(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボロメータを製造する方法であって、
集積回路の第1の基板層の外面上に近接して、透過エネルギーのスペクトルにおける１つ以上の波長の有無を検出するよう動作可能な検出器のアレイを形成する段階と、
前記集積回路の第2の基板層上に近接して１つ以上のフィルタを形成する段階であって、前記１つ以上のフィルタは、該１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用する、段階と、
前記第2の基板層を前記の集積回路の第1の基板層の外面に結合させることで、前記検出器のアレイを真空環境に閉じ込め、かつパッケージされた集積回路構造を形成する、段階と、
ボロメータのサブアレイを備えた前記検出器のアレイにおける各検出器を形成する段階
を含む方法。
【請求項２】
前記第2の基板層上に近接して１つ以上のフィルタを設ける段階は、前記真空環境の外部で１つ以上のフィルタを形成する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第2の基板層上に近接して１つ以上のフィルタを形成する段階は、前記真空環境の内部で１つ以上のフィルタを形成する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第2の基板層上に近接して１つ以上のフィルタを形成する段階は、
前記の集積回路の第1の基板層の外面上に近接して１つ以上のスペーサを配置する段階と、
前記１つ以上のスペーサ上に中間基板層を配置する段階と、
前記中間基板層上に近接して１つ以上のフィルタを設ける段階と、
を含み、
前記中間基板層は、前記１つ以上のスペーサによって支持され、
前記検出器のアレイは、前記の集積回路の第1の基板層の外面と前記中間基板層との間に位置付けられ、
該１つ以上のフィルタは、前記真空環境内に閉じ込められる、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数の交互の誘電体層を備えたフィルタを形成する段階をさらに有する請求項１記載の方法であって、
第１の誘電体層は、第１の誘電体材料を含み、
第２の誘電体層は、第２の誘電体材料を含む、
方法。
【請求項６】
内部に形成される１つ以上の開口を含む金属のシートを備えた前記１つ以上のフィルタを形成する段階をさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
１つ以上の誘電体支持層上に近接する１つ以上の誘電体塔を備えた前記１つ以上のフィルタを形成する段階をさらに有する請求項１記載の方法であって、
前記誘電体塔の高さ及び間隔は、前記１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用するよう選択される、
方法。
【請求項８】
１つ以上の偏光フィルタを備えた前記１つ以上のフィルタを形成する段階をさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記検出器のアレイが、像検出用の第1サブアレイ及び分光検出用の第2サブアレイを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記の基板層の外面上に近接して１つ以上の生物反応パッチを形成する段階を更に含む請求項１記載の方法であって、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤を検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される、方法。
【請求項１１】
前記１つ以上のフィルタの外面上に近接して１つ以上の生物反応パッチを形成する段階を更に含む請求項１記載の方法であって、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤を検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される、方法。
【請求項１２】
前記フィルタ面が、前記第1サブアレイに付随する第1フィルタアレイ及び前記第2サブアレイに付随する第2フィルタアレイを有する、請求項9記載の方法。
【請求項１３】
集積回路の第1の基板層の外面上に近接して設けられる検出器のアレイでの透過エネルギーのスペクトルを受ける段階と、
前記スペクトル内での１つ以上の波長の有無を検出する段階と、
を含み、
前記集積回路の第２の基板層は、前記検出器のアレイを真空環境内に閉じ込めるよう前記の集積回路の第1の基板層の外面と結合することで、パッケージされた集積回路構造が形成され、
前記第２の基板層は、１つ以上のフィルタを含み、
前記１つ以上のフィルタは、該１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用し、かつ、
前記検出器のアレイにおける各検出器は、ボロメータのサブアレイを含む、
分光方法。
【請求項１４】
前記１つ以上のフィルタは、前記真空環境外部である前記第2の基板層の外面上に近接して配置される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上のフィルタは、前記第２の基板層の内面にして配置され、かつ前記真空環境内に配置される請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上のフィルタは、前記の集積回路基板層の外面上に近接する１つ以上のスペーサによって支持される中間基板層上に近接して配置され、
前記検出器のアレイは、前記集積回路基板層と前記中間基板層との間に位置付けられ、
該１つ以上のフィルタは、前記真空環境内に閉じ込められる請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
各フィルタは、複数の交互の誘電体層を含み、
第１の誘電体層は、第１の誘電体材料を含み、
第２の誘電体層は、第２の誘電体材料を含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上のフィルタは、内部に形成される１つ以上の開口を含む金属のシートを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記１つ以上のフィルタは、１つ以上の誘電体支持層上に近接して形成される１つ以上の誘電体塔を含み、
前記誘電体塔の高さ及び間隔は、前記１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用するよう選択される請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上のフィルタは、１つ以上の偏光フィルタを含む請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
