JPH1019667A

JPH1019667A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JPH1019667A
Application number: JP17325996A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nakayama; 達雄中山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な光学系で広い視野角にわたって空間分
解能を得る。【解決手段】赤外光学系１と、この赤外光学系１の歪
曲収差に応じて基板３上に配置された同一チャンネルの
複数の赤外線検出素子２ａ〜２ｇとを備え、赤外光学系
１を基板３上に配置した赤外線検出素子２ａ〜２ｇどう
しの間隔が相対的に狭い領域に焦点が合うような距離に
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は赤外光学系を備えた
赤外線センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、赤外線センサには量子型と熱型が
あり、量子型にはサーモグラフィとして知られているも
のが該当し、熱型にはサーモパイルや焦電型などが含ま
れる。量子型赤外線センサは非常に高感度であるが、液
体窒素程度の温度まで冷却が必要であることから高価で
あり、システムが大きくなるため、民生用としては不向
きである。また、熱型の赤外線センサのうち焦電型は、
温度変化に応じて焦電体内部の分極の大きさが変化し、
その変化分に応じて電荷を発生する効果（焦電効果）を
利用するもので、熱型赤外線センサの中では高感度であ
り、これには、バルクタイプと薄膜タイプのものがあ
る。

【０００３】バルクタイプのものは薄膜タイプより安価
であるが、分極処理が必要であり、分極処理を施しても
分極の向きは十分にはそろわない。研磨技術の進歩にと
もない、厚さ１０μｍ程度まで研磨することにより熱容
量を小さくした焦電体薄片を用いた赤外線センサの報告
（電気通信学会論文誌Ｖｏｌ. Ｊ７９−Ｃ−Ｎｏ. １、
ｐｐ２４−３２）もあるが、薄くするにも限界があり、
広く普及しているものは厚さ数１００μｍであるため、
薄膜タイプに比べて熱容量も大きくなり、感度、応答性
とも十分ではない。

【０００４】一方薄膜タイプのものは、厚さ数μｍと薄
いので熱容量が小さく、特にチタン酸鉛系薄膜では高周
波マグネトロンスパッタにより成膜時に分極が９０％以
上そろっており（自然分極）、感度、応答性ともバルク
タイプより優れている。また、フォトリソグラフィなど
半導体プロセスと同様の工法により、微細な加工が容易
にできるので、センサ素子の小型化や、複数個の赤外線
検出素子を一列に配置したアレイセンサまたは２次元セ
ンサの作製が前記のバルクタイプに比べて容易になる。
このため、アレイセンサを走査することにより２次元熱
画像を得るチタン酸鉛系薄膜タイプの赤外線センサを用
いたシステムが実用化されており、様々な分野での応用
が期待できるようになってきている。

【０００５】なお、ある１つの領域の温度変化を検知す
る焦電型ポイントセンサは、バルクタイプのものが自動
ドアなどで広く用いられており、人が検出領域に入った
ときの赤外線入射により、人が現れたことを検出でき
る。

【０００６】近年、セキュリティ、ＦＡなどの分野にお
ける人検知、広い空間の火災検知または様々な機器の効
率的運転、ならびに人の活動量や周囲の輻射温度情報に
よる空調機器の快適性向上への応用等の要望が高まって
きているが、これらの場合、人などの熱物体の動き、動
きの方向及び存在位置をかなり広角にわたって正確に検
出する必要がある。このため、焦電型赤外線ポイントセ
ンサとフレネルレンズ等工夫をこらした光学系を用いて
その出力信号のパターンを信号処理系で処理するシステ
ムや複数のセンサを用いるシステム、または検出部を１
次元に配列した焦電型アレイセンサをチョッパとともに
走査することで、２次元熱画像を得て画像処理をするこ
とにより床、壁の温度および人の位置・活動量の検出を
可能にする赤外線画像センサシステム等が実用化されて
きている。

