JPH05508911A - 光検出器 - 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】 光検出器 本発明は、光検出器に関するものであり、更に詳しくＩＩＮえば、電磁スペクト ラムの紫外１１　（ＵＶ）領域、可視領域および赤外線（ｒＲ）領域内の１つま たは複数の選択されたスペクトル帯にわたって電磁放射を検出できる検出器に関 するものであるが、それのみに限られるものではない。

この明細書においては、スペクトラムのそれらの領域内の電磁放射を、光を指す ものとし、光をそれに従って解釈すべきである。したがって、「光センサ」とい う用語は、電磁スペクトラムの上記の領域内のエネルギーを検出できる全てのセ ンサをカバーするものである。

ＵＶ光を検出し、測定するようにとくに構成された光検出器が知られている。

たとえば、米国特許第４，３７２．６８０：英国明細１第２，１８３，８３３Ａ 、米国特許第４．０１０．３７２、米国特許第４．０８５，８７２、ドイツｏＬ Ｓ、第３．０４２，０８４、フランス特許第２，５４５，９３２；米国特許第４ ．４２８，０５０、米国特許第４．４８５．３０８、米国特許第４，５３５，２ ４４、米国特許第４，７０４，５３５、米国特許第４，８５１，８８８、ＰＣＴ 出願Ｗ０　９０／１０２０１を参照されたい。そのような検出器のために適当な 構成は、スペクトル応答が一致している２個のセンサを用い、それらのセンサの 一方または両方の前方に光フィルタが設けられ、一方のセンサが、検出すべき特 定の周波数Ｗ、囲を含む周波数範囲の光を受け、他方のセンサは、検出すべき周 波数範囲が第２の検出器に達することを阻止されることを除き、第１のセンサと 同じ周波数範囲の光を受けるように構成されることも、上記文献から知られてい る。この光周波数範囲の強さと入射累積量の少なくとも一方が、一方のセンサか らの出力を他方のセンサからの出力から差し引くことにより得られる。

しかし、２個以上の光センサを用いる従来技術の装置においては、それらのセン サは別々に、通常は横に並べて置かれる。その結果、そのような多センサ装置は 、それに入射する光に対するそれの向きに敏感な応答を有する。このことは欠点 であり、とくに、最初は日焼けさせるが、過剰になると紅斑のような有害な作用 を及ぼし、極端な場合には黒色層を生ずることがある種類の紫外線の強さと累積 量の少なくとも一方を測定する装置の場合には欠点である。人というものは１つ の位置に留まれないものであるから、装置が人に取付けられるような形態である と、太陽に対する装置の向きが反復して変動するために、その欠点はとくに明ら かである。

本発明の１つの面によれば、ケーシング内に装着され、入射する前記定義したよ うな光の強さに関連する信号を発生するようにされた複数のセンサと、少なくと も１つのセンサに組合わされ、そのセンサに入射された選択されたスペクトル帯 内の光を減衰するようにされた光フィルタと、センサからの信号を組合わさせて 、検出器に入射した前記スペクトル帯内の光の強さを表す出力信号を供給する手 段とを備え、センサはケーシング内部の単一の光入射開口部の後ろに装着され、 センサがそれへ入射する光に関連するセンサの向きに敏感でなくするように、相 互に関連して配置される、表面へ入射する光の強さを測定する検出器が得られる 。

たとえば、２個またはそれ以上のセンサを同心状に配置でき、または単一の大き いセンサの外囲器内の別々の実体として配置できる。

検出器が２個のセンサを有するとすると、検出器は、１つのセンサが受光する第 １の選択されたスペクトル帯内の光を減少するために配置された第１の光フィル タと、別のセンサが受光する第２の選択されたスペクトル帯内の光を減衰するた めに配置された第２の光フィルタとを有することができる。

光センサは任意の適切なＩｌｉ！ｌ［のものとすることができ、たとえば、光ダ イオード、フォトトランジスタ、太陽電池、光抵抗器のような光起電力型センサ 、または光電子増倍管のような光放出センサとすることができる。

検出器は３個以上の光センサと、種々のスペクトル帯内の光を減衰させるための ２個またはそれ以上の光フィルタとを有することができる。そのような検出器は 多数の信号を与えるために構成できる。それらの信号を処理して、いくつかのス ペクトル幕内の光の強さを指示できる。

