(57)【要約】  本発明は、ダイヤフラム構造と、構造化マイクロ加熱要素と、アクチュエータとを備える、変調することができる赤外線放出器に関し、ダイヤフラム構造及び構造化マイクロ加熱要素は、放出される赤外線放射の強度を変調するために、アクチュエータを使用して平行な平面上で互いに対して動かすことができる。本発明はさらに、赤外線放出器を製造する方法、赤外線放出器を使用して赤外線放射を変調して放出する方法、及び、赤外線放出器の好ましい適用に関する。本発明はまた、好ましくは、赤外線放出器を備えるシステム、及び、アクチュエータを調整するためのコントローラに関する。
2022500821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調可能赤外線放出器（１）であって、
開口構造（３）と、
構造化マイクロ加熱要素（５）と、
アクチュエータ（７）とを備え、
前記マイクロ加熱要素（５）は、第１の平面（１０）内に加熱可能領域（９）及び非加熱可能領域（１１）を呈し、前記開口構造（３）は、第２の平面（１２）内に赤外線放射に対する透過性領域（１３）及び不透過性領域（１５）を呈し、前記２つの平面は互いに平行であり、前記開口構造（３）及び前記マイクロ加熱要素（５）は、前記平行な平面内で互いに対して可動であり、前記アクチュエータ（７）は、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で前記開口構造（３）と前記マイクロ加熱要素（５）とを相対的に動かすように構成されており、結果、前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記開口構造（３）を通じて前記マイクロ加熱要素（５）から放出可能な前記赤外線放射について、少なくとも２の消光比が達成可能であり、前記第１の位置において、前記加熱可能領域（９）によって放出可能なＩＲ放射が、主に前記開口構造（３）の前記不透過性領域（１５）によって吸収及び／又は反射され、一方、前記第２の位置において、前記加熱可能領域（９）によって放出可能な前記ＩＲ放射が、主に前記開口構造（３）の前記透過性領域（１３）を通じて放射されることを特徴とする、変調可能赤外線放出器。
【請求項２】
前記アクチュエータ（７）は前記加熱要素（５）に結合され、前記加熱要素（５）を前記開口構造（３）に対して並進運動させるように構成されており、又は前記アクチュエータ（７）は前記開口構造（３）に結合され、前記開口構造（３）を前記加熱要素（５）に対して並進運動させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項３】
前記開口構造（３）、前記マイクロ加熱要素（５）及び前記アクチュエータ（７）が中に設置されて存在する筐体（１８）を備え、前記開口構造（３）は好ましくは、前記筐体（１８）から熱的に分離されており、前記筐体（１８）は特に好ましくはカバー要素（２１）を備え、前記カバー要素（２１）において、前記開口構造（３）が固定されて存在し、少なくとも１つの光学フィルタが付加的に前記カバー要素（２１）内に設置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項４】
前記マイクロ加熱要素（５）は、電流源及び／又は電圧源に対する接点が存在する導電性材料の加熱可能層が少なくとも部分的に堆積される基板を備え、
前記基板は好ましくは、シリコン、単結晶シリコン、ポリシリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、シリコン・ゲルマニウム、窒化ケイ素、窒化物、ゲルマニウム、炭素、ガリウムヒ素、窒化ガリウム及び／又はリン化インジウムを含む群から選択され、及び／又は前記加熱可能層を形成するための前記導電性材料は好ましくは、白金、タングステン、（ドープ）酸化スズ、単結晶シリコン、ポリシリコン、モリブデン、チタン、タンタル、チタン−タングステン合金、金属シリサイド、アルミニウム、グラファイト及び／又は銅を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項５】
前記マイクロ加熱要素（５）は、薄層構造（１７）、蛇行構造、及び／又はグリッド構造を備え、及び／又は
前記マイクロ加熱要素（５）と前記開口構造（３）との間の可能な前記相対運動に関連して、前記第１の平面（１０）内には前記マイクロ加熱要素の前記加熱可能領域（９）及び前記非加熱可能領域（１１）が、並びに、前記第２の平面（１２）内には前記開口構造（３）の前記透過性領域（１３）及び前記不透過性領域（１５）が、周期的に配置構成され、
好ましくは、前記マイクロ加熱要素（５）の前記加熱可能領域（９）及び前記非加熱可能領域（１１）の前記配置構成の空間的周期は、前記透過性領域（１３）及び前記不透過性領域（１５）の前記配置構成の空間的周期に等しいことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項６】
前記アクチュエータ（７）は、好ましくは静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、及び／又は熱アクチュエータを含む群から選択されるＭＥＭＳアクチュエータであり、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは、特に好ましくは、櫛歯の重なり及び／又は櫛歯の離間の変動に基づくコーム・ドライブの形態の静電アクチュエータであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項７】
前記開口構造（３）の前記不透過性領域（１５）は、７８０ｎｍ〜１ｍｍの波長範囲内で０．１未満の透過率を呈し、前記開口構造（３）の前記透過性領域（１３）は、０．９を超える透過率を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の赤外線放出器（１）の製造方法であって、
前記マイクロ加熱要素（５）の製造は、
基板をエッチングするステップと、
前記基板上に導電性材料を堆積するステップと、
任意選択的に、加熱可能層を形成するために前記導電性材料をパターニングするステップと、
前記導電性材料を接触させるステップとを含むことを特徴とする、製造方法。
【請求項９】
エッチング及び／又はパターニングは、乾式エッチング、湿式化学エッチング及び／若しくはプラズマ・エッチング、特に反応性イオン・エッチング、反応性イオン深掘りエッチング（ボッシュ・プロセス）を含む群から選択され、並びに／又は
前記堆積は、物理気相成長（ＰＶＤ）、特に熱蒸発、レーザ・ビーム蒸発、アーク蒸発、分子ビーム・エピタキシ、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）及び／若しくは原子層堆積（ＡＬＤ）を含む群から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
ａ）請求項１から７までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）と、
ｂ）制御デバイスとを備えるシステムであって、
前記制御デバイスは、第１の位置と第２の位置との間で前記加熱要素（５）と前記開口構造（３）とを相対的に動かすように前記アクチュエータ（７）を調整するように構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項１１】
前記制御デバイスは、好ましくは５０℃〜１０００℃の範囲内で、前記マイクロ加熱要素（５）の前記加熱可能領域（９）の温度を調整するように構成されており、及び／又は
前記制御デバイスは、前記加熱要素（５）と前記開口構造（３）とを相対的に振動運動させるように前記アクチュエータ（７）を調整するように構成されており、前記振動の周期中に少なくとも第１の位置及び第２の位置が通過され、及び／又は
前記制御デバイスは、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの放出される前記赤外線放射の放射電力の変調周波数が達成されるように、前記加熱要素（５）と前記開口構造（３）とを相対的に振動運動させるように、前記アクチュエータ（７）を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
赤外線放射を変調して放出するための方法であって、
請求項１から７までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）を提供するステップと、
赤外線放射を放出するために前記マイクロ加熱要素（５）の前記加熱可能領域（９）を加熱するステップと、
前記放出される赤外線放射の放射電力を変調するために、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で前記開口構造（３）と前記マイクロ加熱要素（５）とを相対的に動かすように、前記アクチュエータ（７）を制御するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
光音響分光分析及び／又は赤外線分光分析を含む群から選択される分光分析法に対する、請求項１から７のいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）又は請求項１０又は１１に記載のシステムの使用。
【請求項１４】
気体を分析するための光音響分光器であって、
請求項１から７までのいずれか一項に記載の変調可能赤外線放出器（１）と、
気体によって充填可能な分析ボリュームと、
音響検出器とを備え、
前記分析ボリュームは、前記赤外線放出器（１）と前記音響検出器との間に位置付けられ、結果、前記赤外線放出器（１）によって変調可能に放出される赤外線放射を、前記気体の光音響分光分析に使用することができる、光音響分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口構造と、構造化マイクロ加熱要素と、アクチュエータとを備える変調可能赤外線放出器に関し、開口構造及び構造化マイクロ加熱要素は、放出される赤外線放射の強度を変調するために、アクチュエータを用いることによって平行な平面内で互いに対して可動である。本発明はさらに、赤外線放出器を製造する方法、赤外線放出器を使用して赤外線赤色放射の放出を変調する方法、及び、赤外線放出器の好ましい使用に関する。さらなる態様において、本発明は、赤外線放出器と、アクチュエータを調整するための制御デバイスとを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変調可能赤外線放出器（ＩＲ放出器）は、分光法における様々な用途に関連する。特に、気体の分光法は、特定の周波数において、スペクトルの吸収線として検出可能な分子の振動をトリガする赤外線放射を用いて実施されることが多い。
【０００３】
気体内で検出されるべき分子の吸収スペクトル内の周波数を有する強度変調赤外線放射を利用する、光音響分光法が使用されることが多い。この分子がビーム経路内に存在する場合、変調吸収が行われ、その時間尺度が放射の変調周波数の反映する加熱及び冷却プロセスをもたらす。加熱及び冷却プロセスは、気体の膨張及び収縮をもたらし、変調周波数における音響波を引き起こす。上記音響波はその後、音響検出器（マイクロフォン）又はフロー・センサによって測定することができる。
【０００４】
光音響分光法は、非常に細かい濃度の気体を検出することを可能にし、様々な用途がある。一例は、研究及び空調技術において重要な役割を担う、ＣＯ２の検出である。例えば、空気中の排気ガスの濃度を、このように測定することもできる。最小濃度の毒ガスを検出することができる軍事用途も関連し得る。
【０００５】
