JPH0626924A

JPH0626924A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH0626924A
Application number: JP4178406A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Ueda; 知史上田; Shigeki Hamashima; 茂樹浜嶋; 幸広 ▲吉▼田; Yukihiro Yoshida; Hiroyuki Tsuchida; 浩幸土田; Koji Hirota; 耕治廣田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】再生画像の解像度を低下させることなく個々
の赤外線検出素子への背景光の入射を効果的に阻止し得
るように構成された赤外線検出器を提供すること。【構成】第１および第２の赤外線検出素子配列群を具
備し、各赤外線検出素子には画像情報としての赤外線が
所定の検出光入射角αで入射させられ、しかも第１およ
び第２の赤外線検出素子配列群の赤外線検出素子によっ
て検出された画像情報は画像再生時の一走査線分に含ま
れる画像データに対応する。赤外線検出器は、各赤外線
検出素子への背景光の入射を可及的に阻止すべくその周
囲に設けられたシールド壁要素３４ａを具備し、このシ
ールド壁要素によって画定される検出光入射開口の寸法
形状については、各赤外線検出素子からの視野角βを検
出光入射角αに可及的に一致させるように規定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は赤外線検出器に関し、一
層詳しくは赤外線を画像情報として検出すべく複数の赤
外線検出素子を含む赤外線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、赤外線検出素子はサファイア基
板上に搭載されたHgCdTe結晶部からなり、このHgCdTe結
晶部には一対の電極が接続される。一対の電極間に所定
の電圧を印加させた状態でHgCdTe結晶部に赤外線を照射
すると、その照射量に応じて該一対の電極間の電圧が変
動する。このような赤外線検出素子を用いて画像情報を
検出するためには、図５に示すように、複数の赤外線検
出素子１０が一直線上に所定の配列ピッチで配置され、
各赤外線検出素子１０には一対の電極１２が接続され
る。このような赤外線検出素子配列群はサファイア基板
上にHgCdTe結晶層を形成した後に該HgCdTe結晶層をホト
エッチング処理することにより得られる。なお、図５で
は、５つの赤外線検出素子１０が例示されているが、画
像情報を検出するために更に多数の赤外線検出素子が一
直線上に沿って配列され、各赤外線検出素子が一画素に
対応することになる。

【０００３】図５に示したような赤外線検出素子配列群
を具備する赤外線検出器には撮像用走査光学系（図示さ
れない）が設けられ、この撮像用走査光学系により、赤
外線検出素子配列群に対して赤外線が所定の時間間隔
（ミリセコンドオーダー）で画像情報として入力させら
れる。各時間間隔で赤外線検出素子配列群に画像情報と
して入射させられた赤外線は個々の赤外線検出素子１０
で電圧変動として検出され、これら電圧変動値は検出画
像の再生時にその再生画像を構成する走査線の１つに含
まれる画像データとして処理される。

【０００４】このような再生画像の解像度を上げるため
には、個々の赤外線検出素子１０のサイズを小さくする
と共にそれらの配列ピッチを小さくして、画素密度を高
めることが必要であるが、現在のところ、赤外線検出素
子１０のサイズは50×50μm程度であり、また赤外線検
出素子１０の配列ピッチ（すなわち、隣接した２つの赤
外線検出素子１０の中心間距離）は100 μm 程度であ
る。

【０００５】一方、良好な画像情報を検出するために、
個々の赤外線検出素子１０の感度を上げることが必要で
ある。詳述すると、各赤外線検出素子１０には上述の撮
像用走査光学系によって絞られた赤外線すなわち検出光
だけが入射させられるべきであり、その他の赤外線すな
わちノイズとなる背景光の入射は可及的に排除されなけ
らばならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、各赤外線検出
素子１０への背景光の入射を阻止すべくその周囲を遮蔽
することが提案されている。すなわち、図６に示すよう
に、赤外線透過材料例えば硫化亜鉛、Si、Ge等から形成
された長尺ブロック体１４を赤外線検出素子配列群の上
方に沿って配置し、該長尺ブロック体１４の底面に鏡面
反射層例えばアルミ蒸着層１６を形成すると共に各赤外
線検出素子１０の位置に対応した箇所に開口１８を形成
することが提案されている。開口１８の横断面形状は矩
形状および円形状のいずれでもよいが、その開口寸法に
ついては検出光入射角αに見合うような大きさとされ
る。しかしながら、開口１８の開口寸法が検出光入射角
αに見合うような大きさにされても、各赤外線検出素子
１０への背景光の入射を効果的に阻止することはできな
い。というのは、開口１８に対する各赤外線検出素子１
０からの視野角βは図６に示すように検出光入射角αよ
りも大巾に大きいからである。要するに、かかる視野角
β内から入射して来る背景光はノイズとして赤外線検出
素子１０によって検出されるので、その検出感度が高め
られることにはならない。なお、検出光入射角αは上述
した撮像用走査光学系の設計により決まるものであっ
て、通常は50°以下の角度となる。

