JP5674260B2 - Image acquisition device, conversion device, and image acquisition method - Google Patents

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Description

本発明は、画像取得装置、変換装置、及び画像取得方法に関する。   The present invention relates to an image acquisition device, a conversion device, and an image acquisition method.

近年、内容物検査、不審者の監視システムに例示されるように幅広い監視用途でセキュリティー関連技術の進展が著しい。これに伴って、純粋な温度測定用の他、上述の監視用に適用可能な赤外線カメラに対する需要が急増している。   In recent years, security-related technologies have been remarkably advanced in a wide range of monitoring applications as exemplified by contents inspection and suspicious person monitoring systems. Along with this, there is a rapid increase in demand for infrared cameras that can be used for monitoring as well as for pure temperature measurement.

赤外線カメラの構造としては、量子型、ボロメータ型といったものが知られている。量子型の赤外線カメラでは、一般的に熱雑音に対する耐性を持たせるために冷却が必要であり、装置全体としては大型で高価なものとなってしまう。また、ボロメータ型は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の進展に伴って様々なタイプのものが開発されている。しかしながら、このタイプでは、画素単位で熱検出構造を設けると共に、画素からの信号取出し構造を設ける必要があるため、装置構成は複雑なものになってしまう。   As a structure of the infrared camera, a quantum type or a bolometer type is known. Quantum infrared cameras generally require cooling in order to have resistance to thermal noise, and the entire apparatus becomes large and expensive. Various types of bolometer types have been developed with the progress of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. However, in this type, since it is necessary to provide a heat detection structure for each pixel and a signal extraction structure from the pixel, the apparatus configuration becomes complicated.

上述のように、既存の赤外線カメラでは、その構成を簡易化することには限界があった。   As described above, there is a limit to simplifying the configuration of existing infrared cameras.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、より簡素な構成の画像取得装置、又は新たな手法の画像取得方法を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an image acquisition apparatus having a simpler configuration or an image acquisition method using a new technique.

本発明にかかる画像取得装置は、導電性粒子が誘電体の表面に付着して形成された誘電体層上に熱線吸収層が積層された積層体と、前記積層体に入射される光を出射する光源と、前記光源から出射され前記誘電体層で強度変調された光を受光して、前記積層体に入射する熱線の強度分布に応じた像を撮像する撮像手段と、を備える。   An image acquisition apparatus according to the present invention includes a laminate in which a heat ray absorbing layer is laminated on a dielectric layer formed by attaching conductive particles to a surface of a dielectric, and emits light incident on the laminate. A light source that receives the light emitted from the light source and intensity-modulated by the dielectric layer, and picks up an image according to the intensity distribution of the heat rays incident on the stacked body.

外来の熱線を吸収する熱線吸収層と導電性粒子が誘電体の表面に付着して形成された誘電体層とを積層する。そして、誘電体層に光を照射し、誘電体層から強度変調された光を出力させる。これによって、積層体に入射する熱線の強度分布に応じた像を取得することが可能になる。このようにして簡素な構成の画像取得装置を実現することができる。   A heat ray absorbing layer that absorbs extraneous heat rays and a dielectric layer formed by attaching conductive particles to the surface of the dielectric are laminated. Then, the dielectric layer is irradiated with light, and intensity-modulated light is output from the dielectric layer. This makes it possible to acquire an image corresponding to the intensity distribution of heat rays incident on the laminate. In this way, an image acquisition apparatus having a simple configuration can be realized.

前記積層体は、当該積層体の積層方向を深さ方向とする複数の溝によって、２次元状に配置された複数の島部を形成するように分割されている、と良い。   The laminated body is preferably divided so as to form a plurality of island portions arranged two-dimensionally by a plurality of grooves whose depth direction is a lamination direction of the laminated body.

前記積層体を支持する支持部材を更に備え、当該支持部材は、前記積層体を主面上で支持する断熱層と、前記断熱層が主面上に形成された支持基板と、を備える、と良い。   A support member that supports the laminate; and the support member includes a heat insulating layer that supports the laminate on a main surface; and a support substrate on which the heat insulating layer is formed. good.

前記支持基板は、複数の前記島部夫々の位置に対応する位置に形成された複数の開口を有する、と良い。   The support substrate may include a plurality of openings formed at positions corresponding to the positions of the plurality of island portions.

前記積層体は、前記熱線吸収層と前記誘電体層との間に、前記光源からの出射光を反射する光反射層を更に備える、と良い。   The laminated body may further include a light reflecting layer that reflects light emitted from the light source between the heat ray absorbing layer and the dielectric layer.

前記誘電体層は、表面に前記導電性粒子が付着した粒子状の前記誘電体が凝集して形成されている、と良い。   The dielectric layer is preferably formed by agglomerating the particulate dielectric with the conductive particles attached to the surface.

本発明にかかる変換装置は、導電性粒子が誘電体の表面に付着して形成された誘電体層と、熱線を吸収する熱線吸収層と、少なくとも前記誘電体層及び前記熱線吸収層が主面上に積層された支持部材と、を備える。   The conversion device according to the present invention includes a dielectric layer formed by attaching conductive particles to the surface of a dielectric, a heat ray absorbing layer that absorbs heat rays, and at least the dielectric layer and the heat ray absorbing layer as main surfaces. And a support member laminated thereon.

本発明にかかる画像取得方法は、熱線の強度分布を示す画像を取得する画像取得方法であって、導電性粒子が誘電体の表面に付着して形成された誘電体層上に熱線吸収層が積層された積層体に対して光を照射し、前記誘電体層で強度変調された光を受光して、前記積層体に入射する熱線の強度分布に応じた像を撮像する。   An image acquisition method according to the present invention is an image acquisition method for acquiring an image showing an intensity distribution of heat rays, wherein a heat ray absorption layer is formed on a dielectric layer formed by attaching conductive particles to the surface of the dielectric. The laminated body is irradiated with light, the light whose intensity is modulated by the dielectric layer is received, and an image corresponding to the intensity distribution of heat rays incident on the laminated body is taken.

