(57)【要約】【課題】外部視野から出力される赤外線量をより高精度に定量できるようにした赤外線検出装置、視野制限ユニットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】第１主面側に量子型赤外線センサ部１１を有するセンサユニット１０と、量子型赤外線センサ部１１の視野を制限する開口部２３を有し、量子型赤外線センサ部１１が開口部２３を介して外部と光学的に接続されるようにセンサユニット１０の第１主面上に設けられた視野制限ユニット２０と、を備える。視野制限ユニット２０は、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材２１と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材２２と、を有する。視野制限ユニット２０の開口部２３の内壁部２０１は第１部材２１である。視野制限ユニット２０の外表面のうちセンサユニット１０の第１主面に平行な面に第２部材２２が露出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットと、
前記量子型赤外線センサ部の視野を制限する開口部を有し、前記量子型赤外線センサ部が前記開口部を介して外部と光学的に接続されるように前記センサユニットの第１主面上に設けられた視野制限ユニットと、を備え、
前記視野制限ユニットは、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、
前記視野制限ユニットの開口部の内壁部は前記第１部材であり、
前記視野制限ユニットの外表面のうち前記センサユニットの第１主面に平行な面に前記第２部材が露出している赤外線検出装置。
【請求項２】
前記第２部材が金属からなる請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記金属の前記外表面に露出する面の少なくとも一部が、Ｓｎでめっきされている請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記金属が、Ｃｕを含む請求項２または３に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記第２部材の前記センサユニットの第１主面に垂直な方向の厚さが、５００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記第１部材が樹脂からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記量子型赤外線センサ部が複数の受光部を有し、該複数の受光部はそれぞれ独立して信号を出力する請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記量子型赤外線センサ部からの出力信号が入力され、該出力信号を補正して出力する信号補正部を更に備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記開口部に設けられた光学調整部を更に備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
前記内壁部の壁面と前記センサユニットの第１主面とがなす角が９０度より大きい請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】
第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットの、前記量子型赤外線センサ部の視野を制限するための開口部と、
２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、
２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、
前記開口部の内壁部は前記第１部材からなり、
当該視野制限ユニットが前記センサユニットの第１主面上に取り付けられたときに、当該視野制限ユニットの外表面のうち、前記センサユニットの第１主面に平行となる面に前記第２部材が露出している視野制限ユニット。
【請求項１２】
開口領域を有する第２部材を支持部材上に配置する第２部材配置工程と、
前記第２部材を覆い、且つ前記開口領域上の一部に光学的開口部が形成されるように、前記支持部材上に第１部材を形成する第１部材形成工程と、を備え、
前記第１部材には２５℃における放射率が０．７以上の材料を用い、
前記第２部材には２５℃における放射率が０．３以下の材料を用いる視野制限ユニットの製造方法。
【請求項１３】
前記第１部材形成工程前に、前記支持部材上に配置された前記第２部材の前記開口領域内に光学調整部を配置する工程を更に備える請求項１２に記載の視野制限ユニットの製造方法。
【請求項１４】
前記第２部材配置工程において配置される前記第２部材が、複数の開口領域を備え、
前記第１部材形成工程後に、前記第１部材を切断して前記複数の開口領域を個々に分ける切断工程を更に備える請求項１２または１３に記載の視野制限ユニットの製造方法。
【請求項１５】
第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットと、
