CN111448794A - 太赫兹波相机和检测模块 - Google Patents

Abstract

一种获取关于测量目标107的信息的太赫兹波相机100，包括：传感器单元101，在该传感器单元101中布置对太赫兹波108具有光谱灵敏度的多个元件191；读出电路单元102，从元件191读出信号；第一遮光部103；以及光学单元103。第一遮光部103减少干扰光111，读出电路单元102对该干扰光111具有光谱灵敏度。光学单元103将太赫兹波108从测量目标107引导到传感器单元101。

Description

太赫兹波相机和检测模块

技术领域

本发明涉及作为使用太赫兹波的信息获取设备的太赫兹波相机、检测模块等。更具体地，本发明涉及用于抑制对获取关于具有与太赫兹波不同的波长的电磁波的信息的功能的影响的技术。

背景技术

太赫兹波是通常具有从0.2THz到30THz的范围中的任何频带的信号的无线电波。在该频带中，存在很多由诸如生物分子或树脂之类的各种物质的结构或状态引起的特性吸收。因为太赫兹波具有比可见光或红外光大的波长，所以太赫兹波不太可能受到散射影响并且针对许多物质具有高透射率。另一方面，太赫兹波具有比也作为无线电波的毫米波短的波长。因此，在使用太赫兹波的无线电波相机(也被称为太赫兹波相机)中，与从毫米波生成的图像相比较，可以预期具有高分辨率的图像。通过利用这些特性，预期应用于安全成像技术来代替X射线。例如，已经考虑应用于公共场所中的安全检查和监控技术。

在无线电波相机中，存在从由于热辐射而从对象生成的电磁波(无线电波和光)中选择并检测期望的无线电波的被动类型(passive type)以及利用期望的无线电波照射对象并检测反射的无线电波的主动类型(active type)。由于因为热辐射而从对象生成的无线电波非常弱，因此许多被动类型无线电波相机通过使用诸如混频器之类的高频电路来实现无线电波的选择和系统噪声的减小。由于正在开发在太赫兹波段中驱动的高频电路技术，因此常常考虑主动类型太赫兹波相机以确保所需的SN比。

在两种类型的太赫兹波相机中，太赫兹波的信号弱且快速。因此，公开了用于通过集成检测信号的元件和读出信号的外围电路(也被称为读出电路)来避免由于电路的寄生成分而引起的噪声增大和频率特性的恶化的技术(参见专利文献1、图1A、图1B、图6、图7等)。

[引文列表]

[专利文献]

PTL 1：日本专利申请特许公开No.2014-175819

发明内容

[技术问题]

集成在检测太赫兹波的元件中并读出与太赫兹波有关的信号的外围电路常常由对可见光和红外光具有高光谱灵敏度的硅基半导体电路(例如，CMOS)形成。这里，由于与太赫兹波有关的信号微弱，因此期望太赫兹波相机使用F值尽可能低的透镜，并且将太赫兹波收集到检测太赫兹波的元件。此时，当可见光或红外光被发射到外围电路时，由于可见光或红外光而引起的电路内部的光电效应的影响生成不必要的电荷。这种不必要的电荷可能引起噪声，并且SN比可能减小。

[问题的解决方案]

鉴于上述问题，根据本发明的一个方面的太赫兹波相机是检测来自测量目标的太赫兹波并获取关于测量目标的信息的太赫兹波相机，并且该太赫兹波相机包括：传感器单元，在该传感器单元中布置对太赫兹波具有光谱灵敏度的多个检测元件；读出电路单元，从检测元件读出信号；第一遮光部，减少干扰光，读出电路单元对该干扰光具有光谱灵敏度；以及光学单元，将太赫兹波从测量目标引导到传感器单元。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于太赫兹波相机的检测模块，该检测模块检测来自测量目标的太赫兹波并获取关于测量目标的信息，并且该检测模块包括：传感器基板；多个检测元件，设置在传感器基板的第一主面上并且对太赫兹波具有光谱灵敏度；第一遮光部，减少除太赫兹波以外的干扰光并且在传感器基板的截面图中布置在与检测元件不同的层级上；读出电路基板，被设置成面对传感器基板的第二主面；以及读出电路单元，被设置在读出电路基板上，对干扰光具有光谱灵敏度，并从检测元件读出信号。

根据本发明的一个方面，可以采用一种减少不期望的电磁波的光(诸如可见光或红外光之类的干扰光)的配置，该不期望的电磁波的光可以到达用于读出检测太赫兹波的元件的信号的电路单元。

