JPS62267623A

JPS62267623A - 分光測定センサ

Info

Publication number: JPS62267623A
Application number: JP11149786A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Miyaura; 智子宮浦; Satoshi Yokota; 聡横田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-11-20
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814509B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】皮又上五且徂光亘本発明は、波長によって光電変換率が異なるシリコンフ
ォトダイオードなどの受光素子を列設した受光素子アレ
イと、前記個々の受光素子に対向または接触して配置さ
れ、波長によって透過率が異なる複数のフィルタとから
なる分光測定センサに関する。

従来の皮孔従来のこの種の分光測定センサとして、特開昭５９−２
０８０４号公報に開示されたものを第４図に示し、以下
これを説明する。

第４図において、１）はシリコンフォトダイオード（Ｓ
ＰＤ）ｌｌａを列設したシリコンフォトダイオードアレ
イ　（ＳＰＤアレイ）である。

１３は干渉フィルタであり、表面が階段状に、裏面が平
坦に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１３ａ、
二酸化シリコンＩ！！ｊ１３ａの表裏両面に蒸着された
１艮（Ａｇ）Ｊｉ１３ｂ、１３ｃおよびｉ長石１３ｂの
表面、銀層１３ｃの裏面に蒸着された二酸化シリコン（
Ｓｉｎｇ）の保護膜１３ｄ、　１３’ｅからなる。

中間の二酸化シリコン層１３ａの表面の階段形状は、測
定すべき波長の数と同数のステップをもち、各ステップ
で構成される個々のフィルタＦｌ−Ｆｌｌの面積は、各
５ＰＤ１）ａと同一面積に構成されている。この干渉フ
ィルタ１３は、厚みが大きい領域ほどｉ３ｉ！Ａする波
長が長くなる。

ＳＰＤアレイ１）と干渉フィルタ１３の保護膜１３ｅと
は、小間隔をおいて対向される場合もあるし、密接され
た状態に一体接合される場合もある。破線は、そのこと
を表している。なお、干渉フィルタ１３は、ＳＰＤアレ
イ１）に比べ極端に拡大して図示しである。

別の従来例として、特開昭５９−４３３２１号公報に開
示されたものを第８図に示し、以下これを説明する。

第８図において、２１は白色光の光源、２２は試料、２
３は単色光に分散するプリズム、２４はＳＰＤアレイ、
２５は信号処理部である。ＳＰＤアレイ２４は、等間隔
に列設された多数の５ＰＤ２４ａを有している。

分散された各波長の単色光が入射する５ＰＤ２４ａの個
数は波長によって異なる。即ち、短波長側ほどプリズム
２３によって大きく屈折され、拡がりが大きいため、長
波長側よりも多くの５ＰＤ２４ａに入射する。

そこで、同一波長域の単色光を受光する複数の５ＰＤ２
４ａを互いに接続して１つの信号として取り出すように
構成している。その結果、ＳＰＤ了レイ２４として、多
数の５ＰＤ２４ａが等間隔で列設された通常のＳＰＤア
レイをそのまま利用することができる。

日が￥１しようとする。Ｊ　点しかしながら、第４図に示した従来例には、次のような
問題点がある。

ＳＰ［）ｌｌａの光電変換率は短波長側ほど低く、その
波長−出力特性は第５図のようになる。また、干渉フィ
ルタ１３は、その構造上、長波長側ほど二酸化シリコン
層１３ａの厚みが大きく、その波長−透過率特性は第６
図のようになる。

このように、各５ＰＤ１）ａの出力は、干渉フィルタ１
３の透過率と５ＰＤ１）ａの光電変化率とによって決ま
る。

第４図の従来例の場合、干渉フィルタ１３の各ステップ
に対応した各波長ごとのフィルタＦ１〜Ｆ、。

の受光面積も、各５ＰＤ１）ａの受光面積もすべて同一
であるため、第７図に示すように、波長ごとに対応する
各５ＰＤ１）ａの出力は、約５００（ｎｍ）の波長を境
として、それよりも短波長側では５ＰＤｌｌａの光電変
換率が低下することに起因した出力低下があり、長波長
側では干渉フィルタ１３の透過率が低下することに起因
した出力低下がある。

このように波長によって出力が変動するという特性があ
るため、従来では、測定波長を異にする５ＰＤ１）ａご
とに利得の異なる増幅器を使用しなければならず、回路
構成が複雑なものとなっているとともに、Ｓ／Ｎ比が波
長によって相違するため高精度な測定が困難であるとい
う問題があった。

