JP2006162392A - Imaging device, imaging element package, and condensing lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外光の集光率を向上する撮像装置、該撮像装置を構成する撮像素子パッケージ及び集光レンズに関する。 The present invention relates to an imaging device that improves the condensing rate of infrared light, an imaging element package that constitutes the imaging device, and a condenser lens.
遠赤外光を撮像するビデオカメラは、人間又は物体などの発熱体が発する熱エネルギーを直接撮像する装置であり、撮像素子を使用した電子走査方式を用いたものが主流になっている。 Video cameras that image far-infrared light are devices that directly image thermal energy generated by a heating element such as a human being or an object, and those using an electronic scanning method using an image sensor are the mainstream.
このような撮像装置には、撮像素子の集光率を向上させ、温度分解能を高め高画質の熱分布を得るため、シリコン基板上に複数の赤外光吸収膜を二次元に配列した撮像素子表面に赤外光を集光させるポリシリコン製又は熱可塑性樹脂製の集光レンズ(マイクロアレイレンズ)を実装した撮像素子パッケージを用いている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の例にあっては、集光レンズの材料としてポリシリコン又は熱可塑性樹脂を使用しており、遠赤外光領域(波長が8〜12μm)では、透過率が30〜40%と低いため、遠赤外光の集光率を向上させるには限度があった。
However, in the example of
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に赤外光を集光させる集光レンズを硫化亜鉛製にすることにより、従来に比較して集光率を向上させることができる撮像装置、該撮像装置を構成する撮像素子パッケージ及び集光レンズを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a zinc sulfide is used as a condensing lens for condensing infrared light onto a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on a substrate. Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging device capable of improving the light collection rate as compared with the conventional one, an imaging element package and a condenser lens constituting the imaging device.
また、本発明の他の目的は、前記集光レンズが有する集光部を赤外光吸収膜に対向して配置してあることにより、小型・軽量化することができる撮像装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can be reduced in size and weight by disposing the condensing part of the condensing lens so as to face the infrared light absorbing film. It is in.
また、本発明の他の目的は、透過板を硫化亜鉛製にし、集光レンズに代えて前記透過板で撮像素子に赤外光を集光させることにより、安価で集光率を向上させることができる撮像素子パッケージを提供することにある。 Another object of the present invention is to improve the light collection rate at low cost by making the transmission plate made of zinc sulfide and condensing infrared light on the image sensor with the transmission plate instead of the condenser lens. An object of the present invention is to provide an image pickup device package that can be used.
第1発明に係る撮像装置は、赤外光を透過する光学素子と、該光学素子を透過した赤外光を集光するための集光レンズと、該集光レンズが集光した赤外光を基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像装置において、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であることを特徴とする。 An imaging device according to a first aspect of the present invention includes an optical element that transmits infrared light, a condensing lens that collects infrared light transmitted through the optical element, and infrared light that is collected by the condensing lens. And an imaging device that picks up infrared light by absorbing with a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate, wherein the condenser lens is made of zinc sulfide And
第2発明に係る撮像装置は、第1発明において、前記集光レンズは、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、該集光部は、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してあることを特徴とする。 The imaging device according to a second invention is the imaging device according to the first invention, wherein the condenser lens has a condenser part for condensing infrared light on the infrared light absorption film, It is characterized by being arranged two-dimensionally facing the infrared light absorption film.
第3発明に係る撮像素子パッケージは、赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子と、該撮像素子に前記透過板を透過した赤外光を集光させる集光レンズとを備える撮像素子パッケージにおいて、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であることを特徴とする。 An image pickup device package according to a third aspect of the invention absorbs infrared light transmitted through the transmission plate with a transmission plate that transmits infrared light and a plurality of infrared light absorption films that are two-dimensionally arranged on the substrate. In an imaging device package comprising an imaging device that captures infrared light and a condensing lens that condenses the infrared light transmitted through the transmission plate on the imaging device, the condensing lens is made of zinc sulfide. It is characterized by.
