熱型変位素子及びこれを用いた放射検出装置
【課題】変位部に固定した部材が変位するときに、前記部材の傾きの変化を低減する。
【解決手段】基板１に支持された被支持部２は、基板１側から可動電極部７にかけて順次接続された、第１の変位部４の個別変位部４−１，４−２、熱分離部５、第２の変位部６の個別変位部６−１，６−２を有する。個別変位部４−１，６−２は、基板１とは反対側に湾曲し、下側のＳｉＮ膜と上側のＡｌ膜との２重膜からなる。個別変位部４−２，６−１は、基板１側に湾曲し、下側のＡｌ膜と上側のＳｉＮ膜との２重膜からなる。入射赤外線量が変化しても、可動電極部７は常に基板１と平行のままである。
【解決手段】基板１に支持された被支持部２は、基板１側から可動電極部７にかけて順次接続された、第１の変位部４の個別変位部４−１，４−２、熱分離部５、第２の変位部６の個別変位部６−１，６−２を有する。個別変位部４−１，６−２は、基板１とは反対側に湾曲し、下側のＳｉＮ膜と上側のＡｌ膜との２重膜からなる。個別変位部４−２，６−１は、基板１側に湾曲し、下側のＡｌ膜と上側のＳｉＮ膜との２重膜からなる。入射赤外線量が変化しても、可動電極部７は常に基板１と平行のままである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線検出装置等の熱型放射検出装置などにおいて用いられる熱型変位素子、及びこれを用いた放射検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば静電容量型の熱型赤外線検出装置や光読み出し型の熱型赤外線検出装置においては、基体と、この基体に支持された被支持部とを備えた熱型変位素子が用いられている（下記特許文献１等）。前記被支持部は、赤外線を受けて熱に変換する赤外線吸収部と、該赤外線吸収部と熱的に結合されその熱に応じて前記基体に対してバイメタルの原理により変位する変位部とを有している。したがって、放射が熱に変換され、その熱に応じて変位部が湾曲して変位する。そして、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が、変位部に固定されている。
【０００３】
光読み出し型の熱型赤外線検出装置には、変位部の変位を、変位読み出し部材の傾きとしてではなく、変位読み出し部材の高さとして検出するものもある。このような装置では、例えば、前記変位読み出し部材として、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が変位部に固定され、反射部が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る（特許文献１の図２５及び図２６）。この場合、ハーフミラー部側から読み出し光を照射すると、反射部からの反射光とハーフミラー部からの反射光とが干渉して干渉光となって戻り、この干渉光の強度はハーフミラー部と反射部との間の間隔に依存するので、入射赤外線量に応じた強度の干渉光が得られる。
【０００４】
また、静電容量型の熱型赤外線検出装置の場合には、熱型変位素子の変位部に可動電極部を固定し、この可動電極部と対向するように固定電極部を基体に固定しておき、変位部に生ずる変位による可動電極部の高さ（可動電極部と固定電極部との間の間隔）の変化を両電極部間の静電容量として読み出して、入射赤外線量を検出する。したがって、静電容量型の熱型赤外線検出装置も、変位部の変位を、変位読み出し部材の傾きとしてではなく、変位読み出し部材の高さとして検出する。
【特許文献１】特開２００３−７５２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の熱型変位素子を用いた赤外線検出装置では、変位読み出し部材の変位として変位読み出し部材の傾きではなく高さを検出するにも拘わらず、入射赤外線量に応じて変位読み出し部材の傾きが変化するように構成されており、この変位読み出し部材の傾きに伴って生ずる変位読み出し部材の高さが検出されていた。したがって、入射赤外線量の変化に対する変位読み出し部材の高さの変化が比較的小さくなり、ひいては、赤外線の検出感度は必ずしも十分ではなかった。また、変位読み出し部材が傾くので、場合によっては、変位読み出し部材が基体に衝突してしまい、赤外線検出のダイナミックレンジが制限されてしまうような事態が生ずる可能性もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、入射する放射量の変化に応じて、変位部に固定した部材が変位するときに、前記部材の傾きの変化を低減することができる熱型変位素子、及び、これを用いた放射検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による熱型変位素子は、基体と、該基体に支持された被支持部とを備えたものである。そして、前記被支持部は、熱抵抗の高い熱分離部と、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、第１及び第２の変位部とを含む。前記第１の変位部及び第２の変位部の各々は、複数の個別変位部を有する。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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。前記第１の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部を介することなく機械的に連続する。前記放射吸収部及び前記第２の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部及び前記第１の変位部を介して機械的に連続する。前記第２の変位部は、前記放射吸収部と熱的に結合される。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲する。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲する。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。なお、前記被支持部は、薄膜で構成してもよい。
【０００８】
なお、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。この点は、後述する各態様についても同様である。
【０００９】
本発明の第２の態様による熱型変位素子は、前記第１の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（iii）前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に逆であるものである。
【００１０】
なお、本明細書において、変位部（又は個別変位部）の始点部とは、基体から機械的に連続するルートにおいて、当該変位部（又は個別変位部）の端部のうち基体に近い側の端部をいう。また、変位部（又は個別変位部）の終点部とは、基体から機械的に連続するルートにおいて、当該変位部（又は個別変位部）の端部のうち基体から遠い側の端部をいう。
【００１１】
本発明の第３の態様による熱型変位素子は、前記第１の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（iii）前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に同じであるものである。
【００１２】
本発明の第４の態様による熱型変位素子は、前記第２又は第３の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の数及び前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の数は、それぞれ２つであり、（ii）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の始点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の終点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、（iii）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の終点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の始点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲するものである。
【００１３】
本発明の第５の態様による熱型変位素子は、前記第４の態様において、前記第１の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しく、前記第２の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しいものである。
【００１４】
本発明の第６の態様による熱型変位素子は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であり、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であるものである。
【００１５】
本発明の第７の態様による熱型変位素子は、基体と、該基体に支持された被支持部とを備えたものである。そして、前記被支持部は、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、複数の個別変位部を有し前記放射吸収部と熱的に結合された変位部とを含む。前記複数の個別変位部の各々は、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。前記複数の個別変位部は、前記変位部の始点部から前記変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続される。前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲する。前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。
【００１６】
本発明の第８の態様による放射検出装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様による熱型変位素子と、前記第２の変位部に対して固定された変位読み出し部材であって、前記第２の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を備えたものである。
【００１７】
本発明の第９の態様による放射検出装置は、前記第８の態様において、前記変位読み出し部材は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であり、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を備えたものである。
【００１８】
本発明の第１０の態様による放射検出装置は、前記第８の態様において、前記変位読み出し部材は可動電極部であり、該可動電極部と対向するように前記基体に対して固定された固定電極部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、入射する放射量の変化に応じて、変位部に固定した部材が変位するときに、前記部材の傾きの変化を低減することができる熱型変位素子、及び、これを用いた放射検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による熱型変位素子及び放射検出装置について、図面を参照して説明する。
【００２１】
以下の説明では、放射を赤外線とした例について説明するが、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。
【００２２】
［第１の実施の形態］
【００２３】
図１は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図２は図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図、図３は図１中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図、図４は図１中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。ただし、図１乃至図４は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図２乃至図４では示しているが、図１では省略している。図面には示していないが、図１中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図は図３と同様となり、図１中のＸ７−Ｘ８線に沿った概略断面図は図２と同様となる。
【００２４】
なお、説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。基板１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。
【００２５】
図５（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１中のＡ矢視図に相当している。図５（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態（すなわち、当該低温物体からの赤外線ｉが入射している状態）において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図５（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している（すなわち、当該高温物体からの赤外線ｉが入射している）様子を示している。なお、理解を容易にするため、図５において、第１及び第２の変位部４，６の湾曲具合を誇張して示している。この点は、後述する図１０、図１４及び図１８についても同様である。
【００２６】
本実施の形態による放射検出装置は、基体としてのシリコン基板１と、基板１に支持された被支持部２と、被支持部２の第２の変位部６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の、可動電極部７と、可動電極部７と対向するように基板１上に形成されたＡｌ膜等からなる固定電極部８と、を備えている。
【００２７】
本実施の形態では、被支持部２は、基板１からＺ軸方向（上下方向）に立ち上がった２つの脚部３を介して、基板１上に浮いた状態に支持されている。被支持部２は、２つの第１の変位部４と、熱抵抗の高い２つの熱分離部５と、２つの第２の変位部６と、赤外線ｉを受けて熱に変換する赤外線吸収部９とを有している。
【００２８】
本実施の形態による放射検出装置は、図１中の左右に関して左右対称に構成されており、機械的な構造の安定性を得るために、脚部３、第１の変位部４、熱分離部５及び第２の変位部６からなる組を２つ設けているが、本発明では当該組は１つ以上であればよい。
【００２９】
第１の変位部４は、図１に示すように、その＋Ｘ側の端部（始点部）から−Ｘ側の端部（終点部）にかけて−Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部４−１，４−２で構成されている。＋Ｘ側の個別変位部４−１の＋Ｘ側の端部（始点部）は脚部３に接続されている。個別変位部４−１の−Ｘ側の端部（終点部）は、接続部４ａによって−Ｘ側の個別変位部４−２の＋Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部４−２の−Ｘ側の端部（終点部）は、接続部５ａによって、熱分離部５の一端部に接続されている。したがって、第１の変位部４は、基板１に対して、熱分離部５を介することなく機械的に連続している。
【００３０】
