JPH10239157A - 集積された赤外線マイクロレンズおよび真空パッケージのガス分子ゲッタ格子 - Google Patents
集積された赤外線マイクロレンズおよび真空パッケージのガス分子ゲッタ格子Info
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- JPH10239157A JPH10239157A JP9327962A JP32796297A JPH10239157A JP H10239157 A JPH10239157 A JP H10239157A JP 9327962 A JP9327962 A JP 9327962A JP 32796297 A JP32796297 A JP 32796297A JP H10239157 A JPH10239157 A JP H10239157A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高い検出効率を保持し、しかも大
きい面積のゲッタ材料を使用することのできる密封され
たＩＲウィンドウを備えたデューアアセンブリを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 基体2 と、この基体2 上の複数の赤外線
検出器6 と、透過するＩＲ放射をそれぞれのＩＲ検出器
へ焦点を結ばせるように位置されている複数のマイクロ
レンズ12を有し、真空の容器を形成するように基体2 に
密封されているＩＲウィンドウ10とを備えていることを
特徴とする。ＩＲウィンドウ10はさらに周辺部に複数の
突出部14を具備しており、この突出部14の表面には容器
内の残留ガス分子と化学反応しガス分子を除去するゲッ
タ材料15が被覆されている。
きい面積のゲッタ材料を使用することのできる密封され
たＩＲウィンドウを備えたデューアアセンブリを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 基体2 と、この基体2 上の複数の赤外線
検出器6 と、透過するＩＲ放射をそれぞれのＩＲ検出器
へ焦点を結ばせるように位置されている複数のマイクロ
レンズ12を有し、真空の容器を形成するように基体2 に
密封されているＩＲウィンドウ10とを備えていることを
特徴とする。ＩＲウィンドウ10はさらに周辺部に複数の
突出部14を具備しており、この突出部14の表面には容器
内の残留ガス分子と化学反応しガス分子を除去するゲッ
タ材料15が被覆されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＲウィンドウ上の赤外
線（ＩＲ）近接マイクロレンズアレイと、薄膜ゲッタ材
料が微量の残留ガス分子を除去し真空を維持するように
配置されている赤外線ゲッタ格子に関する。
線（ＩＲ）近接マイクロレンズアレイと、薄膜ゲッタ材
料が微量の残留ガス分子を除去し真空を維持するように
配置されている赤外線ゲッタ格子に関する。
【０００２】
【従来の技術】デューアアセンブリとも呼ばれている密
封された真空容器中で高度の真空を維持するために、デ
ューアアセンブリ密封部から低速度で漏洩するガス分子
または容器材料を浸透して侵入するガス分子を捕らえる
ようにゲッタが使用されている。広く使用されたゲッタ
材料はチタニウム、モリブデン、タンタルを含んでお
り、これは典型的にガス抜きされた真空密封デューアア
センブリで見られる酸素、水素、窒素、メタン、一酸化
炭素、二酸化炭素等の種々のガス分子を永久的に捕らえ
る。ゲッタ材料は室温で安定である酸化物、炭化物、水
酸化物、窒化物を形成するためにこれらのガスと反応す
る。それ故、反応は不可逆であり、将来ガス放出の危険
を持たない。
封された真空容器中で高度の真空を維持するために、デ
ューアアセンブリ密封部から低速度で漏洩するガス分子
または容器材料を浸透して侵入するガス分子を捕らえる
ようにゲッタが使用されている。広く使用されたゲッタ
材料はチタニウム、モリブデン、タンタルを含んでお
り、これは典型的にガス抜きされた真空密封デューアア
センブリで見られる酸素、水素、窒素、メタン、一酸化
炭素、二酸化炭素等の種々のガス分子を永久的に捕らえ
る。ゲッタ材料は室温で安定である酸化物、炭化物、水
酸化物、窒化物を形成するためにこれらのガスと反応す
る。それ故、反応は不可逆であり、将来ガス放出の危険
を持たない。
【０００３】デューアアセンブリ中の残留ガス分子の捕
捉は例えば米国特許第5,111,049 号明細書に記載されて
いる一般的な外部点火ゲッタにより実現されている。チ
タニウムとモリブデンの粉末の多孔性混合物等のゲッタ
材料はデューア本体から突出するチューブへ溶接される
合金42容器内に位置づけられる。ゲッタ材料は約８００
℃で約１０分間熱をゲッタ容器に供給することにより活
性化される。しかしながら、外部点火ゲッタは大きくか
さばり、デューア本体外部に製造されなければならな
い。通常１ｃｍ程度の寸法を有する典型的に長方形の現
在の平面ＩＲ検出器アレイを含んでいるデューアアセン
ブリにおいて、高度の真空を維持するために、外部点火
