(57)【要約】【課題】光利用効率の高い集光素子を提供すること。【解決手段】本集光素子は、基板の少なくとも一方の面に形成された凸型曲面を、高さを一定として折り畳んだ分割曲面群を有し、前記分割曲面群は、前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面と、前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面の外側に、頂点の間隔が一定となるように配置された複数の分割曲面と、を含む。【選択図】図１
2013186135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも一方の面に形成された凸型曲面を、高さを一定として折り畳んだ分割曲面群を有し、
前記分割曲面群は、
前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面と、
前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面の外側に、頂点の間隔が一定となるように配置された複数の分割曲面と、を含む集光素子。
【請求項２】
前記分割曲面群を構成する各分割曲面は、光が入射する方向に対して垂直な方向に延伸するストライプ状に形成されている請求項１記載の集光素子。
【請求項３】
前記分割曲面群を構成する各分割曲面は、光が入射する方向に対して垂直な方向に同心円状に形成されている請求項１記載の集光素子。
【請求項４】
前記凸型曲面は、中心部と周辺部で曲率の異なる非球面形状である請求項１乃至３の何れか一項記載の集光素子。
【請求項５】
光が入射する方向に対して垂直な方向から視て、前記分割曲面群を囲むように平坦領域を設け、
前記平坦領域の高さは、前記分割曲面群の最大高さよりも高い請求項１乃至４の何れか一項記載の集光素子。
【請求項６】
前記基板の他方の面に、凹型の曲率を有する集光面を備えた請求項１乃至５の何れか一項記載の集光素子。
【請求項７】
前記分割曲面群を構成する各分割曲面の前記一方の面からの高さは、各々５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に設定され、
前記頂点の間隔は、１５０μｍ以上に設定された請求項１乃至６の何れか一項記載の集光素子。
【請求項８】
基板の少なくとも一方の面に凸型曲面を形成する工程と、
前記凸型曲面を、前記基板の一方の面に平行な切断面により等間隔に切断する工程と、
前記凸型曲面を、前記基板の一方の面に垂直な切断面により中心部が第１の幅、周辺部が等間隔の第２の幅となるように切断する工程と、
切断した各幅方向の最上部に位置する分割曲面を前記基板の一方の面に揃えて配し、分割曲面群を形成する工程と、を有し、
前記分割曲面群を形成する工程では、前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面の外側に、頂点の間隔が一定となるように他の分割曲面を配置する集光素子の製造方法。
【請求項９】
前記垂直な切断面は、平面である請求項８記載の集光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記垂直な切断面は、円環状面である請求項８記載の集光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光線を集光する集光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保全や省エネルギー化の要求から、近年、各種センシングデバイスの開発が活発に進められている。特に、人体（熱源）から発生する赤外線を検知し、電子機器の電源ＯＮ／ＯＦＦを制御する赤外線（人感）センサは、テレビやエアコン等の家電製品に搭載されつつある。
【０００３】
又、赤外線センサを携帯機器へ搭載可能にすることを目的に、赤外線センサの小型・低価格化に対するニーズが高まっている。更に、赤外線を用いた位置や距離検出の手段として、サーモパイルアレイや焦電センサーアレイと、ポリエチレン（樹脂）やシリコンを材料としたレンズにより構成される赤外線センサ技術が数多く提案されている。
【０００４】