本実施の形態では、個別変位部４−１は、図２に示すように、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なった２つの層としての、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＳｉＮ膜２１及び上側のＡｌ膜２２で構成されている。個別変位部４−１は、レジスト等からなる犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図２に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２１，２２の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２１，２２の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。ＳｉＮ膜２１よりＡｌ膜２２の方が膨張係数が大きいので、個別変位部４−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００３１】
なお、個別変位部４−１を構成する層数や材料は、前述した例に限定されるものではない。この点は、後述する個別変位部４−２、５−１，５−２についても同様である。
【００３２】
本実施の形態では、脚部３は、個別変位部４−１を構成しているＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２がそのまま連続して延びることによって形成されている。基板１における脚部３の下部には、拡散層１０が形成されている。Ａｌ膜２２は、脚部３において、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、拡散層１０に電気的に接続されている。可動電極部７は、Ａｌ膜２２及び後述するＡｌ層２３，２５，２６やＴｉ配線層２４を経由して、拡散層１０に電気的に接続されている。一方、基板１には、固定電極部８の下部に拡散層１１が形成され、両者が電気的に接続されている。図面には示していないが、基板１には、拡散層１０，１１間の静電容量を読み出す公知の読み出し回路が形成されている。
【００３３】
個別変位部４−２は、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＡｌ膜２３及び上側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、個別変位部４−１からそのまま連続して延びている。）で構成されている。個別変位部４−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図２に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２３，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２３，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００３４】
本実施の形態では、個別変位部４−１の始点部から終点部までの長さＬ１と個別変位部４−２の始点部から終点部までの長さＬ２とは、実質的に等しくなっている。このように両者が等しいことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。また、個別変位部４−１の下側の膜２１と個別変位部４−２の上側の膜２１の膜厚は互いに実質的に同一とされ、個別変位部４−１の上側の膜２２と個別変位部４−２の下側の膜２３の膜厚は互いに実質的に同一とされているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３５】
接続部４ａは、図２に示すように、個別変位部４−１，４−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２，２３で構成されている。接続部４ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２２とＡｌ膜２３とが電気的に接続されている。
【００３６】
熱分離部５は、断熱性の高い材料で構成され、本実施の形態では個別変位部４−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１で構成されている。熱分離部５上には、その断熱性が損なわないように幅狭にされたＴｉ配線層２４が形成されている。接続部５ａは、個別変位部４−２及び熱分離部５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２３で構成されている。接続部５ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２３とＴｉ配線層２４とが電気的に接続されている。熱分離部５は、主にＸ軸方向に延びた後にややＹ軸方向に延びた後に再びＸ方向に延びるＪ字状に構成されている。
【００３７】
第２の変位部６は、図１に示すように、その−Ｘ側の端部（始点部）から＋Ｘ側の端部（終点部）にかけて＋Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部６−１，６−２で構成されている。−Ｘ側の個別変位部６−１の−Ｘ側の端部（始点部）は、接続部５ｂによって、熱分離部５の他方端部に接続されている。個別変位部６−１の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部６ａによって＋Ｘ側の個別変位部６−２の−Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部６−２の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部７ａによって、可動電極部７に接続されている。したがって、第２の変位部６は、基板１に対して、熱分離部５及び第１の変位部４を介して機械的に連続している。
【００３８】
個別変位部６−１は、図３に示すように、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＡｌ膜２５及び上側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、熱分離部５からそのまま連続して延びている。）で構成されている。個別変位部６−１は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図３に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２５，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２５，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部６−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが減る。
【００３９】
本実施の形態では、個別変位部６−１の始点部から終点部までの長さＬ３と個別変位部６−２の始点部から終点部までの長さＬ４とは、実質的に等しくなっている。このように両者が等しいことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。また、個別変位部６−１の上側の膜２１と個別変位部６−２の下側の膜２１の膜厚は互いに実質的に同一とされ、個別変位部６−１の下側の膜２５と個別変位部６−２の上側の膜２６の膜厚は互いに実質的に同一とされているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００４０】
接続部６ａは、図３に示すように、個別変位部６−１，６−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２５，２６で構成されている。接続部６ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２５とＡｌ膜２６とが電気的に接続されている。
【００４１】
接続部５ｂは、熱分離部５及び個別変位部６−１からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２５で構成されている。接続部５ｂにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２５とＴｉ配線層２４とが電気的に接続されている。
【００４２】
個別変位部６−２は、図３に示すように、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、個別変位部６−１からそのまま連続して延びている。）及び上側のＡｌ膜２６で構成されている。個別変位部６−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図３に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２６，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２６，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。個別変位部６−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが減る。
【００４３】
可動電極部７は、個別変位部６−２から接続部７ａを介してそのまま連続して延びたＡｌ膜２６で構成されている。赤外線吸収部９は、金黒等の赤外線吸収膜２７で構成され、可動電極部７の上面に形成されている。赤外線吸収部９は、可動電極部７及び接続部７ａを介して第２の変位部６に熱的に結合されている。これにより、赤外線吸収部９は、基板１に対して、熱分離部５及び第１の変位部４を介して機械的に連続している。もっとも、赤外線吸収部９を可動電極部７の上面に形成する代わりに、例えば、第２の変位部６を構成する膜を赤外線吸収部として兼用してもよいし、第２の変位部６に赤外線吸収部として金黒等の赤外線吸収膜を形成してもよい。
【００４４】
接続部７ａは、図３に示すように、個別変位部６−２、可動電極部７及び赤外線吸収部９からそのまま連続して延びたＡｌ膜２６及び赤外線吸収膜２７で構成されている。
【００４５】
先の説明からわかるように、第１の変位部４の始点部から終点部へ向かう向きは−Ｘ方向の向きとなっているのに対し、第２の変位部６の始点部から終点部へ向かう向きは＋Ｘ方向の向きとなっており、両者は逆向きである。
【００４６】
なお、図面には示していないが、個別変位部４−１，４−２，６−１，６−２以外の構成要素（例えば、可動電極部７、熱分離部５など）についてはそれぞれ、平面部と、当該平面部の周辺部分の少なくとも一部に渡って立ち上がるか又は立ち下がるように形成された立ち上がり部又は立ち下がり部とを有するように、構成しておくことが、好ましい。この場合、平面部が立ち上がり部又は立ち下がり部により補強され、所望の強度を確保しつつ、膜厚を薄くすることができ、好ましい。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００４７】
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では、前述した図１等に示す単位画素が基板１上に１次元状又は２次元状に配置されている。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００４８】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、基板１、脚部３、被支持部２、可動電極部７及び赤外線吸収部９が赤外線により生ずる熱に応じて変位を発生する熱型変位素子を構成しており、各単位画素においてこの熱型変位素子の被支持部２が１つずつ用いられている。
【００４９】
本実施の形態による放射検出装置は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層２０の形成・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。最終的には、犠牲層２０が除去され、常温において図５（ａ）に示すような状態となる。
【００５０】
本実施の形態では、図５に示すように、観察対象の物体からの赤外線ｉが上方から入射される。このとき、パッケージ等に設けた赤外線遮光部（図示せず）により、観察対象の物体からの赤外線ｉが第１の変位部４（特に、赤外線吸収性を有するＳｉＮ膜２１が赤外線ｉ入射側となる個別変位部４−２）に入射しないように遮光することが、好ましい。もっとも、このような遮光は必ずしも必要ではない。
【００５１】
本実施の形態によれば、第１及び第２の変位部４，６が前述したように個別変位部４−１，４−２，６−１，６−２で構成されているので、常温Ｔ０付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときには、図５（ａ）に示すようになる。すなわち、第１の変位部４は全体としてＳ字状をなし、熱分離部５が基板１に対して平行となる。また、第２の変位部６も全体としてＳ字状をなすため、可動電極部７も基板１に対して平行となる。
【００５２】
そして、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察すると、高温物体からの赤外線ｉが赤外線吸収部９により熱に変換され、この熱により第２の変位部６の個別変位部６−１，６−２の湾曲の度合いが小さくなる。このとき、個別変位部６−１の上方への湾曲の度合いが小さくなるのと、個別変位部６−２の下方への湾曲の度合いが小さくなるのとが、同程度である。また、赤外線吸収部９により変換された熱は、熱分離部５によって、第１の変位部４へは比較的短い時間ではほとんど伝導されないため、第２の変位部４の個別変位部４−１，４−２はほとんど変動しない。したがって、可動電極部７は基板１と平行のままその高さ（Ｚ方向位置）が上方へ移動し、可動電極部７と固定電極部８との間の間隔が広がり、その間隔は入射した赤外線ｉの量に応じたものとなる。この間隔の変化が両電極部７，８間の静電容量の変化として前記読み出し回路により読み出される。単位画素が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ようになっている。
【００５３】
また、環境温度がＴ０からΔＴだけ変化する場合を考えると、その変化に対して素子各部が熱平衡状態に達すれば、第１の個別変位部４の温度がΔＴだけ変化するのみならず、熱分離部５を介して第２の個別変位部６の温度もΔＴだけ変化する。これは、環境温度の変化を考える場合、ΔＴが熱分離部５を介して第２の個別変位部に伝導するのに十分な時間が存するものと考えることができるためである。第１の変位部４の温度がΔＴだけ変化するとその分だけ熱分離部５の高さは高くなる（又は低くなる）が、第２の変位部６の温度もΔＴだけ変化して、その分だけ熱分離部５と可動電極部７との間のＺ軸方向の距離は縮まる（又は広がる）ので、両者が相殺されて可動電極部７の高さ（Ｚ方向位置）は変化しない。したがって、本実施の形態によれば、環境温度変化の影響を排除した赤外線検出が可能である。そして、このように環境温度がΔＴだけ変化した場合にも、熱分離部５及び可動電極部７は、基板１と平行のままである。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、可動電極部７を常に平行にすることができる。また、図５からわかるように、本実施の形態では、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が常温付近の低い場合には狭く、その温度が高くなる（すなわち、入射赤外線量が増える）ほど広がる。これらにより得られる利点について、比較例を参照して説明する。
【００５５】
