JP7288296B2 - テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール - Google Patents

テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP7288296B2
JP7288296B2 JP2018193166A JP2018193166A JP7288296B2 JP 7288296 B2 JP7288296 B2 JP 7288296B2 JP 2018193166 A JP2018193166 A JP 2018193166A JP 2018193166 A JP2018193166 A JP 2018193166A JP 7288296 B2 JP7288296 B2 JP 7288296B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terahertz wave
light shielding
light
readout circuit
sensor
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
JP2018193166A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019105622A (ja
Inventor
健明 井辻
紀之 海部
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to CN201880079429.0A priority Critical patent/CN111448794B/zh
Priority to EP18889492.7A priority patent/EP3726831B1/en
Priority to PCT/JP2018/044828 priority patent/WO2019116998A1/ja
Publication of JP2019105622A publication Critical patent/JP2019105622A/ja
Priority to US16/893,814 priority patent/US11770596B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7288296B2 publication Critical patent/JP7288296B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/52—Elements optimising image sensor operation, e.g. for electromagnetic interference [EMI] protection or temperature control by heat transfer or cooling elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H04N17/002—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0262—Constructional arrangements for removing stray light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/51—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/253—Picture signal generating by scanning motion picture films or slide opaques, e.g. for telecine
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/064—Stray light conditioning

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本発明は、テラヘルツ波を用いた情報取得装置であるテラヘルツ波カメラ、検出モジュールなどに関する。より詳細には、本発明は、テラヘルツ波とは異なる波長の電磁波の情報取得機能への影響を抑制する技術に関する。
テラヘルツ波は、典型的には０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電波である。この周波数帯域には、生体分子や樹脂を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。テラヘルツ波は、可視光や赤外光と比較して波長が長いため、散乱の影響を受け難く、また、多くの物質に対し強い透過性を有している。他方、同じく電波であるミリ波と比較すると、テラヘルツ波の波長が短い。そのため、テラヘルツ波の電波カメラ（テラヘルツ波カメラとも呼ぶ）において、ミリ波による画像と比較して、分解能が高い画像が期待できる。これらの特徴を活かし、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術への応用が期待されている。例えば、公共の場所でのボディチェック、および監視技術への応用が検討されている。
電波カメラには、熱放射によって被写体が発生する電磁波（電波と光）のうち、所望の電波を選択して検出するパッシブ型と、被写体に所望の電波を照射し、反射した電波を検出するアクティブ型と、がある。熱放射によって被写体が発生する電波は非常に微弱なため、多くのパッシブ型電波カメラは、ミキサ等の高周波回路を利用して電波の選択とシステムの低雑音化とを実現している。テラヘルツ波帯で駆動する高周波回路技術は開発途上であることから、必要なＳＮ比を確保するために、アクティブ型のテラヘルツ波カメラが検討される場合が多い。
いずれの方式のテラヘルツ波カメラにおいても、テラヘルツ波の信号は微弱で高速である。そのため、信号を検出する素子と信号を読み出す周辺回路（読み出し回路とも呼ぶ）との集積化によって、回路の寄生成分による雑音の増加及び周波数特性の劣化を回避する技術が開示されている（特許文献１、図１、図６、図７等を参照）。
特開２０１４－１７５８１９号公報
テラヘルツ波を検出する素子に集積された、テラヘルツ波に関する信号を読み出す周辺回路は、可視光と赤外光に対し強い分光感度を有するシリコンベースの半導体回路（例えばＣＭＯＳ）で構成することが多い。ここで、テラヘルツ波に関する信号は微弱であるため、テラヘルツ波カメラは、できるだけ低Ｆ値のレンズを用いて、テラヘルツ波を検出する素子にテラヘルツ波を集めることが望ましい。このとき、可視光、赤外光が周辺回路に照射されると、可視光、赤外光による回路内部の光電効果の影響によって不要な電荷が発生する。この不要な電荷がノイズの原因となりＳＮ比が低下し得る。
上記課題に鑑み、本発明の一側面によるテラヘルツ波カメラは、測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラであって、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子を配置したセンサ部と、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、前記読み出し回路部が分光感度を有する外乱光を減光する第１遮光部と、前記測定対象からのテラヘルツ波を前記センサ部に導く光学部と、を有する。
本発明の他の側面によれば、測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールであって、センサ基板と、前記センサ基板の第１の主面に設けられるとともに、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子と、前記テラヘルツ波以外の外乱光を減光するとともに、前記センサ基板の断面視において、前記検出素子とは異なる階層に配置された第１遮光部と、前記センサ基板の第２の主面に対向して設けられた読み出し回路基板と、前記読み出し回路基板に設けられるとともに、前記外乱光に対し分光感度を有し、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、を有するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールが提供される。
本発明の一側面によれば、テラヘルツ波を検出する素子の信号を読み出す回路部に到達する好ましくない電磁波（可視光、赤外光等の外乱光）を減光する構成を採ることができる。
実施形態１のテラヘルツ波カメラの構成を示す図。 実施形態１の検出モジュールの平面図および断面図。 第２遮光部の外乱光を散乱する構造の例を説明する断面図。 第２遮光部の外乱光を散乱する別の構造の例を説明する断面図。 実施形態２の第１遮光部と第２遮光部の配置の例を説明する断面図。 実施形態２の第１遮光部と第２遮光部の配置の例を説明する断面図。 実施形態３のテラヘルツ波カメラの構成を説明する図。 実施形態４のテラヘルツ波カメラの構成を説明する図。 実施形態１の検出モジュールの別の配置例の平面図と断面図を示す図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの別の配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの別の配置例の断面図。 実施形態１の素子の平面図。 実施形態１の素子の断面図。 実施形態１の素子の断面図。 実施形態６の検出モジュールの構成例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの構成例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの一部の断面図。
