JP2001041823A

JP2001041823A - 放射検出装置

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Publication number: JP2001041823A
Application number: JP11212740A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishizuya; 徹石津谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: JP4051830B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検出感度及び検出応答性の両方を高める。【解決手段】変位部が、基板１から立ち上がった脚部
２，３を介して基板１に支持される。変位部４は、赤外
線ｉを吸収する赤外線吸収部５を有し、赤外線吸収部５
にて発生した熱に応じて基板１に対して変位する。赤外
線吸収部５は、入射した赤外線ｉの一部を反射する特性
を有する。ｎを奇数、赤外線ｉの所望の波長域の中心波
長をλ_０として、赤外線ｉを略々全反射する放射反射部
１２が、放射吸収部１２から実質的にｎλ_０／４の間隔
をあけて配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線検出装
置などの放射検出装置に関し、特に、赤外線等の入射放
射を放射吸収部にて吸収して熱に変換しその熱を変位に
変換して放射を検出する放射検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、このような放射検出装置とし
て、例えば、静電容量型の放射検出装置（米国特許第
５，８４４，２３８号公報等）や光読み出し型の放射検
出装置（特開平１０−２５３４４７号公報等）が提案さ
れている。静電容量型の放射検出装置は、入射放射に応
じて生じた変位を静電容量の変化として読み出すもので
あり、光読み出し型の放射検出装置は、入射放射に応じ
て生じた変位を別途照射した読み出し光の変化として読
み出すものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述したような放射検
出装置では、検出感度を高めるため、放射吸収部の放射
吸収率が高いことが要請される。また、検出の応答性を
高めるため、放射吸収部の熱容量が小さいことが要請さ
れる。さらに、検出感度を高めるため、放射吸収部で発
生した熱が変位部の変位発生部分へ効率良く伝導される
ことが要請される。

【０００４】しかしながら、前述したような放射検出装
置において、放射吸収部として例えば吸収効率が比較的
高い金黒（Gold Black）の膜を用いても、当該膜に赤外
線等の放射が単に入射するように構成するだけでは、検
出感度及び検出応答性の両方を高めることができない。

【０００５】すなわち、金黒の吸収係数は、例えば８〜
１２μｍの波長域の赤外線に対して、約９６０ｃｍ^−１
である（論文「G.Zaeschmar and A.Nedoluha, "Theory
of the Optical Properties of Gold Blacks", JOURNAL
OF THE OPTICAL SOCIETY OFAMERICA, VOLUME 62, NUMB
ER 3, March 1972, pp.348-352」）。この吸収係数から
膜厚１μｍの金黒の赤外線吸収率を求めると、約９％に
すぎないことがわかる。したがって、金黒の膜で構成し
た放射吸収部の赤外線吸収率を十分に大きくするために
は、金黒の膜厚をかなり厚くせざるを得ない。このよう
に、金黒の膜で構成した放射吸収部に赤外線等の放射が
単に入射するように構成するだけでは、その膜の厚さを
薄くしつつ赤外線吸収率を高めることができず、したが
って、検出感度及び検出応答性の両方を高めることは困
難である。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、検出感度及び検出応答性の両方を高めること
ができる放射検出装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による放射検出装置は、基体
と、該基体に支持された変位部であって、放射を吸収す
る放射吸収部を有し該放射吸収部にて発生した熱に応じ
て前記基体に対して変位する変位部とを備えた放射検出
装置であって、前記放射吸収部が入射した放射の一部を
反射する特性を有し、ｎを奇数、前記放射の所望の波長
域の中心波長をλ_０として、前記放射吸収部から実質的
にｎλ_０／４の間隔をあけて配置され前記放射を略々全
反射する放射反射部を備えたものである。

【０００８】前記放射は、赤外線のみならず、Ｘ線、紫
外線等の不可視光や他の種々の放射であってもよい。

【０００９】また、前記第１の態様による放射検出装置
は、例えば、変位部に生じた変位を別途照射した読み出
し光の変化として読み出す光読み出し型の放射検出装置
として構成してもよいし、変位部に生じた変位を静電容
量の変化として読み出す静電容量型の放射検出装置とし
て構成してもよい。光読み出し型の放射検出装置として
構成する場合には、例えば、変位部に生じた変位に応じ
た所定の変化を得るために用いられる変位読み出し部材
として、受光した読み出し光を反射する読み出し光反射
部を変位部に設ければよい。また、光読み出し型の放射
検出装置として構成する場合には、例えば、変位部に生
じた変位に応じた所定の変化を得るために用いられる変
位読み出し部材として読み出し光ハーフミラー部を変位
部に設け、この読み出し光ハーフミラー部と対向するよ
うに読み出し光反射部を基体に設けてもよい。さらに、
静電容量型の放射検出装置として構成する場合には、例
えば、変位部に生じた変位に応じた所定の変化を得るた
めに用いられる変位読み出し部材として可動電極部を変
位部に設け、この可動電極部と対向するように固定電極
部を基体に設ければよい。

【００１０】前記第１の態様によれば、放射吸収部に放
射反射部と反対側から放射が入射すると、入射した放射
は放射吸収部で一部吸収され、残りは放射反射部で反射
され放射吸収部で反射し再度放射反射部に入射する。こ
のため、放射吸収部と放射反射部との間で干渉現象が起
こり、両者の間隔が入射放射の所望の波長域の中心波長
の１／４の略奇数倍とされているので、放射吸収部での
放射吸収がほぼ最大となり、放射吸収部における放射の
吸収率が高まる。したがって、放射吸収部の厚みを薄く
してその熱容量を小さくしても、放射の吸収率を高める
ことができる。その結果、検出感度及び検出応答性の両
方を高めることができる。

