JPS62267624A

JPS62267624A - 分光測定センサ

Info

Publication number: JPS62267624A
Application number: JP11149886A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yokota; 聡横田; Masami Sugiyama; 杉山　正実; Nobukazu Kawagoe; 宣和川越; Tomoko Miyaura; 智子宮浦
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: 2010-09-13
Also published as: JPH0785034B2

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】１栗よ優肌里公団本発明は、シリコンフォトダイオードアレイ（Ｓ　Ｐ　
Ｄアレイ）などの受光素子アレイを構成する複数の受光
素子の各々に透過波長の異なる複数のフィルタが対向ま
たは接触する状態に設けらた分光測定センサに関する。

堡米ｑ及王従来のこの種の分光測定センサの一例を第７図に示し、
以下これを説明する（特開昭５９−２０８０４号公報参
照）。

第７図（Ａ）は干渉フィルタの断面図、第７図（Ｂ）は
シリコンフォトダイオードアレイを示す平面図である。

まず、シリコンフォトダイオードアレイを示す第７図（
Ｂ）において、２０はシリコン基板、２１は２ｎ個のシ
リコンフォトダイオード（ＳＰＤ）２１ａを一直線状一
列に配列したシリコンフォトダイオードアレイ　（ＳＰ
Ｄアレイ）であり、この５ＰＤ２１がシリコン基板２０
上に形成されてアレイチップ２２を構成している。２３
はシリコン基板２ｏ上に形成された端子であり、アルミ
ニウム配線電極（図示せず）によって個々の５ＰＤ２１
ａに接続される。

干渉フィルタを示す第７図（Ａ）において、２４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（ＳｉＯｚ）ＩＮ２４ａ、二酸化シ
リコンｌ１ｉ２４ａの表裏両面に蒸着されたｉ艮（Ａｇ
）層２４ｂ、２４ｃおよびｉ艮！２４ｃの裏面のガラス
基（反２５からなる。

中間の二酸化シリコン１２４ａの表面の階段形状は、測
定すべき波長の数即ち５ＰＤ２１ａの数（２ｎ）と回数
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Ｆ１〜Ｆ、の面積は、各５ＰＤ２１ａと同一面積に
構成されている。この干渉フィルタ２４の透過波長域は
、例えば、４００〜７００（ｎ　ｍ）であり、厚みが大
きい領域はど透過する波長が長くなる。

ＳＰＤアレイ２１と干渉フィルタ２４とは、ＳＰＤアレ
イ２１の受光面とガラス基板２５の裏面とが、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。なお、干渉フィルタ２４は、Ｓ
ＰＤアレイ２１に比べ厚み方向において極端に拡大して
図示してある。

第８図に示すように、ＳＰＤアレイ２１に対する照射ス
ポット光ｌがすべての５ＰＤ２１ａに照射されるように
、照射スポット光２の直径φ、をＳＰＤアレイ２１の長
さＬｌよりも少し大きくしてある（φ、＞Ｌｌ）＊例え
ば、長さ８．０　（ｍｍ）　、幅３．８（ｍｍ）のシリ
コン基板２０に形成されたＳＰＤアレイ２１の長さし、
は６．０（ｍｍ）であり、照射スポット光ｌの直径φ１
は６．８（＋ｍｍｌである。

第９図は紫外線カットフィルタと赤外線カットフィルタ
とで覆った分光測定センサの構成を示した分解斜視図で
ある。

この分光測定センサは、パッケージ２６に、ＳＰＤアレ
イ２１を形成したシリコン基板２０．干渉フィルタ２４
．スリット板２７．紫外線カットフィルタ２８および赤
外線カットフィルタ２９がこの順にセットされたもので
ある。スリット１反２７には、ＳＰＤアレイ２１と同一
の大きさでＳＰＤアレイ２１と位置が位置するスリン）
２７ａが形成されている。紫外線カットフィルタ２８は
、長波長領域の２次波長成分をカットするためのもので
あり、赤外線カットフィルタ２９は、短波長領域の長波
長成分をカントするだめのものである。

■が”決しようとする問題点しかしながら、この従来例には、次のような問題点があ
る。

ＳＰＤアレイ２１が複数の５ＰＤ２１ａを一直線状一列
に配列したものであるため、照射スポット光ｌの直径φ
１がＳＰＤアレイ２１の長さり、よりも大きくならざる
を得ない。また、アレイチップ２２の面積も大きくなら
ざるを得ない。

