JP2012198191A - 遠赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集光効率を向上させ、小型の遠赤外線検出装置を提供すると共に、センサ感度を向上させ、画素が配置されている方向と垂直な方向の変化も検出可能な遠赤外線検出装置を提供する。
【解決手段】遠赤外線を集光する集光手段と、集光された遠赤外線を検出する検出手段とを含む遠赤外線検出装置であって、集光手段における遠赤外線の入射面側に設けられた曲面と、集光手段における遠赤外線の出射面側に設けられた全反射防止面とを含み、集光手段は、シリンドリカルレンズと凸レンズ群とを含み、検出手段は、シリンドリカルレンズにより集光される遠赤外線と、凸レンズ群により集光される遠赤外線とを検出するセンサ素子とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠赤外線検出装置に関する。

遠赤外線は生体（熱源）から放射される熱線（電磁波の一種）であり、暗闇でも生体を検知することができることから、遠赤外線検出装置（遠赤外線検出センサ）には人感センサを始めとした様々なアプリケーションがある。このような遠赤外線検出装置の多くは、遠赤外線を検知するセンサと赤外線を集光するレンズとから構成される。

遠赤外線を検知するセンサとしては、多くの方式が知られており、温度変化を電圧変化として検知する焦電型センサ（焦電現象）、熱起電力の電圧差を検知するサーモパイル型センサ（熱起力）、温度変化による抵抗値変化を計測するマイクロボロメータ（抵抗値変化）等が比較的良く用いられている。

また、集光レンズには、ゲルマニウム、シリコン、カルコゲナイドガラス等様々な材料が用いられ、製作方法も数多く存在する。その遠赤外線検知センサと遠赤外線用集光レンズは、主に１つのパケージ部品内にそれぞれの部品が配置され、内部の空気対流を減衰させるために減圧封止されることにより、感度を大きくしていることが既に知られている。

さらに、近年、動き検知やレンジセンシングのために、遠赤外線センサの画素をライン状に複数配置したセンサも開発されている。また、高効率で小型の赤外線センサを実現するために、単画素センサと、単純な同心円状のレンズとの組合せによる一体構造とすることにより、集光効率の向上と小型化を両立させる技術も開発されている。

しかし、今までのレンズ一体型センサでは、全方位からの電磁波を集光するように同心円状構造のレンズを採用しているが、レンズ一体型にすると、レンズとセンサとの距離の制約等から集光効率が低く、また画角に対する制約もある。そのため、画素自体が大きいものとなり、複数の画素を配置することが困難であった。そこで、一方向だけに曲率をもつシリンドリカルレンズを採用することにより、複数の画素に対応させたセンサも提案されている。

しかしながら、今までの遠赤外線検出装置は、集光効率を大きくすることと、サイズの小型化を図ることは、互いに相反するものであった。

また、シリンドリカルレンズを採用した場合、ライン状に複数配置したセンサであっても、集光できるのは一方向のみで、センサ感度を上げるためには個々の画素を大きくする必要がある。そのため、画素面積の増加に伴う画素体積の増加により、一定の熱量に対する画素の温度上昇度合は小さくなるため、センサ感度が鈍ってしまうという課題があった。さらに、集光方向と垂直方向に対する物体の動きを検知することが困難であるという問題もあった。

図１２（ａ）は、従来における遠赤外線検出装置の断面構造において、全反射によって集光量が制限されることを説明する図である。基板１２０上において、遠赤外線を検知する遠赤外線検知センサ１２２上には、熱を検知して信号を出力する検知部１２４が支持層１２５を介して設けられている。検知部１２４は、熱の保持力を高めるために空洞構造１２６を有する。検知部１２４に対して遠赤外線光が照射されると、検知部１２４は信号を出力する。出力される信号には、電圧、電流、抵抗値の出力変化や、光信号の出力変化等を用いることができる。遠赤外線の検出原理には、上述した焦電現象、熱起電力、抵抗値変化等を用いることができる。

この遠赤外線検知センサ１２２にスペーサ１２７を介して集光素子１２８が設けられている。赤外線検知センサ１２２と集光素子１２８との間の間隔１２９は、減圧封止により熱の拡散を防ぐような構造となっている。このとき、集光素子１２８の遠赤外線検知センサ１２２とは反対側の面には曲面１３０が形成されており、これにより遠赤外線光の集光効果が齎される。曲面１３０が形成されている集光素子１２８は、遠赤外線に対して透明な材料を用いる必要があり、代表的な材料としては、シリコンやゲルマニウム等である。勿論、有機材料やカルコゲナイドガラス、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等を用いても良い。

この曲面１３０により形成される集光レンズの焦点距離を、遠赤外線検知センサ面１２２までの距離とすることで、遠赤外線光を集光することができる。図１２（ａ）では、平行光が入射されたときに曲面１３０で光が屈折されて遠赤外線検知部１２４に集光される様子を示している。

光の集光量は曲面１３０で受ける遠赤外線光によって左右される。つまり、曲面１３０の面積が大きければ、より多くの遠赤外線光を集光することができ、より多くの遠赤外線光が集光されると、遠赤外線検知部１２４での検出感度を上げることができる。そのため、曲面の面積は大きくする必要がある。一方で、焦点距離が短ければ、曲面１３０と遠赤外線検知部１２４との距離を短くすることができるので、遠赤外線検出装置の小型化が可能になる。

ところが、このような構成では、曲面の面積を大きくしながら焦点距離を短くすることを同時に満足することは困難である。その理由は、全反射によって集光量が制限されるからである。すなわち、曲面１３０に入射する光線１５１を考えたときに、この光線と集光素子１２８の曲面１３０と反対側の面１２３とのなす角θには全反射による制限があるからである。図のように光線１５２であれば、面１２３による全反射によって界面１２３で光線１５２が反射してしまう。

図１２（ａ）では、領域１６２は全反射よりも大きな角度で入射することにより、遠赤外線検知センサ面１２２まで到達する光線の範囲を示し、領域１６１は全反射よりも小さい角度で入射することにより、界面１２３で全反射され遠赤外線センサ面１２２に到達できない光線の範囲を模式的に示したものである。