ゲッタの使用はアセンブリの容積および重量を著しく増
加する。さらに、ゲッタ材料はＩＲ検出器アレイから離
れて位置されなければならず、ゲッタに与えられる熱に
よって生じる熱損傷が検出器アレイおよび他のデューア
アセンブリ部品において生じないように防止するため、
外部冷却がデューア本体に対して行われなければならな
い。ゲッタアセンブリの機械的な複雑さと、ＩＲ検出器
アレイの外部冷却装置の必要性はＩＲ検出器の価格を増
加する。
捉は例えば米国特許第5,111,049 号明細書に記載されて
いる一般的な外部点火ゲッタにより実現されている。チ
タニウムとモリブデンの粉末の多孔性混合物等のゲッタ
材料はデューア本体から突出するチューブへ溶接される
合金42容器内に位置づけられる。ゲッタ材料は約８００
℃で約１０分間熱をゲッタ容器に供給することにより活
性化される。しかしながら、外部点火ゲッタは大きくか
さばり、デューア本体外部に製造されなければならな
い。通常１ｃｍ程度の寸法を有する典型的に長方形の現
在の平面ＩＲ検出器アレイを含んでいるデューアアセン
ブリにおいて、高度の真空を維持するために、外部点火
ゲッタの使用はアセンブリの容積および重量を著しく増
加する。さらに、ゲッタ材料はＩＲ検出器アレイから離
れて位置されなければならず、ゲッタに与えられる熱に
よって生じる熱損傷が検出器アレイおよび他のデューア
アセンブリ部品において生じないように防止するため、
外部冷却がデューア本体に対して行われなければならな
い。ゲッタアセンブリの機械的な複雑さと、ＩＲ検出器
アレイの外部冷却装置の必要性はＩＲ検出器の価格を増
加する。
【０００４】真空密封されたデューアアセンブリの製造
プロセスが米国特許第5,433,639 号明細書に記載されて
いる。しかしながら、付着される薄膜ゲッタの表面面積
が小さいので、ゲッタにより除去されることができるガ
スの量は制限される。ＩＲ検出器は検出の効率を増加す
るため検出器の表面面積と基体表面全体の面積との比率
である大きな充填係数を有することが好ましいので、ゲ
ッタ材料が付着されることができる表面領域の割合はそ
れ故比較的小さい。
プロセスが米国特許第5,433,639 号明細書に記載されて
いる。しかしながら、付着される薄膜ゲッタの表面面積
が小さいので、ゲッタにより除去されることができるガ
スの量は制限される。ＩＲ検出器は検出の効率を増加す
るため検出器の表面面積と基体表面全体の面積との比率
である大きな充填係数を有することが好ましいので、ゲ
ッタ材料が付着されることができる表面領域の割合はそ
れ故比較的小さい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】通常の冷却されないＩ
Ｒ検出器アレイは、通常ゲルマニウムから作られそのＩ
Ｒ透過性を改良するように表面被覆を施されている平面
ＩＲウィンドウを有する真空密封されたデューアアセン
ブリ中に収納されている。ＩＲ放射はウィンドウを通過
し、アレイの検出器画素に衝突する。冷却されないＩＲ
検出器は典型的にシリコンマイクロボロメータ（ＳＭ
Ｂ）であり、これは熱感知によりＩＲ放射を検出する温
度センサである。検出器画素はできる限り基体の表面領
域を占有することが望ましいが、アレイは画素を具備し
ないので１００％の充填係数の検出器アレイを有するこ
とは実際的ではない。さらに、画素間のギャップは同一
基体表面上に製造されてもよい導電条帯ラインまたはそ
の他の回路素子のための空間を提供する。多数の冷却さ
れないＩＲ検出器アレイは約６０乃至８０％の範囲の充
填係数を有する。充填係数が１００％に満たないとき、
若干のＩＲ放射が画素間のギャップに衝突し、検出され
ず、したがって検出効率を減少する。
Ｒ検出器アレイは、通常ゲルマニウムから作られそのＩ
Ｒ透過性を改良するように表面被覆を施されている平面
ＩＲウィンドウを有する真空密封されたデューアアセン
ブリ中に収納されている。ＩＲ放射はウィンドウを通過
し、アレイの検出器画素に衝突する。冷却されないＩＲ
検出器は典型的にシリコンマイクロボロメータ（ＳＭ
Ｂ）であり、これは熱感知によりＩＲ放射を検出する温
度センサである。検出器画素はできる限り基体の表面領
域を占有することが望ましいが、アレイは画素を具備し
ないので１００％の充填係数の検出器アレイを有するこ
とは実際的ではない。さらに、画素間のギャップは同一
基体表面上に製造されてもよい導電条帯ラインまたはそ
の他の回路素子のための空間を提供する。多数の冷却さ
れないＩＲ検出器アレイは約６０乃至８０％の範囲の充
填係数を有する。充填係数が１００％に満たないとき、
若干のＩＲ放射が画素間のギャップに衝突し、検出され
ず、したがって検出効率を減少する。
【０００６】本発明の目的は、上記のような問題を解決
して高い検出効率を保持し、しかも大きい面積のゲッタ
材料を使用することのできる密封されたＩＲウィンドウ
を具備しているデューアアセンブリを提供することであ
る。
して高い検出効率を保持し、しかも大きい面積のゲッタ
材料を使用することのできる密封されたＩＲウィンドウ
