JP6003605B2 - 赤外線検知装置 - Google Patents

Description

本発明は赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する赤外線検知装置に関する。

赤外線検知素子のひとつとして、測定対象物から放出される赤外線を吸収することで、その赤外線の持つ熱効果によって赤外線検知素子が暖められる、即ち、赤外線検知素子の温度上昇によって生ずる電気的性質の変化を検知するものが知られている。

図１２と図１３に、従来の赤外線検知装置における赤外線検知素子１０２、パッケージ１０３、光学フィルタ１０４、パッケージ内部での赤外線の反射成分１１１（以降、内部反射と呼ぶ）の相対関係について示す。図１２には、パッケージ１０３として、箱状のセラミックパッケージを想定した赤外線検知素子１０２を示した。一方、図１３には、パッケージ１０３として、缶状の金属パッケージを想定した赤外線検知素子１０２を示した。図１２、および、図１３に示すように、赤外線検知素子１０２、パッケージ１０３、そして入射する赤外線の波長を制限する光学フィルタ１０４のうち、パッケージ１０３など赤外線を透過しない物体と赤外線検知素子１０２の相関関係により、測定範囲である視野角θが決まるが、この視野角については、効率よく赤外線を赤外線検知素子１０２に集中させるために、ある一定の値に限定する工夫がなされている場合がある。ここで視野角とは、図１２や図１３に示すように、赤外線検知素子１０２において、赤外線が反射などせずに直接到達可能な状態を構成した場合、赤外線検知素子１０２の面で、入射赤外線が形成する最大角度のことを言う。

特許文献１には、赤外線センサがパッケージ内に収容されているとともに、パッケージ部材に装着されたフィルタを備えた赤外線センサが開示されている。この赤外線センサは、赤外線入射側に赤外線吸収膜を備え、フィルタには赤外線入射側に赤外線反射防止膜のみを備えている。そして、赤外線は、このフィルタを介して、パッケージ外から赤外線吸収膜に入射する構成となっていることが開示されている。

特許文献２では、温度感知センサを内蔵して、その上部には赤外線が通過する開口部が形成された円筒状のセンサキャップが開示されている。被感知体の温度を正確に測定するためには、視野角が重要であり、視野角は被感知体の大きさ、形状などの特性、温度感知センサの設定位置などを考慮して決定する必要がある。さらに、特許文献２の温度感知センサにおいては、センサキャップの内壁に赤外線吸収層である非反射層が形成されることで、内部反射によるノイズ性赤外線のセンサへの入射を抑えることが開示されている。

特開平０６−１９４２２９号公報 特開２０００−１４６７０１号公報

特許文献１で開示された赤外線センサでは、赤外線センサをパッケージに収容し、パッケージ部材にフィルタを接合する構造となっている。視野角についての記載はないが、パッケージ部材によって視野角が規定されている。ここで視野角を変更するためには、パッケージ部材の変更が必要となる。

また、特許文献２で開示された温度感知センサでは、視野角を制限するための筒状のキャップやパッケージを有している。しかしここでも、視野角を変更するためには、キャップやパッケージの変更が必要となり、更に、内部反射を抑えるために、キャップやパッケージの内壁に赤外線吸収層を形成する工程が必要となるなど、視野角を制限するために加工されたキャップやパッケージに赤外線吸収層を形成するため製造コストの増加が避けられない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、視野角を容易に調整することが可能で、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を低減し、かつ製造コストを低減することができる構造の赤外線検知装置を提供する。

本発明は、赤外線を電気的信号に変換する赤外線検知素子と、前記赤外線検知素子を収容するパッケージと、前記パッケージに接合され、所定の波長の赤外線のみを通過させる光学フィルタを備え、前記光学フィルタの赤外線入射面側に赤外線反射層が形成されるとともに、前記赤外線入射面とは反対側の面には赤外線吸収層が形成され、前記パッケージは第１の開口部を有し、前記赤外線吸収層には第２の開口部、及び前記赤外線反射層には第３の開口部が形成され、前記第３の開口部の大きさは、前記第１の開口部の大きさよりも小さいことを特徴とする赤外線検知装置である。

