(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化することなく所望の波長帯域の光を受光することが可能な受光装置を提供する。【解決手段】受光面２３上に光学基材４０を配置した受光装置１０であって、光学基材において、入射面４１上に第１光学多層膜５１を形成し、入射面の対向面上に第２光学多層膜５２を形成し、受光面上に第３光学多層膜５３を形成している。互いに離間した２つの波長域の光を透過させ、２つの波長域以外の波長域の光を遮り、２つの波長域のうち長波長側の第１波長域の光は所定割合以上透過させ、短波長側の第２波長域の光の透過率は所定割合未満の所定範囲に抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子と、前記受光素子の上に配置された光学基材とを有する受光装置において、
前記光学基材が前記受光素子に対向する対向面と、光の入射側に向けられる入射面とを有し、前記入射面に第１光学多層膜が形成され、前記対向面に第２光学多層膜が形成され、前記受光素子の上に第３光学多層膜が形成されており、
３層の前記光学多層膜によって、前記受光素子で受光される光の波長帯域が決められていることを特徴とする受光装置。
【請求項２】
３層の前記光学多層膜が、互いに離間した２つの波長域の光を透過させ、
前記２つの波長域のうち、短波長側の第２波長域の光の透過率が、長波長側の第１波長域の光の透過率よりも低く制限される請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記第１光学多層膜と前記第２光学多層膜が、前記２つの波長域の光を透過させ、
前記第３光学多層膜で、前記第２波長域の光の透過率が前記第１波長域の光の透過率よりも低く制限される請求項２に記載の受光装置。
【請求項４】
前記第１波長域における光の透過率は９０％以上であり、前記第２波長域における光の透過率の範囲は４０〜６０％である請求項２または３に記載の受光装置。
【請求項５】
前記第１波長域は５００〜５６０ｎｍを含み、前記第２波長域は６４０〜６８０ｎｍを含む請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の受光装置。
【請求項６】
第１光学多層膜及び第２光学多層膜は、ＴｉＯ２層とＳｉＯ２層を交互に積層した多層膜である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の受光装置。
【請求項７】
第３光学多層膜の膜厚は、第１光学多層膜及び第２光学多層膜の膜厚よりも小さい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の波長域の光を受光可能な受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に光センサモジュールが開示されている。この光センサモジュールに用いられている受光装置は、受光した光量に応じて電流を発生させる受光素子と、この受光素子への光の入射側に配置された波長選択フィルタ部材とを有している。この波長選択フィルタ部材は、光学基材に波長選択フィルタ膜を積層した構成を備えており、入射面から入射した所望の波長の光を透過させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７９８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1に記載された受光装置は、光学基材の１つの面に波長選択フィルタ膜を積層する構成であるため、透過波長帯域の設定に限界があった。これに対して、波長選択フィルタ膜を積層した光学基材をさらに追加することも考えられるが、この場合は光学基材の数が増えることになるため、受光装置全体の厚みが増え、光センサモジュールとしても大型化してしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、大型化することなく所望の波長帯域の光を受光することが可能な受光装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の受光装置は、受光素子と、前記受光素子の上に配置された光学基材とを有する受光装置において、前記光学基材が前記受光素子に対向する対向面と、光の入射側に向けられる入射面とを有し、前記入射面に第１光学多層膜が形成され、前記対向面に第２光学多層膜が形成され、前記受光素子の上に第３光学多層膜が形成されており、３層の前記光学多層膜によって、前記受光素子で受光される光の波長帯域が決められていることを特徴としている。
【０００７】
これにより、新たな光学基材を追加することなく、所望の波長帯域の光を所望範囲の透過率で透過させることが可能となる。
【０００８】
