JP6486751B2 - 赤外線サーモグラフの分解能評価用パターン、赤外線サーモグラフの分解能評価方法 - Google Patents

Description

本発明は赤外線放射を検出して温度を測定する機器の解像度を評価する技術に関する。

近年、電子機器の小型化、高密度化が進み、加えて自動車の分野ではＥＣＵの高温環境下での使用が増加したこともあり、電子部品に求められる温度管理要求が厳しくなってきている。高温環境には比較的強いと言われている抵抗器も例外ではない。
表面実装抵抗器では、抵抗器で発生する熱の放熱割合は９割以上が端子部からの伝導によるプリント基板経由であり、抵抗器表面から周囲空間への熱伝達と輻射による放熱は僅か１割に満たない。このため、表面実装抵抗器では、使用温度環境を主たる放熱経路であり、部品と基板の境界である端子部の温度で規定するのが好ましい。
また、熱により破壊される部分は主としてホットスポットと呼ばれる発熱部であるため、故障解析などではホットスポット部の位置及び温度を正確に把握する技術が求められている。

（熱電対による測定）
部品の温度を測定する方法としては、熱電対で測定する方法がある。しかしながら、測定点が小さくなればなるほど測定誤差が大きくなってしまい、精度の良い測定は困難であった。具体的には、微小な熱電対を測定点に載置することが困難であり、熱結合させることはさらに難しい。また、熱電対の線部に熱が逃げてしまい温度が低下してしまったり、集中熱抵抗という問題が生じたりする等の問題がある。

（赤外線サーモグラフによる測定）
部品等における各部の温度を簡便に正確に測定する方法の１つとして、赤外線サーモグラフ法による測定方法がある。赤外線サーモグラフによれば、測定対象物から出ている赤外線放射エネルギーを検出し、見かけの温度に変換して温度分布を求めるものである。より詳細には、赤外線放射エネルギーを集光レンズにより集光し、検知器により検知した信号を電気的に処理する等により、温度に変換することができる。

特開２００２−３５０２８５号公報

特許文献１では、チャート紙を用いてレンズの測定を行う方法とシステムが開示されている、しかしこの測定システムは、白と黒のコントラスト（エッジ）が形成されるように紙に印刷して作製したチャート紙を用いて可視光を測定しようとするものであり、白と黒とで赤外線放射的に差異がないため赤外線領域では使用できない。このように、光学的なコントラストのチャート紙であれば細かなパターンを一枚に容易に作り込むことができるが、温度差のコントラストを作り込むことはできなかった。
本発明は、赤外線放射率の異なる領域間の赤外線サーモグラフの分解能を容易に把握することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるよう、赤外線放射率が高
い材料からなる基本単位と、赤外線放射率が低い材料からなる基本単位を、面積比を変えて繰り返し配置することを特徴とする、サーモグラフの分解能測定パターンを形成する。また、それらパターンを組み合わせて放射率を変えた領域を作成する。

本発明の一観点によれば、略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるように、第１の赤外線放射率を有する第１の材料からなる第１の基本単位と前記第１の赤外線放射率とは異なる第２の赤外線放射率を有する第２の材料からなる第２の基本単位との面積比が第１の面積比となる第１の領域と、前記第１の面積比とは異なる第２の面積比となる第２の領域とが配置されていることを特徴とする赤外線サーモグラフの分解能測定パターンが提供される。前記第１及び第２の領域内において、前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とを、繰り返し配置することを特徴とする。

前記第１の領域と前記第２の領域とが、面積比を変えて隣接配置されていることを特徴とする。略同一平面上に赤外線放射率が段階的に異なる領域を複数配置しても良い。
１枚のパターン基板内に領域を複数設けて配置することで、一度の測定で測定する場所（領域間の境界部、セラミック基板との境界を含む）を変えて測定できるので、時間もそれほど掛からず、何より測定基板を多数準備しなくて済む。

前記第１の基本単位及び前記第２の基本単位のうちの少なくともいずれか一方は、前記赤外線サーモグラフで測定しようとする拡大レンズを用いた時の１画素に相当する長さ以下であることを特徴とする。前記第１の基本単位及び前記第２の基本単位の少なくともいずれか一方は、赤外線サーモグラフで測定しようとする拡大レンズを用いた時の１画素に相当する長さの１／２以下であることが好ましい。
１画素に比べて基本単位が大きくなってしまうと、画素と基本単位配置のズレにより測定値がばらつく。パターンが細かくなればなるほど誤差が圧縮されて有利であるが、少なくとも１／２以下であれば良い。

