JP2007127443A - Photodetector and photodetection method - Google Patents

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Akitoshi Okino
晃俊 沖野
Shuichi Miyahara
秀一 宮原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reductions of information on the light intensity of a photosensor having regions unable to detect light and efficiently use light irradiated to the regions unable to detect light of the photosensor. <P>SOLUTION: A photodetector or a photodetection method comprises the photosensor having a photodetection plane having a plurality of photodetection regions and the regions unable to detect light and adjacent to the photodetection regions; a light irradiation part for irradiating light to the photodetection plane; and a displacement action part for displacing the photodetection plane relatively to a position of light irradiation. By displacing the position of light irradiation relatively to the photodetection plane, light irradiated to the regions unable to detect light is irradiated to the photodetection regions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、CCD、フォトダイオードアレイ、MCPなどの複数の光検出素子や増幅素子で構成された光検出面を有する光センサーを用いた光検出に関するものである。
The present invention relates to photodetection using a photosensor having a photodetection surface composed of a plurality of photodetection elements such as a CCD, a photodiode array, and an MCP and an amplification element.

従来、マルチチャンネル型分光器は、回折格子などからなる分光系より光を波長ごとに分離し、固定されたCCDやフォトダイオードアレイなどの面検出型光センサーを用いて分離した光を測定し、光強度の情報を測定していた。しかし、面検出型光センサーは、いずれも微細な光検出素子の集合体である。そのため、画素と同程度あるいはそれ以下の大きさの光は、画素と画素にまたがって照射されると、画素間の光検出不能領域にも照射され、光の強度が低下すると共に、それぞれの画素にも分散して出力され、光強度の情報が低下することになる。更に、二つの画素から光強度の情報が出力されるため、分解能が低下することになる。
Conventionally, a multi-channel spectrometer separates light for each wavelength from a spectroscopic system consisting of a diffraction grating, etc., and measures the separated light using a surface detection type photosensor such as a fixed CCD or photodiode array, Light intensity information was measured. However, each of the surface detection type photosensors is an assembly of fine photodetection elements. Therefore, when the light having the same size as or smaller than the pixel is irradiated across the pixels, the light non-detectable region between the pixels is also irradiated, and the light intensity is reduced. Are also output in a distributed manner, and the light intensity information is reduced. Furthermore, since the information on the light intensity is output from the two pixels, the resolution is lowered.

(1)本発明は、光検出不能領域を有する光センサーの光強度の情報の低下を抑えることにある。
(2)また、本発明は、光センサーの光検出不能領域に照射される光を有効に活用することにある。
(3)また、本発明は、光検出領域の大きさで決まる分解能を超える分解能を実現することにある。
(1) An object of the present invention is to suppress a decrease in light intensity information of an optical sensor having a non-detectable region.
(2) Moreover, this invention exists in utilizing effectively the light irradiated to the light undetectable area | region of an optical sensor.
(3) Further, the present invention is to realize a resolution exceeding the resolution determined by the size of the light detection region.

(1)本発明は、複数個の光検出領域と、光検出領域に隣接した光検出不能領域を持つ光検出面を有する光センサーと、光検出面に光を照射する光照射部と、光の照射位置に対して光検出面を相対的に変位する変位作用部と、を備え、光の照射位置を光検出面に対して相対的に変位して、光検出不能領域に照射されている光を光検出領域に照射する、光検出装置にある。
(2)また、本発明は、複数個の光検出領域と、光検出領域に隣接して光検出不能領域を有する光検出面を備えた光センサーで光を検出する、光検出方法において、光の照射位置に対して光検出面を相対的に変位して、光検出不能領域に照射されている光を光検出領域に照射する、光検出方法にある。
(1) The present invention provides a photosensor having a photodetection surface having a plurality of photodetection regions, a nondetectable region adjacent to the photodetection region, a light irradiation unit for irradiating light on the photodetection surface, A displacement acting portion that displaces the light detection surface relative to the irradiation position of the light, and the light irradiation position is displaced relative to the light detection surface to irradiate the non-detectable region It is in a light detection device that irradiates light detection areas.
(2) Furthermore, the present invention provides a light detection method for detecting light with a light sensor having a plurality of light detection regions and a light detection surface having a light detection non-detectable region adjacent to the light detection region. In the light detection method, the light detection surface is displaced relative to the irradiation position of the light to irradiate the light detection region with the light applied to the non-detectable region.

