(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線検出部の感度向上および応答速度の向上の両方を達成可能な熱型赤外線センサを提供する。【解決手段】熱型赤外線センサ１００であって、赤外線を吸収し、吸収により上昇した温度を電気信号に変換するための赤外線検出部１０を備え、赤外線検出部がアップコンバージョン材１２Ｘを含む。アップコンバージョン材が、赤外線検出部内において上昇した温度を低下させるための冷却材として機能し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱型赤外線センサであって、
赤外線を吸収し、該吸収により上昇した温度を電気信号に変換するための赤外線検出部を備え、該赤外線検出部がアップコンバージョン材を含む、熱型赤外線センサ。
【請求項２】
前記アップコンバージョン材が、前記赤外線検出部内において前記上昇した温度を低下させるための冷却材である、請求項１に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項３】
近赤外線波長光を発するレーザ光源部を更に備え、該レーザ光源部の該近赤外線波長光が前記赤外線検出部内を透過して、前記アップコンバージョン材に該近赤外線波長光が照射される、請求項１又は２に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項４】
前記赤外線検出部が、積層構造体を成しており、
前記積層構造体が、赤外線を吸収し、該吸収により上昇した温度を電気信号に変換するための赤外線検出層と、前記アップコンバージョン材を含むアップコンバージョン材含有層とを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項５】
前記赤外線検出層と前記アップコンバージョン材含有層とが互いに接している、請求項４に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項６】
前記アップコンバージョン材含有層が前記赤外線検出層を冷却する冷却層である、請求項４又は５に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項７】
前記赤外線検出層が、赤外線を吸収する赤外線吸収サブ層と、該赤外線の吸収により上昇した温度を電気信号に変換するパラメータ変換サブ層とを備える積層体である、請求項４〜６のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項８】
前記アップコンバージョン材含有層が、前記赤外線吸収サブ層と前記パラメータ変換サブ層とを備える前記積層体の上側主面および下側主面の少なくとも一方、および／または前記赤外線吸収サブ層と前記パラメータ変換サブ層との間に位置付けられる、請求項４〜７のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項９】
前記赤外線検出部が、前記アップコンバージョン材を内部に含む赤外線検出単一層となっている、請求項１〜３のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１０】
前記赤外線検出単一層が該赤外線検出単一層自体を冷却する冷却層となっている、請求項９に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１１】
前記電気信号を読み出すベース基材を更に備え、該赤外線検出部の断熱環境下で該ベース基材が該赤外線検出部と電気的に接続される、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１２】
前記赤外線検出部の前記断熱環境が、該赤外線検出部と前記ベース基材との相互に離隔した配置により為される、請求項１１に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１３】
前記ベース基材と電気的に接続された制御回路部を更に備え、該制御回路部により、前記レーザ光源部に対して、前記ベース基材により読み出された前記電気信号に基づき算出した前記赤外線検出部の温度の変化内容がフィードバック制御される、請求項３に従属する請求項４〜１２のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１４】
前記アップコンバージョン材に対する前記レーザ光源部の前記近赤外線波長光の照射がパルス照射である、請求項３に従属する請求項４〜１３のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項１５】
前記アップコンバージョン材は希土類の材料又は量子ドットの材料を含んで成る、請求項１〜１４のいずれかに記載の熱型赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱型赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、宇宙防衛から防犯、家電等多岐にわたる分野にて赤外線センサの需要が高まっている。当該赤外線センサは、量子型赤外線センサと熱型赤外線センサとに分けられ得る。前者の量子型赤外線センサは、大型の冷却装置等の併用を必要とする冷却型赤外線センサとなっている。一方、後者の熱型赤外線センサは、冷却を特段要しない非冷却型赤外線センサとなっている。
【０００３】
