JPH0743212A

JPH0743212A - 分光センサ

Info

Publication number: JPH0743212A
Application number: JP19040393A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kosaka; 裕史高阪; Koichi Terauchi; 公一寺内; Masahito Inaba; 政仁稲葉
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】クロストーク光を低減し、高精度にする。【構成】分光センサ３２は、押え板８０によりマスク
板６及び連続分光フィルタ２１，２２がフィルタホルダ
９にねじ止め等により固定され、この押え板８０に受光
素子が一列に配置されてなる試料及び光源測定用の受光
素子列を有するアレイセンサ５が接着等により固定され
て構成されている。押え板８０に穿設されたスリット８
１，８２の境界に設けられた遮光板８３により、連続分
光フィルタ２１，２２内を透過した斜め入射光が、アレ
イセンサ５に入射してクロストーク光となるのを阻止し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光測色計などに用い
られる分光センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、銀／二酸化シリコン／銀の３層か
らなる薄膜が階段状に形成された干渉フィルタとシリコ
ンフォトダイオード（ＳＰＤ）アレイとが１つのパッケ
ージ内に配設された小型の分光センサが知られている
（特開昭６２−２６７６２４号公報）。図２１はこの分
光センサの構成を示す分解斜視図である。この分光セン
サは、紫外線カットフィルタ２６１、赤外線カットフィ
ルタ２６２、スリット板２６３、分光フィルタ２６４及
びＳＰＤアレイ２６５，２６６から構成され、これらが
一体化してセラミックパッケージ２６７内に配設されて
いる。図２２は分光フィルタ２６４の構成を示す断面図
である。透明ガラス基板２７１上に、銀／二酸化シリコ
ン／銀からなる３層構造の薄膜２７２〜２７４が真空蒸
着等によって形成されている。銀膜２７２の膜厚は、上
下層とも同一で全面一様であるが、中間層の二酸化シリ
コン膜２７３は、階段状に形成されており、膜厚が図
中、左から右へ順次増大している。この二酸化シリコン
膜２７３の膜厚が厚くなるほど長波長の光が透過するよ
うになっている。なお、図２２は、説明の便宜上、厚さ
を長さ方向に比して拡大して示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−２６７６２４号公報記載の分光センサは、１つの
パッケージ内に２個の分光センサを試料測定用のセンサ
列と光源測定用のセンサ列として用いることも考えられ
るが、両センサは近接して配設されているため、試料か
らの光が光源測定用のセンサ列に入射したり、光源から
の光が試料測定用のセンサ列に入射するようなクロスト
ーク光が生じ、光源と試料からの光を正確に分離測定す
る上で支障となり、測定結果に誤差を含んでしまうこと
となる。

【０００４】本発明は、上記問題を解決するもので、ク
ロストーク光が低減された高精度の分光センサを提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、試料からの光が受光可能な複数の受光素
子が一列に配設されてなる第１受光素子列と光源からの
光が受光可能な複数の受光素子が一列に配設されてなる
第２受光素子列とが１のパッケージ内に隣接して並設さ
れた受光部と、上記第１，第２受光素子列の受光面にそ
れぞれ対向配設され、透過光の波長の半値幅を決定する
干渉膜を有するフィルタ基板と不要波長域の光を遮断す
べく膜厚がくさび状に連続的に形成された干渉膜で形成
された少なくとも２枚のフィルタ基板とが重ね合わされ
て構成された第１，第２連続分光フィルタと、上記第
１，第２連続分光フィルタの対向側面間に介設されてな
る遮光部材とを備えた構成である。

【０００６】

【作用】本発明によれば、試料からの光が、透過光の波
長の半値幅を決定するフィルタ基板と不要波長域の光を
遮断すべく膜厚がくさび状に連続的に形成された干渉膜
で形成された少なくとも２枚のフィルタ基板とが重ね合
わされて構成された第１連続分光フィルタを透過し、第
１受光素子列に受光される。また、光源からの光が、同
様に構成された第２連続分光フィルタを透過し、第２受
光素子列に受光される。一方、試料からの斜め入射光
は、遮光部材により第２受光素子列に受光されず、同様
に、光源からの斜め入射光は、遮光部材により第１受光
素子列に受光されない。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係る分光センサを、図面を参
照しながら説明する。まず、本発明の第１実施例につい
て、図１〜図４に基づいて説明する。図１（ａ）はマス
ク板を示す平面図、（ｂ）はマスク板が連続分光フィル
タに配置された状態を示す側面図、（ｃ）はアレイセン
サと連続分光フィルタを示す分解斜視図、（ｄ）は本発
明に係る分光センサの第１実施例の構成を示す斜視図で
ある。

