JP2010054416A - 赤外線検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線を精度良く検出することができ、且つ、コンパクトな赤外線検出センサを提供すること。
【解決手段】内部に気体が存在する筐体２１、筐体２１の内部に配置され吸収した赤外線を熱に変換する赤外線吸収層２２、及び、筐体２１に設けられ筐体２１の内部と外部とを連通させる開口部２３を具備する赤外線吸収部２と、開口部２３の少なくとも一部を閉塞するように、一部のみが筐体２１に固着され、筐体２１への固着部を支点として撓むことが可能な片持ち梁部材３とを備えることを特徴とする赤外線検出センサ１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線を熱に変換する赤外線吸収層を有し、該赤外線吸収層によって赤外線から変換された熱により気体が膨張することを用いて赤外線を検出する赤外線検出センサに関する。

前述の赤外線検出センサとして、特許文献１に記載の放射エネルギーを検出する装置が知られている。特許文献１に記載の装置は、内部に気体が存在する筒状の筐体と、筐体の一方側の開口部を閉塞するエネルギー吸収膜と、筐体の他方側の開口部を閉塞する薄膜とを備えている。

特許文献１に記載の装置において、エネルギー吸収膜が赤外線等を吸収すると、赤外線等が熱に変換され、該熱により筐体の内部に存在する気体が昇温し、該気体の圧力が上昇する。気体の圧力が上昇すると、筐体の外側に向いた力が薄膜に加わり、筐体の外側へ押し出されるように薄膜が撓む。赤外線等の吸収によって薄膜が撓むため、特許文献１に記載の装置は、薄膜の撓み量に基づいて赤外線等を検出することが可能である。
米国特許２４２４９７６号明細書

ところで、赤外線検出センサには、小型化の要請が従来からある。特許文献１に記載の装置を小型化するためには、筐体の開口部及び薄膜の面積を小さくする必要がある。しかし、薄膜は、通常、筐体の他方の開口部を区画する部位全体において筐体に固着されている。このため、薄膜の面積を小さくすると、薄膜は撓み難くなり、赤外線を精度良く検出することができなくなる。よって、特許文献１に記載の装置を小型することは困難である。

そこで、本発明は、赤外線を精度良く検出することができ、且つ、コンパクトな赤外線検出センサを提供する。

本発明は、内部に気体が存在する筐体、前記筐体の内部に配置され吸収した赤外線を熱に変換する赤外線吸収層、及び、前記筐体に設けられ前記筐体の内部と外部とを連通させる開口部を具備する赤外線吸収部と、前記開口部の少なくとも一部を閉塞するように、一部のみが前記筐体に固着され、前記筐体への固着部を支点として撓むことが可能な片持ち梁部材又は両持ち梁部材とを備えることを特徴とする赤外線検出センサを提供する。

本発明に係る赤外線検出センサは、内部に気体が存在する筐体と、筐体の内部に配置され吸収した赤外線を熱に変換する赤外線吸収層とを具備する。赤外線吸収層の赤外線吸収量が増加すると、これに伴ない赤外線吸収層によって変換される熱量も増加する。赤外線吸収層によって変換される熱量が増加すると、筐体の内部に存在する気体が熱伝達によって昇温し、該気体の圧力が上昇することになる。
筐体には、筐体の内部と外部とを連通させる開口部が設けられている。この開口部は、片持ち梁部材又は両持ち梁部材によって少なくとも一部が閉塞されている。前述のように、筐体の内部に存在する気体の圧力が上昇すると、圧力が上昇した分だけ片持ち梁部材又は両持ち梁部材を筐体の外部に押圧する力が増加することになる。
片持ち梁部材及び両持ち梁部材は、一部のみが筐体に固着され、筐体への固着部を支点として撓むことが可能な構成とされている。このため、前述のように、筐体の内部に存在する気体の圧力が上昇して片持ち梁部材又は両持ち梁部材を筐体の外部に押圧する力が増加すると、片持ち梁部材又は両持ち梁部材は、筐体への固着部を支点として筐体の外部に向けて撓むことになる。