(光検出装置)
光検出装置は、分光器やパターン検出装置などに用いられる光センサー、光センサーに光を照射する光照射部、光センサーの光検出面と光の照射位置を相対的に変位する変位作用部などを備えている。この構成により、光検出装置は、光検出面の変位と同期して、照射光を測定することで、光の照射位置と強度の情報を同時に検出することができる。それにより、光検出装置は、例えば、画素と同程度、或いはそれ以下の大きさの光線が、光検出面の画素と画素の間の光検出不能領域に照射された際に生じる感度や分解能などの低下を防止することができる。又は、光検出装置は、光検出面に照射される光パターンの境界が、画素と画素の間の光検出不能領域にかかる場合でも、パターンの境界位置を正確に測定することができる。又は、光センサーの経年変化による画素毎の感度のばらつきや、若しくは、不良画素があっても、その近傍の画素を用いて、補正することができる。又は、見かけ上の画素数の分解能を向上することができる。
(Photodetection device)
Photodetectors include photosensors used in spectroscopes, pattern detectors, etc., a light irradiator that irradiates light to the light sensor, a displacement action part that relatively displaces the light detection surface of the photosensor and the light irradiation position, etc. It has. With this configuration, the light detection device can simultaneously detect the light irradiation position and intensity information by measuring the irradiation light in synchronization with the displacement of the light detection surface. Thereby, for example, the light detection device has a sensitivity or resolution that is generated when a light beam having a size equal to or smaller than that of the pixel is applied to a non-detectable region between the pixels on the light detection surface. Can be prevented. Alternatively, the light detection device can accurately measure the boundary position of the pattern even when the boundary of the light pattern irradiated on the light detection surface is in a light undetectable region between the pixels. Alternatively, even if there is a variation in sensitivity for each pixel due to aging of the optical sensor, or there is a defective pixel, it can be corrected using a pixel in the vicinity thereof. Alternatively, the resolution of the apparent number of pixels can be improved.

光センサーは、CCD、フォトダイオードアレイ、MCPなど複数の光検出素子や増感素子が線状又は面状に配列されたものである。また、光センサーは、光を線状又は面状に検出できる光検出面を備えている。光検出面は、光を検出できる複数の光検出領域と、光を検出できない光検出不能領域とを備えている。光検出領域は、光を検出できる領域であり、画素であり、例えばCCD、受光ダイオードなどの光検出素子や増感素子などがある。光検出不能領域は、光検出領域の間の光を検出できない領域、又は、光検出が不能になった光検出領域又は感度が劣化した光検出領域である。光検出が不能になった光検出領域又は感度が劣化した光検出領域は、例えば、不良画素、不良の光検出素子、不良の増感素子がある。光センサーのCCDは、近紫外から近赤外に感度があり、蛍光面と組み合わせることで、深紫外からX線領域まで使用可能となる。又は、光センサーは、CCDと、MCPなどのイメージインテンシフファイヤーと組み合わせることで、感度を向上することができる。フォトダイオードアレイは、X線領域から可視光に感度があり、光増幅器やゲート機能を持つISPDなどがある。   The optical sensor is a sensor in which a plurality of photodetecting elements and sensitizing elements such as a CCD, a photodiode array, and an MCP are arranged in a linear or planar shape. The optical sensor includes a light detection surface that can detect light in a linear or planar shape. The light detection surface includes a plurality of light detection areas where light can be detected and a light non-detectable area where light cannot be detected. The light detection region is a region where light can be detected and is a pixel, such as a light detection element such as a CCD or a light receiving diode, or a sensitizing element. The light undetectable region is a region where light between the light detection regions cannot be detected, a light detection region where light detection is disabled, or a light detection region where sensitivity has deteriorated. Examples of the light detection region in which light detection is disabled or the light detection region in which sensitivity has deteriorated include a defective pixel, a defective light detection element, and a defective sensitizer. The CCD of the optical sensor has sensitivity from near ultraviolet to near infrared, and can be used from deep ultraviolet to X-ray region by combining with a fluorescent screen. Alternatively, the sensitivity of the optical sensor can be improved by combining a CCD and an image intensifier such as MCP. The photodiode array is sensitive to visible light from the X-ray region, and includes an optical amplifier and ISPD having a gate function.