このようにすることにより、光学フィルタの赤外線入射面側に第３の開口部を備えた赤外線反射層が形成されることで、視野角を制限することにより、赤外線検知素子へ必要な量の赤外線を、効率よく照射させることができる。反対側の面に第２の開口部を備えた赤外線吸収層が形成されることで、赤外線の内部反射が抑えられ、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分が低減される。加えて、加工性が容易であり製造コストの増加を抑えることができる。

また、視野角を制限するために、第２の開口部の大きさは、第３の開口部よりも小さいことが好ましい。第２の開口部を、第３の開口部によって制限される視野角θを狭めることのない範囲で、小さくすることで視野角θを狭めることなく、パッケージでの赤外線の反射成分をより抑制することで、ノイズ成分をより抑えることが可能となる。また、赤外線吸収層とパッケージの間に接着層があることで、接合部の密着性が向上する。

本発明により、視野角を容易に調整することが可能で、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を低減し、かつ製造コストを低減することができる構造の赤外線検知装置が得られる。

実施形態における赤外線検知装置の斜視図である。 実施形態における赤外線検知装置の断面図である。 図２に対する赤外線検知装置の断面図であり、参考図である。 実施形態における赤外線検知素子の平面図である。 実施形態における赤外線検知素子の断面図である。 光学フィルタの断面図である。 実施形態における赤外線検知素子の実装の様子を示す図である。 実施例２における赤外線検知装置の断面図である。 実施例３における赤外線検知装置の断面図である。 比較例における赤外線検知素子の断面図である。 光学シミュレーションの概略図である。 従来例における赤外線検知素子の断面図である。 従来例における赤外線検知素子の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１、図２を参照しながら、本実施形態による赤外線検知装置１の構造について説明する。ここで、図１は赤外線検知装置１の斜視図、図２は、図１のＡ−Ａで赤外線検知装置１を切断した断面図である。本実施形態による赤外線検知装置１は、赤外線検知素子２、パッケージ３、光学フィルタ４、光学フィルタ４の赤外線入射面側に形成された赤外線反射層５および反対側の面に形成された赤外線吸収層６を備える。光学フィルタ４は接着層１２でパッケージ３と接合される。また赤外線検知素子２はダイペースト１３でパッケージ３に固定され、赤外線検知素子２上の、後述の図４に示す電極１９と、パッケージ３上の端子電極８は、ワイヤ７で導通を得ている。

赤外線検知素子２の平面図を図４に、また図４のＢ−Ｂで切断した断面図を図５に示す。赤外線検知素子２は、基板１４、絶縁膜１５、赤外線検知膜１７、下部電極である取り出し電極１８、パッド電極１９、Ｔｉ金属薄膜２０、および保護膜２１を備える。

図４と図５において、赤外線検知装置１では、赤外線検知素子２において、基板１４上に赤外線検知膜１７と赤外線吸収膜２２とが積層されている。

図５において、赤外線検知装置１において、赤外線検知素子２は、基板１４の一部を取り除いたメンブレン構造２３を有することが好ましい。赤外線検知素子２は、基板１４上に積層した後、基板１４を除去して薄肉化した、すなわち、薄膜積層方向全体として厚みを薄くした状態にしたメンブレン構造２３としている。これにより、赤外線検知素子２の熱容量を小さくすることが可能になる。このため視野角を制限し、局所的な温度の変化を検知する際に、メンブレン構造２３により精度よく赤外線の検知を行うことができる。

赤外線検知装置１では、赤外線検知膜１７が薄膜サーミスタであること、が好ましい。薄膜サーミスタにより、微少な赤外線量の変化を精度よく、電気信号に変換することができる。

基板１４としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではない。例えば、Ｓｉ単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などが好適である。基板１４の表面および裏面には、Ｓｉ酸化膜、又は、Ｓｉ窒化膜などの絶縁膜１５が形成される。

図５において、基板１４には、赤外線を感知する赤外線検知膜１７の熱容量を小さくするために、赤外線検知膜１７の位置に対応して、基板１４の裏面にキャビティ１６を有している。このキャビティ１６により基板１４の一部が取り除かれた部分はメンブレン構造２３と呼ばれる。

