WO2019116998A1 - テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール - Google Patents

テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール Download PDF

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WO2019116998A1
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terahertz wave
light shielding
light
unit
camera according
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井辻　健明
紀之 海部
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キヤノン株式会社
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    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present invention relates to a terahertz wave camera that is an information acquisition device using terahertz waves, a detection module, and the like. More specifically, the present invention relates to a technique for suppressing the influence of an electromagnetic wave having a wavelength different from that of the terahertz wave on the information acquisition function.
  • the terahertz wave is a radio wave having a signal of an arbitrary frequency band typically in the range of 0.2 THz to 30 THz. In this frequency band, there are many characteristic absorptions derived from the structures and states of various substances including biomolecules and resins. Since terahertz waves have a longer wavelength than visible light and infrared light, they are less susceptible to scattering, and have high transparency to many substances. On the other hand, the wavelength of the terahertz wave is shorter than that of the millimeter wave which is also a radio wave. Therefore, in a radio wave camera of terahertz waves (also referred to as a terahertz wave camera), an image with higher resolution can be expected as compared to an image by millimeter waves. Taking advantage of these features, application to safe imaging technology replacing X-ray is expected. For example, application to body checking in public places and surveillance technology is being considered.
  • the radio camera includes a passive type that selects and detects a desired radio wave of electromagnetic waves (radio waves and light) generated by a subject due to heat radiation, and an active that emits a desired radio wave to the subject and detects a reflected radio wave
  • a passive type that selects and detects a desired radio wave of electromagnetic waves (radio waves and light) generated by a subject due to heat radiation
  • an active that emits a desired radio wave to the subject and detects a reflected radio wave
  • radio waves generated by the subject due to heat radiation are extremely weak, many passive radio cameras realize radio wave selection and low noise of the system using high frequency circuits such as mixers. Since high-frequency circuit technology driven in the terahertz wave band is under development, active terahertz wave cameras are often studied in order to secure a necessary SN ratio.
  • the terahertz wave signal is weak and fast. Therefore, there is disclosed a technique for avoiding an increase in noise and a deterioration in frequency characteristics due to a parasitic component of a circuit by integrating an element for detecting a signal and a peripheral circuit (also referred to as a readout circuit) that reads out the signal (Patent Document 1, FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 6, FIG. 7 etc.).
  • Peripheral circuits that are integrated in elements that detect terahertz waves and read out signals related to terahertz waves are often configured by silicon-based semiconductor circuits (for example, CMOS) that have strong spectral sensitivity to visible light and infrared light.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the terahertz wave camera since the signal related to the terahertz wave is weak, it is desirable for the terahertz wave camera to collect the terahertz wave in an element that detects the terahertz wave using a lens with the lowest possible F value.
  • unnecessary charges are generated due to the influence of the photoelectric effect inside the circuit by the visible light and the infrared light. This unnecessary charge may cause noise and reduce the SN ratio.
  • a terahertz wave camera is a terahertz wave camera that detects a terahertz wave from a measurement target and acquires information of the measurement target, and a plurality of terahertz waves have spectral sensitivity to the terahertz wave.
  • an optical unit for guiding the sensor unit to the sensor unit.
  • a detection module for use in a terahertz wave camera for detecting a terahertz wave from an object to be measured and acquiring information on the object to be measured, the sensor substrate and a first main component of the sensor substrate.
  • a plurality of detection elements provided on the surface and having spectral sensitivity to the terahertz wave, and reducing disturbance light other than the terahertz wave, and arranged in a hierarchy different from the detection element in a cross sectional view of the sensor substrate
  • a readout circuit substrate provided opposite to the second main surface of the sensor substrate, the readout circuit substrate having spectral sensitivity to the disturbance light, and And a readout circuit unit for reading out a signal from the detection element.
  • the present invention it is possible to adopt a configuration for reducing unwanted electromagnetic waves (disturbed light such as visible light and infrared light) reaching a circuit unit that reads out a signal of an element that detects a terahertz wave.
  • unwanted electromagnetic waves disurbed light such as visible light and infrared light
  • FIG. 1 shows a configuration of a terahertz wave camera according to a first embodiment.
  • 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of a detection module of Embodiment 1. Sectional drawing explaining the example of the structure which scatters the disturbance light of a 2nd light-shielding part. Sectional drawing explaining the example of another structure which scatters the disturbance light of a 2nd light-shielding part.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of the arrangement of the first light shielding portion and the second light shielding portion of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of the arrangement of the first light shielding portion and the second light shielding portion of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of the arrangement of the first light shielding portion and the second light shielding portion of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining the arrangement of a terahertz wave camera according to the third embodiment
  • FIG. 8 is a view for explaining the arrangement of a terahertz wave camera according to the fourth embodiment
  • FIG. 7 shows a plan view and a cross-sectional view of another arrangement example of the detection module of the first embodiment.
  • FIG. 21 is a plan view of an arrangement example of a detection module according to a sixth embodiment. Sectional drawing of the example of arrangement
  • FIG. FIG. 21 is a plan view of another arrangement example of the detection module of the sixth embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of another arrangement example of the detection module of the sixth embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the element of Embodiment 1; FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the element of Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the element of Embodiment 1;
  • FIG. 18 is a plan view of a configuration example of a detection module according to a sixth embodiment.
  • FIG. FIG. 21 is a plan view of an arrangement example of a detection module according to a sixth embodiment. Sectional drawing of the example of arrangement
  • a typical silicon-based general-purpose circuit used as a readout circuit unit of the terahertz wave sensor unit has spectral sensitivity to disturbance light such as visible light.
  • the peripheral circuit which is the read out circuit unit, as close as possible to the sensor unit.
  • the terahertz wave camera that acquires information of the measurement target includes a sensor unit having spectral sensitivity to the terahertz wave, a readout circuit unit, and a light shielding unit that attenuates unwanted disturbance light.
  • “dimming” and “shading” can mean reducing the amount or intensity of disturbance light directed to the readout circuit.
  • the readout circuitry is preferably located near the sensor.
  • whether it is “nearby” or not takes into consideration whether a parasitic component caused by wiring in the read out circuit unit disturbs a performance condition required for a device including the sensor unit and the read out circuit unit. It is decided. Whether or not the light is “disturbed light” is determined depending on whether or not the wavelength region falls within the wavelength region of the spectral sensitivity of the read out circuit unit, and there may be some deviation or the like.
  • the present invention is not limited to these, and various modification, change, etc. are possible in the range of the main point of the present invention that the composition which can solve the above-mentioned subject is realized.
  • the terahertz wave signal is weak, it is found that the influence of the noise due to the unnecessary charge is an issue that can not be ignored when constructing the terahertz wave camera.
  • peripheral circuits integrated in the vicinity of the terahertz wave detection element suppressing the influence of noise caused by unnecessary charges due to visible light and infrared light is different from the spectral sensitivity of the terahertz wave detection element and This is a problem unique to a terahertz wave camera using a peripheral circuit.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are schematic configuration diagrams of the terahertz wave camera of the present embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram for explaining the configuration of the terahertz wave camera 100
  • FIG. 1B is a plan view and a sectional view of a detection module including the configuration around the sensor unit 101 of the terahertz wave camera 100.
  • the terahertz wave camera 100 of FIG. 1A includes at least a first light shielding unit 103, a sensor unit 101, and a read out circuit unit 102. These components are contained in the camera housing 105.
  • the terahertz wave camera 100 detects the terahertz wave 108 from the subject 107 and forms an image. If necessary, the imaged terahertz wave image is displayed on the monitor 106.
  • the terahertz wave 108 from the subject 107 is a terahertz wave generated by the subject 107 by thermal radiation, or a terahertz wave emitted from external illumination and reflected by the subject 107.
  • the terahertz wave is a radio wave, and preferably has a signal of any frequency band in the range of 0.2 THz to 30 THz.
  • the first light shielding unit 103 shields the disturbance light 111 and guides the terahertz wave 108 to the sensor unit 101.
  • the first light shielding portion 103 can be divided into a light shielding portion having a light shielding function and an optical portion having an imaging function, but the first light shielding portion 103 has both the light shielding and the image forming functions.
  • the disturbance light 111 is visible light or infrared light generated from the disturbance light source 110, and is an electromagnetic wave other than the terahertz wave.
  • the disturbance light source 110 is a lighting fixture, natural light, a heat source or the like.
  • the first light shielding unit 103 has optical power to form an image of the terahertz wave 108 on the sensor unit 101, and is, for example, a convex lens.
  • the first light shielding unit 103 is configured of a member that transmits the terahertz wave 108.
  • the 1st light-shielding part 103 is comprised from one lens, you may be comprised from several sheets of lenses. Further, it is desirable that the first light shielding unit 103 be a member that absorbs and scatters the disturbance light 111 in order to shield the disturbance light 111.
  • terahertz such as high density polyethylene (HDPE), Teflon (registered trademark) (trade name: PolyTetraFluoroethylene, PTFE), high resistance silicon, etc. Materials whose transmittance to waves is higher than that to disturbance light can be applied.
  • the first light shielding unit 103 that transmits the terahertz wave 108 and absorbs the disturbance light 111. Furthermore, by including a structure that scatters the disturbance light 111 such as a porous structure in the member, it is possible to configure the first light shielding portion 103 that transmits the terahertz wave 108 and scatters the disturbance light 111.
  • the lens may condense not only the terahertz wave 108 but also the disturbance light 111.
  • the first light shielding unit 103 having the function of a lens shields the disturbance light 111 by the above-described configuration. Therefore, it is possible to suppress that the disturbance light 111 is condensed on the peripheral circuit, so it is possible to suppress the generation of unnecessary charge which is the influence of the photoelectric effect inside the circuit due to the disturbance light 111. As a result, there is an effect of noise reduction, and the SN ratio of the terahertz wave camera 100 can be improved.
  • the supporting portion for supporting the first light shielding portion 103 in the camera housing 105 is formed of a material that transmits at least the terahertz wave 108, or the central portion of the supporting portion is open.
  • the other parts of the camera housing 105 are preferably formed of a material that does not transmit either the disturbance light 111 or the terahertz wave 108, and are formed of a material that is opaque to at least the disturbance light 111. ing.
  • the sensor unit 101 includes a plurality of elements (pixels) 191 two-dimensionally arranged in a matrix, and the element 191 has spectral sensitivity to the terahertz wave 108.
  • the sensor unit 101 is formed on a sensor substrate 194.
  • the element 191 of the sensor unit 101 is, for example, an integrated detector and an antenna such as a Schottky barrier diode (SBD) made of a compound semiconductor or semiconductor. It has a structure.
  • SBD Schottky barrier diode
  • the detection element of the element 191 may be a self switching diode, a rectification type detection element such as a metal-insulator-metal (MIM) diode, a transistor such as a field effect transistor (FET) or a high electron mobility transistor (HEMT), or a quantum well. It may be the detection element used. In the terahertz wave camera, the element 191 corresponds to a pixel.
  • MIM metal-insulator-metal
  • FET field effect transistor
  • HEMT high electron mobility transistor
  • FIGS. 10B and 10C are diagrams for explaining a configuration example of the element 191.
  • FIG. 10A is a plan view of the element 191
  • FIGS. 10B and 10C are cross-sectional views of the element 191 of FIG. 10A.
  • FIG. 10C shows a device 191 as a modified example.
  • the element 191 can include a sensor substrate 194 in which a recess (recess) 1001 is formed, an antenna 1003, and a detection element 1004.
  • the sensor substrate 194 is formed with a recess 1001 for each element 191, and the recess 1001 has a circular shape in plan view.
  • the recess 1001 is formed by an inner wall that reflects an electromagnetic wave to be received.