前記第１及び第２の基本単位は、格子状またはドット状であっても良い。
前記第１及び第２の基本単位のうち、赤外線放射率が低い部分が金属膜であることが好ましい。前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とのうち、赤外線放射率が高い部分が絶縁基板であることが好ましい。
前記絶縁基板は、窒化アルミニウム、窒化珪素、セラミックス基板、ガラス、またはガラスエポキシ基板であることが好ましい。
前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とのうち赤外線放射率が低い部分の金属は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、はんだのうちから選択される少なくともいずれか１の金属であることが好ましい。

本発明の他の観点によれば、略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるように、第１の赤外線放射率を有する第１の材料からなる第１の基本単位と前記第１の赤外線放射率とは異なる第２の赤外線放射率を有する第２の材料からなる第２の基本単位との面積比が第１の面積比となる第１の領域と、前記第１の面積比とは異なる第２の面積比となる第２の領域とが配置されているチャートを準備し、前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、撮像したデータを処理して位置と応答との関係を求め、サーモグラフ用のレンズの分解能を評価することを特徴とする赤外線サーモグラフの分解能評価方法が提供される。

本発明によれば、赤外線放射率の異なる領域間の赤外線サーモグラフの分解能を容易に把握することができる。

本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの構成例を示す斜視図である。 パターン基板を、ＨＴＣＣアルミナ基板を用いて作成する工程について示す図である。 パターン基板において、赤外線放射率を段階的に変更した領域を組み合わせたパターンを示す図である。 図３に示す放射率の異なる領域３０から３３までのパターン構成例を詳細に示す図である。 測定パターンの水平配置を表す図であり、図内の破線は赤外線サーモグラフ装置で測定した場所を表す図である。 測定パターンの垂直配置を表す図であり、図内の破線は赤外線サーモグラフ装置で測定した場所を表す図である。 測定結果を示す図であり、領域と測定温度の相関図である。 垂直方向の測定値と半波長６５μｍで計算したガウシャンフィルタの結果である。 水平直方向の測定値と半波長８５μｍで計算したガウシャンフィルタの結果を示す図である。 ガウシャンフィルタ（ａ）とステップ応答（ｂ）を示す図である。

本発明の実施の形態について説明する前に、発明者の先の出願について説明する（特願２０１４−１３０５２２号）。
先の出願では、一様温度で放射率の異なる領域を形成してその境界部を赤外線サーモグラフで撮像し、熱画像の高温部と低温部の遷移域の温度勾配から、空間分解能を簡易的に定量化する測温パターンが開示されている。また、そのパターンを赤外線サーモグラフ法で観察して解像度の高いレンズを用いたときの光学系および受光素子間干渉などを含めた総合的な解像度特性（ＭＴＦ）を、ガウス関数を用いたフィルタ（以下ガウシャンフィルタ）のカットオフ周波数（半波長値）を変えたときの高域成分の欠如として近似して確認している。
これは、被測定物表面の放射率の違いに着目し実際の温度の違いでは無く、同一温度で赤外線放射により測定した場合に温度的なコントラストの発生する材料を用いてパターンを作製することで赤外線サーモグラフ法の総合的な解像度を測定するものである。

しかしながら、この方法で使用したパターンは、高熱放射部分と低熱放射部分の組み合わせによるパターンの繰り返しで高域成分の周波数を表現したものであり、赤外線放射率の段階的な違いによる分解能の違いを確認することはできなかった。すなわち、繰り返しの基本サイズが変わっても放射部分の面積の比率は同じであるため中間調を測定できるパターンでは無かった。

そこで、発明者は、さらに、略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるよう、赤外線放射率が高い材料からなる基本単位と、赤外線放射率が低い材料からなる基本単位を、面積比を変えて繰り返し配置することを特徴とする、サーモグラフの分解能測定パターンを形成すること、また、それらパターンを組み合わせて放射率を変えた領域を作成することに思い至った。
尚、本明細書において、「基本単位」とは、パターン形成の基本となる最小寸法を有する最小パターン要素又は構成単位のことである。また、「領域」とは、基本単位を組み合わせて放射率の異なる特定の範囲を形成している単位のことである。「一画素想定エリア
」とは、赤外線サーモグラフの１画素で測定している範囲のことである。放射率の異なる領域を隣接させて作りこんだ基板を「パターン基板」と称する。Ｐｔ、セラミックスなどのもともとの素材がそのまま露出している範囲を、「部分」と称する。