赤外線センサでは、レンズや、真空封止及び波長帯域制限の何れか一方又は双方のための窓材として、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）が利用される。シリコン（Ｓｉ）の半導体プロセスとの相性の良さから、エッチング等の作製手法を用いてウェハ基板自身にレンズ形状を形成する技術が既に知られている。
【０００５】
又、異なるウェハ基板からなるセンサ、レンズ・窓材、パッケージ部材をウェハ状態のまま接合し、ダイシング（個片化）することにより大量且つ安価にセンサ素子を製造するウェハレベルパッケージング技術が既に知られている。
【０００６】
又、従来技術のより具体的な例としては、非冷却型赤外線センサの集光光学系に最適でセンサを軽量小型化できる赤外線レンズを提供する目的で、２枚レンズを用いた赤外線レンズの構成が開示されている。この赤外線レンズは、一方のレンズが平坦な基板の前後面の一方に回折面をもち、他方のレンズが赤外線センサのパッケージ窓ないしは真空封止窓を兼ねることにより、バックフォーカスを短くする、すなわち赤外線センサを軽量・小型にすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の赤外線センサにおいて、高い赤外線検出光量を取得するためには、大きな開口面積をもつ、すなわちサグ量の大きなレンズが必要であり、厚さの制限されるウェハ基板上に単一曲面による集光構造を形成するのは困難であった。そのため、フレネルレンズや回折レンズ構造（以下、ともにフレネルレンズと呼ぶ）を用いて、レンズのサグ量（高さ）を低くすることが必要とされているが、従来のフレネルレンズ形状では、エッチング等のレンズ加工プロセスにおける微細形状の鈍りの影響が大きい。その結果、レンズの有効面積を大きく取れない、形状ずれによる集光特性の劣化が生じるといった問題があり、光利用効率の高い集光素子は実現できていない。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、光利用効率の高い集光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本集光素子は、基板の少なくとも一方の面に形成された凸型曲面を、高さを一定として折り畳んだ分割曲面群を有し、前記分割曲面群は、前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面と、前記凸型曲面の頂上部を含む分割曲面の外側に、頂点の間隔が一定となるように配置された複数の分割曲面と、を含むことを要件とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、光利用効率の高い集光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る集光素子の三次元形状を例示する図である。
【図３】従来のフレネルレンズの曲面分割方法について説明するための断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る集光素子の曲面分割方法について説明するための断面図である。
【図５】形状鈍りの影響について説明する数値解析結果である。
【図６】第２の領域Ｂの幅ｐの許容範囲について説明する数値解析結果である。
【図７】集光素子の断面プロファイルを例示する図（その１）である。
【図８】集光素子の断面プロファイルを例示する図（その２）である。
【図９】第２の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。又、便宜上、上面図等において、断面図に対応するハッチングを施す場合がある。
【００１３】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。図１を参照するに、集光素子１０は、平板である基板２０の一方の面２０ａに形成された凸型曲面（基準形状となる連続的な凸面形状の曲面）を、基板２０に垂直な方向に高さを一定として折り畳んだ分割曲面群３０を有するフレネルレンズ形状の集光素子である。分割曲面群３０は、分割曲面３１、３２、及び３３を含んでいる。
【００１４】
