JP2002520819A - 電磁ビームを検出するための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
検出装置に関する。
れた検知構造体を有する。ここで赤外線ビームを検知するためには、いわゆるサ
ーモピルセンサからなる検知器アレイが使用される。検知構造体の基板は通常、
ケーシングと接合されており、このケーシングには検知構造体の上方で保護窓が
係合している。保護窓は検知すべきビームに対して透明であり、かつ検知構造体
を環境の障害的影響、例えば汚れから保護する。
センサを実現することができる。画像を発生するIRセンサは例えば自動車の車
内監視に必要である。画像発生のためには光学的結像システム、例えば結像レン
ズを設けなければならず、この結合レンズが結像すべき対象物を検知器アレイの
面に結像する。従来の材料を有する従来の結像レンズは、この種のセンサシステ
ムに対して甚だしいコスト要因となる。安価なプラスチックレンズはその使用が
制限される。なぜなら、プラスチックレンズは温度に対して脆弱だからである。
発生の使用目的で提供することであり、この装置が安価に製造可能であり、取り
付け可能であるように構成することである。
テムを特徴とする。このような結像システムはとりわけレンズの形態で、半導体
材料、例えばシリコンから大量かつ安価にマイクロメカニカルに製造される。こ
の種のシステムの結像特性並びに温度安定性はとりわけ赤外線領域では十分であ
り、これにより画像発生センサを装備することができる。
構造体の半導体基板と剛性に接合される。この接合は例えば、検知構造体に対す
る保護ケーシングに取り付けることによって行う。検知構造体との剛性接合によ
って、本発明の装置は、結像システムを付加的に調整する必要なしに使用するこ
とができ、これにより使用個所での検知装置の取り付けコストが低減される。
のレンズを有することができ、これによりこの種の結像システムはとりわけ複数
の別個の検知素子を有する検知構造体に使用するのに適する。ここで特に有利に
は、それぞれのレンズを検知素子に配属する。この実施形態の改善では、個々の
レンズの光軸が異なって配向され、これにより空間監視のために大きな検出角度
が得られる。
事例によっては有利である。例えば複数の検知素子により大きな検出角度を獲得
し、一群の検知素子に対しては局所的分解能を達成することができる。
保護窓として同時に使用される。このようにして別個の保護窓を省略でき、本発
明の装置はさらに安価になる。
数のマイクロメカニカル・レンズを有利にはこれまでの保護窓の個所で保護ケー
シングの相応のフレームに固定する。
ムはスペースホルダを介して検知構造体の基板と接合することもできる。
ことができる。半導体分野、とりわけシリコンで公知の、および将来的な接合形
式はすべてこのために適用することができる。
支持体としてのマイクロメカニカルなスペースホルダを用いて、わずかな間隔公
差を以て検知アレイと剛性に接合することができる。剛性接合により装置は調整
なしで使用可能となる。
る。この分離壁は例えばハニカム状に構成された中間支持体の表面により形成す
ることができる。この分離壁は、ビームが隣接する検知素子へ不所望に入力結合
するのを阻止する。このような中間支持体は有利には赤外線非透過性材料、例え
ばプレキシガラスから作製される。
ることができる。
に取り付けられる。安価な製造の他にも、結像システムの基板が検知構造体の基
板と良好に接合されるという利点が例えば上に述べた手段で得られる。
同じ材料から作製する。これにより2つの基板間の接合が簡単に可能となる。場
合によってはスペースホルダも同じ材料から作製する。シリコンの使用がここで
も特に適する。
面に取り付けられる。これにより、特にコンパクトな検知装置が実現される。こ
こで検知構造体は前記の実施例と同じように、スペースホルダにより別個の構造
体として結像システムの基板に載置され、これと接合される。結像システムの検
知器に対する調整はこの実施例でも上記と同じようにスペースホルダにより、個
々のセンサを個別化する前にウェハレベルで行うことができる。このことは、多
数のマイクロメカニカルな結像システムを有するウェハと、多数の検知構造体を
有するウェハとを相互に調整し、相互に固定し、それからウェハの分離により個
々のセンサを個別化できることを意味する。調整はこれにより特に簡単になり、
高精度に実行することができる。
ノリシック構造で取り付けられる。この場合、構成体全体が1つのウェハ上の結
