(57)【要約】【課題】テラヘルツ波を精度良く電気信号に変換することができるテラヘルツ波検出装置を提供する。【解決手段】ベース基板２と、ベース基板２の上方に配列されている複数の第１検出素子９と、を備え、第１検出素子９は、テラヘルツ波１５を吸収して熱を発生させる吸収部４２と、吸収部４２にて発生した熱を電気信号に変換する変換部３４と、を有し、吸収部４２は、誘電体層４０と、誘電体層４０の一方の面に設けられている第１金属層４１と、誘電体層４０の他方の面に設けられている第２金属層３３と、とを有し、複数の第１検出素子９は、隣り合う吸収部４２の間で回折されたテラヘルツ波１５が誘電体層４０に入射するように配列されている。【選択図】図３
2014235146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に配列されている複数の検出素子と、を備え、
前記検出素子は、
テラヘルツ波を吸収して熱を発生させる吸収部と、
前記吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する変換部と、を有し、
前記吸収部は、
誘電体層と、
前記誘電体層の一方の面に設けられている第１金属層と、
前記誘電体層の他方の面に設けられている第２金属層と、を有し、
前記複数の検出素子は、隣り合う前記吸収部の間で回折された前記テラヘルツ波が前記誘電体層に入射するように配列されていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記第１金属層は互いに離間して所定の周期で配列され、
前記周期は前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の真空中における波長よりも短いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記第２金属層は前記変換部が変換した前記電気信号を伝達する配線と接続されていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記第１金属層と前記第２金属層との間には前記第１金属層から前記第２金属層へ熱を伝導する金属からなる柱状部を備えることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記基板の平面視において前記柱状部の幅は前記第１金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下であり、前記第２金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下であることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記吸収部及び前記変換部を支持する支持基板と、
前記支持基板を前記基板と離して支持する支持部と、を備えることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記誘電体層の材質は二酸化シリコンであり、
前記支持部は前記支持基板と接続する柱状の腕部を有し、
前記支持基板には１つの検出素子が設置され、前記検出素子が配列する方向の前記第１金属層の長さ及び前記誘電体層の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の真空中における波長より短く１０μｍより長いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載のテラヘルツ波検出装置であって、
前記誘電体層の材質は二酸化シリコンであり、
前記支持部は前記支持基板と接続する柱状の腕部を有し、
前記支持基板には１つの検出素子が設置され、前記検出素子が配列する方向の前記第１金属層の長さ及び前記誘電体層の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短く１０μｍより長いことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項９】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とするカメラ。
【請求項１０】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とするイメージング装置。
【請求項１１】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は請求項１〜８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波検出装置、カメラ、イメージング装置および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を吸収して熱に変換し、熱を電気信号に変換する光センサーが活用されている。そして、特定の波長に対する感度を向上した光センサーが特許文献１に開示されている。それによると、光センサーは光を吸収して熱を発生する吸収部と、熱を電気信号に変換する変換部とを備えている。
【０００３】
吸収部は直方体の形状をしており、吸収部の一面には格子状に凹凸が所定の周期で設置されている。吸収部に照射された光は回折または散乱し光の多重吸収が生じる。そして、特定の波長の光が吸収部に吸収される。これにより、吸収部は特定の波長の光の光強度に反応して光を熱に変換することができた。１つの吸収部には１つの変換部が設置されている。そして、変換部は吸収部の温度の変化を電気信号に変換していた。この特定の波長は４μｍ前後の波長を扱っており、凹凸の周期は１．５μｍ前後となっていた。
【０００４】
近年、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する光であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−４４７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
テラヘルツ波は波長が３０μｍ〜１ｍｍと長い光である。テラヘルツ波を検出するときには特許文献１の形態では光センサーが大きくなる。そして、吸収部の熱容量が大きくなるので反応速度が遅くなり、光センサーは検出精度が低いセンサーとなる。そこで、テラヘルツ波を検出するときにも精度良く電気信号に変換することができるテラヘルツ波検出装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例にかかるテラヘルツ波検出装置であって、基板と、前記基板の上方に配列されている複数の検出素子と、を備え、前記検出素子は、テラヘルツ波を吸収して熱を発生させる吸収部と、前記吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する変換部と、を有し、前記吸収部は、誘電体層と、前記誘電体層の一方の面に設けられている第１金属層と、前記誘電体層の他方の面に設けられている第２金属層と、を有し、前記複数の検出素子は、隣り合う前記吸収部の間で回折された前記テラヘルツ波が前記誘電体層に入射するように配列されていることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、テラヘルツ波検出装置は基板を備え、基板上方には複数の検出素子が配列されている。検出素子は吸収部と変換部とを備えている。吸収部はテラヘルツ波を吸収して熱を発生する。吸収部に照射されるテラヘルツ波の量に応じて吸収部は熱を発生させる。変換部は吸収部にて発生した熱を電気信号に変換する。従って、吸収部に照射されるテラヘルツ波の量に対応した電気信号を変換部が出力する。
【００１０】
吸収部の構造は誘電体層を第１金属層と第２金属層とで挟む形態となっている。誘電体層にテラヘルツ波が入射されるときテラヘルツ波は誘電体層の内部を進行する。テラヘルツ波は、第１金属層と誘電体層と第２金属層との間で反射する。そして、テラヘルツ波は反射を繰り返して誘電体層の内部を進行する過程で誘電体層にエネルギーが吸収されて熱に変換される。従って、テラヘルツ波検出装置を照射するテラヘルツ波は効率良く吸収部に吸収されてエネルギーが熱に変換される。
【００１１】
検出素子は配列しているので、第１金属層及び第２金属層も配列している。そして、隣り合う第１金属層の間と隣り合う第２金属層の間とはテラヘルツ波に対してスリットとして作用する。従って、吸収部の間でテラヘルツ波は進行方向を変えて効率よく吸収部に進入する。その結果、テラヘルツ波検出装置は照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換することができる。
【００１２】
［適用例２］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記第１金属層は互いに離間して所定の周期で配列され、前記周期は前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の真空中における波長よりも短いことを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、第１金属層は真空中のテラヘルツ波の波長よりも小さい周期で配置されている。これにより、隣り合う第１金属層の間の間隔は狭くなる為、テラヘルツ波は回折し易くなっている。従って、吸収部内にテラヘルツ波を進入させ易くすることができる。