【０００７】一般に、レンズ（光学系）の設計は、レン
ズ材質の屈折率や対象となる波長領域、設計上許容でき
る歪曲収差、周辺光量比、視野角及び像高等に基づいて
行う。絞りは小さいほど結像特性の良い設計が可能であ
るが、絞りすぎると光量が少なくなり感度的に不利にな
るので、ある程度以上絞ることはできない。さらに、視
野角が広角になるほど全てを満たす設計は困難になる。

【０００８】そのため、例えば、図１１に示すように、
１枚のレンズ１０１では赤外線センサの検出領域の中央
付近すなわちレンズ光軸１０２に近い熱物体１０３ａは
基板１０４上の写像１０５ａのように大きく写り、周辺
部の熱物体１０３ｂは写像１０５ｂのように小さく写る
ようなことが生じる。熱物体１０３ａ、１０３ｂから放
出される赤外線のスペクトルはプランクの式で表される
黒体輻射のスペクトルにほぼ一致し、様々な波長のもの
が含まれており、図１０の赤外線スペクトル特性図に示
すような波長分布になる。なお図中のＫは絶対温度を示
す。

【０００９】通常、光は波長が異なると屈折と回折の程
度が異なるため、熱物体から放射される赤外線を全波長
と全視野角にわたって、１個のレンズで完全に結像させ
ることはできない。可視光のカメラやビデオカメラなど
の光学系では一般に複数のレンズを組み合わせることに
より、これを改善している。また半導体基板を用いた固
体撮像素子では、検出素子の裏側から光が入射するもの
について、光の入射側を曲面にすることにより、焦点位
置を変化させ、結像特性を改善するものも報告されてい
る（特開平７ー２０２１４９号公報）。

【００１０】なお、入射波長を限定すれば、結像特性は
ある程度改善できるが、その分入射エネルギーが少なく
なり感度低下を招く。このため、入射波長範囲の限定
は、入射赤外線エネルギーが大きい燃焼物体の検出や選
択的検出が必要な分析など特殊な用途のものに用いられ
ている。例えば、火災検知用では、二酸化炭素により波
長４.３μｍの赤外線強度が大きくなるので、他の熱源
と区別するため４.３μｍを中心とする波長領域を透過
させる光学フィルターを利用するもの（特開昭６１ー３
８４２８号公報）や、分析用の赤外分光光度計では、特
定の組成の固有の波長のみ透過させるフィルターを設け
ることによつて選択検出を実現するもの（特開平３ー２
０５５２１号公報）等がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の赤外線センサの構成では、光学系を構築する場合、
レンズは対象となる波長領域の中心波長や視野角に応じ
て設計されるが、１枚のレンズではその波長領域全体を
同一焦点には結像することができない。また広角になる
と、視野角全域を一平面上に完全に結像させることがで
きないため、平面上のある領域では焦点が合っていて
も、他の領域では焦点が合わず像がぼけた状態になって
しまう。その結果、像がぼけた領域にある赤外線検出素
子では、入射する赤外線のパワー（入射量）が本来入射
すべきパワーよりも小さくなるため感度が低くなった
り、必要な空間分解能が得られなかったり、本来入射し
てはならない角度からの赤外線が入射して検出された熱
画像が不鮮明になったりすることがある。すなわち、例
えば図１２に示すように、熱物体１０３ａ、１０３ｂ、
１０３ｃはレンズ１０１を介して基板１０４上に照射さ
れるが、この場合、レンズ光軸１０２の赤外線検出素子
１０６ｃのみが焦点が合っており、他の赤外線検出素子
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｄ、１０６ｅは焦点が合っ
ていない状態になる。なお、１０７はレンズ１０１の焦
点が描く曲線である。