全反射角は界面１２３前後における材料の屈折率差により決定される。遠赤外線に対して透明な材料の候補としてはシリコンやゲルマニウムが想定され、その遠赤外線に対する屈折率は３．５又は４．０程度である。スペーサ１２７で挟まれた部分の媒質は減圧された空気なので、屈折は１．０としてよい。これらから全反射角を求めると、シリコンに対しては７３．４度、ゲルマニウムに対しては７５．５度であり、シリコンやゲルマニウムと空気との間は、屈折率差が大きいために、遠赤外線検知センサ面１２２への到達する範囲の角度はとても小さな値となってしまうことが分かる。すなわち、θが上記角度よりも小さい値の角度で入射した光は全反射してしまい、検知部１２４まで到達しないこととなる。このことは、曲面１３０の面積を大きくしても、検出部１２４に集光できる光量は全反射角によって決定されることを意味する。

集光される光量を大きくするためには、図１２（ｂ）のように曲面１３０によって屈折される最大の角度を全反射角よりも大きくするように焦点距離を長くする必要が出てくる。図１２（ｂ）は、従来における遠赤外線検出装置において、(ａ)と同じ面積を持つ曲面１３０によって集光される遠赤外光が全反射角の影響を受けない角度まで焦点距離を伸ばしたときを想定した場合を説明する図である。図１２（ａ）と（ｂ）とを比較することからも明らかなように、遠赤外線検出装置のサイズは格段に大きくなってしまうことがわかる。以上のことから、集光量を大きくしながら焦点距離を短く保つことは極めて困難であることがわかる。すなわち、集光効率を大きくすることと、サイズの小型化とを両立することは非常に難しいという課題があった。

特許文献１には、小型で低コスト化が可能な熱型赤外線検出装置を提供することを目的とし、パッケージング機能を有するウェハ上に赤外線用レンズを形成する構成が開示されている。しかしながら、上記したように、赤外線センサは、集光効率を大きくするために集光レンズとセンサ面との間の間隔を広く取る必要があり、遠赤外線検出装置のサイズの小型化を図ることができないという問題は依然として解消されていない。

特許文献２には、遠赤外線検出装置の小型化及び低コスト化を目的として、シリコンウェハを用いて形成された熱型赤外線検出素子と、その赤外線検出部を囲む形で封着されたパッケージとを備えた赤外線検出装置が開示されている。このパッケージは、シリコンウェハを用いて形成され、熱型赤外線検出素子に赤外線検出部と電気的に接続される貫通孔配線が形成され、半導体レンズ部が一体に形成されている。

特許文献２に開示された遠赤外線検出装置はレンズ一体型であり、シリンドリカルレンズを用いて、複数の画素で高度な検知と認識処理を同時に実現している。しかしながら、複数の画素をライン状に配置した遠赤外線センサであって、センサ感度を向上させると共に、画素が配置されている方向と垂直方向の変化をも検知することは実現されていない。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、集光効率を保ちながら小型の遠赤外線検出装置を提供すること、及び複数の画素をライン状に配置した遠赤外線センサであって、センサ感度を向上させると共に、画素が配置されている方向と垂直方向の変化をも検出可能とする遠赤外線検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における遠赤外線検出装置は、遠赤外線を集光して検出する遠赤外線検出装置であって、前記遠赤外線を集光する集光手段と、前記集光手段における前記遠赤外線の入射面側に設けられた曲面と、前記集光手段における前記遠赤外線の出射面側に設けられた全反射防止面と、を含むことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、請求項５に記載の本発明における遠赤外線検出装置は、遠赤外線を集光する集光手段と、前記集光された遠赤外線を検出する検出手段とを含む遠赤外線検出装置であって、前記集光手段は、前記遠赤外線が入射する方向と直交する第１の方向に曲率を有し、前記入射する遠赤外線を屈折させ、前記入射する方向と直交する第２の方向から入射する遠赤外線を屈折させないシリンドリカルレンズと、前記第２の方向に曲率を有し、前記入射する方向に凸部を有する凸レンズが前記第２の方向に複数設けられた凸レンズ群と、から成る複合レンズを含み、前記検出手段は、前記シリンドリカルレンズにより集光される遠赤外線と、前記凸レンズ群により集光される遠赤外線とを検出する複数のセンサ素子と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、集光効率を向上させると同時に、小型の遠赤外線検出装置を提供することができる。また、本発明によれば、センサ感度が向上すると共に、画素が配置されている方向と垂直方向の変化をも検出可能な複数の画素をライン状に配置した遠赤外線検出装置を提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の縦断面構造を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の全反射防止構造の例を示す図である。 （ａ）本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の全反射防止構造の縦断面を示す図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る遠赤外線検出装置の微細突起構造を示した図である。 本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置を、（ａ）上面（ｘ−ｙ座標）から見た平面図、（ｂ）（ａ）をＸ１−Ｘ２方向（ｘ−ｚ座標）から見た断面図、（ｃ）（ａ）をＹ１−Ｙ２方向（ｙ−ｚ座標）から見た断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）の構成を、（ａ）上面（ｘ−ｙ座標）から見た模式図、（ｂ）（ａ）をＸ１−Ｘ２（ｘ−ｚ座標）方向から見た断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）の１画素のみを抽出したときの、（ａ）ｙ軸方向の幅Ｄを一定状態とした構造と単純なシンドリカルレンズとを組み合わせた単純構造、（ｂ）ｙ軸方向の幅をＤ／６にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｃ）ｙ軸方向の幅をＤ／８にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｄ）ｙ軸方向の幅をＤ／１０にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｅ）（ａ）の場合と（ｄ）の場合とにおける集光スポットの光強度を表すグラフである。 本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の、（ａ）遠赤外線検出センサと熱源との位置関係を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図、（ｂ）遠赤外線センサ素子（画素）に対して赤外線が入射する状態を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図、（ｃ）遠赤外線センサ素子（画素）のｙ軸方向の幅の変化の有無に対するセンサから出力される出力信号強度の変化を示すグラフである。 本発明の第三の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）に対して集光スポットが当たる部分を接続する架橋を、（ａ）複数本の狭い幅の架橋で接続した場合、（ｂ）冗長な長さの架橋で接続した場合、（ｃ）集光スポットが当たる部分を円形にした場合の構造を示す図である。 本発明の第四の実施形態に係る遠赤外線検出装置の構成を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図である。 本発明の第二から第四の実施形態に係る遠赤外線検出装置のレンズ基板を製作したときのレンズの遠赤外線画像を示す図である。 （ａ）従来における遠赤外線検出装置の縦断面構造において、全反射によって集光量が制限されることを説明する図である。（ｂ）従来における遠赤外線検出装置において、(ａ)と同じ面積を持つ曲面によって集光される遠赤外光が全反射角の影響を受けない角度まで焦点距離を伸ばしたときを想定した場合を説明する図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。