【００１４】
［適用例３］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記第２金属層は前記変換部が変換した前記電気信号を伝達する配線と接続されていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、第２金属層は電気信号を伝達する配線と接続されている。従って、吸収部に発生する熱は第２金属層を伝導して吸収部から除熱される。従って、吸収部に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置は応答性良くテラヘルツ波の照射を電気信号に変換することができる。
【００１６】
［適用例４］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記第１金属層と前記第２金属層との間には前記第１金属層から前記第２金属層へ熱を伝導する金属からなる柱状部を備えることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、第１金属層と第２金属層との間に金属からなる柱状部が設置されている。そして、第１金属層の熱は柱状部、第２金属層及び配線を伝導して吸収部から除熱される。従って、吸収部に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置は応答性良くテラヘルツ波の照射を電気信号に変換することができる。
【００１８】
［適用例５］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記基板の平面視において前記柱状部の幅は前記第１金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下であり、前記第２金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下であることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、柱状部の幅は第１金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下であり、第２金属層の長さの１／５０以上且つ１／５以下である。柱状部の幅がこの範囲にあるとき、吸収部の熱が効率良く除熱され、テラヘルツ波が第１金属層及び第２金属層にて反射することを妨げないようにすることができる。
【００２０】
［適用例６］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記吸収部及び前記変換部を支持する支持基板と、前記支持基板を前記基板と離して支持する支持部と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、支持部は支持基板を基板から離して支持する。これにより、吸収部及び変換部の熱が基板に伝導する早さを遅らせることができる。従って、検出素子の温度をテラヘルツ波の検出に適した温度に維持することができる為、テラヘルツ波検出装置は精度良く照射されるテラヘルツ波を電気信号に変換することができる。
【００２２】
［適用例７］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記誘電体層の材質は二酸化シリコンであり、前記支持部は前記支持基板と接続する柱状の腕部を有し、前記支持基板には１つの検出素子が設置され、前記検出素子が配列する方向の前記第１金属層の長さ及び前記誘電体層の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の真空中における波長より短く１０μｍより長いことを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、支持基板には支持部の腕部が接続されている。第１金属層の長さ及び誘電体層の長さは真空中におけるテラヘルツ波の波長より短くなっている。尚、第１金属層の長さ及び誘電体層の長さは配列する方向が複数あるときには最も短い場所の長さを示す。これにより、検出素子の重量を軽くすることができる。そして、腕部を細くすることができる。または、腕部を長くすることができる。腕部が細いときまたは腕部が長いときには熱が伝導し難くなるので、検出素子は熱を検出し易くすることができる。また、検出素子の長さは１０μｍより長い。これにより、テラヘルツ波は第１金属層及び第２金属層にて多重反射する為、吸収部はテラヘルツ波を効率良く吸収することができる。その結果、検出素子は感度良くテラヘルツ波を検出することができる。
【００２４】
［適用例８］
上記適用例にかかるテラヘルツ波検出装置において、前記誘電体層の材質は二酸化シリコンであり、前記支持部は前記支持基板と接続する柱状の腕部を有し、前記支持基板には１つの検出素子が設置され、前記検出素子が配列する方向の前記第１金属層の長さ及び前記誘電体層の長さは前記吸収部にて吸収される前記テラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短く１０μｍより長いことを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、支持基板には支持部の腕部が接続されている。第１金属層の長さ及び誘電体層の長さはテラヘルツ波の振幅の２倍の長さより短くなっている。尚、テラヘルツ波が楕円偏光しているときにはテラヘルツ波の振幅は楕円の長軸方向の振幅を示す。これにより、検出素子の重量を軽くすることができる為、腕部を細くすることができる。または、腕部を長くすることができる。腕部が細いときまたは腕部が長いときには熱が伝導し難くなるので、検出素子は熱を検出し易くすることができる。また、第１金属層の長さは１０μｍより長い。これにより、テラヘルツ波は第１金属層及び第２金属層にて多重反射する為、吸収部はテラヘルツ波を効率良く吸収することができる。その結果、検出素子は感度良くテラヘルツ波を検出することができる。
【００２６】
［適用例９］
本適用例にかかるカメラであって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を記憶部に出力し、記憶部は検出結果を記憶する。テラヘルツ波検出部には上記に記載のテラヘルツ波検出装置が用いられている。従って、本適用例のカメラは照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
【００２８】
［適用例１０］
本適用例にかかるイメージング装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
【００２９】
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を画像形成部に出力し、画像形成部は検出結果を用いて対象物の画像を生成する。テラヘルツ波検出部は上記に記載のテラヘルツ波検出装置である。従って、本適用例のイメージング装置は照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
【００３０】
［適用例１１］
本適用例にかかる計測装置であって、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記テラヘルツ波発生部から射出され対象物を透過した前記テラヘルツ波または前記対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波検出部は上記のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置であることを特徴とする。
【００３１】
本適用例によれば、テラヘルツ波発生部から射出されたテラヘルツ波が対象物を照射する。テラヘルツ波は対象物を透過または反射した後、テラヘルツ波検出部を照射する。テラヘルツ波検出部はテラヘルツ波の検出結果を計測部に出力し、計測部は検出結果を用いて対象物を計測する。テラヘルツ波検出部は上記に記載のテラヘルツ波検出装置である。従って、本適用例の計測装置は照射されるテラヘルツ波を精度良く電気信号に変換するテラヘルツ波検出装置を備えた装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態にかかわり、（ａ）は、テラヘルツ波検出装置の構造を示す模式平面図、（ｂ）は、画素の構造を示す要部拡大図。
【図２】（ａ）は、第１検出素子の配置を説明するための模式平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、テラヘルツ波を説明するための模式図。
【図３】（ａ）は、第１検出素子の構造を示す模式平面図、（ｂ）は、第１検出素子の構造を示す模式側断面図。
【図４】第１検出素子の製造方法を説明するための模式図。
【図５】第１検出素子の製造方法を説明するための模式図。
【図６】第１検出素子の製造方法を説明するための模式図。
