(57)【要約】【課題】分光フィルタを用いずに光の分光強度を測定することができる分光強度測定素子を提供する。【解決手段】複数の受光部が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成され、これらの受光部の配列領域の表面が平坦面に形成された光センサ１と、前記光センサ１の受光部配列領域に対向させて配置され、前記光センサ１に対向する面とは反対面に、光の入射面１３が形成され、前記光センサ１に対向する面に、前記受光部配列領域の表面との間の距離が前記複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面１４が形成され、前記出射面１４と前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間に、前記入射面１３から入射した光の分光空隙１５を形成する光学部材１２とを備える。【選択図】図１
2008232843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成され、これらの受光部の配列領域の表面が平坦面に形成された光センサと、
前記光センサの受光部配列領域に対向させて配置され、前記光センサに対向する面とは反対面に、光の入射面が形成され、前記光センサに対向する面に、前記受光部配列領域の表面との間の距離が前記複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面が形成され、前記出射面と前記光センサの受光部配列領域の表面との間に、前記入射面から入射した光の分光空隙を形成する光学部材と、
を備えることを特徴とする分光強度測定素子。
【請求項２】
光学部材の出射面は、光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が、前記光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光強度測定素子。
【請求項３】
光学部材の出射面は、光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に湾曲した曲面からなっていることを特徴とする請求項２に記載の分光強度測定素子。
【請求項４】
光学部材は石英からなっており、前記光学部材の出射面は、光センサの受光部配列領域の一端側を前記光学部材の入射面の外方に前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行に延長した位置を中心とする曲率半径が約１００ｃｍの円筒面状の曲面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の分光強度測定素子。
【請求項５】
光学部材の出射面は、光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面からなっていることを特徴とする請求項２に記載の分光強度測定素子。
【請求項６】
光学部材は石英からなっており、前記光学部材の出射面は、光センサの受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面の長さをＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面の一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／２×１０３の傾斜面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の分光強度測定素子。
【請求項７】
光学部材は石英またはシリコンからなっており、前記光学部材の出射面は、光センサの受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面の長さをＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面の一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／１０×１０３の傾斜面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の分光強度測定素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光の分光強度を測定するための分光強度測定素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の分光強度測定には、ファブリ・ベロー型可変波長フィルタ（特許文献１参照）、或いは透過波長が一方の方向に沿って順次変化する光干渉フィルタ（特許文献２参照）等の分光フィルタが用いられている。
【特許文献１】特許第２６９７３５３号公報
