JPH10185680A - 光読み出し型放射−変位変換装置、放射検出装置、並びにこれを用いた映像化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却器を用いることなく、放射の検出精度及
び感度の向上を図り、しかも、外部の温度の影響を受け
難くする。 【解決手段】 被支持部３，５は、それぞれ脚部２，４
を介して基板１に支持され、１階部分及び２階部分を構
成する。被支持部３は、赤外線を受けて熱に変換する赤
外線吸収膜６と、赤外線吸収膜６にて発生した熱に応じ
てバイメタルの原理により基板１に対して変位する変位
部７と、ハーフミラー部８とを有する。被支持部５は、
基板１から脚部４を介して受ける熱に応じてバイメタル
の原理により基板１に対して変位部７と同方向に変位す
る変位部９と、全反射ミラー１０とを有する。ハーフミ
ラー部８及び全反射ミラー１０は、受光した読み出し光
ｊ₀を変位部７，９間の相対的な変位に応じた干渉状態
を有する干渉光に変えて出射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線、Ｘ線、紫
外線などの不可視光を含む種々の放射を検出等する技術
に関するものであり、特に、放射を光読み出し可能に変
位に変換する光読み出し型放射−変位変換装置、放射検
出装置、並びにこれを用いた映像化装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、赤外線、Ｘ線、紫外線などの不可
視光を検出することにより、可視光領域だけから得られ
る情報以外の物理情報を利用する研究が盛んに行われ、
様々な産業分野への応用展開が期待されている。その一
例として、赤外線の利用について述べる。

【０００３】従来の赤外線カメラに用いられている赤外
線検出器は、赤外線を光電変換の原理により電子に変換
し、その電子をＣＣＤなどで読み出す方式が主流であ
り、この赤外線検出器は量子型赤外線検出器と呼ばれて
いる。しかしながら、この量子型赤外線検出器では、赤
外線を光電変換する場合には当該検出器を液体窒素温度
程度まで冷却する必要があった。すなわち、赤外線のフ
ォトンエネルギーは小さく、その値は常温物体における
電子の持つ熱エネルギーに概ね等しいので、電子の持つ
熱エネルギーによる影響を取り除くために検出器を液体
窒素温度程度まで冷却する必要があった。この冷却器
は、体積が大きく、機械振動を発生し寿命も短く、高価
なものとなっていた。

【０００４】近年、この量子型赤外線検出器の原理とは
別の、赤外線の熱エネルギーを利用したいわゆる熱型赤
外線検出器が研究されている。この熱型赤外線検出器
は、冷却する必要がなく、非冷却型の赤外線センサーと
も呼ばれている。具体的には、入射した赤外線を吸収し
て熱エネルギーに変換し、検出器の温度に変化を生じさ
せ、それによる検出器の物性値の変化を電気的に読み出
すものである。例えば、抵抗性ボロメーターでは温度が
変わると抵抗値が変化する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の熱型赤外線検出器は、量子型赤外線検出器のような
大がかりな冷却器は必要ないが、検出原理そのものに課
題を持っている。それは、従来の熱型赤外線検出器で
は、入射赤外線のみによる検出器の温度変化を検出しな
ければならないにもかかわらず、温度変化を検出するた
めに検出器に電流を流さねばならない点である。すなわ
ち、温度変化検出のための電流により検出器が発熱（通
常、自己発熱と呼ぶ。）してしまうので、入射赤外線の
みによる温度変化を検出することが困難であり、検出精
度が低下していた。

【０００６】また、前記従来の熱型赤外線検出器では、
感度が低い欠点があった。従来の熱型赤外線検出器で
は、例えば、抵抗の温度が１゜Ｃ変化したときの抵抗の
変化率が２％程度の物が使われているが、観測物体の温
度によって放射される赤外線を受光して温度に変換する
変換率はせいぜい１％程度である。よって、観測物体の
温度が１゜Ｃ変化しても抵抗は０．０２％しか変化しな
い。

【０００７】さらに、前記従来の熱型赤外線検出器で
は、外部の温度の影響を受け易く、それにより出力が大
きく変化してしまう欠点があった。例えば、観測物体の
温度によって放射される赤外線を受光して温度に変換す
る変換率はせいぜい１％程度である。よって、観測物体
の温度を０．１゜Ｃの精度で観測するためには、検出器
自身の温度変化は０．００１゜Ｃ以下にしなければなら
ない。このため、外部の温度の影響を受けないように厳
密な温度制御が可能な制御手段が必要であり、コストア
ップを免れなかった。

【０００８】なお、以上述べたような事情は赤外線のみ
ならず、他の放射についても同様である。

【０００９】本発明は、前述したような事情に鑑みてな
されたもので、冷却器を必要とせずに検出精度及び感度
が高く、しかも外部の温度の影響を受け難い放射検出装
置、これに用いられる光読み出し型放射−変位変換装
置、並びにこれらを用いた映像化装置を提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【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の態様による光読み出し型放射−変位
変換装置は、基体と、前記基体に支持された第１の被支
持部であって、放射を受けて熱に変換する放射吸収部
と、該放射吸収部にて発生した熱に応じて前記基体に対
して変位する第１の変位部と、を有する第１の被支持部
と、前記基体に支持された第２の被支持部であって、前
記基体から受ける熱に応じて前記基体に対して変位する
第２の変位部を有する第２の被支持部と、読み出し光を
受光し、受光した読み出し光に前記第１の変位部と前記
第２の変位部との間の相対的な変位に応じた変化を与え
て当該変化した読み出し光を出射させる光作用部と、を
備え、熱の増減に対する前記第１の変位部の変位方向と
前記第２の変位方向とが実質的に同一方向であるもので
ある。

【００１１】この第１の態様では、前記放射吸収部は前
記放射を一方の側から受け、前記光作用部は前記読み出
し光を前記一方の側と反対の側から受光してもよい。ま
た、前記第１の態様では、前記放射吸収部は前記放射を
一方の側から受け、前記光作用部は前記読み出し光を前
記一方の側と同じ側から受光してもよい。

【００１２】この第１の態様によれば、赤外線、Ｘ線、
紫外線等の放射が第１の被支持部の放射吸収部に照射さ
れ、当該放射が放射吸収部により吸収されて熱に変換さ
れる。放射吸収部にて発生した熱に応じて第１の被支持
部の第１の変位部が基体に対して変位する。すなわち、
入射した放射が、その量に応じた第１の変位部の変位に
変換される。第２の被支持部は放射吸収部を有しておら
ず、第２の被支持部の第２の変位部は入射放射によって
は変位しない。一方、可視光やその他の光による読み出
し光が光作用部に照射される。光作用部は、受光した読
み出し光に前記第１の変位部と前記第２の変位部との間
の相対的な変位に応じた変化を与えて当該変化した読み
出し光を出射させるので、結局、放射吸収部に照射され
た放射が読み出し光の変化に変換されることになる。し
たがって、光作用部から出射された読み出し光に基づい
て放射を検出することができる。このため、光による変
位検出は高感度で行うことができることから、前記第１
の態様によれば、放射を高感度で検出することが可能と
なる。また、前記第１の態様では、前述した従来の熱型
赤外線検出器と異なり、放射を熱を経て抵抗値（電気信
号）に変換するのではなく、放射を熱及び変位を経て読
み出し光の変化に変換するので、基体により支持された
被支持部には電流を流す必要がなく、被支持部には自己
発熱が生じない。したがって、前記第１の態様によれ
ば、入射した放射のみによる熱を検出することになるの
で、検出精度が向上する。勿論、前記第１の態様では、
前述した従来の熱型赤外線検出器と同様に、量子型赤外
線検出器において必要であった冷却器は不要である。

【００１３】ところで、前記第１の変位部は、入射放射
による放射吸収部からの熱によって変位するのみなら
ず、外部の温度が変化すると、基体に支持されているこ
とから基体を介して自身の温度変化が生ずるので、これ
によっても変位してしまう。しかし、前記第１の態様で
は、前記第２の変位部は、基体から受ける熱に応じて基
体に対して変位し、熱の増減に対する前記第１の変位部
の変位方向と前記第２の変位方向とが実質的に同一方向
であるため、第１の変位部と第２の変位部との間の相対
的な変位は、外部の温度による影響を差し引いた、入射
放射による放射吸収部からの熱にのみよって生ずる第１
の変位部の変位に近づくこととなる。したがって、光作
用部は、受光した読み出し光に前記第１の変位部と前記
第２の変位部との間の相対的な変位に応じた変化を与え
て当該変化した読み出し光を出射させることから、読み
出し光の変化には外部の温度の影響が少なくなり、一層
精度の良い放射検出を行うことができる。このため、外
部の温度の影響を受けないようにするために温度制御を
行う場合であっても、従来に比べて厳密な温度制御が必
要なくなり、コストの低減を図ることができる。

【００１４】なお、前記第１の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、放射を読み出し光の変化に変換
するものであり、その用途は、必ずしも入射する放射を
検出する用途に限定されるものではない。前記第１の態
様では、用途に応じて、入射する放射の種類や読み出し
光の種類等は適宜選択することができる。

【００１５】本発明の第２の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第１の態様による光読み出し
型放射−変位変換装置において、前記第１の変位部及び
第２の変位部の各々は、異なる膨張係数を有する異なる
物質の互いに重なった少なくとも２つの層を有するもの
である。この第２の態様は、変位部の例示であり、いわ
ゆる熱バイモルフ構造を採用したものである。

【００１６】本発明の第３の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第１又は第２の態様による光
読み出し型放射−変位変換装置において、前記光作用部
は、読み出し光を受光し、受光した読み出し光を前記相
対的な変位に応じた干渉状態を有する干渉光に変えて出
射させる干渉手段であるものである。この第３の態様
は、光作用部の例示である。

【００１７】この第３の態様によれば、光作用部自体が
干渉手段であり、光読み出し型放射−変位変換装置の内
部において素子毎に独立して干渉光を得ることができる
ので、複数の素子が１次元状又は２次元状に配列された
場合であっても、干渉縞が生じ難く、オフセット信号が
発生し難い。また、前記第３の態様では、光読み出し型
放射−変位変換装置の外部において干渉光学系を構成す
る必要がないので、干渉の原理に従って読み出し光学系
を構成する場合であっても、当該読み出し光学系の構成
が簡単となる。

【００１８】本発明の第４の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第３の態様による光読み出し
型放射−変位変換装置において、前記干渉手段は、前記
第１の被支持部及び前記第２の被支持部のうちの一方の
一部をなすとともに前記第１の変位部及び前記第２の変
位部のうちの一方の変位に従って変位するハーフミラー
部であって、受光した読み出し光の一部のみを反射する
ハーフミラー部と、前記第１の被支持部及び前記第２の
被支持部のうちの他方の一部をなすとともに前記第１の
変位部及び前記第２の変位部のうちの他方の変位に従っ
て変位する反射部であって、前記ハーフミラー部と対向
するように配置された反射部と、を有するものである。
この第４の態様は、光作用部を構成する干渉手段の例示
である。

【００１９】本発明の第５の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態
様による光読み出し型放射−変位変換装置において、前
記基体の温度に対する前記第１の変位部の変位量と前記
基体の温度に対する前記第２の変位部の変位量とが、実
質的に等しいものである。このように両者の変位量を実
質的に等しくしておくと、外部の温度による影響をほぼ
完全に打ち消すことができ、好ましい。

【００２０】本発明の第６の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態
様による光読み出し型放射−変位変換装置において、前
記基体の温度に対する前記第１の変位部の熱変化時定数
と前記基体の温度に対する前記第２の変位部の熱変化時
定数とが、実質的に等しいものである。このように両者
の熱変化時定数を実質的に等しくしておくと、外部の温
度の影響による過渡的な温度変化に対しても、その影響
を打ち消すことができ、好ましい。