【図７】第１検出素子の製造方法を説明するための模式図。
【図８】第２の実施形態にかかわり、（ａ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図、（ｂ）は、第１検出素子の構造を示す模式側断面図。
【図９】第３の実施形態にかかわる第１検出素子の構造を示す模式平面図。
【図１０】第１検出素子の構造を示す模式側断面図。
【図１１】第４の実施形態にかかわり、（ａ）及び（ｂ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図。
【図１２】第５の実施形態にかかわり、（ａ）はイメージング装置の構成を示すブロック図、（ｂ）は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図１３】対象物の物質Ａ、Ｂ、及びＣの分布を示す画像の図。
【図１４】第６の実施形態にかかわる計測装置の構成を示すブロック図。
【図１５】第７の実施形態にかかわるカメラの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本実施形態では、テラヘルツ波検出装置の特徴的な例について、図１〜図１５に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００３４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわるテラヘルツ波検出装置について図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は、テラヘルツ波検出装置の構造を示す模式平面図である。図１（ａ）に示すように、テラヘルツ波検出装置１は四角形の基板としてのベース基板２を備え、ベース基板２の周囲には枠部３が設置されている。枠部３はベース基板２を保護する機能を有している。ベース基板２には格子状に画素４が配列している。画素４の行数及び列数は特に限定されない。画素４の個数が多い方が精度良く被検出物の形状を認識することができる。本実施形態では、図をわかり易くするためにテラヘルツ波検出装置１は１６行１６列の画素４を備えた装置とした。
【００３５】
図１（ｂ）は画素の構造を示す要部拡大図である。図１（ｂ）に示すように、画素４は第１画素５、第２画素６、第３画素７及び第４画素８により構成されている。ベース基板２の平面視（ベース基板２の板厚方向から見て）で第１画素５〜第４画素８はそれぞれ四角形となっており、同じ面積となっている。そして、第１画素５〜第４画素８は画素４の重心を通る線で４分割された場所に配置されている。
【００３６】
第１画素５には検出素子としての第１検出素子９が４行４列の格子状に配置され、第２画素６には検出素子としての第２検出素子１０が４行４列の格子状に配置されている。第３画素７には検出素子としての第３検出素子１１が４行４列の格子状に配置され、第４画素８には検出素子としての第４検出素子１２が４行４列の格子状に配置されている。第１検出素子９〜第４検出素子１２は同じ構造をしておりベース基板２の平面視における大きさが異なっている。第１検出素子９より第２検出素子１０が大きく、第２検出素子１０より第３検出素子１１が大きな素子となっている。そして、第３検出素子１１より第４検出素子１２が大きな素子となっている。
【００３７】
第１検出素子９〜第４検出素子１２はベース基板２の平面視における大きさと検出するテラヘルツ波の共振周波数との間で相関がある。大きい検出素子は小さい検出素子よりも波長の長いテラヘルツ波を検出することができる。第１検出素子９、第２検出素子１０、第３検出素子１１、第４検出素子１２が検出するテラヘルツ波の波長をそれぞれ第１波長、第２波長、第３波長、第４波長とする。このとき、第４波長がこれらの波長の中では最も長い波長であり、次に、第３波長、第２波長と続き、第１波長がこれらの波長の中では最も短い波長となっている。
【００３８】
画素４には第１検出素子９〜第４検出素子１２の４種類の検出素子が配置されている。従って、テラヘルツ波検出装置１は第１波長〜第４波長の４種類の波長のテラヘルツ波を検出することができる。第１検出素子９〜第４検出素子１２は同様の構造であるので、第１検出素子９の構造を説明し、第２検出素子１０〜第４検出素子１２の説明は省略する。
【００３９】
図２（ａ）は第１検出素子の配置を説明するための模式平面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）はテラヘルツ波を説明するための模式図である。図２（ａ）に示すように、第１画素５では第１検出素子９が４行４列の格子状に配置されている。各行において第１検出素子９は一定の周期で隔てて配置されている。その周期を周期としての第１周期１３とする。各列において第１検出素子９は一定の周期で隔てて配置されている。その周期を周期としての第２周期１４とする。テラヘルツ波１５は第１検出素子９に到達すると回折して第１検出素子９の内部に進入する。隣り合う第１検出素子９の間の部分は狭くなっており、テラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。従って、照射されるテラヘルツ波１５の進行方向は第１検出素子９の端で第１検出素子９の内部に向かう方向に変更される。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、テラヘルツ波１５は真空中で一定の波長１５ａを維持して進行する光である。そして、テラヘルツ波１５は第１画素５で検出される光とする。このとき、第１周期１３及び第２周期１４は波長１５ａより短いのが好ましい。第１周期１３及び第２周期１４が波長１５ａより短い方が長いときより隣り合う第１検出素子９の間がテラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。これにより、第１画素５は検出感度を上げることができる。
【００４１】
図２（ｃ）に示すように、テラヘルツ波１５は偏光する場合がある。偏光は楕円偏光や直線偏光がある。このときの偏光の長手方向を偏光方向１５ｂとする。偏光方向１５ｂはテラヘルツ波１５の進行方向と直交する方向となっている。そして、偏光方向１５ｂのテラヘルツ波１５の長さの半分の長さを振幅１５ｃとする。このとき、第１周期１３及び第２周期１４は振幅１５ｃの２倍の長さより短いのが好ましい。第１周期１３及び第２周期１４が振幅１５ｃの２倍の長さより短い方が長いときより隣り合う第１検出素子９の間がテラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。これにより、第１画素５は検出感度を上げることができる。
【００４２】
図３（ａ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図であり、図３（ｂ）は第１検出素子の構造を示す模式側断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図３に示すように、ベース基板２上には第１絶縁層１６が設置されている。ベース基板２の材質はシリコンであり、第１絶縁層１６の材質は特に限定されないが窒化シリコン、炭窒化シリコン、二酸化シリコン等を用いることができる。本実施形態では例えば二酸化シリコンを用いている。ベース基板２の第１絶縁層１６側の面には配線や駆動回路等の回路が形成されている。第１絶縁層１６はベース基板２上の回路を覆うことにより予定外の電流の流動を防止する。
【００４３】
第１絶縁層１６上には第１柱部１７及び第２柱部１８が立設されている。第１柱部１７及び第２柱部１８の材質は第１絶縁層１６と同じ材質である。第１柱部１７及び第２柱部１８の形状は四角錐の頂点を平坦にした角錐台の形状となっている。第１絶縁層１６の上側、第１柱部１７及び第２柱部１８の側面には第１保護層２１が設置されている。第１保護層２１は第１柱部１７及び第２柱部１８等を形成するときに用いるエッチング液から第１絶縁層１６、第１柱部１７及び第２柱部１８を保護する層である。第１柱部１７及び第２柱部１８及び第１絶縁層１６がエッチング液に耐性があるときには第１保護層２１の設置を省略しても良い。
【００４４】
第１柱部１７上には第２保護層２２を介して腕部及び支持部としての第１腕部２３が設置され、第２柱部１８の上には第２保護層２２を介して腕部及び支持部としての第２腕部２４が設置されている。そして、第１腕部２３及び第２腕部２４に接続して支持基板２５が配置され、第１腕部２３及び第２腕部２４が支持基板２５を支持している。第１柱部１７、第２柱部１８、第１腕部２３及び第２腕部２４により支持部２６が構成されている。
【００４５】
支持部２６により支持基板２５はベース基板２から離して支持されている。第２保護層２２は支持基板２５、第１柱部１７及び第２柱部１８等を形成するときに用いるエッチング液から第１腕部２３、第２腕部２４及び支持基板２５を保護する膜である。第１保護層２１及び第２保護層２２の材質は特に限定されないが本実施形態では例えば酸化アルミニウムを用いている。第１腕部２３、第２腕部２４及び支持基板２５がエッチング液に耐性があるときには第２保護層２２の設置を省略しても良い。
【００４６】