前記スペクトルにおける前記１つ以上の波長の有無の検出からガスの存在を判断する段階を更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の基板層の外面上に近接して１つ以上の生物反応パッチを設ける段階を更に含み、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤の検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される請求項１３記載の方法。
【請求項２３】
前記１つ以上のフィルタの外面上に近接して１つ以上の生物反応パッチを設ける段階を更に含み、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤を検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される請求項１３記載の方法。
【請求項２４】
前記検出器のアレイが、像検出用の第1サブアレイ及び分光検出用の第2サブアレイを有し、
フィルタ面上に供される前記１つ以上のフィルタは、前記第1サブアレイに付随する第1フィルタアレイ及び前記第2サブアレイに付随する第2フィルタアレイを有する、
請求項１３記載の方法。
【請求項２５】
集積回路の第1の基板層の外面上に近接して設けられ、透過エネルギーにおける１つ以上の波長の有無を検出するよう動作可能な検出器のアレイと、
前記検出器のアレイを真空環境内に閉じ込めるよう前記の集積回路の第1の基板層の外面と結合する第２の基板層と、
前記第２の基板層上に近接して設けられる１つ以上のフィルタと、
を含む分光用の集積回路であって、
前記１つ以上のフィルタは、該１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用し、かつ、
前記検出器のアレイにおける各検出器は、ボロメータのサブアレイを含む、
分光用のボロメータ。
【請求項２６】
前記１つ以上のフィルタは、前記真空環境外部である前記の第2の基板層の外面上に近接して形成される請求項２５記載のボロメータ。
【請求項２７】
前記１つ以上のフィルタは、前記第２の基板層の内面上に近接して形成され、かつ前記真空環境内に形成される請求項２５記載のボロメータ。
【請求項２８】
前記１つ以上のフィルタは、前記の集積回路の第1の基板層の外面上に近接する１つ以上のスペーサによって支持される中間基板層上に近接して配置され、
前記検出器のアレイは、前記集積回路の第1の基板層と前記中間基板層との間に位置付けられ、
該１つ以上のフィルタは、前記真空環境内に閉じ込められる請求項２５記載のボロメータ。
【請求項２９】
各フィルタは、複数の交互の誘電体層を含み、
第１の誘電体層は、第１の誘電体材料を含み、
第２の誘電体層は、第２の誘電体材料を含む請求項２５記載の集積回路。
【請求項３０】
前記１つ以上のフィルタは、内部に形成される１つ以上の開口を含む金属のシートを含む請求項２５記載のボロメータ。
【請求項３１】
前記１つ以上のフィルタは、１つ以上の誘電体支持層上に近接して形成される１つ以上の誘電体塔を含み、
前記誘電体塔の高さ及び間隔は、前記１つ以上のフィルタを通る前記透過エネルギーのスペクトルに作用するよう選択される請求項２５記載のボロメータ。
【請求項３２】
前記１つ以上のフィルタは、１つ以上の偏光フィルタを含む請求項２７記載のボロメータ。
【請求項３３】
前記検出器のアレイは更に、前記スペクトルにおける前記１つ以上の波長の有無からガスの存在を判断するよう動作可能である請求項２５記載のボロメータ。
【請求項３４】
前記第２の基板層の外面上に近接する１つ以上の生物反応パッチを更に含み、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤を検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される請求項２５記載のボロメータ。
【請求項３５】
前記１つ以上のフィルタの外面上に近接する１つ以上の生物反応パッチを更に含み、
前記１つ以上の生物反応パッチは、生物剤を検出するよう前記エネルギーの透過によって作用される請求項２５記載のボロメータ。
【請求項３６】
前記検出器のアレイが、像検出用の第1サブアレイ及び分光検出用の第2サブアレイを有し、
フィルタ面上に供される前記１つ以上のフィルタは、前記第1サブアレイに付随する第1フィルタアレイ及び前記第2サブアレイに付随する第2フィルタアレイを有する、
請求項２５記載のボロメータ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は一般的に、集積回路の分野に係わり、より具体的には、マイクロフィルタアレイを含む集積分光マイクロボロメータに係る。
［発明の背景］
赤外光のスペクトルにおける特定の波長又は波長範囲の検出は、作像及び分光学の両方に有用である。作像では、フィルタが、光学検出器の前に配置され、赤外光といったエネルギーがフィルタを通り光学検出器まで案内され得る。フィルタは、赤外光のスペクトルのうちの特定の波長又は波長範囲を阻止し、その他全ての波長を光学検出器による検出のためにフィルタを通過することを許可し得る。或いは、フィルタは、特定の波長又は波長範囲がフィルタを通過することを許可し、一方でその他全ての波長を阻止するよう動作し得る。どちらの場合においても、赤外光は、単色又は多色の像に変換され得る。
【０００２】
更に、特化された分光フィルタが、光学検出器と共に使用されて、蒸気、化学物質、ガス、又は生物剤への露出を検出し得る。一般的に、作像及び分光に使用されるフィルタは、機械制御されるフィルタか又は大きくかさばるフィルタホイールである。従って、現行の分光及び作像システムは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）といった集積回路とは両立性がなく、また、有毒ガス及び他の蒸気、化学物質、ガス、又は生物剤の現場での即座の検出のために容易に持ち運び可能ではない。
［例示的な実施例の概要］
本発明では、スペーサ層を形成する方法に関連付けられる不利点及び問題が低減又は除去される。
【０００３】
本発明の１つの実施例では、集積回路を形成する方法は、検出器のアレイを第１の基板層の外面に近接して設ける段階を含む。検出器のアレイは、透過エネルギーのスペクトルにおける１つ以上の波長の有無を検出するよう動作する。１つ以上のフィルタが第２の基板層に近接して設けられる。１つ以上のフィルタは、その１つ以上のフィルタを通る透過エネルギーのスペクトルに作用するよう動作する。第２の基板層は、検出器のアレイを真空環境内に閉じ込めるよう第１の基板層の外面に近接する。
【０００４】
