特開 2023-66877 光センサ及び光センサに備わるバンドパスフィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023066877

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】光センサ及び光センサに備わるバンドパスフィルタ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/04 20060101AFI20230509BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20230509BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20230509BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20230509BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

G01J1/04 B

G01J1/02 P

G01S7/481 A

G01C3/06 110A

G01C3/06 120Q

G02B5/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177718

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】國師 渡

(72)【発明者】

【氏名】宮井 英次

【テーマコード（参考）】

2F112

2G065

2H148

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AA05

2F112BA07

2F112CA03

2F112CA12

2F112DA04

2F112DA19

2F112DA21

2F112DA25

2F112DA28

2G065AA12

2G065AA17

2G065AB09

2G065AB22

2G065BA09

2G065BB27

2G065CA08

2G065CA21

2G065DA15

2H148GA12

2H148GA23

5J084AA01

5J084AA05

5J084AD01

5J084AD07

5J084BA04

5J084BA36

5J084BB02

5J084BB20

5J084EA01

(57)【要約】

【課題】受光する光のノイズ成分を抑制することのできる光センサを提供する。また、当該光センサを備わる、バンドパスフィルタを提供する。
【解決手段】本実施形態の一態様によれば、光センサは、特定のピーク波長を含む波長帯域の照射光を被検出物に射出する光源と、被検出物によって反射した照射光を選択的に透過させるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを透過した照射光を受光する受光器と、受光器が受光した光を用いて、被検出物の状態を測定する測定装置と、を備える。光源は、環境温度によって、第１の波長シフト量だけ射出される特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。バンドパスフィルタは、環境温度によって、第２の波長シフト量だけ特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。第２の波長シフト量が前記第１の波長シフト量と同等であるように、バンドパスフィルタの形状及び材料に選択される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出物の状態を測定する光センサであって、
特定のピーク波長を含む波長帯域の照射光を前記被検出物に射出する光源と、
前記被検出物によって反射した前記照射光を選択的に透過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを透過した前記照射光を受光する受光器と、
前記受光器が受光した光を用いて、前記被検出物の状態を測定する測定装置と、
を備え、
前記光源は、
環境温度によって、第１の波長シフト量だけ射出される前記特定の波長ピークがシフトする温度特性を有し、
前記バンドパスフィルタは、
前記環境温度によって、第２の波長シフト量だけ前記特定の波長ピークがシフトする温度特性を有し、
前記第２の波長シフト量が前記第１の波長シフト量と同等であるように、前記バンドパスフィルタの形状及び材料に選択された、光センサ。

【請求項2】

前記バンドパスフィルタは、
複数の半導体層により形成された第１の半導体多層膜を有する半導体バンドパスフィルタを有し、
前記半導体バンドパスフィルタは、
半導体基板と、
前記半導体基板上に積層される前記第１の半導体多層膜と、
を備える、請求項１に記載の光センサ。

【請求項3】

前記バンドパスフィルタは、
さらに、複数の誘電体層により形成された誘電体多層膜を有する誘電体バンドパスフィルタを有し、
前記誘電体バンドパスフィルタは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に積層される前記誘電体多層膜と、
を備える、請求項１または２に記載の光センサ。

【請求項4】

前記半導体バンドパスフィルタは、
さらに、複数の誘電体層により形成された誘電体多層膜を有し、
前記第１の半導体多層膜上に積層される前記誘電体多層膜と、
を備える、請求項２に記載の光センサ。

【請求項5】

前記半導体バンドパスフィルタは、
さらに、前記第１の半導体多層膜と特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した第２の半導体多層膜を有し、
前記第１の半導体多層膜上に積層される第２の半導体多層膜と、
を備える、請求項２に記載の光センサ。

【請求項6】

前記バンドパスフィルタは、
複数の半導体層により形成された第１の半導体多層膜を有する半導体バンドパスフィルタを有し、
前記半導体バンドパスフィルタが、
前記受光器の表面に前記第１の半導体多層膜を配置されている、
請求項１に記載の光センサ。

【請求項7】

前記半導体バンドパスフィルタは、
さらに、複数の誘電体層により形成された誘電体多層膜を有し、
前記第１の半導体多層膜上に積層される誘電体多層膜と、
を備える、請求項６に記載の光センサ。

【請求項8】

前記半導体バンドパスフィルタは、
さらに、前記第１の半導体多層膜と特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した第２の半導体多層膜を有し、
前記第１の半導体多層膜上に積層される第２の半導体多層膜と、
を備える、請求項６に記載の光センサ。