テラヘルツ波センサ部の読み出し回路部として用いられる典型的なシリコンベースの汎用的な回路は、可視光などの外乱光に分光感度がある。また、ミリ波やテラヘルツ波等の高周波回路では、特に配線を引き回すことによる寄生成分の影響が無視できない。このため、可能な限り読み出し回路部である周辺回路をセンサ部に近づけて配置することが望ましい。こうした観点から、測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラは、テラヘルツ波に分光感度を有するセンサ部と、読み出し回路部と、好ましくない外乱光を減光する遮光部と、を有する。本明細書において、「減光」及び「遮光」は、読み出し回路部に向かう外乱光の量ないし強度を低減することを意味し得る。読み出し回路部は好ましくはセンサ部の近傍に配置される。ここで、「近傍」か否かは、読み出し回路部において配線を引き回すことによる寄生成分が、センサ部と読み出し回路部とを含む装置に要求される性能条件を阻害するか否かを考慮して決められる。「外乱光」か否かは、その波長領域が読み出し回路部の分光感度の波長領域に入るか否かで決められ、多少のずれ等はあり得る。以下、実施形態、実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されず、上記課題を解決できる構成を実現するという本発明の主旨の範囲で種々の変形、変更などが可能である。
本願発明者らの検討によると、テラヘルツ波の信号は微弱であるため、この不要電荷によるノイズの影響は、テラヘルツ波カメラを構築する上で無視できない課題であることが見出された。この様に、テラヘルツ波の検出素子近傍に集積された周辺回路について、可視光や赤外光による不要電荷に起因するノイズの影響を抑制することは、分光感度が異なる、テラヘルツ波の検出素子と周辺回路とを用いるテラヘルツ波カメラに特有の課題である。
（実施形態１）
本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のテラヘルツ波カメラの概略構成図である。図１Ａは、テラヘルツ波カメラ１００の構成を説明する図であり、図１Ｂは、テラヘルツ波カメラ１００のセンサ部１０１周辺の構成を含む検出モジュールの平面図および断面図である。
図１Ａのテラヘルツ波カメラ１００は、第１遮光部１０３、センサ部１０１、読み出し回路部１０２を少なくとも有する。これらの構成要素は、カメラ筐体１０５に収められている。テラヘルツ波カメラ１００は、被写体１０７からのテラヘルツ波１０８を検出し、画像化する。必要に応じて、画像化されたテラヘルツ波像はモニタ１０６で表示される。被写体１０７からのテラヘルツ波１０８は、熱放射によって被写体１０７が発生するテラヘルツ波、または、外部の照明より照射され被写体１０７によって反射されたテラヘルツ波である。テラヘルツ波は電波であり、好ましくは０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有している。
第１遮光部１０３は、外乱光１１１を遮光し、且つ、テラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に導く。原理的には、第１遮光部１０３は、遮光する機能を有する遮光部と結像機能を有する光学部とに分けることができるが、第１遮光部１０３が遮光と結像の機能を兼ねることで、テラヘルツ波カメラ１００を構成する部品点数を減らすことができる。外乱光１１１は、外乱光源１１０から発生する可視光または赤外光であり、テラヘルツ波以外の電磁波である。外乱光源１１０は、照明器具、自然光、熱源等である。第１遮光部１０３は、テラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像するために光学的パワーを有し、例えば、凸レンズである。第１遮光部１０３は、テラヘルツ波１０８を透過する部材で構成されている。
図１Ａでは、第１遮光部１０３は、レンズ１枚から構成されているが、複数枚のレンズから構成されてもよい。また、第１遮光部１０３は、外乱光１１１を遮光するために、外乱光１１１を吸収、散乱する部材であることが望ましい。例えば、外乱光１１１を遮光し、テラヘルツ波１０８を透過する部材の材料として、高密度ポリエチレン（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｔｈｙｌｅｎｅ、ＨＤＰＥ）、テフロン（登録商標）（商品名 ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）、高抵抗シリコン等のテラヘルツ波に対する透過率が外乱光に対する透過率よりも高い材料が適用できる。これらの材料を使用することで、テラヘルツ波１０８を透過し、外乱光１１１を吸収する第１遮光部１０３を構成できる。また、部材において、多孔構造のような、外乱光１１１を散乱させる構造を含有させることで、テラヘルツ波１０８を透過し、外乱光１１１を散乱する第１遮光部１０３を構成できる。
レンズは、テラヘルツ波１０８だけではなく、外乱光１１１を集光し得る。しかし、本実施形態のように、レンズの機能を有する第１遮光部１０３は、上述した構成により外乱光１１１を遮光する。そのため、周辺回路に外乱光１１１が集光することを抑制できるため、外乱光１１１による回路内部の光電効果の影響である不要な電荷の発生を抑制できる。その結果、ノイズ低減の効果があり、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比を改善できる。
カメラ筐体１０５において第１遮光部１０３を支持する支持部は、少なくともテラヘルツ波１０８を透過する材料で形成され、または、支持部の中央部は開口している。また、カメラ筐体１０５のその他の部分は、外乱光１１１、テラヘルツ波１０８のいずれも透過しない材料で形成されていることが好ましく、少なくとも外乱光１１１に対しては不透過である材料で形成されている。
センサ部１０１はマトリクス状に二次元配列された複数の素子（画素）１９１を備え、素子１９１はテラヘルツ波１０８に分光感度を有する。センサ部１０１は、センサ基板１９４に形成されている。テラヘルツ波１０８に分光感度を持たせるために、センサ部１０１の素子１９１は、例えば、化合物半導体や半導体で作製されたショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＳＢＤ）等の検出素子とアンテナを集積した構造を有する。また、素子１９１の検出素子は、セルフスイッチングダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）ダイオードなどの整流型検出素子、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ、量子井戸を用いた検出素子でもよい。テラヘルツ波カメラにおいて、素子１９１は画素に対応する。
センサ部１０１の素子１９１としては、次の様なものも使用することができる。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは素子１９１の構成例を説明する図である。図１０Ａは素子１９１の平面図であり、図１０Ｂ、図１０Ｃは、図１０Ａの素子１９１の断面図である。また、図１０Ｃは、変形例としての素子１９１を示している。
図１０Ａにおいて、素子１９１は、くぼみ（凹部）１００１が形成されたセンサ基板１９４と、アンテナ１００３と、検出素子１００４とを備え得る。センサ基板１９４には素子１９１毎のくぼみ１００１が形成され、くぼみ１００１は平面視において円形をなしている。くぼみ１００１は、受信する電磁波を反射する内壁部によって形成されている。内壁部は、くぼみ１００１の側壁、底部などから構成され得る。くぼみ１００１の底部には支持部１００５、１００５’が突出して設けられている。それぞれの支持部１００５、１００５’は円柱状をなし、支持部１００５’の高さは支持部１００５の高さよりも低い。支持部１００５’の上面には検出素子１００４が設けられている。支持部１００５、１００５’には電磁波を受信するアンテナ１００３が固定されている。アンテナ１００３は平面視において円環状をなし、金属部１００３ａ、１００３ｂから構成されている。金属部１００３ａの長さは、金属部１００３ｂの長さよりも長い。金属部１００３ａ、１００３ｂのそれぞれの一端は検出素子１００４に接続され、金属部１００３ａ、１００３ｂのそれぞれの他端の間には所定幅の空隙が形成されている。ここでは、金属部１００３ａ、１００３ｂは、くぼみ１００１の開口部上に設けられている部分と、センサ基板１９４に設けられた支持部１００５’に配置された検出素子１００４と接続している部分とを有する。
図１０Ａ、図１０Ｂのように、支持部１００５はアンテナ１００３も支持する。くぼみ１００１の電磁波を反射する内壁は、センサ基板１９４とくぼみ１００１の境界の屈折率差を利用して電磁波を反射する。電磁波を反射する構造として、図１０Ｂのように、くぼみ１００１の底面に金属層１００６を設けてもよい。また、図１０Ｃのように、センサ基板１９４の裏面に金属層１００６を設けてもよい。アンテナ１００３とくぼみ１００１の側壁との距離Ｗが変化すると、素子１９１の電磁波の放射パターンが変化する。そのため、距離Ｗは放射パターンが乱されない程度に十分に長いことが好ましい。好ましくは、距離Ｗは、電磁波の実効的な波長λに対し０.１λ以上である。また、センサ基板１９４表面に対する金属層１００６の距離Ｄによって、電磁波の放射方向が変化する。具体的には、距離Ｄにより、電磁波の放射方向は、アンテナ１００３の上方に集中するか、センサ基板１９４内部に集中するかが決まる。本実施形態において、放射パターンがセンサ基板１９４上方に集中する位置に、金属層１００６が配置される。好ましくは、距離Ｄは、電磁波の実効的な波長λに対し０.２５λである。
