(57)【要約】【課題】センサ全体を大型化することなく、単一のセンサ素子で異なる波長帯を有する複数の紫外線を検出すること。【解決手段】紫外線センサ１は、基板２と、この基板２上に形成され、第１の波長を有する第１の紫外線により抵抗値が変化する第１の感応膜３と、前記基板２上に形成され、前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の紫外線により抵抗値が変化する第２の感応膜５と、前記第１及び第２の感応膜３，５にそれぞれ形成された第１及び第２の個別電極６，７と、前記第１及び第２の感応膜３，５に跨って形成された共通電極８と、を備え、前記第１及び第２の個別電極６，７と前記共通電極８との間における抵抗値または電流値の変化を検出する。【選択図】図１
2010133773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に形成され、第１の波長を有する第１の紫外線により抵抗値が変化する第１の感応膜と、
前記基板上に形成され、前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の紫外線により抵抗値が変化する第２の感応膜と、
前記第１及び第２の感応膜にそれぞれ形成された第１及び第２の個別電極と、
前記第１及び第２の感応膜に跨って形成された共通電極と、を備え、
前記第１及び第２の個別電極と前記共通電極との間における抵抗値または電流値の変化を検出することを特徴とする紫外線センサ。
【請求項２】
前記第１及び第２の感応膜は、前記基板上に前記第１の感応膜と前記第２の感応膜との間に絶縁膜を挟んで積層され、前記共通電極は、下側の感応膜の一部を上側の感応膜の端部よりも側方に延出させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の感応膜は、前記基板上の同一面に並んで形成され、前記共通電極は前記第１及び第２の感応膜の境界部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
【請求項４】
前記第１の感応膜からなる第１の可変抵抗と、一端が前記第１の個別電極に接続された第１の固定抵抗と、前記第２の感応膜からなる第２の可変抵抗と、一端が前記第２の個別電極に接続され、他端が第１の固定抵抗に接続された第２の固定抵抗とでブリッジ回路を構成し、抵抗値の相対的な変化を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の紫外線センサ。
【請求項５】
抵抗値の個別変化量を検出する検出手段を有することを特徴とする請求項４に記載の紫外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の異なる複数の紫外線を検知する紫外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長λ１の紫外線を検出する第１のフォトダイオードと、波長λ１より波長の長い波長λ２の紫外線を検出する第２のフォトダイオードと、第２のフォトダイオードの検出値から第１のフォトダイオードの検出値を減算して減算値を出力する減算器と、を備えた紫外線センサが知られている（特許文献１参照）。この紫外線センサでは、例えば、第１のフォトダイオードの検出する波長λ１を３１５ｎｍに、第２のフォトダイオードの検出する波長λ２を３８０ｎｍに調整して、波長λ２及びλ１の差分から波長帯３８０〜３１５ｎｍのＵＶ−Ａ光を検出している。
【特許文献１】特開２００４−０６１４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の紫外線センサでは、検出波長λ１及びλ２を調整することで波長の異なる複数の紫外線を検出することはできるものの、フォトダイオード等のセンサ素子が検出波長の数だけ必要となるので、センサ全体が大型化してしまう問題がある。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、センサ全体を大型化することなく、単一のセンサ素子で波長の異なる複数の紫外線を検出することができる紫外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の紫外線センサは、基板と、この基板上に形成され、第１の波長を有する第１の紫外線により抵抗値が変化する第１の感応膜と、前記基板上に形成され、前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の紫外線により抵抗値が変化する第２の感応膜と、前記第１及び第２の感応膜にそれぞれ形成された第１及び第２の個別電極と、前記第１及び第２の感応膜に跨って形成された共通電極と、を備え、前記第１及び第２の個別電極と前記共通電極との間における抵抗値または電流値の変化を検出することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、第１及び第２の個別電極と共通電極との間における抵抗値または電流値の変化を検出するので、この抵抗値または電流値の変化により第１の紫外線又は第２の紫外線を検出することができる。そのため、単一のセンサ素子で波長の異なる複数の紫外線を検出することができる。また、波長の異なる複数の紫外線を検出する場合であっても、従来のように検出波長の数だけセンサ素子を設ける必要がなくなるので、センサ全体を小型化することができる。