【００２１】本発明の第７の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、基体と、前記基体に支持された第
１の被支持部であって、放射を受けて熱に変換する放射
吸収部と、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、を有する第１の被支持部
と、前記基体に支持された第２の被支持部であって、熱
の増減に対する前記変位部の変位方向とは逆の方向に前
記基体からの熱に応じて変位しようとして前記変位部の
変位を抑制する変位抑制部を有する第２の被支持部と、
読み出し光を受光し、受光した読み出し光に前記変位部
の変位に応じた変化を与えて当該変化した読み出し光を
出射させる光作用部と、を備えたものである。

【００２２】この第７の態様では、以下に説明するよう
に、前記第１の態様と同様の利点が得られるが、外部温
度の影響の打ち消し方が前記第１の態様と異なる。

【００２３】すなわち、前記第７の態様によれば、赤外
線、Ｘ線、紫外線等の放射が第１の被支持部の放射吸収
部に照射され、当該放射が放射吸収部により吸収されて
熱に変換される。放射吸収部にて発生した熱に応じて第
１の被支持部の変位部が基体に対して変位する。すなわ
ち、入射した放射が、その量に応じた変位部の変位に変
換される。一方、可視光やその他の光による読み出し光
が光作用部に照射される。光作用部は、受光した読み出
し光に前記変位部の変位に応じた変化を与えて当該変化
した読み出し光を出射させるので、結局、放射吸収部に
照射された放射が読み出し光の変化に変換されることに
なる。したがって、光作用部から出射された読み出し光
に基づいて放射を検出することができる。このため、光
による変位検出は高感度で行うことができることから、
前記第７の態様によれば、放射を高感度で検出すること
が可能となる。また、前記第７の態様では、前述した従
来の熱型赤外線検出器と異なり、放射を熱を経て抵抗値
（電気信号）に変換するのではなく、放射を熱及び変位
を経て読み出し光の変化に変換するので、基体により支
持された被支持部には電流を流す必要がなく、被支持部
には自己発熱が生じない。したがって、前記第７の態様
によれば、入射した放射のみによる熱を検出することに
なるので、検出精度が向上する。勿論、前記第７の態様
では、前述した従来の熱型赤外線検出器と同様に、量子
型赤外線検出器において必要であった冷却器は不要であ
る。

【００２４】ところで、前記変位部は、入射放射による
放射吸収部からの熱によって変位するのみならず、外部
の温度が変化すると、基体に支持されていることから基
体を介して自身の温度変化が生ずるのでこれによっても
変位しようとする。しかし、前記第７の態様では、前記
変位抑制部が、熱の増減に対する前記変位部の変位方向
とは逆の方向に基体から受ける熱に応じて基体に対して
変位しようとして前記変位部の変位を抑制するので、結
局、前記変位部の変位は、外部の温度による影響を差し
引いた、入射放射による放射吸収部からの熱にのみよっ
て生ずる変位に近づくこととなる。したがって、光作用
部は、受光した読み出し光に前記変位部の変位に応じた
変化を与えて当該変化した読み出し光を出射させること
から、読み出し光の変化には外部の温度の影響が少なく
なり、一層精度の良い放射検出を行うことができる。し
たがって、外部の温度の影響を受けないようにするため
に温度制御を行う場合であっても、従来に比べて厳密な
温度制御が必要なくなり、コストの低減を図ることがで
きる。

【００２５】なお、前記第７の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置も、放射を読み出し光の変化に変換
するものであり、その用途は、必ずしも入射する放射を
検出する用途に限定されるものではない。前記第７の態
様においても、用途に応じて、入射する放射の種類や読
み出し光の種類等は適宜選択することができる。

【００２６】本発明の第８の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第７の態様による光読み出し
型放射−変位変換装置において、前記変位抑制部は、熱
抵抗の大きい結合部を介して前記変位部に機械的に結合
されたものである。このように、変位抑制部と変位部と
を熱抵抗の大きい結合部を介して結合すると、入射した
放射により生じた熱が変位抑制部へ逃げ難くなるので好
ましい。

【００２７】本発明の第９の態様による光読み出し型放
射−変位変換装置は、前記第７又は第８の態様による光
読み出し型放射−変位変換装置において、前記変位部及
び前記変位抑制部の各々は、異なる膨張係数を有する異
なる物質の互いに重なった少なくとも２つの層を有する
ものである。この第９の態様は、変位部及び変位抑制部
の例示であり、いわゆる熱バイモルフ構造を採用したも
のである。

【００２８】本発明の第１０の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第７乃至第９のいずれかの
態様による光読み出し型放射−変位変換装置において、
前記光作用部は、前記第１の被支持部の一部をなすとと
もに前記変位部の変位に従って変位する反射部であっ
て、受光した読み出し光を反射する反射部であるもので
ある。この第１０の態様は、光作用部の例示である。

【００２９】本発明の第１１の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記光作用部は、読み出し光を
受光し、受光した読み出し光を前記変位部の変位に応じ
た干渉状態を有する干渉光に変えて出射させる干渉手段
であるものである。

【００３０】前記第１０の態様のように光作用部が反射
部である場合には、例えば、光源からの光を複数に分割
し、当該分割された光のうちの１つを前記読み出し光と
して前記各素子の前記反射部にそれぞれ照射し、前記各
素子の前記反射部から出射した各反射光と前記分割され
た光のうちの他の１つである参照光とを干渉させて干渉
光を得ることができ、反射部からの反射光を用いて光読
み出し型放射−変位変換装置の外部において干渉光を得
ることができる。しかしながら、この場合において、前
記第１及び第２の被支持部及び前記光作用部を１個の素
子として当該素子が１次元状又は２次元状に配列された
場合には、放射が入射されていない際における各素子の
反射部の高さがばらついていたり、前記参照光を反射さ
せるミラーのアライメントがわずかでもずれていたりす
ると、放射が入射されていないにもかかわらず、干渉縞
が生じてしまい、いわばオフセット信号が発生してしま
う。この点、前記第１１の態様によれば、前記第３の態
様と同様に、光作用部自体が干渉手段であり、光読み出
し型放射−変位変換装置の内部において素子毎に独立し
て干渉光を得ることができるので、複数の素子が１次元
状又は２次元状に配列された場合であっても、干渉縞が
生じ難く、オフセット信号が発生し難い。また、前記第
１１の態様では、前記第３の態様と同様に、光読み出し
型放射−変位変換装置の外部において干渉光学系を構成
する必要がないので、干渉の原理に従って読み出し光学
系を構成する場合であっても、当該読み出し光学系の構
成が簡単となる。

【００３１】本発明の第１２の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第１１の態様による光読み
出し型放射−変位変換装置において、前記干渉手段は、
前記第１の被支持部の一部をなすとともに前記変位部の
変位に従って変位するハーフミラー部であって、受光し
た読み出し光の一部のみを反射するハーフミラー部と、
該ハーフミラー部と対向するように前記基体に対して固
定された反射部と、を有するものである。この第１２の
態様は、光作用部を構成する干渉手段の例示である。

【００３２】本発明の第１３の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第７乃至第１２のいずれか
の態様による光読み出し型放射−変位変換装置におい
て、前記基体の温度に対する前記変位部自体の変位しよ
うとする量と前記基体の温度に対する前記変位抑制部自
体の変位しようとする量とが、実質的に等しいものであ
る。このように両者の変位量を実質的に等しくしておく
と、外部の温度による影響をほぼ完全に打ち消すことが
でき、好ましい。

【００３３】本発明の第１４の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第７乃至第１３のいずれか
の態様による光読み出し型放射−変位変換装置におい
て、前記基体の温度に対する前記変位部の熱変化時定数
と前記基体の温度に対する前記第１の変位部の熱変化時
定数とが、実質的に等しいものである。このように両者
の熱変化時定数を実質的に等しくしておくと、外部の温
度の影響による過渡的な温度変化に対しても、その影響
を打ち消すことができ、好ましい。

【００３４】本発明の第１５の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第１乃至第１４のいずれか
の態様による光読み出し型放射−変位変換装置におい
て、前記放射が赤外線であるものである。もっとも、前
記第１乃至第１４の態様では、前記放射が赤外線に限定
されないことは、前述した通りである。

【００３５】本発明の第１６の態様による光読み出し型
放射−変位変換装置は、前記第１乃至第１５のいずれか
の態様による光読み出し型放射−変位変換装置におい
て、前記第１の被支持部、前記第２の被支持部及び前記
光作用部を１個の素子として当該素子を複数個有し、当
該素子が１次元状又は２次元状に配列されたものであ
る。

【００３６】前記第１乃至第１５の態様では、単に放射
を検出する場合には１個の素子（画素に相当）のみを有
していればよい。しかし、前記第１６の態様のように、
１次元状又は２次元状に配列された複数の素子を有して
いれば、放射による１次元又は２次元の光学像を形成し
たり、放射による１次元又は２次元の像を撮像したりす
ることができる。

【００３７】本発明の第１７の態様による放射検出装置
は、前記第１乃至第１５のいずれかの態様による光読み
出し型放射−変位変換装置と、前記光作用部に前記読み
出し光を照射し、前記光作用部から出射された前記変化
した読み出し光に基づいて前記相対的な変位又は前記変
位部の変位を検出する変位検出手段と、を備えたもので
ある。

【００３８】この第１７の態様によれば、読み出し光の
変化が放射の量に相当することから、変位検出手段から
の変位検出信号が、結局、放射検出信号となる。そし
て、前記第１７の態様によれば、前記第１乃至第１５の
いずれかの態様による光読み出し型放射−変位変換装置
が用いられているので、放射を高感度で検出することが
できるとともに、検出精度が向上し、しかも、外部の温
度による影響を受け難い。

【００３９】本発明の第１８の態様による映像化装置
は、前記第１６の態様による光読み出し型放射−変位変
換装置と、前記各素子の前記光作用部にそれぞれ前記読
み出し光を照射し、前記各素子の前記光作用部から出射
された前記変化した読み出し光に基づいて前記各素子の
前記相対的な変位又は前記変位部の変位に応じた光学像
を形成する読み出し光学系と、を備えたものである。

【００４０】この第１８の態様によれば、前記第１６の
態様による光読み出し型放射−変位変換装置を用いて、
読み出し光学系により各素子の相対的な変位又は変位部
の変位に応じた光学像を形成している。したがって、放
射の像を精度良く当該光学像として形成することができ
るとともに、感度が高まり、しかも外部の温度による影
響を受け難い。のみならず、前記第１８の態様によれ
ば、読み出し光に基づいて各素子の相対的な変位又は変
位部の変位に応じた光学像を形成しているので、読み出
し光として可視光を用いれば、放射の像に相当する当該
光学像を肉眼により観察することができる。従来の赤外
線撮像装置を用いた場合には、電気信号あるいは画像デ
ータに変換した後にそれに基づいて表示装置に像を表示
しなければ赤外線の像を観察することが不可能であった
のに対し、前記第１８の態様では、読み出し光として可
視光を用いれば、電気信号あるいは画像データを介在さ
せることなく、肉眼で放射の像を観察することができる
のである。勿論、形成された光学像を撮像手段で撮像し
てもよい。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による光読み出し型
放射−変位変換装置、放射検出装置、並びにこれを用い
た映像化装置について図面を参照して説明する。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。

【００４２】（第１の実施の形態）まず、本発明による
第１の実施の形態による光読み出し型放射−変位変換装
置について、図１及び図２を参照して説明する。

【００４３】図１は本発明の第１の実施の形態による光
読み出し型放射−変位変換装置を示す図であり、図１
（ａ）はその単位画素（単位素子）の２階建て構造の２
階部分を模式的に示す平面図、図１（ｂ）はその１階部
分を模式的に示す平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）
（ｂ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図１（ｄ）は図
１（ａ）（ｂ）中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
図２は、第１の実施の形態による光読み出し型放射−変
位変換装置の画素の配置状態を示す平面図である。

