JPH05251673A - 光検出装置 - Google Patents
光検出装置Info
- Publication number
- JPH05251673A JPH05251673A JP4048526A JP4852692A JPH05251673A JP H05251673 A JPH05251673 A JP H05251673A JP 4048526 A JP4048526 A JP 4048526A JP 4852692 A JP4852692 A JP 4852692A JP H05251673 A JPH05251673 A JP H05251673A
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- JP
- Japan
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- light receiving
- photodetector
- array
- light
- lens
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Abstract
(57)【要約】
【目的】個々の受光部相互間に存在するバッファ層によ
る光損失のない高速な光検出器アレイを提供する。 【構成】入射する光信号を電気信号に変換する複数の受
光部３を有する光検出器アレイ１とともにレンズアレイ
２を備え、該レンズアレイ２は、相互に間隙なく配列し
た複数のレンズエレメントから成り、該レンズエレメン
トのそれぞれに入射した全光を対応のそれぞれの上記受
光部に集光する構成を備える。
る光損失のない高速な光検出器アレイを提供する。 【構成】入射する光信号を電気信号に変換する複数の受
光部３を有する光検出器アレイ１とともにレンズアレイ
２を備え、該レンズアレイ２は、相互に間隙なく配列し
た複数のレンズエレメントから成り、該レンズエレメン
トのそれぞれに入射した全光を対応のそれぞれの上記受
光部に集光する構成を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアレイ形光検出器に係
り、特に光損失が少なく、高分解能を得るのに好適な光
検出装置に関する。
り、特に光損失が少なく、高分解能を得るのに好適な光
検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のアレイ形光検出器について図面を
用いて説明する。従来のアレイ形光検出器として図８に
示されるようなものがある。この光検出器はそれぞれ独
立したＰＮあるいはＰＩＮ構造を有する受光素子を一列
に配置したものである。各受光部１０２はバッファ層１
０５により電気的に絶縁されており、動作は個別の光検
出器と同じである。１０３は受光部１０２を取り囲むよ
うに設けた第１の電極、１０４は第２の電極である。第
１の電極と第２の電極との間に電圧をかけることによ
り、受光部１０２で検出した光信号に比例した電流を取
り出す。図９に長波長帯で使用できる単体の光検出器
（ＰＩＮ−ＰＤ）の一例を示す。これはｎ+のＩnＰ基板
にｎ~のＩnＧaＡsとｐ+のＩnＧaＡsを成長し、ＰＩＮ構
造にしている。光はｐ形半導体領域を通過し、ｎ~ＩnＧ
aＡs層で吸収される。このような光検出器アレイを用い
る適用例として、文献（相澤他、光導波路とニューラル
ネットワークを用いたセンシング技術、レーザ学会予稿
集、ｐ．２３３、１９９１）に開示されている変位セン
サがある。この変位センサの構成を図１０に示す。同図
において、可動物体１１４から発せられる光は多モード
光導波路１１１に入力される。多モード光導波路１１１
では、複数のモードが励振され、その出射パターンは複
雑な干渉パターンとなる。可動物体が変位した場合に多
モード光導波路への光の入射条件が変化し、励振される
モード分布も変化する。多モード光導波路からの出射パ
ターンは光検出器アレイ１１２により光電変換され、ニ
ューラルネットワーク１１３に入力される。ニューラル
ネットワーク１１３では、出射パターンの変化から可動
物体の変位を求める。この場合光検出器アレイは導波路
からの出射パターンを検出するのに用いられる。
用いて説明する。従来のアレイ形光検出器として図８に
示されるようなものがある。この光検出器はそれぞれ独
立したＰＮあるいはＰＩＮ構造を有する受光素子を一列
に配置したものである。各受光部１０２はバッファ層１
０５により電気的に絶縁されており、動作は個別の光検
出器と同じである。１０３は受光部１０２を取り囲むよ
うに設けた第１の電極、１０４は第２の電極である。第
１の電極と第２の電極との間に電圧をかけることによ
り、受光部１０２で検出した光信号に比例した電流を取
り出す。図９に長波長帯で使用できる単体の光検出器
（ＰＩＮ−ＰＤ）の一例を示す。これはｎ+のＩnＰ基板
にｎ~のＩnＧaＡsとｐ+のＩnＧaＡsを成長し、ＰＩＮ構
造にしている。光はｐ形半導体領域を通過し、ｎ~ＩnＧ
aＡs層で吸収される。このような光検出器アレイを用い
る適用例として、文献（相澤他、光導波路とニューラル
ネットワークを用いたセンシング技術、レーザ学会予稿
集、ｐ．２３３、１９９１）に開示されている変位セン
サがある。この変位センサの構成を図１０に示す。同図