第4発明に係る撮像素子パッケージは、赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像素子パッケージにおいて、前記透過板は、硫化亜鉛製であって、前記撮像素子に赤外光を集光させることを特徴とする。 An image pickup device package according to a fourth aspect of the invention absorbs infrared light transmitted through the transmission plate by a transmission plate that transmits infrared light and a plurality of infrared light absorption films that are two-dimensionally arranged on the substrate. An image pickup device package including an image pickup device that picks up infrared light, wherein the transmission plate is made of zinc sulfide and focuses infrared light on the image pickup device.
第5発明に係る集光レンズは、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子に、赤外光を集光する集光レンズにおいて、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であって、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、該集光部は、二次元に配置してあることを特徴とする。 A condensing lens according to a fifth aspect of the present invention condenses infrared light on an image sensor that picks up infrared light by absorbing the infrared light with a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate. In the condensing lens, the condensing lens is made of zinc sulfide and has a condensing part for condensing infrared light on the infrared light absorption film, and the condensing part is two-dimensional. It is arranged in that.
第1発明にあっては、赤外光を透過する光学素子を透過した赤外光は、該赤外光を集光するための集光レンズにより、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約70%となり、赤外光の集光率が向上する。 In the first invention, the infrared light transmitted through the optical element that transmits the infrared light is a plurality of two-dimensionally arranged on the substrate by the condensing lens for condensing the infrared light. The condensed infrared light is condensed on the infrared light absorbing film, and the condensed infrared light is absorbed by the infrared light absorbing film and imaged by the imaging device. Since the condensing lens is made of zinc sulfide, the infrared light transmittance is about 70% as compared with the conventional lens, and the infrared light condensing rate is improved.
第2発明にあっては、集光レンズは、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してある。 In the second invention, the condensing lens has a two-dimensional arrangement of a condensing part for condensing infrared light on the infrared light absorbing film, facing the infrared light absorbing film. is there.
第3発明にあっては、赤外光を透過する透過板を透過した赤外光は、該赤外光を集光するための集光レンズにより、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約70%となり、赤外光の集光率が向上する。 In the third invention, the infrared light transmitted through the transmission plate that transmits infrared light is a plurality of two-dimensionally arranged on the substrate by the condensing lens for condensing the infrared light. The condensed infrared light is condensed on the infrared light absorbing film, and the condensed infrared light is absorbed by the infrared light absorbing film and imaged by the imaging device. Since the condensing lens is made of zinc sulfide, the infrared light transmittance is about 70% as compared with the conventional lens, and the infrared light condensing rate is improved.
第4発明にあっては、赤外光を透過する透過板を透過した赤外光は、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記透過板は硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約70%となり、赤外光の集光率が向上するとともに、集光レンズが不要となる。 In the fourth invention, the infrared light transmitted through the transmission plate that transmits infrared light is condensed on a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate, and the condensed red light is collected. External light is absorbed by the infrared light absorbing film and imaged by the image sensor. Since the transmission plate is made of zinc sulfide, the transmittance of infrared light is about 70% as compared with the prior art, the infrared light condensing rate is improved, and a condensing lens is not required.
第5発明にあっては、集光レンズの集光部により、赤外光は、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約70%となり、赤外光の集光率が向上する。 In the fifth aspect of the invention, the infrared light is condensed by the light collecting portion of the condensing lens on the plurality of infrared light absorbing films arranged two-dimensionally on the substrate, and is collected. Is absorbed by the infrared light absorbing film and imaged by an image sensor. Since the condensing lens is made of zinc sulfide, the infrared light transmittance is about 70% as compared with the conventional lens, and the infrared light condensing rate is improved.
第1発明、第3発明及び第5発明にあっては、集光レンズが硫化亜鉛製であることにより、赤外光の透過率が従来よりも大きくなり、撮像装置で撮像される赤外光の集光率が向上する。 In the first invention, the third invention, and the fifth invention, since the condensing lens is made of zinc sulfide, the infrared light has a higher transmittance than before, and the infrared light is picked up by the imaging device. The light condensing rate is improved.
第2発明にあっては、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置して実装することにより、小型・軽量化を図ることができる。 In the second invention, by mounting the condensing part for condensing the infrared light on the infrared light absorbing film in two dimensions facing the infrared light absorbing film, It can be reduced in size and weight.
第4発明にあっては、集光レンズに代えて、硫化亜鉛製の透過板で赤外光を集光させることにより、集光レンズが不要になり、安価で赤外光の集光率を向上させることができる。 In the fourth invention, instead of the condensing lens, the condensing lens is not required by condensing the infrared light with the zinc sulfide transmission plate, and the infrared light condensing rate is reduced. Can be improved.
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。11はレンズ部である。レンズ部11は、遠赤外光を透過するゲルマニウム製のレンズが複数枚、光軸を一致させて配置してあり、レンズ部11を透過した遠赤外光は、撮像部12へ導かれる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the present invention.
撮像部12は、レンズ部11と対向して、レンズ部11と適長の離隔寸法を有し、レンズ部11を透過した遠赤外光が結像する位置であって、レンズ部11の光軸が撮像面の中心に位置するように配置されている。レンズ部11を透過した遠赤外光は、撮像部12に入力される。撮像部12は、入力された遠赤外光を、遠赤外光の強度に応じた輝度信号に変換し、信号処理部13へ出力する。
The
信号処理部13は、撮像部12から入力された輝度信号に対して、光学系で生じた各種の歪みを取り除くための処理、低周波ノイズの除去処理、ガンマ特性を補正する補正処理などを行い、処理後の輝度信号を画像データとして一旦画像メモリ15へ記憶する。
The
インタフェース部14は、図示しない画像処理装置(例えば、画像処理ECU)などから送信される指令に従って、画像メモリ15に記憶された画像データを画像処理装置へ出力するための制御、撮像装置1で撮像した画像の解像度による転送レートの変換、画像データからパケットデータの作成などを行う。また、インタフェース部14は、制御部16の制御に従って、画像メモリ15に記憶された画像データを画像処理装置へ出力する。
The
制御部16は、バス17を介して、撮像部12、信号処理部13、インタフェース部14の処理を制御する。例えば、画像処理装置からの指令を解釈して、撮像部12が撮像した画像データを画像メモリ15に記憶する。また、記憶された画像データを読み出し、インタフェース部14を介して画像処理装置へ出力する。
The
図2は撮像部12の構成を示す分解斜視図であり、図3は撮像素子及び集光レンズの縦断面図である。撮像部12(撮像素子パッケージ)は、円形板状の基体127と、基体127の中央部表面に設けられる平面形状が矩形状であって板状のヒートシンク126と、ヒートシンク126の上側表面に設けられ、ヒートシンク126と略同寸法を有する矩形状の撮像素子125と、撮像素子125の表面に実装される集光レンズ124と、基体127と嵌合して集光レンズ124、撮像素子125、及びヒートシンク126を密閉収納する円環状のケース123と、ケース123の中央開口部に取り付けられる円形板状の透過板121とを備える。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the
基体127は、撮像素子125から出力される信号を撮像部12の外部へ出力するための電極122、122、…を有する。撮像素子125の信号出力端子(図示せず)と電極122、122、…とはワイヤーボンディングなどによるリード線により接続してある。なお、撮像素子125の信号出力端子を直接電極122、122、…に半田付けするようにしてもよい。
The
ヒートシンク126はアルミニウム製であって、撮像素子125及び基体127に密着して取り付けてあり、撮像素子125で発生する熱を基体127へ伝導することにより、熱を撮像部12の外部へ逃がす働きをする。
The
撮像素子125は、シリコン基板上(例えば10mm角)に、撮像素子125の画素数(例えば、320x240画素、160x120画素など)と同数であって、平面形状が矩形状の凹部125d、125d、…を等間隔に配置し、凹部125d、125d、…の底面に、凹部125d、125d、…より小さい寸法の矩形状の赤外光吸収膜125a、125a、…を設けてある。
The
集光レンズ124は、硫化亜鉛製であって、厚みが約数〜数十μmであり、撮像素子125と略同寸法の矩形板の一面に、撮像素子125の画素数と同数であって、遠赤外光を集光するための集光部である、直径が約25〜100μmの略半球状の凸部124a、124a、…を設けてある。凸部124a、124a、…は、凹部125d、125d、…が配置された位置と同位置に等間隔に配置してあり、集光レンズ124は、凸部124a、124a、…を上側にして、撮像素子125の上側に実装してある。集光レンズ124は、例えば、モールド成形により、所要の形状の凸部を形成することができる。
The
ケース123は、合成樹脂製であって、下側縁部内面には基体127を嵌め込む嵌合溝を設けてあり、基体127と嵌合する。これによりケース123内部は密閉される。ケース123の上側中央の開口部には、遠赤外光を透過する透過板121を取り付けてある。これにより、透過板121を透過した遠赤外光は、集光レンズ124の各凸部124a、124a、…で屈折され、屈折された遠赤外光は、各凸部124a、124a、…と同位置に配置された各赤外光吸収膜125a、125a、…に集光される。
The
図3に示すように、シリコン基板125c上に等間隔に配置された凹部125d、125d、…の底面には、平面形状が矩形状の赤外光吸収膜125a、125a、…を設けてある。赤外光吸収膜125a、125a、…に隣接して、ポリシリコン及びアルミニウムからなる薄膜熱電対を多数直列に接続したサーモパイル125b、125b、…を赤外光吸収膜125a、125a、…(温接合部)とシリコン基板125c(冷接合部)との間に設けてある。
3, infrared light absorption films 125a, 125a,... Having a rectangular planar shape are provided on the bottom surfaces of the
集光レンズ124は、一面に設けられた略半球状の凸部124a、124a、…を凹部125d、125d、…に対向した位置に配置し、凸部124a、124a、…を上側にしてシリコン基板125c上側表面に実装してある。集光レンズ124側から投光された遠赤外光は、集光レンズ124の各凸部124a、124a、…で屈折され、屈折された遠赤外光は凹部125d、125d、…の底部に設けられた赤外光吸収膜125a、125a、…で吸収される。
The condensing
各赤外光吸収膜125a、125a、…で遠赤外光を吸収することにより、サーモパイル125b、125b、…の温接合部で発生した温度変化を熱電対の熱起電力として、シリコン基板125cの信号出力端子(図示せず)及び基体127に設けられた電極122を介して撮像部12から出力する。これにより、撮像部12は、撮像素子125の画素数と同数の赤外光吸収膜125a、125a、…夫々で吸収した遠赤外光により発生する温度変化を、撮像素子125の画素毎に電気信号として出力する。
The far infrared light is absorbed by each of the infrared light absorbing films 125a, 125a,..., And the temperature change generated at the temperature junction of the
以上説明したように、本発明にあっては、シリコン基板上に二次元に配置された赤外光吸収膜125a、125a、…に遠赤外光を集光させる集光レンズ124を硫化亜鉛製にすることにより、従来赤外光の透過率が30〜40%と小さく、遠赤外光の集光率を向上させるのに限界があったのに比べて、遠赤外光の透過率が約70%となり、遠赤外領域における遠赤外光の集光率を向上させることができる。
As described above, in the present invention, the
また、集光部である凸部124a、124a、…を二次元に配置した集光レンズ124を赤外光吸収膜125a、125a、…に対向して撮像素子125に実装することにより、撮像素子パッケージ(撮像部12)を小型・軽量化することができる。
Further, the condensing
上述の実施の形態においては、集光レンズ124を用いる構成であったが、集光レンズ124に代えて、透過板121を硫化亜鉛製にし、モールド成形により赤外光を赤外光吸収膜膜125a、125a、…に集光させるように形成することにより、集光レンズ124が不要になり、より安価で集光率を向上させることができる。
In the above-described embodiment, the condensing
上述の実施の形態においては、サーモパイル型の撮像素子を使用するものであったが、撮像素子は、これに限定されるものではなく、赤外光により発生する熱で抵抗値が変化する材料を用いたボロメータ型の撮像素子であってもよい。 In the above-described embodiment, a thermopile type image pickup device is used. However, the image pickup device is not limited to this, and a material whose resistance value is changed by heat generated by infrared light is used. The bolometer type imaging device used may be used.
上述の実施の形態においては、シリコン基板に設けられた凹部の底面に赤外光吸収膜を設ける構成であったが、シリコン基板に設けられる赤外光吸収膜の配置は、これに限定されるものではなく、赤外光吸収膜の直下に空洞部を形成し、温接合部の熱容量を小さくする構成であってもよい。 In the above-described embodiment, the infrared light absorption film is provided on the bottom surface of the recess provided in the silicon substrate. However, the arrangement of the infrared light absorption film provided on the silicon substrate is limited to this. Instead of this, a configuration may be employed in which a hollow portion is formed immediately below the infrared light absorption film to reduce the heat capacity of the hot junction.
上述の実施の形態においては、集光レンズの一面に略半球状の凸部が二次元に配置された構成であったが、集光レンズの前記凸部の形状は、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子の画素数、赤外光吸収膜と集光レンズとの離隔寸法などに応じて、集光レンズの凸部形状は、モールド成形により、赤外光吸収膜に赤外光を集光させるように他の形状に形成することができる。 In the embodiment described above, the substantially hemispherical convex portion is two-dimensionally arranged on one surface of the condensing lens, but the shape of the convex portion of the condensing lens is limited to this. is not. For example, depending on the number of pixels of the image sensor, the distance between the infrared light absorbing film and the condensing lens, etc., the convex shape of the condensing lens can be obtained by collecting infrared light on the infrared light absorbing film by molding. It can be formed in other shapes so as to be lighted.
上述の実施の形態においては、遠赤外光(例えば、波長が8〜12μm)を集光させる構成であったが、これに限定されるものではなく、中赤外光(例えば、波長が3〜5μm)においても適用可能である。 In the above-described embodiment, the far-infrared light (for example, the wavelength is 8 to 12 μm) is collected. However, the present invention is not limited to this, and the mid-infrared light (for example, the wavelength is 3). (Approx. 5 μm).
1 撮像装置
12 撮像部
121 透過板
123 ケース
124 集光レンズ
124a 凸部
125 撮像素子
125a 赤外光吸収膜
125b サーモパイル
125c シリコン基板
125d 凹部
126 ヒートシンク
127 基体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であることを特徴とする撮像装置。 An optical element that transmits infrared light, a condensing lens that condenses the infrared light transmitted through the optical element, and the infrared light condensed by the condensing lens are two-dimensionally arranged on the substrate. In an imaging device comprising an imaging device that captures infrared light by absorbing with a plurality of infrared light absorbing films,
The condenser lens is
An image pickup apparatus made of zinc sulfide.
前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、
該集光部は、
前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してあることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The condenser lens is
A condensing part for condensing infrared light on the infrared light absorbing film;
The condensing part is
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is two-dimensionally arranged to face the infrared light absorption film.
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であることを特徴とする撮像素子パッケージ。 A transmission plate that transmits infrared light; and an imaging device that captures infrared light by absorbing infrared light transmitted through the transmission plate with a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate; In an image sensor package comprising a condensing lens for condensing infrared light transmitted through the transmission plate on the image sensor,
The condenser lens is
An image pickup device package made of zinc sulfide.
前記透過板は、
硫化亜鉛製であって、前記撮像素子に赤外光を集光させることを特徴とする撮像素子パッケージ。 A transmission plate that transmits infrared light, and an image sensor that picks up infrared light by absorbing infrared light transmitted through the transmission plate with a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate. In the image pickup device package provided,
The transmission plate is
An image pickup device package made of zinc sulfide, wherein infrared light is condensed on the image pickup device.
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であって、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、
該集光部は、
二次元に配置してあることを特徴とする集光レンズ。
In a condensing lens that collects infrared light on an imaging device that picks up infrared light by absorbing infrared light by a plurality of infrared light absorption films arranged two-dimensionally on the substrate,
The condenser lens is
It is made of zinc sulfide and has a condensing part for condensing infrared light on the infrared light absorbing film,
The condensing part is
A condensing lens characterized by being arranged two-dimensionally.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010002284A (en) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Infrared detection type gas sensor and exhaust gas purifying device using it |
-
2004
- 2004-12-06 JP JP2004353126A patent/JP2006162392A/en active Pending
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JP2010002284A (en) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Infrared detection type gas sensor and exhaust gas purifying device using it |
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