光検出素子、光検出装置およびオートライト装置
【課題】複数の検出電流経路が発生することを防止し、光吸収層の表面状態にかかわらず、高感度で安定して検出することができる光検出素子及び光検出装置を提供する。
【解決手段】光検出素子は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６、パッケージ７で構成される。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、光吸収層２に電極３と電極４の一部が埋め込まれている。パッケージ７上に光検出部がジャンクションダウンで接着層５により接合されている。光吸収層２は、特定波長の光を選択的に吸収して、電気信号に変換する。測定する光は、透光性基板１の裏面から照射される。
【解決手段】光検出素子は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６、パッケージ７で構成される。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、光吸収層２に電極３と電極４の一部が埋め込まれている。パッケージ７上に光検出部がジャンクションダウンで接着層５により接合されている。光吸収層２は、特定波長の光を選択的に吸収して、電気信号に変換する。測定する光は、透光性基板１の裏面から照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光吸収層の表面状態による影響を抑制し、安定的に光を検出する光検出素子、光検出装置およびオートライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出装置には、例えば、受光部の光誘起電流量の変化によって受光部に照射される紫外線を検出する、いわゆる光伝導型センサ素子を用いたものがある。
【０００３】
これは、コストが安いことやドーピングの制御のしやすさから、波長４００〜７５０ｎｍの範囲の可視光等にも検出感度を持つＳｉ半導体等が従来から考えられている。
【０００４】
この光伝導型センサ素子の光検出原理は、受光部の半導体にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射することによって、光電変換作用により、半導体内に電子―正孔対を発生させ、このキャリアを外部印加電圧により外部回路へ取り出し、光誘起電流量として検出するものである。
【０００５】
また、紫外光を検出するために、ＺｎＯベースの紫外光センサも提案されている。
【０００６】
特に、酸化物表面は、周辺雰囲気や湿度によって表面抵抗率が変化することが知られており、この効果を利用したものが半導体式のガスセンサである。
【０００７】
ＺｎＯも例外ではなく、外気中の酵素濃度や水分や有機分子などの周辺雰囲気により表面抵抗率が変化する。
【０００８】
このため、我々は、特許文献１にて、紫外光検出素子を提案した。
【０００９】
これは、不安定な膜表面状態の影響を極力抑え、素子毎の電気的特性のバラツキを抑制するために、埋め込み型の電極を用いるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の構成では、確かに、接触抵抗等の変化を防ぐことには、非常に効果がある。しかし、半導体層等の物質の表面層は、一般的に抵抗値が不安定である。例えば、製造過程で、表面状態が変わることがある。酸化物では、表面層の酸素欠損により、表面層が他の領域と比べて低抵抗となってしまう。また、酸化物でなくとも、表面抵抗は表面の状態により変化するため、汚れや不純物が付着する等により、表面状態が異なると、表面抵抗は変動し、不安定になる。
【００１２】
このため、特許文献１のように埋め込み型電極の構成にした場合でも、電極間をほぼ直線的に流れる電流と、一方の電極から表面層を経由して他方の電極に流れる電流の２経路の電流経路が発生し、これらの両方の電流により照射光を検出するため、光検出素子の電気的特性や感度がバラツクという問題があった。
【００１３】
また、特許文献１では、外気中の水分や有機分子などの影響を防ぐために、紫外光吸収層の表面に保護膜を設けているが、保護膜の種類によっては紫外光の吸収係数が大きいために、紫外光検出素子の感度が低下するという問題があった。
【００１４】
一方、紫外線の人体への影響は波長によって異なるので、人体に与える影響については、紫外線の強度だけでなく、波長も考慮しなければならない。
【００１５】
ここで、波長毎の人体への相対影響度として、国際照明委員会（CIE：Commission internationale de l'eclairage）より、ＣＩＥ作用スペクトルが定義されている。
【００１６】
また、（太陽光スペクトル）×（ＣＩＥ作用スペクトル）＝（ＣＩＥ紫外線量）（ｍＷ／ｍ２）を積分し、２５で割った値がＵＶインデックスであり、紫外線の危険性の指標として用いられている。
【００１７】
しかし、従来において正確にＵＶインデックスを測るには、分光器を使用して太陽光スペクトルを測る必要があり、時間と手間がかかるという問題があった。
【００１８】
また、ＵＶ−Ｂを測定するセンサも開発されつつあるが、価格が数十万円程度と高価であり、またサイズも大きく、一般消費者への普及には不向きであるという問題もあった。
【００１９】
また、照度に基づいて自動的に点灯、消灯するオートライト装置について、光検出装置による紫外線の検出結果を活用したいという要望がある。
【００２０】
本発明の目的は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、複数の検出電流経路が発生することを防止し、光吸収層の表面状態にかかわらず、高感度で安定して検出することができる光検出素子及び光検出装置を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、ＵＶインデックスを簡易かつ迅速に測定することのできる光検出装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の他の目的は、光検出装置による紫外線の検出結果を活用して利便性を向上させたオートライト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、透光性基板と、前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、前記透光性基板上に配置された検出電極と、前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層から発生する電流を前記検出電極により検出する光検出素子が提供される。
【００２４】
また、本発明の他の態様によれば、複数の光検出素子を備えた光検出装置であって、前記各光検出素子は、透光性基板と、前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、前記透光性基板上に配置された検出電極と、前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層からの電流を前記検出電極により検出する素子であるとともに、第１の光検出素子は、一定の波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルタを第１の透光性基板上の光の入射面側に有し、第２の光検出素子は、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルタを第２の透光性基板上の光の入射面側に有し、前記第１の光検出素子の信号と前記第２の光検出素子の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測する光検出装置が提供される。
【００２５】
また、本発明の他の態様によれば、外部の紫外線を検出する請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光検出装置と、外部の照度を検出する照度検出装置と、前記光検出装置および前記照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と備えるオートライト装置が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の検出電流経路が発生することを防止し、光吸収層の表面状態にかかわらず、高感度で安定して検出することができる光検出素子及び光検出装置が提供される。
【００２７】
また、ＵＶインデックスを簡易かつ迅速に測定することのできる光検出装置が提供される。
【００２８】
また、光検出装置による紫外線の検出結果を活用して利便性を向上させたオートライト装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態に係る光検出素子の構成例を示す模式的断面構造図。
【図２】第１の実施の形態に係る光検出素子において、埋め込み型電極を用いた光検出素子に発生する複数の電流経路を示す説明図。
【図３】第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係を示すグラフ。
【図４】第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係を示すグラフ。
【図５】第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の受光感度特性を示すグラフ。
【図６】第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射と裏面照射の検出電流を比較したグラフ。
【図７】第１の実施の形態に係る光検出素子において、透光性基板の表面に光学フィルタが形成された構造を示す模式的鳥瞰図。
【図８】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の光学フィルタの膜厚の形成状態を示すグラフ。
【図９】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の構造に紫外光を照射した場合の波長と透過率との関係を示すグラフ。
【図１０】第１の実施の形態に係る光検出素子の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１１】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１と図１０の光検出素子に紫外光を照射した場合のそれぞれの受光感度を示すグラフ。
【図１２】図１１の実測受光感度と理論上の受光感度との比較を示すグラフ。
【図１３】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた構造を示す模式的断面構造図。
【図１４】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１０の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた構造を示す模式的断面構造図。
【図１５】第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１６】第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１７】半導体の種類と各半導体の吸収端波長を示すグラフ。
【図１８】第２の実施の形態に係る光検出装置の構成例を示す平面図。
【図１９】第２の実施の形態に係る光検出装置の模式的断面構造図。
【図２０】紫外線の大圏気外（Ａ１０）及び晴天時の地表（Ａ１１）での波長別の強度を示すグラフ。
【図２１】ＣＩＥ作用スペクトルの相対影響度と波長の関係を示すグラフ。
【図２２】紅斑紫外線強度と波長の関係を示すグラフ。
【図２３】ＵＶ−Ｂについての感度特性を示すグラフ。
【図２４】受光感度スペクトル（Ａ１２）とＣＩＥ作用スペクトルの受光感度と波長の関係を示すグラフ。
【図２５】第３の実施の形態に係るオートライト装置の概略構成を示すブロック図。
【図２６】第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図２７】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図であって、（ａ）太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合、（ｂ）高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合、（ｃ）高架下６００などを通過後、自動車のヘッドライト５６０が再び消灯状態となる場合。
【図２８】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図であって、（ａ）太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合、（ｂ）高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合、（ｃ）高架下６００などを通過後、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる場合。
【図２９】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、曇天や雨天下において照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図。
【図３０】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、曇天や雨天下において照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図。
【図３１】太陽光の散乱状態を示す説明図。
【図３２】本州付近の夏の晴天時のＵＶインデックスの日変化を、直射光と散乱光に分けて示したグラフ。
【図３３】紫外線の地表面からの反射状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
（光検出装置）
第１の実施の形態に係る光検出素子の構成例を示す模式的断面構造は、図１に示すように表される。光検出部は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６で構成されている。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３と電極４の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。電極３が正電極の場合は、電極４が負電極に相当し、電極３が負電極の場合は、電極４が正電極に相当する。絶縁膜からなるパッケージ７上に光検出部がジャンクションダウン（フェースダウン）で接着層５によりダイボンディングされている。
【００３１】
光吸収層２は、特定波長の光を選択的に吸収して、電子と正孔を生成する物質で構成されており、例えば、光電効果を有する半導体層等で構成される。ここで、電極３、４は、透光性基板１上に形成されており、電極３、４の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。また、電極３、４の全体が光吸収層２に埋め込まれるように構成しても良い。絶縁膜６により、光吸収層２の表面（透光性基板１と反対側）及び側面が完全に覆われて、絶縁膜６の両端は、電極３、４上に形成される。絶縁膜６の両側には、接着層５が形成されており、この接着層５により、透光性基板１とパッケージ７の底面とが接着されるため、光検出部全体がパッケージ７上に固定される。
【００３２】
また、パッケージ７は、形状がコの字型に形成されている。パッケージ７の側面は、光検出部の透光性基板１の裏面位置の高さを超えて、光検出部全体が完全に囲まれるように形成される。パッケージ７の側面は、少なくとも、光検出部の透光性基板１の裏面位置の高さまでは形成される。
【００３３】
電極３、４は、光が光吸収層２で吸収されて、生成された電子、正孔に基づく電流を外部に取り出すための電極である。このため、電極３と電極４との間に、直流のバイアスを印加する必要があり、図示はしていないが、直流電源が接続される。バイアス電圧は可変できるようになっている。
【００３４】
光吸収層２は、高抵抗で、特定の波長域のみを選択的に吸収する材料を使用することが望ましい。高抵抗が望ましいのは、光により発生するキャリアと、素子に印加されるバイアスにより発生する電流との区別をつける必要があるためである。
【００３５】
一方、透光性基板１は、少なくとも検出の対象となる波長域の光に対しては吸収を起こさず透明で、余計な電流が発生しない高抵抗の材料が望ましく、例えばガラス、サファイア基板等を用いることができる。絶縁膜６、パッケージ７は、防水、防湿、防傷機能などを有するもので、ＳｉＮやＳｉＯ２等が用いられる。一般的に、ＳｉＮの方が防水性に優れているので、これを用いることが多い。また、パッケージ７は、支持基台であっても良い。この場合は、筐体等に配置することを想定して、パッケージ７は金属配線パターンが形成された支持基台が用いられる。
【００３６】
例えば、特許文献１の構造では、紫外光を検出する場合、紫外光を吸収するＳｉＮは、光検出素子の感度低下に繋がるので好ましくない。しかし、第１の実施の形態に係る光検出素子では、図１に示すように、光吸収層２に光が到達するまでの間に、絶縁膜６、パッケージ７が配置されている構造ではないので、紫外光の吸収に関して注意することなく、絶縁膜の材料を選択することができる。
【００３７】
光は、図の矢印のように、透光性基板１の裏面側から照射されて、透光性基板１を透過した光が光吸収層２により吸収されて、光電効果により正孔、電子が発生し、電極３と電極４の間に流れる電流として検出される。
【００３８】
第１の実施の形態に係る光検出素子では、光吸収層２の中に電極３、４を埋め込むのではなく、光吸収層２上に電極３、４を配置するとともに、光検出部をジャンクションダウンでパッケージ７にフリップチップ接合して、電極及び光吸収層を外気に曝さないようにしているので、電極や光吸収層の劣化を防止することができる。そして、光を透光性基板１の裏面から照射する構造とすることで、光吸収層の表面層の電導による影響を排除することができる。このため、光検出素子の電気的特性が安定し、高感度で安定して光検出を行うことができる。
【００３９】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、埋め込み型電極を用いた光検出素子に発生する複数の電流経路は、図２に示すように表される。図２に示すように、表面抵抗の低下により、２つの電流経路が発生する。ガラス基板２１上に光吸収層としてのＺｎＯ膜２２が形成されている。実線の矢印のように、上方から光が照射されると、ＺｎＯ膜２２で紫外光が吸収されて、光電効果により、電極２３と電極２４の間に流れる電流として検出される。この検出電流の経路としては、通常、例えばＡの矢印で示したように、電極２３と電極２４の間の直線距離を電極２３から電極２４の方へ向かって流れる。しかし、ＺｎＯ膜２２の表面層の抵抗は不安定であり、例えば、表面の酸素欠損により表面層が他の領域よりも低抵抗になる。
【００４０】