実施される特定の特徴に依存して、本発明の特定の実施例は、以下の技術利点の一部を又は全てを示すか又は全く示さない場合もある。本発明の１つの例示的な実施例の技術利点は、一酸化炭素、様々な毒素及びウィルス、揮発性有機化合物、及び化学兵器、汚染物質、及び産業ガスといった蒸気、化学物質、ガス、及び生物剤の検出である。もう１つの技術利点は、そのようなガス又は生物剤の検出に使用されるフィルタは、マルチスペクトル作像を行う集積回路に組み込まれ得るということである。更に、分光システム及び作像システムの両方が、集積回路における単一の検出器アレイに対応し得る。そのようなフィルタが集積回路の外面に取り付けられる場合、もう１つの技術利点は、フィルタが容易に取り替え可能となり得、これは、システムの集積回路部分が再利用されることを可能にすることである。本発明の１つの例示的な実施例のもう１つの技術利点は、交換可能なフィルタアレイによって特定の蒸気、化学物質、ガス、又は生物剤を検出するようカスタマイズ化され得るマイクロボロメータ検出器アレイの大量生産である。更に、結果として得られるシステムは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に組み込まれるのに十分に小さく、蒸気、化学物質、ガス、及び生物剤の現場における検出及び測定のために持ち運び可能であり得る。
【０００５】
他の技術利点は、当業者には、図面、説明、及び請求項から容易に明らかであり得る。例のうちの一部又は全てが技術利点を与えるか又は例のいずれも技術利点を与えない場合もある。
［例示的な実施例の詳細な説明］
本発明及びその特徴並びに利点のより完全な理解のために、添付図面と共に以下の説明を参照する。
【０００６】
図１Ａは、１つ以上のフィルタ１４の直近に位置付けられる検出器アレイ１２を含む例示的な分光システム１０の構成要素を説明する単純化した図である。１つ以上のフィルタ１４の集積は、分光システム１０がマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に組み込まれ得るよう分光システム１０の小型化を可能にする。動作時には、例えば、赤外光である放射エネルギー１６は、分光システム１０を透過され、透過されるエネルギー１６のスペクトルにおける１つ以上の波長の有無を決定する。特定の波長又は波長範囲の有無の指示は、読出し回路１８に伝送され、像を作成する及び／又は生物剤又はガスを検出するために使用され得る。
【０００７】
検出器アレイ１２は、集積回路基板２１上にＮ個の検出器２０からなる少なくとも１つの列を含む。各検出器２０は更に、図１Ｂに与える例示的な概略図に示すようにマイクロ検出器２２のサブアレイに更に分割され得る。検出器２０及びマイクロ検出器２２は、様々な方法で分類され得る。例えば、検出器２０及びマイクロ検出器２２は、単一の検出器、即ち、画素アレイ、波長検出器、熱検出器、又は、透過エネルギー１６を検出する任意の他の検出器を含み得る。一般的に、複数の検出器２０又はマイクロ検出器２２は、像検出のために画素のアレイにおいて各画素を検出し得る。或いは、各検出器２０又はマイクロ検出器２２は、画素のアレイにおける１つの画素を含み得る。各検出器２０又はマイクロ検出器２２は、スペクトル吸収による化学解析のための単一の検出器を含み得る。光子加熱による抵抗力における変化に依存する検出器は、ボロメータと呼ばれる。特定の実施例では、検出器アレイ１２は、水素化アモルファスシリコン、バナジウム酸化物、アモルファスシリコンカーバイド、高温超伝導体（例えば、イットリウム・バリウム・銅酸化物）、チタン或いは他の金属、アンチモン化インジウム或いは他の半導体、又は他の好適な材料から形成されるボロメータ構造のアレイを含み得る。各ボロメータは、赤外光からの２次元像における単一の画素を検出するか、又は、特定の波長又は波長範囲の有無を認識することによって可視光又は近紫外光を検出し得る。他のタイプの検出器は、感光体、フォトダイオード、及びフォトトランジスタといったフォトン検出器である。
【０００８】
１つ以上のフィルタ１４は、検出器アレイ１２に隣接して又は近接して位置付けられる。特定の実施例では、１つ以上のフィルタ１４は、Ｍ個のフィルタ１４からなる少なくとも１つの列を含むフィルタアレイ２４内に含まれ得る。図３Ａ及び３Ｂに関連して詳細に説明するように、フィルタ１４は、検出器アレイ１２上の蓋を形成する第２の基板層２５に組み込まれるか又は近接して位置付けられ得る。フィルタ１４の数は、検出器２０の数に対応し得る（即ち、Ｍ＝Ｎ）が、フィルタ１４の数と検出器２０の数は同等である必要はない。従って、各フィルタ１４は、２つ以上の検出器２０に対応し得る。（Ｍ＜Ｎ）。或いは、１つの検出器２０は、２つ以上のフィルタ１４に対応し得る（Ｍ＞Ｎ）。幾つかのフィルタ１４は、特定の帯域幅領域におけるデータを測定するために組み合わされて使用されてもよい。
【０００９】
各フィルタ１４は、フィルタ１４を通る透過エネルギー１６のスペクトルに作用するよう動作する。様々な実施例において、１つ以上のフィルタ１４は選択的に透過性であり、また、放射エネルギーの波長の狭い帯域に対して選択的に透過性であり得る。例えば、フィルタ１４が、特定の波長範囲を除いたエネルギー１６の全ての波長の透過を阻止する場合、フィルタ１４は、他の全ての波長を阻止し、その特定の波長範囲内に入るエネルギー１６の一部のみがフィルタ１４を通過することを許可することによって透過されたエネルギー１６のスペクトルに作用する。或いは、フィルタ１４は、特定の波長範囲内の波長を阻止し、他の全ての波長がフィルタ１４を通過することを許可するよう動作し得る。従って、フィルタ１４は、分光システム１０を介してエネルギー１６の透過性を変更するよう反応する。様々な実施例において、フィルタ１４は更に、特定の生物剤又はガスに選択的に反応し得る。例えば、フィルタ１４は、一酸化炭素、硫化水素、及びオゾンといったガスに反応し得る。フィルタ１４は追加的に又は代替的に、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、化学兵器、汚染物質、産業ガス、様々な毒素及びウィルス、又は他の生物剤に反応し得る。従って、フィルタ１４は、特定の生物剤又はガスが近接した環境内に存在するときにエネルギー１６の特定の波長をフィルタリングすることによってエネルギー１６の透過性を変更することによって反応し得る。近接する環境におけるそのようなガス又は剤の検出を示すために、検出されない場合には透明であるフィルタ１４を曇らせ得る。或いは、検出されない場合には曇っているフィルタ１４を透明にし得る。生物剤及びガスは、周知の波長にて放射又は吸収するので、フィルタ１４及び分光システム１０は、分光システム１０の近接する環境の外側である生物剤及びガスの遠隔検出に使用されてもよい。
【００１０】
読出し回路１８は、検出器アレイ１２を支持する集積回路基板２１と同じ基板上で検出器アレイの近接して取り付けられるよう示すが、読出し回路１８は、任意の他の適切な方法で集積回路に取り付けられ得ることは認識している。読出し回路１８は、システム１０を、プロセッサ又は任意の他の計算装置に結合してマルチスペクトル像を生成する。例えば、検出器アレイ１２が、透過エネルギー１６のスペクトルにおける特定の波長の有無を検出すると、プロセッサは、検出器アレイ１２からの画素毎に基づいた像輝度レベルを記録及び格納することによって、その特定の波長を像に変換し得る。フィルタアレイ２４におけるフィルタ１４が、分光が可能であり、ターゲットガス又は生物剤を検出する場合、プロセッサは、その生物剤又はガスの有無を警告するようアラームをトリガし得る。フィルタ１４は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）といった集積回路に組み込まれ得るので、分光システム１０は、潜在的に救命し得る現場での蒸気、化学物質、ガス、又は生物剤の検出が可能である。