【０００８】分光センサ３は、入射光量に応じた大きさ
の電流を出力するシリコンフォトダイオード等の受光素
子が一列に配置されてなる受光素子列１ａを有するアレ
イセンサ１の受光面上に，誘電体多層膜がくさび状に連
続的に形成された分光フィルタ（以下、連続分光フィル
タという）２が接着等により固定されて構成されてい
る。端子１５は、各受光素子の出力信号等を取り出すた
めのアルミニウム配線で、各受光素子に接続されてい
る。

【０００９】連続分光フィルタ２は、図２に示すよう
に、４枚のガラス基板２０１〜２０４が貼り合わされて
構成されている。この４枚のガラス基板の面と面の間
（３層）には、一方のガラス基板上に、誘電体多層薄膜
が真空蒸着等によって形成されている。この誘電体多層
薄膜は、図３に示すように、硫化亜鉛やフッ化マグネシ
ウム等からなる高屈折率と低屈折率の誘電体薄膜２１０
が交互に層状に十数層重ねて形成されたもので、その膜
厚が長手方向に沿って連続的に厚くなるようなくさび状
に形成されている。

【００１０】上記３層の薄膜は、長波長側を遮断するフ
ィルタ、短波長側を遮断するフィルタ及び透過波長の半
値幅を決定する帯域通過フィルタとして作用するように
形成され、これらを重ね合わせることで連続分光フィル
タ２が構成されている。

【００１１】そして、連続分光フィルタ２は、長手方向
の位置に対して、透過光の中心波長が連続的に変化する
ようになっている。これにより、受光素子列１ａの各受
光素子による異なる波長の光の受光を可能にしている。

【００１２】マスク板４は、図１（ａ）に示すように、
薄い板状で、連続分光フィルタ２より多少長寸法であっ
て、連続分光フィルタ２の縁より多少内側部分の内部が
穿設された所定の幅を有する枠形状を有し、図１（ｂ）
に示すように、連続分光フィルタ２の光入射面側に重ね
合わされて配置され、連続分光フィルタ２の端部を遮光
するようにしている。

【００１３】このマスク板４が無ければ、図４（ａ）に
示すような連続分光フィルタ２へ入射する斜め方向の試
料光が、連続分光フィルタ２の端面で反射されて下方で
近隣の受光素子で受光されるので、端の近傍での受光素
子の波形に、図５中、Ａで示すような裾引きが生じてし
まう。

【００１４】この裾引きは、図２に示すような斜め入射
光Ｌ２では、ガラス基板２０１〜２０４における長手方
向の透過位置が微小にずれるため、受光素子に所望の波
長以外の波長成分の光が入射することによって生じる。
この裾引きにより、分光センサ３の性能が低下すること
となる。

【００１５】しかし、このマスク板４により、図４
（ｂ）に示すように、連続分光フィルタ２へ入射する斜
め方向の試料光が反射されてアレイセンサ１に到達しな
くなる。従って、図６に示すように、主に端の近傍につ
いて裾引きによる波形の歪みを低減し、分光センサの性
能を向上させることができる。

【００１６】なお、図７に示すように、連続分光フィル
タ２の端面２０に黒い塗料を塗布しても、連続分光フィ
ルタ２の端面での反射成分が低減され、同様に裾引き量
を低減することができる。

【００１７】次に、本発明の第２実施例について図８〜
図１０に基づき説明する。図８は第２実施例の分光セン
サのアレイセンサ１の構成を示す断面図である。なお、
図中、第１実施例と同一符号が付されたものは同一の機
能を果たすものである。

