JPH06229829A

JPH06229829A - 受光素子アレイ

Info

Publication number: JPH06229829A
Application number: JP1741493A
Authority: JP
Inventors: Mutsuo Kashiba; 睦朗加柴; Etsuro Shimizu; 悦朗清水
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】迷光を効率よく除去できるとともに、製造の容
易な受光素子アレイを提供することにある。【構成】分散した複数の単色光を透過させる保護ガラス
１７と、この保護ガラス１７を透過した単色光を受光す
るフォトダイオ−ドアレイチップ１４とを有する受光素
子アレイ１１において、遮光マスク１８と分光フィルタ
２０ａ、２０ｂ、…を備え、これら遮光マスク１８と分
光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…とを保護ガラスに一体に
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自動化学分析
装置の多波長分光光度計に備えられ、分散した単色光の
光量を測定する受光素子アレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動化学分析装置の多波長分光
光度計には図７に示すような受光素子アレイ１が備えら
れている。この受光素子アレイ１においては、矩形な受
光面を有するフォトダイオ−ド２…が単色光の分散方向
に沿って複数配列されている。そして、フォトダイオ−
ド２…として、Ｓ／Ｎ比が良くダイナミックレンジの大
きいものが採用されている。

【０００３】図８（ａ）に示すように、分光のために凹
面回折格子３を用いた場合、分散光４は受光素子アレイ
１上に、波長λ₁〜λ_nの連続光として集光される。つ
まり、分散した特定波長λ_kの単色光が受光素子アレイ
１の対応するフォトダイオ−ド２に入射する。

【０００４】しかし、凹面回折格子１の性能や光路系に
おける多重反射等を原因として、各フォトダイ−ド２…
には、特定波長λ_k以外の波長成分が入射する。迷光量
をＩ_λsとし、波長λ_kの光量をＩ_λkとすると、迷光
成分Ｒ_strayは以下のように表される。

【０００５】Ｒ_stray＝Ｉ_λs／Ｉ_λk （％）この迷光成分は測光量に測定誤差として加わり、特に、
340nm近辺の短波長領域の信号成分の少ない波長で測光
性能の劣化が見られる。

【０００６】従って一般には、迷光除去のために色ガラ
スフィルタ（分光フィルタ）が利用されている。色ガラ
スフィルタはフォトダイオ−ドの前段に配置され、高次
光等の迷光を吸収し除去している。色ガラスフィルタを
用いることにより、特定波長λ_k以外の光は信号成分と
して取出されず、迷光量Ｉ_λsが最小限に抑えられる。
具体的には、図９に示すように、色ガラスフィルタ５…
は短冊状に切断されており、それぞれ対応するフォトダ
イオ−ド２…に対向している。

【０００７】なお、このような受光素子アレイは、例え
ば特開昭５８−１０５０２４号公報に開示されている。

【０００８】また、迷光除去のために、図１２及び図１
３に示すような遮光マスク６を用いたものも在る。この
遮光マスク６は複数のスリット８…を有しており、これ
らスリット８…が光透過領域として利用される。そし
て、遮光マスク６は、フォトダイ−ド２…に受光されな
い光を遮断し、多重反射光の発生を防止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年は、自
動化学分析装置の設置環境が制限されているため、多波
長分光光度計の小型化が強く望まれている。例えば、図
８（ｂ）に示すように凹面回折格子３´の焦点距離を短
くすれば、光路長が短くなるため、多波長分光光度計の
小型化が可能である。しかし、この場合には単色光の分
散範囲が狭まるため、受光素子アレイ１´の小型化が必
要である。

【００１０】凹面回折格子３´においては、焦点距離を
短くするために回折格子自体の設計が制限されるので、
回折格子の迷光成分の除去性能が悪くなる。したがっ
て、受光素子アレイ１自体の迷光除去対策が更に重要に
なる。

【００１１】図９に示すように複数の色ガラスフィルタ
５…を使用した受光素子アレイを小型化する場合、色ガ
ラスフィルタ５…も微細化されるので、接合面の加工精
度の要求が厳しくなるとともに、色ガラスフィルタ５…
どうしの貼り付けが困難になる。