変位作用部は、光センサーの光検出面と、光検出面の光の照射位置を相対的に変位するものである。変位とは、移動、振動など位置の変化を言い、どのような方法でも行っても良い。変位作用部は、例えば、ピエゾ素子を使用でき、微細な振動を物体に付与することができる。変位作用部は、光センサーに変位を付与しても、又は、光を照射する側の光照射部に変位を付与しても良い。   The displacement action part relatively displaces the light detection surface of the photosensor and the light irradiation position on the light detection surface. Displacement refers to a change in position such as movement and vibration, and any method may be used. For example, a piezo element can be used as the displacement action unit, and fine vibrations can be applied to the object. The displacement acting unit may give displacement to the optical sensor, or may give displacement to the light irradiation unit on the light irradiation side.

図1は、マルチチャンネル型分光器(ポリクロメータ)として使用する光検出装置の例を示している。マルチチャンネル型分光器は、複数の波長の光を同時に測定する分光器である。光源1からの光は、入射スリット12を通り、絞られて回折格子13に入射する。その光は、回折格子13により、波長ごとに分離される。分離された異なった波長の各光線14は、光センサー20の光検出面21の異なった位置に入射する。光センサー20の光検出面21は、多数の光検出領域22と、光検出領域22の間にある光検出不能領域23を有する。光照射部10は、光源11、入射スリット12、回折格子13などで構成される。   FIG. 1 shows an example of a photodetection device used as a multichannel spectrometer (polychromator). A multi-channel spectrometer is a spectrometer that measures light of a plurality of wavelengths simultaneously. The light from the light source 1 passes through the entrance slit 12, is narrowed down, and enters the diffraction grating 13. The light is separated for each wavelength by the diffraction grating 13. The separated light beams 14 having different wavelengths are incident on different positions of the light detection surface 21 of the photosensor 20. The light detection surface 21 of the light sensor 20 has a large number of light detection regions 22 and a light undetectable region 23 between the light detection regions 22. The light irradiation unit 10 includes a light source 11, an entrance slit 12, a diffraction grating 13, and the like.

光検出面21で受光した各光線14、14、・・・の位置と強度の信号は、増幅器41で増幅して、コンピュータ40で処理される。これにより、異なった波長の光の照射位置と強度は、コンピュータ40の記憶装置に記憶することができる。   The position and intensity signals of the light beams 14, 14,... Received by the light detection surface 21 are amplified by the amplifier 41 and processed by the computer 40. Thereby, the irradiation position and intensity | strength of the light of a different wavelength can be memorize | stored in the memory | storage device of the computer 40. FIG.

変位作用部30は、光センサー20に振動などの変位を作用する。光センサー20の変位量は、位置検出部31で測定する。変位作用部30と位置検出部31は、光検出面21の変位の付与と、その変位量を検出できれば良く、一体に構成されていても良い。変位作用部30と位置検出部31により、光検出面21と光検出面21に対する光線14の照射位置との相対変位量を、ある時点ごとに測定し、その位置情報をコンピュータ40に送信する。変位作用部30と位置検出部31は、1軸だけでなく、2軸、又は3軸を用いて、平面的に又は立体的に、光センサーに変位を与え、位置を測定しても良い。平面的に又は立体的とは、平行移動だけでなく、回転運動も含めた運動でもよい。例えば、光検出面21は、その中心部を支点にシーソー状に振動し、又は、その中心部を支点に回転運動をし、又は、シーソー状の振動と回転運動の合成された運動でもよい。   The displacement acting unit 30 acts a displacement such as vibration on the optical sensor 20. The displacement amount of the optical sensor 20 is measured by the position detection unit 31. The displacement action unit 30 and the position detection unit 31 only need to be able to apply the displacement of the light detection surface 21 and detect the amount of displacement, and may be configured integrally. The displacement acting unit 30 and the position detection unit 31 measure the relative displacement between the light detection surface 21 and the irradiation position of the light beam 14 with respect to the light detection surface 21 at a certain time point, and transmit the position information to the computer 40. The displacement acting unit 30 and the position detecting unit 31 may measure the position by giving displacement to the optical sensor planarly or three-dimensionally using not only one axis but also two or three axes. The term “planar” or “three-dimensional” may include not only parallel movement but also movement including rotational movement. For example, the light detection surface 21 may vibrate in a seesaw shape with its center portion as a fulcrum, or may rotate with the center portion as a fulcrum, or a combined motion of seesaw-like vibration and rotation motion.