光センサはあるスペクトル帯内の光に対しデータのスペクトル帯内の光に対する よりも感度が高り、シたがって、検出器の入射する光のうち、前記選択された脩 域または複数の幕域以外のスペクトル帯内の光を減衰させて、選択されたスペク トル帯または複数のスペクトル帯内の光の正確な検出を容易にすると有利である 。

本発明は、可視光と赤外線は減衰するが、紫外線は透過するようにされた第１の フィルタと、ＵＶ−Ｂ放射だけを減衰するようにされた第２のフィルタとを備え 、一方のセンサが第１のフィルタを透過した光を受けるように配置され、センサ からの出力を組合わせる手段が、センサからの出力を差し引くことにより、検出 器へ入射したＵＶ−Ｂ光の強さを表す差信号を与えるように構成されるＵＶ−Ｂ 放射、すなわち、２８０〜３１５ｎｍのＩｉ！囲の波長を有する光の検出器を提 供することが好ましい。

本発明の別の面によれば、上で定義した入射する光の強さに関連する出力信号を 発生するようにさせられた２個の光センサと、センサの１つにより受ζすられて 、第１の選択されたスペクトル帯にある光を減衰するための第１の光フイルタ手 段と、第２の選択されたスペクトル帯にある光を減衰するための第２の光フイル タ手段と、２つのセンサの出力信号を組合わせて、検出器へ入射する第１のスペ クトル帯内の光が変化するにつれて変化する検出器出力信号を供給する手段とを 備える、光の強さを測定する検出器が得られる。

ここで、−例として、添付図面を参照して本発明を説明する。添付図面において 、 図１は本発明の実施例を線図的に示し、図２は図１に示されている発明の実施例 に組込まれている２個のセンサの配置の平面図であり、 図３ａ−ｅは太陽光のスペクトラムと、図１の実施例で用いられるフィルタのス ペクトル特性と、図１の実施例をＵＶ−Ｂ光だけに感するようにした希望の結果 を達成するためにそれらをどのように組合わさせるかとを線図的に示す。

図１を参照すると、ＵＶ−Ｂ放射の検出器が遮光ケーシング１０と、２個の光セ ンサ１１．１２と、２つのフィルタ１３．１４と、センタータップ付抵抗１５に より示されている減算回路とを含む。その抵抗Ｉ５へはセンサ１１と１２からの 出力が逆向きに加えられる。

センサ１１と１２はシリコン光ダイオードであるが、他の任意の便利な態様の光 センサも利用できる。センサ１１は環状であって、円形のセンサ１２を囲む。

それらは共通の絶縁基板１６の上に装着され、希望によっては、半導体装置技術 で周知で、これ以上は説明しない技術により製造できる。

理想的には、センサ１１と１２は、同一の応答またはほぼ同一の応答を待つよう に一致した対である。しかし、それらが一致した対でなければ、それらを電子的 に平衡させることができる。

フィルタ１３は、ハウジング１０に窓を形成し、このフィルタは保谷Ｕ−３４０ のような公ｋＵＶ透通ガラス製である。このガラスはスペクトラムのＵＶ−Ａ部 分とＵＶ−Ｂ部分の光エネルギーと、７００ｎｍの領域の波長の近ＩＲエネルギ ーを僅かに透過させる。このエネルギー（たとえば太陽がらの）はセンサ１１へ 妨害なしに入射することを許される。

フィルタ１４はフィルタ１３とセンサ１２の間に配置される。フィルタ１４は、 フィルタ１３から入射する光のＵＶ−Ａ成分とＩＲ酸成分対して一様な高い透過 特性を育するが、光のＵＶ−Ｂ成分に対する透過特性が非常に低い。適当な「透 明」ガラス、またはメリネブクス（Ｍｅｌｉｎａｘ）ポリエステル・フィルムの ようなプラスチックス・フィルムの片の態様である。

センサＩＩはフィルタ１３から光を直接受けること、およびセンサＩ２はフィル タ１４により透過させられた光だけを受番することか重要である。これは、２個 のセンサの間に光を透過させないスクリーン１７を設けることにより、またはセ ンサ１２の上にフィルタ１４を設け、そのフィルタ１４とセンサＩ２の６！１ｍ に図１に示すようにスクリーン１７を設けて不透明にすることにより達成できる 。