なお、図１において、集光素子１０の凹凸構造がわかるように、便宜上、曲面の最下端以下の基板２０に当たる部分を分割曲面群３０とは異なるハッチングで示しているが、基板２０と分割曲面群３０（分割曲面３１、３２、及び３３）は同一材料により一体に形成されている（他の図についても同様）。
【００１５】
集光素子１０は、従来のフレネルレンズ形状（後述の図３で説明）とは曲面の分割方法に違いがあり、基準形状の頂上部を含む第１の領域Ａと、第１の領域Ａの外側に配置された第２の領域Ｂにおいて、２種類の幅ｄ及びｐを規定して形状を定めた点に特徴がある。第１の領域Ａには分割曲面３１が配置され、第２の領域Ｂには分割曲面３２及び３３が配置されている。
【００１６】
分割曲面群３０（分割曲面３１、３２、及び３３）の基板２０の一方の面２０ａからの高さｈは、半導体プロセス（ウェハプロセス）を採用することにより、略一定値とすることができる。第２の領域Ｂは、断面積の異なる複数の分割曲面を等間隔で配列した構成を備えている。ここで分割曲面の幅ｐ（隣接する分割曲面の頂点の間隔）は、エッチング等の形状作製方法による鈍りの影響が隣接する分割曲面に影響を及ぼさない程度にとるものとし、高さｈが高いほど、幅ｐを大きく取る必要がある。
【００１７】
図１のような構成をとる場合、第２の領域Ｂには部分的に無効領域Ｃが生じてしまう。無効領域Ｃは集光特性を劣化させるが、形状作製における鈍りの影響を低減させ、結果的に集光形状における有効面積の確保と、設計形状のプロセスによる再現性の観点から、本実施の形態に係る集光素子１０における曲面の分割方法の方が従来の集光素子の分割方法よりも光学特性において有利に働くことになる。
【００１８】
集光素子１０は、ウェハプロセスを採用し、シリコン（Ｓｉ）基板を用いた形状作製を念頭においており、遠赤外線用の集光素子を提供することを目的としている。しかしながら、使用する波長に応じて基板材料を選択すれば、必ずしも遠赤外線用の集光素子には限定されない。
【００１９】
又、集光素子１０は、ウェハプロセスにより作製した集光素子、センサ、パッケージ部材をウェハ状態のまま一体化し、個片化するウェハレベルパッケージングデバイスの実現に適している。このようなデバイスでは、基板厚さの制約から、短い焦点距離を有する集光素子が必要であるが、短い焦点距離の集光素子は収差の影響を強く受ける。収差の影響は、集光素子の中央部から周辺部に向かうにしたがって曲率が変化するような凸型曲面により低減できる。
【００２０】
上述のように、半導体ウェハとしてシリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）を用いる場合には、基板厚さの制約や作製工程の安定性、並びに曲面の分割数から、分割曲面群３０（分割曲面３１、３２、及び３３）の基板２０の一方の面２０ａからの高さｈを５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に設定すると好適である。又、図５に後述するように、実験及び数値解析結果から、幅ｐ（隣接する分割曲面の頂点の間隔）を１５０μｍ以上に設定すると好適である。但し、加工プロセスの精度が高い場合には、より狭い幅を採用する方が、集光素子１０の面積を有効に使うことができ、光学的に有利となる。
【００２１】
図２は、第１の実施の形態に係る集光素子の三次元形状を例示する図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）各々において、上側が上面図（光が入射する方向に対して垂直な方向から視た図）であり、下側が断面図である。集光素子１０は、使用する赤外線センサの形態がリニア（ライン）センサであるかエリアセンサであるかに依存して、センサ受光面における集光スポット形状を変える必要があり、二次元的な形状が異なってくる。
【００２２】
具体的には、図２（ａ）に示すような、シリンドリカルレンズの曲面を分割した構成であってもよい。換言すれば、分割曲面群３０を構成する分割曲面３１、３２、及び３３は、光が入射する方向に対して垂直な方向に延伸するストライプ状に形成してもよい。又、図２（ｂ）に示すような、球面レンズの曲面を分割した同心円状の高さ分布をもつ構成であってもよい。換言すれば、分割曲面群３０を構成する分割曲面３１、３２、及び３３は、光が入射する方向に対して垂直な方向に同心円状に形成してもよい。なお、光が入射する方向は、基板２０の一方の面２０ａに対して垂直な方向である。