光検出装置は、分離された複数の周波数の光線14、14、・・・を光検出面に照射すると同時に、光検出面21に変位を与える。光検出装置は、ある時点において光検出面21により光線の照射位置と強度を測定すると共に、位置測定部31により光検出面の変位位置を測定する。同様に、光検出装置は、別の時点において光の照射位置と強度を測定すると共に、光検出面の変位位置を測定する。これらの測定値をコンピュータ40で処理することにより、ある時点では、光検出不能領域に照射されていた光線が、別の時点では、光検出領域に照射されることになり、検出不能な光線も確実に検出することができる。これにより、光検出装置は、分光された光の照射位置や強度を正確に測定でき、分解能を高めることができる。   The light detection device irradiates the light detection surface with the separated light beams 14, 14,... The light detection apparatus measures the irradiation position and intensity of the light beam by the light detection surface 21 at a certain time, and measures the displacement position of the light detection surface by the position measurement unit 31. Similarly, the photodetection device measures the irradiation position and intensity of light at another time and measures the displacement position of the photodetection surface. By processing these measured values by the computer 40, the light beam that has been irradiated to the non-detectable region at one time point is irradiated to the light detection region at another time point, and the undetectable light beam is also detected. It can be detected reliably. Thereby, the photodetection device can accurately measure the irradiation position and intensity of the dispersed light, and can increase the resolution.

図2は、光パターン17の形状を検出する光検出装置の例を示している。光源11からの光は、レンズなどの光学系15を通り、例えば光軸に平行な無数の光線となり、フォトマスク16に入射する。フォトマスク16は、光の透過領域161と不透過領域162を有している。平行な光線は、フォトマスク16の透過領域161を通り、光センサー20の光検出面21に照射される。光検出面21には、フォトマスク16の透過領域161の形状の同じ光パターン17が照射される。光照射部10は、光源11、光学系15、フォトマスク16などで構成される。   FIG. 2 shows an example of a light detection device that detects the shape of the light pattern 17. The light from the light source 11 passes through an optical system 15 such as a lens and becomes, for example, innumerable light rays parallel to the optical axis and enters the photomask 16. The photomask 16 has a light transmission region 161 and a non-transmission region 162. The parallel light rays pass through the transmission region 161 of the photomask 16 and irradiate the light detection surface 21 of the photosensor 20. The light detection surface 21 is irradiated with the light pattern 17 having the same shape as the transmission region 161 of the photomask 16. The light irradiation unit 10 includes a light source 11, an optical system 15, a photomask 16, and the like.

光検出面21で受光した光パターン17の画像信号は、増幅器41で増幅して、コンピュータ40で処理される。これにより、光パターン17の照射位置信号と強度信号は、コンピュータ40の記憶装置などに記憶される。変位作用部30と位置検出部31は、光検出面21の変位位置を測定し、その位置情報をコンピュータ40に送信する。変位作用部30と位置検出部31は、図1の光検出装置と同様に、1軸だけでなく、2軸、又は3軸を用いて、光センサーに変位を与え、位置を測定しても良い。   The image signal of the light pattern 17 received by the light detection surface 21 is amplified by the amplifier 41 and processed by the computer 40. Thereby, the irradiation position signal and the intensity signal of the light pattern 17 are stored in the storage device of the computer 40 or the like. The displacement action unit 30 and the position detection unit 31 measure the displacement position of the light detection surface 21 and transmit the position information to the computer 40. The displacement acting unit 30 and the position detecting unit 31 may measure the position by displacing the optical sensor using not only one axis but also two or three axes, similarly to the photodetecting device of FIG. good.

