KR20010006151A - 적외선 검출 소자, 이 적외선 검출 소자를 이용한 적외선 센서 유닛 및 적외선 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 초전체에 의해 적외선을 검출하는 적외선 검출 소자, 이 적외선 검출 소자를 이용하여 적외선 센서 유닛 및 적외선 검출 장치에 관한 것으로, 어느 방향의 검지 대상의 움직임에 대해서도 출력을 얻을 수 있는 무지향성 적외선 검출 소자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해서, 초전체(11)에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 적외선을 흡수하는 기능을 갖는 제 1 전극(12, 13)과, 초전체(11)의 다른쪽 면에 마련된 전기적으로 접속된 한 쌍의 제 2 전극(14, 15)으로 이루어지고, 한쪽의 제 1 전극(12, 13)의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부와 다른쪽의 제 2 전극(14, 15)의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 것으로, 어느 방향으로부터의 검지 대상의 움직임에 대해서도 출력을 얻을 수 있다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
Description
최근, 초전형 적외선 센서는 비접촉으로 물체의 검지나 온도 검출이 가능하다는 점을 살려, 전자 레인지의 조리물의 온도 측정, 에어 컨디셔너의 실내 온도 제어, 혹은 자동문, 경보 장치에서의 인체 검지 등에 이용되고 있으며, 앞으로 그 이용 범위는 확대되어 갈 것으로 보인다.
일반적으로, 적외선 센서는, LiTaO3결정 등으로 이루어지는 초전체의 초전 효과를 이용한 것으로, 이 초전체의 자발 분극에 의해, 항상 표면 전하가 발생하고 있다. 대기중에 있어서의 정상(定常) 상태에서는, 대기중의 전하와 결부되어 전기적으로 중성을 유지하고 있다. 이것에 적외선이 입사되면 초전체의 온도가 변화하고, 이에 따라 초전체 표면의 전하 상태도 중성 상태가 깨져서 변화한다. 이 때, 초전체의 표면에 발생하는 전하를 검출하여, 적외선 입사량을 측정하는 것이 적외선 센서이다. 일반적으로 물체는, 그 온도에 따른 적외선을 방출하고 있으며, 이 적외선 센서를 이용함으로써 물체의 존재나 온도를 검지할 수 있다.
이하, 본 발명의 배경 기술로서의 적외선 검출 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 11a는 본 발명의 배경 기술을 설명하는 적외선 검출 소자의 평면도, 도 11b는 동 단면도이다.
동 도면에 있어서, (1)은 초전체로서, 그 상면에 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속된 장방형의 적외선 흡수막으로서의 기능을 갖는 한 쌍의 제 1 전극(2, 3)을 가짐과 동시에, 그 하면에 제 1 전극(2, 3)과 동일 형상의 제 2 전극(4, 5)을 구비하고 있다.
이 제 2 전극(4, 5)과 제 1 전극(2, 3)에 의해 적외선 검지부가 구성된다. 적외선 검지부의 2개의 제 2 전극(4, 5)은 역 극성으로 직렬 또는 병렬로 접속되고, 제 2 전극(4, 5) 사이의 갭은 통상 수광 전극과 동등하거나 또는 0.8mm 이상 간격을 두어, 누화의 영향이 없는 듀얼 소자 타입의 적외선 검출 소자를 구성하고 있다.
이 적외선 소자는, 적외선 검지부를 단열시키면서 초전체(1)와 초전체 지지대(6)에 의해 배선 기판(7)을 접속하고 있다.
이상과 같이 구성된 적외선 검출 소자를 사용할 때에는, 프레넬 렌즈 등의 광학계를 사용하여, 검지 에리어내에 복수의 소자 형상을 투영시킨 검지 영역을 구성한다. 이 때, 예를 들어 인체 등의 검지 대상이 적외선 검지부에 대하여 가로지르는 방향(X 방향)으로 이동한 경우, 「+ 출력」 바로 다음에 「- 출력」이 발생하기 때문에, 「피크 대 피크」에서 최대 출력을 얻을 수 있다. 한편, 적외선 검지부에 대하여 검지 대상이 평행하게 이동하는(Y 방향) 경우에는, 「+ 출력」과 「- 출력」이 동시에 발생하기 때문에, 취소 효과에 의해 출력하지 않는다.
