JPH08334407A - 冷却型赤外線センサ及びこれを用いた赤外線受光装置 - Google Patents
冷却型赤外線センサ及びこれを用いた赤外線受光装置Info
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- JPH08334407A JPH08334407A JP7142190A JP14219095A JPH08334407A JP H08334407 A JPH08334407 A JP H08334407A JP 7142190 A JP7142190 A JP 7142190A JP 14219095 A JP14219095 A JP 14219095A JP H08334407 A JPH08334407 A JP H08334407A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ノイズ成分の原因となる不要な光を遮断させ、
且つ、装置全体が大型化することなく、十分な冷却効率
が得られる冷却赤外線センサ及び赤外線受光装置を提供
する。 【構成】本発明の冷却赤外線センサは、所望の波長領域
の光を透過させるフィルターが赤外線の入射する主面に
配置される。又、本発明の赤外線受光装置は、このセン
サを真空容器の入射窓に対向して配置させ、センサを覆
うように配置させたコールドシールドと、冷却手段かな
らる。
且つ、装置全体が大型化することなく、十分な冷却効率
が得られる冷却赤外線センサ及び赤外線受光装置を提供
する。 【構成】本発明の冷却赤外線センサは、所望の波長領域
の光を透過させるフィルターが赤外線の入射する主面に
配置される。又、本発明の赤外線受光装置は、このセン
サを真空容器の入射窓に対向して配置させ、センサを覆
うように配置させたコールドシールドと、冷却手段かな
らる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷却型赤外線センサ及び
これを用いた赤外線受光装置に関する。
これを用いた赤外線受光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、赤外線センサやこれを用いた赤外
線受光装置が注目されている。この素子は、不可視光線
である赤外線を検知または映像化するもので、各種工業
計測、監視、医療、宇宙、防衛など幅広い分野で期待さ
れている。これまで、HgCdTeやInSb等の化合
物半導体を使用したものまたはシリコンと白金シリサイ
ドとのショットキー接合を用いた量子型、焦電体物質等
を用いた熱型等が提案されている。このうち、量子型赤
外線センサは、熱型赤外線センサと比較して高感度で応
答速度が速いという顕著な特徴がある。量子型赤外線セ
ンサは、その動作原理から通常数十K程度に冷却して使
用する。このため、冷却型赤外線センサと称されてい
る。
線受光装置が注目されている。この素子は、不可視光線
である赤外線を検知または映像化するもので、各種工業
計測、監視、医療、宇宙、防衛など幅広い分野で期待さ
れている。これまで、HgCdTeやInSb等の化合
物半導体を使用したものまたはシリコンと白金シリサイ
ドとのショットキー接合を用いた量子型、焦電体物質等
を用いた熱型等が提案されている。このうち、量子型赤
外線センサは、熱型赤外線センサと比較して高感度で応
答速度が速いという顕著な特徴がある。量子型赤外線セ
ンサは、その動作原理から通常数十K程度に冷却して使
用する。このため、冷却型赤外線センサと称されてい
る。
【0003】図3は、従来の一般的な冷却型赤外線セン
サである白金シリサイドショットキー接合型の冷却型赤
外線センサの平面図である。シリコン基板17上に赤外
線を検出する受光部18と、これに隣接配置された垂直
電荷転送部19と、その一端に水平電荷転送部20が配
置される。赤外線は、受光部18にて光電変換され、生
じた信号電荷が受光部18に蓄積される。蓄積された信
号電荷は、受光部18と垂直電荷転送部19の間に配置
されたトランスファーゲート(図示せず)がオープンす
ることにより、垂直電荷転送部19に移送される。信号
電荷は、横一列ずつ順次水平電荷転送部20に移送さ
れ、出力端21より出力される。
サである白金シリサイドショットキー接合型の冷却型赤
外線センサの平面図である。シリコン基板17上に赤外
線を検出する受光部18と、これに隣接配置された垂直
電荷転送部19と、その一端に水平電荷転送部20が配
置される。赤外線は、受光部18にて光電変換され、生
じた信号電荷が受光部18に蓄積される。蓄積された信
号電荷は、受光部18と垂直電荷転送部19の間に配置
されたトランスファーゲート(図示せず)がオープンす
ることにより、垂直電荷転送部19に移送される。信号
電荷は、横一列ずつ順次水平電荷転送部20に移送さ
れ、出力端21より出力される。
【0004】図4は、従来の冷却型赤外線センサの部分
断面図である。図3のA−A’の断面に相当する。白金
シリサイド膜2は、P型シリコン基板1の一方の主面上
に配置される。その膜厚は、60〜80Åである。白金
シリサイド膜2とシリコン基板1との界面3は、ショッ
トキー接合が形成されている。このショットキー接合
は、赤外線を光電変換させる受光部3である。白金シリ
サイド膜2の周囲には、ガードリング5が配置される。
これは、白金シリサイド膜2の周囲に電界が集中するこ
とによる耐圧の低下や信号電荷のリークを防止させる。
断面図である。図3のA−A’の断面に相当する。白金
シリサイド膜2は、P型シリコン基板1の一方の主面上
に配置される。その膜厚は、60〜80Åである。白金
シリサイド膜2とシリコン基板1との界面3は、ショッ
トキー接合が形成されている。このショットキー接合
は、赤外線を光電変換させる受光部3である。白金シリ
サイド膜2の周囲には、ガードリング5が配置される。
これは、白金シリサイド膜2の周囲に電界が集中するこ
とによる耐圧の低下や信号電荷のリークを防止させる。
【0005】フィールド部には、熱酸化によるシリコン
酸化膜4が形成されている。シリコン基板2の表面に
は、絶縁膜6が配置される。これは、シリコン酸化膜等
の赤外線を透過する膜である。そして、その上に、金属
反射膜7が配置される。さらに、その上には、保護膜8
が配置される。シリコン基板2の他方の主面(裏面)に
