JPH0599745A - １チツプ型分光器 - Google Patents
１チツプ型分光器Info
- Publication number
- JPH0599745A JPH0599745A JP29077391A JP29077391A JPH0599745A JP H0599745 A JPH0599745 A JP H0599745A JP 29077391 A JP29077391 A JP 29077391A JP 29077391 A JP29077391 A JP 29077391A JP H0599745 A JPH0599745 A JP H0599745A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- spectroscope
- light
- incident light
- chip
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- Pending
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 １チップで分光器の機能を持たせることによ
り超小型の分光器を得る。 【構成】 素子毎にホール径が異なる多数のホールを有
する金属膜フィルタをチップ上の各受光素子の表面に設
けて、ホールのカットオフ波長以下の入射光のみが透過
できるようにし、チップ全体の素子に対して入射光に対
する隣接する素子間の出力信号の差分をとり、入射光の
スペクトル分布を得る。
り超小型の分光器を得る。 【構成】 素子毎にホール径が異なる多数のホールを有
する金属膜フィルタをチップ上の各受光素子の表面に設
けて、ホールのカットオフ波長以下の入射光のみが透過
できるようにし、チップ全体の素子に対して入射光に対
する隣接する素子間の出力信号の差分をとり、入射光の
スペクトル分布を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は分光器の機能を有する
半導体装置に関し、特にセンサＩＣに属する１チップ型
分光器に関するものである。
半導体装置に関し、特にセンサＩＣに属する１チップ型
分光器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２，図３は従来の分光器の原理を示す
を図であり、図において、１０，１９はスリット，１１
はプリズム、１２はフォトマルまたはフォトダイオード
からなる受光器、１３は回折格子である。
を図であり、図において、１０，１９はスリット，１１
はプリズム、１２はフォトマルまたはフォトダイオード
からなる受光器、１３は回折格子である。
【０００３】以下、これら分光器の動作を説明する。ス
リット１０を通った入射光は、プリズム１１または回折
格子１３で分光し、、単一波長の光がスリット１９で選
別され、受光器１２により光の強度が測定される。そし
て、ここではプリズム１１または回折格子１３を回転さ
せることによって任意の波長が選別できるようになって
いる。
リット１０を通った入射光は、プリズム１１または回折
格子１３で分光し、、単一波長の光がスリット１９で選
別され、受光器１２により光の強度が測定される。そし
て、ここではプリズム１１または回折格子１３を回転さ
せることによって任意の波長が選別できるようになって
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
分光器は、スリット，プリズム，回折格子などを用いる
ために装置が大きくなり、軽量化，小型化ができないと
いう問題点があった。また、プリズムまたは回折格子の
回転は機械的に行わなければならず、自動操作のために
はモータ等の駆動系を用いなければならなかった。
分光器は、スリット，プリズム，回折格子などを用いる
ために装置が大きくなり、軽量化，小型化ができないと
いう問題点があった。また、プリズムまたは回折格子の
回転は機械的に行わなければならず、自動操作のために
はモータ等の駆動系を用いなければならなかった。
【０００５】この発明は上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、小型，軽量で、しかも電気信号のみで操
作することができる１チップ型分光器を得ることを目的
としている。
されたもので、小型，軽量で、しかも電気信号のみで操
作することができる１チップ型分光器を得ることを目的
としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる１チッ
プ型分光器は、半導体チップ上に敷きつめたイメージセ
ンサの各素子表面に多数のホール（孔）を有する金属膜
を形成して受光素子を構成し、ホール径の異なる各素子
間の出力の差分をとることによって、入射光のスペクト
ルを得るようにしたものである。
プ型分光器は、半導体チップ上に敷きつめたイメージセ
ンサの各素子表面に多数のホール（孔）を有する金属膜
を形成して受光素子を構成し、ホール径の異なる各素子
間の出力の差分をとることによって、入射光のスペクト
ルを得るようにしたものである。
【０００７】
【作用】この発明にかかる１チップ型分光器において
は、受光素子表面に設けら金属膜のホールが導波管とし
て働くため、カットオフ波長以上の電磁波（入射光）に
対するフィルターの役目を果たし、その結果、隣合う素
子における透過光強度の差をとる作業を繰り返すことに
より、入射光波長のスペクトルを測定することができ
る。
