JP2014235145A - テラヘルツ波検出装置、カメラ、イメージング装置および計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】テラヘルツ波を検出するときにも精度良く電気信号に変換することができるテラヘルツ波検出装置を提供する。
【解決手段】ベース基板２と、ベース基板２上に配列されている複数の第１検出素子９と、を備え、第１検出素子９は、ベース基板２に設けられる第１金属層２１と、第１金属層２１と離間して設けられた支持基板２６と、支持基板２６に設けられ、且つ、テラヘルツ波を吸収して熱を発生する誘電体層３１と、第２金属層３２と焦電体層３３と第３金属層３４とが積層されて誘電体層３１に設けられ、且つ、誘電体層３１にて発生した熱を電気信号に変換する変換部３５と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】ベース基板２と、ベース基板２上に配列されている複数の第１検出素子９と、を備え、第１検出素子９は、ベース基板２に設けられる第１金属層２１と、第１金属層２１と離間して設けられた支持基板２６と、支持基板２６に設けられ、且つ、テラヘルツ波を吸収して熱を発生する誘電体層３１と、第２金属層３２と焦電体層３３と第３金属層３４とが積層されて誘電体層３１に設けられ、且つ、誘電体層３１にて発生した熱を電気信号に変換する変換部３５と、を有する。
【選択図】図３
Description
本発明は、テラヘルツ波検出装置、カメラ、イメージング装置および計測装置に関するものである。
光を吸収して熱に変換して熱を電気信号に変換する光センサーが活用されている。そして、特定の波長に対する感度を向上した光センサーが特許文献１に開示されている。それによると、光センサーは光を吸収して熱を発生する吸収部と、熱を電気信号に変換する変換部とを備えている。
吸収部は直方体の形状をしており、吸収部の一面には格子状に凹凸が所定の周期で設置されている。吸収部に照射された光は回折または散乱し光の多重吸収が生じる。そして、特定の波長の光が吸収部に吸収される。これにより、吸収部は特定の波長の光の光強度に反応して光を熱に変換することができた。１つの吸収部には１つの変換部が設置されている。そして、変換部は吸収部の温度の変化を電気信号に変換していた。この特定の波長は４μｍ前後の波長を扱っており、凹凸の周期は１．５μｍ前後となっていた。
近年、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
テラヘルツ波は波長が３０μｍ〜１ｍｍと長い光である。テラヘルツ波を検出するときには特許文献１の形態では光センサーが大きくなる。そして、吸収部の熱容量が大きくなるので反応速度が遅くなり、光センサーは検出精度が低いセンサーとなる。そこで、テラヘルツ波を検出するときにも精度良く電気信号に変換することができるテラヘルツ波検出装置が望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例にかかるテラヘルツ波検出装置であって、基板と、前記基板上に配列されている複数の検出素子と、を備え、前記検出素子は、前記基板に設けられる第１金属層と、前記第１金属層と離間して設けられた支持基板と、前記支持基板に設けられ、且つ、テラヘルツ波を吸収して熱を発生する吸収部と、第２金属層と焦電体層と第３金属層とが積層されて前記吸収部に設けられ、且つ、前記吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する変換部と、を有することを特徴とする。
本適用例にかかるテラヘルツ波検出装置であって、基板と、前記基板上に配列されている複数の検出素子と、を備え、前記検出素子は、前記基板に設けられる第１金属層と、前記第１金属層と離間して設けられた支持基板と、前記支持基板に設けられ、且つ、テラヘルツ波を吸収して熱を発生する吸収部と、第２金属層と焦電体層と第３金属層とが積層されて前記吸収部に設けられ、且つ、前記吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する変換部と、を有することを特徴とする。
本適用例によれば、テラヘルツ波検出装置は基板を備え、基板上には空洞を挟んで検出素子が配列されている。検出素子は吸収部と変換部とを備えている。吸収部はテラヘルツ波を吸収して熱を発生する。吸収部に照射されるテラヘルツ波の量に応じて吸収部は熱を発生させる。変換部は吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する。従って、吸収部に照射されるテラヘルツ波の量に対応した電気信号を変換部が出力する。
空洞、支持基板及び吸収部が第１金属層と第２金属層とに挟まれた形態となっている。吸収部にテラヘルツ波が入射されるときテラヘルツ波は吸収部及び空洞を進行する。テラヘルツ波は、第１金属層と第２金属層とで反射する。そして、第１金属層と第２金属層とに反射するテラヘルツ波は吸収部の内部を進行する過程で吸収部にエネルギーが吸収されて熱に変換される。従って、テラヘルツ波検出装置を照射するテラヘルツ波は効率良く吸収部に吸収されてエネルギーが熱に変換される。
吸収部が第１金属層と第２金属層とに挟まれた形態となっている。吸収部にテラヘルツ波が入射されるときテラヘルツ波は吸収部、支持基板および支持基板と第１金属層との間の空間を進行する。テラヘルツ波は、第１金属層と第２金属層とで反射する。そして、第１金属層と第２金属層とに反射するテラヘルツ波は吸収部の内部を進行する過程で吸収部にエネルギーが吸収されて熱に変換される。従って、テラヘルツ波検出装置を照射するテラヘルツ波は効率良く吸収部に吸収されてエネルギーが熱に変換される。その結果、テラヘルツ波検出装置は照射されるテラヘルツ波を効率良く吸収し精度良く電気信号に変換することができる。
［適用例２］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記複数の検出素子は、隣り合う前記変換部の間で前記テラヘルツ波が回折するように配列されていることを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記複数の検出素子は、隣り合う前記変換部の間で前記テラヘルツ波が回折するように配列されていることを特徴とする。
本適用例によれば、検出素子は複数配列しているので、変換部も複数配列している。そして、隣り合う変換部の間はスリットとして作用する。従って、隣り合う変換部の間でテラヘルツ波は回折し進行方向を変えて第１金属層と第２金属層との間に進入する。その結果、テラヘルツ波検出装置は照射されるテラヘルツ波を効率良く吸収し精度良く電気信号に変換することができる。
［適用例３］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記第２金属層の配列の周期は前記吸収部にて吸収される前記テラへルツ波の真空中における波長より短いことを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記第２金属層の配列の周期は前記吸収部にて吸収される前記テラへルツ波の真空中における波長より短いことを特徴とする。
本適用例によれば、第２金属層は吸収部にて吸収されるテラヘルツ波の真空中における波長よりも小さい周期で配置されている。このとき、隣り合う第２金属層の間の間隔は狭い為、テラヘルツ波は回折し易くなる。従って、第１金属層と第２金属層との間にテラヘルツ波を進入させ易くすることができる。
［適用例４］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記検出素子は、前記支持基板と接続する柱状の腕部を含み、且つ、前記支持基板を前記基板と離間して支持する支持部を備え、前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収させる前記テラへルツ波の真空中における波長より短く且つ１０μｍより長いことを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記検出素子は、前記支持基板と接続する柱状の腕部を含み、且つ、前記支持基板を前記基板と離間して支持する支持部を備え、前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収させる前記テラへルツ波の真空中における波長より短く且つ１０μｍより長いことを特徴とする。