附图说明

图1A是示出第一实施例的太赫兹波相机的配置的图。

图1B是第一实施例的检测模块的平面图和截面图。

图2是示出散射第二遮光部的干扰光的结构的示例的截面图。

图3是示出散射第二遮光部的干扰光的结构的另一示例的截面图。

图4A是示出第二实施例的第一遮光部和第二遮光部的布置的示例的截面图。

图4B是示出第二实施例的第一遮光部和第二遮光部的布置的示例的截面图。

图5是示出第三实施例的太赫兹波相机的配置的图。

图6是示出第四实施例的太赫兹波相机的配置的图。

图7是示出第一实施例的检测模块的另一布置示例的平面图和截面图的图。

图8A是第六实施例的检测模块的布置示例的平面图。

图8B是第六实施例的检测模块的布置示例的截面图。

图9A是第六实施例的检测模块的另一布置示例的平面图。

图9B是第六实施例的检测模块的另一布置示例的截面图。

图10A是第一实施例的元件的平面图。

图10B是第一实施例的元件的截面图。

图10C是第一实施例的元件的截面图。

图11A是第六实施例的检测模块的配置示例的平面图。

图11B是第六实施例的检测模块的配置示例的截面图。

图12A是第六实施例的检测模块的布置示例的平面图。

图12B是第六实施例的检测模块的布置示例的截面图。

图12C是第六实施例的检测模块的布置示例的截面图。

图13是第六实施例的检测模块的一部分的截面图。

具体实施方式

用作太赫兹波传感器单元的读出电路单元的典型的硅基通用电路对诸如可见光之类的干扰光具有光谱灵敏度。另外，在用于毫米波、太赫兹波等的高频电路中，特别地，由周围铺设布线引起的寄生成分的影响是不可忽略的。因此，期望作为读出电路单元的外围电路被布置为尽可能靠近传感器单元。从这一观点出发，获取关于测量目标的信息的太赫兹波相机具有对太赫兹波具有光谱灵敏度的传感器单元、读出电路单元以及减少不期望的干扰光的遮光部。在本说明书中，“减少光”和“阻挡光”可以是指减少朝着读出电路单元的干扰光的量或强度。读出电路单元优选地被布置为靠近传感器单元。在本文中，通过考虑在读出电路单元中由周围铺设布线而引起的寄生成分是否阻止包括传感器单元和读出电路单元的设备所需的性能条件的建立来确定是否“靠近”。通过波长范围是否在读出电路单元的光谱灵敏度的波长范围内来确定是否是“干扰光”，并且可以存在一些偏差等。在下文中，尽管将描述实施例和示例，但是本发明不限于此，并且在不脱离本发明的精神的范围的情况下可以进行各种修改或改变，以实现可以解决上述问题的配置。

根据本发明人的研究，已经发现由于太赫兹波的信号微弱，因此在构造太赫兹波相机时，由于不必要的电荷而引起的噪声的影响是不可以忽略的问题。如上所述，对于集成在太赫兹波的检测元件附近的外围电路，抑制由于由可见光或红外光引起的不必要电荷而引起的噪声的影响是使用具有不同的光谱灵敏度的太赫兹波检测元件和外围电路的太赫兹波相机所特有的问题。

[第一实施例]

将参考附图描述本发明的第一实施例。图1A和图1B是本实施例的太赫兹波相机的示意性配置图。图1A是示出太赫兹波相机100的配置的图，并且图1B是包括太赫兹波相机100的传感器单元101周围的配置的检测模块的平面图和截面图。

图1A的太赫兹波相机100至少具有第一遮光部103、传感器单元101和读出电路单元102。这样的组件被容纳在相机壳体105中。太赫兹波相机100检测来自对象107的太赫兹波108并对其进行成像。如果有必要，在监视器106上显示成像的太赫兹波图像。来自对象107的太赫兹波108是由于热辐射而由对象107生成的太赫兹波或者是从外部照明发射并然后被对象107反射的太赫兹波。太赫兹波是无线电波，并且优选地具有从0.2THz到30THz的范围中的任何频带中的信号。

第一遮光部103阻挡干扰光111，并将太赫兹波108引导到传感器单元101。原则上，虽然第一遮光部103可以被划分为具有阻挡光的功能的遮光部和具有图像捕获的功能的光学单元，但是当第一遮光部103具有阻挡光和图像捕获两个功能时，可以减少形成太赫兹波相机100的组件的数量。干扰光111是从干扰光源110生成的可见光或红外光，并且是除太赫兹波以外的电磁波。干扰光源110是照明装置、自然光、热源等。第一遮光部103具有将太赫兹波108的图像捕获到传感器单元101上的光学能力，并且例如是凸透镜。第一遮光部103由透射太赫兹波108的构件形成。

虽然在图1A中第一遮光部103由一个透镜形成，但是第一遮光部103可以由多个透镜形成。另外，期望第一遮光部103是吸收和散射干扰光111以便阻挡干扰光111的构件。例如，作为阻挡干扰光111并透射太赫兹波108的构件的材料，可以应用对太赫兹波的透射率比对干扰光的透射率高的诸如高密度聚乙烯(HDPE)、铁氟龙(注册商标)(商品名：聚四氟乙烯，PTFE)、高电阻硅等。使用这种材料，可以形成透射太赫兹波108并吸收干扰光111的第一遮光部103。另外，在散射干扰光111的诸如多孔结构之类的结构被包含在构件中的情况下，可以形成透射太赫兹波108并散射干扰光111的第一遮光部103。

透镜不仅可以收集太赫兹波108，而且还可以收集干扰光111。但是，与本实施例一样，具有透镜功能的第一遮光部103通过如上所述的配置阻挡干扰光111。因此，由于可以抑制干扰光111被收集到外围电路，因此可以抑制由于干扰光111而引起的电路内部的光电效应的影响而引起的不必要电荷的生成。因此，可以获得减小噪声的优点，可以改善太赫兹波相机100的SN比。

在相机壳体105中支撑第一遮光部103的支撑部由至少透射太赫兹波108的材料形成，或者该支撑部的中央部被开口。另外，相机壳体105的另一部分优选地由既不透射干扰光111也不透射太赫兹波108的材料形成，并且由至少不透射干扰光111的材料形成。

传感器单元101具有以矩阵二维地布置的多个元件(像素)191，并且元件191对太赫兹波108具有光谱灵敏度。传感器单元101形成在传感器基板194中。为了对太赫兹波108具有光谱灵敏度，传感器单元101的元件191具有将诸如由化合物半导体或半导体制成的肖特基势垒二极管(SBD)之类的检测元件与天线集成的结构。另外，元件191的检测元件可以是诸如自开关二极管或金属-绝缘体-金属(MIM)二极管之类的整流检测元件、诸如场效应晶体管(FET)或高电子迁移率晶体管(HEMT)之类的晶体管或使用量子阱的检测元件。在太赫兹波相机中，元件191与像素对应。

可以使用以下作为传感器单元101的元件191。图10A、图10B和图10C是示出元件191的配置示例的图。图10A是元件191的平面图，并且图10B和图10C是图10A的元件191的截面图。图10C进一步示出作为变形例的元件191。