は、シリコン酸化膜等の単層膜による反射防止膜22が
配置される。反射防止膜22は、シリコン基板2の表面
で赤外線入射光9が反射することを防止する。
酸化膜4が形成されている。シリコン基板2の表面に
は、絶縁膜6が配置される。これは、シリコン酸化膜等
の赤外線を透過する膜である。そして、その上に、金属
反射膜7が配置される。さらに、その上には、保護膜8
が配置される。シリコン基板2の他方の主面(裏面)に
は、シリコン酸化膜等の単層膜による反射防止膜22が
配置される。反射防止膜22は、シリコン基板2の表面
で赤外線入射光9が反射することを防止する。
【0006】赤外線入射光9は、シリコン基板2の裏面
側に形成された反射防止膜22を透過して受光部3に入
射し、その一部は、光電変換され信号電荷となる。光電
変換されずに透過した赤外線は、金属反射膜7によって
反射され、再度受光部3に入射する。そして、光電変換
され信号電荷となる。信号電荷は、トランスファーゲー
トがオープーンするまで受光部3に蓄積される。
側に形成された反射防止膜22を透過して受光部3に入
射し、その一部は、光電変換され信号電荷となる。光電
変換されずに透過した赤外線は、金属反射膜7によって
反射され、再度受光部3に入射する。そして、光電変換
され信号電荷となる。信号電荷は、トランスファーゲー
トがオープーンするまで受光部3に蓄積される。
【0007】図5は、従来の赤外線受光装置の断面図で
ある。図3及び図4で説明した従来の冷却型赤外線セン
サ11がコールドヘッド12に固定される。コールドヘ
ッド12は、熱伝導性の良い物質で形成された支持台で
あり、冷却機によって冷却されている。コールドヘッド
12には、さらに開口部14を有するコールドシールド
13が固定されている。これにより、冷却型赤外線セン
サ11及びコールドシールド13は、コールドヘッド1
2を介して一般には77K程度に冷却される。コールド
シールド13の開口部14は、冷却型赤外線センサ11
に対向するように配置される。これにより、冷却型赤外
線センサ11の視野角を定めることができるばかりでな
く、真空容器15の内壁からの赤外線の輻射光が冷却型
赤外線センサ11に入射することも防止できる。冷却型
赤外線センサ11、コールドヘッド12、及びコールド
シールド13は、入射窓16を有する真空容器15の中
に配置される。入射窓16は、例えばシリコンのように
赤外線を透過させる物質にて形成され、コールドシール
ド13の開口部14に対向するように配置される。ま
た、真空容器15の中は、真空に保持される。
ある。図3及び図4で説明した従来の冷却型赤外線セン
サ11がコールドヘッド12に固定される。コールドヘ
ッド12は、熱伝導性の良い物質で形成された支持台で
あり、冷却機によって冷却されている。コールドヘッド
12には、さらに開口部14を有するコールドシールド
13が固定されている。これにより、冷却型赤外線セン
サ11及びコールドシールド13は、コールドヘッド1
2を介して一般には77K程度に冷却される。コールド
シールド13の開口部14は、冷却型赤外線センサ11
に対向するように配置される。これにより、冷却型赤外
線センサ11の視野角を定めることができるばかりでな
く、真空容器15の内壁からの赤外線の輻射光が冷却型
赤外線センサ11に入射することも防止できる。冷却型
赤外線センサ11、コールドヘッド12、及びコールド
シールド13は、入射窓16を有する真空容器15の中
に配置される。入射窓16は、例えばシリコンのように
赤外線を透過させる物質にて形成され、コールドシール
ド13の開口部14に対向するように配置される。ま
た、真空容器15の中は、真空に保持される。
【0008】検出される赤外線は、真空容器15に取り
付けられた入射窓16を通して冷却型赤外線センサ11
に入射する。このコールドシールド13はコールドヘッ
ド12により冷却されるているので、その輻射は無視で
きるくらい小さくなり、その開口部14から入射した赤
外線だけを冷却型赤外線センサ11に入射させることが
できる。冷却型赤外線センサ11は、入射した赤外線を
光電変換させ、生じた信号電荷を外部に出力させる。
付けられた入射窓16を通して冷却型赤外線センサ11
に入射する。このコールドシールド13はコールドヘッ
ド12により冷却されるているので、その輻射は無視で
きるくらい小さくなり、その開口部14から入射した赤
外線だけを冷却型赤外線センサ11に入射させることが
できる。冷却型赤外線センサ11は、入射した赤外線を
光電変換させ、生じた信号電荷を外部に出力させる。
【0009】一般に、赤外線を検出する場合、検出対象
となる波長領域が定められていることが多い。例えば、
検出対象となる波長領域が3〜5μmである赤外線受光
装置では、この領域以外の波長の光は、赤外線センサ1
1で光電変換されノイズ成分となる。このため、信号電
荷の成分とノイズ成分との比率であるS/N比は悪化し
てしまう。そこで、入射窓16を不要な波長の入射光を
遮断するためのフィルターに置換した装置が提案されて
いる。しかし、この装置においては、入射窓16が室温
に保持されている。このため、入射窓16から輻射され
る赤外線も冷却型赤外線センサ11に入射する赤外線に
混入してしまい、これもノイズ成分となってしまう。
となる波長領域が定められていることが多い。例えば、
検出対象となる波長領域が3〜5μmである赤外線受光
装置では、この領域以外の波長の光は、赤外線センサ1
1で光電変換されノイズ成分となる。このため、信号電
荷の成分とノイズ成分との比率であるS/N比は悪化し
てしまう。そこで、入射窓16を不要な波長の入射光を
遮断するためのフィルターに置換した装置が提案されて
いる。しかし、この装置においては、入射窓16が室温
に保持されている。このため、入射窓16から輻射され
る赤外線も冷却型赤外線センサ11に入射する赤外線に
混入してしまい、これもノイズ成分となってしまう。
【0010】図6は、従来の別の例を示す赤外線受光装
置の断面図である。冷却型赤外線センサ11及びコール
ドシールド13は、コールドヘッド12に固定される。
コールドヘッド12には、さらに、コールドフィルター
24が配置された冷却ブロック23が固定される。これ
により、冷却型赤外線センサ11、コールドシールド1
3、冷却ブロック23、及びコールドフィルター24
