(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの入射赤外線のエネルギーを熱に変換するための赤外線吸収体であって、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し、且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造にした赤外線吸収体であって、
前記多層構造における金属薄膜は、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくして構成したことを特徴とする赤外線吸収体。
【請求項２】
外部からの入射赤外線のエネルギーを熱に変換するための赤外線吸収体であって、一方の金属薄膜と他方の金属薄膜との間に絶縁膜を介在させ、且つ赤外線の入射方向に、前記一方の金属薄膜と前記他方の金属薄膜とをこの順序で配置し、前記他方の金属薄膜の面積を前記一方の金属薄膜の面積より大きくして、前記他方の金属薄膜に赤外線の直接入射箇所を設けたことを特徴とする赤外線吸収体。
【請求項３】
赤外線吸収体を、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造に構成し、
また、前記多層構造における金属薄膜は、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくし、前記赤外線吸収体を受光部にしたことを特徴とする熱型赤外線センサ。
【請求項４】
前記絶縁膜が、熱電対を誘電薄膜に封入したメンブレンである請求項３に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項５】
赤外線吸収体を、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し、且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造にし、
前記多層構造における金属薄膜が、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくして構成した部分赤外線吸収部で構成し、当該部分赤外線吸収部を感温部上のみに形成した受光部にしたことを特徴とする熱型赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線吸収体及びこの赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線吸収体は熱型赤外線センサに多く用いられており、外部からの入射赤外線エネルギーを赤外線吸収体により熱に変換し、その熱を熱型赤外線センサにより電気信号に変換している。
【０００３】
従来、この入射赤外線を熱に変換するための赤外線吸収体には、▲１▼金属を電気が流れない程度の厚さで蒸着する方法で形成されたものや、▲２▼金黒、▲３▼カーボンペースト塗布膜、▲４▼白金などをメッキにより被膜する方法で形成されたものがある。
【０００４】
▲１▼は、金属薄膜の膜厚を電気が流れない程度の膜厚にすると、金属薄膜に赤外線を入射した時、金属薄膜中の電子が振動し、そのエネルギーが熱に変換される。この金属薄膜の赤外線吸収率は、赤外線反射率および透過率が等しくなる膜厚で最大となり、最大値は理論的にはＯ．５（５０％）と低い。しかし、通常の蒸着装置があれば簡単に製造でき、熱容量が小さいため応答速度が速いという利点がある（文献名：Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ    ｆｕｒ    Ｐｈｙｓｉｋ，巻号：ｖｏｌ９１，ｐｐ２３０〜２５１、出版年：１９３４参照）。
【０００５】
図１０及び図１１に示すように、▲１▼金属を電気が流れない程度の厚さで蒸着する方法で形成された赤外線吸収体９は、熱型赤外線センサ（サーモパイルセンサ）のセンサチップＧの受光部分を形成している。このセンサチップＧは、シリコン製の半導体基板１０上にメンブレン１１を結合して構成してある。そして、図１２に示すように、メンブレン１１は一方の誘電薄膜１２上に形成した複数個（１１個）の熱電対（サーモパイル）１３を直列に接続し、且つこれらの複数個の熱電対１３を十字状に配置して各熱電対１３の温接点部（測温接点）１４を中心側に配し各熱電対１３の冷接点部（基準接点）１５を外側に配し、且つ２つの端子部１６、１７を形成し、これらの熱電対１３を他方の誘電薄膜１８で被覆して構成してある。
【０００６】
そして、熱電対１３は異種金属、例えばＢｉ製の線材１９とＳｂ製の線材２０とから構成してあり、温接点部１４及び冷接点部１５は両線材１９、２０を重ね合わせて構成してある。
【０００７】
そして、受光部分である赤外線吸収体９の形成はメンブレン１１上に金属薄膜を蒸着することにより行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとじている課題】