光検出装置は、光パターン17を光検出面21に照射しながら、光検出面21に変位を付与する。光検出装置は、ある時点において光検出面21により光パターンの形状と強度を測定すると共に、位置測定部31により光検出面21の位置を測定し、同様に、別の時点において光パターン17の形状と強度を測定すると共に、光検出面21の位置を測定する。これらの測定値をコンピュータ40で処理することにより、ある時点では、光検出不能領域23に照射されていた光が、別の時点では、光検出領域に照射されることになり、光パターンの周囲の輪郭も確実に検出することができる。
The light detection device applies displacement to the light detection surface 21 while irradiating the light detection surface 21 with the light pattern 17. The light detection device measures the shape and intensity of the light pattern by the light detection surface 21 at a certain time, and measures the position of the light detection surface 21 by the position measurement unit 31. The shape and intensity are measured, and the position of the light detection surface 21 is measured. By processing these measured values by the computer 40, the light that has been applied to the non-detectable region 23 at one point in time will be irradiated to the photo-detecting region at another point in time. It is also possible to reliably detect the contour of.

(光の検出方法)
図3は、光線の強度分布と、光センサーの光検出面の位置を示している。図3(A)は、光検出面が一定の位置にある状態で、光線が光検出面に照射された状態を示している。強度分布は、複数の光検出領域22a、22b、22cに跨っている。そのため、光の強度分布において、光検出不可能領域23b、23cに照射される光は、光センサーで検出されない。また、光線の周辺(R、L)が光検出不可能領域にかかっている場合、光線の周囲の位置が曖昧になる。その結果、光センサーは、光線全体の光量を検出できず、及び、正確な照射位置も測定できない。
(Light detection method)
FIG. 3 shows the intensity distribution of the light beam and the position of the light detection surface of the photosensor. FIG. 3A shows a state in which the light detection surface is in a certain position and light is irradiated on the light detection surface. The intensity distribution extends over a plurality of light detection regions 22a, 22b, and 22c. For this reason, in the light intensity distribution, the light applied to the non-detectable regions 23b and 23c is not detected by the optical sensor. In addition, when the periphery (R, L) of the light ray is in the light undetectable region, the position around the light ray becomes ambiguous. As a result, the optical sensor cannot detect the amount of light of the entire light beam, and cannot accurately measure the irradiation position.

図3(B)は、光線14を光検出面21で測定しながら、光検出面21に変位を与え、光検出面21の位置を測定する状態を示している。光センサー20は、光線14に対して20a、20b、20cと位置が変化している。そのため、光線14を測定する光検出面21の位置が異なることになる。光線14の強度分布は、光センサー20の変位の時間内では、変動しないとしている。その場合、光センサー20の変位位置毎に、同一の光線14について、その照射位置と強度を測定する。その結果、光センサー20aの位置において光検出不可能領域23b、23cに照射された光は、光センサー20bの位置では、光検出領域22b、22cに照射され、その領域で光の照射位置と強度が測定される。このように、光検出面21を変位することにより、ある位置では測定できなかった光の照射位置と強度を測定できるので、光の照射位置と強度の情報の低下を防止することができる。特に、1画素に満たない幅を持つ光が、2画素にわたって照射されたときに生じる光強度情報の低下を理論上ゼロにすることができる。更に、光センサー20に不良画素があっても、光検出面21の変位の大きさを画素の幅より大きくとることにより、不良画素に照射されていた光を隣接する優良な画素に照射でき、光センサー20の画素のばらつきを補正することができる。振動の変位を与えることにより、光センサーの測定回数を多く取り、測定精度を高めることができる。又は、変位作用部による光センサーの振幅(変位幅)を大きく取る、例えば複数の光検出領域に跨る幅以上にすることにより、同一の光に対して、多数の光検出領域で測定することができ、測定精度を高めることができる。例えば、ある画素は感度が悪いなど不良画素であり、隣接する画素は感度が良い正常画素の場合、不良画素に照射された光は、光検出面21の変位により、正常画素に照射されるので、正確な光量や位置を測定することができる。また、画素ごとに感度のばらつきがある場合、同一の光は、光検出面21の変位により、複数の画素に照射されるので、同一の光に対して、複数の画素の測定値を平均化することにより、画素のばらつきを補正することができる。各画素の光量の比較処理、平均処理などの処理は、コンピュータ40により行うことができる。
FIG. 3B shows a state in which the light detection surface 21 is displaced while measuring the position of the light detection surface 21 while measuring the light beam 14 on the light detection surface 21. The position of the optical sensor 20 is changed to 20a, 20b, and 20c with respect to the light beam 14. Therefore, the position of the light detection surface 21 for measuring the light beam 14 is different. It is assumed that the intensity distribution of the light beam 14 does not vary within the time of displacement of the optical sensor 20. In that case, the irradiation position and intensity of the same light beam 14 are measured for each displacement position of the optical sensor 20. As a result, the light irradiated to the non-detectable regions 23b and 23c at the position of the photosensor 20a is irradiated to the photodetection regions 22b and 22c at the position of the photosensor 20b. Is measured. In this way, by displacing the light detection surface 21, it is possible to measure the light irradiation position and intensity that could not be measured at a certain position, so that it is possible to prevent the light irradiation position and intensity information from being lowered. In particular, it is possible to theoretically reduce the decrease in light intensity information that occurs when light having a width less than one pixel is irradiated over two pixels. Furthermore, even if there is a defective pixel in the optical sensor 20, by taking the magnitude of displacement of the light detection surface 21 to be larger than the width of the pixel, it is possible to irradiate the adjacent excellent pixel with the light irradiated to the defective pixel, Variations in the pixels of the optical sensor 20 can be corrected. By giving the vibration displacement, it is possible to increase the number of times of measurement of the optical sensor and increase the measurement accuracy. Alternatively, by making the amplitude (displacement width) of the optical sensor by the displacement acting part large, for example, by setting it to a width over a plurality of light detection areas, it is possible to measure the same light in a large number of light detection areas. Measurement accuracy can be increased. For example, when a certain pixel is a defective pixel such as poor sensitivity and an adjacent pixel is a normal pixel with good sensitivity, the light irradiated to the defective pixel is irradiated to the normal pixel due to the displacement of the light detection surface 21. Accurate light quantity and position can be measured. In addition, when there is a variation in sensitivity for each pixel, the same light is irradiated to a plurality of pixels due to the displacement of the light detection surface 21, so that the measurement values of the plurality of pixels are averaged for the same light. By doing so, pixel variations can be corrected. Processing such as light amount comparison processing and average processing of each pixel can be performed by the computer 40.