以下、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフの分解能評価用パターン及びその関連技術について図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、発明者の考察について説明する。
赤外線放射率の高い材料と赤外線放射率の低い材料を略同一面で作り込むと、それぞれの赤外線放射率が大きく異なるため、加熱手段で全体を昇温すると、実際には同一温度であっても赤外線放射率の高い材料が高温部として測定され、赤外線放射率の低い材料が低温部として測定される。
赤外線放射率の違いを得るために実際に表面温度を変えることで赤外線放射率を変えて温度測定を行うことは困難である。場所により温度を変えることは難しく、特に、微細な範囲で温度を変えようとすることは不可能に近い。
一例を挙げると、セラミックス部と金属部とからなるパターンの場合、セラミックス部が高温部として測定され、金属部が低温部として測定される。また、領域境界部を挟んでどちらも金属部を含んでいる場合には、金属の割合の大小関係に依存して、金属割合が大きい方が低温部として測定され、金属割合が小さい方が高温部として測定される。

また、赤外線放射率が異なる材料のパターンを形成して分解能を測定することも困難である。その理由は、赤外線放射率の異なる材料で複数回細かなパターンを形成していかなければならないためである。

一様な温度で赤外線放射率の異なる領域を形成してその境界部を赤外線サーモグラフで撮像する場合、赤外線サーモグラフの１画素の視野内に、赤外線放射率の高い材料からなる第１の部分と、赤外線放射率の低い材料からなる第２の部分の両方が含まれる場合、その１画素の視野内の近似的な赤外線放射率は、第１及び第２の双方の部分の占める面積の割合で近似することができる。
微細領域の面積割合を変化させることは、周知のパターニング技術を用いることにより容易である。

赤外線放射率の高い材料からなる第１の部分が１画素の視野に収まらない大きさになってしまうと、１画素が放射率の高い材料で占められてしまいその視野エリアの温度が高く測定されてしまうためばらつきの原因となる。そのため第１の部分の大きさを、１画素の視野エリアより小さくする必要がある。すなわち、第１の部分の大きさを、拡大レンズを用いた時の１画素に相当する長さ以下の大きさにすることが好ましい。
測定時に、基板全体を高温に加熱することで温度観測値の差を作り出すことができるため、チャートが変質・破損しない程度まで温度を上昇させることでコントラストを明確に作り出すことができる。

セラミックスや樹脂材料は赤外線放射率が高いため、温度を高く観測する材料として適している。赤外線放射率の高い絶縁体としては、セラミックやガラス等の金属酸化物、樹脂、炭素などが好ましい。ガラスエポキシ、ベークライト等の樹脂、ＰＥＥＫ、ＡＢＳ、ＰＥＮ等のエンジニアリングプラスチック、アルミナ等のＨＴＣＣセラミックス、ガラス−アルミナ系のＬＴＣＣセラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミックスは赤外線放射率が高く使用可能である。また、過熱手段の熱が表層面に速やかに伝達され、内部で温度勾配が生じないことが、赤外線放射のエッジ部分を出すために好ましいため、高赤外線放射率材料は熱伝導が良い方が良く、さらに薄いほど好ましい。しかし、下の過熱手段の熱が透過して観測されない程度である必要もあり約０．１ｍｍ程度の厚みは必要
である。使用時の耐熱性、入手しやすさ細かなパターン作製工程を考慮すれば、基板として使用できるアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスエポキシ、ＬＴＣＣ、ガラスがより好ましい。

これらの材料の使用は基板・バルクに制限されない。基板として金属の板を使用しその上に高赤外線放射率材料を塗料の形にして後から形成しても良い。その場合の形成の方法は既知の方法から選択すれば良く、印刷、スプレーコート、ディップコート、スピンコート、ロールコート等材料に合った形成方法を選択すればよい。一例としては金属板上にフォトレジストを塗布しフォトリソで成形、カーボンペーストまたはソルダレジストを印刷形成することである。この場合のレジストまたはペーストの厚みは２０μｍ以上が好ましい。