또한, 일본 특허 공개 평성 제 2-201228 호 공보에는, 적외선 검지부의 형상을 직각 삼각형 형상으로 한 것이 개시되어 있다.
이 경우에는 X 방향, Y 방향 모두 출력은 얻어지지만, 45° 방향으로 검지 대상이 이동한 경우, 전술한 장방형 모양의 적외선 검지부를 갖는 적외선 소자와 마찬가지로, 「+ 출력」과 「- 출력」이 동시에 발생하기 때문에, 취소 효과에 의해 출력하지 않는다.
상술한 바와 같이 적외선 검출 소자에 있어서는, 조명이나 공기 조절 기기 등의 가정 상품에 이용되기 때문에, 검지 대상의 움직임에 대하여, 무지향성일 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 어떠한 방향의 검지 대상의 움직임에 대해서도 출력이 얻어지는 무지향성의 적외선 검출 소자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
발명의 개시
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 초전체와, 이 초전체에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴 형상의 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지고, 한쪽 상기 적외선 검지부의 대략 사다리꼴 형상의 상측 바닥부와 다른쪽 상기 적외선 검지부의 대략 사다리꼴 형상 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 것이다.
또한, 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 적외선 검지부와, 이 적외선 검지부에 초전체 지지체를 거쳐 전기적으로 접속된 배선 기판으로 이루어지는 것이다.
또한, 인출 전극을 갖는 고정대와, 이 고정대에 탑재된 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 되도록 배치하든가 또는 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지고, 또한, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지는 적외선 검출 소자와, 적어도 이 적외선 검출 소자를 둘러싸도록 마련된 통 형상의 봉지체와, 이 봉지체의 개방(開放)을 덮도록 마련된 적외선 입사창과, 이 적외선 입사창의 윗쪽으로 이간(離間)되어 마련되고, 상점(像点) 거리 부근에 상기 적외선 검출 소자를 갖는 복수의 회절형 광학 소자로 구성된 렌즈 어레이로 이루어지는 것이다.
또한, 인출 전극을 갖는 고정대와, 이 고정대에 탑재된 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 되도록 배치하든가 또는 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지며, 또한, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지는 적외선 검출 소자와, 적어도 이 적외선 검출 소자를 둘러싸도록 마련된 통 형상의 봉지체와, 이 봉지체의 개방을 덮도록 상점 거리 부근에 상기 적외선 소자를 갖는 복수의 회절형 광학 소자로 구성된 적외선 입사창 렌즈 어레이로 이루어지는 것이다.
이상의 구성을 갖는 것에 의해, 어떤 방향으로부터의 검지 대상이 침입하더라도, 각각 적외선 검지부를 가로지르는 면적이 동일하게 되지 않기 때문에, 역 극성의 출력이 동시에 발생하더라도 취소하는 일 없이 출력할 수 있다.
본 발명은 초전체(焦電體:pyroelectric member)에 의해 적외선을 검출하는 적외선 검출 소자, 이 적외선 검출 소자를 이용한 적외선 센서 유닛 및 적외선 검출 장치에 관한 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도,
도 1b는 동 A-A 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도,
도 5a는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 적외선 센서 유닛의 평면도,
도 5b는 동 B-B 단면도,
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 적외선 센서 유닛의 평면도,
도 6b는 동 B-B 단면도,
도 7a는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 적외선 센서 유닛의 평면도,
도 7b는 동 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예 5에 있어서의 적외선 센서 장치의 측면도,
도 9는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 적외선 센서 장치의 주요부인 회절 광학 소자의 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 적외선 센서 장치의 측면도,
도 11a는 본 발명의 배경 기술을 설명하는 적외선 검출 소자의 평면도,
도 11b는 동 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
(실시예 1)
이하, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 적외선 검출 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도, 도 1b는 동 A-A 단면도이다.
도면에 있어서, (11)은 LiTaO3결정 등으로 이루어지는 초전체이다. 이 초전체(11)의 상면에 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 Ti, Cr, Pt, Au 등을 스퍼터링하여 이루어지는 대략 사다리꼴의 한 쌍의 제 1 전극(12, 13)으로, 한쪽의 제 1 전극(12)의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 제 1 전극(13)의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 것으로, 적외선의 흡수막으로서의 기능을 갖는 것이다. 이 제 1 전극(12, 13)의 초전체(11)를 거친 하면에 Ti, Cr, Pt, Au 등을 스퍼터링하여 이루어지는 제 2 전극(14, 15)을 구비하고, 이 제 2 전극(14, 15)과 제 1 전극(12, 13)에 의해 적외선 검지부를 구성하고 있다. 또한 바람직하게는, 적외선 검지부의 제 2 전극(14, 15)의 형상은, 초전체(11)를 거쳐서 상면에 마련한 제 1 전극(12, 13)과 동일하게 하면, 부유 용량이 없어져서 좋다.
