JP6989206B1 - 受光装置 - Google Patents
受光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6989206B1 JP6989206B1 JP2021560870A JP2021560870A JP6989206B1 JP 6989206 B1 JP6989206 B1 JP 6989206B1 JP 2021560870 A JP2021560870 A JP 2021560870A JP 2021560870 A JP2021560870 A JP 2021560870A JP 6989206 B1 JP6989206 B1 JP 6989206B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- lens
- condenser lens
- receiving element
- semiconductor light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 39
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 39
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 39
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
上記構成によれば、筒状の反射面は、集光レンズから離隔して半導体受光素子に近づくほど、径が指数関数的に小さくなると共に径が小さくなる割合が小さくなるので、反射面が中心線に対して平行に近づく。この反射面は、光の反射時に、中心線の方向における光の集光レンズ側に向かう方向成分を増加させ、半導体受光素子側に向かう方向成分を減少させる作用を有する。そして、半導体受光素子に近づくほど、筒状の反射面が中心線に対して平行に近づくので、この作用が緩和される。従って、集光レンズを透過して反射面で反射、集光される光は、反射面で複数回反射される場合に集光レンズ側に戻り難くなるので、結合効率を向上させることができる。
上記構成によれば、筒状の反射面は、指数関数を近似する近似多項式で表される曲線を回転させた回転曲面に沿うように形成されている。この反射面は、集光レンズから離隔して半導体受光素子に近づくほど、径が指数関数的に小さくなると共に径が小さくなる割合が小さくなる。また、この反射面は、光の反射時に、中心線の方向における光の集光レンズ側に向かう方向成分を増加させて半導体受光素子側に向かう方向成分を小さくする作用を有する。そして、この反射面の半導体受光素子側の径が指数関数の場合よりも大きいことによって、指数関数の場合よりも集光レンズ側で反射面が中心線に対して平行に近づくので、この作用が緩和される。従って、集光レンズを透過して反射面で反射、集光される光は、反射面で複数回反射される場合に集光レンズ側に戻り難くなるので、結合効率を向上させることができる。
上記構成によれば、中心線に対する反射面の傾きが最適化され、拡散光が入射する場合の結合効率を向上させることができる。
上記構成によれば、集光レンズは、部分球面状の凸面に沿って配設された複数の凸レンズ面を有する複眼レンズである。複数の凸レンズ面の光軸が半導体受光素子に向かうように傾けられているので、集光レンズを透過した光を半導体受光素子に入射させ易くすることができる。
上記構成によれば、集光レンズは、複数の凸レンズ面を有する複眼レンズであり、集光レンズの中心を通る反射面の中心線から離隔するほど、凸レンズ面の光軸がこの中心線に対して傾いている。これにより複数の凸レンズ面の光軸が半導体受光素子に向かうように傾けられ、集光レンズを透過した光を半導体受光素子に入射させ易くすることができる。
上記構成によれば、高精度の加工に適したシリコン基板に複数の凸レンズ面を一体的に形成することによって集光レンズを形成することができ、シリコン基板を透過する赤外光領域の分光分析に適した受光装置を形成することができる。
y=A×exp(−αx) ・・・(1)
以下では、この反射面7を指数関数で表される反射面7とする。集光レンズ2は、x=0の位置に配設され、係数Aが反射面7の集光レンズ2側における開口半径に相当する。尚、図3では係数A=1、α=0.2としている。
y=A×(1−αx+a(αx)2−b(αx)3+c(αx)4) ・・・(2)
以下では、この反射面7を近似多項式で表される反射面7とする。この近似多項式は、(1)式の指数関数をテイラー展開した多項式の4次の項までの近似式であり、2次〜4次の項の展開係数を夫々a,b,cとしている。集光レンズ2は、x=0の位置に配設され、係数Aが反射面7の集光レンズ2側における開口半径に相当する。尚、図3ではA=1、α=0.2、a=0.5、b=0.167、c=0.3としている。
受光装置1において、複眼レンズである集光レンズ2を透過した光の一部が、レンズホルダ3内の反射面7で反射されながら光通路部6を進行して半導体受光素子4に入射する。集光レンズ2が複眼レンズなので、集光レンズ2全体に様々な方向から入射する拡散光を、複数の凸レンズ面14によって半導体受光素子4に向けて光通路部6に集光することができる。半導体受光素子4に近づくほど径が小さくなると共に径が小さくなる割合が小さくなる光通路部6に臨む筒状の反射面7は、集光レンズ2を透過した光の一部を反射、集光して、集光レンズ2よりも径が小さい半導体受光素子4に入射させることができる。それ故、受光装置1は、拡散光が入射する場合の結合効率を向上させることができる。
2 :集光レンズ(複眼レンズ)
3 :レンズホルダ
3a :装着部
3b :収容部
4 :半導体受光素子
5 :基台
5a,5b:端子
6 :光通路部
7 :反射面
10 :半導体基板
11 :第1面
11a:凸面
12 :第2面
14 :凸レンズ面
21 :第1レジスト膜
22 :第1レジストマスク
24 :第2レジストマスク
30 :平凸レンズ
31 :受光素子
32 :反射鏡
C :中心線
Claims (7)