異なる利点及び欠点を有する様々な放出器が、上記用途の放射源として使用される。例えば、赤外線範囲内の狭帯域レーザ源を使用することができる。これらは、高い放射線強度を使用することを可能にし、例えば、光音響分光法のために標準的な構成要素を用いて高周波変調することができる。しかしながら、レーザのスペクトルが狭いことに起因して、吸収スペクトルが一致する分子しか検出することができない。また、レーザは相対的に高価でもある。複数の異なる分子の検出が所望される場合、対応する数のレーザを使用しなければならない。
【０００６】
熱輻射広帯域放出器も知られている。これらには、スペクトルが広く、多くの場合低コストであるという利点がある。しかしながら、これらの放出器の変調周波数は制限されており、電流供給を変化させることによる直接的な変調は、熱時定数に起因して低速であり、デバイス寿命を大幅に低下させる。変調が低速である結果として、多くの場合、検出構成要素の固有のノイズに起因して、測定の信号対雑音比が乏しくなる。回転チョッパ・ホイールを使用することによる外部変調はより高速であるが、この構成はコストがかかり、多くの用途に望ましいほどコンパクトでも、堅牢でもない。また、変調帯域幅が制限されており、チョッパの回転速度を変化させることは、慣性に起因して面倒である。
【０００７】
ＩＲ放出器を変調する他の手法が、従来技術において知られている。
【０００８】
ＤＥ１９５２６３５２Ａ１は、知られている回転開口ホイールと比較して、非分散赤外線ガス分析器におけるビーム経路の変調を改善することを目標としている。この目的のために、ＤＥ１９５２６３５２Ａ１は、ビーム軸に垂直な軸を中心として放出器を回転させ、１つ又は複数の開口を用いることによって放出器を変調することを提案している。１つの実施例において、９０°だけオフセットされている２つの回転開口を用いることによって反対位相に変調されている、反射器の焦点にあるロッド形状の放射器が提案されている。したがって、シャフトに取り付けられている、ＩＲ放射器自体の高速回転が、高周波変調を達成するために必要である。これによって、構築労力が増大し、コンパクトな構成がより困難になる。
【０００９】
ＧＢ２５０２５２０Ａから、防御信号として時変光強度プロファイルを有する光源の電気光学的シミュレーションが知られている。赤外線範囲内で広いスペクトルを有する均質なアーク灯が放射源として使用される。光強度を変調するために、複数の透過範囲を有する１つ又は複数のテンプレートを使用することが提案されている。１つの実施例において、光源によって見られるものとしての透明領域を目立たなくするために、ステンシルが光源に対して傾けられる。ここで、必要な傾斜角度は、ステンシルの厚さに依存する。別の実施例において、アーク灯の視点からの透過領域をカバーするために、２つのステンシルが互いに対してシフトされる。変調は、迅速な上昇及び漸進的な減衰を可能にする光源のシミュレーションを提供するように意図されている。開位置にあっても、相当量の光がテンプレートの非透過領域によって吸収され、最大放出振幅が低減する。
【００１０】
米国特許第６，４０７，４００（Ｂ１）号は、熱追尾式ミサイルに対する防御策としての赤外線光源の変調に関する。提案されている変調手段は、交互になっている不透明材料及び透光性材料を含む集光要素、固定子、及び２つの回転子である。米国特許第６，４０７，４００（Ｂ１）号の構成方法は、回転要素の精密な調整を必要とする。加えて、米国特許第６，４０７，４００（Ｂ１）号の場合であっても、相当量の赤外光が、瞬間的に開位置にある間に非透過性部分によって常に吸収され、最大放出振幅が低減する。
【００１１】
したがって、変調可能赤外線放出器を提供するためのこれらの手法は、多くの用途に望ましいほどコンパクトでも、堅牢でも、エネルギー効率的でもない。今日、多くの応用分野においてコンパクトな機械電子デバイスを製造するために、マイクロシステム技術が使用されている。このように製造することができるマイクロシステム（微小電気機械システム、すなわちＭＥＭＳ）は、傑出した機能を提供し、製造コストをさらにより低く抑えながら、非常にコンパクト（マイクロメートル範囲）である。例えば、ＤＥ１０２０１７２０６１８３Ａ１は、高速でコンパクトなコーム・ドライブをＭＥＭＳアクチュエータとして記載している。
【００１２】
熱的に生成される赤外線放射を変調するためにＭＥＭＳ技術を使用することは、従来技術からは知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＤＥ１９５２６３５２Ａ１
【特許文献２】ＧＢ２５０２５２０Ａ
【特許文献３】米国特許第６，４０７，４００（Ｂ１）号
【特許文献４】ＤＥ１０２０１７２０６１８３Ａ１
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｊｕｄｙ  Ｊ．Ｗ．  （２００６）  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ．  Ｉｎ：  Ｋｏｒｖｉｎｋ  Ｊ．Ｇ．、Ｐａｕｌ  Ｏ．  （編）  ＭＥＭＳ：  Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｄｅｓｉｇｎ，  Ａｎａｌｙｓｉｓ，  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ
【非特許文献２】Ｅ．  Ｔｈｉｅｌｉｃｋ、Ｅ．  Ｏｂｅｒｍｅｉｅｒ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ  Ｖｏｌ．  １０、４−５、２０００年６月１日、４３１〜４５５頁
【非特許文献３】Ｅｌｗｅｎｓｐｏｅｋ，  Ｍ．、Ｗｉｅｇｅｒｉｎｋ，  Ｒ．Ｊ．、Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００１
【非特許文献４】Ｍ．  Ｔａｂｉｂ−Ａｚａｒ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＋Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、従来技術の欠点のない、変調可能赤外線放出器、及び、変調赤外線放射を生成するための方法を提供することである。特に、本発明の目的は、広いスペクトルの赤外線放射を変調して放出することができ、同時に、単純で低コストなコンパクト設計を特徴とする、高周波且つ可変的に変調可能な赤外線放出器を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載される。
【００１７】
第１の態様において、本発明は、変調可能赤外線放出器であって、
開口構造と、
構造化マイクロ加熱要素と、
アクチュエータとを備え、
マイクロ加熱要素は、第１の平面内に加熱可能領域及び非加熱可能領域を有し、開口構造は、第２の平面内に赤外線放射に対する透過性（透明）領域及び不透過性（不透明）領域を有し、上記２つの平面は互いに平行であり、開口構造及びマイクロ加熱要素は、平行な平面内で互いに対して可動であり、アクチュエータは、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で開口構造とマイクロ加熱要素とを相対的に動かすように構成されており、結果、第１の位置と第２の位置との間で開口構造を通じてマイクロ加熱要素から放出可能な赤外線放射について、少なくとも２の消光比が達成可能である、変調可能な赤外線放出器に関する。この目的のために、構造化マイクロ加熱要素の加熱可能領域及び非加熱可能領域の構成又は寸法決め、並びに、開口構造の透過性領域及び不透過性領域の構成又は寸法決めは好ましくは、第１の位置において、加熱可能領域によって放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の不透過性領域によって吸収及び／又は反射され、一方、第２の位置において、加熱可能領域によって放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の透過性領域を通じて放射されるように、互いに合致される。
【００１８】
開口構造が構造化加熱要素に対して可動であることに起因して、放出される赤外線放射の強度の変調は特に迅速且つ単純に達成することができる。電流供給を変化させることによる赤外線放出器の知られている強度変調とは対照的に、本発明による変調は熱時定数によって制限されない。むしろ、ＭＥＭＳアクチュエータを使用して、１００Ｈｚを十分に上回る変調周波数を達成することができる。そのような変調周波数は、光音響分光法にとって特に有利である。しかしながら、変調可能赤外線放出器は、赤外線放射の高速且つ信頼可能な変調が必要とされる任意の用途に適している。
【００１９】
第一に、変調可能赤外線放出器は、電磁放射線を放出するデバイスである。この放射線は好ましくは、赤外線（ＩＲ）領域、特に約７００ナノメートル（ｎｍ）〜１ミリメートル（ｍｍ）の波長の波長範囲を呈する。放出される放射線の対応する周波数は、約３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）〜４００テラヘルツ（ＴＨｚ）の範囲内であり得る。スペクトルは、ちょうど好ましいものとして、分光法の分野において一般的であるように、１ｍあたり又は１ｃｍあたりの波数を単位として表現され得る。当業者には、これらの単位を変換する方法が知られている。放出器という用語は好ましくは、マイクロ加熱要素によって表現される放射源と、マイクロ加熱要素に対する相対運動によって赤外線放射を変調することを可能にする開口構造とを備えるデバイスを指す。
【００２０】
特に、スペクトルは、放出器の好ましい応用分野、すなわち赤外線分光法、特に光音響分光法に対応するように選択される。特に、気体分子に依存する好ましいスペクトル範囲に対応する、分析及び／又は検出されるべき気体分子の振動励起が好ましい。例えば、約２．４マイクロメートル（μｍ）の波長を包含するＩＲ放出器のスペクトル範囲が、ＣＯ２分子の励起に適している。赤外線放射の特に好ましい波長範囲は７００ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍ、特に好ましくは２μｍ〜３μｍである。
【００２１】
放射線は、等方的に、すなわち、放出器から始まるすべての空間方向において均一に放出することができる。この文脈において、均一とは、好ましくは同じ放射線強度を有することを意味する。強度は、特に、面積電力密度として定義され、好ましくは、ワット毎平方メートル又は略してＷ／ｍ２の単位を有する。しかしながら、放射線の等方性放出とは対照的に、度数の形態の好ましい方向に沿って方向付けられたビームの形態で放射線がバンドル化されることが好ましい。特に追加の構成要素のない放出器の放射線は、典型的には発散し、例えばランベルトの法則によって放射面に対して記述することができるため、レンズなどの追加の構成要素は、ビームのバンドル化又はコリメーションを可能にするために、放出器に組み込むか又は外部に取り付けることができる。放射源を設計すること、並びに、追加の構成要素を使用して所望のビーム・プロファイル及び所望のビーム方向をもたらすことによって、放射源の放出プロファイルを成形する方法が、当業者には知られている。好ましくは、変調可能ＩＲ放出器は、追加のレンズのない実際の放射源、並びに、放射源とビームのコリメーションのための少なくとも１つのレンズとを備えるシステムのみを含み得る。さらなる過程において、ビームという用語は、放出器によって放出される放出器の好ましいビーム方向に沿った放射線の好適にバンドル化された部分を表すものとし、特に、上記方向に沿った最も強度の大きい部分が、ビームを規定する。以下において、マイクロ加熱要素と開口構造との間で伝播する放射線又はビームについて、非変調放射線又は非変調ビームという用語は、ＩＲ放射器の外側のビームの区別を可能にするために使用される。
【００２２】