すると、電流経路Ａだけでなく、電極２３から経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３を通って電極２４に流れる表面電導による電流経路Ｂが発生する。このように、検出電流には、電流経路Ａ及び電流経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３の両方が寄与することになる。この２つの電流経路を流れる電流は、光吸収層の表面抵抗の値により変動するので、個々の光検出素子の電気的特性や感度にはバラツキが発生する。
【００４１】
具体的には、光吸収層の表面層の抵抗値をＲｓ、電極付近の抵抗値をＲ１、光検出膜の膜厚方向の抵抗値をＲｔとすると、２Ｒｔ＋Ｒｓ＞＞Ｒ１の場合には、電流経路Ａが支配的になる。どちらの電流経路が支配的であるかは、電極間距離と抵抗値とが比例関係にあるかどうかで判断することができる。
【００４２】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係は、図３に示すように表される。
【００４３】
図３の縦軸の電流値は、電極２３と電極２４との間にバイアス電圧３Ｖを印加して紫外光を上方向から照射した場合（表面照射）の検出電流値を示す。横軸は電極２３と電極２４の間隔（μｍ）を示す。照射紫外光は３６５ｎｍの波長を３０Ｗ／ｍ2の出力で発光させた。また、電極２３と電極２４との間の電極間距離を変化させて測定した。電極間距離を変化させた場合、電流経路Ａの場合は電極間抵抗が変化する。しかし、電流経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３の場合は、２Ｒｔ＋Ｒｓ＞＞Ｒ１であるため、電極間抵抗がほとんど変化しない。
【００４４】
黒丸によるＳ１のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が０．４７μｍ、白丸によるＳ２のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が１．０３μｍ、白三角によるＳ３のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が２．３μｍの場合を示す。図３からわかるように、光吸収層の膜厚を薄くしても、光吸収層の膜厚を厚くしても、電極間隔と検出電流との相関が見られない。これは、ＺｎＯ膜２２は、表面層に近い領域で、紫外光をほとんど吸収して検出するので、表面電導の影響が大きいためである。
【００４５】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係は、図４に示すように表される。
【００４６】
次に、図４の縦軸の電流値は、図３と同様、電極２３と電極２４との間にバイアス電圧３Ｖを印加して裏面から光を照射した場合（裏面照射）の検出電流値を示す。横軸は電極２３と電極２４の間隔（μｍ）を示す。照射紫外光は３６５ｎｍの波長を３０Ｗ／ｍ2の出力で発光させた。また、電極２３と電極２４との間の電極間距離を変化させて測定した。電極間距離を変化させた場合、電流経路Ａの場合は電極間抵抗が変化する。
【００４７】
図３と異なる点は、図２において点線の矢印のように、ガラス基板２１の裏面から光を照射した場合（裏面照射）の検出電流が示されていることである。
【００４８】
黒丸によるＢ１のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が０．４７μｍ、白丸によるＢ２のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が１．０３μｍ、白三角によるＢ３のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が２．３μｍの場合を示す。図４からわかるように、裏面照射の場合は、電極間隔の増加とともに、電流値が減少し、膜厚が厚いとその傾向が顕著になる。
【００４９】
裏面照射の場合、ＺｎＯ膜の紫外光領域の吸収係数が１０5ｃｍ-1と高いため、紫外光はガラス基板２１とＺｎＯ膜２２との界面からＺｎＯ膜２２側に３００ｎｍの位置では３（％）程度に、２μｍの位置では３×１０-9（％）まで減衰する。このため、紫外光照射時には、ガラス基板２１とＺｎＯ膜２２との界面付近のＺｎＯ膜に低抵抗層が形成され、Ｒ１が小さくなるため、表面電導の寄与は小さくなる、また、ＺｎＯ膜２２の膜厚が厚いと、ＺｎＯ膜２２の表面と電極２３及び２４との間は、ＺｎＯ膜の中間の高抵抗層で隔てられるので、Ｒｔが大きくなり、ＺｎＯ膜表面は電極２３と電極２４との間の電極間抵抗にほとんど寄与しなくなる。
【００５０】
次に、第１の実施の形態に係る光検出素子（図２）を用いて、裏面照射を行い、受光感度を測定した。第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の受光感度特性は、図５に示すように表される。受光感度測定には、電極間距離は変えずに、ＺｎＯ膜２２の膜厚だけを変えたものを使用した。ＺｎＯ膜２２の膜厚は、測定結果を示すＸ１、Ｘ２、Ｘ３の順に厚くなっており、最も膜厚の厚いのがＸ３であり、最も膜厚の薄い方がＸ１である。また、縦軸は受光感度（Ａ／Ｗ）を、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００５１】
図５からわかるように、ＺｎＯ膜２２の膜厚が薄い方が、分光感度スペクトルが長波長側にシフトしており、可視光領域での感度が高くなっている。特に、最も薄いＺｎＯ膜２２を用いたＸ１は、その傾向が顕著に表れている。
【００５２】
これは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が薄いと、紫外光よりも長波長である可視光は、ガラス基板２１とＺｎＯ膜２２の界面の近くではなく、ＺｎＯ膜の表面近くで検出されるため、表面電導が寄与し、可視光に対する感度が上がり、分光感度スペクトルも長波長側にシフトする。また、表面電導層は、比較的、長波長の光も吸収する可能性がある。
【００５３】
第１の実施の形態に係る光検出素子（図２）において、表面照射と裏面照射の検出電流を比較した結果は、図６に示すように表される。
【００５４】
図６は、第１の実施の形態に係る光検出素子を用いて、表面照射と裏面照射を行って比較したものであり、紫外光の強さは図３〜図５において示された条件と同じである。ＺｎＯ膜２２の膜厚は２μｍとして測定を行った。縦軸は検出電流の電流値（Ａ）を、横軸は照射時間（秒）を示す。Ｙ１が裏面照射を、Ｙ２が表面照射を示す。Ｙ１は、照射時間が経過しても電流値は安定している。しかし、Ｙ２は、紫外光の照射時間が長くなるにつれて、次第に電流値が増加している。表面照射では、表面電導が寄与しているため、特に表面抵抗が大きく変化して電流値が変動する。
【００５５】
このように、光吸収層の表面層は抵抗率が不安定なだけでなく、吸収スペクトルがバルクによる光吸収層よりも長波長側にシフトしていること、光検出素子の応答速度の低下にも関係していることがわかる。
【００５６】
また、以上より、表面電導の影響を防止するためには、裏面照射とし、光吸収層の膜厚を厚くすれば良いことがわかる。これにより、光吸収層表面の抵抗が電極間抵抗に寄与しなくなるので、表面電導の影響を除去することができる。
【００５７】
次に、特定の波長域を選択的に検出できるようにするための構成例を示す。
【００５８】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、透光性基板の表面に光学フィルタが形成された模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表される。図７は、図１で示した透光性基板１の裏面に光学フィルタ８を形成した積層体を示す。例えば、紫外光を検出する場合を想定する。
【００５９】
紫外領域は、４００ｎｍ以下の波長で２００ｎｍ程度までの波長をいうものとする。紫外領域は、さらに、紫外光Ａ（波長３２０ｎｍより大きく、４００ｎｍ以下）、紫外光Ｂ（波長２８０ｎｍより大きく、３２０ｎｍ以下）、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）に分類される。
【００６０】
太陽光に含まれる光強度としては、紫外光Ａが３０Ｗ／ｍ2、紫外光Ｂが１Ｗ／ｍ2と、紫外光Ａが１桁以上強い。このため、紫外光を含む太陽光の危険性を評価するためには、紫外光Ａと紫外光Ｂを個別に検出する必要がある。
【００６１】
そこで、特定の波長を吸収してカットする光学フィルタ８を設ける。光学フィルタ８は、ペースト状の物質を硬化させて形成される。図７の例では、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯという組成からなるガラスペーストを用いた。このガラスペーストからなる光学フィルタ８は、紫外光Ｂ以下の波長のみを吸収する。光学フィルタ８は、スクリーン印刷法で作製することができる。スクリーン印刷法は安価に薄膜を形成することができる、量産に優れた成膜法である。
【００６２】
透光性基板１にガラス基板を用い、光学フィルタ８として、上記紫外光Ｂ以下の波長を吸収するガラスペーストを２．５μｍの厚さ塗布して図７の積層体を作製した。
【００６３】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の光学フィルタの膜厚の形成状態を示すグラフは、図８に示すように表される。縦軸は、ガラスペーストによる光学フィルタの膜厚（μｍ）を、横軸は透光性基板１の端から水平方向への距離（μｍ）を示す。すなわち、図８のグラフで、距離０を境にして、０よりも大きい領域は光学フィルタ８が形成されている領域であり、０よりも小さい領域は光学フィルタ８が形成されていない領域である。光学フィルタ８が形成されている領域は、膜厚がほぼ一定の値（２．５μｍ）に揃っている。
【００６４】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の構造に紫外光を照射した場合の波長と透過率との関係は、図９に示すように表される。図９は、図７の積層体を用い、光学フィルタ８の上方向から紫外光と可視光とを照射したときの透過特性を示す。図９の縦軸は透過率を、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図９で、Ｐ１は図７の構造で、ガラスペーストからなる光学フィルタ８がない状態、すなわちガラス基板のみによる透過特性を示す。Ｐ２は、上述した図７の積層体による透過特性を示す。Ｐ１では、可視光、紫外光Ａ、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが透過しているが、Ｐ２では、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが除去されて、可視光、紫外光Ａが透過している。
【００６５】
第１の実施の形態に係る光検出素子の一構造例を示す模式的断面構造は、図１０に示すように表され、図１と図１０の光検出素子に紫外光を照射した場合のそれぞれの受光感度を示すグラフは、図１１に示すように表される。
【００６６】
図１０は、図１の光検出素子に図７の光学フィルタ８を設けた光検出装置を示す図である。図１と同じ符号は、同じ構成を示す。図１の透光性基板１の裏面側から紫外光を照射して測定された分光感度スペクトルをＺ１として図１１に示す。一方、図１０の透光性基板１の裏面側から紫外光を照射して測定された分光感度スペクトルをＺ２として図１１に示す。
【００６７】
Ｚ１では、紫外光Ａ、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが検出されている。しかし、Ｚ２では、光学フィルタ８により紫外光Ｂ以下の光が吸収されるため、紫外光Ａのみが検出されている。このように、ペースト状の物質を硬化させて形成された光学フィルタと図１の光検出装置とを組み合わせて用いることにより、特定の範囲の波長域の光のみを選択的に検出することができる。
【００６８】
さらに、図１の光検出素子と図１０の光検出素子を両方用いて、紫外光を検出し、（Ｚ１−Ｚ２）と演算することで、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃを検出することができる。
【００６９】
また、光学フィルタに用いるペースト状の物質として、紫外光から赤外光まで幅広く光を透過させる材料であれば何でも良く、例えば、アクリル樹脂、非晶性フッ素樹脂（アモルファスフルオロポリマー）、シリコン樹脂、フッ素系樹脂、ガラス等を用いることができる。特に、ペースト状物質の熱膨張係数が、光学フィルタが積層される透光性基板の熱膨張係数と近いと、剥がれにくくなるので好ましい。
【００７０】
また、光学フィルタの膜厚は、特に限定されるものではないが、光学フィルタが積層される透光性基板の熱膨張係数との差が大きい場合は、０．１〜５μｍ程度に形成することが望ましい。さらに、透光性基板上にペースト状物質を塗布して、光学フィルタを形成する場合には、製造コストを低減させるために、低焼成温度の材料を用いることが望ましい。上記のように、熱膨張係数及び焼成温度の観点から、例えば、ガラス系材料をペーストの主成分とすることが望ましい。
【００７１】
また、光学フィルタは、ペースト状物質を主成分として半導体の粒子が添加された材料を硬化させて作製することもできる。この場合、半導体の粒子は、ペースト状物質に添加したときに白濁するような粒径の大きさを持つような半導体の粉体は、望ましくない。これは、紫外光だけでなく、可視光等も光学フィルタを透過しにくくなることになり、光吸収層に到達する光が減少し、光を検出することができなくなるためである。
【００７２】
ここで、図１０の光検出装置の製造方法を簡単に説明する。具体的材料として、透光性基板１にはガラスを、電極３、４にはＴｉ（チタン）層の上にＰｔ（白金）層が積層されたＴｉ／Ｐｔの多層金属膜を用いた。また、光吸収層２には、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜０）を用いた。
【００７３】
ガラスの透光性基板１の裏面にスクリーン印刷法でガラスペーストを塗布する。このガラスペーストは紫外光Ｂ以下の波長を吸収するものを使用した。前記ガラスペーストを１２０℃で１０分間乾燥させ、４５０℃で３０分間焼成を行うことで、紫外光Ｂ以下の波長のみを吸収する膜が形成される。膜厚は印刷条件によるが、２μｍ程度で十分である。あまり薄いと紫外光Ｂを吸収しきれず、厚すぎると剥がれの原因となる。
【００７４】
ガラス基板（透光性基板１）の表面上に櫛型状にＴｉ／Ｐｔによる電極を１０ｎｍ／５０ｎｍ程度形成する。この工程は、リフトオフによる方法でも、エッチングによる方法でも良い。櫛型状電極の検出電極部分（電極３、４に相当）の幅が、およそ５μｍ以下になってくると、エッチングによる方法の方が再現性を確保する点からは望ましい。
【００７５】
次に、スパッタリングにより、光吸収層２となるＭｇＺｎＯ膜を形成する。ＭｇＺｎＯ膜の膜厚は１０００ｎｍ以上が望ましい。あまり薄いと表面電導層の影響が大きくなり、比較的長波長領域にも受光感度をもってしまう等の特性の悪化が生じる。
【００７６】
櫛型状電極の端部を覆っているＭｇＺｎＯ膜を希釈塩酸でウエットエッチングして取り除く。ドライエッチングを用いても良いが、ＺｎＯ系材料は残渣が残りやすいので、ウエットエッチングが簡単で望ましい。
【００７７】
次に、ＣＶＤ法により、ＳｉＮ膜による絶縁膜６を形成する。信頼性の確保のためには、３００ｎｍ以上形成するのが好ましい。また、絶縁膜６は単層ではなく、例えば、ＳｉＯ２／ＳｉＮのような多層構造の絶縁膜で構成しても良い。
【００７８】
櫛型状電極の端部を覆っているＳｉＮ膜をＲＩＥ法により取り除く。次に、ガラス基板（透光性基板１）を研磨して薄くする。薄くしなくても特に問題はないが、薄い形状の光検出装置を作製したい場合には、光検出素子を薄くしておくと、パッケージ７を薄くすることができるので好ましい。
【００７９】
上記のように完成した光検出部を、例えば、パッケージ７となる支持基台にＡｇペースト等の導電性を持つ接着剤（接着層５）により、ジャンクションダウンでダイボンディングしてパッケージ化する。
【００８０】
上記パッケージ化された光検出素子を、例えば、プリント基板に実装する。さらに、筐体に前記プリント基板を実装し、蓋を取り付けて光検出装置が完成する。
【００８１】
図１１の実測受光感度と理論上の受光感度との比較を示すグラフを図１２に示す。図１０の光検出素子の側面からの受光の影響を調べたのが図１２である。図１２の縦軸は、図１１のグラフの縦軸の受光感度を対数目盛に変換したものである。横軸のスケールは図１１と同じである。図１１と同様、実測の受光感度Ｚ１、Ｚ２が示されている。Ｚ３は、ガラスペーストからなる光学フィルタ８の透過スペクトル、すなわち図９のＰ２から計算して求めた受光感度曲線である。
【００８２】
実測受光感度曲線Ｚ２と理論受光感度曲線Ｚ３とを比較すると、実測受光感度曲線Ｚ２の方が、紫外光Ｂ以下の波長域の感度が図に示すｈの高さ程度高くなっている。この原因は、透光性基板１の側面から入射した紫外光を検出したためである。したがって、正確に紫外光Ａのみを検出するためには、紫外光Ｂ以下の波長をカットするフィルタを側面にも形成する必要がある。ただし、紫外光Ｂ以下の波長域の強さが弱い太陽光中の紫外光量を計測する限りは、ほとんど問題にはならない。
【００８３】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた模式的断面構造は、図１３に示すように表され、図１０の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた模式的断面構造は、図１４に示すように表される。
【００８４】
図１３および図１４に側面からの紫外光の入射を防止した構造例を示す。図１３は、図１の光検出素子の側面に絶縁膜１９を設けたものである。絶縁膜１９は、透光性基板１の側面を完全に覆うように形成される。絶縁膜１９は、紫外光を吸収する材料により構成されており、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【００８５】
図１４は、図１０の光検出素子の側面に絶縁膜１９を設けたものである。図１３と同様、絶縁膜１９は、透光性基板１の側面を完全に覆うように形成される。また、絶縁膜１９は、紫外光を吸収する材料により構成されており、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【００８６】
上記の光検出素子を用いて、光検出装置を構成した例を図１５に示す。この光検出装置は、共通の支持層７１を備えている。支持層７１は、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮ等で構成された絶縁膜を用いることができる。支持層７１には、１つの光検出素子に相当する受光素子１００、１つの光検出素子に相当する受光素子２００が形成されている。受光素子１００、２００は、図の上方から照射される光を検出する素子であり、ほぼ同じ大きさに形成される。
【００８７】
受光素子１００と受光素子２００は、層間の絶縁膜１９を境界にして形成されている。受光素子１００は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６等で構成されている。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３と電極４の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。電極３が正電極の場合は、電極４が負電極に相当し、電極３が負電極の場合は、電極４が正電極に相当する。
【００８８】