- 集光レンズと、この集光レンズを支持するレンズホルダと、半導体受光素子と、この半導体受光素子及び前記レンズホルダを固定する基台を有し、前記集光レンズを透過した光が前記レンズホルダ内の光通路部を介して前記半導体受光素子に入射する受光装置において、
前記集光レンズは、片面に複数の凸レンズ面を備えた複眼レンズであり、
前記レンズホルダは、前記集光レンズから前記半導体受光素子に近づくほど径が小さくなると共に径が小さくなる割合が小さくなるように形成された断面円形の前記光通路部に臨む筒状の反射面を有し、
前記集光レンズを透過した光の一部が、前記反射面で反射されて前記半導体受光素子に入射するように構成したことを特徴とする受光装置。 - 前記集光レンズの中心を通る前記反射面の中心線上で前記集光レンズからの距離をx、係数をα、前記集光レンズ側における前記反射面の開口半径をAとしたときに、前記反射面は、前記中心線を軸にして、指数関数A×exp(−αx)で表される曲線を回転させた回転曲面に沿うように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の受光装置。
- 前記集光レンズの中心を通る前記反射面の中心線上で前記集光レンズからの距離をx、係数をα、前記集光レンズ側における前記反射面の開口半径をAとしたときに、前記反射面は、前記中心線を軸にして、指数関数A×exp(−αx)を4次の項まで展開した近似多項式A×(1−αx+a(αx)2−b(αx)3+c(αx)4)で表される曲線を回転させた回転曲面に沿うように、且つこの反射面の前記半導体受光素子側の径が前記指数関数の場合よりも大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の受光装置。
- 前記指数関数の係数αが0.1≦α≦0.2であることを特徴とする請求項2又は3に記載の受光装置。
- 前記集光レンズは、前記集光レンズの片面に形成された部分球面状の凸面に、前記凸面よりも小さい曲率半径の前記凸レンズ面が形成された複眼レンズであることを特徴とする請求項1に記載の受光装置。
- 前記集光レンズは、前記集光レンズの中心を通る前記反射面の中心線から離隔するほど、前記中心線と前記凸レンズ面の中心を通る光軸との交差角が大きくなるように形成された複眼レンズであることを特徴とする請求項1に記載の受光装置。
- 前記集光レンズは複数の前記凸レンズ面がシリコン基板に一体的に形成された複眼レンズであり、前記半導体受光素子は赤外光を受光することを特徴とする請求項1に記載の受光装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/026314 WO2023286165A1 (ja) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 受光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6989206B1 true JP6989206B1 (ja) | 2022-01-05 |
JPWO2023286165A1 JPWO2023286165A1 (ja) | 2023-01-19 |
Family
ID=79239763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021560870A Active JP6989206B1 (ja) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 受光装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6989206B1 (ja) |
WO (1) | WO2023286165A1 (ja) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001272274A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Miyota Kk | 焦電型赤外線センサ |
JP2007292721A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体レンズおよびそれを用いた赤外線検出装置、半導体レンズの製造方法 |
JP2011163980A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Toshiba Lighting & Technology Corp | センサ装置 |
JP2012202683A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Casio Comput Co Ltd | 焦電型赤外線センサ装置及びプログラム |
JP2015232506A (ja) * | 2014-06-10 | 2015-12-24 | コニカミノルタ株式会社 | アレイミラー系及び赤外線検知装置 |
JP2016080556A (ja) * | 2014-10-20 | 2016-05-16 | 岡谷電機産業株式会社 | 赤外線センサ |
US20170363859A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-21 | Abl Ip Holding Llc | Variable total internal reflection electrowetting lens assembly for a detector |
CN108604055A (zh) * | 2015-12-28 | 2018-09-28 | 球面光学有限公司 | 具有奇次项非球面轮廓或多透镜的全方向折反射透镜 |
US20180336389A1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-22 | Chih-Yen Wu | Optical element fabrication method and optical sensing device |
-
2021