【００１１】
動作時には、赤外光といった透過エネルギー１６は、フィルタ１４に向けられる。透過エネルギー１６が１つ以上の透過性フィルタ１４を通過する際に、その１つ以上のフィルタ１４は、その１つ以上のフィルタ１４を通る透過エネルギー１６のスペクトルに作用し得る。例えば、フィルタ１４は、特定の波長範囲における全てのエネルギー１６の透過を阻止し得る。或いは、フィルタ１４は、特定の波長範囲以外のエネルギー１６を阻止し得る。更に又は或いは、特定のフィルタ１４の透過性は、周りの環境における特定の生物剤又はガスとの反応によって影響を受け得る。
【００１２】
フィルタ１４を通過した後、透過エネルギー１６は、検出器アレイ１２に向けて方向付けられる。検出器アレイ１２は、フィルタ１４を通過した特定の波長又は波長範囲の存在を認識し得る。或いは、検出器アレイ１２は、特定の波長又は波長範囲がないことを認識し得る。上述したように、検出器アレイ１２によって収集された情報は、読出し回路１８を介してプロセッサに伝送され得る。プロセッサはこの情報を用いて像を生成する及び／又はアラームをトリガし得る。
【００１３】
図２は、真空３２内に配置された検出器アレイ１２を含む例示的な集積回路構造３０を示す断面図である。図２は、図１Ａの２−２軸に沿っての分光システム１０の図である。検出器アレイ１２は、第１の基板層２１の外面３４に隣接して設けられる。第１の基板層２１は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、又は他の好適な材料といった集積回路製造に使用される任意の好適な材料を含み得る。本発明の教示面のために、例示的な実施例は、シリコンを含む第１の基板層２１を用いる例示的な実施例を説明する。特定の実施例では、第１の基板層２１は、６００乃至７００ミクロンのオーダの厚さである。
【００１４】
集積回路構造３０は更に、検出器アレイ１２と第１の基板層２１に近接して位置付けられる第２の基板層２５も含み得る。第２の基板層２５は、第１の基板層と第２の基板層の境界面４０において第１の基板層２１の外面３４に接合される。第１の基板層２１と第２の基板層２５は、好適なエポキシ又は他の材料といった任意の周知の接合剤を用いて接合され得る。第２の基板層２５は、第１の基板層２１の上方に蓋を形成し、また、検出器アレイ１２を真空３２内に閉じ込めるよう第１の基板層２１に接合される。第２の基板層２５は、１つの部品の基板材料を含むように示すが、第２の基板層２５は、互いに接合される２つ以上の層であり得ることが一般的に認識される。従って、第２の基板層２５は、蓋層を支える４００乃至８００ミクロンのオーダの厚さのリング又は他のスペーサを有し得る。蓋の上部は一般的に基板材料を含むが、リング又は他のスペーサは、シリコン、金属、ガラス、又は層の上部を支持するのに十分でありまた検出器アレイ１２を真空３２内に閉じ込めるのに十分な他の材料であり得る。
【００１５】
真空３２は、検出器アレイ１２及び集積回路構造３０の任意の他の閉じ込められた素子のための保護及び最適な動作環境を与える。第２の基板層２５は、結果として集積回路３０が実質的にドーム状の真空空間を含むよう側壁の内部が傾斜されるよう選択的にエッチングされ得る。第２の基板層２５のエッチングは、フォトレジストマスク及び異方性エッチング技術を含むフォトリソグラフィック方法を用いて行われ得る。特定の実施例では、第２の基板層２５は、最も厚い点において１３５０乃至１４５０ミクロンのオーダの厚さである。従って、検出器アレイ１２の上方に真空を形成する蓋構造内の空間は、厚さが７００ミクロンのオーダであり、適切な波長範囲において好適に透過性であり得る。例えば、第２の基板層２５は、０．７乃至３．０ミクロンの波長において透過性であり得る。
【００１６】
真空３２内に閉じ込められた検出器アレイ１２は、複数の検出器２０を含む。図１Ａ及び１Ｂに関して上述したように、各検出器２０は、マイクロ検出器２２のサブアレイに更に分割され得る。図示する実施例では、検出器アレイ１２は、赤外光、可視光、又は近紫外光の検出のための複数のボロメータを含む。検出器２０は、例えば、堆積及びエッチングを用いた表面マイクロ機械加工といった一般的な集積回路製造技術を用いて形成され得る。検出器アレイ１２における各検出器２０は、２ミクロンのオーダの厚さであり得る。
【００１７】
図２の素子を説明するために特定の寸法を用いたが、この文書において説明する特定の実施例及び寸法は、例示するためのものに過ぎない。開示する実施例及び寸法は、本開示内容の範囲を制限することを意図しない。更に、図面は、相対的な縮尺が取られているわけではない。
【００１８】
図３Ａ乃至図３Ｃは、１つ以上のフィルタ１４を含む集積回路構造の様々な実施例を示す側面図である。１つ以上のフィルタ１４は、第２の基板層２５に近接して設けられ、上述したように、フィルタ１４を通る透過エネルギー１６のスペクトルに作用するよう動作する。図３Ａに特に示す集積回路構造５０は、第２の基板層２５の外面５２上に取り付けられる又は形成される１つ以上のフィルタ１４を示す。フィルタ１４を集積回路５０の外面上に設けることによって、フィルタ１４が容易に取り替え可能であるという汎用性を可能にする。
【００１９】
図示する実施例では、集積回路構造５０は更に、フィルタ１４に近接して位置付けられる１つ以上の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４も含む。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、好適なポリマーから構成され得る。このポリマーは、エネルギー１６のスペクトルにおける特定の波長又は波長の範囲に選択的に反応する。例えば、特定のポリマーは、エネルギー１６の透過性に影響を与えるその傾向、又は、ポリマー或いはポリマー内の任意の抗体の周囲環境における生物剤又はガスとの反応によって影響を受ける傾向によって具体的に選択され得る。そのようなポリマーは、特定の波長又は波長範囲に特に反応するよう選択され得、この特定の波長又は波長範囲は、様々な毒素及びウィルス、化学兵器、汚染物質、産業ガス、揮発性有機化合物、又は別の生物剤を含む環境を示す。図示する実施例では、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、各フィルタ１４に対応するよう示す。従って、生物反応及び／又は化学物質反応パッチの数は、Ｍに等しい。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、フィルタアレイ２４におけるフィルタ１４の数に対応し得るが、生物パッチ５４及びフィルタ１４の数は同等である必要はない。従って、各生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４が、２つ以上のフィルタ１４に対応し得るし、又は、単一のフィルタ１４が、２つ以上の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４に対応し得る。
【００２０】