在图10A中，元件191可以具有形成凹陷(凹部)1001的传感器基板194、天线1003和检测元件1004。在传感器基板194上，凹陷1001以元件191为基础形成，并且在平面图中凹陷1001形成圆形。凹陷1001由反射接收到的电磁波的内壁部形成。内壁部可以由凹陷1001的侧壁、底部等形成。在凹陷1001的底部，以突出的方式设置支撑部1005和1005’。支撑部1005和1005’中的每个都具有圆柱形状，并且支撑部1005’的高度小于支撑部1005的高度。检测元件1004设置在支撑部1005’的顶面上。接收电磁波的天线1003被固定在支撑部1005和1005’上。天线1003在平面图中具有环形形状，并且由金属部1003a和1003b形成。金属部1003a的长度大于金属部1003b的长度。各个金属部1003a和1003b的一端连接到检测元件1004，并且在各个金属部1003a和1003b的另一端之间形成具有预定宽度的空气间隙。在本文中，金属部1003a和1003b各自具有设置在凹陷1001的开口上的部分和连接到布置在支撑部1005’上的检测元件1004的部分，支撑部1005’设置在传感器基板194上。

如图10A和图10B中所示，支撑部1005还支撑天线1003。反射电磁波的凹陷1001的内壁通过使用传感器基板194与凹陷1001之间的界面的折射率的差异来反射电磁波。如图10B中所示，金属层1006可以设置在凹陷1001的底面上作为反射电磁波的结构。另外，如图10C中所示，金属层1006可以设置在传感器基板194的背面上。当天线1003与凹陷1001的侧壁之间的距离W改变时，元件191的电磁波的辐射图案改变。因此，优选的是距离W具有足够的长度，以使辐射图案不被干扰。优选地，距离W相对于作为有效电磁波的波长λ为0.1λ或更长。另外，电磁波的辐射方向根据金属层1006到传感器基板194的正面的距离D而改变。具体地，根据距离D来确定电磁波的辐射方向集中在天线1003上方或集中在传感器基板194内部。在本实施例中，金属层1006布置在辐射图案集中在传感器基板194上方的位置处。优选地，距离D相对于作为有效电磁波的波长λ为0.25λ。

例如，当使用0.5THz的电磁波时，天线1003的半径为65μm。此时，当天线1003和凹陷1001被空气填充时，距离W为60μm。当元件191具有图10B中所示的截面结构、并且传感器基板194由硅形成时，距离D为60μm。

注意的是，虽然图10A和图10B的支撑部1005具有圆柱形状，但是形状不限于此。例如，支撑部1005可以具有棱柱形状或可以具有梯形形状。另外，由凹陷1001围绕的空间不仅可以被空气填充，而且还可以被具有与空气的折射率不同的折射率的材料填充。例如，凹陷1001的空间可以被作为树脂材料的苯并环丁烯(BCB)填充。

在传感器基板194上形成的金属层1006还可以用作用于作为干扰光的可见光和红外光的遮光部。换句话说，传感器基板194具有将干扰光反射到与检测元件1004不同的层级的遮光部。注意的是，具有反射干扰光的电介质多层膜结构的遮光部可以被提供给除金属层1006以外的部分，或者可以针对其上布置有遮光部的层级部分地或全部地形成。利用这种配置，可以阻挡原本将到达稍后描述的读出电路单元的干扰光。

返回到图1A，传感器单元101可以被配置成使得可以分别布置各自具有检测来自对象的电磁波的检测元件的多个像素和用于从像素读出信号的多个开关。这里，传感器单元101具有生成预定周期的信号的生成单元，并且像素经由开关连接到用于向像素供给预定周期的信号的传输线和用于从像素读出信号的扫描线。另外，像素具有频率转换元件，该频率转换元件通过使用预定周期的信号对检测元件的检测信号执行频率转换。

读出电路单元102是从元件191读出与太赫兹波108有关的信号的电路。读出电路单元102包括放大器电路、滤波器电路、开关电路、电源电路等，并且例如诸如CMOS电路技术之类的通用半导体电路技术可以被应用到读出电路单元102。由于用于这种电路的半导体对可见光或红外光的波长范围具有高光谱灵敏度，因此干扰光111由于电路的不必要电荷而引起噪声。因此，为了去除噪声的起因，设置了第一遮光部103、稍后描述的第二遮光部104等。如图1B中所示，读出电路单元102形成在读出电路基板195上。读出电路单元102和传感器单元101被一体地形成。在本示例中，读出电路基板195和传感器基板194被耦合并被一体化。为了使读出电路基板195和传感器基板194一体化，读出电路基板195和传感器基板194可以被分别设置在共用基板的正面和背面上。

图1B示出了传感器单元和读出电路单元的平面图以及沿着虚线1B-1B’截取的截面图，并且是示出传感器单元101和读出电路单元102的布置示例的图。如图1B中所示，传感器单元101和读出电路单元102被堆叠并经由设置在传感器基板194中的贯通电极193彼此连接。传感器单元101设置在传感器基板194的第一主面上，并且读出电路基板195与其相对并设置在传感器基板194的第二主面上。更详细地，具有传感器单元101的传感器基板194和具有读出电路单元102的读出电路基板195被布置为沿着太赫兹波相机100的光轴109彼此附接。读出电路基板195被布置为与第一遮光部103相对，其中传感器基板194被插入在其间。

根据这种布置，由于读出电路单元102的至少一部分被传感器单元101遮蔽，因此读出电路单元102的电路暴露部分减小。因此，由于干扰光111到达读出电路单元102的区域减小，因此减小了由于电路的不必要的电荷而引起的噪声的影响，并且改善了噪声特性。因此，改善了太赫兹波相机100的SN比。