また、紫外線カットフィルタ２８で覆う必要のあるのは
長波長領域のみであり、赤外線カットフィルタ２９で覆
う必要のあるのは短波長領域のみであるにもかかわらず
、全波長領域を紫外線カットフィルタ２８でも赤外線カ
ットフィルタ２９でも覆う構成となっているため、紫外
線カフトフィルタ２８にも赤外線カットフィルタ２９に
も無駄な部分がある。

さらに、紫外線カットフィルタ２８の場合には、特性が
シャープでないと、短波長領域で出力低下の問題が発生
するおそれがあり、高精度な測定が困難になるという問
題があった。

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、照射スポット光の直径およびアレイチップの大きさ
を小さくできるようにすることを主目的とする。

間　壱を′ｌするための一本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

即ち、本発明の分光測定センサは、感知波長域を互いに異にする複数の受光素子アレイが、
それぞれの長さの合計長さよりも短い直径の円弧内にお
いて、各々の長さ方向が他の長さ方向と非重複の状態で
配置され、これら各受光素子アレイを構成する複数の受
光素子の各々に透過波長の異なる複数のフィルタが対向
または接触する状態に設けられていることを特徴とする
ものである。

立−■ この構成による作用は、次の遺りである。

受光素子の総計個数を一定数とすると、この一定数の受
光素子を、従来例では１列の一直線状の受光素子アレイ
に構成していたのに対し、本発明では、複数列の受光素
子アレイに分割した状態に構成している。従って、１列
島たりの受光素子アレイにおける受光素子の個数が従来
例よりも少なく、１列の受光素子アレイの長さが従来例
よりも短くなる。そして、そのような受光素子アレイを
、それぞれの長さの合計長さよりも短い直径の円弧内に
おいて、各々の長さ方向が他の長さ方向と非重複の状態
で配置してあるため、照射スボ、ト光の直径およびアレ
イチップの大きさの縮小が図られる。

ス」１舛以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る分光測定センサの概略
的な分解斜視図である。

第１図において、１はシリコン基板、２，３は、それぞ
れｎ個のシリコンフォトダイオード（Ｓ’ＰＤ）２ａ、
３ａを直線状に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。これら２列のＳＰＤアレ
イ２，３は、感知波長域を互いに異にするものであり、
シリコン基板１上に互いに平行に形成されてアレイチッ
プ４を構成している。

ＳＰＤアレイ２は、短波長側の波長成分４００〜５５０
（ｎｍ）を感知するものであり、ＳＰＤアレイ３は、長
波長側の波長成分５５０〜７００（ｎｍ）を感知するも
のである。短波長側ＳＰＤアレイ２の長さＬｔと長波長
側ＳＰＤアレイ３の長さし３とは等しい（Ｌｔ＝Ｌｚ）
。

両ＳＰＤアレイ２，３の長さ方向の−＠２ｒ。

３ｒどうし、および他端２ｓ、３ｓどうしは、それぞれ
その長さ方向において同一位置にあり、短波長側ＳＰＤ
アレイ２の幅方向の外側端縁２ｔと長波長側ＳＰＤアレ
イ３の幅方向の外側端縁３ｔとの距離Ｌ４が各ＳＰＤア
レイ２，３の長さＬ２゜し、とほぼ等しく構成されてい
る（Ｌ、＝Ｌ、＝Ｌ、）。

そして、第２図に示すように、両ＳＰＤアレイ２．３は
、それぞれの長さＬｘ、Ｌｓの合計長さＣＬｔ　＋ｌ−
，）よりも短い直径φの円弧内において、前述の位置関
係において配列されている０画ＳＰＤアレイ２．３が互
いに平行であるため、短波長側ＳＰＤアレイ２の長さ方
向と長波長側ＳＰＤアレイ３の長さ方向とは重複しない
。

５は干渉フィルタであり、表面が互いに段差のある２列
の階段状に、裏面が平坦に形成された二酸化シリコン（
ＳｉＯ２）層５ａ、二酸化シリコン層５ａの表面の段差
のある各階段部分に蒸着された恨（Ａｇ）層５ｂｚ、５
ｂｓ、二酸化シリコンＮ５ａの裏面に蒸着された銀（Ａ
ｇ）層５ｃおよび銀層５Ｃの裏面のガラス基板６からな
る。