一方、赤外線吸収層の赤外線吸収量が減少すると、これに伴ない赤外線吸収層によって変換される熱量も減少する。赤外線吸収層によって変換される熱量が減少すると、筐体の内部に存在する気体への熱伝達が減少することによって該気体が降温し、該気体の圧力が降下することになる。筐体の内部に存在する気体の圧力が降下すると、圧力が降下した分だけ片持ち梁部材又は両持ち梁部材を筐体の外部に押圧する力が減少することになる。片持ち梁部材又は両持ち梁部材を外部に押圧する力が減少すると、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量が小さくなる。

このように、片持ち梁部材及び両持ち梁部材の撓み量は、赤外線吸収層の赤外線吸収量に応じて変化するので、片持ち梁部材及び両持ち梁部材の撓み量に基づいて、赤外線を検出すること（赤外線が赤外線吸収層に吸収されたか否かや、赤外線吸収層の赤外線吸収量を検出すること等）が可能である。

仮に特許文献１に係る薄膜のように、本発明に係る片持ち梁部材を筐体の開口部を区画する部位全体において筐体に固着した場合と、本発明に係る片持ち梁部材とでは、それぞれの片持ち梁部材を筐体の外部に押圧する力が同じように変化したときの撓み量の変化は、本発明に係る片持ち梁部材の方が大きい。同様に、仮に特許文献１に係る薄膜のように、本発明に係る両持ち梁部材を筐体の開口部を区画する部位全体において筐体に固着した場合と、本発明に係る両持ち梁部材とでは、それぞれの両持ち梁部材を筐体の外部に押圧する力が同じように変化したときの撓み量の変化は、本発明に係る両持ち梁部材の方が大きい。換言すれば、赤外線吸収層の赤外線吸収量の変化に対する撓み量の変化は、本発明に係る片持ち梁部材及び両持ち梁部材の方が大きい。即ち、撓み量で検出できる赤外線吸収量の分解能は、本発明に係る片持ち梁部材及び両持ち梁部材の方が高い。よって、片持ち梁部材又は両持ち梁部材を備えた本発明に係る赤外線検出センサは、該片持ち梁部材又は該両持ち梁部材と同一面積の薄膜を備えた赤外線検出センサよりも赤外線を精度良く検出することができる。よって、本発明は、赤外線を精度良く検出すること可能であり、且つ、コンパクトな赤外線検出センサを提供することができる。また、赤外線検出センサがコンパクトであれば、赤外線検出センサの製造方法にはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた製造方法が適する。ＭＥＭＳ技術を用いた製造方法によれば、１枚のウエハ上に多数の赤外線検出センサを同時に製作することができるので、赤外線検出センサを大量生産することが可能である。よって、本発明は、赤外線を精度良く検出すること可能であり、且つ、コンパクトであると共に、量産性に優れた赤外線検出センサを提供することができる。

好ましくは、前記赤外線検出センサは、前記赤外線吸収部と前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材とを複数備えることが好ましい。

かかる赤外線検出センサにおける各赤外線吸収部の赤外線吸収層に波長の異なる赤外線を吸収させることで、波長の異なる複数の赤外線を検出することができる。よって、かかる赤外線検出センサは、波長の異なる赤外線を検出することによってガスの成分を分析するガス分析等に好適である。

片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量を検出し、検出した撓み量に基づいて赤外線を検出する具体的な構成として、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向するように前記筐体に設けられた前記第２電極と、前記第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量を検出する撓み量検出手段と、該撓み量検出手段が検出した撓み量に基づいて、赤外線を検出する赤外線検出手段とを備える構成を挙げることができる。

第１電極と第２電極との間の静電容量は、第１電極と第２電極との距離に依存する。第１電極は片持ち梁部材又は両持ち梁部材に設けられ、第２電極は筐体に設けられているため、第１電極と第２電極との間の距離は片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量によって変動する。よって、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量を検出することができる。
また、上述のように、片持ち梁部材及び両持ち梁部材の撓み量は赤外線吸収層の赤外線吸収量に応じて変化するので、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量に基づいて、赤外線吸収層の赤外線吸収量を検出することができる。
このように、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量を検出でき、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量に基づいて赤外線吸収層の赤外線吸収量を検出できるため、上述の具体的な構成により、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量を検出し、検出した撓み量に基づいて赤外線を検出することができる。