低赤外線放射率材料として、表面が平滑で金属光沢を持つ材料であれば材料としては特に限定されない。Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎなどの金属や、はんだ、真鍮、インコネル、ニクロム、ステンレス等の合金が使用することができる。使用に際しては、表面に酸化物を形成させないようにし、可能な限り研磨された状態であることがより好ましい。扱いやすさ、形成しやすさ、低赤外線放射率であるという観点から、材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、はんだがより好ましく、表面に酸化物を形成しないために赤外線放射率が安定しているという観点から、Ｐｔ、Ａｕ等の貴金属が特に好ましい。

それら低赤外線放射率材料の形成方法も特に限定されず、既知のプロセスが使用できる。溶射、スパッタ、蒸着等の物理的形成、ゾルゲル法、電解めっき法、無電解めっき法、ＣＶＤ、ナノ粒子塗布焼成、有機化合物焼成等の化学的方法をとることができる。尚、樹脂やガラス成分が含まれる方法（厚膜印刷方法）では放射率の高い材料が含まれるため赤外線放射的なコントラストを付けることが難しくなってしまい、好ましくない。

全体として本実施の形態によるパターンは、赤外線放射率の高い材料と赤外線放射率の低い材料との比率を変えて形成し、赤外線放射率の異なる領域を作り出すことを特徴とする。高赤外線放射率又は低赤外線放射率の面積比が制御できる基本単位を有する繰り返しパターンであれば、特にパターン形状の制限はない。正方格子であっても、丸いドットの配列であっても良い。また、領域としての放射率が決められるのであれば、放射率の高い材料及び低い材料の形成方法、もしくはその形成順により制限されない。また、ピッチが一定で面積比が異なる基本単位を形成して良い。

一般に「光」は単一光（単一波長）では無く様々な波長が様々な割合で含まれていてそれを測定するのが分光（強度）計である。光の一種である赤外線範囲でも実際には波長は広めに分布しており、表面に応じて放射される波長が変わっている。従って、赤外線放射率を測定する場合でも、全てが同じ波長の赤外線を一律に出すわけではなく、様々な波長の集合体である。さらに、物質表面の放射率の違いで放射する赤外線の波長分布は変わる。赤外線サーモグラフは、放射される赤外線を捉えて温度を測定するものであるため、より高精度に測定を行おうとする場合には放射される波長の違いと、受光素子の得意とする波長の違い、その組み合わせまで考慮することが必要である。一般に量子型の受光素子では短い波長範囲をより高速に検出することができる。マイクロボロメータ型の受光素子は長い波長範囲を検出することができるが、短い波長範囲の感度が安定しない。

赤外線放射率の高い材料と低い材料とを組み合わせると、赤外線放射率の高い材料からの赤外線放射と、赤外線放射率の低い材料からの赤外線放射とでは、放射される波長が異なる。より具体的に説明すると、金属などの低赤外線放射率材料では波長の短い（５μｍ以下程度）放射が多く、アルミナなどの高赤外線放射率材料では波長の長い（１０〜数１
０μｍ）放射が多くなる。従って、それぞれを組み合わせた測定パターンでは、単体材料よりも赤外線波長が広く分布する。この分布した波長を波長毎に強度測定することが分光放射率の測定である。
実際の電子部品などの温度を測定しようとする場合には、このような広い波長の赤外線が出ているはずであり、このような材料がきちんと測定できるのかを検証して把握しておくことが重要である。

パターンに関しては、黒体スプレーを用いない本願の測定パターン基板は、赤外線放射波長の影響を受けた状態のものを使うことになる。従って、本実施の形態によるパターン基板のように、赤外線放射率の高い材料と低い材料とを組み合わせた領域を用いたパターンでは、それぞれの比率で、赤外線放射領域が異なり分光放射率も異なる。金属部分の比率を変化させた領域間の境界を測定するということは、分光放射率が異なる領域分を測定してみることに対応する。
その結果として、赤外線放射率の異なるものを測定しても空間周波数には違いが見られないことが確認できれば、測定器の解像度は表面の放射率の差の影響を受けていないといえる。

