JP5260859B2

JP5260859B2 - 赤外線検出装置

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Publication number: JP5260859B2
Application number: JP2006316225A
Authority: JP
Inventors: 智宏上津; 尚之西川; 由明本多
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: JP2008128913A

Description

本発明は、例えば、住宅内やオフィス内などにおいて人体や熱源からの赤外線を検出する赤外線検出装置に関するものである。

従来から、熱型の赤外線検出素子をパッケージに収納した赤外線検出装置の低コスト化を目的として、パッケージにおいて赤外線検出素子の前方に形成された窓部に配置するフィルタを赤外線集光用のレンズに置き換えた構成が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１，２のようにパッケージの窓部に赤外線集光用のレンズを配置する構成を採用する場合には、当該レンズの開口径を比較的大きくし且つ焦点距離を比較的短くする必要があるとともに、気密封止に耐えるだけの硬さや剛性が必要であり、当該レンズの材料として、屈折率が低く剛性が低いポリエチレンのような材料は適しておらず、シリコンやゲルマニウムなどを採用する必要があった（なお、ポリエチレンの屈折率は１．５３、シリコンの屈折率は３．４２、ゲルマニウムの屈折率は４である）。

しかしながら、シリコンやゲルマニウムを材料とした従来のレンズは、研磨などの加工方法により製造されており、球面レンズとなっているので、球面収差などの収差の問題があり、シリコンやゲルマニウムを材料として非球面レンズを製造するためには、非常に高価な精密研磨装置が必要であり、赤外線検出装置のコストが高くなってしまうという問題があった。

これに対して、従来から、赤外線を検出する熱型の赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子を収納するパッケージと、赤外線検出素子に赤外線を集光する光学系とを備えた赤外線検出装置において、光学系の収差を小さくするために、光学系を２つのレンズにより構成したもの提案されている（例えば、特許文献１，３参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に開示された赤外線検出装置では、パッケージの窓部の前方に配置された赤外集光レンズが主レンズとしての機能を有するとともに、パッケージの窓部に装着されたフィルタが補助レンズとしての機能を有しており、光学系の屈折力を赤外集光レンズおよびフィルタで分担しているが、屈折力の大半はパッケージの窓部の前方に配置されている赤外集光レンズが担っているものと考えられる。

また、上記特許文献３に開示された赤外線検出装置では、赤外線検出素子に赤外線を集光する光学系として、パッケージの窓部に配置された両凸レンズ（広角レンズ）と、パッケージを覆うカバーにおいて両凸レンズの前方に配置されたフレネルレンズ（広角フレネルレンズ）とを備えている。
特開昭６１−７６９２０号公報特開昭６３−１５３４３６号公報特開平８−１９３８８９号公報

ところで、上記特許文献１に開示された赤外線検出装置では、上述の主レンズと補助レンズとを組み合わせることにより収差を小さくすることができるが、赤外線を集光するための屈折力の大半をパッケージの窓部の前方に配置された主レンズに持たせてあるので、主レンズの材料としてゲルマニウムなどの比較的高価な材料を採用し、高価な精密研磨装置を用いて所望のレンズ形状に加工する必要があり加工時間も長くなるから、赤外線検出装置のコストが高くなってしまうという問題があった。

また、上記特許文献３に開示された赤外線検出装置において、パッケージの外側に配置されるレンズの材料としてポリエチレンのような比較的安価な材料を採用することも考えられるが、パッケージの外側に配置されるレンズがフレネルレンズにより構成されているので、分割数が増えるにつれて赤外線の透過率が低下し、赤外線検出素子での受光量が低下して感度が低下してしまう。なお、ポリエチレンにより形成されたレンズを用いた場合、厚みが０．５ｍｍのもので、赤外線の光量が２分の１に減衰してしまう。

また、パッケージの前方に配置するレンズが赤外線を集光する機能および収差を補正する機能を有するように、屈折力を持たせるための曲面と収差を小さくするための曲面とを形成することも考えられるが、これらの曲面に起因した凹凸形状の段差が大きくなりレンズの厚みが大きくなってしまうので、ポリエチレンに比べて高価なシリコンやゲルマニウムなどの材料を採用する必要があり、材料コストが高くなるとともに、高価な精密研磨装置を用いて所望のレンズ形状に加工する必要があり加工時間も長くなるから、赤外線検出装置のコストが高くなってしまうという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、収差が小さく、高感度化および低コスト化を図れる赤外線検出装置を提供することにある。

請求項１の発明は、赤外線を検出する赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子を収納するパッケージと、赤外線検出素子の前方に配置され赤外線検出素子へ赤外線を集光する集光用レンズと、集光用レンズの前方に配置され集光用レンズへの赤外線の入射角を微調整し集光用レンズにおいて生じる収差を補正する収差補正用光学素子と、パッケージの外側に配置される断熱用カバーとを備え、集光用レンズは、半導体基板から形成されてなり、収差補正用光学素子は、ポリエチレンにより形成されてなり、断熱用カバーと連続一体に形成され、収差補正用光学素子の外観面と断熱用カバーの外観面とが面一となっていることを特徴とする。

この発明によれば、赤外線検出素子の前方に配置され赤外線検出素子へ赤外線を集光する集光用レンズと、集光用レンズの前方に配置され集光用レンズへの赤外線の入射角を微調整し集光用レンズにおいて生じる収差を補正する収差補正用光学素子とを備えていることにより、集光用レンズにおいて生じる収差を小さくすることができ、また、集光用レンズと収差補正用光学素子とを別々に設けてあるので、収差補正用光学素子には大きな屈折力を持たせる必要がなく、収差補正用光学素子の薄型化による高感度化を図れる。