前記量子型赤外線センサ部の視野を制限する開口部を有し、前記量子型赤外線センサ部が前記開口部を介して外部と光学的に接続されるように前記センサユニットの第１主面上に設けられた視野制限ユニットと、を備え、
前記視野制限ユニットは、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、
前記視野制限ユニットの開口部の内壁部は前記第１部材であり、
前記視野制限ユニットの外表面のうち、平面視で前記開口部を囲む領域の少なくとも一部に前記第２部材が露出している赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線検出装置、視野制限ユニットおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度、圧力、光等の物理的な変化量を、電流や電圧などの電気的な変化量に変換するものにセンサが知られている。このセンサにより、様々な対象物を数値として測定することが可能となる。特に、近年の環境問題への関心の高まりから、省エネルギー化、高効率化に貢献できるセンサが注目を集めている。
これらのセンサの中で、光の変化量を検出する光センサには、赤外線を受光して電気信号に変換する赤外線センサがある。赤外線センサは、人間の目に影響を与えることなく情報を送信できることから、テレビのリモコン操作などに利用されている。
【０００３】
更に、赤外線センサは対象物の温度を直接接触せずに感知できるという特徴を有し、人体などの熱源を感知する人感センサや非接触温度計として用いることができる。このため、赤外線センサは例えば人感センサとして利用する場合には照明などに搭載することで不要な電力を有効に削減できる。また、赤外領域に吸収帯を有する気体（二酸化炭素、一酸化炭素など）に対しては、赤外線センサはガスセンサとしても応用可能であり、人感センサに止まらない様々な用途が期待できる。赤外線センサはその動作原理から、熱型センサと量子型センサに分類される。
【０００４】
熱型センサは人感センサなどで広く用いられているが、周波数応答性が低いという課題がある。また、熱型センサはガスセンサとして使用する場合には、ガス検出の応答性が低く、迅速な異常検知の点で課題がある。
一方、量子型センサは、周波数応答性が高いという特徴があり、熱型センサに比べて非常に有望である。
また、赤外線センサは、所定の視野範囲から入射した赤外線に応じた信号を出力するものとするために、視野制限部を設ける形態が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９５１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示すような、量子型赤外線センサ部と視野制限ユニットを有する従来の赤外線検出装置では、量子型赤外線センサ部の出力信号を用いても正しい赤外線量を精度よく定量できないことがあった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外部視野から出力される赤外線量をより高精度に定量できるようにした赤外線検出装置、視野制限ユニットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の各態様により上記課題を解決できることを見出した。
即ち、本発明の一態様に係る赤外線検出装置は、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットと、前記量子型赤外線センサ部の視野を制限する開口部を有し、前記量子型赤外線センサ部が前記開口部を介して外部と光学的に接続されるように前記センサユニットの第１主面上に設けられた視野制限ユニットと、を備え、前記視野制限ユニットは、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、前記視野制限ユニットの開口部の内壁部は前記第１部材であり、前記視野制限ユニットの外表面のうち前記センサユニットの第１主面に平行な面に前記第２部材が露出していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る視野制限ユニットは、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットの、前記量子型赤外線センサ部の視野を制限するための開口部と、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、前記開口部の内壁部は前記第１部材からなり、当該視野制限ユニットが前記センサユニットの第１主面上に取り付けられたときに、当該視野制限ユニットの外表面のうち、前記センサユニットの第１主面に平行となる面に前記第２部材が露出していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る視野制限ユニットの製造方法は、開口領域を有する第２部材を支持部材上に配置する第２部材配置工程と、前記第２部材を覆い、且つ前記開口領域上の一部に光学的開口部が形成されるように、前記支持部材上に第１部材を形成する第１部材形成工程と、を備え、前記第１部材には２５℃における放射率が０．７以上の材料を用い、前記第２部材には２５℃における放射率が０．