JPH04320934A - 熱型光検出器およびその支持台の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は、例えばフーリエ変
換赤外分光分析器（ＦＴ−ＩＲ）　に使用される高感度
赤外線検出器などの熱型光検出器、およびその検出器の
支持台の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】　　従来、ＦＴ−ＩＲ　用の室温動作型
の高感度赤外線検出器としては、焦電型赤外線検出器が
用いられており、その中でも焦電係数が大きい、ＴＧＳ
（ｔｒｉｇｌｙｃｉｎｅ−ｓｕｌｐｈａｔｅ）　系のＤ
−ＴＧＳ，ＬＡ−ＴＧＳやＤＬＡ−ＴＧＳ　などの焦電
結晶を用いたものが多く使用されている。ところが、こ
れらのＴＧＳ系結晶の臨界温度Ｔｃは、最も高いＤＬＡ
−ＴＧＳ　においても６０℃程度であり、その感度が安
定する結晶温度範囲は、２４〜３６℃と非常に狭い。こ
のことから、焦電結晶の温度制御は不可欠となるが、焦
電型赤外線検出器も熱型光検出器で、焦電結晶への赤外
線（熱線）入射による微小な温度変化を検出しているた
め、焦電結晶そのものを直接に温度調節することは、感
度の低下やノイズの混入等の悪影響をまねくため、あま
り好ましくない。

【０００３】そこで、従来では、ＦＴ−ＩＲ　の装置全
体としての性能が低下するが、ＦＴ−ＩＲ　の光学系を
暗く絞って、焦電検出器への入射光量が最大時でも、結
晶温度が３６℃以上にならならいようにするか、あるい
は、焦電検出器に対して少し離れた場所から温度調節を
行っている。 このような温度調節の構造としては、従来、例えば図５
に示すように、焦電検出器５１の封入体５１ａの側壁周
囲に温度調節媒体５２を密着させ、かつ、その温度調節
媒体５２の他端側には、温度調節手段としてのペルチェ
素子５３を配置して、焦電検出器５１の焦電結晶の温度
を間接的に調節する構造がある。

【０００４】また、使用温度範囲の広い焦電結晶を用い
た場合には、素子の温度が少々高くなっても焦電結晶か
らの熱拡散が少ないほど感度が良好となるため、焦電検
出素子の受光部からの熱拡散を抑えることを目的として
、例えば図６　（ａ）　に示すように、焦電素子Ｐを４
本足の架台６１の上に載せることにより、受光部（電極
Ｅの形成部）の熱拡散を防ぐ構造のものや、あるいは同
図　（ｂ）　に示すように、焦電素子Ｐの支持基板７１
に、エッチングによって開口部７１ａを形成して、受光
部の下方を空洞として熱拡散を防止する構造のものが提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】　　ところで、上記の
図５の温度調節構造においては、製作・組立が比較的容
易であるものの、焦電素子自体の検出器の封入体５１ａ
との間の熱伝導度や熱時定数等が検出器ごとに異なる点
、さらに焦電検出器５１およびペルチェ素子５３と、そ
れらを結合する媒体５２との間における熱的接触（熱抵
抗）が、それぞれの熱接触面積が大きいことから、組立
ごとにばらついて再現性が悪いといった点があり、これ
らのことから、常に安定した高精度の温度調節を望めな
いという問題があった。

【０００６】一方、図６　（ａ）　，（ｂ）　に示した
構造は、熱拡散を極力おさえることを目的としており、
素子温度は考慮していなかった。また図６　（ｂ）　に
示した構造によると、基板７１としてＭｇＯ等を使用し
て、その基板に、フォトリソグラフィの技術により開口
部７１ａのパターンを描き、リン酸エッチングによって
開口部を開口するので、開口部以外はエッチングされな
いように、図７に示すように、ワックスＷ等で保護する
ことが必要で、その保護工程が複雑になり、またエッチ
ング後の開口部の寸法精度もあまり良くない。