【０００７】一方、図７に示すように、独立した１つの
赤外線検出素子１０の周囲にシールド壁要素を設けるこ
とにより、該赤外線検出素子１０への背景光の入射を効
率的に阻止することは可能である。すなわち、シールド
壁要素２０によって画定される検出光入射開口２２の寸
法形状を適宜選択することにより、赤外線検出素子１０
からの視野角βを検出光入射角αに可及的に一致させる
ことは可能であり、このような構成によれば、赤外線検
出素子１０の感度は大巾に改善され得る。しかしなが
ら、かかるシールド壁要素２０を図５に示すような赤外
線検出素子配列群に直ちに適用することは不可能であ
る。

【０００８】その理由について詳しく述べると、例え
ば、図８に示すように、２つの互いに隣接した赤外線検
出素子１０ａおよび１０ｂの各々のサイズが50×50μm
、その配列ピッチが100 μm であり、しかも各赤外線
検出素子１０ａ、１０ｂへの検出光入射角度が40°であ
るとすると、赤外線検出素子１０ａおよび１０ｂに対す
る検出光入射角度40°によって規定される双方の領域は
該赤外線検出素子１０ａおよび１０ｂの上面から69μm
の箇所で互いにオーバーラップすることになり、その箇
所に検出光入射角度40°に見合う検出光入射開口が画定
されたとすると、その検出光入射開口によって規定され
る各赤外線検出素子１０ａ、１０ｂの視野角は95°とな
る。このような条件下で図６に示すようなシールド壁要
素（２０）を設計しようとする場合には、該シールド壁
要素の上端縁は赤外線検出素子１０ａおよび１０ｂの上
面から69μm の箇所よりも低いレベルに設定しなければ
ならない。言うまでもなく、そのようなシールド壁要素
によって画定される検出光入射開口によって規定される
各赤外線検出素子１０ａ、１０ｂの視野角は実際には95
°以上となる。したがって、図７に示すようなシールド
壁要素（２０）を図５に示すような赤外線検出素子配列
群に適用したとしても、個々の赤外線検出素子１０の感
度を大巾に改善することはできない。なお、赤外線検出
素子１０ａおよび１０ｂの配列ピッチを大きくすれば、
そこに適用されるべきシールド壁要素の設計条件は緩和
され、この場合には赤外線検出素子１０の感度は改善さ
れ得るが、しかし画素密度は荒くなって再生画像の解像
度は低下することになる。したがって、本発明の目的は
赤外線を画像情報として検出すべく複数の赤外線検出素
子を含む赤外線検出器であって、再生画像の解像度を低
下させることなく個々の赤外線検出素子への背景光の入
射を効果的に阻止し得るように構成された赤外線検出器
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による赤外線検出
器は赤外線を画像情報として検出するものであって、所
定の配列ピッチで配置された複数の赤外線検出素子から
なる第１の赤外線素子配列群と、該配列ピッチと同じピ
ッチで配置された複数の赤外線検出素子からなる第２の
赤外線検出素子配列群とを具備する。本発明によれば、
かかる配列ピッチは実質的に各赤外線検出素子のサイズ
の４倍とされ、第１および第２の赤外線検出素子配列群
はその一方に含まれる赤外線検出素子がその他方に含ま
れる赤外線検出素子に対して前記配列ピッチの半ピッチ
だけずれるように所定の間隔で互いに平行に配置され
る。また、各赤外線検出素子には画像情報としての赤外
線が所定の検出光入射角で入射させられ、しかも第１お
よび第２の赤外線検出素子配列群の双方に含まれる赤外
線検出素子によって検出された画像情報が画像再生時の
一走査線分に含まれる画像データに対応する本発明によ
る赤外線検出器は、更に、各赤外線検出素子への背景光
の入射を可及的に阻止すべく該各赤外線検出素子の周囲
に設けられたシールド壁要素とを具備し、このシールド
壁要素によって画定される検出光入射開口の寸法形状に
ついては、各赤外線検出素子からの視野角を検出光入射
角に可及的に一致させるように規定するものとされる。