を具備しているデューアアセンブリを提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明はゲッタ材料の表面面積を増加して残留ガス
分子の除去効率を強化するための複数の突出部を有する
ゲッタ格子と、入射するＩＲ放射を画素に焦点を結ばせ
て検出効率を改良するために各ＩＲ検出器アレイ画素と
整列する複数のマイクロレンズ素子を含んだ集積マイク
ロレンズアレイとを具備しているデューアアセンブリを
提供する。
に、本発明はゲッタ材料の表面面積を増加して残留ガス
分子の除去効率を強化するための複数の突出部を有する
ゲッタ格子と、入射するＩＲ放射を画素に焦点を結ばせ
て検出効率を改良するために各ＩＲ検出器アレイ画素と
整列する複数のマイクロレンズ素子を含んだ集積マイク
ロレンズアレイとを具備しているデューアアセンブリを
提供する。
【０００８】好ましい実施形態では、マイクロレンズは
検出器アレイに面する内部ＩＲウィンドウ表面にエッチ
ングされ、ゲッタ格子はＩＲウィンドウのエッジに隣接
する同じウィンドウ表面にエッチングされる。アレイ中
の個々の検出器画素はそれぞれのマイクロレンズと整列
され、これは入射するＩＲ放射をアクティブな画素領域
へ焦点を結ばせるため凸面レンズであることが好まし
い。これは大きな充填係数を与え、したがって検出器効
率の増加を可能にする。ゲッタ格子は好ましくは金属蒸
着によりチタニウム、タンタルまたはモリブデン等のゲ
ッタ材料の層で被覆される。
検出器アレイに面する内部ＩＲウィンドウ表面にエッチ
ングされ、ゲッタ格子はＩＲウィンドウのエッジに隣接
する同じウィンドウ表面にエッチングされる。アレイ中
の個々の検出器画素はそれぞれのマイクロレンズと整列
され、これは入射するＩＲ放射をアクティブな画素領域
へ焦点を結ばせるため凸面レンズであることが好まし
い。これは大きな充填係数を与え、したがって検出器効
率の増加を可能にする。ゲッタ格子は好ましくは金属蒸
着によりチタニウム、タンタルまたはモリブデン等のゲ
ッタ材料の層で被覆される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のこれらおよび他の特徴と
利点は添付図面を伴った以下の詳細な説明から当業者に
明白になるであろう。本発明は、ゲッタ材料の表面領域
を増加し、それによって真空密封されたデューアアセン
ブリ中のガス分子を除去する効率を改良するゲッタ格子
と、入射するＩＲ放射を画素に焦点を結ばせてＩＲ検出
効率を改良するために検出器基体上のそれぞれのＩＲ検
出器アレイ画素と整列する複数のマイクロレンズ素子を
含んだ赤外線（ＩＲ）マイクロレンズアレイとを提供す
る。ゲッタ格子とＩＲマイクロレンズアレイは好ましく
はＩＲウィンドウにエッチングされ、これは好ましくは
はんだ密封により検出器基体に密封される。ＩＲウィン
ドウ、基体および密封は共に真空内部を有する気密のデ
ューアアセンブリを形成する。
利点は添付図面を伴った以下の詳細な説明から当業者に
明白になるであろう。本発明は、ゲッタ材料の表面領域
を増加し、それによって真空密封されたデューアアセン
ブリ中のガス分子を除去する効率を改良するゲッタ格子
と、入射するＩＲ放射を画素に焦点を結ばせてＩＲ検出
効率を改良するために検出器基体上のそれぞれのＩＲ検
出器アレイ画素と整列する複数のマイクロレンズ素子を
含んだ赤外線（ＩＲ）マイクロレンズアレイとを提供す
る。ゲッタ格子とＩＲマイクロレンズアレイは好ましく
はＩＲウィンドウにエッチングされ、これは好ましくは
はんだ密封により検出器基体に密封される。ＩＲウィン
ドウ、基体および密封は共に真空内部を有する気密のデ
ューアアセンブリを形成する。
【００１０】本発明にしたがって、好ましい実施形態が
図１、２で示されているデューアアセンブリは好ましく
はシリコンの半導体材料の読出し集積回路（ＲＯＩＣ）
基体２を有する。ＩＲ検出器アレイ４は基体上に位置さ
れ、画素とも呼ばれる複数の個々の検出器素子６を含ん
でいる。図２は検出器画素の５×６の長方形アレイを示
しているが、ＩＲ集積回路は通常、数百×数百までの画
素を有する平面ＩＲ検出器アレイを含んでいる。大部分
の市場の応用では、ＩＲ検出器は通常冷却されず、ＩＲ
放射により検出器へ与えられる熱から生じる温度の増加
を感知することによってＩＲ放射の強度を検出する。冷
却されないＩＲ検出器の典型的な例はシリコンマイクロ
ボロメータ（ＳＭＢ）であり、ここでは複数の個々の検
出器が通常、一般的な半導体製造プロセスによりＲＯＩ
Ｃ基体上のアレイで形成される。ＳＭＢアレイはＩＲ発
生熱を感知することによってＩＲ放射を検出し、焦点平
面アレイ（ＦＰＡ）またはセンサチップアセンブリ（Ｓ
ＣＡ）とも呼ばれている。基体はボロメータにより発生
される信号の処理に使用される集積回路である。この場
合、ボロメータはこれが加熱されたときその抵抗を変化
するマイクロブリッジ抵抗である。入射する放射はマイ
クロブリッジの温度を変化させる。他の半導体材料が使
用されてもよいが、シリコンは普通に入手可能であり、
価格が効率的で、大部分の市販のＩＲ検出器応用で適切
な材料である。
図１、２で示されているデューアアセンブリは好ましく
はシリコンの半導体材料の読出し集積回路（ＲＯＩＣ）