支持部２６により支持基板２５はベース基板２と離間しており、ベース基板２と支持基板２５との間は空洞２７となっている。第１腕部２３及び第２腕部２４の形状は角柱を直角に曲げた形状となっている。これにより、第１腕部２３及び第２腕部２４は長くなっており、支持基板２５からベース基板２に熱が伝導することを抑制する。
【００４７】
ベース基板２の表面と第１腕部２３の表面との間には第１柱部１７及び第１腕部２３を貫通する第１貫通電極２８が設置されている。さらに、ベース基板２の表面と第２腕部２４の表面との間には第２柱部１８及び第２腕部２４とを貫通する第２貫通電極２９が設置されている。
【００４８】
支持基板２５の材質は剛性があり加工可能であれば良く特に限定されないが本実施形態では例えば二酸化シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンの３層構造となっている。第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９の材質は導電性があり微細なパターンが形成可能であれば良く特に限定されないが例えばチタン、タングステン、アルミニウム等の金属を用いることができる。
【００４９】
支持基板２５上には第３金属層３１、焦電体層３２、第２金属層３３が積層された変換部３４が設置されている。言い換えれば、支持基板２５は変換部３４および吸収部４２を支持している。変換部３４は熱を電気信号に変換する焦電センサーの機能を有している。第３金属層３１の材質は電導性の良い金属であればよく、さらには耐熱性のある金属が好ましい。本実施形態では例えば、第３金属層３１はイリジウム、酸化イリジウム、白金の層を支持基板２５側からこの順に積層している。イリジウムは配向制御、酸化イリジウムは還元ガスバリア、白金はシード層としての機能を備えている。
【００５０】
焦電体層３２の材質は焦電効果を発揮することができる誘電体であり、温度変化に応じて電気分極量の変化を生じることができる。焦電体層３２の材質にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＰＺＴにＮｂ（ニオブ）を添加したＰＺＴＮを用いることができる。
【００５１】
第２金属層３３の材質は電導性の良い金属であればよく、さらには耐熱性のある金属が好ましい。本実施形態では例えば、第２金属層３３の材質に白金、酸化イリジウム、イリジウムの層を焦電体層３２側からこの順に積層している。白金は配向整合、酸化イリジウムは還元ガスバリア、イリジウムは低抵抗層としての機能を備えている。尚、第２金属層３３、第３金属層３１の材質は上記の例に限定されず、例えば、金、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉛、チタン等の金属やニクロム等の合金であっても良い。
【００５２】
変換部３４の周囲には第２絶縁層３５が配置されている。そして、第１腕部２３上には第１貫通電極２８と第２金属層３３とを接続する配線としての第１配線３６が設置され、第２腕部２４上には第２貫通電極２９と第３金属層３１とを接続する配線としての第２配線３７が設置されている。変換部３４が出力する電気信号は第１配線３６、第１貫通電極２８、第２配線３７及び第２貫通電極２９によりベース基板２上の電気回路に伝達される。第１配線３６は第１腕部２３から第２絶縁層３５の上を通って第２金属層３３と接続する。これにより、第１配線３６が第３金属層３１及び焦電体層３２と接触することが防止されている。さらに、第１配線３６及び第２配線３７を覆って図示しない絶縁膜が設置されても良い。第１配線３６及び第２配線３７に予定外の電流が流れることを防止することがきる。
【００５３】
焦電体層３２上には第２金属層３３、誘電体層４０、第１金属層４１が積層された吸収部４２が設置されている。吸収部４２の第２金属層３３と変換部３４の第２金属層３３とは共通の金属層である。すなわち、第２金属層３３は、焦電体層３２の焦電効果に応じて電流が流れる金属層である。さらに、第２金属層３３は吸収部４２の一部として機能する。これにより、テラヘルツ波検出装置１を構成する部材の削減が可能となり、低コスト化を図ることができる。尚、図示はしないが、第２金属層３３は、吸収部４２及び変換部３４において共通の金属層ではなくてもよい。すなわち、吸収部４２及び変換部３４は、別々の金属層を有していてもよい。
【００５４】
誘電体層４０は第２金属層３３上に設けられている。誘電体層４０の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。誘電体層４０の比誘電率は、例えば、２以上１００以下である。誘電体層４０は、例えば、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム、酸化チタン、ポリイミド、窒化シリコン、酸化アルミニウム、またはこれらの積層体を用いることができる。第１金属層４１の材質は、テラヘルツ波１５を反射し易い材質であればよく、例えば、金、銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉛、チタン等の金属やニクロム等の合金を用いることができる。
【００５５】
第１検出素子９にテラヘルツ波１５が照射されるときテラヘルツ波１５は第１検出素子９の端面にて回析する。そして、テラヘルツ波１５は進行方向が変わり一部のテラヘルツ波１５は誘電体層４０の内部に進入する。ベース基板２の上方には第１検出素子９が格子状に配置されており、第１金属層４１の周期は第１周期１３及び第２周期１４と同じ周期となっている。そして、第１金属層４１の周期はテラヘルツ波１５の波長に比べて小さい周期で配列されている。これにより、隣り合う第１検出素子９の間の部分はテラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。従って、照射されるテラヘルツ波１５の進行方向は第１検出素子９の端で第１検出素子９の内部に変更される。そして、テラヘルツ波１５は第１金属層４１と第２金属層３３との間で多重反射して誘電体層４０を進行する。
【００５６】
誘電体層４０を進行するテラヘルツ波１５のエネルギーは熱に変換される。そして、第１検出素子９を照射するテラヘルツ波１５の光強度が強い程誘電体層４０が加熱され吸収部４２の温度が上昇する。吸収部４２の熱は変換部３４に伝導する。そして、変換部３４の温度が上昇し、変換部３４は上昇した温度を電気信号に変換して第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９に出力する。
【００５７】
吸収部４２及び変換部３４に蓄えられた熱は、第２金属層３３、第１配線３６、第１腕部２３及び第１柱部１７を通ってベース基板２に伝導する。さらに、吸収部４２及び変換部３４に蓄えられた熱は、第３金属層３１、第２配線３７、第２腕部２４及び第２柱部１８を通ってベース基板２に伝導する。従って、第１検出素子９を照射するテラヘルツ波１５の光強度が低下するとき、時間の経過に伴って吸収部４２及び変換部３４の温度が低下する。従って、第１検出素子９は第１検出素子９に照射されるテラヘルツ波１５の光強度の変動を検出することができる。
【００５８】
第２金属層３３は平面視が正方形であり一辺の長さを第２金属層長３３ａとする。第１金属層４１も平面視が正方形であり一辺の長さを第１金属層長４１ａとする。誘電体層４０も平面視が正方形であり一辺の長さを誘電体層長４０ａとする。第２金属層長３３ａ、誘電体層長４０ａ、第１金属層長４１ａはそれぞれテラヘルツ波１５の波長１５ａより短くするのが好ましい。また、振幅１５ｃの２倍より短くするのが好ましい。第２金属層長３３ａ、誘電体層長４０ａ、第１金属層長４１ａを短くすることにより吸収部４２の重量を軽くすることができる。これにより、第１腕部２３及び第２腕部２４を細くすることができる為、第１腕部２３及び第２腕部２４の断熱性を高くすることができる。その結果、変換部３４及び吸収部４２から熱が放出され難くなるので、テラヘルツ波１５の検出精度を良くすることができる。
【００５９】
誘電体層４０の材質を二酸化シリコンにするときには第１金属層長４１ａ、誘電体層長４０ａ及び第２金属層長３３ａをそれぞれ１０μｍより長くするのが好ましい。このとき、テラヘルツ波１５を効率良く吸収部４２に吸収させることができる。
【００６０】
変換部３４及び吸収部４２を覆って第３保護層４３が設置されている。第３保護層４３は変換部３４及び吸収部４２に塵が付着することを防止する。さらに、酸素や水分の進入により変換部３４及び吸収部４２が劣化することを抑制する。第３保護層４３の材料には各種の樹脂材料が用いることができる。第３保護層４３はさらに第１腕部２３及び第２腕部２４を覆っても良い。これにより第３保護層４３は第１配線３６及び第２配線３７に塵が付着したり予定外の静電気が流動することを防止することができる。
【００６１】
配列した各第１検出素子９において外形に対する第１金属層４１の位置は同じ位置となっている。従って、各第１検出素子９の周期である第１周期１３は第１金属層４１の周期と同じ長さであり、誘電体層４０及び第２金属層３３の周期と同じ長さとなっている。そして、第１金属層４１の周期が波長１５ａより短く設定されることにより、テラヘルツ波１５を効率よく回折させて誘電体層４０の内部に向かって進行させることができる。