적외선 검지부인 제 1 전극(12, 13) 및 제 2 전극(14, 15)은, 역 극성으로 직렬 또는 병렬로 접속되고, 제 1 전극(12, 13) 사이의 갭은 통상 제 1 전극(12, 13)과 동등 또는 0.8 mm 이상 간격을 두어, 누화의 영향이 없는 듀얼 소자 타입의 적외선 검출 소자를 구성하고 있다.
이 적외선 검출 소자는, 적외선 검지부를 단열시키면서 초전체(11)와 초전체 지지대(16)에 의해 배선 기판(17)을 접속하고 있다.
이상과 같이 구성된 적외선 검출 소자에 대하여, 이하에 그 동작을 설명한다.
인체 등의 검지 대상이 적외선 검지부에 대하여 가로지르는 방향(X 방향)으로 이동한 경우, 제 1 전극(12, 13)과 제 2 전극(14, 15)은 출력 극성이 반대이고, 검지 대상이 우선 제 1 전극(12, 13)이 만들어내는 검지 영역에 침입했을 때에 「+ 방향으로 출력」하고, 계속해서 제 2 전극(14, 15)이 만들어내는 검지 영역에 침입했을 때에「- 방향으로 출력」한다. 센서 출력은, 「+ 출력 피크」와 「- 출력 피크」의 폭으로서의 출력이 얻어진다.
한편, 적외선 검지부에 대하여 검지 대상이 평행하게 이동하는(Y 방향) 경우에는, 검지 대상은 제 1, 제 2 전극(12, 13, 14, 15)이 만들어내는 검지 영역에 동시에 침입하지만, 제 1 전극(12, 13)이 만들어내는 검지 영역과 제 2 전극(14, 15)이 만들어내는 검지 영역에서는 그 크기에 차이가 있기 때문에, 전반은 「+측으로 출력」한다. 또한, 연속적으로 각 검지 영역의 크기가 변화하여 후반에서는 「-측으로 출력」한다. 센서 출력은 「+ 출력 피크」와 「- 출력 피크」의 폭으로서의 출력을 얻을 수 있다.
또한, 45°방향으로 검지 대상이 이동한 경우, 검지 대상은 처음에 제 1 전극(12, 13)이 만들어내는 검지 영역에 침입하여 「+측으로 출력」한다. 다음에 제 1, 제 2 전극(12, 13, 14, 15)이 만들어내는 검지 영역에 침입하는데, 처음에 제 1 전극(12, 13)이 만들어내는 영역이 커서 「+측으로 출력」하지만 서서히 제 2 전극(14, 15)의 영역이 커져 「-측으로 출력」한다. 그 후, 제 2 전극(14, 15)이 만들어내는 검지 영역에만 침입하여 「-측으로 출력」한다. 센서 출력은 「+ 출력 피크」와 「- 출력 피크」의 폭으로서의 출력이 얻어진다.
이상과 같이, 검지 대상이 어느 방향으로부터 침입하더라도, 적외선 검지부를 가로지르는 면적이 동일하게 되지 않기 때문에, 「+ 출력」과 「- 출력」이 동시에 발생하더라도 취소하는 일 없이 출력할 수 있다. 이에 따라, 어느 방향으로부터의 검지 대상의 움직임에 대해서도 출력을 얻을 수 있는 것이다.
(실시예 2)
이하, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 적외선 검출 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도이다. 도 2에 나타내는 본 실시예는, 기본적으로는 도 1에 나타낸 실시예 1과 동일한 구성이기 때문에, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 본 실시예와 실시예 1의 서로 다른 점은, 적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변(斜邊)에 절결부(21)를 마련한 점이다.