放射器は変調可能であり、これは、放出される放射線の強度、好ましくはビームの強度を、経時的に制御可能に変化させることができることを意味する。変調は好ましくは、測定可能な量としての強度の時間的変化を引き起こすものとする。これは、例えば、測定期間内に測定されている最も弱い強度と、同じ期間内に測定されている最も強い強度との間に、その放射線スペクトルに典型的に使用される機器及び強度を測定又は決定するアプリケーションの感度よりも大きい、経時的な強度の差が存在することを意味する。好ましくは、その差は、もっと強い調整可能な強度と最も弱い調整可能な強度との間の２倍よりも大幅に大きい。変調可能赤外線放出器は、様々な用途を有する。関連する用途に関して、赤外線分光法、特に光音響分光法が言及されるべきである。
【００２３】
マイクロ加熱要素の形態の熱輻射放出器が、赤外線放射を生成するために提供される。マイクロ加熱要素は好ましくは、マイクロメートル（μｍ）程度の寸法を有する加熱要素であるものとして理解される。ここで、加熱要素は、電流が材料を通じて流れるときにジュール熱を生成する導電性材料の加熱可能層を含む。生成される熱は好ましくは、電流源が使用されるか又は電圧源が使用されるかに応じて、要素のオーム抵抗及び電流の２乗又は印加電圧の２乗及び逆方向オーム抵抗に対する依存を示す。平衡状態において、生成される熱は、熱伝導、対流、及び、電流が流れる加熱可能層の外部界面において放出される熱放射（同義語：赤外線放射）に起因する熱損失に等しい。当業者には知られているように、生成される熱は、とりわけ、特に粒子の温度ムーブメントによる熱放射を引き起こし、この結果として、例えば、電荷担体及び／又は振動双極子モーメントが加速される。したがって、赤外線放射は、具体的には、電流を通す加熱可能層によって生成することができる。加熱可能層は好ましくは、例えば、タングステン又は白金などの金属から作成される。適切な電圧を印加することによって、結果もたらされる電流が、ジュール熱、及び、最終的には赤外線放射の生成をもたらす。放射線スペクトルは好ましくは、プランクの放射法則によってほぼ記述することができ、当業者には、例えば、放射率又は黒体の熱平衡からの実際の逸脱など、実際の加熱可能層と黒体との間の差が認識される。これらの逸脱にもかかわらず、生成されるスペクトル及びその強度は基本的に、プランクの放射法則に従って、温度及び放射面積によって記述される。したがって、当業者は、マイクロ加熱要素の特定の設計によって、好ましい強度分布を有する好ましいスペクトルを達成することができる。この目的のために、加熱要素の材料及び幾何学的設計に加えて、提供される電気エネルギー、放射界面の表面処理、及び、熱放射に加えての加熱要素の熱損失の大きさが、好ましくは決定的なものである。これらの熱損失の大きさは、例えば、加熱要素と、隣接する材料及び／又は流体との間の熱伝導率、並びに、それらの熱容量及び界面のサイズによって決定される。
【００２４】
構造化マイクロ加熱要素は好ましくは、２次元平面、すなわち、加熱可能領域及び非加熱可能領域が存在する第１の平面によって特徴付けられる。加熱可能領域は、上述したような導電性材料の加熱可能層を含む領域である。非加熱可能領域は、好ましくは、加熱可能領域でないこと、及び、加熱可能領域に隣接すること又は２つの加熱可能領域の間にあることによって定義される。電流が印加されると、赤外線放射が好ましくは放出方向において加熱可能領域から放出され、一方、これは非加熱可能領域には当てはまらない。
【００２５】
好ましくは、第１の平面内の加熱可能領域及び非加熱可能領域は、実質的に或る線に沿って配置される。例えば、マイクロ加熱要素は、第１の平面を構成する直方体基板の表面を含み得る。この表面上に、電気的に接触されるストリップ（例えば、コーティング）の形態で、加熱可能領域を堆積することができる。これらは、例えば、直方体表面の長辺に垂直に方向付けられ得る。これらのストリップの間に、本質的にストリップ形状の非加熱可能領域が存在し得る。加熱可能ストリップが、直方体表面の短辺よりも短く、結果、すべての非加熱可能領域が直方体表面の１つの長辺に沿って接続されることが好適であり得る。この実施例において非加熱可能領域が接続された表面を形成するとしても、本発明の目的のための複数の非加熱可能領域が存在する。特に、加熱可能領域及び非加熱可能領域は、直方体の中心線に沿って交互になっており、これによって、適切に選択された開口構造に対して、本発明による変調が可能になる。
【００２６】
例えば、加熱可能領域は、第１の平面内の延在範囲と比較して小さい厚さを有する基板のコーティングの形態にあってもよい。しかしながら、加熱可能領域が大幅により大きい厚さを有することもあってもよい。しかしながら、この場合にあっても、本明細書において開示されている目的の関連する表面は、赤外線放射の放出が本質的に生成され、放出方向における法線によって記述することができるものである。上記表面が、第１の平面を形成する。したがって、第１の平面に対する法線は、好ましくは、赤外線放射の放出強度が他の方向と比較して最も大きい、及び／又は、好ましい放出方向に関係する放出方向を示す。上記第１の平面は好ましくは、加熱可能領域及び非加熱可能領域を有する（交差）平面を同時に形成する。
【００２７】
マイクロ加熱要素は好ましくは、少なくとも部分的に独立しており、例えば、大きい温度変化及び並進運動に起因するＩＲ放出器内での熱膨張を可能にする。部分的に独立しているとは、界面において放出器の他の要素に少なくとも部分的に非積極的に及び／又は積極的に接続されており、したがって、本質的に界面に垂直な方向における運動自由度を有することを意味する。
【００２８】
赤外線放出器（ＩＲ放出器）によって放出される強度の変調は非変調ビームについて不透過性（不透明）である要素によって、当該非変調ビームを、制御して且つ再現可能に、一時的に遮断することによって達成することができる。この目的のために、開口構造は、赤外線放射に対する透過性（透明）領域及び不透過性（不透明）領域を含む。開口構造は好ましくは、加熱要素の第１の平面に平行な平面（第２の平面）内に、赤外線放射に対する透過性領域及び不透過性領域を含むことを特徴とする。これらの領域は好ましくは或る線に沿って第２の平面内に配置される。
【００２９】
開口（混合）構造は好ましくは、赤外線放射に対して透過性（透過性）である領域を除いて、ＩＲ放射に対して不透過性（不透明）である材料から構成される、平坦な要素である。透過性領域は、例えば、開口構造内の面内スロットによって形成することができる。同様に、これらの領域において、放射線のスペクトルに対して実質的に透明である異なる材料が使用されてもよい。同等に、（開口を形成するための）材料が赤外線放射に対して実質的に透明であり、不透過性領域が、例えば、赤外線放射に対して実質的に不透明であるコーティングによって形成されることが好適であり得る。
【００３０】
開口構造の不透過性領域は、赤外線放射に対して実質的に不透明な材料から成る。この材料は、この材料から赤外線放射を遮断するとき、それ自体が、所望の変調特性の逆であるレベルにおいて赤外線放射を放出し始めるような程度まで加熱されることが好ましい。したがって、材料が実質的に放射線を反射すること、及び／又は、ＩＲビームの吸収によって生成される任意の熱が十分に散逸されることが好適であり得る。
【００３１】
開口構造の透過性領域及び不透過性領域の構成又は寸法決めは好ましくは、第１の位置において、加熱可能領域によって放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の不透過性領域によって吸収及び／又は反射され、一方、第２の位置において、加熱可能領域によって放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の透過性領域を通じて放射されるように、構造化マイクロ加熱要素の加熱可能領域及び非加熱可能領域の構成又は寸法決めに合致される。したがって、開口構造の透過性領域及び不透過性領域のサイズ及び構成、又は、構造化マイクロ加熱要素の加熱可能領域及び非加熱可能領域のサイズ及び構成を適切に選択することによって、例えば、第１の位置において、加熱可能領域から放出可能なＩＲ放射が、開口構造の不透過性領域によってほぼ完全に吸収され、一方、第２の位置において、加熱可能領域から放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の透過性領域を通じてほぼ完全に放射されることを達成することができる。したがって、マイクロ加熱要素及び開口構造の構造化を位置整合させることによって、特に高い変調深度又は高い消光比を、単純な手段を用いて達成することができる。
【００３２】
一例として、開口構造は本質的に平坦且つ矩形であり得、スリット形状の透過性領域を呈し得る。これらの透過性領域は、例えば、矩形の長辺に垂直に延在し得る。透過性スリットの間に、本質的にストリップ形状の不透過性領域がある。透過性領域が、矩形開口構造の直方体表面の横辺よりも短く、結果、すべての不透過性領域が開口構造の少なくとも１つの縦辺に沿って互いに接続されることが好適であり得る。この場合に不透過性領域が幾何学的に、接続された表面を形成するとしても、本発明の意味において、いくつかの非加熱可能領域が存在する。特に、ＩＲ放射に対する透過性領域及び不透過性領域は、直方体の中心線に沿って交互になっており、これによって、対応した構造化された加熱要素を用いた、本発明による変調が可能になる。
【００３３】
好ましくは、実質的に独立した、自立している開口構造を提供することができる。特に、開口構造の、赤外線放射に対して透過性（透明）である領域及び不透過性（不透明）である領域は、第２の平面内での開口構造の位置付けに応じて、マイクロ加熱要素によって放出される非変調ビームを透過又は遮断するように意図されている。したがって、開口構造及びマイクロ加熱要素は、非変調ビームが少なくとも第１の（相対）位置において不透過性領域によって実質的に遮断され、結果、ビームの（開口構造の、加熱要素から外方に面する側の）強度が最小になり、少なくとも第２の（相対）位置において透過性領域を通じて実質的に透過され、結果、ＩＲビームの強度が最大になるように、互いに対して可動であるべきである。ここで、相対運動は、２つの平行平面の間で行われるべきである。好ましくは、実際の運動は、開口構造によってその平面内で、及び／又は、マイクロ加熱要素によってその平面内で実施され得る。運動は、好ましくは、好ましい方向に沿って２つの平面のうちの１つの中で行われる。好ましい方向は、特に、マイクロ加熱要素及び／又は開口構造の領域がそれに沿って配置される方向によって規定することができる。対応する（不）透過性領域及び（非）加熱可能領域を或る線に沿って配置するとき、好ましくは、直線相対運動が意図される。それらの領域が円上に配置される場合、回転運動が好適であり得る。
【００３４】
当業者は、特に直線並進運動及び回転運動のためのＭＥＭＳアクチュエータなど、様々な適切なアクチュエータの設計及び動作に精通しており、又は、関連する技術文献を参照することができる（特に、Ｊｕｄｙ  Ｊ．Ｗ．  （２００６）  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ．  Ｉｎ：  Ｋｏｒｖｉｎｋ  Ｊ．Ｇ．、Ｐａｕｌ  Ｏ．  （編）  ＭＥＭＳ：  Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｄｅｓｉｇｎ，  Ａｎａｌｙｓｉｓ，  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、Ｅ．  Ｔｈｉｅｌｉｃｋ、Ｅ．  Ｏｂｅｒｍｅｉｅｒ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ  Ｖｏｌ．  １０、４−５、２０００年６月１日、４３１〜４５５頁、Ｅｌｗｅｎｓｐｏｅｋ，  Ｍ．、Ｗｉｅｇｅｒｉｎｋ，  Ｒ．Ｊ．、Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００１、Ｍ．  Ｔａｂｉｂ−Ａｚａｒ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＋Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９９８を参照されたい）。
