焦電型赤外線センサ
【課題】光利用効率がよく高感度の、加工が容易であって安価な、赤外線透過フィルタを有する焦電型赤外線センサを提供すること。
【解決手段】赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であること。
【解決手段】赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電素子と赤外線透過フィルタからなり、人体等から放射される赤外線を検知する焦電型赤外線センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焦電型赤外線センサに用いられる焦電素子は、光を熱源として用いており、焦電素子自体は、光の波長依存性が低いため、光を選択する透過フィルタを用意することにより、必要な波長を容易に選べる特性を有する。従って、人体等を検出する焦電型赤外線センサの性能を最大限に発揮させるために、検知する特定波長の赤外線の光を効率よく焦電素子に到達させることが重要である。
【０００３】
すなわち、従来の焦電型赤外線センサは、赤外線を検知するための焦電素子と、入射経路に設置された赤外線透過性基板と、赤外線透過性基板の表面または裏面に矩形の形状をした凹凸を有した回折光学レンズを一体に形成して、焦電素子に集光または結像させて赤外線を検知する構造を形成したものが用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９２０２６号公報（第３頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す従来の焦電型赤外線センサは、赤外線透過性基板の表面または裏面に回折光学レンズを形成するものであるが、赤外線透過性基板の表面上に溝を形成する２レベルの回折光学レンズは光利用効率が４０％程度と低いため感度に問題があり、光利用効率を更に向上するためには階段状に８レベルの８段階の段を形成せねばならず、加工が難しく、そして、製造工数が掛かり高価になる問題があった。
【０００７】
そして、赤外線透過性基板に形成した溝を、回折光学レンズの機能に形成したため、赤外線透過フィルタとしての機能を更に形成させるために、その表面と裏面に特定波長領域のみを透過する干渉膜フィルタを形成することが必要であり、従って、製造工数が掛かり高価になる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、光利用効率がよく、高感度の、加工が容易であって安価な、赤外線透過フィルタを有する焦電型赤外線センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焦電型赤外線センサは、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であることを特徴とする。
【００１０】
この場合、赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、溝部で形成され、赤外線透過性基板の表面と裏面の溝方向が、同一方向であることが好ましい。
【００１１】
また、焦電素子に形成された受光電極パターンと、赤外線透過性基板に形成された前記溝部の溝方向を整合することにより、焦電素子の感度に指向性を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、矩形周期構造体の溝部の溝幅は、溝ピッチの３分の２であることが好ましい。
【００１３】
また、赤外線透過性基板に形成された凹部の形状は、円柱或いは角柱形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、赤外線透過性基板の両面に、赤外線の波長以下のピッチの凹部による矩形周期構造体を形成し、その両面に形成した矩形周期構造体の見かけ上の屈折率を下げることで、赤外線の透過率が向上し、赤外線透過性基板が赤外線透過フィルタの機能を有することが可能となる。
そして、赤外線透過性基板に形成された凹部と、焦電素子の受光電極と整合することで、焦電素子の感度に指向性を有することを可能としたので、小型で、低価格の、光利用効率の高い、高感度の焦電型赤外線センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の焦電型赤外線センサの外観の斜視図である。
【図２】本発明の焦電型赤外線センサの構成を説明するための分解斜視図である。
【図３】本発明の焦電型赤外線センサの構成を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施例１における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体を説明するための模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施例１における赤外線透過フィルタの矩形周期構造体の屈折率と赤外線の透過率の関係を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の実施例１における溝部の矩形周期構造体と入射光の関係を説明するための部分断面図である。
【図７】本発明の実施例１における溝部の方向と受光電極の配置による整合を説明するための焦電型赤外線センサの平面図である。
【図８】本発明の実施例２における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の六角柱形状の凹部を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の実施例３における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の円柱形状の凹部を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施例において、人が発する赤外線、すなわち、波長約１０μｍの赤外線を検知する焦電型赤外線センサを例として説明する。
【００１７】
［実施例１]
図１から図７は、本実施例１の焦電型赤外線センサの構成を説明するための図面であり、図１は、この焦電型赤外線センサの外観を説明するための斜視図である。図２は、この焦電型赤外線センサの構成を説明するための分解斜視図である。図３は、この焦電型赤外線センサの構成を説明するための断面図である。図４は、赤外線透過性基板の表面と裏面に、一定ピッチの溝部により形成された矩形周期構造体を説明するための模式的に示す断面図である。図５は、赤外線透過フィルタの赤外線透過性基板に形成された溝部による矩形周期構造体の見かけ上の屈折率と赤外線透過フィルタの赤外線の透過率の関係を説明するためのグラフである。図６は、赤外線透過性基板に形成された溝部による矩形周期構造体の指向性を説明するための部分断面図である。図７は、赤外線透過性基板に形成された溝部の方向と焦電素子に形成された受光電極との配置による整合を説明するための焦電型赤外線センサの平面図である。