本適用例によれば、吸収部は支持基板に支持され、支持基板には腕部が接続している。第２金属層の長さ及び吸収部の長さは真空中におけるテラヘルツ波の波長より短くなっている。これにより、吸収部は重量を軽くすることができるので、腕部を細くすることができる。または、腕部を長くすることができる。腕部が細いときまたは腕部が長いときには熱が伝導し難くなるので、検出素子は熱を検出し易くすることができる。また、第２金属層の長さは１０μｍより長い。これにより、テラヘルツ波は第１金属層及び第２金属層にて多重反射する為、吸収部はテラヘルツ波を効率良く吸収することができる。その結果、検出素子は感度良くテラヘルツ波を検出することができる。
［適用例５］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短いことを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短いことを特徴とする。
本適用例によれば、吸収部は支持基板に支持され、支持基板には腕部が接続している。第２金属層の長さ及び吸収部の長さはテラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短くなっている。尚、テラヘルツ波が楕円偏光しているときにはテラヘルツ波の振幅は楕円の長軸方向の振幅を示す。これにより、吸収部は重量を軽くすることができるので、腕部を細くすることができる。または、腕部を長くすることができる。腕部が細いときまたは腕部が長いときには熱が伝導し難くなるので、検出素子は熱を検出し易くすることができる。また、第２金属層の長さは１０μｍより長い。これにより、テラヘルツ波は第１金属層及び第２金属層にて多重反射する為、吸収部はテラヘルツ波を効率良く吸収することができる。その結果、検出素子は感度良くテラヘルツ波を検出することができる。
［適用例６］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記吸収部の材質は酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムの何れかを含むことを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記吸収部の材質は酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムの何れかを含むことを特徴とする。
本適用例によれば、吸収部の材質は酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムの何れかを含んでいる。酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムは誘電率の高い材質である。従って、吸収部はテラヘルツ波に誘電損失を生じさせてテラヘルツ波のエネルギーを効率良く熱に変換させることができる。
［適用例７］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記支持基板の主材料はシリコンであることを特徴とする。
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記支持基板の主材料はシリコンであることを特徴とする。
本適用例によれば、支持基板の主材料はシリコンである。シリコン及びシリコン化合物は誘電体である為、支持基板はテラヘルツ波を吸収して熱を発生させることができる。そして、シリコン及びシリコン化合物は剛性がある為、吸収部及び変換部を支える構造物として機能することができる。
［適用例８］
本適用例にかかるカメラであって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例にかかるカメラであって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を記憶部に出力し、記憶部は検出結果を記憶する。これにより、カメラは対象物から進行するテラヘルツ波のデータを要求に応じて出力することができうる。テラヘルツ波検出部には上記に記載のテラヘルツ波検出装置が用いられている。従って、本適用例のカメラは照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
［適用例９］
本適用例にかかるイメージング装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例にかかるイメージング装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を画像形成部に出力し、画像形成部は検出結果を用いて対象物の画像を生成する。テラヘルツ波検出部は上記に記載のテラヘルツ波検出装置である。従って、本適用例のイメージング装置は照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
［適用例１０］
本適用例にかかる計測装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例にかかる計測装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を計測部に出力し、計測部は検出結果を用いて対象物を計測する。テラヘルツ波検出部は上記に記載のテラヘルツ波検出装置である。従って、本適用例の計測装置は照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
本実施形態では、テラヘルツ波検出装置の特徴的な例について、図１〜図１２に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわるテラヘルツ波検出装置について図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は、テラヘルツ波検出装置の構造を示す模式平面図である。図１（ａ）に示すように、テラヘルツ波検出装置１は四角形の基板としてのベース基板２を備え、ベース基板２の周囲には枠部３が設置されている。枠部３はベース基板２を保護する機能を有している。ベース基板２上には格子状に画素４が配列している。画素４の行数及び列数は特に限定されない。画素４の個数が多い方が精度良く被検出物の形状を認識することができる。本実施形態では、図をわかり易くするためにテラヘルツ波検出装置１は１６行１６列の画素４を備えた装置とした。
第１の実施形態にかかわるテラヘルツ波検出装置について図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は、テラヘルツ波検出装置の構造を示す模式平面図である。図１（ａ）に示すように、テラヘルツ波検出装置１は四角形の基板としてのベース基板２を備え、ベース基板２の周囲には枠部３が設置されている。枠部３はベース基板２を保護する機能を有している。ベース基板２上には格子状に画素４が配列している。画素４の行数及び列数は特に限定されない。画素４の個数が多い方が精度良く被検出物の形状を認識することができる。本実施形態では、図をわかり易くするためにテラヘルツ波検出装置１は１６行１６列の画素４を備えた装置とした。
図１（ｂ）は画素の構造を示す要部拡大図である。図１（ｂ）に示すように、画素４は第１画素５、第２画素６、第３画素７及び第４画素８により構成されている。ベース基板２の平面視（ベース基板２の板厚方向から見て）で第１画素５〜第４画素８はそれぞれ四角形となっており、同じ面積となっている。そして、第１画素５〜第４画素８は画素４の重心を通る線で４分割された場所に配置されている。
第１画素５には検出素子としての第１検出素子９が４行４列の格子状に配列され、第２画素６には検出素子としての第２検出素子１０が４行４列の格子状に配列されている。第３画素７には検出素子としての第３検出素子１１が４行４列の格子状に配列され、第４画素８には検出素子としての第４検出素子１２が４行４列の格子状に配列されている。第１検出素子９〜第４検出素子１２は同じ構造をしておりベース基板２の平面視における大きさが異なっている。第１検出素子９より第２検出素子１０が大きく、第２検出素子１０より第３検出素子１１が大きな素子となっている。そして、第３検出素子１１より第４検出素子１２が大きな素子となっている。
第１検出素子９〜第４検出素子１２はベース基板２の平面視における大きさと検出するテラヘルツ波の共振周波数との間で相関がある。大きい検出素子は小さい検出素子よりも波長の長いテラヘルツ波を検出することができる。第１検出素子９、第２検出素子１０、第３検出素子１１、第４検出素子１２が検出するテラヘルツ波の波長をそれぞれ第１波長、第２波長、第３波長、第４波長とする。このとき、第４波長がこれらの波長の中では最も長い波長であり、第３波長、第２波長の順で短くなり、第１波長がこれらの波長の中では最も短い波長となっている。