【００１１】なお、前記放射吸収部の反射率を約３３％
（約１／３）にすると、放射吸収部における放射の吸収
率が一層高まるので、好ましい。

【００１２】ところで、前述した干渉現象によって放射
反射部によっても放射が吸収され、放射反射部からも熱
を発生する。しかし、放射反射部による放射吸収量より
放射吸収部による放射吸収量の方が大きい。したがっ
て、前記第１の態様によれば、変位部が放射吸収部を有
している（すなわち、放射吸収部が変位部に設けられて
いる）ので、例えば前記放射吸収部を基体に設けるとと
もに前記放射反射部を変位部に設ける場合に比べて、放
射の入射量が同一であるときに変位部に大きい変位が生
じ、検出感度が高くなる。

【００１３】また、前記放射吸収部を変位部に設けずに
断熱部を介して基板に対して固定して、この放射吸収部
で発生した熱を変位部に伝導させる場合には、当該断熱
部を設けても完全な断熱を達成することは困難であるこ
とから、放射吸収部で発生した熱が、当該断熱部を介し
て基体へ逃げてしまう。このため、変位部における変位
発生部分へ効率良く伝導されなくなるため、検出感度が
低下してしまう。これに対し、前記第１の態様では、放
射吸収部が変位部に設けられているため、放射吸収部で
発生した熱が変位部における変位発生部分へ効率良く伝
導され、この点からも検出感度が高まることになる。

【００１４】本発明の第２の態様による放射検出装置
は、前記第１の態様による放射検出装置において、前記
変位部の変位にかかわらずに前記放射反射部と前記放射
吸収部との相対的な位置関係が実質的に一定に保たれる
ように、前記放射反射部が前記変位部に設けられたもの
である。

【００１５】前記第１の態様では、放射反射部は必ずし
も変位部に設ける必要はない。しかしながら、前記第２
の態様のように、変位部の変位にかかわらずに放射反射
部と放射吸収部との相対的な位置関係が実質的に一定に
保たれるように、放射反射部を変位部に設けると、変位
部が変位しても安定した分光感度特性を得ることができ
る。すなわち、前記第２の態様によれば、変位部の変位
にかかわらずに、放射反射部と放射吸収部との間の間隔
が実質的に一定に保たれるので、放射吸収部による放射
の吸収が前述した干渉の原理に従って行われることか
ら、放射吸収部に吸収される放射の波長域が変化するこ
となく一定に保たれるのである。

【００１６】本発明の第３の態様による放射検出装置
は、前記第２の態様による放射検出装置において、前記
変位部に設けられ受光した読み出し光を反射する読み出
し光反射部を備え、前記放射反射部は、前記読み出し光
反射部と兼用されるかあるいは前記読み出し光反射部に
形成されたものである。

【００１７】この第３の態様は、光読み出し型の放射検
出装置として構成した例である。この第３の態様のよう
に放射反射部を読み出し光反射部と兼用するかあるいは
読み出し光反射部に形成すると、構造が簡単となって安
価に提供することができる。もっとも、前記第２の態様
ではこのような兼用を行わなくてもよい。

【００１８】本発明の第４の態様による放射検出装置
は、前記第２の態様による放射検出装置において、前記
基体に設けられた固定電極部と、前記変位部に設けられ
前記固定電極部と対向する可動電極部とを備え、前記放
射反射部は、前記可動電極部と兼用されるかあるいは前
記可動電極部に形成されたものである。

【００１９】この第４の態様は、静電容量型の放射検出
装置として構成した例である。この第４の態様のように
放射反射部を可動電極部と兼用すると、構造が簡単とな
って安価に提供することができる。もっとも、前記第２
の態様ではこのような兼用を行わなくてもよい。

【００２０】本発明の第５の態様による放射検出装置
は、前記第１の態様による放射検出装置において、前記
基体に設けられた固定電極部と、前記変位部に設けられ
前記固定電極部と対向する可動電極部とを備え、前記放
射反射部は前記固定電極部と兼用されたものである。

【００２１】この第５の態様も、静電容量型の放射検出
装置として構成した例である。この第５の態様のように
放射反射部を固定電極部と兼用すると、構造が簡単とな
って安価に提供することができる。もっとも、前記第１
の態様ではこのような兼用を行わなくてもよい。

【００２２】本発明の第６の態様による放射検出装置
は、前記第１又は第５の態様による放射検出装置におい
て、前記基体に設けられた固定電極部と、前記変位部に
設けられ前記固定電極部と対向する可動電極部とを備
え、前記放射吸収部は前記可動電極部と兼用されたもの
である。

【００２３】この第６の態様も、静電容量型の放射検出
装置として構成した例である。この第６の態様のように
放射吸収部を可動電極部と兼用すると、構造が簡単とな
って安価に提供することができる。もっとも、前記第１
及び第５の態様ではこのような兼用を行わなくてもよ
い。

【００２４】なお、前記第１乃至第６の態様において、
前記放射吸収部及び前記放射反射部のうち、前記変位部
に設けられた少なくとも一方について、１層又は複数層
の膜からなる平面部を有し該平面部が空中に位置するよ
うに支持された薄膜部材で構成する場合には、前記平面
部の周辺部分の少なくとも一部に渡って、前記平面部か
ら立ち上がるかあるいは立ち下がる立ち上がり部又は立
ち下がり部を形成することが好ましい。あるいは、前記
放射吸収部及び前記放射反射部のうち、前記変位部に設
けられた少なくとも一方について、複数層の膜からなる
平面部を有し該平面部が空中に位置するように支持され
た薄膜部材で構成する場合には、前記平面部の周辺部分
の少なくとも一部に渡って、前記複数層の膜のうち少な
くとも１層の膜を、前記複数層の膜のうちの他の少なく
とも１層の膜の縁部分を覆うように形成することが好ま
しい。

