JPH02130433A - 高分解分光用装置 - Google Patents
高分解分光用装置Info
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- JPH02130433A JPH02130433A JP63270600A JP27060088A JPH02130433A JP H02130433 A JPH02130433 A JP H02130433A JP 63270600 A JP63270600 A JP 63270600A JP 27060088 A JP27060088 A JP 27060088A JP H02130433 A JPH02130433 A JP H02130433A
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- 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
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
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- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
- H01L31/02165—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors using interference filters, e.g. multilayer dielectric filters
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- G01J2003/2806—Array and filter array
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、異なるスペクトル感度を有し並列配置された
ダイオード素子を備えた波長選択性のダイオードアレイ
を含む高分解分光用装置に関する。
ダイオード素子を備えた波長選択性のダイオードアレイ
を含む高分解分光用装置に関する。
分光法は物理および化学において橿めで重要である。多
くの用途において、扱いやすいコンパクトなスペクトロ
メーターを用いることをか望まれている。
くの用途において、扱いやすいコンパクトなスペクトロ
メーターを用いることをか望まれている。
スペクトロメーターとして、集積された色フィルターを
有するホトダイオードを使用することは公知である（例
えばアール、エフ、ウオルフエンブッテル（Ｒ，Ｆ、
Ｗｏｌｆｆｅｎｂｕｔｔｅｌ）の「固体センサ及びアク
チェエータートランスデエーサに関する国際会議議事録
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ
ｒ＋ａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ ５ｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ ＾ｃｔｕａｔｅｒｓ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｓ） ８７、東京１９８７年、２１９ページ以下、小池
他のｒ新しい型のアモルファスシリコン全カラーセンサ
、トランスデユーサ（＾ｎｅｗ ｔｙｐｅ ａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓ ５ｉｌｉｃｏｎ ｆｕｌｌ ｃａｌｏｒ５ｅ
ｎｓｏｒ＋Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ） ８７、東京１９
８７年、２２３ページ以下参照）、そこでは、シリコン
への光線の浸透深さが波長に関係することが利用されて
いる。キャリアに対する進入領域、したがって光電流の
総合的な波長依存性は、ダイオードに加えられる阻止電
圧によって調整することができる。
有するホトダイオードを使用することは公知である（例
えばアール、エフ、ウオルフエンブッテル（Ｒ，Ｆ、
Ｗｏｌｆｆｅｎｂｕｔｔｅｌ）の「固体センサ及びアク
チェエータートランスデエーサに関する国際会議議事録
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ
ｒ＋ａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ ５ｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ ＾ｃｔｕａｔｅｒｓ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｓ） ８７、東京１９８７年、２１９ページ以下、小池
他のｒ新しい型のアモルファスシリコン全カラーセンサ
、トランスデユーサ（＾ｎｅｗ ｔｙｐｅ ａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓ ５ｉｌｉｃｏｎ ｆｕｌｌ ｃａｌｏｒ５ｅ
ｎｓｏｒ＋Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ） ８７、東京１９
８７年、２２３ページ以下参照）、そこでは、シリコン
への光線の浸透深さが波長に関係することが利用されて
いる。キャリアに対する進入領域、したがって光電流の
総合的な波長依存性は、ダイオードに加えられる阻止電
圧によって調整することができる。
ホトダイオードは、それが３つの色感度領域を持つよう
に動かされる。
に動かされる。
ダプリュ、アルパーツホーファー（Ｌ Ａｌｂｅｒｔｓ
ｈｏｆｅｒ）、エイ、ゲルハルト（Ａ、 Ｇｅｒｈａｒ