【００３５】
実質的に、ほぼ、約などのような用語は好ましくは、±４０％未満、好ましくは±２０％未満、特に好ましくは±１０％未満、さらにより好ましくは±５％未満、及び特に±１％未満の許容範囲を表す。同様とは、好ましくはほぼ等しいサイズを表す。部分的とは、好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％、場合によっては少なくとも４０％を表す。例えば、上記において、領域が赤外線ビームに対して実質的に透明であることが開示されている場合、これは、ビーム又は部分ビームの全体的な強度が上記許容範囲内で上記領域を通じて透過されることを意味する。
【００３６】
開口構造及びマイクロ加熱要素は、平行な平面内で互いに対して可動である。変調可能なＩＲ放出器に筐体が設けられる場合、開口構造及び／又はマイクロ加熱要素は好ましくは、上記筐体に対して可動に取り付けられる。したがって、可動に取り付けられた要素は、線形ガイドを介して剛性要素に接続することができる。線形ガイドは好ましくは、１つの方向に沿った直線運動を可能にし、他の方向における運動を妨げるか、又は、他の方向における運動の自由度を制約する。同時に、線形ガイドは好ましくは、例えば、回転要素及び／又は滑り軸受を用いることによって、摩擦及び保守管理を可能な限り少なくして、１つの方向に沿って動くことを可能にする。
【００３７】
アクチュエータは、開口構造とマイクロ加熱要素とを相対的に動かすように構成されている。特に、アクチュエータは、電気制御信号を動きに変換する。アクチュエータは、例えば静電アクチュエータであるＭＥＭＳアクチュエータであってもよい。アクチュエータは、可動開口構造及び／又は可動マイクロ加熱要素に直接的に接続することができる。特に、アクチュエータが同時に、可動要素の、ＩＲ放出器の剛性部分、特に放出器の筐体との接続要素（ジョイント）であることが好ましい。したがって、特に、アクチュエータはさらに、同時に線形ガイドとすることができる。アクチュエータが可動構造と放出器の残りの部分との間の唯一の接続リンクであることが特に好ましい。可動構造は他の様態では、本質的に独立し得る。このように、ＩＲ放出器の特に単純でコンパクトな構造を達成することができる。マイクロ加熱要素がアクチュエータによって開口構造に対して動かされることが特に好ましい。したがって、マイクロ加熱要素の加熱可能領域を、ＩＲ放射に対して透明である開口構造の領域に対して動かすことによって、少なくとも１つの第１の位置においてＩＲ放射を実質的に遮断し、少なくとも１つの第２の位置において透過性領域を通じてＩＲ放射を実質的に完全に透過することによって、ＩＲビームの変調を実施することができ、結果、これらの２つの位置において到達する最小強度と最大強度との間の範囲内の任意の強度を所望の時間経過内で設定することができる。したがって、第１の位置は好ましくは最小強度に対応し、第２の位置は好ましくは最大強度に対応する。
【００３８】
相対運動によって調整することができる、放出されるＩＲ放射の最大強度と最小強度との間の比は、消光比として参照される。消光比は、最大強度と最小強度との間の商から直接的に決定することができ、好ましくは、上記商によって直接的に指定することができる。しかしながら、この比が、例えば通信工学において一般的であるような、対数スケールデシベル（ｄＢ）単位で表現されることも好適であり得る。
【００３９】
アクチュエータは好ましくは、所望の変調周波数に適した変調周波数において少なくとも第１の位置と第２の位置との間の範囲全体にわたって相対運動を実施することができ、要件に従って電気信号によって駆動することができる場合に、相対運動のために構成されている。
【００４０】
開口構造がアクチュエータによって加熱要素に対して動かされることも好適であり得る。上述した変調が、同じように達成され得る。
【００４１】
マイクロ加熱要素が、例えばストリップ形態のいくつかの加熱可能領域によって特徴付けられる場合、ＩＲ放出器の放出ビームは、個々の領域の合成部分ビーム及びそれらの強度によって特徴付けられる。したがって、個々の領域の正確な幾何学的放射挙動は好ましくは、とりわけ、例えば、加熱可能領域の幾何学的設計、開口構造からマイクロ加熱要素までの距離、ビームをコリメートするためのレンズの位置付けなど、ＩＲ放出器の全体的な設計に依存する。
【００４２】
例えば、レンズは、加熱要素と開口構造との間に配置することができるが、開口構造の、加熱要素から外方に面する側に配置することもできる。その上、加熱要素と開口構造との間の距離は、開口構造が近距離場内にあるように、十分に小さくすることができる。同様に、距離は、開口構造における放射線が遠距離場によって記述されるように、より大きくすることもできる。これとは無関係に、開口構造の間の相対運動内での第１の位置において、ビームが開口構造によって実質的に遮断され、別の第２の位置において、放射線又はビームが開口構造によって実質的に透過されることが好ましい。変調中に所望の消光比を達成するためには、ＩＲ放出器の最小強度と最大強度との間の比が適切であることが決定的である。それゆえ、ビームが最小強度の第１の位置において実質的に遮断される限り、最大強度の第２の位置であっても、ビームが部分的にのみ透過されることも好適であり得る。好ましくは、考慮されるべきビームの強度は、ＩＲ放出器を出てさらなる使用のために利用可能になった後のビームの変調強度に関係する。好ましくは、最小強度及び最大強度は、開口構造の直後の放出方向における空間的に平均化された強度を示す。
【００４３】
開口構造がマイクロ加熱要素の構造に対して設計されることが好ましい。特に、これは、加熱要素によって放出される非変調放射線の発散を考慮に入れて、ＩＲ放射に対して透明な領域の形状、数及び間隔が、加熱要素の加熱可能領域と合致することを意味する。このように、所望の変調挙動は好ましくは、加熱可能領域によって放出される各部分ビームについて個々に達成することができ、したがって、部分ビームから構成される全体的なビームは、所望されるように等しく変調することができる。例えば、複数の平行なストリップ形状の加熱可能領域を含むマイクロ加熱要素の場合、開口構造の等しい数の平行なストリップ形状の透過性領域を使用することも好適であり得る。所望の変調特性を得るために、開口構造、マイクロ加熱要素、２つの構成要素の間隔などを設計する方法が、当業者には分かる。例えば、放出されている放射線の発散を考慮に入れ上記放射線を十分な程度まで遮断するために、マイクロ加熱要素の加熱可能なストリップ形状の領域よりも広い透過性ストリップ形状領域の間の開口構造の不透過性ストリップ形状領域を選択する必要があり得ることが、当業者には分かる。
【００４４】
少なくとも２の消光比が、第１の位置と第２の位置との間で開口構造を通じてマイクロ加熱要素によって放出される赤外線放射について達成可能であることが特に好ましい。上記比は好ましくは、最大強度と最小強度との間の直接の商である。しかしながら、例えば、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００又は１０００のより高い消光比を可能にする構造化を選択することも好適であり得る。消光比は、同様に、ｄＢ単位で表現することもでき、少なくとも３ｄＢ、少なくとも１０ｄＢ、少なくとも２０ｄＢ、少なくとも３０ｄＢ、又は少なくとも４０ｄＢの消光比が好ましい。好ましい消光比は、例えば光音響分光法における、所望の応用形態の特に良好な実現を可能にする。
【００４５】
所望の変調深度において達成可能な最大変調周波数は好ましくは、少なくとも１キロヘルツ（ｋＨｚ）、特に好ましくは少なくとも１０ｋＨｚ、より好ましくは少なくとも２０ｋＨｚ、特に好ましくは少なくとも３０ｋＨｚ、及び特に少なくとも１００ｋＨｚである。光音響分光法における応用形態については、可聴音及び／又は超音波の範囲内の変調周波数を達成することが特に好ましい。所望の変調深度が達成される変調帯域幅は、好ましくは、０Ｈｚから最大変調周波数までの周波数範囲全体に関する。
【００４６】
強度が最大及び／又は最小になる第１の位置及び／又は第２の位置のみよりも多くの位置が存在することも好適であり得る。位置が強度極大値及び／又は極小値のみに関するが、別の位置に関連して同じく所望の消光比を満たすことが等しく好適であり得る。
【００４７】
所望の変調は好ましくは、放出放射線強度の対応する時間経過における表現を見出すことができる。そのような所望の時間的強度経過の実現可能性を決定するために、変調深度、及び、この変調深度が本質的に達成可能である帯域幅が特に重要である。その上、ＩＲ放出器の電子制御の分解能が好ましくは実現可能性に関連する。例えば、最小強度と最大強度との間のいずれの異なる強度レベルを、いずれの周波数によって達成することができるかが重要であり得る。ＩＲ放出器が、マイクロ加熱要素、及び、加熱要素と開口構造との間の相対運動を制御する電気的制御を呈することが好ましい。
【００４８】
そのような制御は、例えば、制御デバイスによって実現することができる。制御デバイスを用いることによって、所望のスペクトル、強度及び変調を設定又は調整することができる。制御とは好ましくは、電気制御信号がアクチュエータ及びマイクロ加熱要素に直接的に送信され、その結果として、所望の放射線特性がもたらされることを意味する。マイクロ加熱要素の場合、これは、特に特定の温度及び／又は特定の時間温度プロファイルを設定又は調整することができることを意味する。さらに、アクチュエータ（好ましくは温度経過と協調する）によってトリガされる相対運動によって、特定の変調信号を得ることができる。典型的には、変調信号は、制御デバイスによって生成されるアナログ信号である。制御デバイスは、好ましくは、例えば、制御コンピュータから適切なデジタル電子信号を受信することができ、当該信号はその後、制御デバイスによって適切な作動信号に変換される。
【００４９】
マイクロ加熱要素及びアクチュエータなどのＩＲ放出器の複数の部分は、マイクロメートル範囲内の小さい寸法を呈し、標準的な製造過程に従って生成されるＭＥＭＳ要素であることが特に好ましい。
【００５０】
ここで、変調可能赤外線放出器の構造を、特定の実施例を用いることによって例示する。ＩＲ放出器は好ましくは、下側サポート、側方部分及びカバー要素から構成される筐体内に収容される。シール要素を、キャリア、カバー要素及び側方部分の間に設けることができる。シール要素は、筐体内部に収容されているマイクロ加熱要素と、筐体の外部環境との熱交換を低減するために使用することができる。カバー要素は、適用される開口構造を呈する。筐体内の構造化マイクロ加熱要素は、開口構造の方向に向けられているその表面が第１の平面内の加熱可能領域を表す、個々の平行な加熱薄層を含む。上記第１の平面に沿って、非加熱可能領域は、加熱可能領域の間に位置する。領域は各々、周期的に配置構成される。開口構造は、第１の平面に平行な第２の平面に沿って配置構成され、赤外線放射に対して透過性（透明）である領域、及び、不透過性（不透明）である領域から構成される。
【００５１】
相対運動は、マイクロ加熱要素に直接的に結合される、コーム・ドライブの形態のアクチュエータによって達成される。アクチュエータは、筐体の側方部分に取り付けられる。マイクロ加熱要素は、アクチュエータを介して筐体に接続されているのみであり、他の様態では独立している。
【００５２】
説明されている例示的な実施例において、開口構造の不透過性領域の数は、マイクロ加熱要素の加熱可能領域の数に等しい。その上、領域は周期的に配置構成される。不透過性領域の幅は、加熱可能領域の幅よりもわずかに広く、結果、加熱可能領域がアクチュエータを用いることによって、ＩＲ放出器によって放出される放射線が最小強度を呈する第１の位置において不透過性領域の直下に位置付けられるときに、それらのＩＲ放射が実質的に遮断される。加熱領域を、開口構造の透過性領域の下の第２の位置に動かすことによって、放出されるビームの最大強度を設定することができる。この場合、領域は、第２の位置において放出される放射線の強度と、第１の位置において放出される放射線の強度との間の、少なくとも２の消光比が達成されるように、互いに対して構成される。