電極３、４は、透光性基板１上に形成されており、電極３、４の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。絶縁膜６により、光吸収層２の表面及び側面が完全に覆われて、絶縁膜６の両端は、電極３、４上に形成される。絶縁膜６の両側には、接着層５が形成されており、この接着層５により、透光性基板１と支持層７１とが接着される。
【００８９】
受光素子１００は、ジャンクションダウンで支持層７１に、接着層５によりフリップチップ接合されている。絶縁膜１９は、図１３、１４で説明したものと同様であり、保護膜の性質を有するものであれば特に材料は限定されないが、検出対象となる光を吸収する材料とすることが望ましい。
【００９０】
一方、受光素子２００は、透光性基板１１、光吸収層２、電極３１、電極４１、接着層５１、絶縁膜６１等で構成されている。透光性基板１１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３１と電極４１の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。すなわち、電極３１、４１の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。また、これらを構成する材料は、光学フィルタを除き、受光素子１００とほぼ同様であり、各構成の接合関係も、受光素子１００と同様であるので説明を省略する。
【００９１】
一方、透光性基板１の裏面全面に光学フィルタ８が形成され、透光性基板１１の裏面全面に光学フィルタ８１が形成されている。光学フィルタ８は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収するフィルタに相当するものである。
【００９２】
他方、光学フィルタ８１は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収膜又は特定の波長の光吸収がない膜に相当するものである。
【００９３】
光学フィルタ８として、前述したＢ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯという組成からなるガラスペーストを用いた。すなわち、光学フィルタ８は、紫外光Ｂ以下の波長を吸収する。また、光学フィルタ８１は、ガラスペーストのみからなる膜である。すなわち、光学フィルタ８１は、紫外光、可視光、赤外光等を透過させるもので、特定の波長の光吸収がない膜である。
【００９４】
これにより、図１と図１０の光検出素子で説明したように、受光素子１００で紫外光Ａを検出することができる。また、受光素子２００の受光感度曲線Ｔ１から受光素子１００の受光感度曲線Ｔ２を引き算したＴ３（Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２）により、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃを検出することができる。
【００９５】
第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造は、図１６に示すように表される。図１６は、図１５の構成に加えて、受光素子１００と同構成であるが、受光素子１００とは受光面積を異なるように構成した受光素子４００が形成されている。光検出素子としての受光素子４００について、簡単に説明すると、共通の支持層７１上に、層間の絶縁膜１９を境界にして受光素子１００、２００、４００が形成される。
【００９６】
受光素子４００は、透光性基板１、光吸収層２ａ、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６ａ、絶縁膜２０で構成されている。受光素子１００と同じ部分は説明を省略する。受光素子１００と異なる部分は、光電変換作用を有する光吸収層２と同じ面積で受光させるのではなく、異なる面積で受光させるために、光吸収層２ａの受光面積は、光吸収層２の受光面積よりも小さく形成されていることである。また、光学フィルタ８ａの受光面積を光吸収層２ａの受光面積に合わせて小さくした。光学フィルタ８ａが形成されていない透光性基板１の裏面上及び光吸収層２ａが形成されていない透光性基板１の表面上には絶縁膜２０を形成している。
【００９７】
光学フィルタ８ａは、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。また、光学フィルタ８ａは、受光素子１００の光学フィルタ８と同じ材料で構成されており、一定の波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収膜で構成される。したがって、光学フィルタ８も、同様に、波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収膜で構成されている。
【００９８】
一方、受光素子２００の光学フィルタ８１は、紫外光だけでなく可視光から赤外光まで非常に高い透過率を有する非晶性フッ素樹脂等のペーストを硬化させて形成されている。ここで、可視光を含む、紫外光から赤外光までの範囲とは、波長２００〜１２００ｎｍまでの範囲を想定している。
【００９９】
受光素子１００の光吸収層２の受光面積をＡ１、受光素子４００の光吸収層２ａの受光面積をＡ４とする。受光素子１００と受光素子４００との差分信号より、紫外光から赤外光までの波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の検出信号を計測する。受光素子１００と受光素子４００は、それぞれ光学フィルタ８、８ａにより波長範囲λの光はカットされている。したがって、受光素子１００と受光素子４００の検出光電流の差（I１−I４）は、紫外光〜赤外光の波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の光に基づくものである。波長範囲λ０の光が受光面積Ａ１の単位面積あたりに入射した場合の励起される光電流をＪ０とすると、受光素子４００における受光面積Ｓ４についても同様にＪ０となり、以下のように表される。
【０１００】
（I１−I４）＝（Ａ１−Ａ４）×Ｊ０
（I１−I４）は測定と計算によってわかり、（Ａ１−Ａ４）も設計により決まるものであるからその値はわかるため、Ｊ０は容易に求められる。Ｊ０が算出されると、紫外光〜赤外光の範囲で吸収域を持たない受光素子２００の受光面積をＡ２とし、受光面積Ａ２の単位面積あたりで表される光電流をＪ２とすると、Ｊ２は紫外光、可視光、赤外光に至るまでの光を検出した結果によるものであるため、受光素子２００の光電流量（Ｊ２×Ａ２）から（Ｊ０×Ａ２）を引き算すれば、その差が波長範囲λ０の光量を表わすことになる。すなわち、波長範囲λ０の光量＝｛（Ｊ２×Ａ２）−（Ｊ０×Ａ２）｝である。Ａ２は、Ａ１と同じであっても良い。ただし、差分演算における数値有効数字の桁落ちをできるだけ防ぐため、上記受光素子１００、２００、４００について、波長範囲λの光吸収を行なう光学フィルタを備えた受光素子の受光面積が異なる組み合わせを複数用意し、それぞれの組み合わせに全体の平均値と偏差を計算して最終的な波長範囲λ０の光量を算出するようにしても良い。
【０１０１】
また、上記のような受光素子を４個用いることで、紫外光Ａ、紫外光Ｂ、紫外光Ｃの各領域の感度を別個に検出することもできる。光学フィルタの構成は、上記の例に限定されるものではなく、他の半導体粒子を含むようにペースト状物質を形成しても良い。
【０１０２】
半導体の種類と各半導体の吸収端波長を示すグラフは、図１７に示すように表される。ここで、第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造は、図１５に示すように表される。図１７には、光学フィルタに用いることができる半導体粒子の種類が記載されているが、例えば、図１５の構成において、光学フィルタ８にＧａＡｓの粒子が添加されたフィルタを、光学フィルタ８１にＣｄＳｅの粒子が添加されたフィルタを用いると、ＣｄＳｅの吸収端波長７１０ｎｍからＧａＡｓの吸収端波長８７０ｎｍの範囲のみに感度を有する光検出装置を構成することができる。
【０１０３】
また、他の例では、図１５の構成において、光学フィルタ８にＳｎＯ２の粒子が添加されたフィルタを、光学フィルタ８１にＺｎＳｅの粒子が添加されたフィルタを用いると、ＳｎＯ２の吸収端波長３８０ｎｍからＺｎＳｅの吸収端波長５００ｎｍの範囲のみに感度を有する青色センサとなる光検出装置を構成することができる。
【０１０４】
さらには、ＭｇＺｎＯ等のような三元混晶系のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ等を用い、組成比率を調整してバンドギャップを調整すれば、任意の波長範囲の光を検出することができる光検出装置を構成することができる。
【０１０５】
ここで、上記の光学フィルタ８、８ａ、８１は、誘電体多層膜等で構成しても良い。しかし、誘電体多層膜は、形成にコストがかかり、光の入射角によって、カット波長域が変化するという欠点がある。しかし、上記のような光学フィルタでは、半導体のように、バンド端に急峻な吸収係数の変化を持つ材料をフィルタとしても用いることができる。このため、一層形成するだけで、フィルタとしての機能を果たし、膜厚が変化してもカットする波長範囲は変わらない。また、入射光の角度依存性もない。さらに、フリップチップ構造では、あらかじめ基板の裏面にフィルタを塗布しておけば、パターニングは必要ない。
【０１０６】
［第２の実施の形態］
（光検出装置）
以下、図１８および図１９を参照して第２の実施の形態に係る光検出装置について説明する。
【０１０７】
なお、第１の実施の形態に係る光検出装置と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０８】
第２の実施の形態に係る光検出装置は、図１８および図１９に示すように、透光性基板１と、透光性基板１上に配置された光を吸収する光吸収層２と、透光性基板１上に配置された検出電極３，４と、光吸収層２の表面を覆うように形成された絶縁膜６とを備え、検出電極３，４の少なくとも一部は、光吸収層２に埋め込まれており、透光性基板１の裏面から光を入射させ、光吸収層２から発生する電流を検出電極３，４により検出し、光吸収層２は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されている。
【０１０９】
また、図１８に示すように、検出電極３，４は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されている。
【０１１０】
検出電極３，４の櫛型形状は、特には限定されないが、例えば１０μｍピッチなどで形成される。
【０１１１】
なお、検出電極３は＋３Ｖの正極３０に接続され、検出電極４は０Ｖのグラウンド電極４０に接続されている。
【０１１２】
これにより、検出電極３，４には＋３Ｖのバイアス電圧が印加されている。
【０１１３】
図１９において、検出電極３は例えばＰｔで形成され、絶縁膜６は例えばＳｉＮで形成される。
【０１１４】
本実施の形態に係る光検出装置によれば、太陽光を照射した場合に、受光感度と波長の相関関係を示す受光感度スペクトルが、ＵＶ−ＢのＣＩＥ作用スペクトルと近似させることができる。詳細については後述する。
【０１１５】
（紫外線の人体に与える影響）
紫外線は、波長によってＵＶ−Ａ（３１５ｎｍ〜４００ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（２００ｎｍ〜２８０ｎｍ）の３種類に分類される。
【０１１６】
一般的に、紫外線は波長が短いほど人体（生物）に対する有害作用が大きいが、ＵＶ−Ｃは大気圏上部の酸素分子及び成層圏のオゾンによって完全に吸収されてしまうため、オゾン量が多少減少しても地表面には到達しないので、生物に対して問題にはならない。
【０１１７】
ＵＶ−Ｂは、核酸などの重要な生体物質に損傷をもたらし、光老化（シミやしわ）や皮膚がんの増加、白内障の増加、免疫抑制など人の健康に影響を与えるほか、陸域、水圏生態系に悪影響を及ぼすことが懸念されている。
【０１１８】
（紫外線の強度）
地表に到達する紫外線の強度は、波長によって異なっている。
【０１１９】
図２０に、紫外線の大圏気外（Ａ１０）及び晴天時の地表（Ａ１１）での波長別の強度を示す。図２０を見るとわかるように、ＵＶ−Ｂは大気圏外での強度に比べて、地表では大きく減衰している。
【０１２０】
ＵＶ−Ｂが短波長ほど大きく減衰しているのは、主に成層圏オゾンの吸収によるものである。
【０１２１】
ＵＶ−Ａが僅かに減衰しているのは、主に大気分子、エアロゾル（Aerosol:大気中に浮遊する液体や固体の微粒子）による散乱の影響によるものであり、波長が短いほど散乱の影響は大きい。
【０１２２】
（紅斑紫外線量）
上述のように、紫外線の人体への影響度は波長によって異なっている。
【０１２３】
波長毎の人体への相対影響度については、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定義したＣＩＥ作用スペクトルが一般的に用いられている。ＣＩＥ作用スペクトルは、人の皮膚に紅斑（赤い日焼け）を引き起こす作用曲線をいう。
【０１２４】
図２１に、ＣＩＥ作用スペクトルの相対影響度を示す。なお、紅斑紫外線とは、皮膚に赤い日焼けを生じさせる紫外線のことをいう。図２１に示すように、ＵＶ−Ｂ領域内の波長２８０〜３００ｎｍでは相対影響度が高く、ＵＶ−Ｂ領域内の波長３００ｎｍからＵＶ−Ａ領域に入った３２０ｎｍにかけて急激に低くなる。また、３２０ｎｍ以上の波長では相対影響度は殆ど０となる。
【０１２５】
なお、波長別紫外線強度にＣＩＥ作用スペクトルを乗じることにより、紅斑紫外線強度を算出することができる（図２２参照）。そして、この値を波長積分して得られるのが、紅斑紫外線量（図２２の波形内の面積）となる。
【０１２６】
紅斑紫外線量は、波長別紫外線強度について相対影響度を考慮せずに単純に積分したＵＶ−Ｂ量と比較すると、人の健康への影響の強さをより的確に反映した指標といえる。
【０１２７】
ここで、ＣＩＥ作用スペクトルの定義式は、ＳｅｒをＣＩＥ作用スペクトル、λを波長として、次の通りである。すなわち、
Ｓｅｒ（λ）＝１．０（２５０ｎｍ＜λ＜２９８ｎｍ）
Ｓｅｒ（λ）＝１０0.094(298-λ）（２９８ｎｍ＜λ＜３２８ｎｍ）
Ｓｅｒ（λ）＝１０0.015(139-λ）（３２８ｎｍ＜λ＜４００ｎｍ）
【０１２８】
（ＵＶインデックス）
ＵＶインデックスは、地上に到達する紫外線量のレベルを分り易く表す指標として、ＷＨＯ（世界保健機関）がＷＭＯ（世界気象機関）やＵＮＥＰ（国連環境計画）などと共同で開発したもので、一般公衆に紫外線対策の必要性を啓発することを目的としている。
【０１２９】
ＵＶインデックスは、上述の紅斑紫外線量を日常生活で使い易い簡単な数値とするために紅斑紫外線量を２５ｍＷ／ｍ２で割って指標化したものである。
【０１３０】
例えば、環境省の「紫外線保健指導マニュアル」や世界保健機関（ＷＨＯ）で示している紫外線対策の解説では、ＵＶインデックスのランクを１から１１＋とし、１１以上はまとめて１１＋と表記している。
【０１３１】
気象庁では、２９０ｎｍ〜３２５ｎｍの波長については、０．５ｎｍ毎に紫外線強度を測定し、ＵＶインデックスの算出にあたって、観測を行っていない３２５ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の寄与分については、モデル計算の結果に基づいて３２４ｎｍの観測値を使って推定している。
【０１３２】
本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）は、安価且つ小型に製造することができ、１チップで簡易的にＵＶインデックスを測定することが可能である。
【０１３３】
そのため、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載することが可能であり、常に携帯して環境の紫外線を測定することにより、紫外線の浴びすぎ等を回避するのに資することができる。
【０１３４】
（第２の実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）の特性等）
図２３は、本実施の形態に係る光検出装置のＵＶ−Ｂについての感度特性を示すグラフである。
【０１３５】
また、図２４は、受光感度スペクトル（Ａ１２）とＣＩＥ作用スペクトルの受光感度と波長の関係を示すグラフである。このグラフを見ると分かるように、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定義したＣＩＥ作用スペクトルの曲線（ＣＩＥ）と、本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）による受光感度スペクトルの曲線（Ａ１２）とは、比較的一致している。
【０１３６】
このように、本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）によれば、ＵＶインデックスを簡易的に測定することが可能である。
【０１３７】
［第３の実施の形態］
（オートライト装置）
第３の実施の形態に係るオートライト装置は、外部の紫外線を検出する前記第１〜第５の実施の形態に係るいずれかの光検出装置（ＵＶセンサ）と、外部の照度を検出する照度検出装置と、光検出装置および照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と備える。
【０１３８】
また、制御装置は、光検出装置による検出結果または照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に照明装置をオンし、光検出装置による検出結果または照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするように制御することができる。
【０１３９】
また、照明装置は、自動車や自転車等の車両に搭載された照明器具、あるいは街灯に搭載された照明器具とすることができる。
【０１４０】
図２５のブロック図に示すように、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０は、光検出装置（ＵＶセンサ）５５１と照度センサ５５２とが、センサ入力インターフェイス５５３を介して接続されている。
【０１４１】
ＵＶセンサ５５１としては、第１、第２の実施の形態に係るいずれかの光検出装置を用いることができる。
【０１４２】
照度センサ５５２としては、フォトトランジスタを使うタイプ、フォトダイオードを使うタイプ、フォトダイオードにアンプ回路を追加したタイプ等を適用することができる。
【０１４３】
センサ入力インターフェイス５５３には、オートライト制御回路５５４と、ライト駆動回路５５５が接続されている。
【０１４４】
ライト駆動回路５５５には、自動車のヘッドライト、テールランプや自転車の夜間走行用のライトあるいは街灯の電球等の照明器具５６０が接続されている。
【０１４５】
オートライト制御回路５５４は、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果または照度センサ５５２による可視光の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に照明器具５６０をオンし、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果または照度センサ５５２による可視光の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするようにライト駆動回路５５５を制御する。