吸収効率の良い材料としては、▲２▼金黒、▲３▼カーボンペースト塗布膜、▲４▼メッキによる白金被膜などがあるが、▲２▼金黒を形成するためには低真空蒸着機が必要であり、形成した赤外線吸収体は強度が弱いという問題点があった。
【０００９】
また、▲３▼カーボンペースト塗布膜は赤外線センサ上のパタ−ニングが容易であるが、赤外線センサを形成する基材（Ｓｉ）を異方性エッチングするための薬液に対する耐薬品性がないために生産が困難になるという問題点があった。
【００１０】
また、▲４▼メッキによる白金被膜も同様に専用の装置が必要となり、その材料が高価であるという問題点があった。
【００１１】
また、これらの材料は熱容量が大きいため、金属薄膜に比べて応答速度が遅くなるという問題点もあった。（金属薄膜を赤外線吸収体に用いた場合、時定数は、金黒、樹脂材料を用いたものの約半分である）。
【００１２】
また、▲１▼金属を電気が流れない程度の厚さで蒸着する方法で形成された赤外線吸収体９にあっては、その金属薄膜の生産が容易であって、低コストで形成できるが、赤外線吸収率は０．５（５０％）と低い。赤外線吸収率の高い他の赤外線吸収体を形成するには専用の装置が必要であったり、材料のコストが高いなどの問題点があった。
【００１３】
本発明は上記の問題点に着目して成されたものであって、その第１の目的とするところは、赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第２の目的とするところは、赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するために、請求項１の発明に係る赤外線吸収体は、外部からの入射赤外線のエネルギーを熱に変換するための赤外線吸収体であって、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し、且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造にした赤外線吸収体であって、前記多層構造における金属薄膜は、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくして構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
かかる構成により、隣り合う金属薄膜間を絶縁すると共に、隣り合う金属薄膜を熱的に接続することが可能になり、隣り合う金属薄膜のうち、一方の金属薄膜を透過した赤外線は、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収することができる。このように赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を提供することができる。
【００１８】
また、かかる構成により、隣り合う金属薄膜間を絶縁すると共に、隣り合う金属薄膜を熱的に接続することが可能になり、隣り合う金属薄膜のうち、一方の金属薄膜を透過した赤外線は、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収することができる。
【００１９】
しかも、多層構造における最終段の金属薄膜は、その赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくし、最終段の前記金属薄膜以外の金属薄膜は、その赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくしてあるために、より多くの赤外線が最終段の金属薄膜に到達し、この最終段の金属薄膜はより多くの赤外線を反射し、反射光は再び最終段の金属薄膜以外の金属薄膜で吸収されて、赤外線吸収率が向上する。例えば、２層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．７に向上するし、３層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．８に向上する。
【００２０】
また、上記の第１の目的を達成するために、請求項２の発明に係る赤外線吸収体は、外部からの入射赤外線のエネルギーを熱に変換するための赤外線吸収体であって、一方の金属薄膜と他方の金属薄膜との間に絶縁膜を介在させ、且つ赤外線の入射方向に、前記一方の金属薄膜と前記他方の金属薄膜とをこの順序で配置し、前記他方の金属薄膜の面積を前記一方の金属薄膜の面積より大きくして、前記他方の金属薄膜に赤外線の直接入射箇所を設けたものである。
【００２１】
かかる構成により、請求項１の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、他方の金属薄膜の面積は一方の金属薄膜の面積より大きくしてあり、一方の金属薄膜が他方の金属薄膜を覆っていない赤外線の直接入射箇所では、入射赤外線を直接に他方の金属薄膜で吸収し、また、他方の金属薄膜による入射赤外線の反射光のうち垂直でない方向の反射光をより多く一方の金属薄膜に入射することができる。このために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。