【００６２】
次に、図４〜図７を用いて、第１検出素子９の製造方法を説明する。第２検出素子１０〜第４検出素子１２の製造方法は第１検出素子９の製造方法と同じであり、説明を省略する。図４〜図７は第１検出素子の製造方法を説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、ベース基板２上に、第１絶縁層１６を形成する。第１絶縁層１６は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。次に、第１絶縁層１６には第１貫通孔２８ａ及び第２貫通孔２９ａがフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングして形成される。以下、パターニングはフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いることとする。次に、第１貫通孔２８ａ及び第２貫通孔２９ａにそれぞれ第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９が形成される。第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９は、例えば、めっき法、スパッタ法により形成される。
【００６３】
図４（ｂ）に示すように、第１絶縁層１６をパターニングして、第１柱部１７及び第２柱部１８を形成する。第１柱部１７及び第２柱部１８はドライエッチング法が用いられ製造条件を調整することにより側面を傾斜させることができる。次に、第１絶縁層１６、第１柱部１７及び第２柱部１８上に第１保護層２１を形成する。ＣＶＤ法にて酸化アルミニウムの膜を形成する。これにより、第１絶縁層１６、第１柱部１７及び第２柱部１８は酸化アルミニウムの膜に覆われた状態となる。
【００６４】
次に、第１保護層２１上にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2からなる犠牲層４４を形成する。このとき、第１柱部１７及び第２柱部１８を超える高さにＳｉＯ2の膜を形成し、犠牲層４４の膜厚を第１柱部１７及び第２柱部１８の高さより厚くする。次に、ＣＭＰ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて犠牲層４４の上面を平坦にし、第１柱部１７及び第２柱部１８の上面と犠牲層４４の面とを同一の面とする。さらに、第１柱部１７及び第２柱部１８の上面に残留する第１保護層２１及び犠牲層４４を除去する。
【００６５】
図４（ｃ）に示すように、犠牲層４４上に第２保護層２２を形成する。第２保護層２２はＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。次に、第２保護層２２上に支持基板層２５ａを形成する。支持基板層２５ａは第１腕部２３、第２腕部２４及び支持基板２５の元になる層である。支持基板層２５ａは、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法により形成される。
【００６６】
次に、第２保護層２２及び支持基板層２５ａをパターニングして、第１貫通孔２８ａ及び第２貫通孔２９ａを形成する。第１貫通孔２８ａ及び第２貫通孔２９ａは、それぞれ前工程で形成した第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９が露出するように形成される。次に、第１貫通孔２８ａに第１貫通電極２８の材料を充填し、第２貫通孔２９ａに第２貫通電極２９の材料を充填する。第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９は、例えば、めっき法、スパッタ法により形成される。以上の工程により、支持基板層２５ａの表面からベース基板２に繋がる第１貫通電極２８及び第２貫通電極２９が形成される。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、支持基板層２５ａ上に、第３金属層３１、焦電体層３２、及び第２金属層３３をこの順で積層して形成する。これにより、変換部３４が形成される。第３金属層３１及び第２金属層３３は、例えば、スパッタ法にて成膜しパターニングして形成される。焦電体層３２は、例えば、スパッタ法やゾルゲル法にて成膜した後でパターニングすることにより形成される。次に、第３金属層３１上及び支持基板層２５ａ上に、第２絶縁層３５を形成する。第２絶縁層３５は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法にて成膜しパターニングして形成される。
【００６８】
図５（ｂ）に示すように、支持基板層２５ａ上に第２配線３７を形成して、第３金属層３１と第２貫通電極２９とを電気的に接続する。さらに、支持基板層２５ａ上及び第２絶縁層３５上に第１配線３６を形成して、第２金属層３３と第１貫通電極２８とを電気的に接続する。第１配線３６及び第２配線３７は、例えば、めっき法、スパッタ法により形成される。
【００６９】
図６（ａ）に示すように、第２金属層３３上に、誘電体層４０及び第１金属層４１を、この順で積層して形成する。これにより、吸収部４２を形成することができる。誘電体層４０は、例えば、ＣＶＤ法による成膜されパターニングによって形成される。第１金属層４１は、例えば、スパッタ法により成膜されパターニングによって形成される。
【００７０】
図６（ｂ）に示すように、変換部３４及び吸収部４２を覆って第３保護層４３を形成する。第３保護層４３は、例えば、ＣＶＤ法による成膜されパターニングによって形成される。第３保護層４３はさらに第１配線３６及び第２配線３７を覆うように形成されても良い。
【００７１】
図７（ａ）に示すように、支持基板層２５ａ及び第２保護層２２をパターニングする。これにより、支持基板２５、第１腕部２３及び第２腕部２４が形成される。
【００７２】
図７（ｂ）に示すように、犠牲層４４を除去する。犠牲層４４の除去はマスキングした後でエッチングすることにより行なわれる。そして、エッチング後にマスキングが除去され洗浄される。第１柱部１７及び第２柱部１８は第１保護層２１に保護されているのでエッチングされずに形成される。支持基板２５のベース基板２側の面も第２保護層２２に保護されているのでエッチングされずに形成される。これにより、第１柱部１７、第２柱部１８及び空洞２７が形成される。また、第１柱部１７及び第２柱部１８と同時に枠部３が形成されてもよい。尚、第１検出素子９と並行して第２検出素子１０〜第４検出素子１２が形成される。以上の工程によりテラヘルツ波検出装置１が完成する。
【００７３】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、吸収部４２の構造は誘電体層４０を第１金属層４１と第２金属層３３とで挟む形態となっている。誘電体層４０にテラヘルツ波１５が入射されるときテラヘルツ波１５は誘電体層４０の内部を進行する。テラヘルツ波１５は、第１金属層４１と誘電体層４０との接触面で反射し、第２金属層３３と誘電体層４０との接触面で反射する。そして、テラヘルツ波１５は反射を繰り返すときに誘電体層４０の内部を進行する過程で誘電体層４０にエネルギーが吸収されて熱に変換される。従って、テラヘルツ波検出装置１を照射するテラヘルツ波１５は効率良く吸収部４２に吸収されてエネルギーが熱に変換される。
【００７４】
第１検出素子９は配列しているので、第１金属層４１及び第２金属層３３も配列している。そして、隣り合う第１金属層４１の間と隣り合う第２金属層３３の間とはテラヘルツ波１５に対してスリットとして作用する。従って、テラヘルツ波１５は効率よく吸収部４２に進入する為、テラヘルツ波検出装置１は照射されるテラヘルツ波１５を精度良く電気信号に変換することができる。
【００７５】
（２）本実施形態によれば、第１金属層４１は真空中のテラヘルツ波１５の波長よりも小さい周期で配置されている。そして、第２金属層３３は第１金属層と対向する場所に位置している。このとき、隣り合う第１金属層の間の間隔は狭くなる為、テラヘルツ波は回折し易くなっている。同様に、隣り合う第２金属層３３の間の間隔は狭くなる為、テラヘルツ波１５は回折し易くなっている。従って、吸収部４２内にテラヘルツ波１５を進入させ易くすることができる。
【００７６】
（３）本実施形態によれば、第２金属層３３は電気信号を伝達する第１配線３６と接続されている。従って、吸収部４２に発生する熱は第２金属層３３及び第１配線３６を伝導して吸収部４２から除熱される。従って、吸収部４２に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置１は応答性良くテラヘルツ波１５の照射を電気信号に変換することができる。
【００７７】
（４）本実施形態によれば、第１検出素子９は支持部２６を備え、支持部２６は支持基板２５を空中に支持する。これにより、第１検出素子９の熱が放熱する早さを遅らせることができる。従って、第１検出素子９の温度をテラヘルツ波１５の検出に適した温度に維持することができる為、テラヘルツ波検出装置１は精度良く照射されるテラヘルツ波１５を電気信号に変換することができる。
【００７８】