【０１４６】
図２６は、第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【０１４７】
この処理が開始されると、まず、ステップＳ１０で照度センサ５５２による可視光の検出結果は閾値以下であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１１に移行する。
【０１４８】
ステップＳ１１では、ライト駆動回路５５５をオンしてステップＳ１２に移行してライト５６０がオンされてステップＳ１０に戻る。
【０１４９】
これにより、閾値以下の暗さとなった場合に、自動車等のライトが点灯するという、いわゆる一般的なオートライト装置と同様の動作を行う。
【０１５０】
一方、ステップＳ１０で「Ｎｏ」と判定された場合にはステップＳ１３に移行する。
【０１５１】
ステップＳ１３では、ＵＶセンサ５５１による紫外線（ＵＶ−ＡまたはＵＶ−Ｂ）の検出結果は閾値以下であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１４に移行する。
【０１５２】
ステップＳ１４では、ライト駆動回路５５５をオンしてステップＳ１５に移行してライト５６０がオンされてステップＳ１０に戻る。
【０１５３】
これにより、例えば、照度は一定値以上あるが紫外線が所定値以下となったような場合に、自動車等のライトを点灯させるという、一般的なオートライト装置には無い動作を行うことができる。
【０１５４】
これにより、閾値を適当な値とすることにより、例えば、照度は一定値以上であっても視認性が低下したような環境（曇天や霧等が発生した場合）下で、自動車等のライトを自動的に点灯させることができ、安全性や利便性を向上させることができる。
【０１５５】
また、ステップＳ１３で「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップＳ１６に移行する。
【０１５６】
ステップＳ１６ではライト駆動回路５５５をオフして、ステップＳ１７でライト５６０がオフされてステップＳ１０に戻る。
【０１５７】
なお、第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理は、これに限られず、例えば、照度は一定値以下であっても、紫外線は所定値以上である場合（例えば、所定条件下の曇天など）には、自動車や街灯のライトを点灯させないようにして、不必要なライトの点灯を抑制して、省電力を図れるようにしても良い。
【０１５８】
また、雪道など紫外線が強い状況において、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果が閾値以上となった場合に、自動車に搭載されるフォグランプ等を自動的にオンさせるようにしても良い。
【０１５９】
（オートライト装置の自動車への適用例）
図２７〜２９を参照して、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０の自動車への適用例について説明する。
【０１６０】
図２７は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１６１】
なお、オートライト装置５５０のＵＶセンサ５５１および照度センサ５５２は、例えば、自動車のダッシュボードの上などに配置される。これにより、フロントウィンドウを介して、車外から太陽光および紫外線がＵＶセンサ５５１および照度センサ５５２に入射して測定される。
【０１６２】
図２７に示すように、太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、図２７（ａ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６３】
そして、例えば、図２７（ｂ）に示すように、高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以下となるため、自動車のヘッドライト５６０は点灯状態となる。なお、比較的短距離の日陰であるためヘッドライト５６０は本来不要であるが、ドライバには、一般的に消灯操作をする時間はないといえる。
【０１６４】
また、高架下６００などを通過後には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、図２７（ｃ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる。
【０１６５】
図２８は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１６６】
図２８に示すように、太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果およびＵＶセンサ５５１による測定結果は閾値以上となるため、図２８（ａ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６７】
そして、例えば、図２８（ｂ）に示すように、高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以下となるが、路面等から反射した紫外線が入射するためＵＶセンサ５５１の測定結果は閾値以上となり、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６８】
これにより、比較的短距離の日陰であるためヘッドライト５６０は本来不要であるので、ドライバの感覚に合わせて消灯状態を維持し、利便性や省電力性を向上させることができる。
【０１６９】
また、高架下６００などを通過後には、照度センサ５５２による可視光の測定結果およびＵＶセンサ５５１による測定結果は閾値以上となるため、図２８（ｃ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる。
【０１７０】
図２９は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、曇天下や雨天下において照度センサ５５２のみを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１７１】
曇天下や雨天下においては、雲による光散乱（ミー散乱）が生じる。
【０１７２】
ミー散乱では、散乱強度が波長に反比例するので、短波長ほど雲９００の影響を受け易い。
【０１７３】
このような状況下において、図２９に示すように、照度センサ５５２のみを機能させた状態で走行すると、比較的明るい場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１７４】
しかし、比較的明るい状況下であってもドライバの視認性を高めるためにヘッドライト５６０が自動的に点灯して欲しい場合がある。このような状況下においても、ドライバの肉眼は徐々に暗さに慣れてしまうため、手動によるヘッドライト５６０の点灯を忘れる場合もある。
【０１７５】
図３０は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、曇天下や雨天下において照度センサ５５２とＵＶセンサ５５１を機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１７６】
図３０に示すように、照度センサ５５２とＵＶセンサ５５１の両方を機能させた状態で走行すると、曇天や雨天下で比較的明るい場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるが、ＵＶセンサ５５１による紫外線の測定結果は、雲によるミー散乱の影響で閾値以下となる場合がある。
【０１７７】
このような状態は、前出の図２６のフローチャートにおけるステップＳ１０→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５の処理に相当し、ヘッドライト５６０が自動的に点灯される。
【０１７８】
これにより、曇天や雨天下で視認性が低下した場合に、ドライバが操作することなくヘッドライト５６０が自動的に点灯され、安全性や利便性を向上させることができる。
【０１７９】
（紫外線の散乱）
図３１に示すように太陽８００から地上に達する光には、直射光ｈνDと散乱光がある。
【０１８０】
直射光ｈνDとは太陽８００から直接地上に達する光のことであり、散乱光ｈνRとは太陽８００からやってきた光が窒素・酸素などの空気分子やエアロゾル粒子６５０（固体または液体の微粒子）にあたり、その進行方向が変化し、植物７５０や人間８５０等が存在する地上に達する光のことである。
【０１８１】
図３１に示すように散乱光ｈνRは分子や粒子により四方に広がる。光が空気分子により散乱する場合は、光の波長が短いほど散乱しやすくなる性質があり、紫外線は可視光よりも波長が短いために、より散乱され易い。
【０１８２】
図３２は本州付近の夏の晴天時のＵＶインデックスの日変化を、直射光と散乱光に分けて示したグラフである。
【０１８３】
図３２において、地上に到達する紫外線の総量を太線で、そのうちの直射光によるものを細線で示している。
【０１８４】
図３２を見れば分かるように、地上に達する紫外線の中で、散乱光の寄与が直射光より大きい。したがって、日傘や帽子で日射しを遮ったり、日陰にいても、空が見える所では目で感じる以上に紫外線を浴びることになるので注意が必要である。
【０１８５】
（地表面の反射と紫外線）
図３３に示すように紫外線には、太陽８００から直接届く紫外線ｈνDや空気分子やエアロゾル粒子に散乱されて届く紫外線の他に地表面で反射される紫外線ｈνRがある。
【０１８６】
屋外にいる人８５０は、上空から地上に向かう紫外線（太陽８００からの直射光と大気で散乱された光をあわせたもの）を浴びるだけでなく、地表面で反射された紫外線ｈνRも浴びている。
【０１８７】
ＵＶインデックスは、このうち上空から地上に向かう紫外線の強度を示したものである。
【０１８８】
ＵＶインデックスを利用する際に、実際に浴びる紫外線量には紫外線が地表面で反射される効果も含まれていることを考慮に入れる必要がある。
【０１８９】
なお、地表面での紫外線の反射の割合は、地表面の状態により大きく異なる。例えば、草地やアスファルトの反射率は１０％もしくはそれ以下であるが、砂浜では２５％、新雪では８０％にも達する。
【０１９０】
さらに、地表面で反射された紫外線ｈνRの一部は上空に向かい、大気等で再び散乱されて地上に向かう。つまり地表面の反射率が大きいところでは、反射率が小さいところより散乱光も強くなっている。
【０１９１】
例えば、一面雪原の場合には、上空からの紫外線量（ＵＶインデックス）は、反射と散乱の効果により雪がないと仮定した場合と比較して４〜５割ほど増加することが分かっている。
【０１９２】
上空からの紫外線ｈνDに対して帽子や日傘の利用は有効であるが、地表面から反射してくる紫外線ｈνRについても忘れずに、総合的な紫外線対策をとることが大事である。
【０１９３】
本発明に係る光検出装置（ＵＶセンサ）によれば、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載することが可能であり、常に携帯して環境のＵＶインデックスを簡易的に測定することにより、紫外線の浴びすぎ等を回避することに役立てることができる。
【０１９４】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を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実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明の光検出素子や光検出装置は、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂの紫外線センサなどに適用することができる。また、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載してＵＶインデックスの簡易測定装置に適用することができる。また、本発明のオートライト装置は、自動車、自転車等の車両のライトシステムや街灯等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１…透光性基板
２…光吸収層
３，４，２３，２４，３１，４１…電極
５，５１…接着層
６，１９，２０，６１…絶縁膜
７…パッケージ
８，８１…光学フィルタ
１１…透光性基板
２１…ガラス基板
２２…ＺｎＯ膜
３０…正極
４０…グラウンド電極
７１…支持層
１００，２００，４００…受光素子
５５０…オートライト装置
５５１…ＵＶセンサ
５５２…照度センサ
５５３…センサ入力インターフェイス
５５４…オートライト制御回路
５５５…ライト駆動回路
５６０…ライト（照明器具）
６００…高架下
６５０…エアロゾル粒子
７００…日陰
７５０…植物
８００…太陽
８５０…人間
９００…雲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光吸収層の表面状態による影響を抑制し、安定的に光を検出する光検出素子、光検出装置およびオートライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出装置には、例えば、受光部の光誘起電流量の変化によって受光部に照射される紫外線を検出する、いわゆる光伝導型センサ素子を用いたものがある。
【０００３】
これは、コストが安いことやドーピングの制御のしやすさから、波長４００〜７５０ｎｍの範囲の可視光等にも検出感度を持つＳｉ半導体等が従来から考えられている。
【０００４】
この光伝導型センサ素子の光検出原理は、受光部の半導体にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射することによって、光電変換作用により、半導体内に電子―正孔対を発生させ、このキャリアを外部印加電圧により外部回路へ取り出し、光誘起電流量として検出するものである。
【０００５】
また、紫外光を検出するために、ＺｎＯベースの紫外光センサも提案されている。
【０００６】
特に、酸化物表面は、周辺雰囲気や湿度によって表面抵抗率が変化することが知られており、この効果を利用したものが半導体式のガスセンサである。
【０００７】
ＺｎＯも例外ではなく、外気中の酵素濃度や水分や有機分子などの周辺雰囲気により表面抵抗率が変化する。
【０００８】
このため、我々は、特許文献１にて、紫外光検出素子を提案した。
【０００９】
これは、不安定な膜表面状態の影響を極力抑え、素子毎の電気的特性のバラツキを抑制するために、埋め込み型の電極を用いるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の構成では、確かに、接触抵抗等の変化を防ぐことには、非常に効果がある。しかし、半導体層等の物質の表面層は、一般的に抵抗値が不安定である。例えば、製造過程で、表面状態が変わることがある。酸化物では、表面層の酸素欠損により、表面層が他の領域と比べて低抵抗となってしまう。また、酸化物でなくとも、表面抵抗は表面の状態により変化するため、汚れや不純物が付着する等により、表面状態が異なると、表面抵抗は変動し、不安定になる。
【００１２】
このため、特許文献１のように埋め込み型電極の構成にした場合でも、電極間をほぼ直線的に流れる電流と、一方の電極から表面層を経由して他方の電極に流れる電流の２経路の電流経路が発生し、これらの両方の電流により照射光を検出するため、光検出素子の電気的特性や感度がバラツクという問題があった。
【００１３】
また、特許文献１では、外気中の水分や有機分子などの影響を防ぐために、紫外光吸収層の表面に保護膜を設けているが、保護膜の種類によっては紫外光の吸収係数が大きいために、紫外光検出素子の感度が低下するという問題があった。
【００１４】
一方、紫外線の人体への影響は波長によって異なるので、人体に与える影響については、紫外線の強度だけでなく、波長も考慮しなければならない。
【００１５】
ここで、波長毎の人体への相対影響度として、国際照明委員会（CIE：Commission internationale de l'eclairage）より、ＣＩＥ作用スペクトルが定義されている。
【００１６】
また、（太陽光スペクトル）×（ＣＩＥ作用スペクトル）＝（ＣＩＥ紫外線量）（ｍＷ／ｍ２）を積分し、２５で割った値がＵＶインデックスであり、紫外線の危険性の指標として用いられている。
【００１７】
しかし、従来において正確にＵＶインデックスを測るには、分光器を使用して太陽光スペクトルを測る必要があり、時間と手間がかかるという問題があった。
【００１８】
また、ＵＶ−Ｂを測定するセンサも開発されつつあるが、価格が数十万円程度と高価であり、またサイズも大きく、一般消費者への普及には不向きであるという問題もあった。
【００１９】
また、照度に基づいて自動的に点灯、消灯するオートライト装置について、光検出装置による紫外線の検出結果を活用したいという要望がある。
【００２０】
本発明の目的は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、複数の検出電流経路が発生することを防止し、光吸収層の表面状態にかかわらず、高感度で安定して検出することができる光検出素子及び光検出装置を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、ＵＶインデックスを簡易かつ迅速に測定することのできる光検出装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の他の目的は、光検出装置による紫外線の検出結果を活用して利便性を向上させたオートライト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、透光性基板と、前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、前記透光性基板上に配置された検出電極と、前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層から発生する電流を前記検出電極により検出する光検出素子が提供される。
【００２４】
また、本発明の他の態様によれば、複数の光検出素子を備えた光検出装置であって、前記各光検出素子は、透光性基板と、前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、前記透光性基板上に配置された検出電極と、前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜とを備え、前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層からの電流を前記検出電極により検出する素子であるとともに、第１の光検出素子は、一定の波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルタを第１の透光性基板上の光の入射面側に有し、第２の光検出素子は、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルタを第２の透光性基板上の光の入射面側に有し、前記第１の光検出素子の信号と前記第２の光検出素子の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測する光検出装置が提供される。
【００２５】