传感器单元101和读出电路单元102的布置不限于如上所述的附接的形式。图7示出了作为变形例的包括传感器单元和读出电路单元的检测模块的平面图以及沿着虚线7-7’截取的截面图。如图7中所示，传感器单元101和读出电路单元102可以被一体地布置在模块基板896的第一遮光部103侧的同一面上。这里，读出电路单元102被布置在传感器单元101的区域附近的彼此不同的两个区域中。例如，在平面图中，读出电路单元102可以被布置以便插入传感器单元101。两个区域中的读出电路单元102通过在模块基板896的顶面上或内部区域中形成的布线等彼此电连接。

传感器单元101对太赫兹波108具有光谱灵敏度，并且读出电路单元102对干扰光(可见光和红外光)111具有光谱灵敏度并与传感器单元101一体地布置。第一遮光部103对传感器单元101和读出电路单元102遮蔽干扰光111。另外，第一遮光部103将太赫兹波108的图像捕获到传感器单元101上。由于第一遮光部103阻挡原本将到达读出电路单元102的可见光或红外光，因此抑制了由于读出电路单元102的不必要的电荷而引起的噪声。

在本实施例中，虽然第一遮光部103旨在阻挡干扰光111，但是来自除第一遮光部103以外的部分的干扰光111可以侵入太赫兹波相机100的内部。因此，如图1A中所示，透射太赫兹波108的第二遮光部104可以设置在太赫兹波相机100中。第二遮光部104以与第一遮光部103相同的方式沿着太赫兹波相机100的光轴109布置。在图1A中，第二遮光部104沿着太赫兹波相机100的光轴109布置在第一遮光部103与传感器单元101之间。根据这种布置，由于第二遮光部104被插入在第一遮光部103与传感器单元101之间，因此不要求改变太赫兹波相机100的光学系统的尺寸。但是，第二遮光部104的布置不限于此，并且例如第二遮光部104可以经由第一遮光部103布置在与传感器单元101相对的位置处。在这种情况下，由于第二遮光部104布置在太赫兹波相机100的端部(图1A中的左端部)，因此可以容易地更换第二遮光部104而无需拆解太赫兹波相机100。

在图1A中，第二遮光部104布置在相机壳体105中以便相对于光轴109倾斜。即，与第二遮光部104的表面垂直的轴不平行于光轴109。通过布置第二遮光部104以便相对于光轴109倾斜，例如可以防止在传感器单元101或读出电路单元102的表面上反射的干扰光111在第二遮光部104的表面处被反射，沿着相同的光路行进，并再次进入读出电路单元102。根据这种布置，由于可以抑制再次进入读出电路单元102的干扰光111，因此可以更多地抑制由于读出电路单元102的不必要的电荷而引起的噪声。

第二遮光部104以与第一遮光部103相同的方式通过吸收或散射干扰光111等来阻挡干扰光111。图1A中的第二遮光部104具有散射干扰光111的结构，并且示出了输出散射光112的示例。

图2是示出在第二遮光部104中散射干扰光111的结构的示例的图，该图示出了第二遮光部104的一部分的截面图。第二遮光部104具有形成有多个气孔部214的构件213。第二遮光部104的散射结构与设置在构件213中的气孔部214对应。构件213的材料是对太赫兹波108具有透射性的材料。干扰光111在构件213处被吸收，在气孔部214的气孔与构件213之间的界面处被散射，并且变成散射光112。这种散射现象是由几何光学散射和米氏散射引起的。因此，要求气孔部214的尺寸与干扰光111的波长基本相同或比干扰光111的波长大。另外，要求气孔部214的结构对太赫兹波108具有透射性。因此，要求气孔部214的尺寸与太赫兹波108的波长基本相同或比太赫兹波108的波长小。可替代地，要求相邻的气孔部214之间的距离与太赫兹波108的波长基本相同或比太赫兹波108的波长小。具体地，期望气孔部214的尺寸相对于太赫兹波108的波长λ1为1/10×λ1或更小。可替代地，期望相邻的气孔部214之间的距离相对于太赫兹波108的波长λ1为1/10×λ1或更小。另外，期望气孔部214的尺寸相对于干扰光111的波长λ2为λ2或更大。作为第二遮光部104，可以使用气孔部214的尺寸被控制的苯乙烯泡沫、乙烯泡沫等。

图3示出了在第二遮光部104中散射干扰光111的另一结构的示例，该图示出了第二遮光部104的一部分的截面图。第二遮光部104具有在表面上形成有凹凸部315的构件313。第二遮光部104的散射结构是设置在构件313的表面上的凹凸部315。构件313是对太赫兹波108具有透射性的材料。干扰光111在构件313中被吸收并在凹凸部315与围绕第二遮光部104的大气(例如，空气)之间的界面处被散射。这种散射现象是由几何光学散射和米氏散射引起的。因此，要求凹凸部315的尺寸(凹凸的深度、宽度等)与干扰光111的波长基本相同或比干扰光111的波长大。另外，为了抑制由于凹凸部315而引起的太赫兹波108的散射，要求凹凸部315的尺寸与太赫兹波108的波长基本相同或比太赫兹波108的波长小。具体地，期望凹凸部315的尺寸相对于太赫兹波108的波长λ1为1/10×λ1或更小。另外，期望凹凸部315的尺寸相对于干扰光111的波长λ2为λ2或更大。作为第二遮光部104，例如可以使用其表面被处理成砂面的聚乙烯、石英基板等。

如上所述，在本实施例中，阻挡干扰光111的配置被提供给具有不同的光谱灵敏度的传感器单元101和读出电路单元102被一体化的配置。根据这种配置，第一遮光部103和第二遮光部104对对太赫兹波108具有光谱灵敏度的传感器单元101和对干扰光(可见光和红外光)111具有光谱灵敏度并与传感器单元101一体地布置的读出电路单元102遮蔽干扰光111。另外，第一遮光部103将太赫兹波108的图像捕获到传感器单元101上。由于第一遮光部103和第二遮光部104以两个步骤阻挡原本将到达读出电路单元102的可见光和红外光，因此由于读出电路单元102的不必要的电荷而引起的噪声被进一步抑制。因此，减小了太赫兹波相机100中的噪声，并且进一步改善了太赫兹波相机100的SN比。