도면에 있어서, (11)은 초전체이다. 이 초전체(11)의 상면에, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 한 쌍의 제 1 전극(12, 13)으로, 한쪽의 제 1 전극(12)의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 제 1 전극(13)의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치한 적외선의 흡수막으로서의 기능을 갖는 것이다. 이 제 1 전극(12, 13)의 초전체(11)를 거친 하면에 바람직하게는 제 1 전극(12, 13)과 대략 동일 형상인 제 2 전극(14, 15)(본 도면에서는 도시하지 않음)을 갖고, 제 1 전극(12, 13)과 제 2 전극(14, 15)에 의해 적외선 검지부를 구성하고 있다. 이 적외선 검지부인 적어도 제 1 전극(12, 13)의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변(22)에 절결부(21)를 구비하고 있다.
이상과 같이, 적어도 적외선 검지부의 제 1 전극(12, 13)에 절결부(21)를 마련하는 것에 의해, 적외선 검지부의 적외선의 흡수막으로서 기능하는 제 1 전극(12, 13)의 피치 사이에 인체 등의 검지 대상이 미동하더라도, 제 1 전극(12, 13)에 의해서 만들어지는 검지 출력을 검지 대상이 동시에 동일 면적을 이동하는 것이 없기 때문에, 동시에 각 제 1 전극(12, 13)에 출력하는 일이 없어지고, 이에 따라 검지 대상이 미동하더라도 출력을 얻을 수 있는 것이다.
또, 본 실시예에서 설명한 절결부(21)를 도 3에 도시하는 바와 같이 사다리꼴의 사변(22)과 수직하게 대략 장방형의 절결부(23)로 함으로써, 제 1 전극(12, 13)에 의해서 만들어지는 검지 출력을 검지 대상이 동시에 동일 면적을 이동하는 것이 없기 때문에, 절결부(23)에 의한 변화량의 차에 따른 취소분이 없이 출력을 확보할 수 있는 것이다.
또한, 본 실시예에서 설명한 절결부(21)를 도 4에 도시하는 바와 같이 사다리꼴의 사변(22)에 대략 원호형의 절결부(23)를 마련하더라도, 대략 장방형의 절결부(23)와 마찬가지의 효과를 나타내는 것이다.
(실시예 3)
이하, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 적외선 센서 유닛에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5a는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 적외선 센서 유닛의 평면도, 도 5b는 동 B-B 단면도이다.
도면에 있어서, (31)은 적어도 단결정(單結晶)의 산화마그네슘으로 이루어지는 기판이며, 기판(31)의 표층부의 하부에 오목형의 공동(32)을 구비하고 있다. 이 기판(31)의 공동(空洞)의 윗쪽에, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 Pt 등으로 이루어지는 대략 사다리꼴의 한 쌍의 제 2 전극(33, 34)을 구비하고 있다. 이 제 2 전극(33, 34)의 상면에, 전기적으로 접속한 LiTaO2, PbTiO3, PzT 단결정 등으로 이루어지는 초전 박막(35)을 구비하고 있다. 이 초전 박막(35)의 상면에, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 적외선의 흡수막으로서의 기능을 갖는 NiCr 등으로 이루어지는 제 1 전극(36, 37)을, 한쪽의 제 1 전극(36)의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 제 1 전극(37)의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 구비하고 있다. 이 제 1 전극(36, 37), 초전 박막(35) 및 제 2 전극(33, 34)으로 적외선 검지부를 구성하고 있으며, 외란 광, 센서 자체의 온도 변화에 대하여 취소 효과를 갖게 하기 위해서 바람직하게는 모두 동일한 형상으로 한 것이다.
이 적외선 검지부의 한쪽의 제 1 전극(36), 초전 박막(35) 및 제 2 전극(33)과, 서로 이웃하는 적외선 검지부의 다른쪽의 제 1 전극(37), 초전 박막(35) 및 제 2 전극(34)을 전기적으로 절연시킴과 동시에, 기판(31)의 공동(32) 윗쪽에 유지하도록, 폴리이미드 등으로 이루어지는 층간 절연막(38)을 구비하고 있다. 또한, 적어도 기판(31)과 반대측의 적외선 검지부를 덮도록, 폴리이미드 등으로 이루어지는 보호막(39)을 구비하고 있다. 여기서, 서로 이웃하는 적외선 검지부 사이는, 층간 절연막(38) 및 보호막(39)뿐이며, 열 전도는 대단히 작다. 또한, 적외선 검지부는 약 750㎛각(角) 내에 모여 있고, 그 두께는 약 3㎛로 소형으로 구성되어 있다. 이에 따라, 적외선 검지부 사이에 의해 열적으로 절연되어 있기 때문에, 특히 제 1 전극(36, 37) 사이의 열적인 스토로크를 일으키는 일 없이, 초전 박막(35)의 열 응답성을 향상시킴과 동시에, 소형·박형화할 수 있다. 또한, 기판(31)을 산화마그네슘을 주성분으로 한 단결정으로 함으로써, 초전 박막(35)을 자연 배광(配光)하기 위한 강제 배향 공정이 불필요하게 된다.