【００４４】本実施の形態による放射−変位変換装置
は、基体としての基板１と、脚部２を介して基板１上に
浮いた状態に支持された第１の被支持部３と、脚部４を
介して基板１上に浮いた状態に支持された第２の被支持
部５と、を備えている。本実施の形態では、第１及び第
２の被支持部３，５は２階建て構造を構成しており、第
１の被支持部３が２階部分、第２の被支持部５が１階部
分となっている。

【００４５】本実施の形態では、基板１上に被支持部
３，５が設けられ、基板１の下方から赤外線ｉが入射さ
れるとともに基板１の上方から読み出し光ｊ₀が入射さ
れるように構成されているので、基板１は、赤外線ｉを
透過する材料で構成されている。具体的には、基板１と
して、シリコン基板やＧｅ基板などを用いることができ
る。もっとも、基板１の下方から読み出し光ｊ₀が入射
されるとともに基板１の上方から赤外線ｉが入射される
場合には、読み出し光ｊ₀を透過させる材料で基板１を
構成しておけばよい。もっとも、基板１における赤外線
又は読み出し光の所望の通過領域に開口を形成すれば、
基板１の材料は何ら限定されるものではない。

【００４６】本実施の形態では、２階部分の第１の被支
持部３は、脚部２に直接固定されて中央に配置され赤外
線を受けて熱に変換する赤外線吸収膜６と、該赤外線吸
収膜６にそれぞれ一端側部分が固定され赤外線吸収膜６
の両側に配置された第１の変位部７と、各第１の変位部
７の自由端側に固定され第１の変位部７とともに赤外線
吸収膜６をコ字状に囲むように配置された、読み出し光
ｊ₀の一部のみを反射させるハーフミラー部８と、を備
えている。第１の変位部７は、カンチレバーを構成して
いる。本実施の形態では、赤外線吸収膜６は、第１の変
位部７と熱的につながっているが、第１の変位部７が変
位しても動かない構造になっている。

【００４７】前記赤外線吸収膜６の材料としては、例え
ば、例えば、金黒、セラミックス（例えば、ＺｒＯ₂，
ＭｎＯ₂，ＦｅＯ₃，ＣｏＯ，ＣｕＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｍｇ
Ｏ，ＳｉＯ₂などの混合焼結体）、ポジレジスト、ネガ
レジスト、グラファイト（カーボン）、ＳｉＮなどを用
いることができる。

【００４８】前記第１の変位部７は、互いに重なった２
つの膜７ａ，７ｂから構成されている。膜７ａ及び７ｂ
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、いわゆる熱バイモルフ構造を構成している。
したがって、本実施の形態では、第１の変位部７は、赤
外線吸収膜６にて発生した熱に応じて基板１に対して変
位する。下側の膜７ａの膨張係数が上側の膜７ｂの膨張
係数より大きい場合には、赤外線吸収膜６で発生した熱
により上方に湾曲して傾斜する。逆に、下側の膜７ａの
膨張係数が上側の膜７ｂの膨張係数より小さくてもよ
く、この場合には、当該熱により下方に湾曲して傾斜す
ることになる。

【００４９】膜７ａ，７ｂは互いに異なる膨張係数を有
する任意の材料で構成すればよい。例えば、膜２０４，
２０５の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇＯなどやバイ
メタルの材料として知られている下記の表１に挙げる金
属材料を用いることができる。

【００５０】

【表１】

【００５１】なお、前述したように被支持部３が基板１
から浮いているので、被支持部３と基板１との間の熱抵
抗が大きくなっている。さらに、本実施の形態では、脚
部２は、ＳｉＯ₂などの絶縁材料により構成されてお
り、被支持部３と基板１との間が電気的に絶縁されてい
る。このような絶縁材料は熱伝導率が低くて熱抵抗が大
きいので、被支持部３と基板１との間の熱抵抗が一層大
きくなっている。したがって、被支持部３から熱エネル
ギーが逃げ難く、わずかな赤外線の入射によっても赤外
線吸収膜６は温度上昇を生じ、赤外光検出感度が高ま
る。なお、脚部４も、脚部２と同様に、ＳｉＯ₂などに
より構成されている。

【００５２】本実施の形態では、１階部分の第２の被支
持部５は、脚部４に一端側部分が直接固定され前記両側
の第１の変位部７のそれぞれ下方に配置された第２の変
位部９と、各第２の変位部９の自由端側に固定され各第
２の変位部９とともにコ字状をなすように配置された、
ハーフミラー部８を透過した読み出し光を反射させる反
射部としての全反射ミラー１０と、を備えている。全反
射ミラー１０は前記ハーフミラー部８と対向している。
第２の変位部９は、カンチレバーを構成している。第２
の変位部９も、前記第１の変位部７と同様に、互いに重
なった２つの膜９ａ，９ｂから構成されている。膜９ａ
及び９ｂ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、いわゆる熱バイモルフ構造を構成し
ている。したがって、本実施の形態では、膜９ａ，９ｂ
は、基体１から脚部４を介して受ける熱に応じて基板１
に対して変位する。膜９ａ，９ｂも、前記膜７ａ，７ｂ
と同様に、互いに異なる膨張係数を有する任意の材料で
構成すればよいが、熱の増減に対する第２の変位部９の
変位方向は、第１の変位部７の変位方向と同一方向とな
るように設定されている。すなわち、本実施の形態で
は、第２の変位部９の下側の膜９ａと上側の膜９ｂとの
膨張係数の大小関係と、第１の変位部７の下側の膜７ａ
と上側の膜７ｂとの膨張係数の大小関係とが同一となる
ように、各膜の材料が選定されている。

【００５３】図１（ｃ）（ｄ）に示すように、読み出し
光ｊ₀がハーフミラー部８に入射すると、当該読み出し
光ｊ₀の一部がハーフミラー部８で反射されて反射光ｊ₁
となり、ハーフミラー部８に入射した読み出し光ｊ₀の
残りはハーフミラー部８を透過して全反射ミラー１０で
反射されて再度ハーフミラー部８に下面から入射する。
下面からハーフミラー部８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８を透過し透過光ｊ₂とな
る。この透過光ｊ₂と前記反射光ｊ₁との間には、ハーフ
ミラー部８と全反射ミラー１０との間の間隔の２倍に対
応する光路長差がある。よって、反射光ｊ₁と透過光ｊ₂
との間でこの光路長差に応じた干渉が起こり、反射光ｊ
₁及び透過光ｊ₂がこの光路長差に応じた（したがって、
第１の変位部７と第２の変位部９との間の相対的な変位
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８から出射されることになる。なお、この干渉光の
干渉強度は反射光ｊ₁の強度と透過光ｊ₂の強度とが等し
いときに最も強くなるので、ハーフミラー部８の反射率
を約３８％にすることが望ましい。

【００５４】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、ハーフミラー部８及び全反射ミラー１０が、読
み出し光ｊ₀を受光し、受光した読み出し光ｊ₀を第１の
変位部７と第２の変位部９との間の相対的な変位に応じ
た干渉状態を有する干渉光に変えて出射させる干渉手段
を構成しており、ひいては、読み出し光ｊ₀を受光し、
受光した読み出し光ｊ₀に第１の変位部７と第２の変位
部９との間の相対的な変位に応じた変化を与えて当該変
化した読み出し光を出射させる光作用部を構成してい
る。

【００５５】本実施の形態では、図２に示すように、第
１及び第２の被支持部３，５、ハーフミラー部８、全反
射ミラー１０及び脚部２，４を単位画素（単位素子）と
して、当該画素が基板１上に２次元状に配置されてい
る。もっとも、必要に応じて当該画素は基板１上に１次
元状に配置してもよいし、単に放射の強度のみを検出す
るような場合には、単一の画素のみを基板１上に配置し
てもよい。この点は、後述する図６及び図７に示す変換
装置、図１０に示す変換装置、並びに図１２に示す変換
装置についても、同様である。

【００５６】また、本実施の形態による変換装置は、図
１（ｃ）（ｄ）及び図２に示すように、照射される読み
出し光ｊ₀のうちの光作用部を構成するハーフミラー部
８から出射する干渉光以外の光をマスクするマスク１１
を有している。マスク１１は、ハーフミラー部８に対応
する領域に開口１１ａを有している。このマスク１１ａ
は、例えば、本実施の形態による変換装置を収容し得る
後述する図５に示す容器１１０に設けられた読み出し光
用の入射窓１１３上に黒色の塗料を塗布することにより
形成することができる。照射される読み出し光ｊ₀のう
ちのハーフミラー部８から出射する干渉光が信号光であ
るが、読み出し光のうちの当該信号光以外の光（すなわ
ち、ノイズ光）が当該信号光に混じると、いわゆるＳ／
Ｎが低下してしまう。この点、本実施の形態によれば、
マスク１１を有しているので、当該ノイズ光が信号光に
混じらず、Ｓ／Ｎが向上する。もっとも、本発明では、
必ずしもマスク１１を設ける必要はない。

【００５７】本実施の形態による図１及び図２に示す光
読み出し型放射−変位変換装置は例えば半導体製造工程
を利用して製造することができるが、その製造方法の一
例について、図３を参照して説明する。

【００５８】図３は、この製造方法の各工程を示す概略
断面図である。なお、図３（ａ）（ｂ）は同一工程を示
し、図３（ｃ）（ｄ）は同一工程を示し、図３（ｅ）
（ｆ）は同一工程を示している。図３（ａ）（ｃ）
（ｅ）は、図１（ｄ）と対応しており、図１（ａ）
（ｂ）中のＢ−Ｂ’断面に相当している。図３（ｂ）
（ｄ）（ｆ）は、図１（ｃ）と対応しており、図１
（ａ）（ｂ）中のＡ−Ａ’断面に相当している。

【００５９】まず、前記基板１に相当するシリコン基板
２１上に全面にスピンコート法等によりポリイミド膜２
２を被着させ、該ポリイミド膜２２における前記脚部４
に相当する箇所にフォトリソエッチング法により穴をあ
ける。その後、当該穴を埋めるように、プラズマＣＶＤ
法などの低温工程でポリイミド膜２２上の全面に前記脚
部４の材料となるべきシリコン酸化膜２３をデポジショ
ンする。次に、フォトリソエッチング法により、脚部４
の形状に合わせてシリコン酸化膜２３をパターニングす
る。次に、前記膜９ａ及び前記全反射ミラー１０となる
べき金属２４をスパッタ法により被着させ、当該金属２
４を前記膜９ａ及び前記全反射ミラー１０の形状に合わ
せてそれぞれフォトリソエッチング法によりパターニン
グする。その後、同様に、前記膜９ｂとなるべき金属２
５をスパッタ法により被着させ、当該金属２５を前記膜
９ｂの形状に合わせてそれぞれフォトリソエッチング法
によりパターニングする（図３（ａ）（ｂ））。