図4は、光パターン16の強度分布と、光センサー20の光検出面21の位置を示している。図4(A)は、光検出面21が一定の位置にある状態で、光パターン16が光検出面21に照射された状態を示している。強度分布は、複数の光検出領域22a、22b、22c、22dに跨っている。そのため、光の強度分布において、光検出不可能領域23b、23c、23dに照射される光は、光センサー20で検出されない。また、光パターン16の周辺R、Lが、もし、光検出不可能領域23にかかっている場合、光パターン16の周囲の位置が曖昧になる。その結果、光パターン61の形状と強度分布を正確に測定できない。   FIG. 4 shows the intensity distribution of the light pattern 16 and the position of the light detection surface 21 of the light sensor 20. FIG. 4A illustrates a state in which the light detection surface 21 is irradiated with the light pattern 16 in a state where the light detection surface 21 is at a certain position. The intensity distribution extends over a plurality of light detection regions 22a, 22b, 22c, and 22d. For this reason, in the light intensity distribution, the light applied to the non-detectable regions 23b, 23c, and 23d is not detected by the optical sensor 20. Further, if the periphery R, L of the light pattern 16 is in the light undetectable region 23, the position around the light pattern 16 becomes ambiguous. As a result, the shape and intensity distribution of the light pattern 61 cannot be measured accurately.