像システムと検知構造体からなる。この実施例は、本発明のもっとも高度に発展
した変形実施形態であり、製造コストおよび調整の点で格段の利点を有する。
が推奨される。このことは、検知構造体の取り付けられた基板が検知すべきビー
ムに対して透明でなければならないことを意味する。
ケイ素からなるダイヤフラムを取り付け、検知すべきビームが衝突する際に発生
する熱が過度に拡散しないようにすると有利である。この熱が相応のサーモピル
素子によって検知される。このようなダイヤフラムはモノリシック構造の場合、
例えば空洞を異方性エッチングすることにより、および/または多孔性の層をエ
ッチングすることにより作製することができる。適当なマイクロメカニカルな製
造方法は、将来の製造方法も含めて全てこのために使用することができる。
り付けられる。検知構造体3は簡単に図示してあり、例えば多数のサーモピルセ
ンサを含むことができる。
汚れから保護する。検知構造体3の上方にはマイクロメカニカル・レンズ5が保
護窓として保護ケーシング4に係合されている。これにより装置1によって画像
発生を行うことができる。レンズ5による画像発生特性が2つのビーム路6によ
って概略的に示されている。
調整も省略することができる。とりわけ実施例のマイクロメカニカル・レンズ5
は大量生産で安価に製造することができる。
ンズ5が保護ケーシングなしでスペースホルダ7を介して検知構造体3の基板1
0と接合されている。検知構造体3の下方にはこの図では空洞8が示されており
、これにより基板2は検知構造体3の領域で薄いダイヤフラム9を形成する。薄
いダイヤフラム9は、衝突したビームにより発生する熱が過度に急速に流出する
のを阻止する。この熱がサーモピル素子によって検知される。ダイヤフラム9を
薄く構成することにより熱拡散を制限すれば、装置1の感度が改善される。
ズ5と基板2との間の調整を、それぞれ1つのウェハ上に存在する多数の構成素
子に対して同時に実行するのである。レンズ5と基板2とをスペースホルダ7を
介して接合した後、続いて個別化を行うことができる。このとき各センサ装置1
は均等に良好に調整されている。
カニカル・レンズ5の基板10と接合されている。マイクロメカニカル・レンズ
5はアーチ部として基板10に構成されており、ダイヤフラム9は基板10の裏
側に取り付けられている。検知構造体3を備えるダイヤフラム9は例えば別個に
作製し、続いてレンズ5の基板10と例えばボンディングまたは接着により接合
される。図2の実施例と同じようにここでも調整と接合が多数の構成素子に対し
て時間的に同時に、2つのウェハの相互継合によって行われ、それから個々のセ
ンサ1を個別化することができる。図3の実施例は、前記実施例中で本発明の装
置に対して最小の構造である。
カルな製造方法によって基板に取り付けられる。空洞8が図3の実施例ではレン
ズ5の裏側とダイヤフラム9との間に存在する。モノリシック構造の場合この空
洞をダイヤフラム作製の後に形成しなければならない。このことはエッチング、
例えば異方性エッチング、またはそのために設けられた多孔性層、いわゆる犠牲
層へのエッチングにより行うことができる。モノリシック構造に対しては、現在
公知のおよび将来のマイクロメカニカルな製造技術はすべて使用することができ
る。
洞8が基板10の内側に設けられている。これによりダイヤフラム9と検知構造
体3を基板10の平坦な裏側に配置することができる。
イヤフラム9の裏側に示されている。この場合には、ダイヤフラム9が検知すべ
きビーム6に対して透明であるように注意しなければならない。
とができるであろう。シリコンはさらに前記の実施例にも適する材料であり、か
つ検知構造体3を形成する基板10としても、マイクロメカニカル・レンズを形
成するのにも適する材料である。シリコンは比較的安価な半導体であり、本発明
の装置の安価な製造が可能になる。
イは複数の並置されたレンズ12を有する。
検知素子13により検知すべき熱の流出を阻止するために、空洞8が基板10に
形成されている。
13を取り囲む中間支持体14を介して検知構造体3と剛性に接合されている。
ここでは中間支持体14の中間壁15が赤外線に対して非透過性に構成されてお
り、熱ビームが隣接する検知素子13に入力結合するのを阻止している。概略的
に示したレンズアレイ11の個々のレンズの光軸16は相互に傾斜している。こ
れは種々異なる空間角度領域を検知素子に結像するためである。