また、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量に基づいて赤外線を検出する具体的な他の構成として、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材までの距離を測定し、該距離に基づいて、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量を検出する撓み量検出手段と、該撓み量検出手段が検出した撓み量に基づいて、赤外線を検出する赤外線検出手段とを備える構成を挙げることができる。

片持ち梁部材又は両持ち梁部材までの距離は、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量によって変動するため、片持ち梁部材又は両持ち梁部材までの距離に基づいて片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量を検出することができる。上述のように、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量に基づいて、赤外線吸収層の赤外線吸収量を検出することができるため、上述の具体的な構成により、片持ち梁部材又は両持ち梁部材の撓み量を検出し、検出した撓み量に基づいて赤外線を検出することができる。

好ましくは、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材は、厚みが５００ｎｍ以下であるシリコンで形成される構成とされる。

このような構成にすることで、片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材が非常に撓み易くなり、赤外線吸収層の赤外線吸収量に対する片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量の変化が大きくなり、ひいては、片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量で検出できる赤外線吸収層の赤外線吸収量の分解能が高くなる。よって、かかる好ましい構成によれば、赤外線をより精度良く検出することができる。

好ましくは、赤外線検出センサは、前記赤外線吸収部と前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材と一体的に形成され、前記赤外線吸収層に赤外線を断続的に入射させるチョッパを備えることができる。

チョッパを備えることで、赤外線吸収層に赤外線が入射する度に、赤外線の検出をすることができる。

本発明は、赤外線を精度良く検出することができ、且つ、コンパクトな赤外線検出センサを提供することができる。

図１は、本実施形態に係る赤外線検出センサ１の模式図である。図１に示すように、赤外線検出センサ１は、赤外線吸収部２と片持ち梁部材３と備える。

赤外線吸収部２は、内部に気体が存在する筐体２１と、筐体２１の内部に配置された赤外線吸収層２２と、筐体２１に設けられ該筐体２１の内部と外部とを連通させる開口部２３とを具備する。

筐体２１の材質は、特に限定されないが、赤外線ＩＲを透過するシリコン等とすることができる。筐体２１は、外部から赤外線ＩＲを通過させて筐体２１の内部に赤外線ＩＲを入射させる入射部２１ａを有し、入射部２１ａの周囲の外面は赤外線ＩＲが透過できない遮光膜４で覆われている。

赤外線吸収層２２は、筐体２１の入射部２１ａを通過して、筐体２１の内部に入射した赤外線ＩＲを吸収する。赤外線吸収層２２は、吸収した赤外線ＩＲを熱に変換する。

開口部２３は、筐体２１の入射部２１ａ以外の部位に形成されている。図１に示すように、例えば、開口部２３は、入射部２１ａ以外の部位であって、入射部２１ａと対向しない部位に形成することができる。開口部２３によって筐体２１の内部と連通する筐体２１の外部は、筐体２１及び第２筐体２５によって区画された空間部２４である。第２筐体２５は、赤外線ＩＲを透過するシリコン等で形成されている。第２筐体２５の外面は、遮光膜４で覆われている。尚、第２筐体２５は、筐体２１と一体的に形成することが可能である。開口部２３の形状は特に限定されるものでない。図２は、図１の矢印Ｘ方向から見た赤外線検出センサ１の開口部２３及び片持ち梁部材３の平面図を示す。図２に示すように、開口部２３は、例えば、矩形状に形成することができる。

片持ち梁部材３は、一部が筐体２１に固着されている。具体的には、片持ち梁部材３は、所定方向の一方側の部位においてのみ筐体２１に固着されている。片持ち梁部材３の筐体２１に固着される部位（以下、「固着部」という）は、片持ち梁部材３のうち、開口部２３の所定方向の他方側の端部よりも、該所定方向の一方側に存在する部位である。例えば、図２に示すように、所定方向を図２の矢印Ｙ方向（紙面に沿った上下方向）とし、所定方向の他方側を紙面に沿った上方側とすれば、片持ち梁部材３の固着部は、開口部２３の上端部よりも下方側に存在する部位である。例えば、図２に示すように、片持ち梁部材３の形状が平面視矩形状である場合は、片持ち梁部材３の固着部は、片持ち梁部材３の下方を形成する一辺部３１とすることができる。