例えば、０．５ＴＨｚの電磁波を使用する場合、アンテナ１００３の半径は６５μｍである。このとき、アンテナ１００３とくぼみ１００１は空気で満たされているとすると、距離Ｗは６０μｍである。素子１９１が図１０Ｂで示された断面構造を有し、センサ基板１９４がシリコンで構成される場合、距離Ｄは６０μｍである。
尚、図１０Ａ、図１０Ｂの支持部１００５は、円柱状を有しているが、この形状に限るものではない。例えば、支持部１００５は角柱状を有してもよく、台形状を有していてもよい。また、くぼみ１００１に囲まれる空間は、空気に限らず、空気とは異なる屈折率を有する材料で充填されていてもよい。例えば、樹脂材料であるＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）でくぼみ１００１の空間が充填されてもよい。
センサ基板１９４に形成された金属層１００６は、外乱光である可視光および赤外光に対する遮光部としての機能を兼ねることができる。言い換えると、センサ基板１９４は、検出素子１００４とは異なる階層に外乱光を反射する遮光部を有しているといえる。なお、金属層１００６以外に、外乱光を反射する誘電体多層膜構造の遮光部を設けてもよく、遮光部が配置する階層について、一部或いは全部に形成されている。これらの構成によって、後述する読み出し回路部に到達する外乱光を遮光することができる。
図１Ａに戻って、センサ部１０１は、被写体からの電磁波を検出する検出素子を備えた画素と、画素からの信号を読み出すためのスイッチとがそれぞれ複数配列されて構成されてもよい。ここで、センサ部１０１は、所定周期の信号を発生する発生部を備え、画素は、所定周期の信号を当該画素に供給する伝送線と、スイッチを介して画素からの信号を読み出す走査線とに接続されている。また、画素は、所定周期の信号を用いて検出素子の検出信号を周波数変換する周波数変換素子を備える。
読み出し回路部１０２は、素子１９１より、テラヘルツ波１０８に関する信号を読み出す回路である。読み出し回路部１０２は、増幅回路、フィルタ回路、スイッチ回路、電源回路等を含み、例えばＣＭＯＳ回路技術等の汎用半導体回路技術を適用できる。これらの回路に使用される半導体は、可視光や赤外光の波長領域に、強い分光感度を有するため、外乱光１１１は、回路の不要電荷によるノイズの要因となる。したがって、このノイズの要因を除くために、第１遮光部１０３、後述の第２遮光部１０４などが設けられる。図１Ｂに示すように、読み出し回路部１０２は、読み出し回路基板１９５に形成される。読み出し回路部１０２はセンサ部１０１と一体に形成される。本実施例では、読み出し回路基板１９５とセンサ基板１９４が結合されて一体となっている。読み出し回路基板１９５とセンサ基板１９４を一体とする為には、共通の基板に対してそれぞれ表面と裏面に設けられてもよい。
図１Ｂはセンサ部および読み出し回路部の平面図、および破線１Ｂ－１Ｂ’に沿った断面図を表しており、センサ部１０１と読み出し回路部１０２の配置例を説明するための図である。図１Ｂに示すように、センサ部１０１と読み出し回路部１０２は積層され、センサ基板１９４内に設けられた貫通電極１９３を介して互いに接続されている。センサ基板１９４の第１の主面にはセンサ部１０１が設けられ、センサ基板１９４の第２の主面には読み出し回路基板１９５が対向して設けられている。より詳細には、センサ部１０１を有するセンサ基板１９４と、読み出し回路部１０２を有する読み出し回路基板１９５は、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って貼り合わせられて配置されている。読み出し回路基板１９５は、センサ基板１９４を挟んで、第１遮光部１０３と対向して配置される。
このような配置によれば、読み出し回路部１０２の少なくとも一部は、センサ部１０１によって遮蔽されるので、読み出し回路部１０２の回路露出部分が減少する。そのため、外乱光１１１が読み出し回路部１０２に到達する領域が減少するため、回路の不要電荷によるノイズの影響が軽減され、ノイズ特性が改善する。その結果、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善する。
センサ部１０１と読み出し回路部１０２の配置は、上記の如く貼り合わせた形に限らない。図７は、変形例としてのセンサ部および読み出し回路部を含む検出モジュールの平面図、および破線７－７’に沿った断面図を示している。図７に示すように、モジュール基板８９６の第１遮光部１０３側の同一面に、センサ部１０１と読み出し回路部１０２が一体に配置されていてもよい。ここでは、センサ部１０１の領域の近傍の互いに異なる２つの領域に読み出し回路部１０２が配置されている。例えば、平面視において、読み出し回路部１０２はセンサ部１０１を挟むように配置され得る。２つの領域の読み出し回路部１０２は、モジュール基板８９６の上面または内部の領域に形成された配線などで電気的に接続されている。
センサ部１０１はテラヘルツ波１０８に分光感度を有し、読み出し回路部１０２は外乱光（可視光と赤外光）１１１に分光感度を有し、センサ部１０１と一体に配置される。第１遮光部１０３は、センサ部１０１および読み出し回路部１０２への外乱光１１１を遮光する。そして、第１遮光部１０３はテラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像する。第１遮光部１０３が、読み出し回路部１０２に到達する可視光または赤外光を遮光するため、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズが抑制される。
本実施形態では、第１遮光部１０３は外乱光１１１の遮光を目的とするが、第１遮光部１０３以外の部分から外乱光１１１がテラヘルツ波カメラ１００内部に侵襲する場合があり得る。そこで、図１Ａのように、テラヘルツ波カメラ１００には、テラヘルツ波１０８を透過する第２遮光部１０４が設けられてもよい。第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と同様に、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って配置される。図１Ａでは、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３とセンサ部１０１との間に配置される。この配置によれば、第１遮光部１０３とセンサ部１０１との間に第２遮光部１０４が挿入されるため、テラヘルツ波カメラ１００の光学系の大きさを変更する必要はない。ただし、第２遮光部１０４の配置はこれに限定されず、例えば、第２遮光部１０４が、第１遮光部１０３を介してセンサ部１０１と対向する位置に配置されてもよい。この場合、第２遮光部１０４は、テラヘルツ波カメラ１００の端部（図１Ａの左端部）に配置されるため、テラヘルツ波カメラ１００を分解することなく、第２遮光部１０４を容易に付け替えることができる。
図１Ａでは、第２遮光部１０４は、光軸１０９に対して傾斜するように、カメラ筐体１０５に配置されている。すなわち、第２遮光部１０４の表面に対して鉛直な軸は光軸１０９に対して平行ではない。第２遮光部１０４を光軸１０９に対し傾斜して配置することで、例えば、センサ部１０１または読み出し回路部１０２の表面で反射した外乱光１１１が、第２遮光部１０４の表面で反射し、同じ光路をたどって読み出し回路部１０２に再入射することを防止できる。この配置によれば、読み出し回路部１０２に再入射する外乱光１１１を抑制できるので、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズをより抑制することができる。
第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と同様に外乱光１１１を吸収、散乱等することで、外乱光１１１を遮光する。図１Ａの第２遮光部１０４は、外乱光１１１を散乱する構造を有し、散乱光１１２を出力する例を示している。
図２は、第２遮光部１０４における外乱光１１１を散乱する構造の例を示した図であって、第２遮光部１０４の一部の断面図を表している。第２遮光部１０４は複数の空孔部２１４が形成された部材２１３を備える。第２遮光部１０４の散乱構造は、部材２１３に設けられた空孔部２１４である。部材２１３の材料は、テラヘルツ波１０８に対し透過性を有する材料である。外乱光１１１は、部材２１３で吸収されると共に、空孔部２１４の空孔と部材２１３との界面で散乱し、散乱光１１２となる。この散乱現象は、幾何光学的な散乱とミー散乱に由来する。このため、空孔部２１４の大きさは、外乱光１１１の波長に対し同程度か、大きい必要がある。また、空孔部２１４の構造は、テラヘルツ波１０８に対し透過性を有する必要がある。そのため、空孔部２１４の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。或いは、隣接する空孔部２１４間の距離は、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。具体的には、空孔部２１４の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。或いは、隣接する空孔部２１４間の距離は、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。そして、空孔部２１４の大きさは、外乱光１１１の波長λ２に対し、λ２以上であることが望ましい。このような第２遮光部１０４として、空孔部２１４の大きさが制御された発砲スチロールまたは発泡エチレン等を用いることができる。