【請求項9】

基台と、
厚さ方向において、前記基台上に第１の屈折率層が積層され、前記第１の屈折率層上に第１のスタック層が積層される第１の層と、
前記第１の層上に第１の屈折率よりも高い第２の屈性率を有する第１のキャビティ層が積層され、前記第１のキャビティ層上に前記第１の屈折率層が積層され、前記第１の屈折率層上に第２のスタック層が積層される複数の第２の層と、
複数の前記第２の層の最も上部の層の上に、前記第２の屈性率を有する第２のキャビティ層が積層され、前記第２のキャビティ層上に前記第１の屈折率層が積層され、前記第１の屈折率層上に第３のスタック層が積層される第３の層と、
前記第３の層上に積層されるキャップ層とを有し、
前記第２の波長シフト量が前記第１の波長シフト量と同等であるように、前記第１の層、前記第２の層、及び前記第３の層の形状及び材料に選択された、
請求項１～８のいずれか１項に記載の光センサに備わる、バンドパスフィルタ。

【請求項10】

前記基台は、
半導体基板または前記受光器のいずれか少なくとも１つを備える、
請求項９に記載のバンドパスフィルタ。

【請求項11】

前記第１のスタック層、前記第２のスタック層、及び前記第３のスタック層は、
複数の前記第１の屈折率層と前記第２の屈性率を有する屈折率層とのペアで構成される第１の積層構造を有し、
前記第１の積層構造は、
前記第２の屈性率を有する屈折率層上に、前記第１の屈折率層が積層される、
請求項９または請求項１０に記載のバンドパスフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、光センサ及び光センサに備わるバンドパスフィルタに関する。

【0002】

光センサの光源に対し、垂直共振面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｔ：ＶＣＳＥＬ）が用いられることが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2012-185107号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、環境温度が変化すると、射出される光の波長がシフトする。そのため、所定の波長を受光する場合、温度変動を考慮したバンドパスフィルタが必要となる。したがって、バンドパスフィルタの透過帯域が広くなることでノイズ成分が大きくなる可能性がある。

【0005】

本開示は、受光する光のノイズ成分を抑制することのできる光センサ及びバンドパスフィルタを提供する。

【0006】

本実施形態の一態様によれば、被検出物の状態を測定する光センサであって、特定のピーク波長を含む波長帯域の照射光を被検出物に射出する光源と、被検出物によって反射した照射光を選択的に透過させるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを透過した照射光を受光する受光器と、受光器が受光した光を用いて、被検出物の状態を測定する測定装置と、を備える。光源は、環境温度によって、第１の波長シフト量だけ射出される特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。バンドパスフィルタは、環境温度によって、第２の波長シフト量だけ特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。第２の波長シフト量が前記第１の波長シフト量と同等であるように、バンドパスフィルタの形状及び材料を選択された、光センサが提供される。

【0007】

また、本実施形態の他の一態様によれば、基台と、厚さ方向において、基台上に第１の屈折率層が積層される。第１の屈折率層上に第１のスタック層が積層される第１の層と、第１の層上に第１の屈折率よりも高い第２の屈性率を有する第１のキャビティ層が積層される。第１のキャビティ層上に第１の屈折率層が積層される。第１の屈折率層上に第２のスタック層が積層される複数の第２の層と、複数の第２の層の最も上部の層の上に、第２の屈性率を有する第２のキャビティ層が積層される。第２のキャビティ層上に第１の屈折率層が積層される。第１の屈折率層上に第３のスタック層が積層される第３の層と、第３の層上に積層されるキャップ層とを有する。第２の波長シフト量が第１の波長シフト量と同等であるように、第１の層、第２の層、及び第３の層の形状及び材料を選択された、請求項１～８のいずれか１項に記載の光センサに備わる、バンドパスフィルタが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本実施形態によれば、受光する光のノイズ成分を抑制することのできる光センサを提供することができる。また、当該光センサに用いられるバンドパスフィルタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る光センサを示す構成図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るバンドパスフィルタを示す構成図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る半導体多層膜の詳細な構造を示す構成図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタの透過帯域と遮断帯域の関係を示す特性図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタの照射光に対する温度と透過率の関係を示す特性図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタの照射光に対する入射角度と透過率の関係を示す特性図である。

【図7】図７は、第２の実施形態に係るバンドパスフィルタを示す構成図である。

【図8】図８は、第２の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタを示す構成図である。

【図9】図９は、第３の実施形態に係るバンドパスフィルタと受光器を示す構成図である。

【図10】図１０は、第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタと受光器を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0011】