【００２５】これらの場合には、変位部に設けられた放
射吸収部及び放射反射部の両方又は一方の前記平面部
が、立ち上がり部又は立ち下がり部によって、あるい
は、少なくとも１層の膜が他の少なくとも１層の膜の縁
部分を覆っている部分によって、補強される。したがっ
て、平面部の所望の強度を確保しつつ、平面部の膜厚を
薄くすることができる。このため、変位部に設けられた
放射吸収部及び放射反射部の両方又は一方について、強
度不足による変形を防止しつつ、熱容量を小さくするこ
とができる。その結果、前記変形により生ずる放射吸収
部と放射反射部との間の間隔の変化を防止して一層安定
した分光感度特性を得ることができると同時に、検出の
応答性を一層高めることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下の説明では、放射を赤外線と
し読み出し光を可視光とした例について説明するが、本
発明では、放射を赤外線以外のＸ線や紫外線やその他の
種々の放射としてもよいし、また、読み出し光を可視光
以外の他の光としてもよい。

【００２７】［第１の実施の形態］

【００２８】図１は本発明の第１の実施の形態による光
読み出し型の放射検出装置１００の単位画素（単位素
子）を示す図であり、図１（ａ）はその概略平面図、図
１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面
図である。

【００２９】この放射検出装置１００は、基体としての
赤外線ｉを透過させるＳｉ基板等の基板１と、基板１か
ら立ち上がった２つの脚部２，３と、脚部２，３を介し
て基板１に支持された変位部４であって、赤外線ｉを吸
収する赤外線吸収部５を有し赤外線吸収部５にて発生し
た熱に応じて基板１に対して変位する変位部４と、を備
えている。

【００３０】本実施の形態では、基板１の両面にそれぞ
れ赤外線反射防止膜６，７がコーティングされている。
もっとも、これらの膜６，７は必ずしも形成しておく必
要はない。

【００３１】図１中、２ａ，３ａは、脚部２，３におけ
る基板１上の膜６へのコンタクト部をそれぞれ示してい
る。脚部２，３の平面部２ｂ，３ｂは、それぞれＬ字状
に構成されている。脚部２，３は、断熱性の高い材料と
して、例えば、ＳｉＯ膜で構成される。

【００３２】変位部４は、互いに重なった２つの膜８，
９からそれぞれなる２つの変位発生部分１０，１１を有
している。変位発生部分１０，１１は、それらの一方端
部が脚部２，３の平面部２ｂ，３ｂの先端部分にそれぞ
れ接続されて支持されることにより、それぞれカンチレ
バーを構成しており、基板１上に浮いた状態に支持され
ている。膜８及び膜９は、互いに異なる膨張係数を有す
る異なる物質で構成されており、変位発生部分１０，１
１は、いわゆる熱バイモルフ構造（bi-material elemen
tともいう。）を構成している。したがって、変位発生
部分１０，１１は、受けた熱に応じて、下側の膜８の膨
張係数が上側の膜９の膨張係数より大きい場合には上方
に、逆の場合には下方に湾曲して傾斜する。本実施の形
態では、膜８は厚さ３０００オングストロームのＳｉＮ
膜で構成され、膜９は厚さ１０００オングストロームの
Ａｌ膜で構成されている。

【００３３】赤外線吸収部５は、入射した赤外線ｉの一
部を反射する特性を有している。赤外線吸収部５の赤外
線反射率は、約３３％であることが好ましい。赤外線吸
収部５は、変位発生部分１０，１１の先端部分に接続さ
れている。本実施の形態では、赤外線吸収部５は、厚さ
３０００オングストロームのＳｉＮ膜８が変位発生部分
１０，１１からそのまま延びることによって平板状に構
成されている。

【００３４】変位部４には、厚さ２０００オングストロ
ームのＡｌ膜からなる平板状の部材１２が設けられてい
る。部材１２は、その４箇所の部分が接続部１３を介し
て赤外線吸収部５に固定されることにより、赤外線吸収
部５の上方に間隔Ｌ１をあけて赤外線吸収部５と実質的
に平行に配置され、赤外線吸収部５の全体をカバーする
のみならず赤外線吸収部５よりかなり広い範囲をカバー
するように配置されている。本実施の形態では、このよ
うにして部材１２が赤外線吸収部５に固定されることに
よって、部材１２は、変位部４の変位にかかわらずに部
材１２と赤外線吸収部５との相対的な位置関係が実質的
に一定に保たれるように、変位部４に設けられている。
なお、接続部１３は、部材１２を構成するＡｌ膜がその
まま延びることにより形成されている。なお、本実施の
形態では、前述したように複数箇所（本例では、４箇
所）の接続部１３によって部材１２が赤外線吸収部５に
固定されているので、部材１２と赤外線吸収部５との平
行度が増し、好ましい。もっとも、接続部１３の数は１
個以上であればよい。

【００３５】この部材１２は、ｎを奇数、入射赤外線ｉ
の所望の波長域の中心波長をλ_０として、前記間隔Ｌ１
が実質的にｎλ_０／４の間隔をあけて配置されている。
本実施の形態では、具体的には、λ_０を１０μｍ、ｎを
１として、間隔Ｌ１は約２．５μｍに設定されている
が、これに限定されるものではない。この部材１２は、
前述したように厚さ２０００オングストロームのＡｌ膜
からなり、赤外線ｉを略々全反射する赤外線反射部とな
っている。また、部材１２は、変位読み出し部材として
の、受光した読み出し光ｊを反射する読み出し光反射部
となっている。すなわち、本実施の形態では、赤外線反
射部は読み出し光反射部として兼用されている。なお、
部材１２における放射吸収部５との対向面に赤外線反射
部としての反射膜を形成し、部材１２を読み出し光反射
部のみとして用いることもできる。