【特許文献２】特開昭６４−５７１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、分光フィルタを用いずに光の分光強度を測定することができる分光強度測定素子を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の請求項１に記載の分光強度測定素子は、複数の受光部が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成され、これらの受光部の配列領域の表面が平坦面に形成された光センサと、前記光センサの受光部配列領域に対向させて配置され、前記光センサに対向する面とは反対面に、光の入射面が形成され、前記光センサに対向する面に、前記受光部配列領域の表面との間の距離が前記複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面が形成され、前記出射面と前記光センサの受光部配列領域の表面との間に、前記入射面から入射した光の分光空隙を形成する光学部材とを備えることを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材の出射面は、前記光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が、前記光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に大きくなる形状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材の出射面は、前記光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に湾曲した曲面からなっていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材は石英からなっており、前記光学部材の出射面は、前記光センサの受光部配列領域の一端側を前記光学部材の入射面の外方に前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行に延長した位置を中心とする曲率半径が約１００ｃｍの円筒面状の曲面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、前記請求項２に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材の出射面は、前記光センサの複数の受光部の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサの受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面からなっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材は石英からなっており、前記光学部材の出射面は、前記光センサの受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面の長さをＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面の一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／２×１０３の傾斜面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、前記請求項５に記載の分光強度測定素子において、前記光学部材は石英またはシリコンからなっており、前記光学部材の出射面は、前記光センサの受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面の長さをＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面の一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／１０×１０３の傾斜面に形成され、前記光学部材は、前記出射面の一端を前記光センサの受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の分光強度測定素子は、上記のような構成であるため、分光フィルタを用いずに光の分光強度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１〜図４はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は分光強度測定素子の斜視図、図２は前記分光強度測定素子の光センサの平面図、図３は図２のIII−III線に沿う前記光センサの拡大断面図である。
【００１３】
この分光強度測定素子は、複数の受光部３が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成され、これらの受光部３の配列領域の表面が平坦面に形成された光センサ１と、前記光センサ１の受光部配列領域に対向させて配置され、前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間に分光空隙１５を形成する光学部材１２とからなっている。
【００１４】
前記光センサ１は、図２及び図３に示したように、例えばホウケイ酸ガラス等からなる絶縁性基板２上に、細長形状に形成された複数の受光部３を、互いに平行に、且つ前記受光部３の長さ方向に対して直交する方向に密なピッチで配列させて形成したものである。
【００１５】
この光センサ１の複数の受光部３はそれぞれ、細長形状に形成された一対の電極４，５と、前記一対の電極４，５間に介在された半導体層６とからなっており、これらの受光部３の一対の電極４，５のうち、一方の電極４は、受光部３毎に独立させて形成され、前記複数の受光部３の他方の電極５は、前記複数の受光部３にわたって共通接続されている。