【００１２】図１３は、同一チャンネルの複数の赤外線
検出素子１０６ａ〜１０６ｅの出力によって熱物体の検
出を行う場合の状態を示している。すなわち、図１３
（ａ）の写像１０５ａは熱物体が赤外線検出素子１０６
ｃに最も大きく写り込むときのもので、１０５’ａは熱
物体が赤外線検出素子１０６ａ〜１０６ｅに最も写り込
まないときのその写像（点線）であり、同一チャンネル
の複数の赤外線検出素子１０６ａ〜１０６ｅによって熱
物体の移動検出を行うとき、その温度変化を検出する必
要があるが、熱物体の写像１０５ａが同一チャンネルの
赤外線検出素子１０６ａ〜１０６ｅの間隔より小さい
と、この間隔の領域が熱物体がまったく写り込まない領
域となり、この場合には、熱物体が移動し写像１０５ａ
が写像１０５’ａになると、最も大きく写り込む瞬間と
全く写り込まない瞬間との赤外線入射量の差ΔＰａに比
例した出力が得られる（図１３（ｂ））。

【００１３】なお、図１１の熱物体１０３ｂのように像
が小さく写り込む領域では、上記のような状態を生じや
すいが、図１３（ｃ）のように、熱物体の写像１０５ａ
が同一チャンネルの赤外線検出素子１０６ａ〜１０６ｅ
の間隔より大きいと、その写像１０５ａが２個の赤外線
検出素子１０６ｂ、１０６ｃに同時に写るため、最も大
きく写り込む瞬間と最も写り込まない瞬間の赤外線入射
量の差ΔＰｂはΔＰａより小さくなり（図１３
（ｄ））、焦電型赤外線センサの出力が小さくなる。す
なわち、これでは熱物体の位置の変化の検出が困難であ
るという空間分解能不足の状態になる。また、熱物体の
写像が大きくなって３個以上の赤外線検出素子に写り込
むようになると、熱物体の移動を全く検知できなくな
る。図１１の熱物体１０３ａのように像が大きく写り込
む領域ではこのような状態が生じる恐れがある。そし
て、これらのことは入射波長領域が広くなるほど、また
視野角が広角になるほど問題となり、複数のレンズを用
いることでこれを改善することは可能であるが、システ
ムそのものが複雑となり、かなりの個数のレンズを必要
とする等、高価になるという欠点がある。

【００１４】本発明は上記した従来の課題を解決するも
のであり、簡単な光学系で広い視野角にわたって空間分
解能が得られ、さらに光学系のほぼ焦点において赤外線
を検出できる高解像度の赤外線センサを提供することを
目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、赤外光学系（レンズ）と基板の距離と、基板
上に光学系の歪曲収差に応じて配置した赤外線検出素子
どうしの間隔との関係において、前記距離を前記間隔の
相対的に狭い領域に前記赤外光学系の焦点が合うように
構成したり、基板上の赤外線検出素子の形成面を赤外光
学系の焦点に合うような形状にする構成及び前記赤外光
学系にフィルター特性を持たせ透過波長領域を限定する
構成等にしたものでり、これによって、広い視野角での
空間分解能と高解像度を簡単な光学系によって得ること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、赤外光
学系と、この赤外光学系の歪曲収差に応じて配置された
同一チャンネルの複数の赤外線検出素子とを備え、前記
赤外光学系を前記赤外線検出素子どうしの間隔が相対的
に狭い領域に焦点が合うような距離に設けるようにした
ものであり、この構成により、赤外線検出素子の配置間
隔が狭い領域では入射赤外線が小さく絞られる状態にな
り、かつ配置間隔が広い領域では入射赤外線が絞りきれ
ない状態になる。このため、複数の赤外線検出素子にま
たがる熱物体の写像を防ぐことができ、簡単な光学系で
広い視野角にわたって熱物体の空間分解能を得ることが
できる。

【００１７】また、請求項２、３及び４に記載の発明
は、赤外線検出素子を形成する基板を有し、この基板の
赤外線検出素子の形成面を、赤外光学系の入射角度ごと
の焦点距離に応じた位置に略一致するように、曲面形
状、階段形状及び傾斜を有する皿形状にしたものであ
り、これらの構成により、入射赤外線の結像を赤外光学
系の焦点距離にほぼ一致させることができ、高解像度の
赤外線センサを得ることができる。