当該熱型赤外線センサ１００’（非冷却型赤外線センサ）は、概して下記の構成を採り得る（特許文献１参照）。具体的には、図１４および図１５に示すように、赤外線検出部１０’、赤外線検出部１０’と電気的に接続され、かつ導電性支持部３０’を介して赤外線検出部１０’と離隔配置されたベース基材２０’、およびレンズ４０’を備える。更に、赤外線検出部１０’は層構造を成しており、当該層構造が赤外線吸収層１１Ａ’と、赤外線吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換するパラメータ変換層１１Ｂ’とを有して成る。
【０００４】
なお、赤外線検出部１０’は断熱状態にして感度を上げるため、上述のように赤外線検出部１０’とベース基材２０’とは相互に熱的に離隔した配置形態が採られている。これにより、当該赤外線検出部１０’は微小な赤外線でも検出する性質を有する。
【０００５】
上記のような構成に基づき、静止画像等の測定対象物２００’から発せられ得る赤外線を、レンズ４０’を介して赤外線吸収層１１Ａ’により吸収し、次いでパラメータ変換層１１Ｂ’により当該赤外線吸収により上昇した温度を電気信号に変換する。これにより、格子状に区分けされ得る測定対象物の所定領域の温度分布を把握することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３９２１３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、本願発明者らは、従来の熱型赤外線センサ１００’（非冷却型赤外線センサ）の構成では、以下の技術的問題が生じ得る可能性があることを新たに見出した。
【０００８】
具体的には、赤外線検出部１０’とベース基材２０’との熱的離隔配置は、赤外線検出部１０’の感度を上げる点では好ましい。その一方で、赤外線検出部１０’とベース基材２０’との熱的離隔配置に起因して、赤外線検出部１０’の放熱性は低下し、赤外線検出部１０’内において赤外線検出動作時に生じる熱が赤外線検出部１０’から比較的長時間逃げずに残存する可能性があり得る。具体的には、測定対象物から発せられ得る赤外線の吸収により生じる熱および当該赤外線吸収により上昇した温度を電気信号に変換する際に生じる熱が赤外線検出部１０’から比較的長時間逃げずに残存する可能性があり得る。そのため、赤外線検出部１０’が赤外線を吸収する前の熱エネルギーが増加していない状態に戻りにくくなり得る。この事は、赤外線検出部１０’の応答速度の低下につながり得ることを意味する。その結果、測定対象物の温度分布を一旦把握した後、所定の時間を経て後刻に当該測定対象物の温度分布を再度測定するまでに時間を要することとなり得る。
【０００９】
そこで、本開示は、赤外線検出部の感度向上および応答速度の向上の両方を達成可能な熱型赤外線センサを供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本開示の一実施形態では、
熱型赤外線センサであって、
赤外線を吸収し、吸収により上昇した温度を電気信号に変換するための赤外線検出部を備え、赤外線検出部がアップコンバージョン材を含む、熱型赤外線センサが供される。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一実施形態に係る熱型赤外線センサによれば、赤外線検出部の感度向上および応答速度の向上の両方を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態に係る熱型赤外線センサを用いた放熱状態を示す概略断面図である。
【図３】図３は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図４】図４は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略斜視図である。
【図５】図５は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図６】図６は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図７】図７は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図８】図８は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図９】図９は、本開示の別の実施形態に係る熱型赤外線センサを示した概略断面図である。
【図１０】図１０は、従来と本開示における赤外線検出部の放熱時間を比較したグラフである。
【図１１】図１１は、レーザ光源部の設置箇所を示す概略断面図である。
【図１２】図１２は、レーザ光源部の別の設置箇所を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、レーザ光源部の別の設置箇所を示す概略断面図である。
【図１４】図１４は、本願の技術的課題を示す概略斜視図である。
【図１５】図１５は、本願の技術的課題を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願発明者らは、赤外線検出部の感度向上および応答速度の向上の両方を達成可能な熱型赤外線センサについて鋭意検討した。具体的には、本願発明者らは、赤外線検出部の感度向上のための赤外線検出部とベース基材との熱的離隔配置を維持しつつ、赤外線検出部の応答速度を向上させるための解決策について鋭意検討した。なお、本明細書でいう「赤外線検出部」とは、赤外線を吸収する機能、および当該赤外線の吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換する機能の両機能を含むものを指す。また、本明細書でいう「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱」とは、赤外線の吸収により生じる熱自体と、それを電気信号に変換する際に生じる熱の双方を指す。