  • the inner wall may be composed of the side wall, bottom, etc. of the recess 1001.
  • Each support 1005, 1005 ' has a cylindrical shape, and the height of the support 1005' is lower than the height of the support 1005.
  • a detection element 1004 is provided on the upper surface of the support portion 1005 '.
  • An antenna 1003 for receiving an electromagnetic wave is fixed to the support portions 1005 and 1005 '.
  • the antenna 1003 has an annular shape in plan view, and is formed of metal portions 1003 a and 1003 b.
  • the length of the metal portion 1003a is longer than the length of the metal portion 1003b.
  • One end of each of the metal parts 1003a and 1003b is connected to the detection element 1004, and an air gap of a predetermined width is formed between the other ends of each of the metal parts 1003a and 1003b.
  • the metal portions 1003 a and 1003 b connect the portion provided on the opening of the recess 1001 and the portion connected to the detection element 1004 disposed on the support 1005 ′ provided on the sensor substrate 194.
  • the support 1005 supports the antenna 1003 as well.
  • the inner wall that reflects the electromagnetic wave in the recess 1001 reflects the electromagnetic wave using the difference in refractive index between the sensor substrate 194 and the recess 1001.
  • a metal layer 1006 may be provided on the bottom of the recess 1001 as shown in FIG. 10B.
  • a metal layer 1006 may be provided on the back surface of the sensor substrate 194.
  • the distance W is 0.1 ⁇ or more with respect to the effective wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the radiation direction of the electromagnetic wave is changed by the distance D of the metal layer 1006 to the surface of the sensor substrate 194. Specifically, the distance D determines whether the radiation direction of the electromagnetic wave is concentrated above the antenna 1003 or inside the sensor substrate 194.
  • the metal layer 1006 is disposed at a position where the radiation pattern is concentrated above the sensor substrate 194.
  • the distance D is 0.25 ⁇ for the effective wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the radius of the antenna 1003 is 65 ⁇ m.
  • the distance W is 60 ⁇ m.
  • the distance D is 60 ⁇ m.
  • the support part 1005 of FIG. 10A and FIG. 10B has cylindrical shape, it does not restrict to this shape.
  • the support portion 1005 may have a prismatic shape or may have a trapezoidal shape.
  • the space surrounded by the recess 1001 may be filled with a material having a refractive index different from air, not limited to air.
  • the space of the recess 1001 may be filled with BCB (benzocyclobutene) which is a resin material.
  • the metal layer 1006 formed on the sensor substrate 194 can also function as a light shielding portion for visible light and infrared light which are disturbance light.
  • the sensor substrate 194 has a light shielding portion that reflects disturbance light in a hierarchy different from that of the detection element 1004.
  • a light shielding portion of a dielectric multilayer film structure that reflects disturbance light may be provided, and the layer where the light shielding portion is disposed is formed in part or all. With these configurations, it is possible to shield disturbance light reaching the readout circuit unit described later.
  • the sensor unit 101 may be configured by arranging a plurality of pixels each having a detection element for detecting an electromagnetic wave from a subject and a switch for reading out a signal from the pixels.
  • the sensor unit 101 includes a generation unit that generates a signal of a predetermined cycle
  • the pixel includes a transmission line that supplies a signal of a predetermined cycle to the pixel, and a scanning line that reads a signal from the pixel through a switch. It is connected to the.
  • the pixel includes a frequency conversion element that frequency-converts a detection signal of the detection element using a signal of a predetermined cycle.
  • the readout circuit unit 102 is a circuit that reads out a signal related to the terahertz wave 108 from the element 191.
  • the readout circuit unit 102 includes an amplifier circuit, a filter circuit, a switch circuit, a power supply circuit, and the like, and for example, general-purpose semiconductor circuit technology such as CMOS circuit technology can be applied. Since semiconductors used in these circuits have strong spectral sensitivity in the wavelength region of visible light and infrared light, the disturbance light 111 causes noise due to unnecessary charges in the circuit. Therefore, in order to remove the cause of the noise, the first light shielding portion 103, the second light shielding portion 104 described later, and the like are provided. As shown in FIG.
  • the read out circuit unit 102 is formed on the read out circuit board 195.
  • the readout circuit unit 102 is integrally formed with the sensor unit 101.
  • the readout circuit board 195 and the sensor board 194 are combined and integrated. In order to integrate the readout circuit board 195 and the sensor board 194, they may be provided on the front and back sides of a common board.
  • FIG. 1B is a plan view of the sensor unit and the readout circuit unit, and a cross-sectional view taken along the broken line 1B-1B ′, and is a diagram for explaining an arrangement example of the sensor unit 101 and the readout circuit unit 102.
  • the sensor unit 101 and the read out circuit unit 102 are stacked and connected to each other through a through electrode 193 provided in a sensor substrate 194.
  • the sensor unit 101 is provided on the first main surface of the sensor substrate 194, and the read out circuit board 195 is provided on the second main surface of the sensor substrate 194 so as to face each other.
  • the sensor substrate 194 having the sensor unit 101 and the readout circuit substrate 195 having the readout circuit unit 102 are disposed by being bonded along the optical axis 109 of the terahertz wave camera 100.
  • the readout circuit board 195 is disposed to face the first light shield 103 with the sensor board 194 interposed therebetween.
  • the read out circuit unit 102 is shielded by the sensor unit 101, so the circuit exposed portion of the read out circuit unit 102 is reduced. Therefore, the area in which the disturbance light 111 reaches the read out circuit portion 102 is reduced, so that the influence of noise due to the unnecessary charge of the circuit is reduced and the noise characteristic is improved. As a result, the SN ratio of the terahertz wave camera 100 is improved.
  • FIG. 7 shows a plan view of a detection module including a modified sensor unit and a readout circuit unit, and a cross-sectional view along the broken line 7-7 '.
  • the sensor unit 101 and the read out circuit unit 102 may be integrally disposed on the same surface of the module substrate 896 on the first light shielding unit 103 side.
  • the read out circuit unit 102 is disposed in two different areas near the area of the sensor unit 101.
  • the read out circuit unit 102 can be disposed so as to sandwich the sensor unit 101.
  • the readout circuit units 102 in the two regions are electrically connected by a wiring or the like formed on the upper surface or the internal region of the module substrate 896.
  • the sensor unit 101 has spectral sensitivity to the terahertz wave 108
  • the readout circuit unit 102 has spectral sensitivity to disturbance light (visible light and infrared light) 111 and is disposed integrally with the sensor unit 101.
  • the first light shielding unit 103 shields the disturbance light 111 to the sensor unit 101 and the readout circuit unit 102. Then, the first light shielding unit 103 forms an image of the terahertz wave 108 on the sensor unit 101. Since the first light shielding unit 103 shields visible light or infrared light reaching the readout circuit unit 102, noise due to unnecessary charge of the readout circuit unit 102 is suppressed.
  • the first light shielding unit 103 aims to shield the disturbance light 111, but the disturbance light 111 may intrude into the terahertz wave camera 100 from a portion other than the first light shielding unit 103. Therefore, as illustrated in FIG. 1A, the terahertz wave camera 100 may be provided with a second light shielding unit 104 that transmits the terahertz wave 108.
  • the second light shielding unit 104 is disposed along the optical axis 109 of the terahertz wave camera 100 as in the case of the first light shielding unit 103. In FIG.
  • the second light shielding unit 104 is disposed between the first light shielding unit 103 and the sensor unit 101 along the optical axis 109 of the terahertz wave camera 100. According to this arrangement, since the second light shielding unit 104 is inserted between the first light shielding unit 103 and the sensor unit 101, it is not necessary to change the size of the optical system of the terahertz wave camera 100.
  • the arrangement of the second light shielding unit 104 is not limited to this.
  • the second light shielding unit 104 may be arranged at a position facing the sensor unit 101 via the first light shielding unit 103. In this case, since the second light shielding unit 104 is disposed at the end of the terahertz wave camera 100 (left end in FIG. 1A), the second light shielding unit 104 can be easily replaced without disassembling the terahertz wave camera 100. Can.
  • the second light shielding unit 104 is disposed in the camera housing 105 so as to be inclined with respect to the optical axis 109. That is, an axis perpendicular to the surface of the second light shield 104 is not parallel to the optical axis 109.
  • the second light shielding portion 104 With arranging the second light shielding portion 104 with respect to the optical axis 109, for example, disturbance light 111 reflected on the surface of the sensor portion 101 or the readout circuit portion 102 is reflected on the surface of the second light shielding portion 104, It is possible to prevent the light from re-entering the readout circuit unit 102 along the same optical path. According to this arrangement, it is possible to suppress the disturbance light 111 reincident on the read out circuit unit 102, and therefore, it is possible to further suppress noise due to unnecessary charges in the read out circuit unit 102.
  • the second light shielding unit 104 shields the disturbance light 111 by absorbing and scattering the disturbance light 111 in the same manner as the first light shielding unit 103.
  • the second light shielding unit 104 in FIG. 1A has a structure that scatters the disturbance light 111 and shows an example of outputting the scattered light 112.
  • FIG. 2 is a view showing an example of a structure for scattering the disturbance light 111 in the second light shielding portion 104, and shows a cross-sectional view of a part of the second light shielding portion 104.
  • the second light shield 104 includes a member 213 in which a plurality of holes 214 are formed.
  • the scattering structure of the second light shielding portion 104 is a hole portion 214 provided in the member 213.
  • the material of the member 213 is a material having transparency to the terahertz wave 108.
  • the disturbance light 111 is absorbed by the member 213 and scattered at the interface between the holes of the hole portion 214 and the member 213 to become the scattered light 112.
  • the size of the hole portion 214 needs to be approximately the same as or larger than the wavelength of the disturbance light 111. Further, the structure of the hole portion 214 needs to be transparent to the terahertz wave 108. Therefore, the size of the hole portion 214 needs to be about the same as or smaller than the wavelength of the terahertz wave 108. Alternatively, the distance between adjacent air holes 214 needs to be equal to or smaller than the wavelength of the terahertz wave 108. Specifically, the size of the hole portion 214 is desirably 1/10 ⁇ 1 or less with respect to the wavelength ⁇ 1 of the terahertz wave 108.
  • the distance between adjacent air holes 214 is desirably 1/10 ⁇ 1 or less with respect to the wavelength ⁇ 1 of the terahertz wave 108.
  • the size of the hole 214 is preferably ⁇ 2 or more with respect to the wavelength ⁇ 2 of the disturbance light 111.
  • foamed polystyrene, expanded ethylene or the like in which the size of the hole portion 214 is controlled can be used.
  • FIG. 3 shows an example of another structure for scattering the disturbance light 111 in the second light shielding portion 104, and shows a cross-sectional view of a part of the second light shielding portion 104.
  • the second light shielding unit 104 includes a member 313 having an uneven portion 315 formed on the surface.
  • the scattering structure of the second light shielding portion 104 is a concavo-convex portion 315 provided on the surface of the member 313.
  • the member 313 is a material having transparency to the terahertz wave 108.
  • the disturbance light 111 is absorbed by the member 313 and scattered at the interface between the uneven portion 315 and the atmosphere (for example, air) surrounding the second light shielding portion 104.
  • the size (the depth, the width, and the like of the unevenness) of the uneven portion 315 needs to be approximately the same as or larger than the wavelength of the disturbance light 111. Further, in order to suppress the scattering of the terahertz wave 108 by the concavo-convex part 315, the size of the concavo-convex part 315 needs to be about the same as or smaller than the wavelength of the terahertz wave 108. Specifically, the size of the uneven portion 315 is desirably 1/10 ⁇ 1 or less with respect to the wavelength ⁇ 1 of the terahertz wave 108.
  • the size of the uneven portion 315 is desirably ⁇ 2 or more with respect to the wavelength ⁇ 2 of the disturbance light 111.