図６は、比較例による放射検出装置の単位画素（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図７は図６中のＸ９−Ｘ１０線に沿った概略断面図、図８は図６中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図、図９は図６中のＹ９−Ｙ１０線に沿った概略断面図である。ただし、図６乃至図９は、この比較例による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図７乃至図９では示しているが、図６では省略している。図面には示していないが、図６中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図は図８と同様となり、図６中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図は図７と同様となる。
【００５６】
図１０（ａ）（ｂ）は、この比較例による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図６中のＢ矢視図に相当している。図１０（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１０（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００５７】
図６乃至図１０において、図１乃至図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。
【００５８】
この比較例は、特許文献１に開示された従来技術に相当するものである。この比較例が本実施の形態と異なる所は、主に、個別変位部４−２，６−１が除去されて、第１の変位部４が個別変位部４−１のみで構成され、第２の変位部６が個別変位部６−２のみで構成されている点である。個別変位部４−１は下側のＳｉＮ膜２１と上側のＡｌ膜２２で構成され、個別変位部６−２は下側のＳｉＮ膜３２と上側のＡｌ膜２６で構成されている。なお、熱分離部５はＳｉＮ膜３２で構成されている。個別変位部４−１の始点部から終点部までの長さＬ１１と個別変位部６−２の始点部から終点部までの長さＬ１２とは、実質的に等しくなっている。最終的に犠牲層２０が除去されると、個別変位部４−１，６−２は両方とも、膜２１，２２の内部応力又は膜３２，２６の応力によって、常温において図１０（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向）へ湾曲するようになっている。個別変位部４−１，６−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００５９】
この比較例では、常温付近の低温物体を観察すると、図１０（ａ）に示すように、個別変位部４−１、そのときの素子温度（基板１の温度）に応じて上方に湾曲する。一方、個別変位部６−２は、そのときの素子温度（基板１の温度）及び入射赤外線ｉによる温度に応じて上方に湾曲する。図１０（ａ）では、低温物体を観察しているため、個別変位部４−１と個別変位部６−２の温度はほぼ等しい。そのため、個別変位部４−１と個別変位部６−２の湾曲度もほぼ等しくなり、可動電極部７は基板１上に形成された固定電極８とほぼ平行な状態になる。
【００６０】
そして、この比較例では、かなり温度の高い高温物体を観察すると、図１０（ｂ）に示すように、個別変位部４−１は、そのときの素子温度（基板１の温度）に応じて上方に湾曲する。一方、センサＢＭは、そのときの素子温度（基板１の温度）及び入射赤外線ｉによる温度に応じて上方に湾曲する。図１０（ｂ）では、高温物体を観察しているため、個別変位部４−１の温度に対して個別変位部６−２の温度はかなり高くなる。そのため、個別変位部４−１の湾曲度に対して個別変位部６−２の湾曲度はかなり小さくなる。この結果、可動電極部７は、図１０（ｂ）に示すように傾き、場合によっては、図１０（ｂ）中のＣ点付近で固定電極部８と接触してしまう。
【００６１】
この比較例では、入射赤外線ｉの量が大きくて可動電極部７が図１０（ｂ）に示すように接触するほど傾いても、そのときに得られる電極部７，８間の静電容量は、可動電極部７を固定電極部８と平行にした状態で両電極部７，８の間隔を図１０（ａ）に示す間隔ｄ１よりわずかに狭めたときに得られる静電容量と同じ程度にすぎない。換言すれば、図１０（ｂ）の場合の電極部７，８の実効的な間隔は、図１０（ａ）に示す間隔ｄ１よりわずかに小さいものとなるにすぎない。よって、入射赤外線ｉの量の変化に対して、両電極部７，８間の静電容量の変化が小さくなり、入射赤外線ｉの検出感度が低い。
【００６２】
また、この比較例において、可動電極部７が固定電極部８に接触するのを避けるためには、個別変位部６−２の始点部（すなわち、図１０中の接続部５ｂ）の位置を図６中の−Ｘ方向（犠牲層２０を除去した最終状態である図１０では、矢印Ｄの方向）へずらせばよい。しかし、このようにすると、図６（ａ）中の間隔ｄ１は大きくなってしまう。電極部７，８間の静電容量は間隔ｄ１に反比例するので、間隔ｄ１が大きくなることで、静電容量の変化が小さくなってしまい、その結果、入射赤外線ｉの検出感度が低くなってしまう。
【００６３】
さらに、この比較例では、先の説明からわかるように、観察対象の物体の温度が高いほど、両電極部７，８の実効的な間隔が狭くなる。よって、観察対象物体の温度が高いほど、静電容量の変化が大きくなり検出感度が高くなる。しかし、通常は、常温付近にて使用頻度が多いので、比較例とは逆に、常温付近では検出感度が高く、高温になるに従って検出感度が低くなることが要求される。
【００６４】
これに対し、本実施の形態では、図５に示すように、常に、可動電極部７を固定電極部８と平行にしたまま、両電極部７，８の間隔が、観察対象の物体の温度（すなわち、入射赤外線ｉの検出感度の量）に応じて変化する。したがって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、入射赤外線ｉの量の変化に対する両電極部７，８の間隔の変化が大きくなり、赤外線ｉの検出感度が高まる。
【００６５】
また、本実施の形態では、可動電極部７が固定電極部８と平行のままであるので、図５（ａ）に示すように、可動電極部７が固定電極部８に衝突することなく、可動電極部７を固定電極部８に近づけて両電極部７，８の間隔を非常に狭めることができる。したがって、電極部７，８間の静電容量は両電極部７，８の間隔に反比例するので、その間隔が小さくなることで、静電容量の変化が大きくなり、この点からも、入射赤外線ｉの検出感度を高めることができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、図５に示すように、前記比較例とは逆に、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が常温付近の低い場合には狭く、その温度が高くなるほど広がる。よって、最も使用頻度の多い常温付近にて感度を高くすることができるので、好ましい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、図５からわかるように、可動電極部７は、観察対象の物体の温度や環境温度等に応じて、Ｘ軸方向に移動する。そのため、このように可動電極部７がＸ軸方向に移動しても、Ｚ軸方向から見た平面視で可動電極部７が固定電極部８からはみ出さないように、余裕を持って固定電極部８の寸法及び配置を設定することが好ましい。
【００６８】
［第２の実施の形態］
【００６９】
図１１は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図１２は図１１中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図、図１３は図１１中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。ただし、図１１乃至図１３は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図１２及び図１３では示しているが、図１１では省略している。図面には示していないが、図１１中のＸ１９−Ｘ２０線に沿った概略断面図は図１２と同様となる。
【００７０】
図１４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１１中のＥ矢視図に相当している。図１４（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１４（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００７１】
図１１乃至図１４において、図１乃至図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。
【００７２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、前記第１の実施の形態では熱分離部５がＪ字状に構成されていたのに対し、本実施の形態では、熱分離部５が一直線状に構成され、個別変位部４−１，４−２、熱分離部５及び個別変位部６−１，６−２がＸ軸方向に直線状に配列されている点のみである。この配列によって、第１の変位部４の始点部から終点部へ向かう向きも、第２の変位部６の始点部から終点部へ向かう向きも、同じく−Ｘ方向となっている。
【００７３】
図１４から理解できるように、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と全く同じ利点を得ることができる。
【００７４】
［第３の実施の形態］
【００７５】
図１５は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図１６は図１５中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図、図１７は図１５中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。ただし、図１５乃至図１７は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図１６及び図１７では示しているが、図１５では省略している。図面には示していないが、図１５中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図は図１６と同様となる。
【００７６】
図１８（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１５中のＦ矢視図に相当している。図１８（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１８（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００７７】
図１５乃至図１８において、図１乃至図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。
【００７８】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、脚部３がＳｉＮ膜５１で構成されかつＸ軸方向に延びた水平部３ａを有することで熱抵抗が高められている点と、脚部３に幅狭のＴｉ配線層５２が形成されている点と、図１中の第１及び第２の変位部４，６及び熱分離部５の代わりに、変位部４１が設けられている点である。
【００７９】
変位部４１は、図１５及び図１６に示すように、その−Ｘ側の端部（始点部）から＋Ｘ側の端部（終点部）にかけて＋Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部４１−１，４１−２で構成されている。
【００８０】
個別変位部４１−１の−Ｘ側の端部（始点部）は脚部３の水平部３ａの＋Ｘ側の端部に、接続部４１ａによって接続されている。個別変位部４１−１の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部４１ｂａによって＋Ｘ側の個別変位部４１−２の−Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部４１−２の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部７ａによって、可動電極部７に接続されている。
【００８１】
個別変位部４１−１は、図１６に示すように、互いに重なった下側のＳｉＮ膜５３と上側のＡｌ膜５４で構成されている。個別変位部４１−１は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１６に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜５３，５４の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜５３，５４の内部応力によって、常温において図１８（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４１−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが減る。
【００８２】
個別変位部４１−２は、図１６に示すように、互いに重なった下側のＡｌ膜２６と上側のＳｉＮ膜５３で構成されている。個別変位部４１−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１６に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２６，５３の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２６，５３の内部応力によって、常温において図１８（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４１−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが減る。
【００８３】
個別変位部４１−１の始点部から終点部までの長さＬ２１と個別変位部４１−２始点部から終点部までの長さＬ２２とは、実質的に等しくなっている。
【００８４】
本実施の形態によれば、図１８から、常に可動電極部７が固定電極部８と平行になることが、理解できる。
【００８５】
したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、常に可動電極部７が固定電極部８と平行になることにより、入射赤外線ｉの量の変化に対する両電極部７，８の間隔の変化が大きくなり、赤外線ｉの検出感度が高まる。
【００８６】
ただし、本実施の形態では、環境温度が変化するとそれに応じて可動電極部７の高さも変化してしまう。また、本実施の形態では、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が高いほど狭まるので、常温付近にて感度を高くすることはできない。
【００８７】
［第４の実施の形態］
【００８８】
図１９は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図２０は図１９中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図、図２１は図１９中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図、図２２は図１９中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。ただし、図１９乃至図２２は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図２０乃至図２２では示しているが、図１９では省略している。図面には示していないが、図１９中のＸ２９−Ｘ３０線に沿った概略断面図は図２１と同様となり、図１９中のＸ３１−Ｘ３２線に沿った概略断面図は図２０と同様となる。
【００８９】
図２３（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１９中のＧ矢視図に相当している。図２３（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図２３（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００９０】