【００１８】
［焦電型赤外線センサの全体構成：図１〜図３］
まず、図１から図３を用いて実施例１の焦電型赤外線センサの全体構成を説明する。
なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００１９】
図1に示すように、焦電型赤外線センサ１は、いわゆる、表面実装型であって、外形寸法は、幅４ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚さ３ｍｍほどで、非常に小型の形状に形成されている。ケース１２は、その内部に焦電素子と電子回路を内蔵し、ケース１２のケース窓１２１の内側には、シリコン基板からなる平板の赤外線透過フィルタ１１が配置され、赤外線が入射する窓として形成されている。
【００２０】
図２の焦電型赤外線センサ１の分解斜視図に示すように、回路基板１４は、ＢＴレジン（三菱ガス化学の商標名）からなるガラス基材銅張積層板であって、その上面には、固定抵抗素子１５と電界効果トランジスタ１６が実装され、焦電素子の高い出力インピーダンスを下げる働きを担った電子回路を形成している。そして、下面には、端子（図示せず）が形成され、電子回路の駆動電源端子と検出信号の出力端子を備え、表面実装が可能なように配置されている。
【００２１】
スペーサ基板１３は、回路基板１４と同様の材質からなり、焦電素子１０と回路基板１４を電気的に接続する配線パターン（図示せず）を有し、銀ペーストにて回路基板１４に接着固定されて電気的に接合されている。
【００２２】
焦電素子１０は、ＬｉＴａＯ３からなり、熱伝導の影響を極力小さくするため、構成部品との接触面積を小さくして、浮かした状態で配設するのが好ましく、スペーサ基板１３の中段に、両端を銀ペーストで接合され、上述したように、スペーサ基板１３の配線パターンを経由して、電気的に電子回路１４と接続されている。
そして、焦電素子１０の両面には、ニッケルを含有する黒体塗料からなる受光電極１０１が形成され、赤外線を吸収し、焦電効果をより発揮する機能を有している。
【００２３】
焦電素子１０の上部には、赤外線透過フィルタ１１がスペーサ基板１３に位置決め接着され、銀ペーストで接合して配設されている。そして、その赤外線透過フィルタ１１は、入射光に含まれる赤外線を、焦電素子１０の受光電極１０１に透過する。赤外線透過フィルタ１１に付いては、図４〜図６にて詳細に説明する。
【００２４】
ケース１２は、ＳＰＣＣ或いはＳＵＳからなり、焦電素子１０を外乱光から遮光すると共に電磁シールドする機能を有し、上述したように、赤外線透過フィルタ１１に赤外線の入射を可能にするように、ケース窓１２１を備えている。
【００２５】
図３に示すように、赤外線透過フィルタ１１は、焦電型赤外線センサ１に入射する入射光３０のほぼ赤外線だけを透過して、焦電素子１０の受光電極１０１に赤外線の熱を伝達する。すると、焦電素子１０は、入射熱量に応じて分極し、その分極量に応じた焦電電流を発生する。この焦電電流は、固定抵抗素子１５によって電圧値に変換され、その電圧信号は、電界効果トランジスタ１６により赤外線検出信号として出力される。従って、赤外線透過フィルタ１１による赤外線の透過率の向上が、焦電型赤外線センサの感度の向上を可能としている。
【００２６】
［実施例１の赤外線透過フィルタの説明：図４〜図６］
図４において、本発明の基本的な考え方を説明する。
一般によく知られているように、入射光の波長以下のピッチの周期構造を持った構造体を物質表面に形成するモスアイ構造においては、空気側からその物質中に光が入射する際、物質表面の矩形の周期構造体の存在により、光は空気とこの物質との中間の屈折率を持つ物質が、矩形の周期構造体に存在すると感じて、その部分の屈折率が低下する。
【００２７】
従って、赤外線透過性基板の表面上に、赤外線の波長以下のピッチで複数個の溝を形成し、矩形の矩形周期構造体を形成することで、赤外線透過性基板本体の屈折率より低い屈折率の部分を、この矩形周期構造体で形成することが可能となる。
【００２８】
図４（ａ）は、図２に示す赤外線透過フィルタ１１の溝の長手方向に対して垂直方向の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部の拡大断面図である。
図４（ａ）に示すように、赤外線透過フィルタ１１は、赤外線透過性基板２０の表面と裏面に同一方向に、赤外線の波長以下のピッチで複数個の溝を形成して、矩形周期構造体２３が構成されている。
【００２９】
図４（ｂ）のＡ部拡大断面図に示すように、この矩形周期構造体２３は、赤外線透過性基板２０の表面に、凹部として、一定間隔のピッチＰで一定深さＬの溝幅Ｗを有する溝部２１と、凸部である矩形壁部２２が形成されており、溝深さＬは、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（赤外線透過性基板の屈折率をＮ）が望ましい。そして、矩形周期構造体２３は、入射光の波長よりも短い周期構造を持っているから、赤外線に対するこの矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、溝部のピッチをＰ、溝の幅をＷ、物質の屈折率をＮ、空気の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｗ＋Ｎ×（Ｐ−Ｗ））／Ｐで表される。
【００３０】
上記の式により、矩形周期構造体２３の屈折率は、溝部２１のピッチＰを一定にして、溝部２１の溝幅Ｗをパラメータとすることで、所定の屈折率に設定することが可能となり、また、溝部２１の溝幅Ｗを一定にして、ピッチＰをパラメータとすることであっても、所定の屈折率に設定することが可能となる。すなわち、赤外線透過性基板２０の材質による屈折率Ｎから空気の屈折率＝１まで、屈折率Ｎｘを設定することが可能となる。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、入射光３０は、空気層から矩形周期構造体２３に入射し、そして、赤外線透過性基板２０を透過し、再び、矩形周期構造体２３を透過して、空気層に赤外線３１を出射して、焦電センサの受光電極に達する。
【００３２】
一般に知られているように、フレンネルの法則から界面の２つの屈折率をｎ１、ｎ２とすると、反射率Ｒと透過率Ｔは、Ｒ＝（（ｎ２／ｎ１）−１）２／（（ｎ２／ｎ１）＋１）２、Ｔ＝１−Ｒ、で表される。例えば、Ｓｉからなる赤外線透過性基板（屈折率＝３．４）そのものに直接赤外線を透過した場合は、上記関係式から、空気層から赤外線透過性基板の透過率＝７０％、赤外線透過性基板から空気層の透過率＝７０％、従って、赤外線透過性基板そのものを透過する赤外線の透過率は、０．７×０．７＝０．４９となり、４９％である。
【００３３】
図５のグラフに示すように、赤外線透過性基板の両面に矩形周期構造体を形成した場合は、矩形周期構造体の屈折率Ｎｘを横軸にパラメータとしたとき、赤外線透過フィルタを透過する赤外線の透過率は、矩形周期構造体の屈折率Ｎｘ＝１．８のとき、最大値０．６９を有する曲線となる。すなわち、空気層から矩形周期構造体の透過率＝９２％、矩形周期構造体から赤外線透過性基板の透過率＝９０．５％、赤外線透過性基板から矩形周期構造体の透過率＝９０．５％、矩形周期構造体から空気層の透過率＝９２％、故、０．９２×０．９０５×０．９０５×０．９２＝０．６９となり、６９％の最大値を得る。