【００６０】次に、この状態の基板２１上の全面にスピ
ンコート法等によりポリイミド膜２６を被着させ、該ポ
リイミド膜２６における前記脚部２に相当する箇所にフ
ォトリソエッチング法により穴をあける。その後、当該
穴を埋めるように、プラズマＣＶＤ法などでポリイミド
膜２６上の全面に前記脚部２の材料となるべきシリコン
酸化膜２７をデポジションする。次に、フォトリソエッ
チング法により、脚部２の形状に合わせてシリコン酸化
膜２７をパターニングする。次いで、前記赤外線吸収膜
６となるべき金黒２８をスパッタ法により被着させ、当
該金黒２８を前記赤外線吸収膜６の形状に合わせてフォ
トリソエッチング法によりパターニングする。その後、
前記膜７ａ，７ｂとなるべき金属２９，３０をスパッタ
法により順次被着させ、当該金属２９，３０を前記膜７
ａ，７ｂの形状に合わせてフォトリソエッチング法によ
りパターニングする。次いで、この状態の基板２１の全
面にプラズマＣＶＤ法等により前記ハーフミラー部８の
一部を構成する支持部となるべきシリコン酸化膜３１を
デポジションし、当該シリコン酸化膜３１を前記ハーフ
ミラー部８の形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする。ハーフミラー部８を構成する支
持部（図１では図示せず）はシリコン酸化膜３１により
構成されることから、可視光に対して透明である。その
後、シリコン酸化膜３１等の上に、前記ハーフミラー部
８の一部を構成するハーフミラーの材料となるべきチタ
ンなどの金属３２を所望の反射率を得るように非常に薄
くスパッタ法等により被着させ、当該金属３２をハーフ
ミラー部８の形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする（図３（ｃ）（ｄ））。

【００６１】最後に、有機溶剤で溶出したり又はプラズ
マアッシングを行うなどによりポリイミド膜２２，２６
を除去する（図３（ｅ）（ｆ））。これにより、図１及
び図２に示す光読み出し型放射−変位変換装置が完成す
る。

【００６２】以上説明した本実施の形態による図１及び
図２に示す光読み出し型放射−変位変換装置によれば、
赤外線ｉが図１（ｃ）（ｄ）中の下方から入射される。
この赤外線ｉは、基板１を透過して赤外線吸収膜６によ
り吸収されて熱に変換される。赤外線吸収膜６にて発生
した熱が変位部７に伝導され、その熱に応じて変位部７
が上方又は下方に湾曲して傾斜する。第２の被支持部５
は赤外線吸収膜を有しておらず、変位部９は赤外線ｉに
よっては変位しない。一方、後述する読み出し光学系に
より、可視光の読み出し光ｊ₀が、図１（ｃ）（ｄ）中
の上方からマスク１１の開口１１ａを介して入射されて
ハーフミラー部８に照射される。その結果、前述したよ
うに、ハーフミラー部８に入射した読み出し光ｊ₀は変
位部７，９間の相対的な変位に応じた干渉状態を有する
干渉光に変化させられ、当該干渉光がハーフミラー部８
から図１（ｃ）（ｄ）の上方に出射される。したがっ
て、赤外線吸収膜６に入射された赤外線ｉが読み出し光
の干渉状態に変換されることになり、後述するように、
この干渉光に基づいて赤外線を検出することができる。

【００６３】ところで、膜７ａ，７ｂの材料として、例
えば、前記表１に挙げる金属材料を用いた場合、表１の
比曲率Ｋ並びに変位部７の厚さｄ及び長さＬから、変位
部７の１゜Ｃの温度変化に対する、一端が固定されてい
るときの自由端の変位Ｄは、次の数１により計算でき
る。

【００６４】

【数１】Ｄ＝Ｌ²×Ｋ／２ｄ

【００６５】例えば、長さＬが２０μｍで厚さｄが０．
１μｍで比曲率Ｋが３×１０^-4であれば、変位Ｄは０．
６μｍとなる。さらに、観測物体の温度によって放射さ
れる赤外線を受光して温度に変換する変換率を前述した
とおり１％とすると、バイメタルの変位は６ｎｍとな
る。

【００６６】前述したように、前記透過光ｊ₂と前記反
射光ｊ₁との間には、ハーフミラー部８と全反射ミラー
１０との間の間隔の２倍に対応する光路長差があり、こ
れによって干渉が起こるので、例えば、読み出し光ｊ₀
の波長が５００ｎｍであれば、干渉は１／２波長ごとに
強弱を繰り返すので、当該間隔が１２５ｎｍ変化するご
とに強弱を繰り返す。

【００６７】よって、変位部７の変位６ｎｍは干渉の周
期１２５ｎｍの４．８％に相当し、従来の抵抗変化０．
０２％に比べ非常に大きい。

【００６８】本実施の形態では、このように干渉という
微小な変位を高感度で検出する技術を赤外線の検出に応
用しているので、従来より高感度な検出が可能である。

【００６９】また、本実施の形態では、赤外線を熱を経
て抵抗値（電気信号）に変換するのではなく、赤外線を
熱及び変位を経て読み出し光の変化に変換するので、基
板１により支持された被支持部３には電流を流す必要が
なく、被支持部３には自己発熱が生じない。したがっ
て、本実施の形態によれば、入射した赤外線のみによる
熱を検出することになるので、Ｓ／Ｎが向上し、検出精
度が向上する。勿論、本実施の形態では、量子型赤外線
検出器において必要であった冷却器は不要である。

【００７０】ところで、第１の変位部７は、入射した赤
外線ｉによる赤外線吸収膜６からの熱によって変位する
のみならず、外部の温度が変化すると、脚部２を介して
基板１に支持されていることから脚部２の熱抵抗が大き
いとはいえ基板１を介して自身の温度変化が生ずるの
で、これによっても変位してしまう。しかし、本実施の
形態では、第２の変位部９は、基板１から受ける熱に応
じて基板１に対して変位部９と同方向に変位するため、
第１の変位部７と第２の変位部９との間の相対的な変位
（したがって、ハーフミラー部８と全反射ミラー１０と
の間の相対的な変位）は、外部の温度による影響を差し
引いた、入射した赤外線ｉによる赤外線吸収膜６からの
熱にのみよって生ずる第１の変位部９の変位に近づくこ
ととなる。したがって、ハーフミラー部８から得られる
干渉光の干渉状態の変化には外部の温度の影響が少なく
なり、一層精度の良い赤外線検出を行うことができる。
このため、図５を参照して後述するように、外部の温度
の影響を受けないようにするために温度制御を行う場合
であっても、従来に比べて厳密な温度制御が必要なくな
り、コストの低減を図ることができる。

【００７１】ところで、基板１の温度に対する第１及び
第２の変位部７，９の変位量を実質的に等しくしておく
と、外部の温度による影響をほぼ完全に打ち消すことが
でき、好ましい。この場合、具体的には、第１及び第２
の変位部７，９を同じ材料と同じ寸法で製作すればよ
い。

【００７２】また、基体１の温度に対する前記第１及び
第２の変位部７，９の熱変化時定数を実質的に等しくし
ておくと、外部の温度の影響による過渡的な温度変化に
対しても、その影響を打ち消すことができ、好ましい。
この場合、具体的には、脚部２と脚部４の熱抵抗はその
他の部材の熱抵抗に較べて大きいので、この脚部２，４
の長さや太さを調節し、両者の熱抵抗を等しくしてお
く。また、赤外線吸収層６と第１の変位部７とハーフミ
ラー部８とからなる第１の被支持部３の熱容量と、第２
の変位部９と全反射ミラー１０とからなる第２の被支持
部５の熱容量を等しくしておく。このように熱抵抗と熱
容量を等しくしておけば熱時定数が等しくなる。必ずし
も熱抵抗と熱容量の両方をそれぞれ等しくしなくても、
熱抵抗と熱容量の積が等しくなるようにすればよい。

【００７３】なお、本実施の形態では、前述したよう
に、赤外線吸収膜６は、第１の変位部７と熱的につなが
っているが、第１の変位部７が変位しても動かない構造
になっている。したがって、赤外線吸収膜６の厚さを厚
くして吸収率を上げても、変位部７の動き易さを妨げな
い。

【００７４】なお、本実施の形態においてハーフミラー
部８と全反射ミラー１０とを入れ換えてもよく、その場
合には、読み出し光ｊ₀を下方から照射すればよい。ま
た、本実施の形態では、前記第１の被支持部３を２階部
分とするとともに前記第２の被支持部５を１階部分とし
ているが、逆に、前記第１の被支持部３を１階部分とす
るとともに前記第２の被支持部５を２階部分としてもよ
い。この場合、読み出し光ｊ₀を下方から照射するとき
にはそのままの構造でよいが、本実施の形態と同様に読
み出し光ｊ₀を上方から照射するときにはハーフミラー
部８と全反射ミラー１０とを入れ換えればよい。

【００７５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態による映像化装置について、図４を参照し
て説明する。図４は、本実施の形態による映像化装置を
示す概略構成図である。

【００７６】本実施の形態による映像化装置は、前記第
１の実施の形態による図１及び図２に示す光読み出し型
放射−変位変換装置（図４においては符号１００で示し
ており、図１（ｃ）（ｄ）中の上方向及び下方向が図４
中の右方向及び左方向にそれぞれ対応している。）と、
赤外線ｉを集光して変換装置１００の赤外線吸収膜６が
分布している面上に赤外線画像を結像させる赤外線用の
結像レンズ４０と、変換装置１００の前記各素子（画
素）のハーフミラー部８にそれぞれ前記読み出し光ｊ₀
を照射し、前記各素子のハーフミラー部８から出射され
た干渉光に基づいて前記各素子の第１及び第２の変位部
７，９間の相対的な変位に応じた光学像を形成する読み
出し光学系と、を備えている。したがって、この読み出
し光学系は、前記各素子の光作用部にそれぞれ前記読み
出し光ｊ₀を照射し、前記各素子の前記光作用部から出
射された前記変化した読み出し光に基づいて前記各素子
の第１及び第２の変位部７，９間の相対的な変位に応じ
た光学像を形成することになる。

【００７７】具体的には、本実施の形態による映像化装
置は、光源４１、絞り４２（これに代えて照明レンズを
用いてもよい。）、ビームスプリッタ４３、レンズ４
４，４５を備えており、これらが前記読み出し光学系を
構成している。

【００７８】本実施の形態では、結像レンズ４０によ
り、赤外線ｉが集光されて変換装置１００の赤外線吸収
膜６が分布している面上に赤外線画像が結像される。そ
の結果、変換装置１００の各画素の赤外線吸収膜６に対
する入射赤外線の量に応じて、各画素の第１の変位部７
が変位する。第２の被支持部５は赤外線吸収膜を有して
おらず、第２の変位部９は赤外線ｉによっては変位しな
い。

【００７９】一方、光源４１から発した光は、ビームス
プリッタ４３にて反射され、レンズ４４を経て読み出し
光ｊ₀として変換装置１００に入射される。その結果、
第１の実施の形態に関して説明したように、各素子（画
素）の変位部７，９間の相対的な変位に応じた干渉強度
を有する干渉光が各素子のハーフミラー部８からレンズ
４４へ向けて出射され、この干渉光が、レンズ４４、ビ
ームスプリッタ４３及びレンズ４５を経由し、干渉光に
よる光学像が形成され、これが肉眼４６にて観察され
る。このようにして、入射赤外線画像が可視画像に変換
されることになる。

【００８０】なお、肉眼４６で観察する代わりに、２次
元ＣＣＤ等を配置して前記光学像を撮像してもよい。こ
の場合には、感度ばらつきやオフセットなどを電気的に
補正することもできる。なお、このＣＣＤの画素数は変
換装置１００の画素数と一致している必要はないが、同
程度であることが望ましい。

【００８１】前記読み出し光学系は図４に示す構成に限
定されるものではない。変換装置１００はその内部で干
渉を起こすのであるから、外部に干渉を起こすための光
学系は必要なく、単に干渉を起こす読み出し光を供給
し、その干渉強度を観察できる光学系があれば十分であ
る。また、読み出し光は単色光に限らず、白色光でも良
い。白色光であれば干渉強度は干渉色として観察され
る。また、読み出し光として波長の異なる２種類の単色
光を用いれば、単色光ではわからない一周期以上ずれた
干渉の場合でも光路長差がわかるので、単色光を用いる
場合に比べて、よりダイナミックレンジの広い赤外線を
観察できる。