本発明によれば、より簡素な構成の画像取得装置、又は新たな手法の画像取得方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the image acquisition apparatus of a simpler structure or the image acquisition method of a new method can be provided.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment is simplified for convenience of explanation. Since the drawings are simple, the technical scope of the present invention should not be interpreted narrowly based on the drawings. The drawings are only for explaining the technical matters, and do not reflect the exact sizes or the like of the elements shown in the drawings. The same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Words indicating directions such as up, down, left, and right are used on the assumption that the drawing is viewed from the front.

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について、以下、図１乃至図８を用いて説明する。 [First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図１は、赤外線カメラ５０の概略構成を説明するための模式図である。図２は、変換モジュールの概略的な断面構成を示す模式図である。図３は、平面内における積層体の形成態様を示す模式図である。図４は、変換装置の概略的な断面構成を示す模式図である。図５は、赤外線カメラ５０の機能を説明するための説明図である。図６は、赤外線カメラ５０に接続される駆動部の概略的な構成を示すブロック図である。図７Ａ及びＢは、変換装置の製造方法を示す概略的な製造工程図である。図８は、比較例の構成を説明するための説明図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a schematic configuration of the infrared camera 50. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic cross-sectional configuration of the conversion module. FIG. 3 is a schematic diagram showing a formation mode of the laminate in a plane. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic cross-sectional configuration of the conversion device. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the function of the infrared camera 50. FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a drive unit connected to the infrared camera 50. 7A and 7B are schematic manufacturing process diagrams showing a manufacturing method of the conversion device. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a configuration of a comparative example.

図１に示すように、赤外線カメラ（画像取得装置）５０は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)１０、レンズ１１、ハーフミラー１２、レンズ筒１４、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１５、レンズ筒１６、及び変換モジュール２０を有する。   As shown in FIG. 1, an infrared camera (image acquisition device) 50 includes an LED (Light Emitting Diode) 10, a lens 11, a half mirror 12, a lens tube 14, a CCD (Charge Coupled Device) sensor 15, a lens tube 16, and A conversion module 20 is included.

赤外線カメラ５０は、レンズ筒１６を介して入力する赤外線（物体からの放射熱線）を変換モジュール２０の前面で受ける。赤外線カメラ５０は、ＬＥＤ１０から出力された光を変換モジュール２０の背面で受ける。後述のように、変換モジュール２０は、前面側に形成された黒色層（熱線吸収層）、及び黒色層よりも背面側に形成された誘電体層を有する。誘電体層は、金属粒子（導電性粒子）が誘電体粒子（誘電体）の表面に付着して形成されており、局在プラズモン共鳴を生じさせることができる。誘電体層は、黒色層に対して熱接続されている。従って、局在プラズモン共鳴による光減衰の程度は、黒色層に入射した赤外線の強度に応じたものになる。このようにして、変換モジュール２０から出力される光の強度分布は、変換モジュール２０に入力した赤外線の強度分布に応じたものになる。   The infrared camera 50 receives infrared rays (radiant heat rays from an object) input via the lens tube 16 on the front surface of the conversion module 20. The infrared camera 50 receives the light output from the LED 10 on the back surface of the conversion module 20. As will be described later, the conversion module 20 includes a black layer (heat ray absorbing layer) formed on the front side and a dielectric layer formed on the back side of the black layer. The dielectric layer is formed by attaching metal particles (conductive particles) to the surface of the dielectric particles (dielectric), and can cause localized plasmon resonance. The dielectric layer is thermally connected to the black layer. Therefore, the degree of light attenuation due to localized plasmon resonance depends on the intensity of infrared light incident on the black layer. In this way, the intensity distribution of light output from the conversion module 20 corresponds to the intensity distribution of infrared rays input to the conversion module 20.

変換モジュール２０からの出力光は、ハーフミラー１２を通過し、レンズ筒１４を介してＣＣＤセンサ１５の撮像面に入射する。ＣＣＤセンサ１５は、赤外線の強度分布に応じた強度分布を有する光を複数の画素で受光し、赤外線の強度分布に応じた像を撮像する。このように、汎用な部品を用いて簡素な構成の新しいタイプの赤外線カメラ５０を提供することができる。   The output light from the conversion module 20 passes through the half mirror 12 and enters the imaging surface of the CCD sensor 15 via the lens tube 14. The CCD sensor 15 receives light having an intensity distribution corresponding to the infrared intensity distribution by a plurality of pixels and captures an image corresponding to the infrared intensity distribution. Thus, a new type of infrared camera 50 having a simple configuration can be provided using general-purpose parts.

図１に示すように、ＣＣＤセンサ１５の撮像面上には、レンズ筒１４、ハーフミラー１２、変換モジュール２０、及びレンズ筒１６がこの順で配置されている。ハーフミラー１２の前面１２ａ上には、レンズ１１、ＬＥＤ１０がこの順で配置されている。なお、軸線ＡＸ１上にＬＥＤ１０、レンズ１１を配置し、軸線ＡＸ２上にレンズ筒１４、ＣＣＤセンサ１５を配置しても良い。   As shown in FIG. 1, the lens barrel 14, the half mirror 12, the conversion module 20, and the lens barrel 16 are arranged in this order on the imaging surface of the CCD sensor 15. On the front surface 12a of the half mirror 12, the lens 11 and the LED 10 are arranged in this order. The LED 10 and the lens 11 may be disposed on the axis AX1, and the lens tube 14 and the CCD sensor 15 may be disposed on the axis AX2.

ＬＥＤ１０は、駆動電流に応じて所定波長の光を出力する一般的な半導体発光素子（光源）である。ＬＥＤ１０の出力波長は任意である。ＬＥＤ１０からは出力される光の偏向状態は任意である。なお、ＬＥＤに代えて、ＬＤ(Laser Diode)を採用しても良い。   The LED 10 is a general semiconductor light emitting element (light source) that outputs light of a predetermined wavelength according to a drive current. The output wavelength of the LED 10 is arbitrary. The deflection state of the light output from the LED 10 is arbitrary. An LD (Laser Diode) may be used instead of the LED.