【００３４】
矩形周期構造体の屈折率Ｎｘ＝１．８となるのは、上述した式から、矩形周期構造体のピッチＰと溝幅Ｗの関係が、Ｐ：Ｗ＝３：２である。すなわち、赤外線透過性基板の両面に、矩形周期構造体のピッチＰに対し溝幅Ｗが３分の２の矩形周期構造体を形成することで、２０％も透過率が向上する。
【００３５】
次に、図６において、溝部により形成した矩形周期構造体の入射光に対する特性について説明する。図６（ａ）は、図４（ａ）と同様に、矩形周期構造体と入射光の関係を説明するための溝の長手方向に垂直な面と入射光を示す部分拡大断面図であり、図６（ｂ）は、溝の長手方向に平行な面と入射光を示す部分拡大断面図である
【００３６】
図６（ａ）において、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の長手方向に垂直な断面で示すように、上方から垂直に入射する垂直入射光３２は、溝部とそのピッチによって形成された矩形周期構造体２３の溝深さＬの奥にまで入射し、矩形周期構造体２３を認識して、図５で説明したように透過率が高くなる。しかし、斜め上方から入射する斜め入射光３３は、見た目上必要な溝深さＬ（Ｌ＞λ／（Ｎ−１））が得られないため、矩形周期構造体２３が形成されているにも拘わらず認識できず、赤外線透過性基板２０自体の屈折率と認識して、屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００３７】
図６（ｂ）において、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の長手方向に平行な断面で示すように、上方から垂直に入射する垂直入射光３４は、図６（ａ）の垂直入射光３２と同様に、溝深さＬの奥にまで入射し、矩形周期構造体２３と認識して、矩形周期構造体２３の屈折率によって、透過率が高くなる。そして、斜め上方から入射する斜め入射光３５も、見た目上必要な溝深さＬの奥まで入射するから、矩形周期構造体２３を認識して、垂直入射光３４と同様に、透過率が高くなる。
【００３８】
すなわち、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の溝の長手方向に対して平行な斜め方向の入射光は透過率が高い、しかし、溝の長手方向に対して直交する斜め方向の入射光は、透過率が低いことにより、赤外線透過フィルタ１１が指向性の特徴を有することになる。従って、赤外線透過性基板の両面に形成される溝部を有する矩形周期構造体は表面と裏面の溝方向が同一であることが、指向性の特徴をより発揮する必須条件となる。
更に、赤外線透過性基板２０に溝部２１を形成することは、２レベルの単なる凹凸であるから加工が容易で、製造工数が短く、安価に製造することが可能となる。
【００３９】
図７は、焦電型赤外線センサ１の平面図であって、赤外線透過フィルタ１１を透過して焦電素子の受光電極１０１と赤外線透過性基板の溝部の配置を示した模式的な図である。
図７に示すように、ＸＹ軸に対して、赤外線透過フィルタ１１は、両面に同一方向に形成された溝部２１の長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向として配置されている。受光電極１０１は、Ｈ形に形成され、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１ＲがＸ軸方向に並んで配置されている。そして、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１Ｒのいずれか一方の電極に赤外線が入射した場合、あるいは、左右の電極間に赤外線入射の差がある場合は、赤外線の入射に応じた検出信号を出力する。そして、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１Ｒに同時に赤外線が入射した場合、あるいは、左右の電極間に赤外線入射の差がない場合は、気温の上昇などの誤検出対策のため、検出信号を出力しない構成となっている。
【００４０】
すなわち、Ｈ形に形成された受光電極１０１を有する焦電素子１０は、Ｘ軸方向の右から左、或いは左から右に赤外線が走査する入射に感度を有し、Ｙ軸方向で受光電極１０１に左右同時に赤外線が走査する入射には反応しない。
従って、本実施例１の赤外線透過フィルタ１１の赤外線の透過率の高い溝部２１の長手方向と、焦電素子１０のＸ軸方向と、を一致して配置することで整合させて、Ｘ軸方向に対して一段と感度が高い焦電型赤外線センサを提供することが可能となる。更に、赤外線透過フィルタの透過率の低いＹ軸方向と、受光電極のＹ軸方向と、一致して配置することで、斜め上下方向の感度を押えて、誤検出、及び、小動物の動きなどに対しても、感度を低く押える特徴を有することが可能となる。
【００４１】
［実施例２の赤外線透過フィルタの説明：図８］
図８は、本発明の実施例２における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す図であり、実施例１に説明した溝部の替わりに六角柱形状の凹部を形成した矩形周期構造体の一部分の斜視図である。
【００４２】
図８（ａ）は、赤外線透過性基板の表面に六角柱形状の凹部で形成された矩形周期構造体の一部を抜き出して模式的に示す部分的な斜視図であり、実際は、この斜視図の周囲に同様の構造体が連続して広がって形成されている。図８（ｂ）は、この矩形周期構造体のＢ部を更に拡大して示した平面図である。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、矩形周期構造体２３は、赤外線透過性基板２０の表面に凹部として、実施例１の溝部に相当する六角柱形状の穴部２５が、赤外線の波長以下のピッチＰ（図８（ｂ）参照）で連続して形成され、そして、穴部２５の周囲の壁部２６と共に、いわゆる、ハニカム構造の形状で構成されている。穴部２５の周囲の壁部２６は、実施例１で説明した矩形壁部２２に相当し凸部を形成している。
【００４４】
図８（ｂ）に示すように、矩形周期構造体２３は、穴部２５とその周囲の六角形の壁部２６（二点差線で示す）からなるセル２４の集合体により形成される。隣り合った六角形のセル２４は、赤外線の波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、平面図上の穴部２５の表面積をＳ１、壁部２６の表面積をＳ２、および、赤外線透過性基板の屈折率をＮ、穴部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００４５】