３以下の材料を用いることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の態様に係る赤外線検出装置は、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットと、前記量子型赤外線センサ部の視野を制限する開口部を有し、前記量子型赤外線センサ部が前記開口部を介して外部と光学的に接続されるように前記センサユニットの第１主面上に設けられた視野制限ユニットと、を備え、前記視野制限ユニットは、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有し、前記視野制限ユニットの開口部の内壁部は前記第１部材であり、前記視野制限ユニットの外表面のうち、平面視で前記開口部を囲む領域の少なくとも一部に前記第２部材が露出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の赤外線検出装置によれば、量子型赤外線センサ部の出力信号を用いて、外部視野から出力される赤外線量を精度よく定量することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る赤外線検出装置１００の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る赤外線検出装置１００の作用効果を説明するための図である。
【図３】第２の実施形態に係る赤外線検出装置２００の構成例を示す外観模式図である。
【図４】実施形態に係る視野制限ユニット２０の製造方法を工程順に説明するための模式図である。
【図５】検証に用いた赤外線センサユニット５００の構成例を示す図である。
【図６】検証に用いた赤外線センサユニット５００の構成例を示す図である。
【図７】検証に用いた赤外線センサユニット５００の構成例を示す図である。
【図８】第１の検証用赤外線センサユニット６００にアルミニウムテープ６１を設置した状態を示す図である。
【図９】第１の検証用赤外線センサユニット６００にアルミニウムテープ６１を設置した状態を示す図である。
【図１０】第１の検証用赤外線センサユニット６００にアルミニウムテープ６１を設置した状態を示す図である。
【図１１】第１の検証用赤外線センサユニット６００を平面黒体炉８００に対向配置した状態を示す図である。
【図１２】第２の検証用赤外線センサユニット７００の構成例を示す図である。
【図１３】第２の検証用赤外線センサユニット７００の構成例を示す図である。
【図１４】第２の検証用赤外線センサユニット７００の構成例を示す図である。
【図１５】第２の検証用赤外線センサユニット７００を平面黒体炉８００に対向配置した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について説明する。
＜赤外線検出装置＞
本実施形態の赤外線検出装置は、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットと、赤外線センサ部の視野を制限する開口部を有し、量子型赤外線センサ部が開口部を介して外部と光学的に接続されるようにセンサユニットの第１主面上に設けられた視野制限ユニットと、を備える。視野制限ユニットは、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材と、を有する。視野制限ユニットの開口部の内壁部は第１部材である。センサユニットの第１主面に平行な面に第２部材が露出している。
本実施形態の赤外線検出装置は、視野制限ユニットの開口部の内壁部が第１部材であり、視野制限ユニットの第２部材が、センサユニットの第１主面に平行な外表面に露出していることにより、外部視野が出力する赤外線量を高精度に定量することが可能になる。
【００１４】
（メカニズムの説明）
本実施形態の赤外線検出装置が測定対象物が出力する赤外線量を高精度に定量することが可能になるメカニズムとしては、視野制限ユニットの第２部材がセンサユニットの第１主面に平行な外表面に露出していることにより、測定対象物から視野制限ユニットの外表面に向けて出力された赤外線が第２部材によって吸収されずに反射されるため、視野制限ユニットの温度変化が抑制されることに起因していると推察される。
【００１５】
このことを詳細に説明する。まず、量子型赤外線センサ部は、外部から入力される赤外線エネルギーと、量子型赤外線センサ部自身が出力する赤外線エネルギーの差分に応じた信号を出力するものである。本実施形態の赤外線検出装置において、量子型赤外線センサ部に外部から入力される赤外線エネルギー源は、開口部の外側である外部視野と視野制限ユニットの開口部の内壁部（内部視野）となる。上述のとおり、本実施形態の赤外線検出装置では、視野制限ユニットの温度変化が抑制されるため、内部視野の赤外線エネルギーの影響が低減され、外部から入力される赤外線エネルギーと、量子型赤外線センサ部自身が出力する赤外線エネルギーの差分が、外部視野から入力される赤外線エネルギーによるものになる。このため、本実施形態の赤外線検出装置は、外部視野が出力する赤外線量を高精度に定量することが可能になるものと推察される。
【００１６】