これにより、安価なマイクロボロメータ検出器を用いた赤外線サーモグラフ測定器において、従来の赤外線サーモグラフ法では曖昧になっていた測定系の解像度確認が簡便にできる「表面の放射率の違う材料を組み合わせたパターン」を提供することができる。
先の出願では赤外線放射率の高い／低い材料を組み合わせて、ＭＴＦを簡単に測定できるパターンを提案した。本実施の形態は、さらにそのパターン内に階調を準備することで赤外線分光的な測定も可能なパターンを提案している。

以下、本実施の形態について、より詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの構成例を示す図である。図１Ａは、システムの一構成例を示す機能ブロック図であり、図１Ｂは、斜視図である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、赤外線サーモグラフシステムは、光学測定系Ａと、温度制御系Ｂとを有する。光学測定系Ａは、赤外線サーモグラフ装置１と、データ処理部２１とを有する。温度制御系Ｂは、加熱手段１１、温度コントロール部１２、温度検出部１３を有する。赤外線サーモグラフ装置１は、測定対象から放射される光を集光する拡大レンズ３、集光された光から赤外線を検知するマイクロボロメータアレイなどの受光素子を含む赤外線検出部５、検知された赤外線のエネルギーを温度に換算する処理等を行う信号処理部７、出力部９を有する。赤外線検出部５はセンサにより赤外線を検出する部分であり、信号処理部７は赤外線の検出信号を電気信号に変換する。内部でフィルタ処理等の演算を行い温度分布情報にするように構成しても良い。出力部９は、信号処理部７で処理した信号、すなわち、温度に基づいて生成した赤外線熱画像を表示等する。
データ処理部２１は、外付けのＰＣ等であり、赤外線サーモグラフ１から出力されたデータを蓄積して、外部でフィルタ処理を行ったり、空間的、時間的にデータ処理を行う。
図１Ｂに示すように、加熱手段１１により、本実施の形態によるパターンが形成されたパターン基板１７を測定する。

次に、パターン基板１７について、ＨＴＣＣアルミナ基板を用いて作成した例について図２を参照して説明する。
例えばアルミナ９９．５％のアルミナ（セラミックス）基板２３（図２（ａ））にフォトレジスト２４を塗布し（図２（ｂ））、後述する図３の構成で作成したクロムマスク（
領域内部は図４の構成であり、基本単位の大きさを、４０、４１は１２．５μｍ、繰り返しピッチ４２、４３は２５μｍで作成した）をあてて露光現像し、洗浄を行い、基板２３上にレジストパターン２４を形成する。
スパッタ法でＰｔ被膜を２００ｎｍ程度の厚さで形成する。
次いで、洗浄液中でレジストパターン２４を剥離しフォトレジストとその上の余分なＰｔ膜を除去してＰｔパターン２５が形成された図３に示すようなパターン基板１７を完成させた（図２（ｃ））。これにより、Ｐｔ部分２５とアルミナ部分２３ａとを形成することができる。

図３は、上記のようにして作成したパターン基板１７において、赤外線放射率を段階的に変更した領域を組み合わせたパターンを示す図である。図３中の数字（％）は、金属（低赤外線放射率材料）の比率を示す。図３に示すように、パターン基板１７には、金属（低赤外線放射率材料）の比率が２５％の領域３０、それに横方向で隣接する金属（低赤外線放射率材料）の比率が５０％の領域３１、それに横方向で隣接する金属（低赤外線放射率材料）の比率が７５％の領域３２、それに横方向で隣接する金属（低赤外線放射率材料）の比率が１００％の領域３３が同じ横幅で形成されている。また、これらの領域３０〜３３の下方向に隣接して、金属（低赤外線放射率材料）の比率が１００％の領域３４が領域３０〜３３のそれぞれの領域の横幅の２倍の横幅で形成され、それの横方向に隣接して金属（低赤外線放射率材料）の比率が２５％の領域３５が領域３０〜３３のそれぞれの領域の横幅の２倍の横幅で形成されている。尚、領域３６は、高赤外線放射率材料が露出した低赤外線放射率材料０％の領域である。図３において、赤外線放射率の異なる領域にまたがった測定場所Ｐ₀を領域境界部と称する。領域境界部の位置はＰ_０で示される。

