JPS62197721A - 色識別素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 色識別素子の干渉フィルタは、Ａｇ／ＭｇＦ２／・′Ａ
　ｇ　／　Ｍ　ｇ　Ｆ／　Ａ　ｇ　／　Ｍ　ｇ　Ｆ　２
の６層構造である。この発明は、最上層にある充填率約
０．７のＭｇＦ２を充填率かほぼｌであるＺｎＳに置き
かえることによって、大気中のＨ２Ｃの吸着を防ぎ、特
性劣化の防ｌ［−を図った。

発明の背景 技術分野 この発明は、肢色識別物体の色を識別するために用いら
れる色識別素子に関する。

従来技術 色センサは通常、ステムと、このステム上に固定された
色識別素子と２色識別素子の受光面に光を入射させるた
めの受光用窓を有しかっステムに固定されたキャップと
を備えている。色識別素子は、一般に、半導体基板に形
成された１個もしくは１隻数個の受光素子と、これらの
受光素子の１−に形成され、入射光に対して異なる分光
透過特性を有する光学フィルタとから構成されている。

従来この色識別素子の光学フィルタは、金属膜と誘電体
膜とが交互に積層された多層膜で構成されており、金属
１１々とじては可視領域で吸収のないＡｇが、誘電体と
しては所望の分光透過特性を設置汁できるよう低屈折率
のＩｖｌｇ　Ｆ　２が選ばれている。

多層膜中の最上層のＰｖｌ　ｇ　Ｆ　２の主目的は、そ
の下にあるＡｇ膜を保護するこ吉にある。ところが、〜
１　ｇ　Ｆ　２膜は摺１ｎて成膜させるき、充填率が０
．７程度の為、真空蒸着装置ηから取出すとすぐに空気
中の水分を吸着してしまう。それが原因で色センサへの
組立中に色識別素子の分光特性が安住してしまうという
問題点がある。

ここで充填率とは次のような概念をいう。一般に、真空
蒸着法等で成膜させた膜は、微視的にみると、柱（コラ
ム）状に結晶成長し、柱と柱の間には空隙かある。充填
率とは、全薄膜の体積からこの空隙を差引いて得られる
結晶の柱の体積の全薄膜の体積に対する割合をいう。し
たがって、充填率が１に近いほどその薄膜は緻密で、０
に近いほど粗いことになる。充填率は次式で表わされる
。

（充填率）−［（薄膜の全体積）−（空隙）〕／（薄膜
の全体積） −（結晶の柱の体積）／（薄ｊ漠の全体積）基板温度を
２００℃以上の高温にしてＭ　ｇ　Ｆ　２を成膜させる
とその充填率は１に近づき、特性の変化を防ぐことがで
きる。しかしながら、高温にすると金属膜であるＡｇが
再配列を起こし、これによって干渉フィルタの分光特性
が変わってしまうという問題が生じる。

発明の概要 発明の目的 この発明は、Ａｇの再配列を防ぐために常温で成膜させ
ることを前提とし、そうしてもｌｖ１ｇＦ２が水分を吸
着することによる分光特性の変化を殆んど生じさせない
干渉フィルタをもつ色識別素子を提供することを目的と
する。

発明の構成と効果 この発明は、受光素子の受光面」−に１−渉フィルタが
設けられ、この干渉フィルタか金属膜と誘７Ｌ８゜体膜
が交互に積層された多層膜か゛らなるものにおいて、最
」一層の誘電体膜をＺｎＳよりなる保護膜としたことを
特徴とする。

ＺｎＳは常温で成膜しても充填率はほぼ１である。干渉
フィルタの最上層がこのＺｎＳて譚われているので、真
空蒸着装置で干渉フィルタを１１５成し、その後、大気
中に取出しても下層のＭ　ｇ　Ｆ　２等がＨ２Ｏをほと
んど吸着することはなく１分光特性の劣化等をきたさな
い。具体的にいうと、後述する実施例から明らかになる
ように１分光透過曲線のピーク・ハイドの減少３分光透
過曲線の半値１１１の増加、および（長波長側光電流）
／（最大透過波長における光電流）の増大が抑えられる
。

最上層のＺｎＳ以外は、従来通り金属膜（Ａｇ）と低屈
折率誘電体膜（ＭｇＦ２）の多層膜構造とできるため１
分光感度特性の設計は従来通り容易である。

この発明は、一基板］−に慢数の受光素子を設け、これ
らの受光素子上に相互に異なる分光特性をもつ干渉フィ
ルタを形成した色識別素子のみならず、−基板上に一個
の受光素子を設けこの受光素子上に特定波長の通過帯域
をもつ干渉フィルタを形成した単色用の素子にも適用可
能であるのはいうまでもない。

実施例の説明 第１図は色識別素子の（１■造を示している。ｎ−３ｉ
基１Ｐｉｌにｐ　　−３ｉ領域２が形成され、これによ
ってＳｉフォトダイオード（受光素＝Ｆ　）が＄７４成
されている。この受光素子の光７ｕ流は、基板１の一ド
面に設けられたＡｕ電極８と、基板１の上面にＳ　ｉｏ
　２絶縁層３を介して形成されたＡで電極４との間から
取出される。