は、コールドヘッド12を介して一般には77K程度に
冷却される。コールドフィルター24は、検出対象とな
る波長領域の光だけを透過させる機能を持ち、コールド
シールド13の開口部14に対向するように配置され
る。また、コールドフィルター24は、シリコンやゲル
マニウム等赤外線を透過させる物質でできたフィルター
基体に多層干渉膜を配置させて形成される。これらの多
層干渉膜は、スパッタリング法や蒸着法等により形成さ
れる。
置の断面図である。冷却型赤外線センサ11及びコール
ドシールド13は、コールドヘッド12に固定される。
コールドヘッド12には、さらに、コールドフィルター
24が配置された冷却ブロック23が固定される。これ
により、冷却型赤外線センサ11、コールドシールド1
3、冷却ブロック23、及びコールドフィルター24
は、コールドヘッド12を介して一般には77K程度に
冷却される。コールドフィルター24は、検出対象とな
る波長領域の光だけを透過させる機能を持ち、コールド
シールド13の開口部14に対向するように配置され
る。また、コールドフィルター24は、シリコンやゲル
マニウム等赤外線を透過させる物質でできたフィルター
基体に多層干渉膜を配置させて形成される。これらの多
層干渉膜は、スパッタリング法や蒸着法等により形成さ
れる。
【0011】冷却型赤外線センサ11、コールドヘッド
12、コールドシールド13、及びコールドフィルター
24を有する冷却ブロック23は、入射窓16を有する
真空容器15の中に配置される。入射窓16は、例えば
シリコンのように赤外線を透過させる物質にて形成さ
れ、コールドシールド13の開口部14に対向するよう
に配置される。また、真空容器15の中は、真空に保持
される。
12、コールドシールド13、及びコールドフィルター
24を有する冷却ブロック23は、入射窓16を有する
真空容器15の中に配置される。入射窓16は、例えば
シリコンのように赤外線を透過させる物質にて形成さ
れ、コールドシールド13の開口部14に対向するよう
に配置される。また、真空容器15の中は、真空に保持
される。
【0012】このようにすれば、入射窓16から入射し
た赤外線の不要な波長領域の光は、コールドフィルター
24によりカットされるばかりでなく、コールドフィル
ター24から輻射される赤外線さえも冷却型赤外線セン
サ11に入射する赤外線に混入することがなく、検出対
象となる波長領域の光だけが冷却型赤外線センサ11に
入射されるので、S/N比が向上する。
た赤外線の不要な波長領域の光は、コールドフィルター
24によりカットされるばかりでなく、コールドフィル
ター24から輻射される赤外線さえも冷却型赤外線セン
サ11に入射する赤外線に混入することがなく、検出対
象となる波長領域の光だけが冷却型赤外線センサ11に
入射されるので、S/N比が向上する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなコールドフィルターを有する赤外線受光装置は、
以下に記載する問題点があった。コールドフィルター
は、赤外線検出時には77K程度に冷却され、非検出時
には室温に保持される。従って、コールドフィルター
は、このような熱衝撃に対する耐久性が求められ、フィ
ルター基体面積やフィルター基体厚みを大きく設計され
るのが一般的であった。このため、コールドフィルター
を含む冷却ブロックが大型化するばかりでなく、赤外線
受光装置全体が大型化するという第1の問題点があっ
た。
ようなコールドフィルターを有する赤外線受光装置は、
以下に記載する問題点があった。コールドフィルター
は、赤外線検出時には77K程度に冷却され、非検出時
には室温に保持される。従って、コールドフィルター
は、このような熱衝撃に対する耐久性が求められ、フィ
ルター基体面積やフィルター基体厚みを大きく設計され
るのが一般的であった。このため、コールドフィルター
を含む冷却ブロックが大型化するばかりでなく、赤外線
受光装置全体が大型化するという第1の問題点があっ
た。
【0014】さらに、コールドヘッド、コールドシール
ド、赤外線センサの他、コールドフィルターを含む冷却
ブロックを冷却せねばならなかった。このため、赤外線
受光装置は冷却能力の大きな、且つ、高価な冷却機を搭
載させねばならないという第2の問題点があった。本発
明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、
装置を小型にすることを可能とし、冷却効率を向上させ
る冷却赤外線センサ及び赤外線受光装置を提供する。
ド、赤外線センサの他、コールドフィルターを含む冷却
ブロックを冷却せねばならなかった。このため、赤外線
受光装置は冷却能力の大きな、且つ、高価な冷却機を搭
載させねばならないという第2の問題点があった。本発
明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、
装置を小型にすることを可能とし、冷却効率を向上させ
る冷却赤外線センサ及び赤外線受光装置を提供する。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、驚くべきことに、これまでフィルター基体上に配
置させていた多層干渉膜を赤外線が入射するセンサの基
板主面に配置させた冷却型赤外線センサを開発し、発明
するに至った。即ち、本発明は、第1に「基板の一方の
主面上に、受光部が配置された冷却型赤外線センサにお
いて、所望の波長領域を透過させるフィルターが、前記
基板における赤外線の入射する側の主面に密着配置され
たことを特徴とする冷却型赤外線センサ(請求項1)を
提供する。
結果、驚くべきことに、これまでフィルター基体上に配
置させていた多層干渉膜を赤外線が入射するセンサの基
板主面に配置させた冷却型赤外線センサを開発し、発明
するに至った。即ち、本発明は、第1に「基板の一方の
主面上に、受光部が配置された冷却型赤外線センサにお
いて、所望の波長領域を透過させるフィルターが、前記
基板における赤外線の入射する側の主面に密着配置され
たことを特徴とする冷却型赤外線センサ(請求項1)を
提供する。
【0016】本発明は、第2に「前記フィルターは、多
層膜による干渉フィルターであり、0.7μm以上の波
長の光を透過させる長波長透過フィルターであることを