図４は、図３に示す放射率の異なる領域３０から３３までのパターン構成例を詳細に示す図である。
図４に示すように、領域３０から３３までには、例えば、正方形の基本単位が正方格子状に配置されている。
上述のように、基本単位の大きさ４０、４１は、例えば、１２．５μｍであり、繰り返しピッチ４２、４３は、例えば２５μｍである。
サーモグラフの１画素エリアで確認できる温度は空間内を占める高赤外線放射物質と低赤外線放射物質との割合によって変化する。従って、１画素内での高赤外線放射物質の基本単位の形状には左右されないはずであり、領域内の基本単位の配置は、正方格子には限定されない。丸ドットや線の間隔と幅で放射率を調整するパターンでも良い。

但し、図４に示すパターン上において、符号Ｙで示す測定エリアの位置がＹ１からＹ２のように変化しても、１画素に含まれる金属（低赤外線放射率材料）の比率を同じにするためには、正方格子がより好ましい。
一画素想定エリアＡＲ１は、ピッチの半分を基本単位の大きさとしたときに、サーモグラフの１画素と想定している図示したエリアである。
尚、ピッチ／基本単位が２倍以下では画素が格子からずれる時に若干不安定な測定になる。従って、ピッチ／基本単位を２倍以上にすることが好ましい。

次に、実際の赤外線サーモグラフの評価手順について説明する。
図１Ｂに示す加熱手段１１上にパターン基板１７を載せてその下面を加熱手段１１の上面と密着させ、パターン基板１７全体の温度を、温度コントロール部１２を用いて周囲温度より６５〜７０度程度上昇させた。
温度をさらに上げれば、撮像のコントラストがさらに向上するが、温度を上げすぎるとパターン基板１７に反りが生じ、パターン基板１７の縁部が加熱手段１１の上面から離れてしまう。そこで、加熱温度は、５０〜１００℃程度までの上昇にとどめておくのが好ましい。
尚、反りを抑制し温度分布をなくすために、基板周囲に枠などを用いて押さえておくようにしても良い。

次いで、被写体であるパターン基板１７の法線と赤外線サーモグラフ１の拡大レンズ３の光軸とが完全に平行になるように設置し、視野内の四隅が均等な明瞭さで映るように調整されたサーモグラフ装置に２５μｍ径の拡大レンズ３を装着し、パターン基板１７の領域境界部（中心位置Ｐ_０）を挟む領域を撮像して温度分布を測定する。
ここで、図３に示すように、領域境界部Ｐ_０を、金属単位比率の異なる領域すなわち赤外線放射率の異なる領域をまたぐようにして測定した。

図５Ａは、測定パターンの水平配置を表す図であり、図内の破線は赤外線サーモグラフ装置で測定した場所を表す。図５Ｂは、測定パターンの垂直配置を表す図であり、図内の破線は赤外線サーモグラフ装置で測定した場所を表す。
図５Ａおよび図５Ｂのパターンにおける各領域境界部(破線)が赤外線サーモグラフ装置の視野中央に収まるように配置し、撮影を行った。それぞれの測定時には、加熱手段１１上に載置した図示しないステージを図示しない駆動機構により前後左右に動かして位置の調整を行った。水平方向の測定場所を符号５２で示し、垂直方向の測定場所を符号５１で示した。測定場所５２、５１の領域を使用した縦方向と横方向それぞれで赤外線放射率の変化に対する撮影を行い温度変化を測定した理由は、赤外線サーモグラフ装置における縦方向と横方向との測定結果には異方性があるためである。

以下に、赤外線放射率評価結果を例示する。
図１Ａ、図１Ｂの構成の赤外線サーモグラフ装置１を用いてパターン基板１７の領域境界部を測定した。
ここでＰｔ金属のある部分（基本単位）は低赤外線放射率の金属部分であり、セラミックス基板が露出している部分は高赤外線放射率部分である。パターンの各領域においては金属部分の割合をいうが、赤外線放射率を測定すると金属割合（％）と反対に観測される。

図６は、測定結果を示す図であり、領域と測定温度の相関図である。横軸は金属領域の割合であり、縦軸は測定結果として得られた温度である。
各赤外線放射率調整領域において、測定される温度の違いを確認したところ、図６のように、放射率調整領域の金属割合（％）と逆比例して測定される温度が低下した。その関係はほぼ直線となる。この結果から、高赤外線放射率材料と低赤外線放射率材料との面積比を変えると、それに比例させて赤外線放射率を段階的に変えることができることがわかった。