ｄ）の「スペクトロメーターダイオードを使用した液体
分析（Ｆｌｊｉｓｓｉｇｋｅｉｔｓａｎａｌｙｓｅ ｕ
ｎｔｅｒ Ｖｅｒｗｅｎｄｕｎｇ ｅｉｎｅｒＳｐｅｋ
ｔｒｏｍｅｔｅｒｄｉｏｄｅ） Ｊ 、センサ技術及び
利用会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｌｎｇｓ ｏｆ Ｓｅｎｓｏ
ｒｅｎ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｕｎｄ＾ｎｗｅｎｄ
ｕｎｇ）、パート、ナウハイム（Ｂａｄ Ｎａｕｈｅｉ
ｍ）、ＦＲＧ、１９８６年、エヌテイージー技術報告（
Ｎ Ｔ Ｇ−Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔｅ） ９３、付録
３０ページから、いわゆるスペクトロメーターダイオー
ドが公知である。このスペクトロメーターダイオードは
、並列配置し異なる波長範囲に感度を持つホトダイオー
ドの装置である。ダイオードは、連続的に変化するエネ
ルギーギャップを有する半導体材料の層構造体として形
成されている。このダイオードは、相対的に大きなエネ
ルギーギャップを有する側面から照射される。光子は、
半導体内にエネルギーギャップに基づき吸収され得る深
さにまで進入する。ダイオードの背面側の傾斜カットに
より、異なるエネルギーギャップの個所にシッットキー
接触を設け、そのシッットキー接触からそれぞれ対応す
る波長に属する信号を取り出すことが可能である。
ｈｏｆｅｒ）、エイ、ゲルハルト（Ａ、 Ｇｅｒｈａｒ
ｄ）の「スペクトロメーターダイオードを使用した液体
分析（Ｆｌｊｉｓｓｉｇｋｅｉｔｓａｎａｌｙｓｅ ｕ
ｎｔｅｒ Ｖｅｒｗｅｎｄｕｎｇ ｅｉｎｅｒＳｐｅｋ
ｔｒｏｍｅｔｅｒｄｉｏｄｅ） Ｊ 、センサ技術及び
利用会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｌｎｇｓ ｏｆ Ｓｅｎｓｏ
ｒｅｎ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｕｎｄ＾ｎｗｅｎｄ
ｕｎｇ）、パート、ナウハイム（Ｂａｄ Ｎａｕｈｅｉ
ｍ）、ＦＲＧ、１９８６年、エヌテイージー技術報告（
Ｎ Ｔ Ｇ−Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔｅ） ９３、付録
３０ページから、いわゆるスペクトロメーターダイオー
ドが公知である。このスペクトロメーターダイオードは
、並列配置し異なる波長範囲に感度を持つホトダイオー
ドの装置である。ダイオードは、連続的に変化するエネ
ルギーギャップを有する半導体材料の層構造体として形
成されている。このダイオードは、相対的に大きなエネ
ルギーギャップを有する側面から照射される。光子は、
半導体内にエネルギーギャップに基づき吸収され得る深
さにまで進入する。ダイオードの背面側の傾斜カットに
より、異なるエネルギーギャップの個所にシッットキー
接触を設け、そのシッットキー接触からそれぞれ対応す
る波長に属する信号を取り出すことが可能である。
上記文献に示されるダイオードの持つ分解能は、多くの
用途に対しては小さすぎる。
用途に対しては小さすぎる。
本発明の目的は、従来の技術に対し改良された分解能を
有する分光用装置を得ることにある。
有する分光用装置を得ることにある。
この目的は本発明によれば、異なるスペクトル感度を有
し並列配置されたダイオード素子を備えた波長選択性の
ダイオードアレイを含むものにおいて、分解作用の改善
のために干渉フィルターが設けられ、その干渉フィルタ
ーにおいてはその透過領域の間隔が個々のダイオード素
子の感度最大値の間隔と一致し、干渉フィルターはダイ
オードアレイの全波長範囲を覆い得るように同調可能で
あることによって達成される。
し並列配置されたダイオード素子を備えた波長選択性の
ダイオードアレイを含むものにおいて、分解作用の改善
のために干渉フィルターが設けられ、その干渉フィルタ
ーにおいてはその透過領域の間隔が個々のダイオード素
子の感度最大値の間隔と一致し、干渉フィルターはダイ
オードアレイの全波長範囲を覆い得るように同調可能で
あることによって達成される。
本発明の他の構成については請求項２以下に記載されて
いる。
いる。
高分解分光用装置は、半導体材料からなる波長選択性の
ダイオードアレイと、空間的または時間的に同調可能な
干渉フィルターとを含んでいる。
ダイオードアレイと、空間的または時間的に同調可能な
干渉フィルターとを含んでいる。
波長選択性のダイオードアレイと同調可能な干渉フィル
ターとを集積モジュールとして構成すると特に有利であ
る。
ターとを集積モジュールとして構成すると特に有利であ
る。
半導体ダイオードについて得ることのできる分解能は、
半導体における根本的なメカニズムにより、原理的に約
２０ｎｍに制限されている（エイ、ビオトロウスキイ（
Ａ、 Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋｉ）のミュンヘン工科大学学
位論文「最適スペクトロメーターダイオードの設計（Ｅ
ｎｔｗｕｒｆ ｏｐｔｉ＋５ａｌｅｒ Ｓｐｅｋｔｒｏ
ｍｓｔｅｒｄｉｏｄｅｎ） 、電気工学講座（Ｌｅｈｒ
ｓｔｕｈｌ ｆｉ；ｒ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｅｌｅ
ｋｔｒｏｎｉｋ） １９７６年参照）、この分解作用は
干渉フィルターによってはるかに高めることができる。
半導体における根本的なメカニズムにより、原理的に約
２０ｎｍに制限されている（エイ、ビオトロウスキイ（
Ａ、 Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋｉ）のミュンヘン工科大学学
位論文「最適スペクトロメーターダイオードの設計（Ｅ