【０００７】
上記紫外線センサにおいて、前記第１及び第２の感応膜は、前記基板上に前記第１の感応膜と前記第２の感応膜との間に絶縁膜を挟んで積層され、前記共通電極は、下側の感応膜の一部を上側の感応膜の端部よりも側方に延出させて形成されていることが好ましい。この場合、例えば、上面の感応膜が短波長の紫外線に応答し、基板側の感応膜が長波長側の紫外線に応答する構成とすることが可能である。
【０００８】
この構成によれば、共通電極が基板上に積層された下側の感応膜の一部を上側の感応膜の端部よりも側方に延出させて形成されているので、基板の幅方向においてセンサ素子を小型化することができると共に波長の異なる複数の紫外線を検出することができる。
【０００９】
上記紫外線センサにおいて、前記第１及び前記第２の感応膜は、前記基板上の同一面に並んで形成され、前記共通電極は前記第１及び第２の感応膜の境界部に形成されていてもよい。
【００１０】
上記紫外線センサにおいて、前記第１の感応膜からなる第１の可変抵抗と、一端が前記第１の個別電極に接続された第１の固定抵抗と、前記第２の感応膜からなる第２の可変抵抗と、一端が前記第２の個別電極に接続され、他端が第１の固定抵抗に接続された第２の固定抵抗とでブリッジ回路を構成し、抵抗値の相対的な変化を検出する構成が考えられる。
【００１１】
また、上記紫外線センサにおいて、抵抗値の個別変化量を検出する検出手段を有することにより、第１の紫外線と第２の紫外線とを個別に検出することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、センサ素子を大型化することなく、単一のセンサ素子で波長の異なる複数の紫外線を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態に係る紫外線センサについて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る紫外線センサを模式的に示した断面図である。本実施の形態に係る紫外線センサは、異なる波長を有する２つ以上の紫外線（例えば、ＵＶ−Ａ光，ＵＶ−Ｂ光）を検出する紫外線センサである。ここで、ＵＶ−Ａ（ＵＶＡ）光とは、近紫外線領域の波長帯の光を指し、波長が３８０〜３１５ｎｍ程度の光のことである。また、ＵＶ−Ｂ（ＵＶＢ）光とは、近紫外線領域の波長帯の光を指し、波長が３１５〜２８０ｎｍ程度の光のことである。以下では、ＵＶＡ光及びＵＶＢ光を検出する場合を例に説明する。
【００１４】
図１に示すように、紫外線センサ１は、シリコン、ガラス又はプラスチックなどで構成された基板２上に作られている。基板２上には、ＵＶＡ光を検知するＵＶＡ感応膜（第１の感応膜）３が形成されている。ＵＶＡ感応膜３は、ＵＶＡ光が照射されると抵抗値が変化する感応膜であり、例えば、ＺｎＯやＧａＮで構成される。
【００１５】
ＵＶＡ感応膜３上には絶縁膜４が形成され、この絶縁膜４を介してＵＶＢ光を検知するＵＶＢ感応膜（第２の感応膜）５が形成されている。ＵＶＢ感応膜５は、ＵＶＢ光が照射されると抵抗値が変化する感応膜であり、例えば、ＭｇＺｎＯやＡｌＧａＮで構成される。絶縁膜４は、ＵＶＡ光を透過可能な絶縁膜であり、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等で構成されている。ＵＶＡ感応膜３の対向する両端部は、ＵＶＢ感応膜５の外縁部よりも外側へ延出している。本実施の形態の紫外線センサ１では、上面のＵＶＵＢ感応膜５が短波長の紫外線に応答し、基板２側のＵＶＡ感応膜３が長波長側の紫外線に応答する構成となっている。
【００１６】
ＵＶＡ感応膜３の延出部のうち、一方の端部（図１では右側端部）には、ＵＶＡ感応膜３及びＵＶＢ感応膜５に跨って形成された共通電極８が形成されている。具体的には、共通電極８は、下側（基板２側）のＵＶＡ感応膜３の一部を、上側のＵＶＢ感応膜５の端部よりも側方（外方）に延出させて形成されている。一方、ＵＶＡ感応膜３の延出部のうち、共通電極８が形成された端部と対向する他方の端部（図１では左側端部）には、第１の個別電極６がパターン形成されている。また、ＵＶＢ感応膜５上において、共通電極８が形成された一方の端部と対向する他方の端部（図１では左側端部）には、第２の個別電極７がパターン形成されている。第１及び第２の個別電極６，７並びに共通電極８は、例えば、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）等で構成されている。