画素４には第１検出素子９〜第４検出素子１２の４種類の検出素子が配列されている。従って、テラヘルツ波検出装置１は第１波長〜第４波長の４種類の波長のテラヘルツ波を検出することができる。第１検出素子９〜第４検出素子１２は同様の構造であるので、第１検出素子９の構造を説明し、第２検出素子１０〜第４検出素子１２の説明は省略する。
図２（ａ）は第１検出素子の配置を説明するための模式平面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）はテラヘルツ波を説明するための模式図である。図２（ａ）に示すように、第１画素５では第１検出素子９が４行４列の格子状に配列されている。各行において第１検出素子９は一定の周期で配列されている。その周期を周期としての第１周期１３とする。各列において第１検出素子９は一定の周期で配置されている。その周期を周期としての第２周期１４とする。テラヘルツ波１５は第１検出素子９が設置されたベース基板２の平面に対して法線方向に進行して第１検出素子９（具体的には、後述の変換部３５）に到達すると回折して第１検出素子９の内部に進入する。隣り合う第１検出素子９（変換部３５）の間の部分は狭くなっており、テラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。従って、照射されるテラヘルツ波１５の進行方向は第１検出素子９の端で第１検出素子９の内部に向かう方向に変更される。
図２（ｂ）に示すように、テラヘルツ波１５は真空中で一定の波長１５ａを維持して進行する光である。そして、テラヘルツ波１５は第１画素５で検出される光である。このとき、第１検出素子９が配列する方向の周期である第１周期１３及び第２周期１４は波長１５ａより短いのが好ましい。第１周期１３及び第２周期１４が波長１５ａより短い方がテラヘルツ波１５は回折し易くなる為、第１検出素子９はテラヘルツ波１５を取り込んで検出感度を上げることができる。
図２（ｃ）に示すように、テラヘルツ波１５は偏光する場合がある。偏光には楕円偏光や直線偏光がある。このときの偏光の長手方向を偏光方向１５ｂとする。偏光方向１５ｂはテラヘルツ波１５の進行方向と直交する方向となっている。そして、偏光方向１５ｂのテラヘルツ波１５の長さの半分の長さを振幅１５ｃとする。このとき、第１周期１３及び第２周期１４は振幅１５ｃの２倍の長さより短いのが好ましい。第１周期１３及び第２周期１４が短い方がテラヘルツ波１５が回折し易くなる為、第１検出素子９はテラヘルツ波１５を取り込んで検出感度を上げることができる。
図３（ａ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図であり、図３（ｂ）は第１検出素子の構造を示す模式側断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図３に示すように、ベース基板２上には第１絶縁層１６が設置されている。ベース基板２の材質はシリコンであり、第１絶縁層１６の材質は特に限定されないが窒化シリコン、炭窒化シリコン、二酸化シリコン等を用いることができる。本実施形態では例えば第１絶縁層１６の材質に二酸化シリコンが用いられている。ベース基板２の第１絶縁層１６側の面には配線や駆動回路等の回路が形成されている。第１絶縁層１６はベース基板２上の回路を覆うことにより予定外の電流の流動を防止する。
第１絶縁層１６上には第１柱部１７及び第２柱部１８が立設されている。第１柱部１７及び第２柱部１８の材質は第１絶縁層１６と同じ材質である。第１柱部１７及び第２柱部１８の形状は四角錐の頂点を平坦にした角錐台の形状となっている。第１絶縁層１６において第１柱部１７及び第２柱部１８と接する場所を除いた場所には第１金属層２１が設置されている。第１金属層２１の上側、第１柱部１７及び第２柱部１８の側面には第１保護層２２が設置されている。第１保護層２２は第１柱部１７及び第２柱部１８等を形成するときに用いるエッチング液から第１金属層２１、第１柱部１７及び第２柱部１８を保護する層である。第１柱部１７、第２柱部１８、第１金属層２１及び第１絶縁層１６がエッチング液に耐性があるときには第１保護層２２の設置を省略しても良い。
第１柱部１７上には第２保護層２３を介して腕部及び支持部としての第１腕部２４が設置され、第２柱部１８の上には第２保護層２３を介して腕部及び支持部としての第２腕部２５が設置されている。そして、第１腕部２４及び第２腕部２５に接続して支持基板２６が配置され、第１腕部２４及び第２腕部２５が支持基板２６を支持している。第１柱部１７、第２柱部１８、第１腕部２４及び第２腕部２５により支持部２７が構成されている。支持部２７により支持基板２６はベース基板２から離して支持されている。支持基板２６、第１柱部１７及び第２柱部１８においてベース基板２を向く面には第２保護層２３が設置されている。第２保護層２３は支持基板２６、第１柱部１７及び第２柱部１８等を形成するときに用いるエッチング液から第１腕部２４、第２腕部２５及び支持基板２６を保護する膜である。
第１金属層２１の材質は、テラヘルツ波１５を反射し易い材質であればよく、比抵抗が１０以上１００以下の材質が好ましい。さらに、第１金属層２１の材質はシート抵抗が１０オーム／□以上の材質が好ましい。第１金属層２１の材質には例えば、金、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉛、チタン等の金属やニクロム等の合金を用いることができる。第１保護層２２及び第２保護層２３の材質は耐エッチング性があれば良く特に限定されないが本実施形態では例えば第１保護層２２及び第２保護層２３の材質に酸化アルミニウムを用いている。第１腕部２４、第２腕部２５及び支持基板２６がエッチング液に耐性があるときには第２保護層２３の設置を省略しても良い。
支持部２７により支持基板２６はベース基板２および第１金属層２１と離間しており、ベース基板２と支持基板２６との間は空洞２８となっている。第１腕部２４及び第２腕部２５の形状は角柱を直角に曲げた形状となっており、一部が支持基板２６の辺と平行に配置されている。これにより、第１腕部２４及び第２腕部２５は長くなっており、支持基板２６からベース基板２に熱が伝導することを抑制する。
ベース基板２の表面と第１腕部２４の図中上側の表面との間には第１柱部１７及び第１腕部２４を貫通する第１貫通電極２９が設置されている。さらに、ベース基板２の表面と第２腕部２５の表面との間には第２柱部１８及び第２腕部２５とを貫通する第２貫通電極３０が設置されている。
支持基板２６の材質は剛性がありテラヘルツ波１５を透過吸収し加工可能であれば良く特に限定されない。支持基板２６の主材質はシリコンが好ましく、本実施形態では例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンの３層構造となっている。第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０の材質は導電性があり微細なパターンが形成可能であれば良く特に限定されないが例えばチタン、タングステン、アルミニウム等の金属を用いることができる。
支持基板２６上にはベース基板２の平面視が四角形の吸収部としての誘電体層３１が設置されている。言い換えれば、支持基板２６は誘電体層３１及び後述の変換部３５を支持している。誘電体層３１は進入するテラヘルツ波１５を吸収して熱を発生する層である。例えば本実施形態では、誘電体層３１の厚さは１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、誘電体層３１の比誘電率は２以上１００以下である。誘電体層３１の比抵抗は１０以上１００以下が好ましく、誘電体層３１の材質は、例えば、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム、酸化チタン、ポリイミド、窒化シリコン、酸化アルミニウム、またはこれらの積層体を用いることができる。
誘電体層３１の上には第２金属層３２、焦電体層３３、第３金属層３４がこの順に積層された変換部３５が設置されている。変換部３５は熱を電気信号に変換する焦電センサーの機能を有している。第２金属層３２の材質は電導性が良くテラヘルツ波１５を反射する金属であればよく、さらには耐熱性のある金属が好ましい。本実施形態では例えば、第２金属層３２はイリジウム、酸化イリジウム、白金の層を支持基板２６側からこの順に積層している。イリジウムは配向制御、酸化イリジウムは還元ガスバリア、白金はシード層としての機能を備えている。尚、第２金属層３２は誘電体層３１側に第１金属層２１と同様の材質の層を配置しても良い。これにより第２金属層３２はテラヘルツ波１５を効率良く反射させることができる。
