JP3057278B2 - Optical device - Google Patents

Optical device

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JP3057278B2
JP3057278B2 JP3359406A JP35940691A JP3057278B2 JP 3057278 B2 JP3057278 B2 JP 3057278B2 JP 3359406 A JP3359406 A JP 3359406A JP 35940691 A JP35940691 A JP 35940691A JP 3057278 B2 JP3057278 B2 JP 3057278B2
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incident
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光半透過膜に入射した
光の一部を受光素子で受光する様にした光学装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device in which a part of light incident on a light semi-transmissive film is received by a light receiving element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ディスクプレーヤ等では、図3(a)
に示す様に、レーザカプラ11と称される受発光複合素
子が光ピックアップに用いられている。このレーザカプ
ラ11では、Si基板12にフォトダイオード13、1
4が形成されており、これらのフォトダイオード13、
14上にプリズム15が接着剤で固定されている。
2. Description of the Related Art In an optical disk player or the like, FIG.
As shown in FIG. 1, a composite light receiving / emitting element called a laser coupler 11 is used for an optical pickup. In this laser coupler 11, the photodiodes 13, 1
4 are formed, and these photodiodes 13,
A prism 15 is fixed on the substrate 14 with an adhesive.

【0003】Si基板12上には、別のSi基板である
サブマウント16が半田等で固定されている。サブマウ
ント16にもフォトダイオード17が形成されており、
更にこのサブマウント16上にレーザダイオード21が
半田等で固定されている。
On the Si substrate 12, a submount 16 which is another Si substrate is fixed by solder or the like. A photodiode 17 is also formed on the submount 16,
Further, a laser diode 21 is fixed on the submount 16 with solder or the like.

【0004】この様なレーザカプラ11を用いて、光デ
ィスク22に記録されている情報を再生するためには、
レーザダイオード21から射出させた光23の一部を、
プリズム15の面15aで反射させ、対物レンズ24を
透過させて光ディスク22に入射させる。
In order to reproduce information recorded on an optical disk 22 using such a laser coupler 11,
A part of the light 23 emitted from the laser diode 21 is
The light is reflected by the surface 15 a of the prism 15, passes through the objective lens 24, and enters the optical disk 22.

【0005】光ディスク22で反射され対物レンズ24
を透過してプリズム15の面15aに入射した光23の
一部は、屈折してプリズム15内へ入る。プリズム15
内へ入った光23の半分はフォトダイオード13に入射
し、フォトダイオード13上で反射された残りの半分は
プリズム15の面15bで全反射されてからフォトダイ
オード14に入射する。
The objective lens 24 reflected by the optical disk 22
A part of the light 23 that has passed through and entered the surface 15 a of the prism 15 is refracted and enters the prism 15. Prism 15
Half of the light 23 entering the light enters the photodiode 13, and the other half reflected on the photodiode 13 is totally reflected by the surface 15 b of the prism 15 before being incident on the photodiode 14.

【0006】フォトダイオード13は、図3(b)に示
す様に、A、B、Cの3個の部分に分割されており、フ
ォトダイオード14も、図3(c)に示す様に、D、
E、Fの3個の部分に分割されている。そして、これら
のフォトダイオード13、14から得られる (A+C+E)−(B+D+F) という出力を、フォーカスエラー信号にしている。
The photodiode 13 is divided into three parts A, B, and C as shown in FIG. 3B, and the photodiode 14 is also divided into three parts as shown in FIG. ,
It is divided into three parts E and F. An output of (A + C + E)-(B + D + F) obtained from the photodiodes 13 and 14 is used as a focus error signal.

【0007】従って、既述の様に、面15aからプリズ
ム15内へ入った光23の50%をフォトダイオード1
3に入射させ、残りの50%をフォトダイオード13上
で反射させる必要がある。このため、図4に示す様に、
プリズム15のうちでフォトダイオード13に対向する
部分に、反射率が50%の光半透過膜(ハーフミラー)
25が蒸着されている。
Therefore, as described above, 50% of the light 23 entering the prism 15 from the surface 15a is used for the photodiode 1
3 and the remaining 50% needs to be reflected on the photodiode 13. For this reason, as shown in FIG.
A light semi-transmissive film (half mirror) having a reflectance of 50% is provided on a portion of the prism 15 facing the photodiode 13.
25 have been deposited.