赤外線検知膜１７は、キャビティ１６上部に形成され、その上には外気からの影響を遮断する保護膜２１が形成される。この場合、赤外線検知膜１７は、一対の取り出し電極１８に跨るように設けられている。保護膜２１の上には、赤外線の吸収効率を向上させるために赤外線吸収膜２２を設けている。また、外部との接続部にはワイヤボンドなどで電気信号を良好に取り出すためのパッド電極１９が形成される。

図４と図５において、赤外線検知膜１７としては、ボロメータ、サーモパイル、サーミスタなどが用いられるが、本実施形態では、サーミスタを使用する。サーミスタとしては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなども負の温度抵抗係数を持つ材料をスパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの薄膜プロセスを用いて形成する。

また、取り出し電極１８の材質としては、赤外線検知膜１７の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、又は、これら何れか２種以上を含む合金などが好適である。この取り出し電極１８は、パッド電極１９に接続されている。

パッド電極１９としては、ワイヤボンドやフリップチップボンディングなどの、電気的接続が行いやすい材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｕなどが好適であり必要に応じて積層してもよい。また赤外線吸収膜１４には、ＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等、赤外線吸収効果を有する膜を用いるとよい。

赤外線検知素子２は、ウエハ状態から個片へと切断された後、図１および図２に示すように、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定される。ダイペースト１３は、エポキシやアクリルなどの接着に用いる樹脂が好適である。硬化の際などの加熱時に、ダイペースト１３に含まれる物質がガスとなって大気中に放出されるが、後述するように赤外線検知素子２は接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が、お互いに固定された際に、気密封止された空間に存在するため、放出されるガス量が少ない方がよい。また放出されるガスが赤外線検知素子２ないし、パッケージ３や光学フィルタ４、および、接着層１２に腐食等の悪影響を及ぼさないように、ダイペースト１３を選択する必要がある。

図１および図２に示すように、赤外線検知素子２を、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定した後、赤外線検知素子２の、図４に示したパッド電極１９と、パッケージ３の端子電極８を、ワイヤボンディング装置を用いて、ワイヤ７で接続する。ワイヤ７はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなど、抵抗の低い金属ワイヤが好適である。

この後、パッケージ３と光学フィルタ４を、接着層１２を用いて固定する。この際、パッケージ３の第１の開口部２６、すなわち、中空部分は、光学フィルタ４と接着層１２により、外気と遮断された気密空間となる。赤外線検知素子２は、パッケージ３内に実装されており、パッケージ３は、第１の開口部２６を有している。

図６に、光学フィルタ４の断面図を示す。光学フィルタ４は、Ｓｉ等の基板２４上に、例えば、ＺｎＳとＧｅの多層膜２５を成膜し、その膜厚を調整することで、ある波長の光のみ透過するフィルタとして機能する。多層膜２５は、基板２４の片面または両面に存在する。基板２４または多層膜２５上には、赤外線の入射側の面に赤外線反射層５、反対側の面には赤外線吸収層６が形成される。赤外線反射層５の中央部付近には、所望の視野角になるように円形の第３の開口部９Ｂが開いていて、この部分のみ赤外線１０が透過する。赤外線反射層６の中央部付近には、円形の第２の開口部９Ａが開いている。第２の開口部９Ａは第３の開口部９Ｂで決定される所望の視野角に影響を与えないように形成される。また、赤外線吸収層６は、パッケージ３と光学フィルタ４が接合される部分、つまりは接着層１２の部分には存在していなくともかまわない。各開口部の大きさは、直径や一辺の長さ、あるいは、面積などを用いて比較することとし、第２の開口部９Ａの大きさは、赤外線吸収膜６の開口の大きさであり、第３の開口部９Ｂの大きさは、赤外線反射層５の開口の大きさである。

赤外線反射層５としては、赤外線を反射する材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｕなどが好適であり必要に応じて積層してもよい。また赤外線吸収層６には、ＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等、赤外線吸収効果を有する膜を用いるとよい。

図１、図２に示すように、赤外線反射層５は、赤外線１０を遮断する効果を持つ。このため、赤外線１０は第３の開口部９Ｂのみを通過する。この通過した赤外線１０が赤外線検知素子２に達し、赤外線検知装置１がその赤外線１０の量に対応した応答を出力する。赤外線の反射成分１１は、所望の視野外からの赤外線がパッケージ３の内部で反射されることで、赤外線検知素子２に入射される成分である。