【００１４】
特に、本願発明者らは、赤外線検出部の応答速度の低下の原因であり得る「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱の残存」に着目し、当該熱残存解消のための解決策について鋭意検討した。その結果、本開示を案出するに至った。
【００１５】
（本開示の技術的思想）
具体的には、本開示では、「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱の残存」を解消するために、従来の熱型赤外線センサでは特段必要とされていなかった“冷却”を敢えて行う」という技術的思想が採り入れられている。つまり、従来の熱型赤外線センサとは異なり、本開示では“冷却”を行うための構成が敢えて採り入れられている点が特徴的となっている。
【００１６】
かかる技術的思想に従えば、熱型赤外線センサ１００、特に赤外線検出部１０が冷却され得るため、赤外線検出部１０の熱残存を抑制することが可能となる。そのため、赤外線を吸収する前の熱エネルギーが増加していない状態に赤外線検出部１０をより速く戻しやすくすることが可能となる。従って、赤外線検出部１０の応答速度を向上させることが可能となる。
【００１７】
本開示の一実施形態に係る熱型赤外線センサ１００は、赤外線検出部１０、ベース基材２０、およびレンズ４０を備える。赤外線検出部１０は、上述のように、赤外線を吸収する機能、および当該赤外線の吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換する機能の両機能を含むものである。ベース基材２０は、測定対象物２００からの赤外線の吸収により上昇した温度から変換された電気信号を読み出すものである。測定対象物２００から発せられ得る赤外線はレンズ４０を介して赤外線検出部１０へと供される（図１および図２参照）。赤外線検出部１０を断熱状態にして感度を上げるため、赤外線検出部１０とベース基材２０とは互いに電気的に接続されつつ、導電性支持部３０を介して相互に熱的に離隔した配置形態となっている。
【００１８】
上記の構成に基づき、まず、測定対象物から発せられ得る赤外線は、レンズ４０を介して赤外線検出部１０内へと供される。当該赤外線検出部１０は、上述のように、赤外線を吸収する機能、および当該赤外線の吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換する機能の両機能を含むものである。特に限定されるものではないが、上昇する温度を電気信号に変換する機能を実現するためのタイプとしては、焦電素子タイプ、サーモパイルタイプ、およびマイクロボロメータタイプが挙げられ得る。焦電素子タイプは、熱エネルギーを吸収して自発分極に変化を生じさせ、その変化量に比例して表面に電荷が誘起されるものである。サーモパイルタイプは、入射エネルギー量に応じた熱起電力を発生させるものである。マイクロボロメータタイプは、赤外線が入射すると温度変化により吸収層の抵抗値が変化し、当該抵抗値の変化を電流の変化として取り出すものである。従って、測定対象物から発せられ得る赤外線が赤外線検出部１０内へと供されることで、赤外線吸収により上昇した温度が電気信号に変換される。変換された電気信号はベース基材２０により読み出される。これにより、格子状に区分けされ得る測定対象物の所定領域の温度分布を把握することが可能となる。
【００１９】
特に、本開示では、上記「赤外線検出部１０の冷却の実現」のため、量子型赤外線センサ等で用いられる大型の冷却装置の導入で対応するのではなく、赤外線検出部１０がアップコンバージョン材１２Ｘを含んでいる。この点が、本開示の最大の特徴である。当該アップコンバージョン材１２Ｘは、発光原子を有する希土類の材料を含むものであってよい。具体的には、アップコンバージョン材１２Ｘは、希土類材料が添加されたガラス、又は希土類材料が添加された結晶であってよい。当該アップコンバージョン材１２Ｘでは、希土類の材料がドーパントとしてホスト材料に供され得る。これに限定されることなく、アップコンバージョン材１２Ｘが希土類の材料から成ってもよい。ホスト材としては、特に限定されるものではないが、ＫＧｄ（ＷＯ４）２、ＫＹ(ＷＯ４)２、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｙ２ＳｉＯ５、ＺｒＯ２、ＺＢＬＡＮＰ、ＺＢＬＡＮ、ＢＩＧ、ＡＢＣＹＳ、ＢａＹ２Ｆ８、ＹＬＦ、ＬｕＬｉＦ、ＣＮＢＺｎ、およびＫＰｂ２Ｃｌ５からなる群から少なくとも１種選択され得る。ドーパント材としては、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から少なくとも１種選択され得る。また、希土類材料に限らず、当該アップコンバージョン材１２Ｘは、量子ドットを含むものであってもよい。具体的には、アップコンバージョン材１２Ｘは、コロイド量子ドットが添加されたガラスであってもよい。これに限定されることなく、アップコンバージョン材１２Ｘがコロイド量子ドットから成ってもよい。コロイド量子ドットとしては、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳｅ、およびＰｂＴｅからなる群から少なくとも１種選択され得る。
【００２０】
本明細書でいう「アップコンバージョン材１２Ｘ」は、広義には相対的に長い波長の光（例えばレーザ光）の照射により、当該光の波長よりも相対的に短い波長の光を発する性質を有するものを指す。本明細書でいう「アップコンバージョン材１２Ｘ」とは、狭義にはその構成要素である希土類材料の発光原子または量子ドットに相対的に長い波長の光が照射されることで、発光原子または量子ドットの電子が励起し、その後励起された電子が基底状態におちて当該光の波長よりも相対的に短い波長の光を発する性質を有するものを指す。この点で、本明細書でいう「アップコンバージョン材１２Ｘ」とはアップコンバージョン発光材とも称することが可能である。