レンズ１１は、ＬＥＤ１０からの出力光を平行光化する。ＬＥＤ１からの出力光は、レンズ１１のレンズ面を介して、平行光化される。   The lens 11 collimates the output light from the LED 10. Output light from the LED 1 is converted into parallel light through the lens surface of the lens 11.

ハーフミラー１２は、ＬＥＤ１０からの光を反射し、変換モジュール２０からの光を透過する。具体的には、ハーフミラー１２は、レンズ１１を介して入射するＬＥＤ１０の光を前方に向かって反射させる。ハーフミラー１２は、変換モジュール２０から出力される光を後方へ透過させる。   The half mirror 12 reflects the light from the LED 10 and transmits the light from the conversion module 20. Specifically, the half mirror 12 reflects the light of the LED 10 incident through the lens 11 forward. The half mirror 12 transmits light output from the conversion module 20 backward.

変換モジュール２０の機能の概要は上述のとおりである。変換モジュール２０の構成及び機能については後で詳細に説明する。   The outline of the function of the conversion module 20 is as described above. The configuration and function of the conversion module 20 will be described in detail later.

レンズ筒１４は、変換モジュール２０から出力され、ハーフミラー１２を通過した光をＣＣＤセンサ１５の撮像面に結像させる。   The lens tube 14 forms an image on the imaging surface of the CCD sensor 15 from the light output from the conversion module 20 and passing through the half mirror 12.

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１５は、通常の固体撮像素子である。ＣＣＤセンサ（撮像手段）１５は、撮像面にマトリクス状に形成された複数の画素を有する。各画素で光を受光することによって赤外線の強度分布に応じた像を撮像する。ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の一般的な撮像センサを用いても良い。   The CCD (Charge Coupled Device) sensor 15 is a normal solid-state image sensor. The CCD sensor (imaging means) 15 has a plurality of pixels formed in a matrix on the imaging surface. By receiving light at each pixel, an image corresponding to the intensity distribution of infrared rays is taken. A general image sensor such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) or a thin film transistor (TFT) may be used.

レンズ筒１６は、変換モジュール２０の前面に赤外線像を結像させる。レンズ筒１６内のレンズは、Ｇｅ、ＺｎＳｅ等を用いれば良い。   The lens tube 16 forms an infrared image on the front surface of the conversion module 20. The lens in the lens tube 16 may be made of Ge, ZnSe or the like.

なお、レンズ筒１６の前方には、撮像対象物が存在する。撮像対象物の温度に応じて撮像対象物からは熱線（赤外線）が放射される。赤外線カメラ５０によって撮像対象物の熱画像を取得することができる。   Note that an imaging object is present in front of the lens tube 16. Heat rays (infrared rays) are radiated from the imaging object according to the temperature of the imaging object. A thermal image of the object to be imaged can be acquired by the infrared camera 50.

なお、赤外線カメラ５０は、適当な筐体内に収納するものとし、外来の熱線（赤外線）はレンズ筒１６を介してのみ内部に入射するものとする。   In addition, the infrared camera 50 shall be accommodated in a suitable housing | casing, and an external heat ray (infrared rays) shall inject only into the inside through the lens cylinder 16. FIG.

図２に変換モジュール２０の概略的な断面構成を示す。図２に示すように、変換モジュール２０は、枠体２１、窓板２２、シリコン基板（支持基板）２３、絶縁層（断熱層）２４、積層体２５、マスク層２７、及び透明基板２８を有する。なお、変換装置は、シリコン基板２３、絶縁層２４、及び積層体２５から形成される。   FIG. 2 shows a schematic cross-sectional configuration of the conversion module 20. As shown in FIG. 2, the conversion module 20 includes a frame body 21, a window plate 22, a silicon substrate (supporting substrate) 23, an insulating layer (heat insulating layer) 24, a laminated body 25, a mask layer 27, and a transparent substrate 28. . The conversion device is formed of a silicon substrate 23, an insulating layer 24, and a stacked body 25.

枠体２１は、中空の筒状部材であり、窓板２２、シリコン基板２３、及び透明基板２８を支持する。枠体２１を形成する材料は任意であるが、気密性を確保するためには金属で枠体２１を形成すれば良い。   The frame body 21 is a hollow cylindrical member and supports the window plate 22, the silicon substrate 23, and the transparent substrate 28. The material for forming the frame body 21 is arbitrary, but the frame body 21 may be formed of metal in order to ensure airtightness.

窓板２２は、赤外線に対して実質的に透明な平板状の部材である。例えば、Ｇｅ、ＺｎＳｅ基板等で窓板２２を形成すると良い。   The window plate 22 is a flat plate-like member that is substantially transparent to infrared rays. For example, the window plate 22 may be formed of a Ge, ZnSe substrate or the like.

シリコン基板２３上には、絶縁層２４が形成されている。絶縁層２４上には、積層体２５が形成されている。積層体２５は、格子状の溝によってマトリクス状に形成された複数の島部に分割されている（図３参照）。なお、積層体２５の構成について図４を参照して後述する。   An insulating layer 24 is formed on the silicon substrate 23. A laminated body 25 is formed on the insulating layer 24. The stacked body 25 is divided into a plurality of island portions formed in a matrix by lattice-like grooves (see FIG. 3). In addition, the structure of the laminated body 25 is later mentioned with reference to FIG.

シリコン基板２３は、各積層体２５の直下に開口ＯＰ１を有する。マトリクス状に形成された積層体２５に対応して、シリコン基板２３には開口がマトリクス状に形成されている。   The silicon substrate 23 has an opening OP <b> 1 directly below each stacked body 25. Corresponding to the laminated body 25 formed in a matrix shape, openings are formed in the silicon substrate 23 in a matrix shape.