尚、図６において、ほぼ直線で完全な直線ではなかった理由は、リフトオフ法で形成した図２（ｃ）に示す金属基本単位（２５）のエッジがやや丸くなり、それが特に金属面積の低い部分において顕著に表れたためと推測される。金属基本単位は面積比を合わせれば良く、角が取れていても特に問題なく、イオンミリング等で精密に金属基本単位を形成するか、基本単位の変化率をあらかじめ加味した寸法でマスクを作成することで合わせこむことができる。

次に、各境界部において、放射率の違いにより擬似的に形成される高温部と低温部との遷移区間の温度変化を測定した。そして、最高温度と最低温度を１〜０に正規化し、縦方向の測定経路と横方向の測定経路についてそれぞれ整理した。それらの結果を、図７および図８に示した。
図７は、垂直方向の測定値と半波長６５μｍで計算したガウシャンフィルタの結果であり、図８は水平方向の測定値と半波長８５μｍで計算したガウシャンフィルタの結果であ
る。
また、縦方向と横方向においてそれぞれの金属割合の境界で測定された温度分布および温度振幅を表１および表２に示す。

なお、図７、図８において、横軸は、境界部中心（図３にＰ_０で示したＰｏｓｉｔｉｏｎ＝０ｍｍ）に原点をとった場合の距離を示し、縦軸は最高温度と最低温度とを１〜０に正規化した場合の大きさを示す。
また、これらの図は、比較しやすいように、横軸の中心で縦軸の大きさが０．５となるように補正をおこなった。
図７及び図８にプロット点として示した理論上得られるガウシャンフィルタの応答と、
曲線で示した測定結果とを比較すると、以下のような結論が得られる。
すなわち、図７のように、垂直方向に関しては、ガウシャンフィルタで近似すると、カットオフ半波長で６５μｍ相当である。また、図８に示すように、水平方向に関しては、ガウシャンフィルタで近似すると、カットオフ半波長で８５μｍ相当であった。
表１と図７および表２と図８から、金属面積の割合に対応した放射率の大小関係および温度振幅に関わらず、縦横それぞれ同一の応答が測定できていることがわかった。
本実施の形態によれば、金属割合（＝放射率の大小）に依存せずに放射率の違いが検出できていることがわかる。このような広い波長の赤外線に関して、温度を精度良く測定できることがわかった。ここで、温度振幅は放射率の異なる領域間の差である。

図９は、ガウシャンフィルタ（ａ）とステップ応答（ｂ）を示す図である。
放射率の高い領域と放射率の低い領域との境界をグラフ化したところ、被測定物であるパターン基板１７の条件をふくめ、レンズと測定距離以外の条件が同じであっても測定値は大きく異なることが確認できた。その中でも高解像度の２５μｍレンズを用いた場合には測定データが理想状態の波形に近く、赤外線放射率の差が温度差として測定できていることがわかる。
一方、低解像度の２００μｍレンズの測定データでは境界のエッジがぼやけてしまい、ステップ応答が測定できていないことがわかる。このように、温度を精度良く測定するためには、解像度の高いレンズが必要であることが確認できた。

赤外線放射率が高く、金属との間で赤外線放射率の差が充分に得られるものであれば基板の種類は任意である。表面の平滑性、加工性、価格などから選択することが可能である。アルミナ基板は、かなり安価であり、ＬＴＣＣ基板は、ガラスが多くなるので表面をかなり平滑にできる。
赤外線放射率のコントラストが取れるほどノイズの影響が減って測定精度が向上する。温度の絶対値は問題にならず、放射率の違う領域（中間階調）で差が測定できることが必要であり、コントラストが高い材料が好ましい。

以下に、ＬＴＣＣアルミナ基板について説明する。
ベース基板としてＬＴＣＣ基板（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ
Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼成セラミックス基板）を使用し、Ｃｕをスパッタリング法により片全面に形成した。その後にフォトリソグラフィー技術を用いて、２重量％過硫酸アンモニウム溶液でＣｕのエッチングを行い、ＬＴＣＣ基板上に測定用のパターンを形成した。
Ｃｕは耐久性も考慮して、計算上１５０ｎｍとなるようスパッタリング時間を調整し堆積したが、Ｃｕの厚さは、金属光沢が出る程度であれば特に限定されない。
Ｃｕのパターン上にフラッシュめっき技術を用いてＡｕ層を形成して測定パターンとした。
このようにして作成した基板に関しても、上記と同様に、赤外線サーモグラフの分解能を容易に把握することができることがわかった。