【００８２】ところで、図１に示す光読み出し型放射−
変位変換装置１００（後述する図６及び図７に示す変換
装置、図１０に示す変換装置並びに図１２に示す変換装
置も同様。）は、使用に際して、図５に示すような内部
１１０ａを真空にした容器１１０内に収容することが好
ましい。このように真空の容器１１０内に変換装置１０
０を収容すると、断熱性能が向上し、赤外線による膜
４，５の温度上昇が大きくなり、外部の温度変化に対し
ての基板１の温度変化を小さくできる。さらに、変換装
置１００の基板１の温度の変化を抑えるためには、ペル
チェ素子のような発熱や吸熱を行える温度コントロール
装置１１１を容器１１０に熱的に密に接触させ、温度制
御を行うことも有効である。この場合、前述したよう
に、変換装置１００自体が外部の温度の影響を受け難い
ので、当該温度制御を厳密に行う必要がなくなる。

【００８３】図１０（ａ）は、容器１１０内に変換装置
１００を収容した状態を模式的に示す断面図であり、変
換装置１００は容器１１０に取り付けてある。容器１１
０の赤外線ｉの入射側には、不要な光をカットしかつ内
部１１０ａを真空を保持するための窓１１２が取り付け
てある。容器１１０の読み出し光ｊの入射側には、不要
な光をカットしかつ内部１１０ａを真空に保持するため
の窓１１３が取り付けてある。容器１１０の内部１１０
ａは、真空に排気されている。

【００８４】図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中のＢ−
Ｂ’矢視図である。温度コントロール装置１１１は読み
出し光ｊの入射を妨げないように中心をくりぬいた環状
の形になっている。

【００８５】なお、図面には示していないが、例えば、
変換装置１００に接してあるいは変換装置１１０の基板
１内に温度センサを設け、該温度センサからの検出信号
を利用して温度コントロール装置１１１の温度制御が行
われる。

【００８６】また、図４に示す映像化装置（後述する図
１４に示す映像化装置も同様。）では、使用に際して、
光読み出し型放射−変位変換装置を含んだ光学系全体
を、被支持部３，５の機械的な共振周波数では共振しな
いような防震容器に入れておくことが望ましい。

【００８７】（第３の実施の形態）次に、本発明による
第３の実施の形態による光読み出し型放射−変位変換装
置について、図６及び図７を参照して説明する。

【００８８】図６及び図７は本発明の第３の実施の形態
による光読み出し型放射−変位変換装置を示す図であ
り、図６（ａ）はその単位画素（単位素子）を模式的に
示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＤ−Ｄ’線に
沿った断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）中のＥ−Ｅ’線
に沿った断面図、図７（ａ）は図６（ａ）中のＦ−Ｆ’
線に沿った断面図、図７（ｂ）は図６（ａ）中のＧ−
Ｇ’線に沿った断面図である。

【００８９】本実施の形態による放射−変位変換装置
は、基体としての基板５１と、脚部５２を介して基板５
１上に浮いた状態に支持された第１の被支持部５３と、
脚部５４を介して基板５１上に浮いた状態に支持された
第２の被支持部５５と、を備えている。本実施の形態で
は、第１及び第２の被支持部５３，５５は略同一の高さ
に設けられている。

【００９０】本実施の形態では、基板５１上に被支持部
５３，５５が設けられ、基板５１の下方から赤外線ｉが
入射されるとともに基板５１の上方から読み出し光ｊ₀
が入射されるように構成されているので、基板５１は、
赤外線ｉを透過する材料で構成されている。もっとも、
基板５１の下方から読み出し光ｊ₀が入射されるととも
に基板５１の上方から赤外線ｉが入射される場合には、
読み出し光を透過させる材料で基板５１を構成しておけ
ばよい。この場合には、例えば、後述するハーフミラー
部５８を全反射ミラーとするとともに後述する全反射ミ
ラー６１をハーフミラーとすればよい。もっとも、基板
５１における赤外線又は読み出し光の所望の通過領域に
開口を形成すれば、基板５１の材料は何ら限定されるも
のではない。

【００９１】本実施の形態では、第１の被支持部５３
は、図１中の２階部分の被支持部３と同様に構成されて
いる。すなわち、第１の被支持部５３は、脚部５２に直
接固定されて中央に配置され赤外線を受けて熱に変換す
る赤外線吸収膜５６と、該赤外線吸収膜５６にそれぞれ
一端側部分が固定され赤外線吸収膜５６の両側に配置さ
れた変位部５７と、各変位部５７の自由端側に固定され
変位部５７とともに赤外線吸収膜５６をコ字状に囲むよ
うに配置された、読み出し光ｊ₀の一部のみを反射させ
るハーフミラー部５８と、を備えている。変位部５７
は、カンチレバーを構成している。本実施の形態におい
ても、赤外線吸収膜５６は、変位部５７と熱的につなが
っているが、変位部５７が変位しても動かない構造にな
っている。基板５１上におけるハーフミラー部５８と対
向する領域には、ハーフミラー部５８を透過した読み出
し光を反射させる反射部としての全反射ミラー６１が形
成されている。

【００９２】前記変位部５７は、図１中の第１の変位部
７と同様に、互いに重なった２つの膜５７ａ，５７ｂか
ら構成されている。膜５７ａ及び５７ｂ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、いわ
ゆる熱バイモルフ構造を構成している。

【００９３】なお、脚部５２，５４、赤外線吸収膜５
６、膜５７ａ，５７ｂの材料としては、それぞれ前述し
た図１中の脚部２，４、赤外線吸収膜６、膜７ａ，７ｂ
と同様の材料を用いることができる。

【００９４】図６（ｃ）及び図７（ａ）に示すように、
読み出し光ｊ₀がハーフミラー部５８に入射すると、当
該読み出し光ｊ₀の一部がハーフミラー部５８で反射さ
れて反射光ｊ₁となり、ハーフミラー部５８に入射した
読み出し光ｊ₀の残りはハーフミラー部５８を透過して
全反射ミラー６１で反射されて再度ハーフミラー部５８
に下面から入射する。下面からハーフミラー部５８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５
８を透過し透過光ｊ₂となる。この透過光ｊ₂と前記反射
光ｊ₁との間には、ハーフミラー部５８と全反射ミラー
６１との間の間隔の２倍に対応する光路長差がある。よ
って、反射光ｊ₁と透過光ｊ₂との間でこの光路長差に応
じた干渉が起こり、反射光ｊ₁及び透過光ｊ₂がこの光路
長差に応じた（したがって、変位部５７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５
８から出射されることになる。なお、ハーフミラー部５
８の反射率を約３８％にすることが望ましい。

【００９５】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、ハーフミラー部５８及び全反射ミラー６１が、
読み出し光ｊ₀を受光し、受光した読み出し光ｊ₀を変位
部５７の変位に応じた干渉状態を有する干渉光に変えて
出射させる干渉手段を構成しており、ひいては、読み出
し光ｊ₀を受光し、受光した読み出し光ｊ₀に変位部５７
の変位に応じた変化を与えて当該変化した読み出し光を
出射させる光作用部を構成している。

【００９６】本実施の形態では、第２の被支持部５５
は、第１の被支持部５３の両側にそれぞれ配置されてい
る。第２の被支持部５５は、脚部５４に一端側部分が直
接固定された変位抑制部５９を有しており、該変位抑制
部５９はカンチレバーを構成している。変位抑制部５９
は、変位部５７と同様に、互いに重なった２つの膜５９
ａ，５９ｂから構成されている。膜５９ａ，５９ｂ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、いわゆる熱バイモルフ構造を構成している。膜５
９ａ，５９ｂは、前記膜５７ａ，５７ｂと同様に、互い
に異なる膨張係数を有する任意の材料で構成すればよい
が、熱の増減に対する変位抑制部５９の変位しようとす
る方向は、変位部５７の変位方向と逆方向となるように
設定されている。すなわち、本実施の形態では、変位抑
制部５９の下側の膜５９ａと上側の膜５９ｂとの膨張係
数の大小関係と、変位部５７の下側の膜５７ａと上側の
膜５７ｂとの膨張係数の大小関係とが逆になるように、
各膜の材料が選定されている。変位抑制部５９の自由端
側は、熱抵抗の大きい結合部６０を介してハーフミラー
部５８に機械的に結合され、ひいては変位部５７に機械
的に結合されている。したがって、本実施の形態では、
変位抑制部５９は、熱の増減に対する変位部５７の変位
方向とは逆方向に、基体５１から脚部５４を介して受け
る熱に応じて基板１に対して変位しようとして変位部５
７の変位を抑制する。

【００９７】なお、図面には示していないが、本実施の
形態においても、第１及び第２の被支持部５３，５５、
ハーフミラー部５８、全反射ミラー６１及び脚部５２，
５４を単位画素（単位素子）として、当該画素が基板１
上に２次元状に配置されている。

【００９８】また、本実施の形態においても、図６及び
図７に示すように、図１及び図２中のマスク１１と同様
のマスク６２が設けられている。マスク６２は、ハーフ
ミラー部５８に対応する領域に開口６２ａを有してい
る。

【００９９】次に、本実施の形態による図６及び図７に
示す光読み出し型放射−変位変換装置の製造方法の一例
について、図８及び図９を参照して説明する。

【０１００】図８はこの製造方法の各工程を示す概略断
面図、図９は図８に示す工程に引き続く工程を示す概略
断面図である。なお、図８（ａ）〜（ｄ）は同一工程を
示し、図８（ｅ）〜（ｈ）は同一工程を示し、図８
（ｉ）〜（ｌ）は同一工程を示し、図９（ａ）〜（ｄ）
は同一工程を示し、図９（ｅ）〜（ｈ）は同一工程を示
している。図８（ａ）（ｅ）（ｉ）及び図９（ａ）
（ｅ）は図６（ｂ）と対応しており、図６（ａ）中のＤ
−Ｄ’断面に相当している。図８（ｂ）（ｆ）（ｊ）及
び図９（ｂ）（ｆ）は図６（ｃ）と対応しており、図６
（ａ）中のＥ−Ｅ’断面に相当している。図８（ｃ）
（ｇ）（ｈ）及び図９（ｃ）（ｇ）は図７（ａ）と対応
しており、図６（ａ）中のＦ−Ｆ’断面に相当してい
る。図８（ｄ）（ｈ）（ｌ）及び図９（ｄ）（ｈ）は図
７（ｂ）と対応しており、図６（ａ）中のＧ−Ｇ’断面
に相当している。

【０１０１】まず、前記基板５１に相当するシリコン基
板７１上に前記全反射ミラー６１の材料となるべきチタ
ンなど高融点金属７２をスパッタ法等により被着させ、
当該高融点金属７２を全反射ミラー６１の形状に合わせ
てパターニングする。次いで、この状態の基板７１の全
面にスピンコート法等によりポリイミド膜７３を被着さ
せ、該ポリイミド膜７３における前記脚部５２，５４に
相当する箇所にフォトリソエッチング法により穴をあけ
る。その後、当該穴を埋めるように、プラズマＣＶＤ法
などの低温工程でポリイミド膜７３上の全面に前記脚部
５２，５４の材料となるべきシリコン酸化膜７４をデポ
ジションする。その後、フォトリソエッチング法によ
り、脚部５２，５４の形状に合わせてシリコン酸化膜７
４をパターニングする。次いで、前記赤外線吸収膜５６
となるべき金黒７５をスパッタ法により被着させ、当該
金黒７５を前記赤外線吸収膜５６の形状に合わせてフォ
トリソエッチング法によりパターニングする（図８
（ａ）〜（ｄ））。