本発明は、具体的には、遠赤外線を集光するレンズと、遠赤外線を検知するセンサとから形成される遠赤外線検出装置に際して、以下の特徴を有する。すなわち、本発明は、レンズ曲面が形成されている面とは反対側に全反射防止構造を有する集光素子を設けることにより、レンズ面積を大きくしながら遠赤外線センサとレンズ面との間の距離を短くすることが可能であることが特徴であり、さらに、レンズ面に無反射構造を形成することによって、界面での反射による損失も低減することが可能であることが特徴になっている。

また、本発明は、遠赤外線を集光するレンズ基板と、一方向に複数の遠赤外線センサ画素が配置されたセンサ基板とが一体となった一体型遠赤外線検出装置に際して、以下の特徴を有する。すなわち、一定方向の曲率を有するシリンドリカルレンズと、その方向とは垂直方向に複数の凸レンズ群とを設けた複合レンズと、センサ画素の幅を変化させた遠赤外線センサ素子（画素）とを密着させることにより、高感度で２次元の動き検知が可能となることが特徴になっている。

上記２つの特徴について、以下図面を用いて具体的に解説する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の縦断面構造を示す図である。遠赤外線検出装置は、遠赤外線検知センサ１と、スペーサ部２と、集光素子３とからなる。遠赤外線検知センサ１は、基板４上に遠赤外線検知部５が支持層６を介して設けてある。遠赤外線検知部５は、熱の保持力を高めるために空洞構造７を有する。

遠赤外線検知部５に遠赤外線が照射されると、信号が出力される構成となっており、これにより遠赤外線が検出される。遠赤外線検知センサ１と集光素子３との間にはスペーサ８を介して遠赤外線検知部５を減圧封止することにより、空気の対流による雑音発生を防いでいる。

集光素子３には曲面１１が形成されていて、遠赤外線を集光するレンズの役割を果たす。この曲面１１の曲率を調整することにより、焦点距離が遠赤外線検知部５までの距離となるように設定されるので、遠赤外線が曲面１１に当たると、遠赤外線検知部５で集光され、感度を保つことができる。曲面１１が形成されている集光素子３は、遠赤外線に対して透明な材料を用いる必要があり、代表的な材料としては、シリコンやゲルマニウム等である。

これらの材料は屈折率がとても大きいために、上述したように全反射による影響により装置全体の小型化が困難である。そこで、曲面１１の反対側の面には全反射を抑制する全反射防止構造１２が設けられている。図１では、全反射防止構造１２として曲面１１へ向けた凹面構造を用い
ている例を示している。

曲面１１の反対側の面を、このような曲率を有する面１２とすることにより、曲面１１で集光される光線のうち最小の入射角度を有する光線２１は、全反射角よりも大きい入射角度で全反射防止構造１２に入射するため、全反射を起こすことなく遠赤外線検知部５へ出力されるようになり、曲面１１に入射した遠赤外線の大部分の光線を遠赤外線検知部５に集光させることができるようになる。これにより、焦点距離を大幅に長くすることなく、光量を大きく採ることが可能となる。

集光素子３を構成する材料がシリコンであれば、このような凹面構造（全反射防止構造１２）は電子デバイス製作技術を用いることにより製作することが可能である。例えばリソグラフィーとドライエッチングを用いることにより製作することが可能である。レジストの厚みを調整しながらリソグラフィーを行い、中央が薄く端に向かうに連れて厚みが増すようなマスクを形成し、ドライエッチングによってマスク形状を転写することで製作することができる。

次に、上述した全反射防止構造について詳細に説明する。図２は、本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の全反射防止構造の例を示す図である。具体的には、遠赤外線検出装置において、光集光素子の遠赤外線光が出力される部分を拡大したものである。すなわち、集光素子５１と、それぞれの角度で界面５９に入射する光線５２から５８を示している。界面５９には図２のように断面が三角形状である全反射防止構造６０を設けてある。この三角形状の斜辺の角度は、それぞれの光線と直交するように設定してある。このような構成とすることにより、入射してくる光線に対して全反射角以上の入射角を保持することができるので、短い焦点距離を保ちながら大きな光量を得ることができるようになる。

例えば、全反射防止構造６０の材料をシリコンとしたとき、垂直入射に対して全反射せずに光線が透過していくのは±１７度である。そこで若干余裕を持たせて±１５度の光線を透過するとして、三角形の形状の斜辺を１５度ずつ増加させて配置すると、全反射以上の角度で入射する光線に対しても、全反射をせずに遠赤外線検知部５（図１）に到達させることができる。

次に、上記した全反射防止構造６０を有する遠赤外線検出装置について説明する。図３（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る遠赤外線検出装置の全反射防止構造の縦断面を示す図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る遠赤外線検出装置の微細突起構造を示した図である。

集光素子３（図１）、５１（図２）を形成する材料は比較的高い屈折率を持つために、界面で強い反射が起こる。屈折率３．５のシリコンを想定したときに、垂直入射であっても界面での反射率が３０％程度あるために反射率を低減させる処置をする必要がある。図３（ａ）において、曲面８１には多層膜による無反射コートが有効であり、無反射コートすることで反射率を低くすることが可能である。

ところが、全反射防止構造８２には無反射コートが適用できない場合がある。例えば、図１に示したような凹面構造であると、その曲率半径が小さい場合には、無反射コートを作成することは困難になるし、図２に示したような微細三角形構造であれば、十分な効果を期待することができない。

そこで、この全反射防止構造８２の部分に、図３（ｂ）に示したような微細突起構造８３を形成することにより、無反射コートと同様な効果を持たせることが可能となる。この微細突起構造８３は、光の進行方向に対して徐々に占有面積が増減していくような構造を有する。遠赤外線波長よりも小さい突起構造の集合体である。このような構造を採用することにより、徐々に屈折率が変化するため反射が起こりにくくなる。また、無反射コートすることが困難な全反射防止構造８２での反射低減を実現することができる。

この微細突起構造８３は、遠赤外線波長以下の構造で形成される。遠赤外線の波長は１０μｍ程度であるので、１０μｍ以下で形成すれば良い。このような構造は様々な方法で製作することが可能であるが、例えばリソグラフィーとドライエッチングで形成することが可能である。さらに曲面等へ形成しても大きく特性が変化しないこともこのような構造の特徴である。