上記の式により、矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、一定ピッチで形成された穴部２５の表面積Ｓ１をパラメータとすることで、すなわち、壁部２６の外形形状を一定にして穴部の形状をパラメータとして、所定の屈折率に設定することが可能であり、他方、一定表面積で形成された穴部２５のピッチを、赤外線の波長以下の値で、パラメータとすること、すなわち、壁部２６の外形形状をパラメータとして、実施例１と同様に、透過率が最大となる所定の屈折率に設定することが可能となる。
【００４６】
そして、斜めから入射する様々な方向からの赤外線は、図６（ａ）において説明した斜め入射光３３のように、溝部２１に相当する凹部が六角形の穴部２５であるから、見た目上必要な溝深さが得られないため、矩形周期構造体２３を認識できず、赤外線透過性基板２０そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体２３があっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００４７】
従って、図８に示す六角形状の穴部２５で形成された矩形周期構造体２３を表面と裏面に有する赤外線透過フィルタは、垂直方向の入射光に対してだけ透過率が高く、指向性の高い特徴を有する。すなわち、この六角柱の凹部を持つ赤外線透過フィルタを組み込んだ焦電型赤外線センサ１は、非常に狭い範囲に感度が絞られから、ノイズに強く、誤動作の少ない、高い感度を有することが可能となる。そして、赤外線透過性基板に単に２レベルの凹凸として、六角柱の凹部を形成するだけの、加工の容易な安価な赤外線透過フィルタを得ることが可能となる。
【００４８】
［実施例３の赤外線透過フィルタの説明：図９］
図９は、本発明の実施例３における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す斜視図であり、実施例２に説明した六角柱の凹部の替わりに円柱形の凹部を形成した矩形周期構造体の一部分の斜視図である。
【００４９】
図９（ａ）は、赤外線透過性基板の表面に円柱形状の凹部で形成された矩形周期構造体の一部を抜き出して模式的に示す部分的な斜視図であり、実際は、この斜視図の周囲に同様の構造体が連続して広がって形成されている。図９（ｂ）は、この矩形周期構造体のＣ部を更に拡大して示した平面図である。
【００５０】
図９（ａ）に示すように、矩形周期構造体２３は、凹部として、実施例２の六角柱形状の穴部に相当する円柱形状の穴部２８が、赤外線の波長以下のピッチＰ（図９（ｂ）参照）で連続して形成されて構成されている。穴部２８の周囲の壁部２９は、実施例２で説明した壁部２６に相当し凸部を形成している。
【００５１】
図９（ｂ）に示すように、矩形周期構造体２３は、穴部２８とその周囲の壁部２９（二点差線で示す）からなるセル２７の集合体により形成される。隣り合ったセル２７は、赤外線の波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、実施例２と同様に、平面図上の穴部２８の表面積をＳ１、壁部２９の表面積をＳ２、および、赤外線透過性基板の屈折率をＮ、穴部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００５２】
従って、矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、実施例２と同様に、透過率が最大となる所定の屈折率に設定することが可能となる。
そして、実施例２と同様に、斜めから入射する様々な方向の赤外線は、矩形周期構造体２３を認識できず、赤外線透過性基板２０そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体２３であっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００５３】
従って、図９に示す円柱の穴で形成された矩形周期構造体２３は、垂直方向の入射光に対してだけ透過率が高く形成された赤外線透過フィルタを形成し、指向性の高いノイズに強い特徴を有する。すなわち、この円柱の凹部を持つ赤外線透過フィルタを組み込んだ焦電型赤外線センサ１は、実施例２と同様に、非常に狭い範囲に感度が絞られ、誤動作の少ない高い感度を有することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、シリコン基板からなる赤外線透過性基板は、ゲルマニュウム基板であっても同様に、赤外線に対して透過フィルタが形成可能である。
【００５５】
更に、赤外線透過性基板の両面に形成される矩形周期構造体の凹部の形状に関して、実施例２と実施例３で説明したように、穴部の六角柱形状と円柱形状は、全く同等の効果が得られている。従って、表面側の矩形周期構造体の凹部を六角形状に形成し、裏面側の矩形周期構造体の凹部を円柱形状に形成しても、同等の効果があることは言うまでもない。
更に、凹部の六角柱形状は、角柱であれば、四角柱、八角柱形状であっても、良いことは明らかである。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１：焦電型赤外線センサ
１０：焦電素子
１１：赤外線透過フィルタ
１２：ケース
１３：スペーサ基板
１４：回路基板
１５：固定抵抗素子
１６：電界効果トランジスタ
２０：赤外線透過性基板
２１：溝部
２２：矩形壁部
２３：矩形周期構造体
２４、２７：セル
２５、２８：穴部
２６、２９：壁部
３０：入射光
３１：赤外線
３２、３４：垂直入射光
３３、３５：斜め入射光
１０１：受光電極
１２１：ケース窓
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電素子と赤外線透過フィルタからなり、人体等から放射される赤外線を検知する焦電型赤外線センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焦電型赤外線センサに用いられる焦電素子は、光を熱源として用いており、焦電素子自体は、光の波長依存性が低いため、光を選択する透過フィルタを用意することにより、必要な波長を容易に選べる特性を有する。従って、人体等を検出する焦電型赤外線センサの性能を最大限に発揮させるために、検知する特定波長の赤外線の光を効率よく焦電素子に到達させることが重要である。
【０００３】
すなわち、従来の焦電型赤外線センサは、赤外線を検知するための焦電素子と、入射経路に設置された赤外線透過性基板と、赤外線透過性基板の表面または裏面に矩形の形状をした凹凸を有した回折光学レンズを一体に形成して、焦電素子に集光または結像させて赤外線を検知する構造を形成したものが用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９２０２６号公報（第３頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す従来の焦電型赤外線センサは、赤外線透過性基板の表面または裏面に回折光学レンズを形成するものであるが、赤外線透過性基板の表面上に溝を形成する２レベルの回折光学レンズは光利用効率が４０％程度と低いため感度に問題があり、光利用効率を更に向上するためには階段状に８レベルの８段階の段を形成せねばならず、加工が難しく、そして、製造工数が掛かり高価になる問題があった。