は、受光素子表面に設けら金属膜のホールが導波管とし
て働くため、カットオフ波長以上の電磁波（入射光）に
対するフィルターの役目を果たし、その結果、隣合う素
子における透過光強度の差をとる作業を繰り返すことに
より、入射光波長のスペクトルを測定することができ
る。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図５は、この発明の一実施例による１チップ型分
光器の全体構成を概略的に示す図であり、図において、
１７は金属膜フィルタ、１８は受光素子であり、縦横ａ
×ｂ個の各受光素子１８上に金属膜フィルタ１７が設け
られている。
する。図５は、この発明の一実施例による１チップ型分
光器の全体構成を概略的に示す図であり、図において、
１７は金属膜フィルタ、１８は受光素子であり、縦横ａ
×ｂ個の各受光素子１８上に金属膜フィルタ１７が設け
られている。
【０００９】図１は、この１チップ型分光器の各素子
（１素子）の断面側面図であり、図において、１はホー
ル、２は金属膜、３はＳｉＯ2 膜，４は受光層、５はガ
ードリング、６はＮ型チャネル不純物層を表面に備えた
Ｐ型Ｓｉ結晶基板、７はポリシリコン電極、８はＡｌ配
線８、９はＳｉＯ2 絶縁膜であり、既存のイメージセン
サ（ＳｉＯ2 膜３，受光層４，ガードリング（Ｎ型）
５，Ｎ型チャネル不純物層を表面に備えたＰ型Ｓｉ結晶
基板６，ポリシリコン電極７，Ａｌ配線８、ＳｉＯ2 絶
縁膜９からなるイメージセンサ）上に多数のホール１が
形成された金属膜２を蒸着した構成になっている。ここ
で、金属膜２はＡｌ，Ｃｕ等からなり、多数のホール１
が写真製版，エッチングによって開けられている。ま
た、１素子内のホール１の径はすべて等しく、ホール径
ｘの範囲は測定波長範囲で決定され、赤外部では０．２
μｍ以上、可視部では０．２μｍ以下である。そして、
上記図５の１チップ型分光器では、各素子は図１に示す
同じ構造の素子から構成され、座標（１，１）から
（ａ，ｂ）まで素子単位で各素子毎のホール径ｘが少し
ずつ変化しており、素子間のホール径差Δｘによって波
長の分解能が決定される。
（１素子）の断面側面図であり、図において、１はホー
ル、２は金属膜、３はＳｉＯ2 膜，４は受光層、５はガ
ードリング、６はＮ型チャネル不純物層を表面に備えた
Ｐ型Ｓｉ結晶基板、７はポリシリコン電極、８はＡｌ配
線８、９はＳｉＯ2 絶縁膜であり、既存のイメージセン
サ（ＳｉＯ2 膜３，受光層４，ガードリング（Ｎ型）
５，Ｎ型チャネル不純物層を表面に備えたＰ型Ｓｉ結晶
基板６，ポリシリコン電極７，Ａｌ配線８、ＳｉＯ2 絶
縁膜９からなるイメージセンサ）上に多数のホール１が
形成された金属膜２を蒸着した構成になっている。ここ
で、金属膜２はＡｌ，Ｃｕ等からなり、多数のホール１
が写真製版，エッチングによって開けられている。ま
た、１素子内のホール１の径はすべて等しく、ホール径
ｘの範囲は測定波長範囲で決定され、赤外部では０．２
μｍ以上、可視部では０．２μｍ以下である。そして、
上記図５の１チップ型分光器では、各素子は図１に示す
同じ構造の素子から構成され、座標（１，１）から
（ａ，ｂ）まで素子単位で各素子毎のホール径ｘが少し
ずつ変化しており、素子間のホール径差Δｘによって波
長の分解能が決定される。
【００１０】以下、この１チップ型分光器の基本動作に
ついて説明する。図１で示す金属膜２のホール１は導波
管として作用し、カットオフ波長λC 以上の電磁波（入
射光）に対するフィルタの役目を果たす。そして、入射
光はこのフィルタを透過後、受光素子〔座標（ｎ，ｍ）
に位置する受光素子〕によって透過光強度Ｉn,m が観測
され、更に、１つ前の素子〔座標（ｎ，ｍ＋１）に位置
する受光素子〕、即ち、隣接して配置された受光素子の
透過光強度Ｉn,m+1 との差をとる作業を順次繰り返すこ
とにより、入射光波長のスペクトルが測定される。 続
いて、この分光器に図６(a) で示すような連続スペクト
ル光が入射した場合の動作を説明する。
ついて説明する。図１で示す金属膜２のホール１は導波
管として作用し、カットオフ波長λC 以上の電磁波（入
射光）に対するフィルタの役目を果たす。そして、入射
光はこのフィルタを透過後、受光素子〔座標（ｎ，ｍ）
に位置する受光素子〕によって透過光強度Ｉn,m が観測
され、更に、１つ前の素子〔座標（ｎ，ｍ＋１）に位置
する受光素子〕、即ち、隣接して配置された受光素子の
透過光強度Ｉn,m+1 との差をとる作業を順次繰り返すこ
とにより、入射光波長のスペクトルが測定される。 続
いて、この分光器に図６(a) で示すような連続スペクト
ル光が入射した場合の動作を説明する。
【００１１】座標（ｎ，ｍ）の受光素子のホール半径Ｒ
n,m 、及びその隣接する座標（ｎ，ｍ＋１）の素子の半
径Ｒn,m+1 のカットオフ波長をそれぞれλcn─，λcn─
+1とすると、それぞれのフィルタを透過する光のスペク
トルは図６(b),(c) に示すようになる。ここで、座標
（ｎ，ｍ）の素子及び座標（ｎ，ｍ＋１）の素子で受光
される透過光強度は、それぞれ
n,m 、及びその隣接する座標（ｎ，ｍ＋１）の素子の半
径Ｒn,m+1 のカットオフ波長をそれぞれλcn─，λcn─
+1とすると、それぞれのフィルタを透過する光のスペク
トルは図６(b),(c) に示すようになる。ここで、座標
（ｎ，ｍ）の素子及び座標（ｎ，ｍ＋１）の素子で受光
される透過光強度は、それぞれ
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】となり、入射光スペクトルλcn─，λcn─