本発明の受光装置においては、３層の前記光学多層膜が、互いに離間した２つの波長域の光を透過させ、前記２つの波長域のうち、短波長側の第２波長域の光の透過率が、長波長側の第１波長域の光の透過率よりも低く制限されることが好ましい。
【０００９】
本発明の受光装置においては、前記第１光学多層膜と前記第２光学多層膜が、前記２つの波長域の光を透過させ、前記第３光学多層膜で、前記第２波長域の光の透過率が前記第１波長域の光の透過率よりも低く制限されることが好ましい。
【００１０】
本発明の受光装置においては、第１波長域における光の透過率は９０％以上であり、第２波長域における光の透過率の範囲は４０〜６０％であることが好ましい。
【００１１】
本発明の受光装置においては、第１波長域は５００〜５６０ｎｍを含み、第２波長域は６４０〜６８０ｎｍを含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の受光装置においては、第１光学多層膜及び第２光学多層膜は、ＴｉＯ２層とＳｉＯ２層を交互に積層した多層膜であることが好ましい。
【００１３】
本発明の受光装置においては、第３光学多層膜の膜厚は、第１光学多層膜及び第２光学多層膜の膜厚よりも小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、光学基材を追加することなく、一定の波長域の光を透過させる光学多層膜を追加することにより、大型化することなく所望の波長帯域の光を受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る受光装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１光学多層膜の透過光の光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】第２光学多層膜の透過光の光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】第１光学多層膜と第２光学多層膜が形成されたガラス基材の透過光の光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】第１光学多層膜と第２光学多層膜が形成されたガラス基材の透過光の光透過特性を示すグラフである。
【図６】第３光学多層膜の透過光の光透過特性を示すグラフである。
【図７】第１光学多層膜と第２光学多層膜が形成されたガラス基材及び第３光学多層膜の３層の光学多層膜を光が透過したときの光透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る受光装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態に係る受光装置１０の概略構成を示す断面図である。図１は、受光装置１０への光の入射方向Ｌに沿った断面図であり、入射方向Ｌに直交する面において受光装置１０の略中央の断面図である。
【００１７】
受光装置１０は、受光素子としてのＰＮ型のフォトダイオード２０と、フォトダイオード２０への光の入射側に距離を空けて配置された光学基材としてのガラス基材４０とを備えている。ガラス基材４０は、例えば石英ガラス（屈折率１．５２）であり、接着層３０により、所定の空隙３１を空けて、フォトダイオード２０上に固定されている。
【００１８】
フォトダイオード２０は、Ｐ層２１とＮ層２２とを接合した構成であって、表面の受光面２３上に、表面電極２５、２６、２７ならびにランド電極２４が形成されている。表面電極２５、２６、２７ならびにランド電極２４は、アルミニウム膜を例えばフォトリソグラフィで加工して形成されている。
【００１９】
受光面２３ならびに表面電極２５、２６、２７には、その上面を覆うように絶縁層２８が成膜されている。絶縁層２８は、例えばＳｉＮのスパッタリングによって形成する。この絶縁層２８上には、第３光学多層膜５３が成膜されている。
【００２０】
ランド電極２４は外部との電気接続のためのものであり、その上の絶縁層２８及び第３光学多層膜５３がエッチング等によって除去されている。ランド電極２４の露出された表面に、例えば、外部電源（不図示）に接続されたボンディングワイヤ（不図示）を接続する。
【００２１】
ランド電極２４は複数層設けられ、複数の表面電極２５、２６、２７がそれぞれのランド電極２４に接続されている。ランド電極２４を通じて、例えば、Ｐ層２１上に形成した表面電極２６、２７が前記外部電源の正極に接続され、Ｎ層２２上に形成した表面電極２５が前記外部電極の負極に接続される。
接着層３０は、例えば、熱硬化型の接着剤や紫外線硬化型の接着剤を用いる。
【００２２】
光学基材としてのガラス基材４０については、光の入射側に向けられる入射面４１の表面に第１光学多層膜５１が形成され、フォトダイオード２０に対面する対向面４２の表面に第２光学多層膜５２が形成されている。
【００２３】