また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0012】

本実施形態に係る光センサについて説明する。

【0013】

［第１の実施形態］
（光センサの構成）
図１は、第１の実施形態に係る光センサの構成図の一例である。

【0014】

本実施形態に係る光センサ１は、図１に示すように、光源１１と、投光レンズ１２と、受光レンズ１３と、バンドパスフィルタ１４と、受光器１５、測定装置１６とを備えている。

【0015】

光センサ１は、例えば、被検出物２１に光を照射して反射した光を受光する。具体的には、光センサ１は、図１に示すように、光源１１が光を射出し、投光レンズ１２を介して被検出物２１に光を照射する。また、光センサ１は、被検出物２１に反射した光を受光レンズ１３及びバンドパスフィルタ１４を介して受光器１５が光を受光する。また、光センサ１は、受光した光を用いて、測定装置１６で光センサ１と被検出物２１との距離を測定する。なお、光センサ１は、例えば、三角距離方式を用いて、受光器１５の受光位置を解析して距離を測定してもよい。また、光センサ１は、例えば、タイム・オブ・フライト方式を用いて、被検出物２１によって反射し受光されるまでの時間を計測し、演算処理によって距離を測定してもよい。あるいは受光器１５の受光強度によって光センサ１の周囲における被検出物２１の有無を判断しても良い。以下の説明において、光センサ１と被検出物２１の関係の状態を示す情報である、光センサ１と被検出物２１との距離、あるいは光センサ１の周囲の被検出物２１の有無などを、「被検出物２１の状態」とも称する。

【0016】

光源１１は、例えば、波長８００nm～１０００nmの光を射出する。具体的には、光源１１は、例えば、波長９２０～９７０nmの光を射出する垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成してもよい。なお、光源１１を分布帰還型レーザ（Distributed Feedback : DFB）またはフォトニック結晶レーザで構成してもよい。以下の説明において、光源１１は、垂直共振面発光レーザとして説明する。

【0017】

光源１１は、環境温度によって、第１の波長シフト量だけ射出される特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。光源１１の第１の波長シフト量は、例えば、０．０７nm／℃である。また、光源１１は、例えば、特定のピーク波長を含む波長帯域の照射光を被検出物に射出する。環境温度とは、ここでは、光源の周囲温度をいう。

【0018】

投光レンズ１２は、光源１１から射出した光を集光して照射する。なお、投光レンズ１２は、光源１１が射出した光を略平行な光束に変換してもよい。

【0019】

受光レンズ１３は、被検出物２１に反射した照射光を受けて集光する。なお、受光レンズ１３は、被検出物２１に反射した照射光を略平行な光束に変換してもよい。

【0020】

バンドパスフィルタ１４は、被検出物２１に反射した照射光を選択的に透過させる。すなわち、バンドパスフィルタ１４は、特定のピーク波長を含まない波長帯域の外乱光を遮断する。外乱光とは、外部環境から受光器１５に入射する光であり、広範な波長帯域において存在する。なお、バンドパスフィルタ１４は、受光レンズ１３と受光器１５の間に配置するのではなく、被検出物２１と受光レンズ１３の間に配置してもよい。つまり、被検出物２１に反射した照射光は、先にバンドパスフィルタ１４を透過して受光レンズ１３で照射光を集光してもよい。バンドパスフィルタ１４の構成の詳細は、後で説明する。

【0021】

受光器１５は、被検出物２１に反射した照射光を受光する。受光器１５は、例えば、フォトダイオードで構成してもよい。

【0022】

測定装置１６は、受光器１５が受光した光を用いて、被検出物２１の状態を測定する。具体的には、測定装置１６は、受光器１５が受光した光を用いて、光センサ１と被検出物２１との距離を測定する。なお、測定装置１６は、受光器１５が受光した光を用いて、受光した光の位置を解析してもよい。また、測定装置１６は、光源１１を射出する時間から被検出物２１に反射して受光器１５が受光するまでの時間を計測し、演算処理によって距離を測定してもよい。あるいは受光器１５の受光強度によって光センサ１の周囲における被検出物２１の有無を判断しても良い。

【0023】

（バンドパスフィルタの構成）
次に、本実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ａの構成について説明する。

【0024】

図２は、本実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ａを示す構成図の一例である。図３は、本実施形態に係る半導体多層膜１４２Ａの詳細な構造を示す構成図の一例である。