図３は、第２遮光部１０４における外乱光１１１を散乱する別の構造の例を示し、第２遮光部１０４の一部の断面図を表している。第２遮光部１０４は表面に凹凸部３１５が形成された部材３１３を備える。第２遮光部１０４の散乱構造は、部材３１３の表面に設けられた凹凸部３１５である。部材３１３はテラヘルツ波１０８に対し透過性を有する材料である。外乱光１１１は、部材３１３で吸収されると共に、凹凸部３１５と第２遮光部１０４を取巻く雰囲気（例えば空気）との界面で散乱する。この散乱現象は、幾何光学的な散乱とミー散乱に由来する。このため、凹凸部３１５の大きさ（凹凸の深さ、幅など）は、外乱光１１１の波長に対し同程度か、大きい必要がある。また、凹凸部３１５によるテラヘルツ波１０８の散乱を抑制するため、凹凸部３１５の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。具体的には、凹凸部３１５の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。そして、凹凸部３１５の大きさは、外乱光１１１の波長λ２に対し、λ２以上であることが望ましい。このような第２遮光部１０４として、例えば、表面を砂面加工したポリエチレンまたは石英基板などを用いることができる。
以上のように、本実施形態においては、異なる分光感度を有するセンサ部１０１と読み出し回路部１０２とを一体化した構成に対し、外乱光１１１を遮光する構成が設けられている。これらの構成によれば、テラヘルツ波１０８に分光感度を有するセンサ部１０１と、外乱光（可視光と赤外光）１１１に分光感度を有し、センサ部１０１と一体に配置される読み出し回路部１０２と、に対し、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４で外乱光１１１を遮光する。そして、第１遮光部１０３はテラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像する。第１遮光部１０３と第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２に到達する可視光、赤外光を２段階で遮光するため、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズがさらに抑制される。そのため、テラヘルツ波カメラ１００のノイズが低減され、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比がさらに改善される。
特に、図２、図３のように、第２遮光部１０４が、外乱光１１１を散乱する構造を有する場合、散乱によって外乱光１１１が拡散する。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ１００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善される。なお、外乱光を散乱する構造は、第１遮光部に設けてもよい。つまり、外乱光を散乱する構造は、第１遮光部と第２遮光部とのうちの少なくとも一方に設けることができる。
（実施例１）
実施形態１のテラヘルツ波カメラの各部材の材質および数値等の具体的な実施例について図面を参照して説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本実施例のテラヘルツ波カメラは、テラヘルツ波を被写体に照射するアクティブ型のテラヘルツ波カメラである。
図１Ａのテラヘルツ波１０８の周波数は、０．４３ＴＨｚから０．５ＴＨｚである。テラヘルツ波１０８は、不図示のテラヘルツ波源から被写体１０７に照射され、被写体１０７で反射された反射波である。テラヘルツ波源は、複数のテラヘルツ波源をマトリクス状に並べた面光源である。より詳細には、テラヘルツ波源は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）と共振器であるパッチアンテナとを集積した素子であり、テラヘルツ波源の出力は、０．１ｍＷ弱である。本実施例では、テラヘルツ波源は、テラヘルツ波源を２５素子配置した面光源である。テラヘルツ波源の配置数はこれに限らない。また、テラヘルツ波源の構成もこれに限らず、公知のテラヘルツ波源が使用可能である。外乱光源１１０は、屋内照明または自然光である。
第１遮光部１０３は非球面両凸レンズでもあり、材料は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である。第１遮光部１０３は、可視光である外乱光１１１を遮光し、テラヘルツ波１０８を透過する。第１遮光部１０３の焦点距離は１００ｍｍ、作動距離は４００ｍｍである。また、第１遮光部１０３の倍率は０．３３で、被写体１０７の像をセンサ部１０１に結像する。
第２遮光部１０４は厚さ５ｍｍのポリスチレンボードであり、空孔部２１４の大きさはおよそ１００μｍである。そして、隣接する空孔部２１４間の距離は、およそ２０μｍである。図１Ａのように、第２遮光部１０４は、カメラ１００の光軸１０９に対し、斜めに設置している。第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３から漏れた外乱光１１１をさらに遮光する。
センサ部１０１の素子１９１は、アンテナを集積したショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。アンテナはループアンテナであり、アンテナの共振周波数は、上記ＲＴＤから発生するテラヘルツ波の周波数に調整されている。素子１９１はテラヘルツ波１０８の信号を電気信号に変換する光電変換素子である。センサ部１０１は、マトリクス状に配置された例えば４０９６個の素子１９１を含み、センサ部１０１の大きさはおよそ３２ｍｍ×３２ｍｍである。このような構成により、センサ部１０１はテラヘルツ波に分光感度を有する。
読み出し回路部１０２は、ライン読み出し回路であり、ラインの位置を選択するスイッチ回路およびシフトレジスタ回路、センサ部１０１の素子１９１の動作点を決定するバイアス回路、素子１９１の出力を電荷信号に変換する回路等を備える。これらの回路は、シリコンベースの半導体基板に形成されるため、可視光と赤外光に強い分光感度を有する。
図１Ｂのように、センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とは貼り合わせられ、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って配置される。センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とが貼り合わせられて構成されるため、外乱光１１１の一部はセンサ部１０１で遮光され、読み出し回路部１０２に入射する外乱光１１１の強度は低下する。
読み出し回路部１０２の出力端子は、不図示の増幅回路、フィルタ回路、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関２重サンプリング）回路等に接続され、テラヘルツ波１０８に関する信号が調整および処理される。これらの回路は、読み出し回路部１０２に含まれていてもよい。テラヘルツ波カメラ１００は、シフトレジスタ回路でセンサ部１０１の行を順次選択し、行に含まれる素子１９１の信号を取得することで、テラヘルツ波１０８に関する信号の強度分布を取得する。そして、センサ部１０１の行の選択位置を参照して、強度分布の信号を配置することで、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波１０８の強度分布像（テラヘルツ波像とも呼ぶ）を構築する。テラヘルツ波像の構築の際、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波像の平均化、不要な固定パターンの除去、γ補正等の画像調整といった画像処理を施してもよい。本実施例では、平均化と固定パターン除去の画像処理が施されている。特に、本実施例では、画像処理の際に小数点以下の信号を取り扱う目的で、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波１０８の強度信号に関するデジタルデータを４ビットシフトしている。言い換えると、テラヘルツ波の強度信号を１６倍している。本実施例では、テラヘルツ波像はモニタ１０６に表示されることで使用者に提示される。
フレームレートとして４０ＦＰＳ（Ｆｒａｍｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）、テラヘルツ波像の平均化処理として、５１２フレームでの巡回型フィルタを利用し、被写体１０７がない環境下でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズを測定した。被写体１０７がないため、被写体１０７からのテラヘルツ波１０８もなく、テラヘルツ波カメラ１００が検出する信号は、主として外乱光１１１である。第２遮光部１０４がない状態でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズは８．９ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）である。これと比較して第２遮光部１０４を配置した状態でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズは８．１ＬＳＢであり、外乱光１１１由来のノイズを約１割低減できることが確認できた。被写体１０７がある環境下では、外乱光１１１は、被写体１０７によって反射され、テラヘルツ波カメラ１００に入射する光量が増加するため、このノイズ低減効果はより顕著になる。
（実施形態２）