干渉フィルタ５の２列の階段状フィルタ５Ａ２゜５Ａ３
はそれぞれ短波長側の波長成分４００〜５５０（ｎｍ）
、長波長側の波長成分５５０〜７００　（ｎ　ｍ）をｉ
３遇させるものである。短波長側階段状フィルタ５Ａ２
は、短波長側ＳＰＤアレイ２を構成している５ＰＤ２ａ
の数と同数のｎ個のフィルタＦ１〜Ｆ７をもち、長波長
側階段状フィルタ５Ａ、は、長波長側ＳＰＤアレイ３を
構成している５ＰＤ３ａの数と同数のｎ個のフィルタＦ
　、、＋　１〜Ｆ２．．をもつ。これらのフィルタＦ、
−Ｆ、ｌにおいても、フィルタＦ　ｎｘ　”　Ｆ　２ｎ
においても、厚みの大きいフィルタはど長波長側の波長
成分を透過する。

アレイチップ４と干渉フィルタ５とは、ＳＰＤアレイ２
．３の受光面とガラス基板６の裏面とが、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。いずれにせよ、短波長側ＳＰＤアレ
イ２と短波長側階段状フィルタ５Ａｌとは対応し、長波
長側ＳＰＤアレイ３と長波長側階段状フィルタ５／１．
３とは対向する。なお、干渉フィルタ５は、アレイチッ
プ４に比べ厚み方向において極端に拡大して図示してあ
る。

第２図に示すように、ＳＰＤアレイ２，３に対する照射
スポット光ｌがすべての５ＰＤ２ａ、３ａに照射される
ように、照射スポット光ｌの直径φを１列のＳＰＤアレ
イ２　（または３）の長さＬ２（またはり、）よりも少
し大きくしてある（φ〉Ｌｚ　＝　Ｌ３　）。この照射
スポット光ｌの直径φは、従来例の直径φ１に比べて十
分に小さくなっている。

具体的には、長さ５．０　　（ｍｍ）　、幅５．８（ｍ
ｍ）のシリコン基板１に形成されたＳＰＤアレイ２゜３
の長さＬ！、Ｌ３はそれぞれ３．０（ｍｍ）であり、従
来例の６．０（ｍｍ）の１／２である。そして、余裕を
見込んだ照射スボ−／　ト光ｌの直径φは４．６（ｍｍ
）であり、従来例の６．８（ｍｍ）の約２／３である。

アレイチップ４の面積は、従来例とあまり変わらないが
、縦横の比が従来例では、３．８：８．０＝＝１＝２で
あるのに対して、本実施例の場合は５゜０：５．８＝１
．２１であり、正方形に近い形状のため、パンケージに
内蔵する場合に、パフケージの形状を簡単化できる。

第３図は紫外線カットフィルタと赤外線カットフシルタ
とで覆った分光測定センサの構成を示した分解斜視図で
ある。

この分光測定センサは、パッケージ７に、２列のＳＰＤ
アレイ２．３を形成したアレイチップ４゜干渉フィルタ
５．２つのスリン）８ａ、８ｂが形成されたスリット仮
８がこの順にセットされ、スリット板８上において、短
波長側階段状フィルタ５Ａｔを覆う赤外線カットフィル
タ９と、長波長側階段状フィルタ５Ａｓを覆う紫外線カ
ットフィルタ１０とが並列配置されたものである。

赤外線カットフィルタ９も紫外線カットフィルタｌＯも
ともに、必要な部分に対してのみ設けられているため、
従来例にみられた無駄がなく、かつ、紫外線カットフィ
ルタで短波長側階段状フィルタ５Ａｚを覆う場合のよう
に短波長領域で出力低下が生じるという問題がなくなっ
ている。

なお、本発明は、第４図に示すように、２列のＳＰＤア
レイ２，３をＴ字状に配置したもの、第５図に示すよう
に、３列のＳＰＤアレイ１１．１２゜１３を互いに平行
に配置したもの、第６図のように、３列のＳＰＤアレイ
１１．１２．１３をπ字状に配置したものなども実施例
として含む。

いずれにせよ、分割型のＳＰＤアレイのすべてを、それ
らの合計長さの６０〜９０％の直径の円弧内に配置する
のが好ましい。

なお、本発明において、階段状フィルタはＳＰＤに対応
して階段が形成される必要はなく、例えば、図例の場合
よりも細かいピンチで形成されて１つのＳＰＤに対して
複数の階段が対応するように構成してもよい。また、フ
ィルタの通過波長が連続的に変化するような構成でもよ
い。

