JPH08184501A - Micro golay cell - Google Patents
Micro golay cellInfo
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- JPH08184501A JPH08184501A JP33860194A JP33860194A JPH08184501A JP H08184501 A JPH08184501 A JP H08184501A JP 33860194 A JP33860194 A JP 33860194A JP 33860194 A JP33860194 A JP 33860194A JP H08184501 A JPH08184501 A JP H08184501A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、赤外線検出に用いら
れるマイクロゴーレイセルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro Golay cell used for infrared detection.
【０００２】[0002]
【従来の技術】非冷却式赤外線検出器の一つに、例え
ば、Ｔ．Ｗ．Ｋenny等（" Micromachined Electron Tun
neling Infrared Sensor”Technical Digest ＩＥＥＥ
SolidState Sensor and Actuator Workshop June,
22-25, 1992 Head Island, South Carolaina ）によ
る超微細加工のマイクロゴーレイセルがある。2. Description of the Related Art One of uncooled infrared detectors is, for example, a T.I. W. Kenny et al. ("Micromachined Electron Tun
neling Infrared Sensor ”Technical Digest IEEE
SolidState Sensor and Actuator Workshop June,
22-25, 1992 Head Island, South Carolaina) There is a micro-goule cell of ultra-fine processing.
【０００３】図４は、このマイクロゴーレイセルの構造
を概略的に示すもので、この図において、５１はＳｉよ
りなる第１基板で、この基板５１にはセル空間としての
孔５２が形成されている。そして、このセル空間５２の
上方は、赤外光ＩＲが照射する赤外光受光部５３によっ
て封止され、下方は可撓性の可動膜５４によって封鎖さ
れ、セル空間５２内には例えばＣＯ2 のようなガスが封
入されて、ガス室を構成している。５５は可動膜５４の
下面側に形成される金属薄膜である。また、５６は第１
基板５１の下面側に貼り合わされた第２基板で、Ｓｉよ
りなる。この基板５６の可動膜５４に対応する部分は凹
部５７に形成されている。そして、この凹部５７の底部
５８にはトンネルチップ５９が金属薄膜５５に対応する
ようにして突設されている。FIG. 4 schematically shows the structure of this micro Golay cell. In this figure, 51 is a first substrate made of Si, and a hole 52 as a cell space is formed in this substrate 51. There is. Then, above the cell space 52, the infrared light IR is sealed by infrared light receiving unit 53 to be irradiated downwards is blocked by a flexible movable membrane 54, in the cell space 52 for example CO 2 Such a gas is enclosed to form a gas chamber. Reference numeral 55 is a metal thin film formed on the lower surface side of the movable film 54. Also, 56 is the first
The second substrate is attached to the lower surface side of the substrate 51 and is made of Si. A portion of the substrate 56 corresponding to the movable film 54 is formed in the recess 57. A tunnel tip 59 is provided on the bottom 58 of the recess 57 so as to correspond to the metal thin film 55.
【０００４】上記構成の従来のマイクロゴーレイセルに
おいては、赤外光ＩＲが赤外光受光部５３に入射する
と、ガス室５２内のＣＯ2 が膨張し、可動膜５４に形成
した金属薄膜５５とトンネルチップ５９との距離が変化
し、これら両者５５，５９の間のトンネル電流の大きさ
に基づいて前記ＣＯ2 の膨張量が得られ、この膨張量に
基づいて赤外光ＩＲの大きさを検出できる。In the conventional micro Golay cell having the above-mentioned structure, when the infrared light IR enters the infrared light receiving portion 53, CO 2 in the gas chamber 52 expands and the metal thin film 55 formed on the movable film 54. The distance to the tunnel tip 59 changes, and the expansion amount of the CO 2 is obtained based on the size of the tunnel current between the two 55 and 59, and the size of the infrared light IR is determined based on the expansion amount. Can be detected.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
マイクロゴーレイセルにおいては、トンネルチップ５９
の先端と金属薄膜５５との間の距離がわずか１０Åとい
った微小な大きさであるため、トンネルチップ５９の先
端部の調節がきわめて困難である。また、このようなト
ンネリング接触は電気的に行われるものであり、機械的
にはきわめて不安定である。また、前記トンネル電流を
偏向電極によって安定させる必要があるなど、装置の構
成が複雑にならざるを得ない。By the way, in the micro-golay cell having the above structure, the tunnel chip 59 is used.
Since the distance between the tip of the and the metal thin film 55 is as small as 10 Å, it is extremely difficult to adjust the tip of the tunnel tip 59. Further, such tunneling contact is performed electrically, and is mechanically extremely unstable. Further, the tunnel current must be stabilized by the deflection electrode, which complicates the configuration of the device.