特徴とする請求項1記載の冷却型赤外線センサ(請求項
2)」を提供する。また、本発明は、第3に「前記フィ
ルターは、多層膜による干渉フィルターであり、1μm
以上12μm以下の波長の光を透過させる帯域透過フィ
ルターであることを特徴とする請求項1記載の冷却型赤
外線センサ(請求項3)」を提供する。
層膜による干渉フィルターであり、0.7μm以上の波
長の光を透過させる長波長透過フィルターであることを
特徴とする請求項1記載の冷却型赤外線センサ(請求項
2)」を提供する。また、本発明は、第3に「前記フィ
ルターは、多層膜による干渉フィルターであり、1μm
以上12μm以下の波長の光を透過させる帯域透過フィ
ルターであることを特徴とする請求項1記載の冷却型赤
外線センサ(請求項3)」を提供する。
【0017】また、本発明は、第4に「前記フィルター
は、多層膜による干渉フィルターであり、3μm以上5
μm以下の波長の光、または、8μm以上12μm以下
の波長の光を透過させる帯域透過フィルターであること
を特徴とする請求項1記載の冷却型赤外線センサ(請求
項4)」を提供する。本発明者は、さらに、これらの冷
却型赤外線センサを配置させた赤外線受光装置を開発し
発明した。本発明は、第5に「光を入射させる入射窓を
有する真空容器と、該真空容器内に前記入射窓に対向し
て設置され、所望の波長領域を透過させるフィルターが
密着配置された冷却型赤外線センサと、前記入射窓に対
向して配置された開口部を有し前記冷却型赤外線センサ
を覆うように配置されたコールドシールド、及び、前記
冷却型赤外線センサ及び前記コールドシールドを冷却す
る冷却手段からなることを特徴とする赤外線受光装置
(請求項5)を提供する。
は、多層膜による干渉フィルターであり、3μm以上5
μm以下の波長の光、または、8μm以上12μm以下
の波長の光を透過させる帯域透過フィルターであること
を特徴とする請求項1記載の冷却型赤外線センサ(請求
項4)」を提供する。本発明者は、さらに、これらの冷
却型赤外線センサを配置させた赤外線受光装置を開発し
発明した。本発明は、第5に「光を入射させる入射窓を
有する真空容器と、該真空容器内に前記入射窓に対向し
て設置され、所望の波長領域を透過させるフィルターが
密着配置された冷却型赤外線センサと、前記入射窓に対
向して配置された開口部を有し前記冷却型赤外線センサ
を覆うように配置されたコールドシールド、及び、前記
冷却型赤外線センサ及び前記コールドシールドを冷却す
る冷却手段からなることを特徴とする赤外線受光装置
(請求項5)を提供する。
【0018】本発明は、第6に「前記フィルターは、多
層膜による干渉フィルターであり、0.7μm以上の波
長の光を透過させる長波長透過フィルターであることを
特徴とする請求項5記載の赤外線受光装置(請求項
6)」を提供する。また、本発明は、第7に「前記フィ
ルターは、多層膜による干渉フィルターであり、1μm
以上12μm以下の波長の光を透過させる帯域透過フィ
ルターであることを特徴とする請求項5記載の赤外線受
光装置(請求項7)」を提供する。
層膜による干渉フィルターであり、0.7μm以上の波
長の光を透過させる長波長透過フィルターであることを
特徴とする請求項5記載の赤外線受光装置(請求項
6)」を提供する。また、本発明は、第7に「前記フィ
ルターは、多層膜による干渉フィルターであり、1μm
以上12μm以下の波長の光を透過させる帯域透過フィ
ルターであることを特徴とする請求項5記載の赤外線受
光装置(請求項7)」を提供する。
【0019】
【作用】本発明の冷却型赤外線センサにおるセンサ基板
は、フィルターの基体としても使用される。即ち、赤外
線が入射する側のセンサ基板の主面に、所望の波長領域
の光を透過させるフィルターが密着配置されている。換
言すれば、本発明の冷却型赤外線センサは、所望の波長
領域の光を透過させるコールドフィルターと一体化され
ているのである。このため、本発明の冷却型赤外線セン
サは、センサ単体だけで所望の波長領域の光をセンサの
光電変換部に入射させることが可能となる。
は、フィルターの基体としても使用される。即ち、赤外
線が入射する側のセンサ基板の主面に、所望の波長領域
の光を透過させるフィルターが密着配置されている。換
言すれば、本発明の冷却型赤外線センサは、所望の波長
領域の光を透過させるコールドフィルターと一体化され
ているのである。このため、本発明の冷却型赤外線セン
サは、センサ単体だけで所望の波長領域の光をセンサの
光電変換部に入射させることが可能となる。
【0020】フィルターは、シリコンやゲルマニウム等
のフィルター基体上に形成された従来の多層膜による干
渉フィルターでよい。即ち、センサ基板上に屈折率の高
い物質(例えばSi、Ge、Se、Te、PbSe、Z
nS)の層と、屈折率の低い物質(例えばLiF、Na
F、NaCl、KBr)の層を蒸着やスパッタ等により
順次積層していくことにより形成される。多層膜による
干渉フィルターは、当然ながら反射防止膜としての作用
も有する。また、フィルター各層の厚さをd、フィルタ
ー各層の屈折率をNとすれば、透過させる光の波長λ
は、λ/4=d×Nで表される。各層の物質及び厚さを
この関係に照らして選択し、多層膜による干渉フィルタ
ーを形成すれば、多層膜の構成により、長波長透過フィ
ルター、帯域透過フィルターが形成される。
のフィルター基体上に形成された従来の多層膜による干
渉フィルターでよい。即ち、センサ基板上に屈折率の高
い物質(例えばSi、Ge、Se、Te、PbSe、Z
nS)の層と、屈折率の低い物質(例えばLiF、Na
F、NaCl、KBr)の層を蒸着やスパッタ等により
順次積層していくことにより形成される。多層膜による
干渉フィルターは、当然ながら反射防止膜としての作用
も有する。また、フィルター各層の厚さをd、フィルタ
ー各層の屈折率をNとすれば、透過させる光の波長λ
は、λ/4=d×Nで表される。各層の物質及び厚さを
この関係に照らして選択し、多層膜による干渉フィルタ
ーを形成すれば、多層膜の構成により、長波長透過フィ
ルター、帯域透過フィルターが形成される。
【0021】赤外線を検知または映像化する際、少なく
とも、0.7μm未満の波長領域の光は、検知や映像化
には不要な光である。このような光が赤外線センサの受
光部に入射すると、ノイズ成分になる。このため、0.