基体２を有する。ＩＲ検出器アレイ４は基体上に位置さ
れ、画素とも呼ばれる複数の個々の検出器素子６を含ん
でいる。図２は検出器画素の５×６の長方形アレイを示
しているが、ＩＲ集積回路は通常、数百×数百までの画
素を有する平面ＩＲ検出器アレイを含んでいる。大部分
の市場の応用では、ＩＲ検出器は通常冷却されず、ＩＲ
放射により検出器へ与えられる熱から生じる温度の増加
を感知することによってＩＲ放射の強度を検出する。冷
却されないＩＲ検出器の典型的な例はシリコンマイクロ
ボロメータ（ＳＭＢ）であり、ここでは複数の個々の検
出器が通常、一般的な半導体製造プロセスによりＲＯＩ
Ｃ基体上のアレイで形成される。ＳＭＢアレイはＩＲ発
生熱を感知することによってＩＲ放射を検出し、焦点平
面アレイ（ＦＰＡ）またはセンサチップアセンブリ（Ｓ
ＣＡ）とも呼ばれている。基体はボロメータにより発生
される信号の処理に使用される集積回路である。この場
合、ボロメータはこれが加熱されたときその抵抗を変化
するマイクロブリッジ抵抗である。入射する放射はマイ
クロブリッジの温度を変化させる。他の半導体材料が使
用されてもよいが、シリコンは普通に入手可能であり、
価格が効率的で、大部分の市販のＩＲ検出器応用で適切
な材料である。
【００１１】新しい真空密封されたデューアアセンブリ
は、環境の大気から検出器アレイを密封するためＩＲア
レイを囲むシール８を含んでいる。シールはインジウ
ム、錫、鉛のはんだまたは基体２上に付着されたときに
高さを正確に制御されるシールを有する真空エポキシで
ある。シール８は、マイクロレンズのアレイおよびゲッ
タ格子を含んでいるＩＲウィンドウ10を支持し、ゲッタ
格子は複数の凹部により間隔を隔てられている複数の突
出部を含んでいる。突出部は製造を容易にするために方
形の柱体の列であることが好ましいが、他の形態も格子
の表面領域を増加するために使用されることができる。
ＩＲウィンドウの詳細な斜視図が図３のａで示されてお
り、これは検出器アレイに面して、ＩＲウィンドウ表面
の中心部のエッチングされたマイクロレンズアレイ12
と、ＩＲウィンドウのエッジに隣接する同一表面上の別
の部分のゲッタ格子14を示している。ゲッタ格子部分は
マイクロレンズアレイ部分を包囲し、それによってゲッ
タはデューア本体内部で比較的均一に残留ガス分子を捕
捉することが好ましいが、ゲッタ格子はＩＲ放射が検出
器アレイに衝突することを阻止しない限りデューア本体
内部のその他の位置に構成されることができる。ゲルマ
ニウムは約２乃至５０μｍの使用可能な波長範囲の広い
透過スペクトルを有するので、ＩＲウィンドウに好まし
い材料である。検出されるべきＩＲ放射の波長に応じ
て、より狭い透過スペクトルを有するＩＲウィンドウが
使用されることができるが、ゲルマニウムウィンドウは
最も広いスペクトルをカバーし、比較的廉価で広く使用
可能である。マイクロレンズとゲッタ格子が形成される
表面は基体に面し、密封されるときデューアアセンブリ
内部に位置される。図３のｂのゲッタ格子の拡大された
斜視図は複数の方形の柱体16と、その柱体の間に複数の
凹部18を形成しているギャップとを詳細に示している。
は、環境の大気から検出器アレイを密封するためＩＲア
レイを囲むシール８を含んでいる。シールはインジウ
ム、錫、鉛のはんだまたは基体２上に付着されたときに
高さを正確に制御されるシールを有する真空エポキシで
ある。シール８は、マイクロレンズのアレイおよびゲッ
タ格子を含んでいるＩＲウィンドウ10を支持し、ゲッタ
格子は複数の凹部により間隔を隔てられている複数の突
出部を含んでいる。突出部は製造を容易にするために方
形の柱体の列であることが好ましいが、他の形態も格子
の表面領域を増加するために使用されることができる。
ＩＲウィンドウの詳細な斜視図が図３のａで示されてお
り、これは検出器アレイに面して、ＩＲウィンドウ表面
の中心部のエッチングされたマイクロレンズアレイ12
と、ＩＲウィンドウのエッジに隣接する同一表面上の別
の部分のゲッタ格子14を示している。ゲッタ格子部分は
マイクロレンズアレイ部分を包囲し、それによってゲッ
タはデューア本体内部で比較的均一に残留ガス分子を捕
捉することが好ましいが、ゲッタ格子はＩＲ放射が検出
器アレイに衝突することを阻止しない限りデューア本体
内部のその他の位置に構成されることができる。ゲルマ
ニウムは約２乃至５０μｍの使用可能な波長範囲の広い
透過スペクトルを有するので、ＩＲウィンドウに好まし
い材料である。検出されるべきＩＲ放射の波長に応じ
て、より狭い透過スペクトルを有するＩＲウィンドウが
使用されることができるが、ゲルマニウムウィンドウは
最も広いスペクトルをカバーし、比較的廉価で広く使用
可能である。マイクロレンズとゲッタ格子が形成される
表面は基体に面し、密封されるときデューアアセンブリ
内部に位置される。図３のｂのゲッタ格子の拡大された
斜視図は複数の方形の柱体16と、その柱体の間に複数の
凹部18を形成しているギャップとを詳細に示している。
【００１２】ＩＲマイクロレンズアレイの個々のレンズ
は基体上のそれぞれのＩＲ検出器画素と整列され、図４
