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WO2006003843A1 - 光検出器 - Google Patents

光検出器 Download PDF

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Publication number
WO2006003843A1
WO2006003843A1 PCT/JP2005/011604 JP2005011604W WO2006003843A1 WO 2006003843 A1 WO2006003843 A1 WO 2006003843A1 JP 2005011604 W JP2005011604 W JP 2005011604W WO 2006003843 A1 WO2006003843 A1 WO 2006003843A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter
light
photodetector
correction
wavelength range
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/011604
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Makoto Suzuki
Hidehiro Kume
Takanori Nakaya
Yasushi Ohbayashi
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics K.K. filed Critical Hamamatsu Photonics K.K.
Publication of WO2006003843A1 publication Critical patent/WO2006003843A1/ja

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/50—Encapsulations or containers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0488—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering
    • G01J1/0492—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering using at least two different filters

Definitions

  • the present invention relates to a photodetector.
  • the wavelength that suitably exhibits the characteristics of the catalyst is, for example, ultraviolet rays in the range of 300 to 400 nm.
  • ultraviolet rays in the range of 300 to 400 nm.
  • a photodetector for measuring light energy for example, a photodetector as disclosed in Patent Document 1 is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-350228
  • the sensitivity characteristics in the ultraviolet wavelength range are not sufficiently flat. Therefore, unless the wavelength of the light irradiated to the photocatalyst is known, the light energy cannot be quantitatively evaluated, which is complicated.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a photodetector having a flat sensitivity distribution.
  • a photodetector has a light detection element having a predetermined sensitivity distribution within a predetermined wavelength range and a transmittance distribution opposite to the sensitivity distribution of the light detection element within a predetermined wavelength range.
  • a correction filter and a selection filter that selectively transmits light within a predetermined wavelength range are provided, and light transmitted through the correction filter and the selection filter is incident on the light detection element.
  • the present invention light from the outside passes through the selection filter, and thereby has a predetermined wavelength.
  • Light outside the range is removed, and further, by passing through the correction filter, attenuation is given in a distribution opposite to the sensitivity distribution of the light detection element in this wavelength range. Since the light processed in this way is incident on the light detection element, the energy value of the light detected by the light detection element is a value independent of the wavelength. That is, the sensitivity distribution as a photodetector is flat within a predetermined wavelength range. Furthermore, since the light incident on the photodetection element is obtained by removing the light in the extra wavelength range by the selection filter, it is possible to prevent the accuracy of the photodetection element from being lowered by the extra light in the wavelength range.
  • the selection filter is preferably a cut filter having a multilayer structure and a color glass filter.
  • a cut filter is formed on one surface of the colored glass filter and a correction filter is formed on the other surface of the colored glass filter.
  • the distance to the light detection element can be shortened.
  • the selection filter has a plurality of cut filters having a multilayer film structure.
  • the predetermined wavelength range is preferably 300 to 400 nm.
  • Such a wavelength range is considered suitable for activating a photocatalyst represented by TiO and the like.
  • such a photodetector can be particularly suitably used for characterization of the catalytic activity of the photocatalyst.
  • a diffusion plate that diffuses light incident on the correction filter and the selection filter.
  • the diffused light can be condensed and incident perpendicularly to the light detection element, so that the error of the light detection element due to oblique incidence can be further reduced.
  • a photodetector having a flat sensitivity distribution is provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photodetector according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the transmittance and relative sensitivity of the components of the photodetector in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the correction optical system of FIG.
  • FIG. 4 is a table for explaining the film structure of the correction filter of FIG.
  • FIG. 5 is a table for explaining the film structure of the cut filter of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a correction optical system of a photodetector according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a table for explaining the film structure of the correction filter of FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing the transmittance and relative sensitivity of the components of the photodetector of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a table for explaining the film structure of the first cut filter of FIG.
  • FIG. 10 is a table for explaining the film structure of the second cut filter of FIG.
  • FIG. 11 is a table for explaining the film structure of the antireflection film in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a correction optical system of the photodetector of the third embodiment.
  • FIG. 1 shows the configuration of the photodetector 100 according to the first embodiment.
  • This photodetector 100 is an energy source of light emitted from an excitation light source 2 that generates light for activating a photocatalyst such as Ti 2 O 3.
  • the photo detector 100 is especially for TiO
  • the photodetector 100 mainly includes a diffusion plate 10, a correction optical system 20, a collimator 50, and a light detection element 60.
  • the diffusion plate 10 diffuses light incident from the excitation light source 2.
  • the diffuser plate 10 preferably has a completely diffusive transmission characteristic with respect to incident light, that is, has a COS angle distribution.
  • a Teflon or an acrylic plate can be used.