【００１８】また、請求項５に記載の発明は、回路基板
上に設けた赤外線検出素子を形成する複数個の台板を設
け、この台板は赤外線検出素子の形成面が赤外光学系の
入射角度ごとの焦点距離に応じた位置に略一致するよう
に台板の厚さを異ならせて設けたもので、これによっ
て、前記請求項２〜４の発明と同様に高解像度の赤外線
センサを安価に得ることができる。

【００１９】また、請求項６、７に記載の発明は、前記
赤外光学系に所定範囲の波長、または所定波長より短波
長側のみ透過させるようなフィルター特性を持たせるこ
とにより、波長の違いによるレンズの集光特性の差を小
さくすることができ、１個のレンズでも熱物体の像のぼ
けが小さい状態で赤外線検出素子に結像させることがで
きるとともに、赤外線検出素子への赤外線入射量（入射
赤外線パワー）の減少を抑えて感度を確保することがで
きる。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図９を用いて説明する。（実施の形態１）レンズ、特に広角レンズの場合は歪曲
収差により同じ大きさのものがレンズの光軸付近では大
きく写り、周辺部へ行くほど小さく写る。したがって、
同じ間隔で並んだ熱物体が、レンズの光軸付近では広い
間隔に、周辺部では狭い間隔に写る。このため視野範囲
内で空間分解能を均一にしようとすると、赤外線検出素
子の間隔がレンズの光軸付近では広く、周辺部では狭く
する必要がある。

【００２１】図１は実施の形態１の赤外線センサの要部
を示す光学系の図である。すなわち、赤外線センサは、
図示のように、赤外光学系（レンズ）１と、平板状の基
板３表面にレンズ１の歪曲収差に応じて１次元配置され
た同一チャンネルの複数の赤外線検出素子（以下、検出
素子と略す）２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２
ｇとを有し、検出素子２ａ〜２ｇの間隔が相対的に狭い
領域（基板３の周辺部）にレンズ１の焦点が合うような
距離、すなわちレンズ光軸４上の焦点距離より短い距離
にレンズ１を配置する構成にしている。５ａ、５ｂ、５
ｃは熱物体である。

【００２２】上記構成において、検出素子２ａ〜２ｇの
間隔が狭い領域では入射赤外線が小さく絞られており、
熱物体５ａ、５ｃの写像の大きさＬａ、Ｌｃは検出素子
２ａ、２ｂ間と検出素子２ｆ、２ｇ間の各間隔より小さ
く、検出素子２ａ〜２ｇの間隔が広い領域（基板３の中
央部）では、入射赤外線が絞りきれない状態で熱物体５
ｂの写像の大きさＬｂは大きくなっているが、大きさＬ
ｂは、検出素子２ｃ〜２ｅの間隔に比べて小さくなって
いるので、検出素子２ａ〜２ｇが配置された領域全体で
空間分解能を得ることができる。

【００２３】なお、上記実施の形態では、検出素子２ａ
〜２ｇが一列に配置されている場合について述べたが、
２次元的に検出素子を配置する場合にも同様の効果を得
ることができる。

【００２４】（実施の形態２）図２は実施の形態２の赤
外線センサの要部を示す光学系の図であり、実施の形態
１と異なる点は、基板状の検出素子の形成面をレンズの
焦点が描く曲線に略一致するように曲面形成した点であ
る。