図4(B)は、光パターン16を光検出面21で測定しながら、光検出面21を変位し、光検出面21の位置を測定する。光センサー20は、光パターン16に対して20a、20b、20cと相対位置が変化する。光パターン16の強度分布は、光センサー20の変位の時間内では、変動しないとしている。その場合、光センサー20の位置毎に、同一の光パターン16について、その形状と強度を測定することができる。そのため、20aの位置の光センサー20において、光検出不可能領域23b、23c、23dに照射された光は、20bの別の位置では、光検出領域22b、22c、22dに照射され、そこでは光の照射位置と強度が測定できる。20bの位置の光センサーは、光パターン20の右端R付近の光は、光検出不能領域23bに照射されるために、測定することができないが、20aや20cの位置の光センサー20では、光検出領域22aや22bで測定できる。同様に、光パターン20の左端L付近の光は、20cの位置の光パターン20では、光検出不能領域23eに照射され、測定できないが、20aや20bの位置の光センサー20では、同一の光検出領域22dで測定できる。このように、測定できない光が測定できるので、見かけ上の画素数と分解能を向上することができる。
4B, while measuring the light pattern 16 on the light detection surface 21, the light detection surface 21 is displaced, and the position of the light detection surface 21 is measured. The relative position of the optical sensor 20 with respect to the optical pattern 16 is changed to 20a, 20b, and 20c. It is assumed that the intensity distribution of the light pattern 16 does not vary within the time of displacement of the optical sensor 20. In that case, the shape and intensity of the same light pattern 16 can be measured for each position of the optical sensor 20. Therefore, in the photosensor 20 at the position 20a, the light irradiated to the light non-detectable areas 23b, 23c, and 23d is irradiated to the light detection areas 22b, 22c, and 22d at another position 20b, where light The irradiation position and intensity can be measured. The light sensor at the position 20b cannot measure the light near the right end R of the light pattern 20 because it irradiates the light undetectable region 23b. However, the light sensor 20 at the position 20a or 20c does not measure the light. It can be measured in the detection areas 22a and 22b. Similarly, the light near the left end L of the light pattern 20 is irradiated to the non-detectable region 23e in the light pattern 20 at the position 20c and cannot be measured, but the light sensor 20 at the positions 20a and 20b has the same light. It can be measured in the detection region 22d. In this way, since light that cannot be measured can be measured, the apparent number of pixels and resolution can be improved.

(ロックイン増幅器、時間分解増幅)
光センサー20の変位として振動を用いると、光センサー20の出力信号は、周期的な変調がかかる。そこで、増幅器41としてロックイン増幅器や時間分解増幅を使用する。例えば、光センサー20の出力信号をロックイン増幅する。光センサー20の振動に合わせて、光センサー20の出力信号をロックイン増幅することで、光センサー20の出力信号に含まれているショットノイズなどのノイズを低減でき、光センサー20の出力信号のS/N比を向上することができる。
(Lock-in amplifier, time-resolved amplification)
When vibration is used as the displacement of the optical sensor 20, the output signal of the optical sensor 20 is periodically modulated. Therefore, a lock-in amplifier or time-resolved amplification is used as the amplifier 41. For example, the output signal of the optical sensor 20 is locked-in amplified. By locking-in amplification of the output signal of the optical sensor 20 in accordance with the vibration of the optical sensor 20, noise such as shot noise included in the output signal of the optical sensor 20 can be reduced, and the output signal of the optical sensor 20 can be reduced. The S / N ratio can be improved.

(画素スリット)
画素スリットは、光センサーの光検出面上に配置して、光検出面内の各画素の感度を均一にするものである。画素スリットは、各画素に対応して光の透過窓を有する。透過窓は、感度の均一な画素の中央部を照射する光を透過し、感度の不均一な画素の周辺部を照射する光を遮断する。これにより、各画素の感度特性をシャープにし、各画素の感度を均一にすることができる。
(Pixel slit)
The pixel slit is disposed on the light detection surface of the photosensor to make the sensitivity of each pixel in the light detection surface uniform. The pixel slit has a light transmission window corresponding to each pixel. The transmission window transmits light that irradiates the central portion of the pixel with uniform sensitivity and blocks light that irradiates the peripheral portion of the pixel with non-uniform sensitivity. Thereby, the sensitivity characteristic of each pixel can be sharpened and the sensitivity of each pixel can be made uniform.

ポリクロメータとして使用する光検出装置の説明図Explanatory drawing of photodetection device used as polychromator 光パターン検出のための光検出装置の説明図Explanatory drawing of a light detection device for detecting a light pattern 光センサーに変位を付与して光線を検出する説明図Explanatory drawing to detect the light beam by applying displacement to the optical sensor 光センサーに変位を付与して光パターンを検出する説明図Explanatory drawing to detect the light pattern by applying displacement to the optical sensor