【００１８】このアレイセンサ１は、受光素子１２、保
護ガラス１３等からなり、セラミックパッケージ１１に
一体化して納められている。受光素子１２は、シリコン
フォトダイオード等の複数の受光素子が所定ピッチで一
列に配列されてなる。

【００１９】保護ガラス１３は、受光素子１２を保護す
るものである。また、この保護ガラス１３の受光素子１
２面側には、図９に示すように、各受光素子１２に対向
する位置で受光面と同一形状の透明領域１３１を除い
て、クロムフォトエッチング等の処理により遮光のため
のマスク１３２が形成されている。保護ガラス１３は、
図８に示すように受光素子１２から間隙をおいて配さ
れ、マスク１３２により垂直方向からの光のみが各受光
素子１２に到達するようにしている。

【００２０】すなわち、このマスク１３２が無ければ、
図１０（ａ）に示すように、連続分光フィルタ２を透過
した斜め光Ａが受光素子１２に到達してしまう。しかし
ながら、本実施例によれば、斜め光Ａは、図１０（ｂ）
に示すように、このマスク１３２により反射され、この
結果垂直光しか受光されないので、分光感度分布の裾引
き量を低減することができる。

【００２１】次に、本発明の第３実施例について、図１
１，図１２に基づき説明する。図１１の（ａ）は第３実
施例の分光センサ３１の構成を示す分解斜視図、（ｂ）
はマスク板の形状を示す平面図である。なお、図中、第
１実施例と同一符号が付されたものは同一の機能を果た
すものである。

【００２２】第３実施例の分光センサ３１は、アレイセ
ンサ５の受光面上に連続分光フィルタ２を接着等により
固定し、さらに連続分光フィルタ２の入射面上にマスク
板６を配置して構成されている。

【００２３】アレイセンサ５内には、試料の分光分布を
測定するための受光素子列５１と、試料測定のために試
料を照明する光源の光量変化を測定するための受光素子
列５２とが隣接して並設されている。受光素子列５２で
得られる測定結果により、受光素子列５１で得られる測
定結果を補正することが可能になっている。これによ
り、光源の光量変化を補正して、より正確な測定結果を
得ることができる。

【００２４】例えば、校正板、試料測定時の受光素子列
５１で得られる出力をＷＳ、Ｓ、また、校正板、試料測
定時の受光素子列５２で得られる出力をＷＲ、Ｒとする
と、出力Ｓを、Ｓ１＝（Ｓ／ＷＳ）／（Ｒ／ＷＲ）と補正すればよい。これによって、光源の光量変化によ
る影響を補正することができる。

【００２５】マスク板６は、図１１（ｂ）に示すよう
に、平板の長手方向に２列並列にスリット６１，６２を
穿設し、スリット６１，６２の周囲に縁部６ａ及び中間
辺部６ｂを形成したものである。このスリット６１，６
２は、図１（ａ）（ｂ）と同様な寸法関係を有すべく、
それぞれ試料測定用の受光素子列５１及び光源測定用の
受光素子列５２と略同一形状を有し、対向して配設可能
にされており、光はこれらのスリット６１，６２を通し
て連続分光フィルタ２に入射するようになっている。

【００２６】このマスク板６は、連続分光フィルタ２の
端面への斜め入射光を遮断するものである。すなわち、
図１２（ａ）に示すような長手方向の斜め成分を有する
斜め入射光Ａ１，Ａ２等を、図１２（ｂ）に示すよう
に、マスク板６の縁部６ａにより遮断する。これによ
り、それぞれの受光素子列５１，５２の分光感度分布の
裾引き量を低減することができる。

【００２７】さらに、光源測定用の光が試料測定用の受
光素子列５１に、または試料測定用の光が光源測定用の
受光素子列５２に到達する、図１２（ａ）に示す入射光
Ａ３のようなクロストーク光を、図１２（ｂ）に示すよ
うに、マスク板６の中間辺部６ｂで反射させることによ
り、他方の受光素子列への混入を抑制することができ
る。

【００２８】また、試料測定用と光源測定用の受光素子
列５１，５２を同一のＩＣパッケージ内に収納すること
により、両受光素子列５１，５２の温度特性を等しくす
ることができる。従って、分光センサの性能向上を図る
ことができる。