【００２５】すなわち、３ａは、例えば板状の単結晶Ｍ
ｇＯ材からなる表面に検出素子２ａ〜２ｅを形成する基
板であり、基板３ａはレンズ１の焦点が描く曲線６に沿
って曲げ形成され、その曲線６上に検出素子２ａ〜２ｅ
を１次元配列したものである。なお、基板３ａは撓むよ
うに力を加えておくと内部で滑り転移が起こり、力を取
り除いても撓んだ形状のままになる。特に高温において
滑り転移が起こりやすい。したがって、基板３ａ上に焦
電型薄膜、電極、絶縁膜等を形成した後、常温もしくは
加熱状態で力を加えることによりＭｇＯ基板３ａに曲率
を持たせることができる。

【００２６】なお、この実施の形態では、基板３ａの滑
り転移を利用して曲線６を形成する場合について述べた
が、他の材質の基板を曲げて曲面を形成してもよい。ま
た、研磨によって曲面を形成しても同様の効果が得られ
る。さらに、基板３ａ上に直接焦電型薄膜を形成する場
合について述べたが、バルクを研磨した焦電体薄片など
他の検出材料で製作した検出素子を基板上に接着したも
のでも前記と同様の効果を得ることができる。また、検
出素子を２次元的に配置する場合についても前記と同様
である。

【００２７】（実施の形態３）図３は実施の形態３の赤
外線センサの要部を示す光学系の図であり、実施の形態
２と異なる点は、基板上の検出素子の形成面をレンズの
焦点が描く曲線に略沿って階段状に形成するようにした
点である。

【００２８】すなわち、３ｂは、例えばブロック状の単
結晶ＭｇＯ材からなるＭｇＯ基板であり、基板３ｂをレ
ンズ１の焦点が描く曲線６にほぼ沿って階段状に形成
し、この形成面上に焦電型薄膜の検出素子２ａ〜２ｇを
１次元配列したものである。この場合、検出素子２ａ〜
２ｇの焦電型薄膜は、例えばチタン酸鉛系の焦電型薄膜
材からなり、基板３ｂの階段状形成面に高周波マグネト
ロンスパッタリングによって形成され、その自発分極に
より優れた特性を得るようにしている。

【００２９】また、基板３ｂの階段形状は、図４に示す
ように、フォトレジスト塗布（ａ）→フォトレジストパ
ターン形成（ｂ）→燐酸によるエッチング（ｃ）→フォ
トレジスト剥離（ｄ）という工程を繰り返すこと
（（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ））により形成するこ
とができる。なお、図中の７はフォトレジストである。
この階段形状は、ＭｇＯの燐酸によるエッチング工程に
おいて各段ごとに異なるエッチング時間にすることで、
段の高さを調節することも可能であり、全体として曲面
に近い形状とすることができる。そして、その後階段形
状の基板３ｂに、電極や焦電型薄膜を形成する。また、
検出素子のパターンの形成は、成膜時にパターンを形成
したマスクをＭｇＯ基板３ｂに重ねておく方法や、成膜
後エッチングによりパターニングする方法によって行
う。

【００３０】なお、基板３ｂは、単結晶ＭｇＯ材以外の
他の材質のものを同様に階段形状に形成してもよい。ま
た、実施の形態２と同様に検出素子をバルク研磨の焦電
型薄膜としたり、これを２次元配置しても前記と同様の
効果を得ることができる。

【００３１】（実施の形態４）図５は実施の形態４の赤
外線センサの要部を示す光学系の図であり、実施の形態
３と異なる点は、基板上の検出素子の形成面をレンズの
焦点が描く曲線に略沿って傾斜を持たせた皿状に形成す
るようにした点である。

【００３２】すなわち、３ｃは、例えばブロック状の単
結晶ＭｇＯ材からなる基板であり、基板３ｃをレンズ１
の焦点が描く曲線６にほぼ沿って傾斜を持たせ皿状に形
成し、この皿状形成面に焦電型薄膜の検出素子２ａ〜２
ｅを一次元配列したものである。

【００３３】なおこの場合も、実施の形態３と同様に検
出素子２ａ〜２ｅの焦電型薄膜を、例えばチタン酸鉛系
の焦電型薄膜材料として基板３ｃの皿状形成面に高周波
マグネトロンスパッタリングによって形成し、その自発
分極により良好な特性を得るようにしている。