【００１２】また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、フォトダイオ−ド２と色ガラスフィルタ５との平行
度を保つことも困難である。フォトダイオ−ド２と色ガ
ラスフィルタ５との平行度の設定が不十分な場合には、
高次の迷光を効率よくカットすることが難しい。

【００１３】さらに、色ガラスフィルタ５…の枚数が増
えると、機械的強度が低下する。また、各色ガラスフィ
ルタ５…毎に透過率が決まっているため、保護ガラスの
代用として色ガラスフィルタ５…を用いる場合には各色
ガラスフィルタ５…の肉厚を各波長に合せて変化させる
必要がある。しかし、微小な色ガラスフィルタの肉厚を
一枚づつ異ならせることは、製造上困難である。

【００１４】一方、不連続な波長の分散光を測定する場
合、図１１に示すように保護ガラス７での多重反射を原
因として迷光が生じることが分かっている。そして、こ
の迷光を除去するために、図１２に示すような遮光マス
ク６が用いられる場合がある。しかし、この遮光マスク
６を用いた場合にも、単色光の分散範囲が狭まれば、遮
光マスク６と受光素子アレイ１との位置合せが困難にな
る。

【００１５】本発明の目的とするところは、迷光を効率
よく除去できるとともに、製造の容易な受光素子アレイ
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、分散した複数の単色光を透過さ
せる光透過部材と、この光透過部材を透過した単色光を
受光する受光素子とを有する受光素子アレイにおいて、
迷光除去手段を備え、この迷光除去手段を光透過部材に
一体に形成したことにある。

【００１７】こうすることによって本発明は、迷光を効
率よく除去できるとともに、受光素子アレイを容易に製
造できるようにしたことにある。

【００１８】本発明は、吸光度分析を行う装置のいずれ
にも有効に適用できるが、特に生化学分析における吸光
度の高いものに対する測定に対してより有効である。例
えば、 GOT、GPT などの測定項目でNADHから NADへの化
学変化の際の吸光度変化をとらえる場合などが挙げられ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１〜図６に基づ
いて説明する。

【００２０】図１は本発明の第１実施例の要部を示して
おり、図中の符号１１は受光素子アレイである。この受
光素子アレイ１１はパッケ−ジ本体１２を有しており、
このパッケ−ジ本体１２には凹陥部１３が形成されてい
る。凹陥部１３はパッケ−ジ本体１２の上面に開口して
おり、凹陥部１３内には受光素子としてのフォトダイオ
−ドアレイチップ１４が収容されている。

【００２１】凹陥部１３の底部の形状はフォトダイオ−
ドアレイチップ１４の形状に合せて成形されており、フ
ォトダイオ−ドアレイチップ１４はパッケ−ジ本体１２
に係合している。

【００２２】フォトダイオ−ドアレイチップ１４の表面
には複数の受光部１５…が形成されており、これら受光
部１５…は、測定対象の単色光の分散方向に沿って並ん
でいる。ここで、フォトダイオ−ドアレイチップ１４と
しては、一般的なものを採用することが可能である。ま
た、図示しないが、フォトダイオ−ドアレイチップ１４
に接続されたリ−ド端子がパッケ−ジ本体１２の外側に
導出されている。

【００２３】パッケ−ジ本体１２の内周縁部には段差部
１６が形成されており、この段差部１６は下側で狭まっ
ている。光透過部材としての板状の保護ガラス１７がこ
の段差部１６に上方から係合しており、保護ガラス１７
の周縁部が段差部１６に当接している。そして、保護ガ
ラス１７はパッケ−ジ本体１２に例えば接着等の手段に
よって固定されており、凹陥部１３は保護ガラス１７に
よって気密的に閉じられている。