において、可動物体１１４から発せられる光は多モード
光導波路１１１に入力される。多モード光導波路１１１
では、複数のモードが励振され、その出射パターンは複
雑な干渉パターンとなる。可動物体が変位した場合に多
モード光導波路への光の入射条件が変化し、励振される
モード分布も変化する。多モード光導波路からの出射パ
ターンは光検出器アレイ１１２により光電変換され、ニ
ューラルネットワーク１１３に入力される。ニューラル
ネットワーク１１３では、出射パターンの変化から可動
物体の変位を求める。この場合光検出器アレイは導波路
からの出射パターンを検出するのに用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光検出器の構成
では、電極エレメントを電気的に分離するためにバッフ
ァ層が設けられており、バッファ層に入射した光は電気
信号に変換されず、光の損失になってしまうという問題
点があった。また、上記適用例の場合、出射パターンの
バッファ層に入射する部分を検出できないため、そのパ
ターンの検出能力が劣化するという問題が生じていた。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、個々の受光
部相互間に存在するバッファ層による光損失のない高速
な光検出器アレイを提供することにある。
では、電極エレメントを電気的に分離するためにバッフ
ァ層が設けられており、バッファ層に入射した光は電気
信号に変換されず、光の損失になってしまうという問題
点があった。また、上記適用例の場合、出射パターンの
バッファ層に入射する部分を検出できないため、そのパ
ターンの検出能力が劣化するという問題が生じていた。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、個々の受光
部相互間に存在するバッファ層による光損失のない高速
な光検出器アレイを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光検出装置は、例えば図１に示すように、
入射する光信号を電気信号に変換する複数の受光部３を
有する光検出器アレイ１とともにレンズアレイ２を備
え、該レンズアレイ２は、相互に間隙なく配列した複数
のレンズエレメントから成り、該レンズエレメントのそ
れぞれに入射した全光を対応のそれぞれの上記受光部に
集光する構成を備えることとする。ここで、上記のレン
ズアレイは、例えば図２の（ａ）に示されているよう
に、光検出器アレイの基板上に形成するようにすれば光
学的アライメントを自動的に形成することができ好まし
い。あるいはこの場合に、上記のレンズアレイを、例え
ば図５に示されるように、フレネルレンズにより構成す
ればレンズを薄くでき一層好ましい。
め、本発明の光検出装置は、例えば図１に示すように、
入射する光信号を電気信号に変換する複数の受光部３を
有する光検出器アレイ１とともにレンズアレイ２を備
え、該レンズアレイ２は、相互に間隙なく配列した複数
のレンズエレメントから成り、該レンズエレメントのそ
れぞれに入射した全光を対応のそれぞれの上記受光部に
集光する構成を備えることとする。ここで、上記のレン
ズアレイは、例えば図２の（ａ）に示されているよう
に、光検出器アレイの基板上に形成するようにすれば光
学的アライメントを自動的に形成することができ好まし
い。あるいはこの場合に、上記のレンズアレイを、例え
ば図５に示されるように、フレネルレンズにより構成す
ればレンズを薄くでき一層好ましい。
【０００５】
【作用】本発明の構成によれば、入射した光パターンは
レンズアレイにより、その対応する受光部に導かれる。
受光部で発生したキャリアは各受光部に設置された電極
により捕獲され、その電極に電流が流れる。電流の大き
さは光の強さに比例するため、それぞれの電極から得ら
れる電気信号分布により光の強度分布を知ることができ
る。本発明によれば、レンズアレイから入射される光は
すべて受光部に集光され、受光部間に存在するバッファ
層に光が導かれることがないので光の損失は小さく、高
い分解能を得ることも可能になる。レンズアレイを光検
出器の基板上に形成すれば、光学的アライメントが自動
的に形成することも可能になる。さらに、レンズアレイ
をフレネルレンズにより構成すれば、レンズを薄くする
こともできるようになり、好ましい構成が可能になる。
レンズアレイにより、その対応する受光部に導かれる。
受光部で発生したキャリアは各受光部に設置された電極
により捕獲され、その電極に電流が流れる。電流の大き
さは光の強さに比例するため、それぞれの電極から得ら
れる電気信号分布により光の強度分布を知ることができ
る。本発明によれば、レンズアレイから入射される光は
すべて受光部に集光され、受光部間に存在するバッファ
層に光が導かれることがないので光の損失は小さく、高
い分解能を得ることも可能になる。レンズアレイを光検
出器の基板上に形成すれば、光学的アライメントが自動
的に形成することも可能になる。さらに、レンズアレイ
をフレネルレンズにより構成すれば、レンズを薄くする
こともできるようになり、好ましい構成が可能になる。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の第１の実施例を示す。ここ