ｎｔｗｕｒｆ ｏｐｔｉ＋５ａｌｅｒ Ｓｐｅｋｔｒｏ
ｍｓｔｅｒｄｉｏｄｅｎ） 、電気工学講座（Ｌｅｈｒ
ｓｔｕｈｌ ｆｉ；ｒ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｅｌｅ
ｋｔｒｏｎｉｋ） １９７６年参照）、この分解作用は
干渉フィルターによってはるかに高めることができる。
干渉フィルターは複数の鋭い透過最大値を持っている。
波長選択性のダイオードアレイと干渉フィルターとを組
み合わせることにより、２つの干渉最大値の間隔がダイ
オードアレイ中に含む２つのダイオード素子の感度最大
値の間隔に一致するように素子を互いに同調させること
ができる。干渉フィルターとダイオードアレイとを直列
配置することによって、分解作用は最適化される。ダイ
オードアレイの全感度範囲を覆うために、干渉フィルタ
ーの各透過範囲はダイオード素子の隣接する感度最大値
間に同調される。
み合わせることにより、２つの干渉最大値の間隔がダイ
オードアレイ中に含む２つのダイオード素子の感度最大
値の間隔に一致するように素子を互いに同調させること
ができる。干渉フィルターとダイオードアレイとを直列
配置することによって、分解作用は最適化される。ダイ
オードアレイの全感度範囲を覆うために、干渉フィルタ
ーの各透過範囲はダイオード素子の隣接する感度最大値
間に同調される。
干渉フィルターをダイオードアレイと集積することによ
って、極めてコンパクトな構造が可能である。
って、極めてコンパクトな構造が可能である。
次に本発明を図面に示す実施例について説明する−
第１図の装置おいて、くさび形の干渉フィルター１１が
設けられている。このくさび形の干渉フィルター１１は
試験すべき光に対し透過性の材料から成っている。また
第１のダイオードアレイ１２があり、これは第１のサブ
ストレート１２１の上に組み立てられている。第１のサ
ブストレート１２１の上には第１の層構造部１２２が存
在する。
設けられている。このくさび形の干渉フィルター１１は
試験すべき光に対し透過性の材料から成っている。また
第１のダイオードアレイ１２があり、これは第１のサブ
ストレート１２１の上に組み立てられている。第１のサ
ブストレート１２１の上には第１の層構造部１２２が存
在する。
第１のダイオードアレイ１２は半導体材料からなってい
る。半導体材料内のエネルギーギャップは、第１のサブ
ストレート１２１から第１の層構造部１２２へ垂直の方
向に連続的に減少している。第１のサブストレート１２
１内でエネルギーギャップは最大であり、第１の層構造
部１２２の第１のサブストレート１２１と反対側の端部
においてエネルギーギャップは最小である。第１の層構
造部１２２の第１のサブストレート１２１と反対側の表
面は斜めに落とされている。この斜めに落とされた面の
上に第１の接触１２３が設けられている。
る。半導体材料内のエネルギーギャップは、第１のサブ
ストレート１２１から第１の層構造部１２２へ垂直の方
向に連続的に減少している。第１のサブストレート１２
１内でエネルギーギャップは最大であり、第１の層構造
部１２２の第１のサブストレート１２１と反対側の端部
においてエネルギーギャップは最小である。第１の層構
造部１２２の第１のサブストレート１２１と反対側の表
面は斜めに落とされている。この斜めに落とされた面の
上に第１の接触１２３が設けられている。
第１の接触１２３は、斜めに落とされた表面の傾斜の方
向、この傾斜の方向に垂直の方向および斜めに落とされ
た表面に平行に広がる二次元の領域として配置されてい
る。斜めに落とされた表面の傾斜の方向に、エネルギー
ギャップは連続的に変化し、その結果この方向には、そ
れぞれ２つの隣接する接触は異なるエネルギーギャップ
領域を有する。第１の接触１２３はショットキー接触、
すなわち阻止性のショットキーダイオードである。
向、この傾斜の方向に垂直の方向および斜めに落とされ
た表面に平行に広がる二次元の領域として配置されてい
る。斜めに落とされた表面の傾斜の方向に、エネルギー
ギャップは連続的に変化し、その結果この方向には、そ
れぞれ２つの隣接する接触は異なるエネルギーギャップ
領域を有する。第１の接触１２３はショットキー接触、
すなわち阻止性のショットキーダイオードである。
第１の接触１２３は例えば金からなっている。第１のサ
ブストレート１２１の第１の層構造部１２２と反対側に
は第１のオーム接触１２４が設けられている。第１のオ
ーム接触１２４は空所を有しているので、第１の矢印１
３で示す光は第１のオーム接触１２４を貫通して第１の
サブストレート１２１内に進入することができる。第１
のダイオードアレイ１２は例えば６５０〜９００ｎｍの
波長領域に感応するものである。この例では第１のサブ
ストレート１２１および第１の層構造部１２２はＧａＡ
Ｓ＋−ｐＰｐよりなり、第１７７）サブストレート１２
１における混合係数ｐは０．４の値をとり、第１の層構
造部１２２においては混合係数ｐは０．４〜０の値をと
る。しかだって第１の層構造部１２２の最上層はＣａＡ
ｓよりなっている。
ブストレート１２１の第１の層構造部１２２と反対側に
は第１のオーム接触１２４が設けられている。第１のオ
ーム接触１２４は空所を有しているので、第１の矢印１
３で示す光は第１のオーム接触１２４を貫通して第１の
サブストレート１２１内に進入することができる。第１
のダイオードアレイ１２は例えば６５０〜９００ｎｍの
波長領域に感応するものである。この例では第１のサブ
ストレート１２１および第１の層構造部１２２はＧａＡ
Ｓ＋−ｐＰｐよりなり、第１７７）サブストレート１２
１における混合係数ｐは０．４の値をとり、第１の層構
造部１２２においては混合係数ｐは０．４〜０の値をと
る。しかだって第１の層構造部１２２の最上層はＣａＡ
ｓよりなっている。
第１のダイオードアレイ１２のダイオード素子の感度Ｓ
が波長の関数として第２図に示されている。各個々のダ