【００２１】
当該アップコンバージョン材１２Ｘは、上述のように相対的に長い波長の光が照射（入射）されることで、その構成要素である希土類材料の発光原子または量子ドットの電子が励起し、その後励起された電子が基底状態におちて当該光の波長よりも相対的に短い波長の光を発するものである。本開示では、相対的に長い波長の光のアップコンバージョン材１２Ｘに対する照射の実現を図るため、熱型赤外線センサ１００がレーザ光源部５０を更に備えている。本開示の熱型赤外線センサ１００は、当該レーザ光源部５０とベース基材２０との間にて両者に電気的に接続された制御回路部６０を更に備え得る。制御回路部６０は、レーザ光源部５０に対して、ベース基材２０により読み出された電気信号に基づき算出した赤外線検出部１０の温度の変化内容をフィードバックするためのものである。つまり、当該制御回路部６０により、レーザ光源部５０に対して、ベース基材２０により読み出された電気信号に基づき算出した赤外線検出部の温度の変化内容がフィードバック制御される。
【００２２】
上記のアップコンバージョン材１２Ｘに対して入射される光（例えばレーザ光）は波長が長いため、それに起因して相対的に小さいエネルギーとなっている。一方、照射によりアップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットから放出される光は波長が短いため、それに起因して相対的に大きいエネルギーとなっている。従って、アップコンバージョン材１２Ｘは、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットから放出される光のエネルギーがアップコンバージョン材１２Ｘに対して入射される光のエネルギーよりも大きいという性質を有する。
【００２３】
かかる性質を有することにより、光放出時において、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれるホスト材から熱を奪いとることが可能となる。アップコンバージョン材１２Ｘに含まれるホスト材には、「赤外線検出部１０内において赤外線検出動作時に生じる熱」が伝わり得るところ、ホスト材から熱を奪うことで当該赤外線検出動作時に赤外線検出部１０内において生じる熱を間接的に奪うことが可能となる。又、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる発光原子または量子ドットに対して、「赤外線検出部１０内において赤外線検出動作時に生じる熱」が直接伝わり得ることもある。この場合、上記性質を有することにより、光放出時において、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる発光原子または量子ドットから「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱」を直接的に奪うことも可能であり得る。以上の事から、「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱」が赤外線検出部１０から長時間逃げずに残存するとしても、赤外線検出部１０内における残存する熱３００を外部へと好適に放熱させることが可能となる。
【００２４】
つまり、かかる放熱に起因して、アップコンバージョン材１２Ｘが、赤外線検出部１０内において上昇した温度を低下させるための冷却材として機能し得る。つまり、アップコンバージョン材１２Ｘが、いわゆる“レーザ冷却”に付される。そのため、赤外線検出部１０の熱残存が抑制され、赤外線を吸収する前の熱エネルギーが増加していない状態に赤外線検出部１０をより速く戻すことが可能となる。以上の事からも、上述のように、本開示の熱型赤外線センサ１００は、赤外線を吸収し、吸収により上昇した温度を電気信号に変換するための赤外線検出部１０を備え、当該赤外線検出部１０がアップコンバージョン材１２ｘを含んでいることで、アップコンバージョン材１２ｘにより赤外線検出部１０内において上昇した温度を低下させることができる。
【００２５】
その結果、赤外線検出部１０の感度向上のための赤外線検出部１０とベース基材との熱的な離隔配置を維持した状態においても、赤外線検出部１０の応答速度を向上させることが可能となる。従って、本開示では、赤外線検出部１０の感度向上および応答速度の向上の両方を達成することが可能である。その結果、測定対象物２００の温度分布を一旦把握した後、所定の時間を経て後刻に当該測定対象物２００の温度分布を再度測定するまでの時間を相対的に短くすることが可能となる。
【００２６】
なお、アップコンバージョン材１２Ｘに対して照射される相対的に長い波長の光としては、近赤外線波長光の使用が好ましい。近赤外線波長光は、相対的に長い波長の光であるところ、その具体的範囲としては８００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長を有してよい。これに対して、赤外線検出部１０により吸収される赤外線は、近赤外線波長光の波長とは異なる相対的に長い波長（８０００ｎｍ以上１５０００ｎｍ以下の波長）を有する遠赤外線であり得る。当該遠赤外線波長光は、近赤外線波長光の波長と比べ相対的に長い波長を有するため、それに起因して相対的に小さい光エネルギーを有し得る。そのため、遠赤外線波長光は赤外線検出部１０の表面領域程度まで透過し得る。一方、近赤外線波長光は、遠赤外線波長光の波長と比べ相対的に短い波長を有するため、それに起因して遠赤外線波長光の波長と比べ相対的に大きい光エネルギーを有し得る。そのため、近赤外線波長光は遠赤外線波長光と比べて赤外線検出部１０の表面領域のみならず赤外線検出部１０の内部領域にまで透過し得る。赤外線検出部１０の内部領域にまで光が透過可能であると、赤外線検出部１０内に含まれるアップコンバージョン材１２Ｘに対して好適に照射することが可能となる。以上の事から、アップコンバージョン材１２Ｘに対して照射される相対的に長い波長の光としては、近赤外線波長光の使用が好ましい。