  • a second light shielding portion 104 for example, a polyethylene or quartz substrate whose surface is sanded can be used.
  • the configuration in which the disturbance light 111 is blocked is provided to the configuration in which the sensor unit 101 and the readout circuit unit 102 having different spectral sensitivities are integrated.
  • the sensor unit 101 having spectral sensitivity to the terahertz wave 108, and spectral sensitivity to the disturbance light (visible light and infrared light) 111, and the readout circuit unit disposed integrally with the sensor unit 101
  • the disturbance light 111 is shielded by the first light shielding unit 103 and the second light shielding unit 104 with respect to 102.
  • the first light shielding unit 103 forms an image of the terahertz wave 108 on the sensor unit 101.
  • the first light shielding unit 103 and the second light shielding unit 104 block visible light and infrared light reaching the read out circuit unit 102 in two steps, so noise due to unnecessary charges in the read out circuit unit 102 is further suppressed. Therefore, the noise of the terahertz wave camera 100 is reduced, and the SN ratio of the terahertz wave camera 100 is further improved.
  • the second light shielding unit 104 has a structure that scatters the disturbance light 111
  • the disturbance light 111 is diffused by the scattering. Therefore, the light amount of the disturbance light 111 reaching the read out circuit unit 102 decreases, so the noise of the terahertz wave camera 100 is further reduced, and the SN ratio of the terahertz wave camera 100 is improved.
  • the structure for scattering disturbance light may be provided in the first light shielding portion. That is, the structure for scattering disturbance light can be provided in at least one of the first light shielding portion and the second light shielding portion.
  • the terahertz wave camera of the present embodiment is an active terahertz wave camera that emits terahertz waves to a subject.
  • the frequency of the terahertz wave 108 in FIG. 1A is 0.43 THz to 0.5 THz.
  • the terahertz wave 108 is a reflected wave that is emitted from the terahertz wave source (not shown) to the subject 107 and reflected by the subject 107.
  • the terahertz wave source is a surface light source in which a plurality of terahertz wave sources are arranged in a matrix. More specifically, the terahertz wave source is an element in which a resonant tunneling diode (RTD) and a patch antenna which is a resonator are integrated, and the output of the terahertz wave source is less than 0.1 mW.
  • RTD resonant tunneling diode
  • the terahertz wave source is a surface light source in which 25 elements of the terahertz wave source are arranged.
  • the number of terahertz wave sources is not limited to this. Further, the configuration of the terahertz wave source is not limited to this, and a known terahertz wave source can be used.
  • the disturbance light source 110 is indoor light or natural light.
  • the first light shielding portion 103 is also an aspheric biconvex lens, and the material is high density polyethylene (HDPE).
  • the first light shielding unit 103 shields disturbance light 111 that is visible light, and transmits the terahertz wave 108.
  • the focal length of the first light shielding unit 103 is 100 mm, and the working distance is 400 mm.
  • the magnification of the first light shielding unit 103 is 0.33, and an image of the subject 107 is formed on the sensor unit 101.
  • the second light shielding portion 104 is a polystyrene board having a thickness of 5 mm, and the size of the hole portion 214 is approximately 100 ⁇ m. And, the distance between adjacent air holes 214 is approximately 20 ⁇ m. As shown in FIG. 1A, the second light shielding unit 104 is installed obliquely to the optical axis 109 of the camera 100. The second light shielding unit 104 further shields the disturbance light 111 leaked from the first light shielding unit 103.
  • An element 191 of the sensor unit 101 is a Schottky barrier diode (SBD) in which an antenna is integrated.
  • the antenna is a loop antenna, and the resonant frequency of the antenna is adjusted to the frequency of the terahertz wave generated from the RTD.
  • An element 191 is a photoelectric conversion element that converts a signal of the terahertz wave 108 into an electric signal.
  • the sensor unit 101 includes, for example, 4096 elements 191 arranged in a matrix, and the size of the sensor unit 101 is approximately 32 mm ⁇ 32 mm. With such a configuration, the sensor unit 101 has spectral sensitivity to the terahertz wave.
  • the readout circuit unit 102 is a line readout circuit, and includes a switch circuit and shift register circuit for selecting the line position, a bias circuit for determining the operating point of the element 191 of the sensor unit 101, and converting the output of the element 191 into a charge signal. It has a circuit etc. Since these circuits are formed on a silicon-based semiconductor substrate, they have strong spectral sensitivity to visible light and infrared light.
  • the sensor substrate 194 and the readout circuit substrate 195 are attached to each other and arranged along the optical axis 109 of the terahertz wave camera 100. Since the sensor substrate 194 and the readout circuit substrate 195 are bonded to each other, part of the disturbance light 111 is blocked by the sensor unit 101, and the intensity of the disturbance light 111 incident on the readout circuit unit 102 decreases.
  • the output terminal of the read out circuit unit 102 is connected to an amplification circuit, a filter circuit, a CDS (Correlated Double Sampling) circuit, etc. (not shown), and signals related to the terahertz wave 108 are adjusted and processed. These circuits may be included in the read out circuit unit 102.
  • the terahertz wave camera 100 sequentially selects the rows of the sensor units 101 with the shift register circuit, and acquires the signal of the elements 191 included in the row, thereby acquiring the intensity distribution of the signal related to the terahertz wave 108.
  • the terahertz wave camera 100 constructs an intensity distribution image (also referred to as a terahertz wave image) of the terahertz wave 108 by arranging the signal of the intensity distribution with reference to the selected position of the row of the sensor unit 101.
  • the terahertz wave camera 100 may perform image processing such as averaging of the terahertz wave image, removal of unnecessary fixed patterns, and image adjustment such as ⁇ correction. In the present embodiment, image processing of averaging and fixed pattern removal is performed.
  • the terahertz wave camera 100 shifts digital data relating to the intensity signal of the terahertz wave 108 by 4 bits in order to handle a signal below the decimal point in image processing.
  • the intensity signal of the terahertz wave is multiplied by 16.
  • the terahertz wave image is presented to the user by being displayed on the monitor 106.
  • the noise of the terahertz wave camera 100 in the environment without the object 107 was measured by using a cyclic filter with 512 frames as 40 FPS (Frame Per Second) as a frame rate and as averaging processing of a terahertz wave image. Since there is no subject 107, there is no terahertz wave 108 from the subject 107, and the signal detected by the terahertz wave camera 100 is mainly disturbance light 111.
  • the noise of the terahertz wave camera 100 without the second light shielding unit 104 is 8.9 LSB (Least Significant Bit).
  • the noise of the terahertz wave camera 100 in the state where the second light shielding unit 104 is disposed is 8.1 LSB, and that the noise derived from the disturbance light 111 can be reduced by about 10%.
  • the disturbance light 111 is reflected by the subject 107 and the amount of light incident on the terahertz wave camera 100 increases, so this noise reduction effect becomes more remarkable.
  • Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the present embodiment is a modification of the arrangement of the first light shielding portion 103 and the second light shielding portion 104.
  • the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described, and the description of the parts common to the above description will be omitted or simplified.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams for explaining the configuration of the first light shielding portion 103 and the second light shielding portion 104 of the present embodiment, and show cross-sectional views of the first light shielding portion 103 and the second light shielding portion 104.
  • one main surface of the first light shielding portion 103 is curved in a convex shape.
  • the other main surface of the first light shielding portion 103 is formed flat and attached to the second light shielding portion 104. That is, the first light shielding portion 103 and the second light shielding portion 104 are integrally formed.
  • the second light shielding unit 104 be configured to have a scattering structure so as not to inhibit the imaging characteristics of the first light shielding unit 103 with respect to the terahertz wave 108.
  • the hole portion 214 described in the first embodiment is applied as a scattering structure, the average refractive index of the second light shielding portion 104 with respect to the terahertz wave 108 approaches the atmosphere. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the imaging characteristics of the first light shielding portion 103 caused by the second light shielding portion 104.
  • FIG. 4B shows a modified example of the first light shielding portion 103.
  • An uneven portion 415 is formed on the other main surface of the first light shielding portion 103. That is, the uneven portion 415 functioning as the second light blocking portion 104 is integrally formed on a part of the first light blocking portion 103.
  • the terahertz wave 108 can not easily detect the structure of the concavo-convex portion 415.
  • the concavo-convex part 415 which is the second light shielding part 104 is regarded as a uniform surface with respect to the terahertz wave 108, deterioration of the imaging characteristic of the first light shielding part 103 due to the second light shielding part 104 can be suppressed. .
  • the second light shielding unit 104 is integrally formed with the first light shielding unit 103, the holding mechanism of the second light shielding unit 104 can be reduced. Therefore, the terahertz wave camera 100 can be miniaturized. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the present embodiment is a modification of the camera housing 105.
  • the configuration different from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the common parts will be omitted or simplified.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the terahertz wave camera 500 of the present embodiment.
  • the camera housing 105 includes a third light shielding unit 520. More specifically, the camera housing 105 has a third light shielding portion 520 that shields the disturbance light 111 on the inner wall of the camera housing 105.
  • the third light shielding portion 520 is formed with a flocked paper acting as an absorbing structure or a sand surface structure which is an uneven portion acting as a scattering structure.
  • the disturbance light 111 reflected by the inner wall of the camera housing 105 can be absorbed and scattered, so that the reflection of the unnecessary disturbance light 111 inside the camera housing 105 can be suppressed. Therefore, the light amount of the disturbance light 111 reaching the readout circuit unit 102 decreases, so the noise of the terahertz wave camera 500 is further reduced, and the SN ratio of the terahertz wave camera 500 is improved.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the terahertz wave camera 600 according to the present embodiment.
  • a different point from the configuration of the terahertz wave camera 100, 500 of the embodiment described above is the arrangement of the second light shielding unit 104.
  • the second light shielding portion 104 is disposed in close contact with at least the first light shielding portion 103 (or the supporting portion of the first light shielding portion) and the circuit exposed portion of the readout circuit portion 102.
  • the second light shielding unit 104 is filled between the first light shielding unit 103 and the read out circuit unit 102. That is, the second light shielding unit 104 is filled in the space surrounded by the first light shielding unit 103, the camera housing 105, and the read out circuit unit 102.
  • the second light shielding unit 104 preferably has a scattering structure so as not to inhibit the imaging characteristics of the first light shielding unit 103 with respect to the terahertz wave 108.
  • the hole portion 214 described in the first embodiment is applied as a scattering structure, the average refractive index of the second light shielding portion 104 with respect to the terahertz wave 108 approaches the refractive index of the atmosphere. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the imaging characteristics of the first light shielding portion 103 caused by the second light shielding portion 104.
  • the space sandwiched between the first light shielding unit 103 and the read out circuit unit 102 is filled with the second light shielding unit 104, so the light shielding region for the disturbance light 111 becomes large. Therefore, the light amount of the disturbance light 111 reaching the readout circuit unit 102 decreases, so the noise of the terahertz wave camera 600 is further reduced, and the SN ratio of the terahertz wave camera 600 is improved.
  • Embodiment 5 Fifth Embodiment A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the present embodiment is a modified example of the second light shielding portion 104.
  • the configuration different from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the common part will be simplified or omitted.
  • the terahertz wave 108 is attenuated by water vapor contained in the atmosphere, and the signal intensity is reduced. Therefore, in the present embodiment, at least a part of the periphery or the surface of the second light shielding unit 104 is sealed with a member transparent to the terahertz wave 108, and the internal hole portion 214 sealed by the transparent member is Replace with a dry gas.
  • the transparent member is, for example, a low loss film (polyolefin film or polyethylene film) for the terahertz wave 108.