【００１６】
すなわち、前記光センサ１の複数の受光部３はそれぞれ、前記基板２上に形成された下部電極４と、この下部電極４の上に形成された半導体層６と、前記半導体層６の上に形成された上部電極５とからなっており、前記下部電極４と上部電極５はそれぞれ、各受光部３毎に、前記受光部３の形状に対応する細長形状に形成され、前記半導体層６は、前記複数の受光部３にわたって連続した形状に形成されるか、或いは、それぞれの受光部３毎に分離して形成されている。
【００１７】
前記受光部３の下部電極４は、ＩＴＯ膜または金属膜からなっており、各受光部３の下部電極４にはそれぞれ、これらの電極４から前記基板２の一側縁部に導出された端子部４ａが一体に形成されている。
【００１８】
前記受光部３の半導体層６は、ｐ−ｉ−ｎ接合型のシリコン半導体層であり、前記下部電極４の上に形成されたＢ（ボロン）ドープの水素化アモルファスシリコンからなる膜厚が約１０ｎｍのｐ型半導体膜７と、その上に積層された無添加アモルファスシリコンからなる膜厚が約１００ｎｍのｉ型半導体膜８と、さらにその上に積層されたＰ（リン）ドープの水素化アモルファスシリコンからなる膜厚が約１０ｎｍのｎ型半導体膜９とからなっている。
【００１９】
この半導体層６は、その周面及び前記ｎ型半導体膜９の上面の周縁部を窒化シリコン等からなる絶縁膜１０により覆われており、前記絶縁膜１０及びｎ型半導体膜９の上に上部電極５が形成されている。
【００２０】
また、前記受光部３の上部電極５は、ＩＴＯ膜からなる膜厚が約１００ｎｍの透明電極であり、各受光部３の上部電極５は、前記基板２の他側縁部に前記複数の受光部３の配列領域の全長にわたって形成された共通端子部５ａに接続されている。なお、前記共通端子部５ａは、前記ＩＴＯ膜により前記上部電極５と一体に形成されている。
【００２１】
さらに、前記光センサ１は、前記複数の受光部３の配列領域の表面を平坦面にするための平坦化膜１１を備えている。この平坦化膜１１は、屈折率が１．４９〜１．５０、平均膜厚が約３μｍのアクリル系樹脂からなっており、前記複数の受光部３の配列領域の全長にわたって、前記複数の受光部３を前記端子部４ａ，５ａを除いて覆う幅に形成されている。
【００２２】
なお、図では、前記複数の受光部３を、その長さに対して幅を大きく誇張して示しているが、前記複数の受光部３はそれぞれ、幅が約１０μｍ、長さ（平坦化膜１１により覆われた部分の長さ）が約２ｍｍの細長形状に形成されている。
【００２３】
また、前記光センサ１の受光部配列領域の長さは、例えば約１ｍｍであり、この受光部配列領域に、例えば１００個の受光部３が、前記受光部配列領域の長さを前記受光部３の数で均等割したピッチで配列されている。
【００２４】
一方、前記光学部材１２は、前記光センサ１の受光部配列領域の長さよりも若干大きい長さと、前記受光部３の長さと同程度の幅を有し、前記光センサ１に対向する面とは反対面に、光を入射させる入射面１３が形成され、前記光センサ１に対向する面に、前記光センサ１との間の距離が前記複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面１４が形成された部材であり、この光学部材１２は、光の透過率及び屈折率が、光強度の測定波長帯域にわたって略一定な物質からなっている。
【００２５】
この実施例の分光強度測定素子は、可視光帯域及び紫外帯域の分光強度測定に適したものであり、前記光学部材１２は、光の透過率及び屈折率が、紫外帯域から近赤外帯域にわたって略一定である石英、例えば合成石英からなっている。
【００２６】
図４は前記合成石英の波長−透過率特性図であり、合成石英は、約２２０ｎｍ〜約２７００ｎｍの波長帯域にわたって略一定した透過率を示す。また、この合成石英の３１３ｎｍ、４８０ｎｍ、８３３０ｎｍの各波長光に対する屈折率はそれぞれ１．５４、１．５２、１．５１であり、紫外帯域から近赤外帯域にわたって略一定である。
【００２７】
また、前記光学部材１２は、その入射面１３を、前記光センサ１の受光部配列領域の表面（平坦化膜１１の膜面）と平行な平坦面に形成し、前記光センサ１に対向する出射面１４を、前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離が、前記複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に大きくなる形状に形成したものであり、この光学部材１２の前記出射面１４は、例えば、前記光センサ１の複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に湾曲した曲面からなっている。
【００２８】
この実施例における光学部材１２は、前記出射面１４を、前記光センサ１の受光部配列領域の一端側を前記光学部材１２の入射面１３の外方に前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行に延長した位置を中心とする曲率半径が約１００ｃｍの円筒面状の曲面に形成したものであり、前記円筒面の中心軸は、前記光センサ１の受光部配列領域の表面と平行で、且つ前記複数の受光部３の配列方向に対して直交している。
【００２９】
そして、前記光学部材１２は、前記円筒面状の曲面に形成された出射面１４の一端を、前記光センサ１の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置され、前記出射面１４と前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間に、前記光学部材１２の出射面１４から入射した光の分光空隙１５を形成している。