また、この発明によれば、収差補正用光学素子が、ポリエチレンにより形成されてなるので、収差補正用光学素子を射出成形により精密に且つ安価に製造することができ、低コスト化を図れる。さらに、この発明によれば、収差補正用光学素子が、断熱用カバーと連続一体に形成されてなることにより、断熱用カバーを備えた構成において部品点数の削減による低コスト化を図れ、収差補正用光学素子が集光用レンズの厚み方向において断熱用カバーと重なって配置されている場合に比べて、赤外線検出素子での受光効率を高めることができ、高感度化を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記集光用レンズは、レンズ部と当該レンズ部の周部から外方に延設され前記パッケージにおける窓部の周部に封着されるフランジ部とを有する半導体レンズからなり、レンズ部およびフランジ部の各形状に応じて前記半導体基板との接触パターンを設計した陽極を前記半導体基板の一表面側に前記半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で前記半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することによりレンズ部およびフランジ部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記集光用レンズが、レンズ部およびフランジ部の各形状に応じて前記半導体基板との接触パターンを設計した陽極を前記半導体基板の一表面側に前記半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で前記半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することによりレンズ部およびフランジ部が形成されてなるので、前記集光用レンズにおけるレンズ部とフランジ部とが前記半導体基板において陽極酸化により形成された多孔質部を除去することにより同時に形成されるから、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな任意のレンズ形状を低コストで製造することができ、その結果、前記収差補正用光学素子の凹凸形状の段差を小さくすることができ、前記収差補正用光学素子のより一層の薄型化が可能となり、より一層の高感度化が可能となる。また、前記集光用レンズの短焦点化により、赤外線検出装置全体の小型化を図れるという利点がある。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記半導体基板がシリコン基板からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記半導体基板としてゲルマニウム基板や化合物半導体基板などを採用する場合に比べて、低コスト化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記収差補正用光学素子は、正の屈折力を有する凸形状となる部分と負の屈折力を有する凹形状となる部分との両方が１つ以上あることを特徴とする。

この発明によれば、前記収差補正用光学素子が正の屈折力のみあるいは負の屈折力のみを有する場合に比べて、前記収差補正用光学素子の凹凸形状の段差を小さくすることができて前記収差補正用光学素子の薄型化を図れ、高感度化を図れる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記収差補正用光学素子は、光入射面が平面状であり且つ光出射面のみに曲面を有するように形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記収差補正用光学素子の外観を良くすることができる。

請求項１の発明では、収差が小さく、高感度化および低コスト化を図れるという効果がある。

以下、本実施形態の赤外線検出装置について図１および図２を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線検出装置は、赤外線を受光して光電変換する焦電素子からなる熱型の赤外線検出素子１および赤外線検出素子１の出力を信号処理する信号処理回路が設けられた回路ブロック６と、回路ブロック６を収納するキャンパッケージからなるパッケージ２と、パッケージ２の外側に配置される断熱用カバー４とを備えている。

パッケージ２は、回路ブロック６が絶縁材料からなるスペーサ７を介して実装される金属製のステム２１と、回路ブロック６を覆うようにステム２１に固着される金属製のキャップ２２とを備え、回路ブロック６の適宜部位と電気的に接続される複数本（ここでは、３本）の端子ピン２５がステム２１を貫通する形で設けられている。ここにおいて、ステム２１は、円盤状に形成され、キャップ２２は、後面が開放された有底円筒状の形状に形成されており、後面がステム２１により閉塞されている。なお、スペーサ７と回路ブロック６およびステム２１とは接着剤により固着されている。

また、パッケージ２の一部を構成する上述のキャップ２２において赤外線検出素子１の前方に位置する前壁には、矩形状（本実施形態では、正方形状）の窓部２ａが形成されており、赤外線検出素子１の受光面へ赤外線を集光する集光用レンズ３が窓部２ａを覆うようにキャップ２２の内側から配設されている。

また、ステム２１は、上述の各端子ピン２５それぞれが挿通される複数の端子用孔２１ｂが厚み方向に貫設されており、各端子ピン２５が端子用孔２１ｂに挿通された形で封止部２４により封着されている。

上述のキャップ２２およびステム２１は鋼板により形成されており、ステム２１の周部に形成されたフランジ部２１ｃに対して、キャップ２２の後端縁から外方に延設された外鍔部２２ｃを溶接により封着してある。

回路ブロック６は、上述の信号処理回路の構成要素であるＩＣ６３およびチップ状の電子部品６４が互いに異なる面に実装されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板など）からなる第１の回路基板６２と、第１の回路基板６２における電子部品６４の実装面側に積層された樹脂層６５と、ガラスエポキシなどからなる絶縁性基材の表面に金属材料（例えば、銅など）からなる金属層（以下、シールド層と称す）が形成され樹脂層６５に積層されたシールド板６６と、赤外線検出素子１が実装されるとともにシールド板６６に積層されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板）からなる第２の回路基板６７とで構成されている。なお、シールド板６６の代わりに、銅箔や金属板のみでシールド層を形成してもよい。

第１の回路基板６２は、図２における下面側にＩＣ６３がフリップチップ実装され、図２における上面側に複数の電子部品６４が半田リフローにより実装されている。なお、本実施形態の赤外線検出装置は、人体から放射される赤外線を検出することで人の動きを検知する用途に用いるものであり、ＩＣ６３は、赤外線検出素子１の所定周波数帯域（例えば、０．１〜１０Ｈｚ程度）の出力を増幅する増幅回路（バンドパスアンプ）や当該増幅回路の後段のウインドウコンパレータなどが集積化されている。ここで、本実施形態における回路ブロック６では、上述のシールド板６６が設けられているので、赤外線検出素子１と上記増幅回路との容量結合などに起因した発振現象の発生を防止することができる。ただし、上記増幅回路の増幅度が比較的小さく上記容量結合などに起因した発振現象が起こりにくい場合には、シールド板６６を省略してもよい。