【００１０】

【作用】以上の構成から明らかなように、本発明による
赤外線検出器にあっては、第１および第２の赤外線検出
素子配列群のそれぞれに含まれる赤外線検出素子の配列
ピッチは実質的に該赤外線検出素子のサイズの４倍とさ
れるので、シールド壁要素によって画定される検出光入
射開口の寸法形状については、各赤外線検出素子からの
視野角を検出光入射角に可及的に一致させるように規定
することが可能である。また、第１および第２の赤外線
検出素子配列群はその一方に含まれる赤外線検出素子が
その他方に含まれる赤外線検出素子に対して前記配列ピ
ッチの半ピッチだけずれるように所定の間隔で互いに平
行に配置され、しかも第１および第２の赤外線検出素子
配列群の双方に含まれる赤外線検出素子によって検出さ
れた画像情報が画像再生時の一走査線分に含まれる画像
データに対応するので、再生画像については所与の解像
度が得られる。

【００１１】

【実施例】次に、添付図面の図１ないし図４を参照し
て、本発明による赤外線検出器の一実施例について説明
する。図１に示すように、本発明による赤外線検出器は
第１の赤外線検出素子配列群２４および第２の赤外線検
出素子配列群２６を具備し、第１の赤外線検出素子配列
群２４には一直線上に所定の配列ピッチで配置された複
数の赤外線検出素子２４ａが含まれ、また第２の赤外線
検出素子配列群２６にも同じ配列ピッチで配置された複
数の赤外線検出素子２６ａが含まれる。第１および第２
の赤外線検出素子配列群２４および２６は互いに平行に
配置され、その間には共通電極部２８が延在して各赤外
線検出素子２４ａ、２６ａにその一端側で接続され、ま
た各赤外線検出素子２４ａ、２６ａの他端側からはそれ
ぞれ独立した検出電極部３０が延びる。赤外線検出素子
２４ａおよび２６ａ、共通電極部２８ならびに検出電極
部３０はサファイア基板（図示されない）上に搭載さ
れ、それらがホトエッチング処理により形成され得るこ
とは先に述べた場合と同様である。各赤外線検出素子２
４ａ、２６ａのサイズは例えば50×50μm とされ、この
場合赤外線検出素子２４ａおよび２６ａの配列ピッチは
図１に示すように200 μm とされる。すなわち、かかる
配列ピッチは赤外線検出素子配列群２４ａ、２６ａのサ
イズの４倍とされる。また、本実施例では、第１および
第２の赤外線検出素子配列群２４および２６の間隔、す
なわちその中心間距離についても赤外線検出素子のサイ
ズの４倍である200 μm とされる。なお、図１では、第
１および第２の赤外線検出素子配列群２４および２６に
はそれぞれ３つの赤外線検出素子２４ａおよび２つの赤
外線検出素子２６ａが示されているが、実際にはそれ以
上の多数の赤外線検出素子２４ａ、２６ａがそれぞれ含
まれる。

【００１２】本発明による赤外線検出器には、撮像用走
査光学系（図示されない）が設けられ、この撮像用走査
光学系により、第１および第２の赤外線検出素子配列群
２４および２６のいずれか一方、例えば第１の赤外線検
出素子配列群２４に対して赤外線が所定の時間間隔（ミ
リセコンドオーダー）で画像情報として入力させられ
る。各時間間隔で赤外線検出素子配列群に画像情報とし
て入射させられた赤外線は個々の赤外線検出素子２４ａ
で電圧変動として検出され、これら電圧変動値は検出画
像の再生時にその再生画像を構成する走査線の１つに含
まれる画像データとして処理される。この場合、第１の
赤外線検出素子配列群２４によって検出された画像デー
タだけで画像を再生したとすると、その再生画像の画素
密度は第１の赤外線検出素子配列群２４での赤外線検出
素子２４ａの配列ピッチに対応したものとなり、該再生
画像の解像度は図５の場合に比べて半分に低下すること
になる。そこで、第１の赤外線検出素子配列群２４によ
る画像検出が一旦終了した後、第２の赤外線検出素子配
列群２６による画像検出が同様な態様で行われ、これに
より得られた画像データを上述の画像データと重ね合わ
せて再生画像を得ると、その再生画像の画素密度は第１
および第２の赤外線検出素子配列群のそれぞれに含まれ
る赤外線検出素子２４ａ、２６ａの配列ピッチの半ピッ
チに対応し、該再生画像の解像度は図５に示したものと
同様なものとなる。