【0008】なお、Si基板12の表面には保護膜とし
てのSiO2 膜26が形成されており、フォトダイオー
ド13上ではこのSiO2 膜26と光半透過膜25との
間に接着剤27が介在している。また、フォトダイオー
ド17は、レーザダイオード21の後面から射出される
光23を受光して自動出力制御を行うためのものであ
る。
An SiO 2 film 26 as a protective film is formed on the surface of the Si substrate 12, and an adhesive 27 is interposed between the SiO 2 film 26 and the light semi-transmissive film 25 on the photodiode 13. Intervening. The photodiode 17 receives light 23 emitted from the rear surface of the laser diode 21 and performs automatic output control.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、Si基板1
2、SiO2 膜26及び接着剤27の屈折率は、波長7
80nmの光に対して、夫々3.5程度、1.5程度及
び1.45程度である。このため、屈折率差の大きいS
i基板12とSiO2 膜26との界面で入射光の16%
程度が反射され、図5に示す様にこの界面と光半透過膜
25との間で光23が多重反射して、多重干渉が生じ
る。
The Si substrate 1
2. The refractive index of the SiO 2 film 26 and the adhesive 27 is
For light of 80 nm, they are about 3.5, about 1.5 and about 1.45, respectively. For this reason, S having a large refractive index difference
16% of the incident light at the interface between the i-substrate 12 and the SiO 2 film 26
The light 23 is reflected to some extent, and as shown in FIG. 5, the light 23 is multiple-reflected between the interface and the light semi-transmissive film 25, and multiple interference occurs.

【0010】この部分に、入射角が入射位置によって異
なる収束光である光23が入射すると、入射角によって
明暗が形成され、図6に示す様なフリンジとなる。この
フリンジは入射角及び波長の関数であるので、レーザダ
イオード21の波長が温度によって変動すると、フリン
ジが移動する。
When light 23, which is convergent light whose incident angle differs depending on the incident position, enters this portion, light and dark are formed depending on the incident angle, resulting in a fringe as shown in FIG. Since this fringe is a function of the incident angle and the wavelength, if the wavelength of the laser diode 21 varies with temperature, the fringe moves.

【0011】この様なフリンジの移動は、レーザカプラ
11の諸特性に温度特性として影響を与え、現在の光デ
ィスクプレーヤ等の規格では不良品になる。
[0011] movement of such fringe, influence the temperature characteristic properties of the laser coupler 11, it becomes defective by the standard, such as the current optical disc player.

【0012】そこで、図7に示す様に、光半透過膜25
を設けず、SiO2 膜26のうちでフォトダイオード1
3上の部分に屈折率が2.0程度のSiN膜31を形成
し、接着剤27とSiN膜31とSiO2 膜26とSi
基板12との4層で光半透過膜の機能を実現するという
構造も考えられている。
Therefore, as shown in FIG.
And the photodiode 1 in the SiO 2 film 26 is not provided.
An SiN film 31 having a refractive index of about 2.0 is formed on the upper part 3 and the adhesive 27, the SiN film 31, the SiO 2 film 26, and the Si
A structure in which the function of the light semi-transmissive film is realized by four layers with the substrate 12 is also considered.

【0013】しかし、図7の構造では、最高でも40%
程度の反射率しか得ることができず、フォトダイオード
13、14に対する光量の比を1:1にすることができ
ない。この光量の比を電気的に補正することも考えられ
るが、その場合はフォトダイオード13、14に対する
雑音を差分で除去することができなくなる。つまり、光
学的最良点と信号最良点とが一致せず、プレイアビリテ
が劣化する。
However, the structure shown in FIG.
Only a degree of reflectance can be obtained, and the ratio of the amount of light to the photodiodes 13 and 14 cannot be reduced to 1: 1. It is conceivable to electrically correct the ratio of the light amounts, but in that case, it becomes impossible to remove the noise to the photodiodes 13 and 14 by the difference. In other words, the optical best point and signal the best point do not match, play Abirite
It is degraded.