【００３６】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、変位部４は、変位発生部分１０，１１、赤外線
吸収部５、並びに、赤外線反射部及び読み出し光反射部
を兼用する部材１２で構成されている。

【００３７】図面には示していないが、本実施の形態に
よる放射検出装置１００では、変位部４、脚部２，３を
単位素子（画素）として、この画素が基板１上に１次元
状又は２次元状に配置されている。

【００３８】本実施の形態による放射検出装置１００
は、膜の形成及びパターニング、犠牲層の形成及び除去
などの半導体製造技術を利用して、製造することがで
き、例えば、次のような方法で製造することができる。

【００３９】図面には示していないが、まず、Ｓｉ基板
１の両面に赤外線反射防止膜６，７をコーティングし、
膜６上に犠牲層としてのレジストを塗布する。このレジ
ストに、脚部２，３のコンタクト部２ａ，３ａに応じた
開口をフォトリソグラフィーにより形成する。次に、Ｓ
ｉＯ膜をＰ−ＣＶＤ法等によりデポした後、フォトリソ
エッチング法によりパターニングし、脚部２の形状とす
る。その後、ＳｉＮ膜をＰ−ＣＶＤ法等によりデポした
後、フォトリソエッチング法によりパターニングし、膜
８の形状とする。次いで、Ａｌ膜を蒸着法等によりデポ
した後、フォトリソエッチング法によりパターニング
し、膜９の形状とする。この状態の基板上の全面に犠牲
層としてのレジストを再び塗布する。次に、このレジス
トに、接続部１３に応じた開口をフォトリソグラフィー
により形成する。その後、部材１２及び接続部１３とな
るべきＡｌ膜を蒸着法等によりデポした後、フォトリソ
エッチング法によりパターニングし、部材１２の形状と
する。最後に、ダイシングなどによりチップ毎に分割
し、犠牲層としてのレジストをアッシング法などにより
除去する。これにより、図１に示す放射検出装置１００
が完成する。

【００４０】本実施の形態による放射検出装置１００で
は、下方から赤外線ｉが入射すると、入射した赤外線ｉ
は赤外線吸収部５で一部吸収され、残りは赤外線反射部
としての部材１２で反射され赤外線吸収部５で反射し再
度部材１２に入射する。このため、赤外線吸収部５と部
材１２との間で干渉現象が起こり、両者の間隔Ｌ１が入
射赤外線ｉの所望の波長域の中心波長の１／４の略奇数
倍とされているので、赤外線吸収部５での赤外線吸収が
ほぼ最大となり、赤外線吸収部５における赤外線の吸収
率が高まる。したがって、赤外線吸収部５の厚みを薄く
してその熱容量を小さくしても、赤外線の吸収率を高め
ることができる。その結果、検出感度及び検出応答性の
両方を高めることができる。

【００４１】そして、赤外線吸収部５で発生した熱が変
位発生部分１０，１１に伝わり、この熱に応じてカンチ
レバーを構成している変位発生部分１０，１１が下方に
湾曲して傾斜する。このため、部材１２が、放射吸収部
５との相対的な位置関係（すなわち、間隔Ｌ１）を保っ
たまま、入射した赤外線ｉの量に応じた量だけ基板１の
面に対して傾くこととなる。したがって、上方から部材
１２に入射した読み出し光ｊは、入射した赤外線ｉの量
に応じた方向に反射されることとなる。

【００４２】本実施の形態によれば、赤外線反射部に比
べて赤外線吸収量の大きい赤外線吸収部５が変位部４に
設けられているので、例えば赤外線吸収部５を基板１に
設けるとともに赤外線反射部を変位部４に設ける場合に
比べて、赤外線の入射量が同一であるときに変位部４に
大きい変位が生じ、検出感度が高くなる。

【００４３】また、本実施の形態では、赤外線吸収部５
が変位部４に設けられているため、赤外線吸収部５で発
生した熱が変位部４における変位発生部分１０，１１へ
効率良く伝導され、この点からも検出感度が高まること
になる。

【００４４】さらに、本実施の形態によれば、変位部４
の変位にかかわらずに、赤外線反射部としての部材１２
と赤外線吸収部５との間の間隔Ｌ１が実質的に一定に保
たれるので、安定した分光感度特性を得ることができ
る。

【００４５】また、本実施の形態によれば、部材１２が
赤外線反射部及び読み出し光反射部として兼用されてい
るので、構造が簡単となって安価に提供することができ
る。

【００４６】ここで、本実施の形態による放射検出装置
１００を用いた映像化装置の一例について、図２を参照
して説明する。図２は、この映像化装置を示す概略構成
図である。

【００４７】この映像化装置は、前述した放射検出装置
１００の他に、読み出し光学系と、撮像手段としての２
次元ＣＣＤ２０と、観察対象としての熱源２１からの赤
外線ｉを集光して放射検出装置１００の赤外線吸収部と
しての変位部４が分布している面上に熱源２１の赤外線
画像を結像させる赤外線用の結像レンズ２２とから構成
されている。

【００４８】この映像化装置では、前記読み出し光学系
は、読み出し光を供給するための読み出し光供給手段と
してのＬＤ（レーザーダイオード）２３と、ＬＤ２３か
らの読み出し光を放射検出装置１００の全ての画素の読
み出し光反射部としての部材１２へ導く第１レンズ系２
４と、第１レンズ系２４を通過した後に全ての画素の部
材１２にて反射された読み出し光の光線束のうち所望の
光線束のみを選択的に通過させる光線束制限部２５と、
第１レンズ系２４と協働して各画素の反射板１２と共役
な位置を形成し且つ該共役な位置に光線束制限部２５を
通過した光線束を導く第２レンズ系２６とから構成され
ている。前記共役な位置にはＣＣＤ２０の受光面が配置
されており、レンズ系２４，２６によって全ての画素の
部材１２とＣＣＤ２０の複数の受光素子とが光学的に共
役な関係となっている。