【００１３】本発明による赤外線検出器には、その検出
感度を高めるために、すなわち各赤外線検出素子２４
ａ、２６ａへの背景光の入射を可及的に阻止するため
に、該各赤外線検出素子２４ａ、２６ａの周囲に沿って
配置されたシールド壁要素が設けられる。本実施例で
は、かかるシールド壁要素は図２および図３から明らか
なように第１および第２の赤外線検出素子配列群に沿っ
て配置された長尺ブロック体３２内に形成される。詳述
すると、長尺ブロック体３２には各赤外線検出素子２４
ａ、２６ａに対応した箇所に円形横断面を持つボア３４
が形成され、そのボア内壁面３４ａがシールド壁要素と
して機能する。なお、各赤外線検出素子配列群２４、２
６に沿って配置されるボア３４の配列ピッチは赤外線検
出素子２４ａ、２６ａの配列ピッチと等しい200 μm と
なり、またそのボア列の間隔も第１および第２の赤外線
検出素子配列群２４および２６と同じ200 μm となる。
長尺ブロック体３２は不透明材料から形成され、例えば
適当な金属材料例えばコバールあるいはセラミック材料
が用いられる。赤外線検出器の作動時、長尺ブロック体
３２はそれ自身からの赤外線輻射を抑えるために常温か
ら80K(-200C)程度まで冷却されるので、長尺ブロック体
３２の材料としては、そのような温度変化に耐え得るも
のでなくてはならない。

【００１４】各赤外線検出素子２４ａ、２６ａに対して
画像情報としての赤外線が例えば上述の撮像走査光学系
によって所定の検出光入射角度α＝40°（図３）で入射
させられる場合、長尺ブロック体３２の高さを例えば15
0 μm 、ボア３４の直径を例えば160 μm とすることが
できる。このような構成によれば、ボア内壁面３４ａに
よって画定される検出光入射開口すなわちボア３４の上
方側開口は各赤外線検出素子２４ａ、２６ａの上面から
150 μm の高さに位置させられ、その位置で該検出光入
射開口は検出光入射角度40°に対して見合ったものとな
る。すなわち、各赤外線検出素子２４ａ、２６ａの上面
から150 μm の高さに位置させれた直径160 μm の検出
光入射開口には検出光入射角度40°を持つ赤外線が全て
通過され得ることになる。一方、かかる検出光入射開口
に対する各赤外線検出素子２４ａ、２６ａからの視野角
βは70°となり（図３）、このため各赤外線検出素子２
４ａ、２６ａへの背景光の入射は図６に示した場合に比
べて大巾に制限され得る。かくして各赤外線検出素子２
４ａ、２６ａの感度は著しく改善され得る。

【００１５】図２に示すように、本実施例では、２つの
隣接したボア３４の間の肉厚は40μm となるが、この肉
厚を更に薄くすることにより（この場合ボア３４の直径
もそれに応じて大きくされる）、長尺ブロック体３２の
高さを更に大きくすることも可能である。図４から明ら
かなように、長尺ブロック体３４の高さが大きくなれば
なる程、各赤外線検出素子２４ａ、２６ａからの視野角
βを検出光入射角度α＝40°に近づけることが可能であ
り、該赤外線検出素子２４ａ、２６ａの感度は一層高め
られることになる。勿論、かかる肉厚は長尺ブロック体
３２の材料強度との関係で決められるべきである。

【００１６】上述の実施例では、長尺ブロック体３２に
ボア３４を形成する代わりに、矩形状横断面を持つ貫通
孔を形成してもよく、この場合には該貫通孔の矩形状横
断面のサイズはボア３４の直径に相当する160 ×160 μ
m とされる。また、上述の実施例では、長尺ブロック体
３２にボアを穿孔することによりシールド壁要素が形成
されたが、それらシールド壁要素をサファイア基板から
互いに独立して突出させられた環状突出体によって形成
することも可能であり、このような環状突出体について
はホトエッチング工程により得ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上の記載から明らかなように、本発明
による赤外線検出器にあっては、再生画像の解像度を低
下させることなく個々の赤外線検出素子の感度を高める
ことができるので、良好な赤外線再生画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による赤外線検出器の赤外線検出素子配
列群を示す平面図である。