第１光学多層膜５１は、例えば、ＳｉＯＸ層とＴｉＯＸ層を交互に積層した膜であり、例えば、ＳｉＯ２層（屈折率１．４８）とＴｉＯ２層（屈折率２．２２）を１０層以上の所定数の多層構造となるように交互に積層して形成する。この積層は、例えば、スパッタリングや蒸着その他のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって行う。第２光学多層膜５２の構成及び製法は、第１光学多層膜５１と同様である。
【００２４】
第３光学多層膜５３は、フォトダイオード２０を覆う絶縁層２８の表面に直接成膜されたものであり、ＳｉＯＸ層とＴｉＯＸ層を交互に積層した多層膜である。積層は、第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２と同様に、ＰＶＤやＣＶＤによって行う。ここで、第３光学多層膜５３を構成する層の層数は第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２よりも少なく、例えば、ＳｉＯ２層とＴｉＯ２層のそれぞれの層数は１０層未満である。そのため、第３光学多層膜５３を構成する層の膜厚は、第１光学多層膜５１ならびに第２光学多層膜５２の膜厚よりも十分に小さく、第３光学多層膜５３を構成する層の膜厚は１．０μｍ未満である。
【００２５】
後に説明するように、第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２は、入射した光のうちの２つの帯域の光を通過させるという厳しい条件の透過特性が得られるように設定されている。その透過特性を実現するために、ＳｉＯＸ層とＴｉＯＸ層の層数を多くする必要があり、それぞれの膜厚の管理も精度が要求される。そのため、ガラス基材４０の平滑な表面である入射面４１と対向面４２に形成する必要がある。
【００２６】
一方、第３光学多層膜５３による光透過特性は、第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２を透過した２つの帯域の光のうちの短波長側の波長域（第１波長域）の光の透過率を制限する機能を分担するものであり、要求される透過特性が、第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２ほど厳しくはない。そのため、第３光学多層膜５３は層数が少なく膜厚も小さくて済み、それぞれの層の膜厚の許容度も比較的広く、表面電極２５、２６、２７を有する凹凸面の上に成膜することが可能となっている。
【００２７】
ここで、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２のいずれか一方を絶縁層２８の表面に形成し、第３光学多層膜５３をガラス基材４０の入射面４１または対向面４２のいずれか一方の面に形成したとすると、次の問題が生じる。
【００２８】
まず、ガラス基材４０の一方の面に第１光学多層膜５１または第２光学多層膜５２の層数が多く膜厚が大きい膜が形成され、他方の面に層数が少なく膜厚が小さい第３光学多層膜５３が形成されることになると、ガラス基材４０に曲げ応力が残留し、後の工程で、フォトダイオード２０上にガラス基材４０を接合するのが困難になる。また、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２は層数が多く膜厚が大きいため、これらを、凹凸を有する絶縁層２８の表面に均一な膜厚で形成するのが難しくなる。この点からも、第３光学多層膜５３を絶縁層２８の上に形成することが好ましい。
【００２９】
フォトダイオード２０とガラス基材４０上の成膜は別の工程で行われる。
フォトダイオード２０上の成膜については、受光面２３上に表面電極２５、２６、２７とランド電極２４とを形成した後に、絶縁層２８、第３光学多層膜５３の順に積層する。その後、ランド電極２４の上の絶縁層２８と第３光学多層膜５３を除去して表面を露出させる。
【００３０】
ガラス基材４０の成膜については、入射面４１及び対向面４２を所定の粗さに研磨・洗浄した後に、対向面４２及び側面をマスクした状態で入射面４１の表面に第１光学多層膜５１を形成し、その後、入射面４１及び側面をマスクした状態で対向面４２の表面に第２光学多層膜５２を形成する。ここで、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２の成膜順序は逆であってもよい。
【００３１】
以上のように製造したフォトダイオード２０の表面の所定位置に接着層３０を塗布し、その上にガラス基材４０を載置した後に、接着層３０を熱硬化させる。あるいは紫外線を照射して硬化させる。
【００３２】
以下、第１光学多層膜５１、第２光学多層膜５２、第３光学多層膜５３のそれぞれの光学特性、及び３層の光学多層膜を組み合わせた光学特性について説明する。
【００３３】