【００５３】
そのようなＩＲ放出器は、複数の好ましい特性を達成し、すなわち、これは高速変調であり、変調深度（消光比）は多くの用途に適しており、これはコンパクト、堅牢且つ耐久性である。変調の帯域幅はさらに、従来技術から知られている変調方法と比較して大きく改善される。
【００５４】
変調可能赤外線放出器の好ましい実施例では、第１の位置において、加熱可能領域から放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の不透過性（不透明）領域によって吸収及び／又は反射され、一方、第２の位置において、加熱可能領域から放出可能なＩＲ放射が、主に開口構造の透過性領域をトラバースする（通過する）。
【００５５】
この実施例は、第１の位置と第２の位置との間での開口構造とマイクロ加熱要素との相対運動に起因して、変調可能赤外線放出器の好ましい実施例である。これに関連して、開口構造及びマイクロ加熱要素は好ましくは、第１の平面内の加熱可能領域及び第２の平面内の不透過性領域が、上記平面に直交する方向に沿って互いに重なり合って位置付けられ得るように、幾何学的に位置整合される。
【００５６】
好ましくは、不透過性領域は、加熱可能領域を完全にカバーし、ＩＲ放射の放出方向において加熱可能領域の上に位置付けられる。完全にカバーするとは、特に、不透過性領域が、第２の平面内の各方向において、第１の平面内の加熱可能領域に少なくとも等しく、特に好ましくはそれよりも大きい延在範囲を有することを意味する。各加熱可能領域がこのように不透明（不透過性）領域を割り当てられることが好ましい。しかしながら、不透過性領域はまた、複数の加熱可能領域に割り当てることもできる。加熱可能領域によって放出されるＩＲ放射が主に、開口構造の不透過性領域によって吸収及び／又は反射される、すなわち、とりわけ透過されないことが特に重要である。
【００５７】
不透過性領域が、開口構造の加熱を回避するために、非変調放射線を吸収するのではなく、実質的に反射することが好適であり得る。
【００５８】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、アクチュエータは加熱要素に結合され、加熱要素を開口構造に対して並進運動させるように構成されている。この実施例において、開口構造は好ましくは静止しており、開口構造とマイクロ加熱要素との間の相対運動は、加熱要素の並進運動からもたらされ、この動きはアクチュエータによって開始される。並進運動は特に、加熱要素の変位を指す。変位は好ましくは、第１の平面内で行われるべきである。結合されるとは、特に、可動アクチュエータ要素の動きが所望の方向における加熱要素の動きをトリガするように、マイクロ加熱要素とアクチュエータの少なくとも１つの可動要素との間に直接的な機械的接続が存在することを意味する。
【００５９】
アクチュエータ及び加熱要素は好ましくは、互いに直接的に接続することができる。加熱要素とアクチュエータの両方が同じ基板を含み、及び／又は、同じ基板から作成されることがさらに好適であり得る。アクチュエータに対する機械的結合だけでなく、熱的及び／又は電気的結合も存在し得る。熱的結合を通じて、加熱要素の所望の非放射熱損失を達成することができる、これは、加熱要素の放射及び／又は変調特性に、所望の様式で影響を与える。電気的結合は、加熱要素の導電性材料の加熱可能層の電気的接触を達成することができる。有利には、加熱要素が可動である場合、開口構造は、例えば、筐体のカバー要素内に静止して設置することができ、これによって、放出器の堅牢性が増大する。
【００６０】
しかしながら、アクチュエータが開口構造に結合され、開口構造を加熱要素に対して並進運動させるように構成されることが等しく好適であり得る。
【００６１】
この実施例において、マイクロ加熱要素は好ましくは静止しており、マイクロ加熱要素と開口構造との間の相対運動は、開口構造の並進運動によって達成され、この動きはアクチュエータによってトリガされる。この場合の並進運動は好ましくは、開口構造の変位を示す。これは好ましくは、第２の平面内で行われるべきである。この実施例において、結合されるとは、特に、可動アクチュエータ要素の動きが所望の方向における加熱要素の動きをトリガするように、開口構造とアクチュエータの少なくとも１つの可動要素との間に直接的な機械的接続が存在することを意味する。
【００６２】
アクチュエータ及び開口構造は好ましくは、互いに直接的に接続することができる。開口構造とアクチュエータの両方が同じ基板を含み、及び／又は、同じ基板から作成されることがさらに好適であり得る。アクチュエータと開口構造との間には機械的結合だけでなく、熱的結合も存在し得る。熱的結合を使用して、任意の吸収される放射線による開口構造の加熱を散逸させることができる。しかしながら、加熱要素から構造へのアクチュエータを介した熱伝達を妨げるために、開口構造とアクチュエータとが熱的に分離されることも望ましい場合がある。
【００６３】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、赤外線放出器は、開口構造、マイクロ加熱要素及びアクチュエータが中に設置されて存在する筐体を備える。ここで、開口構造が筐体から熱的に分離されることが特に好ましい。
【００６４】
好ましくは、筐体は、設置される構成要素の寸法及び形状に基づくことができ、放出器の取り扱いを改善し、堅牢なデバイスを作成するために、筐体が設置される要素よりも大幅に大きいことが等しく好適であり得る。例えば、マイクロ加熱要素、アクチュエータ及び／又は開口構造は、ＭＥＭＳ要素であってもよく、及び／又は、（サブ）マイクロメートル範囲内の寸法を有してもよく、筐体はセンチメートル範囲内の寸法を有する。
【００６５】
すでに上述したように、筐体内のアクチュエータがマイクロ加熱要素／開口構造に直接的に結合されることが可能である。その上、筐体を備える放出器の全般的な構造は、上記の例示的な実施例においてすでに説明されている。
【００６６】
好ましくは、筐体は、連続的な外面を呈し、内側で閉じられる。マイクロ加熱要素は、筐体の内側に設置される。これによって、マイクロ加熱要素が外部の影響から保護されることが可能になり、適切な位置付けにある開口構造の透過性領域の透過を除いて、ＩＲ放射が外側に放出されることが妨げられる。アクチュエータは好ましくは、筐体の側方部分に取り付けることができる。
【００６７】
マイクロ加熱要素が筐体から熱的に分離されず、むしろ、加熱要素から筐体への非放射熱の散逸が可能であり、結果、熱が加熱要素から散逸することができることが好ましい。例えば、導電性材料の電流を通す加熱可能層によって生成される熱と、加熱要素から環境へと散逸される熱との間に所望の平衡を確立することができ、所望の放射線特性を生成することができ、及び／又は、所望の変調特性を達成することができる。
【００６８】
例えば、筐体、マイクロ加熱要素及び／又はアクチュエータの構成要素が同じ材料から作成されること、並びに、直接的に接続されている要素の間に十分な熱伝導が存在することが好適であり得る。
【００６９】
筐体は好ましくは、それ自体の放熱のためのヒートシンクを備えることができる。
【００７０】
同じく筐体内に設置されて存在する開口構造が、他の要素から、特に筐体から熱的に分離されていることが望ましい。これは好ましくは、開口構造と筐体若しくはアクチュエータとの間の接続に少なくとも１つの適切な材料を使用することによって、及び／又は、接続点の適切な設計（例えば、小さい接続領域及び／又は適切な厚さの接続）によって、開口構造が大きく加熱されないことを意味する。加熱は、マイクロ加熱要素がオフにされ、熱的に平衡するときの開口構造の温度に関連して説明される。
【００７１】
同様に、開口構造の筐体への温度の近似の時間経過を決定するのに必須の時定数が十分に大きいことが好適であり得る。これは、例えば、１分よりも大きくすることができ、好ましくは１０分よりも大きくすることができ、特に１時間よりも大きくすることができる。
【００７２】
接合部に適切な材料は好ましくは、接合面全体をカバーする。適切な材料は、特に、ワット毎メートル・ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）単位で表現される、材料の熱伝導率を参照する。接合部における好ましい熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満、特に好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ未満、特に０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。
【００７３】
好ましくは、所望の熱的分離を提供するために、酸化物層が、開口構造と筐体若しくはアクチュエータとの間、及び／又は、開口構造に接続されているアクチュエータと筐体との間の接続点に導入される。酸化物層は、開口構造に使用される材料において熱的分離を提供するのに特によく適している。その上、それらは特に製造しやすく、安価に製造される。
【００７４】
マイクロ加熱要素と開口構造との間の直接的な熱伝達を最小限に抑えるために、筐体が、これらの構成要素の間、又は、第１の平面と第２の平面との間の空間内に真空を生成するように構成されることが好適であり得る。真空とは、好ましくは、３０ｘ１０３パスカル（Ｐａ）未満、より好ましくは１００Ｐａ未満、より好ましくは０．１Ｐａ以下の圧力を指す。構成されるとは、筐体が十分に耐圧性に優れるように設計されることを意味する。筐体が真空ポンプのための接続又は組み込み真空ポンプを含むことも好ましい。しかしながら、筐体が製造中に実質的に永続的に真空にされることが等しく好ましい。
【００７５】
開口構造が、変調ビームの方向における非変調ＩＲ放射のそれ自体の放出を最小限に抑えるために冷却されることも好適であり得る。例えば、ペルチェ要素及び／又は流体冷却がこの目的に使用されてもよい。
【００７６】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、筐体はカバー要素を備え、カバー要素において、開口構造が目下固定されており、少なくとも１つの光学フィルタが付加的にカバー要素内に設置されている。したがって、開口構造は好ましくは筐体内に統合され、カバー要素によって形成される筐体の１つの外面上に存在する。開口構造は、本質的にカバー要素を形成することができ、又は、カバー要素によって構成されることができる。
【００７７】
例えば、様々な分光法におけるＩＲ放出器の用途に応じて、熱放射源の広い周波数スペクトル全体を使用することができ、又は、より狭いスペクトルが所望される。マイクロ加熱要素の非変調スペクトルとは大きく異なる所望のスペクトルを選択するために、好ましくは周波数フィルタを利用することができる。有利には、これらはカバー要素に統合することができる。
【００７８】
フィルタは、マイクロ加熱器と開口構造との間、及び、開口構造の他方の側に位置付けることができる。
【００７９】
使用されるフィルタは有利には、異なるフィルタ特性を呈することができ、例えば、バンドパス・フィルタ、ショートパス・フィルタ、ロングパス・フィルタ、ノッチ・フィルタ及び所望のスペクトル的影響をもたらすこれらのフィルタの任意の組み合わせが使用されてもよい。フィルタが作用する周波数又は周波数範囲は、用途に応じて柔軟に選択することができる。
【００８０】
例えば、異なるフィルタ特性を有する複数のフィルタが設定されているフィルタ・ホイールを、フィルタとして使用することができる。フィルタ・ホイールを回転させることによって、所望のフィルタを機械的に選択することができる。好ましくは、フィルタ・ホイールは、電気駆動によって回転させることができる。