【００２２】
また、上記の第２の目的を達成するために、請求項３の発明に係る熱型赤外線センサは、赤外線吸収体を、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造に構成し、また、前記多層構造における金属薄膜は、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくして構成した受光部にしたものである。
【００２３】
かかる構成により、赤外線吸収体の一方の金属薄膜を透過した赤外線を、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるため、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。このように吸収率の増加に比例してセンサ出力が向上するために、感度が向上し、周囲の温度のふらつきによる雑音も軽減できるためにセンサの精度が向上する。このように、赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサを提供することができる。
【００２４】
しかも、多層構造における最終段の金属薄膜は、その赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくし、最終段の前記金属薄膜以外の金属薄膜は、その赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくしてあるために、より多くの赤外線が最終段の金属薄膜に到達し、この最終段の金属薄膜はより多くの赤外線を反射し、反射光は再び最終段の金属薄膜以外の金属薄膜で吸収されて、赤外線吸収率が向上する。例えば、２層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．７に向上するし、３層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．８に向上する。
【００２７】
また、上記の第２の目的を達成するために、請求項４の発明に係る熱型赤外線センサは、請求項３に記載の熱型赤外線センサにおいて、絶縁膜は、熱電対を誘電薄膜に封入したメンブレンである。
【００２８】
かかる構成により、請求項３の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、一方の金属薄膜をメンブレンの一方の面に形成し、他方の金属薄膜をメンブレンの他方の面に形成することにより絶縁膜を無くすことができて、熱型赤外線センサの受光部の構成を簡略化することができる。
【００２９】
また、上記の第２の目的を達成するために、請求項５の発明に係る熱型赤外線センサは、赤外線吸収体を、少なくとも２つ以上の金属薄膜を有し、且つその隣り合う前記金属薄膜間に絶縁膜を介在させて多層構造にし、前記多層構造における金属薄膜が、共に、単層における赤外線吸収率を最大０．５（５０％）でしかも互いに絶縁できる程度の薄膜で構成し、且つ、最終段の金属薄膜における赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすると共に、前記最終段の金属薄膜以外の前記金属薄膜における赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくして構成した部分赤外線吸収部で構成し、当該部分赤外線吸収部を感温部上のみに形成した受光部にしたものである。
【００３０】
かかる構成により、請求項３の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、サーモパイルセンサのように受光部が感温部、すなわち温接点部上にのみでよい場合、温接点部上に部分赤外線吸収部を形成することで、受光部全体の熱容量を小さくでき、その結果、応答速度が早くなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態例１）
本発明に係る赤外線吸収体の実施の形態例１を図１乃至図３に示す。
図１は本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例１）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図、図２は同センサチップの縦断面図、図３は本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例１）の作用説明図である。
【００３３】
本発明に係る赤外線吸収体Ｆは、一方の金属薄膜である第１の金属薄膜１と、他方の金属薄膜である第２の金属薄膜２と、これら第１、第２の金属薄膜１、２間に介装された絶縁膜３とから構成してあり、第１、第２の金属薄膜１、２は熱的に結合し、電気的には接触しない構造にしてある。
【００３４】