【０００７】
そして、赤外線透過性基板に形成した溝を、回折光学レンズの機能に形成したため、赤外線透過フィルタとしての機能を更に形成させるために、その表面と裏面に特定波長領域のみを透過する干渉膜フィルタを形成することが必要であり、従って、製造工数が掛かり高価になる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、光利用効率がよく、高感度の、加工が容易であって安価な、赤外線透過フィルタを有する焦電型赤外線センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焦電型赤外線センサは、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であることを特徴とする。
【００１０】
この場合、赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、溝部で形成され、赤外線透過性基板の表面と裏面の溝方向が、同一方向であることが好ましい。
【００１１】
また、焦電素子に形成された受光電極パターンと、赤外線透過性基板に形成された前記溝部の溝方向を整合することにより、焦電素子の感度に指向性を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、矩形周期構造体の溝部の溝幅は、溝ピッチの３分の２であることが好ましい。
【００１３】
また、赤外線透過性基板に形成された凹部の形状は、円柱或いは角柱形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、赤外線透過性基板の両面に、赤外線の波長以下のピッチの凹部による矩形周期構造体を形成し、その両面に形成した矩形周期構造体の見かけ上の屈折率を下げることで、赤外線の透過率が向上し、赤外線透過性基板が赤外線透過フィルタの機能を有することが可能となる。
そして、赤外線透過性基板に形成された凹部と、焦電素子の受光電極と整合することで、焦電素子の感度に指向性を有することを可能としたので、小型で、低価格の、光利用効率の高い、高感度の焦電型赤外線センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の焦電型赤外線センサの外観の斜視図である。
【図２】本発明の焦電型赤外線センサの構成を説明するための分解斜視図である。
【図３】本発明の焦電型赤外線センサの構成を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施例１における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体を説明するための模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施例１における赤外線透過フィルタの矩形周期構造体の屈折率と赤外線の透過率の関係を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の実施例１における溝部の矩形周期構造体と入射光の関係を説明するための部分断面図である。
【図７】本発明の実施例１における溝部の方向と受光電極の配置による整合を説明するための焦電型赤外線センサの平面図である。
【図８】本発明の実施例２における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の六角柱形状の凹部を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の実施例３における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の円柱形状の凹部を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施例において、人が発する赤外線、すなわち、波長約１０μｍの赤外線を検知する焦電型赤外線センサを例として説明する。
【００１７】
［実施例１]
図１から図７は、本実施例１の焦電型赤外線センサの構成を説明するための図面であり、図１は、この焦電型赤外線センサの外観を説明するための斜視図である。図２は、この焦電型赤外線センサの構成を説明するための分解斜視図である。図３は、この焦電型赤外線センサの構成を説明するための断面図である。図４は、赤外線透過性基板の表面と裏面に、一定ピッチの溝部により形成された矩形周期構造体を説明するための模式的に示す断面図である。図５は、赤外線透過フィルタの赤外線透過性基板に形成された溝部による矩形周期構造体の見かけ上の屈折率と赤外線透過フィルタの赤外線の透過率の関係を説明するためのグラフである。図６は、赤外線透過性基板に形成された溝部による矩形周期構造体の指向性を説明するための部分断面図である。図７は、赤外線透過性基板に形成された溝部の方向と焦電素子に形成された受光電極との配置による整合を説明するための焦電型赤外線センサの平面図である。
【００１８】
［焦電型赤外線センサの全体構成：図１〜図３］
まず、図１から図３を用いて実施例１の焦電型赤外線センサの全体構成を説明する。
なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００１９】
図1に示すように、焦電型赤外線センサ１は、いわゆる、表面実装型であって、外形寸法は、幅４ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚さ３ｍｍほどで、非常に小型の形状に形成されている。ケース１２は、その内部に焦電素子と電子回路を内蔵し、ケース１２のケース窓１２１の内側には、シリコン基板からなる平板の赤外線透過フィルタ１１が配置され、赤外線が入射する窓として形成されている。
【００２０】
図２の焦電型赤外線センサ１の分解斜視図に示すように、回路基板１４は、ＢＴレジン（三菱ガス化学の商標名）からなるガラス基材銅張積層板であって、その上面には、固定抵抗素子１５と電界効果トランジスタ１６が実装され、焦電素子の高い出力インピーダンスを下げる働きを担った電子回路を形成している。そして、下面には、端子（図示せず）が形成され、電子回路の駆動電源端子と検出信号の出力端子を備え、表面実装が可能なように配置されている。
【００２１】
スペーサ基板１３は、回路基板１４と同様の材質からなり、焦電素子１０と回路基板１４を電気的に接続する配線パターン（図示せず）を有し、銀ペーストにて回路基板１４に接着固定されて電気的に接合されている。
【００２２】
焦電素子１０は、ＬｉＴａＯ３からなり、熱伝導の影響を極力小さくするため、構成部品との接触面積を小さくして、浮かした状態で配設するのが好ましく、スペーサ基板１３の中段に、両端を銀ペーストで接合され、上述したように、スペーサ基板１３の配線パターンを経由して、電気的に電子回路１４と接続されている。