【００２３】
図３は、従来のフレネルレンズの曲面分割方法について説明するための断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）各々において、上側が曲面分割前の形状を示す断面図であり、下側が曲面分割後の形状を示す断面図である。従来のフレネルレンズにおける曲面の分割には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような２通りの方法がある。
【００２４】
図３（ａ）では、上図に示す平板である基板２００の一方の面２００ａに形成された凸型曲面３００Ａ（基準形状となる連続的な凸面形状の曲面）を等間隔の高さで切断し、各幅方向の最上部に位置する断面形状を基準面となる基板２００の一方の面２００ａに揃えて配し、分割曲面群３００を形成する。
【００２５】
この場合、下図に示すように、分割曲面群３００を構成する分割曲面３１０、３２０、３３０、３４０、及び３５０の高さが揃う。又、レンズ形状の外側（分割曲面３５０側）に近づくほど分割曲面の幅が狭くなり、作製方法による形状の鈍りがあるために、基準形状である凸型曲面３００Ａが分割曲面群３００において再現されないだけでなく、隣接する分割曲面の形状にも影響を及ぼしてしまう。又、端部に位置する分割曲面３５０は幅が狭く、作製形状の鈍りの影響から、ほとんど利用できなくなってしまう。
【００２６】
図３（ｂ）では、上図に示す平板である基板２００の一方の面２００ａに形成された凸型曲面３００Ａ（基準形状となる連続的な凸面形状の曲面）を等間隔の幅で切断し、各幅方向の最上部に位置する断面形状を基準面となる基板２００の一方の面２００ａに揃えて配し、分割曲面群４００を形成する。
【００２７】
この場合、下図に示すように、分割曲面群４００を構成する分割曲面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、及び４７０は各々高さが異なることになり、特にレンズの外側に位置する高さの高い分割曲面４７０は、作製形状の鈍りにより、隣接する分割曲面４６０の形状を大きく乱すこととなる。又、各分割曲面が水平面内に等間隔に分割されることから、レンズの連続した曲面形状を再現するためには分割数を多く取る必要があり、作製形状に鈍りのある場合は、結局、集光特性は大きく劣化する。
【００２８】
集光素子１０では、上記説明の従来の曲面の分割方法の問題点に鑑みて、基板２０に垂直な方向及び水平な方向について、それぞれに等間隔に分割曲面を設けている。集光素子１０の曲面の分割方法について以下に説明する。図４は、第１の実施の形態に係る集光素子の曲面分割方法について説明するための断面図である。図４において、上側が曲面分割前の形状を示す断面図であり、下側が曲面分割後の形状を示す断面図である。
【００２９】
図４では、上図に示す平板である基板２０の一方の面２０ａに形成された凸型曲面３０Ａ（基準形状となる連続的な凸面形状の曲面）を、基板２０の一方の面２０ａに平行な切断面Ｓ１（平面）により間隔ｈで等間隔に切断し、更に基板２０の一方の面２０ａに垂直な切断面Ｓ２（平面や円環状面）により中心部が幅ｄ、周辺部が等間隔の幅ｐ（ｐ＜ｄ）となるように切断する。そして、切断した各幅方向の最上部に位置する断面形状を基準面となる基板２０の一方の面２０ａに揃えて配し、分割曲面群３０（分割曲面３１、３２、及び３３）を形成する。
【００３０】
形成された分割曲面群３０を構成する分割曲面３１、３２、及び３３は高さがｈに揃う。又、基準形状となる凸型曲面３０Ａの頂上部を含む分割曲面３１（第１の領域Ａ）は、図３（ａ）の分割曲面３１０と全く同じ形状となり、中心付近の集光構造の曲面形状を再現している。又、分割曲面３１（第１の領域Ａ）の外側に、幅ｐ（頂点の間隔）が一定となるように分割曲面３２及び３３（第２の領域Ｂ）が配置される。
【００３１】
水平方向の幅ｐを作製形状の鈍りの程度を反映して設定することにより、隣接する分割曲面による形状のずれを受け難くすることができる。又、第２の領域Ｂの一部に曲率を有さない無効領域Ｃができるものの、結果として集光構造の有効面積を大きく失うことなく、又、形状のずれによる光学特性の劣化を大きくすることなく、分割曲面を形成することができる。
【００３２】