【００８１】
ファブリ・ペロー・フィルタを使用することも想定される。そのようなフィルタは、例えば、非常に狭いスペクトルを選択するために使用することができる。好ましくは、上記フィルタがそれに基づくファブリ・ペロー干渉計は、例えば、温度の調節又は機械的調整によって調節可能である。したがって、所望のスペクトルを、元のビームから柔軟に選択することができる。
【００８２】
同様に、好ましくは適切な薄膜フィルタを使用することができる。これらは、特に容易に製造され、非常にコンパクトである。特に、ＩＲ放出器が製造過程において統合設計において製造される場合、そのような薄膜フィルタの製造は、その過程に容易に統合することができる。これによってコストが低減する。
【００８３】
薄膜フィルタの柔軟な組み合わせ、又は、例えば温度を変更することによって調節可能な薄膜フィルタの利用も有利である。
【００８４】
例えば偏光などの、ＩＲ放射の他の特性に対するフィルタを使用することもできる。好ましくは、それらはまた、カバー要素の一部であってもよい。
【００８５】
変調可能赤外線放出器の好ましい実施例において、マイクロ加熱要素は、電流源及び／又は電圧源に対する接点が存在する導電性材料の加熱可能層が少なくとも部分的に堆積される基板を備える。
【００８６】
基板は好ましくは、マイクロ加熱要素の基部を形成する。この文脈において、基板はまた、少なくとも部分的に、アクチュエータ及び／又は筐体要素などの、ＩＲ放出器の他の構成要素も備えることができる。有利には、基板は、特に半導体及び／又はマイクロシステム製造からの確立されたプロセス・ステップによって適切に形成することができる。その後、好ましくは、導電性材料の加熱可能層を、例えば、ドーピング及び／又はコーティングによって基板に被着又は統合することができる。加熱可能層は好ましくは、マイクロ加熱要素の加熱可能領域を含む。加熱可能層は、電気的接触を確立するために電気エネルギー源に接触されることが好ましい。主に、接触は、加熱可能領域が少なくとも部分的に電流によってトラバースされ、所望の様式でＩＲ放射を放出するように実施されるべきである。
【００８７】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、基板は、シリコン、単結晶シリコン、ポリシリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、シリコン・ゲルマニウム、窒化ケイ素、窒化物、ゲルマニウム、炭素、ガリウムヒ素、窒化ガリウム及び／又はリン化インジウムを含む群から選択される。これらの材料は、半導体及び／又はマイクロシステム製造において特に容易且つ安価に加工され、また、大量生産によく適している。同様に、これらの材料は、特定の領域において所望の電気的特性、熱的特性及び／又は放射線特性を達成するために、ドーピング及び／又はコーティングに特に適している。
【００８８】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、加熱可能層を形成するための導電性材料は、白金、タングステン、（ドープ）酸化スズ、単結晶シリコン、ポリシリコン、モリブデン、チタン、タンタル、チタン−タングステン合金、金属シリサイド、アルミニウム、グラファイト及び／又は銅を含む群から選択される。一方において、これらの材料は、所望の熱的特性、電気的特性、機械的特性及び／又は放射線特性を呈し、他方において、それらは特に容易且つ安価に加工される。
【００８９】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、マイクロ加熱要素は、薄層構造、蛇行構造、及び／又はグリッド構造を備える。
【００９０】
薄層構造は好ましくは、平衡に延在する同様の層から成る構成を指す。導電性材料の加熱可能層は好ましくは、薄層形態で構成される。以下において薄層としても参照される個々の層は好ましくは、それらの表面が第１の平面に垂直である状態で配置構成される。
【００９１】
薄層が平面状であることが好適であり得、これは特に、表面の２つの寸法の各々におけるそれらの延在範囲が、それに垂直な厚さの寸法よりも大きいことを意味する。例えば、サイズ比は少なくとも１．５対１であり得る。例えば、５対１又は１０対１の大幅に大きい比も本明細書においてカバーされる。薄層の第１の平面との交差面、又は、第１の平面内にある薄層の側面が好ましくは、マイクロ加熱要素の加熱可能領域を形成する。
【００９２】
薄層の間に、導電性材料の加熱可能層を含まない基板の部分であり得る領域が存在することが好ましい。これらの領域の第１の平面との交差が、好ましくは非加熱可能領域を形成する。薄層の間の領域は好ましくは、薄層の熱膨張に適合される。
【００９３】
加熱可能薄層が、それらの間に配置されている基板を介して互いに電気的に接触され、したがって、電気エネルギー源に対する共通の接点を呈することが好ましい。
【００９４】
薄層は基板上に特に容易且つ安価に製造され、加熱可能領域として使用するのに特によく適している。
【００９５】
蛇行構造は好ましくは、一連の相互に直交する区画を含む構造を示す。そのような蛇行構造は、例えば、隣接する薄層が側面において互いに接続される場合、上記の薄層構造から形成することができる。蛇行構造は好ましくは、導電性材料の加熱可能層によって形成される。
【００９６】
蛇行構造は、ＩＲ放出器内で種々の様式で配置構成することができる。好ましくは、第１の平面又はそれに平行な平面を、例えば、対称面など、構造の定義面として使用することができる。蛇行構造の、第１の平面との交差面及び／又は境界面が、好ましくは加熱可能領域を形成する。加熱可能領域の面積が最大化されるように蛇行構造を構成することが好ましい。
【００９７】
好ましくは、蛇行構造の実質的に隣接する平行接続直交区画の間に、導電性材料の加熱可能層を含まない基板が配置されて存在する。
【００９８】
そのような蛇行構造は、製造中に利点を示すことができる。特に、そのような構造は本質的に、導電性材料のすべての加熱可能層又はすべての加熱可能領域に対する電気的接触を提供する。
【００９９】
蛇行構造は、導電性材料の連続的な加熱可能層であることによって、高い抵抗を呈することができ、したがって、ＩＲ放射に所望される温度分布を生成するのに特に効率的であり得る。
【０１００】
グリッド（又はメッシュ、格子、グレーティング）は主に、周期的に配列された構造を指す。この構造は好ましくは、導電性材料の少なくとも１つの加熱可能層によって形成される。好ましくは、構造は、マイクロ加熱要素の加熱可能領域を表す、第１の平面との界面及び／又は交差を有する。好ましくは、周期的構造は、第１の平面に沿って配置され、加熱可能領域の面積を最大化する。好ましくは、非加熱可能領域は、隣接する加熱可能領域の間に位置する。
【０１０１】
そのようなグリッドは、マイクロ加熱要素の構造化について多大な柔軟性を与える。
【０１０２】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、マイクロ加熱要素と開口構造との間の可能な相対運動に関連して、第１の平面内にはマイクロ加熱要素の加熱可能領域及び非加熱可能領域が、並びに、第２の平面内には開口構造の透過性領域及び不透過性領域が、周期的に配置構成される。
【０１０３】
周期性は、好ましくは、第１の平面又は第２の平面内の領域の反復する空間距離を示す。この距離は好ましくは、隣接する領域内で２つの均等に配置構成された点の間の領域について測定される。そのような周期的配置構成の一例は、横方向において互いから同じ距離を有するストリップ形状の加熱可能領域及び／又は透過性領域である。それぞれのストリップが同じ寸法を有することがさらに好ましい。しかしながら、後者はストリップの周期性にとって必須ではない。異なる幅のストリップも周期性を呈することができ、これは、例えば、隣接する領域間の距離が、横辺の垂直二等分線の間で測定される場合に明らかになる。それぞれ相補的な加熱可能領域と透過性領域との間に配置される非加熱可能領域及び／又は不透過性領域も、本質的にストリップ形状であり、典型的には同様に、これらの領域の少なくとも２つの点の間で決定することができる、相補的領域の周期性に起因して、周期性を呈する。
【０１０４】
周期的構造を提供することによって、所望のビーム及び／又は偏重挙動を、特に単純に達成することができる。例示のために、単一のストリップ形状の加熱可能領域を想起されたい。この場合、開口構造は、２つのストリップ形状の透過性領域を含み、それらの間に不透過性（不透明）ストリップ形状領域が存在する。ここで、マイクロ加熱要素は、変調のための所定の周波数ｆにおいて前後に並進される。ここで、並進期間は、以下の動き、すなわち、不透過性領域の下の加熱可能領域の位置から、１つの透過性領域の下の位置まで、その後、他の透過性領域に至り、開始点に戻る動きを含む。したがって、１つの並進運動の中で、透過が最大になる２つの位置（第２の位置）に到達し、透過が最小になる同じ第１の位置に２回到達する。
【０１０５】
したがって、この実例において、ＩＲ放出器は、ｆの並進周波数において２・ｆのＩＲビームのほぼ平均の変調周波数を達成することができる。変調周波数の計算において、往復運動の反転点における及びその近くでの並進運動は、２つの反転点の間の中間とは異なる速度を有することに留意することが好ましい。したがって、変調周波数は典型的には、ほぼ並進周波数の倍数に過ぎない。
【０１０６】
様々な所望の変調及び／又はビーム特性を生成するために、周期的に配置構成されている（非）加熱可能領域及び／又は（不）透過性領域の様々な組み合わせが想定される。例えば、約ｘ・ｆの変調周波数を達成することができる集合を選択することができ、ｆは並進運動の周波数であり、ｘは、好ましくは通過する第１の位置及び第２の位置の数によって決定される整数である。
【０１０７】
上述した薄層、蛇行及び／又はグリッド構造は、周期的に構造化されたマイクロ加熱要素に特に適している。
【０１０８】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、マイクロ加熱要素の加熱可能領域及び非加熱可能領域の配置構成の空間的周期は、透過性領域及び不透過性領域の配置構成の空間的周期に等しい。
【０１０９】
両方の領域の周期をこのように一致させることによって、さらなる利点を達成することができる。例えば、所望の強度及び／又はビーム・プロファイルを得るために変調ビームを生成するために、複数の周期的に配置構成された加熱可能領域が使用されることが好適であり得る。開口構造の周期的に等しく配置構成されている（不）透過性領域がこの目的に使用される場合、並進運動が非常に小さくても、所望の消光比及び周波数による変調を達成することができる。結果として、変調帯域幅の大きい、非常に効率的で小型化されたＩＲ放出器を提供することができる。特に、多くの場合、より高い速度及び／若しくは周波数において、並びに／又は、ＭＥＭＳアクチュエータを使用することによって、より小さい並進運動を実施することができる。
【０１１０】
好ましくは、加熱可能領域の数は、不透過性領域の数に等しい。
【０１１１】
さらに、異なる第２の位置の間で強度が変わらないように、すべての第２の位置において同じ数の加熱可能領域が常に透過性領域の下にあるように、並進運動が実施されることが好ましい。
【０１１２】
加熱可能領域が透過性領域よりも多いこと、又は、透過性領域が加熱可能領域よりも多いことも好適であり得る。したがって、好ましくは、強度が最大である複数の第２の位置を好ましくは実質的に同じ速度において通過することができるため、ｆの並進周波数において、ほぼ平均の変調周波数ｘ・ｆからの実際の周波数のより小さい逸脱を得ることができる。
【０１１３】