受光素子の受光面上には干渉フィルタが形成されている
。この干渉フィルタは、半透明金属膜（Ａｇ）５と低屈
折率誘電体膜（Ｍ　ｇ　、Ｆ　２　）　８とが交互に積
層されてなる多層膜構造の−にに保護膜（ＺｎＳ）７が
設けられてなる。すなわち、干渉フィルタは、Ｓｉフォ
トダイオード側から順にＡｇ−ＭｇＦ２−Ａｇ−ＭｇＦ
２−Ａｇ　　ＺｎＳの真空蒸着薄膜により（を成されて
いる。第１層のＡｇ膜から第５層までのＡｇ膜までは１
］標とする分光透過率が得られるよう設計され、最上層
のＺｎＳは、光学的に第１層から第５層までの下層の分
光透過率に影響を与えないよう充分薄く、シかしながら
保護膜としての機能をはだすよう充分厚く設計されてい
る。具体的には２分光透過率か中心波長４５０ｒ＋ｍ、
半値１１１５５ｎＩ１１の干渉フィルタに対して、Ｚｎ
Ｓ膜７は３０ｎｍの膜厚とした。ＺｎＳは真空蒸着法に
よって常温で成膜したとき充填率が約１．０である物質
の代表的なものである。また光学的にも可視域で透明で
使いやすい物質である。

第２図は１色識別素子（フォトダイオード）から出力さ
れる光電流の分光特性を２種々の構造。

条件の下で比較したものである。簡略化のために、青に
強く感じる素子についてのみ示しである。

実線Ａで示す特性は、この発明による（すなわち第１図
に示す構造をもつ）素子を常温実装したサンプルのもの
である。

破線Ｂで示す特性は、この発明による構造の素子を加温
実装したサンプルのものである。

鎖線Ｃで示す特性は、従来の構造（すなわち。

ＺｎＳ保護膜をイイしていないもの）の素子を加温実装
したサンプルのものである。

加温実装とは、いわゆる通常の実装のやり方であり、ス
テムにＡｇペーストを塗布し色識別素子チップを乗せて
焼付けるとともに、温度を　１．　Ｏ０℃以上に上げ超
音波とこの加温によってワイヤ・ボンディングを行なう
。この実装方法は信頼性か高い。

これに対して常温実装とは、実装中に高温にしないで実
装するやり方であり、たとえば常’／ＭＡ硬化型の導電
性エポキシ樹脂を使用して色識別素子をステムに固定す
るとともに、超音波のみでワイヤ・ボンディングを行な
う。この方法は、樹脂硬化による接着のために２作業で
きる時間が短い、樹脂の硬化時間が長くかかる。抵触抵
抗が大きいというデメリットがあり、また超音波のみに
よるボンディングでは、ボンディング強度を上げるため
にパワーを大きくする必要があり、そうするとＳ　ｉ　
Ｏ２膜やＳｉ中に欠陥を生じるおそれがあるというデメ
リットがある。

常温実装は色識別素子に悪影響を与えないために常温実
装によるサンプルＡを基準とする。

従来の素子を加温実装すると１色識別素子が高温にさら
されるので、干渉フィルタのＭ　ｇ　Ｆ　２に１吸着さ
れたＨ２Ｏと同じ干渉フィルタの昂を成要素であるＡｇ
とが反応してＡｇが酸化し１曲線Ｃで示すように１分光
特性が劣化する。

これに対して、この発明による色識別素子では、ＺｎＳ
保護膜があるためにＭｇＦ２にほとんとＨ２Ｏが吸着さ
れず１曲線Ｂで示すように分光特性の劣化は少ない。

すなわち２分光透過曲線のピーク・ノーイトの加温実装
による減少は１０％以下に抑えることが可能である。同
曲線の半値中の増加は５９６以下に抑えられる。さらに
、（長波長側光電流）／（最大透過波長における光電流
）もきわめて小さく２％以下となる。この（長波長側光
電流）／（最大透過波長における光電流）は、たとえば
波長ＧＯＯｎｍにおける光電流値を１　ピーク・ハイド
の光電流値で割った％であり、この値が小さいほど分光
感度がすぐれているといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すもので１色識別素子の
構造を表わす１ｔｌｉ面図である。 第２図は、この発明による色識別素子の分光特性を従来
例のものと比較して示すグラフである。 １・・・ｎ型基板、　　　　　２・・・ｐ領域。 ５・・・半透明金属膜、　　　６・・・誘電体膜。 ７・・・ＺｎＳ保護膜。 以　　−Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光素子の受光面上に干渉フィルタが設けられ、この干
   渉フィルタが金属膜と誘電体膜が交互に積層された多層
   膜からなるものにおいて、最上層の誘電体膜をＺｎＳよ
   りなる保護膜としたことを特徴とする色識別素子。