イオード素子の感度曲線はほぼ鐘形である０個々のダイ
オード素子は部分的に重なり合っている。
が波長の関数として第２図に示されている。各個々のダ
イオード素子の感度曲線はほぼ鐘形である０個々のダイ
オード素子は部分的に重なり合っている。
くさび形の干渉フィルター１１は第１のダイオードアレ
イ１２に対し、くさび形の干渉フィルター１１の傾斜の
方向が第１のダイオードアレイ１２の斜めに落とされた
表面の傾斜の方向に垂直になるように配置されている。
イ１２に対し、くさび形の干渉フィルター１１の傾斜の
方向が第１のダイオードアレイ１２の斜めに落とされた
表面の傾斜の方向に垂直になるように配置されている。
くさび形の干渉フィルター１１は第１のサブストレート
１２１の下方に配置され、第１の矢印１３で示す試験す
べき試料の光はまずくさび形の干渉フィルター１１を通
り、次いで第１のサブストレート１２１から第１のダイ
オードアレイ１２内に達する。光は、その波長に相応す
るエネルギーギャップを持った層に達するまで第１の層
構造部１２２内深く進入する。
１２１の下方に配置され、第１の矢印１３で示す試験す
べき試料の光はまずくさび形の干渉フィルター１１を通
り、次いで第１のサブストレート１２１から第１のダイ
オードアレイ１２内に達する。光は、その波長に相応す
るエネルギーギャップを持った層に達するまで第１の層
構造部１２２内深く進入する。
吸収が起きるとキャリアが発生し、このキャリアは相応
する第１の接触１２３における信号でもって示され得る
。第１の接触１２３は、くさび形の干渉フィルター１１
の傾斜の方向及び第１の層構造部１２２の斜めに落とさ
れた表面の傾斜の方向に広がる二次元の領域に配置され
ている。
する第１の接触１２３における信号でもって示され得る
。第１の接触１２３は、くさび形の干渉フィルター１１
の傾斜の方向及び第１の層構造部１２２の斜めに落とさ
れた表面の傾斜の方向に広がる二次元の領域に配置され
ている。
くさび形の干渉フィルター１１の厚さおよび傾斜は、く
さび形の干渉フィルター１１の透過領域の間隔が第１の
ダイオードアレイ１２の感度最大値の間隔に相応し、か
つくさび形の干渉フィルター１１の各透過領域のくさび
の幅にわたるずれが第１のダイオードアレイ１２の２つ
の感度最大値間の範囲を覆うように選ばれる。くさび形
の干渉フィルター１１は例えばフッ化カルシウム、フッ
化マグネシウム、−酸化ケイ素からなっている。
さび形の干渉フィルター１１の透過領域の間隔が第１の
ダイオードアレイ１２の感度最大値の間隔に相応し、か
つくさび形の干渉フィルター１１の各透過領域のくさび
の幅にわたるずれが第１のダイオードアレイ１２の２つ
の感度最大値間の範囲を覆うように選ばれる。くさび形
の干渉フィルター１１は例えばフッ化カルシウム、フッ
化マグネシウム、−酸化ケイ素からなっている。
くさび形の干渉フィルター１１の厚みは、傾斜の低部で
例えば１４μ霧、傾斜の高部で例えば１４゜２μ−の値
であり、屈折率は１．５と仮定された。
例えば１４μ霧、傾斜の高部で例えば１４゜２μ−の値
であり、屈折率は１．５と仮定された。
この屈折率は使用される材料の屈折率の範囲内にある。
第３図ａには３つのダイオード素子に対する感度曲線が
示されている。これらの感度曲線はλ３、λ８、λ、に
最大値を持つ鐘の形をなしている。
示されている。これらの感度曲線はλ３、λ８、λ、に
最大値を持つ鐘の形をなしている。
曲線は部分的に重なり合っている。第３図すには干渉フ
ィルターの透過領域が示されている。それは同様に３つ
の最大値を含んでいる。干渉フィルターは、これらの最
大値が感度最大値と一敗するように選ばれる。第３図Ｃ
には干渉フィルターの透過領域の位置を同調させ得る領
域が概略的に示されている。この同調は空間的に例えば
くさび形の干渉フィルターにより行うことができる。こ
の同調はまた時間的分離によっても行うことができ、こ
れは例えば面平行の干渉フィルターの熱的またｎ（ｎは
干渉フィルターの屈折率、Ｚは自然数）を満足する波長
の光が垂直に入射する際透過され得る。厚さｄ又は屈折
率ｎを変えることによってフィルターの光学長を変える
ことができ、その際透過する波長λも変化する。
ィルターの透過領域が示されている。それは同様に３つ
の最大値を含んでいる。干渉フィルターは、これらの最
大値が感度最大値と一敗するように選ばれる。第３図Ｃ
には干渉フィルターの透過領域の位置を同調させ得る領
域が概略的に示されている。この同調は空間的に例えば
くさび形の干渉フィルターにより行うことができる。こ
の同調はまた時間的分離によっても行うことができ、こ
れは例えば面平行の干渉フィルターの熱的またｎ（ｎは
干渉フィルターの屈折率、Ｚは自然数）を満足する波長
の光が垂直に入射する際透過され得る。厚さｄ又は屈折
率ｎを変えることによってフィルターの光学長を変える
ことができ、その際透過する波長λも変化する。
第４図には第１の面平行な干渉フィルター４１が示され
ている。それは試験すべき光に対し透過性の材料からな
っている。第４図にはさらに第２のダイオードアレイ４
２が示されている。第１のダイオードアレイ１２と同様
に第２のダイオードアレイ４２は第２のサブストレート
４２１上に組み立られている。それには第２の接触４２
３を有する第２の層構造部４２２が続いている。第２の
ダイオードアレイ４２は可変のエネルギーギャップを存
する半導体材料からなっている。第２のサブストレート
４２１においてエネルギーギャップは最大であり、第２
の層構造部４２２に向は減少する。第２の層構造部４２
２の第２のサブストレート４２１と反対側の表面は斜め
にカットされている。この傾斜した表面上に第２の接触
４２３が設けられている。第２の層構造部４２２の層毎
に第２の接触４２３が設けられている。第２の接触４２
３は同様にショットキー接触である。第２のサブストレ
ート４２１の第２の層構造部４２２と反対側には第２の