【０００７】また、図６　（ａ）　に示した構造によれ
ば、焦電素子Ｐの形状寸法が高々２ｍｍ角程度であるた
め、極めて小さな架台を製作する必要があり、しかも４
本の架台６１を所定の位置に配置した状態で、１０μｍ
オーダの薄い結晶体を架台６１の上に載せる作業は、ほ
ぼ不可能に近く実現化が難しい。本発明は、上記の従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、
焦電素子等の検出素子を温度調節を高精度に行うことが
可能な構造の熱型光検出器を提供することにある。また
、第２の目的は、その熱型光検出器の支持台を、高精度
でかつ再現性よく製造することのできる方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】　　上記の第１の目的を
達成するための構成を実施例に対応する図１，図２を参
照しつつ説明すると、本発明は、熱型光検出素子１と、
この検出素子１を保持し、かつ、冷却媒体（例えばペル
チェ素子４が密着されたハイブリッドＩＣ基板３）に熱
的に接続する感光性ガラス製の支持台２を有し、その支
持台２は、検出素子１から冷却媒体３への熱伝導経路の
熱伝導量が、あらかじめ設定した量となるような形状に
加工されていることによって特徴づけられる。

【０００９】また、第２の目的を達成するために、本発
明方法では、実施例に対応する図３に示すように、製造
すべき支持台の高さに応じた厚さの感光製ガラス板３１
ａを、その支持台の水平断面形状に対応した遮光部が形
成されたマスクＭを用いて露光し　（ａ）　、この後に
、そのガラス板の片面の所定位置に、例えば、焦電素子
Ｐを配置し、かつ、その片面のみをワックスＷによって
保護した状態で　（ｃ）　、感光部をエッチングにより
除去する　（ｄ）　。

【００１０】

【作用】　　まず、本発明方法によると、基本的には、
エッチングにより支持台を製造するので量産が可能で、
しかも、感光性ガラスを素子基板として用いることによ
り、基板にフォトレジストをパターニングするといった
煩雑な工程が不要となり、工程の簡略化をはかることが
できる。ここで、感光ガラスは、感光部のエッチングレ
ートが、非感光部に比してかなり速いことから、ＨＦ等
のエッチャントによって感光部のみを選択的にエッチン
グすることが可能で、従って、エッチング時に非感光部
の全てを保護する必要がなくなる。しかも、感光性ガラ
スは感光部のエッチング精度が高く、これにより寸法精
度の高い支持台を再現性よく得ることができる。

【００１１】従って、このような感光性ガラス製の支持
台を用いた、本発明の熱型光検出器によれば、検出素子
１から冷却媒体３への熱伝導路の伝熱量つまり支持台２
の熱伝導量を、所望の量に正確かつ再現性よく設定する
ことが可能となる。

【００１２】

【実施例】　　本発明の実施例を、以下、図面に基づい
て説明する。図１は本発明実施例の要部構造を示す図で
、　（ａ）　は平面図を、　（ｂ）は縦断面図をそれぞ
れ示している。また、図２は本発明実施例の全体構成を
示す図で、（ａ）　は平面図を、　（ｂ）　は側面図を
それぞれ示している。まず、図２に示すように、焦電素
子１は、ハイブリッドＩＣ基板（以下、ＨＩＣ基板と称
する）３の所定位置に実装されている。このＨＩＣ基板
３の一端部には、ペルチェ素子４が密着されており、さ
らに、ペルチェ素子４と焦電素子１との間に温度検出素
子５が実装されいる。この温度検出素子５は、ＨＩＣ基
板３に密着できる構造のもので、ＨＩＣ基板３の温度を
正確に検出できるものを使用する（例えばアナログデバ
イセス社製；Ａ５９０　等）。

【００１３】また、ペルチェ素子４の放熱側は、銅製の
網線６を通じて熱容量の大きい場所に熱的に接続されて
おり、これらペルチェ素子４および温度検出素子５など
によって、ＨＩＣ基板３は、例えば２４℃に正確に温度
制御される。さらに、ＨＩＣ基板３の焦電素子１の実装
部の周辺には、この素子の出力信号処理用としてのプリ
アンプ回路（図示せず）が実装されている。なお、７は
遮光およびノイズシールドカバーである。

【００１４】さて、焦電素子１は、図１に示すように、
焦電結晶体（ＤＬＡ−ＴＧＳ）　１ａの中央部の互いに
対応する位置に、それぞれ円形の電極１ｂおよび１ｃを
形成した構造でこの電極部が受光部Ｄとなっている。ま
た、焦電素子１は、感光性ガラス製の支持台２よって保
持され、かつ、この支持台２を介してＨＩＣ基板３に熱
的に接続されている。