  • the correction optical system 20 is a filter that allows the light diffused by the diffusion plate 10 to enter, selectively transmits light in a predetermined wavelength range, and gives the light a predetermined attenuation according to the wavelength.
  • the configuration and operation of the correction optical system 20 will be described later.
  • the incident angle of light incident on the correction optical system 20 is not particularly limited.
  • the collimator 50 is configured to fluoresce the light that has passed through the correction optical system 20 and to make the light incident perpendicularly to the detection surface 60a of the light detection element 60.
  • the light detection element 60 causes the light condensed by the collimator 50 to enter the detection surface 60a, and detects the energy (intensity) of the light.
  • a GaP photodiode or the like can be used as the light detection element 60.
  • the light detection element 60 outputs a voltage or the like according to the energy of the incident light, but as shown in FIG. 2, the light detection element 60 rises to the right in the wavelength range of 250 to 450 nm, that is, as the wavelength increases. It has a sensitivity distribution characteristic that increases the sensitivity. It should be noted that the wavelength after 450 nm has a sensitivity distribution characteristic in which the sensitivity decreases as the wavelength increases, that is, unnecessary background noise such as visible light can be reduced.
  • the correction optical system 20 has a color glass filter 21, a cut filter 22 formed on the surface of the color glass filter 21, and a correction filter 23 formed on the back surface of the color glass filter 21. Yes.
  • the correction filter 23 includes an Al 2 O film and an Al 2 O film on a colored glass filter (glass substrate) 21. On the film, 16 layers of HfO films and SiO films are stacked alternately, for a total of 17 layers of dielectric multilayer films.
  • Fig. 4 shows the detailed structure of the membrane.
  • the refractive index of each film is a value at a wavelength of 350 nm.
  • the refractive index of the material of each film varies depending on the wavelength of light. For example, in a SiO film, the refractive index of light with a wavelength of 300 nm is 1.49,
  • the refractive index of 400nm long light is 1.47.
  • the HfO film reflects the light with a wavelength of 300 nm.
  • the refractive index is 2.12, and the refractive index of light with a wavelength of 400 nm is 2.04.
  • the wavelength of Al 2 O film is 2.04.
  • the refractive index of light at 300 nm is 1.67, and the refractive index of light at a wavelength of 400 nm is 1.65.
  • the refractive index of light with a wavelength of 300 nm is 1.55, and the refractive index of light with a wavelength of 400 nm is 1.53.
  • the light transmission characteristics of the correction filter 23 are shown in FIG.
  • the transmission characteristic of the correction filter 23 has a tendency opposite to the sensitivity distribution (curve) of the light detection element 60 in the range of 300 to 400 nm. That is, the transmittance of the correction filter 23 is such that the sensitivity of the light detection element 60 is lower as the sensitivity is higher and the sensitivity of the light detection element 60 is lower as the sensitivity is lower.
  • the cut filter 22 includes a HfO film and a SiO film on a colored glass filter (glass substrate) 21.
  • the refractive index is a value at a wavelength of 350 nm.
  • the colored glass filter 21 selectively transmits light in a predetermined wavelength range by containing a predetermined component in the glass.
  • a colored glass filter it is preferable to use a so-called blue filter that transmits blue!
  • the blue coloring component in the colored glass filter 21 include metal ions such as Co 2+ , Cu 2+ , Ti 3+ , and Fe 2+ , and among these, it is preferable to include Co 2+ ions.
  • the transmission characteristics of the cut filter 22 and the colored glass filter 21 are shown in FIG.
  • the cut filter 22 and the colored glass filter 21 allow light of approximately 300 to 400 nm to pass through and cut other light.
  • the cut filter 22 force cuts light of wavelengths less than 300 nm and wavelengths above 400 nm, and the colored glass filter 21 more reliably ensures light with wavelengths of less than 300 nm and greater than 4 OOnm (complementary) Cut. By combining these two, light in the range other than 300 to 400 nm can be cut with sufficient reliability.
  • This The cut filter 22 and the color glass filter 21 constitute a selection filter 27.
  • the correction optical system 20 selectively transmits light in a wavelength range of 300 to 400 nm, and has a distribution opposite to the sensitivity distribution of the light detection element 60 for light in this wavelength range. Attenuation is given.
  • the combined characteristic (photodetector element) Relative sensitivity of X-color glass filter transmittance X-cut filter transmittance X correction filter transmittance).
  • the correction optical system 20 selectively transmits light in the wavelength range of about 300 to 400 nm, and the distribution opposite to the sensitivity distribution of the light detection element 60 with respect to the light in this wavelength range. Gives attenuation.
  • the light corrected as described above by the correction optical system 20 is collected by the collimator 50 and enters the light receiving surface of the light detection element 60 perpendicularly.