動作時には、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、生物剤又はガスが、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４と接触すると反応し得る。例えば、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、色を変える又は曇ることによって生物剤の存在を示し得る。この変化によって、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４及び任意の対応フィルタ１４を通る透過エネルギーのスペクトルに影響を与え得る。従って、透過エネルギー１６が集積回路構造５０に向かって方向付けられる際に、透過エネルギーは、フィルタ１４の外面上に取り付けられる、又は、そうでなければ位置付けられる生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を通り抜ける。その変化した状態において、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、特定の波長又は波長範囲が生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を通過することを阻止するよう作用し得る。従って、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、透過エネルギー１６が分光システム１０に入る際にその透過エネルギー１６をフィルタリングするよう作用する。従って、透過エネルギー１６のスペクトルは、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４が特定の波長又は波長範囲を跳ね返し、一方でその他の波長は生物反応パッチ５４を透過するよう切り込みされ得る。透過エネルギー１６の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を通過する部分は、次に、１つ以上の対応するフィルタ１４を通過し得る。フィルタ１４は更に、透過エネルギー１６のスペクトルを阻止し得る。或いは、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を通過した透過エネルギー１６の全ての波長は、フィルタ１４を透過され得る。従って、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、フィルタとして作用し得、そして、フィルタ１４は、分光システム１０から省かれることも可能である。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４及び／又はフィルタ１４を通過した後、透過エネルギー１６は、次に、検出器アレイ１２に方向付けられ、検出器アレイ１２は、特定の波長又は波長範囲の有無を認識する。図１Ａに関連して上述したように、検出器アレイ１２によって収集された情報は、読出し回路１８を介してプロセッサに伝送され得る。プロセッサは、検出器アレイ１２及び生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４から得た情報を用いて、マルチスペクトル像を生成する及び／又はアラームをトリガし得る。
【００２１】
図３Ｂは、第２の基板層２５の内面６２上に取り付けられる又は形成される１つ以上のフィルタ１４を含む集積回路構造６０を示す。フィルタ１４は、エポキシ又は他の接合剤を用いて内面６２に接合され得る。フィルタ１４は、集積回路構造６０の内側に取り付けられるので、フィルタ１４は、真空３２内で保護される。フィルタ１４を集積回路構造６０の内側に設置することは、フィルタ１４の動作及び機能性に実質的な影響を与えない。従って、フィルタ１４は、図１Ａ及び３Ａに関して上述したように実質的に動作し得る。
【００２２】
集積回路構造６０は更に、集積回路構造６０の外面５２上に配置される１つ以上の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４も含む。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４及びフィルタ１４は、第２の基板層２５によって離されるが、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４の動作及び機能性は変わらない。従って、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、図３Ａに関して上述したように実質的に動作し得る。更に、集積回路構造６０は、３つの生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４ａ乃至ｃと共に示すが、集積回路構造６０は、ガス及び／又は生物剤の組み合わせを検出するために任意の数の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を含み得る。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、図示するように第２の基板層２５の外面５２全体に付けられても、又は、外面５２の一部のみに付けられてもよい。更に、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、集積回路６０の外面上に配置される必要はない。生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、図３Ａに関して説明したように実質的にフィルタ１４に近接して取り付けられてもよい。そのような実施例では、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、第２の基板層２５の内面６２に隣接するか、又は、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、検出器アレイ１２に近接するようフィルタ１４の下側に位置付けられ得る。しかし、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を、集積回路６０の外面上に位置決めすることによって、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、除去又は取り替えのために容易にアクセス可能であり、従って、集積回路６０は再使用され得る。従って、集積回路６０は、大量生産されて、集積回路７０の外面５２上に特定の生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４を取り付けることによってエネルギー１６のスペクトルの特定の部分を検出するよう個別にカスタマイズ化され得る。
【００２３】
図３Ｃは、真空３２内の中間基板層７２上に取り付けられた又は形成されたフィルタ１４を含む集積回路構造７０を示す。中間基板層７２は、第１の基板層２１の外面４０上に形成される１つ以上のスペーサ７４によって支持される。検出器のアレイ１２は、第１の基板層２１と中間基板層２７との間に位置付けられる。