第２の回路基板６７には、赤外線検出素子１のセンシングエレメントと第２の回路基板６７とを熱絶縁するための熱絶縁用孔６７ａが厚み方向に貫設されているので、赤外線検出素子１のセンシングエレメントとシールド板６６との間に空気層が形成され、感度が高くなる。なお、第２の回路基板６７に熱絶縁用孔６７を貫設する代わりに、第２の回路基板６７に、赤外線検出素子１のセンシングエレメントと第２の回路基板６７との間に空気層が形成される形で赤外線検出素子１を支持する支持部を突設してもよい。

回路ブロック６は、第１の回路基板６２、樹脂層６５、シールド板６６、第２の回路基板６７それぞれに、上述の端子ピン２５が挿通されるスルーホール６２ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂが厚み方向に貫設されており、赤外線検出素子１と上記信号処理回路とが端子ピン２５を介して電気的に接続されている。なお、第１の回路基板６２、樹脂層６５、シールド板６６、第２の回路基板６７を積層し、回路ブロック６の厚み方向に貫通する貫通孔を形成する１回の孔あけ加工でスルーホール６２ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂを形成するような部品内蔵基板工法を採用すれば、製造工程の簡略化を図れるとともに回路ブロック６内の電気的な接続が容易になる。

上述の３本の端子ピン２５は、１本が給電用の端子ピン２５（２５ａ）、他の１本が信号出力用の端子ピン２５（２５ｂ）、残りの１本がグランド用の端子ピン２５（２５ｃ）であり、シールド板６６におけるシールド層はグランド用の端子ピン２５ｃと電気的に接続されている。ここで、端子ピン２５ａ，２５ｂを封着する封止部２４，２４（２４ａ，２４ｂ）は、絶縁性を有する封着用のガラスにより形成されており、端子ピン２５ｃを封着する封止部２４（２４ｃ）は、金属材料により形成されている。要するに、端子ピン２５ａ，２５ｂはステム２１と電気的に絶縁されているのに対し、グランド用の端子ピン２５ｃはステム２１と同電位となっている。要するに、シールド板６６の電位はグランド電位に設定されるが、シールド機能を果たすことが可能な特定の電位であれば、グランド電位以外の電位に設定してもよい。

また、上述の断熱用カバー４は、周囲温度の変化による赤外線検出素子１の出力のドリフトを抑制するために、パッケージ２の前壁および側壁を周囲から断熱する断熱部材であり、後面が開放された有底円筒状の形状に形成され、パッケージ２のキャップ２２に装着されている。ここで、断熱用カバー４を後面が開放された有底円筒状の形状としているのは、パッケージ２の後壁を構成するステム２１の後方には赤外線検出装置を実装する回路基板が存在し当該回路基板が断熱部材としての役目を果たすからである。なお、断熱カバー４は、赤外線検出装置とは別体として、当該赤外線検出装置を組み込む機器の外郭部材の一部により構成してもよい。

本実施形態の赤外線検出装置の製造にあたっては、赤外線検出素子１が搭載された回路ブロック６をステム２１にスペーサ７を介して実装した後、集光用レンズ３が窓部２ａを閉塞する形で固着されたキャップ２２の外鍔部２２ｃとステム２１のフランジ部２１ｃとを溶接することにより、キャップ２２とステム２１とからなる金属製のパッケージ２内を封止し、その後、断熱用カバー４をパッケージ２に装着すればよい。なお、本実施形態におけるパッケージ２は、上述のようにキャンパッケージであり、外来ノイズに対するシールド効果を高めるとともに、気密性の向上による耐候性の向上を図れる。ただし、パッケージ２は、シールド効果を有するセラミックスパッケージにより構成してもよい。また、赤外線検出素子１のセンシングエレメントは、焦電型のセンシングエレメントに限らず、サーミスタ型のセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、抵抗ボロメータ型のセンシングエレメントなどのように、温度変化を電気信号変化に変換できるものであればよい。要するに、赤外線検出素子１として、焦電素子以外の熱型の赤外線検出素子を採用してもよい。また、赤外線検出素子１は、熱型の赤外線検出素子に限らず、例えば、ＰｂＳなどの材料を利用した量子型の赤外線検出素子などでもよい。

ところで、上述の集光用レンズ３は、赤外線検出素子１の受光面へ赤外線を集光するレンズ部３ａと当該レンズ部３ａの周部から外方に延設されキャップ２２における窓部２ａの周部に固着されるフランジ部３ｂとを有している。

ここにおいて、集光用レンズ３は、シリコンレンズからなる半導体レンズであり、レンズ部３ａが、平凸型の非球面レンズの形状に形成されており、レンズ部３ａ以外の部位であるフランジ部３ｂの外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）に形成されている。

また、集光用レンズ３は、窓部２ａの内側に位置するレンズ部３ａ以外の部位であるフランジ部３ｂを通して赤外線検出素子１の受光面へ入射しようとする赤外線を阻止する赤外線阻止部３ｄが設けられている。ここで、赤外線阻止部３ｄは、金属材料（例えば、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉなど）からなる赤外線反射膜により構成してあるが、当該赤外線反射膜の材料は、ＡｌやＡｌ−Ｓｉなどに限らず、薄膜形成時に光沢があり凹凸を小さくできる材料であればよく、特に、赤外線の反射率が０．９よりも高いＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属材料や、これらの金属材料を主成分とする材料を採用することが好ましい。また、赤外線阻止部３ｄを構成する赤外線反射膜としては、誘電体膜や、誘電体多層膜を採用してもよい。なお、赤外線阻止部３ｄは、赤外線を反射する赤外線反射膜に限らず、赤外線を散乱させる機能を有する膜により構成してもよい。