で、１は光検出器アレイ、２はレンズアレイ、３は光検
出器アレイの受光部、４は電気信号を取り出す電極であ
る。レンズアレイは受光部上に配置されている。光信号
はレンズアレイ２により光信号の空間分布に従って分割
されて、それぞれ対応する光検出器アレイの受光面３に
導かれる。このとき、受光面間に間隙が存在したとして
も、レンズアレイの各レンズエレメント相互間に間隙を
設けず、それぞれのレンズエレメントから入射した全光
がそれぞれ対応する受光部に入射するように構成されて
いる。したがって、光信号は損失なく光検出器アレイの
各受光部に導かれる。光−電気変換された電気信号は電
極から得られる。電極に現われる電流の大きさは入射し
た光強度に比例するので、電極エレメントの信号強度か
ら、光の強度分布が得られる。
で、１は光検出器アレイ、２はレンズアレイ、３は光検
出器アレイの受光部、４は電気信号を取り出す電極であ
る。レンズアレイは受光部上に配置されている。光信号
はレンズアレイ２により光信号の空間分布に従って分割
されて、それぞれ対応する光検出器アレイの受光面３に
導かれる。このとき、受光面間に間隙が存在したとして
も、レンズアレイの各レンズエレメント相互間に間隙を
設けず、それぞれのレンズエレメントから入射した全光
がそれぞれ対応する受光部に入射するように構成されて
いる。したがって、光信号は損失なく光検出器アレイの
各受光部に導かれる。光−電気変換された電気信号は電
極から得られる。電極に現われる電流の大きさは入射し
た光強度に比例するので、電極エレメントの信号強度か
ら、光の強度分布が得られる。
【０００７】図２、図３に本発明の第２の実施例を示
す。図２（ａ）は本発明の光検出器を光の入射側から見
た場合の図であり、、図２（ｂ）は基板上に形成された
電極側から見た場合の図である。また図３（ａ）は図２
に示された基板のａ−ｂの断面図（これを単にａ−ｂの
断面図という）、図３（ｂ）は同様に図２の基板のｃ−
ｄの断面図（これを単にｃ−ｄの断面図という）を示し
ている。１１は基板、１２はレンズ、１３、１４は真性
半導体層であり、１５は受光部、１６は電極層、１７は
第１の電極部、１８は第２の電極部、１９はバッファ層
である。基板１１はｎ形半導体でも、ｐ形半導体のどち
らでも良い。受光部１５は基板１１がｎ形半導体の場合
はｐ形半導体、基板１１がｐ形半導体の場合はｎ形半導
体であるものとする。図５では、ｎ形半導体のＩnＰが
基板の場合について書いてある。基板側から入射された
光はレンズにより屈折される。基板のバンドギャップは
入射光のもつエネルギーよりも大きいので、基板を光は
通過し、受光部に達する。受光部で発生したキャリアは
第１電極部の電極エレメントに向かって拡散し、電流が
流れる。ここで、予め、第１の電極部の各電極エレメン
トには、キャリアを吸収するような電位を加えた状態に
なっている。入射光の強さに電流の大きさが比例するの
で各電極エレメントの電気信号の大きさより入射光の強
度分布を検出することができる。本構成では、レンズア
レイにより光を集光するため、対応する受光部に光を導
くことができ、受光部間のバッファ層による光損失がな
い。また、基板に直接レンズアレイを形成しているので
光学的アライメントが不要である。基板上に形成された
レンズはＡrイオンエッチング等によりレンズの形に加
工して作製することも可能であり、ドーピングにより屈
折率分布をもたせることにより作製することもできる。
さらに、フレネルレンズやＣＧＨ（Computer Generated
Hologram）によるレンズを作製することも可能であ
る。また、受光部上面に無反射コーティング膜を装着
し、表面反射による光損失を低下することも可能であ
る。
す。図２（ａ）は本発明の光検出器を光の入射側から見
た場合の図であり、、図２（ｂ）は基板上に形成された
電極側から見た場合の図である。また図３（ａ）は図２
に示された基板のａ−ｂの断面図（これを単にａ−ｂの
断面図という）、図３（ｂ）は同様に図２の基板のｃ−
ｄの断面図（これを単にｃ−ｄの断面図という）を示し
ている。１１は基板、１２はレンズ、１３、１４は真性
半導体層であり、１５は受光部、１６は電極層、１７は
第１の電極部、１８は第２の電極部、１９はバッファ層
である。基板１１はｎ形半導体でも、ｐ形半導体のどち
らでも良い。受光部１５は基板１１がｎ形半導体の場合
はｐ形半導体、基板１１がｐ形半導体の場合はｎ形半導
体であるものとする。図５では、ｎ形半導体のＩnＰが
基板の場合について書いてある。基板側から入射された
光はレンズにより屈折される。基板のバンドギャップは
入射光のもつエネルギーよりも大きいので、基板を光は
通過し、受光部に達する。受光部で発生したキャリアは
第１電極部の電極エレメントに向かって拡散し、電流が
流れる。ここで、予め、第１の電極部の各電極エレメン
トには、キャリアを吸収するような電位を加えた状態に
なっている。入射光の強さに電流の大きさが比例するの
で各電極エレメントの電気信号の大きさより入射光の強
度分布を検出することができる。本構成では、レンズア
レイにより光を集光するため、対応する受光部に光を導
くことができ、受光部間のバッファ層による光損失がな
い。また、基板に直接レンズアレイを形成しているので
光学的アライメントが不要である。基板上に形成された
レンズはＡrイオンエッチング等によりレンズの形に加