積層体２５を絶縁層２４に支持させ、積層体２５の直下の範囲でシリコン基板２３に開口を形成することによって、積層体２５からシリコン基板２３に熱が逃げることを抑制することができる。これによってより良質な画像を赤外線カメラ５０で取得することができる。   By supporting the stacked body 25 on the insulating layer 24 and forming an opening in the silicon substrate 23 in a range immediately below the stacked body 25, it is possible to prevent heat from escaping from the stacked body 25 to the silicon substrate 23. As a result, a higher quality image can be acquired by the infrared camera 50.

マスク層２７は、通常の半導体製造技術に基づいて、透明基板２８上に形成された遮光層である。マスク層２７は、積層体２５の配置パターンに応じてパターニングされている。マスク層２７は、積層体２５の直下の範囲で開口ＯＰ２を有する。マスク層２７は、ＬＥＤ１０からの出射光に対して不透明である。マスク層２７を設けることによって、互いに隣接する積層体２５からの出力される光同士が混信することを抑制し、より良質な画像を取得することが可能になる。   The mask layer 27 is a light shielding layer formed on the transparent substrate 28 based on a normal semiconductor manufacturing technique. The mask layer 27 is patterned according to the arrangement pattern of the stacked body 25. The mask layer 27 has an opening OP <b> 2 in a range immediately below the stacked body 25. The mask layer 27 is opaque to the light emitted from the LED 10. By providing the mask layer 27, it is possible to suppress interference between light output from the stacked bodies 25 adjacent to each other, and to obtain a higher quality image.

透明基板２８は、ＬＥＤ１０からの出射光に対して実質的に透明な板状部材である。例えば、ガラス、石英等で透明基板２８を形成すれば良い。   The transparent substrate 28 is a plate-like member that is substantially transparent to the light emitted from the LED 10. For example, the transparent substrate 28 may be formed of glass, quartz or the like.

図２から明らかなように、積層体２５の直下の範囲で、シリコン基板２３には開口ＯＰ１が形成され、マスク層２７には開口ＯＰ２が形成されている。   As is clear from FIG. 2, the opening OP <b> 1 is formed in the silicon substrate 23 and the opening OP <b> 2 is formed in the mask layer 27 in the range immediately below the stacked body 25.

ＬＥＤ１０からの出射光は、透明基板２８、マスク層２７の開口ＯＰ２、シリコン基板２３の開口ＯＰ１、及び絶縁層２４を、この順で通過して積層体２５に入力する。積層体２５から出力される光は、絶縁層２４、シリコン基板２３の開口ＯＰ１、マスク層２７の開口ＯＰ２、及び透明基板２８をこの順で通過する。   Light emitted from the LED 10 passes through the transparent substrate 28, the opening OP2 of the mask layer 27, the opening OP1 of the silicon substrate 23, and the insulating layer 24 in this order, and enters the laminated body 25. The light output from the stacked body 25 passes through the insulating layer 24, the opening OP1 of the silicon substrate 23, the opening OP2 of the mask layer 27, and the transparent substrate 28 in this order.

なお、赤外線カメラ５０の信頼性を高めるためには、積層体２５を枠体２１内に気密封止又は真空封止すると良い。ここでは、枠体２１に窓板２２を取り付けて気密封止している。窓板２２によって閉じられた空間には、不活性ガス（Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等）を充填している。また、背面側からマスク層２７が形成された透明基板２８を取り付けることで気密性を更に高めている。このように積層体２５を枠体２１内に窓板２２で気密封止することで、外部の環境（周囲の温度、大気流等）の影響によって赤外線カメラ５０が取得する画像の品質が劣化することを抑制することができる。 In order to improve the reliability of the infrared camera 50, the laminated body 25 is preferably hermetically sealed or vacuum sealed in the frame body 21. Here, the window plate 22 is attached to the frame body 21 and hermetically sealed. The space closed by the window plate 22 is filled with an inert gas (N 2 , Ar, He, etc.). Further, the airtightness is further enhanced by attaching the transparent substrate 28 on which the mask layer 27 is formed from the back side. Thus, by sealing the laminated body 25 in the frame body 21 with the window plate 22, the quality of the image acquired by the infrared camera 50 deteriorates due to the influence of the external environment (ambient temperature, atmospheric flow, etc.). This can be suppressed.

なお、排気ポンプ等を活用して、窓板２２によって閉じられた枠体２１内の内部空間を真空に排気しても良い。この場合も上述と同様の効果を得ることができる。なお、熱絶縁性を高めるためには、真空引きするほうが好ましい。   The internal space in the frame body 21 closed by the window plate 22 may be evacuated to a vacuum using an exhaust pump or the like. In this case, the same effect as described above can be obtained. In order to improve thermal insulation, it is preferable to evacuate.

なお、枠体２１に対する窓板２２、透明基板２８の取り付け方法は任意である。通常の封止材を用いて、それらを枠体２１に取り付けても良い。   The method for attaching the window plate 22 and the transparent substrate 28 to the frame 21 is arbitrary. You may attach them to the frame 21 using a normal sealing material.

図４に積層体２５の具体的な構成を示す。図４に示すように、積層体２５は、誘電体層３０、反射層（光反射層）３２、および黒色層（熱線吸収層）３３をこの順で絶縁層２４上に有する。なお、各層の積層順序は、これらの順番に限らない場合もある。   FIG. 4 shows a specific configuration of the laminated body 25. As illustrated in FIG. 4, the stacked body 25 includes a dielectric layer 30, a reflective layer (light reflecting layer) 32, and a black layer (heat ray absorbing layer) 33 in this order on the insulating layer 24. Note that the stacking order of the layers may not be limited to these orders.

誘電体層３０は、金属粒子（導電性粒子）３１ｂが表面に付着した粒子状の誘電体３１ａが凝集して形成された層である。   The dielectric layer 30 is a layer formed by aggregating particulate dielectric 31a having metal particles (conductive particles) 31b attached to the surface.