以上詳細に説明してきたように、レンズ（集光素子）を形成している曲面の面積が大きければ、その部分に入射した遠赤外線は集光されるので、より多くの光量を確保することができる。しかし、遠赤外線を透過する材料の屈折率は非常に高いため、曲率を形成して屈折角度を大きくすると、全反射により出力界面で反射され、遠赤外光が出力されなくなってしまう。

そのため、大きな集光角度を得ようとすると、焦点距離を長くし遠赤外線検知センサ面への入射角度を小さくする必要があり、小型化と光量増大とを両立させた遠赤外線検出装置の開発は困難であった。そこで本発明による全反射防止構造を採用することにより、全反射による入射角度制限を緩和することができ、より多くの遠赤外線を遠赤外線検知センサ面に集光することができ、さらに遠赤外線検出装置そのものの小型化も同時に実現可能となる。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図４は、本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の外観を示す斜視図である。図４において、遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）１００は、遠赤外線センサ基板１０１の上にレンズ基板１０２が搭載されており、これらは密着して一体化されている。

レンズ基板１０２には、最上部に、一方向に曲率をもつシリンドリカルレンズ（立てた円柱の軸に平行な面で切り取り、表面が円筒の側面の一部であるレンズで、軸方向（ｙ軸方向：第２の方向）では断面（ｘ軸）方向に曲率を持つので屈折力を有さないが、軸方向と垂直な方向（ｘ軸方向：第１の方向）では断面（ｙ軸）方向に曲率を持たないので屈折力を有するレンズ）と、シリンドリカルレンズの軸方向（ｙ軸方向）に複数設けられた凸レンズ（凸レンズ群）とが融合された複合レンズ１０３が形成されている。

この遠赤外線センサ１００は、生体等の熱源から放射される８μｍから１２μｍの遠赤外線を検出することができ、人体検知に利用される。１ｍｍ程度のレンズ基板１０２と遠赤外線センサ基板１０１を密着させたセンサであるので、非常に小型である。

遠赤外線センサ１００のサイズとしては、横（ｘ方向）が２ｍｍ程度、縦（ｙ方向）が１ｍｍ程度、高さ（ｚ方向：遠赤外線が入射する方向）が１．５ｍｍ程度である。そのため、ノートパソコンに搭載したり、パソコン用モニタの側面部に組み込んだりすることが十分に可能なサイズであり、人体を検出することによりパソコンの電源管理に応用することができる。このセンサは、通常の小型カメラと比較しても、同等以上に小型であり、カメラで課題となる待機電力を殆ど消費しないことから、電源管理には適切な素子となる。

次に、レンズ基板１０２について詳細に説明する。図５は、本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置を、（ａ）上面（ｘ−ｙ座標）から見た平面図、（ｂ）（ａ）をＸ１−Ｘ２方向（ｘ−ｚ座標）から見た断面図、（ｃ）（ａ）をＹ１−Ｙ２方向（ｙ−ｚ座標）から見た断面図である。

図５（ａ）において、レンズ基板１０２上に複合レンズ１０３が形成されている。ここで、複合レンズとは、ある方向に対してはシリンドリカルレンズとして機能する凸レンズを有し、その方向と垂直な方向にも複数の凸レンズからなるレンズ群を有するレンズのことをいう。図５にｘｙｚ座標系を設定し、直線Ｘ１−Ｘ２を含むｘｙ平面での断面図を図５（ｂ）とし、直線Ｙ１−Ｙ２を含むｙｚ平面での断面図を図５（ｃ）として、以下詳細に本発明の遠赤外線センサ１００の構造を説明する。なお、図５（ｂ）、（ｃ）では、主要な部分だけを表記し、電子回路等の本発明と直接関係しない部分の記載は省略する。

図５（ｂ）に示すように、ｘ−ｚ平面での断面図では、複合レンズ１０３はｘ方向に曲率を有するシリンドリカルレンズ２０１のみが表現される。このシリンドリカルレンズ２０１は、球面又は非球面の曲率を有する凸形状からなり、ｘ方向に広がっている遠赤外線２０５を遠赤外線センサ素子（画素）２０３に集光する。このようなレンズは、一般的には球面形状とすると収差が生じるので非球面形状とするのが好ましく、フレネルレンズにより形成されていても良い。

ここでは、単純な例として球面形状の凸レンズを用いて説明する。また、レンズ基板１０２のレンズが形成されている面とは反対の面には、空洞２０２が形成されており、後述する遠赤外線検出センサ素子（画素）２０３とレンズ基板１０２の接触が避けられるような構造となっている。また、凸レンズの反対側の面に凹レンズを形成し、２面のレンズとすることで集光効率を向上させると同時に、その凹レンズによって生じるスペースを空洞２０２として利用することも可能である。

遠赤外線センサ基板１０１上に、遠赤外線センサ素子（画素）２０３が設けられている。ここで、遠赤外線センサ基板１０１として半導体技術によって形成されたサーモパイル構造、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）回路構造、ダイオード回路構造等の遠赤外線センサ素子（画素）を用いる。

ここでは、シリコン基板上に半導体プロセスによってダイオード回路構造を形成することを想定して説明する。半導体プロセス技術によって形成されたダイオード回路と赤外線吸収層とを同時に形成しておき、その赤外線吸収層に赤外線が照射されると、赤外線が熱に変換され、遠赤外線センサ素子（画素）２０３の温度が上昇する。

この温度変化によってダイオードの電気特性が変化し、それらを電気信号として読み取ることにより、赤外線を検出することができる。さらに、これらの遠赤外線センサ素子（画素）２０３は、熱的な絶縁を保つために、空洞２０４によって、遠赤外線センサ基板１０１から分離された中空構造となっている。図５（ｂ）では表記されていないが、細い架橋をもって遠赤外線センサ基板１０１と接続され、電気的な導通と共に遠赤外線センサ素子（画素）２０３を支持している。

遠赤外線センサ基板１０１とレンズ基板１０２とは接着され、機密性が保たれた一体構造である。レンズ基板１０２側の空洞部２０２と、遠赤外線センサ基板１０１側の空洞部分２０４は内部の気体が１０Ｐａ以下に減圧されており、気体の対流による感度低下を防ぐようにしている。感度を保持するためには１Ｐａ程度とする必要があり、経時変化によって変化しないようにゲッター（内部の残留ガスや放出ガスを吸収し、内部の圧力を高め保持する金属材料）を挿入しておいても良い。