또, 본 실시예에서는 적외선 검지부의 제 1 전극(36, 37)의 형상을 대략 사다리꼴로 하였지만, 도 6a, 도 6b에 도시한 바와 같이, 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하더라도 마찬가지의 효과를 나타내는 것이다.
(실시예 4)
이하, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 적외선 센서 유닛에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 7a는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 적외선 센서 유닛의 평면도, 도 7b는 동 측면도이다.
도 7에 나타내는 본 발명의 실시예 4는, 기본적으로는 도 5에 나타낸 실시예 3과 동일한 구성이기 때문에, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
실시예 3과 상이한 점은, 기판(31)의 대향하는 한 쌍의 측면까지 삽입 관통한 공동(41)을 구비한 점이다.
(31)은 단결정의 산화마그네슘 등으로 이루어지는 기판으로서, 기판(31)의 표층부의 하부에, 대향하는 한 쌍의 측면까지 삽입 관통한 공동(41)을 구비하고 있다. 다른 구성은, 도 5에 나타낸 실시예 3과 동일한 구성이기 때문에, 설명은 생략한다.
이상과 같이, 대향하는 한 쌍의 측면까지 삽입 관통한 공동(41)을 구비함으로써, 적외선 센서 유닛의 전면적이 작을수록 다수개의 시트 기판으로부터 제작할 수 있기 때문에, 저비용화할 수 있다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
(실시예 5)
이하, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 적외선 센서 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예 5에 있어서의 적외선 센서 장치의 측면도이다.
도면에 있어서, (61)은 인출 전극(본 도면에서는 도시하지 않음)을 갖는 고정대이다. 이 고정대(61)의 상면에 인출 전극과 전기적으로 접속하도록, 실시예 1 또는 실시예 2에서 설명한 적외선 검출 소자(62)를 탑재한다. 이 적외선 검출 소자(62)는, 초전체(본 도면에서는 도시하지 않음)에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 되도록 배치하든가 또는 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지고, 또한, 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 한 쌍의 적외선 검지부(본 도면에서는 도시하지 않음)로 이루어지는 구성을 적어도 구비한 것이다. 적어도 이 적외선 검출 소자(62)를 둘러싸는 통 형상의 봉지체(64)를, 고정대(61)의 측면에 구비하고 있다. 이 봉지체(63)는, 철, 코발트 또는 실리콘 등으로 이루어지며, 외란 광이나 전자 노이즈를 차단하는 것이다. 또한, 봉지체(64)의 상면의 개방을 덮도록 적외선 입사창(65)을, 실리콘 또는 표면에 게르마늄 및 황화아연으로 제작된 필터가 마련된 실리콘에 의해 마련한 것이다. 이 적외선 입사창(65), 봉지체(64) 및 고정대(61)에 의해 둘러싸인 공간(66)은 적외선(67)을 적외선 검출 소자(62)에 도입하는 것이다.