反射層３２は、誘電体層３０から出力される光に対して反射性を有する。反射層３２は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属の薄層である。   The reflective layer 32 is reflective to the light output from the dielectric layer 30. The reflective layer 32 is a thin layer of a metal such as Au, Al, or Ag.

黒色層３３は、Ａｕ黒、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの黒色体またはこれらを含む黒色樹脂等からなる。黒色層３３は、窓板２２を通過した赤外線を吸収する。   The black layer 33 is made of a black body such as Au black, carbon black, graphite, carbon nanotube, or fullerene, or a black resin containing these. The black layer 33 absorbs infrared rays that have passed through the window plate 22.

誘電体層３０には、金属粒子３１ｂが表面に付着した粒子状の誘電体３１ａが凝集して形成される。誘電体３１ａは、ＢＳＴ((Ba-Sr)TiO3)といった材料からなる。金属粒子３１ｂは、例えば、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）といった金属からなる。 The dielectric layer 30 is formed by agglomerating a particulate dielectric 31a having metal particles 31b attached to the surface. The dielectric 31a is made of a material such as BST ((Ba-Sr) TiO 3 ). The metal particles 31b are made of a metal such as gold (Au) or silver (Ag), for example.

誘電体３１ａの粒子径、及び金属粒子３１ｂの粒子径は、いずれも小さいほうが望ましい。但し、誘電体３１ａの粒子径は、金属粒子３１ｂの粒子径よりも大きいことを条件とする。これによって誘電体３１ａと金属粒子３１ｂ間の接触面積を十分にすることができる。   It is desirable that the particle size of the dielectric 31a and the particle size of the metal particle 31b are both small. However, the particle diameter of the dielectric 31a is on condition that it is larger than the particle diameter of the metal particle 31b. As a result, the contact area between the dielectric 31a and the metal particles 31b can be made sufficient.

なお、金属粒子３１ｂの粒子径は、エバネッセント波の発生を可能とし、かつプラズモンの局在を可能とする程度の粒子径に設定される（金属粒子３１ｂの粒子径は、２〜１０ｎｍ程度が望ましい）。なお、金属粒子３１ｂの粒子形状は任意である。金属粒子３１ｂは、球体に限定されない。   The particle diameter of the metal particles 31b is set to a particle diameter that enables generation of evanescent waves and localization of plasmons (the particle diameter of the metal particles 31b is preferably about 2 to 10 nm. ). In addition, the particle shape of the metal particle 31b is arbitrary. The metal particle 31b is not limited to a sphere.

局在プラズモン共鳴によって減衰する光の強度は、誘電体３１ａの誘電率に依存する。また、誘電体３１ａの誘電率は、黒色層３３の温度に依存する。従って、局在プラズモン共鳴による光減衰の程度は、黒色層３３に入射する赤外線の線量に応じたものになる。従って、個々の積層体２５から出力される光の強度分布を画像化することで、外来の赤外線の強度分布に応じた像を撮像することができる。   The intensity of light attenuated by the localized plasmon resonance depends on the dielectric constant of the dielectric 31a. Further, the dielectric constant of the dielectric 31 a depends on the temperature of the black layer 33. Accordingly, the degree of light attenuation due to localized plasmon resonance depends on the dose of infrared rays incident on the black layer 33. Accordingly, by imaging the intensity distribution of the light output from each stacked body 25, an image corresponding to the intensity distribution of the extraneous infrared light can be taken.

次に、図５を参照して、赤外線カメラ５０の動作について総括的に説明する。   Next, the operation of the infrared camera 50 will be described generally with reference to FIG.

図５に示すように、ＬＥＤ１０からの出射光は、レンズ１１を介して平行光化され、ハーフミラー１２で反射され、積層体２５に照射される。積層体２５に光が入射すると、光の一部は、誘電体層３０内で減衰する（以下、図４も併せて参照）。そして、黒色層３３の温度に応じた強度の光が個々の誘電体層３０から出力される。誘電体層３０から前方に向かって出力された光も、反射層３２で反射され、後方に向かって進む。   As shown in FIG. 5, the emitted light from the LED 10 is converted into parallel light through the lens 11, reflected by the half mirror 12, and irradiated on the stacked body 25. When light is incident on the stacked body 25, a part of the light is attenuated in the dielectric layer 30 (see also FIG. 4 below). Then, light having an intensity corresponding to the temperature of the black layer 33 is output from each dielectric layer 30. The light output forward from the dielectric layer 30 is also reflected by the reflective layer 32 and travels backward.

誘電体層３０からの出力光は、マスク層２７の開口を通過し、ハーフミラー１２を通過し、レンズ１４ａ、１４ｂを介して、ＣＣＤセンサ１５に入射する。   The output light from the dielectric layer 30 passes through the opening of the mask layer 27, passes through the half mirror 12, and enters the CCD sensor 15 through the lenses 14a and 14b.

なお、外部の撮像対象物から放射される赤外線は、レンズ５ａ、５ｂを介して、積層体２５が形成された面に結像されているものとする。このような仕組みで、ＣＣＤセンサ１５は、レンズ５ａ、５ｂを介して入射する赤外線の強度分布に応じた像を撮像する。   In addition, the infrared rays radiated from the external imaging object are imaged on the surface on which the stacked body 25 is formed via the lenses 5a and 5b. With such a mechanism, the CCD sensor 15 captures an image corresponding to the intensity distribution of infrared rays incident through the lenses 5a and 5b.

次に、図６を参照して、赤外線カメラ５０の駆動部の構成について説明する。図６に示すように、駆動部４０は、パルス発生回路４１、ＬＥＤ駆動回路４２、及び遅延回路４３を有する。   Next, the configuration of the drive unit of the infrared camera 50 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the drive unit 40 includes a pulse generation circuit 41, an LED drive circuit 42, and a delay circuit 43.