【００３０】
この分光強度測定素子は、図３に示したように、前記光センサ１の複数の受光部３の半導体層６を挟む一対の電極４，５のうち、前記半導体層６のｐ型半導体膜７側の下部電極４を予め定めた抵抗値の抵抗１７を介して接地し、前記半導体層６のｎ型半導体膜９側の上部電極５に、直流電源１６から予め定めた一定値の＋電圧を供給し、前記下部電極４の電圧値を電圧測定手段１８により測定することにより、前記光学部材１２の入射面１３から入射した光の分光強度を測定する。
【００３１】
なお、前記光センサ１の複数の受光部３の上部電極５は、前記複数の受光部３の配列領域の全長にわたって形成された共通端子部５ａに接続されているため、その共通端子部５ａに直流電源１６の＋極を接続することにより、全ての受光部３の上部電極５に同じ値の＋電圧を供給することができる。
【００３２】
また、前記光センサ１の複数の受光部３の下部電極４は、受光部３毎に独立しており、これらの下部電極４それぞれに端子部４ａが形成されているため、前記複数の受光部３毎に、その下部電極４の端子部４ａを前記抵抗１７を介して接地し、これらの端子部４ａと接地間にそれぞれ電圧測定手段１８を接続することにより、前記複数の受光部３毎に、その受光部３に対応する前記下部電極４の電圧を測定することができる。
【００３３】
この分光強度測定素子は、前記光学部材１２の入射面１３の法線方向から光を入射させ、その光を、前記光学部材１２の出射面１４と前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間の分光空隙１５において分光して、分光された各波長光の強度を測定する。
【００３４】
すなわち、前記光学部材１２の入射面１３から入射した光は、前記光学部材１２を透過して前記光センサ１との間の分光空隙１５に入射し、前記光学部材１２の出射面１４と前記光センサ１の平坦化膜１１との間の距離が前記複数の受光部３の配列方向の一端から他端に向かって連続的に変化する前記分光空隙１５において、前記光センサ１の受光部配列領域の表面（平坦化膜１１の膜面）による反射光と、前記光学部材１２の出射面１４からの出射光及び反射光との干渉により、前記複数の受光部３の配列方向における各位置の分光空隙１５の高さ（光学部材１２の出射面１４と光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離）に応じて各波長の光に分光する。
【００３５】
前記分光空隙１５において分光した各波長光の出現位置は、前記光学部材１２の光センサ当接端から前記波長光の出現位置までの距離をｒ、前記光学部材１２の出射面１４の曲率半径をＲとすると、
ｒ＝（ｍ・Ｒ・λ）１／２
ｍ；分光空隙１５ａでの光の反射次数
λ；波長
の式で表される。
【００３６】
ここで、前記光学部材１２の出射面１４の曲率半径Ｒを１００ｃｍとすると、前記反射次数ｍが１の場合、前記反射光の干渉により発生した光の波長λと、前記光学部材１２の光センサ当接端から各波長光の出現位置までの距離ｒは、次のような関係にある。
【００３７】
波長λ        距離ｒ
２００ｎｍ    ０．４５ｍｍ
３００ｎｍ    ０．５５ｍｍ
４００ｎｍ    ０．６３ｍｍ
５００ｎｍ    ０．７１ｍｍ
６００ｎｍ    ０．７７ｍｍ
７００ｎｍ    ０．８４ｍｍ
８００ｎｍ    ０．８９ｍｍ
このように、前記分光強度測定素子は、入射光を前記光学部材１２の出射面１４と前記光センサ１との間の分光空隙１５において分光し、前記分光空隙１５の長さ方向（光センサ１の複数の受光部３の配列方向）のうちの前記光学部材１２の光センサ当接端からの距離が０．４５ｍｍ〜０．８９ｍｍの範囲の領域に、２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長光を、前記光センサ当接端からの距離が長くなるのに伴って波長が長くなる順序で出現させる。
【００３８】
前記分光空隙１５において分光された各波長光はそれぞれ、前記光センサ１の複数の受光部３のうちの前記波長光の出現位置に対応する受光部３により受光される。
【００３９】
なお、前記光センサ１の複数の受光部３の幅はそれぞれ約１０μｍであり、約１ｍｍの長さの受光部配列領域に、約１００個の受光部３が、前記受光部配列領域の長さを前記受光部３の数で均等割したピッチで配列されているため、前記分光空隙１５において分光された各波長光を、約１００ｎｍの波長単位で各受光部３に受光させることができる。すなわち、この実施例の分光強度測定素子は、約１００ｎｍ単位の波長分解能をもっている。
【００４０】
そして、前記受光部３が前記波長光を受光すると、その波長光の強度に応じて、前記受光部３の下部電極４の端子部４ａに接続された電圧測定手段１８の出力値が変化するため、前記複数の受光部３にそれぞれ対応した複数の電圧測定手段１８の出力から、前記各波長光の強度を測定することができる。
【００４１】