本発明の実施形態２について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の配置に関する変形例である。第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、これまでの説明と共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。
図４Ａ、図４Ｂは、本実施形態の第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の構成を説明する図であって、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の断面図を表している。図４Ａにおいて、第１遮光部１０３の一方の主表面は凸状に湾曲している。第１遮光部１０３の他方の主表面は平坦に形成され、第２遮光部１０４に貼り付けられている。すなわち、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４とは一体に形成されている。このとき、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３のテラヘルツ波１０８に対する結像特性を阻害しないようにするため、散乱する構造で構成されることが望ましい。例えば、散乱する構造として、実施形態１で説明した空孔部２１４を適用すると、第２遮光部１０４のテラヘルツ波１０８に対する平均的な屈折率は大気に近づく。そのため、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
また、図４Ｂは第１遮光部１０３の変形例を表している。第１遮光部１０３の他方の主表面には凹凸部４１５が形成されている。すなわち、第１遮光部１０３の一部に、第２遮光部１０４として機能する凹凸部４１５が一体に形成されている。実施形態１で説明したように、凹凸部４１５の大きさが、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であると、テラヘルツ波１０８は凹凸部４１５の構造を検知しづらくなる。そのため、第２遮光部１０４である凹凸部４１５は、テラヘルツ波１０８に対して均一な面としてみなされるので、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
本実施形態の構成によれば、第２遮光部１０４は第１遮光部１０３に一体に形成されるため、第２遮光部１０４の保持機構を削減できる。したがって、テラヘルツ波カメラ１００の小型化が可能となる。また、実施形態１による効果と同様の効果を奏することができる。
（実施形態３）
本発明の実施形態３について、図面を参照して説明する。本実施形態は、カメラ筐体１０５の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。
図５は、本実施形態のテラヘルツ波カメラ５００の構成を説明する断面図である。上述した実施形態のテラヘルツ波カメラ１００の構成と異なる点は、カメラ筐体１０５が第３遮光部５２０を有する点である。より詳細には、カメラ筐体１０５は、カメラ筐体１０５の内壁に、外乱光１１１を遮光する第３遮光部５２０を有している。第３遮光部５２０には、吸収構造として作用する植毛紙、または散乱構造として作用する凹凸部である砂面構造が形成されている。
本実施形態の構成によれば、カメラ筐体１０５の内壁で反射する外乱光１１１を吸収、散乱することができるので、カメラ筐体１０５内部の不要な外乱光１１１の反射を抑えることができる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ５００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ５００のＳＮ比が改善される。
（実施形態４）
本発明の実施形態４について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。図６は、本実施形態のテラヘルツ波カメラ６００の構成を説明する図である。上述した実施形態のテラヘルツ波カメラ１００、５００の構成と異なる点は、第２遮光部１０４の配置である。第２遮光部１０４は、少なくとも、第１遮光部１０３（ないし第１遮光部の支持部）と、読み出し回路部１０２の回路露出部分とに密着して配置されている。そして、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と読み出し回路部１０２の間に充填されている。すなわち、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３、カメラ筐体１０５、読み出し回路部１０２で囲まれた空間内に充填されている。
実施形態２で説明したように、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３のテラヘルツ波１０８に対する結像特性を阻害しないように、散乱構造を備えることが望ましい。例えば、散乱構造として、実施形態１で説明した空孔部２１４を適用すると、第２遮光部１０４のテラヘルツ波１０８に対する平均的な屈折率は大気の屈折率に近づく。そのため、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
このような構成によれば、第１遮光部１０３と読み出し回路部１０２とに挟まれる空間は、第２遮光部１０４で充填されるため、外乱光１１１に対する遮光領域が大きくなる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ６００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ６００のＳＮ比が改善される。
（実施形態５）
本発明の実施形態５について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を簡略化ないし省略する。
テラヘルツ波１０８は、大気に含まれる水蒸気によって減衰し、信号強度が低下する。そこで、本実施形態では、第２遮光部１０４の周囲または表面の少なくとも一部を、テラヘルツ波１０８に対し透明な部材で封止し、透明な部材で封止された内部の空孔部２１４は乾燥性の気体に置換する。透明な部材は、例えば、テラヘルツ波１０８に対し低損失なフィルム（ポリオレフィンフィルムまたはポリエチレンフィルム）である。詳細には、少なくとも、テラヘルツ波１０８がセンサ部１０１に至る伝搬経路と、第２遮光部１０４の最外部分の境界とが交わる部分に透明な部材が密着して形成され、乾燥性の気体が封止される。テラヘルツ波１０８の伝搬経路と交わらない部分の境界は、不透明な部材に置き換えられ得る。図６の構成においては、透明な部材は、少なくとも第１遮光部１０３と第２遮光部１０４との境界、センサ部１０１と第２遮光部１０４との境界に設けられ得る。図１の構成においては、透明な部材は、カメラ筐体１０５内部の空気層と第２遮光部１０４との境界に設けられ得る。
本実施形態によると、テラヘルツ波カメラ６００内部のテラヘルツ波１０８の伝搬経路は、乾燥性の気体で充填されることになり、テラヘルツ波１０８の大気による減衰が抑制できる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなると共に、テラヘルツ波１０８の減衰が抑制されるので、テラヘルツ波カメラ１００、６００のＳＮ比が改善される。
（実施形態６）
本発明の実施形態６について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。本実施形態は、測定対象からテラヘルツ波を検出し測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールとして捉えることができる。
図１３は、本実施形態における検出モジュールの一部の断面図である。図１３において、検出モジュール１３００は、図１０で説明したようにマトリクス状に配置された素子を有する。これらの素子は、少なくとも、テラヘルツ波に分光感度を有しテラヘルツ波を検出する検出素子１００４と、テラヘルツ波を受信するためのアンテナ１００３とを有する。これらの素子はセンサ基板１９４上に構成される。すなわち、読み出し回路基板１９５上には読み出し回路部１０２が形成され、読み出し回路部１０２上には第１遮光部１３０１を介してセンサ基板１９４が設けられている。すなわち、センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とが、読み出し回路部１０２を挟んで対向して接合されている。センサ基板１９４の下面には、図１０の素子構成と同様に、外乱光を反射する第１遮光部１３０１が形成されている。第１遮光部１３０１は、検出素子１００４とは異なる階層に配置されている。
第１遮光部１３０１は例えば金属層から構成され、テラヘルツ波をセンサ基板１９４上方に集中させる。金属層は、外部から入射する外乱光を反射し、センサ基板１９４下方にある読み出し回路部１０２に外乱光が到達することを阻害する。このように、金属層は遮光部として機能する。第１遮光部１３０１は、金属層に限定されず、誘電体多層膜によって構成されてもよい。
以下に、本実施形態における検出モジュールの様々な変形例を説明する。図８Ａ、図８Ｂは、本実施形態の変形例としての検出モジュールの平面図および破線８Ａ－８Ａ’に沿った断面図を示している。上述の実施形態における第２遮光部１０４の配置と異なる点は、第２遮光部１０４は、少なくとも読み出し回路部１０２の回路露出部分に配置され、テラヘルツ波１０８を検出するセンサ部１０１前面には配置されていない点である。