【0014】しかも、図7の構造を実現するためには、
SiN膜31及びSiO2 膜26の各々の膜厚と屈折率
との積を光23の波長の四分の一程度にする必要がある
が、この様に高精度の膜厚を有するSiN膜31及びS
iO2 膜26を形成するのは、量産ベースでは難しい。
Further, in order to realize the structure shown in FIG.
The product of the thickness and the refractive index of each of the SiN film 31 and the SiO 2 film 26 needs to be about one-fourth of the wavelength of the light 23. And S
It is difficult to form the iO 2 film 26 on a mass production basis.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による光学装置
は、受光素子13上に光半透過膜25が設けられてお
り、前記光半透過膜25に入射した光23の一部を前記
受光素子13で受光する様にした光学装置において、前
記受光素子13と前記光半透過膜25との間に光吸収膜
32が設けられていることを特徴としている。
In the optical device according to the present invention, a light semi-transmissive film 25 is provided on a light receiving element 13, and a part of the light 23 incident on the light semi-transmissive film 25 is transmitted to the light receiving element 13. An optical device adapted to receive light at 13 is characterized in that a light absorbing film 32 is provided between the light receiving element 13 and the light translucent film 25.

【0016】[0016]

【作用】本発明による光学装置では、受光素子13と光
半透過膜25との間に光吸収膜32が設けられているの
で、受光素子13の表面と光半透過膜25との間で多重
反射する光23が反射の回数に伴って急速に減衰する。
In the optical device according to the present invention, since the light absorbing film 32 is provided between the light receiving element 13 and the light semi-transmissive film 25, multiplexing is performed between the surface of the light receiving element 13 and the light semi-transmissive film 25. The reflected light 23 attenuates rapidly with the number of reflections.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1、2を参照
しながら説明する。なお、図4に示した一従来例と対応
する構成部分には、同一の符号を付してある。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that the same reference numerals are given to components corresponding to those in the conventional example shown in FIG.

【0018】本実施例は、図1に示す様に、光半透過膜
25の接着剤27側に光吸収膜32が付加されているこ
とを除いて、図4に示した一従来例と実質的に同様の構
成を有している。なお、接着剤27の厚さは、10μm
程度である。
The present embodiment is substantially the same as the conventional example shown in FIG. 4 except that a light absorbing film 32 is added to the adhesive 27 side of the light semi-transmissive film 25 as shown in FIG. It has a similar configuration. The thickness of the adhesive 27 is 10 μm
It is about.

【0019】この様な本実施例では、光吸収膜32の透
過率をT(<1)とすると、図2からも明らかな様に、
光半透過膜25と光吸収膜32とを透過してフォトダイ
オード13に直接に入射する光23の量は、光吸収膜3
2がない場合に比べて、T倍に減少するだけである。
In this embodiment, assuming that the transmittance of the light absorbing film 32 is T (<1), as apparent from FIG.
The amount of light 23 that passes through the light semi-transmissive film 25 and the light absorbing film 32 and directly enters the photodiode 13 depends on the light absorbing film 3
It is only reduced by a factor of T compared to the case without 2.

【0020】しかし、Si基板12とSiO2 膜26と
の界面と、光半透過膜25との間を多重に反射していく
光23の量は、T3 倍、T5 倍と急速に減少していく。
このため、多重干渉が抑制され、図6に示した様なフリ
ンジができにくい。
However, the amount of light 23 that is reflected multiple times between the interface between the Si substrate 12 and the SiO 2 film 26 and the light semi-transmissive film 25 rapidly decreases to T 3 times and T 5 times. I will do it.
Therefore, multiple interference is suppressed, and it is difficult to form a fringe as shown in FIG.