前記分光強度測定素子は、複数の受光部３が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成された光センサ１と、前記光センサ１に対向させて配置され、前記光センサ１に対向する面とは反対面に、光を入射させる入射面１３が形成され、前記光センサ１に対向する面に、前記光センサ１との間の距離が前記複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面１４が形成され、前記出射面１４と前記光センサ１との間に、前記入射面１３から入射した光の分光空隙１５を形成する光学部材１２とを備える構成であるため、従来のようにファブリ・ベロー型可変波長フィルタ或いは光干渉フィルタ等の分光フィルタを用いずに、光の分光強度を測定することができる。
【００４２】
また、前記分光強度測定素子は、前記光学部材１２の前記光センサ１に対向する出射面１４を、前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離が、前記複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に大きくなる形状に形成しているため、前記分光空隙１５において分光された各波長光を、前記複数の受光部３の配列領域の一端から他端に向かって波長が長くなる順序で出現させ、分光強度の測定を容易にすることができる。
【００４３】
しかも、前記分光強度測定素子は、約１ｍｍの長さの受光部配列領域に複数の受光部３を形成した光センサ１前記受光部配列領域に対応させて、前記光センサ１との間に分光空隙１５を形成する光学部材を配置したものであるため、この分光強度測定素子は、マイクロ素子と呼べる大きさである。
【００４４】
さらに、前記分光強度測定素子は、光の透過率及び屈折率が、紫外帯域から近赤外帯域にわたって略一定である石英（合成石英）からなり、前記出射面１４を、前記光センサ１の受光部配列領域の一端側を前記光学部材１２の入射面１３の外方に前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行に延長した位置を中心とする曲率半径が約１００ｃｍの円筒面状の曲面に形成した光学部材１２を備え、この光学部材１２を、前記出射面１４の一端を前記光センサ１の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置しているため、可視光帯域及び紫外帯域の分光強度を測定することができる。
【００４５】
そのため、この分光強度測定素子は、可視光帯域だけで無く、４００ｎｍ〜３２０ｎｍの長波長紫外線（ＵＶＡ）及び３２０ｎｍ〜２９０ｎｍの中波長紫外線（ＵＶＢ）の識別が可能であり、したがって、例えば腕時計に搭載することにより、前記腕時計に紫外線照射量のモニタ機能をもたせることができる。
【００４６】
また、この分光強度測定素子は、例えばデジタルカメラに搭載することにより、被写体の光スペクトル情報を記録し、撮像された画像の色補正に利用することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図５はこの発明の第２の実施例を示す分光強度測定素子の斜視図である。なお、図５において、上記第１の実施例の分光強度測定素子に対応するものには図に同符号を付し、同一のものについてはその説明を省略する。
【００４８】
この実施例の分光強度測定素子は、基板２上に上記第１の実施例と同じ構造の複数の受光部３（図２及び図３参照）を一方向に配列させて形成し、これらの受光部３の配列領域を覆って平坦化膜１１を形成した光センサ１の受光部配列領域に対向させて、合成石英からなり、前記光センサ１に対向する面とは反対面に、前記光センサ１の受光部配列領域の表面（平坦化膜１１の膜面）と平行な平坦面からなる入射面１３ａが形成され、前記光センサ１に対向する面に、前記光センサ１の複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面からなる出射面１４ａが形成された光学部材１２ａを、その出射面１４ａの一端を、前記光センサ１の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置し、この光学部材１２ａの出射面１４ａと前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間に分光空隙１５ａを形成したものである。
【００４９】
なお、前記光センサ１は、その基本的な構成は上記第１の実施例と同じであるが、この実施例では、受光部配列領域の長さを９ｍｍ〜１０ｍｍとし、その領域に、幅が約１０μｍ、長さ（平坦化膜１１により覆われた部分の長さ）が約２ｍｍの細長形状に形成された約６０００個の受光部３を、前記受光部配列領域の長さを前記受光部３の数で均等割したピッチで配列させて形成している。
【００５０】
また、前記光学部材１２ａの出射面１４ａは、前記光センサ１の受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面１４ａの長さ（この実施例では光学部材１２ａと同じ長さ）をＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面１４ａの一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／２×１０３の傾斜面に形成されている。
【００５１】