【００２７】
（アップコンバージョン材の具体的態様）
以下、赤外線検出部１０に含まれるアップコンバージョン材１２Ｘの具体的態様について説明する。
【００２８】
本開示では、アップコンバージョン材１２Ｘに関する態様は、大きく２つに分けることが可能である。第１態様は層形成態様である。第２態様は“非”層形成態様である。
【００２９】
第１態様（層形成態様）
まず、アップコンバージョン材１２Ｘに関する第１態様（層形成態様）について説明する。第１態様は、「赤外線検出部」は積層構造を成すことを前提とする。具体的には、当該積層構造は、赤外線検出層１１とアップコンバージョン材１２Ｘを含むアップコンバージョン材含有層１２とを備える。つまり、第１態様は、赤外線検出部１０の構成要素として、赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いに混在することなくそれぞれ独立した層を成していることを特徴とする。
【００３０】
なお、当該赤外線検出層１１は、特に限定されるものではないが、赤外線を吸収する機能を有する赤外線吸収サブ層１１Ａと、赤外線の吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換する機能を有するパラメータ変換サブ層１１Ｂとを備える積層体であってよい（図３および図４参照）。当該サブ層は赤外線検出層の構成要素を指し、又パラメータ変換サブ層は温度センサとも称され得る。これに限定されることなく、当該赤外線検出層１１は、それ自体で赤外線を吸収する機能と、赤外線の吸収により生じる熱エネルギーに起因して上昇する温度を電気信号に変換する機能とを兼ね備えた層であってよい。
【００３１】
第１態様では、それぞれ独立した層である赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いに積層構造の形態を採っている。かかる形態では、赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いに接することとなる。この場合、アップコンバージョン材含有層１２に対して外部より相対的に長い波長の光（具体的には近赤外線波長光）を照射する。これにより、アップコンバージョン材含有層１２に含まれるアップコンバージョン材１２Ｘが実質的に照射されることとなる。
【００３２】
ここで、「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱」は赤外線検出層１１内にて伝熱し得るところ、赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いに接しているため、それに起因して赤外線検出層１１内にて伝わり得る熱がアップコンバージョン材含有層１２側へと伝熱し得る。かかる伝熱により、アップコンバージョン材含有層１２に含まれるアップコンバージョン材１２Ｘのホスト材にも熱が伝わり得る。
【００３３】
一方、上述のようにアップコンバージョン材１２Ｘは、その構成要素である希土類材料の発光原子または量子ドットから放出される光のエネルギーがアップコンバージョン材１２Ｘに対して入射される光のエネルギーよりも大きいという性質を有する。かかる性質により、アップコンバージョン含有層１２に含まれるアップコンバージョン材１２Ｘのホスト材から熱を奪い取ることが可能となる。ホスト材から熱を奪いとることが可能となると、それに起因してアップコンバージョン材含有層１２側に伝熱し得る赤外線検出層１１内の熱も間接的に奪うことが可能となる。つまり、アップコンバージョン材含有層１２が赤外線検出層１１を冷却する冷却層として好適に機能し得る。以上の事から、第１態様では、「赤外線検出部内において赤外線検出動作時に生じる熱」が赤外線検出部１０から逃げずに残存するとしても、赤外線検出部１０内における残存する熱３００を外部へと好適に放熱させることが可能となる。
【００３４】
なお、当該赤外線検出層１１が赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとを備える積層体である場合、図３および図４に示す態様ではアップコンバージョン材含有層１２の配置箇所は、積層構造を採る赤外線検出層１１の下側主面１１α側となっている。しかしながら、赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いに接して、アップコンバージョン材含有層１２が赤外線検出層１１を冷却する冷却層として好適に機能し得る限り、これに限定されない。例えば、アップコンバージョン材含有層１２の配置箇所は、積層構造を採る赤外線検出層１１の上側主面となってもよい。又、赤外線検出層１１の構成要素である赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとの間に、アップコンバージョン材含有層１２が位置付けられてよい（図５参照）。なお、かかる配置態様では、赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとが相互に離隔するものの、両者間の熱的な接続は確保される必要がある。