の拡大された断面図で示されている。格子列16を限定す
る凹部18とマイクロレンズ12は両者ともゲルマニウムの
通常のエッチング方法を用いてＩＲウィンドウ10の表面
にエッチングされることが好ましく、１つのステップま
たは２つの別々のステップでエッチングされることがで
きる。ゲッタ材料を付着するための一般的な平面に比較
して、ゲッタ格子はゲッタ材料が付着される利用可能な
表面領域を非常に増加する。より大きな柱体の深さとよ
り多数の柱体の数はゲッタ格子面積全体を増加する。例
えば、エッチングされた列の深さが格子列の間隔を越え
るならば、ゲッタ格子は平面ゲッタの４倍表面面積を増
加する。ゲッタ材料は好ましくは金属蒸着によりゲッタ
格子表面上の層15として付着され、格子領域以外のＩＲ
ウィンドウ表面はこれらの表面上のゲッタ材料の付着を
防止するため密着して固定された金属遮蔽によりカバー
されている。広く使用されているゲッタ材料はチタニウ
ム、モリブデン、タンタルを含んでおり、これらはガス
分子を吸付け、それらと反応して金属酸化物、炭化物、
水酸化物、窒化物を形成する。これらの化合物は一度形
成されると安定性が高く、室温で比較的永久的であり、
それ故、これらの化合物から将来ガスが放出される危険
性はほとんど存在しない。通常ガス抜きされた真空密封
デューアアセンブリで見られる残留ガス分子には酸素、
窒素、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素を含んで
いる。最も効率的なゲッタ金属はタンタルであり、これ
はチタニウムおよびモリブデンの２倍の速さで水素およ
び一酸化炭素を除去する。
は基体上のそれぞれのＩＲ検出器画素と整列され、図４
の拡大された断面図で示されている。格子列16を限定す
る凹部18とマイクロレンズ12は両者ともゲルマニウムの
通常のエッチング方法を用いてＩＲウィンドウ10の表面
にエッチングされることが好ましく、１つのステップま
たは２つの別々のステップでエッチングされることがで
きる。ゲッタ材料を付着するための一般的な平面に比較
して、ゲッタ格子はゲッタ材料が付着される利用可能な
表面領域を非常に増加する。より大きな柱体の深さとよ
り多数の柱体の数はゲッタ格子面積全体を増加する。例
えば、エッチングされた列の深さが格子列の間隔を越え
るならば、ゲッタ格子は平面ゲッタの４倍表面面積を増
加する。ゲッタ材料は好ましくは金属蒸着によりゲッタ
格子表面上の層15として付着され、格子領域以外のＩＲ
ウィンドウ表面はこれらの表面上のゲッタ材料の付着を
防止するため密着して固定された金属遮蔽によりカバー
されている。広く使用されているゲッタ材料はチタニウ
ム、モリブデン、タンタルを含んでおり、これらはガス
分子を吸付け、それらと反応して金属酸化物、炭化物、
水酸化物、窒化物を形成する。これらの化合物は一度形
成されると安定性が高く、室温で比較的永久的であり、
それ故、これらの化合物から将来ガスが放出される危険
性はほとんど存在しない。通常ガス抜きされた真空密封
デューアアセンブリで見られる残留ガス分子には酸素、
窒素、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素を含んで
いる。最も効率的なゲッタ金属はタンタルであり、これ
はチタニウムおよびモリブデンの２倍の速さで水素およ
び一酸化炭素を除去する。
【００１３】図４で示されているように、マイクロレン
ズ14は凸面レンズであり、マイクロレンズアレイは、入
射するＩＲ放射を画素へ焦点を結ばせるために各マイク
ロレンズがそれぞれの検出器画素６上に位置されるよう
に整列されている。入射するＩＲビームは好ましくは平
坦であるＩＲウィンドウ外部表面20に衝突し、各マイク
ロレンズ12の湾曲した凸面により屈折され、それぞれの
検出器画素上のアクティブな領域に衝突し、それによっ
て画素間のギャップのような検出器画素によりカバーさ
れていない基体２上のアクティブでない領域に到達する
放射量を減少する。ＩＲウィンドウのマイクロレンズ12
の表面と外部表面20は好ましくは一般的な反射防止被覆
22で被覆され、ＩＲ放射の透過性を改良するためにこれ
らの表面の反射を減少させる。検出器画素は一般的に約
６０乃至８０％の充填係数を有するのでＩＲビームは通
常非常に小さいスポット領域を形成するために焦点を結
ぶ必要はないが、マイクロレンズの寸法と曲率は大部分
の放射を検出器画素へ十分に集中するように設計されて
いる。はんだシール８の高さはマイクロレンズと、対応
する検出器画素間の距離を決定し、それ故、所望の焦点
形成を実現する係数である。入射するＩＲビームは典型
的に約ｆ／２乃至ｆ／３の範囲でｆ／＃を有するコーン
を有している。ｆ／１とｆ／３の間のｆ／＃を有する入
射ビームを具備する回折限定システムを想定すると、各
マイクロレンズは球面収差を一掃するための非球面ｆ
／．５レンズであることが好ましい。エアリーの円盤の
直径ｄはｄ＝（２．４４λ）（ｆ／＃）により波長λと
ｆ／＃に関連する。ｆ／．５レンズで１０μｍの波長で
は、エアリーの円盤の直径は約１２ミクロンである。焦
点距離はレンズ直径Ｄのｆ／＃倍である。直径５０μｍ