【０１０２】次に、前記膜５７ａ，５７ｂとなるべき金
属７６，７７をスパッタ法により順次被着させ、当該金
属７６，７７を前記膜５７ａ，５７ｂの形状に合わせて
フォトリソエッチング法によりパターニングする。ま
た、前記膜５９ａ，５９ｂとなるべき金属７８，７９を
スパッタ法により順次被着させ、当該金属７８，７９を
前記膜５９ａ，５９ｂの形状に合わせてフォトリソエッ
チング法によりパターニングする（図８（ｅ）〜
（ｈ））。

【０１０３】次に、この状態の基板７１の全面にプラズ
マＣＶＤ法等により前記ハーフミラー部５８の一部を構
成する支持部となるべきシリコン酸化膜８０をデポジシ
ョンし、当該シリコン酸化膜８０を前記ハーフミラー部
５８の形状に合わせてフォトリソエッチング法によりパ
ターニングする。ハーフミラー部５８を構成する支持部
（図１では図示せず）はシリコン酸化膜８０により構成
されることから、可視光に対して透明である。その後、
シリコン酸化膜８０等の上に、前記ハーフミラー部５８
の一部を構成するハーフミラーの材料となるべきチタン
などの金属８１を所望の反射率を得るように非常に薄く
スパッタ法等により被着させ、当該金属８１をハーフミ
ラー部５８の形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする（図８（ｉ）〜（ｌ））。

【０１０４】次に、この状態の基板７１の全面にプラズ
マＣＶＤ法等により前記結合部６０となるべきシリコン
酸化膜８２をデポジションし、当該シリコン酸化膜８２
を前記結合部６０の形状に合わせてフォトリソエッチン
グ法によりパターニングする（図９（ａ）〜（ｄ））。

【０１０５】最後に、有機溶剤で溶出したり又はプラズ
マアッシングを行うなどによりポリイミド膜７３を除去
する（図９（ｅ）〜（ｈ））。これにより、図６及び図
７に示す光読み出し型放射−変位変換装置が完成する。

【０１０６】以上説明した本実施の形態による図６及び
図７に示す光読み出し型放射−変位変換装置によれば、
赤外線ｉが図６（ｂ）（ｃ）及び図７中の下方から入射
される。この赤外線ｉは、基板５１を透過して赤外線吸
収膜５６により吸収されて熱に変換される。赤外線吸収
膜５６にて発生した熱が変位部５７に伝導され、その熱
に応じて変位部５７が上方又は下方に湾曲して傾斜す
る。一方、読み出し光学系により、可視光の読み出し光
ｊ₀が、図６（ｂ）（ｃ）及び図７中の上方からマスク
６２の開口６２ａを介して入射されてハーフミラー部５
８に照射される。その結果、前述したように、ハーフミ
ラー部５８に入射した読み出し光ｊ₀は変位部５７の変
位に応じた干渉状態を有する干渉光に変化させられ、当
該干渉光がハーフミラー部５８から図６（ｂ）（ｃ）及
び図７の上方に出射される。したがって、赤外線吸収膜
５６に入射された赤外線ｉが読み出し光の干渉状態に変
換されることになり、この干渉光に基づいて赤外線を検
出することができる。

【０１０７】本実施の形態では、前述した第１の実施の
形態と同様に、このように干渉という微小な変位を高感
度で検出する技術を赤外線の検出に応用しているので、
従来より高感度な検出が可能である。

【０１０８】また、本実施の形態では、前述した第１の
実施の形態と同様に、赤外線を熱を経て抵抗値（電気信
号）に変換するのではなく、赤外線を熱及び変位を経て
読み出し光の変化に変換するので、基板１により支持さ
れた被支持部５３には電流を流す必要がなく、被支持部
５３には自己発熱が生じない。したがって、本実施の形
態によれば、入射した赤外線のみによる熱を検出するこ
とになるので、Ｓ／Ｎが向上し、検出精度が向上する。
勿論、本実施の形態では、量子型赤外線検出器において
必要であった冷却器は不要である。

【０１０９】ところで、変位部５７は、入射した赤外線
ｉによる赤外線吸収膜５６からの熱によって変位するの
みならず、外部の温度が変化すると、脚部５２を介して
基板５１に支持されていることから脚部５２の熱抵抗が
大きいとはいえ基板５１を介して自身の温度変化が生ず
るので、これによっても変位しようとする。しかし、本
実施の形態では、変位抑制部５９が熱の増減に対する変
位部５７の変位方向とは逆の方向に基板５１から受ける
熱に応じて基板５１に対して変位しようとして変位部５
７の変位を抑制するので、結局、変位部５７の変位は、
外部の温度による影響を差し引いた、入射した赤外線に
よる赤外線吸収膜５６からの熱にのみよって生ずる変位
に近づくこととなる。したがって、前述した第１の実施
の形態と同様に、ハーフミラー部５８から得られる干渉
光の干渉状態の変化には外部の温度の影響が少なくな
り、一層精度の良い赤外線検出を行うことができる。こ
のため、外部の温度の影響を受けないようにするために
温度制御を行う場合であっても、従来に比べて厳密な温
度制御が必要なくなり、コストの低減を図ることができ
る。

【０１１０】ところで、本実施の形態においては、基板
５１の温度に対する変位部５７自体の変位しようとする
量と基板５１の温度に対する変位抑制部５９の変位しよ
うとする量とを実質的に等しくしておくと、外部の温度
による影響をほぼ完全に打ち消すことができ、好まし
い。この場合、具体的には、変位部５７及び変位抑制部
５９を同じ材料と同じ寸法で製作すればよい。

【０１１１】また、基体５１の温度に対する変位部５７
及び変位抑制部５９の熱変化時定数を実質的に等しくし
ておくと、外部の温度の影響による過渡的な温度変化に
対しても、その影響を打ち消すことができ、好ましい。
この場合、具体的には、脚部５２と脚部５４の熱抵抗は
その他の部材の熱抵抗に較べて大きいので、この脚部５
２，５４の長さや太さを調節し、両者の熱抵抗を等しく
しておく。また、赤外線吸収層５６と変位部５７とハー
フミラー部５８とからなる第１の被支持部５３の熱容量
と、変位抑制部５９からなる第２の被支持部５５の熱容
量を等しくしておく。このように熱抵抗と熱容量を等し
くしておけば熱時定数が等しくなる。必ずしも熱抵抗と
熱容量の両方をそれぞれ等しくしなくても、熱抵抗と熱
容量の積が等しくなるようにすればよい。

【０１１２】なお、本実施の形態では、前述したよう
に、赤外線吸収膜５６は、変位部５７と熱的につながっ
ているが、変位部５７が変位しても動かない構造になっ
ている。したがって、赤外線吸収膜５６の厚さを厚くし
て吸収率を上げても、変位部５７の動き易さを妨げな
い。

【０１１３】ところで、前記変位部５７の変位の範囲を
制限しなければ、干渉の強度は光路長差が読み出し光の
波長の１／２毎に強弱を繰り返すので、ある強度以上の
赤外線が入射すると逆に干渉の強度が反転するという反
転現象が起こってしまう。そこで、変位部５７の変位に
よる干渉強度の変化が単調変化となるように、変位部５
７の変位の範囲を読み出し光の波長の１／４以下に制限
することが好ましい。例えば、変位部５７を温度が上昇
したときに図６（ｂ）（ｃ）中の下向きに曲がるように
し、ハーフミラー部５８と全反射ミラー６１との間隔を
読み出し光の波長の１／４以下とすれば、過剰の赤外線
が入射しても変位部５７の動きはハーフミラー部５８と
全反射ミラー６１とが接した所で止まる。このときに干
渉強度が最大となるので反転現象は発生しない。以上は
読み出し光として単色光を用いた場合であるが、読み出
し光として白色光を用いた場合にも、同様に、変位部５
７の変位による干渉色の変化が単調変化となるように、
変位部５７の変位の範囲を制限すればよい。なお、変位
部５７の変位の範囲を制限するための特別な制限部を設
けてもよいことは、勿論である。なお、この点は、後述
する図１０に示す変換装置及び図１２に示す変換装置に
ついても、同様である。

【０１１４】なお、本実施の形態による図６及び図７に
示す光読み出し型放射−変位変換装置は、前述した図４
に示す映像化装置において、変換装置１００に代えて用
いることができる。

【０１１５】（第４の実施の形態）次に、本発明による
第４の実施の形態による光読み出し型放射−変位変換装
置について、図１０を参照して説明する。

【０１１６】図１０は本発明の第４の実施の形態による
光読み出し型放射−変位変換装置を示す図であり、図１
０（ａ）はその単位画素（単位素子）を模式的に示す平
面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＨ−Ｈ’線に沿
った断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中のＪ−Ｊ’
線に沿った断面図、図１０（ｄ）は図１０（ａ）中のＫ
−Ｋ’線に沿った断面図である。図１０において、図６
及び図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号
を付し、その説明は省略する。

【０１１７】図１０に示す変換装置が図６及び図７に示
す変換装置と異なる所は、赤外線吸収膜５６と変位部５
７とが積層されて一体化されている点である。なお、赤
外線吸収膜５６と膜５７ａを単一の膜で兼用することも
できる。

【０１１８】本実施の形態による図１０に示す変換装置
も、図６及び図７に示す光読み出し型放射−変位変換装
置と同様の利点が得られる。

【０１１９】なお、本実施の形態による図１０に示す光
読み出し型放射−変位変換装置は、前述した図４に示す
映像化装置において、変換装置１００に代えて用いるこ
とができる。

【０１２０】ここで、本実施の形態による変換装置の製
造方法の一例について、図１１を参照して説明する。

【０１２１】図１１は、この製造方法の各工程を示す概
略断面図である。なお、図１１（ａ）（ｂ）は同一工程
を示し、図１１（ｃ）（ｄ）は同一工程を示し、図１１
（ｅ）（ｆ）は同一工程を示し、図１１（ｇ）（ｈ）は
同一工程を示し、図１１（ｉ）（ｊ）は同一工程を示し
ている。図１１（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）（ｉ）は、図
１０（ｃ）と対応しており、図１０（ａ）中のＪ−Ｊ’
断面に相当している。図１１（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）
（ｊ）は、図１０（ｄ）と対応しており、図１０（ａ）
中のＫ−Ｋ’断面に相当している。

【０１２２】まず、前記基板５１に相当するシリコン基
板１２１上に前記全反射ミラー６１の材料となるべきチ
タンなど高融点金属１２２をスパッタ法等により被着さ
せ、当該高融点金属１２２を全反射ミラー６１の形状に
合わせてパターニングする。次いで、この状態の基板１
２１の全面にスピンコート法等によりポリイミド膜１２
３を被着させ、該ポリイミド膜１２３における前記脚部
５２，５４に相当する箇所にフォトリソエッチング法に
より穴をあける。その後、当該穴を埋めるように、プラ
ズマＣＶＤ法などの低温工程でポリイミド膜１２３上の
全面に前記脚部５２，５４の材料となるべきシリコン酸
化膜１２４をデポジションする。その後、フォトリソエ
ッチング法により、脚部５２，５４の形状に合わせてシ
リコン酸化膜１２４をパターニングする（図１１（ａ）
（ｂ））。

【０１２３】次に、それぞれ前記赤外線吸収膜５６、前
記膜５７ａ，５７ｂとなるべき金黒１２５、金属１２
６，１２７をスパッタ法により被着させ、当該金黒１２
５、金属１２６，１２７を前記赤外線吸収膜５６及び前
記膜５７ａ，５７ｂの形状に合わせてフォトリソエッチ
ング法によりパターニングする。また、前記膜５９ａ，
５９ｂとなるべき金属１２８，１２９をスパッタ法によ
り順次被着させ、当該金属１２８，１２９を前記膜５９
ａ，５９ｂの形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする（図１１（ｃ）（ｄ））。