空空間なしに平坦に相互に並置して形成することができる。
メカニカル・レンズ、6 ビーム路、7 スペースホルダ、8 空洞、9 ダイ
ヤフラム、10 基板、11 レンズアレイ、12 レンズ、13 検知素子、
14 中間支持体、15 中間壁、16 光軸
Claims (18)
- 【請求項1】 電磁ビームを検出するための装置であって、とりわけ画像発
生センサに対して局所的分解能を有し、 半導体基板に取り付けられた検知構造体と、該検知構造体に対する保護窓とが
設けられている形式の装置において、 マイクロメカニカルに製造可能な光学的結像システムが設けられている、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項2】 光学的結像システムはマイクロメカニカルに製造可能なレン
ズ(5)を有している、請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 光学的結像システムは検知構造体(3)と剛性に接合されて
いる、請求項1または2記載の装置。 - 【請求項4】 検知構造体は複数の別個の検知素子を有し、光学的結像シス
テムは複数のレンズを有し、それぞれのレンズは1つの検知素子に配属されてい
る、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項5】 1つまたは複数のレンズがそれぞれ一群の検知素子に対して
設けられている、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項6】 光学的結像システム(5)は保護窓を形成する、請求項1か
ら5までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項7】 光学的結像システム(5)は保護ケーシング(4)に係合さ
れている、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項8】 スペースホルダ(7)が、検知構造体(3)の基板と光学的
結像システム(5)との間に設けられている、請求項1から7までのいずれか1
項記載の装置。 - 【請求項9】 個々の検知素子は光学的分離壁によって相互に分離されてい
る、請求項1から8までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項10】 光学的分離壁は透過を減少するために被覆されている、請
求項1から9までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項11】 マイクロメカニカルな光学的結像システム(5)は半導体
基板に取り付けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項12】 マイクロメカニカルな光学的結像システム(5)および検
知構造体(3)の基板は同じ材料からなる、請求項1から11までのいずれか1
項記載の装置。 - 【請求項13】 マイクロメカニカルな光学的結像システムおよび/または
検知構造体(3)の基板(10)は少なくとも部分的にシリコンからなる、請求
項1から12までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項14】 検知構造体(3)は、光学的結像システム(5)の基板(
10)の裏側に取り付けられている、請求項1から13までのいずれか1項記載
の装置。 - 【請求項15】 ダイヤフラム(9)が検知構造体(3)の支持体として構
成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項16】 検知構造体(3)はサーモ素子を有する、請求項1から1
5までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項17】 請求項1から16までのいずれか1項記載の装置を製造す
る方法において、 光学的結像システム(5)と検知構造体(3)とを2つのウ
ェハの接合により作製し、それから個々の装置を個別化する、ことを特徴とする
製造方法。 - 【請求項18】 請求項1から16までのいずれか1項記載の装置を製造す
る方法において、光学的結像システム(3)と検知構造体(3)とをモノリシッ
クにマイクロメカニカルに製造する、ことを特徴とする製造方法。
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