図２ないし図４に第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２によって得られる光学特性が示されている。
【００３４】
図２は、第１光学多層膜５１の透過光に対する光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図３は、第２光学多層膜５２の透過光に対する光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図４は、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２が形成されたガラス基材４０の透過光に対する光透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。ここで、光透過特性とは、対象物（第１光学多層膜５１、第２光学多層膜５２、ガラス基材４０）への入射光と対象物による透過率の関係を示している。
【００３５】
第１光学多層膜５１は、石英ガラス（屈折率１．５２）上に、ＳｉＯ２層（屈折率１．４８）とＴｉＯ２層（屈折率２．２２）を交互に１０層以上の多層構成となるように積層している。層数と各層の膜厚を調整することにより、図２に示す特性の光学多層膜を実現している。
【００３６】
第２光学多層膜５２も、石英ガラス（屈折率１．５２）上に、ＳｉＯ２層（屈折率１．４８）とＴｉＯ２層（屈折率２．２２）を交互に１０層以上の多層構成となるように積層している。層数と各層の膜厚を調整することにより、図３に示す特性の光学多層膜を実現している。
【００３７】
なお、ガラス基材４０に対する、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２の配置は逆であってもよく、対向面４２に第１光学多層膜５１が形成され、入射面４１に第２光学多層膜５２が形成されてもよい。
【００３８】
図４に示すように、入射面５１側から第１光学多層膜５１、ガラス基材４０、及び第２光学多層膜５２の順に光を透過させることにより、５３０ｎｍを中心波長とする波長域（第１波長域）Ｔ１１の光と、６６０ｎｍを中心波長とする波長域（第２波長域）Ｔ１２の光成分を透過させることができる。図４に示す透過特性では、波長域Ｔ１１と波長域Ｔ１２が離れた波長帯域にあり、Ｔ１１とＴ１２の透過帯の間に、透過率がほぼゼロの波長域Ｔ１３が存在している。
【００３９】
波長域Ｔ１１は、立ち上がり波長（５０％透過波長）が５００ｎｍ、立ち下がり波長（５０％透過波長）が５６０ｎｍであって、ピーク波長域での透過率は９０％以上である。波長域Ｔ１２は、立ち上がり波長が６４０ｎｍ、立ち下がり波長が６８０ｎｍであって、ピーク波長域での透過率は９０％以上である。第１光学多層膜５１、ガラス基材４０、及び第２光学多層膜５２を透過した透過光は、３００〜１１００ｎｍまでの範囲において、波長域Ｔ１１と波長域Ｔ１２の波長域以外の波長域での光が、第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２で遮られており、その透過率はほぼゼロである。
【００４０】
図５ないし図７に、第１光学多層膜５１、第２光学多層膜５２、及び、第３光学多層膜５３の３層の光学多層膜を組み合わせた光学特性が示されている。
【００４１】
図５は、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２が形成されたガラス基材４０の透過光の光透過特性を示すグラフである。図５の透過特性は図４に示した透過特性と実質的に同じである。図６は、第３光学多層膜５３の透過光の光透過特性を示すグラフである。図７は、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２と第３光学多層膜５３の３層の光学多層膜を透過した光透過特性を示すグラフである。
【００４２】
図５では、ＳｉＯ２層（屈折率１．４８）とＴｉＯ２層（屈折率２．２２）とで多層膜を構成するときの設計上予測できる公差（ばらつき）をシミュレーションしたときの、その交差の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮが破線で示されている。実線が公差のない設計上の光透過特性である。
【００４３】
図５に示すシミュレーション結果を得たときの第１光学多層膜５１及び第２光学多層膜５２の層構成は、図４に示したシミュレーション結果を得たときの層構成と層数や膜厚が若干相違しており、そのため長波長側の波長域Ｔ２２が、図４の波長域Ｔ１２と少しずれている。ただし、２つの波長域Ｔ２１、Ｔ２２を透過させる基本的な特性は、図４と図５とで実質的に同じである。
【００４４】
第３光学多層膜５３は、石英ガラス（屈折率１．５２）上に、ＳｉＯ２層（屈折率１．４８）とＴｉＯ２層（屈折率２．２２）を交互に１０層未満の複数層に積層し、各層の膜厚を調整することにより、図６に示す特性の光学多層膜を実現している。