  • a transparent member is formed in close contact with at least a portion where the propagation path of the terahertz wave 108 leading to the sensor unit 101 and the boundary of the outermost part of the second light shielding unit 104 is formed, and the drying gas is It is sealed.
  • the boundary of the portion that does not intersect with the propagation path of the terahertz wave 108 can be replaced by an opaque member.
  • the transparent member may be provided at least at the boundary between the first light shielding unit 103 and the second light shielding unit 104 and at the boundary between the sensor unit 101 and the second light shielding unit 104.
  • a transparent member may be provided at the boundary between the air layer inside the camera housing 105 and the second light shielding portion 104.
  • the propagation path of the terahertz wave 108 in the terahertz wave camera 600 is filled with the drying gas, and the attenuation of the terahertz wave 108 by the atmosphere can be suppressed. Therefore, the light amount of the disturbance light 111 reaching the readout circuit unit 102 decreases, and the attenuation of the terahertz wave 108 is suppressed, so that the SN ratio of the terahertz wave cameras 100 and 600 is improved.
  • Embodiment 6 Sixth Embodiment A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the present embodiment is a modified example of the second light shielding portion 104.
  • the configuration different from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the common parts will be omitted or simplified.
  • the present embodiment can be grasped as a detection module used for a terahertz wave camera that detects a terahertz wave from a measurement target and acquires information of the measurement target.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of part of the detection module in the present embodiment.
  • the detection module 1300 has elements arranged in a matrix as described in FIGS. 10A to 10C. These elements include at least a detection element 1004 which has spectral sensitivity to the terahertz wave and detects the terahertz wave, and an antenna 1003 for receiving the terahertz wave. These elements are configured on the sensor substrate 194. That is, the read out circuit unit 102 is formed on the read out circuit substrate 195, and the sensor substrate 194 is provided on the read out circuit unit 102 via the first light shielding unit 1301.
  • the sensor substrate 194 and the read out circuit board 195 are oppositely bonded with the read out circuit portion 102 interposed therebetween.
  • a first light shielding portion 1301 that reflects disturbance light is formed on the lower surface of the sensor substrate 194, similarly to the element configuration of FIGS. 10A to 10C.
  • the first light shield 1301 is disposed in a hierarchy different from that of the detection element 1004.
  • the first light shielding portion 1301 is made of, for example, a metal layer, and concentrates the terahertz wave on the sensor substrate 194.
  • the metal layer reflects disturbance light that is incident from the outside, and inhibits disturbance light from reaching the readout circuit unit 102 below the sensor substrate 194.
  • the metal layer functions as a light shield.
  • the first light shielding portion 1301 is not limited to the metal layer, and may be formed of a dielectric multilayer film.
  • FIGS. 8A and 8B show a plan view of a detection module as a modification of the present embodiment and a cross-sectional view along dashed line 8A-8A '.
  • the difference from the arrangement of the second light shield 104 in the above embodiment is that the second light shield 104 is arranged at least on the circuit exposed portion of the read out circuit 102 and arranged on the front of the sensor unit 101 that detects the terahertz wave 108. It is a point that is not done.
  • the sensor substrate 194 having the sensor unit 101 and the readout circuit substrate 195 having the readout circuit unit 102 are attached to each other.
  • the outer shape of the sensor substrate 194 is smaller than the outer shape of the read out circuit substrate 195, and the read out circuit substrate 195 around the sensor substrate 194 is exposed.
  • the second light shielding unit 104 is disposed along the outer periphery of the sensor unit 101 so as to cover the circuit exposed portion of the read out circuit unit 102.
  • the second light shielding portion 104 is disposed in close contact with the side wall portion 196 of the sensor portion 101 so as to cover the circuit exposed portion of the read out circuit portion 102.
  • the circuit exposed portion is a portion of the read out circuit unit 102 which is not covered by the sensor substrate 194. Further, in the cross-sectional view, the second light shielding portion 104 is thicker (higher) than the sensor substrate 194. For this reason, disturbance light from an oblique direction to the sensor substrate 194 can be blocked.
  • FIG. 11A and 11B show a plan view of another modified detection module and a cross-sectional view along dashed line 11A-11A '.
  • a reflecting unit 197 that reflects disturbance light is formed on the upper surface of the second light shielding unit 104.
  • the reflective portion 197 can be configured using a metal layer or a dielectric multilayer film layer that reflects disturbance light.
  • the metal layer can also function as a heat sink that dissipates the heat generated by the read out circuit unit 102. With such a configuration, disturbance light reaching the circuit exposed portion of the read out circuit unit 102 can be reduced.
  • 12A, 12B and 12C show a plan view of a detection module as yet another modification, and a cross-sectional view along dashed line 12A-12A '.
  • the disturbance light reaching the central portion of the read out circuit unit 102 is shielded by the sensor unit 101 and the sensor substrate 194 to a certain degree. Therefore, the sensor unit 101 and the sensor substrate 194 can also serve as the second light shielding unit.
  • the outer shape of the read out circuit board 195 is substantially the same as the outer shape of the sensor substrate 194.
  • the entire sensor circuit 194 can reliably cover the entire read out circuit portion 102 disposed on the read out circuit board 195. In other words, the circuit exposed portion of the read out circuit unit 102 can be reliably eliminated. Therefore, the disturbance light reaching the readout circuit unit 102 is reduced by the sensor unit 101 or the sensor substrate 194.
  • the entire top surface of the read out circuit unit 102 is covered by the sensor substrate 194, and the read out circuit unit 102 is not exposed. For this reason, it is desirable that the read out circuit unit 102 and the external circuit be connected by the through electrode 1201 penetrating the read out circuit board 195.
  • FIG. 12C is a modification of the detection module shown in FIGS. 12A and 12B, and shows a cross-sectional view of the detection module.
  • the outer shape of the read out circuit board 195 is smaller than the outer shape of the sensor substrate 194. That is, the readout circuit board 195 does not protrude from the sensor board 194 in plan view. Further, compared with the detection module of FIG. 12B, the read out circuit board 195 is thinner. When the thickness of the read out circuit board 195 is thin relative to the sensor substrate 194, if the peripheral portion of the sensor substrate 194 protrudes in the horizontal direction, the read out circuit board 195 may be damaged by an external force applied to the peripheral portion. In order to prevent damage, a substrate support portion 1202 is provided on the peripheral portion of the sensor substrate 194, and the peripheral portion of the sensor substrate 194 is supported by the substrate support portion 1202.
  • the read out circuit unit 102 since the read out circuit unit 102 is covered by the sensor substrate 194, disturbance light to the read out circuit unit 102 is reduced by the sensor unit 101 or the sensor substrate 194.
  • the second light shield portion 104 can be omitted, the device can be easily miniaturized while suppressing the influence of disturbance light.
  • the outer shape of the read out circuit board 195 the same as or smaller than the outer shape of the sensor substrate 194, disturbance light reaching the read out circuit portion 102 of the read out circuit board 195 can be surely reduced. Therefore, in the read out circuit unit 102, the influence of the noise caused by the unnecessary charge due to the disturbance light is suppressed, so that the SN ratio of the terahertz wave camera 100 is improved.
  • FIGS. 9A and 9B show a plan view of a variation of the detection module shown in FIGS. 8A and 8B and a cross-sectional view of a broken line 9A-9A '.
  • the sensor unit 101 and the read out circuit unit 102 are integrally formed on a common module substrate 896.
  • the second light shielding unit 104 is disposed along the outer periphery of the sensor unit 101 so as to cover the read out circuit unit 102. At this time, the circuit exposed portion is the read out circuit unit 102.
  • the second light shielding unit 104 is disposed on the entire outer periphery of the sensor unit 101, but may be disposed at a part. For example, the second light shielding unit 104 may be selectively disposed only in the portion where the read out circuit unit 102 is exposed to the outside.
  • the second light shielding unit 104 is integrally disposed in the circuit exposure portion of the read out circuit unit 102, the holding mechanism of the second light shielding unit 104 can be reduced. Therefore, the terahertz wave camera 100 can be miniaturized.
  • disturbance light reaching the readout circuit unit can be reduced by the sensor substrate having the first light shielding unit, or the sensor substrate and the second light shielding unit. Therefore, in the read out circuit unit, the influence of the noise caused by the unnecessary charge due to the disturbance light is suppressed, so that the SN ratio of the detection module is improved.
  • the outer shape of the read out circuit board the same as or smaller than the outer shape of the sensor substrate, the exposed portion of the read out circuit portion can be eliminated. It can be lighted.
  • the present detection module is configured to be less susceptible to disturbance light, the light shielding case can be simplified. Furthermore, since the configuration is resistant to the influence of disturbance light, the degree of freedom in installation of the detection module in the apparatus is increased, and the handling of the detection module becomes easy.