【0021】このとき、光半透過膜25の反射率をRと
すると、フォトダイオード13に入射する光23の量は
(1−R)・Tに比例し、フォトダイオード14に入射
する光23の量はRに比例する。従って、 T=R/(1−R) となる様にR、Tを選定すると、フォトダイオード1
3、14に対する光量の比を1:1にすることができ
る。
At this time, assuming that the reflectance of the light semi-transmissive film 25 is R, the amount of light 23 incident on the photodiode 13 is proportional to (1−R) · T, and the amount of light 23 incident on the photodiode 14 is The amount is proportional to R. Therefore, if R and T are selected so that T = R / (1−R), the photodiode 1
The ratio of the amount of light to 3, 14 can be 1: 1.

【0022】次に、この様にフォトダイオード13、1
4に対する光量の比を1:1にした範囲内で反射率Rと
透過率Tとを種々の値にした場合の、光半透過膜25に
入射する光23の強度に対する、Si基板12とSiO
2 膜26との界面に入射する光23の強度の比を、具体
的に求める。
Next, the photodiodes 13, 1
When the reflectance R and the transmittance T are set to various values within a range in which the ratio of the amount of light to the light amount 4 is 1: 1, the Si substrate 12 and the SiO 2 correspond to the intensity of the light 23 incident on the light semi-transmissive film 25.
The ratio of the intensity of the light 23 incident on the interface with the second film 26 is specifically determined.

【0023】光半透過膜25に入射する光23の振幅を
0 、光半透過膜25の振幅反射率をrh 、振幅透過率
をth 、光吸収膜32の振幅透過率をta 、Si基板1
2とSiO2 膜26との界面における振幅反射率をrs
とすると、この界面に直接に入射する光23の振幅は、 I0 ・th ・ta である。
The amplitude I 0 of light 23 incident on the semi-transmission film 25, the amplitude reflectance of the light semi-transmitting film 25 r h, the amplitude transmittance t h, the amplitude transmittance of the light absorbing film 32 t a , Si substrate 1
The amplitude reflectance at the interface between the SiO 2 film 26 and the SiO 2 film 26 is represented by r s
When the amplitude of the light 23 incident directly to this interface is I 0 · t h · t a .

【0024】また、界面及び光半透過膜25で一度ずつ
反射してから再び界面に入射する光23の振幅は、 I0 ・th ・ta ・rs ・ta ・rh ・ta ・exp
(−iδ) である。
Further, the amplitude of the interface and the light semi-transmitting film 25 with light 23 reenters the interface from being reflected by once, I 0 · t h · t a · r s · t a · r h · t a・ Exp
(−iδ).

【0025】ここでδは位相差であり、干渉膜つまり光
吸収膜32と接着剤27とSiO2 膜26との三層の厚
さをd、その屈折率をn、光23の波長をλ、入射角を
θ(図2)としたとき、 δ=(2π/λ)・2nd・cosθ である。従って、δは入射角θによって変化する。ま
た、δは波長λによっても変化するので、レーザダイオ
ード21の温度特性によってもδが変化する。このた
め、既述の様に、フリンジが移動する。
Here, δ is a phase difference, d is the thickness of the three layers of the interference film, ie, the light absorbing film 32, the adhesive 27, and the SiO 2 film 26, the refractive index is n, and the wavelength of the light 23 is λ. When the incident angle is θ (FIG. 2), δ = (2π / λ) · 2nd · cos θ. Therefore, δ changes depending on the incident angle θ. Since δ changes depending on the wavelength λ, δ also changes depending on the temperature characteristics of the laser diode 21. Therefore, the fringe moves as described above.

【0026】多重干渉は上述の光の和であり、Si基板
12とSiO2 膜26との界面に入射する光23の振幅
は、 I=(I0 h a )/{1−ta 2 s h exp(−iδ)} である。この結果、強度は、 |I|2 =(|I0 2 |th 2 |ta 2 )/〔1
+ta 4 |rs h 2 −2ta 2 ・Re{rs h
xp(−iδ)}〕 となる。
The multiple interference is the sum of the above-described optical, amplitude of the light 23 incident on the interface between the Si substrate 12 and the SiO 2 film 26, I = (I 0 t h t a) / {1-t a a 2 r s r h exp (-iδ )}. As a result, strength, | I | 2 = (| I 0 | 2 | t h | 2 | t a | 2) / [1
+ T a 4 | r s r h | 2 -2t a 2 · Re {r s r h e
xp (−iδ)}].