本実施形態の赤外線検出装置において、量子型赤外線センサ部が、複数の受光部を有し、これら複数の受光部は、それぞれ独立して信号を出力するものであってもよい。
量子型赤外線センサ部が複数の受光部からなり、センサユニットの第１主面に平行な外表面に露出してしない従来の赤外線検出装置では、各受光部の視野のうち視野制限ユニットの開口部の内壁部の面積がそれぞれ異なる場合、外部視野が出力する赤外線量を定量することが更に困難であった。すなわち、視野制限ユニットと量子型赤外線センサ部の温度が異なるときに、その出力のばらつきが更に顕著となっていた。
本実施形態の赤外線検出装置では、量子型赤外線センサ部が複数の受光部を有する場合であっても、上述のとおり視野制限ユニットの温度変化が抑制されるため、外部視野が出力する赤外線量をそれぞれの受光部において高精度に定量することが可能になる。
【００１７】
このように外部視野が出力する赤外線量をそれぞれの受光部において高精度に定量することが可能である。このため、各受光部に温度既知の均一温度の測定対象物を、各受光部の外部視野全域に設置した際に各受光部から出力される信号が同じ値になるように、各受光部から出力される信号に対する補正条件（ゲイン補正値、オフセット補正値等）を設定する。これにより、製造ばらつき等に起因する各受光部の特性ばらつきをキャンセルするような、より高精度な補正条件を得ることが可能になる。このとき内部視野の赤外線エネルギーの影響は、ゲイン補正値の誤差を発生させる原因となるため、内部視野の赤外線エネルギーの影響を低減する必要がある。
このような補正条件を量子型赤外線センサ部からの出力信号に対して内部的に実行して出力するために、本実施形態の赤外線検出装置は、量子型赤外線センサ部からの出力信号が入力され、この出力信号を補正して出力する信号補正部を更に備えていることが好ましい。
【００１８】
（視野制限ユニット）
本実施形態の視野制限ユニットは、開口部を有し、第１部材と、第２部材とを有する。視野制限ユニットの開口部の内壁部は、第１部材である。視野制限ユニットの第２部材は、外表面に露出している。第１部材は、２５℃における放射率が０．７以上の材料からなり、例えばエポキシ樹脂やポリフタルアミド樹脂が挙げられる。第２部材は、外部から入射される赤外線を吸収せずに反射させる観点から、２５℃における放射率が０．３以下の材料からなり、例えば、アルミニウム（Ａｌ）もしくは銅（Ｃｕ）、またはＣｕ等を主素材とし、主素材の表面がめっきされた金属等が挙げられる。めっきは、例えばニッケル（Ｎｉ）めっき、またはスズ（Ｓｎ）めっきが挙げられる。
【００１９】
視野制限ユニットは、その開口部の内壁部が第１部材である。また、視野制限ユニットの第２部材は外表面に露出している。そして、視野制限ユニットは、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有するセンサユニットの第１主面上に、量子型赤外線センサ部が開口部を介して外部と空間的に接続されるように設置される。これにより、上述のとおり、測定対象物が出力する赤外線量を高精度に定量することが可能な赤外線検出装置を得ることができる。
【００２０】
なお、視野制限ユニットの開口部の開口部は、量子型赤外線センサ部と外部とを光学的に接続するものであれば、光の透過率等は特に制限されない。例えば、開口部の一部または全部に特定の波長の透過率が高い光学フィルタや、外部視野から入射される赤外線の光路を変化させる光学レンズ、外部視野から入射される赤外線の反射を防止する反射防止膜等の光学調整部を設けてもよい。開口部の形状も特に制限されない。開口部の平面視による形状として、三角形や四角形等の多角形や、円形、楕円形等のオーバル形状等が挙げられる。
【００２１】
また、第２部材は、製造容易性の観点から金属部の厚さが５００μｍ以下であることが好ましい。ここで、厚さとは、センサユニットの第１主面に垂直な方向の厚さのことを意味する。第２部材を実現する一例としては、Ｃｕを主素材とする所謂リードフレームを用いることができる。本実施形態において、第２部材は、視野制限ユニットの外表面のうち、センサユニットの第１主面に平行な外表面の少なくとも一部に露出していればよい。赤外線検知装置の測定精度向上の観点から、第１主面に平行な外表面の５０％以上が第２部材であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。
また、視野制限ユニットの開口部の内壁部の壁面とセンサユニットの第１主面とがなす角は９０度である。または、この内壁部の壁面とセンサユニットの第１主面とがなす角は９０度より大きくてもよく、内壁部は逆テーパ構造であってもよい。
【００２２】
（視野制限ユニットの製造方法）
本実施形態の視野制限ユニットの製造方法は、支持部材上に開口領域を有する第２部材を配置する第２部材配置工程と、開口領域上の一部に光学的な開口部が形成されるように、第２部材上に第１部材を形成する第１部材形成工程とを備える。
上記製造方法によれば、上述した本実施形態の視野制限ユニットを簡易かつ高精度に製造することが可能である。すなわち、まず開口領域を有する第２部材を支持部材上に配置することで、この開口部を次の工程で配置される光学的な開口部を形成するときの基準領域とすることができるため、簡易かつ高精度に製造することが可能である。
【００２３】