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Abstract

測定対象１０７の情報を取得するテラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波１０８に分光感度を有する複数の素子１９１を配置したセンサ部１０１と、素子１９１からの信号を読み出す読み出し回路部１０２と、第１遮光部１０３と、光学部１０３を有する。第１遮光部１０３は、読み出し回路部１０２が分光感度を有する外乱光１１１を減光する。光学部１０３は、測定対象１０７からのテラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に導く。

Description

テラヘルツ波カメラおよび検出モジュール
　本発明は、テラヘルツ波を用いた情報取得装置であるテラヘルツ波カメラ、検出モジュールなどに関する。より詳細には、本発明は、テラヘルツ波とは異なる波長の電磁波の情報取得機能への影響を抑制する技術に関する。
　テラヘルツ波は、典型的には０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有する電波である。この周波数帯域には、生体分子や樹脂を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。テラヘルツ波は、可視光や赤外光と比較して波長が長いため、散乱の影響を受け難く、また、多くの物質に対し強い透過性を有している。他方、同じく電波であるミリ波と比較すると、テラヘルツ波の波長が短い。そのため、テラヘルツ波の電波カメラ（テラヘルツ波カメラとも呼ぶ）において、ミリ波による画像と比較して、分解能が高い画像が期待できる。これらの特徴を活かし、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術への応用が期待されている。例えば、公共の場所でのボディチェック、および監視技術への応用が検討されている。
　電波カメラには、熱放射によって被写体が発生する電磁波（電波と光）のうち、所望の電波を選択して検出するパッシブ型と、被写体に所望の電波を照射し、反射した電波を検出するアクティブ型と、がある。熱放射によって被写体が発生する電波は非常に微弱なため、多くのパッシブ型電波カメラは、ミキサ等の高周波回路を利用して電波の選択とシステムの低雑音化とを実現している。テラヘルツ波帯で駆動する高周波回路技術は開発途上であることから、必要なＳＮ比を確保するために、アクティブ型のテラヘルツ波カメラが検討される場合が多い。
　いずれの方式のテラヘルツ波カメラにおいても、テラヘルツ波の信号は微弱で高速である。そのため、信号を検出する素子と信号を読み出す周辺回路（読み出し回路とも呼ぶ）との集積化によって、回路の寄生成分による雑音の増加及び周波数特性の劣化を回避する技術が開示されている（特許文献１、図１Ａ、図１Ｂ、図６、図７等を参照）。
特開２０１４－１７５８１９号公報
　テラヘルツ波を検出する素子に集積された、テラヘルツ波に関する信号を読み出す周辺回路は、可視光と赤外光に対し強い分光感度を有するシリコンベースの半導体回路（例えばＣＭＯＳ）で構成することが多い。ここで、テラヘルツ波に関する信号は微弱であるため、テラヘルツ波カメラは、できるだけ低Ｆ値のレンズを用いて、テラヘルツ波を検出する素子にテラヘルツ波を集めることが望ましい。このとき、可視光、赤外光が周辺回路に照射されると、可視光、赤外光による回路内部の光電効果の影響によって不要な電荷が発生する。この不要な電荷がノイズの原因となりＳＮ比が低下し得る。
　上記課題に鑑み、本発明の一側面によるテラヘルツ波カメラは、測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラであって、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子を配置したセンサ部と、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、前記読み出し回路部が分光感度を有する外乱光を減光する第１遮光部と、前記測定対象からのテラヘルツ波を前記センサ部に導く光学部と、を有する。
　本発明の他の側面によれば、測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールであって、センサ基板と、前記センサ基板の第１の主面に設けられるとともに、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子と、前記テラヘルツ波以外の外乱光を減光するとともに、前記センサ基板の断面視において、前記検出素子とは異なる階層に配置された第１遮光部と、前記センサ基板の第２の主面に対向して設けられた読み出し回路基板と、前記読み出し回路基板に設けられるとともに、前記外乱光に対し分光感度を有し、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、を有するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールが提供される。
　本発明の一側面によれば、テラヘルツ波を検出する素子の信号を読み出す回路部に到達する好ましくない電磁波（可視光、赤外光等の外乱光）を減光する構成を採ることができる。
実施形態１のテラヘルツ波カメラの構成を示す図。 実施形態１の検出モジュールの平面図および断面図。 第２遮光部の外乱光を散乱する構造の例を説明する断面図。 第２遮光部の外乱光を散乱する別の構造の例を説明する断面図。 実施形態２の第１遮光部と第２遮光部の配置の例を説明する断面図。 実施形態２の第１遮光部と第２遮光部の配置の例を説明する断面図。 実施形態３のテラヘルツ波カメラの構成を説明する図。 実施形態４のテラヘルツ波カメラの構成を説明する図。 実施形態１の検出モジュールの別の配置例の平面図と断面図を示す図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの別の配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの別の配置例の断面図。 実施形態１の素子の平面図。 実施形態１の素子の断面図。 実施形態１の素子の断面図。 実施形態６の検出モジュールの構成例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの構成例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の平面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの配置例の断面図。 実施形態６の検出モジュールの一部の断面図。
　テラヘルツ波センサ部の読み出し回路部として用いられる典型的なシリコンベースの汎用的な回路は、可視光などの外乱光に分光感度がある。また、ミリ波やテラヘルツ波等の高周波回路では、特に配線を引き回すことによる寄生成分の影響が無視できない。このため、可能な限り読み出し回路部である周辺回路をセンサ部に近づけて配置することが望ましい。こうした観点から、測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラは、テラヘルツ波に分光感度を有するセンサ部と、読み出し回路部と、好ましくない外乱光を減光する遮光部と、を有する。本明細書において、「減光」及び「遮光」は、読み出し回路部に向かう外乱光の量ないし強度を低減することを意味し得る。読み出し回路部は好ましくはセンサ部の近傍に配置される。ここで、「近傍」か否かは、読み出し回路部において配線を引き回すことによる寄生成分が、センサ部と読み出し回路部とを含む装置に要求される性能条件を阻害するか否かを考慮して決められる。「外乱光」か否かは、その波長領域が読み出し回路部の分光感度の波長領域に入るか否かで決められ、多少のずれ等はあり得る。以下、実施形態、実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されず、上記課題を解決できる構成を実現するという本発明の主旨の範囲で種々の変形、変更などが可能である。
　本願発明者らの検討によると、テラヘルツ波の信号は微弱であるため、この不要電荷によるノイズの影響は、テラヘルツ波カメラを構築する上で無視できない課題であることが見出された。この様に、テラヘルツ波の検出素子近傍に集積された周辺回路について、可視光や赤外光による不要電荷に起因するノイズの影響を抑制することは、分光感度が異なる、テラヘルツ波の検出素子と周辺回路とを用いるテラヘルツ波カメラに特有の課題である。
　（実施形態１）
　本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態のテラヘルツ波カメラの概略構成図である。図１Ａは、テラヘルツ波カメラ１００の構成を説明する図であり、図１Ｂは、テラヘルツ波カメラ１００のセンサ部１０１周辺の構成を含む検出モジュールの平面図および断面図である。
　図１Ａのテラヘルツ波カメラ１００は、第１遮光部１０３、センサ部１０１、読み出し回路部１０２を少なくとも有する。これらの構成要素は、カメラ筐体１０５に収められている。テラヘルツ波カメラ１００は、被写体１０７からのテラヘルツ波１０８を検出し、画像化する。必要に応じて、画像化されたテラヘルツ波像はモニタ１０６で表示される。被写体１０７からのテラヘルツ波１０８は、熱放射によって被写体１０７が発生するテラヘルツ波、または、外部の照明より照射され被写体１０７によって反射されたテラヘルツ波である。テラヘルツ波は電波であり、好ましくは０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域の信号を有している。
　第１遮光部１０３は、外乱光１１１を遮光し、且つ、テラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に導く。原理的には、第１遮光部１０３は、遮光する機能を有する遮光部と結像機能を有する光学部とに分けることができるが、第１遮光部１０３が遮光と結像の機能を兼ねることで、テラヘルツ波カメラ１００を構成する部品点数を減らすことができる。外乱光１１１は、外乱光源１１０から発生する可視光または赤外光であり、テラヘルツ波以外の電磁波である。外乱光源１１０は、照明器具、自然光、熱源等である。第１遮光部１０３は、テラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像するために光学的パワーを有し、例えば、凸レンズである。第１遮光部１０３は、テラヘルツ波１０８を透過する部材で構成されている。
　図１Ａでは、第１遮光部１０３は、レンズ１枚から構成されているが、複数枚のレンズから構成されてもよい。また、第１遮光部１０３は、外乱光１１１を遮光するために、外乱光１１１を吸収、散乱する部材であることが望ましい。例えば、外乱光１１１を遮光し、テラヘルツ波１０８を透過する部材の材料として、高密度ポリエチレン（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｐｏｌｙｔｈｙｌｅｎｅ、ＨＤＰＥ）、テフロン（登録商標）（商品名　ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）、高抵抗シリコン等のテラヘルツ波に対する透過率が外乱光に対する透過率よりも高い材料が適用できる。これらの材料を使用することで、テラヘルツ波１０８を透過し、外乱光１１１を吸収する第１遮光部１０３を構成できる。また、部材において、多孔構造のような、外乱光１１１を散乱させる構造を含有させることで、テラヘルツ波１０８を透過し、外乱光１１１を散乱する第１遮光部１０３を構成できる。
　レンズは、テラヘルツ波１０８だけではなく、外乱光１１１を集光し得る。しかし、本実施形態のように、レンズの機能を有する第１遮光部１０３は、上述した構成により外乱光１１１を遮光する。そのため、周辺回路に外乱光１１１が集光することを抑制できるため、外乱光１１１による回路内部の光電効果の影響である不要な電荷の発生を抑制できる。その結果、ノイズ低減の効果があり、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比を改善できる。
　カメラ筐体１０５において第１遮光部１０３を支持する支持部は、少なくともテラヘルツ波１０８を透過する材料で形成され、または、支持部の中央部は開口している。また、カメラ筐体１０５のその他の部分は、外乱光１１１、テラヘルツ波１０８のいずれも透過しない材料で形成されていることが好ましく、少なくとも外乱光１１１に対しては不透過である材料で形成されている。
　センサ部１０１はマトリクス状に二次元配列された複数の素子（画素）１９１を備え、素子１９１はテラヘルツ波１０８に分光感度を有する。センサ部１０１は、センサ基板１９４に形成されている。テラヘルツ波１０８に分光感度を持たせるために、センサ部１０１の素子１９１は、例えば、化合物半導体や半導体で作製されたショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｄｉｏｄｅ、ＳＢＤ）等の検出素子とアンテナを集積した構造を有する。また、素子１９１の検出素子は、セルフスイッチングダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）ダイオードなどの整流型検出素子、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ、量子井戸を用いた検出素子でもよい。テラヘルツ波カメラにおいて、素子１９１は画素に対応する。
　センサ部１０１の素子１９１としては、次の様なものも使用することができる。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは素子１９１の構成例を説明する図である。図１０Ａは素子１９１の平面図であり、図１０Ｂ、図１０Ｃは、図１０Ａの素子１９１の断面図である。また、図１０Ｃは、変形例としての素子１９１を示している。
　図１０Ａにおいて、素子１９１は、くぼみ（凹部）１００１が形成されたセンサ基板１９４と、アンテナ１００３と、検出素子１００４とを備え得る。センサ基板１９４には素子１９１毎のくぼみ１００１が形成され、くぼみ１００１は平面視において円形をなしている。くぼみ１００１は、受信する電磁波を反射する内壁部によって形成されている。内壁部は、くぼみ１００１の側壁、底部などから構成され得る。くぼみ１００１の底部には支持部１００５、１００５’が突出して設けられている。それぞれの支持部１００５、１００５’は円柱状をなし、支持部１００５’の高さは支持部１００５の高さよりも低い。支持部１００５’の上面には検出素子１００４が設けられている。支持部１００５、１００５’には電磁波を受信するアンテナ１００３が固定されている。アンテナ１００３は平面視において円環状をなし、金属部１００３ａ、１００３ｂから構成されている。金属部１００３ａの長さは、金属部１００３ｂの長さよりも長い。金属部１００３ａ、１００３ｂのそれぞれの一端は検出素子１００４に接続され、金属部１００３ａ、１００３ｂのそれぞれの他端の間には所定幅の空隙が形成されている。ここでは、金属部１００３ａ、１００３ｂは、くぼみ１００１の開口部上に設けられている部分と、センサ基板１９４に設けられた支持部１００５’に配置された検出素子１００４と接続している部分とを有する。