図３は、図２から、赤外線吸収層６のみを取り除いた断面図であり、参考図である。赤外線吸収層６の存在しない図３においては、赤外線の反射成分１１は、赤外線反射層５で反射されて赤外線検知素子２に入射されてしまう。それに対して、図２では、この赤外線の反射成分１１は、赤外線吸収層６が存在することで、吸収されて赤外線検知２に入射されることはない。赤外線吸収層６が存在することで、所望の視野外からの赤外線によるノイズの発生を抑えることが可能となる。

特許文献２で開示されているように、温度感知センサでは、視野角を制限するための筒状のキャップやパッケージを有し、内部反射によるノイズ成分を抑えるためにキャップやパッケージの内壁に吸収層を形成している。ところが、キャップやパッケージの内壁でノイズ成分を吸収するとキャップやパッケージの内壁の温度が上昇して、その温度が伝導することによって温度感知センサの温度も上昇するため測定誤差が生じてしまうという問題がある。

すなわち、特許文献２のような従来の構造においては、パッケージの内壁にも吸収層があるため、赤外線の内部反射によるノイズを抑制は可能であるが、赤外線が内壁に吸収されるため、パッケージの温度が上昇してしまい、赤外線検知素子２に温度上昇が生じてしまい好ましくないという問題がある。これに対し、実施形態においては、赤外線の反射成分１１を、パッケージ３の内壁でなく、光学フィルタ４上に設けられた赤外線吸収層６のみで吸収するために、赤外線の反射成分１１によるパッケージ３の温度上昇が抑えられ、赤外線検知素子２に温度上昇が伝導することによる、赤外線検知素子２の温度上昇や、温度検知の測定誤差を防ぐことが出来る。

赤外線反射層５および、赤外線吸収層６は、光学フィルタ４上に印刷または薄膜プロセス等で一括して形成可能であり、視野角制限のためにパッケージ３やキャップの形状変更を必要とせず、複雑な構造となっているパッケージ３やキャップに赤外線吸収層を形成する必要がないため、極めて加工性が容易であり、製造コストの低減が可能となる。

つまり、赤外線検知素子２を収めたパッケージ３と、パッケージ３に接合する光学フィルタ４の赤外線の入射側の面に赤外線反射層５、反対側の面に赤外線吸収層６を形成し、赤外線を透過する第３の開口部９Ｂおよび第２の開口部９Ａを設けることにより、所望の視野外から入射する赤外線および赤外線の反射成分１１を制限させることができ、結果的に、容易に加工でき、製造コストの低減可能な、赤外線検知装置１を得ることができる。

（実施例１）
実施例１の、赤外線検知装置１を作製し、評価を行った。実施例１の具体的な製造方法について説明する。

図５において、基板１４として、例えば、面方位が（１００）であるＳｉ基板を用意し、基板１４の表面に熱酸化法によりＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜１５を形成する。次に、絶縁膜１５の上に、高周波マグネトロンスパッタ法などを用いて、取り出し電極１８用に、Ｔｉ金属薄膜１８ＡおよびＰｔ金属薄膜１８Ｂを堆積する。取り出し電極１８の材質としては、耐酸化性に優れたＰｔなどが好適である。また絶縁膜３との密着性を向上させるためには、Ｐｔの下部にはＴｉなどの密着層を形成するのが好ましい。

形成された取り出し電極１８について、フォトリソグラフィおよびエッチングにて取り出し電極１８を所望の形に形成する。次に、形成した取り出し電極１８の表面に、スパッタ法により、赤外線検知膜１７として、サーミスタ材料である複合金属酸化物材料を堆積する。赤外線検知膜１７の膜厚は、目標とするサーミスタ抵抗値に応じて調整すればよく、例えば、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて、抵抗値を室温での抵抗値（Ｒ２５）である１４０ｋΩ程度に設定するのであれば、素子の電極間の距離にもよるが、０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。

図５において、赤外線検知膜１７を成膜後、ＢＯＸ焼成炉を使用し、熱処理を大気雰囲気中で６５０℃、１時間の条件下で実施した。続いてフォトリソグラフィおよびエッチングにより、検知部位にのみ赤外線検知膜１７を形成した。