この片持ち梁部材３は、開口部２３の少なくとも一部を閉塞している。図２に示す片持ち梁部材３においては、開口部２３の一部、即ち、開口部２３のうち、片持ち梁部材３の周囲のコの字状の部位以外の部位を閉塞している。

図１の一点鎖線で示すように、片持ち梁部材３は、筐体２１の内部に存在する気体の圧力に応じて、筐体２１への固着部を支点として撓む。即ち、図２に示す片持ち梁部材３では、一辺部３１を支点として撓む。具体的には、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量が増加すると、これに伴ない赤外線吸収層２２によって変換される熱量も増加する。赤外線吸収層２２によって変換される熱量が増加すると、筐体２１の内部に存在する気体が熱伝達によって昇温し、該気体の圧力が上昇することになる。筐体２１の内部に存在する気体の圧力が上昇すると、圧力が上昇した分だけ片持ち梁部材３を筐体２１の外部に押圧する力が増加することになる。筐体２１の内部に存在する気体の圧力が上昇して片持ち梁部材３を筐体２１の外部に押圧する力が増加すると、片持ち梁部材３は、一辺部３１を支点として筐体２１の外部に向けて撓むことになる。このように、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量が増加すると、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１（図１参照）が大きくなる。

一方、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量が減少すると、これに伴ない赤外線吸収層２２によって変換される熱量も減少する。赤外線吸収層２２によって変換される熱量が減少すると、筐体２１の内部に存在する気体への熱伝達が減少することによって該気体が降温し、該気体の圧力が降下することになる。筐体２１の内部に存在する気体の圧力が降下すると、圧力が降下した分だけ片持ち梁部材３を筐体２１の外部に押圧する力が減少することになる。片持ち梁部材３を外部に押圧する力が減少すると、片持ち梁部材３の撓み量が小さくなる。

このように、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量に応じて片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１が変化する。よって、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１に基づいて赤外線ＩＲを検出すること（赤外線ＩＲが赤外線吸収層２２に吸収されたか否かや、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量を検出すること等）が可能である。

尚、好ましくは、片持ち梁部材３の厚みは、５００ｎｍ以下とされる。このような厚みであれば、片持ち梁部材３が非常に撓み易く、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量に対する片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１の変化が大きくなり易い。赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の変化に対する片持ち部材の撓み量Ｒ１の変化が大きければ大きいほど、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の分解能が高くなり、赤外線ＩＲを精度良く検出することができる。よって、片持ち梁部材３の厚みを５００ｎｍ以下とすれば、赤外線ＩＲの検出を精度良く行うことができる。尚、片持ち梁部材３の材質は、特に限定されないが、シリコン等とすることができる。

図１に示すように、本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、赤外線吸収部２及び片持ち梁部材３の他、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出する撓み量検出手段７３と、撓み量検出手段７３が検出した撓み量Ｒ１に基づいて、赤外線ＩＲを検出する赤外線検出手段７４とを備える。

撓み量検出手段７３は、例えば、片持ち梁部材３に設けられた第１電極７１（図１参照）と、第１電極７１に対向するように筐体２１に設けられた第２電極７２（図１参照）との間の静電容量に基づいて、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出する構成とすることができる。

第１電極７１は、片持ち梁部材３の撓み方向（片持ち梁部材３の厚み方向）に法線方向が略直交する面状に形成することができる。第１電極７１が設けられる片持ち梁部材３の部位は、例えば、片持ち梁部材３の内面（筐体２１の内部に面する面）とすることができる。第２電極７２は、片持ち梁部材３の撓み方向に法線方向が略直交する面状に形成することができる。第２電極７２が設けられる筐体２１の部位は、例えば、筐体２１の内面（筐体２１の内部に面する面）であって、且つ、片持ち梁部材３の撓み方向に第１電極７１と対向する部位とすることができる。

第１電極７１と第２電極７２との間の静電容量は第１電極７１と第２電極７２との距離に依存し、この距離は片持ち梁部材の撓み量Ｒ１によって変動する。よって、第１電極７１と第２電極７２との間の静電容量から片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出することができる