【０１２４】次に、この状態の基板１２１の全面にプラ
ズマＣＶＤ法等により前記ハーフミラー部５８の一部を
構成する支持部となるべきシリコン酸化膜１３０をデポ
ジションし、当該シリコン酸化膜１３０を前記ハーフミ
ラー部５８の形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする。その後、シリコン酸化膜１３０
等の上に、前記ハーフミラー部５８の一部を構成するハ
ーフミラーの材料となるべきチタンなどの金属１３１を
所望の反射率を得るように非常に薄くスパッタ法等によ
り被着させ、当該金属１３１をハーフミラー部５８の形
状に合わせてフォトリソエッチング法によりパターニン
グする（図１１（ｅ）（ｆ））。

【０１２５】次に、この状態の基板１２１の全面にプラ
ズマＣＶＤ法等により前記結合部６０となるべきシリコ
ン酸化膜１３２をデポジションし、当該シリコン酸化膜
１３２を前記結合部６０の形状に合わせてフォトリソエ
ッチング法によりパターニングする（図１１（ｇ）
（ｈ））。

【０１２６】最後に、有機溶剤で溶出したり又はプラズ
マアッシングを行うなどによりポリイミド膜１２３を除
去する（図１１（ｉ）（ｊ））。これにより、図１０に
示す光読み出し型放射−変位変換装置が完成する。

【０１２７】（第５の実施の形態）次に、本発明による
第５の実施の形態による光読み出し型放射−変位変換装
置について、図１２を参照して説明する。

【０１２８】図１２は本発明の第５の実施の形態による
光読み出し型放射−変位変換装置を示す図であり、図１
２（ａ）はその単位画素（単位素子）を模式的に示す平
面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）中のＬ−Ｌ’線に沿
った断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）中のＭ−Ｍ’
線に沿った断面図、図１２（ｄ）は図１２（ａ）中のＮ
−Ｎ’線に沿った断面図である。図１２において、図１
０中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付
し、その説明は省略する。

【０１２９】図１０に示す変換装置が図６及び図７に示
す変換装置と異なる所は、ハーフミラー部５８及び全反
射ミラー６１が取り除かれ、変位部５７を構成している
膜５７ｂが、照射された読み出し光ｊ₀を反射する反射
部を兼用している点である。なお、赤外線吸収膜５６と
膜５７ａを単一の膜で兼用することもできる。

【０１３０】本実施の形態では、反射部を構成してお
り、読み出し光ｊ₀を受光し、受光した読み出し光に変
位部としての膜５７ａ，５７ｂの変位に応じた変化を与
えて当該変化した読み出し光を出射させる光作用部を構
成している。すなわち、反射部としての膜５７ｂは、読
み出し光ｊ₀を受光し、受光した読み出し光に変位部と
しての膜５７ａ，５７ｂの変位に応じた反射方向の変化
や反射位置の変化を与えて当該変化した読み出し光を反
射光として出射させる。

【０１３１】本実施の形態によれば、赤外線ｉが図１２
（ｂ）〜（ｄ）中の下方から入射される。この赤外線ｉ
は、基板５１を透過して赤外線吸収膜５６により吸収さ
れて熱に変換される。赤外線吸収膜５６にて発生した熱
に応じて変位部５７が上方又は下方に湾曲して傾斜す
る。すなわち、入射した赤外線ｉが、その量に応じた変
位部５７の変位に変換される。一方、後述する読み出し
光学系により、可視光の読み出し光ｊが、図１２（ｂ）
〜（ｄ）中の上方から入射されて反射部を兼ねる膜５７
ｂに照射される。膜５７ｂは、その変位に応じた反射方
向の変化や反射位置の変化を与えて当該変化した読み出
し光を反射光として出射させるので、結局、膜５７ｂに
照射された赤外線が読み出し光の反射光の変化に変換さ
れることになる。したがって、後述するように、膜５７
ｂにて反射された読み出し光の反射光に基づいて赤外線
を検出することができる。

【０１３２】本実施の形態による変換装置は、以上の点
以外は、前述した図１０に示す変換装置と同様であり、
図６及び図７に示す光読み出し型放射−変位変換装置と
同様の利点が得られる。

【０１３３】ここで、本実施の形態による変換装置の製
造方法の一例について、図１３を参照して説明する。

【０１３４】図１３は、この製造方法の各工程を示す概
略断面図である。なお、図１３（ａ）（ｂ）は同一工程
を示し、図１３（ｃ）（ｄ）は同一工程を示し、図１３
（ｅ）（ｆ）は同一工程を示し、図１３（ｇ）（ｈ）は
同一工程を示している。図１３（ａ）（ｃ）（ｅ）
（ｇ）は、図１２（ｃ）と対応しており、図１２（ａ）
中のＭ−Ｍ’断面に相当している。図１３（ｂ）（ｄ）
（ｆ）（ｈ）は、図１２（ｄ）と対応しており、図１２
（ａ）中のＮ−Ｎ’断面に相当している。

【０１３５】まず、前記基板５１に相当するシリコン基
板１４１上の全面にスピンコート法等によりポリイミド
膜１４２を被着させ、該ポリイミド膜１４２における前
記脚部５２，５４に相当する箇所にフォトリソエッチン
グ法により穴をあける。その後、当該穴を埋めるよう
に、プラズマＣＶＤ法などの低温工程でポリイミド膜１
４２上の全面に前記脚部５２，５４の材料となるべきシ
リコン酸化膜１４３をデポジションする。その後、フォ
トリソエッチング法により、脚部５２，５４の形状に合
わせてシリコン酸化膜１４３をパターニングする（図１
３（ａ）（ｂ））。

【０１３６】次に、それぞれ前記赤外線吸収膜５６、前
記膜５７ａ，５７ｂとなるべき金黒１４４、金属１４
５，１４６をスパッタ法により被着させ、当該金黒１４
４、金属１４５，１４６を前記赤外線吸収膜５６及び前
記膜５７ａ，５７ｂの形状に合わせてフォトリソエッチ
ング法によりパターニングする。また、前記膜５９ａ，
５９ｂとなるべき金属１４７，１４８をスパッタ法によ
り順次被着させ、当該金属１４７，１４８を前記膜５９
ａ，５９ｂの形状に合わせてフォトリソエッチング法に
よりパターニングする（図１３（ｃ）（ｄ））。

【０１３７】次に、この状態の基板１４１の全面にプラ
ズマＣＶＤ法等により前記結合部６０となるべきシリコ
ン酸化膜１４９をデポジションし、当該シリコン酸化膜
４９を前記結合部６０の形状に合わせてフォトリソエッ
チング法によりパターニングする（図１３（ｅ）
（ｆ））。

【０１３８】最後に、有機溶剤で溶出したり又はプラズ
マアッシングを行うなどによりポリイミド膜１４２を除
去する（図１３（ｇ）（ｈ））。これにより、図１２に
示す光読み出し型放射−変位変換装置が完成する。

【０１３９】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態による映像化装置について、図１４を参照
して説明する。図３は、本実施の形態による映像化装置
を示す概略構成図である。

【０１４０】本実施の形態による映像化装置は、前記第
５の実施の形態による図１２に示す光読み出し型放射−
変位変換装置（図１４においては符号２００で示してお
り、図１２（ｂ）〜（ｄ）中の上方向及び下方向が図１
４中の右方向及び左方向にそれぞれ対応している。）
と、赤外線ｉを集光して変換装置２００の赤外線吸収膜
５６が分布している面上に赤外線画像を結像させる赤外
線用の結像レンズ２２０と、変換装置２００の前記各素
子（画素）の反射部としての膜５７ｂにそれぞれ前記読
み出し光を照射し、前記各素子の膜５７ｂで反射された
読み出し光の反射光に基づいて前記各素子の変位部５７
の変位に応じた光学像を形成する読み出し光学系と、前
記光学像を撮像する撮像手段としての２次元ＣＣＤ２２
１，２２２，２２３と、を備えている。

【０１４１】具体的には、本実施の形態による映像化装
置は、白色ランプ等の白色光源２２４、レンズ２２５，
２２６，２２７，２２８、ビームスプリッタ２２９，２
３０、全反射ミラー２３１、Ｒ光反射ダイクロイックミ
ラー２３２及びＢ光反射ダイクロイックミラー２３３を
備えており、これらが前記読み出し光学系を構成してい
る。本実施の形態では、この読み出し光学系は、干渉を
利用して前記光学像を形成するように構成されている。
変換装置２００の反射部としての膜５７ｂが分布してい
る面とＣＣＤ２２１〜２２３の受光面とが、レンズ２２
５，２２６〜２２８に関して、互いに共役な位置に配置
されている。なお、ＣＣＤ２２１〜２２３、レンズ２２
６〜２２７及びダイクロイックミラー２３２，２３３
は、３板式の可視光用ＣＣＤカメラを構成している。な
お、白色光源２２４とビームスプリッタ２２９との間に
は、適宜照明レンズを配置してもよい。

【０１４２】本実施の形態では、結像レンズ２２０によ
り、赤外線ｉが集光されて変換装置２００の赤外線吸収
膜５７ｂが分布している面上に赤外線画像が結像され
る。その結果、変換装置２００の各画素の赤外線吸収膜
５７ｂに対する入射赤外線の量に応じて、前記第５の実
施の形態に関して説明したように、各画素の変位部３７
が変位する。

【０１４３】一方、白色光源２２４から発した光は、ビ
ームスプリッタ２２９にて反射され、レンズ２２５を経
てビームスプリッタ２３０に達し、当該ビームスプリッ
タ２３０を透過して変換装置２００に照射される読み出
し光と、当該ビームスプリッタ２３０にて反射されて全
反射ミラー２３１に向かう参照光とに分割される。変換
装置２００に照射された読み出し光は、変換装置２００
の各画素の膜５７ｂにて反射されてビームスプリッタ２
３０を透過してレンズ２２５へ向かう。一方、前記参照
光は、全反射ミラー２３１にて反射されてビームスプリ
ッタ２３０でさらに反射されてレンズ２２５へ向かう。
したがって、各画素の膜５７ｂにて反射された読み出し
光と全反射ミラー２３１にて反射された参照光とがビー
ムスプリッタ２３０により合成される。合成された２つ
の光は、干渉の原理によりその位相差に応じて強め合っ
たり弱め合ったりして干渉光となる。このため、この干
渉光は、変換装置２００の各画素の膜５７ｂの変位量に
応じてスペクトル分布が元の白色光源２４に対してずれ
た分布の光強度を有しており（すなわち、各画素の膜５
の変位量に応じた干渉色の分布を有しており）、ビーム
スプリッタ２３０からレンズ２２５を図１４中右方向に
透過し、更にビームスプリッタ２２９を透過する。ビー
ムスプリッタ２２９を透過した干渉光は、ダイクロイッ
クミラー２３２，２３３にて色分解され、当該干渉光の
うちのＲ光成分による光学像がレンズ２２７を介してＣ
ＣＤ２２２上に形成され、当該干渉光のうちのＢ光成分
による光学像がレンズ２２８を介してＣＣＤ２２３上に
形成され、当該干渉光のうちのＧ光成分による光学像が
レンズ２２９を介してＣＣＤ２２４上に形成され、それ
らの像がＣＣＤ２２２，２２３，２２４により撮像され
る。このようにして、入射赤外線画像が可視画像に変換
され、当該可視画像が撮像されることになる。