　図１０Ａ、図１０Ｂのように、支持部１００５はアンテナ１００３も支持する。くぼみ１００１の電磁波を反射する内壁は、センサ基板１９４とくぼみ１００１の境界の屈折率差を利用して電磁波を反射する。電磁波を反射する構造として、図１０Ｂのように、くぼみ１００１の底面に金属層１００６を設けてもよい。また、図１０Ｃのように、センサ基板１９４の裏面に金属層１００６を設けてもよい。アンテナ１００３とくぼみ１００１の側壁との距離Ｗが変化すると、素子１９１の電磁波の放射パターンが変化する。そのため、距離Ｗは放射パターンが乱されない程度に十分に長いことが好ましい。好ましくは、距離Ｗは、電磁波の実効的な波長λに対し０.１λ以上である。また、センサ基板１９４表面に対する金属層１００６の距離Ｄによって、電磁波の放射方向が変化する。具体的には、距離Ｄにより、電磁波の放射方向は、アンテナ１００３の上方に集中するか、センサ基板１９４内部に集中するかが決まる。本実施形態において、放射パターンがセンサ基板１９４上方に集中する位置に、金属層１００６が配置される。好ましくは、距離Ｄは、電磁波の実効的な波長λに対し０.２５λである。
　例えば、０．５ＴＨｚの電磁波を使用する場合、アンテナ１００３の半径は６５μｍである。このとき、アンテナ１００３とくぼみ１００１は空気で満たされているとすると、距離Ｗは６０μｍである。素子１９１が図１０Ｂで示された断面構造を有し、センサ基板１９４がシリコンで構成される場合、距離Ｄは６０μｍである。
　尚、図１０Ａ、図１０Ｂの支持部１００５は、円柱状を有しているが、この形状に限るものではない。例えば、支持部１００５は角柱状を有してもよく、台形状を有していてもよい。また、くぼみ１００１に囲まれる空間は、空気に限らず、空気とは異なる屈折率を有する材料で充填されていてもよい。例えば、樹脂材料であるＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）でくぼみ１００１の空間が充填されてもよい。
　センサ基板１９４に形成された金属層１００６は、外乱光である可視光および赤外光に対する遮光部としての機能を兼ねることができる。言い換えると、センサ基板１９４は、検出素子１００４とは異なる階層に外乱光を反射する遮光部を有しているといえる。なお、金属層１００６以外に、外乱光を反射する誘電体多層膜構造の遮光部を設けてもよく、遮光部が配置する階層について、一部或いは全部に形成されている。これらの構成によって、後述する読み出し回路部に到達する外乱光を遮光することができる。
　図１Ａに戻って、センサ部１０１は、被写体からの電磁波を検出する検出素子を備えた画素と、画素からの信号を読み出すためのスイッチとがそれぞれ複数配列されて構成されてもよい。ここで、センサ部１０１は、所定周期の信号を発生する発生部を備え、画素は、所定周期の信号を当該画素に供給する伝送線と、スイッチを介して画素からの信号を読み出す走査線とに接続されている。また、画素は、所定周期の信号を用いて検出素子の検出信号を周波数変換する周波数変換素子を備える。
　読み出し回路部１０２は、素子１９１より、テラヘルツ波１０８に関する信号を読み出す回路である。読み出し回路部１０２は、増幅回路、フィルタ回路、スイッチ回路、電源回路等を含み、例えばＣＭＯＳ回路技術等の汎用半導体回路技術を適用できる。これらの回路に使用される半導体は、可視光や赤外光の波長領域に、強い分光感度を有するため、外乱光１１１は、回路の不要電荷によるノイズの要因となる。したがって、このノイズの要因を除くために、第１遮光部１０３、後述の第２遮光部１０４などが設けられる。図１Ｂに示すように、読み出し回路部１０２は、読み出し回路基板１９５に形成される。読み出し回路部１０２はセンサ部１０１と一体に形成される。本実施例では、読み出し回路基板１９５とセンサ基板１９４が結合されて一体となっている。読み出し回路基板１９５とセンサ基板１９４を一体とする為には、共通の基板に対してそれぞれ表面と裏面に設けられてもよい。
　図１Ｂはセンサ部および読み出し回路部の平面図、および破線１Ｂ－１Ｂ’に沿った断面図を表しており、センサ部１０１と読み出し回路部１０２の配置例を説明するための図である。図１Ｂに示すように、センサ部１０１と読み出し回路部１０２は積層され、センサ基板１９４内に設けられた貫通電極１９３を介して互いに接続されている。センサ基板１９４の第１の主面にはセンサ部１０１が設けられ、センサ基板１９４の第２の主面には読み出し回路基板１９５が対向して設けられている。より詳細には、センサ部１０１を有するセンサ基板１９４と、読み出し回路部１０２を有する読み出し回路基板１９５は、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って貼り合わせられて配置されている。読み出し回路基板１９５は、センサ基板１９４を挟んで、第１遮光部１０３と対向して配置される。
　このような配置によれば、読み出し回路部１０２の少なくとも一部は、センサ部１０１によって遮蔽されるので、読み出し回路部１０２の回路露出部分が減少する。そのため、外乱光１１１が読み出し回路部１０２に到達する領域が減少するため、回路の不要電荷によるノイズの影響が軽減され、ノイズ特性が改善する。その結果、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善する。
　センサ部１０１と読み出し回路部１０２の配置は、上記の如く貼り合わせた形に限らない。図７は、変形例としてのセンサ部および読み出し回路部を含む検出モジュールの平面図、および破線７－７’に沿った断面図を示している。図７に示すように、モジュール基板８９６の第１遮光部１０３側の同一面に、センサ部１０１と読み出し回路部１０２が一体に配置されていてもよい。ここでは、センサ部１０１の領域の近傍の互いに異なる２つの領域に読み出し回路部１０２が配置されている。例えば、平面視において、読み出し回路部１０２はセンサ部１０１を挟むように配置され得る。２つの領域の読み出し回路部１０２は、モジュール基板８９６の上面または内部の領域に形成された配線などで電気的に接続されている。
　センサ部１０１はテラヘルツ波１０８に分光感度を有し、読み出し回路部１０２は外乱光（可視光と赤外光）１１１に分光感度を有し、センサ部１０１と一体に配置される。第１遮光部１０３は、センサ部１０１および読み出し回路部１０２への外乱光１１１を遮光する。そして、第１遮光部１０３はテラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像する。第１遮光部１０３が、読み出し回路部１０２に到達する可視光または赤外光を遮光するため、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズが抑制される。
　本実施形態では、第１遮光部１０３は外乱光１１１の遮光を目的とするが、第１遮光部１０３以外の部分から外乱光１１１がテラヘルツ波カメラ１００内部に侵襲する場合があり得る。そこで、図１Ａのように、テラヘルツ波カメラ１００には、テラヘルツ波１０８を透過する第２遮光部１０４が設けられてもよい。第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と同様に、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って配置される。図１Ａでは、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３とセンサ部１０１との間に配置される。この配置によれば、第１遮光部１０３とセンサ部１０１との間に第２遮光部１０４が挿入されるため、テラヘルツ波カメラ１００の光学系の大きさを変更する必要はない。ただし、第２遮光部１０４の配置はこれに限定されず、例えば、第２遮光部１０４が、第１遮光部１０３を介してセンサ部１０１と対向する位置に配置されてもよい。この場合、第２遮光部１０４は、テラヘルツ波カメラ１００の端部（図１Ａの左端部）に配置されるため、テラヘルツ波カメラ１００を分解することなく、第２遮光部１０４を容易に付け替えることができる。
　図１Ａでは、第２遮光部１０４は、光軸１０９に対して傾斜するように、カメラ筐体１０５に配置されている。すなわち、第２遮光部１０４の表面に対して鉛直な軸は光軸１０９に対して平行ではない。第２遮光部１０４を光軸１０９に対し傾斜して配置することで、例えば、センサ部１０１または読み出し回路部１０２の表面で反射した外乱光１１１が、第２遮光部１０４の表面で反射し、同じ光路をたどって読み出し回路部１０２に再入射することを防止できる。この配置によれば、読み出し回路部１０２に再入射する外乱光１１１を抑制できるので、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズをより抑制することができる。
　第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と同様に外乱光１１１を吸収、散乱等することで、外乱光１１１を遮光する。図１Ａの第２遮光部１０４は、外乱光１１１を散乱する構造を有し、散乱光１１２を出力する例を示している。
　図２は、第２遮光部１０４における外乱光１１１を散乱する構造の例を示した図であって、第２遮光部１０４の一部の断面図を表している。第２遮光部１０４は複数の空孔部２１４が形成された部材２１３を備える。第２遮光部１０４の散乱構造は、部材２１３に設けられた空孔部２１４である。部材２１３の材料は、テラヘルツ波１０８に対し透過性を有する材料である。外乱光１１１は、部材２１３で吸収されると共に、空孔部２１４の空孔と部材２１３との界面で散乱し、散乱光１１２となる。この散乱現象は、幾何光学的な散乱とミー散乱に由来する。このため、空孔部２１４の大きさは、外乱光１１１の波長に対し同程度か、大きい必要がある。また、空孔部２１４の構造は、テラヘルツ波１０８に対し透過性を有する必要がある。そのため、空孔部２１４の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。或いは、隣接する空孔部２１４間の距離は、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。具体的には、空孔部２１４の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。或いは、隣接する空孔部２１４間の距離は、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。そして、空孔部２１４の大きさは、外乱光１１１の波長λ２に対し、λ２以上であることが望ましい。このような第２遮光部１０４として、空孔部２１４の大きさが制御された発砲スチロールまたは発泡エチレン等を用いることができる。
　図３は、第２遮光部１０４における外乱光１１１を散乱する別の構造の例を示し、第２遮光部１０４の一部の断面図を表している。第２遮光部１０４は表面に凹凸部３１５が形成された部材３１３を備える。第２遮光部１０４の散乱構造は、部材３１３の表面に設けられた凹凸部３１５である。部材３１３はテラヘルツ波１０８に対し透過性を有する材料である。外乱光１１１は、部材３１３で吸収されると共に、凹凸部３１５と第２遮光部１０４を取巻く雰囲気（例えば空気）との界面で散乱する。この散乱現象は、幾何光学的な散乱とミー散乱に由来する。このため、凹凸部３１５の大きさ（凹凸の深さ、幅など）は、外乱光１１１の波長に対し同程度か、大きい必要がある。また、凹凸部３１５によるテラヘルツ波１０８の散乱を抑制するため、凹凸部３１５の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長に対し、同程度か、小さい必要がある。具体的には、凹凸部３１５の大きさは、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であることが望ましい。そして、凹凸部３１５の大きさは、外乱光１１１の波長λ２に対し、λ２以上であることが望ましい。このような第２遮光部１０４として、例えば、表面を砂面加工したポリエチレンまたは石英基板などを用いることができる。
　以上のように、本実施形態においては、異なる分光感度を有するセンサ部１０１と読み出し回路部１０２とを一体化した構成に対し、外乱光１１１を遮光する構成が設けられている。これらの構成によれば、テラヘルツ波１０８に分光感度を有するセンサ部１０１と、外乱光（可視光と赤外光）１１１に分光感度を有し、センサ部１０１と一体に配置される読み出し回路部１０２と、に対し、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４で外乱光１１１を遮光する。そして、第１遮光部１０３はテラヘルツ波１０８をセンサ部１０１に結像する。第１遮光部１０３と第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２に到達する可視光、赤外光を２段階で遮光するため、読み出し回路部１０２の不要電荷によるノイズがさらに抑制される。そのため、テラヘルツ波カメラ１００のノイズが低減され、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比がさらに改善される。
　特に、図２、図３のように、第２遮光部１０４が、外乱光１１１を散乱する構造を有する場合、散乱によって外乱光１１１が拡散する。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ１００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善される。なお、外乱光を散乱する構造は、第１遮光部に設けてもよい。つまり、外乱光を散乱する構造は、第１遮光部と第２遮光部とのうちの少なくとも一方に設けることができる。
　（実施例１）
　実施形態１のテラヘルツ波カメラの各部材の材質および数値等の具体的な実施例について図面を参照して説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本実施例のテラヘルツ波カメラは、テラヘルツ波を被写体に照射するアクティブ型のテラヘルツ波カメラである。
　図１Ａのテラヘルツ波１０８の周波数は、０．４３ＴＨｚから０．５ＴＨｚである。テラヘルツ波１０８は、不図示のテラヘルツ波源から被写体１０７に照射され、被写体１０７で反射された反射波である。テラヘルツ波源は、複数のテラヘルツ波源をマトリクス状に並べた面光源である。より詳細には、テラヘルツ波源は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）と共振器であるパッチアンテナとを集積した素子であり、テラヘルツ波源の出力は、０．１ｍＷ弱である。本実施例では、テラヘルツ波源は、テラヘルツ波源を２５素子配置した面光源である。テラヘルツ波源の配置数はこれに限らない。また、テラヘルツ波源の構成もこれに限らず、公知のテラヘルツ波源が使用可能である。外乱光源１１０は、屋内照明または自然光である。
　第１遮光部１０３は非球面両凸レンズでもあり、材料は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である。第１遮光部１０３は、可視光である外乱光１１１を遮光し、テラヘルツ波１０８を透過する。第１遮光部１０３の焦点距離は１００ｍｍ、作動距離は４００ｍｍである。また、第１遮光部１０３の倍率は０．３３で、被写体１０７の像をセンサ部１０１に結像する。
　第２遮光部１０４は厚さ５ｍｍのポリスチレンボードであり、空孔部２１４の大きさはおよそ１００μｍである。そして、隣接する空孔部２１４間の距離は、およそ２０μｍである。図１Ａのように、第２遮光部１０４は、カメラ１００の光軸１０９に対し、斜めに設置している。第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３から漏れた外乱光１１１をさらに遮光する。
