(57)【要約】  【課題】  遠赤外光の集光率を向上する撮像装置、該撮像装置を構成する撮像素子パッケージ及び集光レンズを提供する。  【解決手段】  撮像部１２は、円形板状の基体１２７と、基体１２７の中央部表面に設けられる平面形状が矩形状であって板状のヒートシンク１２６と、ヒートシンク１２６の上側表面に設けられ、ヒートシンク１２６と略同寸法を有する矩形状の撮像素子１２５と、撮像素子１２５の表面に実装される硫化亜鉛製の集光レンズ１２４と、基体１２７と嵌合して集光レンズ１２４、撮像素子１２５、及びヒートシンク１２６を密閉収納する円環状のケース１２３と、ケース１２３の中央開口部に取り付けられる円形板状の透過板１２１とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を透過する光学素子と、該光学素子を透過した赤外光を集光するための集光レンズと、該集光レンズが集光した赤外光を基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像装置において、
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、
前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、
該集光部は、
前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子と、該撮像素子に前記透過板を透過した赤外光を集光させる集光レンズとを備える撮像素子パッケージにおいて、
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であることを特徴とする撮像素子パッケージ。
【請求項４】
赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像素子パッケージにおいて、
前記透過板は、
硫化亜鉛製であって、前記撮像素子に赤外光を集光させることを特徴とする撮像素子パッケージ。
【請求項５】
基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子に、赤外光を集光する集光レンズにおいて、
前記集光レンズは、
硫化亜鉛製であって、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、
該集光部は、
二次元に配置してあることを特徴とする集光レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光の集光率を向上する撮像装置、該撮像装置を構成する撮像素子パッケージ及び集光レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠赤外光を撮像するビデオカメラは、人間又は物体などの発熱体が発する熱エネルギーを直接撮像する装置であり、撮像素子を使用した電子走査方式を用いたものが主流になっている。
【０００３】
このような撮像装置には、撮像素子の集光率を向上させ、温度分解能を高め高画質の熱分布を得るため、シリコン基板上に複数の赤外光吸収膜を二次元に配列した撮像素子表面に赤外光を集光させるポリシリコン製又は熱可塑性樹脂製の集光レンズ（マイクロアレイレンズ）を実装した撮像素子パッケージを用いている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４１３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の例にあっては、集光レンズの材料としてポリシリコン又は熱可塑性樹脂を使用しており、遠赤外光領域（波長が８〜１２μｍ）では、透過率が３０〜４０％と低いため、遠赤外光の集光率を向上させるには限度があった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に赤外光を集光させる集光レンズを硫化亜鉛製にすることにより、従来に比較して集光率を向上させることができる撮像装置、該撮像装置を構成する撮像素子パッケージ及び集光レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、前記集光レンズが有する集光部を赤外光吸収膜に対向して配置してあることにより、小型・軽量化することができる撮像装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、透過板を硫化亜鉛製にし、集光レンズに代えて前記透過板で撮像素子に赤外光を集光させることにより、安価で集光率を向上させることができる撮像素子パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る撮像装置は、赤外光を透過する光学素子と、該光学素子を透過した赤外光を集光するための集光レンズと、該集光レンズが集光した赤外光を基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像装置において、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る撮像装置は、第１発明において、前記集光レンズは、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、該集光部は、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る撮像素子パッケージは、赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子と、該撮像素子に前記透過板を透過した赤外光を集光させる集光レンズとを備える撮像素子パッケージにおいて、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る撮像素子パッケージは、赤外光を透過する透過板と、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で前記透過板を透過した赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子とを備える撮像素子パッケージにおいて、前記透過板は、硫化亜鉛製であって、前記撮像素子に赤外光を集光させることを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係る集光レンズは、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜で赤外光を吸収して赤外光を撮像する撮像素子に、赤外光を集光する集光レンズにおいて、前記集光レンズは、硫化亜鉛製であって、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を有し、該集光部は、二次元に配置してあることを特徴とする。