続いて、赤外線検知膜１７の表面に、素子全面を被覆するように、保護膜２１として、テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｌ
ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ：ＴＥＯＳ）という有機金属を用いたＣＶＤ（ＴＥＯＳ−ＣＶＤ）法により、ＳｉＯ_２膜を成膜する。

続いて、赤外線検知素子２の所望の場所に、Ｔｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２を成膜する。Ｔｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２はリフトオフ法により所望の大きさに形成した。すなわち、フォトリソグラフィによりあらかじめフォトレジストパターンを形成した後、蒸着法にてＴｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２として多孔質のＡｕ薄膜であるＡｕ黒膜を成膜した後、フォトレジストを剥離することにより、所望の大きさに形成した。なお、Ｔｉ金属薄膜２０は、赤外線吸収膜２２と保護層１７とを密着させるための密着層である。

次に、図５において、Ａｕ黒膜により赤外線吸収膜２２を形成した後、パッド電極１９を配置する部位を除く、保護膜２１上にフォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッド電極１９を配置する部位のＳｉＯ_２膜を除去することで、開口を形成した。続いて、リフトオフ法により、開口を充填するようにＡｌを形成し、パッド電極１９とした。

さらに、基板１４の裏面、すなわち、絶縁膜１５や取り出し電極１８などを形成していない側の面に、フッ化物系ガスを用いた反応性イオンエッチングによって基板１４の一部を除去し、一辺が５００μｍ程度のキャビティ１６を形成した。この結果、赤外線検知領域にメンブレン構造２３を得た。

この後、基板１４を切断し、赤外線検知素子２を個片化した。切断には、ダイシングブレードやレーザを用いたダイシング装置を用いた。メンブレン構造２３の作製後、赤外線検知素子２が集積している状態で、紫外線照射により、粘着力が低下するタイプのダイシングテープに貼付した。ダイシング装置で切断した後、エクスパンド装置を用いて、ダイシングテープごとエクスパンドを施し、赤外線検知素子２同士の間隔を広めた。エクスパンド後、ダイシングテープの赤外線検知素子２が付着していない面から紫外線を照射することにより、ダイシングテープの粘着力を低下させ、赤外線検知素子２の剥離を容易にした後、剥離を行った。この結果、図４、および、図５に示す赤外線検知素子２を得た。

まず、図２に示すように、上記の工程で得られた、赤外線検知素子２を、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定する。ダイペースト１３を、ディスペンサ等を用いて、パッケージ３に数箇所塗布を行う。ディスペンサとは、一定量の液体を吐出する装置であり、例えば注射器の注射筒部分に樹脂を詰め、注射筒の先に装着した針先から空気圧等を用いて樹脂を押し出す装置のことである。この後、赤外線検知素子２をダイペースト１３上に設置する。そしてダイペースト１３を硬化するために、所定時間と所定温度でオーブン等で加熱する。

具体的には、図７に示すように、端子電極８を備えたパッケージ３に対して、ディスペンサを用いてダイペースト１３を滴下する。ダイペースト１３は熱硬化性のエポキシ樹脂を使用した。滴下箇所は赤外線検知素子２の四隅に位置する４点とした。

そして、図７に示すように、ダイペースト１３上に赤外線検知素子２を配置した。その後、ダイペースト１３を硬化させるため、オーブンで１２０℃、１０分間加熱した。赤外線検知素子２は、パッケージ３内に実装されている。

次いで、図７に示すように、パッケージ３に固定された赤外線検知素子２と、パッケージ３の中空部分にある端子電極８とを電気的に接続する、ワイヤボンディングを実施した。これにより赤外線検知素子２とパッケージ３が、ワイヤ７で接続される。ワイヤ７は直径２５μｍの金線を用いた。ワイヤの固定は超音波を付加することにより行った。