図１９乃至図２３において、図１乃至図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。
【００９１】
前記第１の実施の形態による放射検出装置は静電容量型であるが、本実施の形態による放射検出装置は、第１の実施の形態による放射検出装置を変形して光読み出し型にしたものである。
【００９２】
以下の説明では、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、読み出し光を可視光以外の他の光としてもよい。
【００９３】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下の点である。本実施の形態では、可動電極部７に代えて、受光した読み出し光ｊの一部のみを反射するハーフミラー部６１が用いられている。また、固定電極部８も設けられていない。ハーフミラー部６１は、個別変位部６−２から接続部７ａを介してそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１で構成されている。もっとも、ハーフミラー部６１は、例えば、支持部となるシリコン酸化膜と、その上に所望の反射率を得るべく非常に薄くスパッタ法等により被着されたチタンなどの金属とで、構成することができる。ＳｉＮ膜２１は赤外線吸収性を有するので、本実施の形態では、ハーフミラー部６１がＳｉＮ膜２１で構成されていることから、ハーフミラー部６１が赤外線吸収部としても兼用されている。また、ハーフミラー部６１と対向するように基板１に対して固定された反射部として、基板１の上面自体が用いられている。基板１としてシリコン基板が用いられており、その上面は、可視光に対して反射面となり得る。もっとも、基板１上に反射膜を形成してもよい。
【００９４】
本実施の形態では、読み出し光ｊは上方から入射され、赤外線ｉは、下方から入射されて、基板１を透過する。シリコン基板１は、赤外線ｉに対して透明である。
【００９５】
本実施の形態では、赤外線ｉが基板１の下側から入射されるが、この赤外線ｉを第１の変位部４及び熱分離部５に対して遮蔽する遮蔽部として、Ａｌ膜等からなる赤外線遮光膜６２が、第１の変位部４及び熱分離部５の下方において基板１上に形成されている。もっとも、赤外線遮光膜６２は必ずしも形成しておかなくてもよい。
【００９６】
本実施の形態では、光読み出し型であるため、基板１には拡散層１０，１１や読み出し回路は形成されていない。また、Ｔｉ配線層２４は除去され、ＳｉＮ膜２１にはコンタクトホールは形成されていない。
【００９７】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、図２３に示すように、入射する赤外線ｉの量に応じてハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔が変化するが、ハーフミラー部６１は常に基板１と平行である。上方から読み出し光ｊが入射すると、基板１の上面からの反射光とハーフミラー部６１からの反射光とが干渉して干渉光となって、上方へ戻る。この干渉光の強度はハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔に依存するので、入射赤外線量に応じた強度の干渉光が得られる。
【００９８】
ハーフミラー部６１が傾くとすれば、ハーフミラー部６１の各部で基板１の上面との間の間隔が異なることから、ハーフミラー部６１の各部での干渉光の強度が異なるので、赤外線の検出感度が低下する。これに対し、本実施の形態では、常にハーフミラー部６１が基板１と平行であるので、赤外線の検出感度が高まる。
【００９９】
ここで、本実施の形態による放射検出装置を用いた映像化装置の一例について説明する。図２４は、この映像化装置を示す概略構成図である。図２４中、本実施の形態による放射検出装置には、符号１００を付している。
【０１００】
この映像化装置は、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ＣＣＤ８０と、観察対象（目標物体）としての熱源８１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ハーフミラー部６１が分布している面上に、熱源８１の赤外線画像を結像させる赤外線用の結像レンズ８２とから構成されている。
【０１０１】
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ＬＤ（レーザーダイオード）８３と、ＬＤ８３からの読み出し光を放射検出装置１００の全ての画素へ導く第１レンズ系８４と、第１レンズ系８４と協働して各画素と共役な位置を形成するとともに、第１レンズ系８４を通過した後に全ての画素にて反射されて干渉光となった読み出し光の光線束を前記共役な位置に導く第２レンズ系８６とから構成されている。前記共役な位置にはＣＣＤ８０の受光面が配置されており、レンズ系８４，８６によって全ての画素とＣＣＤ８０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。
【０１０２】
ＬＤ８３は、第１レンズ系８４の光軸Ｏに関して一方の側（図２４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、ＬＤ８３が第１レンズ系８４の第２レンズ系８６側の焦点面付近に配置されて、第１レンズ系８４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を照射するようになっている。本例では、放射検出装置１００は、その基板１の面が光軸Ｏと直交するように配置されている。
【０１０３】
図２４に示す映像化装置によれば、ＬＤ８３から出射した読み出し光の光線束９１は、第１レンズ系８４に入射し、略平行化された光線束９２となる。次に、この略平行化された光線束９２は、放射検出装置１００の全ての画素に、基板１の法線に対してある角度をもって入射する。
【０１０４】
一方、結像レンズ８２によって、熱源８１からの赤外線が集光され、放射検出装置１００の赤外線吸収部としてのハーフミラー部６１が分布している面上に、熱源８１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としてのハーフミラー部６１に赤外線が入射する。この入射赤外線は、ハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔に変換される。
【０１０５】
全ての画素に入射した光線束９２は、干渉光となって光線束９３となり、再び第１レンズ系８４に今度はＬＤ８３の側とは反対の側から入射して集光光束９４となり、この集光光束９４の集光点に集光した後に、発散光束９５となって第２レンズ系８６に入射する。第２レンズ系８６に入射した発散光束９５は、第２レンズ系８６により例えば略平行光束９６となってＣＣＤ８０の受光面に入射する。ここで、各画素とＣＣＤ８０の受光面とはレンズ系８４，８６によって共役な関係にあるので、ＣＣＤ８０の受光面上の対応する各部位にそれぞれ画素の像が形成され、全体として、全ての画素の分布像である光学像が形成される。各画素の像の強度は各干渉光の干渉強度に依存する。
【０１０６】
したがって、ＣＣＤ８０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、ＣＣＤ８０により撮像される。なお、ＣＣＤ８０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。
【０１０７】
以上は映像化装置の例であったが、図２４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ＣＣＤ８０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、前述した各実施の形態についても同様である。
【０１０８】
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。
【０１０９】
例えば、本発明では、前記第１の実施の形態による放射検出装置を光読み出し型に変形して前記第４の実施の形態による放射検出装置を得たのと同様に、前記第２及び第３の実施の形態による放射検出装置を光読み出し型に変形してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【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模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図３】図１中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。
【図４】図１中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。
【図５】図１中のＡ矢視図である。
【図６】比較例による放射検出装置の単位画素を模式的に示す概略平面図である。
【図７】図６中のＸ９−Ｘ１０線に沿った概略断面図である。
【図８】図６中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。
【図９】図６中のＹ９−Ｙ１０線に沿った概略断面図である。
【図１０】図６中のＢ矢視図である。
【図１１】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模式的に示す概略平面図である。
【図１２】図１１中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図である。
【図１３】図１１中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。
【図１４】図１１中のＥ矢視図である。
【図１５】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模式的に示す概略平面図である。
【図１６】図１５中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。
【図１７】図１５中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。
【図１８】図１５中のＦ矢視図である。
【図１９】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模式的に示す概略平面図である。
【図２０】図１９中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。
【図２１】図１９中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図である。
【図２２】図１９中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。
【図２３】図１９中のＧ矢視図である。
【図２４】映像化装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 基板
２ 被支持部
４ 第１の変位部
４−１，４−２，６−１，６−２ 個別変位部
５ 熱分離部
６ 第２の変位部
７ 可動電極部
８ 固定電極部
９ 赤外線吸収部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線検出装置等の熱型放射検出装置などにおいて用いられる熱型変位素子、及びこれを用いた放射検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば静電容量型の熱型赤外線検出装置や光読み出し型の熱型赤外線検出装置においては、基体と、この基体に支持された被支持部とを備えた熱型変位素子が用いられている（下記特許文献１等）。前記被支持部は、赤外線を受けて熱に変換する赤外線吸収部と、該赤外線吸収部と熱的に結合されその熱に応じて前記基体に対してバイメタルの原理により変位する変位部とを有している。したがって、放射が熱に変換され、その熱に応じて変位部が湾曲して変位する。そして、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が、変位部に固定されている。
【０００３】
光読み出し型の熱型赤外線検出装置には、変位部の変位を、変位読み出し部材の傾きとしてではなく、変位読み出し部材の高さとして検出するものもある。このような装置では、例えば、前記変位読み出し部材として、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が変位部に固定され、反射部が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る（特許文献１の図２５及び図２６）。この場合、ハーフミラー部側から読み出し光を照射すると、反射部からの反射光とハーフミラー部からの反射光とが干渉して干渉光となって戻り、この干渉光の強度はハーフミラー部と反射部との間の間隔に依存するので、入射赤外線量に応じた強度の干渉光が得られる。
【０００４】
また、静電容量型の熱型赤外線検出装置の場合には、熱型変位素子の変位部に可動電極部を固定し、この可動電極部と対向するように固定電極部を基体に固定しておき、変位部に生ずる変位による可動電極部の高さ（可動電極部と固定電極部との間の間隔）の変化を両電極部間の静電容量として読み出して、入射赤外線量を検出する。したがって、静電容量型の熱型赤外線検出装置も、変位部の変位を、変位読み出し部材の傾きとしてではなく、変位読み出し部材の高さとして検出する。
【特許文献１】特開２００３−７５２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の熱型変位素子を用いた赤外線検出装置では、変位読み出し部材の変位として変位読み出し部材の傾きではなく高さを検出するにも拘わらず、入射赤外線量に応じて変位読み出し部材の傾きが変化するように構成されており、この変位読み出し部材の傾きに伴って生ずる変位読み出し部材の高さが検出されていた。したがって、入射赤外線量の変化に対する変位読み出し部材の高さの変化が比較的小さくなり、ひいては、赤外線の検出感度は必ずしも十分ではなかった。また、変位読み出し部材が傾くので、場合によっては、変位読み出し部材が基体に衝突してしまい、赤外線検出のダイナミックレンジが制限されてしまうような事態が生ずる可能性もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、入射する放射量の変化に応じて、変位部に固定した部材が変位するときに、前記部材の傾きの変化を低減することができる熱型変位素子、及び、これを用いた放射検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による熱型変位素子は、基体と、該基体に支持された被支持部とを備えたものである。そして、前記被支持部は、熱抵抗の高い熱分離部と、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、第１及び第２の変位部とを含む。前記第１の変位部及び第２の変位部の各々は、複数の個別変位部を有する。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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。前記第１の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部を介することなく機械的に連続する。前記放射吸収部及び前記第２の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部及び前記第１の変位部を介して機械的に連続する。前記第２の変位部は、前記放射吸収部と熱的に結合される。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲する。前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲する。前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。なお、前記被支持部は、薄膜で構成してもよい。