焦電体層３３の材質は焦電効果を発揮することができる誘電体であり、温度変化に応じて電気分極量の変化を生じることができる。焦電体層３３の材質にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＰＺＴにＮｂ（ニオブ）を添加したＰＺＴＮを用いることができる。
第３金属層３４の材質は導電性の良い金属であればよく、さらには耐熱性のある金属が好ましい。本実施形態では例えば、第３金属層３４の材質に白金、酸化イリジウム、イリジウムの層を焦電体層３３側からこの順に積層している。白金は配向整合、酸化イリジウムは還元ガスバリア、イリジウムは低抵抗層としての機能を備えている。尚、第３金属層３４、第２金属層３２の材質は上記の例に限定されず、例えば、金、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉛、チタン等の金属やニクロム等の合金であっても良い。
変換部３５の周囲には第２絶縁層３６が配置されている。さらに、変換部３５の第１腕部２４側には第２絶縁層３６によりスロープが設置され、誘電体層３１の第２柱部１８側にも第２絶縁層３６によりスロープが設置されている。そして、第１腕部２４上には第１貫通電極２９と第３金属層３４とを接続する第１配線３７が設置され、第１配線３７は第２絶縁層３６のスロープ上に設置されている。第２腕部２５上には第２貫通電極３０と第２金属層３２とを接続する第２配線３８が設置され、第２配線３８は第２絶縁層３６のスロープ上に設置されている。
変換部３５が出力する電気信号は第１配線３７、第１貫通電極２９、第２配線３８及び第２貫通電極３０によりベース基板２上の電気回路に伝達される。第１配線３７は第１腕部２４から第２絶縁層３６の上を通って第３金属層３４と接続する。これにより、第１配線３７が第２金属層３２及び焦電体層３３と接触することが防止されている。さらに、第１配線３７及び第２配線３８を覆って図示しない絶縁膜が設置されても良い。第１配線３７及び第２配線３８に予定外の電流が流れることを防止することがきる。第２絶縁層３６の材料にはシリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を用いることができる。本実施形態では例えば第２絶縁層３６に窒化シリコン膜を用いている。
ベース基板２には第１検出素子９が格子状に配列されており、第２金属層３２の周期は第１周期１３及び第２周期１４と同じ周期となっている。そして、第２金属層３２の周期はテラヘルツ波１５の真空における波長に比べて小さい周期で配列されている。これにより、隣り合う第１検出素子９の間の部分はテラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。
第１検出素子９にテラヘルツ波１５が照射されるときテラヘルツ波１５は隣り合う第１検出素子９（第２金属層３２）の間を通過するときに回折する。そして、テラヘルツ波１５は進行方向が変わり一部のテラヘルツ波１５は第１金属層２１と第２金属層３２との間に進入する。そして、テラヘルツ波１５は第１金属層２１と第２金属層３２との間で多重反射して誘電体層３１、支持基板２６及び空洞２８を進行する。
誘電体層３１及び支持基板２６を進行するテラヘルツ波１５のエネルギーは熱に変換される。誘電体層３１は誘電率が高いので効率良く発熱する。そして、第１検出素子９を照射するテラヘルツ波１５の光強度が強い程誘電体層３１及び支持基板２６が加熱され誘電体層３１及び支持基板２６の温度が上昇する。誘電体層３１及び支持基板２６の熱は変換部３５に伝導する。そして、変換部３５の温度が上昇し、変換部３５は上昇した温度を電気信号に変換して第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０に出力する。
支持基板２６及び変換部３５に蓄えられた熱は、第３金属層３４、第１配線３７、第１腕部２４及び第１柱部１７を通ってベース基板２に伝導する。さらに、支持基板２６及び変換部３５に蓄えられた熱は、第２金属層３２、第２配線３８、第２腕部２５及び第２柱部１８を通ってベース基板２に伝導する。従って、第１検出素子９を照射するテラヘルツ波１５の光強度が低下するとき、時間の経過に伴って支持基板２６及び変換部３５の温度が低下する。従って、第１検出素子９は第１検出素子９に照射されるテラヘルツ波１５の光強度の変動を検出することができる。
誘電体層３１は平面視が正方形であり一辺の長さを誘電体層長３１ａとする。第２金属層３２は平面視が正方形であり一辺の長さを第２金属層長３２ａとする。特に限定されないが、本実施形態では例えば、誘電体層長３１ａと第２金属層長３２ａとは同じ長さとなっている。誘電体層長３１ａ及び第２金属層長３２ａはテラヘルツ波１５の真空における波長１５ａより短くするのが好ましい。また、振幅１５ｃの２倍より短くするのが好ましい。
誘電体層長３１ａ及び第２金属層長３２ａを短くすることにより誘電体層３１の重量を軽くすることができる。これにより、第１腕部２４及び第２腕部２５を細くすることができる。そして、第１検出素子９は第１腕部２４及び第２腕部２５の断熱性を高くすることができる。その結果、変換部３５及び支持基板２６から熱が放出され難くなるので、テラヘルツ波１５の検出精度を良くすることができる。また、誘電体層３１が小さい方が大きいときに比べて熱容量が小さくなるので、熱の発生に対して温度変化が大きくなる。このため、誘電体層３１は効率良くテラヘルツ波１５を吸収して発生した熱を温度に変換することができる。
誘電体層長３１ａ及び第２金属層長３２ａは１０μｍより長くするのが好ましい。このとき、テラヘルツ波１５を効率良く誘電体層３１に吸収させることができる。誘電体層長３１ａ及び第２金属層長３２ａが１０μｍより短いときテラヘルツ波１５が誘電体層３１を通過する確率が高くなるのでテラヘルツ波１５を吸収して熱を発生する効率が低下する。
変換部３５、誘電体層３１及び支持基板２６を覆って第３保護層４１が設置されている。第３保護層４１は変換部３５及び支持基板２６に塵が付着することを防止する。さらに、酸素や水分の進入により変換部３５及び支持基板２６が劣化することを防止する。第３保護層４１の材料にはシリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、各種の樹脂材料が用いることができる。本実施形態では例えば第３保護層４１に窒化シリコン膜を用いている。第３保護層４１はさらに第１腕部２４及び第２腕部２５を覆っても良い。これにより第３保護層４１は第１配線３７及び第２配線３８に塵が付着したり予定外の電気が流動したりすることを防止することができる。
配列した各第１検出素子９において外形に対する第２金属層３２の位置は同じ位置となっている。従って、各第１検出素子９の周期である第１周期１３及び第２周期１４は第２金属層３２の周期と同じ長さとなっている。そして、第２金属層３２の周期が波長１５ａより短く設定されることにより、隣り合う第２金属層３２の間隔を短くすることができる。これにより、テラヘルツ波１５を効率よく回折させて支持基板２６の内部に向かって進行させることができる。
次に、図４〜図７を用いて、第１検出素子９の製造方法を説明する。第２検出素子１０〜第４検出素子１２の製造方法は第１検出素子９の製造方法と同じであり、説明を省略する。図４〜図７は第１検出素子の製造方法を説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、ベース基板２上に第１絶縁層１６を形成する。第１絶縁層１６は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。次に、第１絶縁層１６には第１貫通孔２９ａ及び第２貫通孔３０ａがフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングして形成される。以下、パターニングはフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いることとする。次に、第１貫通孔２９ａ及び第２貫通孔３０ａにそれぞれ第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０が形成される。第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０は、例えば、めっき法、スパッタ法により形成される。