【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、複雑な調整を必要とせず、また、機械的に非
常に安定で高感度に赤外光を検出できる超小型のマイク
ロゴーレイセルを提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above matters, does not require complicated adjustment, is mechanically very stable, and is a microminiature microgore capable of detecting infrared light with high sensitivity. It is intended to provide a race cell.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、一側に赤外光受光部が形成され、他側
に可動膜が設けられ、内部にガスを収容したマイクロゴ
ーレイセルにおいて、前記可動膜の外面にミラーを設
け、このミラーを含むミクロンサイズのキャビティを可
動膜に臨むようにして形成し、このキャビティ内に、干
渉計に接続された光ファイバを、その端面がミラーと対
向するようにして挿入配置したことを特徴としている。In order to achieve the above object, the present invention provides a micro-golay cell in which an infrared light receiving portion is formed on one side, a movable film is provided on the other side, and a gas is housed inside. In the above, a mirror is provided on the outer surface of the movable film, and a micron-sized cavity including this mirror is formed so as to face the movable film, and an optical fiber connected to an interferometer whose end surface faces the mirror is formed in this cavity. It is characterized in that it is inserted and arranged as described above.
【０００８】[0008]
【作用】上記構成のマイクロゴーレイセルにおいては、
赤外光が赤外光受光部に入射すると、ガスセル内のＣＯ
2 が膨張し、可動膜が変位する。この変位に伴ってミラ
ーが変位する。光ファイバを通ってきたレーザ光は、変
位するミラーと光ファイバ端の内側で反射され、前記入
射側のレーザ光と反射側のレーザ光との間には、ミラー
の変位による位相ずれが生じている。この位相ずれは、
干渉計に設けられた２個の光ダイオードによって検出す
ることができ、この検出結果に基づいて前記ＣＯ2 の膨
張量が得られ、この膨張量に基づいて赤外光の大きさを
検出することができる。In the micro Gorey cell having the above structure,
When infrared light enters the infrared light receiving section, CO in the gas cell
2 expands and the movable membrane is displaced. The mirror is displaced along with this displacement. The laser light that has passed through the optical fiber is reflected inside the displacing mirror and the end of the optical fiber, and there is a phase shift due to the displacement of the mirror between the laser light on the incident side and the laser light on the reflecting side. There is. This phase shift is
It can be detected by two photodiodes provided in the interferometer, the expansion amount of the CO 2 can be obtained based on the detection result, and the magnitude of infrared light can be detected based on the expansion amount. You can
【０００９】[0009]
【実施例】図１は、この発明のマイクロゴーレイセルの
基本的構造を示し、この図において、１はＳｉ（１０
０）からなる第１基板で、その厚さは例えば２５０〜５
００μｍ程度である。この第１基板１の上面にエッチン
グを施し、厚さ０．１〜１μｍ程度の可動膜となる部分
２を残して直径１〜２ｍｍ程度の凹部３を形成する。こ
の凹部３は、その上部開口を厚さ１μｍ程度の赤外受光
部としてのＳｉ板４を直接接合することによって密閉さ
れた空間とされ、内部に適宜のガス、例えばＣＯ2 が封
入されてガスセルに形成される。５は前記可動膜２の外
面（下面）に例えば金を厚さ０．５μｍ程度蒸着して形
成された適宜大きさのミラーである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the basic structure of a micro Golay cell of the present invention, in which 1 is Si (10
0) a first substrate having a thickness of, for example, 250 to 5
It is about 00 μm. The upper surface of the first substrate 1 is etched to form a recess 3 having a diameter of 1 to 2 mm, leaving a portion 2 to be a movable film having a thickness of 0.1 to 1 μm. The concave portion 3 is made into a closed space by directly bonding an upper opening thereof with a Si plate 4 as an infrared light receiving portion having a thickness of about 1 μm, and an appropriate gas such as CO 2 is enclosed inside the concave portion 3 to form a gas cell. Is formed. Reference numeral 5 denotes a mirror of an appropriate size formed by vapor-depositing gold on the outer surface (lower surface) of the movable film 2 to a thickness of about 0.5 μm.