本実施形態の視野制限ユニットの製造方法において、開口部に光学調整部を配置したい場合は、第１部材形成工程前に、支持部材上の第２部材の開口領域内に光学調整部を配置する工程を更に備える。これにより、簡易かつ高精度に光学調整部を備える視野制限ユニットを製造可能である。
製造効率を高める観点から、本実施形態の視野制限ユニットの製造方法は、第２部材配置工程において配置される第２部材が、複数の開口領域を備え、第１部材形成工程後に、第１部材を切断して複数の開口領域を個々に分ける（即ち、複数の開口領域を各々物理的に切り分ける）切断工程を更に備えることが好ましい。
【００２４】
（センサユニット）
本実施形態において、センサユニットは、第１主面側に量子型赤外線センサ部を有する。特に制限されないが、量子型赤外線センサ部の一方の主面（即ち、受光面）以外を樹脂で封止した形態であってもよい。センサユニットは、基体と、この基体に設けられた量子型赤外線センサ部とを有する。量子型センサ部は、一つの受光部で構成されていてもよいし、複数の受光部で構成されていてもよい。複数の受光部で構成されている場合は、例えば、各受光部が同じ視野角度・同じ視野面積となるように、例えば、平面視で開口部中心に対して対称的に配置することが好ましい。センサユニットは、量子型赤外線センサ部以外に、上述した信号補正部をこのセンサユニット内に更に備えていてもよい。また、センサユニットは量子型赤外線センサ部が出力する信号を直接的または間接的に外部に出力するための配線や端子を備えていてもよい。このような配線や端子としてはリードフレームを用いることが製造容易性の観点から好ましい。
【００２５】
（量子型赤外線センサ部）
本実施形態において、量子型赤外線センサ部は、入射した赤外線に応じた信号を出力するものである。信号の取り出し方としては電流出力でもよいし、電圧出力であってもよい。
量子型赤外線センサ部の具体的な構成としては、ＰＮまたはＰＩＮ接合を有する半導体積層部を有するものが挙げられる。ＰＮまたはＰＩＮ接合を有する半導体積層部の具体例としては、インジウムおよびアンチモンを含む化合物半導体層を用いるものなどが挙げられる。冷却機構なく室温動作可能なものとする観点から、半導体積層部の一部にバンドギャップの大きいバリア層を設けることが好ましい。バンドギャップの大きいバリア層の一例としては、ＡｌＩｎＳｂが挙げられる。
また、上述のとおり、本実施形態の量子型赤外線センサ部は、複数の受光部からなっていてもよい。これら複数の受光部は、それぞれ独立して入射した赤外線に応じた信号を出力することが可能なものである。
【００２６】
（信号補正部）
本実施形態において、信号補正部は、量子型赤外線センサ部からの出力信号が入力され、この出力信号を補正して出力するものである。補正の方法は特に制限されないが、高精度に補正する観点から、出力信号に所定の値を乗算するゲイン補正や、所定の値を加減算するオフセット補正などが好適であり、ゲイン補正およびオフセット補正の両方を適用することがより好ましい。
これらゲイン補正やオフセット補正に用いる所定の値は、固定値であってもよいし可変値であってもよい。これらゲイン補正やオフセット補正に用いる所定の値を得る方法は特に制限されないが、例えば温度既知の測定対象物を量子型赤外線センサ部の外部視野に配置したときに出力される信号に応じて定める方法が挙げられる。
【００２７】
以下、図面を参酌しながら本実施形態の赤外線検出装置、視野制限ユニットおよびその製造方法をより詳細に説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る赤外線検出装置１００の構成例を示す外観模式図である。図１（ａ）は上部からの平面模式図、図１（ｂ）は図１（ａ）をＸ１-Ｘ’１線で切断した断面模式図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、赤外線検出装置１００は、センサユニット１０と視野制限ユニット２０とを備える。
【００２８】
センサユニット１０は、基体となる樹脂封止部１２と、この樹脂封止部１２の一方の面側（即ち、第１主面側）に埋め込まれた量子型赤外線センサ部１１とを有する。樹脂封止部１２は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂パッケージである。量子型赤外線センサ部１１の受光面は、樹脂封止部１２から露出しており、例えば第１主面とほぼ面一となっている。
また、視野制限ユニット２０は、量子型赤外線センサ部１１の視野を制限する開口部２３を有し、量子型赤外線センサ部１１が開口部２３を介して外部と光学的に接続されるようにセンサユニット１０の第１主面上に設けられている。視野制限ユニット２０は、２５℃における放射率が０．７以上の第１部材２１と、２５℃における放射率が０．３以下の第２部材２２と、を有する。
【００２９】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、開口部２３は第１部材２１に形成されている。これにより、開口部２３の内壁部２０１は第１部材２１となっている。また、第２部材２２は、視野制限ユニット２０の外表面のうち、センサユニット１０の第１主面に平行な外表面２０２に露出している。第２部材２２は開口部２３を覆わない。即ち、図１（ａ）に示すように、第２部材２２は、視野制限ユニット２０の外表面のうち、平面視で開口部２３を囲む領域の少なくとも一部に露出している。