【0025】

本実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ａは、図２に示すように、半導体バンドパスフィルタ２４１と、誘電体バンドパスフィルタ２４２とを備える。なお、図２では、半導体バンドパスフィルタ２４１は、受光器１５側に配置し、誘電体バンドパスフィルタ２４２は、被検出物２１側に配置される。なお、半導体バンドパスフィルタ２４１は、被検出物２１側に配置し、誘電体バンドパスフィルタ２４２は、受光器１５側に配置してもよい。

【0026】

半導体バンドパスフィルタ２４１及び誘電体バンドパスフィルタ２４２は、被検出物２１によって反射した照射光を選択的に透過させる。つまり、被検出物２１に反射した照射光は、図２に示すように、誘電体バンドパスフィルタ２４２を透過した後に、半導体バンドパスフィルタ２４１を透過する。また、半導体バンドパスフィルタ２４１及び誘電体バンドパスフィルタ２４２は、外乱光を遮断する。誘電体バンドパスフィルタ２４２を備える理由は、半導体バンドパスフィルタ２４１を単独で用いるよりも広範囲の波長帯域において、外乱光を遮断するためである。

【0027】

半導体バンドパスフィルタ２４１は、環境温度によって、第２の波長シフト量だけ特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する。環境温度とは、ここでは、半導体バンドパスフィルタの周囲温度をいう。半導体バンドパスフィルタ２４１の温度に依存してシフトする波長のシフト量を第２の波長シフト量と称する。第２の波長シフト量は、半導体バンドパスフィルタ２４１の構成形状及び材料の設定により調整される。半導体バンドパスフィルタ２４１は、環境温度によって発生する第２の波長シフト量と、光源１１の環境温度によって発生する第１波長シフト量とが同等であるように、半導体バンドパスフィルタ２４１の構成形状及び材料に選択される。具体的には、光センサ１は、光源１１の環境温度によって発生する第１の波長シフト量が０．０７nm／℃の場合、半導体バンドパスフィルタ２４１の構成形状及び材料に基づいて、第２の波長シフト量が０．０７nm／℃を有する半導体バンドパスフィルタ２４１を含むバンドパスフィルタ１４を用いればよい。

【0028】

半導体バンドパスフィルタ２４１は、図２に示すように、基台の一例である半導体基板１４１Ａと、第１の半導体多層膜の一例である半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ａとを備える。具体的には、半導体バンドパスフィルタ２４１は、半導体基板１４１Ａ上に、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ａを形成する構造である。なお、半導体基板１４１Ａの受光器１５側を向く面と、半導体多層膜１４２Ａの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（Anti Reflection Coating：ARコーティング）を形成してもよい。

【0029】

半導体基板１４１Ａは、例えば、単体半導体基板または化合物半導体基板のいずれか少なくとも１つの基板であればよい。なお、単体半導体基板の材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などを用いてもよい。また、化合物半導体基板の材料としては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などを用いてもよい。

【0030】

半導体多層膜１４２Ａは、図３に示すように、例えば、第１の層Ｙ１と、複数の第２の層Ｙ２と、第３の層Ｙ３と、キャップ層２０２ＬＴを備える。半導体多層膜１４２Ａは、第１の層Ｙ１、第２の層Ｙ２、第３の層Ｙ３、及びキャップ層２０２ＬＴに積層されている個々の半導体層の形状の一例である膜厚及び材料の物性の一例である屈折率に基づいて、環境温度によって発生する第２の波長シフト量を設定する。

【0031】

第１の層Ｙ１は、例えば、基台の一例である半導体基板１４１Ａ上に積層される第１の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１ＬＢと、第１の屈折率層２０１ＬＢ上に積層される第１のスタック層Ｓ１とを備える。以下の説明において、第１の半導体層の一例を第１の屈折率層２０１ＬＢとも称する。

【0032】

第１のスタック層Ｓ１は、複数の第１の積層構造（ＰＢ１、ＰＢ２、・・・、ＰＢｍ）を備える。具体的には、第１の積層構造は、第２の半導体層の一例である第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する第２の屈折率層２０２Ｂ上に、第３の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１Ｂを積層して、第２の屈折率層２０２Ｂと第１の屈折率層２０１Ｂとが対となる構造である。以下の説明において、第２の屈折率層２０２Ｂと第１の屈折率層２０１Ｂとが対となる構造を第１の積層構造を称する。