のｆ／．５レンズでは、焦点距離は約２５ミクロンであ
る。シール８の高さは計算された焦点距離に設定され
る。側面の長さａの方形レンズの直径ＤはＤ＝（ｓｑｒ
ｔ（２）／２）ａである。
ズ14は凸面レンズであり、マイクロレンズアレイは、入
射するＩＲ放射を画素へ焦点を結ばせるために各マイク
ロレンズがそれぞれの検出器画素６上に位置されるよう
に整列されている。入射するＩＲビームは好ましくは平
坦であるＩＲウィンドウ外部表面20に衝突し、各マイク
ロレンズ12の湾曲した凸面により屈折され、それぞれの
検出器画素上のアクティブな領域に衝突し、それによっ
て画素間のギャップのような検出器画素によりカバーさ
れていない基体２上のアクティブでない領域に到達する
放射量を減少する。ＩＲウィンドウのマイクロレンズ12
の表面と外部表面20は好ましくは一般的な反射防止被覆
22で被覆され、ＩＲ放射の透過性を改良するためにこれ
らの表面の反射を減少させる。検出器画素は一般的に約
６０乃至８０％の充填係数を有するのでＩＲビームは通
常非常に小さいスポット領域を形成するために焦点を結
ぶ必要はないが、マイクロレンズの寸法と曲率は大部分
の放射を検出器画素へ十分に集中するように設計されて
いる。はんだシール８の高さはマイクロレンズと、対応
する検出器画素間の距離を決定し、それ故、所望の焦点
形成を実現する係数である。入射するＩＲビームは典型
的に約ｆ／２乃至ｆ／３の範囲でｆ／＃を有するコーン
を有している。ｆ／１とｆ／３の間のｆ／＃を有する入
射ビームを具備する回折限定システムを想定すると、各
マイクロレンズは球面収差を一掃するための非球面ｆ
／．５レンズであることが好ましい。エアリーの円盤の
直径ｄはｄ＝（２．４４λ）（ｆ／＃）により波長λと
ｆ／＃に関連する。ｆ／．５レンズで１０μｍの波長で
は、エアリーの円盤の直径は約１２ミクロンである。焦
点距離はレンズ直径Ｄのｆ／＃倍である。直径５０μｍ
のｆ／．５レンズでは、焦点距離は約２５ミクロンであ
る。シール８の高さは計算された焦点距離に設定され
る。側面の長さａの方形レンズの直径ＤはＤ＝（ｓｑｒ
ｔ（２）／２）ａである。
【００１４】全体的なデューアアセンブリは米国特許第
5,433,639 号明細書に記載されているような一般的なプ
ロセスを用いて真空チャンバ中で製造されることができ
る。汚染物質は基体、ＩＲウィンドウ、はんだ、ゲッタ
材料から除去される。基体およびＩＲウィンドウはさら
に汚染物質を除去するために約２５０℃の温度で真空チ
ャンバ中で焼成される。ゲッタ格子をエッチングされた
ＩＲウィンドウと、好ましくは一般的な反射防止被覆で
被覆されるマイクロレンズアレイはゲッタ材料が付着さ
れるゲッタ材料部分を除いて、緊密に密着して固定され
た金属遮蔽により被覆される。金属蒸着が容易なチタニ
ウム、または最良のガス捕捉性能のタンタルであること
が好ましいゲッタ材料はゲッタソースとして最初に与え
られ、これは真空中で金属蒸気として蒸発され、その後
金属蒸気は金属格子表面で凝固する。付着の厚さは臨界
的ではなく、格子の柱体と凹部の全体的に大きな表面面
積では、比較的薄い層の付着されたゲッタ材料が通常比
較的多数のガス分子を除去するのに十分である。ＩＲウ
ィンドウのその他の部分をカバーするための遮蔽は付着
後に除去される。ゲッタ格子の金属蒸着は別の真空チャ
ンバ中で基体の処理と平行して行われることができる。
はんだシールを製造するために、厚いインジウムの膜が
検出器アレイを包囲する基体表面の狭い条帯上に付着さ
れ、薄膜のインジウムはゲルマニウムＩＲウィンドウの
対応する表面に付着されることが好ましい。２つのイン
ジウムはんだ膜はその後、真空チャンバ中で共に冷間溶
接されるか混成される。２つの膜のうち厚い方はマイク
ロレンズアレイを焦点距離に設定するためのスペーサと
して使用される。計算された焦点距離が２５μｍの前述
の例では、スペーサは約２５μｍに設定される。ＩＲウ
ィンドウは基体と正確に整列され、各マイクロレンズは
基体上のそれぞれの検出器画素上に直接位置され、はん
だシールへ圧入される。デューアアセンブリはその後冷
却され、はんだシールは固化する。密封されたデューア
アセンブリはそれによって真空チャンバ中で生成され、
その後チャンバから取出されることができる。
5,433,639 号明細書に記載されているような一般的なプ
ロセスを用いて真空チャンバ中で製造されることができ
る。汚染物質は基体、ＩＲウィンドウ、はんだ、ゲッタ
材料から除去される。基体およびＩＲウィンドウはさら
に汚染物質を除去するために約２５０℃の温度で真空チ
ャンバ中で焼成される。ゲッタ格子をエッチングされた
ＩＲウィンドウと、好ましくは一般的な反射防止被覆で
被覆されるマイクロレンズアレイはゲッタ材料が付着さ
れるゲッタ材料部分を除いて、緊密に密着して固定され
た金属遮蔽により被覆される。金属蒸着が容易なチタニ
ウム、または最良のガス捕捉性能のタンタルであること
が好ましいゲッタ材料はゲッタソースとして最初に与え
られ、これは真空中で金属蒸気として蒸発され、その後
金属蒸気は金属格子表面で凝固する。付着の厚さは臨界