【００４５】
図５に示すように、光を、第１光学多層膜５１、ガラス基材４０、及び第２光学多層膜５２の順に透過させることにより、短波長側の波長域（第１波長域）Ｔ２１の光と、長波長側の波長域（第２波長域）Ｔ２２の光とが得られる。波長域Ｔ２１の帯域は、図４に示す短波長側の波長域Ｔ１１の帯域と同じであり、長波長側の波長域Ｔ２２は図４に示す波長域Ｔ１２よりもやや短波長側へシフトしている。図５に示す波長域Ｔ２１、Ｔ２２の設計値（実線）での透過率（平均値）は９０％以上である。
【００４６】
図６に示すように、第３光学多層膜５３の透過光は、図５の波長域Ｔ２２に対応する波長域Ｔ３２の透過率がほぼ１００％であるとともに、図５の短波長側の波長域Ｔ２１に対応する波長域Ｔ３１の透過率が約５７％（平均値）となっている。
【００４７】
第１光学多層膜５１、ガラス基材４０、第２光学多層膜５２、及び第３光学多層膜５３を透過させることにより、図７に示す光が得られる。図７に示す透過光において、上記波長域Ｔ２２、Ｔ３２に対応する波長域Ｔ４２における透過率は９０％以上を確保している。一方、上記波長域Ｔ２１、Ｔ３１に対応する波長域Ｔ４１は、その波長範囲を維持しつつ、透過率が平均値で約５７％、ばらつきを含めて４０〜６０％の範囲に抑えられている。
【００４８】
図７に示すように、３層の光学多層膜５１，５２，５３を通過した光は、波長域Ｔ４１と波長域Ｔ４２は、透過率がほぼゼロである波長域Ｔ４３を挟んで帯域が互いに離間している。さらに、波長域Ｔ４１と波長域Ｔ４２の波長域以外の波長域での光は、第１光学多層膜５１、第２光学多層膜５２、及び第３光学多層膜５３によって遮られており、その透過率はほぼゼロである。
【００４９】
図６に例示するような、一定の波長域Ｔ３１の光の透過を制限する第３光学多層膜５３を追加することにより、第２のガラス基材などの新たな光学基材を追加することなく、図７に示すような所望のプロファイルの受光特性を得ることができる。
【００５０】
ここで、フォトダイオード２０が受光する光の波長域及び強度は、第１光学多層膜５１、第２光学多層膜５２、及び第３光学多層膜５３の層構成（例えば、層材料、膜厚、層数）を変更することによって調整することができる。３つの多層膜によって調整すると、１つ又は２つの多層膜によって波長域及び透過光強度（受光強度）を調整するよりも制御が容易となる。また、第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２の層数よりも第３光学多層膜５３の層数を少なくすることにより、第３光学多層膜５３における層調整の負担割合が小さくなるため、凹凸のあるフォトダイオード２０上であっても所望の層構成を実現しやすい。さらにまた、波長帯域の制御は主に第１光学多層膜５１と第２光学多層膜５２によって行い、第３光学多層膜５３では制御された波長帯域における光強度の制御を行っているため、第３光学多層膜５３の層数が少なく膜厚が小さくて済み、これにより、第３光学多層膜５３の成膜を容易に行うことができる。
【００５１】
ここで、所望の光透過特性としては、第２波長域における光の透過率に対する第１波長域における光の透過率の割合は７０〜８０％であることが好ましい。また、第１波長域における光の透過率は９０％以上であり、第２波長域における光の透過率の範囲は４０〜６０％であることが好ましい。さらに、第１波長域は５００〜５６０ｎｍを含み、第２波長域は６４０〜６８０ｎｍを含むことが好ましい。
【００５２】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る受光装置は、大型化することなく、所望の波長帯域を所望の強度で受光したい場合に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１０    受光装置
２０    フォトダイオード（受光素子）
２３    受光面
４０    ガラス基材（光学基材）
４１    入射面
４２    底面
５１    第１光学多層膜
５２    第２光学多層膜
５３    第３光学多層膜
Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１  波長域（第１波長域）
Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２  波長域（第２波長域）
Ｔ１３、Ｔ２３、Ｔ４３  波長域
【図１】
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【図２】
2015087181.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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