【0033】

第１の屈折率層２０１ＬＢ及び第１の屈折率層２０１Ｂは、第２の屈折率層２０２Ｂより屈折率が低い。具体的には、第１の屈折率層２０１ＬＢ及び第１の屈折率層２０１Ｂは、例えば、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_０．８５ＧａＡｓ）を用いてもよい。また、第２の屈折率層２０２Ｂは、例えば、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いてもよい。なお、一例として、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素を挙げたが、これに限定するものではない。

【0034】

第１の屈折率層２０１ＬＢ、第２の屈折率層２０２Ｂ、第１の屈折率層２０１Ｂの膜厚は、例えば、４０～１００nm程度で形成されていればよい。

【0035】

第２の層Ｙ２は、例えば、第１の層Ｙ１上に積層される第４の半導体層の一例である第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する第１のキャビティ層２０３ＬＭと、第１のキャビティ層２０３ＬＢ上に積層される第５の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１ＬＭと、第１の屈折率層２０１ＬＭ上に積層される第２のスタック層Ｓ２とを備える。以下の説明において、第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する第４の半導体層を第１のキャビティ層２０３ＬＭとも称する。

【0036】

第２のスタック層Ｓ２は、複数の第１の積層構造（ＰＭ１、ＰＭ２、・・・、ＰＭｍ）を備える。具体的には、第１の積層構造（ＰＭ１、ＰＭ２、・・・、ＰＭｍ）は、第６の半導体層の一例である第２の屈折率層２０２Ｍ上に、第７の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１Ｍを積層して、第２の屈折率層２０２Ｍと第１の屈折率層２０１Ｍとが対となる構造である。以下の説明において、第２の屈折率層２０２Ｍと第１の屈折率層２０１Ｍとが対となる構造を第１の積層構造とも称する。

【0037】

第１のキャビティ層２０３ＬＭ及び第２の屈折率層２０２Ｍは、第１の屈折率層２０１ＬＭ及び第１の屈折率層２０１Ｍより屈折率が高い。具体的には、第１のキャビティ層２０３ＬＭ及び第２の屈折率層２０２Ｍは、例えば、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いてもよい。第１の屈折率層２０１ＬＭ及び第１の屈折率層２０１Ｍは、例えば、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ０．８５ＧａＡｓ）を用いてもよい。なお、一例として、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素を挙げたが、これに限定するものではない。

【0038】

第１の屈折率層２０１ＬＭ、第２の屈折率層２０２Ｍ、第１の屈折率層２０１Ｍの膜厚は、例えば、４０～１００nm程度で形成されていればよい。また、第１のキャビティ層２０３ＬＭの膜厚は、例えば、１００～７００nm程度で形成されていればよい。

【0039】

第３の層Ｙ３は、例えば、第２の層Ｙ２上に積層される第８の半導体層の一例である第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する第２のキャビティ層２０３ＬＴと、第２のキャビティ層２０３ＬＴ上に積層される第９の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１ＬＴと、第１の屈折率層２０１ＬＴ上に積層される第３のスタックＳ３を備える。以下の説明において、第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する第８の半導体層を第２のキャビティ層２０３ＬＴとも称する。

【0040】

第３のスタック層Ｓ３は、第１の積層構造（ＰＴ１、ＰＴ２、・・・、ＰＴｍ）を備える。具体的には、第３の積層構造（ＰＴ１、ＰＴ２、・・・、ＰＴｍ）は、第１０の半導体層の一例である第２の屈折率層２０２Ｔ上に、第１１の半導体層の一例である第１の屈折率層２０１Ｔを積層して、第２の屈折率層２０２Ｔと第１の屈折率層２０１Ｔとが対となる構造である。以下の説明において、第２の屈折率層２０２Ｔと第１の屈折率層２０１Ｔとが対となる構造を第１の積層構造を称する。

【0041】

第２のキャビティ層２０３ＬＴ及び第２の屈折率層２０２Ｔは、第１の屈折率層２０１ＬＴ及び第１の屈折率層２０１Ｔより屈折率が高い。具体的には、第２のキャビティ層２０３ＬＴ及び第２の屈折率層２０２Ｔは、例えば、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いてもよい。第１の屈折率層２０１ＬＴ及び第１の屈折率層２０１Ｔは、例えば、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ０．８５ＧａＡｓ）を用いてもよい。なお、一例として、屈折率n=３．０７３を有するアルミニウムガリウムヒ素、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素を挙げたが、これに限定するものではない。