図４（ｂ）に示すように、第１絶縁層１６がパターニングされて、第１柱部１７及び第２柱部１８が形成される。第１柱部１７及び第２柱部１８の形成にはドライエッチング法が用いられ製造条件を調整することにより側面を傾斜させることができる。次に、第１柱部１７及び第２柱部１８を除いた場所の第１絶縁層１６上に第１金属層２１が設置される。第１金属層２１は例えばスパッタ法により形成されパターニングされる。尚、第１柱部１７及び第２柱部１８の側面に第１金属層２１が形成されていても良い。
図４（ｃ）に示すように、第１金属層２１、第１柱部１７及び第２柱部１８上に第１保護層２２が形成される。ＣＶＤ法にて酸化アルミニウムの膜が形成され、この膜を第１保護層２２とする。これにより、第１絶縁層１６、第１柱部１７及び第２柱部１８は酸化アルミニウムの膜に覆われた状態となる。
次に、第１保護層２２上にＣＶＤ法を用いて二酸化シリコンからなる犠牲層４２が形成される。このとき、第１柱部１７及び第２柱部１８を超える高さに二酸化シリコンの膜が形成され、犠牲層４２の膜厚は第１柱部１７及び第２柱部１８の高さより厚く形成される。次に、ＣＭＰ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて犠牲層４２の上面が平坦に形成され、第１柱部１７及び第２柱部１８の上面と犠牲層４２の面とが同一の面に形成される。さらに、第１柱部１７及び第２柱部１８の上面に残留する第１金属層２１、第１保護層２２及び犠牲層４２が除去される。
図４（ｄ）に示すように、犠牲層４２上に第２保護層２３が形成される。第２保護層２３はＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。次に、第２保護層２３上に支持基板層２６ａが形成される。支持基板層２６ａは第１腕部２４、第２腕部２５及び支持基板２６の元になる層である。支持基板層２６ａは、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。
次に、第２保護層２３及び支持基板層２６ａがパターニングされ、第１貫通孔２９ａ及び第２貫通孔３０ａが形成される。第１貫通孔２９ａ及び第２貫通孔３０ａは、それぞれ前工程で形成した第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０が露出するように形成される。次に、第１貫通孔２９ａに第１貫通電極２９の材料が充填され、第２貫通孔３０ａには第２貫通電極３０の材料が充填される。第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０は、例えば、めっき法、スパッタ法により形成される。以上の工程により、支持基板層２６ａの表面からベース基板２に繋がる第１貫通電極２９及び第２貫通電極３０が形成される。
図５（ａ）に示すように、支持基板層２６ａに誘電体層３１の材料を配置する。誘電体層３１の材料は、例えば、ＣＶＤ法により成膜されパターニングによって形成される。次に、配置した誘電体層３１の材料を焼成することにより誘電体層３１を形成する。このときの焼成温度は特に限定されないが本実施形態では例えば約７００℃で行っている。
図５（ｂ）に示すように、誘電体層３１上に、第２金属層３２、焦電体層３３、及び第３金属層３４がこの順で積層されて形成される。これにより、変換部３５が形成される。第２金属層３２、第３金属層３４は、例えば、スパッタ法にて成膜されパターニングして形成される。焦電体層３３は、例えば、スパッタ法やゾルゲル法にて成膜された後でパターニングされることにより形成される。次に、焦電体層３３が焼結される。焦電体層３３を焼結する温度は特に限定されないが、本実施形態では例えば焦電体層３３を約４００℃にて焼結している。この温度は誘電体層３１に影響を与えない温度となっている。
次に、図５（ｃ）に示すように、誘電体層３１及び変換部３５の周囲に、第２絶縁層３６が形成される。第２絶縁層３６は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法にて成膜されパターニングされることにより形成される。パターニング条件を調整することにより第１配線３７及び第２配線３８を配置する場所にスロープが形成される。
図６（ａ）に示すように、支持基板層２６ａ上及び第２絶縁層３６上に第１配線３７が形成され、第３金属層３４と第１貫通電極２９とが電気的に接続される。さらに、支持基板層２６ａ上に第２配線３８が形成され、第２金属層３２と第２貫通電極３０とが電気的に接続される。第１配線３７及び第２配線３８は、例えば、めっき法、スパッタ法により成膜されパターニングされることにより形成される。
図６（ｂ）に示すように、変換部３５及び誘電体層３１を覆って第３保護層４１が形成される。第３保護層４１は、例えば、ＣＶＤ法により成膜されパターニングによって形成される。第３保護層４１はさらに第１配線３７及び第２配線３８を覆うように形成されても良い。
図７（ａ）に示すように、支持基板層２６ａ及び第２保護層２３がパターニングされる。これにより、支持基板２６が四角形に形成され、第１腕部２４及び第２腕部２５が角柱状に形成される。第１腕部２４は誘電体層３１と第１柱部１７とを連結し、第２腕部２５は誘電体層３１と第２柱部１８とを連結する。
図７（ｂ）に示すように、犠牲層４２が除去される。エッチングしない場所がマスキングされた後でエッチングされて犠牲層４２が除去される。そして、エッチング後にマスキングが除去され洗浄される。第１柱部１７及び第２柱部１８は第１保護層２２に保護されているのでエッチングされずに形成される。支持基板２６のベース基板２側の面も第２保護層２３に保護されているので支持基板２６はエッチングされずに形成される。これにより、第１柱部１７、第２柱部１８及び空洞２８が形成される。また、第１柱部１７及び第２柱部１８と同時に枠部３が形成されてもよい。尚、第１検出素子９と並行して第２検出素子１０〜第４検出素子１２が形成される。以上の工程によりテラヘルツ波検出装置１が完成する。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１検出素子９は誘電体層３１と変換部３５とを備えている。誘電体層３１はテラヘルツ波１５を吸収して熱を発生する。誘電体層３１に照射されるテラヘルツ波１５の量に応じて誘電体層３１は熱を発生させる。変換部３５は誘電体層３１にて発生した熱を電気信号に変換する。従って、誘電体層３１に照射されるテラヘルツ波１５の量に対応した電気信号を変換部３５が出力することができる。
（１）本実施形態によれば、第１検出素子９は誘電体層３１と変換部３５とを備えている。誘電体層３１はテラヘルツ波１５を吸収して熱を発生する。誘電体層３１に照射されるテラヘルツ波１５の量に応じて誘電体層３１は熱を発生させる。変換部３５は誘電体層３１にて発生した熱を電気信号に変換する。従って、誘電体層３１に照射されるテラヘルツ波１５の量に対応した電気信号を変換部３５が出力することができる。
（２）本実施形態によれば、テラヘルツ波検出装置１はベース基板２を備え、ベース基板２上には空洞２８を挟んで第１検出素子９が配列されている。支持基板２６は支持部２７により支持されている為、支持基板２６及び誘電体層３１の熱はベース基板２に伝導し難くなっている。従って、誘電体層３１にて発生した熱により変換部３５の温度が応答性良く上昇する為、第１検出素子９は感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。尚、第２検出素子１０〜第４検出素子１２の構造は第１検出素子９と同様の構造であり、感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
（３）本実施形態によれば、支持基板２６及び誘電体層３１が第１金属層２１と第２金属層３２とに挟まれた形態となっている。誘電体層３１にテラヘルツ波１５が入射されるときテラヘルツ波１５は誘電体層３１、支持基板２６を進行する。テラヘルツ波１５は、第１金属層２１と第２金属層３２とで多重反射する。そして、第１金属層２１と第２金属層３２とに反射するテラヘルツ波１５は誘電体層３１の内部を進行する過程で誘電体層３１にエネルギーが吸収されて熱に変換される。従って、テラヘルツ波検出装置１を照射するテラヘルツ波１５を第１検出素子９は効率良く誘電体層３１に吸収させてエネルギーを熱に変換させることができる。
（４）本実施形態によれば、第１検出素子９は隔てて複数配列しているので、変換部３５も隔てて複数配列している。そして、隣り合う変換部３５の間はスリットとして作用する。従って、変換部３５でテラヘルツ波１５は回折し進行方向を変えて誘電体層３１に進入する。その結果、テラヘルツ波検出装置１は照射されるテラヘルツ波１５を効率良く吸収し精度良く電気信号に変換することができる。