本発明の実施形態に係る遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）１００では、高度な検出能力を実現するために、図５のｘ方向に対して複数の遠赤外線センサ素子（画素）２０３が配列されている。ここでは、一例として８個の遠赤外線センサ素子（画素）が配置されている。図５（ｂ）の破線で示す遠赤外線２０５が、シリンドリカルレンズ２０１に対して略垂直方向から入射したときは、遠赤外線は略中央に集光され、中央にある遠赤外線センサ素子（画素）２０３にエネルギーが集中するため、その部分の温度が上昇し電気信号として出力される。

一方、遠赤外光線２０６のように垂直方向から傾いて遠赤外線光が入射したときは、シリンドリカルレンズ２０１による集光位置が異なるため、中央にある遠赤外線センサ素子（画素）２０３からずれた位置にある遠赤外線センサ素子（画素）２０３から信号が出力される。

このように、遠赤外線光が入射してくる方向が異なると出力される電気信号が異なることから、どの方向からの遠赤外線を検出しているのかが分かり、その検出された信号を解析することにより、熱源（生体）の動きを検知したり、熱源（生体）から遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）１００までの距離を推定したりすることが可能となる。

遠赤外線センサ素子（画素）２０３が８個であると、シリンドリカルレンズ２０１が捉えることができる有効角度を８分割した範囲での検出が可能である。つまり、シリンドリカルレンズ２０１の画角が４０度であると想定すれば、８個の遠赤外線センサ素子（画素）２０３には５度の分解能を持たせることができ、適切な信号処理により、熱源（生体）の位置や物体までの距離、熱源（生体）の動きを検知することができる。

次に、直線Ｙ１−Ｙ２での断面図である図５（ｃ）を参照して説明する。複合レンズ１０３には、ｙ軸方向に対して複数の凸形状を有するレンズ群２０７が形成されている。図５（ｃ）においては、５つの凸レンズからなるレンズ群２０７を想定している。

図５（ｃ）の破線で示す遠赤外線２０８が入射したとき、遠赤外線２０８はレンズ群２０７によりｙ軸方向に集光され、遠赤外線センサ素子（画素）２０３にはエネルギーの疎密状態が分布する状態となり、局所的な集光スポットが形成される。この集光スポットと対応させて遠赤外線センサ素子（画素）２０３の形状を調整している。

このような調整を行うことにより、高感度な検出能力を得ることができる。すなわち、エネルギーが密状態の領域に対しては、遠赤外線検出素子（画素）２０３の体積をより大きくし、エネルギーが疎状態の領域に対しては、遠赤外線検出素子（画素）２０３の体積をより小さくしているのである。

次に、本発明の実施形態に係る遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）の遠赤外線センサ素子（画素）について詳細に説明する。図６は、本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）の構成を、（ａ）上面（ｘ−ｙ座標）から見た模式図、（ｂ）（ａ）をＸ１−Ｘ２（ｘ−ｚ座標）方向から見た断面図である。

なお、ここでは、ｘ軸方向へライン状に配置された８個の遠赤外線センサ素子（画素）３０１から３０８を例にとって説明する。この遠赤外センサ素子（画素）は、ｙ軸方向の位置によってｙ軸方向のセンサの幅が異なるように設計してある。これは、複合レンズ１０３（図４）のｙ軸方向に曲率を有する５つの凸レンズからなるレンズ群２０７によって集光された遠赤外線のスポット分布に合せてセンサの幅形状を変化させている。

そのため、遠赤外線センサ素子（画素）２０３は、５箇所の幅広部分３１１と４箇所の幅狭部分３１２とから形成されている。幅広部分３１１は、シリンドリカルレンズ２０１上に形成された凸レンズからなるレンズ群２０７によって集光された光スポットが形成される位置に合せて形成されている。

すなわち、光スポットが形成される部分にはセンサの幅広部分３１１が存在し、それ以外の部分の材料は取り除いた構成としている。これにより、遠赤外線センサ素子（画素）２０３自身の体積を減少させることができ、高感度な検出能力を実現することができるようになる。幅狭部分３１２の幅は極力小さいことが望ましい、あまり小さくすると熱抵抗が大きくなるため、反応スピードが遅くなってしまう。そこで、幅狭部分３１２は熱抵抗を考慮した幅とし、さらに幅広部分３１１の左右端に交互に寄せて配置することにより、集光スポットによる影響を軽減することとしている。

遠赤外線センサ素子（画素）３０１から３０８は遠赤外線センサ基板１０１（図１）と架橋３０９によって接続されている。この架橋３０９は、熱の保持力を上げるために細い線の組み合わせで形成され、歪にも強くなるように数回の折り返し構造を有する。これら全体の熱抵抗は最適に設計され、反応スピードが用途に応じて適切な範囲に抑えられている。

次に、遠赤外線センサ基板１０１にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を用いた場合の構成について、図６（ｂ）も参照して説明する。ＳＯＩ基板は、シリコン（Ｓｉ）基板と表面シリコン活性層の間に絶縁層を挿入した構造の基板であり、トランジスタの寄生容量を減らすことができるので、動作速度の向上と消費電力の削減に効果がある。

遠赤外線センサ素子（画素）２０３に関わる電子回路はこの活性層上に形成される。絶縁層は酸化シリコン（ＳｉＯ₂）で形成され、この絶縁層は遠赤外線の吸収層としての役割も有する。遠赤外線が照射されることにより吸収層において遠赤外線は吸収過熱され、直上の遠赤外線センサ素子（画素）２０３の温度を上昇させ、この温度上昇分が電気信号として出力される。酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の直下のシリコン基板の一部は、図６（ｂ）で示すように、断熱効果を高めるために空洞２０４構造をとり、遠赤外線センサ基板１０１とは架橋３０９のみで接続されている。

次に、遠赤外線センサ素子（画素）２０３のうち１画素のみを抽出し、光スポットが形成される部分の形状を、幅広部分３１１と幅狭部分３１２とを設けない単純構造とした場合と、本発明の実施形態に係る遠赤外線センサ素子（画素）２０３のように、幅広部分３１１と幅狭部分３１２とを設けた構造とした場合について説明する。