  • the photodetector 100 has a flat sensitivity characteristic in the above wavelength range, and can accurately and quantitatively measure the light energy for any wavelength of light in this wavelength range. it can.
  • the light from the light source 2 passes through the diffusion plate 10, and the light transmitted through the diffusion plate 10 Since the light is collected by the collimator, the light energy data can be obtained with extremely high accuracy regardless of the directionality of the light incident on the light detector 100 from the light source 2.
  • correction filter 23 and the cut filter 22 are provided on the front and back surfaces of the color glass filter 21, and the correction optical system 20 is integrated, it is possible to compare with the case where each filter is provided separately.
  • the problem of reflection at the interface can be reduced, the transmittance can be increased, and the distance to the light detection element 60 can be shortened, so that higher accuracy and higher sensitivity can be achieved.
  • the corrective optics 20 is not designed and can operate even if it is separated into three filters.
  • the photodetector 200 according to the second embodiment will be described.
  • the difference between the photodetector of this embodiment and the photodetector of the first embodiment is that only the correction optical system 30 is replaced with the correction optical system 30, and therefore only the correction optical system 30 will be described in detail.
  • the correction optical system 30 of the present embodiment includes a first filter 31 and a second filter 32, and light transmitted through the first filter 31 and the second filter 32 is transmitted. The light is incident on the light detection element 60 via the collimator 50.
  • the first filter 31 is formed by forming a correction filter 34 on one surface of a glass substrate 33 such as quartz and a first cut filter 35 on the other surface.
  • the second filter 32 is formed by forming a second cut filter 37 on one surface of a glass substrate 36 such as quartz and an antireflection film (AR film) 38 on the other surface.
  • AR film antireflection film
  • the arrangement of the correction filter 34, the first cut filter 35, the second cut filter 37, and the antireflection film 38 is not limited to this, and the front surface, the back surface, and the glass substrate 36 of the glass substrate 33 are not limited thereto.
  • the four films of the correction filter 34, the first cut filter 35, the second force filter 37, and the antireflection film 38 can be provided in any order on the four surfaces of the front surface and the back surface. Further, the order of light transmission is not particularly limited.
  • the correction filter 34 is formed by laminating an Al 2 O film on the glass substrate 33, and HfO on the Al 2 O film.
  • a 16-layer dielectric multilayer filter consisting of 16 layers of alternating films and SiO films
  • the refractive index of each film is a value at a wavelength of 350 nm.
  • the wavelength dispersion of the refractive index of the material of the SiO film and the HfO film is This is the same as in the first embodiment.
  • the refractive index of light with a wavelength of 300 nm is 1.50
  • the refractive index of light with a wavelength of 400 nm is 1.48.
  • the light transmission characteristics of the correction filter 34 are shown in FIG.
  • the transmission characteristic of the correction filter 34 has a tendency opposite to that of the sensitivity distribution curve of the photodetecting element 60 at 300 to 400 nm, as in the first embodiment. That is, the transmittance of the correction filter 34 is lower as the sensitivity of the photodetection element 60 is higher, and is lower as the sensitivity of the photodetection element 60 is lower.
  • the first cut filter 35 and the second cut filter 37 are formed of Al 2 O 3 on the glass substrates 33 and 36.
  • the refractive index is a value at a wavelength of 350 nm.
  • the function of selectively transmitting light in a wavelength range of approximately 300 to 400 nm is exhibited.
  • the first cut filter 35 and the second cut filter 37 constitute a selection filter 27.
  • the antireflection film 38 is formed on the glass substrate 36 with Al 2 O 3 / HfO.
  • the refractive index of each film is a value at a wavelength of 350 nm.
  • wavelength is 300nm
  • the refractive index of light of 1.39 is 1.39, and the refractive index of light with a wavelength of 400 nm is 1.38.
  • the three-layer structure of OZ high refractive material film ZMgF film is widely used as an antireflection film.
  • the transmittance of the antireflection film 38 is shown in FIG.
  • the antireflection film 38 does not particularly attenuate in the wavelength range of 300 to 400 nm.
  • FIG. 8 shows the combined characteristics of the photodetector 200 obtained by combining the characteristics of the correction optical system 30 and the light detection element 60 in the same manner as in the first embodiment.
  • the photodetector 200 according to the second embodiment including such a correction optical system 30 also exhibits flat sensitivity characteristics in the range of 300 to 400 nm, similarly to the correction optical system 20 according to the first embodiment. Therefore, the photodetector 200 of the present embodiment also exhibits the same operational effects as the first embodiment.
  • the antireflection film 38 is provided to prevent surface reflection on the glass substrate 36. This is preferable because the transmittance of the entire correction optical system 30 is increased. Even if the antireflection film 38 is not provided and the entire uncoated glass surface is left, the photodetector 200 can be operated.
  • the photodetector 300 according to the third embodiment will be described.