２個のセンサ１１と１２の出力信号は、センタータップ付抵抗１５の両端へ、ま たはその他の電子的減算装置へ、２個のセンサ１１と１２の出力信号を互いに逆 向きに加えることにより、それらの出力信号は差し引かれる。

次に、図３８−図３８を参照して図２の検出器の動作を説明する。

フィルタ１３へ入射した光の典型的なスペクトラムが図３８に示されている。

これは電磁スペクトラムのＵＶ範囲、可視範囲、およびＩＲＩＩ！囲の内部の光 エネルギーを含む。この光はフィルタによりろ光される。フィルタ１３により透 過させられた光の適当なスペクトラムが図３ｂに示されている。これはスペクト ラムのＵＶ−Ａ部分とＵＶ−Ｂ部分内の光エネルギーと、７００ｎｍの領域内の 波長の近赤外線エネルギーの僅かな部分とで構成される。この光エネルギーはセ ンサ１１へ直接入射する。シリコンの光感度は、スペクトラムのＵＶ端における よりも、赤および近ＩＲにおける方がはるかに高い。したがって、センサ１１の 出力信号の大部分はフィルタ１３を漏れてきた少量のＩＲ放射によるものである 。フィルタＩ４は図３０に示すような透過特性を有する。したがって、図３ｄに 示すように、フィルタ１３により透過させられた光のＵＶ−Ａ成分と、フィルタ １３を漏れてきた少量のＩＲ放射とをフィルタ１４は透過させる。しかし、フィ ルタ１３により透過させられた光のＵＶ−Ｂ成分（図３ｅ）は透過させない。し たがって、２個のセンサ１１と１２の出力信号の減算の結果として、結果として の差信号がスペクトラムのｔＪＶ−Ｂ部分だけを表すように、入射スペクトラム のＵｖ−Ａ部分とＩＲＢ部分ら生ずる信号成分が打ち消し合うことになる。

フィルタ１３は省略できるが、それは入射スペクトラムから非ＵＶ−Ｂ光の大部 分を除去し、その結果としてＵＶ−Ｂの強さがより正確に測定されるという利点 を有する。

更に、フィルタ！４をフィルタ！３の後ろではなくて、フィルタ１３の前に置く こともできる。

図２は、２個のセンサの配置を示す。図２に示されているセンサ１１と１２は、 実際には１枚のシリコンチップ１６の上に形成されたンリフン光ダイオードであ る。２個の光ダイオードは一方が他方の内側に設けられており、それらの表面積 は類似し、好ましくは等しい。光フィルタ１４（図２には示されていない）は内 側光ダイオード１２の活性領域上に被覆として設けられる。希望によっては、外 側光ダイオード１１の活性領域の上にそれを設けることができる。このセンサ構 成は、検出器が、それへ入射する光の向きに感じないという有利な特性を有する 。

上記検出器は光スペクトラムの単一成分に応答するように構成されている。しか し、この検出器は３つ以上の光センサと適切なフィルタを有することができ、そ の検出器は多数の信号を与えるために構成できる。それらの信号を処理して、い （つかの別々のスペクトル帯内の光の強さを指示できる。たとえば、太陽光スペ クトル帯内のＬＪＶ−Ａ！、ＵＶ−Ｂ帯、ＵＶ−Ｃ帯および可視帯に比例する信 号を与えるために４センサ検出器を構成できる。

別の実施例においては、図１に示されている検出器は、フィルタ１３とセンサ１ １との間に第３のフィルタを設けることにより変更できる。３個のフィルタの全 ての透過スペクトラムの選択により、検出器の設計により広い範囲の可能性が生 ずることになる。前のように、フィルタ１３を省くことができる。

選択されたスペクトル範囲内の受けた全エネルギーを決定でき、指示できるよう に、減算袋Ｗ１５は積分器と読取器も含むことができる。このことは、紅斑、ま たは黒色腫の危険さえ、も引き起こすことがある日光たは人工紫外線に過度にさ らされる危険になるまでの、人の受ける放射をモニタするためにこの検出器が用 いられたときに、とくに重要である。