的ではなく、格子の柱体と凹部の全体的に大きな表面面
積では、比較的薄い層の付着されたゲッタ材料が通常比
較的多数のガス分子を除去するのに十分である。ＩＲウ
ィンドウのその他の部分をカバーするための遮蔽は付着
後に除去される。ゲッタ格子の金属蒸着は別の真空チャ
ンバ中で基体の処理と平行して行われることができる。
はんだシールを製造するために、厚いインジウムの膜が
検出器アレイを包囲する基体表面の狭い条帯上に付着さ
れ、薄膜のインジウムはゲルマニウムＩＲウィンドウの
対応する表面に付着されることが好ましい。２つのイン
ジウムはんだ膜はその後、真空チャンバ中で共に冷間溶
接されるか混成される。２つの膜のうち厚い方はマイク
ロレンズアレイを焦点距離に設定するためのスペーサと
して使用される。計算された焦点距離が２５μｍの前述
の例では、スペーサは約２５μｍに設定される。ＩＲウ
ィンドウは基体と正確に整列され、各マイクロレンズは
基体上のそれぞれの検出器画素上に直接位置され、はん
だシールへ圧入される。デューアアセンブリはその後冷
却され、はんだシールは固化する。密封されたデューア
アセンブリはそれによって真空チャンバ中で生成され、
その後チャンバから取出されることができる。
【００１５】本発明の実施形態を示し説明したが、種々
の変形および代りの実施形態が当業者により行われよ
う。このような変形および代りの実施形態は考慮され、
特許請求の範囲内に限定されているように本発明の技術
的範囲を逸脱することなく行われよう。
の変形および代りの実施形態が当業者により行われよ
う。このような変形および代りの実施形態は考慮され、
特許請求の範囲内に限定されているように本発明の技術
的範囲を逸脱することなく行われよう。
【図１】本発明にしたがったＩＲ検出器アレイのデュー
アアセンブリの簡単化された断面斜視図。
アアセンブリの簡単化された断面斜視図。
【図２】図１のＩＲ検出器の簡単化された平面図。
【図３】マイクロレンズアレイおよびゲッタ格子を有す
る図１のＩＲウィンドウの斜視図と、長方形の柱体を示
している図２のゲッタ格子の拡大斜視図。
る図１のＩＲウィンドウの斜視図と、長方形の柱体を示
している図２のゲッタ格子の拡大斜視図。
【図４】マイクロレンズによりＩＲ放射をそれぞれのＩ
Ｒ検出器画素に焦点を結ばせる状態を示したＩＲデュー
アアセンブリの断面図。
Ｒ検出器画素に焦点を結ばせる状態を示したＩＲデュー
アアセンブリの断面図。
フロントページの続き (72)発明者 アダム・エム・ケネディー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93103、サンタ・バーバラ、イースト・ア レラガ・ストリート 525、ナンバー 11
Claims (10)
- 【請求項１】 基体と、 前記基体上の複数の赤外線検出器と、 透過するＩＲ放射をそれぞれのＩＲ検出器へ焦点を結ば
せるように位置されている複数のマイクロレンズを具備
し、実質上真空の容器を形成するように前記基体に関し
て密封されているＩＲウィンドウとを具備していること
を特徴とする真空密封されたデューアアセンブリ。 - 【請求項２】 前記ＩＲウィンドウは別個のシールによ
り前記基体に関して密封されている請求項１記載のデュ
ーアアセンブリ。 - 【請求項３】 前記マイクロレンズは凸面レンズを具備
している請求項１または２記載のデューアアセンブリ。 - 【請求項４】 前記マイクロレンズはそれぞれのＩＲ検
出器と対向して前記容器内に位置されている請求項１乃
至３のいずれか１項記載のデューアアセンブリ。 - 【請求項５】 ＩＲ放射の透過を強化するため前記マイ
クロレンズ上に反射防止被覆をさらに具備している請求
項１乃至４のいずれか１項記載のデューアアセンブリ。 - 【請求項６】 前記ＩＲウィンドウはさらに複数の突出
部を具備しており、この突出部の表面には前記容器中の
残留ガス分子と化学反応し前記ガス分子を除去するよう
にゲッタ材料が位置されている請求項１乃至５のいずれ
か１項記載のデューアアセンブリ。 - 【請求項７】 前記突出部は複数の凹部により限定され
ている方形の柱体を具備している請求項６記載のデュー
アアセンブリ。 - 【請求項８】 前記マイクロレンズと前記ＩＲ検出器は
前記ＩＲウィンドウと基体表面の中央部をそれぞれ占有
し、前記突出部は前記ＩＲウィンドウ表面の前記中央部
を包囲しているエッジ部分に隣接して位置されている請
求項６または７記載のデューアアセンブリ。 - 【請求項９】 ＩＲ放射の少なくとも幾つかの波長に対
して実質上透明である赤外線ウィンドウにおいて、 第１の表面と、 複数のマイクロレンズを形成するような外形の部分と、
複数の凹部により限定されている複数の格子状に配置さ
れた柱体が形成されている外形の別の部分とを有する第
２の表面と、 ガス分子と化学反応し、前記ガス分子を除去するように
適合されている前記第２の表面の前記格子状に配置され
た柱体部分に位置されているゲッタ材料とを具備してい
ることを特徴とする赤外線ウィンドウ。 - 【請求項１０】 前記マイクロレンズ上に位置されてい
る反射防止被覆をさらに具備している請求項９記載のＩ