変調可能赤外線放出器の好ましい実施例において、アクチュエータは、好ましくは静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、及び／又は熱アクチュエータを含む群から選択されるＭＥＭＳアクチュエータである。
【０１１４】
ＭＥＭＳアクチュエータは好ましくは、標準的なマイクロシステム技術製造方法を使用するアクチュエータであり、有利にはまた、マイクロメートル単位の寸法を呈する。そのようなアクチュエータは好ましくは、コンパクトで、堅牢で且つあまり手がかからず、容易且つ安価に製造することができる。特に、放出器のいくつかの部分は、ＭＥＭＳ要素、すなわち、上記で言及した好ましい特性を有する要素とすることができ、ＭＥＭＳアクチュエータとともに１つの製造段階において製造可能であり得る。同じ基板が、複数の部分において作製のために使用され得ることが望ましい。これによって、製造過程が単純化し、その費用が抑えられる。
【０１１５】
上記アクチュエータは、多数の高速の周期的な並進運動に特によく適しており、特にそれらのコンパクトな設計に起因して、エネルギー要件が低い。その上、とりわけコンパクトな設計及び線形運動に起因して、達成可能な並進速度の範囲が高い。
【０１１６】
変調を目的として、マイクロ加熱要素から、好ましくは結合されているアクチュエータを通じて筐体に至る可能な最大の範囲まで熱を散逸させることが望ましい場合がある。それゆえ、アクチュエータが実質的に又は部分的に筐体材料から作成されることが好適であり得る。
【０１１７】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、ＭＥＭＳアクチュエータは、櫛歯の重なり及び／又は櫛歯の離間の変動に基づくコーム・ドライブの形態の静電アクチュエータである。
【０１１８】
ＭＥＭＳコーム・ドライブは、例えば、特許出願ＤＥ１０２０１７２０６１８３Ａ１など、従来技術から知られている。実施例に応じて、櫛歯の重なり及び／又は櫛歯の離間を変化させることができる。
【０１１９】
そのようなＭＥＭＳコーム・ドライブは、それらの寸法及び生成可能な運動に起因して、好ましい並進運動及びコンパクトなＩＲ放出器に特に適していることが認識されている。
【０１２０】
変調可能赤外線放出器のさらなる好ましい実施例において、開口構造の不透過性領域は、７８０ｎｍ〜１ｍｍの波長範囲内で０．１未満の透過率を有し、開口構造の透過性領域は、０．９を超える透過率を有する。
【０１２１】
好ましくは、透過率は、当該領域を完全にトラバース（貫通）する、それぞれの領域に入射する、マイクロ加熱要素によって生成されるＩＲ放射の強度の部分を説明する。透過率は、入射放射線のスペクトル、使用される材料及びトラバースされる材料の厚さに依存する。当業者には、所望の特性を達成する方法が知られている。不透過性（不透明）領域が０．０５未満、より好ましくは０．０１、特に０．００５未満の透過率を有することが特に好ましい。
【０１２２】
透過性領域は好ましくは、０．９５を超える、特に０．９９の透過率を有する。
【０１２３】
上述したように、不透過性領域が特に反射性であり、わずかしか吸収性でなく、結果、開口構造が過剰に加熱されず、それ自体がＩＲ放射を放出しないことが好ましい。
【０１２４】
開口構造は好ましくは、金属、特に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）を含む群から選択される金属、Ａｌ（ＭｇＦ２）などの誘電体材料及び／又は交互の層を含む。特に、これらの材料は、好ましくは１μｍを超える厚さを有する固体材料（プレート）、及び／又は、典型的には１００ｎｍ〜１μｍの厚さのコーティングとして使用することができる。特に好ましくは、上述した材料及び／又は層の厚さは、高い効率で望ましくないＩＲ放出を防止する開口構造内の不透過性領域を作成することができる。
【０１２５】
このように設計された開口構造によって、所望の消光比を有する放出器の好ましい放出及び変調特性を、開口構造の領域とマイクロ加熱要素の領域との間の幾何学的一致とともに達成することができる。
【０１２６】
別の態様において、本発明は、上述したような赤外線放出器の製造方法に関し、マイクロ加熱要素の製造は、
基板をエッチングするステップと、
基板上に導電性材料を堆積するステップと、
任意選択的に、加熱可能層を形成するために導電性材料をパターニング（構造化）するステップと、
導電性材料を接触させるステップとを含む。
【０１２７】
例えば、上記で言及した好ましい材料のうちの１つを、基板として使用することができる。エッチング中、例えばウェハなどのブランクを、所望の基本形状のマイクロ加熱要素に形成することができる。次のステップにおいて、加熱可能層のための導電性材料が堆積される。特に、加熱可能領域が含まれるべきである。
【０１２８】
導電性材料のさらなる構造化（パターニング）が所望される場合、これは例えば、さらなるエッチング過程によって実行することができる。同様に、通常の過程によって追加の材料を堆積することができ、又は、ドーピングを実行することができる。
【０１２９】
導電性材料を接触させるために、付加的に、銅、金及び／又は白金などの適切な材料を、一般的な過程によって導電性材料上に堆積することができる。物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）又は電気化学堆積を、好ましくはこの目的に使用することができる。
【０１３０】
このように、好ましくはマイクロメートル範囲内の寸法を有する、特に微細に構造化されたマイクロ加熱要素を製造することができる。同様に、これらの製造段階は、半導体処理において特に上首尾であることが証明されており、半導体処理の標準的なプロセス・ステップに属する。
【０１３１】
製造過程のさらなる好ましい実施例において、エッチング及び／又はパターニング（構造化）は、乾式エッチング、湿式化学エッチング及び／若しくはプラズマ・エッチング、特に反応性イオン・エッチング、反応性イオン深掘りエッチング（ボッシュ・プロセス）を含む群から選択され、並びに／又は、堆積は、物理気相成長（ＰＶＤ）、特に熱蒸発、レーザ・ビーム蒸発、アーク蒸発、分子ビーム・エピタキシ、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）及び／若しくは原子層堆積（ＡＬＤ）を含む群から選択される。
【０１３２】
これらの過程は、マイクロメートル範囲内のサイズである微細な構造の作製に特に適している。特に、ボッシュ・プロセスは、好ましくは放出器構造の残りの部分に完全に統合されているコンパクトで効率的なマイクロ加熱要素にとって有利である、アスペクト比の高い非常に微細な構造を製造することができる。
【０１３３】
別の態様において、本発明は、
ａ）本明細書に記載されている変調可能赤外線放出器と、
ｂ）制御デバイスとを備えるシステムであって、
制御デバイスは、第１の位置と第２の位置との間で加熱要素と開口構造とを相対的に動かすようにアクチュエータを調整するように構成されている、システムに関する。
【０１３４】
制御デバイスは好ましくは、入力を有効化し、この入力を適切な制御信号に変換する。例えば、入力は、所望のスペクトル、強度、及び／又は変調周波数であってもよい。制御デバイスは主に、所望のＩＲ放射を生成するためにアクチュエータ及び／又はマイクロ加熱要素に渡される、適切なアナログ電気信号を生成する。
【０１３５】
しかしながら、所望のスペクトルの出射ＩＲ放射の正確な時間振幅曲線を指定するより複雑な信号も、入力として機能することができる。制御デバイスはこの場合もまた、好ましくは所望の変調ＩＲ放射を生成するための適切な制御信号を提供する。
【０１３６】
特に、制御デバイスは、（少なくとも）第１の位置と（少なくとも）第２の位置との間での開口構造と加熱要素とを相対的に動かすようにアクチュエータを調整するように構成されている。この目的のために、アクチュエータの必要な並進運動をトリガする電気信号が生成される。
【０１３７】
好ましくは、制御デバイスは、制御ループを備え、フィードバック・メカニズムを使用して、所望の制御と、アクチュエータの実際の動き及び／又はマイクロ加熱要素の加熱との間の不一致を補正することができる。
【０１３８】
ＩＲ放射の追加の低速の変調のためのマイクロ加熱要素の温度プロファイルも、制御デバイスによって調整することができることが好適であり得る。
【０１３９】
システムの制御デバイスは、ＩＲ放出器の外部に位置付けることができ、又は、ＩＲ放出器に統合することができる。
【０１４０】
制御デバイスは好ましくは、例えばマイクロプロセッサなどの、プロセッサを含む。制御のためにデジタル電子機器において使用される他の集積回路も、同様に使用されてもよい。
【０１４１】
そのようなシステムの使用は、適切な制御デバイスを含み、ＩＲ放出器の所望の使用を大幅に単純化することができる。例えば、適切な分光信号を、ＰＣ上で設計することができる。入力を介して、所望の信号はその後、制御デバイスに送信される。制御デバイスは、理論的仕様と高度に一致する、対応するＩＲ信号を生じる駆動信号を生成する。
【０１４２】
特に放出器に統合されたコントローラの形態の制御デバイスは、非常にコンパクトであり、扱いやすい。制御デバイスは好ましくは、例えばコンピュータに接続するための適切なインターフェースを備える。加熱要素の現在の温度又は他のステータス情報などのデータを、コントローラからこのインターフェースを介して入力デバイスへと転送することができることも所望され得る。
【０１４３】
システムのさらなる好ましい実施例において、制御デバイスは、好ましくは５０℃〜１０００℃の範囲内で、マイクロ加熱要素の加熱可能領域の温度を調整するように構成されている。
【０１４４】
そのような制御デバイスは好ましくは、適切な電力をマイクロ加熱要素に提供することが可能である。特に、温度を十分に精密に調整すること、及び／又は、温度を一定に維持することが可能であるべきである。フィードバック・ループを有する制御メカニズムを、この目的に使用することができる。マイクロ加熱要素の現在の温度を測定するために、例えば、少なくとも１つの温度センサを、加熱要素上の適切な位置に統合することができる。
【０１４５】
そのような制御デバイスは、ＩＲ放出器のスペクトル及び／又は強度が特に容易且つ信頼可能に制御されることを可能にする。
【０１４６】
システムのさらなる好ましい実施例において、制御デバイスは、加熱要素と開口構造とを相対的に振動運動させ、振動周期中に少なくとも第１の位置及び第２の位置を通過（トラバース）させるように、アクチュエータを調整するように構成されている。
【０１４７】
好ましくは、アクチュエータによってトリガされる並進運動は、（少なくとも）第１の位置と（少なくとも）第２の位置との間で周期的に繰り返され、結果、それらの位置の間で振動が発生し、並進運動が周期性を呈する。それによって、並進運動の終わりにおいて、好ましくは運動の開始点に再び到達するべきであり、運動は後続の周期において新たに実行されるべきである。ｆの並進周波数において、上記で言及したように、第１の位置及び第２の位置の通過（トラバース）回数ｘは、ｘ・ｆによって、結果もたらされる変調周波数を示す。好ましくは、同じ第１の位置及び／又は第２の位置を複数回通過することができ、また、複数の第１の位置及び／又は第２の位置を、１つの並進周期において通過することができる。
【０１４８】
制御デバイス及び／又はアクチュエータの電子分解能及び／又は帯域幅の範囲内で、並進周波数の、したがって、変調周波数の無段階調整を行うことも可能である。したがって、変調周波数は好ましくは、経時的に変化され得る。
【０１４９】
並進周波数だけでなく、並進振幅も、アクチュエータの運動可能性の範囲内で変化されることがさらに好適であり得る。例えば、開口構造及び／又は加熱要素の設計に応じて、１つの並進周期内で通過（トラバース）される異なる第１の位置及び／又は第２の位置の数は変化し得る。したがって、例えば、上述したように、ＩＲ放射の変調周波数も、並進周波数が一定のままである間に変化し得る。
【０１５０】