第１、第２の金属薄膜１、２としては、例えばＡｕの薄膜が用いられており、絶縁膜３としては、赤外線を吸収しやすい性質を有するもの、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）が用いられる。そして、第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚は、単層での吸収率が最大０．５（５０％）となる膜厚にしてある（Ａｕを用いた場合、膜厚は約１７０Åにしてある（文献名：Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ    Ｌａｙｅｒｓ    ｔｈｃｒｍａｌ    Ｉｎｆｒａｒｅｄ    Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ、ｐ６３５〜６３８参照）。
【００３５】
また、ここで用いた絶縁膜３は酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）などのように赤外線の透過率が高いものであって、その膜厚も、第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚程度にしてある。
【００３６】
次に、上記のように構成された赤外線吸収体Ｆの赤外線吸収の挙動を、図３を参照して説明する。
【００３７】
第１の金属薄膜１による赤外線透過光をＤ１、第１の金属薄膜１による赤外線反射光をＲ１、赤外線透過光Ｄ１のうち第２の金属薄膜２による赤外線透過光をＤ２、赤外線透過光Ｄ１のうち第２の金属薄膜２による赤外線反射光をＲ２、赤外線反射光Ｒ２のうち第１の金属薄膜１による赤外線透過光をＤ３、赤外線反射光Ｒ２のうち第１の金属薄膜１による赤外線反射光をＲ３とした場合において、赤外線入射光イを（≒１）とすると、第１の金属薄膜１に吸収された赤外線吸収光Ａ１は、
Ａ１≒｛１−（Ｄ１＋Ｒ１）｝＋｛Ｒ２−（Ｄ３＋Ｒ３）｝
である。この場合。｛１−（Ｄ１＋Ｒ１）｝は直接入射した赤外線入射光であり、｛Ｒ２−（Ｄ３＋Ｒ３）｝は第２の金属薄膜２による赤外線反射光である。
【００３８】
また、第２の金属薄膜２により吸収された赤外線吸収光Ａ２は、
Ａ２≒Ｄ１−（Ｄ２＋Ｒ２）
である。
【００３９】
よって、赤外線吸収体Ｆのトータル吸収量Ａは、
Ａ＝Ａ１＋Ａ２＝１−（Ｄ２＋Ｄ３＋Ｒ１＋Ｒ３）
となる。
【００４０】
そして、赤外線吸収体Ｆにおいて、入射赤外線量を１００％とすると、まず赤外線吸収体Ｆに到達した赤外線イは、第１の金属薄膜１により５０％が吸収される。残りの５０％の赤外線イは第１の金属薄膜１により２５％が赤外線反射光（Ｒ１）として反射され、残り２５％は赤外線透過光（Ｄ１）として透過される。
【００４１】
赤外線透過光（Ｄ１）は第２の金属薄膜２に到達し、１２．５％が吸収（Ａ２）される。さらに、約６％の赤外線が第２の金属薄膜２で反射（Ｒ２）され、第１の金属薄膜１によりさらに約３％の赤外線が吸収される。
【００４２】
このように、赤外線の赤外線吸収体Ｆによる反射を１回反射まで考えても、２層構造では、赤外線入射量のうち約６５％が吸収され、従来の単層での赤外線の吸収率５０％の約１．３倍となる。
【００４３】
ここでは、第１、第２の金属薄膜１、２を同じ膜厚で形成したが、それぞれの膜厚が違ってもよい。また、面積も同じでなくてもよい。また、赤外線吸収体Ｆは３層以上の多層構造でもよい。上記した本発明の実施の形態例１と同様な赤外線吸収体Ｆを３層構造として計算すると、赤外線の吸収は約７０％となり、単層の吸収率５０％の約１．４倍になる。また、各層の赤外線吸収率、反射率、透過率を、［表１］のように設計すれば吸収率が最大となる。
【００４４】
【表１】
0003608427.tif 000002
【００４５】
上記のように構成された赤外線吸収体Ｆは、熱型赤外線センサ（サーモパイルセンサ）のセンサチップＧの受光部分を形成している。このセンサチップＧはシリコン製の半導体基板１０上にメンブレン１１を結合して構成してある。このメンブレン１１は一方の誘電薄膜１２上に形成した複数個（１１個）の熱電対（サーモパイル）１３を直列に接続し、且つこれら複数個の熱電対１３を十字状に配置して各熱電対１３の温接点部（測温接点）１４を中心側に配し各熱電対１３の冷接点部（基準接点）１５を外側に配し、且つ２つの端子部１６、１７を形成し、これらの熱電対１３を他方の誘電薄膜１８で被覆して構成してある（図１２参照）。
【００４６】
そして、熱電対１３は異種金属、例えばＢｉ製の線材１９とＳｂ製の線材２０とから構成してあり、温接点部１４及び冷接点部１５は両線材１９、２０を重ね合わせて構成してある。
【００４７】
そして、受光部分である赤外線吸収体Ｆの形成はメンブレン１１上に第２の金属薄膜２を蒸着などによりＡｕなどで形成し、その上にＳｉＯ２  などの絶縁膜３を形成し、さらに、その上に第１の金属薄膜１を蒸着などによりＡｕなど
で形成して行われている。この場合、センサチップＧの各熱電対１３の温接点部１４が赤外線吸収体Ｆに覆われている。
【００４８】
したがって、受光部分である赤外線吸収体Ｆは上記したように２層構造では、赤外線入射量のうち約６５％を吸収する。この赤外線吸収体Ｆが吸収した赤外線の熱エネルギーはセンサチップＧの各熱電対１３の温接点部１４を加熱し、温接点部（測温接点）１４と冷接点部（基準接点）１５との間に温度差を与えて各熱電対１３に起電力を生じさせる。これらの起電力を端子部１６、１７より取出して、物体から放射される熱放射エネルギーを測定する。