【００１３】
第１発明にあっては、赤外光を透過する光学素子を透過した赤外光は、該赤外光を集光するための集光レンズにより、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約７０％となり、赤外光の集光率が向上する。
【００１４】
第２発明にあっては、集光レンズは、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置してある。
【００１５】
第３発明にあっては、赤外光を透過する透過板を透過した赤外光は、該赤外光を集光するための集光レンズにより、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約７０％となり、赤外光の集光率が向上する。
【００１６】
第４発明にあっては、赤外光を透過する透過板を透過した赤外光は、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記透過板は硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約７０％となり、赤外光の集光率が向上するとともに、集光レンズが不要となる。
【００１７】
第５発明にあっては、集光レンズの集光部により、赤外光は、基板上に二次元に配置された複数の赤外光吸収膜に集光され、集光された赤外光は前記赤外光吸収膜で吸収され、撮像素子で撮像される。前記集光レンズは硫化亜鉛製であるため、従来に比較して、赤外光の透過率が約７０％となり、赤外光の集光率が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明、第３発明及び第５発明にあっては、集光レンズが硫化亜鉛製であることにより、赤外光の透過率が従来よりも大きくなり、撮像装置で撮像される赤外光の集光率が向上する。
【００１９】
第２発明にあっては、前記赤外光吸収膜に赤外光を集光させるための集光部を、前記赤外光吸収膜に対向して二次元に配置して実装することにより、小型・軽量化を図ることができる。
【００２０】
第４発明にあっては、集光レンズに代えて、硫化亜鉛製の透過板で赤外光を集光させることにより、集光レンズが不要になり、安価で赤外光の集光率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。１１はレンズ部である。レンズ部１１は、遠赤外光を透過するゲルマニウム製のレンズが複数枚、光軸を一致させて配置してあり、レンズ部１１を透過した遠赤外光は、撮像部１２へ導かれる。
【００２２】
撮像部１２は、レンズ部１１と対向して、レンズ部１１と適長の離隔寸法を有し、レンズ部１１を透過した遠赤外光が結像する位置であって、レンズ部１１の光軸が撮像面の中心に位置するように配置されている。レンズ部１１を透過した遠赤外光は、撮像部１２に入力される。撮像部１２は、入力された遠赤外光を、遠赤外光の強度に応じた輝度信号に変換し、信号処理部１３へ出力する。
【００２３】
信号処理部１３は、撮像部１２から入力された輝度信号に対して、光学系で生じた各種の歪みを取り除くための処理、低周波ノイズの除去処理、ガンマ特性を補正する補正処理などを行い、処理後の輝度信号を画像データとして一旦画像メモリ１５へ記憶する。
【００２４】
インタフェース部１４は、図示しない画像処理装置（例えば、画像処理ＥＣＵ）などから送信される指令に従って、画像メモリ１５に記憶された画像データを画像処理装置へ出力するための制御、撮像装置１で撮像した画像の解像度による転送レートの変換、画像データからパケットデータの作成などを行う。また、インタフェース部１４は、制御部１６の制御に従って、画像メモリ１５に記憶された画像データを画像処理装置へ出力する。
【００２５】
制御部１６は、バス１７を介して、撮像部１２、信号処理部１３、インタフェース部１４の処理を制御する。例えば、画像処理装置からの指令を解釈して、撮像部１２が撮像した画像データを画像メモリ１５に記憶する。また、記憶された画像データを読み出し、インタフェース部１４を介して画像処理装置へ出力する。
【００２６】
図２は撮像部１２の構成を示す分解斜視図であり、図３は撮像素子及び集光レンズの縦断面図である。撮像部１２（撮像素子パッケージ）は、円形板状の基体１２７と、基体１２７の中央部表面に設けられる平面形状が矩形状であって板状のヒートシンク１２６と、ヒートシンク１２６の上側表面に設けられ、ヒートシンク１２６と略同寸法を有する矩形状の撮像素子１２５と、撮像素子１２５の表面に実装される集光レンズ１２４と、基体１２７と嵌合して集光レンズ１２４、撮像素子１２５、及びヒートシンク１２６を密閉収納する円環状のケース１２３と、ケース１２３の中央開口部に取り付けられる円形板状の透過板１２１とを備える。
【００２７】
基体１２７は、撮像素子１２５から出力される信号を撮像部１２の外部へ出力するための電極１２２、１２２、…を有する。撮像素子１２５の信号出力端子（図示せず）と電極１２２、１２２、…とはワイヤーボンディングなどによるリード線により接続してある。なお、撮像素子１２５の信号出力端子を直接電極１２２、１２２、…に半田付けするようにしてもよい。
【００２８】
ヒートシンク１２６はアルミニウム製であって、撮像素子１２５及び基体１２７に密着して取り付けてあり、撮像素子１２５で発生する熱を基体１２７へ伝導することにより、熱を撮像部１２の外部へ逃がす働きをする。
【００２９】
撮像素子１２５は、シリコン基板上（例えば１０ｍｍ角）に、撮像素子１２５の画素数（例えば、３２０ｘ２４０画素、１６０ｘ１２０画素など）と同数であって、平面形状が矩形状の凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…を等間隔に配置し、凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…の底面に、凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…より小さい寸法の矩形状の赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…を設けてある。
【００３０】