図７は、本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）の１画素のみを抽出したときの、（ａ）ｙ軸方向の幅Ｄを一定状態とした構造と単純なシンドリカルレンズとを組み合わせた単純構造、（ｂ）ｙ軸方向の幅をＤ／６にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｃ）ｙ軸方向の幅をＤ／８にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｄ）ｙ軸方向の幅をＤ／１０にした構造と複合レンズとを組み合わせた構造、（ｅ）（ａ）の場合と（ｂ）の場合とにおける集光スポットの光強度を表すグラフである。

すなわち、単純構造とは、図７（ａ）に示すようにｙ軸方向のセンサ幅Ｄが一定の遠赤外線センサ素子（画素）と、単純なシリンドリカルレンズとの組合せ構造をいう。シリンドリカルレンズによる集光スポット４０１が遠赤外線センサ素子（画素）２０３に照射されると、その集光スポット４０１は一定幅の遠赤外線センサ素子（画素）で受光され、加熱されることによる温度変化が出力信号となる。

このとき、ｙ軸方向に集光構造は存在しないが、実際には遠赤外線光はシリンドリカルレンズの開口に制限されるので、集光スポット４０１で示すように、ｙ軸方向に対して縦長の集光スポットとなる。一方、本発明の実施形態に係る遠赤外線センサ素子（画素）２０３では、図７（ｂ）から（ｄ）に示すように、ｙ軸方向の幅を変化させたセンサ素子（画素）と、複合レンズ１０３（図１）との組み合わせ構造である。複合レンズ１０３により、集光スポット４０２で示すようにｙ軸方向にも集光スポット強度の濃淡が発生する。

集光スポット４０１と４０２に対して、遠赤外線センサ素子（画素）２０３中央での遠赤外線の強度分布を図７(ｅ)に示す。単純構造の遠赤外線センサ素子（画素）とシリンドリカルレンズとの組み合わせによる集光強度と、本発明の実施形態に係るｙ軸方向の幅Ｄを変化させた遠赤外線センサ素子（画素）と複合レンズとの組み合わせによる集光強度とは、ｙ軸方向における積算量は略同一となるが、図７（ｅ）に示すように、レンズ効果により強度分布のｙ軸位置における差を生じさせることができる。

すなわち、強度エネルギーが集中していない部分の遠赤外線センサ素子（画素）２０３の体積を削減しても、殆ど積算エネルギーには変化が生じない。つまり、集光スポットの濃淡に応じたｙ軸方向の幅変化を遠赤外線センサ素子（画素）２０３に与えることにより、強度エネルギーが低い部分の遠赤外線センサ素子（画素）２０３の体積を削減させることができ、少ない熱量によって効率良く遠赤外線センサ素子（画素）２０３の温度を上昇させることができる。

遠赤外線センサ素子（画素）２０３の削減可能な体積は、複合レンズ１０３でのｙ軸方向の集光力と凸レンズの個数によって変わってくる。光スポットの強度がガウシンアン形状（ガウス分布）であると仮定した場合、その光強度が１／ｅ²を与える間隔ｄを集光力の指標として定義する。レンズ特性によって与えられる間隔ｄによって、遠赤外線センサ素子（画素）２０３の幅Ｄを調整したときの削減量を以下の条件で見積もる。

複合レンズ１０３によって生じる集光スポットの個数は５個と仮定する。図７（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）はそれぞれ、ｄ＝Ｄ／６、ｄ＝Ｄ／８、ｄ＝Ｄ／１０に対応した図であり、それぞれのセンサ素子（画素）の体積削減率は、１３．３％、３７．５％、５０．０％となる。このように、集光力が大きい場合、すなわち、集光されたときの集光スポットの形状が小さくなるにつれてセンサ素子（画素）の体積削減率は大きくなる。さらに、凸レンズの個数が多くなることによっても遠赤外線センサ素子（画素）の体積削減率は大きくなる。すなわち、凸レンズの個数と遠赤外線センサ素（画素）の体積とは反比例関係にある。

また、ｙ軸方向に一様な曲率を有するレンズ構造とすると、シリンドリカルレンズの曲率とのバランスを取る必要があり、集光効率を上げるために曲率の小さなレンズとすることが困難である。そのため、曲率の選択自由度は小さくなり、焦点距離にも制約があるため、十分な集光効率を得ることができない。一方、複合レンズのように幾つかのレンズに分割された構造とすると、曲率の制約が緩和され、短い焦点距離のレンズを採用することも可能となり、遠赤外線センサ素子（画素）の体積小型化が容易となる。

次に、ｙ軸方向から入射される赤外線光の入射角が異なる場合の遠赤外線センサ素子（画素）の動作について説明する。図８は、本発明の第二の実施形態に係る遠赤外線検出装置の、（ａ）遠赤外線検出センサと熱源との位置関係を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図、（ｂ）遠赤外線センサ素子（画素）に対して赤外線が入射する状態を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図、（ｃ）遠赤外線センサ素子（画素）のｙ軸方向の幅の変化の有無に対するセンサから出力される出力信号強度の変化を示すグラフである。

図８（ａ）には遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）５０１と熱源（生体）５０２との位置関係が示されている。熱源としては人間等を想定しており、遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）５０１のサイズは上述のように数ｍｍ角であるため、熱源５０２から放射される遠赤外線は略平行に入射されると考えられる。ここでは、θ＝０°で垂直入射となるように、角度θを図５（ａ）のように設定する。

図８（ｂ）にｙ軸方向の集光と遠赤外線センサ素子（画素）５０３との関係を示す。遠赤外線センサ素子（画素）５０３は、赤外線５０４のように垂直入射する遠赤外線に対する集光スポットに適応するように設計されている。垂直入射されたときは、遠赤外線センサ素子（画素）５０３から電気信号が出力され、傾きが生じると集光スポットが徐々にずれていき、最外部に位置する集光スポットが遠赤外線センサ素子（画素）５０３から外れることから、熱量が減少し、出力される電気信号は減少する。

赤外線５０４の入射角度θがある特定の角度になると、遠赤外線センサ素子（画素）５０３の体積が殆どない部分に集光されるので、出力される電気信号が急激に小さくなる。さらに角度θが増していくと、隣接する遠赤外線センサ素子（画素）５０３で再び集光スポットが検出されるために、出力される電気信号が回復する。