7μm未満の波長領域の光を遮断させ、0.71μm以
上の波長領域の光だけを透過させる長波長透過フィルタ
ーを配置させれば、ノイズは低減されS/N比は向上す
る。
とも、0.7μm未満の波長領域の光は、検知や映像化
には不要な光である。このような光が赤外線センサの受
光部に入射すると、ノイズ成分になる。このため、0.
7μm未満の波長領域の光を遮断させ、0.71μm以
上の波長領域の光だけを透過させる長波長透過フィルタ
ーを配置させれば、ノイズは低減されS/N比は向上す
る。
【0022】また、冷却型赤外線センサは、一般に1〜
12μmの波長領域を検出するのに使用される。従っ
て、1μm以上12μm以下の波長の光を透過させる帯
域透過フィルターを配置させれば、ノイズはさらに低減
され、それに伴いS/N比はさらに向上する。更に、3
〜5μm、及び、8〜12μmの波長領域は、所謂大気
の窓と称され、大気において吸収され難い波長領域であ
る。このため、冷却型赤外線センサは、3〜5μmまた
は8〜12μmの波長領域を検出するのに使用されるこ
とが多い。この場合、3〜5μmや8〜12μmの波長
領域を透過させる帯域透過フィルターを配置させれば、
その他の波長領域の光が受光部に入射されないので、さ
らにノイズ成分は低減され、より好ましい。
12μmの波長領域を検出するのに使用される。従っ
て、1μm以上12μm以下の波長の光を透過させる帯
域透過フィルターを配置させれば、ノイズはさらに低減
され、それに伴いS/N比はさらに向上する。更に、3
〜5μm、及び、8〜12μmの波長領域は、所謂大気
の窓と称され、大気において吸収され難い波長領域であ
る。このため、冷却型赤外線センサは、3〜5μmまた
は8〜12μmの波長領域を検出するのに使用されるこ
とが多い。この場合、3〜5μmや8〜12μmの波長
領域を透過させる帯域透過フィルターを配置させれば、
その他の波長領域の光が受光部に入射されないので、さ
らにノイズ成分は低減され、より好ましい。
【0023】このように、本発明の冷却型赤外線センサ
は、センサ単体にて所望の波長領域の光のみをセンサの
光電変換部に入射させることが可能である。このため、
この冷却型赤外線センサを組み込んだ本発明の赤外線受
光装置は、コールドフィルターを含む冷却ブロックを配
置させずとも、所望の波長領域の光を検出できる。従っ
て、本発明の赤外線受光装置は、S/N比を向上させる
とともに、装置全体を小型化にすることが可能となる。
また、このことにより、冷却を要する容積(センサ、コ
ールドヘッド、コールドシールド)は、冷却ブロックを
配置させた装置よりも小さくなり、冷却効率が向上す
る。
は、センサ単体にて所望の波長領域の光のみをセンサの
光電変換部に入射させることが可能である。このため、
この冷却型赤外線センサを組み込んだ本発明の赤外線受
光装置は、コールドフィルターを含む冷却ブロックを配
置させずとも、所望の波長領域の光を検出できる。従っ
て、本発明の赤外線受光装置は、S/N比を向上させる
とともに、装置全体を小型化にすることが可能となる。
また、このことにより、冷却を要する容積(センサ、コ
ールドヘッド、コールドシールド)は、冷却ブロックを
配置させた装置よりも小さくなり、冷却効率が向上す
る。
【0024】また、長波長フィルターと短波長フィルタ
ーとを適時組み合わせて、冷却型赤外線センサに配置さ
せることにより、所望の波長領域を例えば、1μm以
上、1〜12μm、3〜5μm、8〜12μm等を選択
することが可能となる。このようにすれば、赤外線受光
装置は、さらに、S/N比を向上させることが可能とな
る。
ーとを適時組み合わせて、冷却型赤外線センサに配置さ
せることにより、所望の波長領域を例えば、1μm以
上、1〜12μm、3〜5μm、8〜12μm等を選択
することが可能となる。このようにすれば、赤外線受光
装置は、さらに、S/N比を向上させることが可能とな
る。
【0025】
【実施例】以下、図を引用し、実施例をもって本発明を
詳細に説明する。しかし、本発明は、これらの例に限ら
れるものではない。図1は、一実施例に係る本発明の冷
却型赤外線センサの断面図である。本実施例において
は、ショットキー接合型赤外線センサをもって説明す
る。図1(a)は、センサ基板の裏面から赤外線を入射
させる冷却型赤外線センサである。白金シリサイド膜2
は、P型シリコン基板1の一方の主面上に配置される。
その膜厚は、60〜80Åである。白金シリサイド膜2
とシリコン基板1との界面3は、ショットキー接合が形
成されている。このショットキー接合部は、赤外線を光
電変換させる受光部3である。フィールド部には、熱酸
化によるシリコン酸化膜4が形成されている。
詳細に説明する。しかし、本発明は、これらの例に限ら
れるものではない。図1は、一実施例に係る本発明の冷
却型赤外線センサの断面図である。本実施例において
は、ショットキー接合型赤外線センサをもって説明す
る。図1(a)は、センサ基板の裏面から赤外線を入射
させる冷却型赤外線センサである。白金シリサイド膜2
は、P型シリコン基板1の一方の主面上に配置される。
その膜厚は、60〜80Åである。白金シリサイド膜2
とシリコン基板1との界面3は、ショットキー接合が形
成されている。このショットキー接合部は、赤外線を光
電変換させる受光部3である。フィールド部には、熱酸
化によるシリコン酸化膜4が形成されている。
【0026】白金シリサイド膜2の周囲には、ガードリ
ング5が配置される。これは、白金シリサイド膜2に電
界が集中することによって耐圧が低下することや信号電
荷がリークすることを防止させる。シリコン基板1の表
面には、シリコン酸化膜6が配置される。これは、赤外
線を透過させる。そして、その上に、アルミニウムによ
る金属反射膜7が配置される。さらに、その上には、P
SGによる保護膜8が配置される。シリコン基板1の他
方の主面(裏面)には、3〜5μmの波長領域の光を透
過させるフィルター10が密着配置される。換言すれ
ば、本発明の冷却型赤外線センサは、フィルターと一体