【0042】

第１の屈折率層２０１ＬＴ、第２の屈折率層２０２Ｔ、第１の屈折率層２０１Ｔの膜厚は、例えば、４０～１００nm程度で形成されていればよい。また、第２のキャビティ層２０３ＬＴの膜厚は、例えば、１００～７００nm程度で形成されていればよい。

【0043】

キャップ層２０２ＬＴは、第３の層上に積層される第１の屈折率層よりも高い屈折率を有する半導体層である。キャップ層２０２ＬＴは、例えば、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いてもよい。なお、一例として、屈折率n=３．５８９を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を挙げたが、これに限定するものではない。また、キャップ層２０２ＬＴの膜厚は、例えば、１００～７００nm程度で形成されていればよい。

【0044】

誘電体バンドパスフィルタ２４２は、図２に示すように、誘電体基板１４３Ａと、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ａとを備える。具体的には、誘電体バンドパスフィルタ２４２は、誘電体基板１４３Ａ上に誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ａを形成する構造である。なお、誘電体基板１４３Ａの受光器１５側を向く面と、誘電体多層膜１４４Ａの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（ARコーティング）を形成してもよい。なお、誘電体バンドパスフィルタ２４２の内部構成は公知であるので、内部構成の説明は省略する。

【0045】

図４は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタ２４１の透過帯域と遮断帯域の関係を示す特性図である。図５は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタ２４１の照射光に対する温度と透過率の関係を示す特性図である。図６は、本実施形態に係る半導体バンドパスフィルタ２４１の照射光に対する入射角度と透過率の関係を示す特性図である。

【0046】

図４において、半導体バンドパスフィルタ２４１の透過帯域と遮断帯域の関係は、被検出物２１によって反射した照射光が、波長９３５～９５５nm程度の透過帯域で透過し、波長９３５nm以下及び９５５nm以上の遮断帯域で遮断されることを示す。すなわち、半導体バンドパスフィルタ２４１は、図４に示すように、特定のピーク波長（ここでは、波長９４５nm）を含む波長帯域で照射光を透過させ、遮断帯域の外乱光を遮断する。波長８９０nm以下及び１０１０nm以上の波長帯域の外乱光は、誘電体バンドパスフィルタ２４２により遮断される。

【0047】

図５において、半導体バンドパスフィルタ２４１の照射光に対する温度と透過率の関係は、被検出物２１によって反射した照射光を有する波長が、環境温度によって、ピーク波長がシフトしていることを示す。具体的には、照射光は、例えば、環境温度３０℃の場合、ピーク波長が９４５nmに対し、環境温度８０℃の場合、ピーク波長が９５７nmにシフトしている。つまり、半導体バンドパスフィルタ２４１は、環境温度によって、透過できる特定の波長ピークがシフトする第２の波長シフト量０．０７７nm／℃を有する。

【0048】

図６において、半導体バンドパスフィルタ２４１の照射光に対する入射角度と透過率の関係は、被検出物２１によって反射した照射光を有する波長が、照射光に対する入射角度によって、ピーク波長がシフトしていることを示す。

【0049】

具体的には、照射光は、例えば、入射角０°の場合、ピーク波長が９４５nmに対し、入射角６０°の場合、ピーク波長が９２０nmにシフトしている。つまり、半導体バンドパスフィルタ２４１は、照射光の斜め方向からの入射する光によって、透過できる特定の波長ピークがシフトする。なお、半導体バンドパスフィルタ２４１の入射角度によるシフト量は、例えば、入射角度４０°の場合、１５nm/°である。これは、例えば、誘電体バンドパスフィルタの入射角度４０°による８９．４nm/°よりシフト量が小さい。なお、ここでの斜め方向からの入射する光とは、１°～９０°である。

【0050】

以上のように、第１の実施形態の光センサ１は、環境温度によって、第１の波長シフト量だけ射出される特定の波長ピークがシフトする温度特性を有する光源１１に対し、環境温度によって、第２の波長シフト量だけ特定の波長ピークがシフトする温度特性を有するバンドパスフィルタ１４によって、第２の波長シフト量が第１の波長シフト量と同等であるように、バンドパスフィルタ１４の構成形状及び材料を選択する。したがって、第１の実施形態の光センサ１によれば、環境温度によって、射出される特定の波長ピークがシフトする第１の波長シフト量が発生したときに、半導体バンドパスフィルタ２４１を有するバンドパスフィルタ１４が第１の波長シフト量と同等の第２の波長シフト量だけ特定の波長ピークがシフトする温度特性を有することで透過する帯域を狭く設定することができ、受光する光のノイズ成分を抑制することができる。