【０００８】
なお、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。この点は、後述する各態様についても同様である。
【０００９】
本発明の第２の態様による熱型変位素子は、前記第１の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（iii）前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に逆であるものである。
【００１０】
なお、本明細書において、変位部（又は個別変位部）の始点部とは、基体から機械的に連続するルートにおいて、当該変位部（又は個別変位部）の端部のうち基体に近い側の端部をいう。また、変位部（又は個別変位部）の終点部とは、基体から機械的に連続するルートにおいて、当該変位部（又は個別変位部）の端部のうち基体から遠い側の端部をいう。
【００１１】
本発明の第３の態様による熱型変位素子は、前記第１の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、（iii）前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に同じであるものである。
【００１２】
本発明の第４の態様による熱型変位素子は、前記第２又は第３の態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の数及び前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の数は、それぞれ２つであり、（ii）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の始点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の終点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、（iii）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の終点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の始点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲するものである。
【００１３】
本発明の第５の態様による熱型変位素子は、前記第４の態様において、前記第１の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しく、前記第２の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しいものである。
【００１４】
本発明の第６の態様による熱型変位素子は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、（i）前記第１の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であり、（ii）前記第２の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であるものである。
【００１５】
本発明の第７の態様による熱型変位素子は、基体と、該基体に支持された被支持部とを備えたものである。そして、前記被支持部は、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、複数の個別変位部を有し前記放射吸収部と熱的に結合された変位部とを含む。前記複数の個別変位部の各々は、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。前記複数の個別変位部は、前記変位部の始点部から前記変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続される。前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲する。前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する。
【００１６】
本発明の第８の態様による放射検出装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様による熱型変位素子と、前記第２の変位部に対して固定された変位読み出し部材であって、前記第２の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を備えたものである。
【００１７】
本発明の第９の態様による放射検出装置は、前記第８の態様において、前記変位読み出し部材は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であり、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を備えたものである。
【００１８】
本発明の第１０の態様による放射検出装置は、前記第８の態様において、前記変位読み出し部材は可動電極部であり、該可動電極部と対向するように前記基体に対して固定された固定電極部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、入射する放射量の変化に応じて、変位部に固定した部材が変位するときに、前記部材の傾きの変化を低減することができる熱型変位素子、及び、これを用いた放射検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による熱型変位素子及び放射検出装置について、図面を参照して説明する。
【００２１】
以下の説明では、放射を赤外線とした例について説明するが、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。
【００２２】
［第１の実施の形態］
【００２３】
図１は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図２は図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図、図３は図１中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図、図４は図１中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。ただし、図１乃至図４は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図２乃至図４では示しているが、図１では省略している。図面には示していないが、図１中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図は図３と同様となり、図１中のＸ７−Ｘ８線に沿った概略断面図は図２と同様となる。
【００２４】
なお、説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。基板１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。
【００２５】
図５（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１中のＡ矢視図に相当している。図５（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態（すなわち、当該低温物体からの赤外線ｉが入射している状態）において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図５（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している（すなわち、当該高温物体からの赤外線ｉが入射している）様子を示している。なお、理解を容易にするため、図５において、第１及び第２の変位部４，６の湾曲具合を誇張して示している。この点は、後述する図１０、図１４及び図１８についても同様である。
【００２６】
本実施の形態による放射検出装置は、基体としてのシリコン基板１と、基板１に支持された被支持部２と、被支持部２の第２の変位部６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の、可動電極部７と、可動電極部７と対向するように基板１上に形成されたＡｌ膜等からなる固定電極部８と、を備えている。
【００２７】
本実施の形態では、被支持部２は、基板１からＺ軸方向（上下方向）に立ち上がった２つの脚部３を介して、基板１上に浮いた状態に支持されている。被支持部２は、２つの第１の変位部４と、熱抵抗の高い２つの熱分離部５と、２つの第２の変位部６と、赤外線ｉを受けて熱に変換する赤外線吸収部９とを有している。
【００２８】
本実施の形態による放射検出装置は、図１中の左右に関して左右対称に構成されており、機械的な構造の安定性を得るために、脚部３、第１の変位部４、熱分離部５及び第２の変位部６からなる組を２つ設けているが、本発明では当該組は１つ以上であればよい。
【００２９】
第１の変位部４は、図１に示すように、その＋Ｘ側の端部（始点部）から−Ｘ側の端部（終点部）にかけて−Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部４−１，４−２で構成されている。＋Ｘ側の個別変位部４−１の＋Ｘ側の端部（始点部）は脚部３に接続されている。個別変位部４−１の−Ｘ側の端部（終点部）は、接続部４ａによって−Ｘ側の個別変位部４−２の＋Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部４−２の−Ｘ側の端部（終点部）は、接続部５ａによって、熱分離部５の一端部に接続されている。したがって、第１の変位部４は、基板１に対して、熱分離部５を介することなく機械的に連続している。
【００３０】
本実施の形態では、個別変位部４−１は、図２に示すように、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なった２つの層としての、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＳｉＮ膜２１及び上側のＡｌ膜２２で構成されている。個別変位部４−１は、レジスト等からなる犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図２に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２１，２２の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２１，２２の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。ＳｉＮ膜２１よりＡｌ膜２２の方が膨張係数が大きいので、個別変位部４−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００３１】
なお、個別変位部４−１を構成する層数や材料は、前述した例に限定されるものではない。この点は、後述する個別変位部４−２、５−１，５−２についても同様である。
【００３２】
本実施の形態では、脚部３は、個別変位部４−１を構成しているＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２がそのまま連続して延びることによって形成されている。基板１における脚部３の下部には、拡散層１０が形成されている。Ａｌ膜２２は、脚部３において、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、拡散層１０に電気的に接続されている。可動電極部７は、Ａｌ膜２２及び後述するＡｌ層２３，２５，２６やＴｉ配線層２４を経由して、拡散層１０に電気的に接続されている。一方、基板１には、固定電極部８の下部に拡散層１１が形成され、両者が電気的に接続されている。図面には示していないが、基板１には、拡散層１０，１１間の静電容量を読み出す公知の読み出し回路が形成されている。
【００３３】
個別変位部４−２は、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＡｌ膜２３及び上側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、個別変位部４−１からそのまま連続して延びている。）で構成されている。個別変位部４−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図２に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２３，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２３，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００３４】
本実施の形態では、個別変位部４−１の始点部から終点部までの長さＬ１と個別変位部４−２の始点部から終点部までの長さＬ２とは、実質的に等しくなっている。このように両者が等しいことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。また、個別変位部４−１の下側の膜２１と個別変位部４−２の上側の膜２１の膜厚は互いに実質的に同一とされ、個別変位部４−１の上側の膜２２と個別変位部４−２の下側の膜２３の膜厚は互いに実質的に同一とされているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３５】
接続部４ａは、図２に示すように、個別変位部４−１，４−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２，２３で構成されている。接続部４ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２２とＡｌ膜２３とが電気的に接続されている。
【００３６】
熱分離部５は、断熱性の高い材料で構成され、本実施の形態では個別変位部４−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１で構成されている。熱分離部５上には、その断熱性が損なわないように幅狭にされたＴｉ配線層２４が形成されている。接続部５ａは、個別変位部４−２及び熱分離部５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２３で構成されている。接続部５ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２３とＴｉ配線層２４とが電気的に接続されている。熱分離部５は、主にＸ軸方向に延びた後にややＹ軸方向に延びた後に再びＸ方向に延びるＪ字状に構成されている。
【００３７】
第２の変位部６は、図１に示すように、その−Ｘ側の端部（始点部）から＋Ｘ側の端部（終点部）にかけて＋Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部６−１，６−２で構成されている。−Ｘ側の個別変位部６−１の−Ｘ側の端部（始点部）は、接続部５ｂによって、熱分離部５の他方端部に接続されている。個別変位部６−１の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部６ａによって＋Ｘ側の個別変位部６−２の−Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部６−２の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部７ａによって、可動電極部７に接続されている。したがって、第２の変位部６は、基板１に対して、熱分離部５及び第１の変位部４を介して機械的に連続している。