また、本発明の他の態様によれば、外部の紫外線を検出する請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光検出装置と、外部の照度を検出する照度検出装置と、前記光検出装置および前記照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と備えるオートライト装置が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の検出電流経路が発生することを防止し、光吸収層の表面状態にかかわらず、高感度で安定して検出することができる光検出素子及び光検出装置が提供される。
【００２７】
また、ＵＶインデックスを簡易かつ迅速に測定することのできる光検出装置が提供される。
【００２８】
また、光検出装置による紫外線の検出結果を活用して利便性を向上させたオートライト装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態に係る光検出素子の構成例を示す模式的断面構造図。
【図２】第１の実施の形態に係る光検出素子において、埋め込み型電極を用いた光検出素子に発生する複数の電流経路を示す説明図。
【図３】第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係を示すグラフ。
【図４】第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係を示すグラフ。
【図５】第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の受光感度特性を示すグラフ。
【図６】第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射と裏面照射の検出電流を比較したグラフ。
【図７】第１の実施の形態に係る光検出素子において、透光性基板の表面に光学フィルタが形成された構造を示す模式的鳥瞰図。
【図８】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の光学フィルタの膜厚の形成状態を示すグラフ。
【図９】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の構造に紫外光を照射した場合の波長と透過率との関係を示すグラフ。
【図１０】第１の実施の形態に係る光検出素子の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１１】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１と図１０の光検出素子に紫外光を照射した場合のそれぞれの受光感度を示すグラフ。
【図１２】図１１の実測受光感度と理論上の受光感度との比較を示すグラフ。
【図１３】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた構造を示す模式的断面構造図。
【図１４】第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１０の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた構造を示す模式的断面構造図。
【図１５】第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１６】第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造図。
【図１７】半導体の種類と各半導体の吸収端波長を示すグラフ。
【図１８】第２の実施の形態に係る光検出装置の構成例を示す平面図。
【図１９】第２の実施の形態に係る光検出装置の模式的断面構造図。
【図２０】紫外線の大圏気外（Ａ１０）及び晴天時の地表（Ａ１１）での波長別の強度を示すグラフ。
【図２１】ＣＩＥ作用スペクトルの相対影響度と波長の関係を示すグラフ。
【図２２】紅斑紫外線強度と波長の関係を示すグラフ。
【図２３】ＵＶ−Ｂについての感度特性を示すグラフ。
【図２４】受光感度スペクトル（Ａ１２）とＣＩＥ作用スペクトルの受光感度と波長の関係を示すグラフ。
【図２５】第３の実施の形態に係るオートライト装置の概略構成を示すブロック図。
【図２６】第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図２７】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図であって、（ａ）太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合、（ｂ）高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合、（ｃ）高架下６００などを通過後、自動車のヘッドライト５６０が再び消灯状態となる場合。
【図２８】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図であって、（ａ）太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合、（ｂ）高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合、（ｃ）高架下６００などを通過後、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる場合。
【図２９】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、曇天や雨天下において照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図。
【図３０】第３の実施の形態に係るオートライト装置を自動車に搭載し、曇天や雨天下において照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図。
【図３１】太陽光の散乱状態を示す説明図。
【図３２】本州付近の夏の晴天時のＵＶインデックスの日変化を、直射光と散乱光に分けて示したグラフ。
【図３３】紫外線の地表面からの反射状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
（光検出装置）
第１の実施の形態に係る光検出素子の構成例を示す模式的断面構造は、図１に示すように表される。光検出部は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６で構成されている。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３と電極４の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。電極３が正電極の場合は、電極４が負電極に相当し、電極３が負電極の場合は、電極４が正電極に相当する。絶縁膜からなるパッケージ７上に光検出部がジャンクションダウン（フェースダウン）で接着層５によりダイボンディングされている。
【００３１】
光吸収層２は、特定波長の光を選択的に吸収して、電子と正孔を生成する物質で構成されており、例えば、光電効果を有する半導体層等で構成される。ここで、電極３、４は、透光性基板１上に形成されており、電極３、４の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。また、電極３、４の全体が光吸収層２に埋め込まれるように構成しても良い。絶縁膜６により、光吸収層２の表面（透光性基板１と反対側）及び側面が完全に覆われて、絶縁膜６の両端は、電極３、４上に形成される。絶縁膜６の両側には、接着層５が形成されており、この接着層５により、透光性基板１とパッケージ７の底面とが接着されるため、光検出部全体がパッケージ７上に固定される。
【００３２】
また、パッケージ７は、形状がコの字型に形成されている。パッケージ７の側面は、光検出部の透光性基板１の裏面位置の高さを超えて、光検出部全体が完全に囲まれるように形成される。パッケージ７の側面は、少なくとも、光検出部の透光性基板１の裏面位置の高さまでは形成される。
【００３３】
電極３、４は、光が光吸収層２で吸収されて、生成された電子、正孔に基づく電流を外部に取り出すための電極である。このため、電極３と電極４との間に、直流のバイアスを印加する必要があり、図示はしていないが、直流電源が接続される。バイアス電圧は可変できるようになっている。
【００３４】
光吸収層２は、高抵抗で、特定の波長域のみを選択的に吸収する材料を使用することが望ましい。高抵抗が望ましいのは、光により発生するキャリアと、素子に印加されるバイアスにより発生する電流との区別をつける必要があるためである。
【００３５】
一方、透光性基板１は、少なくとも検出の対象となる波長域の光に対しては吸収を起こさず透明で、余計な電流が発生しない高抵抗の材料が望ましく、例えばガラス、サファイア基板等を用いることができる。絶縁膜６、パッケージ７は、防水、防湿、防傷機能などを有するもので、ＳｉＮやＳｉＯ２等が用いられる。一般的に、ＳｉＮの方が防水性に優れているので、これを用いることが多い。また、パッケージ７は、支持基台であっても良い。この場合は、筐体等に配置することを想定して、パッケージ７は金属配線パターンが形成された支持基台が用いられる。
【００３６】
例えば、特許文献１の構造では、紫外光を検出する場合、紫外光を吸収するＳｉＮは、光検出素子の感度低下に繋がるので好ましくない。しかし、第１の実施の形態に係る光検出素子では、図１に示すように、光吸収層２に光が到達するまでの間に、絶縁膜６、パッケージ７が配置されている構造ではないので、紫外光の吸収に関して注意することなく、絶縁膜の材料を選択することができる。
【００３７】
光は、図の矢印のように、透光性基板１の裏面側から照射されて、透光性基板１を透過した光が光吸収層２により吸収されて、光電効果により正孔、電子が発生し、電極３と電極４の間に流れる電流として検出される。
【００３８】
第１の実施の形態に係る光検出素子では、光吸収層２の中に電極３、４を埋め込むのではなく、光吸収層２上に電極３、４を配置するとともに、光検出部をジャンクションダウンでパッケージ７にフリップチップ接合して、電極及び光吸収層を外気に曝さないようにしているので、電極や光吸収層の劣化を防止することができる。そして、光を透光性基板１の裏面から照射する構造とすることで、光吸収層の表面層の電導による影響を排除することができる。このため、光検出素子の電気的特性が安定し、高感度で安定して光検出を行うことができる。
【００３９】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、埋め込み型電極を用いた光検出素子に発生する複数の電流経路は、図２に示すように表される。図２に示すように、表面抵抗の低下により、２つの電流経路が発生する。ガラス基板２１上に光吸収層としてのＺｎＯ膜２２が形成されている。実線の矢印のように、上方から光が照射されると、ＺｎＯ膜２２で紫外光が吸収されて、光電効果により、電極２３と電極２４の間に流れる電流として検出される。この検出電流の経路としては、通常、例えばＡの矢印で示したように、電極２３と電極２４の間の直線距離を電極２３から電極２４の方へ向かって流れる。しかし、ＺｎＯ膜２２の表面層の抵抗は不安定であり、例えば、表面の酸素欠損により表面層が他の領域よりも低抵抗になる。
【００４０】
すると、電流経路Ａだけでなく、電極２３から経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３を通って電極２４に流れる表面電導による電流経路Ｂが発生する。このように、検出電流には、電流経路Ａ及び電流経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３の両方が寄与することになる。この２つの電流経路を流れる電流は、光吸収層の表面抵抗の値により変動するので、個々の光検出素子の電気的特性や感度にはバラツキが発生する。
【００４１】
具体的には、光吸収層の表面層の抵抗値をＲｓ、電極付近の抵抗値をＲ１、光検出膜の膜厚方向の抵抗値をＲｔとすると、２Ｒｔ＋Ｒｓ＞＞Ｒ１の場合には、電流経路Ａが支配的になる。どちらの電流経路が支配的であるかは、電極間距離と抵抗値とが比例関係にあるかどうかで判断することができる。
【００４２】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、表面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係は、図３に示すように表される。
【００４３】
図３の縦軸の電流値は、電極２３と電極２４との間にバイアス電圧３Ｖを印加して紫外光を上方向から照射した場合（表面照射）の検出電流値を示す。横軸は電極２３と電極２４の間隔（μｍ）を示す。照射紫外光は３６５ｎｍの波長を３０Ｗ／ｍ2の出力で発光させた。また、電極２３と電極２４との間の電極間距離を変化させて測定した。電極間距離を変化させた場合、電流経路Ａの場合は電極間抵抗が変化する。しかし、電流経路Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３の場合は、２Ｒｔ＋Ｒｓ＞＞Ｒ１であるため、電極間抵抗がほとんど変化しない。
【００４４】
黒丸によるＳ１のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が０．４７μｍ、白丸によるＳ２のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が１．０３μｍ、白三角によるＳ３のグラフは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が２．３μｍの場合を示す。図３からわかるように、光吸収層の膜厚を薄くしても、光吸収層の膜厚を厚くしても、電極間隔と検出電流との相関が見られない。これは、ＺｎＯ膜２２は、表面層に近い領域で、紫外光をほとんど吸収して検出するので、表面電導の影響が大きいためである。
【００４５】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の光吸収層の膜厚と電流−電極間隔特性との関係は、図４に示すように表される。
【００４６】
次に、図４の縦軸の電流値は、図３と同様、電極２３と電極２４との間にバイアス電圧３Ｖを印加して裏面から光を照射した場合（裏面照射）の検出電流値を示す。横軸は電極２３と電極２４の間隔（μｍ）を示す。照射紫外光は３６５ｎｍの波長を３０Ｗ／ｍ2の出力で発光させた。また、電極２３と電極２４との間の電極間距離を変化させて測定した。電極間距離を変化させた場合、電流経路Ａの場合は電極間抵抗が変化する。
【００４７】
図３と異なる点は、図２において点線の矢印のように、ガラス基板２１の裏面から光を照射した場合（裏面照射）の検出電流が示されていることである。
【００４８】
黒丸によるＢ１のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が０．４７μｍ、白丸によるＢ２のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が１．０３μｍ、白三角によるＢ３のグラフはＺｎＯ膜２２の膜厚が２．３μｍの場合を示す。図４からわかるように、裏面照射の場合は、電極間隔の増加とともに、電流値が減少し、膜厚が厚いとその傾向が顕著になる。
【００４９】
裏面照射の場合、ＺｎＯ膜の紫外光領域の吸収係数が１０5ｃｍ-1と高いため、紫外光はガラス基板２１とＺｎＯ膜２２との界面からＺｎＯ膜２２側に３００ｎｍの位置では３（％）程度に、２μｍの位置では３×１０-9（％）まで減衰する。このため、紫外光照射時には、ガラス基板２１とＺｎＯ膜２２との界面付近のＺｎＯ膜に低抵抗層が形成され、Ｒ１が小さくなるため、表面電導の寄与は小さくなる、また、ＺｎＯ膜２２の膜厚が厚いと、ＺｎＯ膜２２の表面と電極２３及び２４との間は、ＺｎＯ膜の中間の高抵抗層で隔てられるので、Ｒｔが大きくなり、ＺｎＯ膜表面は電極２３と電極２４との間の電極間抵抗にほとんど寄与しなくなる。
【００５０】
次に、第１の実施の形態に係る光検出素子（図２）を用いて、裏面照射を行い、受光感度を測定した。第１の実施の形態に係る光検出素子において、裏面照射の場合の受光感度特性は、図５に示すように表される。受光感度測定には、電極間距離は変えずに、ＺｎＯ膜２２の膜厚だけを変えたものを使用した。ＺｎＯ膜２２の膜厚は、測定結果を示すＸ１、Ｘ２、Ｘ３の順に厚くなっており、最も膜厚の厚いのがＸ３であり、最も膜厚の薄い方がＸ１である。また、縦軸は受光感度（Ａ／Ｗ）を、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００５１】
図５からわかるように、ＺｎＯ膜２２の膜厚が薄い方が、分光感度スペクトルが長波長側にシフトしており、可視光領域での感度が高くなっている。特に、最も薄いＺｎＯ膜２２を用いたＸ１は、その傾向が顕著に表れている。
【００５２】
これは、ＺｎＯ膜２２の膜厚が薄いと、紫外光よりも長波長である可視光は、ガラス基板２１とＺｎＯ膜２２の界面の近くではなく、ＺｎＯ膜の表面近くで検出されるため、表面電導が寄与し、可視光に対する感度が上がり、分光感度スペクトルも長波長側にシフトする。また、表面電導層は、比較的、長波長の光も吸収する可能性がある。
【００５３】
第１の実施の形態に係る光検出素子（図２）において、表面照射と裏面照射の検出電流を比較した結果は、図６に示すように表される。
【００５４】
図６は、第１の実施の形態に係る光検出素子を用いて、表面照射と裏面照射を行って比較したものであり、紫外光の強さは図３〜図５において示された条件と同じである。ＺｎＯ膜２２の膜厚は２μｍとして測定を行った。縦軸は検出電流の電流値（Ａ）を、横軸は照射時間（秒）を示す。Ｙ１が裏面照射を、Ｙ２が表面照射を示す。Ｙ１は、照射時間が経過しても電流値は安定している。しかし、Ｙ２は、紫外光の照射時間が長くなるにつれて、次第に電流値が増加している。表面照射では、表面電導が寄与しているため、特に表面抵抗が大きく変化して電流値が変動する。
【００５５】
このように、光吸収層の表面層は抵抗率が不安定なだけでなく、吸収スペクトルがバルクによる光吸収層よりも長波長側にシフトしていること、光検出素子の応答速度の低下にも関係していることがわかる。
【００５６】
また、以上より、表面電導の影響を防止するためには、裏面照射とし、光吸収層の膜厚を厚くすれば良いことがわかる。これにより、光吸収層表面の抵抗が電極間抵抗に寄与しなくなるので、表面電導の影響を除去することができる。
【００５７】
次に、特定の波長域を選択的に検出できるようにするための構成例を示す。
【００５８】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、透光性基板の表面に光学フィルタが形成された模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表される。図７は、図１で示した透光性基板１の裏面に光学フィルタ８を形成した積層体を示す。例えば、紫外光を検出する場合を想定する。
【００５９】
紫外領域は、４００ｎｍ以下の波長で２００ｎｍ程度までの波長をいうものとする。紫外領域は、さらに、紫外光Ａ（波長３２０ｎｍより大きく、４００ｎｍ以下）、紫外光Ｂ（波長２８０ｎｍより大きく、３２０ｎｍ以下）、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）に分類される。