  • the difference between the photodetector 300 of this embodiment and the photodetector 200 of the second embodiment is that only the correction optical system 40 is replaced with the correction optical system 40, and therefore only the correction optical system 40 will be described in detail.
  • the correction optical system 40 of the present embodiment has a structure in which a first filter 31 and a second filter 39 are bonded together with an adhesive 41 as shown in FIG.
  • the structure of the first filter 31 is the same as that of the second embodiment, whereas the structure of the second filter 39 is obtained by removing the antireflection film 38 from the second filter 32 of the second embodiment.
  • the second filter 39 has a second cut filter 37 on one surface, and the uncoated surface of the second filter 39 is formed by the first cut filter 35 and the adhesive 41 of the first filter. Bonded.
  • the configurations of the correction filter 34, the first cut filter 35, and the second cut filter 37 are the same as those in the second embodiment.
  • the arrangement of the correction filter 34, the first cut filter 35, and the second cut filter 37 is not limited to this, and the correction filter 34, the first cut filter 35, and the second cut filter 37 are arranged on the three surfaces of the glass substrate 33, that is, the front surface, the back surface, The correction filter 34, the first cut filter 35, and the second cut filter 37 can be provided in any order.
  • the adhesive 41 can be an adhesive that is transparent to ultraviolet light, particularly light having a wavelength of 300 to 400 nm, that is, can sufficiently transmit light in this wavelength range.
  • a resin containing an epoxy compound having a glycidyl group bonded to a nitrogen atom of a triazine ring, a glass resin manufactured by Owen Suirinoi Co., Ltd., or the like can be used.
  • the refractive index of the adhesive is preferably the same as the refractive index of the glass substrate 36.

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Abstract

　本発明に係る光検出器は、所定の波長範囲内において所定の感度分布を有する光検出素子６０と、所定の波長範囲内において光検出素子の感度分布とは逆の透過率分布を有する補正フィルタ及び所定の波長範囲内の光を選択的に透過させる選択フィルタを有する補正光学系２０と、を備え、補正光学系２０を透過した光が光検出素子に入射する。

Description

明 細 書
光検出
技術分野
[0001] 本発明は、光検出器に関する。
背景技術
[0002] 近年、光の照射により活性が発現する TiO等の光触媒が急速に進歩して!/、る。光
2
触媒の特性を好適に発現させる波長は例えば、 300〜400nmの範囲の紫外線であ る。そして、光触媒の活性を定量的に評価するには、光触媒に照射する光のエネル ギー（強度）を正確に定量ィ匕することが必要である。