【００３８】
個別変位部６−１は、図３に示すように、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＡｌ膜２５及び上側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、熱分離部５からそのまま連続して延びている。）で構成されている。個別変位部６−１は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図３に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２５，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２５，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部６−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが減る。
【００３９】
本実施の形態では、個別変位部６−１の始点部から終点部までの長さＬ３と個別変位部６−２の始点部から終点部までの長さＬ４とは、実質的に等しくなっている。このように両者が等しいことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。また、個別変位部６−１の上側の膜２１と個別変位部６−２の下側の膜２１の膜厚は互いに実質的に同一とされ、個別変位部６−１の下側の膜２５と個別変位部６−２の上側の膜２６の膜厚は互いに実質的に同一とされているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００４０】
接続部６ａは、図３に示すように、個別変位部６−１，６−２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２５，２６で構成されている。接続部６ａにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２５とＡｌ膜２６とが電気的に接続されている。
【００４１】
接続部５ｂは、熱分離部５及び個別変位部６−１からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２５で構成されている。接続部５ｂにおいて、ＳｉＮ膜２１に形成されたコンタクトホールを介して、Ａｌ膜２５とＴｉ配線層２４とが電気的に接続されている。
【００４２】
個別変位部６−２は、図３に示すように、Ｚ軸方向（上下方向）に互いに重なった下側のＳｉＮ膜２１（このＳｉＮ膜２１は、個別変位部６−１からそのまま連続して延びている。）及び上側のＡｌ膜２６で構成されている。個別変位部６−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１及び図３に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２６，２１の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２６，２１の内部応力によって、常温において図５（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。個別変位部６−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが減る。
【００４３】
可動電極部７は、個別変位部６−２から接続部７ａを介してそのまま連続して延びたＡｌ膜２６で構成されている。赤外線吸収部９は、金黒等の赤外線吸収膜２７で構成され、可動電極部７の上面に形成されている。赤外線吸収部９は、可動電極部７及び接続部７ａを介して第２の変位部６に熱的に結合されている。これにより、赤外線吸収部９は、基板１に対して、熱分離部５及び第１の変位部４を介して機械的に連続している。もっとも、赤外線吸収部９を可動電極部７の上面に形成する代わりに、例えば、第２の変位部６を構成する膜を赤外線吸収部として兼用してもよいし、第２の変位部６に赤外線吸収部として金黒等の赤外線吸収膜を形成してもよい。
【００４４】
接続部７ａは、図３に示すように、個別変位部６−２、可動電極部７及び赤外線吸収部９からそのまま連続して延びたＡｌ膜２６及び赤外線吸収膜２７で構成されている。
【００４５】
先の説明からわかるように、第１の変位部４の始点部から終点部へ向かう向きは−Ｘ方向の向きとなっているのに対し、第２の変位部６の始点部から終点部へ向かう向きは＋Ｘ方向の向きとなっており、両者は逆向きである。
【００４６】
なお、図面には示していないが、個別変位部４−１，４−２，６−１，６−２以外の構成要素（例えば、可動電極部７、熱分離部５など）についてはそれぞれ、平面部と、当該平面部の周辺部分の少なくとも一部に渡って立ち上がるか又は立ち下がるように形成された立ち上がり部又は立ち下がり部とを有するように、構成しておくことが、好ましい。この場合、平面部が立ち上がり部又は立ち下がり部により補強され、所望の強度を確保しつつ、膜厚を薄くすることができ、好ましい。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００４７】
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では、前述した図１等に示す単位画素が基板１上に１次元状又は２次元状に配置されている。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００４８】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、基板１、脚部３、被支持部２、可動電極部７及び赤外線吸収部９が赤外線により生ずる熱に応じて変位を発生する熱型変位素子を構成しており、各単位画素においてこの熱型変位素子の被支持部２が１つずつ用いられている。
【００４９】
本実施の形態による放射検出装置は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層２０の形成・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。最終的には、犠牲層２０が除去され、常温において図５（ａ）に示すような状態となる。
【００５０】
本実施の形態では、図５に示すように、観察対象の物体からの赤外線ｉが上方から入射される。このとき、パッケージ等に設けた赤外線遮光部（図示せず）により、観察対象の物体からの赤外線ｉが第１の変位部４（特に、赤外線吸収性を有するＳｉＮ膜２１が赤外線ｉ入射側となる個別変位部４−２）に入射しないように遮光することが、好ましい。もっとも、このような遮光は必ずしも必要ではない。
【００５１】
本実施の形態によれば、第１及び第２の変位部４，６が前述したように個別変位部４−１，４−２，６−１，６−２で構成されているので、常温Ｔ０付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときには、図５（ａ）に示すようになる。すなわち、第１の変位部４は全体としてＳ字状をなし、熱分離部５が基板１に対して平行となる。また、第２の変位部６も全体としてＳ字状をなすため、可動電極部７も基板１に対して平行となる。
【００５２】
そして、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察すると、高温物体からの赤外線ｉが赤外線吸収部９により熱に変換され、この熱により第２の変位部６の個別変位部６−１，６−２の湾曲の度合いが小さくなる。このとき、個別変位部６−１の上方への湾曲の度合いが小さくなるのと、個別変位部６−２の下方への湾曲の度合いが小さくなるのとが、同程度である。また、赤外線吸収部９により変換された熱は、熱分離部５によって、第１の変位部４へは比較的短い時間ではほとんど伝導されないため、第２の変位部４の個別変位部４−１，４−２はほとんど変動しない。したがって、可動電極部７は基板１と平行のままその高さ（Ｚ方向位置）が上方へ移動し、可動電極部７と固定電極部８との間の間隔が広がり、その間隔は入射した赤外線ｉの量に応じたものとなる。この間隔の変化が両電極部７，８間の静電容量の変化として前記読み出し回路により読み出される。単位画素が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ようになっている。
【００５３】
また、環境温度がＴ０からΔＴだけ変化する場合を考えると、その変化に対して素子各部が熱平衡状態に達すれば、第１の個別変位部４の温度がΔＴだけ変化するのみならず、熱分離部５を介して第２の個別変位部６の温度もΔＴだけ変化する。これは、環境温度の変化を考える場合、ΔＴが熱分離部５を介して第２の個別変位部に伝導するのに十分な時間が存するものと考えることができるためである。第１の変位部４の温度がΔＴだけ変化するとその分だけ熱分離部５の高さは高くなる（又は低くなる）が、第２の変位部６の温度もΔＴだけ変化して、その分だけ熱分離部５と可動電極部７との間のＺ軸方向の距離は縮まる（又は広がる）ので、両者が相殺されて可動電極部７の高さ（Ｚ方向位置）は変化しない。したがって、本実施の形態によれば、環境温度変化の影響を排除した赤外線検出が可能である。そして、このように環境温度がΔＴだけ変化した場合にも、熱分離部５及び可動電極部７は、基板１と平行のままである。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、可動電極部７を常に平行にすることができる。また、図５からわかるように、本実施の形態では、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が常温付近の低い場合には狭く、その温度が高くなる（すなわち、入射赤外線量が増える）ほど広がる。これらにより得られる利点について、比較例を参照して説明する。
【００５５】
図６は、比較例による放射検出装置の単位画素（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図７は図６中のＸ９−Ｘ１０線に沿った概略断面図、図８は図６中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図、図９は図６中のＹ９−Ｙ１０線に沿った概略断面図である。ただし、図６乃至図９は、この比較例による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図７乃至図９では示しているが、図６では省略している。図面には示していないが、図６中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図は図８と同様となり、図６中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図は図７と同様となる。
【００５６】
図１０（ａ）（ｂ）は、この比較例による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図６中のＢ矢視図に相当している。図１０（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１０（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００５７】
図６乃至図１０において、図１乃至図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。
【００５８】
この比較例は、特許文献１に開示された従来技術に相当するものである。この比較例が本実施の形態と異なる所は、主に、個別変位部４−２，６−１が除去されて、第１の変位部４が個別変位部４−１のみで構成され、第２の変位部６が個別変位部６−２のみで構成されている点である。個別変位部４−１は下側のＳｉＮ膜２１と上側のＡｌ膜２２で構成され、個別変位部６−２は下側のＳｉＮ膜３２と上側のＡｌ膜２６で構成されている。なお、熱分離部５はＳｉＮ膜３２で構成されている。個別変位部４−１の始点部から終点部までの長さＬ１１と個別変位部６−２の始点部から終点部までの長さＬ１２とは、実質的に等しくなっている。最終的に犠牲層２０が除去されると、個別変位部４−１，６−２は両方とも、膜２１，２２の内部応力又は膜３２，２６の応力によって、常温において図１０（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向）へ湾曲するようになっている。個別変位部４−１，６−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが小さくなる。
【００５９】
この比較例では、常温付近の低温物体を観察すると、図１０（ａ）に示すように、個別変位部４−１、そのときの素子温度（基板１の温度）に応じて上方に湾曲する。一方、個別変位部６−２は、そのときの素子温度（基板１の温度）及び入射赤外線ｉによる温度に応じて上方に湾曲する。図１０（ａ）では、低温物体を観察しているため、個別変位部４−１と個別変位部６−２の温度はほぼ等しい。そのため、個別変位部４−１と個別変位部６−２の湾曲度もほぼ等しくなり、可動電極部７は基板１上に形成された固定電極８とほぼ平行な状態になる。
【００６０】
そして、この比較例では、かなり温度の高い高温物体を観察すると、図１０（ｂ）に示すように、個別変位部４−１は、そのときの素子温度（基板１の温度）に応じて上方に湾曲する。一方、センサＢＭは、そのときの素子温度（基板１の温度）及び入射赤外線ｉによる温度に応じて上方に湾曲する。図１０（ｂ）では、高温物体を観察しているため、個別変位部４−１の温度に対して個別変位部６−２の温度はかなり高くなる。そのため、個別変位部４−１の湾曲度に対して個別変位部６−２の湾曲度はかなり小さくなる。この結果、可動電極部７は、図１０（ｂ）に示すように傾き、場合によっては、図１０（ｂ）中のＣ点付近で固定電極部８と接触してしまう。
【００６１】
この比較例では、入射赤外線ｉの量が大きくて可動電極部７が図１０（ｂ）に示すように接触するほど傾いても、そのときに得られる電極部７，８間の静電容量は、可動電極部７を固定電極部８と平行にした状態で両電極部７，８の間隔を図１０（ａ）に示す間隔ｄ１よりわずかに狭めたときに得られる静電容量と同じ程度にすぎない。換言すれば、図１０（ｂ）の場合の電極部７，８の実効的な間隔は、図１０（ａ）に示す間隔ｄ１よりわずかに小さいものとなるにすぎない。よって、入射赤外線ｉの量の変化に対して、両電極部７，８間の静電容量の変化が小さくなり、入射赤外線ｉの検出感度が低い。
【００６２】
また、この比較例において、可動電極部７が固定電極部８に接触するのを避けるためには、個別変位部６−２の始点部（すなわち、図１０中の接続部５ｂ）の位置を図６中の−Ｘ方向（犠牲層２０を除去した最終状態である図１０では、矢印Ｄの方向）へずらせばよい。しかし、このようにすると、図６（ａ）中の間隔ｄ１は大きくなってしまう。電極部７，８間の静電容量は間隔ｄ１に反比例するので、間隔ｄ１が大きくなることで、静電容量の変化が小さくなってしまい、その結果、入射赤外線ｉの検出感度が低くなってしまう。
【００６３】
さらに、この比較例では、先の説明からわかるように、観察対象の物体の温度が高いほど、両電極部７，８の実効的な間隔が狭くなる。よって、観察対象物体の温度が高いほど、静電容量の変化が大きくなり検出感度が高くなる。しかし、通常は、常温付近にて使用頻度が多いので、比較例とは逆に、常温付近では検出感度が高く、高温になるに従って検出感度が低くなることが要求される。
【００６４】
これに対し、本実施の形態では、図５に示すように、常に、可動電極部７を固定電極部８と平行にしたまま、両電極部７，８の間隔が、観察対象の物体の温度（すなわち、入射赤外線ｉの検出感度の量）に応じて変化する。したがって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、入射赤外線ｉの量の変化に対する両電極部７，８の間隔の変化が大きくなり、赤外線ｉの検出感度が高まる。
【００６５】