【００６０】
太陽光に含まれる光強度としては、紫外光Ａが３０Ｗ／ｍ2、紫外光Ｂが１Ｗ／ｍ2と、紫外光Ａが１桁以上強い。このため、紫外光を含む太陽光の危険性を評価するためには、紫外光Ａと紫外光Ｂを個別に検出する必要がある。
【００６１】
そこで、特定の波長を吸収してカットする光学フィルタ８を設ける。光学フィルタ８は、ペースト状の物質を硬化させて形成される。図７の例では、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯという組成からなるガラスペーストを用いた。このガラスペーストからなる光学フィルタ８は、紫外光Ｂ以下の波長のみを吸収する。光学フィルタ８は、スクリーン印刷法で作製することができる。スクリーン印刷法は安価に薄膜を形成することができる、量産に優れた成膜法である。
【００６２】
透光性基板１にガラス基板を用い、光学フィルタ８として、上記紫外光Ｂ以下の波長を吸収するガラスペーストを２．５μｍの厚さ塗布して図７の積層体を作製した。
【００６３】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の光学フィルタの膜厚の形成状態を示すグラフは、図８に示すように表される。縦軸は、ガラスペーストによる光学フィルタの膜厚（μｍ）を、横軸は透光性基板１の端から水平方向への距離（μｍ）を示す。すなわち、図８のグラフで、距離０を境にして、０よりも大きい領域は光学フィルタ８が形成されている領域であり、０よりも小さい領域は光学フィルタ８が形成されていない領域である。光学フィルタ８が形成されている領域は、膜厚がほぼ一定の値（２．５μｍ）に揃っている。
【００６４】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図７の構造に紫外光を照射した場合の波長と透過率との関係は、図９に示すように表される。図９は、図７の積層体を用い、光学フィルタ８の上方向から紫外光と可視光とを照射したときの透過特性を示す。図９の縦軸は透過率を、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図９で、Ｐ１は図７の構造で、ガラスペーストからなる光学フィルタ８がない状態、すなわちガラス基板のみによる透過特性を示す。Ｐ２は、上述した図７の積層体による透過特性を示す。Ｐ１では、可視光、紫外光Ａ、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが透過しているが、Ｐ２では、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが除去されて、可視光、紫外光Ａが透過している。
【００６５】
第１の実施の形態に係る光検出素子の一構造例を示す模式的断面構造は、図１０に示すように表され、図１と図１０の光検出素子に紫外光を照射した場合のそれぞれの受光感度を示すグラフは、図１１に示すように表される。
【００６６】
図１０は、図１の光検出素子に図７の光学フィルタ８を設けた光検出装置を示す図である。図１と同じ符号は、同じ構成を示す。図１の透光性基板１の裏面側から紫外光を照射して測定された分光感度スペクトルをＺ１として図１１に示す。一方、図１０の透光性基板１の裏面側から紫外光を照射して測定された分光感度スペクトルをＺ２として図１１に示す。
【００６７】
Ｚ１では、紫外光Ａ、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃが検出されている。しかし、Ｚ２では、光学フィルタ８により紫外光Ｂ以下の光が吸収されるため、紫外光Ａのみが検出されている。このように、ペースト状の物質を硬化させて形成された光学フィルタと図１の光検出装置とを組み合わせて用いることにより、特定の範囲の波長域の光のみを選択的に検出することができる。
【００６８】
さらに、図１の光検出素子と図１０の光検出素子を両方用いて、紫外光を検出し、（Ｚ１−Ｚ２）と演算することで、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃを検出することができる。
【００６９】
また、光学フィルタに用いるペースト状の物質として、紫外光から赤外光まで幅広く光を透過させる材料であれば何でも良く、例えば、アクリル樹脂、非晶性フッ素樹脂（アモルファスフルオロポリマー）、シリコン樹脂、フッ素系樹脂、ガラス等を用いることができる。特に、ペースト状物質の熱膨張係数が、光学フィルタが積層される透光性基板の熱膨張係数と近いと、剥がれにくくなるので好ましい。
【００７０】
また、光学フィルタの膜厚は、特に限定されるものではないが、光学フィルタが積層される透光性基板の熱膨張係数との差が大きい場合は、０．１〜５μｍ程度に形成することが望ましい。さらに、透光性基板上にペースト状物質を塗布して、光学フィルタを形成する場合には、製造コストを低減させるために、低焼成温度の材料を用いることが望ましい。上記のように、熱膨張係数及び焼成温度の観点から、例えば、ガラス系材料をペーストの主成分とすることが望ましい。
【００７１】
また、光学フィルタは、ペースト状物質を主成分として半導体の粒子が添加された材料を硬化させて作製することもできる。この場合、半導体の粒子は、ペースト状物質に添加したときに白濁するような粒径の大きさを持つような半導体の粉体は、望ましくない。これは、紫外光だけでなく、可視光等も光学フィルタを透過しにくくなることになり、光吸収層に到達する光が減少し、光を検出することができなくなるためである。
【００７２】
ここで、図１０の光検出装置の製造方法を簡単に説明する。具体的材料として、透光性基板１にはガラスを、電極３、４にはＴｉ（チタン）層の上にＰｔ（白金）層が積層されたＴｉ／Ｐｔの多層金属膜を用いた。また、光吸収層２には、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜０）を用いた。
【００７３】
ガラスの透光性基板１の裏面にスクリーン印刷法でガラスペーストを塗布する。このガラスペーストは紫外光Ｂ以下の波長を吸収するものを使用した。前記ガラスペーストを１２０℃で１０分間乾燥させ、４５０℃で３０分間焼成を行うことで、紫外光Ｂ以下の波長のみを吸収する膜が形成される。膜厚は印刷条件によるが、２μｍ程度で十分である。あまり薄いと紫外光Ｂを吸収しきれず、厚すぎると剥がれの原因となる。
【００７４】
ガラス基板（透光性基板１）の表面上に櫛型状にＴｉ／Ｐｔによる電極を１０ｎｍ／５０ｎｍ程度形成する。この工程は、リフトオフによる方法でも、エッチングによる方法でも良い。櫛型状電極の検出電極部分（電極３、４に相当）の幅が、およそ５μｍ以下になってくると、エッチングによる方法の方が再現性を確保する点からは望ましい。
【００７５】
次に、スパッタリングにより、光吸収層２となるＭｇＺｎＯ膜を形成する。ＭｇＺｎＯ膜の膜厚は１０００ｎｍ以上が望ましい。あまり薄いと表面電導層の影響が大きくなり、比較的長波長領域にも受光感度をもってしまう等の特性の悪化が生じる。
【００７６】
櫛型状電極の端部を覆っているＭｇＺｎＯ膜を希釈塩酸でウエットエッチングして取り除く。ドライエッチングを用いても良いが、ＺｎＯ系材料は残渣が残りやすいので、ウエットエッチングが簡単で望ましい。
【００７７】
次に、ＣＶＤ法により、ＳｉＮ膜による絶縁膜６を形成する。信頼性の確保のためには、３００ｎｍ以上形成するのが好ましい。また、絶縁膜６は単層ではなく、例えば、ＳｉＯ２／ＳｉＮのような多層構造の絶縁膜で構成しても良い。
【００７８】
櫛型状電極の端部を覆っているＳｉＮ膜をＲＩＥ法により取り除く。次に、ガラス基板（透光性基板１）を研磨して薄くする。薄くしなくても特に問題はないが、薄い形状の光検出装置を作製したい場合には、光検出素子を薄くしておくと、パッケージ７を薄くすることができるので好ましい。
【００７９】
上記のように完成した光検出部を、例えば、パッケージ７となる支持基台にＡｇペースト等の導電性を持つ接着剤（接着層５）により、ジャンクションダウンでダイボンディングしてパッケージ化する。
【００８０】
上記パッケージ化された光検出素子を、例えば、プリント基板に実装する。さらに、筐体に前記プリント基板を実装し、蓋を取り付けて光検出装置が完成する。
【００８１】
図１１の実測受光感度と理論上の受光感度との比較を示すグラフを図１２に示す。図１０の光検出素子の側面からの受光の影響を調べたのが図１２である。図１２の縦軸は、図１１のグラフの縦軸の受光感度を対数目盛に変換したものである。横軸のスケールは図１１と同じである。図１１と同様、実測の受光感度Ｚ１、Ｚ２が示されている。Ｚ３は、ガラスペーストからなる光学フィルタ８の透過スペクトル、すなわち図９のＰ２から計算して求めた受光感度曲線である。
【００８２】
実測受光感度曲線Ｚ２と理論受光感度曲線Ｚ３とを比較すると、実測受光感度曲線Ｚ２の方が、紫外光Ｂ以下の波長域の感度が図に示すｈの高さ程度高くなっている。この原因は、透光性基板１の側面から入射した紫外光を検出したためである。したがって、正確に紫外光Ａのみを検出するためには、紫外光Ｂ以下の波長をカットするフィルタを側面にも形成する必要がある。ただし、紫外光Ｂ以下の波長域の強さが弱い太陽光中の紫外光量を計測する限りは、ほとんど問題にはならない。
【００８３】
第１の実施の形態に係る光検出素子において、図１の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた模式的断面構造は、図１３に示すように表され、図１０の光検出素子の透光性基板の側面に絶縁膜を設けた模式的断面構造は、図１４に示すように表される。
【００８４】
図１３および図１４に側面からの紫外光の入射を防止した構造例を示す。図１３は、図１の光検出素子の側面に絶縁膜１９を設けたものである。絶縁膜１９は、透光性基板１の側面を完全に覆うように形成される。絶縁膜１９は、紫外光を吸収する材料により構成されており、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【００８５】
図１４は、図１０の光検出素子の側面に絶縁膜１９を設けたものである。図１３と同様、絶縁膜１９は、透光性基板１の側面を完全に覆うように形成される。また、絶縁膜１９は、紫外光を吸収する材料により構成されており、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【００８６】
上記の光検出素子を用いて、光検出装置を構成した例を図１５に示す。この光検出装置は、共通の支持層７１を備えている。支持層７１は、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮ等で構成された絶縁膜を用いることができる。支持層７１には、１つの光検出素子に相当する受光素子１００、１つの光検出素子に相当する受光素子２００が形成されている。受光素子１００、２００は、図の上方から照射される光を検出する素子であり、ほぼ同じ大きさに形成される。
【００８７】
受光素子１００と受光素子２００は、層間の絶縁膜１９を境界にして形成されている。受光素子１００は、透光性基板１、光吸収層２、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６等で構成されている。透光性基板１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３と電極４の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。電極３が正電極の場合は、電極４が負電極に相当し、電極３が負電極の場合は、電極４が正電極に相当する。
【００８８】
電極３、４は、透光性基板１上に形成されており、電極３、４の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。絶縁膜６により、光吸収層２の表面及び側面が完全に覆われて、絶縁膜６の両端は、電極３、４上に形成される。絶縁膜６の両側には、接着層５が形成されており、この接着層５により、透光性基板１と支持層７１とが接着される。
【００８９】
受光素子１００は、ジャンクションダウンで支持層７１に、接着層５によりフリップチップ接合されている。絶縁膜１９は、図１３、１４で説明したものと同様であり、保護膜の性質を有するものであれば特に材料は限定されないが、検出対象となる光を吸収する材料とすることが望ましい。
【００９０】
一方、受光素子２００は、透光性基板１１、光吸収層２、電極３１、電極４１、接着層５１、絶縁膜６１等で構成されている。透光性基板１１上に光吸収層２が形成され、かつ、電極３１と電極４１の一部を覆うように光吸収層２が形成されている。すなわち、電極３１、４１の一部が光吸収層２内に埋め込まれている。また、これらを構成する材料は、光学フィルタを除き、受光素子１００とほぼ同様であり、各構成の接合関係も、受光素子１００と同様であるので説明を省略する。
【００９１】
一方、透光性基板１の裏面全面に光学フィルタ８が形成され、透光性基板１１の裏面全面に光学フィルタ８１が形成されている。光学フィルタ８は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収するフィルタに相当するものである。
【００９２】
他方、光学フィルタ８１は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収膜又は特定の波長の光吸収がない膜に相当するものである。
【００９３】
光学フィルタ８として、前述したＢ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯという組成からなるガラスペーストを用いた。すなわち、光学フィルタ８は、紫外光Ｂ以下の波長を吸収する。また、光学フィルタ８１は、ガラスペーストのみからなる膜である。すなわち、光学フィルタ８１は、紫外光、可視光、赤外光等を透過させるもので、特定の波長の光吸収がない膜である。
【００９４】
これにより、図１と図１０の光検出素子で説明したように、受光素子１００で紫外光Ａを検出することができる。また、受光素子２００の受光感度曲線Ｔ１から受光素子１００の受光感度曲線Ｔ２を引き算したＴ３（Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２）により、紫外光Ｂ及び紫外光Ｃを検出することができる。
【００９５】
第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造は、図１６に示すように表される。図１６は、図１５の構成に加えて、受光素子１００と同構成であるが、受光素子１００とは受光面積を異なるように構成した受光素子４００が形成されている。光検出素子としての受光素子４００について、簡単に説明すると、共通の支持層７１上に、層間の絶縁膜１９を境界にして受光素子１００、２００、４００が形成される。
【００９６】
受光素子４００は、透光性基板１、光吸収層２ａ、電極３、電極４、接着層５、絶縁膜６ａ、絶縁膜２０で構成されている。受光素子１００と同じ部分は説明を省略する。受光素子１００と異なる部分は、光電変換作用を有する光吸収層２と同じ面積で受光させるのではなく、異なる面積で受光させるために、光吸収層２ａの受光面積は、光吸収層２の受光面積よりも小さく形成されていることである。また、光学フィルタ８ａの受光面積を光吸収層２ａの受光面積に合わせて小さくした。光学フィルタ８ａが形成されていない透光性基板１の裏面上及び光吸収層２ａが形成されていない透光性基板１の表面上には絶縁膜２０を形成している。
【００９７】
光学フィルタ８ａは、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。また、光学フィルタ８ａは、受光素子１００の光学フィルタ８と同じ材料で構成されており、一定の波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収膜で構成される。したがって、光学フィルタ８も、同様に、波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収膜で構成されている。
【００９８】
一方、受光素子２００の光学フィルタ８１は、紫外光だけでなく可視光から赤外光まで非常に高い透過率を有する非晶性フッ素樹脂等のペーストを硬化させて形成されている。ここで、可視光を含む、紫外光から赤外光までの範囲とは、波長２００〜１２００ｎｍまでの範囲を想定している。
【００９９】
受光素子１００の光吸収層２の受光面積をＡ１、受光素子４００の光吸収層２ａの受光面積をＡ４とする。受光素子１００と受光素子４００との差分信号より、紫外光から赤外光までの波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の検出信号を計測する。受光素子１００と受光素子４００は、それぞれ光学フィルタ８、８ａにより波長範囲λの光はカットされている。したがって、受光素子１００と受光素子４００の検出光電流の差（I１−I４）は、紫外光〜赤外光の波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の光に基づくものである。波長範囲λ０の光が受光面積Ａ１の単位面積あたりに入射した場合の励起される光電流をＪ０とすると、受光素子４００における受光面積Ｓ４についても同様にＪ０となり、以下のように表される。
【０１００】
（I１−I４）＝（Ａ１−Ａ４）×Ｊ０
（I１−I４）は測定と計算によってわかり、（Ａ１−Ａ４）も設計により決まるものであるからその値はわかるため、Ｊ０は容易に求められる。Ｊ０が算出されると、紫外光〜赤外光の範囲で吸収域を持たない受光素子２００の受光面積をＡ２とし、受光面積Ａ２の単位面積あたりで表される光電流をＪ２とすると、Ｊ２は紫外光、可視光、赤外光に至るまでの光を検出した結果によるものであるため、受光素子２００の光電流量（Ｊ２×Ａ２）から（Ｊ０×Ａ２）を引き算すれば、その差が波長範囲λ０の光量を表わすことになる。すなわち、波長範囲λ０の光量＝｛（Ｊ２×Ａ２）−（Ｊ０×Ａ２）｝である。Ａ２は、Ａ１と同じであっても良い。ただし、差分演算における数値有効数字の桁落ちをできるだけ防ぐため、上記受光素子１００、２００、４００について、波長範囲λの光吸収を行なう光学フィルタを備えた受光素子の受光面積が異なる組み合わせを複数用意し、それぞれの組み合わせに全体の平均値と偏差を計算して最終的な波長範囲λ０の光量を算出するようにしても良い。
【０１０１】
また、上記のような受光素子を４個用いることで、紫外光Ａ、紫外光Ｂ、紫外光Ｃの各領域の感度を別個に検出することもできる。光学フィルタの構成は、上記の例に限定されるものではなく、他の半導体粒子を含むようにペースト状物質を形成しても良い。
【０１０２】
半導体の種類と各半導体の吸収端波長を示すグラフは、図１７に示すように表される。ここで、第１の実施の形態に係る光検出装置の一構造例を示す模式的断面構造は、図１５に示すように表される。図１７には、光学フィルタに用いることができる半導体粒子の種類が記載されているが、例えば、図１５の構成において、光学フィルタ８にＧａＡｓの粒子が添加されたフィルタを、光学フィルタ８１にＣｄＳｅの粒子が添加されたフィルタを用いると、ＣｄＳｅの吸収端波長７１０ｎｍからＧａＡｓの吸収端波長８７０ｎｍの範囲のみに感度を有する光検出装置を構成することができる。
【０１０３】
また、他の例では、図１５の構成において、光学フィルタ８にＳｎＯ２の粒子が添加されたフィルタを、光学フィルタ８１にＺｎＳｅの粒子が添加されたフィルタを用いると、ＳｎＯ２の吸収端波長３８０ｎｍからＺｎＳｅの吸収端波長５００ｎｍの範囲のみに感度を有する青色センサとなる光検出装置を構成することができる。