【００４９】ＬＤ２３は、第１レンズ系２４の光軸Ｏに
関して一方の側（図２中の右側）に配置されており、当
該一方の側の領域を読み出し光が通過するように読み出
し光を供給する。本例では、ＬＤ２３が第１レンズ系２
４の第２レンズ系２６側の焦点面付近に配置されて、第
１レンズ系２４を通過した読み出し光が略平行光束とな
って全ての画素の部材１２を照射するようになってい
る。ＣＣＤ２０上の光学像のコントラストを高めるた
め、ＬＤ２３の前部に読み出し光絞りを設けてもよい。
本例では、放射検出装置１００は、その基板１の面（本
例では、基板１の面は、目標物体（熱源２１）からの赤
外線が入射しない場合の部材１２の面と平行である。）
が光軸Ｏと直交するように配置されている。もっとも、
このような配置に限定されるものではない。

【００５０】光線束制限部２５は、前記所望の光線束の
みを選択的に通過させる部位が第１レンズ系２４の光軸
Ｏに関して他方の側（図２中の左側）の領域に配置され
るように構成されている。本例では、光線束制限部２５
は、開口２５ａを有する遮光板からなり、開口絞りとし
て構成されている。本例では、いずれの画素の赤外線吸
収部５にも目標物体からの赤外線が入射していなくて全
ての画素の部材１２の面が基板１の面と平行である場合
に、全ての画素の部材１２で反射した光線束（各部材１
２で反射した個別光線束の束）が第１レンズ系２４によ
って集光する集光点の位置と開口２５ａの位置とがほぼ
一致するように、光線束制限部２５が配置されている。
また、開口２５ａの大きさは、この光線束の前記集光点
での断面の大きさとほぼ一致するように定められてい
る。もっとも、このような配置や大きさに限定されるも
のではない。

【００５１】図２に示す映像化装置によれば、ＬＤ２３
から出射した読み出し光の光線束３１は、第１レンズ系
２４に入射し、略平行化された光線束３２となる。次に
この略平行化された光線束３２は、放射検出装置１００
の全ての画素の部材１２に、基板１の法線に対してある
角度をもって入射する。

【００５２】一方、結像レンズ２２によって、熱源２１
からの赤外線が集光され、放射検出装置１００の変位部
４が分布している面上に、熱源２１の赤外線画像が結像
される。これにより、放射検出装置１００の各画素の赤
外線吸収部５に赤外線が入射する。このため、前述した
動作により、各画素の部材１２は、対応する赤外線吸収
部５に入射した赤外線の量に応じた量だけ基板１の面に
対して傾くこととなる。

【００５３】今、全ての画素の赤外線吸収部５には目標
物体からの赤外線が入射しておらず、全ての画素の部材
１２が基板１と平行であるものとする。全ての画素の部
材１２に入射した光線束３２はこれらの部材１２にて反
射されて光線束３３となり、再び第１レンズ系２４に今
度はＬＤ２３の側とは反対の側から入射して集光光束３
４となり、この集光光束３４の集光点の位置に配置され
た光線束制限部２５の開口２５ａの部位に集光する。そ
の結果、集光光束３４は開口２５ａを透過して発散光束
３５となって第２レンズ系２６に入射する。第２レンズ
系２６に入射した発散光束３５は、第２レンズ系２６に
より例えば略平行光束３６となってＣＣＤ２０の受光面
に入射する。ここで、各画素の部材１２とＣＣＤ２０の
受光面とはレンズ系２４，２６によって共役な関係にあ
るので、ＣＣＤ２０の受光面上の対応する各部位にそれ
ぞれ各部材１２の像が形成され、全体として、全ての画
素の部材１２の分布像である光学像が形成される。

【００５４】今、ある画素の赤外線吸収部５にある量の
赤外線が入射して、その入射量に応じた量だけ当該画素
の部材１２が基板１の面に対して傾いたものとする。光
線束３２のうち当該部材１２に入射する個別光線束は、
当該部材１２によってその傾き量だけ異なる方向に反射
されるので、第１レンズ系２４を通過した後、その傾き
量に応じた量だけ前記集光点（すなわち、開口２５ａ）
の位置からずれた位置に集光し、その傾き量に応じた量
だけ光線束制限部２５により遮られることになる。した
がって、ＣＣＤ２０上に形成された全体としての光学像
のうち当該部材１２の像の光量は、当該部材１２の傾き
量に応じた量だけ低下することになる。

【００５５】したがって、ＣＣＤ２０の受光面上に形成
された読み出し光による光学像は、放射検出装置１００
に入射した赤外線像を反映したものとなる。この光学像
は、ＣＣＤ２０により撮像される。なお、ＣＣＤ２０を
用いずに、接眼レンズ等を用いて前記光学像を肉眼で観
察してもよい。

【００５６】なお、読み出し光学系の構成が前述した構
成に限定されるものではないことは、言うまでもない。

【００５７】以上は映像化装置の例であったが、図２に
おいて、放射検出装置１００として、単一の画素（素
子）のみを有する放射検出装置を用い、２次元ＣＣＤ２
０に代えて、単一の受光部のみを有する光検出器を用い
れば、赤外線のいわゆるポイントセンサとしての検出装
置を構成することができる。この点は、後述する各実施
の形態についても同様である。

【００５８】［第２の実施の形態］

【００５９】図３は、本発明の第２の実施の形態による
光読み出し型の放射検出装置１０１の単位画素（単位素
子）を示す概略平面図である。図４は、図３中のＢ−
Ｂ’線に沿った概略断面図である。図５は、図３中のＣ
−Ｃ’線に沿った概略断面図である。図３乃至図５にお
いて、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符
号を付し、その重複する説明は省略する。