次に、図４に説明した曲面の分割方法において、第２の領域Ｂの幅ｐを決定するために実施した数値解析の結果について図５を用いて説明する。図５は、形状鈍りの影響について説明する数値解析結果である。
【００３３】
より詳しくは、図５は、鋸波形状（ピッチ９０μｍ及び１５０μｍ、高さ５０μｍ）を用い、作製形状の鈍りをガウス関数の広がりで記述し、鋸波形状との畳み込み積分により、形状鈍りのある場合の形状プロファイルを再現した計算結果である。ガウス関数の広がり（標準偏差）の大きさは、実際にドライエッチング法を用いて作製したレンズ形状を用いたフィッティング結果により得られた値を参考にして１２μｍとした。
【００３４】
図５（ａ）が鋸波形状のピッチが９０μｍの場合、図５（ｂ）が鋸波形状のピッチが１５０μｍの場合の数値解析結果であり、これらから明らかなように、ピッチが狭い場合には、鋸波形状の一つの山の影響が隣接する形状にも影響を及ぼし、斜面形状の再現性（相関値）としては５０％にも満たない結果となった。
【００３５】
図６は、第２の領域Ｂの幅ｐの許容範囲について説明する数値解析結果である。図６において、横軸はピッチ、縦軸は相関値である。相関値Ｃ（ｐ）は、式（数１）により定義した。式（数１）において、ｈ（ｘ）は形状鈍りのある場合の断面プロファイルであり、ｉ（ｘ）は理想的な鋸波形状の断面プロファイルである。
【００３６】
【数１】
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本評価指標（相関値）は、平均の形状高さ＜ｈ＞及び＜ｉ＞を差し引くことにより、形状鈍りにより鋸波形状の全く再現されない（平均高さに一致する）場合に相関値０％をとり、形状鈍りのある場合で鋸波形状に完全に一致する形状において相関値１００％をとるように規格化されている。
【００３７】
図６を参照するに、当然ながら、ピッチが広くなるほど鋸波形状の傾きがゆるくなり、隣接構造への影響が小さくなるため、相関値が高くなっている。相関値６０％を基準形状となる凸型曲面３０Ａ（図４参照）の集光特性を再現する許容範囲とすると、本実験（ガウス関数の広がり：１２μｍ）から、幅１５０μｍ程度が図１及び図４に示す集光素子１０における第２の領域Ｂの幅ｐとして必要であることが確認できた。
【００３８】
図７は、集光素子の断面プロファイルを例示する図（その１）である。図７（ａ）は、図４に示した第１の実施の形態に係る分割方法による集光素子１０に対して、図５と同様の数値的手法により作製形状の鈍りの効果を導入した場合の、曲面形状の断面プロファイル（実線）を数値的に示した図であり、基となる理想形状を点線で示してある。比較のため、図７（ｂ）に、図３（ａ）に示した従来の分割方法によるフレネルレンズの断面プロファイルを数値的に算出した結果を示した。
【００３９】
基準形状となる凸型曲面３０Ａ（図４参照）は、曲率半径１０００μｍ、高さ２００μｍに設定した。又、曲面の分割後の高さｈは５０μｍとした。図７（ｂ）は、高さ方向を４分割した４つの分割曲面からなる集光素子形状となっている。図７（ａ）の分割曲面は、分割曲面間に無効領域を含むために分割数が図７（ｂ）に対して減少し、３つの分割曲面からなる集光素子形状となっている。
【００４０】
図７（ｂ）の場合には、作製形状の鈍りの影響により、中央を第１の分割曲面とした場合の、その周辺の第２及び第３の分割曲面の形状において理想形状の再現性が大きく劣化している。この形状の不一致は、集光素子における光利用効率を低下させ、又、集光スポットにぼけを生じさせ、更には、屈折角を変化させる領域が多く含まれるために、迷光の原因となる。これに対し、図７（ａ）に示す集光素子形状においては、第２の領域Ｂの形状の再現性が高く、無効領域による光利用効率の低下は含まれるものの、図７（ｂ）に懸念される、形状ずれによる光利用効率の低下、集光スポットのぼけ、迷光の影響が大きく低減される。
【００４１】
図８は、集光素子の断面プロファイルを例示する図（その２）であり、曲面の分割数が更に多くなった場合について、図７と同様の数値計算結果を示している。具体的には、基準形状となる凸型曲面３０Ａ（図４参照）が曲率半径１０００μｍ、高さ３００μｍである場合について評価を行った。従来のフレネルレンズの分割方法を用いた場合には、図８（ｂ）に示すように、分割数が多くなるほど分割曲面の幅が狭い領域が増え、形状の再現性が損なわれていく。これに対し、本実施の形態に係る集光素子の分割方法の場合には、図８（ａ）に示すように、無効領域の面積が増えるものの、分割曲面形状の再現性は高く、より良好な集光特性が得られることが確認できる。