パルス発生回路４１は、コントローラ（不図示）から入力されるスタート信号を受けてパルス信号Ｓ１を出力する。   The pulse generation circuit 41 receives a start signal input from a controller (not shown) and outputs a pulse signal S1.

ＬＥＤ駆動回路４２は、パルス信号Ｓ１の入力に応じてＬＥＤ１０を駆動する。   The LED drive circuit 42 drives the LED 10 according to the input of the pulse signal S1.

遅延回路４３は、パルス信号Ｓ１に遅延を与えてパルス信号Ｓ２を出力する。   The delay circuit 43 delays the pulse signal S1 and outputs the pulse signal S2.

なお、ＬＥＤ１０は、ＬＥＤ駆動回路４２に駆動されて光を出力する。ＣＣＤセンサ１５は、パルス信号Ｓ１を受信してスタンバイ状態になり、パルス信号Ｓ２を受信して電子シャッターが開いた状態になる。ＣＣＤセンサ１５は、撮像後、ＶＩＤＥＯ信号を出力する。   The LED 10 is driven by the LED drive circuit 42 and outputs light. The CCD sensor 15 receives the pulse signal S1 and enters the standby state, and receives the pulse signal S2 and opens the electronic shutter. The CCD sensor 15 outputs a VIDEO signal after imaging.

なお、パルス発生回路４１の出力は、ＬＥＤ駆動回路４２の入力、遅延回路４３の入力、及びＣＣＤセンサ１５の第１入力に接続される。遅延回路４３の出力は、ＣＣＤセンサ１５の第２入力に接続される。   The output of the pulse generation circuit 41 is connected to the input of the LED drive circuit 42, the input of the delay circuit 43, and the first input of the CCD sensor 15. The output of the delay circuit 43 is connected to the second input of the CCD sensor 15.

このような構成によってＬＥＤ１０とＣＣＤセンサ１５間で同期を取ることができる。   With such a configuration, the LED 10 and the CCD sensor 15 can be synchronized.

図７Ａ、Ｂを参照して、変換モジュール２０に含まれる部品（変換装置）の製造方法について説明する。   With reference to FIG. 7A and 7B, the manufacturing method of the components (conversion apparatus) contained in the conversion module 20 is demonstrated.

まず、（ａ）に示すように、シリコン基板２３の背面を酸化して絶縁層（ＳｉＯ２）２４を形成する。なお、通常の薄膜形成技術を活用して、シリコン基板２３の背面にシリコン窒化膜を形成しても良い。 First, as shown in (a), the back surface of the silicon substrate 23 is oxidized to form an insulating layer (S i O 2 ) 24. A silicon nitride film may be formed on the back surface of the silicon substrate 23 by utilizing a normal thin film forming technique.

次に、（ｂ）に示すように、シリコン基板２３の上面にフォトレジスト層６０を通常のコート方法（スピンコート等）で形成する。   Next, as shown in (b), a photoresist layer 60 is formed on the upper surface of the silicon substrate 23 by an ordinary coating method (spin coating or the like).

次に、（ｃ）に示すように、フォトマスクを介した露光と現像処理によって、フォトレジスト層６０をパターニングする。   Next, as shown in (c), the photoresist layer 60 is patterned by exposure through a photomask and development processing.

次に、（ｄ）に示すように、シリコン基板２３を背面からウェットエッチングして開口を形成する。ここでは、絶縁層２４がエッチングストッパー層として機能する。   Next, as shown in (d), the silicon substrate 23 is wet-etched from the back surface to form openings. Here, the insulating layer 24 functions as an etching stopper layer.

次に、（ｅ）に示すように、絶縁層２４上にフォトレジスト層６１を通常のコート方法（スピンコート等）で形成する。   Next, as shown in (e), a photoresist layer 61 is formed on the insulating layer 24 by a normal coating method (spin coating or the like).

次に、（ｆ）に示すように、フォトマスクを介した露光と現像処理によって、フォトレジスト層６１をパターニングする。そして、誘電体３１ａをフォトレジスト層６１、絶縁層２４上にコートする。   Next, as shown in (f), the photoresist layer 61 is patterned by exposure and development processing through a photomask. Then, the dielectric 31 a is coated on the photoresist layer 61 and the insulating layer 24.

次に、（ｇ）に示すように、誘電体３１ａの表面に金属粒子３１ｂを付着させる。   Next, as shown in (g), metal particles 31b are attached to the surface of the dielectric 31a.

次に、（ｈ）に示すように、誘電体層３０上に、反射層３２、黒色層３３を通常の薄膜形成技術（スパッタリング、蒸着等）を活用して形成する。   Next, as shown in (h), the reflective layer 32 and the black layer 33 are formed on the dielectric layer 30 by utilizing a normal thin film forming technique (sputtering, vapor deposition, etc.).

次に、（ｉ）に示すように、リフトオフの原理で、フォトレジスト層６１上に形成された誘電体層３０〜黒色層３３をフォトレジスト層６１と共に除去する。   Next, as shown in (i), the dielectric layer 30 to the black layer 33 formed on the photoresist layer 61 are removed together with the photoresist layer 61 by the lift-off principle.

本実施形態では、外来赤外線（物体から放射される熱線）を吸収する黒色層３３と金属粒子３１ｂが誘電体３１ａの表面に付着して形成された誘電体層３０とを積層する。そして、誘電体層３０に光を照射し、誘電体層３０から強度変調された光を出力させる。これによって、個々の積層体２５に入射する熱線の強度分布に応じた像を取得することが可能になる。このようにして簡素な構成の画像取得装置を実現することができる。   In the present embodiment, a black layer 33 that absorbs external infrared rays (heat rays radiated from an object) and a dielectric layer 30 formed by attaching metal particles 31b to the surface of the dielectric 31a are stacked. Then, the dielectric layer 30 is irradiated with light, and the intensity-modulated light is output from the dielectric layer 30. As a result, an image corresponding to the intensity distribution of the heat rays incident on the individual stacked bodies 25 can be acquired. In this way, an image acquisition apparatus having a simple configuration can be realized.