（５）本実施形態によれば、第２金属層３２は誘電体層３１にて吸収されるテラヘルツ波１５の真空中における波長よりも小さい周期で配列されている。このとき、隣り合う第２金属層３２の間の間隔は狭くなる為、テラヘルツ波１５は回折し易くなる。従って、第１金属層２１と第２金属層３２との間にテラヘルツ波１５を進入させ易くすることができる。
（６）本実施形態によれば、第２金属層３２の長さ及び誘電体層３１の長さは誘電体層３１にて吸収されるテラヘルツ波１５の真空中における波長より短くなっている。さらに、第２金属層３２の長さ及び誘電体層３１の長さは誘電体層３１にて吸収されるテラヘルツ波１５の振幅の２倍の長さより短くなっている。これにより、誘電体層３１は重量を軽くすることができるので、第１腕部２４及び第２腕部２５を細くすることができる。または、第１腕部２４及び第２腕部２５を長くすることができる。第１腕部２４及び第２腕部２５が細いときまたは第１腕部２４及び第２腕部２５が長いときには支持基板２６の熱がベース基板２に伝導し難くなるので、第１検出素子９は熱を検出し易くすることができる。
（７）本実施形態によれば、第２金属層３２の長さは１０μｍより長くなっている。これにより、テラヘルツ波１５は第１金属層２１及び第２金属層３２にて多重反射する為、誘電体層３１はテラヘルツ波１５を効率良く吸収することができる。その結果、第１検出素子９は感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
（８）本実施形態によれば、誘電体層３１は酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムの何れかを含んでいる。酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムは誘電率の高い材質である。従って、誘電体層３１はテラヘルツ波１５に誘電損失を生じさせてテラヘルツ波のエネルギーを効率良く熱に変換させることができる。
（９）本実施形態によれば、支持基板２６の材質は二酸化シリコンを備えている。シリコン及びシリコン化合物は誘電体である為、支持基板２６はテラヘルツ波１５を吸収して熱を発生することができる。そして、シリコン及びシリコン化合物は剛性がある為、誘電体層３１及び変換部３５を支える構造物として機能することができる。
（第２の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたイメージング装置の一実施形態について図８及び図９を用いて説明する。図８（ａ）はイメージング装置の構成を示すブロック図である。図８（ｂ）は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。図９は、対象物の物質Ａ、Ｂ、及びＣの分布を示す画像の図である。
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたイメージング装置の一実施形態について図８及び図９を用いて説明する。図８（ａ）はイメージング装置の構成を示すブロック図である。図８（ｂ）は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。図９は、対象物の物質Ａ、Ｂ、及びＣの分布を示す画像の図である。
図８（ａ）に示すようにイメージング装置４５はテラヘルツ波発生部４６、テラヘルツ波検出部４７及び画像形成部４８を備えている。テラヘルツ波発生部４６はテラヘルツ波１５を対象物４９に射出する。テラヘルツ波検出部４７は対象物４９を透過したテラヘルツ波１５または対象物４９にて反射されたテラヘルツ波１５を検出する。画像形成部４８はテラヘルツ波検出部４７の検出結果に基づいて、対象物４９の画像のデータである画像データを生成する。
テラヘルツ波発生部４６には、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーとを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波数発生方式を用いることができる。テラヘルツ波検出部４７には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。
テラヘルツ波検出部４７は第１検出素子９〜第４検出素子１２を備え、各検出素子は異なる波長のテラヘルツ波１５を検出する。従って、テラヘルツ波検出部４７は４種類の波長のテラヘルツ波１５を検出することができる。イメージング装置４５は４つの検出素子のうち第１検出素子９及び第２検出素子１０を用いて２種類の波長のテラヘルツ波１５を検出し、対象物４９を分析する装置である。
分光イメージングの対象となる対象物４９が、第１物質４９ａ、第２物質４９ｂ、及び第３物質４９ｃにより構成されているとする。イメージング装置４５は、この対象物４９の分光イメージングを行う。テラヘルツ波検出部４７は対象物４９により反射されたテラヘルツ波１５を検出する。尚、分析に使用する波長の種類は３種類以上にしても良い。これによりさらに多くの種類の対象物４９を分析することができる。
第１検出素子９が検出するテラヘルツ波１５の波長を第１波長とし、第２検出素子１０が検出する波長を第２波長とする。対象物４９にて反射されたテラヘルツ波１５の第１波長の光強度を第１強度とし、第２波長の光強度を第２強度とする。第１物質４９ａと第２物質４９ｂと第３物質４９ｃとで第１強度と第２強度の差分が互いに顕著に区別できるように第１波長及び第２波長が設定されている。
図８（ｂ）において縦軸は検出されたテラヘルツ波１５の光強度を示し、図中上側が下側より強い強度となっている。横軸は検出されたテラヘルツ波１５の波長を示し図中右側が左側より長い波長となっている。第１特性線５０は第１物質４９ａが反射するテラヘルツ波１５の波長と光強度との関係の特性を示す線である。同様に、第２特性線５１は第２物質４９ｂにおけるテラヘルツ波１５の特性を示し、第３特性線５２は第３物質４９ｃにおけるテラヘルツ波１５の特性を示している。横軸には第１波長５３及び第２波長５４の場所が明示されている。
対象物４９が第１物質４９ａのとき対象物４９で反射したテラヘルツ波１５の第１波長５３の光強度を第１強度５０ａとし第２波長５４の光強度を第２強度５０ｂとする。第１強度５０ａは第１波長５３における第１特性線５０の値であり、第２強度５０ｂは第２波長５４における第１特性線５０の値である。第２強度５０ｂから第１強度５０ａを減算した値である第１波長差は正の値となる。
同様に、対象物４９が第２物質４９ｂのとき対象物４９で反射したテラヘルツ波１５の第１波長５３の光強度を第１強度５１ａとし第２波長５４の光強度を第２強度５１ｂとする。第１強度５１ａは第１波長５３における第２特性線５１の値であり、第２強度５１ｂは第２波長５４における第２特性線５１の値である。第２強度５１ｂから第１強度５１ａを減算した値である第２波長差は零となる。
対象物４９が第３物質４９ｃのとき対象物４９で反射したテラヘルツ波１５の第１波長５３の光強度を第１強度５２ａとし第２波長５４の光強度を第２強度５２ｂとする。第１強度５２ａは第１波長５３における第３特性線５２の値であり、第２強度５２ｂは第２波長５４における第３特性線５２の値である。第２強度５２ｂから第１強度５２ａを減算した値である第３波長差は負の値となる。
イメージング装置４５が対象物４９の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生部４６がテラヘルツ波１５を発生させる。そして、テラヘルツ波発生部４６がテラヘルツ波１５を対象物４９に照射する。そして、対象物４９で反射されたテラヘルツ波１５または対象物４９を透過したテラヘルツ波１５の光強度をテラヘルツ波検出部４７が検出する。この検出結果はテラヘルツ波検出部４７から画像形成部４８に送出される。尚、対象物４９へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物４９で反射したテラヘルツ波１５の検出は検査する領域に位置する総ての対象物４９に対して行う。
画像形成部４８はテラヘルツ波検出部４７の検出結果を用いて第２波長５４における光強度から第１波長５３における光強度を減算する。そして、減算した結果が正の値となる部位を第１物質４９ａと判断する。同様に、減算した結果が零となる部位を第２物質４９ｂと判断し、減算した結果が負の値となる部位を第３物質４９ｃと判断する。
図９に示すように、また、画像形成部４８では、対象物４９の第１物質４９ａ、第２物質４９ｂ、及び第３物質４９ｃの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは画像形成部４８から図示しないモニターに出力され、モニターは第１物質４９ａ、第２物質４９ｂ、及び第３物質４９ｃの分布を示す画像を表示する。例えば、第１物質４９ａの分布する領域は黒色、第２物質４９ｂの分布する領域は灰色、第３物質４９ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。以上のように、イメージング装置４５では対象物４９を構成する各物質の同定と、その各物質の分布測定とを同時に行うことができる。
