衰させる方法によらず、感度の高いレベルで光セン
サの波長による感度補正を行えるので、光の利用効率が
向上し、全体として感度のよい光センサが得られる。
【0033】請求項2の発明によると、請求項1の効果
に加えて、アモルファス半導体の使用により加工が容易
となり製造コストを削減できる。
【0034】請求項3の発明によると、請求項1の効果
に加えて、誘電体多層膜で形成された分光反射膜は、フ
ォトリソグラフィーによるパターニングができるので、
光電変換部の形状や大きさに合わせた微細加工が可能と
なる。また、複数の誘電体多層膜を使用した分光反射膜
であれば、分光反射の特性設計の自由度が増し、用途に
合わせた光センサを得ることができる。
【0035】請求項4、請求項5の発明によると、請求
項1の効果に加えて、高反射率膜と着色層で形成された
分光反射膜、或は誘電体多層膜と着色層で形成された分
光反射膜は、フォトリソグラフィーによるパターニング
ができるので、光電変換部の形状や大きさに合わせた微
細加工が可能となる。
【0036】請求項6の発明によると、請求項1の効果
に加えて、透明な部材によって、光電変換部における光
の干渉が生じ、所望の分光反射特性が実現できなくなる
ことを防止し、感度のよい光電変換部が得られる。特
に、1つの透明基板に対して同じ側に光電変換部と分光
反射膜を構成する場合において、光電変換部ごとに分光
反射特性を設定できるので、画素ごとに感度補正が行
え、多様な用途に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の光センサの構成
図である。
【図2】 本発明の第2実施形態光のセンサの構成
図である。
【図3】 本発明の第3実施形態の光センサの構成
図である。
【図4】 本発明の第4実施形態の光センサの構成
図である。
【図5】 本発明の第5実施形態の光センサの構成
図である。
【図6】 本発明の第6実施形態の光センサの構成
図である。
【図7】 本発明の第7実施形態の光センサの構成
図である。
【図8】 本発明の感度補正原理図である。
【図9】 従来の光センサの構成図である。
【図10】 従来の感度補正原理図である。
【符号の説明】
1、4 透明基板 2 光電変換部 3、5 誘電体多層膜 6 透明膜 7 着色フィルタ膜 8 高反射率膜 20 光入射窓 21 感度補正フィルタ 22 光センサ 23 透明基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換部の光入射側に対して反対側に、
    分光反射膜を設けたことを特徴とする光センサ。
  2. 【請求項2】上記光電変換部がアモルファス半導体で構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載の光セン
    サ。
  3. 【請求項3】上記分光反射膜が誘電体多層膜で構成され
    ていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
    の光センサ。
  4. 【請求項4】上記分光反射膜が高反射率膜と着色層で構
    成されていることを特徴とする請求項1または請求項2
    に記載の光センサ。
  5. 【請求項5】上記分光反射膜が誘電体多層膜と着色層で
    構成されていることを特徴とする請求項1または請求項
    2に記載の光センサ。
  6. 【請求項6】上記光電変換部と上記分光反射膜が、透明
    な部材で隔てられていることを特徴とする請求項1乃至
    請求項5のいずれかに記載の光センサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006003843A1 (ja) * 2004-07-05 2006-01-12 Hamamatsu Photonics K.K. 光検出器
JP2018093149A (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 日本電信電話株式会社 受光素子

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