続いて、赤外線反射層５、赤外線吸収層６が形成され、接着層１２が塗布された光学フィルタ４を、接着層１２を用いてパッケージ３に接着により固定する。図２に示すように、赤外線反射層５はフォトリソ工程を用いて、赤外線を透過する領域をフォトレジストでカバーした後、アルミニウムを０．１μｍスパッタリングすることにより形成した。成膜後レジストを除去することで開口部を形成した。赤外線吸収層６は赤外線反射層５を形成後に基板２４の裏面にフォトリソ工程を用いて、赤外線を透過する領域をフォトレジストでカバーした後、蒸着法にて多孔質のＡｕ薄膜であるＡｕ黒膜を２μｍ形成した。成膜後レジストを除去することで開口部を形成した。接着層１２は印刷法により光学フィルタ４に塗布した。接着層１２はエポキシ系樹脂を用いた。

光学フィルタ４は、図６に示す構造を持ち、５〜１０μｍの波長の赤外線を透過するフィルタとなっている。光学フィルタ４上の赤外線反射層５、および赤外線吸収層６は、第２の開口部９Ａおよび第３の開口部９Ｂすなわち、赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されず孔となっている部分が中央部に存在する。赤外線吸収層６は、パッケージ３と光学フィルタ４が接合される部分、つまりは接着層１２が塗布される部分には存在していなくともかまわない。赤外線反射層５は波長５〜１０μｍの赤外線を透過しないが、第３の開口部９Ｂでは透過する。このため赤外線検知装置１の視野角を制限することができる。また、赤外線吸収層６は、波長５〜１０μｍの赤外線を吸収するため、所望の視野外からの赤外線によるパッケージ３での内部反射によるノイズの発生を抑えることができる。第２の開口部９Ａは第３の開口部９Ｂで決定される所望の視野角に影響を与えないように形成される。

ちなみに、ここで第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂと言うのは、パッケージ３内における空洞部である第１の開口部２６よりも小さくなっている。パッケージ３は赤外線検知素子２の大きさなどにより、設計上で形状が決定される。第１の開口部２６の大きさを調整して視野角の大きさを調整することは赤外線検知素子２の設計をやり直すことになり、効率も悪くコストもかかることになる。したがって、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂを設けて、第１の開口部２６を変更せず、開口の大きさを小さくしている。パッケージを作製したのちに開口を小さくする際に、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂは容易に調整可能であり、パッケージ３の変更を必要としないためコスト低減が可能である。

なお、実施例１の、第１の開口部は、正方形であり、大きさは、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２である。なお、第１の開口部は、長方形でも、それ以外の形状でもよい。また、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂは、実施例１においては、円形が好ましいが、必ずしも円形である必要はない。

実施例１における円形の第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの中心は、赤外線検知装置１を俯瞰した場合、赤外線検知素子２におけるメンブレン構造２３の中心と、一致する位置に作製した。第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂとメンブレン構造２３の中心が赤外線検知装置１を俯瞰した場合に一致しているため、図２において、赤外線１０が赤外線検知装置１に入射する際、赤外線検知素子２の直上左右に均等に視野角θが形成される。なお、視野角θは、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂが円形であるため、どのような断面で赤外線検知装置１を切断した場合でも同一の値となる。また、赤外線検知素子２はパッケージ３を俯瞰した場合に正方形の中心、すなわち対角線の交点に固定した。したがって、赤外線検知装置１を俯瞰した場合、赤外線検知素子２、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの円形の中心は同一地点に存在する。

その後、光学フィルタ４は、所定の圧力でパッケージ３に対して押し当てられる。その後、接着層１２を硬化するために、オーブン等で熱処理を行う。このようにして接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が固定される。具体的には、図２に示すように、接着層１２が塗布された光学フィルタ４を、パッケージ３に接着した。その際、光学フィルタ４を約１ＭＰａの圧力で加圧した。その後、接着層１２を硬化するため、オーブンで１５０度１時間の熱処理を施した。このようにして、接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が固定された。

（比較例）
比較例として、図１０のように、実施例１と同じ構成の赤外線検知装置１において、赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されていないものを示す。すなわち、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂが存在しないため、第１の開口部２６により視野角が決定される。開口はパッケージ３と光学フィルタ４を接着する部分の内周と同じ形状となり、パッケージ３の開口と同じ大きさである。比較例の、第１の開口部は、実施例１と同じ正方形であり、大きさは、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２である。