（５）本実施形態によれば、支持基板２５には第１腕部２３及び第２腕部２４が接続されている。第１金属層４１の長さは真空中におけるテラヘルツ波の波長より短くなっている。これにより、第１検出素子９の重量を軽くすることができる。そして、第１腕部２３及び第２腕部２４を細くすることができる。または、第１腕部２３及び第２腕部２４を長くすることができる。第１腕部２３及び第２腕部２４が細いときまたは第１腕部２３及び第２腕部２４が長いときには熱が伝導し難くなるので、第１検出素子９は熱を検出し易くすることができる。また、第１金属層４１の長さは１０μｍより長いのでテラヘルツ波１５を確実に反射させることができる。従って、吸収部４２はテラヘルツ波１５を効率良く吸収することができる為、第１検出素子９は感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
【００７９】
（６）本実施形態によれば、支持基板２５には第１腕部２３及び第２腕部２４が接続されている。第１金属層４１の長さはテラヘルツ波１５の振幅の２倍の長さより短くなっている。これにより、第１検出素子９の重量を軽くすることができる。そして、第１腕部２３及び第２腕部２４を細くすることができる。または、第１腕部２３及び第２腕部２４を長くすることができる。第１腕部２３及び第２腕部２４が細いときまたは第１腕部２３及び第２腕部２４が長いときには熱が伝導し難くなるので、第１検出素子９は熱を検出し易くすることができる。また、第１金属層４１の長さは１０μｍより長いので第１検出素子９はテラヘルツ波１５を確実に反射させることができる。従って、吸収部４２はテラヘルツ波１５を効率良く吸収することができる為、第１検出素子９は感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
【００８０】
（７）本実施形態によれば、テラヘルツ波１５は第１金属層４１と第２金属層３３との間で反射して誘電体層４０を進行する。従って、誘電体層４０は波長より短くても良いので吸収部４２の長さを短くすることができる。その結果、吸収部４２の熱容量を小さくすることができる為、第１検出素子９は感度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
【００８１】
（第２の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置の一実施形態について図８を用いて説明する。図８（ａ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図であり、図８（ｂ）は、第１検出素子の構造を示す模式側断面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１金属層４１と第２金属層３３との間に金属柱が設置された点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００８２】
すなわち、本実施形態では、図８に示すように、テラヘルツ波検出装置４５の第１検出素子４６では変換部３４に重ねて吸収部４７が設置されている。吸収部４７では第２金属層３３の上に誘電体層４８及び第１金属層４１が積層されている。誘電体層４８は第１の実施形態における誘電体層４０と同じ材質で同じ外形形状となっている。そして、ベース基板２の平面視で誘電体層４８の中央には柱状部としての金属柱４９が設置されている。金属柱４９の材質は第２金属層３３及び第１金属層４１と同様の金属からなる材質となっている。そして、金属柱４９は第２金属層３３と第１金属層４１とを連結している。これにより、第１金属層４１の熱は金属柱４９を通って第２金属層３３に伝導するようになっている。そして、第１金属層４１の熱は金属柱４９、第２金属層３３及び第１配線３６を伝導して吸収部４７から除熱される。従って、吸収部４７に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置４５は応答性良くテラヘルツ波１５の照射を電気信号に変換することができる。
【００８３】
金属柱４９の幅を金属柱幅４９ａとする。金属柱幅４９ａは第１金属層長４１ａの１／５０以上且つ１／５以下の長さとなっている。さらに、金属柱幅４９ａは第２金属層長３３ａの１／５０以上且つ１／５以下の長さとなっている。そして、誘電体層４８の長さを誘電体層長４８ａとするとき、金属柱幅４９ａは誘電体層長４８ａの１／５０以上且つ１／５以下の長さとなっている。金属柱幅４９ａがこの範囲にあるとき、吸収部４７の熱が除熱され、テラヘルツ波１５が第１金属層４１及び第２金属層３３にて反射することを妨げないようにすることができる。尚、第１金属層４１が長方形のときには第１金属層長４１ａは長辺の長さとし、第２金属層３３が長方形のときには第２金属層長３３ａは長辺の長さとする。誘電体層４８が長方形のときには誘電体層長４８ａは長辺の長さとする。
【００８４】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、吸収部４７に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置４５は応答性良くテラヘルツ波１５の照射を電気信号に変換することができる。
【００８５】
（２）本実施形態によれば、吸収部４７の熱が除熱され、テラヘルツ波１５が第１金属層４１及び第２金属層３３にて反射することを妨げないようにすることができる。
【００８６】
（第３の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置の一実施形態について図９及び図１０を用いて説明する。図９は第１検出素子の構造を示す模式平面図であり、図１０は、第１検出素子の構造を示す模式側断面図である。図１０は図９のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、変換部上に吸収部が格子状に配列して設置された点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００８７】
すなわち、本実施形態では、図９及び図１０に示すように、テラヘルツ波検出装置５２は第１画素５に第１検出素子５３が設置されている。第１検出素子５３はベース基板２を備え、ベース基板２上に第１柱部１７及び第２柱部１８が立設されている。第１柱部１７には第１腕部５４が設置され、第２柱部１８には第２腕部５５が設置されている第１腕部５４及び第２腕部５５は支持基板５６を支持している。支持基板５６とベース基板２との間は空洞２７となっている。
【００８８】
支持基板５６上には第３金属層５７、焦電体層５８及び第２金属層５９が積層された変換部６０が設置されている。変換部６０の周囲には第２絶縁層６１が設置されている。第１柱部１７の中央には第１貫通電極２８が設置され、第２柱部１８の中央には第２貫通電極２９が設置されている。第２金属層５９と第１貫通電極２８とは第１配線６２により接続され、第３金属層５７と第２貫通電極２９とは第２配線６３により接続されている。
【００８９】
第２金属層５９上には誘電体層４０が格子状に配列して設置され、各誘電体層４０上には第１金属層４１が設置されている。第２金属層５９、誘電体層４０及び第１金属層４１により吸収部６４が構成されている。各吸収部６４を覆って第３保護層６５が設置されている。尚、図９では第３保護層６５が省略されている。
【００９０】
第１検出素子５３を照射するテラヘルツ波１５は隣り合う吸収部６４の間で回折し誘電体層４０に進入（入射）する。誘電体層４０の中ではテラヘルツ波１５が誘電体層４０と第１金属層４１との界面で反射し、誘電体層４０と第２金属層５９との界面で反射する。そして、配列した吸収部６４を反射しながら通過して進行する。進行する過程でテラヘルツ波１５のエネルギーは熱に変換される。
【００９１】
吸収部６４は行方向及び列方向に等間隔に配置されている。従って、吸収部６４の第１金属層４１も等間隔に配置されている。第１金属層４１の周期を第３周期６６とする。第３周期６６をテラヘルツ波１５の波長１５ａより短くすることにより、テラヘルツ波１５を回折し易くすることができる。さらに、第３周期６６をテラヘルツ波１５の振幅１５ｃの２倍の長さより短くすることにより、テラヘルツ波１５を回折し易くすることができる。そして、テラヘルツ波１５のエネルギーが効率よく誘電体層４０に吸収される。従って、テラヘルツ波検出装置５２は精度良くテラヘルツ波１５を検出することができる。
【００９２】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、変換部６０上には吸収部６４が配列している。そして、隣り合う吸収部６４の間がスリットとして作用する為、テラヘルツ波検出装置５２を照射するテラヘルツ波１５は効率良く吸収部６４に進入する。従って、テラヘルツ波検出装置５２は効率良くテラヘルツ波１５のエネルギーを熱に変換することができる。その結果、テラヘルツ波検出装置５２は精度良くテラヘルツ波１５の光強度を検出することができる。
【００９３】