図２は第１の実施形態に係る赤外線検出装置１００の作用効果を説明するための断面模式図である。図２では、量子型赤外線センサ部１１の外部視野と内部視野の境界を点線で示し、外部視野を両矢印の弧線で示している。また、測定対象物から出射する赤外線を矢印付きの一点破線で示している。
【００３０】
第１の実施形態の赤外線検出装置１００では、視野制限ユニット２０の開口部２３の内壁部が２５℃で放射率が０．７以上の第１部材２１である。また、視野制限ユニット２０の、センサユニット１０の第１主面に平行な外表面に、２５℃で放射率が０．３以下の第２部材２２が露出している。これにより、外部視野中の測定対象物から出射される赤外線のうち、量子型赤外線センサ部１１には入射せず、視野制限ユニット２０に入射した赤外線が、その外表面の第２部材２２（例えば、金属部）にて吸収されずに反射するため、視野制限ユニット２０の温度変化が抑制される。結果として、量子型赤外線センサ部１１の内部視野にいる視野制限ユニット２０と、量子型赤外線センサ部１１自身の温度差が低減されるため、高精度な測定が可能になる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は本発明の第２の実施形態に係る赤外線検出装置２００の構成例を示す外観模式図である。
図３に示すように、第２の実施形態に係る赤外線検出装置２００では、量子型赤外線センサ部１１が複数の受光部１１１、１１２からなる。この受光部１１１、１１２からの出力信号Ｓ１１１、Ｓ１１２を複数の異なる測定対象物の温度において同じ値になるように補正条件（ゲイン補正および／またはオフセット補正等）を導出する場合、両方の受光部１１１、１１２の内部視野となる視野制限ユニット２０の内壁部の温度と、受光部１１１、１１２自身の温度が異なっていると、例え複数の異なる測定対象物の温度において同じ値になるように補正条件を導出しても、内壁部との温度差の分の信号も重畳されるため、実際の測定環境において真値（測定対象物の温度を示す出力信号）からずれが生じてしまう。
【００３２】
しかし、第２の実施形態の赤外線検出装置２００は、視野制限ユニット２０の開口部２３の内壁部が第１部材２１であり、視野制限ユニット２０の第２部材２２が、センサユニット１０の第１主面に平行な外表面に露出している。これにより、両方の受光部１１１、１１２の内部視野となる視野制限ユニット２０の内壁部の温度と、受光部１１１、１１２自身の温度差が低減され同一となるため、内部視野からの赤外線の影響がなくなりより精度の高い補正条件を導出することが可能になる。
【００３３】
（視野制限ユニットの製造方法）
図４は本発明の実施形態に係る視野制限ユニット２０の製造方法を工程順に説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、まず、支持部材１０５上に開口領域を有する第２部材２２を配置する。次いで、図４（ｂ）に示すように、型枠１１０を支持部材１０５上に配置する。そして、図４（ｃ）に示すように、第２部材２２を覆い、且つ開口領域上の一部に光学的開口部が形成されるように、支持部材１０５上に第１部材２１を形成する。第１部材２１の形成は、例えば射出成型で行う。次に、図４（ｄ）に示すように、形成された第１部材２１を切断して複数の開口領域を個々に分ける。即ち、複数の開口部を物理的に分割せしめる。これにより、複数の視野制限ユニット２０を製造することができる。このようにして得られた視野制限ユニット２０を、図４（ｅ）に示すように、量子型赤外線センサ部１１を有するセンサユニット１０上に、量子型赤外線センサ部１１が開口部２３を介して外部と光学的に接続されるように配置する。これにより、第１の実施形態の赤外線検出装置１００、または、第２の実施形態の赤外線検出装置２００を得ることができる。
【００３４】
（放射率の測定方法について）
放射率の測定方法の１例としては、測定したい試料と放射率の基準とする黒体を用意し、赤外分光光度計であるＦＴＩＲ装置を組み合わせて、試料の放射率を測定する方法がある。試料と黒体をある温度、例えば２５℃にし、ＦＴＩＲ装置を用いて試料と黒体の熱放射による赤外線量を測定する。そして、黒体の熱放射による赤外線量に対する試料の熱放射による赤外線量の比から、放射率を算出する。ＦＴＩＲ装置での赤外線量検出の際は、試料と黒体の熱放射を測定する面積はアパーチャーなどを用いて等しくする必要がある。
【００３５】
＜検証実験＞
次に、本発明者が行った検証実験とその結果について説明する。
（第１の検証用赤外線センサユニット）
図５は第１の検証用赤外線センサユニット６００の構成例を示す平面図である。また、図６は図５をＸ５−Ｘ’５で切断した断面図である。図７は図５をＹ５−Ｙ’５で切断した断面図である。
本発明者は、図５〜図７に示す第１の検証用赤外線センサユニット（以下、第１の検証用ユニット）６００と、後述する第２の検証用赤外線センサユニット（以下、第２の検証用ユニット）７００とを構築し、本発明の検証実験を行った。
【００３６】