【００２９】なお、第１実施例と同様に、連続分光フィ
ルタ２の端面に黒い塗料を塗布しておいてもよい。

【００３０】次に、本発明の第４実施例について図１３
〜図１６に基づき説明する。図１３は第４実施例の分光
センサに適用される連続分光フィルタ２の構成を示す斜
視図である。なお、図中、第１〜第３実施例と同一符号
が付されたものは同一の機能を果たすものである。

【００３１】第４実施例の分光センサは、第３実施例と
同様に、試料測定用の受光素子列５１と光源測定用の受
光素子列５２とを有するアレイセンサ５の受光面上に連
続分光フィルタ２を接着等により固定して構成されてい
る。

【００３２】連続分光フィルタ２は、図１３に示すよう
に、長手方向に沿って溝２ａが形成されている。この溝
２ａは、連続分光フィルタ２がアレイセンサ５の受光面
上に配設固定されたときに、試料測定用の受光素子列５
１と光源測定用の受光素子列５２との間になるような位
置に形成されている。

【００３３】この溝２ａが無いときには、図１４（ａ）
に示すように、クロストーク光として透過してしまうよ
うな試料測定用の光Ａ及び光源測定用の光Ｂが、図１４
（ｂ）に示すように、溝２ａにより本来の受光素子列側
に反射されるので、クロストーク光を低減することがで
きる。

【００３４】なお、溝２ａを連続分光フィルタ２の入射
光側に形成すると、図１５（ａ）に示すように、試料測
定用の光Ａ、あるいは光源測定用の光Ｂが連続分光フィ
ルタ２と保護ガラス１３との境界面及び溝２ａの底面間
で多重反射して他方の受光素子列に到達してクロストー
ク光となる場合もある。

【００３５】一方、溝２ａを受光素子列５１，５２側に
形成すると、図１５（ｂ）に示すように、光Ａ，Ｂは、
溝２ａに反射されて戻るので、クロストーク光をより抑
制しうる。

【００３６】また、図１５（ｂ）に示す溝２ａに、図１
６（ａ）に示すように黒色の遮蔽物２ｂを挿入したり、
図１６（ｂ）に示すように塗料等の黒色物質２ｃを埋め
込むようにすれば、溝２ａを通過するクロストーク光を
確実に抑制できる。また、溝２ａの表面に黒色塗料等を
塗布するようにしてもよい。

【００３７】このように、試料、光源測定用の光のクロ
ストークの発生を連続分光フィルタ２で抑制することが
できるので、分光感度分布の裾引き量を低減することが
できる。

【００３８】次に、本発明の第５実施例について図１
７，図１８に基づき説明する。図１７は第５実施例の分
光センサの保護ガラス上に形成されるマスク１３２の形
状を示す平面図である。なお、図中、第１，第２実施例
と同一符号が付されたものは同一の機能を果たすもので
ある。

【００３９】第５実施例の分光センサのアレイセンサ５
は、第２実施例と同様に、受光素子列、保護ガラス１３
等からなり、セラミックパッケージに一体化して納めら
れている。また、受光素子列は、第３実施例と同様に、
試料測定用の受光素子列５１と光源測定用の受光素子列
５２とからなる。

【００４０】そして、保護ガラス１３の受光素子列５
１，５２面側には、図１７に示すように、受光素子列５
１，５２の各受光素子に対向する位置で受光面と同一形
状の透明領域１３１を除いて、クロムフォトエッチング
等の処理により遮光のためのマスク１３２が形成されて
いる。

【００４１】このマスク１３２により、第２実施例と同
様に、それぞれの受光素子列５１，５２内における長手
方向の斜め入射光を遮蔽することにより、分光感度分布
の裾引き量を低減することができる。また、受光素子列
５１（５２）側から受光素子列５２（５１）側へ向かう
斜め入射光を遮蔽することにより、試料測定用及び光源
測定用の光の間のクロストーク光を低減することができ
る。