【００３４】また、基板３ｃの皿状形成面は、図６に示
すように、まずフォトレジスト塗布し（ａ）、次にフォ
トレジストパターンを形成する（ｂ）。その後、燐酸水
溶液によるウェットエッチングを行い（（ｃ）〜
（ｅ））、その後フォトレジスト剥離を行う（ｆ）。燐
酸は常温で粘度の高い液体であるが、燐酸水溶液の濃度
を低くすると、粘度が低くなり、拡散及び浸透がしやす
くなるため、単結晶ＭｇＯ材からなる基板３ｃとフォト
レジスト７の界面に浸透していき、その部分からもエッ
チングが進行するので、フォトレジスト７のパターンの
通りではなく、基板３ｃのエッチング面は横方向に広が
った形状（（ｄ）、（ｅ））となり傾斜ができる。この
とき、エッチングの進行速度はＭｇＯの結晶に対する角
度によって決まるので、傾斜角度は燐酸水溶液の濃度と
温度を一定にしておけば再現することができる。

【００３５】なお、基板の傾斜面は折り曲げによって形
成してもよい。また、前記同様、基板に単結晶ＭｇＯ材
以外の他のエッチング可能な材質のもの及び検出素子に
バルク研磨の焦電型薄片を用いたり、配置を２次元にし
て用いてもよい。

【００３６】（実施の形態５）図７は実施の形態５の赤
外線センサの要部を示す光学系の図であり、実施の形態
３と異なる点は、複数個の検出素子の形成面が複数個の
台板上面であって，前記検出素子がレンズの焦点の描く
曲線上にほぼ配置されるように前記台板の厚さを異なら
せて回路基板上に配設するようにした点である。

【００３７】すなわち、図に示す回路基板８上に、例え
ば単結晶ＭｇＯ材からなる厚さの異なる複数の台板９
ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅを設け、台板９ａ〜９ｅの
上面に検出素子２ａ〜２ｅを形成して検出素子２ａ〜２
ｅがレンズ１の焦点の描く曲線６にほぼ位置するように
台板９ａ〜９ｅを配列して一列に並べたものである。こ
の場合、台板９ａ〜９ｅは研磨、エッチング等の方法に
より厚さｈを調節するが、この工程は検出素子２ａ〜２
ｅを形成する前後のどちらの工程でもよい。また、多数
の検出素子を１枚の単結晶ＭｇＯ板に形成した場合は、
単結晶ＭｇＯ板１枚ごとに異なる厚さに調節し、ダイシ
ングなどの手段により個々の検出素子付きの台板に分割
して、回路基板８上にレンズ１の焦点の描く曲線６に符
合するように貼り付けてもよい。また、台板は単結晶Ｍ
ｇＯ材以外の他の材質のものでもよく、２次元配置にし
てもよい。

【００３８】（実施の形態６）図８（ａ）は入射赤外線
強度の特性を示す図、（ｂ）は波長λａを中心とする±
Δλの領域のみ透過するフィルターの特性図、（ｃ）は
（ｂ）のフィルター特性を持つ光学薄膜をレンズに施し
た場合の、検出素子への透過赤外線強度の特性図（赤外
線の波長スペクトルの図）である。この場合、フィルタ
ーの特性はレンズや赤外線センサのパッケージ（図示せ
ず）の窓部材に成膜することにより得られる。透過波長
領域としては、例えば対象とする熱物体の温度に応じ
て、感度的に最も有利なエネルギー強度が強い領域と
し、火災検知等のように物質固有の波長である必要はな
い。このように、検出素子への入射赤外線の波長範囲を
限定できれば、その波長域λａ±Δλの中心でレンズの
設計を行ことにより、すべての視野範囲でほぼ設計通り
の位置に結像させることができるので、得られる熱画像
を鮮明にすることができる。