第１の検証用ユニット６００と第２の検証用ユニット７００に共通する赤外線ユニット５００は、図５〜図７に示すように、センサユニット３０と、視野制限ユニット４０とを備える。センサユニット３０は、基体となる熱硬化性のエポキシ樹脂パッケージ３１と、熱硬化性のエポキシ樹脂パッケージ３１に埋め込まれ同じ視野角度・同じ視野面積となるように、開口部中心に対して対称的に配置した４つの受光部３１１、３１２、３１３、３１４からなる赤外線検出部３２と、センサユニット３０に対して信号を入出力するための端子部３３とを有する。また、視野制限ユニット４０は、赤外線検出部３２の上方に配置された一辺が５００ｕｍの正方形の開口部と、この開口部に設置された主素材がＳｉからなる光学フィルタ４２とを有する。視野制限ユニット４０の内壁部４１は放射率０．９５のモールド樹脂からなる。視野制限ユニット４０と樹脂パッケージ３１は接着剤５１で張り付けられている。
【００３７】
赤外線検出部３２の４つの受光部３１１〜３１４の各々は、化合物半導体基板上に、光吸収層とバリア層とを含む、ＰＩＮ構造を有するフォトダイオードとして構成される。ＰＩＮ構造を有するフォトダイオードは、化合物半導体基板としての砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に、ｎ型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層と、ｐ型ＩｎＳｂ層と、ｎ型ＩｎＳｂ層とｐ型ＩｎＳｂ層との間の光吸収層としてのｉ型ＩｎＳｂ層と、ｐ型ＩｎＳｂ層とｉ型ＩｎＳｂ層との間に生成したキャリアのリークを防ぐためのバリア層としてのｐ型アルミニウムインジウムアンチモン（ＡｌＩｎＳｂ）層と、を積層して構成される。
図８は、赤外線ユニット５００にアルミニウムテープ６１を設置した第１の検証用ユニット６００を示す平面図である。また、図９は図８をＸ８−Ｘ’８で切断した断面図である。図１０は図８をＹ８−Ｙ’８で切断した断面図である。
【００３８】
図８〜図１０に示すように、本検証実験では、赤外線ユニット５００について、視野制限ユニット４０の外表面のうち、赤外線ユニット５００の第１主面に平行な外表面の全面に、２５℃での放射率が０．２であるアルミニウムテープ６１を設置した。アルミニウムテープ６１は、光学フィルタ４２上にも配置されるため、外部視野から入射する赤外線が無くなり、赤外線検出部３２は内壁部４１による出力とアルミニウムテープからのみの赤外線量を検出する。アルミニウムテープからの出力は、内壁部４１に対して放射率が低く、面積も小さいため、内壁部４１の放射する赤外線量に対して、非常に少ない赤外線量を発するため、この時のセンサ出力は内壁部４１の放射する内部視野のセンサ出力であるといえる。
そして、図１１に示すように、赤外線ユニット５００にアルミニウムテープ６１をはりつけた赤外線センサユニット（即ち、第１の検証用ユニット６００）を、２３℃の室温環境下で５０℃に設定した平面黒体炉８００（熱源）と対向に配置し、４つの受光部３１１〜３１４からの出力（Ｓ３１１〜Ｓ３１４）を取得した。
【００３９】
（第２の検証用赤外線センサユニット）
図１２は赤外線ユニット５００に、２５℃での放射率が０．２であるアルミニウムテープ７１を光学フィルタ４２上のみに設置した状態を示す平面図である。また、図１３は図１２をＸ１２−Ｘ’１２で切断した断面図である。図１４をＹ１２−Ｙ’２１で切断した断面図である。
図１２〜図１４に示すように、光学フィルタ４２上のみに２５度での放射率が０．２であるアルミニウムテープ７１を設置した以外は、第１の検証用ユニット６００と同様の方法で赤外線センサユニット（即ち、第２の検証用ユニット７００）を構築した。
そして、図１５に示すように、第２の検証用ユニット７００を、２３℃の室温環境下で５０℃に設定した平面黒体炉８００（熱源）と対向に配置し（熱源との離間距離を２０ｍｍとした）、４つの受光部３１１〜３１４からの出力（Ｓ３１１〜Ｓ３１４）を取得した。
図１１、図１５に示したように、アルミニウムテープ６１、７１を設置した第１、第２の検証用ユニット６００、７００を５０℃に設定した平面黒体炉（熱源）８００と対向に配置し、４つの受光部３１１〜３１４から出力（Ｓ３１１〜Ｓ３１４）を取得した。第１、第２の検証用ユニット６００、７００からそれぞれ取得した各出力（Ｓ３１１〜Ｓ３１４）を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2015190912.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、視野制限ユニット４０の外表面のうちセンサユニット３０の第１主面に平行な外表面の全面にアルミニウムテープ６１を設置した場合（即ち、第１の検証用ユニット６００）は、光学フィルタ４２上のみにアルミニウムテープ７１を設置した場合（即ち、第２の検証用ユニット７００）と比較して、内部視野からの出力が小さくなる結果を得た。
更に各受光部３１１〜３１４から出力される信号に対してゲイン補正をすることより、製造ばらつき等に起因する各受光部３１１〜３１４の特性ばらつきをキャンセルする補正条件が高精度に得られることを示す。各受光部３１１〜３１４に温度既知の均一温度の測定対象物を、各受光部の外部視野全域に設置した際に各受光部から出力される信号が同じ値になるように調整するゲイン補正値の算出において、まず、外部から入力される赤外線エネルギーとして５０℃の黒体炉からの赤外線によるセンサ出力を取得する。