最後に、図８を参照して、本実施形態による効果について付加的に説明する。図８の場合は、基体９１の主面上に、金属膜９３、誘電体膜９４、黒色膜９５がこの順で積層されている。ここでは、基体９１と金属膜９３間の界面９２での光の全反射時に生じる光の減衰を活用して熱画像を取得する。   Finally, with reference to FIG. 8, the effect by this embodiment is additionally demonstrated. In the case of FIG. 8, a metal film 93, a dielectric film 94, and a black film 95 are laminated in this order on the main surface of the base 91. Here, a thermal image is acquired by utilizing the attenuation of light that occurs at the time of total reflection of light at the interface 92 between the base 91 and the metal film 93.

具体的には、全反射条件を満足するように、可視光を界面９２に向けて照射する。界面９２では、表面プラズモン共鳴によって反射光の強度が入射光の強度よりも弱くなる。全反射時の光の減衰の程度は、黒色膜９５の温度を受けて変化する誘電体膜９４の誘電率に応じたものになる。従って、界面９２からの反射光を撮像素子の各画素で受光することによって黒色膜９５に入射する赤外線の強度分布に応じた像を撮像することが可能になる。   Specifically, visible light is irradiated toward the interface 92 so as to satisfy the total reflection condition. At the interface 92, the intensity of reflected light becomes weaker than the intensity of incident light due to surface plasmon resonance. The degree of attenuation of light during total reflection depends on the dielectric constant of the dielectric film 94 that changes in response to the temperature of the black film 95. Therefore, an image corresponding to the intensity distribution of infrared rays incident on the black film 95 can be taken by receiving the reflected light from the interface 92 at each pixel of the imaging element.

しかしながら、この場合、金属膜９３は、基体９１と密着している。基体９１の熱容量は大きいため、黒色膜９５が吸収した熱は、誘電体膜９４、金属膜９３を介して、基体９１に逃げてしまうおそれがある。   However, in this case, the metal film 93 is in close contact with the base 91. Since the heat capacity of the base 91 is large, the heat absorbed by the black film 95 may escape to the base 91 via the dielectric film 94 and the metal film 93.

本実施形態では、上述のように、シリコン基板２３の中空部分（開口ＯＰ１）上に形成された絶縁層２４上に積層体２５を形成する。従って、積層体２５からシリコン基板２３へ熱が逃げることを効果的に抑制することができる。これによって、より良質な熱画像をＣＣＤセンサ１５で取得することが可能になる。   In the present embodiment, as described above, the stacked body 25 is formed on the insulating layer 24 formed on the hollow portion (opening OP1) of the silicon substrate 23. Therefore, it is possible to effectively suppress heat from escaping from the stacked body 25 to the silicon substrate 23. This makes it possible to obtain a better quality thermal image with the CCD sensor 15.

本発明の技術的な範囲は、上述の実施形態に限らない。当業者であれば、材料の選択、部材の厚み等の設計値の選択は過度な負担なく可能である。熱線吸収層は、黒樹脂以外の様々な材料を選定することができる。なお、熱線吸収層は、赤外線吸収層として機能している。撮像素子は、必ずしも２次元状にピクセルが配置されたものである必要はなく、１列にピクセルが配列されたものであっても良い。赤外線カメラの具体的な組み立て方も任意である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. A person skilled in the art can select a design value such as a material and a thickness of a member without undue burden. Various materials other than the black resin can be selected for the heat ray absorbing layer. The heat ray absorbing layer functions as an infrared absorbing layer. The image sensor does not necessarily have to have pixels arranged two-dimensionally, and may have pixels arranged in one column. The specific method of assembling the infrared camera is also arbitrary.

本発明の第１の実施形態に係る赤外線カメラ５０の概略的な構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the schematic structure of the infrared camera 50 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る変換モジュールの概略的な断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic sectional structure of the conversion module which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る平面内における積層体の形成態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation aspect of the laminated body in the plane which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る変換装置の断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the converter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る赤外線カメラ５０の機能を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the function of the infrared camera 50 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る赤外線カメラ５０に接続される駆動部の概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the drive part connected to the infrared camera 50 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る変換装置の製造方法を示す概略的な製造工程図である。It is a schematic manufacturing-process figure which shows the manufacturing method of the converter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る変換装置の製造方法を示す概略的な製造工程図である。It is a schematic manufacturing-process figure which shows the manufacturing method of the converter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態にかかる比較例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the comparative example concerning the 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

５０ 赤外線カメラ
１０ 光源
１１ レンズ
１２ ハーフミラー
１４ レンズ筒
１５ ＣＣＤセンサ
１６ レンズ筒

２０ 変換モジュール
２１ 枠体
２２ 窓板
２３ シリコン基板
２４ 絶縁層
２５ 積層体
２７ マスク層
２８ 透明基板
３０ 誘電体層
３１ａ 誘電体
３１ｂ 金属粒子
３２ 反射層
３３ 黒色層

４０ 駆動部
４１ パルス発生回路
４２ 駆動回路
４３ 遅延回路

６０ フォトレジスト層
６１ フォトレジスト層

９１ 基体
９２ 界面
９３ 金属膜
９４ 誘電体膜
９５ 黒色膜 50 Infrared camera 10 Light source 11 Lens 12 Half mirror 14 Lens tube 15 CCD sensor 16 Lens tube

20 Conversion Module 21 Frame 22 Window Plate 23 Silicon Substrate 24 Insulating Layer 25 Laminate 27 Mask Layer 28 Transparent Substrate 30 Dielectric Layer 31a Dielectric 31b Metal Particle 32 Reflective Layer 33 Black Layer

40 Drive Unit 41 Pulse Generation Circuit 42 Drive Circuit 43 Delay Circuit

60 Photoresist layer 61 Photoresist layer

91 Base 92 Interface 93 Metal film 94 Dielectric film 95 Black film

Claims (13)