工して作製することも可能であり、ドーピングにより屈
折率分布をもたせることにより作製することもできる。
さらに、フレネルレンズやＣＧＨ（Computer Generated
Hologram）によるレンズを作製することも可能であ
る。また、受光部上面に無反射コーティング膜を装着
し、表面反射による光損失を低下することも可能であ
る。
【０００８】図４は本発明の第３の実施例を示す。この
場合もａ−ｂ断面図で示している。光検出装置としての
動作は第２の実施例と同じである。第２の実施例と異な
るのは電極層が受光部と同じ半導体材料で形成されてい
るので、作製プロセスが簡単になるという特徴がある。
場合もａ−ｂ断面図で示している。光検出装置としての
動作は第２の実施例と同じである。第２の実施例と異な
るのは電極層が受光部と同じ半導体材料で形成されてい
るので、作製プロセスが簡単になるという特徴がある。
【０００９】図５は本発明の第４の実施例を示す。光検
出装置としての動作は第１の実施例と同じである。第２
の実施例におけるレンズアレイの部分がフレネルレンズ
により構成されている。この場合、厚みの薄いレンズに
することができる。
出装置としての動作は第１の実施例と同じである。第２
の実施例におけるレンズアレイの部分がフレネルレンズ
により構成されている。この場合、厚みの薄いレンズに
することができる。
【００１０】図６は本発明の第５の実施例を示す。光入
射側から見た場合、基板上にレンズが２次元に配置され
ている。裏面の電極側から見た場合、第１電極部が２次
元に配置されている。この構成により、光の２次元の空
間分布を検出することができる。
射側から見た場合、基板上にレンズが２次元に配置され
ている。裏面の電極側から見た場合、第１電極部が２次
元に配置されている。この構成により、光の２次元の空
間分布を検出することができる。
【００１１】図７は本発明の第６の実施例を示す。光入
射側から見た場合、基板上にレンズが２次元に配置され
ている。裏面の電極側より見た場合、第１電極部が２次
元に配置されている。さらに、第１電極部のエレメント
を取り囲む形で、第２電極部が形成されている。これに
より光の２次元空間分布を検出することができる。この
構造では、第１電極部の各エレメントが電気的に絶縁さ
れ、電気的クロストークが少なくなる。
射側から見た場合、基板上にレンズが２次元に配置され
ている。裏面の電極側より見た場合、第１電極部が２次
元に配置されている。さらに、第１電極部のエレメント
を取り囲む形で、第２電極部が形成されている。これに
より光の２次元空間分布を検出することができる。この
構造では、第１電極部の各エレメントが電気的に絶縁さ
れ、電気的クロストークが少なくなる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、レンズアレイにより対
応する受光部に光を導くので、受光素子間のバッファ層
には光が導かれないので光損失を受けずに、光パターン
を検出することができる。また、レンズアレイと光検出
器アレイが一体化しているので、レンズアレイと光検出
器アレイとの光学アライメントが自動的に行われる。
応する受光部に光を導くので、受光素子間のバッファ層
には光が導かれないので光損失を受けずに、光パターン
を検出することができる。また、レンズアレイと光検出
器アレイが一体化しているので、レンズアレイと光検出
器アレイとの光学アライメントが自動的に行われる。
【図１】本発明の第１の実施例図。
【図２】本発明の第２の実施例図。
【図３】本発明の第２の実施例の断面図。
【図４】本発明の第３の実施例図。
【図５】本発明の第４の実施例図。
【図６】本発明の第５の実施例図。
【図７】本発明の第６の実施例図。
【図８】従来例図。
【図９】ＰＩＮフォトダイオードの一例図。
【図１０】光検出器アレイを用いた応用例図。
１…光検出器アレイ ２…レンズアレイ ３…受光部 ４…電極 １１…半導体基板 １２…レンズ １３…真性層１ １４…真性層２ １５…受光部 １６…電極層 １７…第１の電極部 １８…第２の電極部 １９…バッファ層 １０１…基板 １０２…受光部 １０３…第１の電極 １０４…第２の電極 １０５…バッファ層 １１１…多モード光
導波路 １１２…光検出器アレイ １１３…ニューラル
ネットワーク １１４…可動物体
導波路 １１２…光検出器アレイ １１３…ニューラル
ネットワーク １１４…可動物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 隆男 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 湯田 正宏 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】複数の受光部を有して該受光部に入射する
光信号を電気信号に変換する光検出器アレイを有する光
検出装置において、該光検出器アレイとともにレンズア
レイを備え、該レンズアレイは、相互に間隙なく配列し
た複数のレンズエレメントから成り、該レンズエレメン
トのそれぞれに入射した全光を対応のそれぞれの上記受
光部に集光する構成を備えることを特徴とする光検出装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の光検出装置において、レン