【００３９】なお、前記フィルター特性の光学薄膜をレ
ンズや窓部材に成膜する代わりに、レンズや窓部材の材
質そのものを前記のフィルターの特性を有するものにし
ても同様の効果を得ることができる。また、レンズや窓
部材の複数の面（両面）にλａ＋Δλ以上の波長をカッ
トするフィルタとλａーΔλ以下の波長をカットするフ
ィルターを形成したものを用いてλａを中心とする波長
を透過させても同様の効果を得ることができる。また、
フィルター特性が矩形である場合を示したが、実際には
このような特性を得ることは困難であるが、特に矩形で
なくてもこれに近い特性であればよい。

【００４０】（実施の形態７）図９（ａ）は入射赤外線
強度の特性を示す図、（ｂ）は波長λａ以下の領域の短
波長側のみ透過するフィルターの特性図、（ｃ）は
（ｂ）のフィルター特性を持つ光学薄膜をレンズに施し
た場合の、検出素子への透過赤外線強度の特性図（赤外
線の波長スペクトルの図）である。この場合は、透過波
長の範囲はλｍｉｎからλａのかなり狭い範囲に限定さ
れるので、結像特性が改善され、得られる熱画像は鮮明
になるとともに、検出素子部への赤外線の入射パワーの
減少を抑えることができるので、感度もある程度確保で
きる。

【００４１】なお、このものもレンズや窓部材の材質そ
のものに上記のフィルター特性を有するものを用いても
よく、また、フィルター特性も、前記同様、特に矩形で
なくてもこれに近い特性であればよい。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
請求項１記載の発明は、赤外光学系と、赤外光学系の歪
曲収差に応じて配置された同一チャンネルの複数の赤外
線検出素子とを備え、前記赤外光学系を前記赤外線検出
素子どうしの間隔が狭い領域に焦点が合うような距離に
設けるようにしたものであり、この構成により、赤外線
検出素子の間隔が相対的に狭い領域では入射赤外線が小
さく絞られる状態になり、同間隔が広い領域では入射赤
外線が絞りきれない状態になる。このため複数の赤外線
検出素子にまたがる熱物体の写像を防ぐことができ、赤
外線検出素子が配置された領域全体で空間分解能を得る
ことができる。

【００４３】請求項２記載の発明は、赤外線検出素子を
形成する基板を有し、この基板の赤外線検出素子の形成
面を、赤外光学系の入射角度ごとの焦点距離に応じた位
置に略一致するように、曲面形状にしたもので、これに
よって高感度で鮮明な熱画像を得ることができる。

【００４４】請求項３記載の発明は、請求項２記載の曲
面形状の代わりに、階段形状にしたもので、これによっ
て、基板の加工精度がよくなり、高感度で鮮明な熱画像
を安定して得ることができ、測定温度精度の向上を図る
ことができる。

【００４５】請求項４に記載の発明は、請求項３記載の
階段形状の代わりに、傾斜を持たせた皿形状にしたもの
で、これによって、少ない工程で高感度の鮮明な熱画像
をより安価に得ることができる。

【００４６】請求項５記載の発明は、複数の異なる厚さ
の台板に赤外線検出素子を形成し、赤外線検出素子の形
成面が赤外光学系の入射角度ごとの焦点距離に応じた位
置に略一致するように各台板を回路基板上に配置したも
ので、これにより、高感度でかつ鮮明な熱画像を一層安
価に得ることができるとともに、台板の厚さの調整によ
つて焦点距離の異なる他の赤外光学系の赤外線センサに
容易に用いることができる。

【００４７】請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載
の赤外光学系に所定の波長範囲のみ透過させるフィルタ
ー特性を持たせるようにしたものであり、これによっ
て、簡単なフィルター構成で結像特性の改善を図ること
ができ、得られる熱画像を鮮明にすることができる。