【００１０】６は前記第１基板１の下方に適宜の手法で
接合されるＳｉ（１００）からなる第２基板で、その厚
さは例えば２５０〜５００μｍ程度である。この第２基
板６の上面にエッチングを施し、前記ミラー５を収容で
きる程度の深さ１００μｍ程度の凹部７を形成する。こ
の凹部７は、ミラー５に対する外気の影響を除外するた
め外気と完全に遮断されたミクロンサイズのキャビティ
に形成される。８はこの密閉キャビティ７に対して挿入
される光ファイバで、その上端面がミラー５と対向する
ように配置される。そして、この光ファイバ８の他端側
は、図示してないが、単一モードレーザ光干渉計に接続
されている。Reference numeral 6 denotes a second substrate made of Si (100) which is bonded to the lower side of the first substrate 1 by an appropriate method and has a thickness of, for example, about 250 to 500 μm. The upper surface of the second substrate 6 is etched to form a recess 7 having a depth of about 100 μm and capable of accommodating the mirror 5. The recess 7 is formed in a micron-sized cavity that is completely shielded from the outside air in order to exclude the influence of the outside air on the mirror 5. An optical fiber 8 is inserted into the closed cavity 7 and is arranged so that its upper end surface faces the mirror 5. The other end of the optical fiber 8 is connected to a single mode laser light interferometer (not shown).
【００１１】上記構成のマイクロゴーレイセルの動作
を、図２をも参照しながら説明する。赤外光ＩＲが赤外
光受光部４に入射すると、ガスセル３内のＣＯ2 が膨張
し、可動膜２が変位する。この変位に伴ってミラー５が
変位する。光ファイバ８を通ってきたレーザ光Ｌ1 は、
変位するミラー５と光ファイバ８端の内側で反射され、
入射側のレーザ光Ｌ1 と反射側のレーザ光Ｌ2 との間に
は、ミラー５の変位による位相ずれが生じている。この
位相ずれは、干渉計に設けられた２個の光ダイオード
（図示してない）によって検出することができ、この検
出結果に基づいてＣＯ2 の膨張量が得られ、この膨張量
に基づいてガスセル３に入射する赤外光ＩＲの大きさを
検出することができる。The operation of the micro Golay cell having the above structure will be described with reference to FIG. When the infrared light IR enters the infrared light receiving portion 4, CO 2 in the gas cell 3 expands and the movable film 2 is displaced. The mirror 5 is displaced along with this displacement. The laser light L 1 that has passed through the optical fiber 8 is
It is reflected inside the displaced mirror 5 and the end of the optical fiber 8,
A phase shift occurs due to the displacement of the mirror 5 between the laser light L 1 on the incident side and the laser light L 2 on the reflecting side. This phase shift can be detected by two photodiodes (not shown) provided in the interferometer, the expansion amount of CO 2 is obtained based on the detection result, and based on this expansion amount. The magnitude of the infrared light IR incident on the gas cell 3 can be detected.
【００１２】このように、この発明のマイクロゴーレイ
セルは、ミクロンサイズのキャビティ７内における光学
干渉により、ガスセル２の可動膜３の変位を巧みに検出
することができる。そして、上記マイクロゴーレイセル
においては、ミラー５の変位、すなわち、可動膜２の変
位を０．１Å以下の精度で検出することができ、赤外線
を高感度で検出することができるとともに、機械的安定
性がきわめて高い。また、上記構成のマイクロゴーレイ
セルのサイズは、μｍ〜ｍｍオーダであり、超小型であ
る。したがって、複数のマイクロゴーレイセルを微細加
工によって構成することができる。図３（Ａ），（Ｂ）
は、複数のマイクロゴーレイセルを微細加工によって二
次元的に形成した例を示すものである。As described above, the micro Golay cell of the present invention can skillfully detect the displacement of the movable film 3 of the gas cell 2 due to the optical interference in the micron-sized cavity 7. In the micro Golay cell, the displacement of the mirror 5, that is, the displacement of the movable film 2 can be detected with an accuracy of 0.1 Å or less, infrared rays can be detected with high sensitivity, and mechanical stability can be achieved. It has a very high quality. In addition, the size of the micro Golay cell having the above-described configuration is in the order of μm to mm, which is extremely small. Therefore, a plurality of micro Golay cells can be formed by microfabrication. Figure 3 (A), (B)
Shows an example in which a plurality of micro Golay cells are two-dimensionally formed by microfabrication.
【００１３】すなわち、図３（Ａ），（Ｂ）に示すマイ
クロゴーレイセルにおいては、ガスセル３の上面側の赤
外光受光部４および下面側の可動膜２は、ともにＳｉＯ
2 よりなる。また、赤外光受光部４の上方には、Ｓｉ層
９が形成され、このＳｉ層９に、赤外光ＩＲが赤外光受
光部４へ入射させるための孔１０が形成されている。な
お、この実施例では、構成材料がＳｉのほかにＳｉＯ2
を用いているので、これら両者の接合は陽極接合によっ
て行われる。That is, in the micro Golay cell shown in FIGS. 3A and 3B, the infrared light receiving portion 4 on the upper surface side of the gas cell 3 and the movable film 2 on the lower surface side are both made of SiO 2.