【００４２】
ここでは、第１および第２の検証用ユニット６００、７００を構築している赤外線ユニット５００（アルミニウムテープ６１、７１を取り外したもの）を平面黒体炉８００の前に晒した。これにより、赤外線ユニット５００は内部視野からの赤外線エネルギーと外部視野の赤外線エネルギーの両方をセンサ出力する。このセンサ出力と、光学フィルタ４２上のみをアルミニウムテープ７１で覆った第２の検証用ユニット７００のセンサ出力である表１との差分が、赤外線ユニット５００の外部視野からの赤外線によるセンサ出力となり、その値を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2015190912.tif 000004
表２に示す４つの出力を全てＳ３１１の出力値に揃えるようなゲイン補正値を求めると、表３となる。
【００４４】
【表３】
2015190912.tif 000005
【００４５】
表３は、外部視野で調整した製造ばらつき等に起因する各受光部の特性ばらつきをキャンセルするようなゲイン補正値である。
製造した個体それぞれでゲイン補正値を求め調整を行う場合は、上記の表２、表３を算出したように内部視野の赤外線エネルギーによる出力を見積もり、外部視野および内部視野から入力される赤外線エネルギーによる出力と内部視野の赤外線エネルギーによる出力との差分を求める。この差分が外部視野の赤外線エネルギーによる出力となる。そして、この外部視野の赤外線エネルギーによる出力について、各受光部の出力を予め設定した一つの出力に揃えるようなゲイン補正値を算出する。
【００４６】
このように、外部視野の赤外線エネルギーのみのセンサ出力を見積もる方法は、調整の時間が非常にかかり製造の効率を下げる。そこで、製造の効率を上げるべく、素早く調整を行うべく、５０度の平面黒体炉にセンサを晒すことのみで精度よくゲイン補正値を決定する。そこで、本実施形態は、第２部材２２により内部視野の赤外線エネルギーの影響を低減する効果があるため、精度の良いゲイン補正値を得るためには非常に有効な手段となる。
表４は５０度の平面黒体炉を第１、第２の検証用ユニット６００、７００にそれぞれ晒すことで得られた出力である。
【００４７】
【表４】
2015190912.tif 000006
表４の値からＳ３１１を１とするようにゲイン補正値を求めると、表５となる。
【００４８】
【表５】
2015190912.tif 000007
【００４９】
表５は、外部視野と内部視野の両方の影響を含んだゲイン補正値となる。外部視野のみで調整したゲイン補正値とは、内部視野の影響の分誤差が発生してしまう。誤差が少なければ少ないほど、精度よくゲイン補正値を決定できる。表５の外部視野と内部視野の両方の影響を含んだゲイン補正値と、表３の外部視野のみで調整したゲイン補正値との差分が誤差となり、その誤差［％］を表６に示す。
【００５０】
【表６】
2015190912.tif 000008
【００５１】
第１の検証用ユニット６００と第２の検証用ユニット７００のゲイン補正値の誤差を比較すると、視野制限ユニット４０の外表面のうち、赤外線ユニット５００の第１主面に平行な外表面の全面にアルミニウムテープ６１を設置した第１の検証用ユニット６００の方がゲイン補正値のずれが小さいことが分かり、第１主面に平行な外表面に放射率の低い部材を設置することで、精度よくゲイン補正値が得られていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、人体検知や温度センサ等に用いられる赤外線センサユニットとして好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１０   センサユニット
１１   量子型赤外線センサ部
２０   視野制限ユニット
２１   第１部材
２２   第２部材
２３   開口部
３０   センサユニット
３１   エポキシ樹脂パッケージ
３１   樹脂パッケージ
３２   赤外線検出部
４０   視野制限ユニット
４１   内壁部
４２   光学フィルタ
５１   接着剤
６１、７１  アルミニウムテープ
１００、２００  赤外線検出装置
１０５ 支持部材
１１０ 型枠
１１１、１１２、３１１〜３１４  受光部
２０１  内壁部
２０２  外表面
５００  赤外線ユニット
６００ 第１の検証用赤外線センサユニット（第１の検証用ユニット）
７００  第２の検証用赤外線センサユニット（第２の検証用ユニット）
８００  平面黒体炉
【図１】
2015190912.tif 000009
【図２】
2015190912.tif 000010
【図３】
2015190912.tif 000011
【図４】
2015190912.tif 000012
【図５】
2015190912.tif 000013
【図６】
2015190912.tif 000014
【図７】
2015190912.tif 000015
【図８】
2015190912.tif 000016
【図９】
2015190912.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2015190912.tif 000022
【図１５】
2015190912.tif 000023