[0003] 光エネルギーを測定する光検出器としては、例えば、特許文献 1等に開示されてい るような光検出器が開示されている。
特許文献 1：特開平 2002— 350228号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しカゝしながら、上述の光検出器では、紫外線の波長範囲、特に 300〜400nmの範 囲範囲における感度特性が十分にフラットではない。したがって、光触媒に照射する 光の波長を知らなければ光のエネルギーを定量的に評価することができず、煩雑で ある。
[0005] 本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、フラットな感度分布を有する光 検出器を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明に係る光検出器は、所定の波長範囲内において所定の感度分布を有する 光検出素子と、所定の波長範囲内において光検出素子の感度分布とは逆の透過率 分布を有する補正フィルタと、所定の波長範囲内の光を選択的に透過させる選択フ ィルタと、を備え、補正フィルタ及び選択フィルタを透過した光が光検出素子に入射 する。
[0007] 本発明によれば、外部からの光は、選択フィルタを透過することにより所定の波長 範囲以外の光が除去され、さらに、補正フィルタを透過することによりこの波長範囲に おいて光検出素子の感度分布とは逆の分布で減衰が与えられる。そして、このように 処理された光が光検出素子に入射するので、光検出素子で検出される光のエネル ギ一の値は、波長に依存しない値となる。すなわち、光検出器としての感度分布が所 定の波長範囲内においてフラットとなる。さらに、光検出素子に入射する光は、選択 フィルタにより余計な波長範囲の光が除去されたものなので、余計な波長範囲の光 によって光検出素子の精度が低下することも抑制される。
[0008] ここで、選択フィルタは、多層膜構造を有するカットフィルタ及び色ガラスフィルタを 有する物とすることが好まし 、。
[0009] これによれば、十分にフラットな感度特性を有する光検出器が実現される。
[0010] このとき、色ガラスフィルタの一方の表面にカットフィルタが形成され、色ガラスフィ ルタの他方の表面に補正フィルタが形成されて 、るとより好まし 、。
[0011] この場合には、補正フィルタ、色ガラスフィルタ及びカットフィルタが一体化している ので、各フィルタを分離して設ける場合に比べて、界面における反射の問題を低減 でき、
また、光検出素子までの距離を短くできる。
[0012] 一方、選択フィルタは、多層膜構造を有するカットフィルタを複数有する物とすること も好ましい。
[0013] これによつても、十分にフラットな感度特性を有する光検出器が実現される。
[0014] また、所定の波長範囲は 300〜400nmであると好適である。
[0015] このような波長範囲は、 TiO等に代表される光触媒を活性させるのに好適とされた
2
波長範囲であり、このような光検出器は、光触媒の触媒活性のキャラクタリゼーシヨン に特に好適に用いることができる。
[0016] また、補正フィルタ及び選択フィルタに入射する光を拡散させる拡散板を備えるとよ り好ましい。
[0017] これによれば、斜め方向から入射する光が散乱するので、斜入射による光検出素 子の誤差をより低減できる。
[0018] さらに、拡散板を透過した光を集光するコリメータを備えるとより好ましい。 [0019] これによれば、拡散した光を集光させて光検出素子に対して垂直に入射させ得る ので、斜入射による光検出素子の誤差をより一層低減できる。
発明の効果
[0020] 本発明によれば、フラットな感度分布を有する光検出器が提供される。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]図 1は、第一実施形態に係る光検出器の概略構成図である。
[図 2]図 2は、図 1の光検出器の構成部品の透過率及び相対感度を示すグラフである
[図 3]図 3は、図 1の補正光学系の構成を示す概略断面図である。
[図 4]図 4は、図 3の補正フィルタの膜構造を説明する表である。
[図 5]図 5は、図 3のカットフィルタの膜構造を説明する表である。
[図 6]図 6は、第二実施形態に係る光検出器の補正光学系の構成を示す概略構成図 である。
[図 7]図 7は、図 6の補正フィルタの膜構造を説明する表である。
[図 8]図 8は、第二実施形態の光検出器の構成部品の透過率及び相対感度を示す グラフである。
[図 9]図 9は、図 7の第一カットフィルタの膜構造を説明する表である。
[図 10]図 10は、図 7の第二カットフィルタの膜構造を説明する表である。
[図 11]図 11は、図 7の反射防止膜の膜構造を説明する表である。
[図 12]図 12は、第三実施形態の光検出器の補正光学系の構成を示す概略構成図 である。
符号の説明
[0022] 10· ··拡散板、 20, 30, 40· ··補正光学系、 21· ··色ガラスフィルタ、 22· ··カットフィル タ、 27· ··選択フィルタ、 23, 34· ··補正フィルタ、 35· ··第一カットフィルタ、 37· "第二 カツ卜フィルタ、 50· ··コリメータ、 60· ··光検出素子、 100, 200, 300· ··光検出器。 発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
[0024] (第一実施例）