【００３５】
赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとの間にアップコンバージョン材含有層１２が位置付けられる場合、その配置箇所に起因して、赤外線吸収サブ層１１Ａ内に残存し得る熱も、パラメータ変換サブ層１１Ｂ内に残存し得る熱も、アップコンバージョン材含有層１２側に伝熱し得る。そのため、赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂのいずれにおいても熱が残存するとしても、光放出時においてアップコンバージョン材１２Ｘに含まれるホスト材から熱を奪いとることで、アップコンバージョン材含有層１２側に伝熱し得る赤外線吸収サブ層１１Ａの熱およびパラメータ変換サブ層１１Ｂ内の熱の両方を間接的に奪うことが可能となる。
【００３６】
なお、上述のように、アップコンバージョン材１２Ｘに対して照射される相対的に長い波長の光としては、赤外線検出部１０の内部領域にまで光が透過可能である近赤外線波長光の使用が好ましい。近赤外線波長光の使用では、赤外線検出部１０の内部領域にまで光が透過可能となる。そのため、上記のアップコンバージョン材含有層１２の配置箇所が、（１）赤外線検出層１１の上側主面側、（２）下側主面１１α側、または（３）赤外線検出層１１の赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとの間のいずれであろうと、アップコンバージョン材含有層１２に対して光を好適に照射することが可能となる。なお、赤外線検出層１１を好適に冷却する観点からは、（１）赤外線検出層１１の上側主面側、（２）下側主面１１α側、および（３）赤外線検出層１１の赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとの間のいずれに対しても、アップコンバージョン材含有層１２が配置されることが好ましい。
【００３７】
第２態様（“非”層形成態様）
次に、アップコンバージョン材１２Ｘに関する第２態様（“非”層形成態様）について説明する。第２態様は、赤外線検出層の中にアップコンバージョン材が含有されていることを前提とする（図６参照）。つまり、第２態様は、上記の第１態様のように赤外線検出層１１とアップコンバージョン材含有層１２とが互いにそれぞれ独立した層を成しているものではない。第２態様は、赤外線検出部１０が全体として、アップコンバージョン材１２Ｘを内部に含む赤外線検出単一層となっていることを特徴とする。つまり、赤外線検出部１０が全体として赤外線検出のために単一層を成している。
【００３８】
第２態様の具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば下記態様が挙げられる。一例では、赤外線検出層１１の構成要素であるパラメータ変換サブ層１１Ｂ内にのみアップコンバージョン材１２Ｘが供されてよい（図６参照）。これに限定されることなく、一例では、赤外線検出層１１の構成要素である赤外線吸収サブ層１１Ａ内にのみアップコンバージョン材１２Ｘが供されてよい（図７参照）。更に、一例では、赤外線検出層１１の構成要素である赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂの両方の内部にアップコンバージョン材１２Ｘが供されてよい（図８参照）。
【００３９】
第２態様では、赤外線検出層の中にアップコンバージョン材１２Ｘが含有されているため、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットからの光放出時において、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットの直近には、赤外線検出層を構成する原子が位置付けられていると考えられるため、赤外線検出層を構成する原子から熱を直接的に奪うことも可能であり得る。つまり、第２態様では、赤外線検出単一層が自らを冷却する冷却層となっている。そのため、第２態様では、赤外線検出層を構成する原子からの熱の奪取を効率的に行うことが可能となり得る。
【００４０】
特に、図６および図７に示す態様と比べ、図８に示す態様では、赤外線検出層１１の構成要素である赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂの両方の内部にアップコンバージョン材１２Ｘが供されている。そのため、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットからの光放出時において、図８に示す態様では、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットの直近には、赤外線吸収サブ層１１Ａを構成する原子が位置付けられていると考えられる。これに加え、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットの直近には、パラメータ変換サブ層１１Ｂを構成する原子も位置付けられていると考えられる。かかる位置付けに起因して、アップコンバージョン材１２Ｘに含まれる希土類材料の発光原子または量子ドットからの光放出時において、赤外線検出層の構成要素である赤外線吸収サブ層１１Ａを構成する原子とパラメータ変換サブ層１１Ｂを構成する原子の両方から熱を直接的に奪うことも可能であり得る。
【００４１】
以上の事から、赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂの両方の中にアップコンバージョン材１２Ｘが含有されていることで、赤外線検出層を構成する原子から熱を直接的にも奪うことが可能であり得る。そのため、図８に示す態様では、全体として、赤外線吸収サブ層１１Ａとパラメータ変換サブ層１１Ｂとを備える赤外線検出層を構成する原子からの熱の奪取をより効率的に行うことが可能となり得る。