また、赤外線阻止部３ｄは、上述のように赤外線を反射または散乱させる機能を有する膜に限らず、赤外線を吸収する機能を有する赤外線吸収層により構成してもよい。ここで、赤外線吸収層は、例えば、ＳｉＯ_２層により構成すればよいが、赤外線吸収層の材料は、ＳｉＯ_２に限らず、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯＮ、セラミック（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣなど）などの非金属（絶縁性材料）や、ＮｉＣｒ、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどの反射率の低い金属（導電性材料）や、金属酸化物（例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属酸化物）などを採用してもよく、赤外線吸収層として上述の絶縁性材料や金属を採用した場合には、赤外線吸収層の耐熱性が高くて信頼性が高い。なお、赤外線吸収層の材料として金属酸化物を採用する場合には、例えば、金属酸化物膜をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜するようにしてもよいし、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属材料からなる金属膜を成膜した後で当該金属膜の少なくとも一部（例えば、当該金属膜の表面側の部分）を酸化することにより金属酸化物膜を形成するようにしてもよい。

しかして、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３におけるレンズ部３ａ以外の部位であるフランジ部３ｂを通して赤外線検出素子１へ入射しようとする赤外線を赤外線阻止部３ｄにより阻止することが可能となり、レンズ部３ａの形状などにより決まる検知エリア以外からの不要な赤外線の赤外線検出素子１への入射を防止することができ、高感度化を図れる。また、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３をキャップ２２に対して導電性の接合材料（例えば、銀ペースト、半田など）を用いて接合して電気的に接続することで外来ノイズなどに対する電磁シールド効果を高めることができ、赤外線検出素子１への電磁ノイズの影響を防止できる。

また、本実施形態の赤外線検出装置では、キャップ２２の窓部２ａが矩形状に開口されるとともに、集光用レンズ３のフランジ部３ｂに、キャップ２２における窓部２ａの内周面および周部に位置決めされる段差部３ｃが形成されており、集光用レンズ３のフランジ部３ｂにおける段差部３ｃを上記接合材料からなる接合部５８を介してキャップ２２に固着してある。したがって、集光用レンズ３と赤外線検出素子１との平行度を高めることができ、集光用レンズ３の光軸方向における集光用レンズ３と赤外線検出素子１との距離精度を高めることができるとともに、集光用レンズ３の光軸と赤外線検出素子１の受光面の光軸との合わせ精度を高めることができる。また、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３のレンズ部３ａとして球面レンズよりも短焦点で薄型の非球面レンズを形成することができるから、赤外線検出装置全体の薄型化（小型化）を図れるという利点がある。

以下、上述の集光用レンズ３の形成方法について図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明するが、具体的には、導電形がｐ形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ３０の一部を陽極酸化工程において多孔質化することにより形成した多孔質シリコンからなる多孔質部３４（図３（ｄ）参照）を除去してシリコンレンズからなる半導体レンズを集光用レンズ３として製造する製造方法を説明する。なお、本実施形態では、半導体ウェハ３０の抵抗率を８０Ωｃｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。ただし、半導体ウェハ３０の抵抗率は、好ましくは０．１〜１０００Ωｃｍ、より好ましくは数Ωｃｍ〜数１００Ωｃｍである。

まず、図３（ａ）に示すシリコンウェハからなる半導体ウェハ３０を洗浄する洗浄工程、半導体ウェハ３０の一表面（図３（ａ）における下面）にマークを設けるマーキング工程を行ってから、半導体ウェハ３０の上記一表面側に陽極酸化工程で利用する陽極３２（図３（ｃ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（本実施形態では、Ａｌ膜）からなる導電性層３１を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体ウェハ３０の上記一表面上に導電性層３１を成膜した後、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層３１のシンタ（熱処理）を行うことにより半導体ウェハ３０との接触がオーミック接触をなす導電性層３１を形成する。なお、導電性層３１の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などの他の周知の薄膜形成方法を採用してもよい。また、導電性層３１の材料もＡｌに限定するものではなく、半導体ウェハ３０とオーミック接触が可能な材料であればよく、例えばＡｌを主成分とするＡｌ−Ｓｉなどを採用してもよい。

導電性層形成工程の後、導電性層３１に円形状の開孔部３３を設けるように導電性層３１をパターニングするパターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体ウェハ３０の上記一表面側に上記開孔部３３に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層３１の不要部分を例えばウェットエッチング技術あるいはドライエッチング技術によってエッチング除去して開孔部３３を設けることにより導電性層３１の残りの部分からなる陽極３２を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層３１がＡｌ膜であれば、導電性層３１の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層３１の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ形状（所望のレンズ部３ａおよび所望のフランジ部３ｂの形状）に応じて半導体ウェハ３０との接触パターンを設計した陽極３２を半導体ウェハ３０の上記一表面側に形成する陽極形成工程を構成している。

パターニング工程の後、陽極酸化用の電解液中で半導体ウェハ３０の他表面側（図３（ａ）の上面側）に対向配置される陰極と上記陽極３２との間に通電して半導体ウェハ３０の上記他表面側に除去部位となる多孔質半導体（本実施形態では、多孔質シリコン）からなる多孔質部３４を形成する陽極酸化工程（陽極酸化処理）を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、半導体ウェハ３０として、導電形がｐ形のものを用いているので、陽極酸化工程において半導体ウェハ３０の上記他表面側に光を照射する必要はないが、半導体ウェハ３０として導電形がｎ形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。また、電解液としては、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。

ところで、ｐ形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ３０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ^＋、電子をｅ⁻とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ^＋→ＳｉＦ_２＋２Ｈ^＋＋ｎｅ⁻
ＳｉＦ_２＋２ＨＦ→ＳｉＦ_４＋Ｈ_２
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ→ＳｉＨ_２Ｆ_６
すなわち、シリコンウェハからなる半導体ウェハ３０の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ^＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ^＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体ウェハ３０としてｐ形のシリコンウェハを用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ^＋の供給量で決まるから、半導体ウェハ３０中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部３４の厚みが決まることになる。ここで、半導体ウェハ３０の上記他表面側では、陽極３２の厚み方向に沿った開孔部３３の中心線から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体ウェハ３０の上記他表面側に形成される多孔質部３４は、陽極３２の開孔部３３の上記中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。