【００４２】
【表１】
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表１を参照して、曲面の分割方法による形状一致度の差異について説明する。表１は、図７及び図８の結果から、理想的な集光素子形状と、作製形状に鈍りのある場合の集光素子形状の一致度（相関値）を算出した結果である。相関値は式（数１）を用いて算出したが、積分範囲は鋸波形状のピッチではなく、集光素子形状全域としている。
【００４３】
従って、第１の領域Ａの一致度が高いために、図６に示した鋸波形の相関値よりは高い数値となっている。本実施の形態に係る分割方法（ａ）と、図３（ａ）に示した従来の分割方法（ｂ）を比較すると、基準形状となる凸型曲面３０Ａ（図４参照）の高さが２００μｍ（図７に示した形状）では、相関値が８８％をとり、従来の分割方法の８０％を大きく上回る結果となった。
【００４４】
又、基準形状となる凸型曲面３０Ａ（図４参照）の高さを３００μｍとし、すなわち図８に示すように分割数を増やした場合には、相関値は何れの分割方法でも低下はするものの、本実施の形態に係る分割方法（ａ）の方が相関値の低下の割合が低く、分割数が多い場合にも、従来の分割方法に対して、形状の再現性が改善される結果が確認できた。
【００４５】
このように、第１の実施の形態では、平板である基板２０の一方の面２０ａに形成された凸型曲面３０Ａを高さを一定として折り畳み、凸型曲面３０Ａの頂上部を含む分割曲面３１と、分割曲面３１の外側に頂点の間隔が一定となるように配置された分割曲面３２及び３３と、を含む分割曲面群３０を有する集光素子１０を形成した。
【００４６】
これにより、エッチング等の加工プロセスに依存した作製形状の鈍りの影響を含む場合において、集光素子形状の理想形状との一致度を向上させることが可能となった。その結果、集光素子の光利用効率を大きくとり、集光スポットのぼけ及び迷光を押さえながら、薄型化・小型化、ないしは平板化を図ることができる。
【００４７】
又、このような集光素子形状はウェハプロセスで作製でき、更にセンサとのウェハレベルでの接合が可能な集光素子を提供できる。ウェハプロセスを用いることにより、本実施の形態に係る集光素子は量産性が極めて高く、安価に集光素子ないしは赤外線センサ素子を提供することが可能となる。
【００４８】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは形状の異なる集光素子の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４９】
図９は、第２の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。図９を参照するに、第２の実施の形態に係る集光素子１０Ａは、第１の実施の形態に係る集光素子１０（図１等参照）と集光形状部分（第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂ）の形状は同様である。集光素子１０Ａの集光形状は半導体プロセスを採用し、赤外線用の場合には、シリコン（Ｓｉ）のドライエッチング加工により作製できる。
【００５０】
集光素子１０Ａの特徴は、集光形状の外側に平坦領域Ｄを設けたところにある。つまり、光が入射する方向に対して垂直な方向から視て、分割曲面群３０を囲むように平坦領域Ｄを設けたところにある。
【００５１】
図２（ａ）に示したようなラインセンサ用の集光素子の場合には、矩形状に分割曲面群３０を囲う平坦領域Ｄを設ける。又、図２（ｂ）に示したような二次元的な同心円状の集光素子の場合には、更にその外周部（分割曲面群３０の外側）に円環状の平坦領域Ｄを設ける。平面領域Ｄの基板２０の一方の面２０ａからの高さｈ＋ｓは、分割曲面３１、３２、及び３３の高さｈよりも高く、例えば、７０μｍ程度（ｈ＝５０μｍ、ｓ＝２０ｕｍ）とすることができる。又、平面領域Ｄの幅ｑは、例えば、１００μｍ程度とすることができる。
【００５２】