なお、第９図に示すように、二酸化シリコン層１３ａの
表面を一定の傾斜角の斜面に形成したものも提案されて
いるが、原理的には第４図のものと同様な問題がある。

また、第８図に示した従来例には、次のような問題点が
ある。

短波長側において、１つの単色光が複数の５ＰＤ２４ａ
に入射するため、これら複数の５ＰＤ２４ａを互いに接
続しなければならない。その接続線の１つが断線したと
しても、出力があるために、断線したことが判らない、
その状態で測定すると、誤差が発生する。

プリズム２３とＳＰＤアレイ２４との距離、方向が異な
ると、単色光が入射する５ＰＤ２４ａの数が変化するた
め、前記の距離、方向を厳密に設定しなければならない
し、単色光によって入射する５ＰＤ２４ａの数が異なり
、どの５ＰＤ２４ａどうしを結線すればよいのかについ
て慎重な配慮が必要となるという製造面での制約がある
。

さらに、単色光が入射する５ＰＤ２４ａの数が短波長側
ほど多いため、５ＰＤ２４ａが短波長側ほど光電変換率
が低くなることをカバーしてはいるが、第５図に示す波
長−出力特性が厳密に考慮されたものではなく、波長に
よって出力が変動する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、測定すべき全波長領域において出力を一定にできる
ようにするとともに、回路構成を簡単化できるようにす
ることを目的とする。

ロ　占を　？するための本発明は、前記のような問題点を解決するために、次の
ような構成をとる。

即ち、本発明の分光測定センサは、波長によって光電変換率が異なる受光素子を列設した受
光素子アレイと、前記個々の受光素子に対向または接触して配置され、波
長によって透過率が異なる複数のフィルタとからなり、前記個々の受光素子の各波長域での出力が互いに実質的
に同一となるように、前記各受光素子アレイと前記各フ
ィルタとによる総合的な分光感度が低い領域ほど前記受
光素子およびフィルタの受光面積が大きい状態に構成し
てあることを特徴とするものである。

作−里この構成による作用は、次の通りである。

即ち、各受光素子と各フィルタとによる総合的な分光感
度が低い領域ほど受光素子およびフィルタの受光面積が
大きい状態となるようにするに当たり、個々の受光素子
の各波長域での出力が互いに実質的に同一となるように
各受光素子および各フィルタの受光面積を決めであるの
で、受光素子の波長−出力特性とフィルタの波長−透過
率特性に影響されることなく、各受光素子の出力が一定
化する。

尖施勇以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明が原理とするところの各波長と、個々
のシリコンフォトダイオード（Ｓ　Ｐ　Ｄ）および個々
のフィルタの受光面積とＳＰＤの出力との関係を示す特
性図である。

この第１図の特性と第７図の特性との関係は、次の通り
である。

第７図において、最大出力０＋ａｘに対応した波長をλ
。、任意の波長λに対応した出力を０λとする。ＳＰＤ
およびフィルタの受光面積ｓ０は波長に無関係に一定で
ある。第１図において、波長λに対応したＳＰＤおよび
フィルタの受光面積をＳλとする。そして、任意の波長
についての出力０゜を一定とし、かつ、第７図の最大出
力Ｃ）＋ａｘと等しいとするためには、ｓＡ、　　　Ｓλ　　　Ｓｏの関係があればよいことになる。この式（１）に従って
作図したのが第１図の特性図である。波長λ。

よりも短波長側でも長波長側でも、受光面積は、波長λ
。のときの受光面積Ｓ０よりも大きくなり、かつ、波長
λ。との波長差が大きくなるほど受光面積も大きくなる
。

なお、第１図に示す特性図は、その一定出力ｏ０が第７
図の最大出力Ｏｓ＋ａｘと同一であることを前堤にした
ものであるが、一定出力Ｏ０を第７図のどの出力と同一
どしてもよい、その場合は、式（１）に代わる別の変換
式を用いればよく、特性曲線は第１図のものとは相違す
ることになるが、すべての波長に対してＳＰＤの出力を
一定にすることに変わりはない。

第２図は本発明の第１実施例に係る分光測定センサの概
略的な断面図である。

第２図において、従来例に係る第４図に示した符号と同
一の符号は、本実施例においても、その符号が示す部品
１部分等と同様のものを指す、また、特記しない限り、
配置関係についても本実施例と従来例とは同様の構成を
有している。