化されている。このフィルター10は、多層膜による干
渉フィルターである。
ング5が配置される。これは、白金シリサイド膜2に電
界が集中することによって耐圧が低下することや信号電
荷がリークすることを防止させる。シリコン基板1の表
面には、シリコン酸化膜6が配置される。これは、赤外
線を透過させる。そして、その上に、アルミニウムによ
る金属反射膜7が配置される。さらに、その上には、P
SGによる保護膜8が配置される。シリコン基板1の他
方の主面(裏面)には、3〜5μmの波長領域の光を透
過させるフィルター10が密着配置される。換言すれ
ば、本発明の冷却型赤外線センサは、フィルターと一体
化されている。このフィルター10は、多層膜による干
渉フィルターである。
【0027】光9は、シリコン基板1の裏面側に配置さ
れたフィルター10に入射する。光はさらに受光部に向
かって進む。しかし、フィルター10が配置されている
ことにより、3〜5μm以外の波長の光は、遮断され、
3〜5μmの波長領域の光だけが透過する。また、この
フィルター10は、多層膜による干渉フィルターであ
り、光9の反射も防止している。フィルター10を透過
した3〜5μmの波長領域の光は、受光部3に入射し、
その一部は、光電変換され信号電荷となる。光電変換さ
れずに透過した赤外線は、金属反射膜7によって反射さ
れ、再度受光部3に入射する。そして、光電変換され信
号電荷となる。
れたフィルター10に入射する。光はさらに受光部に向
かって進む。しかし、フィルター10が配置されている
ことにより、3〜5μm以外の波長の光は、遮断され、
3〜5μmの波長領域の光だけが透過する。また、この
フィルター10は、多層膜による干渉フィルターであ
り、光9の反射も防止している。フィルター10を透過
した3〜5μmの波長領域の光は、受光部3に入射し、
その一部は、光電変換され信号電荷となる。光電変換さ
れずに透過した赤外線は、金属反射膜7によって反射さ
れ、再度受光部3に入射する。そして、光電変換され信
号電荷となる。
【0028】本実施例において、フィルター10は、3
〜5μmを透過させるものを使用したが、本発明はこれ
に限られるものではなく、1μm以上の光を透過させる
長波長透過フィルターや、1〜12μmの波長の光を透
過させる帯域透過フィルターでも構わない。このように
フィルターとセンサとを一体化させることにより、冷却
型赤外線センサは、センサ単体だけで所望の波長領域の
光を検出することができ、S/N比を向上させることが
可能となる。
〜5μmを透過させるものを使用したが、本発明はこれ
に限られるものではなく、1μm以上の光を透過させる
長波長透過フィルターや、1〜12μmの波長の光を透
過させる帯域透過フィルターでも構わない。このように
フィルターとセンサとを一体化させることにより、冷却
型赤外線センサは、センサ単体だけで所望の波長領域の
光を検出することができ、S/N比を向上させることが
可能となる。
【0029】図1(b)は、センサ基板の表面から赤外
線を入射させる冷却型赤外線センサである。このセンサ
の構成は、3μm以上の波長領域の光を透過させる多層
膜による干渉フィルター10が表面側に配置されたこと
を除き、図1(a)と同じである。光9は、シリコン基
板2の表面側に配置されたフィルター10に入射する。
光はさらに受光部3に向かって進む。しかし、フィルタ
ー10が配置されていることにより、3μm未満の波長
の光は、遮断され、3μm以上の波長領域の光だけが透
過する。また、このフィルター10は、多層膜による干
渉フィルターであり、光9の反射も防止している。フィ
ルター10を透過した3μm以上の波長領域の光は、受
光部3に入射して光電変換され信号電荷となる。
線を入射させる冷却型赤外線センサである。このセンサ
の構成は、3μm以上の波長領域の光を透過させる多層
膜による干渉フィルター10が表面側に配置されたこと
を除き、図1(a)と同じである。光9は、シリコン基
板2の表面側に配置されたフィルター10に入射する。
光はさらに受光部3に向かって進む。しかし、フィルタ
ー10が配置されていることにより、3μm未満の波長
の光は、遮断され、3μm以上の波長領域の光だけが透
過する。また、このフィルター10は、多層膜による干
渉フィルターであり、光9の反射も防止している。フィ
ルター10を透過した3μm以上の波長領域の光は、受
光部3に入射して光電変換され信号電荷となる。
【0030】図2は、一実施例にかかる本発明の赤外線
受光装置の断面図である。所望の波長領域の光を透過さ
せるフィルター11aとセンサ基板11bとが一体化さ
れた冷却型赤外線センサ11がコールドヘッド12に固
定される。コールドヘッド12は、銅で形成された熱伝
導性の優れた支持台であり、冷却機によって冷却されて
いる。コールドヘッド12には、さらに開口部14を有
するコールドシールド13が固定されている。これによ
り、冷却型赤外線センサ11及びコールドシールド13
は、コールドヘッド12を介して77K程度に冷却され
る。コールドシールド13の開口部14は、冷却型赤外
線センサ11に対向するように配置される。これは、真
空容器15の内壁からの赤外線の輻射光が冷却型赤外線
センサ11に入射することを防止し、且つ、赤外線セン
サ11の視野角を定めるために配置される。冷却型赤外
線センサ11、コールドヘッド12、及びコールドシー
ルド13は、シリコンにより形成された入射窓16を有
する真空容器15の中に配置される。なお、シリコン
は、赤外線を透過させる物質である。入射窓16は、コ
ールドシールド13の開口部14に対向するように配置
される。また、真空容器15の中は、真空に保持され
る。
受光装置の断面図である。所望の波長領域の光を透過さ
せるフィルター11aとセンサ基板11bとが一体化さ
れた冷却型赤外線センサ11がコールドヘッド12に固
定される。コールドヘッド12は、銅で形成された熱伝
導性の優れた支持台であり、冷却機によって冷却されて