オーム接触４２４が設けられている。第２のオーム接触
４２４は空所を有し、第２の矢印４３で示す光は第２の
オーム接触４２４を貫通して第２のサブストレート４２
１内に進入することができる。第１の面平行の干渉フィ
ルター４１は時間的に変化する外部の影響下にあり、そ
れによって時間的に同調される。第２の接触４２３を走
査される信号の時間的な分解によって、第２の層構造部
４２２の層毎の第２の接触４２３のみでもって第１の面
平行の干渉フィルターの同調により得られる分解の改善
を評価することが可能である。
ている。それは試験すべき光に対し透過性の材料からな
っている。第４図にはさらに第２のダイオードアレイ４
２が示されている。第１のダイオードアレイ１２と同様
に第２のダイオードアレイ４２は第２のサブストレート
４２１上に組み立られている。それには第２の接触４２
３を有する第２の層構造部４２２が続いている。第２の
ダイオードアレイ４２は可変のエネルギーギャップを存
する半導体材料からなっている。第２のサブストレート
４２１においてエネルギーギャップは最大であり、第２
の層構造部４２２に向は減少する。第２の層構造部４２
２の第２のサブストレート４２１と反対側の表面は斜め
にカットされている。この傾斜した表面上に第２の接触
４２３が設けられている。第２の層構造部４２２の層毎
に第２の接触４２３が設けられている。第２の接触４２
３は同様にショットキー接触である。第２のサブストレ
ート４２１の第２の層構造部４２２と反対側には第２の
オーム接触４２４が設けられている。第２のオーム接触
４２４は空所を有し、第２の矢印４３で示す光は第２の
オーム接触４２４を貫通して第２のサブストレート４２
１内に進入することができる。第１の面平行の干渉フィ
ルター４１は時間的に変化する外部の影響下にあり、そ
れによって時間的に同調される。第２の接触４２３を走
査される信号の時間的な分解によって、第２の層構造部
４２２の層毎の第２の接触４２３のみでもって第１の面
平行の干渉フィルターの同調により得られる分解の改善
を評価することが可能である。
第１の面平行の干渉フィルター４１は第２のダイオード
アレイ４２に対し、矢印４３で示す試験すべき試料の光
がまず面平行の干渉フィルター４１を透過し、次いで第
２のサブストレート４２１から第２のダイオードアレイ
４２内に達し、そこで上述のように分析されるように配
置されている。
アレイ４２に対し、矢印４３で示す試験すべき試料の光
がまず面平行の干渉フィルター４１を透過し、次いで第
２のサブストレート４２１から第２のダイオードアレイ
４２内に達し、そこで上述のように分析されるように配
置されている。
外部の影響による面平行の干渉フィルター４１の同調は
、例えば熱的、電気機械的、磁歪的、または電気的に可
能である。面平行の干渉フィルター４１は試験すべき光
に対し透過性の、例えばピエゾ結晶で作られる。電圧を
加えることによって干渉フィルターの厚さは変化する。
、例えば熱的、電気機械的、磁歪的、または電気的に可
能である。面平行の干渉フィルター４１は試験すべき光
に対し透過性の、例えばピエゾ結晶で作られる。電圧を
加えることによって干渉フィルターの厚さは変化する。
それにより、干渉フィルターを透過する波長が変化する
。
。
面平行の干渉フィルター４１は例えば電気的に複屈折す
る材料、例えばガリウムヒ素から作られる。電圧を加え
ることによってこの場合も面平行の干渉フィルターを透
過する波長が影響される。
る材料、例えばガリウムヒ素から作られる。電圧を加え
ることによってこの場合も面平行の干渉フィルターを透
過する波長が影響される。
同調はゆっくりと、すなわち準安定的に又は急速な揺動
によって行うことができる。その場合、交流電流技術、
例えばロック・イン技術が用いられる。まず透過領域の
同調のためには、大抵の材料に対して若干ｋＶの値を有
するいわゆる半波電圧を必要とする。
によって行うことができる。その場合、交流電流技術、
例えばロック・イン技術が用いられる。まず透過領域の
同調のためには、大抵の材料に対して若干ｋＶの値を有
するいわゆる半波電圧を必要とする。
ピエゾ結晶を含む第２の面平行の干渉フィルター５１に
対する他の実施例が第５図に示されている。第２の面平
行の干渉フィルター５１は互に面平行に配置された２つ
の第１の板５１１を有する。
対する他の実施例が第５図に示されている。第２の面平
行の干渉フィルター５１は互に面平行に配置された２つ
の第１の板５１１を有する。
第１の板５１１は橋絡片５１２により互に結合される。
２つの第１の板５１の各々の面平行な表面のそれぞれ一
方は熱処理され、それぞれ他方の表面は部分的に鏡面化
されている１部分的に鏡面化された表面で反射される光
の干渉が用いられる。
方は熱処理され、それぞれ他方の表面は部分的に鏡面化
されている１部分的に鏡面化された表面で反射される光
の干渉が用いられる。
橋絡片５１２は例えばピエゾ結晶からなっている。
それによって、橋絡片５１２に電圧を印加することによ
り第１の板５１１の間隔を調整することができる。した
がって第２の面平行の干渉フィルター５１を電気機械的
に種々の波長に合わせることができる。
り第１の板５１１の間隔を調整することができる。した
がって第２の面平行の干渉フィルター５１を電気機械的
に種々の波長に合わせることができる。
橋絡片５１２は例えば磁歪を示す材料からなっている。
橋絡片５１２の磁化によってその長さは変えられる。し
たがって両筒１の板５１１の間隔も変化する。
たがって両筒１の板５１１の間隔も変化する。
第６図には第３の面平行の干渉フィルターが示されてい
る。それにはヨーク６１１が設けられている。コーク６
１１はシリンダ状で、両基板上にそれぞれ円状の開孔を
備えている。ヨーク６１１は２つの平行に配置された第
２の板６１３を含んでいる。第２の板６１３の一方は基