図８Ａ、図８Ｂにおいて、センサ部１０１を有するセンサ基板１９４と読み出し回路部１０２を有する読み出し回路基板１９５とは貼り合わせられている。平面視において、センサ基板１９４の外形は読み出し回路基板１９５の外形よりも小さく、センサ基板１９４の周囲における読み出し回路基板１９５は露出している。第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周に沿って、読み出し回路部１０２の回路露出部分を覆うように配置される。好ましくは、第２遮光部１０４は、センサ部１０１の側壁部１９６に対し、読み出し回路部１０２の回路露出部分を覆うように密着して配置されている。ここで、回路露出部分は、読み出し回路部１０２のうち、センサ基板１９４で覆われていない部分である。また、断面視において、第２遮光部１０４はセンサ基板１９４よりも厚い（高い）。このため、センサ基板１９４に対して斜めからの外乱光を遮断することができる。
図１１Ａ、図１１Ｂは、他の変形例としての検出モジュールの平面図、および破線１１Ａ－１１Ａ’に沿った断面図を示している。図１１Ｂに示されるように、第２遮光部１０４の上面に、外乱光を反射する反射部１９７が形成されている。反射部１９７は、外乱光を反射する金属層または誘電体多層膜層を用いて構成され得る。また、反射部１９７が金属層で構成される場合、金属層は読み出し回路部１０２が発生する熱を放熱するヒートシンクとしても機能し得る。このような構成により、読み出し回路部１０２の回路露出部分に到達する外乱光を減光することができる。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、さらなる他の変形例としての検出モジュールの平面図、および破線１２Ａ－１２Ａ’に沿った断面図を示している。読み出し回路部１０２の中央部に到達する外乱光は、センサ部１０１とセンサ基板１９４により一定度遮光される。このため、センサ部１０１とセンサ基板１９４とが第２遮光部を兼ねることも可能である。例えば、図１２Ａ、図１２Ｂの検出モジュールにおいて、読み出し回路基板１９５の外形は、センサ基板１９４の外形と略同じである。読み出し回路基板１９５の外形をセンサ基板１９４と略同じにすることで、読み出し回路基板１９５に配置された読み出し回路部１０２の全部を確実にセンサ基板１９４で覆うことができる。言い換えると、読み出し回路部１０２の回路露出部を確実になくすことができる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光は、センサ部１０１またはセンサ基板１９４により減光される。
図１２Ａ～図１２Ｃにおいて、読み出し回路部１０２の上面のすべてがセンサ基板１９４によって覆われ、読み出し回路部１０２は露出していない。このため、読み出し回路部１０２と外部の回路とは、読み出し回路基板１９５を貫通する貫通電極１２０１によって接続されることが望ましい。
図１２Ｃは、図１２Ａ、図１２Ｂで示された検出モジュールの変形例であって、検出モジュールの断面図を示している。以下に、図１２Ｂの構成との相違を中心に説明する。平面視において、読み出し回路基板１９５の外形は、センサ基板１９４の外形よりも小さい。すなわち、平面視において、読み出し回路基板１９５はセンサ基板１９４から突出しない。また、図１２Ｂの検出モジュールと比較して、読み出し回路基板１９５は薄く構成されている。センサ基板１９４に対し、読み出し回路基板１９５の厚みが薄い場合、センサ基板１９４の周縁部が水平方向に突出すると、周縁部に印加された外力によって、読み出し回路基板１９５が破損する可能性がある。破損を予防するため、センサ基板１９４の周縁部には基板支持部１２０２が設けられており、センサ基板１９４の周縁部が基板支持部１２０２によって支持されている。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示された構成において、読み出し回路部１０２はセンサ基板１９４によって覆われるため、読み出し回路部１０２への外乱光はセンサ部１０１またはセンサ基板１９４により減光される。また、第２遮光部１０４を省略することができるので、外乱光の影響を抑制しつつ装置の小型化が容易となる。さらに、読み出し回路基板１９５の外形をセンサ基板１９４の外形と同じ、または、小さくすることで、読み出し回路基板１９５の読み出し回路部１０２に到達する外乱光を確実に減光することができる。そのため、読み出し回路部１０２は、外乱光による不要電荷に起因するノイズの影響が抑制されるので、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善される。
図９Ａ、図９Ｂは、図８Ａ、図８Ｂで示された検出モジュールの変形例の平面図および破線９Ａ－９Ａ’の断面図を示している。センサ部１０１と読み出し回路部１０２とは共通のモジュール基板８９６に一体に形成されている。第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周に沿って、読み出し回路部１０２を覆うように配置される。このとき、回路露出部分は読み出し回路部１０２である。本実施形態では、第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周全体に配置されているが、一部に配置されてもよい。例えば、第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２が外部に露出している部分にのみ選択的に配置されてもよい。
本実施形態の構成によれば、第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２の回路露出部分に一体的に配置されるため、第２遮光部１０４の保持機構を削減できる。そのため、テラヘルツ波カメラ１００の小型化が可能となる。
また、本実施形態の検出モジュールは、第１遮光部を有するセンサ基板、或いはセンサ基板と第２遮光部によって、読み出し回路部に到達する外乱光を減光することができる。そのため、読み出し回路部は、外乱光による不要電荷に起因するノイズの影響が抑制されるので、検出モジュールのＳＮ比が改善される。特に、読み出し回路基板の外形をセンサ基板の外形と同じか、小さくすることで、読み出し回路部の露出部分をなくすことができるため、読み出し回路基板の読み出し回路部に到達する外乱光を確実に減光することができる。また、本検出モジュールは、外乱光の影響を受け難い構成であるため、遮光用の筐体を簡易にできる。さらに、外乱光の影響を受け難い構成であることから、装置内での検出モジュールの設置の自由度があがり、検出モジュールの取り扱いが容易となる。
１００ テラヘルツ波カメラ
１０１ センサ部
１０２ 読み出し回路部
１０３ 第１遮光部（光学部）
１０７ 測定対象（被写体）
１９１ 検出素子（素子）

Claims (31)

  1. 測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラであって、
    前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子を配置したセンサ部と、
    前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、
    前記読み出し回路部が分光感度を有する外乱光を減光する第１遮光部と、
    前記測定対象からのテラヘルツ波を前記センサ部に導く光学部と、
    前記第１遮光部で減光された前記外乱光をさらに減光し、前記テラヘルツ波を透過する第２遮光部と、を有し、
    前記第１遮光部と前記第２遮光部は、当該テラヘルツ波カメラの光軸に沿って配置され、
    前記第２遮光部は、前記光軸に対して傾斜して配置されている、
    ことを特徴とするテラヘルツ波カメラ。
  2. 前記第１遮光部と前記第２遮光部とのうちの少なくとも一方は、前記外乱光を散乱する構造を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波カメラ。
  3. 前記外乱光を散乱する構造は、前記少なくとも一方の遮光部に形成された空孔部であり、
    前記空孔部の大きさが、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上である、
    ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波カメラ。
  4. 前記外乱光を散乱する構造は、前記少なくとも一方の遮光部に形成された空孔部であり、
    隣接する前記空孔部の距離が、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上である、
    ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波カメラ。
  5. 前記第１遮光部と前記第２遮光部とのうちの少なくとも一方の一部に、凹凸部が形成されている、
    ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波カメラ。
  6. 前記凹凸部は、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上の深さ及び幅を有する、
    ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ波カメラ。
  7. 前記第１遮光部と前記第２遮光部とは一体に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  8. カメラ筐体と、前記カメラ筐体の内壁に設けられた前記外乱光を減光する第３遮光部と、を有する、
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  9. 前記第２遮光部は、少なくとも、前記読み出し回路部の回路露出部分に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  10. 前記第２遮光部は、少なくとも、前記第１遮光部と前記読み出し回路部の回路露出部分とに密着して配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  11. 前記第２遮光部に前記外乱光を散乱する空孔部が形成され、