【００４９】
上記した本発明の実施の形態例１によれば、赤外線吸収体Ｆは、第１の金属薄膜１と第２の金属薄膜２との間に絶縁膜３を介在させて、第１、第２の金属薄膜１、２間を絶縁すると共に、第１、第２の金属薄膜１、２を熱的に接続することが可能になり、第１の金属薄膜１を透過した赤外線は、第２の金属薄膜２で吸収でき、第２の金属薄膜２で反射した赤外線を第１の金属薄膜１で吸収できるため、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。
【００５０】
また、上記したセンサチップＧを用いた熱型赤外線センサは、赤外線吸収体Ｆの第１の金属薄膜１を透過した赤外線を、第２の金属薄膜２で吸収でき、第２の金属薄膜２で反射した赤外線を第１の金属薄膜１で吸収できるため、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。
【００５１】
このように吸収率の増加に比例してセンサ出力が向上するために、感度が向上し、周囲の温度のふらつきによる雑音も軽減できるために、センサの精度が向上する（外乱である周囲温度の影響が小さくなる）。また、熱型赤外線センサが安価に製造可能になる。
【００５２】
また、絶縁膜３の膜厚と第１、第２の金属薄膜１、２との膜厚を同程度にすることにより、熱型赤外線センサの赤外線吸収エリアの熱容量（Ｈ）の増加及び熱伝導率（Ｇ）の低下を最小限にすることができて、応答速度（τ＝Ｈ／Ｇ）を赤外線吸収体が単層の場合と同じにできる。
【００５３】
また、絶縁膜３は、赤外線透過率が高く、熱容量の小さい材料で構成すると、この絶縁膜３による吸収損失を最小限にできるし、この絶縁膜３の吸収損失を無視できるために設計が容易になる。
【００５４】
また、赤外線吸収体Ｆを２層構造とし、第１の金属薄膜１は赤外線反射率よりも赤外線透過率を多くし、第２の金属薄膜２は赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすることは可能である。
【００５５】
この場合、より多くの赤外線が第２の金属薄膜２に到達するようになるし、また、第２の金属薄膜２は透過よりも反射が多くなるため、より多くの赤外線を反射し、赤外線反射光は再び第１の金属薄膜１で吸収される。その結果、赤外線吸収率は最大で０．５（５０％）（単層時）→０．７（７０％）に向上する（表１参照）。
【００５６】
また、赤外線吸収体Ｆを３層以上の多層構造とし、最終段の金属薄膜以外は赤外線反射率よりも赤外線透過率を多くし、最終段の金属薄膜は赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくすることも可能である。
【００５７】
この場合、膜構成を多くするほど赤外線吸収率は向上する。３層構成で赤外線吸収率は最大で０．５（５０％）（単層時）→０．８（８０％）に向上する（表１参照）。
【００５８】
（実施の形態例２）
本発明に係る赤外線吸収体の実施の形態例２を図４及び図５に示す。
図４は本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例２）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図、図５は同センサチップの縦断面図である。なお、上記した本発明の実施の形態例１と同じ部品には同じ符号を付す。
【００５９】
本発明の実施の形態例２では、赤外線吸収体Ｆ−１を、メンブレン１１の他方の誘電薄膜１８上に第１の金属薄膜１を蒸着などによりＡｕなどで形成し、メンブレン１１の一方の誘電薄膜１２に第２の金属薄膜２を蒸着などによりＡｕなどで形成して構成し、本発明の実施の形態例１における絶縁膜３を無くしたものである。この場合、熱型赤外線センサのセンサチップＧの各熱電対１３の温接点部１４が赤外線吸収体Ｆ−１の第１、第２の金属薄膜１、２に覆われている。そして、この赤外線吸収体Ｆ−１は熱型赤外線センサ（サーモパイルセンサ）の受光部分を形成している。
【００６０】
このように構成された赤外線吸収体Ｆ−１の赤外線吸収の挙動は、本発明の実施の形態例１の赤外線吸収体Ｆの場合と同様である。この場合、熱電対１３の配線部分の占める割合が小さいので、この配線部分の熱的な損失は微小である。
【００６１】
また、受光部分である赤外線吸収体Ｆ−１は、２層構造では、赤外線入射量のうち約６５％が吸収する。この赤外線吸収体Ｆ−１が吸収した赤外線の熱エネルギーは熱型赤外線センサのセンサチップＧの各熱電対１３の温接点部１４を加熱し、温接点部（測温接点）１４と冷接点部（基準接点）１５との間に温度差を与えて各熱電対１３に起電力を生じさせる。これらの起電力を端子部１６、１７より取出して、物体から放射される熱放射エネルギーを測定する。
【００６２】