+1間の微小強度ΔＩは、
+1間の微小強度ΔＩは、
【００１５】−数３− ΔＩnm＝Ｉn,m+1 −Ｉn,m …(3)
【００１６】となり、図７に示す斜線部となる。
【００１７】そして、この作業を座標（１，１）の素子
から座標（ａ，ｂ）の素子まで繰り返すことにより、図
８に示すスペクトルを得ることができる。
から座標（ａ，ｂ）の素子まで繰り返すことにより、図
８に示すスペクトルを得ることができる。
【００１８】次に、ホール径を１．０μｍ〜０．５２μ
ｍ、ステップを０．０２μｍと設定し、２５個の素子を
配置した場合の入射光スペクトルの測定例を説明する。
ｍ、ステップを０．０２μｍと設定し、２５個の素子を
配置した場合の入射光スペクトルの測定例を説明する。
【００１９】ここで、各素子のカットオフ波長λn は図
９に示すようになり、半径０．５μｍの金属ホールでは
１．７１μｍより短い波長の光は透過し、それ以下の波
長の光は減衰する。尚、半径Ｒの円形導波管に存在する
カットオフ波長の数多くのモードのうち、カットオフ波
長の最も大きいモードはＴＥ11モードであり、λC ＝
３．４１ａである。ここでは、簡単のために、強度：Ｉ
1 ，スペクトル：１．４２μｍ単一波長の光が入射した
場合について説明する。
９に示すようになり、半径０．５μｍの金属ホールでは
１．７１μｍより短い波長の光は透過し、それ以下の波
長の光は減衰する。尚、半径Ｒの円形導波管に存在する
カットオフ波長の数多くのモードのうち、カットオフ波
長の最も大きいモードはＴＥ11モードであり、λC ＝
３．４１ａである。ここでは、簡単のために、強度：Ｉ
1 ，スペクトル：１．４２μｍ単一波長の光が入射した
場合について説明する。
【００２０】各素子の出力及び各波長に対応する微小強
度ΔＩ＝Ｉn −Ｉn+1 は表１に示す。
度ΔＩ＝Ｉn −Ｉn+1 は表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】図１１で示すスペクトルを得ることができ
る。そして、図１０は入射光スペクトルを示す図であ
り、測定によって得られた図１１で示すスペクトルと一
致ていることがわかる。ここで、波長のステップは、Δ
Ｒ＝Ｒn −Ｒn+1 により決定される。
る。そして、図１０は入射光スペクトルを示す図であ
り、測定によって得られた図１１で示すスペクトルと一
致ていることがわかる。ここで、波長のステップは、Δ
Ｒ＝Ｒn −Ｒn+1 により決定される。
【００２３】このような本実施例の１チップ型分光器で
は、各受光素子の表面を覆い、各素子毎で孔の径を段階
的に異ならせた多数のホール（孔）を有する金属膜が、
各素子においてカットオフ波長以上の電磁波（入射光）
に対するフィルターとして機能するため、隣合う素子間
における透過光強度に差を生じ、この差の測定をチップ
全体の素子に対して繰り返し行うことで、入射光波長の
スペクトルを得ることができ、しかも、電気的信号のみ
で操作できるため、従来の分光器に比べて極めて極めて
小型，軽量なものとなる。
は、各受光素子の表面を覆い、各素子毎で孔の径を段階
的に異ならせた多数のホール（孔）を有する金属膜が、
各素子においてカットオフ波長以上の電磁波（入射光）
に対するフィルターとして機能するため、隣合う素子間
における透過光強度に差を生じ、この差の測定をチップ
全体の素子に対して繰り返し行うことで、入射光波長の
スペクトルを得ることができ、しかも、電気的信号のみ
で操作できるため、従来の分光器に比べて極めて極めて
小型，軽量なものとなる。
【００２４】尚、本発明において図１の金属膜をガラス
上に蒸着すれば、可視部から赤外部にかけての光のハイ
・パス・フィルタとして用いることもできる。
上に蒸着すれば、可視部から赤外部にかけての光のハイ
・パス・フィルタとして用いることもできる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、この発明の１チップ分光
器によれば、半導体チップ上に敷きつめたイメージセン
サの各素子表面に多数の孔を有する金属膜を各素子毎で
孔径が段階的に異なるように形成して各受光素子を構成
したので、チップ全体の素子における隣合う素子間の透
過光強度の差をとることにより、入射光波長のスペクト
ルを得ることができ、その結果、機械的な動作を必要と
せず、全て電気的な動作にて操作することかでき、従来
の分光器と比べ、小型，軽量となり、また、既存の半導
体の製造方法によって形成できるため、低コストを実現
できる効果がある。
器によれば、半導体チップ上に敷きつめたイメージセン
サの各素子表面に多数の孔を有する金属膜を各素子毎で
孔径が段階的に異なるように形成して各受光素子を構成
したので、チップ全体の素子における隣合う素子間の透
過光強度の差をとることにより、入射光波長のスペクト
ルを得ることができ、その結果、機械的な動作を必要と
せず、全て電気的な動作にて操作することかでき、従来
の分光器と比べ、小型，軽量となり、また、既存の半導
体の製造方法によって形成できるため、低コストを実現
できる効果がある。
【図１】この発明の一実施例による１チップ型分光器を
構成する１素子の断面側面図である。
構成する１素子の断面側面図である。
【図２】プリズムを用いた従来の分光器の原理を示した
図である。
図である。
【図３】回折格子を用いた従来の分光器の原理を示した
図である。
図である。
【図４】図２または図３で示したプリズムまたは回折格
子によって分光された入射光から単一波長を取り出す様