赤外線検出手段７４は、上述のように、撓み量検出手段７３が検出した撓み量Ｒ１に基づいて、赤外線ＩＲを検出する。片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１は赤外線吸収層２２の赤外線吸収量に応じて変化するので、撓み量検出手段７３が検出した片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１に基づいて、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量を検出することができる。片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１に基づく赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の検出は、例えば、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量と片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１との関係を示す関数を赤外線検出手段７４に記憶させ、該関数を赤外線検出手段７４が用いることで行うことができる。赤外線吸収層２２の赤外線吸収量と片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１との関係を示す関数は、例えば、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量を変化させながら片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を実測することで求めることができる。

尚、赤外線件検出手段７４は、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１に基づいて、赤外線吸収層２２に赤外線ＩＲが吸収されたか否かを検出してもよい。赤外線ＩＲが赤外線吸収層２２に吸収されたか否かは、撓み量検出手段７３が検出した片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１が所定のしきい値を超えるか否かに基づいて検出することができる。このしきい値は、例えば、所定強度の赤外線ＩＲが赤外線吸収層２２に吸収されたときの片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を予め実測し、実測により得られた片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１に基づいて決定することができる。

更に、図１に示すように、本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、赤外線フィルタ５と、チョッパ６とを備える。

赤外線フィルタ５は、筐体２１の外部に配置され、筐体２１の入射部２１ａに入射させる赤外線ＩＲの種類を限定する。このように、入射部２１ａに入射する赤外線ＩＲの種類が限定されることにより、本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、特定の波長の赤外線ＩＲのみを検出することが可能とされている。

チョッパ６は、筐体２１の入射部２１ａに赤外線ＩＲを断続的に入射させる。チョッパ６は、回転可能に支持された赤外線を透過しない遮光部６１を備える。遮光部６１は、回転方向（図１の矢印Ｙ方向）に沿って厚み方向に貫通する貫通孔６１が複数設けられている。遮光部６１は、モータ等によって回転駆動され、遮光部６１が回転することで、赤外線ＩＲが貫通孔６２を通過したり、遮光部６１で遮光されたりする。このように、赤外線ＩＲが貫通孔６２を通過したり、遮光部６１で遮光されたりすることで、赤外線吸収層２２における赤外線ＩＲの吸収が断続的に行われる。このように、チョッパ６を備えることで、赤外線ＩＲが貫通孔６２を通過する度に、赤外線ＩＲの検出をすることができる。

次に、図２に示すような矩形状の片持ち梁部材３で開口部２３の一部（例えば、上述のように、片持ち梁部材３の周囲のコの字状の部位以外の部位）を閉塞した場合の片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１と、図３（ａ）に示すように、筐体２１の開口部２３を区画する部位２１ｂ全体において筐体２１に固着された薄膜２６で開口部２３全体を閉塞した場合の薄膜２６の撓み量Ｒ２（図３（ｂ）参照）とについて説明する。尚、図２に示すように、片持ち梁部材３の縦方向寸法Ｌ１は０．２３ｍｍであり、横方向寸法Ｗ１は０．１ｍｍであり、面積は０．０２３ｍｍ^２である。一方、図３（ａ）に示すように、薄膜２６の縦方向寸法Ｌ２及び横方向寸法Ｗ２は共に０．５ｍｍであり、面積は０．２５ｍｍ^２である。

図４は、赤外線ＩＲを１０秒間赤外線吸収層２２に吸収させた場合における、赤外線ＩＲ吸収時の１０秒間及びその後の片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１と薄膜２６の撓み量Ｒ２とを示す。図４（ａ）は片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を示し、図４（ｂ）は薄膜２６の撓み量Ｒ２を示す。尚、ここでは、赤外線ＩＲの光源として、供給する電力に応じて出射する赤外線ＩＲの強度を変化させる光源を用いた。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、光源に供給する電力を１．６ｍＷとした場合、片持ち梁部材３の最大撓み量Ｒ１は約１．４μｍと、薄膜２６の最大撓み量Ｒ２は約０．７μｍとみなすことができる。光源に供給する電力を１．０ｍＷとした場合、片持ち梁部材３の最大撓み量Ｒ１は約０．９μｍと、薄膜２６の最大撓み量Ｒ２は約０．４μｍとみなすことができる。光源に供給する電力を０．４ｍＷとした場合、片持ち梁部材３の最大撓み量Ｒ１は約０．５μｍと、薄膜２６の最大撓み量Ｒ２は約０．２５μｍとみなすことができる。