板上のヨーク６１１の内部に固定されている。２つの第
２の板６１３の各々の面平行な表面の一方は熱処理され
ており、他方の表面は部分的に鏡面化されている。
る。それにはヨーク６１１が設けられている。コーク６
１１はシリンダ状で、両基板上にそれぞれ円状の開孔を
備えている。ヨーク６１１は２つの平行に配置された第
２の板６１３を含んでいる。第２の板６１３の一方は基
板上のヨーク６１１の内部に固定されている。２つの第
２の板６１３の各々の面平行な表面の一方は熱処理され
ており、他方の表面は部分的に鏡面化されている。
第３の面平行の干渉フィルター６１は、部分的に鏡面化
された表面で反射する光の干渉を利用する。
された表面で反射する光の干渉を利用する。
第２の板６１３の第２のものは間隔片６１２を介してヨ
ーク６１１内で他方の基板に固定されている０間隔片６
１２は例えばリング状である０間隔片６１２の厚さを変
えることによって面平行な第２の板６１３の間隔を変え
ることができる０間隔片６１２の厚さは例えば電気機械
的に調整することができる０間隔片６１２はその場合ピ
エゾ結晶で作られる０間隔片６１２に電圧を加えること
によりその厚さは変えられる。第２の板６１３の一方が
間隔片６１２と結合されているので、それにより面平行
な第２の板の間隔が変化する。
ーク６１１内で他方の基板に固定されている０間隔片６
１２は例えばリング状である０間隔片６１２の厚さを変
えることによって面平行な第２の板６１３の間隔を変え
ることができる０間隔片６１２の厚さは例えば電気機械
的に調整することができる０間隔片６１２はその場合ピ
エゾ結晶で作られる０間隔片６１２に電圧を加えること
によりその厚さは変えられる。第２の板６１３の一方が
間隔片６１２と結合されているので、それにより面平行
な第２の板の間隔が変化する。
間隔片６１２の厚さを調整する他の可能性は、間隔片６
１２の熱膨脹を利用することである。間隔片６１２を加
熱し同時にヨーク６１１を冷却することによって、間隔
片６１２の厚さのみ、したがって面平行の第２の板６１
３の間隔が変化する。
１２の熱膨脹を利用することである。間隔片６１２を加
熱し同時にヨーク６１１を冷却することによって、間隔
片６１２の厚さのみ、したがって面平行の第２の板６１
３の間隔が変化する。
ヨーク６１１の冷却が不可能または費用がかかる場合に
は、ヨーク６１１を熱膨脹の小さい材料、例えばアンバ
ーで作るのが好ましい。
は、ヨーク６１１を熱膨脹の小さい材料、例えばアンバ
ーで作るのが好ましい。
間隔片６１２の厚さは第５図の実施例の橋絡片５１２の
厚さより大きく選定されているので、間隔片６１２の加
熱により、前述の実施例における橋絡片５１２の加熱に
よって得られるより大きい第２の板６１３の間隔変化が
得られる。
厚さより大きく選定されているので、間隔片６１２の加
熱により、前述の実施例における橋絡片５１２の加熱に
よって得られるより大きい第２の板６１３の間隔変化が
得られる。
第２の板６１３の間隔ｄは例えば１４．ｌ／ＩＩ、間隔
変化は０．２μ−の値である０間隔片６１２は例えば２
８０μｍの厚さＤを有し、すなわちＤ−ｋ。
変化は０．２μ−の値である０間隔片６１２は例えば２
８０μｍの厚さＤを有し、すなわちＤ−ｋ。
・ａ、 ｋ、−２０である。したがって間隔片６１２を
０．２μｍだけ膨脹させるためには厚さｄの板に対し必
要な温度ΔＴのに１分の１で十分である。
０．２μｍだけ膨脹させるためには厚さｄの板に対し必
要な温度ΔＴのに１分の１で十分である。
すなわちΔＴ、！ΔＴ／に、である０例えばガラスから
なる間隔片６１２を０．２μｍだけ膨脹するためには約
８０°が必要である。
なる間隔片６１２を０．２μｍだけ膨脹するためには約
８０°が必要である。
第５図の第１の板５１１の間隔は同様に例えば１４ ｐ
ｌｌ 、間隔変化は０．２〃■の値であるので、橋絡片
５１２をΔＴ−に、 ・ΔＴ、だけ加熱することが必
要であり、それはガラスに対しては約１６００″″の値
に相当する。
ｌｌ 、間隔変化は０．２〃■の値であるので、橋絡片
５１２をΔＴ−に、 ・ΔＴ、だけ加熱することが必
要であり、それはガラスに対しては約１６００″″の値
に相当する。
誘電材料、例えばＺｎＳまたは氷晶石よりなる面平行の
板の透過特性は、光線の入射角に関係すα（ｎは誘電体
の屈折率、Ｚは自然数、αは光の内部入射角）を満足す
る波長λの光を透過する。
板の透過特性は、光線の入射角に関係すα（ｎは誘電体
の屈折率、Ｚは自然数、αは光の内部入射角）を満足す
る波長λの光を透過する。
オリエル（Ｏｒｔｅｌ）、光学フィルター、カタログか
ら取り出された第７図、第８図により、この効果がわか
る。第７図には面平行な板の透過度が２つの異なる入射
角に対する波長λの関数として示されている０面平行の
板の屈折率は２．０の大きさである。垂直に光が入射し
た場合、すなわち入射角α−〇＠の場合の透過度は実線
で示されている。
ら取り出された第７図、第８図により、この効果がわか
る。第７図には面平行な板の透過度が２つの異なる入射
角に対する波長λの関数として示されている０面平行の
板の屈折率は２．０の大きさである。垂直に光が入射し
た場合、すなわち入射角α−〇＠の場合の透過度は実線
で示されている。
入射角２０”に対する面平行の板の透過度は破線で示さ
れている。中間の透過波長のずれがあることが明らかに
分かる。第８図には、入射角ｏ０の場合の透過波長の他
の入射角における透過波長に対する比が、面平行な板の
種々の屈折率に対する入射角の関数として示されている
。２．０の屈折率に対するこの相対的な波長変化が実線
で示されている。１．４５の屈折率に対する相対的な波
長変化が破線で示されている。破線から、１．４５の屈
折率においては、２０°の入射角の場合、Ｏ゛の入射角
に対し波長は３％だけ変化することがわかる。
れている。中間の透過波長のずれがあることが明らかに
分かる。第８図には、入射角ｏ０の場合の透過波長の他