図 1に、第一実施例に係る光検出器 100の構成を示す。この光検出器 100は、 Ti O等の光触媒を活性ィ匕するための光を発生する励起光源 2から照射される光のエネ
2
ルギー（強度）を測定する装置である。ここで、光検出器 100は、 TiOに対して特に
2
活性を有する 300〜400nmの波長範囲において光の強度を取得する。
[0025] この光検出器 100は、拡散板 10、補正光学系 20、コリメータ 50、及び、光検出素 子 60を主として備える。
[0026] 拡散板 10は、励起光源 2から入射する光を拡散させるものである。この拡散板 10は 、入射光にたいして完全拡散的な透過特性、すなわち、 COS角度分布を有するもの であることが好ましぐ例えば、テフロンやアクリル板等を利用できる。
[0027] 補正光学系 20は、拡散板 10で拡散された光を入射させ、所定の波長範囲の光を 選択的に透過させると共に波長に応じた所定の減衰を光に与えるフィルタである。こ の補正光学系 20の構成及び作用については後述する。補正光学系 20に入射する 光の入射角は特に限定されな 、。
[0028] コリメータ 50は、補正光学系 20を通過した光魏光して光検出素子 60の検出面 6 0aに対して垂直に入射させるものである。
[0029] 光検出素子 60は、コリメータ 50により集光された光を検出面 60aに入射させ、光の エネルギー（強度）を検出する。光検出素子 60としては、 GaPフォトダイオード等を利 用できる。光検出素子 60は、入射した光のエネルギーに応じた電圧等を出力するが 、図 2に示すように、 250〜450nmの波長範囲〖こおいて、右上がり、すなわち、波長 の増加に伴って感度が増加する感度分布特性を有する。なお、 450nm以降の波長 では、右下がり、すなわち波長の増加に伴って感度が低下する感度分布特性を有し 、可視光等の不要なバックグランドノイズの低減が可能である。
[0030] 続いて、図 3を参照して、補正光学系 20に付いて説明する。本実施形態の補正光 学系 20は、色ガラスフィルタ 21と、色ガラスフィルタ 21の表面に形成されたカットフィ ルタ 22と、色ガラスフィルタ 21の裏面に形成された補正フィルタ 23とを有している。
[0031] 補正フィルタ 23は、色ガラスフィルタ（ガラス基板） 21上に、 Al O膜と、この Al O 膜上に、 HfO膜と SiO膜とを交互に 16層積層した、合計 17層の誘電体多層膜フィ
2 2
ルタであり、膜の詳しい構成は構成は図 4のようになっている。ここで、図 4において、 各膜の屈折率は波長 350nmでの値である。なお、各膜の材料の屈折率は、光の波 長によって変化する。例えば、 SiO膜では、波長 300nmの光の屈折率は 1. 49、波
2
長 400nmの光の屈折率は 1. 47である。また、 HfO膜では、波長 300nmの光の屈
2
折率は 2. 12、波長 400nmの光の屈折率は 2. 04である。また、 Al O膜では、波長
2 3
300nmの光の屈折率は 1. 67、波長 400nmの光の屈折率は 1. 65である。色ガラス フィルタに用いられる通常のガラス基板では、波長 300nmの光の屈折率は 1. 55、 波長 400nmの光の屈折率は 1. 53である。
[0032] この補正フィルタ 23の光透過特性を図 2に示す。この補正フィルタ 23の透過特性 は、 300〜400nmにおいて、光検出素子 60の感度分布（曲線）と逆の傾向を有する ものである。すなわち、補正フィルタ 23の透過率は、光検出素子 60の感度が相対的 に高い高周波数側ほど低ぐ光検出素子 60の感度が相対的に低い低周波数ほど高 くなるようになつている。
[0033] カットフィルタ 22は、色ガラスフィルタ (ガラス基板） 21上に、 HfO膜と、 SiO膜とを
2 2 交互に全部で 30層重ねた誘電体多層膜フィルタであり、膜の詳しい構成は図 5に示 すようになっている。ここで、図 5において、屈折率は波長 350nmでの値である。
[0034] 色ガラスフィルタ 21は、ガラス中に所定の成分を含有させることにより所定の波長の 範囲の光を選択的に透過させるものである。色ガラスフィルタとしては、青色を透過す る!、わゆるブルーフィルタと呼ばれる物が好まし!/、。色ガラスフィルタ 21における青色 着色成分としては、 Co2+, Cu2+、 Ti3+、 Fe2+等の金属イオンが挙げられ、中でも Co 2+イオンを含むことが好ま 、。
[0035] カットフィルタ 22及び色ガラスフィルタ 21の透過特性を図 2に示す。これらのカツトフ ィルタ 22及び色ガラスフィルタ 21とによって、概ね 300〜400nmの光が透過され、こ れ以外の光がカットされる。詳しくは、カットフィルタ 22力 300nm未満及び 400nm を超える波長の光を概ねカットし、色ガラスフィルタ 21が、さら〖こ、 300nm未満及び 4 OOnmを超える波長の光をより確実に (補完的に)カットする。これら 2つの組み合わ せにより、 300〜400nm以外の範囲の光を十分確実にカットできている。ここでこれ らカットフィルタ 22及び色ガラスフィルタ 21が選択フィルタ 27を構成する。
[0036] すなわち、この補正光学系 20では、 300〜400nmの波長範囲の光を選択的に透 過させると共に、この波長範囲の光に対して、光検出素子 60の感度分布と逆の分布 となるような減衰が与えられる。