符号の説明Explanation of symbols

10・・・光照射部
11・・・光源
12・・・入射スリット
13・・・回折格子
14・・・光線
15・・・光学系
16・・・フォトマスク
17・・・光パターン
20・・・光センサー
21・・・光検出面
22・・・光検出領域
23・・・光検出不能領域
30・・・変位作用部
31・・・位置測定部
40・・・コンピュータ
41・・・増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light irradiation part 11 ... Light source 12 ... Incident slit 13 ... Diffraction grating 14 ... Light beam 15 ... Optical system 16 ... Photomask 17 ... Optical pattern 20 ... -Optical sensor 21-Photodetection surface 22-Photodetection region 23-Non-detectable region 30-Displacement action unit 31-Position measurement unit 40-Computer 41-Amplifier

Claims (9)

複数個の光検出領域と、光検出領域に隣接した光検出不能領域を持つ光検出面を有する光センサーと、
光検出面に光を照射する光照射部と、
光の照射位置に対して光検出面を相対的に変位する変位作用部と、を備え、
光の照射位置を光検出面に対して相対的に変位して、光検出不能領域に照射されている光を光検出領域に照射する、光検出装置。
A photosensor having a plurality of photodetection regions and a photodetection surface having a non-detectable region adjacent to the photodetection region;
A light irradiation unit for irradiating light to the light detection surface;
A displacement acting part that displaces the light detection surface relative to the light irradiation position,
A light detection device that irradiates a light detection region with light irradiated on a light non-detectable region by displacing the light irradiation position relative to the light detection surface.
請求項1に記載の光検出装置において、
変位作用部は、光の照射位置に対して光検出面を振動させる、光検出装置。
The photodetection device according to claim 1,
The displacement action unit is a light detection device that vibrates the light detection surface with respect to the light irradiation position.
請求項2に記載の光検出装置において、
光センサーからの電気信号を増幅する増幅器を備え、
増幅器は、光の照射位置の振動に合わせて時間分解増幅又はロックイン増幅をする、光検出装置。
The light detection device according to claim 2,
An amplifier that amplifies the electrical signal from the optical sensor
The amplifier is a light detection device that performs time-resolved amplification or lock-in amplification in accordance with the vibration of the light irradiation position.
請求項1に記載の光検出装置において、
光照射部は、複数の波長の光線を同時に光検出面に照射する、光検出装置。
The photodetection device according to claim 1,
The light irradiation unit is a light detection device that simultaneously irradiates a light detection surface with light beams having a plurality of wavelengths.
請求項1に記載の光検出装置において、
光照射部は、光パターンを光検出面に照射する、光検出装置。
The photodetection device according to claim 1,
The light irradiation unit is a light detection device that irradiates a light detection surface with a light pattern.
請求項1に記載の光検出装置において、
光検出面に対向して配置される画素スリットを備える、光検出装置。
The photodetection device according to claim 1,
A photodetecting device comprising a pixel slit disposed to face the photodetecting surface.
複数個の光検出領域と、光検出領域に隣接して光検出不能領域を有する光検出面を備えた光センサーで光を検出する、光検出方法において、
光の照射位置に対して光検出面を相対的に変位して、光検出不能領域に照射されている光を光検出領域に照射する、光検出方法。
In a light detection method for detecting light with a plurality of light detection regions and a light sensor having a light detection surface having a light detection impossible region adjacent to the light detection region,
A light detection method in which a light detection surface is displaced relative to a light irradiation position to irradiate a light detection region with light irradiated on a light non-detectable region.
請求項7に記載の光検出方法において、
光の照射位置に対して光検出面を振動し、この振動に合わせて時間分解増幅又はロックイン増幅をする、光検出方法。
The light detection method according to claim 7.
A light detection method in which a light detection surface is vibrated with respect to a light irradiation position and time-resolved amplification or lock-in amplification is performed in accordance with the vibration.
請求項7に記載の光検出方法において、
光の照射位置に対して光検出面を相対的に変位する変位量は、少なくとも複数の光検出領域に跨る幅とする、光検出方法。

The light detection method according to claim 7.
The light detection method, wherein a displacement amount for relatively displacing the light detection surface with respect to the light irradiation position is a width across at least a plurality of light detection regions.

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JP2009532672A (en) * 2006-03-31 2009-09-10 サイマー インコーポレイテッド Bandwidth measurement device for high pulse repetition rate pulse laser
JP2012208050A (en) * 2011-03-30 2012-10-25 Tokyo Electron Ltd Measuring device and plasma processor

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