この実施例では、前記光学部材１２ａの出射面１４ａを、前記長さＬが約１０μｍ、前記一端と他端との高さの差ｄが約５μｍの傾斜面に形成し、この光学部材１２ａを、前記出射面１４ａの一端を前記光センサ１の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置することにより、この光学部材１２ａの出射面１４ａと前記光センサ１の受光部配列領域の表面との間に、前記複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって空隙高さ（光学部材１２ａの出射面１４ａと光センサ１の受光部配列領域の表面との間の距離）が０〜約５μｍの範囲で連続的に変化する分光空隙１５ａを形成している。
【００５２】
この実施例の分光強度測定素子は、前記光学部材１２ａの出射面１４ａを、前記光センサ１ａの複数の受光部３の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサ１ａとの間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面に形成しているため、前記分光空隙１５ａにおいて分光した各波長光の出現位置は、前記光学部材１２ａの光センサ当接端から前記波長光の出現位置までの距離をｘとすると、
ｘ＝（ｍ・Ｒ・λ）／（２ｄ）
Ｌ；光学部材１２ａの出射面１４の長さ
ｄ：前記出射面１４ａの一端と他端との高さの差
ｍ；分光空隙１５ａでの光の反射次数
λ；波長
の式で表される。
【００５３】
ここで、前記光学部材１２ａの出射面１４ａの長さＬを１０ｍｍ、前記出射面１４ａの一端と他端との高さの差を５μｍとすると、前記反射次数ｍが１の場合、前記反射光の干渉により発生した光の波長λと、前記光学部材１２ａの光センサ当接端から各波長光の出現位置までの距離ｘは、次のような関係にある。
【００５４】
２００ｎｍ    ２００ｍｍ
３００ｎｍ    ３００ｍｍ
４００ｎｍ    ４００ｍｍ
５００ｎｍ    ５００ｍｍ
６００ｎｍ    ６００ｍｍ
７００ｎｍ    ７００ｍｍ
８００ｎｍ    ８００ｍｍ
このように、この実施例の分光強度測定素子は、入射光を前記光学部材１２ａの出射面１４ａと前記光センサ１との間の分光空隙１５ａにおいて分光し、前記分光空隙１５ａの長さ方向（光センサ１の複数の受光部３の配列方向）のうちの前記光学部材１２ａの光センサ当接端からの距離が２００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲の領域に、２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長光を、前記光センサ当接端からの距離が長くなるのに伴って波長が長くなる順序で出現させる。
【００５５】
なお、前記光センサ１の複数の受光部３の幅はそれぞれ約１０μｍであるため、前記分光空隙１５ａにおいて分光された各波長光を、約０．１ｎｍの波長単位で各受光部３に受光させることができる。すなわち、この実施例の分光強度測定素子は、約０．１ｎｍ単位の波長分解能をもっている。
【００５６】
そして、前記分光空隙１５ａにおいて分光された各波長光はそれぞれ、前記光センサ１の複数の受光部３のうちの前記波長光の出現位置に対応する受光部３により受光されるため、上記第１の実施例と同様に、前記複数の受光部３にそれぞれ対応した複数の電圧測定手段１８の出力から、前記各波長光の強度を測定することができる。
【００５７】
この実施例の分光強度測定素子は、光の透過率及び屈折率が紫外帯域から近赤外帯域にわたって略一定である石英（合成石英）からなり、前記光センサ１に対向する出射面１４ａが、前記光センサ１の受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面１４ａの長さＬと、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面１４ａの一端と他端との高さの差ｄとの比ｄ／Ｌが、約１／１０×１０３の傾斜面に形成された光学部材１２ａを、前記出射面１４ａの一端を前記光センサ１の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置しているため、可視光帯域及び紫外帯域の分光強度を測定することができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
図６〜図９はこの発明の第３の実施例を示しており、図６は分光強度測定素子の斜視図、図７は前記分光強度測定素子の光センサの平面図、図８は図７のVIII−VIII線に沿う前記光センサの拡大断面図である。
【００５９】
この実施例の分光強度測定素子は、近赤外帯域の分光強度を測定するのに適したものであり、赤外帯域の光に感応する複数の受光部２１が予め定めたピッチで一方の方向に配列させて形成され、これらの受光部２１の配列領域の表面が平坦面に形成された光センサ１９と、前記光センサ１９の受光部配列領域に対向させて配置され、前記光センサ１９との間に分光空隙２９を形成する光学部材２６とを備えている。
【００６０】
前記光センサ１９は、図７及び図８に示したように、例えばホウケイ酸ガラス等からなる絶縁性基板２０上に、細長形状に形成された複数の受光部２１を、互いに平行に、且つ前記受光部２１の長さ方向に対して直交する方向に密なピッチで配列させて形成したものである。
【００６１】
この光センサ１９の複数の受光部２１はそれぞれ、前記基板２０上に、それぞれの端部を互いに向き合わせて形成された細長形状の一対の電極２２，２３と、前記基板２０上に、両端部を前記一対の電極２２，２３上に重ねて形成された半導体層２４とからなっている。
【００６２】