上述の陽極酸化工程の終了後、多孔質部３４を除去する多孔質部除去工程を行うことでレンズ部３ａおよびフランジ部３ｂを形成することによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。ここにおいて、本実施形態における集光用レンズ３の製造方法においては、陽極形成工程で陽極３２の材料として赤外線を反射する金属材料（例えば、Ａｌ）を採用し、多孔質部除去工程で陽極３２が赤外線阻止部３ｄとして残存するように多孔質部３４を選択的に除去するようにしている。したがって、多孔質部除去工程が終了した後の半導体ウェハ３０は、図４に示すような状態となる。図４は、（ａ）が半導体ウェハ３０の上記他表面側の概略平面図を示し、（ｂ）が半導体ウェハ３０の上記一表面側の概略平面図を示し、（ｃ）が半導体ウェハ３０の概略断面図を示している。なお、図４（ａ），（ｂ）から分かるように半導体ウェハ３０にはオリエンテーションフラットＯＦに平行な方向およびオリエンテーションフラットＯＦに直交する方向にレンズ部３ａが並設されている。

多孔質部除去工程の後は、段差部３ｃを形成する段差部形成工程を行ってから、個々の集光用レンズ３に分離するダイシング工程を行えばよい。ここにおいて、段差部形成工程およびダイシング工程はダイシング装置を用いて行う。さらに説明すれば、多孔質部除去工程後に、図５（ａ）に示すように半導体ウェハ３０の上記他表面側（つまり、集光用レンズ３のレンズ面側）を上側とした状態で、ダイシング装置を用いて図５（ｂ）に示すように隣り合う集光用レンズ３に跨る段差部３ｃ用の切削溝３０ｃを形成し、続いて、ダイシング装置を利用して図５（ｃ）に示すように集光用レンズ３の個片に分割する。なお、段差部形成工程およびダイシング工程においては、例えば、レンズ部３ａとフランジ部３ｂとの境界や半導体ウェハ３０のオリエンテーションフラットＯＦなどを基準として、切削位置を設定することが可能である。ただし、レンズ部３ａとフランジ部３ｂとの境界はレンズ部３ａの曲率半径が大きい場合には観測が難しく、オリエンテーションフラットＯＦについては加工精度が低いことがあるので、赤外線カメラなどを用いて半導体ウェハ３０の上記一表面側の陽極３２を観測して陽極３２の位置を基準として、切削位置を設定するようにしてもよい。

上述の段差部形成工程において形成する第１の切削溝３０ｃの幅寸法をＨ１、切削深さ寸法をＤ１、上述のダイシング工程において形成する第２の切削溝の幅寸法をＨ２とすれば、ダイシング工程において形成する上記第２の切削溝の幅寸法Ｈ２を段差部形成工程において形成する上記第１の切削溝３０ｃの幅寸法Ｈ１よりも小さくすることで、ダイシング工程前に各集光用レンズ３に形成した段差部３ｃをダイシング工程後にも各赤外線センサ３の個片ごとに残存させることができる。なお、ダイシング工程において上記第２の切削溝を形成する部位は半導体ウェハ３０の当初の厚みよりも薄くなっているので、ダイシング工程では、ハーフカット方式に限らず、半導体ウェハ３０を完全に切断するフルカット方式を採用してもよい。また、段差部形成工程およびダイシング工程において、ダイシングソー方式を採用し、段差部形成工程とダイシング工程とでブレードの幅を変えることにより、上記第１の切削溝３０ｃの幅寸法Ｈ１と上記第２の切削溝の幅寸法Ｈ２とを変えることができ、しかも、上記第１の切削溝３０ｃの深さ寸法Ｄ１の寸法精度を高めることができ、結果的に、集光用レンズ３の光軸方向における集光用レンズ３と赤外線検出素子１との距離精度を高めることができるとともに、集光用レンズ３の光軸と赤外線検出素子１の受光面の光軸との合わせ精度を高めることが可能となる。

以上説明した集光用レンズ３の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極３２と半導体ウェハ３０との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体ウェハ３０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部３４の厚みの面内分布を制御することができて厚みが連続的に変化した多孔質部３４を形成することが可能であり、当該多孔質部３４を多孔質部除去工程にて選択的に除去することで所望の形状のレンズ部３ａおよびフランジ部３ｂおよび赤外線阻止部３ｄを有する集光用レンズ３が形成されるから、赤外線阻止部３ｄを形成するために別途の工程を必要とせず、赤外線阻止部３ｄを別途に形成する場合に比べて、製造プロセスの簡略化を図れるとともに、赤外線阻止部３ｄの位置精度を高めることができて遮光性が向上する。

また、上述の集光用レンズ３の製造方法では、レンズ径が数ｍｍ程度のレンズ形状でも１回の陽極酸化工程と１回の多孔質部除去工程とで形成することができるという利点もある。また、本実施形態では、半導体ウェハ３０が半導体基板を構成し、シリコンウェハがシリコン基板を構成している。要するに、本実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を用いているので、半導体基板としてゲルマニウム基板や化合物半導体基板（例えば、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板など）を採用する場合に比べて、低コスト化を図れる。