上記した本発明の実施の形態例２によれば、赤外線吸収体Ｆ−１を、第１の金属薄膜１をメンプレン１１の他方の誘電薄膜１８上に形成し、第２の金属薄膜２をメンプレン１１の一方の誘電薄膜１２上に形成して構成することにより、絶縁膜３を無くすことできて、熱型赤外線センサＧの受光部の構成を簡略化することができる。
【００６３】
（実施の形態例３）
本発明に係る赤外線吸収体の実施の形態例３を図６及び図７に示す。
図６は本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例３）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図、図７は同センサチップの縦断面図である。なお、上記した本発明の実施の形態例１と同じ部品には同じ符号を付す。
【００６４】
本発明の実施の形態例３では、赤外線吸収体Ｆ−２は、熱型赤外線センサのセンサチップＧの感温部、すなわち、各熱電対１３の温接点部１４上のみに形成された部分赤外線吸収部４を有している。この部分赤外線吸収部４の構成は本発明の実施の形態例１における赤外線吸収体Ｆと同構成であって、金属薄膜の２層構造にしてある。すなわち、部分赤外線吸収部４は第１、第２の金属薄膜１、２と、これら第１、第２の金属薄膜１、２間に介装された絶縁膜３とから構成してあり、第１、第２の金属薄膜１、２は熱的に結合し、電気的には接触しない構造にしてある。第１、第２の金属薄膜１、２としては、例えばＡｕの薄膜が用いられており、絶縁膜３としては、赤外線を吸収しやすい性質を有するもの、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）が用いられる。
【００６５】
第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚は、単層での吸収率が最大０．５（５０％）となる膜厚とする（Ａｕを用いた場合、膜厚は約１７０Åにしてある。）。また、ここで用いた絶縁膜３は酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）などのように赤外線の透過率が高いものであり、その膜厚も、第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚程度にしてある。
【００６６】
そして、赤外線吸収体Ｆ−２の赤外線吸収の挙動は、各熱電対１３の温接点部１４上のみにおいて、本発明の実施の形態例１に場合と同様である。
【００６７】
上記した本発明の実施の形態例３によれば、サーモパイルセンサのように受光部が感温部、すなわち温接点部１４上にのみでよい場合、温接点部１４上に部分赤外線吸収部４を形成することで、受光部全体の熱容量を小さくでき、その結果、応答速度が早くなる。
【００６８】
（実施の形態例４）
本発明に係る赤外線吸収体の実施の形態例４を図８及び図９に示す。
図８は本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例４）の断面図、図９は同赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサの縦断面図である。なお、上記した本発明に係る赤外線吸収体の実施の形態例１と同じ部品には同じ符号を付す。
【００６９】
本発明に係る赤外線吸収体Ｆ−３を用いたセンサチップＧをセンサパッケージ３１に収容して熱型赤外線センサＳを構成した場合、このセンサパッケージ３１に設けた窓部３２の大きさから入射赤外線の範囲は２θである。
【００７０】
そして、赤外線吸収体Ｆ−３の構成は、金属薄膜の２層構造にしてある。すなわち、赤外線吸収体Ｆ−３は第１、第２の金属薄膜１、２と、これら第１、第２の金属薄膜１、２間に介装された絶縁膜３とから構成してあり、第１、第２の金属薄膜１、２は熱的に結合し、電気的には接触しない構造にしてある。第１、第２の金属薄膜１、２としては、例えばＡｕの薄膜が用いられており、絶縁膜３としては、赤外線を吸収しやすい性質を有するもの、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ        ２    ）が用いられる。
【００７１】
第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚は、単層での吸収率が最大０．５（５０％）となる膜厚とする（Ａｕを用いた場合、膜厚は約１７０Åにしてある。）。また、ここで用いた絶縁膜３は酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）などのように赤外線の透過率が高いものであり、その膜厚も、第１、第２の金属薄膜１、２の膜厚程度にしてある。
【００７２】
そして、赤外線の入射方向に、第１の金属薄膜１と第２の金属薄膜２とが、この順序で配置してあって、第２の金属薄膜２の面積は第１の金属薄膜１の面積より大きくしてある。このために、第１の金属薄膜１が第２の金属薄膜２を覆っていない直接入射箇所２Ａが生じている。
【００７３】
このような赤外線吸収体Ｆ−３の構成において、赤外線入射光には、図８に示すように第１、第２の金属薄膜１、２に入射する赤外線入射光ａと、第２の金属薄膜２に直接入射して、その赤外線反射光が第１の金属薄膜１に入射する赤外線入射光ｂと、第２の金属薄膜２に直接入射する赤外線入射光ｃとが存在する。