　センサ部１０１の素子１９１は、アンテナを集積したショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。アンテナはループアンテナであり、アンテナの共振周波数は、上記ＲＴＤから発生するテラヘルツ波の周波数に調整されている。素子１９１はテラヘルツ波１０８の信号を電気信号に変換する光電変換素子である。センサ部１０１は、マトリクス状に配置された例えば４０９６個の素子１９１を含み、センサ部１０１の大きさはおよそ３２ｍｍ×３２ｍｍである。このような構成により、センサ部１０１はテラヘルツ波に分光感度を有する。
　読み出し回路部１０２は、ライン読み出し回路であり、ラインの位置を選択するスイッチ回路およびシフトレジスタ回路、センサ部１０１の素子１９１の動作点を決定するバイアス回路、素子１９１の出力を電荷信号に変換する回路等を備える。これらの回路は、シリコンベースの半導体基板に形成されるため、可視光と赤外光に強い分光感度を有する。
　図１Ｂのように、センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とは貼り合わせられ、テラヘルツ波カメラ１００の光軸１０９に沿って配置される。センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とが貼り合わせられて構成されるため、外乱光１１１の一部はセンサ部１０１で遮光され、読み出し回路部１０２に入射する外乱光１１１の強度は低下する。
　読み出し回路部１０２の出力端子は、不図示の増幅回路、フィルタ回路、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ、相関２重サンプリング）回路等に接続され、テラヘルツ波１０８に関する信号が調整および処理される。これらの回路は、読み出し回路部１０２に含まれていてもよい。テラヘルツ波カメラ１００は、シフトレジスタ回路でセンサ部１０１の行を順次選択し、行に含まれる素子１９１の信号を取得することで、テラヘルツ波１０８に関する信号の強度分布を取得する。そして、センサ部１０１の行の選択位置を参照して、強度分布の信号を配置することで、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波１０８の強度分布像（テラヘルツ波像とも呼ぶ）を構築する。テラヘルツ波像の構築の際、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波像の平均化、不要な固定パターンの除去、γ補正等の画像調整といった画像処理を施してもよい。本実施例では、平均化と固定パターン除去の画像処理が施されている。特に、本実施例では、画像処理の際に小数点以下の信号を取り扱う目的で、テラヘルツ波カメラ１００は、テラヘルツ波１０８の強度信号に関するデジタルデータを４ビットシフトしている。言い換えると、テラヘルツ波の強度信号を１６倍している。本実施例では、テラヘルツ波像はモニタ１０６に表示されることで使用者に提示される。
　フレームレートとして４０ＦＰＳ（Ｆｒａｍｅ　Ｐｅｒ　Ｓｅｃｏｎｄ）、テラヘルツ波像の平均化処理として、５１２フレームでの巡回型フィルタを利用し、被写体１０７がない環境下でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズを測定した。被写体１０７がないため、被写体１０７からのテラヘルツ波１０８もなく、テラヘルツ波カメラ１００が検出する信号は、主として外乱光１１１である。第２遮光部１０４がない状態でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズは８．９ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ　Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　Ｂｉｔ）である。これと比較して第２遮光部１０４を配置した状態でのテラヘルツ波カメラ１００のノイズは８．１ＬＳＢであり、外乱光１１１由来のノイズを約１割低減できることが確認できた。被写体１０７がある環境下では、外乱光１１１は、被写体１０７によって反射され、テラヘルツ波カメラ１００に入射する光量が増加するため、このノイズ低減効果はより顕著になる。
　（実施形態２）
　本発明の実施形態２について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の配置に関する変形例である。第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、これまでの説明と共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。
　図４Ａ、図４Ｂは、本実施形態の第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の構成を説明する図であって、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４の断面図を表している。図４Ａにおいて、第１遮光部１０３の一方の主表面は凸状に湾曲している。第１遮光部１０３の他方の主表面は平坦に形成され、第２遮光部１０４に貼り付けられている。すなわち、第１遮光部１０３と第２遮光部１０４とは一体に形成されている。このとき、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３のテラヘルツ波１０８に対する結像特性を阻害しないようにするため、散乱する構造で構成されることが望ましい。例えば、散乱する構造として、実施形態１で説明した空孔部２１４を適用すると、第２遮光部１０４のテラヘルツ波１０８に対する平均的な屈折率は大気に近づく。そのため、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
　また、図４Ｂは第１遮光部１０３の変形例を表している。第１遮光部１０３の他方の主表面には凹凸部４１５が形成されている。すなわち、第１遮光部１０３の一部に、第２遮光部１０４として機能する凹凸部４１５が一体に形成されている。実施形態１で説明したように、凹凸部４１５の大きさが、テラヘルツ波１０８の波長λ１に対し、１／１０λ１以下であると、テラヘルツ波１０８は凹凸部４１５の構造を検知しづらくなる。そのため、第２遮光部１０４である凹凸部４１５は、テラヘルツ波１０８に対して均一な面としてみなされるので、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
　本実施形態の構成によれば、第２遮光部１０４は第１遮光部１０３に一体に形成されるため、第２遮光部１０４の保持機構を削減できる。したがって、テラヘルツ波カメラ１００の小型化が可能となる。また、実施形態１による効果と同様の効果を奏することができる。
　（実施形態３）
　本発明の実施形態３について、図面を参照して説明する。本実施形態は、カメラ筐体１０５の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。
　図５は、本実施形態のテラヘルツ波カメラ５００の構成を説明する断面図である。上述した実施形態のテラヘルツ波カメラ１００の構成と異なる点は、カメラ筐体１０５が第３遮光部５２０を有する点である。より詳細には、カメラ筐体１０５は、カメラ筐体１０５の内壁に、外乱光１１１を遮光する第３遮光部５２０を有している。第３遮光部５２０には、吸収構造として作用する植毛紙、または散乱構造として作用する凹凸部である砂面構造が形成されている。
　本実施形態の構成によれば、カメラ筐体１０５の内壁で反射する外乱光１１１を吸収、散乱することができるので、カメラ筐体１０５内部の不要な外乱光１１１の反射を抑えることができる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ５００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ５００のＳＮ比が改善される。
　（実施形態４）
　本発明の実施形態４について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。図６は、本実施形態のテラヘルツ波カメラ６００の構成を説明する図である。上述した実施形態のテラヘルツ波カメラ１００、５００の構成と異なる点は、第２遮光部１０４の配置である。第２遮光部１０４は、少なくとも、第１遮光部１０３（ないし第１遮光部の支持部）と、読み出し回路部１０２の回路露出部分とに密着して配置されている。そして、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３と読み出し回路部１０２の間に充填されている。すなわち、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３、カメラ筐体１０５、読み出し回路部１０２で囲まれた空間内に充填されている。
　実施形態２で説明したように、第２遮光部１０４は、第１遮光部１０３のテラヘルツ波１０８に対する結像特性を阻害しないように、散乱構造を備えることが望ましい。例えば、散乱構造として、実施形態１で説明した空孔部２１４を適用すると、第２遮光部１０４のテラヘルツ波１０８に対する平均的な屈折率は大気の屈折率に近づく。そのため、第２遮光部１０４に起因する第１遮光部１０３の結像特性の劣化を抑制できる。
　このような構成によれば、第１遮光部１０３と読み出し回路部１０２とに挟まれる空間は、第２遮光部１０４で充填されるため、外乱光１１１に対する遮光領域が大きくなる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなるので、テラヘルツ波カメラ６００のノイズがさらに低減され、テラヘルツ波カメラ６００のＳＮ比が改善される。
　（実施形態５）
　本発明の実施形態５について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を簡略化ないし省略する。
　テラヘルツ波１０８は、大気に含まれる水蒸気によって減衰し、信号強度が低下する。そこで、本実施形態では、第２遮光部１０４の周囲または表面の少なくとも一部を、テラヘルツ波１０８に対し透明な部材で封止し、透明な部材で封止された内部の空孔部２１４は乾燥性の気体に置換する。透明な部材は、例えば、テラヘルツ波１０８に対し低損失なフィルム（ポリオレフィンフィルムまたはポリエチレンフィルム）である。詳細には、少なくとも、テラヘルツ波１０８がセンサ部１０１に至る伝搬経路と、第２遮光部１０４の最外部分の境界とが交わる部分に透明な部材が密着して形成され、乾燥性の気体が封止される。テラヘルツ波１０８の伝搬経路と交わらない部分の境界は、不透明な部材に置き換えられ得る。図６の構成においては、透明な部材は、少なくとも第１遮光部１０３と第２遮光部１０４との境界、センサ部１０１と第２遮光部１０４との境界に設けられ得る。図１Ａの構成においては、透明な部材は、カメラ筐体１０５内部の空気層と第２遮光部１０４との境界に設けられ得る。
　本実施形態によると、テラヘルツ波カメラ６００内部のテラヘルツ波１０８の伝搬経路は、乾燥性の気体で充填されることになり、テラヘルツ波１０８の大気による減衰が抑制できる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光１１１の光量が少なくなると共に、テラヘルツ波１０８の減衰が抑制されるので、テラヘルツ波カメラ１００、６００のＳＮ比が改善される。
　（実施形態６）
　本発明の実施形態６について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第２遮光部１０４の変形例である。上述の実施形態と異なる構成を中心に説明し、共通する部分の説明を省略ないし簡略化する。本実施形態は、測定対象からテラヘルツ波を検出し測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールとして捉えることができる。
　図１３は、本実施形態における検出モジュールの一部の断面図である。図１３において、検出モジュール１３００は、図１０Ａ～図１０Ｃで説明したようにマトリクス状に配置された素子を有する。これらの素子は、少なくとも、テラヘルツ波に分光感度を有しテラヘルツ波を検出する検出素子１００４と、テラヘルツ波を受信するためのアンテナ１００３とを有する。これらの素子はセンサ基板１９４上に構成される。すなわち、読み出し回路基板１９５上には読み出し回路部１０２が形成され、読み出し回路部１０２上には第１遮光部１３０１を介してセンサ基板１９４が設けられている。すなわち、センサ基板１９４と読み出し回路基板１９５とが、読み出し回路部１０２を挟んで対向して接合されている。センサ基板１９４の下面には、図１０Ａ～図１０Ｃの素子構成と同様に、外乱光を反射する第１遮光部１３０１が形成されている。第１遮光部１３０１は、検出素子１００４とは異なる階層に配置されている。
　第１遮光部１３０１は例えば金属層から構成され、テラヘルツ波をセンサ基板１９４上方に集中させる。金属層は、外部から入射する外乱光を反射し、センサ基板１９４下方にある読み出し回路部１０２に外乱光が到達することを阻害する。このように、金属層は遮光部として機能する。第１遮光部１３０１は、金属層に限定されず、誘電体多層膜によって構成されてもよい。
　以下に、本実施形態における検出モジュールの様々な変形例を説明する。図８Ａ、図８Ｂは、本実施形態の変形例としての検出モジュールの平面図および破線８Ａ－８Ａ’に沿った断面図を示している。上述の実施形態における第２遮光部１０４の配置と異なる点は、第２遮光部１０４は、少なくとも読み出し回路部１０２の回路露出部分に配置され、テラヘルツ波１０８を検出するセンサ部１０１前面には配置されていない点である。
　図８Ａ、図８Ｂにおいて、センサ部１０１を有するセンサ基板１９４と読み出し回路部１０２を有する読み出し回路基板１９５とは貼り合わせられている。平面視において、センサ基板１９４の外形は読み出し回路基板１９５の外形よりも小さく、センサ基板１９４の周囲における読み出し回路基板１９５は露出している。第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周に沿って、読み出し回路部１０２の回路露出部分を覆うように配置される。好ましくは、第２遮光部１０４は、センサ部１０１の側壁部１９６に対し、読み出し回路部１０２の回路露出部分を覆うように密着して配置されている。ここで、回路露出部分は、読み出し回路部１０２のうち、センサ基板１９４で覆われていない部分である。また、断面視において、第２遮光部１０４はセンサ基板１９４よりも厚い（高い）。このため、センサ基板１９４に対して斜めからの外乱光を遮断することができる。
　図１１Ａ、図１１Ｂは、他の変形例としての検出モジュールの平面図、および破線１１Ａ－１１Ａ’に沿った断面図を示している。図１１Ｂに示されるように、第２遮光部１０４の上面に、外乱光を反射する反射部１９７が形成されている。反射部１９７は、外乱光を反射する金属層または誘電体多層膜層を用いて構成され得る。また、反射部１９７が金属層で構成される場合、金属層は読み出し回路部１０２が発生する熱を放熱するヒートシンクとしても機能し得る。このような構成により、読み出し回路部１０２の回路露出部分に到達する外乱光を減光することができる。