【００１７】
次に、図２を用いて、紫外線センサ１の製造工程の一例を説明する。図２は、紫外線センサ１の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。
【００１８】
例えば、スパッタ法や蒸着法を用いて、基板２上にＵＶＡ感応膜３が成膜される（図２（ａ））。次に、ＵＶＡ感応膜３上に、シリコン酸化膜等の絶縁膜４が成膜され、絶縁膜４上にＵＶＢ感応膜５が成膜される（図２（ｂ））。次に、ＵＶＢ感応膜５の形成領域に対応するマスクを介してフォトリソグラフィが行われ、ＵＶＢ感応膜５の形成領域以外のＵＶＢ感応膜５及び絶縁膜４がエッチングにより除去される（図２（ｃ））。次に、電極形成領域以外の領域がパターンニングされたマスクを介してフォトリソグラフィが行われ、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料がスパッタ法により成膜される（図２（ｄ））。そして、リフトオフ加工により電極形成領域以外の領域の金属材料が除去されて、第１及び第２の個別電極６，７並びに共通電極８が形成される（図２（ｅ））。
【００１９】
なお、図１に示す紫外線センサ１では、同一基板２上に、絶縁膜４を介してＵＶＡ感応膜３及びＵＶＢ感応膜５を積層形成する場合を例に説明したが、共通電極８が、ＵＶＡ感応膜３及びＵＶＢ感応膜５を跨ぐように形成される構成であれば、図３に示すような構成でもよい。図３に示す紫外線センサ１ａでは、同一基板２上の左側にＵＶＡ感応膜３が、右側にＵＶＢ感応膜５が同一面（平面的）に並んで形成されている。ＵＶＡ感応膜３及びＵＶＢ感応膜５上面の外側端部には第１及び第２の個別電極６，７がそれぞれ形成され、ＵＶＡ感応膜３及びＵＶＢ感応膜５の境界部分を覆うように共通電極８が形成されている。
【００２０】
次に、図４を用いて、具体的な紫外線の検出回路の一例について説明する。図４は、ＵＶＡ光及びＵＶＢ光を検出する検出回路の一例を示した回路構成図である。図４に示すように、検出回路１０は、ＵＶＡ感応膜３からなる可変抵抗Ｒ１と、一端が第１の個別電極６に接続された固定抵抗Ｒ３と、第２の感応膜５からなる可変抵抗Ｒ２と、一端が第２の個別電極７に接続され、他端が固定抵抗Ｒ３に接続された固定抵抗Ｒ４とでブリッジ回路を構成している。
【００２１】
可変抵抗Ｒ１の一端と可変抵抗Ｒ２の一端との接続点Ｐ１は共通電極８で構成され、接続点Ｐ１と、固定抵抗Ｒ３と固定抵抗Ｒ４との接続点Ｐ２とには、電源電圧が印加されている。第１の個別電極６で構成された可変抵抗Ｒ１の他端と固定抵抗Ｒ３の一端との接続点Ｐ３には、電圧検出部１１が接続されている。個別電極７で構成された可変抵抗Ｒ２の他端と固定抵抗Ｒ４の一端との接続点Ｐ４には、電圧検出部１１が接続されている。電圧検出部１１は、この接続点Ｐ３及びＰ４における電圧を検出する。ここで、検出回路１０において、ＵＶＡ感応膜３又はＵＶＢ感応膜５に紫外線が照射されない場合には、接続点Ｐ１−Ｐ３間と接続点Ｐ１−Ｐ４間との電位が同電位となるように固定抵抗Ｒ３及びＲ４の抵抗値が調整され、電圧検出部１１での検出電圧が、例えば０［Ｖ］となるように構成されている。すなわち、検出回路１０は、紫外線の非照射時には、可変抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ３の抵抗値の比率と、可変抵抗Ｒ２及び固定抵抗Ｒ４の抵抗値との比率とが等しい状態に設定され、ブリッジが平衡状態を保つように構成されている。
【００２２】
このように構成された検出回路１０は、ＵＶＡ感応膜３からなる可変抵抗Ｒ１又はＵＶＢ感応膜５からなる可変抵抗Ｒ２の相対的な抵抗値または電流値の変化を検出する。すなわち、相対的な抵抗値の変化に伴い第１及び第２の個別電極６，７と共通電極８との間の相対的な電圧の変化を読み出すことにより、ＵＶＡ光又はＵＶＢ光を検出する。例えば、ＵＶＡ感応膜３に、絶縁膜４を透過したＵＶＡ光が照射されると可変抵抗Ｒ１の抵抗値が下がるので、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間で電位差が生じる。これにより、ＵＶＡ光を検出することができる。逆に、ＵＶＢ感応膜５にＵＶＢ光が照射されると可変抵抗Ｒ２の抵抗値が下がるので、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間で電位差が生じ、ＵＶＢ光を検知することができる。