更に、適切なフィルタ付きで熱電センサを用いる結果として、スペクトラムの赤 外線部内の別々の狭い間隔をおいて隔てられている２つの帯域に応答する検出器 が得られることになる。そうすると、この検出器は、目標表面の放射率の変化に 比較的鈍感であり、それにより、−波長高温温度計により与えられるものよりは るかに正確な表面温度測定を行う、遠隔表面温度センサの基礎を形成する。

要約 光検出器 光の強さを測定する検出器が、入射した光の強さに関連する出力信号を生ずるよ うにされた２個のセンサ１１．１２と、センサの１つにより受けられ、選択され たスペクトル帯内の光を減衰させるためのフィルタ１４と、２個のセンサの出力 信号を組合わせて、検出器に入射した前記スペクトル帯内の光の強さを表す検出 器出力信号を供給する手段１５とを備える。センサ１１．１２を、それに入射す る光に対するそれらの向きに感じないようにするように、それらを相対的に配置 でき、たとえば同心状に配置できる。更に、両方のセンサにより受けられて、別 の選択されたスペクトル帯内にある光を減衰させるために別のフィルタ１３も設 けることができる。

（図１参照） 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成４年１２月９日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．前記定義したような、入射する光の強さに関連する信号を発生するようにさ れた複数のセンサと、少なくとも１つのセンサに組合わされ、そのセンサに入射 された選択されたスペクトル帯内の光を減衰するようにされた光フィルタと、複 数のセンサからの信号を組合わさせて、検出器に入射した前記スペクトル帯内の 光の強さを表す出力信号を供給する手段とを備え、センサはセンサがそれへ入射 する光に関連するセンサの向きに敏感でなくするように、相互に関連して配置さ れる、表面へ入射する光の強さを測定する検出器。
2. ２．請求項１記載の検出器において、センサは互いに光学的に分離される検出器 。
3. ３．請求項２記載の検出器において、センサの表面積は等しい検出器。
4. ４．請求項１〜３記載の検出器において、センサは同心状に配置される検出器。
5. ５．先行する請求項のいずれかに記載の検出器において、２個のセンサと、両方 のセンサに組合わされ、両方のセンサへ入射した選択されたスペクトル帯内の光 を等しく減衰するように構成された第１の光フィルタと、センサの１つに組合わ され、そのセンサへ入射し、１つまたは複数の選択された帯域内の光を減衰する ようにされた少なくとも１つの光フィルタとが設けられる検出器。
6. ６．請求項１〜５のいずれかに記載の検出器において、光フィルタは、検出器か らの出力信号が前記表面へ入射したＵＶ−Ｂ光の強さを表すようなものである検 出器。
7. ７．請求項１〜５のいずれかに記載の検出器において、少なくとも３個の光セン サが設げられ、光フィルタは、少なくとも２つのスペクトル帯内の光の強さを表 す出力信号が光検出器により供給されるようなものである検出器。
8. ８．請求項７記載の検出器において、４個の光センサが設けられ、光フィルタは 、日光スペクトラムのＵＶ−Ａ帯、ＵＶ−Ｂ帯、ＵＶ−Ｃ帯および可視帯内の光 の強さを表す出力信号が光検出器により発生されるようなものである検出器。
9. ９．先行する請求項のいずれかに記載の検出器において、検出器に入射した選択 されたスペクトル帯内の光の強さを表す信号を積分し、表面へ入射したそのスペ クトル帯内の光エネルギーの総置を指示する手段が含まれる検出器。
10. １０．請求項１〜５または７のいずれかに記載の検出器において、センサは電磁 スペクトラムの赤外線領域を感ずるようにされ、検出器へ入射した電磁スペクト ラムの赤外線帯の２種類の領域内の赤外線の強さを表す信号を光センサが発生す るような少なくとも１つの光フィルタと、センサからの信号を組合わせて物体の 表面温度を指示する手段とが投げられる検出器。
11. １１．上で定義した入射する光の強さに関連する出力信号を発生するようにさせ られた２個の光センサと、センサの１つにより受けられて、第１の選択されたス ペクトル帯にある光を減衰するための第１の光フィルタ手段と、第２の選択され たスペクトル帯にある光を減衰するための第２の光フィルタ手段と、２つのセン サの出力信号を組合わせて、検出器に入射する第１のスペクトル帯内の光が変化 するにつれて変化する検出器出力信号を供給する手段とを備える、光の強さを測 定する検出器。