【００４２】
又、本開示は下記態様を採ることが好ましい。
【００４３】
一態様では、制御回路部６０により、レーザ光源部５０に対してベース基材２０により読み出された電気信号に基づき算出した赤外線検出部１０の温度の変化内容がフィードバック制御されることが好ましい。
【００４４】
測定対象物２００から発せられ得る赤外線はレンズ４０を介して赤外線検出部１０へと供されるところ、測定対象物２００を格子状に区分けした場合、測定対象物２００の状態によっては格子状に区分けされ得る測定対象物の局所領域のみから赤外線が発せられ得る。そして、測定対象物の局所領域のみから発せられた赤外線を赤外線検出部１０の局所領域のみ吸収して温度が上昇することとなる。上昇した温度は電気信号に変換され、変換された電気信号はベース基材２０により読み出される。これにより、格子状に区分けされ得る測定対象物の局所領域の温度分布を把握することが可能となる。
【００４５】
この場合、赤外線検出部１０内における残存する熱の外部への好適な放熱の観点からすれば、赤外線検出部１０の全領域ではなく温度上昇が認められる局所領域のみを放熱することが好ましい。この点、上述のように、本開示の熱型赤外線センサ１００は、当該レーザ光源部５０とベース基材２０との間にて両者に電気的に接続された制御回路部６０を更に備える。当該制御回路部６０により、レーザ光源部５０に対して、ベース基材２０により読み出された電気信号に基づき算出した赤外線検出部の温度の変化内容がフィードバック制御される（図９）。そのため、かかるフィードバック制御により、赤外線検出部１０の温度上昇が認められる局所領域のみが放熱されるように、当該局所領域に近接するアップコンバージョン材にのみ相対的に長い波長の光を効率的に照射することが可能となる。
【００４６】
一態様では、アップコンバージョン材に対するレーザ光源部５０の近赤外線波長光の照射がパルス照射であることが好ましい。
【００４７】
本開示では、上述のように、アップコンバージョン材１２Ｘに対して、レーザ光源部５０の近赤外線波長光等の相対的に長い波長の光が照射される。これにより、最終的に赤外線検出部１０の熱残存が抑制され、赤外線を吸収する前の熱エネルギーが増加していない状態に赤外線検出部１０をより速く戻すことが可能となる。つまり、赤外線検出部１０を急冷する（“リフレッシュする”）ことが可能となる。
【００４８】
当該近赤外線波長光の照射としては、所定の時間的間隔をおいてレーザ光源部５０の近赤外線波長光を繰り返して照射するパルス照射であることが好ましい。これにつき、図１０を参照しながら、従来と本開示における赤外線検出部の放熱時間の違いを説明する。なお、以下で示す時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３については、時間軸に沿ってＴ０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であることを予め述べておく。
【００４９】
まず、従来と本開示とも同様、時間Ｔ０からＴ１にかけて赤外線検出部にて赤外線が吸収されその後電気信号に変換されることで、赤外線検出部の温度が上昇する。その後、レーザ冷却を実施しない従来の熱型赤外線センサでは、上昇した赤外線検出部の温度を自然放熱のみにより初期温度にまで戻す。そのため、赤外線検出部の温度上昇後初期温度にまで戻すための時間は、図１０（の上側）に示すようにＴ３−Ｔ１である。つまり、従来の熱型赤外線センサでは、赤外線検出部は徐々に又は緩やかに冷却され得る。
【００５０】
これに対して、本開示の熱型赤外線センサ１００では、上昇した赤外線検出部１０の温度を自然放熱およびレーザ冷却で初期温度にまで戻す。そのため、赤外線検出部１０の温度上昇後初期温度にまで戻すための時間は、図１０（の下側）に示すようにＴ２−Ｔ１となっている。つまり、従来の熱型赤外線センサと本開示の熱型赤外線センサとを比べると、本開示では赤外線検出部１０の自然放熱に加えてレーザ冷却も実施されるため、赤外線検出部１０の温度上昇後初期温度にまで戻すための時間を短縮することができる。なお、パルス照射のタイミングとしては、例えば、図３および図４における赤外線検出部１０の構成要素であるパラメータ変換サブ層１１Ｂにより変換された電気信号をベース基材２０が読み出していない時間帯とすることができる。具体的には、図１０において、Ｔ１からＴ２の間に近赤外線波長光を照射し、Ｔ２以降は照射をオフにすることができる。
【００５１】
以上の事から、本開示では、従来と比べ赤外線検出部１０の温度上昇後初期温度にまで戻すための時間を短縮することができるため、次なる測定対象物の温度センシングの開始を早くすることが可能となる。そのため、本開示の熱型赤外線センサ１００では、測定対象物２００が一度きりの温度センシングで足りる静止画像ではなく、所定の時間間隔をおいて繰り返して温度センシングを行う必要がある動画像にも好適に対応することが可能となる。従って、本開示の熱型赤外線センサを例えば自動車等に搭載すると、当該センサを搭載した自動車周囲に位置する“動作を伴う測定対象物”の温度センシングを夜間走行時においても好適に行うことが可能である。その結果、夜間走行時において運転者等には周囲の状況を視認しづらいとしても、当該センサを自動車内に搭載することで、動作を伴う人、自動車等の存在を認識した上で自動車等を好適に運転することが可能となる。そのため、従来と比べより安全な走行を行うことが可能となり得る。
【００５２】
又、本開示は下記態様を採ってよい。