そして、焦電素子１０の両面には、ニッケルを含有する黒体塗料からなる受光電極１０１が形成され、赤外線を吸収し、焦電効果をより発揮する機能を有している。
【００２３】
焦電素子１０の上部には、赤外線透過フィルタ１１がスペーサ基板１３に位置決め接着され、銀ペーストで接合して配設されている。そして、その赤外線透過フィルタ１１は、入射光に含まれる赤外線を、焦電素子１０の受光電極１０１に透過する。赤外線透過フィルタ１１に付いては、図４〜図６にて詳細に説明する。
【００２４】
ケース１２は、ＳＰＣＣ或いはＳＵＳからなり、焦電素子１０を外乱光から遮光すると共に電磁シールドする機能を有し、上述したように、赤外線透過フィルタ１１に赤外線の入射を可能にするように、ケース窓１２１を備えている。
【００２５】
図３に示すように、赤外線透過フィルタ１１は、焦電型赤外線センサ１に入射する入射光３０のほぼ赤外線だけを透過して、焦電素子１０の受光電極１０１に赤外線の熱を伝達する。すると、焦電素子１０は、入射熱量に応じて分極し、その分極量に応じた焦電電流を発生する。この焦電電流は、固定抵抗素子１５によって電圧値に変換され、その電圧信号は、電界効果トランジスタ１６により赤外線検出信号として出力される。従って、赤外線透過フィルタ１１による赤外線の透過率の向上が、焦電型赤外線センサの感度の向上を可能としている。
【００２６】
［実施例１の赤外線透過フィルタの説明：図４〜図６］
図４において、本発明の基本的な考え方を説明する。
一般によく知られているように、入射光の波長以下のピッチの周期構造を持った構造体を物質表面に形成するモスアイ構造においては、空気側からその物質中に光が入射する際、物質表面の矩形の周期構造体の存在により、光は空気とこの物質との中間の屈折率を持つ物質が、矩形の周期構造体に存在すると感じて、その部分の屈折率が低下する。
【００２７】
従って、赤外線透過性基板の表面上に、赤外線の波長以下のピッチで複数個の溝を形成し、矩形の矩形周期構造体を形成することで、赤外線透過性基板本体の屈折率より低い屈折率の部分を、この矩形周期構造体で形成することが可能となる。
【００２８】
図４（ａ）は、図２に示す赤外線透過フィルタ１１の溝の長手方向に対して垂直方向の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部の拡大断面図である。
図４（ａ）に示すように、赤外線透過フィルタ１１は、赤外線透過性基板２０の表面と裏面に同一方向に、赤外線の波長以下のピッチで複数個の溝を形成して、矩形周期構造体２３が構成されている。
【００２９】
図４（ｂ）のＡ部拡大断面図に示すように、この矩形周期構造体２３は、赤外線透過性基板２０の表面に、凹部として、一定間隔のピッチＰで一定深さＬの溝幅Ｗを有する溝部２１と、凸部である矩形壁部２２が形成されており、溝深さＬは、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（赤外線透過性基板の屈折率をＮ）が望ましい。そして、矩形周期構造体２３は、入射光の波長よりも短い周期構造を持っているから、赤外線に対するこの矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、溝部のピッチをＰ、溝の幅をＷ、物質の屈折率をＮ、空気の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｗ＋Ｎ×（Ｐ−Ｗ））／Ｐで表される。
【００３０】
上記の式により、矩形周期構造体２３の屈折率は、溝部２１のピッチＰを一定にして、溝部２１の溝幅Ｗをパラメータとすることで、所定の屈折率に設定することが可能となり、また、溝部２１の溝幅Ｗを一定にして、ピッチＰをパラメータとすることであっても、所定の屈折率に設定することが可能となる。すなわち、赤外線透過性基板２０の材質による屈折率Ｎから空気の屈折率＝１まで、屈折率Ｎｘを設定することが可能となる。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、入射光３０は、空気層から矩形周期構造体２３に入射し、そして、赤外線透過性基板２０を透過し、再び、矩形周期構造体２３を透過して、空気層に赤外線３１を出射して、焦電センサの受光電極に達する。
【００３２】
一般に知られているように、フレンネルの法則から界面の２つの屈折率をｎ１、ｎ２とすると、反射率Ｒと透過率Ｔは、Ｒ＝（（ｎ２／ｎ１）−１）２／（（ｎ２／ｎ１）＋１）２、Ｔ＝１−Ｒ、で表される。例えば、Ｓｉからなる赤外線透過性基板（屈折率＝３．４）そのものに直接赤外線を透過した場合は、上記関係式から、空気層から赤外線透過性基板の透過率＝７０％、赤外線透過性基板から空気層の透過率＝７０％、従って、赤外線透過性基板そのものを透過する赤外線の透過率は、０．７×０．７＝０．４９となり、４９％である。
【００３３】
図５のグラフに示すように、赤外線透過性基板の両面に矩形周期構造体を形成した場合は、矩形周期構造体の屈折率Ｎｘを横軸にパラメータとしたとき、赤外線透過フィルタを透過する赤外線の透過率は、矩形周期構造体の屈折率Ｎｘ＝１．８のとき、最大値０．６９を有する曲線となる。すなわち、空気層から矩形周期構造体の透過率＝９２％、矩形周期構造体から赤外線透過性基板の透過率＝９０．５％、赤外線透過性基板から矩形周期構造体の透過率＝９０．５％、矩形周期構造体から空気層の透過率＝９２％、故、０．９２×０．９０５×０．９０５×０．９２＝０．６９となり、６９％の最大値を得る。
【００３４】
矩形周期構造体の屈折率Ｎｘ＝１．８となるのは、上述した式から、矩形周期構造体のピッチＰと溝幅Ｗの関係が、Ｐ：Ｗ＝３：２である。すなわち、赤外線透過性基板の両面に、矩形周期構造体のピッチＰに対し溝幅Ｗが３分の２の矩形周期構造体を形成することで、２０％も透過率が向上する。
【００３５】
次に、図６において、溝部により形成した矩形周期構造体の入射光に対する特性について説明する。図６（ａ）は、図４（ａ）と同様に、矩形周期構造体と入射光の関係を説明するための溝の長手方向に垂直な面と入射光を示す部分拡大断面図であり、図６（ｂ）は、溝の長手方向に平行な面と入射光を示す部分拡大断面図である
【００３６】
図６（ａ）において、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の長手方向に垂直な断面で示すように、上方から垂直に入射する垂直入射光３２は、溝部とそのピッチによって形成された矩形周期構造体２３の溝深さＬの奥にまで入射し、矩形周期構造体２３を認識して、図５で説明したように透過率が高くなる。しかし、斜め上方から入射する斜め入射光３３は、見た目上必要な溝深さＬ（Ｌ＞λ／（Ｎ−１））が得られないため、矩形周期構造体２３が形成されているにも拘わらず認識できず、赤外線透過性基板２０自体の屈折率と認識して、屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００３７】