【００４８】請求項７記載の発明は、請求項１〜５記載
の赤外光学系にある波長以下の赤外線のみ透過させるフ
ィルター特性を持たせるようにしたものであり、これに
より、結像特性の改善と同時に入射赤外線のパワーの低
減を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線センサの実施の形態１の要部を
示す赤外光学系の図

【図２】本発明の赤外線センサの実施の形態２の要部を
示す赤外光学系の図

【図３】本発明の赤外線センサの実施の形態３の要部を
示す赤外光学系の図

【図４】（ａ）〜（ｈ）はＭｇＯ基板の階段形状形成の
過程を説明するための図

【図５】本発明の赤外線センサの実施の形態４の要部を
示す赤外光学系の図

【図６】（ａ）〜（ｆ）はＭｇＯ基板の傾斜形状形成の
過程を説明するための図

【図７】本発明の赤外線センサの実施の形態５の要部を
示す赤外光学系の図

【図８】（ａ）は入射赤外線強度の特性を示す図（ｂ）は波長λａ±Δλの領域のみ透過させるフィルタ
ーの特性図（ｃ）は（ｂ）のフィルターの特性をもつ光学薄膜をレ
ンズに施した場合の赤外線検出素子への透過赤外線強度
の特性を示す図

【図９】（ａ）は入射赤外線強度の特性を示す図（ｂ）は波長λａ以下の領域の短波長側のみ透過させる
フィルターの特性図（ｃ）は（ｂ）のフィルターの特性を持つ光学薄膜をレ
ンズに施した場合の赤外線検出素子への透過赤外線強度
の特性を示す図

【図１０】熱物体から放出される赤外線スペクトルの特
性図

【図１１】従来の赤外線センサの歪曲収差がある場合の
写像を説明するための部分斜視図

【図１２】同赤外線アレイセンサの要部を示す赤外光学
系の図

【図１３】（ａ）は同センサの各赤外線検出素子の間隔
が広い場合の写像との関係を示す平面図（ｂ）は（ａ）の場合の赤外線入射量の変化を示す図（ｃ）は同センサの各赤外線検出素子の間隔が狭い場合
の写像との関係を示す平面図（ｄ）は（ｃ）の場合の赤外線入射量の変化を示す図

【符号の説明】

１赤外光学系（レンズ）２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ赤外線検
出素子（検出素子）３、３ａ、３ｂ、３ｃ基板４レンズ光軸５ａ、５ｂ、５ｃ熱物体６焦点距離の曲線８回路基板９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ台板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外光学系と、この赤外光学系の歪曲収差
に応じて配置された同一チャンネルの複数の赤外線検出
素子とを備え、前記赤外光学系を前記赤外線検出素子ど
うしの間隔が相対的に狭い領域に焦点が合うような距離
に設けた赤外線センサ。
【請求項２】赤外光学系と、赤外線検出素子と、この赤
外線検出素子を形成する基板とを備え、前記基板の前記
赤外線検出素子の形成面を前記赤外光学系の入射角度ご
との焦点距離に応じた位置に略一致するように曲面形状
にした赤外線センサ。
【請求項３】基板の赤外線検出素子の形成面を階段形状
にした請求項２記載の赤外線センサ。
【請求項４】基板の赤外線検出素子の形成面を傾斜を有
する皿形状にした請求項２記載の赤外線センサ。
【請求項５】赤外光学系と、赤外線検出素子と、回路基
板上に設けた前記赤外線検出素子を形成する複数個の台
板とを備え、前記台板は前記赤外線検出素子の形成面が
前記赤外光学系の入射角度ごとの焦点距離に応じた位置
に略一致するように前記台板の厚さを異ならせて設けた
赤外線センサ。
【請求項６】赤外光学系に所定の波長範囲のみ透過する
フィルター特性を持たせた請求項１〜５のいずれかに記
載の赤外線センサ。
【請求項７】波長範囲を短波長側のみとした請求項６記
載の赤外線センサ。