（第４の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置の一実施形態について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は第１検出素子の構造を示す模式平面図である。本実施形態が第３の実施形態と異なるところは、第１検出素子の配置パターンがことなる点にある。尚、第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９４】
図１１（ａ）に示すようにテラヘルツ波検出装置６８では、第１検出素子６９及び第１金属層７０は、正六角形の平面形状を有している。テラヘルツ波検出装置６８の第１検出素子６９はベース基板２の平面視においてハニカム構造に配列されている。これにより、第１検出素子６９を密に配置することができる。
【００９５】
テラヘルツ波検出装置６８では、第１金属層７０の第１方向７１における第１周期７１ａと、第１方向７１に対して６０°傾斜した第２方向７２の第２周期７２ａと、第１方向７１に対して１２０°傾斜した第３方向７３の第３周期７３ａとは等しい周期となっている。そのため、テラヘルツ波検出装置６８はテラヘルツ波検出装置５２に比べて、より偏波の方向に依存せずに、テラヘルツ波１５を検出することができる。
【００９６】
図１１（ｂ）に示すように、テラヘルツ波検出装置７６では、第１検出素子７７及び第１金属層７８は、正三角形の平面形状を有している。テラヘルツ波検出装置７６の第１検出素子７７はベース基板２の平面視において正三角形の各辺が対向するように配列されている。これにより、第１検出素子７７を密に配置することができる。
【００９７】
テラヘルツ波検出装置７６では、第１金属層７８の第１方向７９における第１周期７９ａと、第１方向７９に対して６０°傾斜した第２方向８０の第２周期８０ａと、第１方向７９に対して１２０°傾斜した第３方向８１の第３周期８１ａとは等しい周期となっている。そのため、テラヘルツ波検出装置７６はテラヘルツ波検出装置５２に比べて、より偏波の方向に依存せずに、テラヘルツ波１５を検出することができる。
【００９８】
（第５の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたイメージング装置の一実施形態について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２（ａ）はイメージング装置の構成を示すブロック図である。図１２（ｂ）は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。図１３は、対象物の物質Ａ、Ｂ、及びＣの分布を示す画像の図である。
【００９９】
図１２（ａ）に示すようにイメージング装置８４はテラヘルツ波発生部８５、テラヘルツ波検出部８６及び画像形成部８７を備えている。テラヘルツ波発生部８５はテラヘルツ波１５を対象物８８に射出する。テラヘルツ波検出部８６は対象物８８を透過したテラヘルツ波１５または対象物８８にて反射されたテラヘルツ波１５を検出する。画像形成部８７はテラヘルツ波検出部８６の検出結果に基づいて、対象物８８の画像のデータである画像データを生成する。
【０１００】
テラヘルツ波発生部８５には、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーとを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波数発生方式を用いることができる。テラヘルツ波検出部８６には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。
【０１０１】
テラヘルツ波検出部８６は第１検出素子９〜第４検出素子１２を備え、各検出素子は異なる波長のテラヘルツ波１５を検出する。従って、テラヘルツ波検出部８６は４種類の波長のテラヘルツ波１５を検出することができる。イメージング装置８４は第１検出素子９及び第２検出素子１０を用いて２種類の波長のテラヘルツ波１５を検出し、対象物８８を分析する装置である。
【０１０２】
分光イメージングの対象となる対象物８８が、第１物質８８ａ、第２物質８８ｂ、及び第３物質８８ｃにより構成されているとする。イメージング装置８４は、この対象物８８の分光イメージングを行う。テラヘルツ波検出部８６は対象物８８により反射されたテラヘルツ波１５を検出することとする。尚、分析に使用する波長の種類は３種類以上にしても良い。これによりさらに多くの種類の対象物８８を分析することができる。
【０１０３】
第１検出素子９が検出するテラヘルツ波１５の波長を第１波長とし、第２検出素子１０が検出する波長を第２波長とする。対象物８８にて反射されたテラヘルツ波１５の第１波長の光強度を第１強度とし、第２波長の光強度を第２強度とする。第１物質８８ａと第２物質８８ｂと第３物質８８ｃとで第１強度と第２強度の差分が互いに顕著に区別できるように第１波長及び第２波長が設定されている。
【０１０４】
図１２（ｂ）において縦軸は検出されたテラヘルツ波１５の光強度を示し、図中上側が下側より強い強度となっている。横軸は検出されたテラヘルツ波１５の波長を示し図中右側が左側より長い波長となっている。第１特性線８９は第１物質８８ａが反射するテラヘルツ波１５の波長と光強度との関係を示す線である。同様に、第２特性線９０は第２物質８８ｂの特性を示し、第３特性線９１は第３物質８８ｃの特性を示している。横軸には第１波長９２及び第２波長９３の場所が明示されている。
【０１０５】
対象物８８が第１物質８８ａのとき対象物８８で反射したテラヘルツ波１５の第１波長９２の光強度を第１強度８９ａとし第２波長９３の光強度を第２強度８９ｂとする。第１強度８９ａは第１波長９２における第１特性線８９の値であり、第２強度８９ｂは第２波長９３における第１特性線８９の値である。第２強度８９ｂから第１強度８９ａを減算した値である第１波長差は正値となる。
【０１０６】
同様に、対象物８８が第２物質８８ｂのとき対象物８８で反射したテラヘルツ波１５の第１波長９２の光強度を第１強度９０ａとし第２波長９３の光強度を第２強度９０ｂとする。第１強度９０ａは第１波長９２における第２特性線９０の値であり、第２強度９０ｂは第２波長９３における第２特性線９０の値である。第２強度９０ｂから第１強度９０ａを減算した値である第２波長差は零となる。
【０１０７】
対象物８８が第３物質８８ｃのとき対象物８８で反射したテラヘルツ波１５の第１波長９２の光強度を第１強度９１ａとし第２波長９３の光強度を第２強度９１ｂとする。第１強度９１ａは第１波長９２における第３特性線９１の値であり、第２強度９１ｂは第２波長９３における第３特性線９１の値である。第２強度９１ｂから第１強度９１ａを減算した値である第３波長差は負値となる。
【０１０８】
イメージング装置８４が対象物８８の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生部８５がテラヘルツ波１５を発生させる。そして、テラヘルツ波発生部８５がテラヘルツ波１５を対象物８８に照射する。そして、対象物８８で反射されたテラヘルツ波１５の光強度をテラヘルツ波検出部８６が検出する。この検出結果は、画像形成部８７に送出される。尚、対象物８８へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物８８で反射したテラヘルツ波１５の検出は検査する領域に位置する総ての対象物８８に対して行う。
【０１０９】
画像形成部８７はテラヘルツ波検出部８６の検出結果を用いて第２波長９３における光強度から第１波長９２における光強度を減算する。そして、減算した結果が正値となる部位を第１物質８８ａと判断する。同様に、減算した結果が零となる部位を第２物質８８ｂと判断し、減算した結果が負値となる部位を第３物質８８ｃと判断する。
【０１１０】
図１３に示すように、また、画像形成部８７では、対象物８８の第１物質８８ａ、第２物質８８ｂ、及び第３物質８８ｃの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは画像形成部８７から図示しないモニターに出力され、モニターは第１物質８８ａ、第２物質８８ｂ、及び第３物質８８ｃの分布を示す画像を表示する。例えば、第１物質８８ａの分布する領域は黒色、第２物質８８ｂの分布する領域は灰色、第３物質８８ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。以上のように、イメージング装置８４では対象物８８を構成する各物質の同定と、その各物質の分布測定とを同時に行うことができる。
【０１１１】
尚、イメージング装置８４の用途は、上記のものに限らない。例えば、人物に対してテラヘルツ波１５を照射し人物を透過または反射したテラヘルツ波１５を検出する。画像形成部８７において検出したテラヘルツ波１５の検出結果の処理を行うことにより、その人物が拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。テラヘルツ波検出部８６には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。従って、イメージング装置８４は高い検出感度を有することができる。
【０１１２】