【００１５】支持台２は、その中央部に円筒形状の開口
部２ａが開口されており、焦電素子１の受光部Ｄの熱拡
散を制限できる形状となっている。また、その各部の形
状寸法は、この支持台２によって形成される焦電素子１
からハイブリッドＩＣ基板３への熱伝導経路の熱伝導量
が、焦電素子１の受光部Ｄに、最大光量の光が定常的に
入射した状態で、素子温度を最大温度３６℃に制限でき
る容量となるように、感光性ガラスや焦電結晶体の熱伝
導率等を考慮して決定されている。

【００１６】以上の構造とすることにより、焦電素子１
に光が入射していない状態では、素子温度は、ＨＩＣ基
板３の制御温度つまり２４℃に保たれ、一方、最大光量
の光が定常的に入射したときには素子温度は３６℃に保
持される。これにより、素子温度は、入射光の光量に応
じて２４〜３６℃間において変化することになる。すな
わち、焦電素子１は、焦電結晶体（ＤＬＡ−ＴＧＳ）　
の感度が安定する温度範囲内において常に正確に温度調
節されることになる。

【００１７】ここで、以上の本発明実施例によると、焦
電素子１の形状寸法は、３ｍｍ角で厚さ１０μｍ程度と
非常に小さく、正確に温度制御されているＨＩＣ基板３
との接触面積が極めて小さいことから、その両者の熱的
な接続は再現性が良く、しかも焦電素子１に比してＨＩ
Ｃ基板３の形状寸法が大きいので、安定した温度調節を
行うことができる。なお、ＨＩＣ基板３は焦電素子１に
対しては大きいものの、基板自体としては、さほど大掛
かりなものではなくので、ペルチェ素子４による温度制
御を、低電力でかつ安定に行うことができる。さらに、
ＨＩＣ基板３に、焦電素子１，プリアンプ回路および温
度調節回路等を実装しているので、検出器を全体のモジ
ュール化をはかることができ、しかもそのモジュールを
コンパクトに纏めることができるいった点の効果もある
。

【００１８】なお、この実施例においては、焦電素子１
を支持台２を介して、温度制御されたＨＩＣ基板３に熱
的に接続しているが、本発明はこれに限られることなく
、例えばヒートシンク等の他の冷却媒体に感光性ガラス
製の支持台を介して熱的に接続してもよい。図３は本発
明方法の実施例の手順を説明する図で、焦電型赤外線検
出器の製造に本発明を適用した例を示す。

【００１９】まず、　（ａ）　に示すように、感光性ガ
ラス板３１ａを、マスクＭを用いて、紫外線によって露
光して、　（ｂ）　に示すように、検出器の支持台に相
当する部分以外を感光部３１ｂとする。次に、　（ｃ）
　に示すように、感光したガラス板３１ａを基板として
、蒸着法等の技術を用いて焦電素子Ｐを形成した後、こ
の素子側の面のみをワックスＷによって保護しておく。 そして、５％ＨＦを用いて、感光部３１ｂをエッチング
することにより、焦電素子Ｐの受光部の下方に円筒状の
空洞を設けた構造の支持台、つまり図１の実施例におい
て用いた支持台２を得ることが可能となる。

【００２０】なお、この例においては、支持台３１の開
口部の水平断面形状を円形としているが、これに限定さ
れず、その断面形状は例えば四角形であってもよい。図
４は本発明方法の他の実施例の手順を説明する図である
。なお、この例においても、焦電型赤外線検出器の製造
に本発明を適用した例を示す。まず、先の実施例と同様
にマスクを用いた露光を行って、　（ａ）　に示すよう
に感光性ガラス板４１ａの検出器支持台に相当する部分
以外を感光部４１ｂとし、次いで、　（ｂ）　に示すよ
うに、ガラス板４１ａの片面をワックスＷによって被覆
した後、感光部４１ｂを所定の深さまでエッチングする
。

【００２１】次に、ガラス板４１ａの上部に、焦電素子
Ｐを載置する　（ｃ）　。そして、ワックスＷを除去し
た後、残っている感光部４１ｂをエッチングにより除去
することによって、架台４１・・４１を得る　（ｄ）。 なお、このエッチング時において、必要であれば焦電素
子Ｐを載置した側の面を、ワックスにより保護しておい
てもよい。また、　（ｄ）　の工程は特に行わなくても
かまわない。