【００２４】保護ガラス１７の内側面には、迷光除去手
段としての黒色の遮光マスク１８が形成されている。遮
光マスク１８は薄膜であり、図２に示すように、複数の
光透過領域１９…を残して保護ガラス１７の内側面を覆
っている。光透過領域１９…は、受光部１５…の形状に
合わせて、矩形なスリット状に開口している。そして、
光透過領域１９…の配置は受光部１５…の配置に合せて
設定されており、光透過領域１９…は受光部１５…に対
向している。

【００２５】遮光マスク１８の作製の際には、例えば黒
色顔料を混ぜられた感光性樹脂が、保護ガラス１７に塗
布された後、露光・現像される。このパタ−ニングの結
果、保護ガラス１７に遮光マスク１８が積層される。遮
光マスク１８の作製には、いわゆる半導体製造のための
フォトリソグラフィ工程と同様の方法を適用することが
可能であるため、１μｍ以下のパタ−ン精度を実現でき
る。

【００２６】一部の光透過領域１９…には迷光除去手段
としての分光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…が形成されて
いる。各分光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…も遮光マスク
１８と同様に薄膜であり、保護ガラス１７の内側面に積
層されている。そして、各分光フィルタ２０ａ、２０
ｂ、…は、特定波長の単色光以外の光を遮断できるよ
う、それぞれ異なる分光特性を有している。

【００２７】各分光フィルタ２０ａ、２０ｂ……の作製
の際には、所望の分光特性を有する顔料が感光性樹脂に
混ぜられ、この感光性樹脂が保護ガラス１７に塗布され
て露光・現像される。つまり、分光フィルタ２０ａ、２
０ｂ…も遮光マスク１８と同様の手順によって作製する
ことが可能である。

【００２８】ここで、図１中においては、遮光マスク１
８や分光フィルタ２０ａ、２０ｂ…の厚さの比率は、説
明が容易になるよう、実際よりも大きく示されている。
また、図１中の符号２１ａ、２１ｂ、…は入射光を示し
ている。

【００２９】前記光透過領域１９…と受光部１５…との
位置合せは、保護ガラス１７の取付けによって達成され
る。つまり、保護ガラス１７の取付けの際には、パッケ
−ジ本体１２に保護ガラス１７が組合され、保護ガラス
１７の周縁部がパッケ−ジ本体１２の段差部１６に押当
てられる。そして、保護ガラス１７がパッケ−ジ本体１
２に係合し、光透過領域１９…と受光部１５…とが対向
する。この様な方法により、0.1 mm程度の位置精度が容
易に得られる。

【００３０】すなわち、上述のような受光素子アレイ１
１においては、遮光マスク１８と分光フィルタ２０ａ、
２０ｂ、…とが保護ガラス１７に直接形成されているの
で、保護ガラス１７とフォトダイオ−ドアレイチップ１
４とを近接して配置することが可能になる。そして、受
光素子アレイ１１の小型化が可能になる。また、フォト
ダイオ−ドアレイチップ１４の受光部１５…と遮光マス
ク１８の光透過領域１９…との位置合せを容易に且つ高
精度に行うことができる。そして、受光素子アレイ１１
を小型化しても、充分な位置精度を確保できる。さら
に、遮光マスク１８と分光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…
が保護ガラス１７に積層されているので、遮光マスク１
８と分光フィルタ２０、２０ｂ、…の作製が容易であ
る。

【００３１】また、分光フィルタ２０ａ、２０ｂ…が薄
膜であるので、分光特性は材料の種類や量によって調節
される。このため、分光特性の調節が容易である。

【００３２】したがって、迷光成分を効率よく遮断で
き、多重反射を防止できる。さらに、分光フィルタ２０
ａ、２０ｂ、…の設計の自由度が高まり、高次光の迷光
の遮断を効率よく行うことができる。

【００３３】分光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…は遮光マ
スク１８によって囲まれており、分光２０ａ、２０ｂ、
…の外側に遮光マスク１８が位置しているので、高次の
迷光も効率よく除去できる。したがって、微細な離散的
波長領域の迷光を除去できる。