（シミュレーション）
図２により実施例１、および比較例の赤外線検知装置１のモデルを使用して光学シミュレーションを実施した。図１１は光学シミュレーションの位置関係を示したもので、光源には、波長５〜１０μｍの光を発生する１０ｍｍ×１０ｍｍの平面光源３０を用いた。赤外線検知装置１と平面光源３０との距離は２ｍｍに設定した。各々のモデルにおける赤外線検知素子２に入射される赤外線１０の照度を求めて比較した。シミュレーションでは平面光源３０から多量の赤外線がランダムに放出される。放出された各赤外線１本毎に同じエネルギーが定義されており、赤外線検知素子２に到達した本数から照度を計算している。つまり、赤外線が到達した本数が多いほど照度が高くなる。よって、赤外線の反射成分１１も照度として加算されることになる。

パッケージ３は、１〜１０ｍｍ×１〜１０ｍｍで高さ０．３〜２．０ｍｍの範囲が最適であるが、このシミュレーション結果では、パッケージ３は３．０ｍｍ×３．０ｍｍで、その開口が１．８ｍｍ×１．８ｍｍ、高さ１ｍｍの値を使用している。光学フィルタ４は、１〜１０ｍｍ×１〜１０ｍｍで高さ０．１〜１．０ｍｍの範囲が最適であるが、このシミュレーション結果では３ｍｍ×３ｍｍで高さ０．３ｍｍの値を使用している。

赤外線検知装置１の視野より十分に広い光源を設定することで第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの直径や面積、すなわち、開口の大きさにより赤外線検知素子２へ入射される赤外線の照度が変動する。実施例１では、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径や面積は等しくなっている。この照度の数値が小さいほど視野が狭い、すなわち視野角θが小さいことを表すことになる。また、光学シミュレーションで赤外線１０の軌跡を確認することで、パッケージ３の内部での赤外線の反射成分１１が赤外線検知素子２に入射されることが確認された。

光学シミュレーションによる比較例および実施例１の照度比を比較したものを、表１に示す。表１の、吸収層なしというのは、光学フィルタ４に赤外線反射層５のみが形成されたものである。また、吸収層ありというのは、光学フィルタ４に赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されたものである。比較例の光学フィルタ４には赤外線反射層５、および赤外線吸収層６は形成されないため、表１には便宜上、吸収層なし、吸収層ありの両方について記載している。実施例１においては、第２の開口部９Ａと第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径で決まる面積を３段階に振った結果を示す。表１において、比較例の面積は第１の開口部の面積であり、実施例の面積は、第２の開口部の面積である。また、第３の開口部の面積は、第２の開口部の面積と同じである。

表１の、第１の開口部の大きさは、正方形で、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２であるので、面積３．２４ｍｍ^２を比較値とする。これと、第２、第３の開口部の面積を比較し、開口部の大きさの大小を判定している。表１によれば、実施例１の第２、第３の開口部の形状が円形であって、その直径が１．５ｍｍのときの面積は１．７７ｍｍ^２であり、照度が比較例よりも小さくなっているため、少なくとも、面積が３．２４ｍｍ^２よりも大きいことが好ましいといえる。

また、比較例に対して、実施例１の吸収層なしにおいて、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径が小さくなるほど照度比が小さくなり視野角θが制限できることが確認された。これにより赤外線反射層５により視野角θが制限できることが確認された。また、吸収層ありにおいて、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径が小さくなるほど照度比が小さくなり、視野角θが制限できることが確認された。吸収層なしと比較して照度比がさらに小さくなり、赤外線の反射成分１１が抑えられていることが確認された。

赤外線検知装置１において、視野角θを変更する最も簡便な手段が第３の開口部９Ｂの開口の直径、すなわち、開口の大きさの変更である。視野角θを変更するには、他に赤外線検知装置１の高さを変更しても可能であるが、赤外線検知装置１の高さは主としてパッケージ３の高さに起因するため、パッケージ３の形状変更は容易でないことから、簡単には達成はできない。

視野角とは、図２に示すように、赤外線検知素子２において、赤外線が反射などせずに直接到達可能な状態を構成した場合、赤外線検知素子２の面で、入射赤外線が形成する最大角度であるが、実施例１で、図２に示すように、視野角θを小さくするということは、赤外線検知素子２に入射する赤外線１０の範囲を狭めるということであり、このように、視野角θを小さくできれば、局所範囲で赤外線１０を検知できるため、例えば、次のような利点がある。例えば、赤外線検知装置１の取り付け位置を変更せず、その角度を動かし、視野を上下左右に走査することにより、赤外線１０の発生源がどこにあるかという位置情報を得ることができる。これは、視野角θが大きいと得られない情報であり、視野角θを小さくすることにより入手可能となる。