前記半導体層２４は、光伝導物質であるＰｂＳ（硫化鉛）からなるＰｂＳ半導体層であり、このＰｂＳ半導体層２４は、前記複数の受光部２１にわたって連続した形状に形成されるか、或いは、それぞれの受光部２１毎に分離して形成されており、前記複数の受光部２１はそれぞれ、図７に個々の受光部２１の外形を二点差線で示したように、前記一対の電極２２，２３と、前記ＰｂＳ半導体層２４の前記一対の電極２２，２３に対応する部分とにより形成されている。
【００６３】
また、前記複数の受光部２１の一対の電極２２，２３はそれぞれ、ＩＴＯ膜または金属膜からなっており、この一対の電極２２，２３のうち、一方の電極２２は、受光部２１毎に独立させて形成され、前記複数の受光部３の他方の電極２３は、前記複数の受光部２１にわたって共通接続されている。
【００６４】
すなわち、前記複数の受光部２１の一方の電極２２にはそれぞれ、これらの電極２３から前記基板２０の一側縁部に導出された端子部２２ａが一体に形成されており、前記複数の受光部２１の他方の電極２３は、前記基板２０の他側縁部に前記複数の受光部２１の配列領域の全長にわたって形成された共通端子部２４ａに接続されている。
【００６５】
さらに、前記光センサ１９は、前記複数の受光部２１の配列領域の表面を平坦面にするための平坦化膜２５を備えている。この平坦化膜２５は、アクリル系樹脂からなっており、前記ＰｂＳ半導体層２４の表面を覆って、前記複数の受光部２１の配列領域の全長に形成されている。
【００６６】
なお、図では、前記複数の受光部２１を、その長さに対して幅を大きく誇張して示しているが、前記複数の受光部２１の一対の電極２２，２３はそれぞれ、約２０μｍの幅に形成され、また、前記一対の電極２２，２３の互いに向き合う端部間の距離は、約１００μｍに設定されており、したがって、前記複数の受光部２１はそれぞれ、幅が約２０μｍ、前記ＰｂＳ半導体層２４のチャンネル領域（一対の電極２２，２３間の領域）の長さが約１００μｍの細長形状に形成されている。
【００６７】
また、前記光センサ１９の受光部配列領域の長さは、９ｍｍ〜１０ｍｍであり、その領域に、前記幅が約２０μｍ、チャンネル長が約１００μｍの細長形状に形成された約３０００個の受光部２１が、前記受光部配列領域の長さを前記受光部２１の数で均等割したピッチで配列させて形成されている。
【００６８】
一方、前記光学部材２６は、前記光センサ１９に対向する面とは反対面に、光を入射させる入射面２７が形成され、前記光センサ１９に対向する面に、前記光センサ１９との間の距離が前記複数の受光部２１の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に変化する出射面２８が形成された部材であり、この光学部材２６は、前記図４に示した波長−透過率特性を有する合成石英、または、光の透過率及び屈折率が、赤外帯域において略一定であるシリコンからなっている。
【００６９】
図９は前記シリコンの波長−透過率特性図であり、シリコンは、約１２００ｎｍ〜約６５００ｎｍの波長帯域にわたって略一定した透過率を示す。
【００７０】
前記光学部材２６は、その入射面２７を、前記光センサ１９の受光部配列領域の表面（平坦化膜２５の膜面）と平行な平坦面に形成し、前記光センサ１９に対向する出射面２８を、前記光センサ１９の受光部配列領域の表面との間の距離が、前記複数の受光部２１の配列方向の一端側から他端側に向かって連続的に大きくなる形状に形成したものであり、この実施例では、前記出射面２８を、前記光センサ１９の複数の受光部２１の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサ１９の受光部配列領域の表面との間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面に形成している。
【００７１】
この光学部材２６の出射面２８は、前記光センサ１９の受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面２８の長さ（この実施例では光学部材２６と同じ長さ）をＬ、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面２８の一端と他端との高さの差をｄとしたとき、これらの比ｄ／Ｌが、約１／１０×１０３の傾斜面に形成されている。
【００７２】
この実施例では、前記光学部材２６の出射面２８を、前記長さＬが約２０μｍ、前記一端と他端との高さの差ｄが約２μｍの傾斜面に形成し、この光学部材２６を、前記出射面２８の一端を前記光センサ１９の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置することにより、この光学部材２６の出射面２８と前記光センサ１９の受光部配列領域の表面との間に、前記複数の受光部２１の配列方向の一端側から他端側に向かって空隙高さ（光学部材２６の出射面２８と光センサ１９の受光部配列領域の表面との間の距離）が０〜約２μｍの範囲で連続的に変化する分光空隙２９を形成している。
【００７３】
この分光強度測定素子は、図８に示したように、前記光センサ１９の複数の受光部２１の一対の電極２２，２３のうち、共通端子部２３ａにより共通接続された電極２３に、前記共通端子部２３ａを介して直流電源３０から予め定めた一定値の＋電圧を供給し、受光部２１毎に独立した電極２２からの出力電流を電流測定手段３１により測定することにより、前記光学部材２６の入射面２７から入射した光の分光強度を測定する。