の入射角における透過波長に対する比が、面平行な板の
種々の屈折率に対する入射角の関数として示されている
。２．０の屈折率に対するこの相対的な波長変化が実線
で示されている。１．４５の屈折率に対する相対的な波
長変化が破線で示されている。破線から、１．４５の屈
折率においては、２０°の入射角の場合、Ｏ゛の入射角
に対し波長は３％だけ変化することがわかる。
７００ｎｍの透過波長の場合これは２１ｎｍのずれを意
味する。
味する。
第９図には第４の面平行な干渉フィルター９１が示され
ている。第４の面平行な干渉フィルター９１は誘電性の
面平行の板９２を含んでいる。第４の面平行の干渉フィ
ルター９１はさらに２つのピエゾ結晶９３を含んでいる
。ピエゾ結晶９３は誘電性の面平行の板９２と固く結合
されている。
ている。第４の面平行な干渉フィルター９１は誘電性の
面平行の板９２を含んでいる。第４の面平行の干渉フィ
ルター９１はさらに２つのピエゾ結晶９３を含んでいる
。ピエゾ結晶９３は誘電性の面平行の板９２と固く結合
されている。
ピエゾ結晶９３は棒状である。ピエゾ結晶９３は狭い一
つの側で誘電性の面平行の板９２と結合されている。ピ
エゾ結晶９３は面平行の板９２の対向表面にそれに垂直
に配置されている。その表面は、方向矢印９４で示され
る方向からの光が誘電性の面平行な板９２を透過するよ
うな表面である。
つの側で誘電性の面平行の板９２と結合されている。ピ
エゾ結晶９３は面平行の板９２の対向表面にそれに垂直
に配置されている。その表面は、方向矢印９４で示され
る方向からの光が誘電性の面平行な板９２を透過するよ
うな表面である。
ピエゾ結晶９３は、その長手軸が平行で重ならない直線
に沿って走るように配置されている。ピエゾ結晶９３は
誘電性の面平行の板９２と反対側でホルダー９５と固く
結合されている。ホルダー９５は水平部分９５２を介し
て互に固く結合されている２つの垂直な部分９５１を含
んでいる。垂直な部分９５１は異なる高さを持っている
。この高さの相違は、誘電性の面平行の板９２と固く結
合されているピエゾ結晶９３が上縁において垂直な部分
９５１と固く結合されるように定められる。
に沿って走るように配置されている。ピエゾ結晶９３は
誘電性の面平行の板９２と反対側でホルダー９５と固く
結合されている。ホルダー９５は水平部分９５２を介し
て互に固く結合されている２つの垂直な部分９５１を含
んでいる。垂直な部分９５１は異なる高さを持っている
。この高さの相違は、誘電性の面平行の板９２と固く結
合されているピエゾ結晶９３が上縁において垂直な部分
９５１と固く結合されるように定められる。
それ故垂直部分９５１の高さの差は、誘電性の面平行の
板９２に対するピエゾ結晶９３の固定点の間隔にほぼ一
致している。ピエゾ結晶は誘電性の面平行の板９２とホ
ルダー９５の垂直な部分９５１と固く結合されているの
で、長さ変化矢印９３１で示される方向におけるピエゾ
結晶９３の長さ変化は、誘電性の面平行のｖｉ９２を角
度９７だけ傾動させることになる。ピエゾ結晶９３の伸
長は、誘電性の面平行な板９２上にトルクを及ぼす、方
向矢印９４で示される固定した方向からの光が誘電性の
面平行の板９２上に当たるので、角度９７の変化により
誘電性の面平行の板９２への光の入射角が変化する。そ
れ故第７図および第８図の説明に従い透過波長が変化す
る。誘電性の面平行の板９２を通過した後の光が第４の
面平行の干渉フィルター９１の後に配置されたダイオー
ドアレイに達し得るようにするため、長い方の垂直な部
分９５１は空所９６を備えている。この空所９６は、誘
電性の面平行の板９２を通過した後の光が妨げられるこ
となくダイオードアレイ内に達し得るように配置されて
いる。
板９２に対するピエゾ結晶９３の固定点の間隔にほぼ一
致している。ピエゾ結晶は誘電性の面平行の板９２とホ
ルダー９５の垂直な部分９５１と固く結合されているの
で、長さ変化矢印９３１で示される方向におけるピエゾ
結晶９３の長さ変化は、誘電性の面平行のｖｉ９２を角
度９７だけ傾動させることになる。ピエゾ結晶９３の伸
長は、誘電性の面平行な板９２上にトルクを及ぼす、方
向矢印９４で示される固定した方向からの光が誘電性の
面平行の板９２上に当たるので、角度９７の変化により
誘電性の面平行の板９２への光の入射角が変化する。そ
れ故第７図および第８図の説明に従い透過波長が変化す
る。誘電性の面平行の板９２を通過した後の光が第４の
面平行の干渉フィルター９１の後に配置されたダイオー
ドアレイに達し得るようにするため、長い方の垂直な部
分９５１は空所９６を備えている。この空所９６は、誘
電性の面平行の板９２を通過した後の光が妨げられるこ
となくダイオードアレイ内に達し得るように配置されて
いる。
波長７００ ｎｍ、屈折率１．４５、入射角２０゜の場
合、透過波長は２１ｎｍだけずれ、ダイオードアレイに
おいて２つの感度最大値の間隔は約２０ｎｍの値である
から、第４の面平行の干渉フィルターは、角度９７を変
えることによって、透過領域をダイオードアレイの一つ
の感度最大値から隣接する感度最大値に合わせるために
極めて通している。
合、透過波長は２１ｎｍだけずれ、ダイオードアレイに
おいて２つの感度最大値の間隔は約２０ｎｍの値である
から、第４の面平行の干渉フィルターは、角度９７を変
えることによって、透過領域をダイオードアレイの一つ
の感度最大値から隣接する感度最大値に合わせるために
極めて通している。
第１図は波長選択性のダイオードアレイとくさび形の干
渉フィルターとを有する高分解分光用装置の斜視図、第
２図はダイオードアレイの個々のダイオード素子の感度
を波長の関数として示した線図、第３図ａ、ｂＳｃはダ
イオード素子の波長感度、干渉フィルターの干渉最大値
、干渉フィルターの干渉最大値を同調可能な領域をそれ
ぞれ示す線図、第４図は波長選択性のダイオードアレイ
と面平行の干渉フィルターとを有する高分解分光用装置