表１によって、第２の開口部９Ａと、９Ａと同じ直径、面積である第３の開口部９Ｂの直径、面積、すなわち、開口の大きさが小さくなると、照度比が小さくなることが確認された。これは視野角θが小さくなること示している。これにより、赤外線反射層５に形成された第３の開口部９Ｂの直径、面積を小さく制御することにより、視野角θを小さくすることができ、第２の開口部９Ａが形成された赤外線吸収層６により赤外線の反射成分が抑制されて、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を抑えることが可能となり、赤外線検知素子２に入射する赤外線をより精度良く範囲を狭めることができ、局所的な範囲で赤外線を検知できる。

（実施例２）
図８は本発明に係る他の赤外線検知装置１を示す断面図である。図に示すように、赤外線吸収層６に形成された第２の開口部９Ａが、赤外線反射層５に形成された第３の開口部９Ｂよりも小さくなっている。

この赤外線検知装置１においては、第２の開口部９Ａを、第３の開口部９Ｂによって制限される視野角θを狭めることのない範囲で、小さくすることで視野角θを狭めることなく、パッケージ３での赤外線の反射成分１１をより抑制することで、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分をより抑えることが可能となる。

（実施例３）
図９は本発明に係る他の赤外線検知装置１を示す断面図である。図に示すように、赤外線吸収層６が、パッケージ３と光学フィルタ４の接合される部分にも形成されている。

この赤外線検知装置１においては、赤外線吸収層６が、パッケージ３と光学フィルタ４の接合される部分にあることで、接合部の密着性が向上する。赤外線吸収層６にはＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等が用いることが望ましく、多孔質な層が存在することで接合部の密着強度が向上する。

このように、光学フィルタ４の入射側の面に赤外線反射層５を形成し、反対側の面に赤外線吸収層６を形成し、視野角θを限定する第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂを設けることで、極めて容易に加工でき、製造コストを低減でき、赤外線検知素子へ必要な量の赤外線を効率よく照射させることができる赤外線検知装置１を提供できることを示した。

本赤外線検知装置は、例えば、人体や物体の発する赤外線に感応して電気信号に変換するような用途に用いられる。

１ 赤外線検知装置
２、１０２ 赤外線検知素子
３、１０３ パッケージ
４、１０４ 光学フィルタ
５ 赤外線反射層
６ 赤外線吸収層
７ ワイヤ
８ 端子電極
９Ａ 第２の開口部
９Ｂ 第３の開口部
１０ 赤外線
１１、１１１ 赤外線の反射成分
１２ 接着層
１３ ダイペースト
１４ 基板
１５ 絶縁膜
１６ キャビティ
１７ 赤外線検知膜
１８ 取り出し電極
１８Ａ、２０ Ｔｉ金属薄膜
１８Ｂ Ｐｔ金属薄膜
１９ パッド電極
２１ 保護膜
２２ 赤外線吸収膜
２３ メンブレン構造
２４ 基板（フィルタ）
２５ 多層膜
２６ 第１の開口部
３０ 平面光源

Claims (3)

1. 赤外線を電気的信号に変換する赤外線検知素子と、前記赤外線検知素子を収容するパッケージと、前記パッケージに接合され所定の波長の赤外線のみを通過させる光学フィルタを備え、
   前記光学フィルタの赤外線入射面側に赤外線反射層が形成され、前記赤外線入射面とは反対側の面には赤外線吸収層が形成され、
   前記パッケージは第１の開口部を有し、前記赤外線吸収層には第２の開口部、及び前記赤外線反射層には第３の開口部が形成され、前記第３の開口部の大きさは、前記第１の開口部の大きさよりも小さいことを特徴とする赤外線検知装置。
2. 前記第２の開口部の大きさは、前記第３の開口部よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検知装置。
3. 前記赤外線吸収層と前記パッケージの間に接着層が形成されていることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の赤外線検知装置。
   

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