【０１０４】
さらには、ＭｇＺｎＯ等のような三元混晶系のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ等を用い、組成比率を調整してバンドギャップを調整すれば、任意の波長範囲の光を検出することができる光検出装置を構成することができる。
【０１０５】
ここで、上記の光学フィルタ８、８ａ、８１は、誘電体多層膜等で構成しても良い。しかし、誘電体多層膜は、形成にコストがかかり、光の入射角によって、カット波長域が変化するという欠点がある。しかし、上記のような光学フィルタでは、半導体のように、バンド端に急峻な吸収係数の変化を持つ材料をフィルタとしても用いることができる。このため、一層形成するだけで、フィルタとしての機能を果たし、膜厚が変化してもカットする波長範囲は変わらない。また、入射光の角度依存性もない。さらに、フリップチップ構造では、あらかじめ基板の裏面にフィルタを塗布しておけば、パターニングは必要ない。
【０１０６】
［第２の実施の形態］
（光検出装置）
以下、図１８および図１９を参照して第２の実施の形態に係る光検出装置について説明する。
【０１０７】
なお、第１の実施の形態に係る光検出装置と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０８】
第２の実施の形態に係る光検出装置は、図１８および図１９に示すように、透光性基板１と、透光性基板１上に配置された光を吸収する光吸収層２と、透光性基板１上に配置された検出電極３，４と、光吸収層２の表面を覆うように形成された絶縁膜６とを備え、検出電極３，４の少なくとも一部は、光吸収層２に埋め込まれており、透光性基板１の裏面から光を入射させ、光吸収層２から発生する電流を検出電極３，４により検出し、光吸収層２は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されている。
【０１０９】
また、図１８に示すように、検出電極３，４は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されている。
【０１１０】
検出電極３，４の櫛型形状は、特には限定されないが、例えば１０μｍピッチなどで形成される。
【０１１１】
なお、検出電極３は＋３Ｖの正極３０に接続され、検出電極４は０Ｖのグラウンド電極４０に接続されている。
【０１１２】
これにより、検出電極３，４には＋３Ｖのバイアス電圧が印加されている。
【０１１３】
図１９において、検出電極３は例えばＰｔで形成され、絶縁膜６は例えばＳｉＮで形成される。
【０１１４】
本実施の形態に係る光検出装置によれば、太陽光を照射した場合に、受光感度と波長の相関関係を示す受光感度スペクトルが、ＵＶ−ＢのＣＩＥ作用スペクトルと近似させることができる。詳細については後述する。
【０１１５】
（紫外線の人体に与える影響）
紫外線は、波長によってＵＶ−Ａ（３１５ｎｍ〜４００ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（２００ｎｍ〜２８０ｎｍ）の３種類に分類される。
【０１１６】
一般的に、紫外線は波長が短いほど人体（生物）に対する有害作用が大きいが、ＵＶ−Ｃは大気圏上部の酸素分子及び成層圏のオゾンによって完全に吸収されてしまうため、オゾン量が多少減少しても地表面には到達しないので、生物に対して問題にはならない。
【０１１７】
ＵＶ−Ｂは、核酸などの重要な生体物質に損傷をもたらし、光老化（シミやしわ）や皮膚がんの増加、白内障の増加、免疫抑制など人の健康に影響を与えるほか、陸域、水圏生態系に悪影響を及ぼすことが懸念されている。
【０１１８】
（紫外線の強度）
地表に到達する紫外線の強度は、波長によって異なっている。
【０１１９】
図２０に、紫外線の大圏気外（Ａ１０）及び晴天時の地表（Ａ１１）での波長別の強度を示す。図２０を見るとわかるように、ＵＶ−Ｂは大気圏外での強度に比べて、地表では大きく減衰している。
【０１２０】
ＵＶ−Ｂが短波長ほど大きく減衰しているのは、主に成層圏オゾンの吸収によるものである。
【０１２１】
ＵＶ−Ａが僅かに減衰しているのは、主に大気分子、エアロゾル（Aerosol:大気中に浮遊する液体や固体の微粒子）による散乱の影響によるものであり、波長が短いほど散乱の影響は大きい。
【０１２２】
（紅斑紫外線量）
上述のように、紫外線の人体への影響度は波長によって異なっている。
【０１２３】
波長毎の人体への相対影響度については、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定義したＣＩＥ作用スペクトルが一般的に用いられている。ＣＩＥ作用スペクトルは、人の皮膚に紅斑（赤い日焼け）を引き起こす作用曲線をいう。
【０１２４】
図２１に、ＣＩＥ作用スペクトルの相対影響度を示す。なお、紅斑紫外線とは、皮膚に赤い日焼けを生じさせる紫外線のことをいう。図２１に示すように、ＵＶ−Ｂ領域内の波長２８０〜３００ｎｍでは相対影響度が高く、ＵＶ−Ｂ領域内の波長３００ｎｍからＵＶ−Ａ領域に入った３２０ｎｍにかけて急激に低くなる。また、３２０ｎｍ以上の波長では相対影響度は殆ど０となる。
【０１２５】
なお、波長別紫外線強度にＣＩＥ作用スペクトルを乗じることにより、紅斑紫外線強度を算出することができる（図２２参照）。そして、この値を波長積分して得られるのが、紅斑紫外線量（図２２の波形内の面積）となる。
【０１２６】
紅斑紫外線量は、波長別紫外線強度について相対影響度を考慮せずに単純に積分したＵＶ−Ｂ量と比較すると、人の健康への影響の強さをより的確に反映した指標といえる。
【０１２７】
ここで、ＣＩＥ作用スペクトルの定義式は、ＳｅｒをＣＩＥ作用スペクトル、λを波長として、次の通りである。すなわち、
Ｓｅｒ（λ）＝１．０（２５０ｎｍ＜λ＜２９８ｎｍ）
Ｓｅｒ（λ）＝１０0.094(298-λ）（２９８ｎｍ＜λ＜３２８ｎｍ）
Ｓｅｒ（λ）＝１０0.015(139-λ）（３２８ｎｍ＜λ＜４００ｎｍ）
【０１２８】
（ＵＶインデックス）
ＵＶインデックスは、地上に到達する紫外線量のレベルを分り易く表す指標として、ＷＨＯ（世界保健機関）がＷＭＯ（世界気象機関）やＵＮＥＰ（国連環境計画）などと共同で開発したもので、一般公衆に紫外線対策の必要性を啓発することを目的としている。
【０１２９】
ＵＶインデックスは、上述の紅斑紫外線量を日常生活で使い易い簡単な数値とするために紅斑紫外線量を２５ｍＷ／ｍ２で割って指標化したものである。
【０１３０】
例えば、環境省の「紫外線保健指導マニュアル」や世界保健機関（ＷＨＯ）で示している紫外線対策の解説では、ＵＶインデックスのランクを１から１１＋とし、１１以上はまとめて１１＋と表記している。
【０１３１】
気象庁では、２９０ｎｍ〜３２５ｎｍの波長については、０．５ｎｍ毎に紫外線強度を測定し、ＵＶインデックスの算出にあたって、観測を行っていない３２５ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の寄与分については、モデル計算の結果に基づいて３２４ｎｍの観測値を使って推定している。
【０１３２】
本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）は、安価且つ小型に製造することができ、１チップで簡易的にＵＶインデックスを測定することが可能である。
【０１３３】
そのため、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載することが可能であり、常に携帯して環境の紫外線を測定することにより、紫外線の浴びすぎ等を回避するのに資することができる。
【０１３４】
（第２の実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）の特性等）
図２３は、本実施の形態に係る光検出装置のＵＶ−Ｂについての感度特性を示すグラフである。
【０１３５】
また、図２４は、受光感度スペクトル（Ａ１２）とＣＩＥ作用スペクトルの受光感度と波長の関係を示すグラフである。このグラフを見ると分かるように、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定義したＣＩＥ作用スペクトルの曲線（ＣＩＥ）と、本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）による受光感度スペクトルの曲線（Ａ１２）とは、比較的一致している。
【０１３６】
このように、本実施の形態に係る光検出装置（ＵＶ−Ｂセンサ）によれば、ＵＶインデックスを簡易的に測定することが可能である。
【０１３７】
［第３の実施の形態］
（オートライト装置）
第３の実施の形態に係るオートライト装置は、外部の紫外線を検出する前記第１〜第５の実施の形態に係るいずれかの光検出装置（ＵＶセンサ）と、外部の照度を検出する照度検出装置と、光検出装置および照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と備える。
【０１３８】
また、制御装置は、光検出装置による検出結果または照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に照明装置をオンし、光検出装置による検出結果または照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするように制御することができる。
【０１３９】
また、照明装置は、自動車や自転車等の車両に搭載された照明器具、あるいは街灯に搭載された照明器具とすることができる。
【０１４０】
図２５のブロック図に示すように、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０は、光検出装置（ＵＶセンサ）５５１と照度センサ５５２とが、センサ入力インターフェイス５５３を介して接続されている。
【０１４１】
ＵＶセンサ５５１としては、第１、第２の実施の形態に係るいずれかの光検出装置を用いることができる。
【０１４２】
照度センサ５５２としては、フォトトランジスタを使うタイプ、フォトダイオードを使うタイプ、フォトダイオードにアンプ回路を追加したタイプ等を適用することができる。
【０１４３】
センサ入力インターフェイス５５３には、オートライト制御回路５５４と、ライト駆動回路５５５が接続されている。
【０１４４】
ライト駆動回路５５５には、自動車のヘッドライト、テールランプや自転車の夜間走行用のライトあるいは街灯の電球等の照明器具５６０が接続されている。
【０１４５】
オートライト制御回路５５４は、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果または照度センサ５５２による可視光の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に照明器具５６０をオンし、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果または照度センサ５５２による可視光の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするようにライト駆動回路５５５を制御する。
【０１４６】
図２６は、第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【０１４７】
この処理が開始されると、まず、ステップＳ１０で照度センサ５５２による可視光の検出結果は閾値以下であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１１に移行する。
【０１４８】
ステップＳ１１では、ライト駆動回路５５５をオンしてステップＳ１２に移行してライト５６０がオンされてステップＳ１０に戻る。
【０１４９】
これにより、閾値以下の暗さとなった場合に、自動車等のライトが点灯するという、いわゆる一般的なオートライト装置と同様の動作を行う。
【０１５０】
一方、ステップＳ１０で「Ｎｏ」と判定された場合にはステップＳ１３に移行する。
【０１５１】
ステップＳ１３では、ＵＶセンサ５５１による紫外線（ＵＶ−ＡまたはＵＶ−Ｂ）の検出結果は閾値以下であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１４に移行する。
【０１５２】
ステップＳ１４では、ライト駆動回路５５５をオンしてステップＳ１５に移行してライト５６０がオンされてステップＳ１０に戻る。
【０１５３】
これにより、例えば、照度は一定値以上あるが紫外線が所定値以下となったような場合に、自動車等のライトを点灯させるという、一般的なオートライト装置には無い動作を行うことができる。
【０１５４】
これにより、閾値を適当な値とすることにより、例えば、照度は一定値以上であっても視認性が低下したような環境（曇天や霧等が発生した場合）下で、自動車等のライトを自動的に点灯させることができ、安全性や利便性を向上させることができる。
【０１５５】
また、ステップＳ１３で「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップＳ１６に移行する。
【０１５６】
ステップＳ１６ではライト駆動回路５５５をオフして、ステップＳ１７でライト５６０がオフされてステップＳ１０に戻る。
【０１５７】
なお、第３の実施の形態に係るオートライト装置の駆動処理は、これに限られず、例えば、照度は一定値以下であっても、紫外線は所定値以上である場合（例えば、所定条件下の曇天など）には、自動車や街灯のライトを点灯させないようにして、不必要なライトの点灯を抑制して、省電力を図れるようにしても良い。
【０１５８】
また、雪道など紫外線が強い状況において、ＵＶセンサ５５１による紫外線の検出結果が閾値以上となった場合に、自動車に搭載されるフォグランプ等を自動的にオンさせるようにしても良い。
【０１５９】
（オートライト装置の自動車への適用例）
図２７〜２９を参照して、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０の自動車への適用例について説明する。
【０１６０】
図２７は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、照度センサのみを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１６１】
なお、オートライト装置５５０のＵＶセンサ５５１および照度センサ５５２は、例えば、自動車のダッシュボードの上などに配置される。これにより、フロントウィンドウを介して、車外から太陽光および紫外線がＵＶセンサ５５１および照度センサ５５２に入射して測定される。
【０１６２】
図２７に示すように、太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、図２７（ａ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６３】
そして、例えば、図２７（ｂ）に示すように、高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以下となるため、自動車のヘッドライト５６０は点灯状態となる。なお、比較的短距離の日陰であるためヘッドライト５６０は本来不要であるが、ドライバには、一般的に消灯操作をする時間はないといえる。
【０１６４】
また、高架下６００などを通過後には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、図２７（ｃ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる。
【０１６５】
図２８は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、照度センサとＵＶセンサを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１６６】
図２８に示すように、太陽８００が出て紫外線を含む太陽光が降り注ぐ環境下において走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果およびＵＶセンサ５５１による測定結果は閾値以上となるため、図２８（ａ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６７】
そして、例えば、図２８（ｂ）に示すように、高架下６００などの比較的短距離の日陰７００を走行する場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以下となるが、路面等から反射した紫外線が入射するためＵＶセンサ５５１の測定結果は閾値以上となり、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１６８】
これにより、比較的短距離の日陰であるためヘッドライト５６０は本来不要であるので、ドライバの感覚に合わせて消灯状態を維持し、利便性や省電力性を向上させることができる。
【０１６９】
また、高架下６００などを通過後には、照度センサ５５２による可視光の測定結果およびＵＶセンサ５５１による測定結果は閾値以上となるため、図２８（ｃ）に示すように、自動車のヘッドライト５６０は再び消灯状態となる。
【０１７０】
図２９は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、曇天下や雨天下において照度センサ５５２のみを機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１７１】
曇天下や雨天下においては、雲による光散乱（ミー散乱）が生じる。
【０１７２】
ミー散乱では、散乱強度が波長に反比例するので、短波長ほど雲９００の影響を受け易い。
【０１７３】
このような状況下において、図２９に示すように、照度センサ５５２のみを機能させた状態で走行すると、比較的明るい場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるため、自動車のヘッドライト５６０は消灯状態を維持する。
【０１７４】
しかし、比較的明るい状況下であってもドライバの視認性を高めるためにヘッドライト５６０が自動的に点灯して欲しい場合がある。このような状況下においても、ドライバの肉眼は徐々に暗さに慣れてしまうため、手動によるヘッドライト５６０の点灯を忘れる場合もある。
【０１７５】
図３０は、第３の実施の形態に係るオートライト装置５５０を自動車に搭載し、曇天下や雨天下において照度センサ５５２とＵＶセンサ５５１を機能させた場合の動作状況を示す説明図である。
【０１７６】
図３０に示すように、照度センサ５５２とＵＶセンサ５５１の両方を機能させた状態で走行すると、曇天や雨天下で比較的明るい場合には、照度センサ５５２による可視光の測定結果は閾値以上となるが、ＵＶセンサ５５１による紫外線の測定結果は、雲によるミー散乱の影響で閾値以下となる場合がある。
【０１７７】
このような状態は、前出の図２６のフローチャートにおけるステップＳ１０→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５の処理に相当し、ヘッドライト５６０が自動的に点灯される。
【０１７８】
これにより、曇天や雨天下で視認性が低下した場合に、ドライバが操作することなくヘッドライト５６０が自動的に点灯され、安全性や利便性を向上させることができる。