【００４２】さらに、図１８（ａ）に示すような連続分
光フィルタを透過したクロストーク光Ａを低減するため
に、図１８（ｂ）に示すような遮光壁８を設けてもよ
い。この遮光壁８は、試料測定用の光と光源測定用の光
とを遮光分離するもので、保護ガラス１３上の受光素子
列５１，５２側に、長手方向に沿って突出して設けられ
ている。この遮光壁８によって、図１８（ｂ）に示すよ
うなクロストーク光Ａを低減することができる。

【００４３】なお、この遮光壁８は、図１８（ｃ）に示
すように、受光素子列５１，５２の境界上に突出して設
けた場合でも、同様の効果を得ることができる。

【００４４】次に、本発明の第６実施例について図１
９，図２０に基づき説明する。図１９は第６実施例の分
光センサの構成を示す分解斜視図である。なお、図中、
第２，第３実施例と同一符号が付されたものは同一の機
能を果たすものである。

【００４５】第６実施例の分光センサ３２は、フィルタ
ホルダ９、マスク板６、連続分光フィルタ２１，２２、
押え板１０、アレイセンサ５等からなり、連続分光フィ
ルタが試料測定用と光源測定用とに分離して構成されて
いる。

【００４６】フィルタホルダ９は、マスク板６及び連続
分光フィルタ２１，２２を位置固定するもので、その中
央部にスリット９１が穿設されている。このスリット９
１は、フィルタホルダ９の厚みの上側がマスク板６と同
一形状で、多少大きめになっており、下側に、長手方向
にマスク板６より短くなるように段差９２が設けられて
おり、この段差９２にマスク板６及び連続分光フィルタ
２１，２２を嵌め込んで、これらを位置固定するように
なっている。

【００４７】連続分光フィルタ２１，２２は、図２０に
示すように、例えば１枚の連続分光フィルタ２を試料測
定用の連続分光フィルタ２１と光源測定用の連続分光フ
ィルタ２２の２枚に切断して形成したものである。

【００４８】押え板８０は、マスク板６及び連続分光フ
ィルタ２１，２２をフィルタホルダ９にねじ止め等によ
り固定するためのもので、中央部にスリット８１，８２
が穿設されている。スリット８１，８２は、受光素子列
５１，５２と略同一形状で、連続分光フィルタ２１，２
２からの光を通すためのものである。

【００４９】また、押え板８０には、スリット８１，８
２の境界に遮光板８３が立設されている。遮光板８３
は、連続分光フィルタ２１，２２内を透過した斜め入射
光が、アレイセンサ５に入射してクロストーク光となる
のを防ぐために、これを遮蔽するものである。そして、
押え板８０の上にアレイセンサ５を接着等により固定し
て分光センサ３２が構成されている。

【００５０】このように、連続分光フィルタ２１，２２
を単一の連続分光フィルタから切断して形成しているの
で、波長方向に沿った分光透過率の波形、特にピーク波
長を試料測定用と光源測定用とで同一にすることがで
き、光源変動を高精度で測定できる。

【００５１】なお、試料測定用の連続分光フィルタ２１
と光源測定用の連続分光フィルタ２２とのピーク波長を
揃えるには、両連続分光フィルタの波長方向と垂直な端
面を機械的な精度の範囲内で揃えるようにしてもよい。
また、アレイセンサ５を固定した後で、試料測定用と光
源測定用のそれぞれのセンサの電気的出力から、分光フ
ィルタの位置を調整するようにしてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、試料か
らの斜め入射光が第２受光素子列に受光されないよう
に、かつ光源からの斜め入射光が第１受光素子列に受光
されないように、遮光部材により阻止するようにしたの
で、各受光素子列間のクロストーク光を低減することが
でき、分光センサの性能向上を図ることができる。

【００５３】また、試料からの光を受光する第１受光素
子列と光源からの光を受光する第２受光素子列とを同一
パッケージ内に配設したので、分光センサの小型化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はマスク板を示す平面図、（ｂ）はマス
ク板が連続分光フィルタに配置された状態を示す側面
図、（ｃ）はアレイセンサと連続分光フィルタを示す分
解斜視図、（ｄ）は本発明に係る分光センサの第１実施
例の構成を示す斜視図である。