子を示す図である。
子によって分光された入射光から単一波長を取り出す様
子を示す図である。
【図５】この発明の一実施例による１チップ型分光器の
全体構成を示す図である。
全体構成を示す図である。
【図６】本装置の動作原理を説明するために用いるグラ
フである。
フである。
【図７】本装置の動作原理を説明するために用いるグラ
フである。
フである。
【図８】本装置の動作原理を説明するために用いるグラ
フである。
フである。
【図９】本装置の動作原理を説明するために用いるグラ
フである。
フである。
【図１０】本装置の動作原理を説明するために用いるグ
ラフである。
ラフである。
【図１１】本装置の動作原理を説明するために用いるグ
ラフである。
ラフである。
１ ホール ２ 金属膜フィルタ ３ ＳｉＯ2 ４ 受光層 ５ ガードリング ６ Ｐ型Ｓｉ基板 ７ ポリシリコン電極 ８ Ａｌ配線 ９ ＳｉＯ2 絶縁膜 １０ スリット １１ プリズム １２ フォトマルまたはフォトダイオード １３ 回折格子 １４ スペクトル像 １５ 測定される単一スペクトル １６ 入射光スペクトル １７ 金属膜 １８ 受光素子 １９ スリット
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体チップ上に受光素子を縦横のそれ
ぞれの方向に多数敷きつめた複数の受光素子を備え、該
受光素子が受光層と該受光層を覆う複数の孔を有する遮
光膜とから構成された１チップ型分光器であって、 入射光に対する各素子間の出力信号に差が生ずるよう
に、上記孔の径を各素子毎に段階的に異ならせたことを
特徴とする１チップ型分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29077391A JPH0599745A (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | １チツプ型分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29077391A JPH0599745A (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | １チツプ型分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599745A true JPH0599745A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17760342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29077391A Pending JPH0599745A (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | １チツプ型分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0599745A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2781596A1 (fr) * | 1998-07-07 | 2000-01-28 | Joel Gilbert | Procede de codage et d'enregistrement/lecture de l'information sur un support optique grace a des orifices de diametres variables lus par un faisceau de lumiere polychromatique |
| KR20020094993A (ko) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | 주식회사 블루맥스 커뮤니케이션 | 고집적 씨엠오에스 이미지 센서 |
| JP2012502300A (ja) * | 2008-09-12 | 2012-01-26 | ザ・ボーイング・カンパニー | チップ上の分光計による流体検出 |
-
1991
- 1991-10-07 JP JP29077391A patent/JPH0599745A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2781596A1 (fr) * | 1998-07-07 | 2000-01-28 | Joel Gilbert | Procede de codage et d'enregistrement/lecture de l'information sur un support optique grace a des orifices de diametres variables lus par un faisceau de lumiere polychromatique |
| KR20020094993A (ko) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | 주식회사 블루맥스 커뮤니케이션 | 고집적 씨엠오에스 이미지 센서 |
| JP2012502300A (ja) * | 2008-09-12 | 2012-01-26 | ザ・ボーイング・カンパニー | チップ上の分光計による流体検出 |
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