ベース基板として、厚さ０．５μｍのＳＵＳ板を使用し、感光性材料にセラミックス粉体を多く含むレジストを全面に印刷した。これにパターンマスクをあてて露光・現像を行い基板上にレジストパターンを形成した。
この場合、レジストパターンによる樹脂形成部分の比率で領域を表現すると、樹脂形成比率と金属形成比率とは反対になる。領域を形成した外側の金属基板部分が金属割合１００％となり、樹脂をベタで形成した部分が、金属割合０％となる。
このようにして作成した基板に関しても、上記と同様に、赤外線サーモグラフの分解能を容易に把握することができることがわかった。
本発明によれば、それらパターンを組み合わせて放射率を変えた領域を作成し、赤外線
放射率の違う領域をまたぐように測定することで赤外線放射率の異なる領域間の赤外線サーモグラフ分解能を容易に把握することができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
本発明は、赤外線サーモグラフの分解能評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、当該プログラムを記録する記録媒体であっても良い。
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、赤外線サーモグラフィの評価装置として利用可能である。

１…赤外線サーモグラフ装置
３…拡大レンズ
５…赤外線検出部
７…信号処理部
９…出力部
１１…加熱手段
１２…温度コントロール部
１７…パターン基板
２１…データ処理部
２３…基板
２４…レジストパターン部
２５…Ｐｔパターン部（単位）
３６…高赤外線放射率材料単位
３０、３５…低赤外線放射率材料２５％領域
３１…低赤外線放射率材料５０％領域
３２…低赤外線放射率材料７５％領域
３３、３４…低赤外線熱放射率材料１００％領域
４０… 水平方向赤外線放射率の低い材料基本単位
４１… 垂直方向赤外線放射率の低い材料基本単位
４２… 水平方向繰り返しピッチ
４３… 垂直方向繰り返しピッチ
５１… 水平方向測定場所
５２… 垂直方向測定場所

Claims (12)

1. 略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるように、第１の赤外線放射率を有する第１の材料からなる第１の基本単位と前記第１の赤外線放射率とは異なる第２の赤外線放射率を有する第２の材料からなる第２の基本単位との面積比が第１の面積比となる第１の領域と、前記第１の面積比とは異なる第２の面積比となる第２の領域とが配置されていることを特徴とする赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
2. 前記第１及び第２の領域内において、前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とを、繰り返し配置することを特徴とする、請求項１に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
3. 前記第１の領域と前記第２の領域とが、面積比を変えて隣接配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
4. 赤外線放射率が段階的に異なる領域を複数配置したことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
5. 前記第１の基本単位及び前記第２の基本単位のうちの少なくともいずれか一方は、前記赤外線サーモグラフで測定しようとする拡大レンズを用いた時の１画素に相当する長さ以下であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
6. 前記第１の基本単位及び前記第２の基本単位のうちの少なくともいずれか一方は、前記赤外線サーモグラフで測定しようとする拡大レンズを用いた時の１画素に相当する長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
7. 前記第１及び第２の基本単位は、格子状またはドット状であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
8. 前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とのうち、赤外線放射率が低い部分が金属膜であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
9. 前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とのうち、赤外線放射率が高い部分が絶縁基板であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
10. 前記絶縁基板は、窒化アルミニウム、窒化珪素、セラミックス基板、ガラス、またはガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項９に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
11. 前記第１の基本単位と前記第２の基本単位とのうち、赤外線放射率が低い部分の金属は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、はんだのうちから選択される少なくともいずれか１の金属であることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの分解能測定パターン。
12. 略同一平面上に、赤外線放射率が所望の比率になるように、第１の赤外線放射率を有する第１の材料からなる第１の基本単位と前記第１の赤外線放射率とは異なる第２の赤外線
    放射率を有する第２の材料からなる第２の基本単位との面積比が第１の面積比となる第１の領域と、前記第１の面積比とは異なる第２の面積比となる第２の領域とが配置されているチャートを準備し、
    前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、
    撮像したデータを処理して位置と応答との関係を求め、サーモグラフ用のレンズの分解能を評価することを特徴とする赤外線サーモグラフの分解能評価方法。

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