集光レンズ１２４は、硫化亜鉛製であって、厚みが約数〜数十μｍであり、撮像素子１２５と略同寸法の矩形板の一面に、撮像素子１２５の画素数と同数であって、遠赤外光を集光するための集光部である、直径が約２５〜１００μｍの略半球状の凸部１２４ａ、１２４ａ、…を設けてある。凸部１２４ａ、１２４ａ、…は、凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…が配置された位置と同位置に等間隔に配置してあり、集光レンズ１２４は、凸部１２４ａ、１２４ａ、…を上側にして、撮像素子１２５の上側に実装してある。集光レンズ１２４は、例えば、モールド成形により、所要の形状の凸部を形成することができる。
【００３１】
ケース１２３は、合成樹脂製であって、下側縁部内面には基体１２７を嵌め込む嵌合溝を設けてあり、基体１２７と嵌合する。これによりケース１２３内部は密閉される。ケース１２３の上側中央の開口部には、遠赤外光を透過する透過板１２１を取り付けてある。これにより、透過板１２１を透過した遠赤外光は、集光レンズ１２４の各凸部１２４ａ、１２４ａ、…で屈折され、屈折された遠赤外光は、各凸部１２４ａ、１２４ａ、…と同位置に配置された各赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…に集光される。
【００３２】
図３に示すように、シリコン基板１２５ｃ上に等間隔に配置された凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…の底面には、平面形状が矩形状の赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…を設けてある。赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…に隣接して、ポリシリコン及びアルミニウムからなる薄膜熱電対を多数直列に接続したサーモパイル１２５ｂ、１２５ｂ、…を赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…（温接合部）とシリコン基板１２５ｃ（冷接合部）との間に設けてある。
【００３３】
集光レンズ１２４は、一面に設けられた略半球状の凸部１２４ａ、１２４ａ、…を凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…に対向した位置に配置し、凸部１２４ａ、１２４ａ、…を上側にしてシリコン基板１２５ｃ上側表面に実装してある。集光レンズ１２４側から投光された遠赤外光は、集光レンズ１２４の各凸部１２４ａ、１２４ａ、…で屈折され、屈折された遠赤外光は凹部１２５ｄ、１２５ｄ、…の底部に設けられた赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…で吸収される。
【００３４】
各赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…で遠赤外光を吸収することにより、サーモパイル１２５ｂ、１２５ｂ、…の温接合部で発生した温度変化を熱電対の熱起電力として、シリコン基板１２５ｃの信号出力端子（図示せず）及び基体１２７に設けられた電極１２２を介して撮像部１２から出力する。これにより、撮像部１２は、撮像素子１２５の画素数と同数の赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…夫々で吸収した遠赤外光により発生する温度変化を、撮像素子１２５の画素毎に電気信号として出力する。
【００３５】
以上説明したように、本発明にあっては、シリコン基板上に二次元に配置された赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…に遠赤外光を集光させる集光レンズ１２４を硫化亜鉛製にすることにより、従来赤外光の透過率が３０〜４０％と小さく、遠赤外光の集光率を向上させるのに限界があったのに比べて、遠赤外光の透過率が約７０％となり、遠赤外領域における遠赤外光の集光率を向上させることができる。
【００３６】
また、集光部である凸部１２４ａ、１２４ａ、…を二次元に配置した集光レンズ１２４を赤外光吸収膜１２５ａ、１２５ａ、…に対向して撮像素子１２５に実装することにより、撮像素子パッケージ（撮像部１２）を小型・軽量化することができる。
【００３７】
上述の実施の形態においては、集光レンズ１２４を用いる構成であったが、集光レンズ１２４に代えて、透過板１２１を硫化亜鉛製にし、モールド成形により赤外光を赤外光吸収膜膜１２５ａ、１２５ａ、…に集光させるように形成することにより、集光レンズ１２４が不要になり、より安価で集光率を向上させることができる。
【００３８】
上述の実施の形態においては、サーモパイル型の撮像素子を使用するものであったが、撮像素子は、これに限定されるものではなく、赤外光により発生する熱で抵抗値が変化する材料を用いたボロメータ型の撮像素子であってもよい。
【００３９】
上述の実施の形態においては、シリコン基板に設けられた凹部の底面に赤外光吸収膜を設ける構成であったが、シリコン基板に設けられる赤外光吸収膜の配置は、これに限定されるものではなく、赤外光吸収膜の直下に空洞部を形成し、温接合部の熱容量を小さくする構成であってもよい。
【００４０】
上述の実施の形態においては、集光レンズの一面に略半球状の凸部が二次元に配置された構成であったが、集光レンズの前記凸部の形状は、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子の画素数、赤外光吸収膜と集光レンズとの離隔寸法などに応じて、集光レンズの凸部形状は、モールド成形により、赤外光吸収膜に赤外光を集光させるように他の形状に形成することができる。
【００４１】
上述の実施の形態においては、遠赤外光（例えば、波長が８〜１２μｍ）を集光させる構成であったが、これに限定されるものではなく、中赤外光（例えば、波長が３〜５μｍ）においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像部の構成を示す分解斜視図である。
【図３】撮像素子及び集光レンズの縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  撮像装置
１２  撮像部
１２１  透過板
１２３  ケース
１２４  集光レンズ
１２４ａ  凸部
１２５  撮像素子
１２５ａ  赤外光吸収膜
１２５ｂ  サーモパイル
１２５ｃ  シリコン基板
１２５ｄ  凹部
１２６  ヒートシンク
１２７  基体
【図１】
2006162392.tif 000003
【図２】
2006162392.tif 000004
【図３】
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