【0027】一方、既述の様に、Si基板12及びSi
2 膜26の屈折率は、波長780nmの光に対して、
夫々3.5程度及び1.5程度であるので、 |rs 2 =16% である。
On the other hand, as described above, the Si substrate 12 and the Si substrate
The refractive index of the O 2 film 26 is
Since they are about 3.5 and about 1.5, respectively, | r s | 2 = 16%.

【0028】従って、光半透過膜25に入射する光23
の強度|I0 2 に対するSi基板12とSiO2 膜2
6との界面に入射する光23の強度|I|2 の比を具体
的に求めると、光吸収膜32がない場合つまり光吸収膜
32の透過率T=100%で、光半透過膜25の反射率
R=50%の場合は、 |I|2 /|I0 2 =0.5/(1+0.5×0.16 −2×0.283×cosδ) =0.5/(1.08−0.566cosδ) となる。この結果、この強度比は、cosδの値によっ
て、30.4〜97.3%の間で変動する。
Therefore, the light 23 incident on the light semi-transmissive film 25
Strength of | I 0 | Si substrate 12 for 2 and SiO 2 film 2
When the ratio of the intensity | I | 2 of the light 23 incident on the interface with the light absorbing film 32 is specifically obtained, the light transmissive film 25 has no light absorbing film 32, that is, the light absorbing film 32 has a transmittance T = 100%. In the case where the reflectance R is 50%, | I | 2 / | I 0 | 2 = 0.5 / (1 + 0.5 × 0.16 −2 × 0.283 × cos δ) = 0.5 / (1 .08-0.566 cos δ). As a result, this intensity ratio varies between 30.4 and 97.3% depending on the value of cos δ.

【0029】光吸収膜32の透過率T=25%で、光半
透過膜25の反射率R=20%の場合は、 |I|2 /|I0 2 =0.2/(1+0.252 ×0.2×0.16 −2×0.25×0.179×cosδ) =0.2/(1.002−0.0895cosδ) となる。この結果、この強度比は、cosδの値によっ
て、18.3〜21.9%の間で変動する。
When the transmittance T of the light absorbing film 32 is 25% and the reflectance R of the light semi-transmissive film 25 is 20%, | I | 2 / | I 0 | 2 = 0.2 / (1 + 0. 25 2 × 0.2 × 0.16 -2 × 0.25 × 0.179 × cos δ) = 0.2 / (1.002-0.0895 cos δ) As a result, this intensity ratio varies between 18.3 and 21.9% depending on the value of cos δ.

【0030】光吸収膜32の透過率T=11.1%で、
光半透過膜25の反射率R=10%の場合は、 |I|2 /|I0 2 =0.1/(1+0.1112 ×0.1×0.16 −2×0.111×0.126×cosδ) =0.1/(1.0002−0.028cosδ) となる。この結果、この強度比は、cosδの値によっ
て、9.7〜10.2%の間で変動する。
When the transmittance T of the light absorbing film 32 is 11.1%,
When the reflectance R of the light semi-transmissive film 25 is 10%, | I | 2 / | I 0 | 2 = 0.1 / (1 + 0.111 2 × 0.1 × 0.16 −2 × 0.111 × 0.126 × cos δ) = 0.1 / (1.0002-0.028 cos δ). As a result, this intensity ratio varies between 9.7 and 10.2% depending on the value of cos δ.

【0031】なお、以上の計算では、SiO2 膜26と
接着剤27との屈折率の差が小さく、これらの間の界面
における反射率が0.03%と小さいので、この界面に
おける反射を無視している。また、プリズム15と光半
透過膜25との間には、無反射コートを施すことを前提
としている。
In the above calculation, the difference in the refractive index between the SiO 2 film 26 and the adhesive 27 is small, and the reflectance at the interface between them is as small as 0.03%. doing. Further, it is assumed that a non-reflection coating is applied between the prism 15 and the light semi-transmissive film 25.