尚、イメージング装置４５の用途は、上記のものに限らない。例えば、人物に対してテラヘルツ波１５を照射し人物を透過または反射したテラヘルツ波１５を検出する。画像形成部４８において検出したテラヘルツ波１５の検出結果の処理を行うことにより、その人物が拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。テラヘルツ波検出部４７には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。従って、イメージング装置４５は高い検出感度を有することができる。
（第３の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いた計測装置の一実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は計測装置の構成を示すブロック図である。図１０に示すように計測装置５７は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部５８、テラヘルツ波検出部５９及び計測部６０を備えている。テラヘルツ波発生部５８は対象物６１にテラヘルツ波１５を照射する。テラヘルツ波検出部５９は対象物６１を透過するテラヘルツ波１５または対象物６１にて反射されたテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部５９には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。計測部６０はテラヘルツ波検出部５９の検出結果に基づいて、対象物６１を計測する。
次に、テラヘルツ波検出装置を用いた計測装置の一実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は計測装置の構成を示すブロック図である。図１０に示すように計測装置５７は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部５８、テラヘルツ波検出部５９及び計測部６０を備えている。テラヘルツ波発生部５８は対象物６１にテラヘルツ波１５を照射する。テラヘルツ波検出部５９は対象物６１を透過するテラヘルツ波１５または対象物６１にて反射されたテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部５９には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。計測部６０はテラヘルツ波検出部５９の検出結果に基づいて、対象物６１を計測する。
次に、計測装置５７の使用例について説明する。計測装置５７により、対象物６１の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生部５８により、テラヘルツ波１５を発生させ、そのテラヘルツ波１５を対象物６１に照射する。そして、対象物６１を透過したテラヘルツ波１５または対象物６１で反射されたテラヘルツ波１５をテラヘルツ波検出部５９が検出する。検出結果は、テラヘルツ波検出部５９から計測部６０に出力される。尚、この対象物６１へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物６１を透過したテラヘルツ波１５または対象物６１で反射されたテラヘルツ波１５の検出は計測範囲内に位置する総ての対象物６１に対して行なわれる。
計測部６０は、検出結果から各画素４を構成する第１検出素子９〜第４検出素子１２において検出されたテラヘルツ波１５のそれぞれの光強度を入力して対象物６１の成分及びその分布等の分析を行う。他にも、対象物６１の面積や長さを計測しても良い。テラヘルツ波検出部５９には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。従って、計測装置５７は高い検出感度を有することができる。
（第４の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたカメラの一実施形態について図１１を用いて説明する。図１１はカメラの構成を示すブロック図である。図１１に示すようにカメラ６４は、テラヘルツ波発生部６５、テラヘルツ波検出部６６、記憶部６７及び制御部６８を備えている。テラヘルツ波発生部６５はテラヘルツ波１５を対象物６９に照射する。テラヘルツ波検出部６６は対象物６９で反射されたテラヘルツ波１５または対象物６９を透過したテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部６６には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。記憶部６７はテラヘルツ波検出部６６の検出結果を記憶する。制御部６８はテラヘルツ波発生部６５、テラヘルツ波検出部６６及び記憶部６７の動作を制御する。
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたカメラの一実施形態について図１１を用いて説明する。図１１はカメラの構成を示すブロック図である。図１１に示すようにカメラ６４は、テラヘルツ波発生部６５、テラヘルツ波検出部６６、記憶部６７及び制御部６８を備えている。テラヘルツ波発生部６５はテラヘルツ波１５を対象物６９に照射する。テラヘルツ波検出部６６は対象物６９で反射されたテラヘルツ波１５または対象物６９を透過したテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部６６には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。記憶部６７はテラヘルツ波検出部６６の検出結果を記憶する。制御部６８はテラヘルツ波発生部６５、テラヘルツ波検出部６６及び記憶部６７の動作を制御する。
カメラ６４は筐体７０を備え、テラヘルツ波発生部６５、テラヘルツ波検出部６６、記憶部６７及び制御部６８は筐体７０に収められている。カメラ６４は、対象物６９にて反射したテラヘルツ波１５をテラヘルツ波検出部６６に結像させるレンズ７１を備えている。さらに、カメラ６４はテラヘルツ波発生部６５が射出するテラヘルツ波１５を筐体７０の外部へ射出させるための窓部７２を備えている。レンズ７１や窓部７２の材質は、テラヘルツ波１５を透過し屈折させるシリコン、石英、ポリエチレン等によって構成されている。尚、窓部７２は、スリットのように単に開口が設けられている構成としてもよい。
次に、カメラ６４の使用例について説明する。対象物６９を撮像するとき、まず、制御部６８はテラヘルツ波発生部６５にテラヘルツ波１５を射出させる。そのテラヘルツ波１５は対象物６９を照射する。そして、対象物６９にて反射されたテラヘルツ波１５はレンズ７１によってテラヘルツ波検出部６６に結像され、テラヘルツ波検出部６６が対象物６９を検出する。検出結果はテラヘルツ波検出部６６から記憶部６７に出力されて記憶される。尚、対象物６９へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物６９で反射されたテラヘルツ波１５の検出は、撮像範囲内に位置する総ての対象物６９に対して行われる。また、カメラ６４は検出結果を、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信しても良い。パーソナルコンピューターは検出結果に基づいて各種の処理を行うことができる。
カメラ６４のテラヘルツ波検出部６６には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１が用いられている。従って、カメラ６４は高い検出感度を有することができる。
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。上記実施形態で説明した構成と実質的に同一の機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成にしても良い。また、上記実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成にしても良い。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、ベース基板２上に第１検出素子９が縦横に配列する格子状に配置された。第１検出素子９の配列は格子状以外の配列パターンでも良い。図１２（ａ）は第１検出素子の構成を示す模式平面図である。図１２（ａ）に示すように、例えば、検出素子としての第１検出素子７５の平面形状を六角形にしてハニカム状に配列されても良い。他にも第１検出素子９の配列はこれ以外の繰り返しパターンにしても良い。このときにも隣り合う検出素子の間をスリットにしてテラヘルツ波１５を回折させて検出素子に進入させることができる。