特别地，如图2和图3中所示，当第二遮光部104具有散射干扰光111的结构时，干扰光111由于散射而扩散。因此，由于减少了到达读出电路单元102的干扰光111的光量，因此进一步减小了太赫兹波相机100中的噪声，并且改善了太赫兹波相机100的SN比。注意的是，散射干扰光的结构可以被提供给第一遮光部。即，散射干扰光的结构可以被设置在第一遮光部和第二遮光部中的至少一个中。

[示例1]

将参考附图描述第一实施例的太赫兹波相机的每个构件的材料、数值等的具体示例。本发明不限于以下示例。本示例的太赫兹波相机是利用太赫兹波照射对象的主动类型太赫兹波相机。

图1A的太赫兹波108的频率在0.43THz至0.5THz的范围内。太赫兹波108是从太赫兹波源(未示出)发射到对象107并由对象107反射的反射波。太赫兹波源是平面光源，在该平面光源中多个太赫兹波源以矩阵布置。更详细地，太赫兹波源是集成了谐振隧道二极管(RTD)和作为谐振器的贴片天线的元件，并且太赫兹波源的输出略低于0.1mW。在本示例中，太赫兹波源是布置了25个太赫兹波源的元件的平面光源。布置的太赫兹波源的数量不限于此。另外，太赫兹波源的配置不限于以上，并且可以使用已知的太赫兹波源。干扰光源110是室内照明或自然光。

第一遮光部103还是非球面双凸透镜，并且其材料是高密度聚乙烯(HDPE)。第一遮光部103阻挡作为可见光的干扰光111并透射太赫兹波108。第一遮光部103的焦距和工作距离分别为100mm和400mm。另外，第一遮光部103的倍率为0.33，并且这使得对象107的图像被捕获在传感器单元101上。

第二遮光部104是厚度为5mm的聚苯乙烯板，并且气孔部214的尺寸约为100μm。另外，相邻的气孔部214之间的距离约为20μm。如图1A中所示，第二遮光部104相对于相机100的光轴109被对角地安装。第二遮光部104进一步阻挡从第一遮光部103泄漏的干扰光111。

传感器单元101的元件191是集成有天线的肖特基势垒二极管(SBD)。每个天线是环形天线，并且天线的谐振频率已被调整为从上述RTD生成的太赫兹波的频率。元件191是将太赫兹波108的信号转换成电信号的光电转换元件。传感器单元101例如包括以矩阵布置的4096个元件191，并且传感器单元101的尺寸约为32mm×32mm。利用这种配置，传感器单元101对太赫兹波具有光谱灵敏度。

读出电路单元102是行读出电路，并且具有选择行的位置的开关电路和移位寄存器电路、确定传感器单元101的元件191的操作点的偏置电路、将元件191的输出转换成电荷信号的电路等。这些电路形成在硅基半导体基板上，并且因此对可见光和红外光具有高光谱灵敏度。

如图1B中所示，传感器基板194和读出电路基板195彼此附接并且沿着太赫兹波相机100的光轴109布置。由于传感器基板194和读出电路基板195通过彼此附接被配置，因此干扰光111的一部分被传感器单元101阻挡，并且进入读出电路单元102的干扰光111的强度减小。

读出电路单元102的输出端子连接到放大器电路、滤波器电路、相关双采样(CDS)电路等(这些都未示出)，并且调整并处理与太赫兹波108相关联的信号。这些电路可以被包括在读出电路单元102中。太赫兹波相机100通过使用移位寄存器电路顺序地选择传感器单元101的行，获取包括在行中的元件191的信号，并由此获取与太赫兹波108相关联的信号的强度分布。太赫兹波相机100然后通过参考传感器单元101的行的选择位置并且在强度分布中布置信号来构造太赫兹波108的强度分布图像(也被称为太赫兹波图像)。在构造太赫兹波图像时，太赫兹波相机100可以执行诸如太赫兹波图像的平均、不必要的固定图案的去除或图像调整(诸如γ校正之类)之类的图像处理。在本实施例中，执行平均和去除固定图案的图像处理。特别地，在本示例中，出于在执行图像处理中处理小数点后的信号的目的，太赫兹波相机100将与太赫兹波108的强度信号相关联的数字数据移位四位。换句话说，太赫兹波的强度信号乘以16。在本示例中，太赫兹波图像被显示在监视器106上，并由此呈现给用户。

通过将帧速率设定为每秒40帧(FPS)并利用具有512帧的递归滤波器作为太赫兹波图像的平均处理，测量不存在对象107的环境下的太赫兹波相机100的噪声。由于不存在对象107，因此也不存在来自对象107的太赫兹波108，并且由太赫兹波相机100检测到的信号主要是干扰光111。不存在第二遮光部104的情况下的太赫兹波相机100的噪声是8.9最低有效位(LSB)。与此相比较，具有第二遮光部104的布置的太赫兹波相机100的噪声为8.1LSB，并且可以确认源自干扰光111的噪声可以减小10％左右。在存在对象107的环境下，由于干扰光111被对象107反射，并且进入太赫兹波相机100的光量增大，因此这种噪声减小效果更显著。

[第二实施例]

将参考附图描述本发明的第二实施例。本实施例是关于第一遮光部103和第二遮光部104的布置的变形例。将主要描述与第一实施例不同的配置，并且将省略或简化与到目前为止提供的描述共同的部分的描述。