【０１７９】
（紫外線の散乱）
図３１に示すように太陽８００から地上に達する光には、直射光ｈνDと散乱光がある。
【０１８０】
直射光ｈνDとは太陽８００から直接地上に達する光のことであり、散乱光ｈνRとは太陽８００からやってきた光が窒素・酸素などの空気分子やエアロゾル粒子６５０（固体または液体の微粒子）にあたり、その進行方向が変化し、植物７５０や人間８５０等が存在する地上に達する光のことである。
【０１８１】
図３１に示すように散乱光ｈνRは分子や粒子により四方に広がる。光が空気分子により散乱する場合は、光の波長が短いほど散乱しやすくなる性質があり、紫外線は可視光よりも波長が短いために、より散乱され易い。
【０１８２】
図３２は本州付近の夏の晴天時のＵＶインデックスの日変化を、直射光と散乱光に分けて示したグラフである。
【０１８３】
図３２において、地上に到達する紫外線の総量を太線で、そのうちの直射光によるものを細線で示している。
【０１８４】
図３２を見れば分かるように、地上に達する紫外線の中で、散乱光の寄与が直射光より大きい。したがって、日傘や帽子で日射しを遮ったり、日陰にいても、空が見える所では目で感じる以上に紫外線を浴びることになるので注意が必要である。
【０１８５】
（地表面の反射と紫外線）
図３３に示すように紫外線には、太陽８００から直接届く紫外線ｈνDや空気分子やエアロゾル粒子に散乱されて届く紫外線の他に地表面で反射される紫外線ｈνRがある。
【０１８６】
屋外にいる人８５０は、上空から地上に向かう紫外線（太陽８００からの直射光と大気で散乱された光をあわせたもの）を浴びるだけでなく、地表面で反射された紫外線ｈνRも浴びている。
【０１８７】
ＵＶインデックスは、このうち上空から地上に向かう紫外線の強度を示したものである。
【０１８８】
ＵＶインデックスを利用する際に、実際に浴びる紫外線量には紫外線が地表面で反射される効果も含まれていることを考慮に入れる必要がある。
【０１８９】
なお、地表面での紫外線の反射の割合は、地表面の状態により大きく異なる。例えば、草地やアスファルトの反射率は１０％もしくはそれ以下であるが、砂浜では２５％、新雪では８０％にも達する。
【０１９０】
さらに、地表面で反射された紫外線ｈνRの一部は上空に向かい、大気等で再び散乱されて地上に向かう。つまり地表面の反射率が大きいところでは、反射率が小さいところより散乱光も強くなっている。
【０１９１】
例えば、一面雪原の場合には、上空からの紫外線量（ＵＶインデックス）は、反射と散乱の効果により雪がないと仮定した場合と比較して４〜５割ほど増加することが分かっている。
【０１９２】
上空からの紫外線ｈνDに対して帽子や日傘の利用は有効であるが、地表面から反射してくる紫外線ｈνRについても忘れずに、総合的な紫外線対策をとることが大事である。
【０１９３】
本発明に係る光検出装置（ＵＶセンサ）によれば、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載することが可能であり、常に携帯して環境のＵＶインデックスを簡易的に測定することにより、紫外線の浴びすぎ等を回避することに役立てることができる。
【０１９４】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を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実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明の光検出素子や光検出装置は、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂの紫外線センサなどに適用することができる。また、携帯電話や腕時計等の携帯機器に搭載してＵＶインデックスの簡易測定装置に適用することができる。また、本発明のオートライト装置は、自動車、自転車等の車両のライトシステムや街灯等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１…透光性基板
２…光吸収層
３，４，２３，２４，３１，４１…電極
５，５１…接着層
６，１９，２０，６１…絶縁膜
７…パッケージ
８，８１…光学フィルタ
１１…透光性基板
２１…ガラス基板
２２…ＺｎＯ膜
３０…正極
４０…グラウンド電極
７１…支持層
１００，２００，４００…受光素子
５５０…オートライト装置
５５１…ＵＶセンサ
５５２…照度センサ
５５３…センサ入力インターフェイス
５５４…オートライト制御回路
５５５…ライト駆動回路
５６０…ライト（照明器具）
６００…高架下
６５０…エアロゾル粒子
７００…日陰
７５０…植物
８００…太陽
８５０…人間
９００…雲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、
前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、
前記透光性基板上に配置された検出電極と、
前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜と
を備え、
前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、
前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層から発生する電流を前記検出電極により検出することを特徴とする光検出素子。
【請求項２】
前記光吸収層は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
【請求項３】
前記検出電極は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光検出素子。
【請求項４】
前記透光性基板上の光の入射面側に、特定の波長範囲の光を吸収する光学フィルタが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項５】
前記光学フィルタが吸収する波長範囲と同じ波長範囲の光を吸収する絶縁膜が前記透光性基板の側面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光検出素子。
【請求項６】
前記透光性基板の裏面位置までの側面を囲むパッケージを備えており、前記透光性基板と前記パッケージとは接着層により接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項７】
前記光吸収層は、光電変換により光の検出を行なうことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項８】
前記光学フィルタは、ペースト状の物質を硬化させた光学フィルタであって、前記ペースト状の物質には特定の波長範囲の光を吸収させるための半導体の粒子が含まれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項９】
前記半導体の粒子は、ＩＶ族の元素による半導体、ＩＩ族の元素とＶＩ族の元素による化合物半導体、ＩＩＩ族の元素とＶ族の元素による化合物半導体、ＩＩＩ族の元素とＶＩ族の元素による化合物半導体のいずれかの半導体による粒子であることを特徴とする請求項８に記載の光検出素子。
【請求項１０】
前記ペースト状の物質の主成分は、ガラス系材料、アクリル樹脂、シリコン樹脂、非晶性フッ素樹脂のいずれか１つ以上の物質で構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の光検出素子。
【請求項１１】
前記ペースト状の物質は、前記ガラス系材料と半導体の粒子とを混合したペーストからなることを特徴とする請求項１０に記載の光検出素子。
【請求項１２】
複数の光検出素子を備えた光検出装置であって、
前記各光検出素子は、
透光性基板と、
前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、
前記透光性基板上に配置された検出電極と、
前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜と
を備え、
前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、
前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層からの電流を前記検出電極により検出する素子であるとともに、
第１の光検出素子は、一定の波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルタを第１の透光性基板上の光の入射面側に有し、
第２の光検出素子は、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルタを第２の透光性基板上の光の入射面側に有し、
前記第１の光検出素子の信号と前記第２の光検出素子の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを特徴とする光検出装置。
【請求項１３】
前記光吸収層は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記検出電極は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光検出装置。
【請求項１５】
太陽光を照射した場合に、受光感度と波長の相関関係を示す受光感度スペクトルが、ＵＶ−ＢのＣＩＥ作用スペクトルと近似させたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記第１の光学フィルタ及び第２の光学フィルタは、それぞれ前記波長範囲λに吸収がないペースト状材料と吸収端の異なる半導体の粉末との混合物であることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記第１の光学フィルタと同じ特性の第３の光学フィルタと前記第１の光検出素子とは異なる広さの光電変換領域とを有する第３の光検出素子を少なくとも備え、前記第１の光検出素子と第２の光検出素子と第３の光検出素子により、波長範囲λの光量を算出することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１８】
前記第１の光検出素子と第３の光検出素子とで波長範囲λを除く光の単位受光面積当たりの光検出信号Ｊ０を算出する第１の算出手段、前記第２の光検出素子の受光面積をＡとした場合Ａ×Ｊ０と該第２の光検出素子の光検出信号との差を求めて波長範囲λの光量を算出する第２の算出手段とを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の光検出装置。
【請求項１９】
外部の紫外線を検出する請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光検出装置と、
外部の照度を検出する照度検出装置と、
前記光検出装置および前記照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と
備えることを特徴とするオートライト装置。
【請求項２０】
前記制御装置は、
前記光検出装置による検出結果または前記照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に前記照明装置をオンし、前記光検出装置による検出結果または前記照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするように制御することを特徴とする請求項１９に記載のオートライト装置。
【請求項２１】
前記照明装置は、車両に搭載された照明器具であることを特徴とする請求項１９または２０に記載のオートライト装置。
【請求項２２】
前記照明装置は、街灯に搭載された照明器具であることを特徴とする請求項１９または２０に記載のオートライト装置。
【請求項１】
透光性基板と、
前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、
前記透光性基板上に配置された検出電極と、
前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜と
を備え、
前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、
前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層から発生する電流を前記検出電極により検出することを特徴とする光検出素子。
【請求項２】
前記光吸収層は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
【請求項３】
前記検出電極は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光検出素子。
【請求項４】
前記透光性基板上の光の入射面側に、特定の波長範囲の光を吸収する光学フィルタが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項５】
前記光学フィルタが吸収する波長範囲と同じ波長範囲の光を吸収する絶縁膜が前記透光性基板の側面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光検出素子。
【請求項６】
前記透光性基板の裏面位置までの側面を囲むパッケージを備えており、前記透光性基板と前記パッケージとは接着層により接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項７】
前記光吸収層は、光電変換により光の検出を行なうことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項８】
前記光学フィルタは、ペースト状の物質を硬化させた光学フィルタであって、前記ペースト状の物質には特定の波長範囲の光を吸収させるための半導体の粒子が含まれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光検出素子。
【請求項９】
前記半導体の粒子は、ＩＶ族の元素による半導体、ＩＩ族の元素とＶＩ族の元素による化合物半導体、ＩＩＩ族の元素とＶ族の元素による化合物半導体、ＩＩＩ族の元素とＶＩ族の元素による化合物半導体のいずれかの半導体による粒子であることを特徴とする請求項８に記載の光検出素子。
【請求項１０】
前記ペースト状の物質の主成分は、ガラス系材料、アクリル樹脂、シリコン樹脂、非晶性フッ素樹脂のいずれか１つ以上の物質で構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の光検出素子。
【請求項１１】
前記ペースト状の物質は、前記ガラス系材料と半導体の粒子とを混合したペーストからなることを特徴とする請求項１０に記載の光検出素子。
【請求項１２】
複数の光検出素子を備えた光検出装置であって、
前記各光検出素子は、
透光性基板と、
前記透光性基板上に配置された光を吸収する光吸収層と、
前記透光性基板上に配置された検出電極と、
前記光吸収層の表面を覆うように形成された絶縁膜と
を備え、
前記検出電極の少なくとも一部は、前記光吸収層に埋め込まれており、
前記透光性基板の裏面から光を入射させ、前記光吸収層からの電流を前記検出電極により検出する素子であるとともに、
第１の光検出素子は、一定の波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルタを第１の透光性基板上の光の入射面側に有し、
第２の光検出素子は、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルタを第２の透光性基板上の光の入射面側に有し、
前記第１の光検出素子の信号と前記第２の光検出素子の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを特徴とする光検出装置。
【請求項１３】
前記光吸収層は、Ｇａ２Ｏ３の薄膜で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記検出電極は、一対の電極で構成され、各電極は櫛型形状を有し、互いに所定の間隔で櫛歯が噛み合わさるようにして形成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光検出装置。
【請求項１５】
太陽光を照射した場合に、受光感度と波長の相関関係を示す受光感度スペクトルが、ＵＶ−ＢのＣＩＥ作用スペクトルと近似させたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記第１の光学フィルタ及び第２の光学フィルタは、それぞれ前記波長範囲λに吸収がないペースト状材料と吸収端の異なる半導体の粉末との混合物であることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記第１の光学フィルタと同じ特性の第３の光学フィルタと前記第１の光検出素子とは異なる広さの光電変換領域とを有する第３の光検出素子を少なくとも備え、前記第１の光検出素子と第２の光検出素子と第３の光検出素子により、波長範囲λの光量を算出することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１８】
前記第１の光検出素子と第３の光検出素子とで波長範囲λを除く光の単位受光面積当たりの光検出信号Ｊ０を算出する第１の算出手段、前記第２の光検出素子の受光面積をＡとした場合Ａ×Ｊ０と該第２の光検出素子の光検出信号との差を求めて波長範囲λの光量を算出する第２の算出手段とを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の光検出装置。
【請求項１９】
外部の紫外線を検出する請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光検出装置と、
外部の照度を検出する照度検出装置と、
前記光検出装置および前記照度検出装置による検出結果に基づいて、照明装置をオン・オフさせる制御装置と
備えることを特徴とするオートライト装置。
【請求項２０】
前記制御装置は、
前記光検出装置による検出結果または前記照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以下となった場合に前記照明装置をオンし、前記光検出装置による検出結果または前記照度検出装置の検出結果の何れかが所定の閾値以上となった場合にオフするように制御することを特徴とする請求項１９に記載のオートライト装置。
【請求項２１】
前記照明装置は、車両に搭載された照明器具であることを特徴とする請求項１９または２０に記載のオートライト装置。
【請求項２２】
前記照明装置は、街灯に搭載された照明器具であることを特徴とする請求項１９または２０に記載のオートライト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１３−５５３２５（Ｐ２０１３−５５３２５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２４２５８（Ｐ２０１２−１２４２５８）
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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