図８（ｃ）に上記した出力される信号強度をグラフとして示す。遠赤外線センサ素子（画素）５０３に幅方向の変化がない場合（上述した単純構造の場合）の信号強度変化を破線で示す。単純構造の場合、図８（ｃ）に示すように角度θに対してほぼ一定の傾きを保持しながら変化していくが、僅かな角度変化の場合、雑音成分と信号成分との分離が難しく、熱源５０２の位置を推定することが困難である。

一方、図７（ｂ）から（ｄ）に示したように、遠赤外線センサ素子（画素）５０３のｙ軸方向のセンサ幅の変化を設けた場合、図８（ｃ）の実線で示すように、出力信号強度が断続的に変化するため、この変化により、熱源５０２の位置検出能力が、雑音からの影響を殆ど受けることがなくなる。また、単純構造の場合と比較してｙ軸方向における赤外線の入射角度θの動きも検知することができるようになり、２次元空間における赤外線の入射変化も予想することが可能となる。

次に、遠赤外線センサ素子（画素）の体積を削減する他の方法について説明する。図９は、本発明の第三の実施形態に係る遠赤外線検出装置の遠赤外線センサ素子（画素）に対して集光スポットが当たる部分を接続する架橋を、（ａ）複数本の狭い幅の架橋で接続した場合、（ｂ）冗長な長さの架橋で接続した場合、（ｃ）集光スポットが当たる部分を円形にした場合の構造を示す図である。

すなわち、遠赤外線センサ素子（画素）の体積を削減する方法として、上述したｙ軸方向の幅を変化させる方法以外にも図９に示すような方法がある。図９（ａ）は、集光スポット（赤外線スポット）が当たる部分を接続するために、２本以上の狭い幅の架橋９０１、９０２で接続した場合の遠赤外線センサ素子（画素）である。この構造によって、遠赤外線センサ素子（画素）の構造的な強度を保持することができるようになる。

図９（ｂ）は、集光スポット（赤外線スポット）が当たる部分を接続するために、冗長な長さを有する架橋９０３で接続した場合の遠赤外線センサ素子（画素）の例である。この構造によって、遠赤外線センサ素子（画素）に対する外乱入射光による影響を吸収することができる。図９（ｃ）は、集光スポット（赤外線スポット）が当たる部分を円形構造９０４にしたものである。この構造によれば、矩形構造と比較して集光スポット（赤外線スポット）とのマッチングが良いために光量を多く受けることができる。

これら３種類の構造は、それぞれ用途に応じて使い分けることが可能であり、遠赤外線検知装置（遠赤外線センサ）１００を構成する遠赤外線センサ素子（画素）のすべてが同じ構造である必要はなく、図９（ａ）から（ｃ）に示した遠赤外線センサ素子（画素）を使い分けて配置することも可能である。

例えば、シリンドリカルレンズの性能により、中央部と端部とに配置された遠赤外線センサ素子（画素）間での集光感度が異なる場合がある。シリンドリカルレンズを最適化することによって対応することも可能であるが、遠赤外線センサ素子（画素）の形状を変化させることにより、より柔軟に対応でき、集光感度レベルが均一な遠赤外線検知装置（遠赤外線センサ）を構成することができる。

次に、図５（ｃ）に示したレンズ群２０７の形状を変化させたときの遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）について説明する。図１０は、本発明の第四の実施形態に係る遠赤外線検出装置の構成を（ｙ−ｚ座標）から見た断面図である。

基本的な構造は、図５（ｃ）に示した構造と同一であるが、複合レンズ１０３（図１）がｙ軸方向に僅かに傾き又は曲率を有する構造である。図１０では、レンズ曲面７０１が中央部に向かって盛り上がるような曲率を有する曲面であり、そこに凸レンズ群７０２が形成されている。

このような構造を採用することにより、図１０の破線で示した赤外線光が、凸レンズ群７０２によって中心部に集まることにより、集光スポットがｙ軸方向における中心部に集積するので、遠赤外線センサ素子（画素）２０３のｙ軸方向の幅（間隔）を狭めることができる。

集光スポットのサイズが小さくなると、遠赤外線センサ素子（画素）の全体の長さも小さくすることができるので、さらに検出能力を上げることが可能となる。さらに、遠赤外線センサ回路のための配置空間が生まれ、信号増幅等の新たな機能の追加や、遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）自体の小型化も可能となる。

次に、本発明の実施形態に係る遠赤外線検出装置（遠赤外線検出センサ）のレンズ基板１０２（図４）の作成方法について説明する。

基板の材料としては、遠赤外線に対して透明な材料であるシリコン、ゲルマニウム、ポリマー材料を用いる。ここでは、基板として用いることが比較的容易で低コストで入手することが可能なシリコンを用いた場合について説明する。

シリコン基板の両面に鏡面研磨を施し、０．８ｍｍ程度の厚さに調整する。その後、まず片面に複合レンズ１０３（図４）をフォトリソグラフィーとドライエッチングにより形成する。フォトリソグラフィーにはグレースケール露光法により、複合レンズ形状を有するレジストパターンを一回の露光過程で形成する。このレジストパターンは５μｍ以上１０μｍ以下の高さを持つ。

その後、六フッ化硫黄（ＳＦ６）をベースとしたエッチングガスにより、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行う。ガス圧を調整することにより、１０〜２０という高い選択比でエッチングすることができるため、レンズの頂点から裾までの高さは１００μｍ程度とすることができる。

次に、複合レンズ１０３（図４）とは反対側に、同様にフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて空洞構造を形成する。半導体プロセス技術を用いているので、表裏のパターンの位置ずれを数ミクロン以下に抑えることが可能である。

その後、基板の表裏面に硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の材料をベースに無反射コートを施す。これらの材料は、空気の屈折率１．０とシリコンの屈折率３．５との間の屈折率２．０程度であるために、１／４波長分を表面に形成すると、位相が調整されて、反射率が劇的に低減する。空気とシリコンとの界面では、垂直入射の場合、約３０％の反射率となるが、このような無反射コートをすることで３％以下に抑えることができる。

このレンズ基板１０２を予め作成しておいた遠赤外線センサ基板１０１（図４）と真空中で接合することにより、遠赤外線センサ素子（画素）を封止し、レンズ基板１０２と遠赤外線センサ基板１０１を一体にした基板を形成する。接合には共晶接合や常温接合等の直接基板同士を接合する方法や、接着層等を介在した接合等の方法を採用する。