图4A和图4B是示出本实施例的第一遮光部103和第二遮光部104的配置的图，并且示出第一遮光部103和第二遮光部104的截面图。在图4A中，第一遮光部103的主表面中的一个以凸形被弯曲。第一遮光部103的另一主表面被形成为平坦的并且附接到第二遮光部104。即，第一遮光部103和第二遮光部104被一体地形成。此时，期望第二遮光部104由散射结构形成，以便不使第一遮光部103的对太赫兹波108的图像捕获特性恶化。例如，当第一实施例中所描述的气孔部214被应用为散射结构时，第二遮光部104的对太赫兹波108的平均折射率更接近大气的折射率。因此，可以抑制由于第二遮光部104而引起的第一遮光部103的图像捕获特性的恶化。

另外，图4B表示第一遮光部103的变形例。在第一遮光部103的另一主表面上形成凹凸部415。即，用作第二遮光部104的凹凸部415被一体地形成在第一遮光部103的一部分中。如第一实施例中所述，当凹凸部415的尺寸相对于太赫兹波108的波长λ1小于或等于1/10×λ1时，变得难以通过太赫兹波108检测凹凸部415的结构。因此，由于作为第二遮光部104的凹凸部415被视为对太赫兹波108的均匀表面，因此可以抑制由于第二遮光部104而引起的第一遮光部103的图像捕获特性的恶化。

根据本实施例的配置，由于第二遮光部104与第一遮光部103一体地形成，因此可以消除第二遮光部104的保持机构。这使得能够减小太赫兹波相机100的尺寸。另外，可以获得与由第一实施例获得的有利效果相同的有利效果。

[第三实施例]

将参考附图描述本发明的第三实施例。本实施例是相机壳体105的变形例。将主要描述与上述实施例不同的配置，并且将省略或简化共同部分的描述。

图5是示出本实施例的太赫兹波相机500的配置的截面图。与上述实施例的太赫兹波相机100的配置的不同之处在于，相机壳体105具有第三遮光部520。更详细地，相机壳体105在相机壳体105的内壁上具有阻挡干扰光111的第三遮光部520。在第三遮光部520中形成用作吸收结构的植绒片或用作散射结构的作为凹凸部的砂面结构。

根据本实施例的配置，由于可以吸收或散射在相机壳体105的内壁处反射的干扰光111，因此可以抑制相机壳体105内部的不必要的干扰光111的反射。因此，由于减少了到达读出电路单元102的干扰光111的光量，因此进一步减小了太赫兹波相机500的噪声，并且改善了太赫兹波相机500的SN比。

[第四实施例]

将参考附图描述本发明的第四实施例。本实施例是第二遮光部104的变形例。将主要描述与上述实施例不同的配置，并且将省略或简化共同部分的描述。图6是示出本实施例的太赫兹波相机600的配置的图。与上述实施例的太赫兹波相机100或500的配置的不同之处在于第二遮光部104的布置。第二遮光部104被布置为至少与第一遮光部103(或第一遮光部的支撑部)和读出电路单元102的暴露的电路部分接触。另外，第二遮光部104被填充在第一遮光部103和读出电路单元102之间。即，第二遮光部104被填充在由第一遮光部103、相机壳体105和读出电路单元102围绕的空间中。

如第二实施例中所描述的，期望第二遮光部104具有散射结构，以便不使第一遮光部103的对太赫兹波108的图像捕获特性恶化。例如，当第一实施例中描述的气孔部214被应用为散射结构时，第二遮光部104的对太赫兹波108的平均折射率变得更接近大气的折射率。因此，可以抑制由于第二遮光部104而引起的第一遮光部103的图像捕获特性的恶化。

根据这种配置，由于被插入在第一遮光部103和读出电路单元102之间的空间被第二遮光部104填充，因此对干扰光111的遮光区域增大。因此，由于到达读出电路单元102的干扰光111的光量减少，因此太赫兹波相机600的噪声进一步减小，并且改善了太赫兹波相机600的SN比。

[第五实施例]

将参考附图描述本发明的第五实施例。本实施例是第二遮光部104的变形例。将主要描述与上述实施例不同的配置，并且将简化或省略共同部分的描述。

太赫兹波108由于大气中包含的水蒸气而衰减，并且其信号强度减小。因此，在本实施例中，第二遮光部104的周围或表面的至少一部分由对太赫兹波108透明的构件密封，并且由透明构件密封的内部的气孔部214被用干燥气体替换。透明构件例如可以是对太赫兹波108表现出低损失的膜(聚烯烃膜或聚乙烯膜)。详细地，透明构件被形成为与太赫兹波108到达传感器单元101所沿着的传播路径和第二遮光部104的最外部分的边界相交的至少一部分接触，并且干燥气体被封住。与太赫兹波108的传播路径不相交的部分的边界可以被非透明构件替换。在图6的配置中，透明构件可以至少设置在第一遮光部103与第二遮光部104之间的边界处或传感器单元101与第二遮光部104之间的边界处。在图1A的配置中，透明构件可以设置在相机壳体105内部的空气层与第二遮光部104之间的边界处。

根据本实施例，太赫兹波相机600内部的太赫兹波108的传播路径被干燥气体填充，并且可以抑制由于大气而引起的太赫兹波108的衰减。因此，由于到达读出电路单元102的干扰光111的光量减少，并且太赫兹波108的衰减被抑制，因此改善了太赫兹波相机100和600的每个SN比。

[第六实施例]

将参考附图描述本发明的第六实施例。本实施例是第二遮光部104的变形例。将主要描述与上述实施例不同的配置，并且将省略或简化共同部分的描述。本实施例可以被视为用于太赫兹波相机的检测模块，该检测模块从测量目标检测太赫兹波并获取关于测量目标的信息。

图13是本实施例中的检测模块的一部分的截面图。在图13中，检测模块1300具有如图10A至图10C中所描述的以矩阵布置的元件。这些元件中的每个至少具有对太赫兹波具有光谱灵敏度并且检测太赫兹波的检测元件1004和用于接收太赫兹波的天线1003。这些元件形成在传感器基板194上。即，读出电路单元102形成在读出电路基板195上，并且传感器基板194经由第一遮光部1301设置在读出电路单元102上。即，传感器基板194和读出电路基板195被接合以便彼此面对并且插入读出电路单元102。反射干扰光的第一遮光部1301以与图10A至图10C的元件配置相同的方式形成在传感器基板194的下侧。第一遮光部1301布置在与检测元件1004不同的层级。