第１の実施の形態で説明した集光素子１０の構成は、ウェハプロセスに適した薄型且つ均一高さの形状であり、センサ基板及びパッケージ基板とウェハレベルで接合し、個片化することにより、ウェハ状態から直接センサモジュールとして提供することが可能となる。しかしながら、集光素子１０の集光素子表面の形状は、分割曲面を設けたことにより、微小かつ先鋭な領域が生じ、接合時の加圧や搬送時における外的衝撃に対し脆弱である。これに対し、集光素子１０Ａでは、集光形状の周辺部に平坦領域を設けたことにより、集光形状を保護でき、集光特性の劣化や、製品の不良率の低減を図ることが可能となる。
【００５３】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１の実施の形態とは形状の異なる集光素子の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００５４】
図１０は、第３の実施の形態に係る集光素子を例示する断面図である。図１０を参照するに、第３の実施の形態に係る集光素子１０Ｂは、第１の実施の形態に係る集光素子１０（図１等参照）の基板２０の他方の面２０ｂに凹型の曲率を有する第２の集光面３９を設けたことが特徴である。第２の集光面３９の基板２０の他方の面２０ｂからの深さｊは、例えば、１００μｍ程度とすることができる。なお、分割曲面３１、３２、及び３３が第１の集光面である。
【００５５】
人感センサ等では、人から発せられる波長１０μｍ近傍の遠赤外線を検出している。ここで、遠赤外線の波長帯において透過率が高く、集光素子に使うことができる材料としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料や、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等の化合物半導体を用いることができる。
【００５６】
これらの半導体材料は、遠赤外線領域において、屈折率がｎ＝２〜４程度と大きな値をとるため、半導体材料から空気（真空）側へ透過する赤外線は、全反射の影響を強く受ける。全反射角は、シリコン（Ｓｉ）を集光素子材料に用い、波長１０μｍの赤外線を入射した場合で、約１７度程度であり、大きな角度で入射する光は、集光素子材料を透過できず、センサ面へ到達しない。
【００５７】
特に、ウェハレベルパッケージングにより赤外線センサを提供する場合には、集光素子の焦点距離はサブミリメータレベルの短距離となり、大きな角度成分をセンサ受光面まで到達させる必要がある。そこで、図１０に示すように、第１の集光面（分割曲面３１、３２、及び３３）に加えて、第２の集光面３９として凹面形状を有する曲面構造を設けることにより、大きな角度成分の赤外線までセンサ受光面に集光することが可能となり、光利用効率を向上できる。
【００５８】
第２の集光面３９の曲率や幅は、第１の集光面（分割曲面３１、３２、及び３３）の曲率とセンサ受光面までの距離に依存して最適化できる。なお、集光素子１０Ｂにおいて、ウェハプロセスに適するように、図９に示す集光素子１０Ａと同様に、集光形状部分（第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂ）の外側に平坦領域Ｄを設けてもよい。
【００５９】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  集光素子
２０  基板
２０ａ  一方の面
２０ｂ  他方の面
３０  分割曲面群
３０Ａ  凸型曲面
３１、３２、３３  分割曲面
３９  第２の集光面
Ａ  第１の領域
Ｂ  第２の領域
Ｃ  無効領域
Ｄ  平坦領域
Ｓ１、Ｓ２  切断面
ｄ、ｐ、ｑ  幅
ｈ、ｓ  高さ
ｊ  深さ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６１】
【特許文献１】特開２００６−４７３４３号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013186135.tif 000008
【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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