【0032】これらの結果から明らかな様に、光吸収膜
32がない場合に比べて、光吸収膜32がある場合に
は、強度比の変動が少ない。従って、本実施例では、多
重干渉が抑制されており、フリンジが低減されている。
しかも、プリズム15に光半透過膜25と光吸収膜32
とを設けることは、量産ベースで可能である。また、光
学的最良点に信号最良点を一致させることができ、プレ
アビリティを向上させることができる。
As is apparent from these results, the fluctuation of the intensity ratio is smaller when the light absorbing film 32 is provided than when the light absorbing film 32 is not provided. Therefore, in the present embodiment, the multiple interference is suppressed, and the fringe is reduced.
Moreover, the light transflective film 25 and the light absorbing film 32
Can be provided on a mass production basis. In addition, the signal best point can be matched with the optical best point, and playability can be improved.

【0033】一方、既述の従来例の様に高精度の膜厚を
有するSiN膜31及びSiO2 膜26を形成する必要
がなく、標準的なプロセスでフォトダイオード13、1
4を作成することができる。このため、大幅なコストダ
ウン及び量産展開が可能である。
On the other hand, there is no need to form the SiN film 31 and the SiO 2 film 26 having a highly accurate film thickness as in the conventional example described above, and the photodiodes 13 and 1 are formed by a standard process.
4 can be created. Therefore, significant cost reduction and mass production development are possible.

【0034】なお、以上の実施例では独立した光吸収膜
32を用いたが、接着剤27に染料を含ませて、この
接着剤27に光吸収膜の機能を付加してもよい。
Although the independent light absorbing film 32 is used in the above embodiment, the adhesive 27 may be provided with a dye or the like so that the adhesive 27 has the function of a light absorbing film.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明による光学装置では、受光素子の
表面と光半透過膜との間で多重反射する光が反射の回数
に伴って急速に減衰するので、受光に際して多重干渉を
抑制することができる。
In the optical device according to the present invention, the light that is multiply reflected between the surface of the light receiving element and the light semi-transmissive film is rapidly attenuated with the number of reflections. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の側面図である。FIG. 1 is a side view of one embodiment of the present invention.

【図2】一実施例の要部の拡大側面図である。FIG. 2 is an enlarged side view of a main part of one embodiment.

【図3】(a)は本発明を適用し得るレーザカプラの側
面図、(b)(c)はそのフォトダイオードの平面図で
ある。
FIG. 3A is a side view of a laser coupler to which the present invention can be applied, and FIGS. 3B and 3C are plan views of the photodiode.

【図4】本発明の一従来例の側面図である。FIG. 4 is a side view of a conventional example of the present invention.

【図5】一従来例の要部の拡大側面図である。FIG. 5 is an enlarged side view of a main part of one conventional example.

【図6】フリンジを示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a fringe.

【図7】本発明の別の従来例の側面図である。FIG. 7 is a side view of another conventional example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 フォトダイオード 23 光 25 光半透過膜 32 光吸収膜 13 Photodiode 23 Light 25 Light semi-transmissive film 32 Light absorbing film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−306548(JP,A) 特開 平1−251441(JP,A) 特開 昭63−110725(JP,A) 特開 平2−166507(JP,A) 特開 昭63−119031(JP,A) 特開 昭63−181135(JP,A) 実開 昭50−40171(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/12 - 7/22 Continuation of front page (56) References JP-A-63-306548 (JP, A) JP-A-1-251441 (JP, A) JP-A-63-110725 (JP, A) JP-A-2-166507 (JP) , A) JP-A-63-119031 (JP, A) JP-A-63-181135 (JP, A) JP-A-50-40171 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) G11B 7/12-7/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】受光素子上に光半透過膜が設けられてお
り、 前記光半透過膜に入射した光の一部を前記受光素子で受
光する様にした光学装置において、 前記受光素子と前記光半透過膜との間に光吸収膜が設け
られていることを特徴とする光学装置。
1. An optical device, comprising: a light transmissive film provided on a light receiving element, wherein a part of light incident on the light semitransmissive film is received by the light receiving element. An optical device, wherein a light absorbing film is provided between the optical device and a light translucent film.
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