- 2021-07-13 JP JP2021560870A patent/JP6989206B1/ja active Active
- 2021-07-13 WO PCT/JP2021/026314 patent/WO2023286165A1/ja unknown
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001272274A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Miyota Kk | 焦電型赤外線センサ |
JP2007292721A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体レンズおよびそれを用いた赤外線検出装置、半導体レンズの製造方法 |
JP2011163980A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Toshiba Lighting & Technology Corp | センサ装置 |
JP2012202683A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Casio Comput Co Ltd | 焦電型赤外線センサ装置及びプログラム |
JP2015232506A (ja) * | 2014-06-10 | 2015-12-24 | コニカミノルタ株式会社 | アレイミラー系及び赤外線検知装置 |
JP2016080556A (ja) * | 2014-10-20 | 2016-05-16 | 岡谷電機産業株式会社 | 赤外線センサ |
CN108604055A (zh) * | 2015-12-28 | 2018-09-28 | 球面光学有限公司 | 具有奇次项非球面轮廓或多透镜的全方向折反射透镜 |
US20170363859A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-21 | Abl Ip Holding Llc | Variable total internal reflection electrowetting lens assembly for a detector |
US20180336389A1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-22 | Chih-Yen Wu | Optical element fabrication method and optical sensing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2023286165A1 (ja) | 2023-01-19 |
WO2023286165A1 (ja) | 2023-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6954580B2 (en) | Optical receiver with high dynamic range | |
JPS58202421A (ja) | 光学要素 | |
JP2003207695A (ja) | 光通信モジュール及び一芯双方向光通信モジュール | |
JP6530871B1 (ja) | 端面入射型受光素子 | |
JP6989206B1 (ja) | 受光装置 | |
US6346701B1 (en) | Photodetection method and photodetection device and photodetection/light emission device | |
JP6989205B1 (ja) | 受光装置 | |
JPH09113768A (ja) | 光受信装置の光結合構造 | |
US20240136451A1 (en) | Light receiving device | |
JP2001517810A (ja) | レーザビームを光導波体へ入力結合するための光学システムおよびその製造方法 | |
JP2015219135A (ja) | 光学センサモジュール、光学センサモジュールの製造方法 | |
JP7044430B1 (ja) | 受光装置 | |
JPH05273444A (ja) | 受光モジュール | |
US20020154369A1 (en) | Bidirectional optical communication device and bidirectional optical communication apparatus | |
JPH11218638A (ja) | 光学構成素子 | |
EP3588564A1 (en) | Solid-state photodetector | |
JP2008151897A (ja) | 光分波装置 | |
JP6856295B1 (ja) | 半導体受光素子 | |
JP7438595B1 (ja) | 受光装置 | |
JP7201277B2 (ja) | 半導体受光モジュール | |
JPH0882677A (ja) | 反射測定装置 | |
JP3907542B2 (ja) | 光通信モジュール | |
TWI813409B (zh) | 光子積體電路構造及製造其之光斑尺寸轉換器的方法 | |
JPH08146250A (ja) | 集光レンズおよびその製造方法 | |
JP2730042B2 (ja) | 透過型フォトセンサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211019 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20211019 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211125 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6989206 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |