JP5706174B2 - Infrared sensor and infrared sensor array - Google Patents

Infrared sensor and infrared sensor array Download PDF

Info

Publication number
JP5706174B2
JP5706174B2 JP2011013631A JP2011013631A JP5706174B2 JP 5706174 B2 JP5706174 B2 JP 5706174B2 JP 2011013631 A JP2011013631 A JP 2011013631A JP 2011013631 A JP2011013631 A JP 2011013631A JP 5706174 B2 JP5706174 B2 JP 5706174B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared sensor
straight
infrared
umbrella
penetrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011013631A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012154762A (en
Inventor
新平 小川
新平 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011013631A priority Critical patent/JP5706174B2/en
Publication of JP2012154762A publication Critical patent/JP2012154762A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5706174B2 publication Critical patent/JP5706174B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、赤外線センサおよび赤外線センサアレイに関する。   The present invention relates to an infrared sensor and an infrared sensor array.

従来の熱型赤外線センサは、センサ自体は入射光の偏光を検知する機能を有していない。このため、熱型赤外線センサとは別に偏光フィルタを設けることにより、特定の偏光を検知していた(例えば、特許公報1参照)。   A conventional thermal infrared sensor does not have a function of detecting the polarization of incident light. For this reason, specific polarized light has been detected by providing a polarizing filter separately from the thermal infrared sensor (see, for example, Patent Document 1).

特開平3−29824号公報JP-A-3-29824

しかしながら、偏光フィルタと熱型赤外線センサとを組み合わせた構造では、第1に、熱型赤外線センサの他に偏光フィルタが必要となり構造が複雑になる、第2に、どのような偏光フィルタを用いても必要な波長成分の一部が変更フィルタに吸収されてしまい検出効率が低下する、第3に、複数の偏光を検出するには、熱型赤外線センサ毎に構造の異なる偏光フィルタを装着しなければならない、等の問題があった。   However, in a structure in which a polarizing filter and a thermal infrared sensor are combined, first, a polarizing filter is required in addition to the thermal infrared sensor, and the structure becomes complicated. Second, what kind of polarizing filter is used. However, some of the necessary wavelength components are absorbed by the change filter, which lowers the detection efficiency. Third, to detect a plurality of polarized lights, it is necessary to attach a polarization filter having a different structure for each thermal infrared sensor. There was a problem such as having to.

そこで、本発明は、小型化が可能で、偏光に対する検出効率の高い熱型赤外線センサおよび熱型赤外線センサアレイの提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermal infrared sensor and a thermal infrared sensor array that can be miniaturized and have high detection efficiency for polarized light.

本発明は、赤外線を検出する赤外線センサであって、中空部を有する基板と、中空部の上に設けられ、検知膜を含む温度検知部と、温度検知部に接続され、中空部の上に温度検知部を保持する支持脚と、温度検知部の上に設けられ、板状の吸収傘を含む傘構造部と、を含み、吸収傘は、一定の間隔で平行に配置された複数のスリットを有し、入射した赤外線の、スリットの長手方向に垂直な方向の電界成分を選択的に吸収することを特徴とする赤外線センサである。   The present invention relates to an infrared sensor for detecting infrared rays, a substrate having a hollow part, a temperature detection part provided on the hollow part, including a detection film, and connected to the temperature detection part, on the hollow part. A support leg for holding the temperature detection unit; and an umbrella structure unit provided on the temperature detection unit and including a plate-shaped absorption umbrella, wherein the absorption umbrella is a plurality of slits arranged in parallel at regular intervals. And an infrared sensor that selectively absorbs an electric field component of incident infrared rays in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit.

また、本発明は、上述の赤外線センサをアレイ状(マトリックス状)に配置した赤外線センサアレイに関する。   The present invention also relates to an infrared sensor array in which the above infrared sensors are arranged in an array (matrix).

以上のように、本発明の赤外線センサでは、入射する赤外線の、スリットに垂直な電界成分のみを選択的に吸収することができ、特定の偏光のみを検知することが可能となる。   As described above, in the infrared sensor of the present invention, it is possible to selectively absorb only the electric field component of the incident infrared ray perpendicular to the slit, and it is possible to detect only specific polarized light.

また、本発明の赤外線センサアレイでは、入射する赤外線の偏光情報を検知することが可能となる。   Moreover, in the infrared sensor array of the present invention, it is possible to detect polarization information of incident infrared rays.

本発明の実施の形態1にかかる熱型赤外線センサの上面図である。It is a top view of the thermal type infrared sensor concerning Embodiment 1 of the present invention. 図1の熱型赤外線センサをI−I方向に見た場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of seeing the thermal infrared sensor of FIG. 1 in the II direction. 本発明の実施の形態1にかかる吸収傘の吸収特性を示す。The absorption characteristic of the absorber umbrella concerning Embodiment 1 of this invention is shown. 本発明の実施の形態1にかかる吸収傘の吸収率の偏光特性を示す。The polarization characteristic of the absorptivity of the absorber according to the first embodiment of the present invention is shown. 本発明の実施の形態1にかかる熱型赤外線センサを回転させた場合の回転角とセンサ出力との関係を示す。The relationship between the rotation angle at the time of rotating the thermal type infrared sensor concerning Embodiment 1 of this invention and a sensor output is shown. 本発明の実施の形態2にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。It is a top view of the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。It is a top view of the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 3 of this invention. 図7の熱型赤外線センサアレイをVII−VII向に見た場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of seeing the thermal infrared sensor array of FIG. 7 toward VII-VII. 本発明の実施の形態4にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。It is a top view of the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる熱型赤外線センサアレイにより検知される偏光角度を説明する図である。It is a figure explaining the polarization angle detected by the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる熱型赤外線センサアレイにより検知される偏光角度を説明する図である。It is a figure explaining the polarization angle detected by the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。It is a top view of the thermal type infrared sensor array concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6にかかる熱型赤外線センサの温度検知部の断面図である。It is sectional drawing of the temperature detection part of the thermal type infrared sensor concerning Embodiment 6 of this invention.

実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる熱型赤外線センサの上面図であり、図2は、図1をI−I方向に見た場合の断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a top view of the thermal infrared sensor according to the first embodiment of the present invention, the whole being represented by 100, and FIG. 2 is a cross-sectional view when FIG. 1 is viewed in the II direction. is there.

図1、2に示すように、熱型赤外線センサ100は、例えばシリコンからなる基板1を含む。基板1には中空部2が設けられ、中空部2の上には、温度検知部4が支持脚3により支持されている。支持脚3は、薄膜金属配線6とこれを支える誘電体膜16を含んでいる。支持脚3は、ここでは2本であり、上方から見るとL字型に折れ曲がった形状となっている。支持脚3は、温度検知部4の中心軸に対して略対称に配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the thermal infrared sensor 100 includes a substrate 1 made of, for example, silicon. A hollow portion 2 is provided in the substrate 1, and a temperature detection unit 4 is supported on the hollow portion 2 by a support leg 3. The support leg 3 includes a thin film metal wiring 6 and a dielectric film 16 that supports the thin film metal wiring 6. The support legs 3 are two here, and are bent in an L shape when viewed from above. The support legs 3 are disposed substantially symmetrically with respect to the central axis of the temperature detection unit 4.

温度検知部4は、検知膜5と薄膜金属配線6を含み、検知膜5と薄膜金属配線6は、酸化シリコン等の絶縁層18に覆われている。検知膜5は、例えば結晶シリコンを用いたダイオードからなる。薄膜金属配線6は、支持脚3に含まれる薄膜金属配線6と同時に形成され、検知膜5とアルミニウム配線7とを電気的に接続する。薄膜金属配線6は、例えば膜厚が100nmのチタン合金からなる。アルミニウム配線7は、絶縁層17により覆われている。   The temperature detection unit 4 includes a detection film 5 and a thin film metal wiring 6, and the detection film 5 and the thin film metal wiring 6 are covered with an insulating layer 18 such as silicon oxide. The detection film 5 is made of, for example, a diode using crystalline silicon. The thin film metal wiring 6 is formed simultaneously with the thin film metal wiring 6 included in the support leg 3 and electrically connects the detection film 5 and the aluminum wiring 7. The thin film metal wiring 6 is made of, for example, a titanium alloy having a film thickness of 100 nm. The aluminum wiring 7 is covered with an insulating layer 17.

検知膜5が出力した電気信号は、支持脚3に形成された薄膜金属配線6を経由してアルミニウム配線7に伝わり、検出回路(図示せず)により検出される。薄膜金属配線6と検知膜5との間の電気的接続、および薄膜金属配線6とアルミニウム配線7との間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体(図示せず)を介して行っても良い。   The electrical signal output from the detection film 5 is transmitted to the aluminum wiring 7 via the thin film metal wiring 6 formed on the support leg 3, and is detected by a detection circuit (not shown). The electrical connection between the thin-film metal wiring 6 and the detection film 5 and the electrical connection between the thin-film metal wiring 6 and the aluminum wiring 7 are made of a conductor (not shown) extending in the vertical direction as necessary. ).

絶縁層17の上には、赤外線を反射する反射膜8が中空部2を覆うように配置されている。反射膜8は、温度検知部4とは熱的に接続されない状態で、支持脚3の少なくとも一部の上部を覆うように配置されている。反射膜7は、例えばアルミニウムのような金属からなる。   On the insulating layer 17, a reflective film 8 that reflects infrared rays is disposed so as to cover the hollow portion 2. The reflective film 8 is disposed so as to cover at least a part of the upper portion of the support leg 3 in a state where it is not thermally connected to the temperature detection unit 4. The reflective film 7 is made of a metal such as aluminum.

温度検知部4の上には、支持柱9と、支持柱9で支えられた板状の吸収傘10からなる傘構造部20が設けられている。図1に示すように、熱型赤外線センサ100は、上方から見ると傘構造部20のみが見える。吸収傘10は、例えばAu、Ag、Cu、Alなどの金属薄膜からなり、膜厚は数nm程度から数百nm程度であり、測定対象とする吸収波長において入射光の漏れ出しがない膜厚が望ましい。ここでは、吸収傘10は単層構造の金属薄膜6としたが、例えば膜厚が100〜200nm程度の酸化シリコンなどの誘電体薄膜で金属薄膜6の上下を挟み込んだ3層構造や、誘電体薄膜の上に金属薄膜6を形成した2層構造を用いても良い。   On the temperature detection unit 4, an umbrella structure unit 20 including a support column 9 and a plate-shaped absorbent umbrella 10 supported by the support column 9 is provided. As shown in FIG. 1, the thermal infrared sensor 100 can only see the umbrella structure 20 when viewed from above. The absorber 10 is made of, for example, a metal thin film such as Au, Ag, Cu, and Al. The film thickness is about several nm to several hundred nm, and the film thickness that does not leak incident light at the absorption wavelength to be measured. Is desirable. Here, the absorbing umbrella 10 is a single-layered metal thin film 6. However, for example, a three-layer structure in which a metal thin film 6 is sandwiched between dielectric thin films such as silicon oxide having a film thickness of about 100 to 200 nm, or a dielectric. A two-layer structure in which the metal thin film 6 is formed on the thin film may be used.

吸収傘10には、平行に形成された複数の直線状のスリット11が一定間隔に設けられ、一次元的な周期構造となっている。吸収傘10の膜厚は、吸収、熱時定数、材料の応力等を考慮して適宜決められる。図2から分かるように、吸収傘10は温度検知部4の上に支持柱9で接続されており、即ち、吸収傘10と温度検知部4は熱的に接続されている。一方、吸収傘10は、反射膜8とは熱的に接続されない状態で、反射膜8より上方に保持され、反射膜8の少なくとも一部を覆い隠すように横方向に板状に広がっている。   The absorbent umbrella 10 is provided with a plurality of linear slits 11 formed in parallel at regular intervals to form a one-dimensional periodic structure. The film thickness of the absorber 10 is appropriately determined in consideration of absorption, thermal time constant, material stress, and the like. As can be seen from FIG. 2, the absorbent umbrella 10 is connected to the temperature detection unit 4 by the support pillar 9, that is, the absorption umbrella 10 and the temperature detection unit 4 are thermally connected. On the other hand, the absorbing umbrella 10 is held above the reflecting film 8 in a state where it is not thermally connected to the reflecting film 8, and spreads in a plate shape in the lateral direction so as to cover at least part of the reflecting film 8. .

かかる熱型赤外線センサ素子100では、入射した赤外線は主に吸収傘10で吸収される。一方、吸収傘10を透過した赤外線は、反射膜8で反射されて吸収傘10に裏面から再度入射して吸収される。吸収傘10に吸収された赤外線は熱に変換され、支持柱9を通って温度検知部4に伝わる。温度検知部4では、検知膜5の電気抵抗が温度により変化するため、外部に設けた検出回路(図示せず)で検知膜5の電気抵抗の変化を検出することにより、赤外線の量を検出できる。ここでは反射膜8を設けた構造を示したが、反射膜8は無くても良い。   In such a thermal infrared sensor element 100, incident infrared rays are mainly absorbed by the absorber 10. On the other hand, the infrared light transmitted through the absorber 10 is reflected by the reflective film 8 and is incident on the absorber 10 again from the back surface and is absorbed. Infrared rays absorbed by the absorber 10 are converted into heat and transmitted to the temperature detection unit 4 through the support column 9. In the temperature detection unit 4, since the electrical resistance of the detection film 5 changes depending on the temperature, the amount of infrared rays is detected by detecting a change in the electrical resistance of the detection film 5 with an external detection circuit (not shown). it can. Although the structure provided with the reflective film 8 is shown here, the reflective film 8 may not be provided.

次に、吸収傘11の吸収構造について詳しく説明する。図3は、Auで形成された1次元周期構造の吸収傘の吸収特性を、厳密結合波解析を用いて求めた結果である。ここで、d:スリットの深さ(Z軸方向)、p:スリットの周期、w:スリットの幅(X軸方向)、λab:吸収波長とすると、d=1μm、p=3μm、w=0.1μmとした。また、入射光はスリットに垂直な電界成分(X軸方向)のみとした。 Next, the absorption structure of the absorbent umbrella 11 will be described in detail. FIG. 3 is a result of obtaining the absorption characteristics of the absorber having a one-dimensional periodic structure formed of Au using strict coupled wave analysis. Here, when d: slit depth (Z-axis direction), p: slit period, w: slit width (X-axis direction), and λ ab : absorption wavelength, d = 1 μm, p = 3 μm, w = The thickness was 0.1 μm. Further, the incident light was only an electric field component (X-axis direction) perpendicular to the slit.

図3から、特定の波長(約5.6〜5.7μm)で強い吸収が発生していることが分かる。この吸収は、スリットの深さ方向を共振方向として、吸収波長:λabとすると、原理的には以下の式1で説明できる。 FIG. 3 shows that strong absorption occurs at a specific wavelength (approximately 5.6 to 5.7 μm). This absorption can be explained by the following equation 1 in principle, where the absorption wavelength is λ ab with the slit depth direction as the resonance direction.

Figure 0005706174
Figure 0005706174

但し、図3に示すように、吸収波長は、式1で求めた結果より長波長化する。これはスリット内で共振する電磁界の一部がスリット外に漏れ出すことから、等価的にスリットの深さが深くなることから説明できる。また、スリット深さだけではなく、高次の回折を生じずに吸収を実現するためには、以下の式2の関係を満たさなければならない。   However, as shown in FIG. 3, the absorption wavelength is made longer than the result obtained by Equation 1. This can be explained by the fact that a part of the electromagnetic field resonating in the slit leaks out of the slit, so that the depth of the slit becomes equivalently deep. Further, in order to realize absorption without generating not only the slit depth but also higher-order diffraction, the relationship of the following formula 2 must be satisfied.

λab>p (式2) λ ab > p (Formula 2)

また、スリット11の幅に関しては、共振状態を維持するために、深さに依存するが、例えばd=1μmの場合、wは200nmより細いことが望ましい。   The width of the slit 11 depends on the depth in order to maintain the resonance state. For example, when d = 1 μm, w is preferably thinner than 200 nm.

次に、図3で用いた吸収傘の吸収構造について、電界成分がスリットに垂直な場合(X軸方向)と、スリットに平行な場合(Y軸方向)の入射光について、厳密波結合解析を用いて求めた吸収率を図4に示す。   Next, with respect to the absorption structure of the absorber used in FIG. 3, strict wave coupling analysis is performed on incident light when the electric field component is perpendicular to the slit (X-axis direction) and parallel to the slit (Y-axis direction). FIG. 4 shows the absorption rate obtained by use.

図4から、本実施の形態1にかかる吸収傘10では、スリット11の長手方向(Y軸方向)に垂直な方向(X軸方向)の電界成分を有する入射光(実線)を選択的に吸収し、スリット11に平行な方向(Y軸方向)の電界成分を有する入射光(破線)は殆ど吸収しないことが分かる。つまり偏光が分離されて吸収されることが分かる。このように、本実施の形態1にかかる吸収傘10を用いることにより、偏光を分離して検出できる。   From FIG. 4, the absorber 10 according to the first embodiment selectively absorbs incident light (solid line) having an electric field component in the direction (X-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction (Y-axis direction) of the slit 11. And it turns out that incident light (broken line) which has an electric field component of the direction (Y-axis direction) parallel to the slit 11 hardly absorbs. That is, it can be seen that polarized light is separated and absorbed. Thus, by using the absorber 10 according to the first embodiment, polarized light can be separated and detected.

この現象は、物理的分野においては、表面プラズモン、プラズモニクス、あるいはメタマテリアルとも呼ばれる。これらは異なる用語で呼ばれるが、いずれにおいても金、銀、アルミニウム等の金属によって1次元周期構造を形成すると、表面に強く局在する表面モードが生じ、選択的な吸収が発生するというメカニズムは同じである。   This phenomenon is also called surface plasmon, plasmonics, or metamaterial in the physical field. These are called different terms, but in any case, when a one-dimensional periodic structure is formed by a metal such as gold, silver, and aluminum, the surface mode strongly localized on the surface is generated, and the mechanism of selective absorption is the same. It is.

図5は、このような吸収傘10を有する熱型赤外線センサを、Z軸を中心にして回転させた場合の、回転角とセンサ出力との関係を示す。図5から分かるように、各回転角度おけるセンサの出力を測定することにより入射光の偏光を求めることができる。   FIG. 5 shows the relationship between the rotation angle and the sensor output when the thermal infrared sensor having such an absorbing umbrella 10 is rotated about the Z axis. As can be seen from FIG. 5, the polarization of the incident light can be obtained by measuring the output of the sensor at each rotation angle.

このように、本発明の実施の形態1にかかる赤外線センサ100では、第1に、従来構造のような偏光フィルタが不要となり、偏光検知システムを、赤外線センサ単体のみの最小構造から形成することができる。第2に、偏光フィルタにおける赤外線の吸収がなくなり、赤外線の検出効率が高くなる。第3に、複数の異なる偏光を検知する系においても、スリット構造を変えるだけで、偏光フィルタを用いることなく所望の偏光を検知することができる。   As described above, in the infrared sensor 100 according to the first embodiment of the present invention, first, a polarizing filter as in the conventional structure is not required, and the polarization detection system can be formed from a minimum structure including only the infrared sensor alone. it can. Secondly, the infrared rays are not absorbed by the polarizing filter, and the infrared detection efficiency is increased. Third, even in a system that detects a plurality of different polarized lights, it is possible to detect a desired polarized light without using a polarizing filter by simply changing the slit structure.

実施の形態2.
図6は、全体が200で表される、本発明の実施の形態2にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図であり、図1に示す熱型赤外線センサ100をアレイ状(マトリックス状)に配置したものである。図6では、説明を簡単にするために、2行×2列の合計4個の熱型赤外線センサ100からなる熱型赤外線センサアレイ200を示しているが、配置される熱型赤外線センサ100の個数に制限は無い。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a top view of the thermal infrared sensor array according to the second exemplary embodiment of the present invention, indicated as a whole by 200, and the thermal infrared sensor 100 shown in FIG. 1 is arranged in an array (matrix). It is a thing. In FIG. 6, for the sake of simplicity, a thermal infrared sensor array 200 including a total of four thermal infrared sensors 100 of 2 rows × 2 columns is shown. There is no limit to the number.

熱型赤外線センサアレイ200は、外部の走査回路(図示せず)等により各行、各列の熱型赤外線センサを選択して、各センサが検出した情報を時系列に取り出す。また、各センサが検出した情報は並列に読み出してもよい。   The thermal infrared sensor array 200 selects thermal infrared sensors in each row and each column by an external scanning circuit (not shown) or the like, and takes out information detected by each sensor in time series. Information detected by each sensor may be read out in parallel.

このように、熱型赤外線センサ100をアレイ状に並べて、スリットに垂直な電界成分のみを検出することにより、偏光情報を有する画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。また、Z軸を中心としてアレイを回転させることで、本発明の実施の形態1で述べたように各センサ(画素)における偏光角度を求めることが可能となる。この結果、各画素において、偏光角度および入射光強度の情報を有する画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。   Thus, by arranging the thermal infrared sensors 100 in an array and detecting only the electric field component perpendicular to the slit, it can be used as a thermal image imager for detecting an image having polarization information. Further, by rotating the array around the Z axis, the polarization angle in each sensor (pixel) can be obtained as described in the first embodiment of the present invention. As a result, each pixel can be used as a thermal imager that detects an image having information on the polarization angle and incident light intensity.

実施の形態3.
図7は、全体が300で表される、本発明の実施の形態3にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図であり、図8は、図7をVII−VII方向に見た場合の断面図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a top view of the thermal infrared sensor array according to the third embodiment of the present invention, the whole being represented by 300, and FIG. 8 is a cross-sectional view when FIG. 7 is viewed in the VII-VII direction. It is.

熱型赤外線センサアレイ300は、スリット深さのみ異なる4種類の熱型赤外線センサ100、110、120、130をアレイ状に配置したものである。図7では、説明を簡単にするために、2行×2列の合計4個の熱型赤外線センサからなる熱型赤外線センサアレイ300を示しているが、配置される熱型赤外線センサの個数に制限は無い。熱型赤外線センサアレイ300は、外部の走査回路(図示せず)等により各行、各列の熱型赤外線センサを選択して、各センサが検出した情報を時系列に取り出す。また、各センサが検出した情報は並列に読み出してもよい。   The thermal infrared sensor array 300 is configured by arranging four types of thermal infrared sensors 100, 110, 120, and 130 that differ only in slit depth in an array. FIG. 7 shows a thermal infrared sensor array 300 composed of a total of four thermal infrared sensors of 2 rows × 2 columns for the sake of simplicity. There is no limit. The thermal infrared sensor array 300 selects a thermal infrared sensor in each row and each column by an external scanning circuit (not shown) or the like, and takes out information detected by each sensor in time series. Information detected by each sensor may be read out in parallel.

熱型赤外線センサにおいて、スリットの深さを変えることでセンサ(画素)における検知波長を変えることができる。即ち、各画素において、スリットを設けることにより偏光角度を検出できるとともに、画素によって異なる波長における入射光強度情報を有する画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。   In the thermal infrared sensor, the detection wavelength in the sensor (pixel) can be changed by changing the depth of the slit. That is, by providing a slit in each pixel, the polarization angle can be detected, and it can be used as a thermal image imager for detecting an image having incident light intensity information at a different wavelength for each pixel.

実施の形態4.
図9は全体が400で表される、本発明の実施の形態4にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。図9においては、支持柱9の凹部は省略している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a top view of the thermal infrared sensor array according to the fourth embodiment of the present invention, indicated as a whole by 400. FIG. In FIG. 9, the concave portion of the support column 9 is omitted.

図9に示すように、熱型赤外線センサアレイ400では、スリット11の長手方向は全て異なり、熱型赤外線センサ100、140で互いに直交し、熱型赤外線センサ150、160で互いに直交している。一方、熱型赤外線センサ100、150で互いに45°の角度となり、同じく熱型赤外線センサ140、160で互いに45°の角度になっている。   As shown in FIG. 9, in the thermal infrared sensor array 400, the longitudinal directions of the slits 11 are all different, the thermal infrared sensors 100 and 140 are orthogonal to each other, and the thermal infrared sensors 150 and 160 are orthogonal to each other. On the other hand, the thermal infrared sensors 100 and 150 are at an angle of 45 °, and the thermal infrared sensors 140 and 160 are at an angle of 45 °.

4つの熱型赤外線センサ(画素)を一つのユニットとすると、このユニットによって偏光が検知できる。図10、11にそのメカニズムを示す。図10、11では、対称性から明らかなように、熱型赤外線センサ100、140の成す直交座標系(図10の実線、図11では破線で表示)と、熱型赤外線センサ150、160の成す直交座標系(図11の実線)により、入射光の偏光角が一意に決定される。従って、熱型赤外線センサの電気特性を読み出す読み出し回路に、以下のアルゴリズム(1)〜(3)を組み込むことによって、偏光角度を求めることが出来る。   If the four thermal infrared sensors (pixels) are taken as one unit, polarized light can be detected by this unit. The mechanism is shown in FIGS. 10 and 11, as is clear from the symmetry, the orthogonal coordinate system (indicated by the solid line in FIG. 10 and the broken line in FIG. 11) formed by the thermal infrared sensors 100 and 140 and the thermal infrared sensors 150 and 160 are formed. The polarization angle of incident light is uniquely determined by the orthogonal coordinate system (solid line in FIG. 11). Therefore, the polarization angle can be obtained by incorporating the following algorithms (1) to (3) into a readout circuit that reads out the electrical characteristics of the thermal infrared sensor.

(1)熱型赤外線センサ100、140によって検知される偏光角度は、θまたは−θとなる(図10参照)。
(2)熱型赤外線センサ150、160によって検知される偏光角度は、Φまたは−Φとなる(図11参照)。
(3)45−Φ>0ならば偏光角はθ、45−Φ<0ならば偏光角は−θである。
(1) The polarization angle detected by the thermal infrared sensors 100 and 140 is θ or −θ (see FIG. 10).
(2) The polarization angle detected by the thermal infrared sensors 150 and 160 is Φ or −Φ (see FIG. 11).
(3) If 45−Φ> 0, the polarization angle is θ, and if 45−Φ <0, the polarization angle is −θ.

このように、異なる直交座標系を形成する1次元周期構造を形成した4つの熱型赤外線センサ(画素)を1ユニットとすることで、熱型赤外線センサを回転させることなく偏光角度を求めることが可能となる。   In this way, by using four thermal infrared sensors (pixels) having a one-dimensional periodic structure forming different orthogonal coordinate systems as one unit, the polarization angle can be obtained without rotating the thermal infrared sensor. It becomes possible.

実施の形態5.
図12は、全体が500で表される、本発明の実施の形態5にかかる熱型赤外線センサアレイの上面図である。図12においては、支持柱9の凹部は省略している。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is a top view of the thermal infrared sensor array according to the fifth embodiment of the present invention, the whole being represented by 500. FIG. In FIG. 12, the concave portion of the support column 9 is omitted.

熱型赤外線センサアレイ500では、実施の形態4にかかる熱型赤外線センサアレイ400を、2ユニット配置した構造となっている。ここでは、説明を簡単にするために2ユニットつまり合計8個の熱型赤外線センサからなる熱型赤外線センサアレイ500を示しているが、配置される熱型赤外線センサの個数に制限は無い。これらの熱型赤外線センサアレイは、外部の走査回路(図示せず)等により各行、各列の熱型赤外線センサを選択して、各センサが検出した情報を時系列に取り出す。また、各センサが検出した情報は並列に読み出してもよい。   The thermal infrared sensor array 500 has a structure in which two units of the thermal infrared sensor array 400 according to the fourth embodiment are arranged. Here, for simplicity of explanation, the thermal infrared sensor array 500 including two units, that is, a total of eight thermal infrared sensors is shown, but the number of thermal infrared sensors arranged is not limited. These thermal infrared sensor arrays select thermal infrared sensors in each row and each column by an external scanning circuit (not shown) or the like, and take out information detected by each sensor in time series. Information detected by each sensor may be read out in parallel.

4つの熱型赤外線センサ(4画素)を一つのユニットとしてアレイ状に配置した場合、各ユニットが一つの画素に相当するとみなすことができる。そして、それぞれのユニットに上述の実施の形態4のアルゴリズムを適用することで、各ユニットにおいて偏光角度情報が得られる。従って、熱型赤外線センサを回転させることなく、被観察物の偏光角度情報を含んだ画像が得られる。   When four thermal infrared sensors (four pixels) are arranged in an array as one unit, it can be considered that each unit corresponds to one pixel. Then, by applying the above-described algorithm of Embodiment 4 to each unit, polarization angle information can be obtained in each unit. Therefore, an image including the polarization angle information of the object to be observed can be obtained without rotating the thermal infrared sensor.

実施の形態6.
図13は、本発明の実施の形態6にかかる熱型赤外線センサの温度検知部4の断面図である。温度検知部4以外の構造は、図2と同様であり、温度検知部4は支持脚3で中空部2の上部に支持される。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 13: is sectional drawing of the temperature detection part 4 of the thermal type infrared sensor concerning Embodiment 6 of this invention. The structure other than the temperature detection unit 4 is the same as that in FIG. 2, and the temperature detection unit 4 is supported on the upper portion of the hollow portion 2 by the support legs 3.

図13の温度検知部4は検知膜5と薄膜金属配線6を含む。検知膜5は、例えばシリコンからなるダイオードである。薄膜金属配線6は、例えば膜厚が100nmのチタン合金からなる。検知膜5と薄膜金属配線6は、例えば酸化シリコンからなる絶縁層18で覆われている。   The temperature detection unit 4 in FIG. 13 includes a detection film 5 and a thin film metal wiring 6. The detection film 5 is a diode made of, for example, silicon. The thin film metal wiring 6 is made of, for example, a titanium alloy having a film thickness of 100 nm. The detection film 5 and the thin metal wiring 6 are covered with an insulating layer 18 made of, for example, silicon oxide.

更に温度検知部4は、赤外線を吸収する吸収膜21を、その上部に直接備えている。吸収膜21はAu、Agなどの金属からなる。吸収膜21には、実施の形態1で示したような、1次元の周期的なスリット11が形成されており、特定の波長と偏光を吸収する。   Furthermore, the temperature detection part 4 is directly equipped with the absorption film 21 which absorbs infrared rays in the upper part. The absorption film 21 is made of a metal such as Au or Ag. The absorption film 21 is formed with a one-dimensional periodic slit 11 as shown in the first embodiment, and absorbs a specific wavelength and polarized light.

本実施の形態のような吸収膜21と一体形成された温度検知部4を有する熱型赤外線センサ素子では、所望の赤外波長が共振して選択的に吸収量が増加するため、特定波長のみを選択的に検出可能となる。また、吸収傘を支持柱で支持する工程が不要となり、製造工程が簡略化され、より安価に製品を製造できる。   In the thermal infrared sensor element having the temperature detection unit 4 integrally formed with the absorption film 21 as in the present embodiment, the desired infrared wavelength resonates and the amount of absorption is selectively increased, so that only a specific wavelength is obtained. Can be selectively detected. Further, the process of supporting the absorbent umbrella with the support pillar is not required, the manufacturing process is simplified, and the product can be manufactured at a lower cost.

なお、かかる構造の温度検知部4を含む熱型赤外線センサをアレイ状に配置して、上述の実施の形態2〜5にかかる熱型赤外線センサアレイを形成しても良い。   The thermal infrared sensor array according to the second to fifth embodiments may be formed by arranging thermal infrared sensors including the temperature detection unit 4 having such a structure in an array.

1 基板、2 中空部、3 支持脚、4 温度検知部、5 検知膜、6 薄膜金属配線、7 アルミニウム配線、8 反射膜、9 支持柱、10 吸収傘、11 スリット、12 絶縁膜、16 誘電体膜、17、18 絶縁層、20 傘構造部、100 熱型赤外線センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate, 2 Hollow part, 3 Support leg, 4 Temperature detection part, 5 Detection film, 6 Thin film metal wiring, 7 Aluminum wiring, 8 Reflective film, 9 Support pillar, 10 Absorbing umbrella, 11 Slit, 12 Insulating film, 16 Dielectric Body membrane, 17, 18 insulating layer, 20 umbrella structure, 100 thermal infrared sensor.

Claims (7)

赤外線を検出する赤外線センサであって、
中空部を有する基板と、
該中空部の上に設けられ、検知膜を含む温度検知部と、
該温度検知部に接続され、該中空部の上に該温度検知部を保持する支持脚と、
該温度検知部の上に設けられ、板状の吸収傘を含む傘構造部と、を含み、
該吸収傘は、一定の間隔で平行に配置された、複数の、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝を有し、該吸収傘面内においては、該溝の方向は一方向であり、入射した赤外線の、該直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向に垂直な方向の電界成分を選択的に吸収して熱に変換し、該吸収された電界成分の波長は該一定の間隔よりも長いことを特徴とする赤外線センサ。
An infrared sensor for detecting infrared rays,
A substrate having a hollow portion;
A temperature detector provided on the hollow portion and including a detection film;
A support leg connected to the temperature detection unit and holding the temperature detection unit on the hollow part;
An umbrella structure part provided on the temperature detection part and including a plate-shaped absorption umbrella;
The absorbent umbrella has a plurality of rectilinear grooves that are arranged in parallel at regular intervals and do not penetrate the bottom surface. Within the absorbent umbrella surface, the direction of the groove is one direction, of incident infrared radiation, the concave grooves not penetrating the straight and bottom longitudinally selectively absorb to the vertical direction of the electric field component is converted into heat, the wavelength of the absorbed electric field components of the constant An infrared sensor characterized by being longer than the interval .
上記吸収傘が、上記温度検知部の上に直接配置されたことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to claim 1, wherein the absorbing umbrella is directly disposed on the temperature detection unit. 請求項1または2に記載された赤外線センサをアレイ状に配置した赤外線センサアレイ。   An infrared sensor array in which the infrared sensors according to claim 1 or 2 are arranged in an array. 第1および第2の赤外線センサを含み、
該第1の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝と、該第2の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝との深さが異なることを特徴とする請求項3に記載の赤外線センサアレイ。
Including first and second infrared sensors;
It provided the infrared sensor of the first, and a concave groove which does not penetrate the straight and bottom, provided on the infrared sensor of the second, the depth of the groove of the concave does not penetrate the straight and bottom differ The infrared sensor array according to claim 3.
互いに長手方向が異なる、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝を有する第1、第2、第3および第4の赤外線センサを含み、
該第1の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向と該第2の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向とが直交し、
該第3の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向と該第4の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向とが直交することを特徴とする請求項3に記載の赤外線センサアレイ。
Including first, second, third, and fourth infrared sensors having concave grooves that are linear and do not penetrate the bottom surface, the longitudinal directions of which are different from each other;
It provided the infrared sensor of the first, straight and the longitudinal recessed grooves not penetrating the bottom surface, provided on the infrared sensor of the second longitudinal grooves of the concave does not penetrate the straight and bottom And are orthogonal
Provided the infrared sensor of the third linear and the longitudinal recessed grooves not penetrating the bottom surface, provided on the infrared sensor fourth longitudinal groove recessed not penetrating straight and bottom The infrared sensor array according to claim 3, wherein and are orthogonal to each other.
上記第1の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向と上記第3の赤外線センサに設けられた、直線状かつ底面を貫通しない凹状の溝の長手方向とが、45°の角度をなすことを特徴とする請求項5に記載の赤外線センサアレイ。 Provided in the first infrared sensor, the longitudinal direction of the concave groove which does not penetrate the straight and bottom, provided on the third infrared sensor, longitudinal grooves recessed not penetrating straight and bottom The infrared sensor array according to claim 5, wherein and form an angle of 45 °. 請求項5または6に記載の第1、第2、第3および第4の赤外線センサを1つのユニットとし、複数の該ユニットがアレイ状に配置されたことを特徴とする赤外線センサアレイ。   7. An infrared sensor array comprising the first, second, third and fourth infrared sensors according to claim 5 or 6 as one unit, and a plurality of the units arranged in an array.
JP2011013631A 2011-01-26 2011-01-26 Infrared sensor and infrared sensor array Active JP5706174B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011013631A JP5706174B2 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Infrared sensor and infrared sensor array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011013631A JP5706174B2 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Infrared sensor and infrared sensor array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012154762A JP2012154762A (en) 2012-08-16
JP5706174B2 true JP5706174B2 (en) 2015-04-22

Family

ID=46836636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011013631A Active JP5706174B2 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Infrared sensor and infrared sensor array

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5706174B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6184366B2 (en) * 2013-04-24 2017-08-23 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave sensor device
JP7032096B2 (en) * 2017-10-13 2022-03-08 日置電機株式会社 Analytical device and analysis method
EP3805718A4 (en) 2018-06-05 2021-11-10 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging device
CN109813449A (en) * 2019-01-31 2019-05-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 A kind of integrated polarizing non-refrigerated infrared detector and production method
WO2023105577A1 (en) * 2021-12-06 2023-06-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Sensor, imaging device, and electronic apparatus

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6133570A (en) * 1994-03-15 2000-10-17 Lockheed Martin Corporation Semiconductor photovoltaic diffractive resonant optical cavity infrared detector
JPH0961234A (en) * 1995-08-28 1997-03-07 Matsushita Electric Works Ltd Infrared-ray detecting element and its manufacture
AU1408497A (en) * 1995-12-04 1997-06-27 Lockheed-Martin Ir Imaging Systems, Inc. Infrared radiation detector having a reduced active area
JPH1050674A (en) * 1996-08-02 1998-02-20 Nissan Motor Co Ltd Formation of optical absorptive film
FR2752299B1 (en) * 1996-08-08 1998-09-11 Commissariat Energie Atomique INFRARED DETECTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
IL128764A0 (en) * 1999-03-01 2000-01-31 Gou Lite Ltd Polarization detector
GB9919877D0 (en) * 1999-08-24 1999-10-27 Secr Defence Micro-bridge structure
US6624416B1 (en) * 2001-07-26 2003-09-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Uncooled niobium trisulfide midwavelength infrared detector
US6998613B2 (en) * 2003-04-22 2006-02-14 Raytheon Company Integrated spectroscopic microbolometer with microfilter arrays
JP4315832B2 (en) * 2004-02-17 2009-08-19 三菱電機株式会社 Thermal infrared sensor element and thermal infrared sensor array
US7227145B2 (en) * 2004-07-01 2007-06-05 Lockheed Martin Corporation Polarization and wavelength-selective patch-coupled infrared photodetector
JP2006226891A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 Nec Corp Thermal infrared detection element
JP4703443B2 (en) * 2006-03-14 2011-06-15 株式会社東芝 Light receiving element and optical wiring LSI
JP4789752B2 (en) * 2006-08-28 2011-10-12 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof
JP2009156614A (en) * 2007-12-25 2009-07-16 Nissan Motor Co Ltd Polarized infrared detector and its manufacturing method, and polarized infrared detector array
JP5008580B2 (en) * 2008-01-30 2012-08-22 三菱電機株式会社 Infrared imaging device manufacturing method and infrared imaging device
JP5760297B2 (en) * 2009-03-06 2015-08-05 日本電気株式会社 Thermal infrared sensor and method for manufacturing thermal infrared sensor
JP5428509B2 (en) * 2009-05-11 2014-02-26 ソニー株式会社 Two-dimensional solid-state imaging device and polarized light data processing method in two-dimensional solid-state imaging device
JP5721597B2 (en) * 2011-03-15 2015-05-20 三菱電機株式会社 Semiconductor optical device and semiconductor optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012154762A (en) 2012-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6093921B1 (en) Electromagnetic wave detector, electromagnetic wave detector array, and gas analyzer
JP4964935B2 (en) Semiconductor optical device and semiconductor optical device
KR101910575B1 (en) Infrared detector and infrared image sensor
US9121761B2 (en) Infrared detectors
US9243959B2 (en) Infrared detector including broadband light absorber
JP5706174B2 (en) Infrared sensor and infrared sensor array
KR101922119B1 (en) Infrared detector and method for detecting infrared using the same
JP6095856B2 (en) Electromagnetic wave detector and gas analyzer
JP6184366B2 (en) Electromagnetic wave sensor device
JP5721597B2 (en) Semiconductor optical device and semiconductor optical device
JP4710691B2 (en) Infrared sensor
JP5943764B2 (en) Electromagnetic wave sensor and electromagnetic wave sensor device
JP2012177696A (en) Semiconductor optical element and semiconductor optical device
JP5728978B2 (en) Thermal photodetector, thermal photodetector, and electronic device
JP6401647B2 (en) Infrared sensor and infrared sensor array
JP6541921B1 (en) Biological substance measuring device
JP5498719B2 (en) Highly isolated thermal detector
US10018511B2 (en) Infrared detector including broadband surface plasmon resonator
JP6164819B2 (en) Infrared thermal detector and manufacturing method thereof
CN113447140B (en) CMOS infrared microbridge detector
CN113363335A (en) Infrared sensor
JP2015135264A (en) Pyroelectric photodetector, pyroelectric photodetection device, and electronic apparatus
JP6249381B2 (en) Infrared detecting element and infrared detecting device having the same
JP2013160708A (en) Pyroelectric detector, pyroelectric detection device and electronic apparatus
JP2022089432A (en) Electromagnetic wave sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121004

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131017

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140602

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20141007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141212

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20141222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5706174

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250