また、本実施の形態では、可動電極部７が固定電極部８と平行のままであるので、図５（ａ）に示すように、可動電極部７が固定電極部８に衝突することなく、可動電極部７を固定電極部８に近づけて両電極部７，８の間隔を非常に狭めることができる。したがって、電極部７，８間の静電容量は両電極部７，８の間隔に反比例するので、その間隔が小さくなることで、静電容量の変化が大きくなり、この点からも、入射赤外線ｉの検出感度を高めることができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、図５に示すように、前記比較例とは逆に、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が常温付近の低い場合には狭く、その温度が高くなるほど広がる。よって、最も使用頻度の多い常温付近にて感度を高くすることができるので、好ましい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、図５からわかるように、可動電極部７は、観察対象の物体の温度や環境温度等に応じて、Ｘ軸方向に移動する。そのため、このように可動電極部７がＸ軸方向に移動しても、Ｚ軸方向から見た平面視で可動電極部７が固定電極部８からはみ出さないように、余裕を持って固定電極部８の寸法及び配置を設定することが好ましい。
【００６８】
［第２の実施の形態］
【００６９】
図１１は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図１２は図１１中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図、図１３は図１１中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。ただし、図１１乃至図１３は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図１２及び図１３では示しているが、図１１では省略している。図面には示していないが、図１１中のＸ１９−Ｘ２０線に沿った概略断面図は図１２と同様となる。
【００７０】
図１４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１１中のＥ矢視図に相当している。図１４（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１４（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００７１】
図１１乃至図１４において、図１乃至図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。
【００７２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、前記第１の実施の形態では熱分離部５がＪ字状に構成されていたのに対し、本実施の形態では、熱分離部５が一直線状に構成され、個別変位部４−１，４−２、熱分離部５及び個別変位部６−１，６−２がＸ軸方向に直線状に配列されている点のみである。この配列によって、第１の変位部４の始点部から終点部へ向かう向きも、第２の変位部６の始点部から終点部へ向かう向きも、同じく−Ｘ方向となっている。
【００７３】
図１４から理解できるように、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と全く同じ利点を得ることができる。
【００７４】
［第３の実施の形態］
【００７５】
図１５は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図１６は図１５中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図、図１７は図１５中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。ただし、図１５乃至図１７は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図１６及び図１７では示しているが、図１５では省略している。図面には示していないが、図１５中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図は図１６と同様となる。
【００７６】
図１８（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１５中のＦ矢視図に相当している。図１８（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図１８（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００７７】
図１５乃至図１８において、図１乃至図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。
【００７８】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、脚部３がＳｉＮ膜５１で構成されかつＸ軸方向に延びた水平部３ａを有することで熱抵抗が高められている点と、脚部３に幅狭のＴｉ配線層５２が形成されている点と、図１中の第１及び第２の変位部４，６及び熱分離部５の代わりに、変位部４１が設けられている点である。
【００７９】
変位部４１は、図１５及び図１６に示すように、その−Ｘ側の端部（始点部）から＋Ｘ側の端部（終点部）にかけて＋Ｘ方向の向きに順次機械的に接続された２つの個別変位部４１−１，４１−２で構成されている。
【００８０】
個別変位部４１−１の−Ｘ側の端部（始点部）は脚部３の水平部３ａの＋Ｘ側の端部に、接続部４１ａによって接続されている。個別変位部４１−１の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部４１ｂａによって＋Ｘ側の個別変位部４１−２の−Ｘ側の端部（始点部）に接続されている。個別変位部４１−２の＋Ｘ側の端部（終点部）は、接続部７ａによって、可動電極部７に接続されている。
【００８１】
個別変位部４１−１は、図１６に示すように、互いに重なった下側のＳｉＮ膜５３と上側のＡｌ膜５４で構成されている。個別変位部４１−１は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１６に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜５３，５４の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜５３，５４の内部応力によって、常温において図１８（ａ）に示すように、上方（＋Ｚ方向、基板１とは反対側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４１−１は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、上方への湾曲の度合いが減る。
【００８２】
個別変位部４１−２は、図１６に示すように、互いに重なった下側のＡｌ膜２６と上側のＳｉＮ膜５３で構成されている。個別変位部４１−２は、犠牲層２０が除去されていない段階では、図１６に示すように、犠牲層２０により保持されて湾曲せずに、基板１と平行にＸ軸方向に真っ直ぐ延びているが、膜２６，５３の膜厚や製造時の成膜条件等を設定することで、最終的に犠牲層２０が除去されると、膜２６，５３の内部応力によって、常温において図１８（ａ）に示すように、下方（−Ｚ方向、基板１側）へ湾曲するようになっている。個別変位部４１−２は、熱を受けて温度が上昇すると、その温度に応じて、下方への湾曲の度合いが減る。
【００８３】
個別変位部４１−１の始点部から終点部までの長さＬ２１と個別変位部４１−２始点部から終点部までの長さＬ２２とは、実質的に等しくなっている。
【００８４】
本実施の形態によれば、図１８から、常に可動電極部７が固定電極部８と平行になることが、理解できる。
【００８５】
したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、常に可動電極部７が固定電極部８と平行になることにより、入射赤外線ｉの量の変化に対する両電極部７，８の間隔の変化が大きくなり、赤外線ｉの検出感度が高まる。
【００８６】
ただし、本実施の形態では、環境温度が変化するとそれに応じて可動電極部７の高さも変化してしまう。また、本実施の形態では、可動電極部７と固定電極部８との間隔は、観察対象の物体の温度が高いほど狭まるので、常温付近にて感度を高くすることはできない。
【００８７】
［第４の実施の形態］
【００８８】
図１９は、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（単位素子）を模式的に示す概略平面図である。図２０は図１９中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図、図２１は図１９中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図、図２２は図１９中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。ただし、図１９乃至図２２は、本実施の形態による放射検出装置の製造途中において、犠牲層２０を除去する前の状態を示している。この犠牲層２０は、図２０乃至図２２では示しているが、図１９では省略している。図面には示していないが、図１９中のＸ２９−Ｘ３０線に沿った概略断面図は図２１と同様となり、図１９中のＸ３１−Ｘ３２線に沿った概略断面図は図２０と同様となる。
【００８９】
図２３（ａ）（ｂ）は、本実施の形態による放射検出装置の、犠牲層２０を除去した後の完成状態を大幅に簡略化して模式的に示す図であり、図１９中のＧ矢視図に相当している。図２３（ａ）は、常温付近の低温物体を観察している状態において、環境温度が常温Ｔ０である場合に、熱平衡に達して基板及び素子各部の温度もＴ０となったときの様子を示している。図２３（ｂ）は、環境温度及び基板温度がＴ０である場合において、かなり温度の高い高温物体を観察している様子を示している。
【００９０】
図１９乃至図２３において、図１乃至図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。
【００９１】
前記第１の実施の形態による放射検出装置は静電容量型であるが、本実施の形態による放射検出装置は、第１の実施の形態による放射検出装置を変形して光読み出し型にしたものである。
【００９２】
以下の説明では、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、読み出し光を可視光以外の他の光としてもよい。
【００９３】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下の点である。本実施の形態では、可動電極部７に代えて、受光した読み出し光ｊの一部のみを反射するハーフミラー部６１が用いられている。また、固定電極部８も設けられていない。ハーフミラー部６１は、個別変位部６−２から接続部７ａを介してそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２１で構成されている。もっとも、ハーフミラー部６１は、例えば、支持部となるシリコン酸化膜と、その上に所望の反射率を得るべく非常に薄くスパッタ法等により被着されたチタンなどの金属とで、構成することができる。ＳｉＮ膜２１は赤外線吸収性を有するので、本実施の形態では、ハーフミラー部６１がＳｉＮ膜２１で構成されていることから、ハーフミラー部６１が赤外線吸収部としても兼用されている。また、ハーフミラー部６１と対向するように基板１に対して固定された反射部として、基板１の上面自体が用いられている。基板１としてシリコン基板が用いられており、その上面は、可視光に対して反射面となり得る。もっとも、基板１上に反射膜を形成してもよい。
【００９４】
本実施の形態では、読み出し光ｊは上方から入射され、赤外線ｉは、下方から入射されて、基板１を透過する。シリコン基板１は、赤外線ｉに対して透明である。
【００９５】
本実施の形態では、赤外線ｉが基板１の下側から入射されるが、この赤外線ｉを第１の変位部４及び熱分離部５に対して遮蔽する遮蔽部として、Ａｌ膜等からなる赤外線遮光膜６２が、第１の変位部４及び熱分離部５の下方において基板１上に形成されている。もっとも、赤外線遮光膜６２は必ずしも形成しておかなくてもよい。
【００９６】
本実施の形態では、光読み出し型であるため、基板１には拡散層１０，１１や読み出し回路は形成されていない。また、Ｔｉ配線層２４は除去され、ＳｉＮ膜２１にはコンタクトホールは形成されていない。
【００９７】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、図２３に示すように、入射する赤外線ｉの量に応じてハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔が変化するが、ハーフミラー部６１は常に基板１と平行である。上方から読み出し光ｊが入射すると、基板１の上面からの反射光とハーフミラー部６１からの反射光とが干渉して干渉光となって、上方へ戻る。この干渉光の強度はハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔に依存するので、入射赤外線量に応じた強度の干渉光が得られる。
【００９８】
ハーフミラー部６１が傾くとすれば、ハーフミラー部６１の各部で基板１の上面との間の間隔が異なることから、ハーフミラー部６１の各部での干渉光の強度が異なるので、赤外線の検出感度が低下する。これに対し、本実施の形態では、常にハーフミラー部６１が基板１と平行であるので、赤外線の検出感度が高まる。
【００９９】
ここで、本実施の形態による放射検出装置を用いた映像化装置の一例について説明する。図２４は、この映像化装置を示す概略構成図である。図２４中、本実施の形態による放射検出装置には、符号１００を付している。
【０１００】
この映像化装置は、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ＣＣＤ８０と、観察対象（目標物体）としての熱源８１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ハーフミラー部６１が分布している面上に、熱源８１の赤外線画像を結像させる赤外線用の結像レンズ８２とから構成されている。
【０１０１】
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ＬＤ（レーザーダイオード）８３と、ＬＤ８３からの読み出し光を放射検出装置１００の全ての画素へ導く第１レンズ系８４と、第１レンズ系８４と協働して各画素と共役な位置を形成するとともに、第１レンズ系８４を通過した後に全ての画素にて反射されて干渉光となった読み出し光の光線束を前記共役な位置に導く第２レンズ系８６とから構成されている。前記共役な位置にはＣＣＤ８０の受光面が配置されており、レンズ系８４，８６によって全ての画素とＣＣＤ８０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。
【０１０２】
ＬＤ８３は、第１レンズ系８４の光軸Ｏに関して一方の側（図２４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、ＬＤ８３が第１レンズ系８４の第２レンズ系８６側の焦点面付近に配置されて、第１レンズ系８４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を照射するようになっている。本例では、放射検出装置１００は、その基板１の面が光軸Ｏと直交するように配置されている。
【０１０３】
図２４に示す映像化装置によれば、ＬＤ８３から出射した読み出し光の光線束９１は、第１レンズ系８４に入射し、略平行化された光線束９２となる。次に、この略平行化された光線束９２は、放射検出装置１００の全ての画素に、基板１の法線に対してある角度をもって入射する。
【０１０４】