以上のように、赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の変化に対する撓み量の変化は、薄膜２６よりも片持ち梁部材３の方が大きい。赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の変化に対する撓み量の変化が大きければ大きいほど、撓み量で検出できる赤外線吸収層２２の赤外線吸収量の分解能が高くなり、赤外線ＩＲを精度良く検出することができる。よって、片持ち梁部材３を用いた本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、赤外線ＩＲを精度良く検出することができる。また、片持ち梁部材３は、面積（０．０２３ｍｍ^２）が薄膜２６の面積（０．２５ｍｍ^２）より小さいにもかかわらず、最大撓み量Ｒ１は薄膜２６の最大撓み量Ｒ２よりも大きい。よって、本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、赤外線ＩＲを精度良く検出することができるとともに、コンパクトにすることができる。また、赤外線検出センサ１がコンパクトであれば、赤外線検出センサ１の製造方法にはＭＥＭＳ技術を用いた製造方法が適する。ＭＥＭＳ技術を用いた製造方法によれば、１枚のウエハ上に多数の赤外線検出センサ１を同時に製作することができるので、赤外線検出センサ１を大量生産することが可能である。よって、本実施形態に係る赤外線検出センサ１は、量産性に優れる。

また、本実施形態においては、開口部２３及び片持ち梁部材３が筐体２１の入射部２１ａと対向する部位以外の部位に配置されている。このため、赤外線吸収層２２を透過した赤外線ＩＲが片持ち梁部材３に照射されることを防ぐことができる。このため、赤外線ＩＲの照射により片持ち梁部材３の温度が上昇して、片持ち梁部材３の剛性が小さくなり、赤外線吸収量と撓み量Ｒ１との関係が変化し、赤外線の検出が正確に行えなくなることを防止することができる。

また、赤外線検出センサ１Ａは、以上のような赤外線吸収部２と片持ち梁部材３とをそれぞれ複数配列させた構成とすることも可能である。図５は、赤外線吸収部２と片持ち梁部材３とをそれぞれ複数配列させた赤外線検出センサ１Ａの平面図である。赤外線フィルタ５等によって、赤外線検出センサ１Ａにおける各赤外線吸収部２の赤外線吸収層２２に波長の異なる赤外線ＩＲを吸収させることで、赤外線検出センサ１Ａは、波長の異なる複数の赤外線ＩＲを検出することができる。よって、かかる赤外線検出センサ１Ａは、波長の異なる赤外線ＩＲを検出することによってガスの成分を分析するガス分析等に好適である。

また、図５に示すように、赤外線検出センサ１Ａにおいて、赤外線吸収部２及び片持ち梁部材３を一方向に複数配列させた構成とする場合、赤外線吸収部２の開口部２３及び片持ち梁部材３が千鳥状となるように配列してもよい。片持ち梁部材３の面積が大きいほど、撓み量Ｒ１が大きくなり易く、撓み量Ｒ１が大きければ、赤外線ＩＲを精度良く検出することができる。よって、赤外線ＩＲを精度良く検出する観点から、開口部２３及び片持ち梁部材３は、幅を大きくすることが好ましい。開口部２３及び片持ち梁部材３を千鳥状に配置することで、一方向に開口部２３及び片持ち梁部材３が連続することがなく、開口部２３及び片持ち梁部材３の面積を大きくしつつ、赤外線検出センサ１Ａが大型化することを抑えることができる。