Ｒウィンドウ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US758408 | 1996-11-29 | ||
| US08/758,408 US5701008A (en) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Integrated infrared microlens and gas molecule getter grating in a vacuum package |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239157A true JPH10239157A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3078517B2 JP3078517B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=25051638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09327962A Expired - Lifetime JP3078517B2 (ja) | 1996-11-29 | 1997-11-28 | 集積された赤外線マイクロレンズおよび真空パッケージのガス分子ゲッタ格子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5701008A (ja) |
| JP (1) | JP3078517B2 (ja) |
| GB (1) | GB2320364B (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218667B1 (en) | 1997-09-09 | 2001-04-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Sensor element with small area light detecting section of bridge structure |
| JP2007085917A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Horiba Ltd | 赤外線アレイセンサ |
| JP2007316076A (ja) * | 2007-06-08 | 2007-12-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2007316077A (ja) * | 2007-06-08 | 2007-12-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2008003081A (ja) * | 2006-05-25 | 2008-01-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサー |
| WO2010067963A2 (ko) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | 한국기초과학지원연구원 | 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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| US8097850B2 (en) | 2006-05-25 | 2012-01-17 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Infrared sensor |
| JP2012013661A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Toshiba Corp | 赤外線撮像素子及びその製造方法 |
| JP2012255782A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | パラサイト赤外線に対する統合化されたシールドを有する赤外線撮像デバイス及びその製造方法 |
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| JP2019047125A (ja) * | 2014-02-28 | 2019-03-22 | レイセオン カンパニー | ゲッター構造体及び当該構造体の形成方法 |
| JP2020513562A (ja) * | 2016-12-13 | 2020-05-14 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 同時リアルタイム麻酔および呼吸ガス濃度検出用ならびに測定信号処理用の集積マルチスペクトルモザイクバンドパスフィルタ／焦点レンズアレイを有するマイクロボロメータ焦点面アレイ |
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