いる。コールドヘッド12には、さらに開口部14を有
するコールドシールド13が固定されている。これによ
り、冷却型赤外線センサ11及びコールドシールド13
は、コールドヘッド12を介して77K程度に冷却され
る。コールドシールド13の開口部14は、冷却型赤外
線センサ11に対向するように配置される。これは、真
空容器15の内壁からの赤外線の輻射光が冷却型赤外線
センサ11に入射することを防止し、且つ、赤外線セン
サ11の視野角を定めるために配置される。冷却型赤外
線センサ11、コールドヘッド12、及びコールドシー
ルド13は、シリコンにより形成された入射窓16を有
する真空容器15の中に配置される。なお、シリコン
は、赤外線を透過させる物質である。入射窓16は、コ
ールドシールド13の開口部14に対向するように配置
される。また、真空容器15の中は、真空に保持され
る。
【0031】検出される赤外線は、真空容器15に取り
付けられた入射窓16を通して冷却型赤外線センサ11
に入射する。このコールドシールド13はコールドヘッ
ド12により冷却されるているので、コールドシールド
自体からの赤外線の輻射は無視できるくらい小さくな
り、その開口部14から入射した赤外線だけを冷却型赤
外線センサ11に入射させることができる。
付けられた入射窓16を通して冷却型赤外線センサ11
に入射する。このコールドシールド13はコールドヘッ
ド12により冷却されるているので、コールドシールド
自体からの赤外線の輻射は無視できるくらい小さくな
り、その開口部14から入射した赤外線だけを冷却型赤
外線センサ11に入射させることができる。
【0032】冷却型赤外線センサ11のセンサ基板11
aには、赤外線が入射する主面にフィルター11bが密
着配置されている。換言すれば、センサとフィルターが
一体化されている。コールドシールド13から入射した
赤外線は、フィルター11bに入射し、さらにセンサ1
1の受光部に向かって進む。しかし、フィルター11b
が配置されていることにより、3μm未満の波長の光は
遮断され、3μm以上の波長領域の光だけが透過する。
また、このフィルター11bは、多層膜による干渉フィ
ルターであり、光の反射も防止している。フィルター1
1bを透過した3μm以上の波長領域の光は、センサ1
1の受光部に入射し、光電変換され信号電荷となる。生
じた信号電荷は、赤外線受光装置の外部に出力される。
aには、赤外線が入射する主面にフィルター11bが密
着配置されている。換言すれば、センサとフィルターが
一体化されている。コールドシールド13から入射した
赤外線は、フィルター11bに入射し、さらにセンサ1
1の受光部に向かって進む。しかし、フィルター11b
が配置されていることにより、3μm未満の波長の光は
遮断され、3μm以上の波長領域の光だけが透過する。
また、このフィルター11bは、多層膜による干渉フィ
ルターであり、光の反射も防止している。フィルター1
1bを透過した3μm以上の波長領域の光は、センサ1
1の受光部に入射し、光電変換され信号電荷となる。生
じた信号電荷は、赤外線受光装置の外部に出力される。
【0033】このように、フィルターと一体化された冷
却型赤外線センサを組み込んだ赤外線受光装置は、コー
ルドフィルター付きの冷却ブロックを配置させずとも、
所望の波長領域の光を検出できる。従って、本発明の赤
外線受光装置は、S/N比を向上させるとともに、装置
全体を小型化にすることが可能となる。また、このこと
により、冷却を要する容積(センサ11、コールドヘッ
ド12、コールドシールド13)は、冷却ブロックを配
置させた装置よりも小さくなり、冷却効率が向上する。
却型赤外線センサを組み込んだ赤外線受光装置は、コー
ルドフィルター付きの冷却ブロックを配置させずとも、
所望の波長領域の光を検出できる。従って、本発明の赤
外線受光装置は、S/N比を向上させるとともに、装置
全体を小型化にすることが可能となる。また、このこと
により、冷却を要する容積(センサ11、コールドヘッ
ド12、コールドシールド13)は、冷却ブロックを配
置させた装置よりも小さくなり、冷却効率が向上する。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明の冷却型赤外線セ
ンサは、赤外線の入射する側の主面に所望の波長領域の
光を透過させるフィルターが密着配置されているので、
センサ単体でノイズの原因となる不要な波長領域の光を
遮断させ、所望の波長領域の光だけをセンサの受光部に
入射させることができる。このため、センサ単体でノイ
ズを低減させ、これに伴い、S/N比を向上させること
が出来るという効果がある。
ンサは、赤外線の入射する側の主面に所望の波長領域の
光を透過させるフィルターが密着配置されているので、
センサ単体でノイズの原因となる不要な波長領域の光を
遮断させ、所望の波長領域の光だけをセンサの受光部に
入射させることができる。このため、センサ単体でノイ
ズを低減させ、これに伴い、S/N比を向上させること
が出来るという効果がある。
【0035】また、本発明の赤外線受光装置は、フィル
ターと一体化させた冷却型赤外線センサを用いているの
で、コールドフィルター付きの冷却ブロックを配置させ
る必要がない。このため、S/N比を向上させるととも
に、装置全体が小型になると言う効果がある。さらに、
それにより冷却効率が向上するにで、冷却機の冷却能力
が小さくて済むという効果もある。
ターと一体化させた冷却型赤外線センサを用いているの
で、コールドフィルター付きの冷却ブロックを配置させ
る必要がない。このため、S/N比を向上させるととも
に、装置全体が小型になると言う効果がある。さらに、
それにより冷却効率が向上するにで、冷却機の冷却能力
が小さくて済むという効果もある。
【図1】一実施例に係る本発明の冷却型赤外線センサの
断面図である。
断面図である。
【図2】一実施例にかかる本発明の赤外線受光装置の断
面図である。
面図である。
【図3】従来の冷却型赤外線センサの平面図である。