の斜視図、第５図は電気機械的に同調可能でありピエゾ
結晶を含む面平行の干渉フィルターの説明図、第６図は
電気機械的または熱的に同訓可笥な面平行の干渉フィル
ターの説明図、第７図は誘電性の面平行の板の透過曲線
図、第８図は面平行の誘電性の板に対する波長ずれを示
す線図、第９図は誘電性の面平行の板を含む干渉フィル
ターの説明図である。 １１．４１．５１．６１・・・干渉フィルター１２．４
２・・・ダイオードアレイ ＩＧ３
渉フィルターとを有する高分解分光用装置の斜視図、第
２図はダイオードアレイの個々のダイオード素子の感度
を波長の関数として示した線図、第３図ａ、ｂＳｃはダ
イオード素子の波長感度、干渉フィルターの干渉最大値
、干渉フィルターの干渉最大値を同調可能な領域をそれ
ぞれ示す線図、第４図は波長選択性のダイオードアレイ
と面平行の干渉フィルターとを有する高分解分光用装置
の斜視図、第５図は電気機械的に同調可能でありピエゾ
結晶を含む面平行の干渉フィルターの説明図、第６図は
電気機械的または熱的に同訓可笥な面平行の干渉フィル
ターの説明図、第７図は誘電性の面平行の板の透過曲線
図、第８図は面平行の誘電性の板に対する波長ずれを示
す線図、第９図は誘電性の面平行の板を含む干渉フィル
ターの説明図である。 １１．４１．５１．６１・・・干渉フィルター１２．４
２・・・ダイオードアレイ ＩＧ３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）異なるスペクトル感度を有し並列配置されたダイオ
ード素子を備えた波長選択性のダイオードアレイを含む
高分解分光のための装置において、分解作用の改善のた
めに干渉フィルター（１１、４１、５１、６１）が設け
られ、その干渉フィルターにおいてはその透過領域の間
隔が個々のダイオード素子の感度最大値の間隔と一致し
、干渉フィルターはダイオードアレイ（１２、４２）の
全波長範囲を覆い得るように同調可能であることを特徴
とする高分解分光用装置。 ２）ダイオードアレイ（１２、４２）として半導体層構
造部を備え、この半導体層構造部は連続的に変化するエ
ネルギーギャップを持った層列を有し、かつ半導体層構
造部の各層は信号を受けるために少なくとも一つのショ
ットキー接触（１２３、４２３）を備えていることを特
徴とする請求項１記載の装置。 ３）層構造部（１２２、４２２）の表面は層列に斜めに
カットされ、層の接触（１２３、４２３）はこの傾斜し
た平面上に配置されていることを特徴とする請求項２記
載の装置。 ４）ダイオードアレイ（１２、４２）はＧａＡｓ＿１＿
−＿ｐＰ＿ｐ（０≦ｐ≦０．４）からなる層列を有する
ことを特徴とスる請求項３記載の装置。 ５）（ａ）干渉フィルター（１１）はくさび形であり、 （ｂ）干渉フィルター（１１）はダイオードアレイ（１
２）に対し、光源とダイオードア レイ（１２）間にあり且つくさびの傾斜し た表面が光路中にあるように配置され、 （ｃ）くさびの傾斜はダイオードアレイ（１２）の傾斜
した平面の傾斜に垂直な方向に走っ ており、 （ｄ）傾斜した平面上の接触（１２３）は二次元領域内
にあり、その軸方向はくさびの傾 斜および傾斜した平面の傾斜の方向と一致 している ことを特徴とする請求項３又は４記載の装置。 ６）干渉フィルター（４１、５１、６１）は面平行であ
り、電気機械式に同調可能であることを特徴とする請求
項３または４記載の装置。 ７）（ａ）面平行の干渉フィルター（６１）がヨーク（
６１１）を含み、 （ｂ）ヨーク（６１１）内には面平行の板（６１３）と
間隔片（６１２）とが配置され、 干渉フィルター（６１）の厚さがピエゾ結 晶からなる間隔片（６１２）を介して同調 可能である ことを特徴とする請求項６記載の装置。 ８）干渉フィルター（５１）が少なくとも１つのピエゾ
結晶を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。 ９）干渉フィルター（６１）が面平行で、熱的に同調可
能であることを特徴とする請求項３または４記載の装置
。 １０）干渉フィルター（６１）が間隔片（６１２）とと
もに僅かな熱膨脹の材料よりなるヨーク（６１１）内に
配置され、干渉フィルター（６１）の厚さは間隔片（６
１２）の熱膨脹により可変であることを特徴とする請求
項９記載の装置。 １１）干渉フィルター（４１）が面平行で、電気的に同
調可能であることを特徴とする請求項３または４記載の
装置。 １２）干渉フィルター（４１）が電気的に複屈折の材料
からなることを特徴とする請求項１１記載の装置。 １３）ダイオードアレイ（１２、４１）が干渉フィルタ
ー（１１、４１、５１、６１）と集積されていることを
特徴とする請求項１〜１２の１つに記載の装置。 １４）（ａ）２つのピエゾ結晶（９３）が設けられ、（
ｂ）誘電性の材料よりなる面平行の板（９２）が設けら
れ、 （ｃ）ピエゾ結晶（９３）と面平行の板（９２）とはホ
ルダー（９５）内に配置され、ピエ ゾ結晶（９３）の長さの電気的同調によっ て面平行の板（９２）の傾斜角（９７）が 調整可能なようになっており、 （ｄ）面平行の板（９２）は光が通されるようにダイオ
ードアレイと光源との間に配置さ れる ことを特徴とする請求項８記載の装置。 １５）（ａ）ピエゾ結晶（９３）は面平行の板（９２）
の２つの対向する側に固定されて、結晶（ ９３）の長さ変化が面平行の板（９２）の 表面に垂直に生じるようになっており、 （ｂ）ピエゾ結晶（９３）は２つの平行で重ならない直
線に沿って配置され、 （ｃ）ピエゾ結晶（９３）は面平行の板（９２）と反対
側でホルダー（９５）と固く結合さ れ、ピエゾ結晶（９３）の長さ変化が面平 行の板（９２）の傾斜角（９７）の変化を 生じるようになっている ことを特徴とする請求項１４記載の装置。
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