Consists of two . Further, a Si layer 9 is formed above the infrared light receiving section 4, and a hole 10 for allowing the infrared light IR to enter the infrared light receiving section 4 is formed in the Si layer 9. In this example, the constituent material is SiO 2 in addition to Si.
Since these are used, the bonding of these two is performed by anodic bonding.
【００１４】上記図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、一
つの基板１１に多数のマイクロゴーレイセルを形成した
場合、単一モードの光ファイバを用い、複数の高速スイ
ッチを備えたダイオードレーザ１個で、前記マイクロゴ
ーレイセル群（二次元アレイ）にレーザ光を照射するこ
とができ、複数の赤外線検出器として使用することがで
きる。したがって、多数の赤外線波長を同時に測定する
ことができる。また、この場合、それぞれのガスセル３
を異種のガスで満たすことによって、ガス選択性の検出
を行うことができる。As shown in FIGS. 3A and 3B, when a large number of micro Golay cells are formed on one substrate 11, a single mode optical fiber is used and a diode having a plurality of high speed switches is used. It is possible to irradiate the laser beam to the micro Golay cell group (two-dimensional array) with one laser, and it can be used as a plurality of infrared detectors. Therefore, many infrared wavelengths can be measured simultaneously. In this case, each gas cell 3
The gas selectivity can be detected by filling the gas with different gases.
【００１５】また、前記二次元アレイを用いることによ
り、高い機械的安定性と高感度でもって二次元赤外線画
像検出を行うことも可能になる。By using the two-dimensional array, it becomes possible to detect a two-dimensional infrared image with high mechanical stability and high sensitivity.
【００１６】なお、赤外光受光部４、可動膜２の材料と
して、Ｓｉ3 Ｎ4 を用いてもよい。そして、マイクロゴ
ーレイセルを形成する基板は、上述の実施例では複数の
基板を貼り合わせるようにしていたが、一つの基板に形
成するようにしてもよい。It should be noted that Si 3 N 4 may be used as a material for the infrared light receiving portion 4 and the movable film 2. In addition, as the substrate for forming the micro Golay cell, a plurality of substrates are adhered to each other in the above-mentioned embodiment, but they may be formed on one substrate.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、この発明のマイク
ロゴーレイセルは、赤外線を高感度で検出することがで
きるとともに、機械的安定性がきわめて高い。また、超
小型で複雑な調整を必要とせず、取扱いが簡単である。
さらに、微細加工によって大量生産することができ、二
次元アレイを簡単に得ることができる。As described above, the micro-golay cell of the present invention can detect infrared rays with high sensitivity and has extremely high mechanical stability. In addition, it is ultra-compact, does not require complicated adjustment, and is easy to handle.
Further, it can be mass-produced by microfabrication, and a two-dimensional array can be easily obtained.
【図１】この発明のマイクロゴーレイセルの基本的構造
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of a micro Golay cell of the present invention.
【図２】前記マイクロゴーレイセルの動作説明図であ
る。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the micro Golay cell.
【図３】この発明の他の実施例に係るマイクロゴーレイ
セルの一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面
図である。3A and 3B show an example of a micro Golay cell according to another embodiment of the present invention, FIG. 3A is a perspective view, and FIG.
【図４】従来技術を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional technique.
２…可動膜、３…ガスセル、４…赤外光受光部、５…ミ
ラー、７…キャビティ、８…光ファイバ、８ａ…端面、
ＩＲ…赤外光。2 ... Movable film, 3 ... Gas cell, 4 ... Infrared light receiving part, 5 ... Mirror, 7 ... Cavity, 8 ... Optical fiber, 8a ... End face,
IR ... infrared light.
Claims (1)
可動膜が設けられ、内部にガスを収容したマイクロゴー
レイセルにおいて、前記可動膜の外面にミラーを設け、
このミラーを含むミクロンサイズのキャビティを可動膜
に臨むようにして形成し、このキャビティ内に、干渉計
に接続された光ファイバを、その端面がミラーと対向す
るようにして挿入配置したことを特徴とするマイクロゴ
ーレイセル。1. In a micro Golay cell in which an infrared light receiving portion is formed on one side, a movable film is provided on the other side, and a gas is housed inside, a mirror is provided on the outer surface of the movable film,
A micron-sized cavity including this mirror is formed so as to face the movable film, and an optical fiber connected to an interferometer is inserted and arranged in this cavity so that its end face faces the mirror. Micro Go Ray cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33860194A JPH08184501A (en) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Micro golay cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33860194A JPH08184501A (en) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Micro golay cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08184501A true JPH08184501A (en) | 1996-07-16 |
Family
ID=18319713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33860194A Pending JPH08184501A (en) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Micro golay cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08184501A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-12-30 JP JP33860194A patent/JPH08184501A/en active Pending
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