　図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、さらなる他の変形例としての検出モジュールの平面図、および破線１２Ａ－１２Ａ’に沿った断面図を示している。読み出し回路部１０２の中央部に到達する外乱光は、センサ部１０１とセンサ基板１９４により一定度遮光される。このため、センサ部１０１とセンサ基板１９４とが第２遮光部を兼ねることも可能である。例えば、図１２Ａ、図１２Ｂの検出モジュールにおいて、読み出し回路基板１９５の外形は、センサ基板１９４の外形と略同じである。読み出し回路基板１９５の外形をセンサ基板１９４と略同じにすることで、読み出し回路基板１９５に配置された読み出し回路部１０２の全部を確実にセンサ基板１９４で覆うことができる。言い換えると、読み出し回路部１０２の回路露出部を確実になくすことができる。そのため、読み出し回路部１０２に到達する外乱光は、センサ部１０１またはセンサ基板１９４により減光される。
　図１２Ａ～図１２Ｃにおいて、読み出し回路部１０２の上面のすべてがセンサ基板１９４によって覆われ、読み出し回路部１０２は露出していない。このため、読み出し回路部１０２と外部の回路とは、読み出し回路基板１９５を貫通する貫通電極１２０１によって接続されることが望ましい。
　図１２Ｃは、図１２Ａ、図１２Ｂで示された検出モジュールの変形例であって、検出モジュールの断面図を示している。以下に、図１２Ｂの構成との相違を中心に説明する。平面視において、読み出し回路基板１９５の外形は、センサ基板１９４の外形よりも小さい。すなわち、平面視において、読み出し回路基板１９５はセンサ基板１９４から突出しない。また、図１２Ｂの検出モジュールと比較して、読み出し回路基板１９５は薄く構成されている。センサ基板１９４に対し、読み出し回路基板１９５の厚みが薄い場合、センサ基板１９４の周縁部が水平方向に突出すると、周縁部に印加された外力によって、読み出し回路基板１９５が破損する可能性がある。破損を予防するため、センサ基板１９４の周縁部には基板支持部１２０２が設けられており、センサ基板１９４の周縁部が基板支持部１２０２によって支持されている。
　図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示された構成において、読み出し回路部１０２はセンサ基板１９４によって覆われるため、読み出し回路部１０２への外乱光はセンサ部１０１またはセンサ基板１９４により減光される。また、第２遮光部１０４を省略することができるので、外乱光の影響を抑制しつつ装置の小型化が容易となる。さらに、読み出し回路基板１９５の外形をセンサ基板１９４の外形と同じ、または、小さくすることで、読み出し回路基板１９５の読み出し回路部１０２に到達する外乱光を確実に減光することができる。そのため、読み出し回路部１０２は、外乱光による不要電荷に起因するノイズの影響が抑制されるので、テラヘルツ波カメラ１００のＳＮ比が改善される。
　図９Ａ、図９Ｂは、図８Ａ、図８Ｂで示された検出モジュールの変形例の平面図および破線９Ａ－９Ａ’の断面図を示している。センサ部１０１と読み出し回路部１０２とは共通のモジュール基板８９６に一体に形成されている。第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周に沿って、読み出し回路部１０２を覆うように配置される。このとき、回路露出部分は読み出し回路部１０２である。本実施形態では、第２遮光部１０４は、センサ部１０１の外周全体に配置されているが、一部に配置されてもよい。例えば、第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２が外部に露出している部分にのみ選択的に配置されてもよい。
　本実施形態の構成によれば、第２遮光部１０４は、読み出し回路部１０２の回路露出部分に一体的に配置されるため、第２遮光部１０４の保持機構を削減できる。そのため、テラヘルツ波カメラ１００の小型化が可能となる。
　また、本実施形態の検出モジュールは、第１遮光部を有するセンサ基板、或いはセンサ基板と第２遮光部によって、読み出し回路部に到達する外乱光を減光することができる。そのため、読み出し回路部は、外乱光による不要電荷に起因するノイズの影響が抑制されるので、検出モジュールのＳＮ比が改善される。特に、読み出し回路基板の外形をセンサ基板の外形と同じか、小さくすることで、読み出し回路部の露出部分をなくすことができるため、読み出し回路基板の読み出し回路部に到達する外乱光を確実に減光することができる。また、本検出モジュールは、外乱光の影響を受け難い構成であるため、遮光用の筐体を簡易にできる。さらに、外乱光の影響を受け難い構成であることから、装置内での検出モジュールの設置の自由度があがり、検出モジュールの取り扱いが容易となる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１７年１２月１３日提出の日本国特許出願特願２０１７－２３９１１４、および２０１８年１０月１２日提出の日本国特許出願特願２０１８－１９３１６６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
１００　　テラヘルツ波カメラ
１０１　　センサ部
１０２　　読み出し回路部
１０３　　第１遮光部（光学部）
１０７　　測定対象（被写体）
１９１　　検出素子（素子）

Claims (27)

  1. 　測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラであって、
    　前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子を配置したセンサ部と、
    　前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、
    　前記読み出し回路部が分光感度を有する外乱光を減光する第１遮光部と、
    　前記測定対象からのテラヘルツ波を前記センサ部に導く光学部と、
    を有する、
    ことを特徴とするテラヘルツ波カメラ。
  2. 　前記第１遮光部は前記光学部を兼ねる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波カメラ。
  3. 　前記第１遮光部で減光された前記外乱光をさらに減光し、前記テラヘルツ波を透過する第２遮光部を有し、
    　前記第１遮光部と前記第２遮光部は、当該テラヘルツ波カメラの光軸に沿って配置されている、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のテラヘルツ波カメラ。
  4. 　前記第２遮光部は、前記光軸に対して傾斜して配置されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波カメラ。
  5. 　前記第１遮光部と前記第２遮光部とのうちの少なくとも一方は、前記外乱光を散乱する構造を有する、
    ことを特徴とする請求項３または４に記載のテラヘルツ波カメラ。
  6. 　前記外乱光を散乱する構造は、前記少なくとも一方の遮光部に形成された空孔部であり、
    　前記空孔部の大きさが、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上である、
    ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ波カメラ。
  7. 　前記外乱光を散乱する構造は、前記少なくとも一方の遮光部に形成された空孔部であり、
    　隣接する前記空孔部の距離が、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上である、
    ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ波カメラ。
  8. 　前記第１遮光部と前記第２遮光部とのうちの少なくとも一方の一部に、凹凸部が形成されている、
    ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ波カメラ。
  9. 　前記凹凸部は、前記テラヘルツ波の波長λ１に対し１／１０λ１以下、前記外乱光の波長λ２に対しλ２以上の深さ及び幅を有する、
    ことを特徴とする請求項８に記載のテラヘルツ波カメラ。
  10. 　前記第１遮光部と前記第２遮光部とは一体に形成されている、
    ことを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  11. 　カメラ筐体と、前記カメラ筐体の内壁に設けられた前記外乱光を減光する第３遮光部と、を有する、
    ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  12. 　前記第２遮光部は、少なくとも、前記読み出し回路部の回路露出部分に配置されている、
    ことを特徴とする請求項３から１１のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  13. 　前記第２遮光部は、少なくとも、前記第１遮光部と前記読み出し回路部の回路露出部分とに密着して配置されている、
    ことを特徴とする請求項３から１１のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  14. 　前記第２遮光部に前記外乱光を散乱する空孔部が形成され、
    　前記第２遮光部の表面の少なくとも一部は、前記テラヘルツ波に対し透明な部材で封止され、前記部材で封止された内部の前記空孔部は乾燥性の気体に置換されている、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のテラヘルツ波カメラ。
  15. 　前記読み出し回路部は、前記センサ部の近傍に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  16. 　前記センサ部と前記読み出し回路部とは、一体に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  17. 　前記センサ部と前記読み出し回路部とは共通の基板に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ波カメラ。
  18. 　前記テラヘルツ波を検出し前記測定対象を画像化する、
    ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  19. 　前記センサ部において、前記複数の検出素子はマトリクス状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  20. 　前記テラヘルツ波は、０．２ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうちの任意の周波数帯域の電波である、
    ことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  21. 　前記外乱光は、可視光及び赤外光である、
    ことを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載のテラヘルツ波カメラ。
  22. 　測定対象からのテラヘルツ波を検出し前記測定対象の情報を取得するテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュールであって、
    　センサ基板と、
    　前記センサ基板の第１の主面に設けられるとともに、前記テラヘルツ波に分光感度を有する複数の検出素子と、
    　前記テラヘルツ波以外の外乱光を減光するとともに、前記センサ基板の断面視において、
    　前記検出素子とは異なる階層に配置された第１遮光部と、
    　前記センサ基板の第２の主面に対向して設けられた読み出し回路基板と、
    　前記読み出し回路基板に設けられるとともに、前記外乱光に対し分光感度を有し、前記検出素子からの信号を読み出す読み出し回路部と、
    を有する、
    ことを特徴とするテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
  23. 　前記読み出し回路基板の２つ主面のうちの前記センサ基板の側の主面において、前記センサ基板によって覆われていない回路露出部分と前記センサ基板の側壁部とに接するとともに、前記外乱光を減光する第２遮光部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項２２に記載のテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
  24. 　前記読み出し回路部は、前記センサ基板によって覆われ、平面視において前記センサ基板から突出しない、
    ことを特徴とする請求項２２に記載のテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
  25. 　前記センサ基板のうち、平面視において前記読み出し回路部から突出した周縁部を支持する基板支持部を備え、
    　前記基板支持部は前記周縁部と前記読み出し回路基板の側壁とに接する、
    ことを特徴とする請求項２４に記載のテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
  26. 　前記第２遮光部は、断面視において前記センサ基板よりも厚い、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
  27. 　前記第１遮光部および前記第２遮光部は、金属層または誘電体多層膜を含む、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のテラヘルツ波カメラに用いる検出モジュール。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007248382A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Canon Inc 検出素子及び画像形成装置
JP2014175819A (ja) 2013-03-08 2014-09-22 Canon Inc 画像形成装置、及びイメージングシステム
WO2015001753A1 (ja) * 2013-07-01 2015-01-08 日本電気株式会社 コヒーレントテラヘルツ光用光学装置
JP2018193166A (ja) 2017-05-16 2018-12-06 フジテック株式会社 エレベータの遠隔監視システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007248382A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Canon Inc 検出素子及び画像形成装置
JP2014175819A (ja) 2013-03-08 2014-09-22 Canon Inc 画像形成装置、及びイメージングシステム
WO2015001753A1 (ja) * 2013-07-01 2015-01-08 日本電気株式会社 コヒーレントテラヘルツ光用光学装置
JP2018193166A (ja) 2017-05-16 2018-12-06 フジテック株式会社 エレベータの遠隔監視システム

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