【００６０】この放射検出装置１０１が図１に示す前記
放射検出装置１００と基本的に異なる所は、以下の点の
みである。

【００６１】この放射検出装置１０１では、部材１２
は、基板１と平行な平面部１２ａの周辺部分の全体（一
部でもよい）に渡って平面部１２ａから立ち下がるよう
に形成された立ち下がり部（立ち上がり部でもよい）１
２ｂと、立ち下がり部１２ｂの下部から側方に外側にわ
ずかに延びた水平部１２ｃと、を有している。水平部１
２ｃは取り除いておいてもよい。平面部１２ａが立ち下
がり部１２ｂによって補強されるので、平面部１２ａの
所望の強度を確保しつつ、平面部１２ａの膜厚を薄くす
ることができる。このため、部材１２の強度不足による
変形を防止しつつ、部材１２の熱容量を小さくすること
ができる。その結果、前記変形により生ずる間隔Ｌ１の
変化を防止して一層安定した分光感度特性を得ることが
できると同時に、検出の応答性を一層高めることができ
る。

【００６２】また、放射検出装置１０１では、赤外線吸
収部５は、変位発生部分１０，１１の下側膜であるＳｉ
Ｎ膜８とは別に形成されたＳｉＮ膜で構成されている。
そして、赤外線吸収部５は、部材１２と同様に、平面部
５ａの周辺部分の全体（一部でもよい）に渡って平面部
５ａから立ち下がるように形成された立ち下がり部（立
ち上がり部でもよい）５ｂと、立ち下がり部５ｂの下部
から側方に外側にわずかに延びた水平部５ｃと、を有し
ている。水平部５ｃは取り除いておいてもよい。平面部
５ａが立ち下がり部５ｂによって補強されるので、平面
部５ａの所望の強度を確保しつつ、平面部５ａの膜厚を
薄くすることができる。このため、赤外線吸収部５の強
度不足による変形を防止しつつ、赤外線吸収部５の熱容
量を小さくすることができる。その結果、前記変形によ
り生ずる間隔Ｌ１の変化を防止して一層安定した分光感
度特性を得ることができると同時に、検出の応答性を一
層高めることができる。

【００６３】さらに、この放射検出装置１０１では、脚
部２は、基板１と平行な平面部２ｂの周辺部分の全体
（一部でもよい）に渡って平面部２ｂから立ち下がるよ
うに形成された立ち下がり部２ｃと、立ち下がり部２ｃ
の下部から側方に外側にわずかに延びた水平部２ｄと、
を有している。水平部２ｄは取り除いておいてもよい。
平面部２ｂが立ち下がり部２ｃによって補強されるの
で、平面部２ｂの所望の強度を確保しつつ、平面部２ｂ
の膜厚を薄くすることができる。このため、脚部２の断
熱性を高めることができる。

【００６４】本実施の形態によれば、以上説明した利点
以外にも、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られ
る。

【００６５】なお、本実施の形態による放射検出装置１
０１も、膜の形成及びパターニング、犠牲層の形成及び
除去などの半導体製造技術を利用して、製造することが
できる。また、放射検出装置１０１は、図２において、
放射検出装置１００の代わりに用いることができる。

【００６６】［第３の実施の形態］

【００６７】図６は、本発明の第３の実施の形態による
光読み出し型の放射検出装置１０２の単位画素（単位素
子）を示す概略断面図であり、図５に対応している。図
６において、図５中の要素と同一又は対応する要素には
同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

【００６８】この放射検出装置１０２が図３乃至図５に
示す前記放射検出装置１０１と異なる所は、以下の点の
みである。

【００６９】この放射検出装置１０２では、部材１２に
おいて、平面部１２ａが２層の膜１４，１５（上側膜１
４は読み出し光ｊを反射し、下側膜１５は赤外線ｉを反
射する。）で構成され、平面部１２ａの周辺部分の少な
くとも一部に渡って、上側膜１４が下側膜１５の縁部分
（厚さ方向に沿った面）を覆うように形成され、上側膜
１４は下側膜１５の縁部分に沿って立ち下がり更に側方
に外側にわずかに延びている。上側膜１４が下側膜１５
の縁部分を覆っている部分によって平面部１２ａが補強
されるので、平面部１２ａの所望の機械的強度を確保し
つつ、平面部１２ａの膜厚を薄くすることができる。こ
のため、前記第２の実施の形態と同様に、部材１２の強
度不足による変形を防止しつつ、部材１２の熱容量を小
さくすることができる。その結果、前記変形により生ず
る間隔Ｌ１の変化を防止して一層安定した分光感度特性
を得ることができると同時に、検出の応答性を一層高め
ることができる。

【００７０】本実施の形態によっても、前記第２の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【００７１】なお、赤外線吸収部５及び脚部２について
も、前述した立ち下がり部に代えて、本実施の形態にお
ける部材１２と同様の縁部分を覆う構造を採用してもよ
い。

【００７２】［第４の実施の形態］

【００７３】図７は、本発明の第４の実施の形態による
光読み出し型の放射検出装置１０３の単位画素（単位素
子）を示す概略断面図であり、前述した図１（ｂ）に対
応している。図７において、図１中の要素と同一又は対
応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省
略する。

【００７４】この放射検出装置１０３が図１に示す前記
放射検出装置１００と異なる所は、以下の点のみであ
る。

【００７５】この放射検出装置１０３では、図１中の部
材１２が取り除かれ、代わりに、読み出し光ｊをマスク
するマスク（遮光体）４０と、前述した間隔Ｌ１をあけ
て赤外線吸収部５と対向するようにマスク４０に形成さ
れた赤外線反射部４１と、赤外線吸収部５の先端部に設
けられた読み出し光ハーフミラー部４２と、読み出し光
ハーフミラー部４２と対向するように膜６上に形成され
た読み出し光反射部４３とが、追加されている。