（第６の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いた計測装置の一実施形態について図１４を用いて説明する。図１４は計測装置の構成を示すブロック図である。図１４に示すように計測装置９６は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部９７、テラヘルツ波検出部９８及び計測部９９を備えている。テラヘルツ波発生部９７は対象物１００にテラヘルツ波１５を照射する。テラヘルツ波検出部９８は対象物１００を透過するテラヘルツ波１５または対象物１００にて反射されたテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部９８には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。計測部９９はテラヘルツ波検出部９８の検出結果に基づいて、対象物１００を計測する。
【０１１３】
次に、計測装置９６の使用例について説明する。計測装置９６により、対象物１００の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生部９７により、テラヘルツ波１５を発生させ、そのテラヘルツ波１５を対象物１００に照射する。そして、対象物１００を透過したテラヘルツ波１５または対象物１００で反射されたテラヘルツ波１５をテラヘルツ波検出部９８が検出する。検出結果は、テラヘルツ波検出部９８から計測部９９に出力される。尚、この対象物１００へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物１００を透過したテラヘルツ波１５または対象物１００で反射されたテラヘルツ波１５の検出は計測範囲内に位置する総ての対象物１００に対して行なわれる。
【０１１４】
計測部９９は、検出結果から各画素４を構成する第１検出素子９〜第４検出素子１２において検出されたテラヘルツ波１５のそれぞれの光強度を入力して対象物１００の成分及びその分布等の分析を行う。テラヘルツ波検出部９８には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。従って、計測装置９６は高い検出感度を有することができる。
【０１１５】
（第７の実施形態）
次に、テラヘルツ波検出装置を用いたカメラの一実施形態について図１５を用いて説明する。図１５はカメラの構成を示すブロック図である。図１５に示すようにカメラ１０３は、テラヘルツ波発生部１０４、テラヘルツ波検出部１０５、記憶部１０６及び制御部１０７を備えている。テラヘルツ波発生部１０４はテラヘルツ波１５を対象物１０８に照射する。テラヘルツ波検出部１０５は対象物１０８で反射されたテラヘルツ波１５または対象物１０８を透過したテラヘルツ波１５を検出する。テラヘルツ波検出部１０５には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。記憶部１０６はテラヘルツ波検出部１０５の検出結果を記憶する。制御部１０７はテラヘルツ波発生部１０４、テラヘルツ波検出部１０５及び記憶部１０６の動作を制御する。
【０１１６】
カメラ１０３は筐体１０９を備え、テラヘルツ波発生部１０４、テラヘルツ波検出部１０５、記憶部１０６及び制御部１０７は筐体１０９に収められている。カメラ１０３は、対象物１０８にて反射したテラヘルツ波１５をテラヘルツ波検出部１０５に結像させるレンズ１１０を備えている。さらに、カメラ１０３はテラヘルツ波発生部１０４が射出するテラヘルツ波１５を筐体１０９の外部へ射出させるための窓部１１１を備えている。レンズ１１０や窓部１１１の材質は、テラヘルツ波１５を透過し屈折させるシリコン、石英、ポリエチレン等によって構成されている。尚、窓部１１１は、スリットのように単に開口が設けられている構成としてもよい。
【０１１７】
次に、カメラ１０３の使用例について説明する。対象物１０８を撮像するとき、まず、制御部１０７はテラヘルツ波発生部１０４にテラヘルツ波１５を射出させる。そのテラヘルツ波１５を対象物１０８に照射する。そして、対象物１０８にて反射されたテラヘルツ波１５はレンズ１１０によってテラヘルツ波検出部１０５に結像され、テラヘルツ波検出部１０５が対象物１０８を検出する。検出結果はテラヘルツ波検出部１０５から記憶部１０６に出力されて記憶される。尚、対象物１０８へのテラヘルツ波１５の照射及び対象物１０８で反射されたテラヘルツ波１５の検出は、撮像範囲内に位置する総ての対象物１０８に対して行われる。また、カメラ１０３は検出結果を、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信しても良い。パーソナルコンピューターは検出結果に基づいて各種の処理を行うことができる。
【０１１８】
カメラ１０３のテラヘルツ波検出部１０５には上記に記載したテラヘルツ波検出装置１、テラヘルツ波検出装置５２、テラヘルツ波検出装置６８及びテラヘルツ波検出装置７６の何れかが用いられている。従って、カメラ１０３は高い検出感度を有することができる。
【０１１９】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。上記実施形態で説明した構成と実質的に同一の機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成にしても良い。また、上記実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成にしても良い。変形例を以下に述べる。
【０１２０】
（変形例１）
前記第１の実施形態では、ベース基板２と支持基板２５との間が空洞２７になる構造とした。変換部３４の検出感度が良いときには変換部３４をベース基板２に設置しても良い。第１柱部１７及び第２柱部１８を製造する工程を削減できるので、テラヘルツ波検出装置１を製造し易くすることができる。
【０１２１】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、誘電体層４０上に第１金属層４１が積層された。第１金属層４１は格子状等に形成しても良い。テラヘルツ波１５を反射し易いパターンにしても良い。
【０１２２】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、ベース基板２上に第１検出素子９が縦横に配列する格子状に配置された。第１検出素子９を通過するテラヘルツ波１５が隣に位置する第１検出素子９に進行すれば良く、第１検出素子９の配列は格子状以外の配列パターンでも良い。例えば、第４の実施形態における第１検出素子６９や第１検出素子７７のパターンと同様のパターンに配置されても良い。第１検出素子９の配列はこれ以外の繰り返しパターンにしても良い。
【０１２３】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、第１検出素子９〜第４検出素子１２の４種類の検出素子が設置された。検出素子の種類は１〜３種類でも良く５種類以上でも良い。検出したいテラヘルツ波１５の波長の数に合わせても良い。
【０１２４】
（変形例５）
前記第１の実施形態では、吸収部４２側からベース基板２に向かって進行するテラヘルツ波１５が吸収部４２にて回折する形態となっていた。ベース基板２から吸収部４２に向かって進行するテラヘルツ波１５は変換部３４にて回折する。この形態のときにもテラヘルツ波１５が第１金属層４１と第２金属層３３との間で反射を繰り返すので効率よく誘電体層４０がテラヘルツ波１５を吸収することができる。
【０１２５】
（変形例６）
前記第２の実施形態における金属柱４９（柱状部）は第３の実施形態における吸収部６４に設置されても良い。さらに、金属柱４９は第４の実施形態における第１検出素子６９及び第１検出素子７７に設置されても良い。さらに、金属柱４９はその他のパターン形状の検出素子に設置されても良い。このときにも、吸収部に熱が滞留することが抑制される為、テラヘルツ波検出装置は応答性良くテラヘルツ波１５の照射を電気信号に変換することができる。さらに、テラヘルツ波１５が第１金属層及び第２金属層にて反射することを妨げないようにすることができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１…テラヘルツ波検出装置、２…基板としてのベース基板、９…検出素子としての第１検出素子、１０…検出素子としての第２検出素子、１１…検出素子としての第３検出素子、１２…検出素子としての第４検出素子、１３…周期としての第１周期、１４…周期としての第２周期、１５…テラヘルツ波、１５ａ…波長、１７…支持部としての第１柱部、１８…支持部としての第２柱部、２３…腕部及び支持部としての第１腕部、２４…腕部及び支持部としての第２腕部、３３…第２金属層、３４…変換部、３６…配線としての第１配線、３７…配線としての第２配線、４０…誘電体層、４１…第１金属層、４２…吸収部、４９…柱状部としての金属柱、８４…イメージング装置、８５，９７，１０４…テラヘルツ波発生部、８６，９８，１０５…テラヘルツ波検出部、８７…画像形成部、８８，１００，１０８…対象物、９６…計測装置、９９…計測部、１０３…カメラ、１０６…記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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