【００２４】
図示する例では、中間基板層７２は、中間基板層７２の両端の下に位置付けられる２つのスペーサ７４によって支持される。スペーサ７４は、誘電体を含むことが好適であり、また、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、又は他の好適な材料といった集積回路製造に使用される任意の好適な材料を含み得る。同様に、中間基板層７２も、誘電体を含み、また、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、及び他の好適な材料を含み得る。本発明の教示面のために、酸化シリコンからなるスペーサ７４及び中間基板層７２を含む例示的な実施例を説明する。赤外線検出のためのスペーサ７４は、約１０ミクロンの厚さであり得る。特定の実施例では、例えば、検出器アレイ１２における検出器２０は、２ミクロンのオーダの厚さであり、中間基板層２７は、２５０ミクロンのオーダの厚さであり得る。しかし、上述した寸法は、例示目的のために与えたに過ぎない。集積回路構造７０の素子は、検出器アレイ１２、中間基板層７２、及びフィルタ１４を真空３２内に閉じ込めるために十分な任意の寸法を含み得る。
【００２５】
スペーサ７４は、集積回路７０の一部として成長させられる又は形成され得る。或いは、スペーサ７４は、エポキシ又は一部の他の接合剤によって外面４０に接合され得る。第２の基板層２５が外面４０に接合される前にスペーサ７４が外面４０に接合される場合、２つの異なる接合剤を用いてもよい。異なる接合剤には、高温接合剤、及び低温接合剤を含み得る。例えば、スペーサ７４を外面４０に接着する接合剤は、高温において効果を現し得る。逆に、第２の基板層２５を第１の基板層２１に接着する接合剤は、低温において効果を現し得る。第２の接合処理は低温で行われるので、第１の基板層２１及び第２の基板層２５の接合は、スペーサ７４を第１の基板層２１に接着するために用いられた接合の完全性に影響を及ぼし得ない。
【００２６】
上述したように、フィルタ１４は、中間基板層７２に近接して配置され、中間基板層７２は、真空３２においてスペーサ７４上に支持される。フィルタ１４は、図１Ａに関して上述したように実質的に動作し得る。集積回路構造７０は、生体反応及び／又は化学物質反応パッチ５４無しで示すが、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、図３Ａに関して説明したようにフィルタ１４の外面に取り付けられ得る。或いは、生物反応及び／又は化学物質反応パッチ５４は、第２の基板層２５の外面５２に付けられる。
【００２７】
図４Ａ乃至４Ｃは、フィルタ１４の様々な実施例の側面図である。図４Ａでは、フィルタ１４ａは、１つ以上の誘電体支持層上に形成される１つ以上の誘電体塔８０の共振導波路格子を含む。図示するフィルタ１４ａは、２つの誘電体支持層８１及び８２を含むが、任意の数の誘電体支持層を用いて所望の透過特性を達成し得る。誘電体塔８０、第１の誘電体支持層８１、及び、第２の誘電体支持層８２は、それぞれ、第１の、第２の、及び第３の誘電体材料である。第１の、第２の、及び第３の誘電体材料は、第１の、第２の、及び第３の誘電体材料が互いに異なる屈折率を有する限り、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ガリウムヒ素、又はこれらの及び他の誘電体材料の任意の組み合わせといった集積回路に使用される任意の好適な材料を含み得る。例えば、第１の誘電体材料は、高い屈折率を含み得、第２の及び第３の誘電体材料は、低い屈折率を含み得る。各層に対し選択される誘電体材料及び支持層８０及び８２の数は、所望の透過特性を達成するために変えられ得る。本発明の教示面のために、硫化亜鉛からなる誘電体塔８０と、それぞれゲルマニウム及びセレン化亜鉛からなる誘電体支持体８１及び８２を含む例示的な実施例を説明する。
【００２８】
フィルタ１４ａは、２つの誘電体支持層８１及び８２上に３つの誘電体塔８０を含むものとして示すが、任意の好適な数の誘電体塔８０及び誘電体支持層８１及び８２を用いてもよい。各誘電体塔間の間隔は、透過エネルギー１６がフィルタ１４ａを通過する際に透過エネルギー１６のスペクトルに影響を与える。従って、フィルタ波長は、格子周期によって制御される。例えば、誘電体塔８０、並びに誘電体塔８０間の間隔の横寸法は、特定の波長又は波長範囲がフィルタ１４ａを通過することを阻止するよう選択され得る。従って、誘電体塔８０の数及び誘電体塔８０の寸法は、フィルタ１４ａによってフィルタリングされるべき特定の波長又は波長範囲に依存して異なり得る。例えば、非常に狭い帯域フィルタに対して、誘電体塔は、０．５乃至２ミクロンのオーダの厚さを有し得る。誘電体塔の横寸法は、各方向において２乃至３ミクロンのオーダであり得、誘電体塔間の距離は、０．５乃至３ミクロンのオーダであり得る。従って、誘電体塔８０間の間隔は、フィルタ１４ａを通る透過エネルギー１６のスペクトルに影響を与えるよう選択され得る。誘電体支持層８１及び８２の厚さも、透過エネルギー１６がフィルタ１４ａを通過する際に透過エネルギー１６のスペクトルに影響を与えるよう選択され得る。従って、誘電体支持層８１及び８２の厚さは、各支持誘電体層８１及び８２の屈折率のために独立して選択され得る。各誘電体支持層８１及び８２の厚さは、０．５乃至２ミクロンのオーダであり得る。
【００２９】
図４Ａに示すように、フィルタ１４ａは、第３の誘電体支持層８３を含み、これは、誘電体塔８０を実質的に囲むよう形成される。第３の誘電体支持層８３も、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ガリウムヒ素、又はこれらの又は他の誘電体材料の任意の組み合わせといった集積回路に使用される任意の好適な材料を含み得る。第３の誘電体支持層８３に対して選択される材料は、誘電体塔８０を構成するよう選択される材料に依存し得る。例えば、フィルタ１４ａが偏光フィルタとして機能することが所望される場合、誘電体塔８０は、ゲルマニウムといった高い屈折率の材料を含み、第３の誘電体支持層８３は、硫化亜鉛といった低い屈折率を有する材料を含み得る。或いは、偏光が適切ではない場合、誘電体塔８０は、硫化亜鉛といった低い屈折率の材料を含み得、空気が誘電体塔８０を囲み得る。非偏光の例では、第３の誘電体層８３は、フィルタ１４ａから省略されてもよい。
【００３０】
図４Ｂは、分光システム１０におけるフィルタ１４の別の実施例を示す。この例では、フィルタ１４ｂは、複数の誘電体層を含み、具体的には、４つの誘電体材料の層、即ち、第１の誘電体層８４、第２の誘電体層８６、第３の誘電体層８８、及び第４の誘電体層９０を含むとして示される。図示するように、各誘電体層８４乃至９０は、各使用される誘電体材料の屈折率に依存する可変な厚さを有する。従って、フィルタ１４ｂの全体の厚さが、５ミクロンのオーダである場合、各誘電体層８４乃至９０は、赤外線エネルギーに対して、０．１乃至１．０ミクロンのオーダの厚さであり得る。別の実施例では、各誘電体層８４乃至９０の厚さは、透過エネルギー１６のスペクトルへの様々な効果を達成するよう個々に選択され得る。