이 공간(66)내에는, Xe, Kr 또는 프레온 각각 단체(單體) 또는 이들 혼합체를 주성분으로 하는 저열 전도 가스와 산소를 혼합하는 분위기로 하고, 저열 전도 가스는 대기압 이하에서 공간(66)내에 봉입하는 것이다. 저열 전도 가스의 프레온 가스로서 CHClF2, CHCl2CF3, CH3CClF, CH3CClF3, C3HCl3F3등으로 이루어지는 HCFC계를 주성분으로 하면, 프레온계 가스 중에서도 저 열전도율이 0.012 W/mk 이하이고, 프레온계 가스 중에서도 저 열전도 가스이기 때문에, 센서의 고감도화가 가능하다고 하는 효과를 나타내는 것이다. 마찬가지로 저 열전도 가스의 프레온 가스로서, CF3I를 주성분으로 하는 CF3I계로 하면, 프레온계 가스 중에서도 저 열전도율이 0.0069 W/mk이고, 프레온계 가스 중에서도 가장 저 열전도 가스이기 때문에, 더욱 센서의 고감도화가 가능하다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
또한, 공간(66)내에, 공간(66)내에서 방출되는 탈(脫) 가스를 흡착하기 위한 겔(gel) 상태의 SiO2등으로 이루어지는 흡착제(본 도면에서는 도시하지 않음)를 구비하고, 탈 가스를 억제함으로써, 안정된 센서 검지 동작을 실현할 수 있다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
또한, 적외선 입사창(65)의 상측으로 이간된 상점(像点) 거리 부근에, 상술한 적외선 검출 소자(62)와 동일한 광학 소자(본 도면에서는 도시하지 않음)를 갖는 복수개의 회절형 광학 소자(68)로 구성된 렌즈 어레이(69)를 구비하고 있다. 이 렌즈 어레이(69)의 회절형 광학 소자(68)는, 렌즈의 위상 변조량에 따른 요철(凹凸)을 갖고, 예를 들어 요철의 패턴은 외주(外周)로 가면서 주기가 작아지며, 회절 현상에 의해 한 점으로 집광하도록 되어 있다. 이 때, 요철의 홈의 깊이는 회절형 광학 소자(68) 전역에 있어서 균일하여, 이 요철의 홈의 깊이와 표면 형상은 입사 적외선의 파장에 의존하여 마련되어 있다. 그 피치는, 수백 내지 수 미크론이고, 깊이는 2∼4미크론으로 박형(薄型)이며, 드라이 에칭에 의해 용이하게 제작이 가능하다.
이 회절형 광학 소자(68)는, 도 9에 도시하는 바와 같이 요철 형상(70)을 구비하고, 단면이 m단의 계단상으로 되어 있고, 여기서는 m = 8로 하고 있다. 이 요철 형상(70)의 홈의 최대 깊이 t는 입사 적외선의 파장을 λ, 회절형 광학 소자(68)의 굴절율을 n으로 하면, (m-1)/m×λ/(n-1)이다. 또한, 계단수 m을 크게 하여 감에 따라서 집광 효율이 커지고, m이 16일 때, 집광 효율이 최대 99% 정도까지 향상된다. 이 때, 요철 형상(70)의 홈의 최적의 최대 깊이 t는 거의 λ/(n-1)로 된다. 이에 따라, 드라이 에칭에 의해 용이하게 제작 가능하다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
또, 본 실시예에 있어서, 렌즈 어레이의 재료로서, 굴절율이 3 이상으로 적어도 Si 또는 Ge를 포함하는 물질, 혹은 Ge 또는 In의 적어도 한쪽과 As 또는 P의 적어도 한쪽을 포함하는 물질을 이용함으로써, 홈 깊이가 얕게 되어 가공이 용이하게 된다. 이 굴절율 3 이상은, 홈 깊이가 파장/(굴절율-1)에 따르기 때문이다.
(실시예 6)
이하, 본 발명의 실시예 6에 있어서의 적외선 센서 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 적외선 센서 장치의 측면도이다. 도 10에 나타내는 본 실시예는, 기본적으로는 도 8에 나타낸 실시예 6과 동일한 구성이기 때문에, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 본 실시예와 실시예 6의 서로 다른 점은, 실시예 6에서 설명한 적외선 입사창을, 본 실시예에서는 직접 복수개의 회절형 광학 소자로 구성된 렌즈 어레이로 이루어지는 적외선 입사창 렌즈 어레이로 하는 점이다.
도면에 있어서, (64)는 적어도 이 적외선 검출 소자(62)를 둘러싸는 통 형상의 봉지체로, 고정대(61)의 측면에 구비되어 있다. 이 봉지체(64)의 상면의 개방을 덮도록, 적외선 입사창 렌즈 어레이(71)를 마련하고 있다. 이 적외선 입사창 렌즈 어레이(71)는, 복수개의 회절형 광학 소자(68)로 구성된 렌즈 어레이(69)를, 실리콘 또는 표면에 게르마늄 및 황화아연으로 제작된 필터가 마련된 실리콘에 구성한 것이다.