【図２】図１と同様な平面図であって、その赤外線検出
素子配列群に沿って長尺ブロック体を配置した状態を示
す図である。

【図３】図２のIII-III 線に沿う部分断面図である。

【図４】図３と同様な部分断面図であって、図２および
図３で示した長尺ブロック体の変形例を示す図である。

【図５】従来の赤外線検出器の赤外線検出素子配列群を
示す平面図である。

【図６】図５の赤外線検出素子配列群に沿って長尺ブロ
ック体を配置した際に図５のVI−VI線に沿って切断した
断面図である。

【図７】図６に対応した断面図であって、先行技術の問
題点を説明するための説明図である。

【図８】図６に対応した断面図であって、先行技術の問
題点を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１０…赤外線検出素子１２…電極１４…長尺ブロック体１６…アルミ蒸着層１８…開口２０…シールド壁要素２２…検出光入射開口２４…第１の赤外線検出素子配列群２４ａ…赤外線検出素子２６…第２の赤外線検出素子配列群２６ａ…赤外線検出素子２８…共通電極３０…検出電極３２…長尺ブロック体３４…ボア３４ａ…ボア内壁面（シールド壁要素） α…検出光入射角 β…視野角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土田浩幸神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者廣田耕治神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線を画像情報として検出する赤外線
検出器であって、所定の配列ピッチで配置された複数の赤外線検出素子
（２４ａ）からなる第１の赤外線素子配列群（２４）
と、前記配列ピッチと同じピッチで配置された複数の赤外線
検出素子（２６ａ）からなる第２の赤外線検出素子配列
群（２６）とを具備し、前記配列ピッチは実質的に前記各赤外線検出素子（２４
ａ、２６ｂ）のサイズの４倍とされ、前記第１および第
２の赤外線検出素子配列群（２４、２６）はその一方に
含まれる赤外線検出素子（２４ａ）がその他方に含まれ
る赤外線検出素子（２６ａ）に対して前記配列ピッチの
半ピッチだけずれるように所定の間隔で互いに平行に配
置され、前記各赤外線検出素子（２４ａ、２６ｂ）には画像情報
としての赤外線が所定の検出光入射角（α）で入射させ
られ、しかも前記第１および第２の赤外線検出素子配列
群（２４、２６）の双方に含まれる赤外線検出素子（２
４ａ、２６ｂ）によって検出された画像情報が画像再生
時の一走査線分に含まれる画像データに対応し、更に、前記各赤外線検出素子（２４ａ、２６ｂ）への背
景光の入射を可及的に阻止すべく該各赤外線検出素子
（２４ａ、２６ｂ）の周囲に設けられたシールド壁要素
（３４ａ）とを具備し、前記シールド壁要素（３４ａ）によって画定される検出
光入射開口の寸法形状については、前記各赤外線検出素
子（２４ａ、２６ｂ）からの視野角（β）を前記検出光
入射角（α）に可及的に一致させるように規定するもの
とされることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】請求項１に記載の赤外線検出器におい
て、前記第１および第２の赤外線検出素子配列群（２
４、２６）間の間隔が前記各赤外線検出素子（２４ａ、
２６ｂ）のサイズの少なくとも４倍とされることを特徴
とする赤外線検出器。
【請求項３】請求項１または２に記載の赤外線検出器
において、前記各赤外線検出素子（２４ａ、２６ｂ）の
サイズが50×50μm とされ、前記配列ピッチが約200 μ
m とされることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項４】請求項１から３までのいずれか１項に記
載の赤外線検出器において、前記第１および第２の赤外
線検出素子配列群に沿って長尺ブロック体（３２）が設
けられ、前記シールド壁要素が前記長尺ブロック体（３
２）に形成された円形横断面のボア（３４）のボア内壁
面（３４ａ）とされ、このボア内壁面によって画定され
る検出光入射開口が前記各赤外線検出素子（２４ａ、２
６ｂ）の上面から少なくとも約150 μm の高さに位置
し、しかも該検出光入射開口の直径が少なくとも約160
μm とされることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項５】請求項１に記載の赤外線検出器におい
て、前記第１および第２の赤外線検出素子配列群に沿っ
て長尺ブロック体（３２）が設けられ、前記シールド壁
要素が前記長尺ブロック体（３２）に形成された矩形状
横断面の貫通孔の内壁面とされ、この内壁面によって画
定される検出光入射開口が前記各赤外線検出素子（２４
ａ、２６ｂ）の上面から少なくとも約150 μm の高さに
位置し、しかも該検出光入射開口のサイズが少なくとも
約160 ×160 μm とされることを特徴とする赤外線検出
器。