【００３１】
様々な実施例において、各誘電体層８４乃至９０は、異なる誘電体材料であり得る。従って、第１の誘電体層８４は、第１の誘電体材料であり、第２の誘電体層８６は、第２の誘電体材料であり、以下同様である。別の実施例では、フィルタ１４ｂは、誘電体材料の交互の層を含み得る。従って、第１の誘電体層８４及び第３の誘電体層８８が、第１の誘電体材料であり得、第２の誘電体層８６及び第４の誘電体層９０が、第２の誘電体材料であり得る。フィルタ１４ａを形成するために使用し得る例示的な誘電体材料は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、硫化亜鉛、又は他の好適な材料を含み得る。本発明の教示面のために、ゲルマニウムからなる第１及び第３の層８４及び８８と、硫化亜鉛からなる第２及び第４の層８６及び９０とを含む例示的な実施例を説明する。動作時には、誘電体材料の交互の層は、構成層の深さと各誘電体層の各屈折率に依存する干渉パターンを作成することによってエネルギーの特定の波長を除去するよう動作する。
【００３２】
図４Ｃは、格子を含むフィルタ１４ｃを示す。格子は、１つ以上の開口９４を含むよう形成されるシート９２を含む。シート９２は、アルミニウム、スズ、又はフィルタ１４ｃを通るエネルギー１６の透過を阻止するのに適した任意の他の適切な金属であり得る。特定の実施例では、シート９２は、赤外線エネルギーに対しては、２ミクロンのオーダの厚さであり得る。開口９４の形状及び間隔は、所望に応じたフィルタ１４ｃを通過するエネルギー１６の特定の波長の透過を可能にするよう選択され得る。フィルタ１４ｃは、実質的に十字型の開口９４を含むよう示すが、開口９４は、円形、スロット型、矩形、又は所望に応じて透過エネルギー１６に影響を与える任意の他の好適な形状であり得る。動作時には、エネルギー１６は、集積回路構造のフィルタ１４ｃに向けられる。透過エネルギー１６の第１の部分は、シート９２によって偏向される。透過エネルギー１６の第２の部分は、透過エネルギー６１のスキューされた影が、検出器アレイ１２に向けられるよう開口９４を通過する。検出器アレイ１２は、スキューされた影から透過エネルギー１６の特定の波長の有無を検出するよう動作可能である。
【００３３】
図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、誘電体格子、交互の誘電体層、及び金属格子をそれぞれ含むフィルタ１４を示すが、一般的に、任意の他の周知のフィルタリング方法を代替として用いてもよいことを認識するものとする。更に、特定の実施例では、フィルタ１４ａは、偏光フィルタを含み得る。偏光は、赤外、可視、紫外、及びＸ線波長におけるＥＭフィールドの伝搬に作用する。普通の可視光には、ランダムな偏光角にある多数の波成分がある。透過光が偏光フィルタを通されると、フィルタは、特定の偏光を有する光以外の全ての光を阻止する。従って、偏光フィルタは、検出器アレイ１２に到達する透過エネルギー１６のスペクトルに作用し、そのスペクトルは、検出器アレイ１２がそのスペクトルにおける特定の波長の有無を検出し、特定の偏光の像を作成することを可能にするよう影響を受ける。
【００３４】
図５は、分光及びイメージングを同時に行う集積回路１００を示す図である。集積回路１００は、像検出器アレイ１０４と分光検出器アレイ１０６を含む検出器面１０２を含む。検出器面１０２に近接して、像フィルタレイ１１０及び分光フィルタアレイ１１２を含むフィルタ面１０８がある。フィルタ面１０８の像フィルタレイ１１０は、検出器面１０２の像検出器アレイ１０４に略対応する。同様に、分光フィルタアレイ１１２は、分光検出器アレイ１０６に略対応する。従って、赤外線といった像フィルタレイ１１０を透過したエネルギー１６は、像検出器アレイ１０４を通るよう実質的に向けられる。分光フィルタアレイ１１２を透過したエネルギー１６は、分光検出器アレイ１０６を通るよう実質的に向けられる。
【００３５】
像フィルタレイ１０８は、フィルタのサブアレイを含む。像フィルタレイ１０８における各フィルタは、透過エネルギー１６のスペクトルの特定の波長又は波長範囲をフィルタリングするよう選択される。フィルタは、特定の波長範囲を阻止することによって、又は、この特定の波長範囲以外の全ての波長を阻止することによって、透過エネルギー１６のスペクトルに作用し得る。例えば、像フィルタレイ１１０は、３つのタイプのフィルタを含み得、フィルタの各タイプは、特定の波長範囲以外のエネルギー１６の透過を阻止するよう動作し得る。第１のフィルタタイプは、短い波長の赤外範囲（０．７乃至３．０ミクロン）以外の全ての透過エネルギーを阻止し得る。従って、０．７乃至３．０ミクロン範囲内の透過エネルギーのみがこのタイプのフィルタを通過し得る。第２のフィルタタイプは、中間波長の赤外範囲（３乃至５ミクロン）以外の全ての透過エネルギーを阻止し得、その中間範囲におけるエネルギーのみがフィルタを通過することを可能にする。そして、第３のフィルタタイプは、長い波長の赤外範囲（７乃至１４ミクロン）以外の全ての透過エネルギーを阻止し得、短い又は中間の波長範囲におけるエネルギーがフィルタを通過することを阻止する。様々な短い、中間の、及び長い波長帯域へのエネルギー１６のフィルタリングは、マルチスペクトル像の作成を可能にする。マルチスペクトル像、即ち、多色像は、波長のより広い帯域における１つ以上の波長の放射により構成される。従って、多色像は、スペクトルにおける１つ以上の色を放射するエネルギー１６を含み得る。特定の例では、透過エネルギー１６は、多色像の生成における使用のためにフィルタリングされ得る。
【００３６】
別の例では、像フィルタレイ１１０は、単一のタイプのフィルタを含み得る。フィルタは、赤外線ではないエネルギー１６の一部のみを阻止するよう動作する通過帯域フィルタを含み得る。従って、フィルタは、可視光及び紫外光を阻止するよう動作し得、エネルギー１６における赤外光のみがフィルタを通過することを可能にするよう動作し得る。このように透過エネルギー１６をフィルタリングすることは、単色像の作成を可能にする。単色像は、非常に狭い帯域の波長の放射から構成される。単色像は、狭い帯域の波長における全ての輝度レベルを含むので、単色像は、色相及び色彩における微妙な違いを検出するよう使用され得る。例えば、透過エネルギー１６は、狭い帯域の波長が、夜間の像の作成に使用するために検出されるようフィルタリングされ得る。
【００３７】
分光フィルタアレイ１１２は、特定の生物剤、又はターゲットの蒸気、化学物質、又はガスに対応する特定の波長をフィルタリングするよう選択される１つ以上のフィルタ１２０を含む。図３Ａ乃至Ｃに関して説明したように、生物剤、化学物質、蒸気、及びガスは、特定の波長を放射することが知られている。例えば、一酸化炭素が、４．６ミクロンの波長において吸収すると、フィルタ１２０ａは、エネルギー１６のスペクトルにおける４．６ミクロン波長のみを透過するよう選択され得る。その他全ての波長は、フィルタ１２０ａによって偏向され得る。フィルタ１２０ａ乃至ｄは、追加の生物剤又はターゲットの蒸気、化学物質、及びガスを検出するよう互いに異なる波長を透過するよう選択され得る。従って、フィルタ１２０ｂが選択され得る。何故なら、フィルタ１２０ｂは、特定の毒素又はウィルスによって吸収された特定の波長範囲を透過させるからである。代わって、フィルタ１２０ｃ及び１２０ｄが選択されてもよい。何故なら、これらのフィルタは、揮発性有機化合物及び特定の化学兵器、汚染物質、又は産業ガスによってそれぞれ放射される特定の波長を透過させるからである。このようにして、単一の集積回路１００が、複数の生物剤、蒸気、化学物質、又はガスを検出するよう作用し得る。