이상의 구성에 의해, 렌즈 어레이와 적외선 입사창을 일체화한 적외선 입사창 렌즈 어레이(71)를 구비하기 때문에, 저비용화가 가능하고, 더욱 소형화한 적외선 센서 장치를 제공할 수 있다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
또, 실시예 5 및 실시예 6에 있어서, 회절 광학 소자(68)의 요철 패턴 형상은 타원형으로 하고, 이 타원형의 중심 위치는 외부로 갈수록 이 타원형의 한쪽의 장축 방향으로 서서히 어긋나게 함으로써, 광학 수차(收差)를 보정하였다. 이에 따라, 평면상에 회절형 광학 소자를 제작하더라도 수차가 없어진다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
이상과 같이 본 발명은, 극성이 역 극성으로 되도록 접속한 대략 사다리꼴로 하고, 그 적외선 검지부의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 상기 적외선 검지부의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지든가, 또는 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지는 어느 하나의 적외선 검지부를 구비하는 것에 의해, 어느 방향으로부터의 검지 대상의 움직임에 대해서도 출력을 얻을 수 있다고 하는 효과를 나타내는 것이다.
도면의 참조 부호의 일람표
11 : 초전체 12, 13, 36, 37 : 제 1 전극
14, 15, 33, 34 : 제 2 전극 16 : 초전체 지지체
17 : 배선 기판 21, 23 : 절결부
22 : 사다리꼴의 사변 31 : 기판
32, 41 : 공동 38 : 층간 절연층
39 : 보호막 61 : 고정대
62 : 적외선 검출 소자 64 : 봉지체
65 : 적외선 입사창 66 : 공간
67 : 적외선 68 : 회절형 광학 소자
69 : 렌즈 어레이 70 : 요철 형상
Claims (30)
- 초전체와,이 초전체에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지고,한쪽의 상기 적외선 검지부의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 상기 적외선 검지부의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는적외선 검출 소자.
- 제 1 항에 있어서,적외선 검지부는, 상기 초전체의 한쪽 면에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 적외선을 흡수하는 기능을 갖는 제 1 전극과, 상기 초전체의 다른쪽 면에 마련된 전기적으로 접속된 한 쌍의 제 2 전극으로 이루어지는 적외선 검출 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변에 절결부를 포함한 적외선 검출 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변과 수직하게 대략 장방형의 절결부를 포함한 적외선 검출 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변에 대략 원호형의 절결부를 포함한 적외선 검출 소자.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,적외선 검지부는, 적어도 제 1 전극인 적외선 검출 소자.
- 제 2 항에 있어서,제 1 전극과 제 2 전극은 동일 형상으로 구성하여 이루어지는 적외선 검출 소자.
- 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 적외선 검지부와,이 적외선 검지부에 초전체 지지체를 거쳐 전기적으로 접속된 배선 기판으로 이루어지는적외선 센서 유닛.
- 제 8 항에 있어서,적외선 검지부는, 초전체의 한쪽 면에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 적외선을 흡수하는 제 1 전극과, 상기 초전체의 다른쪽 면에 마련된 전기적으로 접속된 한 쌍의 제 2 전극으로 이루어지는 적외선 센서 유닛.
- 표층부에 공동(空洞)을 갖는 기판과,이 기판의 상측에 마련된 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 배치하여 이루어지는 적외선 검지부와,서로 이웃하는 상기 적외선 검지부를 전기적으로 절연함과 동시에, 상기 기판의 공동의 상측에 유지하도록 마련된 층간 절연막과,적어도 상기 층간 절연막과 반대측의 상기 적외선 검지부를 덮도록 마련된 보호막으로 이루어지는적외선 센서 유닛.
- 표층부에 공동을 갖는 기판과,이 기판의 상측에 마련된 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지는 적외선 검지부와,서로 이웃하는 상기 적외선 검지부를 전기적으로 절연함과 동시에, 상기 기판의 공동의 상측에 유지하도록 마련된 층간 절연막과,적어도 상기 층간 절연막과 반대측의 상기 적외선 검지부를 덮도록 마련된 보호막으로 이루어지는적외선 센서 유닛.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,적외선 검지부는, 초전 박막과, 이 초전 박막의 상면에 마련된 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 대략 사다리꼴의 적외선을 흡수하는 기능을 갖는 제 1 전극과, 상기 초전 박막의 다른쪽 면에 마련된 전기적으로 접속된 한 쌍의 제 2 전극으로 이루어지는 적외선 센서 유닛.