[0037] そして、光検出器全体の検出感度特性、すなわち、補正光学系 20及び光検出素 子 60の特性を足し合わせてえられる光検出器 100の合成特性は、合成特性 = (光 検出素子の相対感度 X色ガラスフィルタの透過率 Xカットフィルタの透過率 X補正フ ィルタの透過率）となる。これを図 2に示す。図 2よりわ力るように、光検出器 100の合 成特性は 300〜400nmにおいて十分にフラットなものとなる。
[0038] つづいて、このような光検出器の作用について説明する。
[0039] 光源 2からの光が拡散板 10に入射すると、光が散乱された上で補正光学系 20〖こ 入射する。
[0040] 補正光学系 20では、上述のように、 300〜400nm程度の波長範囲の光を選択的 に透過させると共に、この波長範囲における光に対して光検出素子 60の感度分布と 逆の分布で減衰を与える。
[0041] 補正光学系 20で上述のように補正された光は、コリメータ 50によって集光されて光 検出素子 60の受光面に対して垂直に入射する。
[0042] このとき、光検出素子 60に入射する光は、光検出素子 60の感度分布とは逆の分布 となるような減衰が与えられている。したがって、光検出素子 60が検出する光のエネ ルギ一は、 300〜400nmの範囲において波長に依存しないものとなる。すなわち、 この光検出器 100は、上記の波長範囲でフラットな感度特性を有することとなり、この 波長範囲においてどの波長の光であっても、光のエネルギーを正確に定量的に測 定することができる。
[0043] そして、このようにして、 300〜400nmにお!/、てフラットな感度特性を有する光検出 器が実現すると、光触媒等に照射する励起光のエネルギーを定量ィ匕する際に、光の 波長の定量ィ匕が不要となるので、光触媒の活性の統一的なキャラクタリゼーシヨン等 に対する寄与は極めて甚大である。
[0044] また、光源 2からの光が拡散板 10を通過しており、また、拡散板 10を透過した光が コリメータにより集光されているので、これらによって光源 2から光検出器 100に入射 する光の方向性に寄らず、精度の極めて高 、光のエネルギーのデータが得られる。
[0045] また、色ガラスフィルタ 21の表裏面に補正フィルタ 23及びカットフィルタ 22が設けら れていて補正光学系 20がー体ィ匕しているので、各フィルタを分離して設ける場合に 比べて、界面における反射の問題を低減できて透過率を高くでき、また、光検出素子 60までの距離を短くでき、さらなる高精度化、高感度化が可能となる。なお、補正光 学系 20がー体ィ匕しておらず、 3枚のフィルタに分離していても動作は可能である。
[0046] また、コリメータ 50と補正光学系 20との位置関係を逆にすることも可能である。
[0047] (第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る光検出器 200について説明する。本実施形態の光 検出器が第一実施形態の光検出器と異なる点は、補正光学系 20を補正光学系 30 に代えただけであるので補正光学系 30のみについて詳説する。
[0048] 本実施形態の補正光学系 30は、図 6に示すように、第一フィルタ 31及び第二フィ ルタ 32を有しており、第一フィルタ 31及び第二フィルタ 32を透過した光がコリメータ 5 0を介して光検出素子 60に入射する。
[0049] 第一フィルタ 31は石英等のガラス基板 33の一方の面に補正フィルタ 34、他方の面 に第一カットフィルタ 35が形成されたものである。第二フィルタ 32は、石英等のガラス 基板 36の一方の面に第二カットフィルタ 37、他方の面に反射防止膜 (AR膜) 38が 形成されたものである。
[0050] なお、補正フィルタ 34、第一カットフィルタ 35、第二カットフィルタ 37、及び反射防 止膜 38の配置はこれに限定されず、ガラス基板 33の表面、裏面、及びガラス基板 3 6の表面、裏面の 4つの面に、これら補正フィルタ 34、第一カットフィルタ 35、第二力 ットフィルタ 37、及び反射防止膜 38の 4つの膜を任意の順序で設けることができる。 また、光が透過する順序も特に限定されない。
[0051] 補正フィルタ 34は、ガラス基板 33上に Al O膜を積層し、その Al O膜上に HfO
2 3 2 3 2 膜と SiO膜とを交互に 16層重ねてなる、合計 17層の誘電体多層膜フィルタであり、
2
膜の構成は図 7に示すようになつている。ここで、図 7において、各膜の屈折率は波 長 350nmでの値である。なお、 SiO膜及び HfO膜の材料の屈折率の波長分散は 第 1実施形態と同様である。石英ガラス基板では、波長 300nmの光の屈折率は 1. 5 0、波長 400nmの光の屈折率は 1. 48である。
[0052] この補正フィルタ 34の光透過特性を図 8に示す。この補正フィルタ 34の透過特性 は、第一実施形態と同様に、 300〜400nmにおいて、光検出素子 60の感度分布曲 線と逆の傾向を有するものである。すなわち、補正フィルタ 34の透過率は、光検出素 子 60の感度が高い高周波数側ほど低ぐ光検出素子 60の感度が低い低周波数側 ほど高くなつている。
[0053] 第一カットフィルタ 35及び第二カットフィルタ 37は、ガラス基板 33, 36上に Al O
2 3 膜を積層し、この Al O膜上に、 HfO膜と SiO膜とを交互に 28層重ねてなる、合計
2 3 2 2
29層の多層膜フィルタであり、膜の構成はそれぞれ、図 9、図 10に示すようになって いる。ここで、図 9,図 10において、屈折率は波長 350nmでの値である。