【００２３】
また、ＵＶＡ光又はＵＶＢ光を個別に検出する場合には、図５に示すように、接続点（共通電極）Ｐ１と、可変抵抗Ｒ１又は可変抵抗Ｒ２との接続を切り換えるスイッチを設ければよい。図５は、ＵＶＡ光及びＵＶＢ光を個別に検出する検出回路の一例を示した回路構成図である。
【００２４】
図５に示す検出回路２０は、可変抵抗Ｒ１に対して並列接続された固定抵抗Ｒ５と、可変抵抗Ｒ２に対して並列接続された固定抵抗Ｒ６と、接続点（共通電極）Ｐ１に接続されたスイッチＳＷ１及びＳＷ２とを備えている。スイッチＳＷ１は、接続点Ｐ１との間において可変抵抗Ｒ１又は固定抵抗Ｒ５の接続を切り換え、スイッチＳＷ２は、接続点Ｐ１との間において可変抵抗Ｒ２又は固定抵抗Ｒ６の接続とを切り換えるものである。なお、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、例えば、ダイオードで構成される。ここで、固定抵抗Ｒ５及びＲ６の抵抗値は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２により可変抵抗Ｒ１及びＲ２の接続が切り換えられた場合において、ブリッジが平衡状態を保つように調整されている。例えば、スイッチＳＷ１を可変抵抗Ｒ１に接続し、かつスイッチＳＷ２を固定抵抗Ｒ６に接続した場合には、ＵＶＡ感応膜３にＵＶＡ光が照射されると、可変抵抗Ｒ１の抵抗値のみが変化し、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間の電位差が生じる。すなわち、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の切り換えにより、可変抵抗Ｒ１又はＲ２の抵抗値の個別変化量を検出することができ、ＵＶＡ光又はＵＶＢ光を検知することができる。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、基板２上に形成され、第１の波長を有する第１の紫外線により抵抗値が変化する第１の感応膜３と、基板２上に形成され、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の紫外線により抵抗値が変化する第２の感応膜５と、第１及び第２の感応膜３，５にそれぞれ形成された第１及び第２の個別電極６，７と、第１及び第２の感応膜３，５に跨って形成された共通電極８と、を備え、第１及び第２の個別電極６，７と共通電極８との間における抵抗値または電流値の変化を検出する。この構成によれば、第１及び第２の個別電極６，７と共通電極８との間における抵抗値または電流値の変化を検出するので、この抵抗値または電流値の変化により第１の紫外線又は第２の紫外線を検出することができる。そのため、単一のセンサ素子で波長の異なる複数の紫外線を検出することができる。また、波長の異なる複数の紫外線を検出する場合であっても、従来のように検出波長の数だけセンサ素子を設ける必要がなくなるので、センサ全体を小型化することができる。
【００２６】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態にいて、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、波長の異なる複数の紫外線を検知する紫外線センサに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る紫外線センサを模式的に示した断面図である。
【図２】本実施の形態に係る紫外線センサの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】紫外線センサの変形例を模式的に示した断面図である。
【図４】本実施の形態に係る検出回路の回路構成図である。
【図５】本実施の形態に係る検出回路のその他の回路構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１ａ  紫外線センサ
２  基板
３  ＵＶＡ感応膜（第１の感応膜）
４  絶縁膜
５  ＵＶＢ感応膜（第２の感応膜）
６  第１の個別電極
７  第２の個別電極
８  共通電極
１０，２０  検出回路
１１  電圧検出部
Ｒ１  可変抵抗（第１の可変抵抗）
Ｒ２  可変抵抗（第２の可変抵抗）
Ｒ３  固定抵抗（第１の固定抵抗）
Ｒ４  固定抵抗（第２の固定抵抗）
Ｒ５，Ｒ６  固定抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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