前記第１の実施形態では、ベース基板２上に第１検出素子９が縦横に配列する格子状に配置された。第１検出素子９の配列は格子状以外の配列パターンでも良い。図１２（ａ）は第１検出素子の構成を示す模式平面図である。図１２（ａ）に示すように、例えば、検出素子としての第１検出素子７５の平面形状を六角形にしてハニカム状に配列されても良い。他にも第１検出素子９の配列はこれ以外の繰り返しパターンにしても良い。このときにも隣り合う検出素子の間をスリットにしてテラヘルツ波１５を回折させて検出素子に進入させることができる。
（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１検出素子９〜第４検出素子１２の４種類の検出素子が設置された。検出素子の種類は１〜３種類でも良く５種類以上でも良い。検出したいテラヘルツ波１５の波長の種類の数に合わせても良い。
前記第１の実施形態では、第１検出素子９〜第４検出素子１２の４種類の検出素子が設置された。検出素子の種類は１〜３種類でも良く５種類以上でも良い。検出したいテラヘルツ波１５の波長の種類の数に合わせても良い。
（変形例３）
前記第１の実施形態では、誘電体層３１及び第２金属層３２の形状は正方形であった。図１２（ｂ）は第１検出素子の構成を示す模式平面図である。図１２（ｂ）に示すように、例えば、吸収部としての誘電体層７６及び第２金属層７７の形状は三角形でも良い。他にも誘電体層３１及び第２金属層３２の形状は長方形でも良く、多角形、円弧を含む形状でも良い。このときにも、配列する方向における誘電体層長及び第２金属層長はテラヘルツ波１５の真空における波長より短いのが好ましい。また、配列する方向における誘電体層長及び第２金属層長は振幅の２倍より短いのが好ましい。これにより、第１腕部２４及び第２腕部２５を細くまたは長くできるので、感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
前記第１の実施形態では、誘電体層３１及び第２金属層３２の形状は正方形であった。図１２（ｂ）は第１検出素子の構成を示す模式平面図である。図１２（ｂ）に示すように、例えば、吸収部としての誘電体層７６及び第２金属層７７の形状は三角形でも良い。他にも誘電体層３１及び第２金属層３２の形状は長方形でも良く、多角形、円弧を含む形状でも良い。このときにも、配列する方向における誘電体層長及び第２金属層長はテラヘルツ波１５の真空における波長より短いのが好ましい。また、配列する方向における誘電体層長及び第２金属層長は振幅の２倍より短いのが好ましい。これにより、第１腕部２４及び第２腕部２５を細くまたは長くできるので、感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
（変形例４）
前記第１の実施形態では、変換部３５側からベース基板２に向かって進行するテラヘルツ波１５が変換部３５にて回折する形態となっていた。第１金属層２１にスリットを設置しても良い。そして、ベース基板２側から変換部３５に向かって進行するテラヘルツ波１５が第１金属層２１にて回折する形態にしても良い。この形態のときにもテラヘルツ波１５が第１金属層２１と第２金属層３２との間で反射を繰り返すので効率よく誘電体層３１がテラヘルツ波１５を吸収することができる。
前記第１の実施形態では、変換部３５側からベース基板２に向かって進行するテラヘルツ波１５が変換部３５にて回折する形態となっていた。第１金属層２１にスリットを設置しても良い。そして、ベース基板２側から変換部３５に向かって進行するテラヘルツ波１５が第１金属層２１にて回折する形態にしても良い。この形態のときにもテラヘルツ波１５が第１金属層２１と第２金属層３２との間で反射を繰り返すので効率よく誘電体層３１がテラヘルツ波１５を吸収することができる。
１…テラヘルツ波検出装置、２…基板としてのベース基板、９，７５…検出素子としての第１検出素子、１０…検出素子としての第２検出素子、１１…検出素子としての第３検出素子、１２…検出素子としての第４検出素子、１３…周期としての第１周期、１４…周期としての第２周期、１５…テラヘルツ波、１５ａ…波長、１５ｃ…振幅、１７…支持部としての第１柱部、１８…支持部としての第２柱部、２１…第１金属層、２４…腕部及び支持部としての第１腕部、２５…腕部及び支持部としての第２腕部、２６…支持基板、２７…支持部、２８…空洞、３１，７６…吸収部としての誘電体層、３２，７７…第２金属層、３３…焦電体層、３４…第３金属層、３５…変換部、４５…イメージング装置、４６，５８，６５…テラヘルツ波発生部、４７，５９，６６…テラヘルツ波検出部、４８…画像形成部、４９，６１，６９…対象物、５７…計測装置、６０…計測部、６４…カメラ、６７…記憶部。
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に配列されている複数の検出素子と、を備え、
前記検出素子は、
前記基板に設けられる第１金属層と、
前記第１金属層と離間して設けられた支持基板と、
前記支持基板に設けられ、且つ、テラヘルツ波を吸収して熱を発生する吸収部と、
第２金属層と焦電体層と第３金属層とが積層されて前記吸収部に設けられ、且つ、前記吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する変換部と、を有することを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記複数の検出素子は、隣り合う前記変換部の間で前記テラヘルツ波が回折するように配列されていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項１または２に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記第２金属層の配列の周期は前記吸収部にて吸収される前記テラへルツ波の真空中における波長より短いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記検出素子は、前記支持基板と接続する柱状の腕部を含み、且つ、前記支持基板を前記基板と離間して支持する支持部を備え、
前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収させる前記テラへルツ波の真空中における波長より短く且つ１０μｍより長いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項４に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記検出素子が配列する方向の前記第２金属層の長さ及び前記吸収部の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記吸収部の材質は酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウムの何れかを含むことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項４〜６のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記支持基板の主材料はシリコンであることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜７のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とするカメラ。 - テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜７のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とするイメージング装置。 - テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜７のいずれか１項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする計測装置。
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