【００３４】そして、これらの結果として、測定精度を
低下させることなく、小型で安価な分光光度計を提供す
ることが可能になる。

【００３５】なお、本発明は上述の実施例に限られるこ
となく、種々に変更することが可能である。例えば、保
護ガラスをプラスチックに変えるなどのように構成部材
の材料の変更が可能であることはもちろん、遮光マスク
１８や分光フィルタ２０ａ，２０ｂ、…の製法を変えて
実施することも可能である。

【００３６】さらに、図３に示すように遮光マスク１８
と分光フィルタ２０ａ、２０ｂ…とを保護ガラス１７の
外側面に形成してもよく、或いは、図４に示すように遮
光マスク１８と分光フィルタ２０ａ、２０ｂ、…との形
成面を逆に設定してもよい。

【００３７】つぎに、本発明の第２実施例を図５に基づ
いて説明する。なお、第１実施例と同様な部分について
は同一番号を付し、その説明は省略する。

【００３８】多波長分光光度計に用いられる受光素子ア
レイにとっては、入射光を外へ反射させないことも大切
である。受光素子アレイの外へ反射した光は、回折格子
をはじめとする分光光学系の構成部材で反射し、再び受
光素子アレイに戻る。このような戻り光は迷光成分とな
る。

【００３９】本発明の第２実施例の受光素子アレイ３１
は、保護ガラス１７の表面での反射を抑制するように工
夫したものである。

【００４０】図５に示すように、保護ガラス１７の表面
には反射防止膜３２が形成されている。この反射防止膜
３２は、例えばＡｌ₂Ｏ₃やＭｇＦ₂等を蒸着すること
により形成されている。この反射防止膜３２が入射光の
反射を低減させ、戻り光を抑制する。

【００４１】図６は本発明の第３実施例を示している。
図６の受光素子アレイ４１においては、保護ガラス１７
の表面にも黒色の遮光マスク４２が形成されている。遮
光マスク４２には、入射光の透過を許すように、光透過
領域４３…が形成されている。そして、遮光マスク４２
は保護ガラス１７の表面での反射を抑制する。

【００４２】第２実施例の反射防止膜３２においては波
長毎に反射率が変化するが、このように遮光マスク４２
を形成した場合には、広い波長範囲に亘って反射率を小
さい値に抑制できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、分散した
複数の単色光を透過させる光透過部材と、この光透過部
材を透過した単色光を受光する受光素子とを有する受光
素子アレイにおいて、迷光除去手段を備え、この迷光除
去手段を光透過部材に一体に形成したものである。

【００４４】したがって本発明は、迷光を効率よく除去
できるとともに、受光素子アレイを容易に製造できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の受光素子アレイの要部を
示す断面図。

【図２】保護ガラスを示す平面図。

【図３】第１実施例の受光素子アレイの変形例を示す断
面図。

【図４】第１実施例の受光素子アレイの他の変形例を示
す断面図。

【図５】本発明の第２実施例の受光素子アレイの要部を
示す断面図。

【図６】本発明の第３実施例の受光素子アレイの要部を
示す断面図。

【図７】一般の受光素子アレイを示す斜視図。

【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ凹面回折格子の焦
点距離が異なる分光光学系を概略的に示す説明図。

【図９】分割された色ガラスフィルタを有する受光素子
アレイを一部省略して示す説明図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は色ガラスフィルタとフォ
トダイオ−ドの平行度を説明する図。

【図１１】保護ガラスでの多重反射を説明する図。

【図１２】従来の遮光フィルタを備えた受光素子を一部
省略して示す平面図。

【図１３】従来の遮光フィルタを備えた受光素子を一部
省略して示す側断面図。

【符号の説明】

１１…受光素子アレイ、１４…フォトダイオ−ドアレイ
チップ（受光素子）、１７…保護ガラス（光透過部
材）、１８…遮光マスク（迷光除去手段）、２０ａ、２
０ｂ、…分光フィルタ（迷光除去手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分散した複数の単色光を透過させる光透
過部材と、この光透過部材を透過した上記単色光を受光
する受光素子とを有する受光素子アレイにおいて、迷光
除去手段を備え、この迷光除去手段を上記光透過部材に
一体に形成したことを特徴とする受光素子アレイ。