また、チョッパ６の構成は図１に示す構成に限定されるものでなく、例えば、図６に示すような構成であってもよい。図６（ａ）は、赤外線吸収部２と片持ち梁部材３とをそれぞれ３つ配列させた赤外線検出センサ１Ｂ（チョッパ６を除く）の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ―Ａ断面に沿って赤外線検出センサ１Ｂを切断したときの赤外線検出センサ１Ｂ及びチョッパ６の斜視図である。図６に示すように、チョッパ６は、赤外線ＩＲを透過しない遮光部６３と、該遮光部６３を所定方向（図６（ａ）及び（ｂ）の矢印Ｚ方向）に往復運動させることで、赤外線ＩＲを断続的に赤外線吸収層２２に入射させる駆動部６４とを備える。遮光部６３の表面には赤外線ＩＲを反射するアルミ膜が貼着されている。駆動部６４は所定方向に往復運動する。駆動部６４が往復運動することで、遮光部６３が入射部２１ａの上方（図６（ｂ）の紙面上方）に位置する状態と、入射部２１ａの上方に位置しない状態とを繰り返す。このように、遮光部６３が入射部２１ａの上方に位置する状態と、入射部２１ａの上方に位置しない状態とを繰り返すことにより、赤外線ＩＲが断続的に赤外線吸収層２２に入射する。尚、駆動部６４の往復運動は、静電力を用いて行うことができる。静電力を用いて行う駆動部６４の往復運動は、例えば、特許第２６８２１８１号に記載の微小可動機械機構で行うことができる。また、チョッパ６は、赤外線吸収部２と片持ち梁部材３と一体的に形成してもよい。例えば、同一基板上に赤外線吸収部２と上述の微小可動機械機構とを形成し、赤外線吸収部２に片持ち梁部材３を、微小可動機械機構の可動電極と駆動部６４とが連結されるように微小可動機械機構にチョッパ６を形成する。このように、チョッパ６と、赤外線吸収部２と、片持ち梁部材３とが一体的に形成された赤外線検出センサ１Ｂは、ＭＥＭＳ技術を用いて同一の工程でチョッパ６と、赤外線吸収部２と、片持ち梁部材３とを製作することができる。

上記においては、開口部２３の一部を閉塞する片持ち梁部材３について説明したが、片持ち梁部材３は、開口部２３全体を閉塞するものであってもよい。図７は、開口部２３全体を閉塞する片持ち梁部材３を説明する図である。図７（ａ）は、片持ち梁部材３と、開口部２３との平面図であり、図７（ｂ）は、片持ち梁部材３と開口部２３と開口部近傍２３の筐体２１との側面図である。

図７に示すように、片持ち梁部材３は、開口部２３全体を覆うように、筐体２１の開口部２３を区画する部位２１ｂ全体に跨って筐体２１の外面に載置されている。片持ち梁部材３は、開口部２３よりも所定方向（図７（ａ）の矢印Ｖ方向）の一方側の部位３２が筐体２１に固着されている。片持ち梁部材３は、筐体２１の内部に存在する気体の圧力が上昇すると、片持ち梁部材３を筐体２１の外部に押圧する力が増加し、片持ち梁部材３の筐体２１への固着部を支点として、図７（ｂ）の破線で示すように、片持ち梁部材３が筐体２１の外部に向けて撓む。

また、撓み量検出手段７３は、光学距離計から片持ち梁部材３までの距離を測定し、該距離に基づいて、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出してもよい。光学距離計から片持ち梁部材３までの距離は、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１によって変動するため、該距離に基づいて、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出することができる。光学距離計から片持ち梁部材３までの距離に基づいて、片持ち梁部材３の撓み量Ｒ１を検出する具体的な構成として、図８に示すように、片持ち梁部材３の撓み方向と直交する方向における片持ち梁部材３までの距離を測定する光学距離計７５を用いた構成を挙げることができる。図８に示すように、光学距離計７５は、例えば、筐体２１の外部に配置することができる。光学距離計７５から出射した光は、筐体２１を透過して、片持ち梁部材３ので反射して、光学距離計７５に入射する。尚、光学距離計７５が出射する光が筐体２１を透過し、片持ち梁部材３で反射できるように、光学距離計７５が出射する光には赤色レーザ光を、筐体２１の材質には、パイレックス（登録商標）ガラスを、片持ち梁部材３の材質にはシリコンを用いることができる。