また、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３が、レンズ部３ａおよびフランジ部３ｂの各形状に応じて半導体ウェハ３０との接触パターンを設計した陽極３２を半導体ウェハ３０の上記一表面側に半導体ウェハ３０との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体ウェハ３０の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体ウェハ３０の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部３４を形成してから当該多孔質部３４を除去することにより製造された半導体レンズを半導体ウェハ３０から分割することにより形成されているので、多数の集光用レンズ３が１枚の半導体ウェハ３０に形成されるだけでなく、集光用レンズ３におけるレンズ部３ａとフランジ部３ｂとが半導体ウェハ３０において陽極酸化により形成された多孔質部３４を除去することにより同時に形成されるから、集光用レンズ３の低コスト化を図れ、結果的に、集光用レンズ３の位置決め精度の向上および低コスト化を図れ、集光用レンズ３の位置決め精度の向上による高感度化を図れる。

また、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３のフランジ部３ｂに、パッケージ２における窓部２ａの内周面および周部に位置決めされる段差部３ｃが当該集光用レンズ３を半導体ウェハ３０から分割する前に形成されているので、半導体ウェハ３０を動かさずに段差部３ｃを形成するダイシングと集光用レンズ３を分割するためのダイシングとの２回のダイシングを行うことにより段差部３ｃを位置精度良く容易に形成することができ、当該集光用レンズ３の段差部３ｃとキャップ２２の窓部２ａとでパッケージ２に対する集光用レンズ３の位置を規定することができるから、集光用レンズ３の光軸方向における集光用レンズ３と赤外線検出素子１との距離精度を高めることができるとともに、集光用レンズ３の光軸と赤外線検出素子１の受光面の光軸との合わせ精度を高めることができる。また、本実施形態の赤外線検出装置では、パッケージ２における窓部２ａの開口形状および集光用レンズ３の外周形状が矩形状なので、パッケージ２に対する集光用レンズ３の位置決め精度のより一層の向上を図れる。

なお、上述の集光用レンズ３の製造方法においては、陽極酸化工程において半導体ウェハ３０に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ部３ａの形状（本実施形態では、平凸型の非球面レンズ状のレンズ部３ａにおける非球面の曲率半径やレンズ径）が決まるので、半導体ウェハ３０の抵抗率や厚み、陽極酸化工程にて用いる電解液の電気抵抗値や、半導体ウェハ３０と陰極との間の距離、陰極の平面形状（半導体ウェハ３０に対向配置した状態において半導体ウェハ３０に平行な面内での形状）、陽極３２における円形状の開孔部３３の内径などを適宜設定することにより、レンズ部３ａの形状を制御することができる。ここにおいて、電解液の電気抵抗値は、例えば、フッ化水素水溶液の濃度や、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合比などを変えることにより調整することができるので、陽極３２の形状（つまり、陽極３２と半導体ウェハ３０との接触パターン）の他に、陽極３２の形状以外の条件（例えば、電解液の電気抵抗値）を適宜設定することによって、集光用レンズ３のレンズ部３ａの形状をより制御しやすくなる。また、集光用レンズ３のレンズ部３ａの形状を平凹型の非球面レンズ状の形状とする場合には、上述の集光用レンズ３の製造方法において、陽極形成工程において円形状の陽極３２を形成する必要があり、陽極３２がレンズ部３ａに対応する部位にあるので、多孔質部除去工程において陽極３２を除去するようにし、キャップ２２の窓部２２の開口形状をレンズ部３ａに合致する円形状の開口形状とすればよい。

ところで、上述の集光用レンズ３は、図６に示すように、レンズ部３ａの両面に、所望の波長域（例えば、１μｍ〜１０μｍ）の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する多層干渉フィルタ３ｅ，３ｆを形成してある。したがって、本実施形態の赤外線検出装置では、集光用レンズ３が、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線をカットするフィルタ機能を有しており、太陽光などによるノイズの発生を防止することができ、高感度化を図れる。

ここで、図６に示す構成の集光用レンズ３を採用する場合には、上述の集光用レンズ３の製造方法において、多孔質部除去工程と段差部形成工程との間に、多層干渉フィルタ３ｅ，３ｆを周知の薄膜形成技術を利用して形成するフィルタ形成工程を行うようにすれば多層干渉フィルタ３ｅ，３ｆをウェハレベルで多数のレンズ部３ａに同時に形成することができ、しかも、段差部形成工程で段差部３ｃを形成することにより、フランジ部３ｂ表面に形成されている多層干渉フィルタ３ｅおよびフランジ部３ｂの一部が除去されてフランジ部３ｂに半導体表面が露出することとなる。また、段差部形成工程の後のダイシング工程を行うことにより集光用レンズ３における切断面（フランジ部３ｂの外周面）に半導体表面が露出することとなる。したがって、集光用レンズ３においてフランジ部３ｂのうち半導体表面が露出した部分を銀ペーストなどかなる接合部５８（図１参照）を介してキャップ２２と接合して電気的に接続することにより、赤外線検出装置全体の電磁シールド効果を高めることが可能となる。ここにおいて、本実施形態のように赤外線検出素子として焦電素子を用いた赤外線検出装置では、特に外来ノイズが大きく影響するので、赤外線検出装置全体をグランド電位でシールドする効果が非常に大きい。なお、図６に示した例では、レンズ部３ａの両面に多層干渉フィルタ３ｅ，３ｆを形成してあるが、少なくとも一面に形成してあればよい。また、図６に例示した集光用レンズ３は、集光用レンズ３の非レンズ面側に多層干渉フィルタ３ｆを形成する際に、赤外線阻止部３ｄの外周部上に多層干渉フィルタ３ｆが形成されないように遮蔽マスクを配置した状態で多層干渉フィルタ３ｆを形成したものであり、赤外線阻止部３ｄの外周部が露出しているので、当該赤外線阻止部３ｄとパッケージ２とを上記接合材料により接合することで当該集光用レンズ３とパッケージ２とを電気的に接続してもよい。