りし＝艮本発明によれば、次の効果が発揮される。

即ち、複数の受光素子アレイに分割しているため、１列
の受光素子アレイの長さが従来例よりも短（なり、かつ
、そのような受光素子アレイを、それぞれの長さの合計
長さよりも短い直径の円弧内において、各々の長さ方向
が他の長さ方向と非重複の状態で配置してあるため、す
べての受光素子が１つの照射範囲に入るようにするに当
たり、その照射スポット光の直径を、従来の１列の直線
状の受光素子アレイの場合に比べて小さくできる。

また、アレイチップの大きさを従来例よりも小さくでき
る。

なお、実施例のように、受光素子アレイの数が２列であ
り、それらが互いに同長でかつ平行に配置され、この２
列の受光素子アレイの長さ方向の両端がその長さ方向に
おいて同一位置にあり、一方の受光素子アレイの幅方向
の外側端縁と他方の受光素子アレイの幅方向の外側端縁
との距離が１列の受光素子アレイの長さとほぼ同一の状
態に構成されている場合には、照射スポット光の直径お
よびアレイチップの大きさを最小にすることができる。

また、２列の受光素子アレイのうち短波長側の受光素子
アレイに対応するフィルタに対して赤外線カットフィル
タを配置し、長波長側の受光素子アレイに対応するフィ
ルタに対して紫外線カットフィルタを配置した場合には
、短波長側、長波長側それぞれの受光素子アレイについ
て不要な波長成分をカットできるのはもとより、短波長
側の受光素子アレイに、赤外線カットフィルタと紫外線
カットフィルタとを重ねて配置している従来例の場合の
ような出力低下の問題を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例に係り、第１図
は分光測定センサの概略的な分解斜視図、第２図はＳＰ
Ｄアレイと照射スポット光との関係を示す平面図、第３
図は紫外線カットフィルタ。赤外線カットフィルタで覆う場合の分解斜視図である。第４図ないし第６図は各々別の実施例のＳＰＤアレイと
照射スポット光との関係を示す平面図である。また、第
７図ないし第９図は従来例に係り、第７図（Ａ）は干渉
フィルタの断面図、第７図（Ｂ）はＳＰＤアレイを示す
平面図、第８図はＳＰＤアレイと照射スポット光との関
係を示す平面図、第９図は紫外線カットフィルタ、赤外
線カットフィルタで覆う場合の分解斜視図である。２．３・・・ＳＰＤアレイ　（受光素子アレイ）２　ａ
　、　　３　ａ　・＝　Ｓ　Ｐ　Ｄ　（受光素子）５・
・・干渉フィルタＳＡｚ・・・短波長側階段状フィルタ５Ａｉ・・・長波長側階段状フィルタＦ＋　〜Ｆｔ＠・・・フィルタ２ｒ、３ｒ・・・ＳＰＤアレイ２．３の長さ方向の一端２ｓ、３ｓ・・・ＳＰＤアレイ２．３の長さ方向の他端２ｔ、３ｔ・・・ＳＰＤアレイ２．３の外側端縁９・・
・赤外線カットフィルタ１０・・・紫外線カットフィルタ第１図第２図　　　　　第８図第３図第４図　　　第５図　　　第６図第　７　図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）感知波長域を互いに異にする複数の受光素子アレ
イが、それぞれの長さの合計長さよりも短い直径の円弧
内において、各々の長さ方向が他の長さ方向と非重複の
状態で配置され、これら各受光素子アレイを構成する複
数の受光素子の各々に透過波長の異なる複数のフィルタ
が対向または接触する状態に設けられていることを特徴
とする分光測定センサ。
（２）前記受光素子アレイの数が２列であり、それらが
互いに同長でかつ平行に配置されている特許請求の範囲
第（１）項記載の分光測定センサ。
（３）前記２列の受光素子アレイの長さ方向の両端がそ
の長さ方向において同一位置にあり、一方の受光素子ア
レイの幅方向の外側端縁と他方の受光素子アレイの幅方
向の外側端縁との距離が１列の受光素子アレイの長さと
ほぼ同一の状態に構成されている特許請求の範囲第（２
）項記載の分光測定センサ。
（４）前記２列の受光素子アレイのうち短波長側の受光
素子アレイに対応するフィルタに対して赤外線カットフ
ィルタを配置してあるとともに、長波長側の受光素子ア
レイに対応するフィルタに対して紫外線カットフィルタ
を配置してある特許請求の範囲第（２）項または第（３
）項記載の分光測定センサ。