一方、結像レンズ８２によって、熱源８１からの赤外線が集光され、放射検出装置１００の赤外線吸収部としてのハーフミラー部６１が分布している面上に、熱源８１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としてのハーフミラー部６１に赤外線が入射する。この入射赤外線は、ハーフミラー部６１と基板１の上面との間の間隔に変換される。
【０１０５】
全ての画素に入射した光線束９２は、干渉光となって光線束９３となり、再び第１レンズ系８４に今度はＬＤ８３の側とは反対の側から入射して集光光束９４となり、この集光光束９４の集光点に集光した後に、発散光束９５となって第２レンズ系８６に入射する。第２レンズ系８６に入射した発散光束９５は、第２レンズ系８６により例えば略平行光束９６となってＣＣＤ８０の受光面に入射する。ここで、各画素とＣＣＤ８０の受光面とはレンズ系８４，８６によって共役な関係にあるので、ＣＣＤ８０の受光面上の対応する各部位にそれぞれ画素の像が形成され、全体として、全ての画素の分布像である光学像が形成される。各画素の像の強度は各干渉光の干渉強度に依存する。
【０１０６】
したがって、ＣＣＤ８０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、ＣＣＤ８０により撮像される。なお、ＣＣＤ８０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。
【０１０７】
以上は映像化装置の例であったが、図２４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ＣＣＤ８０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、前述した各実施の形態についても同様である。
【０１０８】
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。
【０１０９】
例えば、本発明では、前記第１の実施の形態による放射検出装置を光読み出し型に変形して前記第４の実施の形態による放射検出装置を得たのと同様に、前記第２及び第３の実施の形態による放射検出装置を光読み出し型に変形してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【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模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【図３】図１中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。
【図４】図１中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。
【図５】図１中のＡ矢視図である。
【図６】比較例による放射検出装置の単位画素を模式的に示す概略平面図である。
【図７】図６中のＸ９−Ｘ１０線に沿った概略断面図である。
【図８】図６中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。
【図９】図６中のＹ９−Ｙ１０線に沿った概略断面図である。
【図１０】図６中のＢ矢視図である。
【図１１】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模式的に示す概略平面図である。
【図１２】図１１中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図である。
【図１３】図１１中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。
【図１４】図１１中のＥ矢視図である。
【図１５】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模式的に示す概略平面図である。
【図１６】図１５中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。
【図１７】図１５中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。
【図１８】図１５中のＦ矢視図である。
【図１９】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模式的に示す概略平面図である。
【図２０】図１９中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。
【図２１】図１９中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図である。
【図２２】図１９中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。
【図２３】図１９中のＧ矢視図である。
【図２４】映像化装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 基板
２ 被支持部
４ 第１の変位部
４−１，４−２，６−１，６−２ 個別変位部
５ 熱分離部
６ 第２の変位部
７ 可動電極部
８ 固定電極部
９ 赤外線吸収部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体に支持された被支持部とを備え、
前記被支持部は、熱抵抗の高い熱分離部と、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、第１及び第２の変位部とを含み、
前記第１の変位部及び第２の変位部の各々は、複数の個別変位部を有し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記第１の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部を介することなく機械的に連続し、
前記放射吸収部及び前記第２の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部及び前記第１の変位部を介して機械的に連続し、
前記第２の変位部は前記放射吸収部と熱的に結合され、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する、ことを特徴とする熱型変位素子。
【請求項２】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に逆である、ことを特徴とする請求項１記載の熱型変位素子。
【請求項３】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に同じである、ことを特徴とする請求項１記載の熱型変位素子。
【請求項４】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の数及び前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の数は、それぞれ２つであり、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の始点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の終点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の終点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の始点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲する、ことを特徴とする請求項２又は３記載の熱型変位素子。
【請求項５】
前記第１の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しく、
前記第２の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しい、ことを特徴とする請求項４記載の熱型変位素子。
【請求項６】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であり、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱型変位素子。
【請求項７】
基体と、該基体に支持された被支持部とを備え、
前記被支持部は、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、複数の個別変位部を有し前記放射吸収部と熱的に結合された変位部とを含み、
前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記複数の個別変位部は、前記変位部の始点部から前記変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲し、
前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する、ことを特徴とする熱型変位素子。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の熱型変位素子と、前記第２の変位部に対して固定された変位読み出し部材であって、前記第２の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を備えたことを特徴とする放射検出装置。
【請求項９】
前記変位読み出し部材は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であり、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を備えたことを特徴とする請求項８記載の放射検出装置。
【請求項１０】
前記変位読み出し部材は可動電極部であり、該可動電極部と対向するように前記基体に対して固定された固定電極部を備えたことを特徴とする請求項８記載の放射検出装置。
【請求項１】
基体と、該基体に支持された被支持部とを備え、
前記被支持部は、熱抵抗の高い熱分離部と、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、第１及び第２の変位部とを含み、
前記第１の変位部及び第２の変位部の各々は、複数の個別変位部を有し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記第１の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部を介することなく機械的に連続し、
前記放射吸収部及び前記第２の変位部は、前記基体に対して、前記熱分離部及び前記第１の変位部を介して機械的に連続し、
前記第２の変位部は前記放射吸収部と熱的に結合され、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲し、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する、ことを特徴とする熱型変位素子。
【請求項２】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に逆である、ことを特徴とする請求項１記載の熱型変位素子。
【請求項３】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部は、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記第１の変位部の始点部から前記第１の変位部の終点部へ向かう向きと、前記第２の変位部の始点部から前記第２の変位部の終点部へ向かう向きとが、実質的に同じである、ことを特徴とする請求項１記載の熱型変位素子。
【請求項４】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部の数及び前記第２の変位部の前記複数の個別変位部の数は、それぞれ２つであり、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の始点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の終点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲し、
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第１の変位部の終点部側の個別変位部、及び、前記第２の変位部の前記複数の個別変位部のうちの前記第２の変位部の始点部側の個別変位部は、前記状態で前記基体側に湾曲する、ことを特徴とする請求項２又は３記載の熱型変位素子。
【請求項５】
前記第１の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しく、
前記第２の変位部の前記各個別変位部の始点部から終点部までの長さは互いに実質的に等しい、ことを特徴とする請求項４記載の熱型変位素子。
【請求項６】
前記第１の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆であり、
前記第２の変位部の前記複数の個別変位部に関して、前記状態で前記基体側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層と前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する個別変位部の前記少なくとも２つの層とは、各層を構成する物質同士が同じであるとともに各物質の層の重なり順序が逆である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱型変位素子。
【請求項７】
基体と、該基体に支持された被支持部とを備え、
前記被支持部は、放射を受けて熱に変換する放射吸収部と、複数の個別変位部を有し前記放射吸収部と熱的に結合された変位部とを含み、
前記複数の個別変位部の各々は、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つの層を有し、
前記複数の個別変位部は、前記変位部の始点部から前記変位部の終点部にかけて、所定の向きに順次機械的に接続され、
前記複数の個別変位部のうちの少なくとも１つの個別変位部は、前記放射吸収部が受ける放射の量が少ない所定の状態で前記基体側に湾曲し、
前記複数の個別変位部のうちの他の少なくとも１つの個別変位部は、前記状態で前記基体とは反対側に湾曲する、ことを特徴とする熱型変位素子。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の熱型変位素子と、前記第２の変位部に対して固定された変位読み出し部材であって、前記第２の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を備えたことを特徴とする放射検出装置。
【請求項９】
前記変位読み出し部材は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であり、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を備えたことを特徴とする請求項８記載の放射検出装置。
【請求項１０】
前記変位読み出し部材は可動電極部であり、該可動電極部と対向するように前記基体に対して固定された固定電極部を備えたことを特徴とする請求項８記載の放射検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００７−１９２６９６（Ｐ２００７−１９２６９６Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１９７０（Ｐ２００６−１１９７０）
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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