【００５３】
上述のように、レーザ光源部５０はアップコンバージョン材１２Ｘに対する相対的に長い波長の光の照射をするためのものであるところ、当該レーザ光源部の設置箇所としては特に限定されるものではないが下記態様が挙げられる。なお、上記図面では、赤外線検出部１０とベース基材２０とは互いに電気的に接続されつつ相互に熱的に離隔した配置を示す態様として、上記図面では赤外線検出部１０とベース基材２０とが上下方向に配置されている態様が採られている。しかしながら、これはあくまでも一例であり、例えば図１１〜１２に示すように赤外線検出部１０とベース基材２０とが水平方向に離隔配置された態様が採られてもよい。
【００５４】
一態様では、図１１に示すように、赤外線検出部１０とベース基材２０とが水平方向に離隔配置された態様において、レーザ光源部５０Ａとミラー７０Ａとが共にケーシング８０の外部に配置され得る。かかる態様では、レーザ光源部５０Ａから発せられた近赤外線波長光等の相対的に波長の長い光が、ミラー７０Ａを通じてケーシング８０内部へと導かれた上で、赤外線検出部１０へと照射され得る。別態様では、図１２に示すように、赤外線検出部１０とベース基材２０とが水平方向に離隔配置された態様において、レーザ光源部５０Ｂとミラー７０Ｂとが共にケーシング８０の内部に配置され得る。かかる態様では、ケーシング８０の内部においてレーザ光源部５０Ｂから発せられた近赤外線波長光等の相対的に波長の長い光が、ミラー７０Ｂを通じて赤外線検出部１０へと照射され得る。更に別態様では、図１３に示すように、赤外線検出部１０とベース基材２０とが水平方向に離隔配置された態様において、レーザ光源部５０Ｃがケーシング８０の外部に配置される一方、ミラー７０Ｂがケーシング８０の内部に配置され得る。
【００５５】
かかる態様では、ケーシング８０の外部においてレーザ光源部５０Ｃから発せられた近赤外線波長光等の相対的に波長の長い光が、ケーシング８０の内部に配されたミラー７０Ｃを通じて赤外線検出部１０へと照射され得る。レーザ光源部および／ミラーがケーシング８０の外部に配置されている場合、照射途中で不具合が生じた場合でも個別に調整し易いという利点があり得る。一方、レーザ光源部および／ミラーがケーシング８０の内部に配置されている場合、熱型赤外線センサの構成要素が全てケーシング８０内に収められるため、熱型赤外線センサの全体的寸法の拡大を抑制することができるという利点があり得る。
【００５６】
以上、本開示の熱型赤外線センサについて説明してきたが、本開示はこれに限定されることなく、下記の特許請求の範囲に規定される発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が当業者によってなされると理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本開示の熱型赤外線センサは、自動車等に搭載することで周囲の“動作を伴う測定対象物”の温度センシングを夜間走行時においても好適に行うために用いられる。
【符号の説明】
【００５８】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００’  熱型赤外線センサ
１０、１０’                                    赤外線検出部
１１                                            赤外線検出層
１１Ａ、１１Ａ’                                赤外線検出サブ層
１１Ｂ、１１Ｂ’                                パラメータ変換サブ層
１１α                                          赤外線検出層１１の下側主面
１２                                            アップコンバージョン含有層
１２Ｘ                                          アップコンバージョン材
２０                                            ベース基材
２００、２００’                                測定対象物
３０、３０’                                    導電性支持部
３００                                          熱
４０、４０’                                    レンズ
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ                    レーザ光源部
６０                                            制御回路部
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ                    ミラー
８０                                            ケーシング
【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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【図１３】
2019190866.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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