【０１４４】なお、本実施の形態では、前記可視画像を
ＣＣＤ２２２，２２３，２２４で撮像しているが、当該
可視画像を肉眼で観察するようにしてもよい。この場
合、例えば、図１４において、ダイクロイックミラー２
３２，２３３、レンズ２２７，２２８及びＣＣＤ２２１
〜２２３を取り除き、ＣＣＤ２２１の位置に形成された
可視画像を肉眼で観察すればよい。

【０１４５】また、白色光源２２４に代えて、レーザー
などの単色光源を用いてもよい。この場合、その波長に
おける変換装置２００の各画素の膜５７ｂの変位量に応
じた強弱の変化の分布を持った干渉像が得られるので、
白黒タイプのＣＣＤカメラを用いればよい。具体的に
は、例えば、図１４において、ダイクロイックミラー２
３２，２３３、レンズ２２７，２２８及びＣＣＤ２２
２，２２３を取り除けばよい。この場合にも、ＣＣＤ２
２１を取り除いて、ＣＣＤ２２１の位置に形成された単
色の可視画像を肉眼で観察してもよい。なお、白色光源
２２４に代えて、波長の異なる２種類の単色光を発する
光源を用いれば、単色光ではわからない一周期以上ずれ
た干渉の場合でも光路長差がわかるので、単色光源を用
いる場合に比べて、よりダイナミックレンジの広い赤外
線を撮像できる。

【０１４６】なお、レンズ２２５及び全反射ミラー２３
１に代えて、市販されている干渉対物レンズを用いても
よい。

【０１４７】なお、図１２に示す変換装置とともに用い
られる読み出し光学系は前述した構成に限定されるもの
ではなく、例えば、共焦点顕微鏡、偏光顕微鏡、微分干
渉顕微鏡、位相差顕微鏡などに用いられている光学系を
適用することができる。

【０１４８】なお、図６及び図７に示す変換装置並びに
図１０に示す変換装置において、ハーフミラー部５８に
代えて全反射ミラーを設けるとともに全反射ミラー６１
を取り除いてもよい。このような変換装置は、例えば、
前述した図１４に示す映像化装置において、変換装置２
００に代えて用いることができる。

【０１４９】なお、赤外線画像を映像化するのではな
く、単に赤外線の強度のみを検出するような場合には、
例えば、前述した各映像化装置において、光読み出し型
放射−変位変換装置を１つの素子（画素）のみを有する
ように構成しておき、読み出し光学系を当該素子に関連
する部分のみを残すことによって、赤外線検出装置を得
ることができる。

【０１５０】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。

【０１５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却器を必要とせずに検出精度及び感度の向上を図るこ
とができ、しかも外部の温度の影響を受け難くなる。

【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光読み出し型
放射−変位変換装置を示す図であり、図１（ａ）はその
単位画素の２階建て構造の２階部分を模式的に示す平面
図、図１（ｂ）はその１階部分を模式的に示す平面図、
図１（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）中のＡ−Ａ’線に沿った
断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）（ｂ）中のＢ−Ｂ’線
に沿った断面図である。

【図２】図１に示す光読み出し型放射−変位変換装置の
画素の配置状態を示す平面図である。

【図３】図１に示す光読み出し型放射−変位変換装置の
製造方法の一例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による映像化装置を
示す概略構成図である。

【図５】容器内に光読み出し型放射−変位変換装置を収
容した状態を模式的に示す図であり、図５（ａ）はその
断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＢ−Ｂ’矢視図で
ある。

【図６】図６は本発明の第３の実施の形態による光読み
出し型放射−変位変換装置を示す図であり、図６（ａ）
はその単位画素を模式的に示す平面図、図６（ｂ）は図
６（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿った断面図、図６（ｃ）は
図６（ａ）中のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。

【図７】図７は本発明の第３の実施の形態による光読み
出し型放射−変位変換装置を示す図であり、図７（ａ）
は図６（ａ）中のＦ−Ｆ’線に沿った断面図、図７
（ｂ）は図６（ａ）中のＧ−Ｇ’線に沿った断面図であ
る。

【図８】図６及び図７に示す光読み出し型放射−変位変
換装置の製造工程の一例を示す図である。

【図９】図６及び図７に示す光読み出し型放射−変位変
換装置の製造工程であって図１９に引き続く製造工程を
示す図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態による光読み出し
型放射−変位変換装置を示す図であり、図１０（ａ）は
その単位画素を模式的に示す平面図、図１０（ｂ）は図
１０（ａ）中のＨ−Ｈ’線に沿った断面図、図１０
（ｃ）は図１０（ａ）中のＪ−Ｊ’線に沿った断面図、
図１０（ｄ）は図１０（ａ）中のＫ−Ｋ’線に沿った断
面図である。

【図１１】図１０に示す光読み出し型放射−変位変換装
置の製造方法の一例を示す図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態による光読み出し
型放射−変位変換装置を示す図であり、図１２（ａ）は
その単位画素を模式的に示す平面図、図１２（ｂ）は図
１２（ａ）中のＬ−Ｌ’線に沿った断面図、図１２
（ｃ）は図１２（ａ）中のＭ−Ｍ’線に沿った断面図、
図１２（ｄ）は図１２（ａ）中のＮ−Ｎ’線に沿った断
面図である。

【図１３】図１２に示す光読み出し型放射−変位変換装
置の製造方法の一例を示す図である。

【図１４】本発明の第６の実施の形態による映像化装置
を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１，５１ 基板 ２，４，５２，５４ 脚部 ３，５３ 第１の被支持部 ５，５５ 第２の被支持部 ６，５６ 赤外線吸収膜 ７ 第１の変位部 ８，５８ ハーフミラー部 ９ 第２の変位部 １０，６１ 全反射ミラー １１，６２ マスク ５７ 変位部 ５９ 変位抑制部 ６０ 結合部

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体と、 前記基体に支持された第１の被支持部であって、放射を
   受けて熱に変換する放射吸収部と、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第１の変位
   部と、を有する第１の被支持部と、 前記基体に支持された第２の被支持部であって、前記基
   体から受ける熱に応じて前記基体に対して変位する第２
   の変位部を有する第２の被支持部と、 読み出し光を受光し、受光した読み出し光に前記第１の
   変位部と前記第２の変位部との間の相対的な変位に応じ
   た変化を与えて当該変化した読み出し光を出射させる光
   作用部と、 を備え、 熱の増減に対する前記第１の変位部の変位方向と前記第
   ２の変位方向とが実質的に同一方向であることを特徴と
   する光読み出し型放射−変位変換装置。
2. 【請求項２】 前記第１の変位部及び第２の変位部の各
   々は、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重な
   った少なくとも２つの層を有することを特徴とする請求
   項２記載の光読み出し型放射−変位変換装置。
3. 【請求項３】 前記光作用部は、読み出し光を受光し、
   受光した読み出し光を前記相対的な変位に応じた干渉状
   態を有する干渉光に変えて出射させる干渉手段であるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の光読み出し型放射
   −変位変換装置。
4. 【請求項４】 前記干渉手段は、前記第１の被支持部及
   び前記第２の被支持部のうちの一方の一部をなすととも
   に前記第１の変位部及び前記第２の変位部のうちの一方
   の変位に従って変位するハーフミラー部であって、受光
   した読み出し光の一部のみを反射するハーフミラー部
   と、前記第１の被支持部及び前記第２の被支持部のうち
   の他方の一部をなすとともに前記第１の変位部及び前記
   第２の変位部のうちの他方の変位に従って変位する反射
   部であって、前記ハーフミラー部と対向するように配置
   された反射部と、を有することを特徴とする請求項３記
   載の光読み出し型放射−変位変換装置。
5. 【請求項５】 前記基体の温度に対する前記第１の変位
   部の変位量と前記基体の温度に対する前記第２の変位部
   の変位量とが、実質的に等しいことを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれかに記載の光読み出し型放射−変位変
   換装置。
6. 【請求項６】 前記基体の温度に対する前記第１の変位
   部の熱変化時定数と前記基体の温度に対する前記第２の
   変位部の熱変化時定数とが、実質的に等しいことを特徴
   とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光読み出し型
   放射−変位変換装置。
7. 【請求項７】 基体と、 前記基体に支持された第１の被支持部であって、放射を
   受けて熱に変換する放射吸収部と、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、
   を有する第１の被支持部と、 前記基体に支持された第２の被支持部であって、熱の増
   減に対する前記変位部の変位方向とは逆の方向に前記基
   体からの熱に応じて変位しようとして前記変位部の変位
   を抑制する変位抑制部を有する第２の被支持部と、 読み出し光を受光し、受光した読み出し光に前記変位部
   の変位に応じた変化を与えて当該変化した読み出し光を
   出射させる光作用部と、 を備えたことを特徴とする光読み出し型放射−変位変換
   装置。
8. 【請求項８】 前記変位抑制部は、熱抵抗の大きい結合
   部を介して前記変位部に機械的に結合されたことを特徴
   とする請求項７記載の光読み出し型放射−変位変換装
   置。
9. 【請求項９】 前記変位部及び前記変位抑制部の各々
   は、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なっ
   た少なくとも２つの層を有することを特徴とする請求項
   ７又は８記載の光読み出し型放射−変位変換装置。
10. 【請求項１０】 前記光作用部は、前記第１の被支持部
    の一部をなすとともに前記変位部の変位に従って変位す
    る反射部であって、受光した読み出し光を反射する反射
    部であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに
    記載の光読み出し型放射−変位変換装置。
11. 【請求項１１】 前記光作用部は、読み出し光を受光
    し、受光した読み出し光を前記変位部の変位に応じた干
    渉状態を有する干渉光に変えて出射させる干渉手段であ
    ることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の
    光読み出し型放射−変位変換装置。
12. 【請求項１２】 前記干渉手段は、前記第１の被支持部
    の一部をなすとともに前記変位部の変位に従って変位す
    るハーフミラー部であって、受光した読み出し光の一部
    のみを反射するハーフミラー部と、該ハーフミラー部と
    対向するように前記基体に対して固定された反射部と、
    を有することを特徴とする請求項１１記載の光読み出し
    型放射−変位変換装置。
13. 【請求項１３】 前記基体の温度に対する前記変位部自
    体の変位しようとする量と前記基体の温度に対する前記
    変位抑制部自体の変位しようとする量とが、実質的に等
    しいことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれかに記
    載の光読み出し型放射−変位変換装置。
14. 【請求項１４】 前記基体の温度に対する前記変位部の
    熱変化時定数と前記基体の温度に対する前記第１の変位
    部の熱変化時定数とが、実質的に等しいことを特徴とす
    る請求項７乃至１３のいずれかに記載の光読み出し型放
    射−変位変換装置。
15. 【請求項１５】 前記放射が赤外線であることを特徴と
    する請求項１乃至１４のいずれかに記載の光読み出し型
    放射−変位変換装置。
16. 【請求項１６】 前記第１の被支持部、前記第２の被支
    持部及び前記光作用部を１個の素子として当該素子を複
    数個有し、当該素子が１次元状又は２次元状に配列され
    たことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載
    の光読み出し型放射−変位変換装置。
17. 【請求項１７】 請求項１乃至１５のいずれかに記載の
    光読み出し型放射−変位変換装置と、 前記光作用部に前記読み出し光を照射し、前記光作用部
    から出射された前記変化した読み出し光に基づいて前記
    相対的な変位又は前記変位部の変位を検出する変位検出
    手段と、 を備えたことを特徴とする放射検出装置。
18. 【請求項１８】 請求項１６記載の光読み出し型放射−
    変位変換装置と、 前記各素子の前記光作用部にそれぞれ前記読み出し光を
    照射し、前記各素子の前記光作用部から出射された前記
    変化した読み出し光に基づいて前記各素子の前記相対的
    な変位又は前記変位部の変位に応じた光学像を形成する
    読み出し光学系と、 を備えたことを特徴とする映像化装置。