【００７４】
この分光強度測定素子は、前記光学部材２６の出射面２８を、前記光センサ１９の複数の受光部２１の配列方向の一端側から他端側に向かって前記光センサ１９との間の距離が大きくなる方向に直線的に傾いた傾斜面に形成しているため、前記分光空隙２９において分光した各波長光の出現位置は、上述した第２の実施例と同様に、前記光学部材２６の光センサ当接端から前記波長光の出現位置までの距離をｘとすると、
ｘ＝（ｍ・Ｒ・λ）／（２ｄ）
Ｌ；光学部材２６の出射面２８の長さ
ｄ：前記出射面２８の一端と他端との高さの差
ｍ；分光空隙２９での光の反射次数
λ；波長
の式で表される。
【００７５】
ここで、前記光学部材２６の出射面２８の長さＬを２０ｍｍ、前記出射面２８の一端と他端との高さの差を２μｍとすると、前記反射次数ｍが１の場合、前記反射光の干渉により発生した光の波長λと、前記光学部材２６の光センサ当接端から各波長光の出現位置までの距離ｘは、次のような関係にある。
【００７６】
波長λ          距離ｘ
１０００ｎｍ    ２５ｍｍ
１４００ｎｍ    ３５ｍｍ
１８００ｎｍ    ４５ｍｍ
２２００ｎｍ    ５５ｍｍ
２６００ｎｍ    ６５ｍｍ
３０００ｎｍ    ７５ｍｍ
３２００ｎｍ    ８０ｍｍ
このように、この実施例の分光強度測定素子は、入射光を前記光学部材２６の出射面２８と前記光センサ１９との間の分光空隙２９において分光し、前記分光空隙２９の長さ方向（光センサ１９の複数の受光部２１の配列方向）のうちの前記光学部材２６の光センサ当接端からの距離が２５ｍｍ〜８０ｍｍの範囲の領域に、１２００ｎｍ〜３２００ｎｍの範囲の各波長光を、前記光センサ当接端からの距離が長くなるのに伴って波長が長くなる順序で出現させる。
【００７７】
なお、前記光センサ１９の複数の受光部２１の幅はそれぞれ約２０μｍであるため、前記分光空隙２９において分光された各波長光を、約１００ｎｍの波長単位で各受光部２１に受光させることができる。すなわち、この実施例の分光強度測定素子は、約１００ｎｍ単位の波長分解能をもっている。
【００７８】
そして、前記分光空隙２９において分光された各波長光はそれぞれ、前記光センサ１９の複数の受光部２１のうちの前記波長光の出現位置に対応する受光部２１により受光されるため、前記複数の受光部２１にそれぞれ対応した複数の電流測定手段３１の出力から、前記各波長光の強度を測定することができる。
【００７９】
この実施例の分光強度測定素子は、光の透過率及び屈折率が紫外帯域から近赤外帯域にわたって略一定である石英（例えば合成石英）または、光の透過率及び屈折率が、赤外帯域において略一定であるシリコンからなり、前記光センサ１９に対向する出射面２８が、前記光センサ１９の受光部配列領域の表面と平行な方向における前記出射面の長さＬと、前記受光部配列領域の表面の法線方向と平行な方向における前記出射面２８の一端と他端との高さの差ｄとの比ｄ／Ｌが、約１／１０×１０３の傾斜面に形成された光学部材２６を、前記出射面２８の一端を前記光センサ１９の受光部配列領域の一端側の表面に当接させて配置しているため、近赤外帯域の光の分光強度を測定することができ、したがって、プラスチック、たんぱく質、水蒸気等の近赤外帯域に光学的な特徴をもった物質の同定を行うことができる。
【００８０】
なお、上記実施例では、光センサ１９の複数の受光部２１を、一対の電極２２，２３と、ＰｂＳ半導体層２４とにより形成しているが、前記受光部２１は、一対の電極間にＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるｐ−ｉ−ｎ接合型半導体層を介在させたものでもよく、その場合も、近赤外帯域の光の分光強度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明の第１の実施例を示す分光強度測定素子の斜視図。
【図２】第１の実施例の分光強度測定素子における光センサの平面図。
【図３】図２のIII−III線に沿う前記光センサの拡大断面図。
【図４】合成石英の波長−透過率特性図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す分光強度測定素子の斜視図。
【図６】この発明の第３の実施例を示す分光強度測定素子の斜視図。
【図７】第３の実施例の分光強度測定素子における光センサの平面図。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う前記光センサの拡大断面図。
【図９】シリコンの波長−透過率特性図。
【符号の説明】
【００８２】
１，１９…光センサ、２，２０…基板、３，２１…受光部、４，５，２２，２３電極、６，２４…半導体層、１１，２５…平坦化膜、１２，１２ａ，２６…光学部材、１３，１３ａ，２７…入射面、１４，１４ａ，２８…出射面、１５，１５ａ，２９…分光空隙。
【図１】
2008232843.tif 000003
【図２】
2008232843.tif 000004
【図３】
2008232843.tif 000005
【図４】
2008232843.tif 000006
【図５】
2008232843.tif 000007
【図６】
2008232843.tif 000008
【図７】
2008232843.tif 000009
【図８】
2008232843.tif 000010
【図９】
2008232843.tif 000011