それによって、ＩＲ放出の変調周波数の非常に柔軟で効率的な変化を達成することができるシステムが提供される。
【０１５１】
システムのさらなる好ましい実施例において、制御デバイスは、放出される赤外線放射の放射電力の変調周波数が１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、特に好ましくは１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚにおいて達成されるように、加熱要素と開口構造とを相対的に振動運動させるように、アクチュエータを調整するように構成されている。
【０１５２】
この目的のために、制御機器、アクチュエータなどのような、すべての必要な構成要素が、必要な帯域幅を有効化することが特に好ましい。
【０１５３】
上記の周波数は、分光分析の分野の好ましい応用形態に特に有効であることが証明されている。特に、これらの周波数は、その生成がこの分光分析法の主な焦点である広範囲の音響周波数をカバーするため、光音響分光分析における使用に特に適していることが証明されている。
【０１５４】
別の態様において、本発明は、赤外線放射の変調放出のための方法であって、
記載されている実施例のいずれかによる変調可能赤外線放出器を提供するステップと、
赤外線放射を放出するためにマイクロ加熱要素の加熱可能領域を加熱するステップと、
放出される赤外線放射の放射電力を変調するために、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で開口構造とマイクロ加熱要素とを相対的に動かすように、アクチュエータを制御するステップとを含む、方法に関する。
【０１５５】
本発明によるＩＲ放出器及びシステムの好ましい実施例の技術的特徴、定義及び利点はまた、本発明による方法にも適用されることが、当業者には認識されよう。
【０１５６】
別の態様において、本発明は、光音響分光分析及び／又は赤外線分光分析を含む群から選択される分光分析法に対する、先行する説明による変調可能赤外線放出器又は先行する説明によるシステムの使用に関する。
【０１５７】
説明されているＩＲ放出器は、特に赤外線分光分析に使用され得る。しかしながら、広いスペクトルを有し、変調することができる、コンパクトで長寿命のＩＲ放出器が、様々な用途にとって関心の対象である。
【０１５８】
例えば、調整可能フィルタを使用して、異なる時点において放出器のスペクトルの異なる周波数を選択することによって、時間分解測定値を使用して、ＩＲ放出器の特定の周波数範囲を選択することができる。その後、変調は、ここから特定の周波数をブロックし、他の周波数を送信することができ、結果、本質的に良好に定義された周波数を有するＩＲパルスが放出される。結果として、例えば、吸収スペクトルの時間分解記録において、各事例において吸収される周波数を精密に決定することができる。
【０１５９】
光音響分光分析において、コンパクト、長寿命且つ高周波数の変調可能ＩＲ放出器を使用することが、特に有利である。特に光音響分光分析について、実験室で行われず、日常生活において機能しなければならない多くの応用形態が想定される。実例は、有毒ガスの検出、又は、周囲の気体中の（有害）物質の検出のための軍事用途である。高い変調周波数に起因して、加熱要素の直接的な変調と比較してより良好な信号対雑音比を達成することができ、非直接的に変調された放出器はまた、より耐久性でもある。
【０１６０】
別の態様において、本発明は、気体を分析するための光音響分光器であって、
上述されている実施例のいずれかによる変調可能赤外線放出器と、
気体によって充填可能な分析ボリュームと、
音響検出器とを備え、
分析ボリュームは、赤外線放出器と音響検出器との間に位置付けられ、結果、赤外線放出器によって変調可能に放出される赤外線放射を、気体の光音響分光分析に使用することができる。
【０１６１】
当業者は、光音響分光分析、本技法を実行する方法、及び、プロセスに使用される構成要素に精通している。従来技術からは知られていないコンパクトで長寿命のＩＲ放出器に起因して、設備全体を、日常使用に適した特にコンパクトな様式で製造することができる。高い変調周波数に起因して、分析の可能性は極めて用途が広い。同時に、信号対雑音比を増大させることができ、これは周波数のより高い音響検出器にとってより良好である。したがって、例えば、典型的な１／ｆノイズを低減することができる。
【０１６２】
以下において、それらには限定されないが、実例及び図面によって、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】ＩＲ放出器の概略図である。
【図２】時点Ｔ＝０における、ＩＲビームを変調するための加熱要素の並進周期中のＩＲ放出器の概略図である。
【図３】時点Ｔ＝１／４における、ＩＲビームを変調するための加熱要素の並進周期中のＩＲ放出器の概略図である。
【図４】時点Ｔ＝２／４における、ＩＲビームを変調するための加熱要素の並進周期中のＩＲ放出器の概略図である。
【図５】時点Ｔ＝３／４における、ＩＲビームを変調するための加熱要素の並進周期中のＩＲ放出器の概略図である。
【図６】時点Ｔ＝１における、ＩＲビームを変調するための加熱要素の並進周期中のＩＲ放出器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１６４】
図１は、変調可能赤外線放出器１の概略断面図を示す。ＩＲ放出器は、下側サポート１９、側方部分２３及びカバー要素２１から構成される筐体１８内に収容される。シール要素２５がそれぞれサポート１９、カバー要素２１及び側方部分２３の間に存在し得る。これらのシール要素２１は、マイクロ加熱要素５が存在する放出器１の内部と、ＩＲ放出器１の外部環境との熱交換を低減するために使用される。カバー要素２１は、適用される開口構造を上部に備える。筐体１８内の構造化マイクロ加熱要素５は、個々の、並列の加熱薄層１７を備える。開口構造３の方向に向けられている加熱薄層１７の表面は、第１の平面１０内の加熱可能領域９を表す。上記第１の平面１０に沿って、周期的に配置構成されている非加熱可能領域１１は、周期的に配置構成されている加熱可能領域９の間に位置する。開口構造は、第１の平面１０に平行である第２の平面１２に沿って配置構成され、赤外線放射に対して透過性（透明）である領域１３、及び、不透過性（不透明）である領域１５から構成される。これらはまた周期的に配置構成され、同じ周期を有する。加熱要素５と開口構造３との間の相対運動は、マイクロ加熱要素５に直接的に結合される、コーム・ドライブの形態のアクチュエータ７によって実現される。アクチュエータ７は、筐体１８の側方部分２３に取り付けられる。マイクロ加熱要素５は、アクチュエータ７に接続されていることを除いて独立している。
【０１６５】
開口構造３の不透過性領域１５の数は、マイクロ加熱要素５の加熱可能領域９の数に等しい。不透過性領域１５の幅は、加熱可能領域９の幅よりもわずかに広く、結果、加熱可能領域９がアクチュエータ７を用いることによって不透過性領域１５の直下の第１の位置に位置付けられるときに、それらのＩＲ放射が実質的に遮断される。上記第１の位置において、ＩＲ放出器１から放出される放射線は、最小強度を呈する。加熱領域９を、開口構造３の透過性領域１３の下の第２の位置（図示せず）に動かすことによって、放出されるビームの最大強度を設定することができる。この場合、領域は、第１の位置において放出される放射線の強度と、第２の位置において放出される放射線の強度との間の、少なくとも２の消光比が達成されるように設計される。
【０１６６】
図２は、周期の始まりにある時点Ｔ＝０における、並進周期中の図１の変調可能赤外線放出器１を示す。ここでは、アクチュエータ７に直接的に結合されているマイクロ加熱要素３のすべての加熱可能領域９が、後者によって、開口構造３の不透過性（不透明）領域１５の直下の第１の位置に位置付けられる。この場合、加熱可能領域９によって放出される非変調放射線２９は、不透過性領域１５によって実質的に吸収及び／又は反射され、ＩＲビームの放出強度は最小である。図示の実施例において、レンズ２７が、開口構造３の上方で放出器上に存在しており、変調赤外線ビームをコリメートするために使用される。
【０１６７】
図３は、周期長の４分の１後の時点Ｔ＝１／４における、並進周期中の変調可能赤外線放出器１を示す。ここでは、マイクロ加熱要素５のすべての加熱可能領域９が、アクチュエータ７によって、開口構造３の透過性領域１３の直下の第２の位置に位置付けられる。アクチュエータ７によるマイクロ加熱要素５の並進運動は右へと進む。それによって、非変調放射線２９は、本質的に透過性領域１３を通じて放射し、ＩＲビームの放出強度は最大である。
【０１６８】
図４は、全周期持続時間の半分の後の時点Ｔ＝２／４における、並進周期中の変調可能赤外線放出器１の表現である。マイクロ加熱要素５は、初期位置へと左に並進し戻されている。図２における時点Ｔ＝０のように、マイクロ加熱要素５のすべての加熱可能領域９が、アクチュエータ７によって、開口構造３の不透過性領域１５の直下の（同じ）第１の位置に位置付けられ、非変調放射線２９は、実質的に吸収及び／又は反射される。ＩＲビームの放出強度は再び最小である。
【０１６９】
図５は、周期長の４分の３後の時点Ｔ＝３／４における、並進周期中の変調可能赤外線放出器１を示す。マイクロ加熱要素５の加熱可能領域９が、アクチュエータ７によってさらに左に、開口構造３の透過性領域１３の直下の、別の第２の位置へと並進されている。ここで、非変調放射線２９は再び、本質的に透過性領域１３を通じて放射し、ＩＲビームの放出強度は再び最大である。
【０１７０】
図６では、並進周期の終わりにおいて、変調可能赤外線放出器１が運動の開始点へと、右に並進し戻されている。加熱可能領域９は再び、不透過性領域１５の直下の第１の位置にある。非変調放射線２９は、本質的に吸収及び／又は反射され、ＩＲビームの強度は最小である。ここで、新たな並進周期が同じシーケンスによって新たに開始し得る。図示の周期の終了時点は、後続の周期の開始時点と一致する。
【０１７１】
トラバースされる並進周期において、図３〜図６に示すように、第１の位置は２回通過されており、２つの異なる第２の位置が１回通過されている。周期の終了時点は次の周期に割り当てられ、この時点は、次の周期の開始時点を表す。したがって、強度は１つの並進周期内の最小値及び最大値の２倍であった。したがって、ｆの並進周波数において、ＩＲビームは約２・ｆの平均周波数によって変調される。
【０１７２】
本発明の記載されている実施例に対する様々な代替形態を使用して、本発明を実行し、本発明による解決策に到達することができることに留意されたい。したがって、本発明による赤外線放出器、システム、及び方法並びにその使用は、それらの実施例において、上記の好ましい実施例に限定されない。むしろ、提示されている解決策から派生し得る、複数の実施例が想定される。特許請求の範囲の目的は、本発明の保護範囲を規定することである。特許請求の範囲の保護範囲は、本発明による赤外線放出器、システム、それらを使用する方法、及び、それらの均等な実施例をカバーすることを対象とする。
【符号の説明】
【０１７３】
１  変調赤外線放出器
３  開口構造
５  構造化マイクロ加熱要素
７  アクチュエータ
９  加熱可能領域
１０  第１の状態
１１  非加熱可能領域
１２  第２の状態
１３  透過性（透明）領域
１５  不透過性（不透明）領域
１７  加熱薄層
１８  筐体
１９  サポート
２１  カバー要素
２３  側方部分
２５  シール要素
２７  レンズ
２９  非変調放射線
【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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【国際調査報告】
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