基板の状態のままで一体型することにより、レンズ基板１０２と遠赤外線センサ基板１０１とを高精度にアライメントすることができ、複合レンズ１０３によるアライメント位置ずれを要因とする不具合を低減することができる。

最後に一体型された基板を個片化し、電気実装基板に実装することにより遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）１００が完成する。６インチのウェハ全面に製作した場合、９０００個以上の遠赤外線検出装置（遠赤外線検出センサ）を一度に生産することができ、低コスト化が容易となる。

最後に、遠赤外線検出装置（遠赤外線検出センサ）に赤外線光を照射したときの画像について説明する。図１１は、本発明の第二から第四の実施形態に係る遠赤外線検出装置のレンズ基板を製作したときのレンズの遠赤外線画像を示す図である。

図１１は、黒体炉から放出されるほぼ平行な遠赤外線光を、レンズの表面に照射し、画像を裏面から遠赤外線カメラで撮影したものである。ｘ方向にシリンドリカルレンズ、ｙ方向に５つの凸レンズ群が形成されている。

図１１に示すように、ｘ方向のシリンドリカルレンズにより遠赤外光は中央部に集光され、ｙ方向の凸レンズ群によって５つの集光スポットとして集光されている状態が分かる。この集光スポット位置に対応させてｙ軸方向の幅を変化させた遠赤外線センサ素子（画素）を配置することにより、遠赤外センサ素子（画素）への集光効率を保持しつつ、遠赤外線センサ素子（画素）の体積が削減されている分だけ、高感度な検出能力を得ることが可能になる。

以上説明したように、本発明は、遠赤外線の集光用レンズとして複合レンズを採用し、この複合レンズにより、赤外線光は遠赤外線センサ素子（画素）上に集光されると同時に幾つかの集光スポットを形成する。この集光スポットに合せてｙ軸方向に幅を変化させた遠赤外線センサ素子（画素）を設けることにより、遠赤外線のエネルギーを保持しながら、遠赤外線センサ素子（画素）の体積を減少することができるのである。

そして、遠赤外線センサ素子（画素）の体積が減少すると、熱源（生体）対する温度上昇率は向上するので、高感度な遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）を実現することが可能となる。さらに、遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）が配置されている方向と垂直な方向への熱源（生体）の動きに対しても、遠赤外線センサ素子（画素）のｙ軸方向の幅を変化させているため、遠赤外線センサ素子（画素）からの出力信号をダイナミックに変化させることができるので、その後の信号処理により熱源（生体）の動作を２次元的に捉えることも可能である。

これにより、複数の遠赤外線センサ素子（画素）をライン状に配置した遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）であって、遠赤外線センサ素子（画素）の感度を向上させ、かつ遠赤外線センサ素子（画素）が配置されている方向と垂直な方向の熱源（生体）の変化をも検出することができる遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）を提供することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。

１ 遠赤外線検知センサ
１１、８１ 曲面
１２、６０、８２ 全反射防止構造
２ スペーサ部
３、５１ 集光素子
４ 基板
５ 遠赤外線検知部
５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８ 光線
５９ 界面
６ 支持層
７ 空洞
８ スペーサ
８３ 微細突起構造
１００、５０１ 遠赤外線検出装置（遠赤外線センサ）
１０１ 遠赤外線センサ基板
１０２ レンズ基板
１０３ 複合レンズ
２０１ シリンドリカルレンズ
２０２、２０４ 空洞（構造）
２０３、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、５０３ 遠赤外線センサ素子（画素）
２０５、２０８、５０４ 赤外線
２０７ レンズ群
３０９、９０１、９０２、９０３ 架橋
３１１ 幅広部分
３１２ 幅狭部分
４０１、４０２ 集光スポット
５０２ 熱源
７０１ レンズ曲面
７０２ 凸レンズ群
９０４ 円形構造

特開平０８−３２７４４８号公報 特開２００７−１７１１７０号公報

Claims (9)

1. 遠赤外線を集光して検出する遠赤外線検出装置であって、
   前記遠赤外線を集光する集光手段と、
   前記集光手段における前記遠赤外線の入射面側に設けられた曲面と、
   前記集光手段における前記遠赤外線の出射面側に設けられた全反射防止面と、
   を含むことを特徴とする遠赤外線検出装置。
2. 前記全反射防止面は、前記集光手段の縦断面視において、前記出射面側から前記入射面側に向かって凹面構造を有することを特徴とする請求項１記載の遠赤外線検出装置。
3. 前記全反射防止面は、前記集光手段の縦断面視において、前記遠赤外線の入射方向と直交する面を一辺とする略三角形状の斜面構造を有することを特徴とする請求項１記載の遠赤外線検出装置。
4. 前記全反射防止面は、前記遠赤外線の入射方向に対して尖頭形状を有する微細突起構造を有することを特徴とする請求項１記載の遠赤外線検出装置。
5. 遠赤外線を集光する集光手段と、前記集光された遠赤外線を検出する検出手段とを含む遠赤外線検出装置であって、
   前記集光手段は、
   前記遠赤外線が入射する方向と直交する第１の方向に曲率を有し、前記入射する遠赤外線を屈折させ、前記入射する方向と直交する第２の方向から入射する遠赤外線を屈折させないシリンドリカルレンズと、
   前記第２の方向に曲率を有し、前記入射する方向に凸部を有する凸レンズが前記第２の方向に複数設けられた凸レンズ群と、から成る複合レンズを含み、
   前記検出手段は、
   前記シリンドリカルレンズにより集光される遠赤外線と、前記凸レンズ群により集光される遠赤外線とを検出する複数のセンサ素子と、
   を含むことを特徴とする遠赤外線検出装置。
6. 前記センサ素子は、前記遠赤外線が集光されることにより生成されるエネルギーが密状態の領域と、前記エネルギーが疎状態の領域とを有することを特徴とする請求項５記載の遠赤外線検出装置。
7. 前記センサ素子は、前記密状態の領域に対してより大なる体積で形成され、前記疎状態の領域に対してより小なる体積で形成されることを特徴とする請求項６記載の遠赤外線検出装置。
8. 前記凸レンズの数量と前記センサ素子の体積とは反比例関係にあることを特徴とする請求項７記載の遠赤外線検出装置。
9. 前記凸レンズ群が設けられている面は、前記第２の方向に曲率を有する曲面であることを特徴とする請求項５記載の遠赤外線検出装置。