【００７６】マスク４０は、読み出し光ハーフミラー部
４２に対応する領域に開口４０ａを有し、照射される読
み出し光ｊのうちのハーフミラー部４２から出射する干
渉光以外の光をマスクする。このマスク４０は、例え
ば、金黒、白金黒などの膜で構成される。

【００７７】赤外線反射部４１は、Ａｌ膜で構成されて
いる。読み出し光ハーフミラー部４２は、ＳｉＯ膜（可
視光に対して透明である。）と、所望の反射率を得るよ
うに非常に薄くこのＳｉＯ膜上にスパッタ法等により被
着させたチタンなどの金属層とから構成されている。

【００７８】読み出し光ｊがハーフミラー部４２に入射
すると、当該読み出し光ｊの一部がハーフミラー部４２
で反射されて反射光となり、ハーフミラー部４２に入射
した読み出し光ｊの残りはハーフミラー部４２を透過し
て全反射ミラー４３で反射されて再度ハーフミラー部４
２に下面から入射する。下面からハーフミラー部４２に
再度入射した読み出し光のうちの一部がハーフミラー部
４２を透過し透過光となる。この透過光と前記反射光と
の間には、ハーフミラー部４２と全反射ミラー４３との
間の間隔ｄの２倍に対応する光路長差がある。よって、
前記反射光と前記透過光との間でこの光路長差に応じた
干渉が起こり、前記反射光及び前記透過光がこの光路長
差に応じた（したがって、変位部４の変位に応じた）干
渉強度を有する干渉光となってハーフミラー部４２から
出射されることになる。

【００７９】本実施の形態では、放射反射部４１がマス
ク４０を介して基板１に対して固定されているので、変
位部４が変位すると間隔Ｌ１が変化することから、分光
感度特性の安定性の点では前記第１の実施の形態より劣
るが、他の点に関しては前記第１の実施の形態と同様の
利点が得られる。

【００８０】なお、本実施の形態による放射反射部４１
と共に用い得る読み出し光学系自体は、特開平１０−２
５３４４７号公報の図１６に開示されているように、公
知である。

【００８１】［第５の実施の形態］

【００８２】図８は、本発明の第５の実施の形態による
静電容量型の放射検出装置１０４の単位画素（単位素
子）を示す図であり、図８（ａ）はその概略平面図、図
８（ｂ）は図８（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面
図である。図８において、図１中の要素と同一又は対応
する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略
する。

【００８３】この放射検出装置１０４が図１に示す前記
放射検出装置１００と異なる所は、以下の点のみであ
る。

【００８４】この放射検出装置１０４では、Ｓｉ基板１
の両面には、赤外線反射防止膜６，７がコーティングさ
れていない。

【００８５】また、放射検出装置１０４では、図１中の
赤外線吸収部５に代えて、平板状の部材５０が変位発生
部分１０，１１の先端部分に接続されている。この部材
５０は、Ａｌ膜９が変位発生部分１０，１１からそのま
ま延びることによって構成されている。この部材５０
は、変位部４に生じた変位に応じた静電容量の変化を得
るために用いられる変位読み出し部材としての可動電極
部となっている。また、部材５０は、赤外線ｉを略々全
反射する赤外線反射部となっている。すなわち、本実施
の形態では、赤外線反射部は可動電極部として兼用され
ている。なお、部材５０における後述する赤外線吸収部
５１との対向面に赤外線反射部としての反射膜を形成
し、部材５０を可動電極部のみとして用いることもでき
る。

【００８６】そして、放射検出装置１０４では、厚さ３
０００オングストロームのＳｉＮ膜からなる平板状の赤
外線吸収部５１が、その４箇所（１箇所以上であればよ
い。）の部分が接続部５２を介して部材５０に固定され
ることにより、部材５０の上方に前述した間隔Ｌ１をあ
けて部材５０と実質的に平行に配置されている。これに
より、赤外線吸収部５１は変位部４に設けられている。
本実施の形態では、このようにして赤外線吸収部５１が
部材５０に固定されることによって、部材５０は、変位
部４の変位にかかわらずに部材５０と赤外線吸収部５１
との相対的な位置関係が実質的に一定に保たれるよう
に、変位部４に設けられている。

【００８７】基板１には、可動電極部としての部材５０
と対向するように、金属膜からなる固定電極部５３が設
けられている。固定電極部５３の上面は、必要に応じて
誘電体膜で覆ってもよい。また、基板１には、この固定
電極部５３の下側にこの電極５３と電気的に接続された
拡散層５４が形成されるとともに、脚部２，３のコンタ
クト部２ａ，３ａ付近の下側に拡散層５５が形成されて
いる。脚部２，３上にはそれぞれ、Ａｌ膜９と拡散層５
５との間（ひいては、可動電極部としての部材５０と拡
散層５５との間）を電気的に接続する配線層５６が形成
されている。コンタクト部２ａ，３ａにはそれぞれ開口
が形成され、これらの開口を介して配線層５６が拡散層
５５と電気的に接続されるようになっている。

【００８８】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、変位部４は、変位発生部分１０，１１、赤外線
吸収部５１、並びに、赤外線反射部及び可動電極部を兼
用する部材５０で構成されている。