本実施例において、従来例と異なっている構成は、次の
通りである。

受光素子アレイとしてのＳＰＤアレイ１を構成する複数
の５ＰＤｌａの受光面積が測定波長に対応して、第１図
の特性図に従って決定された面積となっている。即ち、
測定波長を５００（ｎｍ３以上として、短波長側の５Ｐ
Ｄ１ａの受光面積は大きく、長波長側の５ＰＤｌａほど
受光面積が小さくなるように構成しである。加えて、干
渉フィルタ３における各波長ごとのフィルタＦ、−ＦＲ
の面積も、各５ＰＤ１ａの面積と等しく構成しである。

その他の構成は第４図の従来例と同様であるので、説明
を省略する。

照射された光に含まれる各波長成分を透過した干渉フィ
ルタ３の各フィルタＦ１〜Ｆ１．に対応する５ＰＤ１ａ
の出力はいずれも同一となる。

なお、測定波長が５００（ｎｍ）を挟んでその両側にわ
たる場合には、５ＰＤｌａおよび干渉フィルタ３の各フ
ィルタＦ、〜Ｆ１の受光面積は、最短波長から５００（
ｎｍ）にかけて次第に減少し、５００（ｎｍ）から最長
波長にかけて次第に増加するように構成する。

次に、第２実施例を第３図に基づいて説明する。

第２実施例は、干渉フィルタ３における二酸化シリコン
層１３Ｂの表面を滑らかに湾曲する状態に構成したもの
であるが、各５ＰＤ１ａの受光面積および干渉フィルタ
３の各フィルタＦ、−Ｆ、１の受光面積は、第１実施例
と同様である。

干渉フィルタ３の各フィルタＦ１〜Ｆいは、長波長側と
なるほど、傾斜角が大きくなっている。

第１．第２の各実施例では、干渉フィルタ３の透過率が
特定波長から長波長側となるにつれて減少し、５ＰＤ１
ａの出力が特定波長から短波長側となるにつれて減少す
るものであったが、■これとは逆の特性をもつ受光素子
とフィルタとの組み合わせの場合、■透過率、出力がと
もに長波長側ほど減少するような組み合わせの場合、■
透過率。

出力がともに短波長側ほど残少するような組み合わせの
場合もあり得、本発明は、いずれの場合も実施例として
含む。

須−米本発明によれば、次の効果が発渾される。

即ち、受光素子の波長−出力特性とフィルタの波長−透
過率特性に影響されることのないように各受光素子およ
び各フィルタの受光面積を決めであるので、広い波長領
域にわたって一定の出力を得ることができる。従って、
分光測定センサの出力の増幅器としては、単一利得のも
のでよく、回路構成が簡単になる。また、出力が全波長
域で一定であるため、Ｓ／Ｎ比が向上し、高精度な測定
が可能となる。

また、個々の受光素子に対する結線数は１つずつでよい
し、フィルタと受光素子との配置関係も比較的簡単に決
定できるため、製造が簡単になる。

また、断線した場合には、その受光素子からの出力がな
いため、断線したことが直ちに判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する波長−面積。出力の特性図、第２図は本発明の第１実施例に係る分光
測定センサの概略的な断面図、第３図は第２実施例に係
る分光測定センサの概略的な断面図である。また、第４
図は従来の分光測定センサの概略的な断面図、第５図は
シリコンフォトダイオードの波長−出力特性図、第６図
は干渉フィルタの波長−透過率特性図、第７図は従来の
分光測定センサの波長−出力１面積の特性図、第８図は
別の従来例の分光測定センサの概略的な断面図、第９図
はさらに別の従来例の分光測定センサの概略的な断面図
である。ｌ・・・シリコンフォトダイオードアレイ（受光素子ア
レイ）１ａ・・・シリコンフォトダイオード（受光素子）３・・・干渉フィルタ　（フィルタ）出願人　ミノルタカメラ株式会社代理人　弁理士　岡　１）和　秀第１図出力第２図籠３図第４図田Ｒ（逮）０　　　　　旧唄噸丹（波）　　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長によって光電変換率が異なる受光素子を列設
した受光素子アレイと、前記個々の受光素子に対向または接触して配置され、波
長によって透過率が異なる複数のフィルタとからなり、前記個々の受光素子の各波長域での出力が互いに実質的
に同一となるように、前記各受光素子アレイと前記各フ
ィルタとによる総合的な分光感度が低い領域ほど前記受
光素子およびフィルタの受光面積が大きい状態に構成し
てあることを特徴とする分光測定センサ。
（２）前記受光素子がシリコンフォトダイオードである
特許請求の範囲第（１）項記載の分光測定センサ。