導電性粒子が誘電体粒子の表面に付着して形成された誘電体層上に熱線吸収層が積層された積層体と、
前記積層体に入射される光を出射する光源と、
前記積層体から出射された光を受光する撮像手段と、を備え、
前記光源から出射された光は、前記積層体に入射する熱線の強度分布に応じて前記誘電体層で強度変調され、前記撮像手段は前記熱線の強度分布に応じた像を撮像することを特徴とする画像取得装置。 A laminate in which a heat ray absorbing layer is laminated on a dielectric layer formed by attaching conductive particles to the surface of the dielectric particles;
A light source that emits light incident on the laminate;
An imaging means for receiving light emitted from the laminate , and
The light emitted from the light source is intensity-modulated by the dielectric layer according to the intensity distribution of heat rays incident on the stacked body, and the imaging unit images an image according to the intensity distribution of the heat rays. An image acquisition device. 前記積層体は、当該積層体の積層方向を深さ方向とする複数の溝によって、２次元状に配置された複数の島部を形成するように分割されていることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。   The said laminated body is divided | segmented so that the some island part arrange | positioned two-dimensionally may be formed by the some groove | channel which makes the lamination direction of the said laminated body the depth direction. The image acquisition device described in 1. 前記積層体を支持する支持部材を更に備え、
当該支持部材は、
前記積層体を主面上で支持する断熱層と、
前記断熱層が主面上に形成された支持基板と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。 Further comprising a support member for supporting the laminate,
The support member is
A heat insulating layer for supporting the laminate on the main surface;
A support substrate on which the heat insulating layer is formed on the main surface;
The image acquisition apparatus according to claim 2, further comprising: 前記支持基板は、複数の前記島部夫々の位置に対応する位置に形成された複数の開口を有することを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。   The image acquisition apparatus according to claim 3, wherein the support substrate has a plurality of openings formed at positions corresponding to the positions of the plurality of island portions. 前記支持部材は、前記光源が出射する光に対して不透明であり、且つ、前記積層体の直下の範囲で開口を有する遮光層を備える、請求項３又は４に記載の画像取得装置。   The image acquisition apparatus according to claim 3, wherein the support member includes a light shielding layer that is opaque to light emitted from the light source and has an opening in a range immediately below the stacked body. 前記積層体は、前記熱線吸収層と前記誘電体層との間に、前記光源からの出射光を反射する光反射層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像取得装置。   The said laminated body is further equipped with the light reflection layer which reflects the emitted light from the said light source between the said heat ray absorption layer and the said dielectric material layer, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The image acquisition device described. 前記誘電体層は、表面に前記導電性粒子が付着した前記誘電体粒子が凝集して形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像取得装置。   The image acquisition apparatus according to claim 1, wherein the dielectric layer is formed by agglomerating the dielectric particles having the conductive particles attached to a surface thereof. 導電性粒子が誘電体粒子の表面に付着して形成された誘電体層と、
熱線を吸収する熱線吸収層と、
少なくとも前記誘電体層及び前記熱線吸収層が主面上に積層された支持部材と、
を備え、
前記熱線吸収層に入射した熱線の強度分布に応じて、前記誘電体層に入射した光が強度変調される、変換装置。 A dielectric layer formed by attaching conductive particles to the surface of the dielectric particles;
A heat ray absorbing layer that absorbs heat rays; and
A support member in which at least the dielectric layer and the heat ray absorbing layer are laminated on a main surface;
Equipped with a,
A conversion device in which light incident on the dielectric layer is intensity-modulated in accordance with an intensity distribution of heat rays incident on the heat ray absorbing layer . 少なくとも前記誘電体層及び前記熱線吸収層の積層によって形成された積層体は、当該積層体の積層方向を深さ方向とする複数の溝によって、２次元状に配置された複数の島部を形成するように分割されていることを特徴とする請求項８に記載の変換装置。   A laminated body formed by laminating at least the dielectric layer and the heat ray absorbing layer forms a plurality of islands arranged two-dimensionally by a plurality of grooves whose depth direction is the laminating direction of the laminated body. The conversion device according to claim 8, wherein the conversion device is divided so as to. 前記支持部材は、
前記積層体が主面上に形成された断熱層と、
前記断熱層が主面上に形成された支持基板と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の変換装置。 The support member is
A heat insulating layer in which the laminate is formed on the main surface;
A support substrate on which the heat insulating layer is formed on the main surface;
The conversion apparatus according to claim 9, further comprising: 前記支持基板は、複数の前記島部夫々の位置に対応する位置に形成された複数の開口を有することを特徴とする請求項１０に記載の変換装置。   The conversion device according to claim 10, wherein the support substrate has a plurality of openings formed at positions corresponding to the positions of the plurality of island portions. 前記支持部材は、前記積層体に光を出射する光源の光に対して不透明であり、且つ、前記積層体の直下の範囲で開口を有する遮光層を備える、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の変換装置。   The said support member is opaque with respect to the light of the light source which radiate | emits light to the said laminated body, and is provided with the light shielding layer which has an opening in the range immediately under the said laminated body. The conversion device according to item. 熱線の強度分布を示す画像を取得する画像取得方法であって、
導電性粒子が誘電体粒子の表面に付着して形成された誘電体層上に熱線吸収層が積層された積層体に対して光を照射し、
前記積層体に照射された光は、前記積層体に入射する熱線の強度分布に応じて前記誘電体層で強度変調され、前記誘電体層で強度変調された光を受光して、前記熱線の強度分布に応じた像を撮像する、画像取得方法。 An image acquisition method for acquiring an image showing an intensity distribution of heat rays,
Irradiating light to the laminate in which the heat ray absorbing layer is laminated on the dielectric layer formed by attaching the conductive particles to the surface of the dielectric particles,
The light applied to the laminate, in response to said intensity distribution of the heat ray incident on the laminated body is intensity modulated by the dielectric layer, by receiving the light intensity modulated by the dielectric layer, the hot wire An image acquisition method for capturing an image according to an intensity distribution.
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