ズアレイを光検出器アレイの基板上に形成する構成を備
えることを特徴とする光検出装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２記載の光検出装置
において、レンズアレイをフレネルレンズにより構成す
ることを特徴とする光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048526A JPH05251673A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048526A JPH05251673A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 光検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251673A true JPH05251673A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12805808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048526A Pending JPH05251673A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 光検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251673A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7586530B2 (en) | 2004-09-29 | 2009-09-08 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device including pixels arranged in a two-dimensional array |
| US7667286B2 (en) | 2004-09-01 | 2010-02-23 | Panasonic Corporation | Light-collecting device, solid-state imaging apparatus and method of manufacturing thereof |
| US7851837B2 (en) | 2003-12-18 | 2010-12-14 | Panasonic Corporation | Light-collecting device and solid-state imaging apparatus |
| US8018508B2 (en) | 2004-04-13 | 2011-09-13 | Panasonic Corporation | Light-collecting device and solid-state imaging apparatus |
| CN115274844A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-11-01 | 西安电子科技大学广州研究院 | 一种高效转化的太赫兹探测器及制备方法 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4048526A patent/JPH05251673A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7851837B2 (en) | 2003-12-18 | 2010-12-14 | Panasonic Corporation | Light-collecting device and solid-state imaging apparatus |
| US8018508B2 (en) | 2004-04-13 | 2011-09-13 | Panasonic Corporation | Light-collecting device and solid-state imaging apparatus |
| US7667286B2 (en) | 2004-09-01 | 2010-02-23 | Panasonic Corporation | Light-collecting device, solid-state imaging apparatus and method of manufacturing thereof |
| US7586530B2 (en) | 2004-09-29 | 2009-09-08 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device including pixels arranged in a two-dimensional array |
| CN115274844A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-11-01 | 西安电子科技大学广州研究院 | 一种高效转化的太赫兹探测器及制备方法 |
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