【００２２】この実施例においては、　（ｃ）　工程に
おいて、ガラス板４１ａ上に、焦電素子Ｐを載せるとい
った作業は残るものの、この工程では、各架台４１・・
４１は個別に分離しておらず、その素子載置作業は、従
来に比してきわめて容易に行うことが可能で、これによ
り、図６　（ａ）　の構造の実現化も可能となる。なお
、この実施例において、　（ａ）　の工程で、ガラス板
４１ａの上部に焦電素子Ｐを配置した後、感光部４１ｂ
を除去することにより、各焦電素子Ｐに４本足の架台を
設けるようにしてもよい。この場合、焦電素子Ｐを架台
上の載せるといった煩雑な作業を省略できる。

【００２３】以上の実施例においては、焦電検出素子を
用いた光検出器に本発明を適用した例について説明した
が、本発明はこれに限られることなく、例えばサーモパ
イル等の他の熱型光検出器にも適用可能である。

【００２４】

【発明の効果】　　以上説明したように、本発明の熱型
光検出器によれば、焦電素子等の光検出素子を保持し、
かつ冷却媒体に熱的に接続する支持台を、感光性ガラス
製としたので、その支持台を、高精度でかつ再現性よく
加工することことができ、これによって、検出素子から
冷却媒体への熱伝導経路の伝熱量を、所望の量に正確か
つ再現性よく設定することが可能となる結果、光検出素
子の温度調節を高精度で行うことができ、しかも、検出
器製造ごとの温度調節精度の再現性も高くなる。これら
のことから、本発明を、例えばＦＴ−ＩＲ　に使用され
る高感度赤外線検出器に適用すると、分光装置全体の性
能を低下させることなく、高感度の測定を行うことが可
能となる。

【００２５】また、本発明方法によれば、非感光部に対
する感光部のエッチング選択比の高い感光性ガラス板を
、所定のマスクを用いて露光して、支持台形成部に相応
する部分以外を感光部としておき、このガラス板の片面
に、例えば焦電素子を形成した後に、その片面のみをワ
ックスにより保護した状態で、感光部をエッチングによ
って除去することで支持台を得るので、製造が容易でか
つ量産が可能となる。しかも、エッチング時には、その
片面のみを保護すればよいので、製造工程が簡略化され
て生産性が向上する結果、コストダウンをはかることが
できる。なお、本発明方法によると、従来では不可能に
近かった４本足の架台を設ける構造も、容易に実現可能
となるいった点の効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明検出器の実施例の要部構造を示す図

【図２】　　本発明検出器の実施例の全体構成を示す図

【図３】　　本発明方法の実施例の手順を説明する図

【
図４】　　本発明方法の他の実施例の手順を説明する図

【図５】　　焦電検出器の温度調節構造の従来例を説明
する図

【図６】　　焦電検出器の支持台の一般的な構造例を示
す図

【図７】　　焦電検出器支持台の製造工程における従来
の問題点の説明図

【符号の説明】

１・・・・焦電素子 １ａ・・・・焦電結晶体 １ｂ，１ｃ・・・・電極 Ｄ・・・・受光部 ２・・・・支持台（感光性ガラス製） ２ａ・・・・開口部 ３・・・・ハイブリッドＩＣ基板 ４・・・・ペルチェ素子 ５・・・・温度検出素子 ３１ａ・・・・感光性ガラス板 ３１ｂ・・・・感光部 Ｍ・・・・マスク Ｗ・・・・ワックス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　熱型光検出素子と、この検出素子を保
   持し、かつ、冷却媒体に熱的に接続する感光性ガラス製
   の支持台を有し、その支持台は、上記検出素子から上記
   冷却媒体への熱伝導経路の熱伝導量が、あらかじめ設定
   した量となるような形状に加工されてなる熱型光検出器
   。
2. 【請求項２】　　製造すべき熱型光検出器の支持台の高
   さに応じた厚さの感光製ガラス板を、当該支持台の水平
   断面形状に対応して遮光部が形成されたマスクを用いて
   露光し、この後に、そのガラス板の片面のみをワックス
   によって保護した状態で、上記の露光による感光部をエ
   ッチングにより除去する工程を有する、熱型光検出器の
   支持台の製造方法。