[0054] 第一カットフィルタ 35及び第二カットフィルタ 37を組み合わせると、図 8に示すよう に、概ね 300〜400nmの波長範囲の光を選択的に透過させる機能を発揮する。そ して、これら第一カットフィルタ 35及び第二カットフィルタ 37が選択フィルタ 27を構成 する。
[0055] 反射防止膜 38は、ガラス基板 36上に、 Al O /HfO
2 3 2 H/MgF膜の 3層構造の
2
膜を形成してなるものであり、その構成は図 11に示すようになつている。ここで、図 11 において、各膜の屈折率は波長 350nmでの値である。 MgF膜では、波長 300nm
2
の光の屈折率は 1. 39、波長 400nmの光の屈折率は 1. 38である。このように、 A1
2
O Z高屈折材料膜 ZMgF膜という 3層構造は、反射防止膜として広く用いられる。
3 2
反射防止膜 38の透過率を図 8に示す。反射防止膜 38は、 300〜400nmの波長範 囲において、特に減衰を与えない。
[0056] そして、補正光学系 30及び光検出素子 60の特性を合わせることにより第一実施形 態と同様にして得られる光検出器 200の合成特性を図 8に示す。
[0057] このような補正光学系 30を備える第二実施形態の光検出器 200も、第一実施形態 の補正光学系 20と同様に 300〜400nmの範囲でフラットな感度特性を示す。したが つて、本実施形態の光検出器 200も第一実施形態と同様の作用効果を発揮する。
[0058] また、反射防止膜 38は、ガラス基板 36における表面反射を防止するために設ける ものであり、これによつて補正光学系 30全体の透過率が上がり好ましい。なお、反射 防止膜 38を設けず、未コートのガラス面を一面残してぉ 、ても本光検出器 200の動 作は可能である。
[0059] (第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る光検出器 300について説明する。本実施形態の光 検出器 300が第二実施形態の光検出器 200と異なる点は、補正光学系 30を補正光 学系 40に代えただけであるので補正光学系 40のみについて詳説する。
[0060] 本実施形態の補正光学系 40は、図 12に示すように、第一フィルタ 31と、第二フィ ルタ 39とが接着剤 41で張り合わされた構造を有している。
[0061] 第一フィルタ 31の構造は第二実施形態と同様である一方、第二フィルタ 39の構造 は第二実施形態の第二フィルタ 32から反射防止膜 38を取り除いたものである。
[0062] 具体的には、第二フィルタ 39は一方の表面に第二カットフィルタ 37を有し、第二フ ィルタ 39の未コート面が第一フィルタの第一カットフィルタ 35と接着剤 41により接着 されている。なお、補正フィルタ 34、第一カットフィルタ 35、及び第二カットフィルタ 37 の構成は第二実施形態と同様である。
なお、補正フィルタ 34、第一カットフィルタ 35、及び第二カットフィルタ 37の配置は これに限定されず、ガラス基板 33の表面、裏面、及びガラス基板 36の非接着面の 3 つの面に、これら補正フィルタ 34、第一カットフィルタ 35、及び第二カットフィルタ 37 を任意の順序で設けることができる。
[0063] 接着剤 41は、紫外線、特に 300〜400nmの波長の光に対して透明な、すなわち この波長範囲の光を十分に透過させることのできる接着剤を使用でき、例えば、イソ シァヌル酸のトリアジン環窒素原子に結合したグリシジル基をもつエポキシィ匕合物を 含む榭脂や、ォーエンスイリノイ社製等のガラスレジン等を利用することができる。
[0064] 接着剤の影響を少なくするためには、接着剤の屈折率がガラス基板 36の屈折率と 同程度であることが好まし 、。
[0065] 本実施形態でも第二実施形態と同様の作用効果が得られる。力！]えて、第一フィルタ 31と第二フィルタ 39とが接着されて補正光学系 40が一体化しているので、各フィル タを分離して設ける場合に比べて、界面における反射の問題を低減でき、また、光検 出素子 60までの距離を短くできる。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の波長範囲内において所定の感度分布を有する光検出素子と、
前記所定の波長範囲内において前記光検出素子の感度分布とは逆の透過率分 布を有する補正フィルタと、
前記所定の波長範囲内の光を選択的に透過させる選択フィルタと、
を備え、前記補正フィルタ及び前記選択フィルタを透過した光が前記光検出素子 に入射する光検出器。
[2] 前記選択フィルタは、多層膜構造を有するカットフィルタ及び色ガラスフィルタを有 する請求項 1に記載の光検出器。
[3] 前記色ガラスフィルタの一方の表面に前記カットフィルタが形成され、前記色ガラス フィルタの他方の表面に前記補正フィルタが形成されている請求項 2に記載の光検 出器。
[4] 前記選択フィルタは、多層膜構造を有するカットフィルタを複数有する請求項 1に記 載の光検出器。
[5] 前記所定の波長範囲は 300〜400nmである請求項 1〜4のいずれかに記載の光 検出器。
[6] さらに、前記補正フィルタ及び前記選択フィルタに入射する光を拡散させる拡散板 を備える請求項 1〜5のいずれかに記載の光検出器。
[7] さらに、前記拡散板を透過した光を集光するコリメータを備える請求項 6に記載の光 検出器。
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