    前記第２遮光部の表面の少なくとも一部は、前記テラヘルツ波に対し透明な部材で封止され、前記部材で封止された内部の前記空孔部は乾燥性の気体に置換されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のテラヘルツ波カメラ。
  12. 測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラであって、
    前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子を配置したセンサ部と、
    前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、
    前記読み出し回路部が分光感度を有する外乱光を減光する第１遮光部と、
    前記測定対象からのテラヘルツ波を前記センサ部に導く光学部と、
    前記第１遮光部で減光された前記外乱光をさらに減光し、前記テラヘルツ波を透過する第２遮光部と、を有し、
    前記第１遮光部と前記第２遮光部は、当該テラヘルツ波カメラの光軸に沿って配置され、
    前記第１遮光部と前記第２遮光部とのうちの少なくとも一方は、前記外乱光を散乱する構造を有し、
    前記外乱光を散乱する構造は、前記少なくとも一方の遮光部に形成された空孔部を含み、
    前記空孔部の大きさが、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上である、
    ことを特徴とするテラヘルツ波カメラ。
  13. 前記第１遮光部は前記光学部を兼ねる、
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  14. 前記読み出し回路部は、前記センサ部の近傍に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  15. 前記センサ部と前記読み出し回路部とは、一体に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  16. 前記センサ部と前記読み出し回路部とは共通の基板に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のテラヘルツ波カメラ。
  17. 前記テラヘルツ波を検出し前記測定対象を画像化する、
    ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  18. 前記センサ部において、前記複数の検出素子はマトリクス状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  19. 前記テラヘルツ波は、０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうちの任意の周波数帯域の電波である、
    ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  20. 前記外乱光は、可視光及び赤外光である、
    ことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  21. 測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得する検出モジュールであって、
    センサ基板と、
    前記センサ基板の第１の主面に設けられるとともに、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子と、
    前記テラヘルツ波以外の外乱光を減光するとともに、前記センサ基板の断面視において、
    前記検出素子とは異なる階層に配置された第１遮光部と、
    前記センサ基板の第２の主面に対向して設けられた読み出し回路基板と、
    前記読み出し回路基板に設けられるとともに、前記外乱光に対し分光感度を有し、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、
    を有する、
    ことを特徴とする検出モジュール。
  22. 前記読み出し回路基板の２つ主面のうちの前記センサ基板の側の主面において、前記センサ基板によって覆われていない回路露出部分と前記センサ基板の側壁部とに接するとともに、前記外乱光を減光する第２遮光部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の検出モジュール。
  23. 前記読み出し回路部は、前記センサ基板によって覆われ、平面視において前記センサ基板から突出しない、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の検出モジュール。
  24. 前記センサ基板のうち、平面視において前記読み出し回路部から突出した周縁部を支持する基板支持部を備え、
    前記基板支持部は前記周縁部と前記読み出し回路基板の側壁とに接する、
    ことを特徴とする請求項２３に記載の検出モジュール。
  25. 前記第２遮光部は、断面視において前記センサ基板よりも厚い、
    ことを特徴とする請求項２２記載の検出モジュール。
  26. 前記第１遮光部および前記第２遮光部は、金属層または誘電体多層膜を含む、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の検出モジュール。
  27. 前記第１遮光部は前記テラヘルツ波を前記センサ基板に導く光学部を兼ねる、
    ことを特徴とする請求項２１から２６のいずれか一項に記載の検出モジュール。
  28. 前記センサ基板と前記読み出し回路基板とは、一体に配置されている、
    ことを特徴とする請求項２１から２４のいずれか一項に記載の検出モジュール。
  29. 前記センサ基板において、前記複数の検出素子はマトリクス状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項２１から２８のいずれか一項に記載の検出モジュール。
  30. 前記テラヘルツ波は、０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうちの任意の周波数帯域の電波である、
    ことを特徴とする請求項２１から２９のいずれか一項に記載の検出モジュール。
  31. 前記外乱光は、可視光及び赤外光である、
    ことを特徴とする請求項２１から３０のいずれか一項に記載の検出モジュール。
JP2018193166A 2017-12-13 2018-10-12 テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール Active JP7288296B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880079429.0A CN111448794B (zh) 2017-12-13 2018-12-06 太赫兹波相机和检测模块
EP18889492.7A EP3726831B1 (en) 2017-12-13 2018-12-06 Terahertz wave camera and detection module
PCT/JP2018/044828 WO2019116998A1 (ja) 2017-12-13 2018-12-06 テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール
US16/893,814 US11770596B2 (en) 2017-12-13 2020-06-05 Terahertz wave camera and detection module

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017239114 2017-12-13
JP2017239114 2017-12-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019105622A JP2019105622A (ja) 2019-06-27
JP7288296B2 true JP7288296B2 (ja) 2023-06-07

Family

ID=67061955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018193166A Active JP7288296B2 (ja) 2017-12-13 2018-10-12 テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11770596B2 (ja)
EP (1) EP3726831B1 (ja)
JP (1) JP7288296B2 (ja)
CN (1) CN111448794B (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7301667B2 (ja) * 2019-08-07 2023-07-03 キヤノン株式会社 検出装置および検出システム
JP7362409B2 (ja) * 2019-10-17 2023-10-17 キヤノン株式会社 照明装置およびカメラシステム