【0051】

また、第１の実施形態の光センサ１は、半導体バンドパスフィルタ２４１を有するバンドパスフィルタ１４を備えることで、誘電体バンドパスフィルタに対し、受光する光の入射角によるシフト量が小さいため、透過する帯域が変化しにくくなり、受光する光のノイズ成分を抑制することができる。

【0052】

第１の実施形態の光センサ１は、受光する光のノイズ成分を抑制することで、光センサ１と被検出物２１との距離の測定値を精度が高くなる。よって、第１の実施形態の光センサ１は、光センサ１と被検出物２１との距離を正確に測定することができる。あるいは受光する光のノイズ成分を抑制することで、照射光の強度が弱い条件でも被検出物の検知が可能となる。

【0053】

［第２の実施形態］
（バンドパスフィルタの構成）
第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂについて説明する。

【0054】

図７は、第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂを示す構成図の一例である。

【0055】

第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂは、図２のバンドパスフィルタ１４Ａに対し、構成が異なる。具体的には、第1の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ａは、半導体バンドパスフィルタ２４１と、誘電体バンドパスフィルタ２４２とを備えるのに対し、第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂは、図７に示すように、半導体バンドパスフィルタ２４３を備える。なお、光センサ１のバンドパスフィルタ１４の他の構成は、光センサ１と同様である。

【0056】

半導体バンドパスフィルタ２４３は、具体的には、基台の一例である半導体基板１４１Ｂと、第１の半導体多層膜の一例である半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｂと、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ｂとを備える。

【0057】

すなわち、半導体バンドパスフィルタ２４３は、半導体基板１４１Ｂ上に、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｂを形成し、半導体多層膜１４２Ｂ上に、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ｂを形成する構造である。なお、半導体基板１４１Ｂの受光器１５側を向く面と、誘電体多層膜１４４Ｂの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（ARコーティング）を形成してもよい。

【0058】

第２の実施形態に係る半導体バンドパスフィルタ２４３を有する光センサ１の効果は、第１の実施形態に係る光センサ１と同様である。

【0059】

また、第２の実施形態に係る半導体バンドパスフィルタ２４３によれば、半導体多層膜１４２Ｂ上に誘電体多層膜１４４Ｂを形成することで、バンドパスフィルタを１つにすることができる。さらに、半導体バンドパスフィルタ２４３は、半導体多層膜１４２Ｂが遮断できない波長帯域の外乱光を、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを有する誘電体多層膜１４４Ｂを用いて遮断することで受光する光のノイズ成分を抑制することができる。

【0060】

［第２の実施形態の変形例］
（バンドパスフィルタの構成）
第２の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｃについて説明する。

【0061】

図８は、第２の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｃを示す構成図の一例である。

【0062】

第２の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｃは、図７の第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂに対し、構成が異なる。具体的には、第２の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｂは、基台の一例である半導体基板１４１Ｂと、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｂと、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ｂとを備えるのに対し、第２の実施形態変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｃは、図８に示すように、半導体バンドパスフィルタ２４４を備える。なお、光センサ１のバンドパスフィルタ１４の他の構成は、光センサ１と同様である。

【0063】

半導体バンドパスフィルタ２４４は、具体的には、基台の一例である半導体基板１４１Ｃと、第１の半導体多層膜の一例である半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｃと、第２の半導体多層膜の一例である半導体多層膜１４２Ｃと特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４５Ｃとを備える。

【0064】

すなわち、半導体バンドパスフィルタ２４４は、半導体基板１４１Ｃ上に、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｃを形成し、半導体多層膜１４２Ｃ上に、半導体多層膜１４２Ｃと特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４５Ｃを形成する構造である。なお、半導体基板１４１Ｃの受光器１５側を向く面と、半導体多層膜１４５Ｃの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（ARコーティング）を形成してもよい。

【0065】

第２の実施形態の変形例に係る半導体バンドパスフィルタ２４４を有する光センサ１の効果は、第１の実施形態に係る光センサ１と同様である。

【0066】

また、第２の実施形態の変形例に係る半導体バンドパスフィルタ２４４によれば、半導体多層膜１４２Ｃ上に半導体多層膜１４２Ｃを形成することで、バンドパスフィルタを１つにすることができる。さらに、半導体バンドパスフィルタ２４４は、半導体多層膜１４２Ｃが遮断できない波長帯域の外乱光を、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを有する半導体多層膜１４５Ｃを用いて遮断することで受光する光のノイズ成分を抑制することができる。
［第３の実施形態］
（バンドパスフィルタの構成）