図６（ｂ）において、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の長手方向に平行な断面で示すように、上方から垂直に入射する垂直入射光３４は、図６（ａ）の垂直入射光３２と同様に、溝深さＬの奥にまで入射し、矩形周期構造体２３と認識して、矩形周期構造体２３の屈折率によって、透過率が高くなる。そして、斜め上方から入射する斜め入射光３５も、見た目上必要な溝深さＬの奥まで入射するから、矩形周期構造体２３を認識して、垂直入射光３４と同様に、透過率が高くなる。
【００３８】
すなわち、赤外線透過性基板２０に形成された矩形周期構造体２３の溝の長手方向に対して平行な斜め方向の入射光は透過率が高い、しかし、溝の長手方向に対して直交する斜め方向の入射光は、透過率が低いことにより、赤外線透過フィルタ１１が指向性の特徴を有することになる。従って、赤外線透過性基板の両面に形成される溝部を有する矩形周期構造体は表面と裏面の溝方向が同一であることが、指向性の特徴をより発揮する必須条件となる。
更に、赤外線透過性基板２０に溝部２１を形成することは、２レベルの単なる凹凸であるから加工が容易で、製造工数が短く、安価に製造することが可能となる。
【００３９】
図７は、焦電型赤外線センサ１の平面図であって、赤外線透過フィルタ１１を透過して焦電素子の受光電極１０１と赤外線透過性基板の溝部の配置を示した模式的な図である。
図７に示すように、ＸＹ軸に対して、赤外線透過フィルタ１１は、両面に同一方向に形成された溝部２１の長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向として配置されている。受光電極１０１は、Ｈ形に形成され、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１ＲがＸ軸方向に並んで配置されている。そして、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１Ｒのいずれか一方の電極に赤外線が入射した場合、あるいは、左右の電極間に赤外線入射の差がある場合は、赤外線の入射に応じた検出信号を出力する。そして、受光左電極１０１Ｌと受光右電極１０１Ｒに同時に赤外線が入射した場合、あるいは、左右の電極間に赤外線入射の差がない場合は、気温の上昇などの誤検出対策のため、検出信号を出力しない構成となっている。
【００４０】
すなわち、Ｈ形に形成された受光電極１０１を有する焦電素子１０は、Ｘ軸方向の右から左、或いは左から右に赤外線が走査する入射に感度を有し、Ｙ軸方向で受光電極１０１に左右同時に赤外線が走査する入射には反応しない。
従って、本実施例１の赤外線透過フィルタ１１の赤外線の透過率の高い溝部２１の長手方向と、焦電素子１０のＸ軸方向と、を一致して配置することで整合させて、Ｘ軸方向に対して一段と感度が高い焦電型赤外線センサを提供することが可能となる。更に、赤外線透過フィルタの透過率の低いＹ軸方向と、受光電極のＹ軸方向と、一致して配置することで、斜め上下方向の感度を押えて、誤検出、及び、小動物の動きなどに対しても、感度を低く押える特徴を有することが可能となる。
【００４１】
［実施例２の赤外線透過フィルタの説明：図８］
図８は、本発明の実施例２における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す図であり、実施例１に説明した溝部の替わりに六角柱形状の凹部を形成した矩形周期構造体の一部分の斜視図である。
【００４２】
図８（ａ）は、赤外線透過性基板の表面に六角柱形状の凹部で形成された矩形周期構造体の一部を抜き出して模式的に示す部分的な斜視図であり、実際は、この斜視図の周囲に同様の構造体が連続して広がって形成されている。図８（ｂ）は、この矩形周期構造体のＢ部を更に拡大して示した平面図である。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、矩形周期構造体２３は、赤外線透過性基板２０の表面に凹部として、実施例１の溝部に相当する六角柱形状の穴部２５が、赤外線の波長以下のピッチＰ（図８（ｂ）参照）で連続して形成され、そして、穴部２５の周囲の壁部２６と共に、いわゆる、ハニカム構造の形状で構成されている。穴部２５の周囲の壁部２６は、実施例１で説明した矩形壁部２２に相当し凸部を形成している。
【００４４】
図８（ｂ）に示すように、矩形周期構造体２３は、穴部２５とその周囲の六角形の壁部２６（二点差線で示す）からなるセル２４の集合体により形成される。隣り合った六角形のセル２４は、赤外線の波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、平面図上の穴部２５の表面積をＳ１、壁部２６の表面積をＳ２、および、赤外線透過性基板の屈折率をＮ、穴部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００４５】
上記の式により、矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、一定ピッチで形成された穴部２５の表面積Ｓ１をパラメータとすることで、すなわち、壁部２６の外形形状を一定にして穴部の形状をパラメータとして、所定の屈折率に設定することが可能であり、他方、一定表面積で形成された穴部２５のピッチを、赤外線の波長以下の値で、パラメータとすること、すなわち、壁部２６の外形形状をパラメータとして、実施例１と同様に、透過率が最大となる所定の屈折率に設定することが可能となる。
【００４６】
そして、斜めから入射する様々な方向からの赤外線は、図６（ａ）において説明した斜め入射光３３のように、溝部２１に相当する凹部が六角形の穴部２５であるから、見た目上必要な溝深さが得られないため、矩形周期構造体２３を認識できず、赤外線透過性基板２０そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体２３があっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００４７】
従って、図８に示す六角形状の穴部２５で形成された矩形周期構造体２３を表面と裏面に有する赤外線透過フィルタは、垂直方向の入射光に対してだけ透過率が高く、指向性の高い特徴を有する。すなわち、この六角柱の凹部を持つ赤外線透過フィルタを組み込んだ焦電型赤外線センサ１は、非常に狭い範囲に感度が絞られから、ノイズに強く、誤動作の少ない、高い感度を有することが可能となる。そして、赤外線透過性基板に単に２レベルの凹凸として、六角柱の凹部を形成するだけの、加工の容易な安価な赤外線透過フィルタを得ることが可能となる。
【００４８】
［実施例３の赤外線透過フィルタの説明：図９］
図９は、本発明の実施例３における赤外線透過性基板に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す斜視図であり、実施例２に説明した六角柱の凹部の替わりに円柱形の凹部を形成した矩形周期構造体の一部分の斜視図である。
【００４９】
図９（ａ）は、赤外線透過性基板の表面に円柱形状の凹部で形成された矩形周期構造体の一部を抜き出して模式的に示す部分的な斜視図であり、実際は、この斜視図の周囲に同様の構造体が連続して広がって形成されている。図９（ｂ）は、この矩形周期構造体のＣ部を更に拡大して示した平面図である。