【図２】４枚のガラス基板が貼り合わされた連続分光フ
ィルタを示す斜視図である。

【図３】連続分光フィルタの構成を示す断面図である。

【図４】（ａ）はマスク板が無い連続分光フィルタに斜
めに入射して端面に反射する光を示す図、（ｂ）はマス
ク板が有る連続分光フィルタに斜めに入射する光が反射
される様子を示す図である。

【図５】裾引きのある分光感度特性を示す図である。

【図６】本発明に係る分光センサの分光感度を示す図で
ある。

【図７】連続分光フィルタの端面に黒色塗料が塗布され
た状態を示す斜視図である。

【図８】第２実施例の分光センサのアレイセンサの構成
を示す断面図である。

【図９】図５のアレイセンサのマスクの形状を示す平面
図である。

【図１０】（ａ）はマスクが無い連続分光フィルタに斜
めに入射する光を示す図、（ｂ）はマスクが有る連続分
光フィルタに斜めに入射する光が反射される様子を示す
図である。

【図１１】（ａ）は第３実施例の分光センサの構成を示
す分解斜視図、（ｂ）はマスク板の形状を示す平面図で
ある。

【図１２】（ａ）はマスク板が無い連続分光フィルタに
斜めに入射する光を示す図、（ｂ）はマスク板が有る連
続分光フィルタに斜めに入射する光が反射される様子を
示す図である。

【図１３】第４実施例の分光センサの連続分光フィルタ
の構成を示す斜視図である。

【図１４】図１３の溝の効果を示す図で、（ａ）は溝が
無い状態で斜め光が入射する状態を示し、（ｂ）は溝に
斜め光が反射される状態を示す説明図である。

【図１５】溝の方向を示す説明図で、（ａ）は溝が入射
光側に形成された状態を示し、（ｂ）は溝がセンサ側に
形成された状態を示している。

【図１６】（ａ）は溝に黒い遮蔽物が挿入された状態を
示し、（ｂ）は黒塗料が埋め込まれた状態を示す説明図
である。

【図１７】第５実施例の分光センサの保護ガラス上に形
成されるマスクの形状を示す平面図である。

【図１８】（ａ）は連続分光フィルタを透過したクロス
トーク光を示す図、（ｂ）は遮光壁が保護ガラスの受光
素子列側に設けられているアレイセンサを示す図、
（ｃ）は遮光壁が受光素子列の境界上に設けられている
アレイセンサを示す図である。

【図１９】第６実施例の分光センサの構成を示す分解斜
視図である。

【図２０】試料測定用と光源測定用とに切断して形成さ
れる連続分光フィルタを示す斜視図である。

【図２１】従来の分光センサの構成を示す斜視図であ
る。

【図２２】同分光センサの分光フィルタの構成を示す断
面図である。

【符号の説明】１，５アレイセンサ１ａ，５１，５２受光素子列２，２１，２２連続分光フィルタ２ａ溝２ｂ遮蔽物２ｃ黒色物質３，３１，３２分光センサ４，６マスク板６ａ縁部６ｂ中間辺部７，１４マスク８遮光壁９フィルタホルダ１１セラミックパッケージ１２受光素子１３保護ガラス２０端面６１，６２，８１，８２，９１スリット８０押え板８３遮光板９２段差２０１〜２０４ガラス基板２１０誘電体薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料からの光が受光可能な複数の受光素
子が一列に配設されてなる第１受光素子列と光源からの
光が受光可能な複数の受光素子が一列に配設されてなる
第２受光素子列とが１のパッケージ内に隣接して並設さ
れた受光部と、上記第１，第２受光素子列の受光面にそ
れぞれ対向配設され、透過光の波長の半値幅を決定する
干渉膜を有するフィルタ基板と不要波長域の光を遮断す
べく膜厚がくさび状に連続的に形成された干渉膜で形成
された少なくとも２枚のフィルタ基板とが重ね合わされ
て構成された第１，第２連続分光フィルタと、上記第
１，第２連続分光フィルタの対向側面間に介設されてな
る遮光部材とを備えたことを特徴とする分光センサ。