【0067】

第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄについて説明する。

【0068】

図９は、第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄを示す構成図の一例である。

【0069】

第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄは、図２のバンドパスフィルタ１４及Ａ及び受光器１５に対し、構成が異なる。

【0070】

具体的には、第1の実施形態に係る光センサは、バンドパスフィルタ１４及び受光器１５は、別々に構成されているのに対し、第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄは、図９に示すように、受光器１５Ｄを備える。なお、光センサ１のバンドパスフィルタ１４及び受光器１５の他の構成は、光センサ１と同様である。

【0071】

また、バンドパスフィルタ１４Ｄは、基台の一例である受光器１５Ｄと、第１の半導体多層膜の一例である半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｄと、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ｄとを備える。

【0072】

すなわち、バンドパスフィルタ１４Ｄは、受光器１５Ｄ上に、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｄを形成し、半導体多層膜１４２Ｄ上に、誘電体材料を有する複数の誘電体層を積層した誘電体多層膜１４４Ｄを形成する構造である。なお、誘電体多層膜１４４Ｄの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（ARコーティング）を形成してもよい。

【0073】

第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄを有する光センサ１の効果は、第１の実施形態に係る光センサ１と同様である。

【0074】

また、第３の実施形態に係るバンドパスフィルタ１４Ｄによれば、受光器１５Ｄ上に半導体多層膜１４２Ｄ及び誘電体多層膜１４４Ｄを形成することで、バンドパスフィルタと受光器を１つにすることができる。さらに、バンドパスフィルタ１４Ｄの半導体多層膜１４２Ｄが遮断できない波長帯域の外乱光を、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを有する誘電体多層膜１４４Ｄを用いて遮断することで受光する光のノイズ成分を抑制することができる。

【0075】

［第３の実施形態の変形例］
（バンドパスフィルタの構成）
第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅについて説明する。

【0076】

図１０は、第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅを示す構成図の一例である。

【0077】

第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅは、図９の第３の実施形態に係る誘電体多層膜１４４Ｄに対し、構成が異なる。

【0078】

具体的には、第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅは、図１０に示すように、第３の実施形態に係る誘電体多層膜１４４Ｄに対し、半導体多層膜１４２Ｅと特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４５Ｅである。なお、光センサ１のバンドパスフィルタ１４及び受光器１５の他の構成は、光センサ１と同様である。

【0079】

また、バンドパスフィルタ１４Ｅは、基台の一例である受光器１５Ｅと、第１の半導体多層膜の一例である半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｅと、第２の半導体多層膜の一例である半導体多層膜１４２Ｅと特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４５Ｅとを備える。

【0080】

すなわち、バンドパスフィルタ１４Ｅは、受光器１５Ｅ上に、半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４２Ｅを形成し、半導体多層膜１４２Ｅ上に、半導体多層膜１４２Ｅと特性が異なる半導体材料を有する複数の半導体層を積層した半導体多層膜１４５Ｅを形成する構造である。なお、半導体多層膜１４５Ｅの被検出物２１側を向く面との表面に反射防止膜（ARコーティング）を形成してもよい。

【0081】

第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅを有する光センサ１の効果は、第１の実施形態に係る光センサ１と同様である。

【0082】

また、第３の実施形態の変形例に係るバンドパスフィルタ１４Ｅによれば、受光器１５Ｅ上に半導体多層膜１４２Ｅ及び半導体多層膜１４５Ｅを形成することで、バンドパスフィルタと受光器を１つにすることができる。さらに、バンドパスフィルタ１４Ｅの半導体多層膜１４２Ｅが遮断できない波長帯域の外乱光を、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを有する半導体多層膜１４５Ｅを用いて遮断することで受光する光のノイズ成分を抑制することができる。

【0083】

（その他の実施形態）
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載しない様々な実施形態等を含む。

【符号の説明】

【0084】

１ 光センサ
１１ 光源
１２ 投光レンズ
１３ 受光レンズ
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ バンドパスフィルタ
１５ １５Ｄ、１５Ｅ 受光器
１６ 測定装置
２１ 被検出物
１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃ 半導体基板
１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄ、１４２Ｅ、１４５Ｃ、１４５Ｅ 半導体多層膜
１４３Ａ 誘電体基板
１４４Ａ １４４Ｂ、１４４Ｄ 誘電体多層膜
２４１、２４３、２４４ 半導体バンドパスフィルタ
２４２ 誘電体バンドパスフィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】