【図4】図3のA−A’の断面に相当する従来の冷却型
赤外線センサの部分断面図である。
赤外線センサの部分断面図である。
【図5】従来の赤外線受光装置の断面図である。
【図6】図6は、従来の別の例を示す赤外線受光装置の
断面図である。
断面図である。
1、17・・・シリコン基板 2・・・白金シリサイド 3、18・・・受光部(基板とシリサイドとの界面) 4・・・熱酸化によるシリコン酸化膜 5・・・ガードリング 6・・・絶縁膜(PSG) 7・・・金属反射膜 8・・・保護膜(PSG) 9・・・光 10、11b・・・フィルター 11・・・冷却型赤外線センサ 11a・・センサ基板 12・・・コールドヘッド 13・・・コールドシールド 14・・・開口部 15・・・真空容器 16・・・入射窓 19・・・垂直電荷転送部 20・・・水平電荷転送部 21・・・出力端 22・・・反射防止膜 23・・・冷却ブロック 24・・・コールドフィルター 以上
Claims (8)
- 【請求項1】 基板の一方の主面上に、受光部が配置さ
れた冷却型赤外線センサにおいて、 所望の波長領域の光を透過させるフィルターが、前記基
板における赤外線の入射する側の主面に密着配置された
ことを特徴とする冷却型赤外線センサ。 - 【請求項2】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、0.7μm以上の波長の光を透過させ
る長波長透過フィルターであることを特徴とする請求項
1記載の冷却型赤外線センサ。 - 【請求項3】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、1μm以上12μm以下の波長の光を
透過させる帯域透過フィルターであることを特徴とする
請求項1記載の冷却型赤外線センサ。 - 【請求項4】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、3μm以上5μm以下の波長の光、ま
たは、8μm以上12μm以下の波長の光を透過させる
帯域透過フィルターであることを特徴とする請求項1記
載の冷却型赤外線センサ。 - 【請求項5】 光を入射させる入射窓を有する真空容器
と、該真空容器内に前記入射窓に対向して設置され、所
望の波長領域を透過させるフィルターが密着配置された
冷却型赤外線センサと、前記入射窓に対向して配置され
た開口部を有し前記冷却型赤外線センサを覆うように配
置されたコールドシールド、及び、前記冷却型赤外線セ
ンサ及び前記コールドシールドを冷却する冷却手段から
なることを特徴とする赤外線受光装置。 - 【請求項6】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、0.7μm以上の波長の光を透過させ
る長波長透過フィルターであることを特徴とする請求項
5記載の赤外線受光装置。 - 【請求項7】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、1μm以上12μm以下の波長の光を
透過させる帯域透過フィルターであることを特徴とする
請求項5記載の赤外線受光装置。 - 【請求項8】 前記フィルターは、多層膜による干渉フ
ィルターであり、3μm以上5μm以下の波長の光、ま
たは、8μm以上12μm以下の波長の光を透過させる
帯域透過フィルターを透過させる帯域透過フィルターで
あることを特徴とする請求項5記載の赤外線受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142190A JPH08334407A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷却型赤外線センサ及びこれを用いた赤外線受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142190A JPH08334407A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷却型赤外線センサ及びこれを用いた赤外線受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334407A true JPH08334407A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15309487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7142190A Pending JPH08334407A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷却型赤外線センサ及びこれを用いた赤外線受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08334407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010272856A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Korea Electronics Telecommun | 輻射熱を熱源として利用する熱電素子及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-06-08 JP JP7142190A patent/JPH08334407A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010272856A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Korea Electronics Telecommun | 輻射熱を熱源として利用する熱電素子及びその製造方法 |
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