【００８９】この放射検出装置１０４によれば、上方か
ら赤外線ｉが入射すると、前記第１の実施の形態による
放射検出装置１００と同様の干渉現象によって赤外線吸
収部５１が赤外線ｉを吸収して熱を発生する。この熱が
変位発生部分１０，１１に伝わり、この熱に応じてカン
チレバーを構成している変位発生部分１０，１１が下方
に湾曲して傾斜する。このため、部材５０が、放射吸収
部５１との相対的な位置関係（すなわち、間隔Ｌ１）を
保ったまま、入射した赤外線ｉの量に応じた量だけ基板
１の面に対して傾き、可動電極部としての部材５０と固
定電極部５３との間の距離が変化する。これにより、部
材５０と固定電極部５３との間の静電容量の値が変化
し、入射赤外線量を拡散層５４，５５間から静電容量の
変化として検出することができる。なお、図面には示し
ていないが、拡散層５４，５５はその静電容量を読み出
す読み出し回路に接続されている。

【００９０】なお、変位部４、脚部２，３及び固定電極
部５３を単位素子（画素）として、この画素が基板１上
に１次元状又は２次元状に配置されており、前記読み出
し回路から赤外線画像信号が得られる。

【００９１】本実施の形態によっても、前記第１の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【００９２】なお、本実施の形態による放射検出装置１
０４も、膜の形成及びパターニング、犠牲層の形成及び
除去などの半導体製造技術を利用して、製造することが
できる。

【００９３】［第６の実施の形態］

【００９４】図９は、本発明の第６の実施の形態による
静電容量型の放射検出装置１０５の単位画素（単位素
子）を示す概略断面図であり、前述した図８（ｂ）に対
応している。図９において、図８中の要素と同一又は対
応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省
略する。

【００９５】この放射検出装置１０５が図８に示す前記
放射検出装置１０４と異なる所は、以下の点のみであ
る。

【００９６】この放射検出装置１０５では、図８中の赤
外線吸収部５１が取り除かれている。また、放射検出装
置１０５では、図８中の部材５０の代わりに、入射した
赤外線ｉの一部を反射する赤外線吸収部及び可動電極部
として兼用される平板状の部材６０が、変位発生部分１
０，１１の先端部分に接続されている。さらに、放射検
出装置１０５では、固定電極部５３が、赤外線ｉを略々
全反射する赤外線反射部として兼用されている。部材６
０と固定電極部５３との間の間隔は前述した間隔Ｌ１と
なっている。部材６０は、例えば、ＩＴＯ膜等の金属酸
化物膜などで構成される。

【００９７】本実施の形態では、赤外線反射部として兼
用されている固定電極部５３が基板１に対して固定され
ているので、変位部４が変位すると間隔Ｌ１が変化する
ことから、分光感度特性の安定性の点では前記第５の実
施の形態より劣るが、他の点に関しては前記第５の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【００９８】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。例えば、膜の材料や寸法等は前述したものに
限定されない。

【００９９】また、前記第１の実施の形態を変形して第
２の実施の形態又は第３の実施の形態を得たのと同様の
変形を、前記第４乃至第６の実施の形態に適用してもよ
い。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出感度及び検出応答性の両方を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による放射検出装置
の単位画素を示す図であり、図１（ａ）はその概略平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った概
略断面図である。

【図２】図１に示す放射検出装置を用いた映像化装置の
一例を示す概略構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による放射検出装置
の単位画素を示す概略平面図である。

【図４】図３中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であ
る。

【図５】図３中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施の形態による放射検出装置
の単位画素を示す概略断面図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態による放射検出装置
の単位画素を示す概略断面図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態による放射検出装置
の単位画素を示す図であり、図８（ａ）はその概略平面
図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿った概
略断面図である。

【図９】本発明の第６の実施の形態による放射検出装置
の単位画素（単位素子）を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１基板２，３脚部４変位部５，５１赤外線吸収部１０，１１変位発生部分１２読み出し光反射部及び赤外線反射部を兼用する部
材４１赤外線反射部４２読み出し光ハーフミラー部４３読み出し光反射部５１可動電極及び赤外線吸収部を兼用する部材５３固定電極６０赤外線吸収部及び可動電極部を兼用する部材１００〜１０５放射検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体と、該基体に支持された変位部であ
って、放射を吸収する放射吸収部を有し該放射吸収部に
て発生した熱に応じて前記基体に対して変位する変位部
とを備えた放射検出装置であって、前記放射吸収部が入射した放射の一部を反射する特性を
有し、ｎを奇数、前記放射の所望の波長域の中心波長をλ_０と
して、前記放射吸収部から実質的にｎλ_０／４の間隔を
あけて配置され前記放射を略々全反射する放射反射部を
備えたことを特徴とする放射検出装置。
【請求項２】前記変位部の変位にかかわらずに前記放
射反射部と前記放射吸収部との相対的な位置関係が実質
的に一定に保たれるように、前記放射反射部が前記変位
部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の放射検
出装置。
【請求項３】前記変位部に設けられ受光した読み出し
光を反射する読み出し光反射部を備え、前記放射反射部
は、前記読み出し光反射部と兼用されるかあるいは前記
読み出し光反射部に形成されたことを特徴とする請求項
２記載の放射検出装置。
【請求項４】前記基体に設けられた固定電極部と、前
記変位部に設けられ前記固定電極部と対向する可動電極
部とを備え、前記放射反射部は、前記可動電極部と兼用
されるかあるいは前記可動電極部に形成されたことを特
徴とする請求項２記載の放射検出装置。
【請求項５】前記基体に設けられた固定電極部と、前
記変位部に設けられ前記固定電極部と対向する可動電極
部とを備え、前記放射反射部は前記固定電極部と兼用さ
れたことを特徴とする請求項１記載の放射検出装置。
【請求項６】前記基体に設けられた固定電極部と、前
記変位部に設けられ前記固定電極部と対向する可動電極
部とを備え、前記放射吸収部は前記可動電極部と兼用さ
れたことを特徴とする請求項１又は５記載の放射検出装
置。