ところで、本実施形態の赤外線検出装置は、上述の断熱用カバー４の前壁がパッケージ２の前壁から離間しており、断熱用カバー４の前壁の中央部に、集光用レンズ３の前方に配置され集光用レンズ３への赤外線の入射角を微調整し集光用レンズ３において生じる収差を補正する収差補正用光学素子５が連続一体に形成されている。

しかして、本実施形態の赤外線検出装置では、熱型の赤外線検出素子１の前方に配置され赤外線検出素子１へ赤外線を集光する集光用レンズ３と、集光用レンズ３の前方に配置され集光用レンズ３への赤外線の入射角を微調整し集光用レンズ３において生じる収差を補正する収差補正用光学素子５とを備えていることにより、集光用レンズ３において生じる収差を小さくすることができ、また、集光用レンズ３と収差補正用光学素子５とを別々に設けてあるので、収差補正用光学素子５には大きな屈折力を持たせる必要がなく、収差補正用光学素子５の薄型化による高感度化を図れるから、収差補正用光学素子５の材料の選択肢が多くなって低コスト化を図れる。ここにおいて、収差補正用光学素子５の材料として例えばポリエチレンのようなシリコンに比べて安価で射出成形が可能な材料を採用すれば、収差補正用光学素子５および断熱用カバー４を射出成形により精密に且つ安価に製造することができ、低コスト化を図れる。なお、本実施形態では、上述のように集光用レンズ３に波長選択フィルタとしての多層干渉フィルタを設けてあるが、波長選択フィルタは集光用レンズ３ではなく収差補正用光学素子５にコーティングするようにしてもよい。

また、本実施形態の赤外線検出装置では、上述のように集光用レンズ３におけるレンズ部３ａとフランジ部３ｂとが半導体基板において陽極酸化により形成された多孔質部３４を除去することにより同時に形成されるから、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな任意のレンズ形状を低コストで製造することができ、その結果、収差補正用光学素子５の凹凸形状の段差を小さくすることができ、収差補正用光学素子５のより一層の薄型化が可能となり、より一層の高感度化および収差補正用光学素子５のより一層の低コスト化が可能となる。また、集光用レンズ３の短焦点化により、赤外線検出装置全体の小型化を図れるという利点がある。

また、本実施形態の赤外線検出装置では、収差補正用光学素子５が断熱用カバー４と連続一体に形成されているので、断熱用カバー４を備えた構成において部品点数の削減による低コスト化を図れ、収差補正用光学素子５が断熱用カバーとは別に形成され集光用レンズ３の厚み方向に離間して収差補正用光学素子５と断熱用カバー４の前壁とが存在する場合（つまり、収差補正用光学素子５と断熱用カバー４の前壁とが重なって配置されている場合）に比べて、外部から集光用レンズ３への赤外線の進行経路中での赤外線の光量の減衰量を少なくできて、赤外線検出素子１での受光効率を高めることができ、高感度化を図れる。なお、本実施形態では、収差補正用光学素子５と断熱用カバー４とを連続一体に形成してあるが、断熱用カバー４として前壁の中央部に開口窓を形成したものを用い、収差補正用光学部材５を、断熱用カバー４の開口窓を閉塞する窓材に兼用するようにしてもよく、この場合には、断熱用カバー４の材料は必ずしも収差補正用光学素子５と同じ材料を選択する必要はない。ここで、収差補正用光学部材５と断熱用カバー４とが別体である場合には、収差補正用光学部材５の材料として赤外線透過率の高いゲルマニウムなどを採用することも考えられるが、この場合には精密研磨などの技術を利用して収差補正用光学部材５のレンズ面を形成する必要があり、コストが高くなってしまうので、ポリエチレンなどの安価な材料であって射出成形によってレンズ形状を形成可能な材料を採用することが望ましい。

ところで、ポリエチレンはゲルマニウムやシリコンに比べて赤外線の吸収率が高く、厚みが０．５ｍｍのレンズでも赤外線の光量が２分の１程度まで減衰してしまうので、収差補正用収差補正用光学素子５の材料としてポリエチレンを採用した場合、赤外線検出素子１への赤外線の入射効率を高めるためには、収差補正用光学素子５の厚みがより薄い方が良い。一方で、収差補正用光学素子５に集光機能を持たせるとレンズ面の曲率が大きくなって厚みが増えてしまう。そこで、本実施形態では、赤外線を集光する機能のほとんどを集光用レンズ３に担当させ、収差補正用光学素子５の機能を、集光用レンズ３への赤外線の入射角を微調整し集光用レンズ３において生じる収差を補正する機能に特化させることで収差補正用光学素子５の薄型化を図っている。ここで、本実施形態における収差補正用光学素子５は、中心部が正の屈折力を有する平凸レンズ状に形成されるとともに中心部の周囲が負の屈折力を有する平凹レンズ状に形成され、最外周部が正の屈折力を有する平凸レンズ上に形成されており、収差補正用光学素子５が正の屈折力のみあるいは負の屈折力のみを有する場合に比べて、収差補正用光学素子５の凹凸形状の段差（幅）を小さくすることができて収差補正用光学素子５の薄型化を図れ、高感度化を図れる。ただし、集光用レンズ３の屈折力を大きくして収差補正用光学素子５の曲率半径を大きくすることができれば収差補正用光学素子５の凹凸形状の幅を小さくできるので、必ずしも、収差補正用光学素子５の形状を正の屈折力と負の屈折力との両方を有する形状に形成する必要はない。

また、収差補正用光学素子５は、光入射面が平面状であり且つ光出射面のみに曲面を有するように形成されているので、収差補正用光学素子５の外観を良くすることができとともに、収差補正用光学素子５の外観を断熱用カバー４の外観とデザイン的に調和させることができる。