【００５０】
図９（ａ）に示すように、矩形周期構造体２３は、凹部として、実施例２の六角柱形状の穴部に相当する円柱形状の穴部２８が、赤外線の波長以下のピッチＰ（図９（ｂ）参照）で連続して形成されて構成されている。穴部２８の周囲の壁部２９は、実施例２で説明した壁部２６に相当し凸部を形成している。
【００５１】
図９（ｂ）に示すように、矩形周期構造体２３は、穴部２８とその周囲の壁部２９（二点差線で示す）からなるセル２７の集合体により形成される。隣り合ったセル２７は、赤外線の波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、実施例２と同様に、平面図上の穴部２８の表面積をＳ１、壁部２９の表面積をＳ２、および、赤外線透過性基板の屈折率をＮ、穴部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００５２】
従って、矩形周期構造体２３の屈折率Ｎｘは、実施例２と同様に、透過率が最大となる所定の屈折率に設定することが可能となる。
そして、実施例２と同様に、斜めから入射する様々な方向の赤外線は、矩形周期構造体２３を認識できず、赤外線透過性基板２０そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体２３であっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００５３】
従って、図９に示す円柱の穴で形成された矩形周期構造体２３は、垂直方向の入射光に対してだけ透過率が高く形成された赤外線透過フィルタを形成し、指向性の高いノイズに強い特徴を有する。すなわち、この円柱の凹部を持つ赤外線透過フィルタを組み込んだ焦電型赤外線センサ１は、実施例２と同様に、非常に狭い範囲に感度が絞られ、誤動作の少ない高い感度を有することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、シリコン基板からなる赤外線透過性基板は、ゲルマニュウム基板であっても同様に、赤外線に対して透過フィルタが形成可能である。
【００５５】
更に、赤外線透過性基板の両面に形成される矩形周期構造体の凹部の形状に関して、実施例２と実施例３で説明したように、穴部の六角柱形状と円柱形状は、全く同等の効果が得られている。従って、表面側の矩形周期構造体の凹部を六角形状に形成し、裏面側の矩形周期構造体の凹部を円柱形状に形成しても、同等の効果があることは言うまでもない。
更に、凹部の六角柱形状は、角柱であれば、四角柱、八角柱形状であっても、良いことは明らかである。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１：焦電型赤外線センサ
１０：焦電素子
１１：赤外線透過フィルタ
１２：ケース
１３：スペーサ基板
１４：回路基板
１５：固定抵抗素子
１６：電界効果トランジスタ
２０：赤外線透過性基板
２１：溝部
２２：矩形壁部
２３：矩形周期構造体
２４、２７：セル
２５、２８：穴部
２６、２９：壁部
３０：入射光
３１：赤外線
３２、３４：垂直入射光
３３、３５：斜め入射光
１０１：受光電極
１２１：ケース窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、前記焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、
前記赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、
前記凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であることを特徴とする焦電型赤外線センサ。
【請求項２】
前記赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、溝部で形成され、前記赤外線透過性基板の表面と裏面の溝方向が、同一方向であることを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項３】
前記焦電素子に形成された受光電極パターンと、前記赤外線透過性基板に形成された前記溝部の溝方向を整合することにより、前記焦電素子の感度に指向性を有することを特徴とする請求項２記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項４】
前記矩形周期構造体の溝部の溝幅は、溝ピッチの３分の２であることを特徴とする請求項１及び３記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項５】
前記赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、円柱或いは角柱形状であることを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項１】
赤外線を検知する焦電素子と、赤外線の入射経路に位置し、前記焦電素子に赤外線を透過する赤外線透過フィルタを備える焦電型赤外線センサにおいて、
前記赤外線透過フィルタは、赤外線透過性基板の両面に、検知する赤外線の半波長以下のピッチで凹部による矩形周期構造体が形成され、
前記凹部の形状は、表面と裏面が同一形状であることを特徴とする焦電型赤外線センサ。
【請求項２】
前記赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、溝部で形成され、前記赤外線透過性基板の表面と裏面の溝方向が、同一方向であることを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項３】
前記焦電素子に形成された受光電極パターンと、前記赤外線透過性基板に形成された前記溝部の溝方向を整合することにより、前記焦電素子の感度に指向性を有することを特徴とする請求項２記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項４】
前記矩形周期構造体の溝部の溝幅は、溝ピッチの３分の２であることを特徴とする請求項１及び３記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項５】
前記赤外線透過性基板に形成された前記凹部の形状は、円柱或いは角柱形状であることを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８３５７９（Ｐ２０１３−８３５７９Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４２８９（Ｐ２０１１−２２４２８９）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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