US11474033B2 (en) 2020-02-12 2022-10-18 Canon Kabushiki Kaisha Terahertz wave camera system and method for controlling terahertz wave camera system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175819A (ja) 2013-03-08 2014-09-22 Canon Inc 画像形成装置、及びイメージングシステム
WO2015001753A1 (ja) 2013-07-01 2015-01-08 日本電気株式会社 コヒーレントテラヘルツ光用光学装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9909986B2 (en) * 2003-10-15 2018-03-06 Applied Research And Photonics, Inc. Thickness determination and layer characterization using terahertz scanning reflectometry
WO2006102181A1 (en) * 2005-03-21 2006-09-28 Massachusetts Institute Of Technology (Mit) Real-time, continuous-wave terahertz imaging using a microbolometer focal-plane array
JP4481946B2 (ja) 2006-03-17 2010-06-16 キヤノン株式会社 検出素子及び画像形成装置
JP4898472B2 (ja) 2006-04-11 2012-03-14 キヤノン株式会社 検査装置
JP2008122278A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Hitachi Ltd テラヘルツ分光・イメージング装置
JP5371293B2 (ja) * 2007-08-31 2013-12-18 キヤノン株式会社 テラヘルツ波に関する情報を取得するための装置及び方法
EP2031374B1 (en) 2007-08-31 2012-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus and method for obtaining information related to terahertz waves
JP5149687B2 (ja) 2008-04-28 2013-02-20 キヤノン株式会社 撮像センサ、撮像システム、及び撮像センサの制御方法
US8759776B2 (en) * 2008-12-31 2014-06-24 Technion Research And Development Foundation Ltd. Teramos-terahertz thermal sensor and focal plane array
WO2013082622A2 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 California Institute Of Technology Integrated teraherts imaging systems
JP2013253896A (ja) * 2012-06-08 2013-12-19 Seiko Epson Corp 光検出素子、カメラおよび電子機器
GB201221330D0 (en) * 2012-11-27 2013-01-09 Univ Glasgow Terahertz radiation detector, focal plane array incorporating terahertz detector, and combined optical filter and terahertz absorber
US9494464B2 (en) * 2013-02-20 2016-11-15 Battelle Energy Alliance, Llc Terahertz imaging devices and systems, and related methods, for detection of materials
JP2015118081A (ja) * 2013-11-12 2015-06-25 キヤノン株式会社 放射線検出システムおよび放射線撮像装置
JP2016065767A (ja) * 2014-09-24 2016-04-28 セイコーエプソン株式会社 テラヘルツ波検出装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置
CN104570339A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 公安部第三研究所 基于菲涅尔透镜的大口径太赫兹成像系统
WO2016147253A1 (ja) * 2015-03-13 2016-09-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ テラヘルツ波測定装置
FR3040577B1 (fr) * 2015-08-28 2019-05-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif de prise d'image a eclairage integre
CN105762164B (zh) * 2016-05-03 2019-01-29 合肥芯福传感器技术有限公司 基于外向s型导线的多层结构像元及图像传感器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175819A (ja) 2013-03-08 2014-09-22 Canon Inc 画像形成装置、及びイメージングシステム
WO2015001753A1 (ja) 2013-07-01 2015-01-08 日本電気株式会社 コヒーレントテラヘルツ光用光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200304695A1 (en) 2020-09-24
EP3726831A4 (en) 2021-08-18
EP3726831A1 (en) 2020-10-21
US11770596B2 (en) 2023-09-26
CN111448794B (zh) 2023-08-29
EP3726831B1 (en) 2024-03-06
JP2019105622A (ja) 2019-06-27
CN111448794A (zh) 2020-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11770596B2 (en) Terahertz wave camera and detection module
AU2019226228B2 (en) Optical system for reference switching
JP6551485B2 (ja) 赤外線変換素子及び撮像装置
US8148671B2 (en) Proximity-type imaging device and imaging filter
US8378400B2 (en) Solid state imaging device
TWI467777B (zh) 光學裝置之封裝結構
JP7208032B2 (ja) 半導体装置
JP2009258691A (ja) 撮像フィルタ
JP6526876B2 (ja) 電磁放射用のスペクトル変換素子
JPH03111997A (ja) 光電式煙感知器
US5095211A (en) Infrared image sensor and image pick-up apparatus using the same
KR20120125600A (ko) 고체 촬상 장치
JP6355678B2 (ja) イメージセンサおよび画像取込装置
WO2019116998A1 (ja) テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール
WO2020079960A1 (ja) 撮像装置及び固体撮像装置
CN219416452U (zh) 一种非制冷红外焦平面探测器
JP6718832B2 (ja) 放射線検出器および放射線検出装置
KR20200038149A (ko) 듀얼 이미지 센서
US20110133301A1 (en) Wafer level optical imaging apparatus
JP6754501B2 (ja) 電磁波検出装置
WO2024086968A1 (zh) 热红外成像机构及电子设备
JP2017067681A (ja) 放射線画像撮影装置
JP2019158795A (ja) 電磁波検出装置
TWI518922B (zh) 光學裝置之封裝結構
KR20120064478A (ko) 카메라 모듈 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211004

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20220630

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230127

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: 20230427

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230526

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7288296

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151