【００７４】
赤外線入射光ａの場合は、本発明の実施の形態例１に場合と同様であって、図３に示すように入射赤外線量を１００％とすると、まず赤外線吸収体Ｆ−３に到達した赤外線イは、第１の金属薄膜１により５０％が吸収される。残りの５０％の赤外線イは第１の金属薄膜１により２５％が赤外線反射光（Ｒ１）として反射され、残り２５％は赤外線透過光（Ｄ１）として透過される。
【００７５】
赤外線透過光（Ｄ１）は第２の金属薄膜２に到達し、１２．５％が吸収（Ａ２）される。さらに、約６％の赤外線が第２の金属薄膜２で反射（Ｒ２）され、第１の金属薄膜１によりさらに約３％の赤外線が吸収される。
【００７６】
このように、赤外線の赤外線吸収体Ｆ−３による反射を１回反射まで考えても、２層構造では、赤外線入射量の内約６５％が吸収され、従来の単層での赤外線の吸収率５０％の約１．３倍となる。
【００７７】
また、赤外線入射光ｂの場合は、第２の金属薄膜２の直接入射箇所２Ａに直接入射してこの第２の金属薄膜２に吸収され、第２の金属薄膜２による入射赤外線の反射光のうち、メンブレン１１に対して垂直でない方向の赤外線反射光をより多く第１の金属薄膜１に入射するようにしてある。例えば、図８に示すように入射角θで第１の金属薄膜１に入射した入射赤外線ロの反射光ロ´は、より多く第１の金属薄膜１に入射される。
【００７８】
また、赤外線入射光ｃの場合は、第２の金属薄膜２の直接入射箇所２Ａに直接入射してこの第２の金属薄膜２に吸収され、第２の金属薄膜２による入射赤外線ハの反射光は第１の金属薄膜１に入射しない。
【００７９】
上記した本発明の実施の形態例４によれば、第２の金属薄膜２の面積は第１の金属薄膜１の面積より大きくしてあるために、第１の金属薄膜１が第２の金属薄膜２を覆っていない箇所、すなわち直接入射箇所２Ａが生じ、この直接入射箇所２Ａに直接に入射した入射赤外線を第２の金属薄膜２で吸収し、この第２の金属薄膜２による入射赤外線ロの反射光ロ´のうち、メンブレン１１に対して垂直でない方向の反射光をより多く第１の金属薄膜１に入射することができる。このために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る赤外線吸収体によれば、隣り合う金属薄膜間を絶縁すると共に、隣り合う金属薄膜を熱的に接続することが可能になり、隣り合う金属薄膜のうち、一方の金属薄膜を透過した赤外線は、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収することができる。このように赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を提供することができる。
【００８１】
また、請求項１の発明に係る赤外線吸収体によれば、隣り合う金属薄膜間を絶縁すると共に、隣り合う金属薄膜を熱的に接続することが可能になり、隣り合う金属薄膜のうち、一方の金属薄膜を透過した赤外線は、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収することができる。
【００８２】
しかも、多層構造における最終段の金属薄膜は、その赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくし、最終段の金属薄膜以外の金属薄膜は、その赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくしてあるために、より多くの赤外線が最終段の金属薄膜に到達し、この最終段の金属薄膜はより多くの赤外線を反射し、反射光は再び最終段の金属薄膜以外の金属薄膜で吸収されて、赤外線吸収率が向上する。例えば、２層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．７に向上するし、３層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．８に向上する。
【００８３】
また、請求項２の発明に係る赤外線吸収体によれば、請求項１の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、他方の金属薄膜の面積は一方の金属薄膜の面積より大きくしてあり、一方の金属薄膜が他方の金属薄膜を覆っていない赤外線の直接入射箇所では、入射赤外線を直接に他方の金属薄膜で吸収し、また、他方の金属薄膜による入射赤外線の反射光のうち垂直でない方向の反射光をより多く一方の金属薄膜に入射することができる。このために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。
【００８４】
また、請求項３の発明に係る熱型赤外線センサによれば、赤外線吸収体の一方の金属薄膜を透過した赤外線を、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。このように吸収率の増加に比例してセンサ出力が向上するために、感度が向上し、周囲の温度のふらつきによる雑音も軽減できるためにセンサの精度が向上する。このように、赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサを提供することができる。