【００３８】
特定の実施例では、特定の波長がフィルタ１２０ａを通過することを可能にすることに加えて、フィルタ１２０ａは更に、特定の波長に反応してもよい。図１Ａに関して説明したように、フィルタ１２０ａは、ターゲットの蒸気、化学物質、ガス、又は生物剤の存在を、曇る、又は、特定の波長に関連付けられる特定の色に変わることによって示し得る。
【００３９】
像検出器アレイ１０４は、複数の検出器１１４を含み、各検出器は、マイクロ検出器のサブアレイを更に含み得る。検出器１１４又はマイクロ検出器の数は、像フィルタレイ１１０に含まれるフィルタの数に対応する必要はない。むしろ、フィルタ対検出器１１４の割合は、多数対１であり得る。検出器１１４は、像アレイを生成するために透過エネルギー１６における波長又は波長の範囲の有無を検出するよう動作する。従って、短い波長範囲以外のエネルギー１６の全ての波長を阻止するよう動作するフィルタアレイ１１０におけるフィルタに近接し、そのフィルタを通り透過するエネルギー１６を受ける検出器１１４は、０．７乃至３．０ミクロンの波長の存在を検出するが、透過エネルギー１６のスペクトルにおける全ての他の波長を検出することは失敗し得る。他の波長範囲、即ち、中間又は長い波長の範囲の透過を可能にするよう動作するフィルタに近接し、そのフィルタを通過するエネルギー１６を受ける検出器１１４は、同様に動作し得る。像アレイは、各検出器１１４による特定の波長の検出から作成され得る。図１Ａに関して説明したように、像アレイは、カラー又は非カラー像の生成のために読出し回路１８（図示せず）を介してプロセッサに伝送され得る。
【００４０】
分光検出器アレイ１０６も複数の検出器１１８を含み、各検出器は、マイクロ検出器のサブアレイを含み得る。検出器１１８も、透過エネルギー１６のスペクトルにおける波長又は波長の範囲の有無を検出するよう動作するが、検出器１１８によって得られた情報は、有無が検出されるべき特定の波長又は波長範囲を放射する生物剤、又は、ターゲットの蒸気、化学物質、又はガスの存在を検出する分光学に使用される。
【００４１】
図６は、ターゲットガスを検出するための分光システム１２０を示す図である。分光システム１２０は、チャンバ１２２、気流１２４、検出器及びフィルタアレイ１２６、及び光源１３２を含む。検出器及びフィルタアレイ１２６は、複数の検出器（図示せず）とフィルタ（図示せず）を含む。各検出器及びフィルタは、実質的に図１Ａ乃至３Ｃの検出器２０に関して説明したようなものである。従って、特定の実施例において、検出器及びフィルタアレイ１２６は、アモルファスシリコンからなるボロメータを用いた複数の単一の画素検出器を含み得る。検出器及びフィルタアレイ１２６におけるフィルタは、検出器に隣接して取り付けられ、検出器及びフィルタアレイ１２６によって向けられた赤外光１３２のスペクトルに作用するよう動作する。各フィルタは、実質的に図１Ａ乃至４Ｃのフィルタ１４に関して上述したものである。チャンバ１２２は、検出器及びフィルタアレイ１２６上に外部光が衝突することを阻止するが、光源１３２を含み、赤外光がチャンバ１２２内に入ることを可能にする。チャンバ１２２は更に、チャンバ１２２の壁又は天井に１つ以上の穿孔１３０を含み、それにより、ターゲットガス及び他の生物剤が入り、矢印１２４及び１３４によって示すように、流れることを可能にする。ターゲットガス又は他の生物剤がチャンバ１２２を通り抜ける際に、チャンバ１２２は、周囲ガス組成又は生物学的組成を反映する。
【００４２】
動作時には、分光システム１２０は、一酸化炭素、硫化水素、オゾン、又は他のターゲットガスといったガスの存在を検出し得る。或いは、又は、追加して、分光システム１２０は、毒素及びウィルス、化学兵器、汚染物質、産業ガス、ＶＯＣ、又は他の生物剤といった生物剤を検出し得る。このようなガス及び生物剤は、周知の波長範囲内に含まれるので、検出器及びフィルタアレイ１２６におけるフィルタは、チャンバ１２２内にガス及び生物剤が存在する場合に反応するよう選択され得る。特定の実施例では、検出器及びフィルタアレイ１２６は、特定のガス又は生物剤に対応する光の特定の波長の存在を検出するよう動作し得る。或いは、検出器及びフィルタアレイ１２６は、特定のガス又は生物剤に対応する光の特定の波長がないことを検出するよう動作し得る。従って、第１の例において、一酸化炭素が、４．６ミクロンの波長において透過する場合、一酸化炭素は、チャンバ１２２内に入り、一酸化炭素に向けられる赤外光１２４は、検出器及びフィルタアレイ１２６のフィルタによってフィルタリングされ、検出器及びフィルタアレイ１２６によって４．６ミクロンの波長の赤外光１３２の一部のみが検出されることが可能にされ得る。別の例では、検出器及びフィルタアレイ１２６におけるフィルタは、４．６ミクロンの波長の赤外光１３２のみを阻止し、赤外光１３２の他の全ての波長は、検出器及びフィルタアレイ１２６の検出器によって検出されるようフィルタを通過され得るよう作用し得る。検出器及びフィルタアレイ１２６は、次に、環境における一酸化炭素の存在を判断するよう適宜に特定の波長の有無を検出し得る。
【００４３】
本発明を詳細に説明したが、請求項によってのみ定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本願において開示した教示内容に様々な変更、改変、代用、及び修正が可能であることは理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】本発明の１つの実施例による１つ以上のフィルタに近接して位置付けられる検出器アレイを含む分光システムを示す単純化された図である。
【図１Ｂ】分光システム内に含まれ得る検出器を示す単純化された図である。
【図２】真空内に検出器アレイを含む集積回路構造を示す断面図である。
【図３Ａ】１つ以上のフィルタを含む集積回路構造の様々な実施例を示す断面図である。
【図３Ｂ】１つ以上のフィルタを含む集積回路構造の様々な実施例を示す断面図である。
【図３Ｃ】１つ以上のフィルタを含む集積回路構造の様々な実施例を示す断面図である。
【図４Ａ】フィルタの様々な実施例を示す断面図である。
【図４Ｂ】フィルタの様々な実施例を示す断面図である。
【図４Ｃ】フィルタの様々な実施例を示す断面図である。
【図５】分光及びイメージングを同時に行う集積回路を示す図である。
【図６】ターゲットの蒸気、化学物質、及びガスを検出する分光システムを示す図である。
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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