第一遮光部1301例如由金属层形成，并且将太赫兹波集中在传感器基板194上方。金属层反射外部的入射干扰光并阻止干扰光到达设置在传感器基板194下方的读出电路单元102。以这种方式，金属层用作遮光部。第一遮光部1301不限于金属层，而是可以由电介质多层膜形成。

下面将描述本实施例中的检测模块的各种变形例。图8A和图8B示出了作为本实施例的变形例的检测模块的平面图和沿着虚线8A-8A’截取的截面图。与上述实施例中的第二遮光部104的布置的不同之处在于，第二遮光部104至少布置在读出电路单元102的暴露的电路部分中，并且不布置在检测太赫兹波108的传感器单元101的表面上。

在图8A和图8B中，具有传感器单元101的传感器基板194和具有读出电路单元102的读出电路基板195彼此附接。在平面图中，传感器基板194的外形小于读出电路基板195的外形，并且传感器基板194周围的读出电路基板195被暴露。第二遮光部104被布置为沿着传感器单元101的外周覆盖读出电路单元102的暴露的电路部分。第二遮光部104优选地被布置为与传感器单元101的侧壁部196接触，以便覆盖读出电路单元102的暴露的电路部分。在本文中，暴露的电路部分是读出电路单元102中未被传感器基板194覆盖的部分。另外，在截面图中，第二遮光部104比传感器基板194厚(高)。因此可以对传感器基板194遮蔽对角干扰光。

图11A和图11B示出了作为变形例的检测模块的平面图和沿着虚线11A-11A’截取的截面图。如图11B中所示，反射干扰光的反射部197形成在第二遮光部104的顶面上。反射部197可以使用反射干扰光的金属层或电介质多层膜层形成。另外，当反射部197由金属层形成时，金属层还可以用作散热片，该散热片消散由读出电路单元102生成的热。利用这种配置，可以减少到达读出电路单元102的暴露的电路部分的干扰光。

图12A、图12B和图12C示出了作为又另一变形例的检测模块的平面图和沿着虚线12A-12A’截取的截面图。到达读出电路单元102的中央部的干扰光在某种程度上被传感器单元101和传感器基板194阻挡。因此，传感器单元101和传感器基板194可以用作第二遮光部。例如，在图12A和图12B的检测模块中，读出电路基板195的外形与传感器基板194的外形基本相同。在读出电路基板195的外形与传感器基板194的外形基本相同的情况下，布置在读出电路基板195中的整个读出电路单元102可以被传感器基板194可靠地覆盖。换句话说，读出电路单元102的暴露的电路部分可以被可靠地消除。因此，原本将到达读出电路单元102的干扰光被传感器单元101或传感器基板194阻挡。

在图12A至图12C中，读出电路单元102的整个顶面被传感器基板194覆盖，并且读出电路单元102未被暴露。因此，期望通过穿透读出电路基板195的贯通电极1201来连接读出电路单元102和外部电路。

图12C示出了作为图12A和图12B中所示的检测模块的变形例的检测模块的截面图。以下将主要描述与图12B的配置的不同。在平面图中，读出电路基板195的外形小于传感器基板194的外形。即，在平面图中，读出电路基板195不从传感器基板194突出。另外，与图12B的检测模块相比较，读出电路基板195形成得较薄。当读出电路基板195的厚度比传感器基板194的厚度薄时，如果传感器基板194的外围边缘在水平方向上突出，那么读出电路基板195将由于施加到外围边缘的外力而被损坏。为了防止损坏，基板支撑部1202被提供给传感器基板194的外围边缘，通过基板支撑部1202来支撑传感器基板194的外围边缘。

在图12A、图12B和图12C中所示的配置中，由于读出电路单元102被传感器基板194覆盖，因此通过传感器单元101或传感器基板194减少对读出电路单元102的干扰光。另外，由于可以省略第二遮光部104，因此这在抑制干扰光的影响的同时促进设备的尺寸的减小。此外，读出电路基板195的外形与传感器基板194的外形相同或比传感器基板194的外形小，并且由此可以可靠地减少到达读出电路基板195上的读出电路单元102的干扰光。因此，由于在读出电路单元102中抑制了由于由干扰光引起的不必要的电荷而引起的噪声的影响，因此改善了太赫兹波相机100的SN比。

图9A和图9B示出了图8A和图8B中所示的检测模块的变形例的平面图和沿着虚线9A-9A’截取的截面图。传感器单元101和读出电路单元102与共用模块基板896一体地形成。第二遮光部104被布置为沿着传感器单元101的外周覆盖读出电路单元102。在这个示例中，暴露的电路部分是读出电路单元102。在本实施例中，第二遮光部104布置在传感器单元101的整个外周中，但是可以布置在其一部分中。例如，第二遮光部104可以仅选择性地布置在读出电路单元102暴露于外部的部分中。

根据本实施例的配置，由于第二遮光部104与读出电路单元102的暴露的电路部分一体地布置，因此可以消除第二遮光部104的保持机构。这使得能够减小太赫兹波相机100的尺寸。

另外，本实施例的检测模块可以通过使用具有第一遮光部的传感器基板或其它传感器基板和第二遮光部来减少到达读出电路单元的干扰光。因此，由于在读出电路单元中抑制了由于由干扰光引起的不必要电荷而引起的噪声的影响，因此改善了检测模块的SN比。特别地，在读出电路基板的外形与传感器基板的外形相同或比传感器基板的外形小的情况下，可以消除读出电路单元的暴露部分，因此，到达读出电路基板上的读出电路单元的干扰光可以被可靠地减少。另外，由于本检测模块被配置成不太可能受干扰光影响，因此可以简化用于遮光的壳体。此外，因为不太可能受干扰光影响的配置，因此在设备内安装检测模块存在灵活性，并且这允许较容易地处理检测模块。