【００８５】
しかも、多層構造における最終段の金属薄膜は、その赤外線透過率よりも赤外線反射率を大きくし、最終段の前記金属薄膜以外の金属薄膜は、その赤外線反射率よりも赤外線透過率を大きくしてあるために、より多くの赤外線が最終段の金属薄膜に到達し、この最終段の金属薄膜はより多くの赤外線を反射し、反射光は再び最終段の金属薄膜以外の金属薄膜で吸収されて、赤外線吸収率が向上する。例えば、２層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．７に向上するし、３層構造の赤外線吸収体であれば、赤外線吸収率は０．５（単層時）から０．８に向上する。
【００８６】
また、請求項３の発明に係る熱型赤外線センサによれば、赤外線吸収体の一方の金属薄膜を透過した赤外線を、他方の金属薄膜で吸収でき、他方の金属薄膜で反射した赤外線を一方の金属薄膜で吸収できるために、単層時の金属薄膜に比べより多くの赤外線を吸収できる。このように吸収率の増加に比例してセンサ出力が向上するために、感度が向上し、周囲の温度のふらつきによる雑音も軽減できるために、センサの精度が向上する。また、熱型赤外線センサが安価に製造可能になる。
【００８７】
このように、赤外線吸収率が高く、且つ高速応答性を持ち、低コストで生産が容易な赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサを提供することができる。
【００８８】
また、請求項４の発明に係る熱型赤外線センサによれば、請求項３の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、一方の金属薄膜をメンブレンの一方の面に形成し、他方の金属薄膜をメンブレンの他方の面に形成することにより絶縁膜を無くすことができて、熱型赤外線センサの受光部の構成を簡略化することができる。
【００８９】
また、請求項５の発明に係る熱型赤外線センサによれば、請求項３の発明の作用効果と同様な作用効果を奏し得るばかりか、サーモパイルセンサのように受光部が感温部、すなわち温接点部上にのみでよい場合、温接点部上に部分赤外線吸収部を形成することで、受光部全体の熱容量を小さくでき、その結果、応答速度が早くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例１）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図である。
【図２】同センサチップの縦断面図である。
【図３】本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例１）の作用説明図である。
【図４】本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例２）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図である。
【図５】同センサチップの縦断面図である。
【図６】本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例３）を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図である。
【図７】同センサチップの縦断面図である。
【図８】本発明に係る赤外線吸収体（実施の形態例４）の断面図である。
【図９】同赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサの縦断面図である。
【図１０】従来の赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサのセンサチップの平面図である。
【図１１】同センサチップの縦断面図である。
【図１２】赤外線吸収体を除いた状態のセンサチップの平面図である。
【符号の説明】
１    第１の金属薄膜（一方の金属薄膜）
２    第２の金属薄膜（他方の金属薄膜）
３    絶縁膜
４    部分赤外線吸収部
１０    半導体基板
１１    メンブレン
１２    一方の誘電薄膜
１３    熱電対
１４    温接点部（測温接点）（感温部）
１５    冷接点部（基準接点）
１６    端子部
１７    端子部
１８    他方の誘電薄膜
１９    線材
２０    線材
３１    センサパッケージ
３２    窓部
Ｇ    センサチップ
Ｆ    赤外線吸収体
Ｆ−１    赤外線吸収体
Ｆ−２    赤外線吸収体
Ｆ−３    赤外線吸収体
Ｓ    熱型赤外線センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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