以下、収差補正用光学素子５による収差補正機能について図７（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。ここで、図７の（ａ）は光学系として上述の製造方法により製造された集光用レンズ３であって開口径が３ｍｍ、バックフォーカスが２．２０７ｍｍの集光用レンズ３のみを備えている場合の赤外線の進行経路のシミュレーション結果を示し、同図の（ｂ）は（ａ）と同じレンズ形状の集光用レンズ３の前方に収差補正用光学素子５を配置した場合の赤外線の進行経路のシミュレーション結果を示している。図７（ａ）ではスポットダイアグラムが約０．２７７ｍｍであるのに対して、図７（ｂ）ではスポットダイアグラムが約０．００３ｍｍであり、収差補正用光学素子５を設けることにより、収差が小さくなっていることが確認された。

ここにおいて、図７（ｂ）に示した集光用レンズ３および収差補正用光学素子５それぞれのレンズ面の具体的な形状を下記数１に示す非球面の式で表すと、集光用レンズ３および収差補正用光学素子５それぞれの各係数は表１のようになる。なお、下記数１では、光軸に直交する一つの平面をＸＹ平面とするとともに、当該ＸＹ平面と光軸との交点を原点とし、当該ＸＹ平面内での原点からの距離をρ、光軸方向におけるＸＹ平面からの距離をz、コーニック定数をKと定義してある。

ただし、上記数１において、cはレンズ面と光軸との交点の曲率であり、レンズ面と光軸との交点の曲率半径をRとして、下記数２で表される。

ところで、収差補正用光学素子５は、正の屈折力を有する凸形状となる部分と負の屈折力を有する凹形状となる部分との両方が１つ以上あればよく、図７（ｂ）に示した形状に限らず、例えば、図８（ｂ）に示すように、中心部が負の屈折力を有する平凹レンズ状に形成されるとともに中心部の周囲が正の屈折力を有する平凸レンズ状に形成され、最外周部が負の屈折力を有する平凹レンズ上に形成されてたものを用いてもよく、この場合にも、収差補正用光学素子５が正の屈折力のみあるいは負の屈折力のみを有する場合に比べて、収差補正用光学素子５の凹凸形状の段差を小さくすることができて収差補正用光学素子５の薄型化を図れ、高感度化を図れる。

ここで、図８の（ａ）は光学系として上述の製造方法により製造された集光用レンズ３であって開口径が３ｍｍ、バックフォーカスが２．５５ｍｍの集光用レンズ３のみを備えている場合の赤外線の進行経路のシミュレーション結果を示し、同図の（ｂ）は（ａ）と同じレンズ形状の集光用レンズ３の前方に収差補正用光学素子５を配置した場合の赤外線の進行経路のシミュレーション結果を示している。図８（ａ）ではスポットダイアグラムが約０．４３３ｍｍであるのに対して、図８（ｂ）ではスポットダイアグラムが約０．００１ｍｍであり、収差補正用光学素子５を設けることにより、収差が小さくなっていることが確認された。ここにおいて、図８（ｂ）に示した集光用レンズ３および収差補正用光学素子５それぞれのレンズ面の具体的な形状を上記数１に示す非球面の式で表すと、集光用レンズ３および収差補正用光学素子５それぞれの各係数は表２のようになる。

なお、上述の実施形態では、パッケージ２内に収納する回路ブロック６として部品内蔵基板工法により形成したものを例示したが、回路ブロック６は、基板単体で構成してもよいし、例えば特許第３２１１０７４号公報に記載されているような３次元回路ブロックで構成してもよい。また、赤外線検出素子１以外の回路部品（図２に示した電子部品６４およびＩＣ６３）を外付け部品として、赤外線検出素子１のみをパッケージ２内に収納するようにしてもよい。

実施形態における赤外線検出装置を示す概略平面図である。同上の赤外線検出装置の要部概略分解斜視図である。同上における集光用レンズの製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上における集光用レンズの製造方法の説明図である。同上における集光用レンズの製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上における集光用レンズの概略断面図である。同上における収差補正用光学素子の機能説明図である。同上の他の構成例における収差補正用光学素子の機能説明図である。

符号の説明

１赤外線検出素子
２パッケージ
２ａ窓部
３集光用レンズ（半導体レンズ）
３ａレンズ部
３ｂフランジ部
３ｃ段差部
３ｄ赤外線阻止部
４断熱用カバー
５収差補正用光学素子
３０半導体ウェハ（半導体基板）
３２陽極
３４多孔質部

Claims

赤外線を検出する赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子を収納するパッケージと、赤外線検出素子の前方に配置され赤外線検出素子へ赤外線を集光する集光用レンズと、集光用レンズの前方に配置され集光用レンズへの赤外線の入射角を微調整し集光用レンズにおいて生じる収差を補正する収差補正用光学素子と、パッケージの外側に配置される断熱用カバーとを備え、集光用レンズは、半導体基板から形成されてなり、収差補正用光学素子は、ポリエチレンにより形成されてなり、断熱用カバーと連続一体に形成され、収差補正用光学素子の外観面と断熱用カバーの外観面とが面一となっていることを特徴とする赤外線検出装置。
前記集光用レンズは、レンズ部と当該レンズ部の周部から外方に延設され前記パッケージにおける窓部の周部に封着されるフランジ部とを有する半導体レンズからなり、レンズ部およびフランジ部の各形状に応じて前記半導体基板との接触パターンを設計した陽極を前記半導体基板の一表面側に前記半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で前記半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することによりレンズ部およびフランジ部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
前記半導体基板がシリコン基板からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線検出装置。
前記収差補正用光学素子は、正の屈折力を有する凸形状となる部分と負の屈折力を有する凹形状となる部分との両方が１つ以上あることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
前記収差補正用光学素子は、光入射面が平面状であり且つ光出射面のみに曲面を有するように形成されてなることを特徴とする請求項４記載の赤外線検出装置。