- 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변에 절결부를 포함한 적외선 센서 유닛.
- 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변과 수직하게 대략 장방형의 절결부를 포함한 적외선 센서 유닛.
- 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,적외선 검지부의 대향하는 대략 사다리꼴의 사변에 대략 원호형의 절결부를 포함한 적외선 센서 유닛.
- 제 9 항 또는 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,적외선 검지부는, 적어도 제 1 전극인 적외선 센서 유닛.
- 제 9 항 또는 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,제 1 전극, 초전 박막 및 제 2 전극은, 동일 형상인 적외선 센서 유닛.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,공동은, 기판의 대향하는 한 쌍의 측면까지 삽입 관통하여 이루어지는 적외선 센서 유닛.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,기판은, 적어도 산화마그네슘을 주성분으로 하는 단결정으로 구성한 적외선 센서 유닛.
- 인출 전극을 갖는 고정대와,이 고정대에 탑재된 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 되도록 배치하든가 또는 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지며, 또한 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지는 적외선 검출 소자와,적어도 이 적외선 검출 소자를 둘러싸도록 마련된 통 형상의 봉지체와, 이 봉지체의 개방을 덮도록 마련된 적외선 입사창과,이 적외선 입사창의 상측으로 이간되어 마련되며, 상점 거리 부근에 상기 적외선 소자를 갖는 복수의 회절형 광학 소자로 구성된 렌즈 어레이로 이루어지는적외선 검출 장치.
- 인출 전극을 갖는 고정대와,이 고정대에 탑재된 초전체에 한쪽의 대략 사다리꼴의 상측 바닥부와 다른쪽의 대략 사다리꼴의 하측 바닥부를 동일한 방향으로 되도록 배치하든가 또는 한쪽의 대략 삼각형의 긴 변과 다른쪽의 대략 삼각형의 긴 변을 마주 보도록 배치하여 이루어지며, 또한 극성이 역 극성으로 되도록 전기적으로 접속한 한 쌍의 적외선 검지부로 이루어지는 적외선 검출 소자와,적어도 이 적외선 검출 소자를 둘러싸도록 마련된 통 형상의 봉지체와,이 봉지체의 개방을 덮도록 상점 거리 부근에 상기 적외선 소자를 갖는 복수의 회절형 광학 소자로 구성된 적외선 입사창 렌즈 어레이로 이루어지는적외선 검출 장치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,회절형 광학 소자는, 대략 타원형의 요철 형상을 포함하고, 이 타원형의 중심 위치는 외부로 갈수록, 상기 타원형의 한쪽의 장축 방향으로 서서히 어긋나 이루어지는 적외선 검출 장치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,회절형 광학 소자의 요철 형상은, 단면이 m단의 계단 형상으로, 상기 요철 형상의 홈의 최대 깊이는 입사 적외선의 파장을 λ, 상기 회절 광학 소자의 굴절율을 n으로 하면, (m-1)/m×λ/(n-1)인 적외선 검출 장치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,렌즈 어레이는 굴절율이 3 이상으로 적어도 Si 또는 Ge를 포함하는 물질, 또는 Ga 또는 In의 적어도 한쪽과, As 또는 P의 적어도 한쪽을 포함하는 물질로 이루어지는 적외선 검출 장치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,고정대, 봉지체 및 적외선 입사창에 의해 둘러싸이는 공간을, 저 열전도 가스와 산소를 혼합하는 분위기로 한 적외선 검출 장치.
- 제 25 항에 있어서,저 열전도 가스는, Xe, Kr 또는 프레온 각각 단체, 또는 이들 혼합체를 주성분으로 하는 가스로 한 적외선 검출 장치.
- 제 26 항에 있어서,프레온 가스로서, HCFC계를 주성분으로 하는 적외선 검출 장치.
- 제 26 항에 있어서,프레온 가스로서, CF3I계를 주성분으로 하는 적외선 검출 장치.
- 제 25 항에 있어서,저 열전도 가스는, 대기압 이하에서 공간내에 봉입하여 이루어지는 적외선 검출 장치.
- 제 25 항에 있어서,공간내에서 방출되는 탈 가스를 흡착하기 위한 흡착제를 포함한 적외선 검출 장치.
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