尚、図９に示すように、本発明に係る赤外線検出センサは、片持ち梁部材に代えて両持ち梁部材８を備えてもよい。両持ち梁部材８は、片持ち梁部材と同様に、開口部２３の少なくとも一部を閉塞し、一部のみが筐体に固着されている。具体的には、両持ち梁部材８は、所定方向の一方側の部位と他方側の部位においてのみ筐体に固着されている。所定方向を図９の矢印Ｕ方向（紙面に沿った上下方向）とし、所定方向の他方側を紙面に沿った上方側とすれば、両持ち梁部材８の筐体に固着される部位（以下、「固着部」という）のうち、所定方向一方側の部位は、開口部２３の上端部よりも下方側に存在する部位となる。また、両持ち梁部材８の固着部のうち、所定方向他方側の部位は、所定方向一方側の固着部よりも上方側の部位であり、且つ、開口部２３の下端部よりも上方側に存在する部位である。例えば、図９に示すように、両持ち梁部材８の形状が平面視矩形状である場合は、両持ち梁部材８の固着部は、両持ち梁部材８の上方を形成する一辺部８１と下方を形成する一辺部８２とすることができる。

両持ち梁部材８においても、片持ち梁部材と同様に、赤外線吸収層の赤外線吸収量の変化に対する撓み量の変化は薄膜よりも大きい。このため本発明に係る赤外線検出センサは、両持ち梁部材８を備えた場合であっても、赤外線を精度良く検出することができると共に、コンパクトにすることができる。また、両持ち梁部材８は、２箇所（所定方向一方側と他方側の部位）で筐体に固着されるため、振動等によって筐体から取り外れる恐れが小さい。よって、両持ち梁部材８を採用することで、赤外線検出センサの耐振動性等を向上させることができる。

図１は、本実施形態に係る赤外線検出センサの模式図である。 図２は、図１の矢印Ｘ方向から見た赤外線検出センサの開口部及び片持ち梁部材の平面図を示す。 図３（ａ）は、薄膜及び片持ち梁部材の平面図を示す。図３（ｂ）は、薄膜及び筐体の開口部近傍の側面図である。 図４（ａ）は、片持ち梁部材の撓み量を示す。図４（ｂ）は、薄膜の撓み量を示す。 図５は、赤外線吸収部と片持ち梁部材とを複数配列させた赤外線検出センサの平面図である。 図６（ａ）は、赤外線吸収部と片持ち梁部材とをそれぞれ３つ配列させた赤外線検出センサ（チョッパを除く）の平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ―Ａ断面に沿って赤外線検出センサを切断したときの赤外線検出センサ及びチョッパの斜視図である。 図７（ａ）は、片持ち梁部材の平面図である。図６（ｂ）は、片持ち梁部材と開口部と開口部近傍の筐体との側面図である。 図８は、本実施形態に係る赤外線検出センサの片持ち梁部材及び片持ち梁部材近傍の筐体の断面図である。 図９は、両持ち梁部材の平面図である。

符号の説明

１、１Ａ…赤外線検出センサ、２…赤外線吸収部、２１…筐体、２２…赤外線吸収層、２３…開口部、３…片持ち梁部材、４…遮光膜、５…赤外線フィルタ、６…チョッパ、７１…第１電極、７２…第２電極、８…両持ち梁部材

Claims (6)

1. 内部に気体が存在する筐体、前記筐体の内部に配置され吸収した赤外線を熱に変換する赤外線吸収層、及び、前記筐体に設けられ前記筐体の内部と外部とを連通させる開口部を具備する赤外線吸収部と、
   前記開口部の少なくとも一部を閉塞するように、一部のみが前記筐体に固着され、前記筐体への固着部を支点として撓むことが可能な片持ち梁部材又は両持ち梁部材とを備えることを特徴とする赤外線検出センサ。
2. 請求項１に記載の赤外線吸収部と片持ち梁部材又は両持ち梁部材とをそれぞれ複数備えることを特徴とする赤外線検出センサ。
3. 前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材に設けられた第１電極と、
   前記第１電極に対向するように前記筐体に設けられた第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量を検出する撓み量検出手段と、
   該撓み量検出手段が検出した撓み量に基づいて、赤外線を検出する赤外線検出手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出センサ。
4. 前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材までの距離を測定し、該距離に基づいて、前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材の撓み量を検出する撓み量検出手段と、
   該撓み量検出手段が検出した撓み量に基づいて、赤外線を検出する赤外線検出手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出センサ。
5. 前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材は、厚みが５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の赤外線検出センサ。
6. 前記赤外線吸収部と前記片持ち梁部材又は前記両持ち梁部材と一体的に形成され、前記赤外線吸収層に赤外線を断続的に入射させるチョッパを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の赤外線検出センサ。