本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此，以下权利要求被附上以便使本发明的范围公开。

本申请基于并要求2017年12月13日提交的日本专利申请No.2017-239114和2018年10月12日提交的日本专利申请No.2018-193166的优先权，这些日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。

[附图标记列表]

100 太赫兹波相机

101 传感器单元

102 读出电路单元

103 第一遮光部(光学部)

107 测量目标(对象)

191 检测元件(元件)。

Claims (27)

1.一种太赫兹波相机，所述太赫兹波相机检测来自测量目标的太赫兹波并获取关于测量目标的信息，所述太赫兹波相机包括：

传感器单元，在所述传感器单元中布置对太赫兹波具有光谱灵敏度的多个检测元件；

读出电路单元，从检测元件读出信号；

第一遮光部，减少干扰光，读出电路单元对所述干扰光具有光谱灵敏度；以及

光学单元，将太赫兹波从测量目标引导到传感器单元。

2.根据权利要求1所述的太赫兹波相机，其中，第一遮光部还用作所述光学单元。

3.根据权利要求1或2所述的太赫兹波相机，还包括第二遮光部，所述第二遮光部进一步减少由第一遮光部减少的干扰光并透射太赫兹波，

其中，第一遮光部和第二遮光部沿着太赫兹波相机的光轴布置。

4.根据权利要求3所述的太赫兹波相机，其中，第二遮光部相对于所述光轴倾斜地布置。

5.根据权利要求3或4所述的太赫兹波相机，其中，第一遮光部和第二遮光部中的至少一个具有散射干扰光的结构。

6.根据权利要求5所述的太赫兹波相机，

其中，散射干扰光的结构包括形成在遮光部中的至少一个中的气孔部，以及

其中，气孔部中的每个气孔部的尺寸相对于太赫兹波的波长λ1小于或等于1/10×λ1，并且相对于干扰光的波长λ2大于或等于λ2。

7.根据权利要求5所述的太赫兹波相机，

其中，散射干扰光的结构包括形成在遮光部中的所述至少一个中的气孔部，并且

其中，相邻的气孔部之间的距离相对于太赫兹波的波长λ1小于或等于1/10×λ1，并且相对于干扰光的波长λ2大于或等于λ2。

8.根据权利要求5所述的太赫兹波相机，其中，凹凸部形成在第一遮光部和第二遮光部中的至少一个的一部分中。

9.根据权利要求8所述的太赫兹波相机，其中，凹凸部具有相对于太赫兹波的波长λ1小于或等于1/10×λ1并且相对于干扰光的波长λ2大于或等于λ2的深度和宽度。

10.根据权利要求3至9中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，第一遮光部和第二遮光部被一体地形成。

11.根据权利要求3至10中的任一项所述的太赫兹波相机，还包括相机壳体和第三遮光部，所述第三遮光部设置在相机壳体的内壁上并减少干扰光。

12.根据权利要求3至11中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，第二遮光部至少布置在读出电路单元的暴露的电路部分中。

13.根据权利要求3至11中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，第二遮光部被布置成至少与第一遮光部和读出电路单元的暴露的电路部分接触。

14.根据权利要求13所述的太赫兹波相机，

其中，散射干扰光的气孔部形成在第二遮光部中，并且

其中，第二遮光部的表面的至少一部分由对太赫兹波透明的构件密封，由所述构件密封的内部的气孔部被用干燥气体替换。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，读出电路单元布置在传感器单元附近。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，传感器单元和读出电路单元被一体地布置。

17.根据权利要求16所述的太赫兹波相机，其中，传感器单元和读出电路单元布置在共用基板上。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，太赫兹波被检测以形成测量目标的图像。

19.根据权利要求1至18中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，所述多个检测元件在传感器单元中以矩阵布置。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，太赫兹波是从0.2THz至30THz的范围的任何频带中的无线电波。

21.根据权利要求1至20中的任一项所述的太赫兹波相机，其中，干扰光是可见光和红外光。

22.一种用于太赫兹波相机的检测模块，所述检测模块检测来自测量目标的太赫兹波并获取关于测量目标的信息，所述检测模块包括：

传感器基板；

多个检测元件，设置在传感器基板的第一主面上并且对太赫兹波具有光谱灵敏度；

第一遮光部，减少除太赫兹波以外的干扰光并且在传感器基板的截面图中布置在与检测元件不同的层级上；

读出电路基板，被设置成面对传感器基板的第二主面；以及

读出电路单元，被设置在读出电路基板上，对干扰光具有光谱灵敏度，并从检测元件读出信号。

23.根据权利要求22所述的用于太赫兹波相机的检测模块，还包括：第二遮光部，所述第二遮光部在读出电路基板的两个主面的传感器基板侧的主面上与未被传感器基板覆盖的暴露的电路部分以及传感器基板的侧壁接触，并且减少干扰光。

24.根据权利要求22所述的用于太赫兹波相机的检测模块，其中，读出电路单元被传感器基板覆盖并且在平面图中不从传感器基板突出。

25.根据权利要求24所述的用于太赫兹波相机的检测模块，还包括：基板支撑部，在传感器基板的平面图中所述基板支撑部支撑从读出电路单元突出的外围边缘，

其中，基板支撑部与所述外围边缘和读出电路基板的侧壁接触。

26.根据权利要求23所述的用于太赫兹波相机的检测模块，其中，在截面图中，第二遮光部比传感器基板厚。

27.根据权利要求23所述的用于太赫兹波相机的检测模块，其中，第一遮光部和第二遮光部包括金属层或电介质多层膜。

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