(57)【要約】      （修正有）【課題】焦電型光検出器の検出出力を高めること。【解決手段】焦電型光検出器は、基板１０と、基板上に支持される支持部材２１５と、支持部材に接して形成されている焦電型光検出素子２５１と、を有する。焦電型光検出素子２５１は、支持部材側に設けられる第１電極２３４と、第１電極と対向して設けられ、平面視における面積が、第１電極より小さい第２電極２３６と、第１電極２３４と第２電極２３６との間に設けられる焦電体２３２と、を含むキャパシター２３０を有する。焦電型光検出素子２５１はさらに、キャパシター上に形成されている光吸収層２７０を含む。平面視における光吸収層の面積を受光部面積Ａａとし、平面視における第２電極の面積をキャパシター面積Ａｃとし、Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足する。【選択図】図１
2013096786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に支持される支持部材と、
前記支持部材上に形成されている焦電型光検出素子と、を有し、
前記焦電型光検出素子は、
前記支持部材側に設けられる第１電極と、前記第１電極と対向して設けられ、基板厚み方向からの平面視における面積が、前記第１電極より小さい第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる焦電体と、を有するキャパシターと、
前記キャパシター上に形成されている光吸収層と、を含み、
前記平面視における前記光吸収層の面積を受光部面積Ａａとし、平面視における前記第２電極の面積をキャパシター面積Ａｃとし、Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足することを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項２】
請求項１記載の焦電型光検出器であって、
前記Ａａ／Ａｃは、３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足することを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項３】
請求項１記載の焦電型光検出器であって、
前記Ａａ／Ａｃは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足することを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項４】
請求項１記載の焦電型光検出器であって、
前記第１電極の端部は、前記光吸収層で覆われていることを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記光吸収層の、前記支持部材とは反対側の面は、前記第１電極の、前記支持部材に接する面とは反対側の面に対して平行であることを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記平面視における前記光吸収層の形状ならびに前記平面視における前記第２電極の形状は、四角形であることを特徴とする焦電型光検出器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の焦電型光検出器が複数、２次元配置されていることを特徴とする焦電型光検出装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の焦電型光検出器と、前記焦電型光検出器の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項７記載の焦電型光検出装置と、前記焦電型光検出装置の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電型光検出器、焦電型光検出装置、電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサーとして、熱型光検出器が知られている。熱型光検出器は、物体から放射された光を光吸収層によって吸収し、光を熱に変換し、温度の変化を熱検出素子によって測定する。熱型光検出器としては、例えば、光吸収にともなう温度上昇を熱起電力として直接検出するサーモパイル、電気分極の変化として検出する焦電型素子、温度上昇を抵抗変化として検出するボロメータ等がある。熱型光検出器は、測定できる波長帯域が広い特徴がある。
【０００３】
熱型光検出器の一例である焦電型光検出器では、物体から放射された光の一例である赤外線を、例えば赤外線吸収層によって吸収し熱に変換する。その熱を焦電体に与えることによって、焦電体の自発分極量の変化が生じる。その変化量に基づく焦電流によって赤外線量を検出する。
【０００４】
近年、半導体製造技術（ＭＥＭＳ技術等）を利用して、より小型の焦電型光検出器を製造する試みがなされている。特許文献１の図２には、焦電膜を備えた赤外線センサーが記載されている。この焦電膜を備えたセンサーでは、基板に支持された絶縁膜上に絶縁膜と同じ幅で下部電極が形成され、さらに下部電極上に下部電極と同じ幅で焦電膜が形成されている。この焦電膜の上には焦電膜の約８０％の幅の上部電極と、一部が上部電極の上に形成され、焦電膜と同じ幅の光吸収膜が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、焦電型光検出器の検出出力を高めることが求められている。本発明の少なくとも一つの態様によれば、焦電型光検出器の検出出力を高めることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の焦電型光検出器の一態様では、基板と、前記基板上に支持される支持部材と、前記支持部材上に形成されている焦電型光検出素子と、を有し、前記焦電型光検出素子は、前記支持部材側に設けられる第１電極と、前記第１電極と対向して設けられ、基板厚み方向からの平面視における面積が、前記第１電極より小さい第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる焦電体と、を有するキャパシターと、前記キャパシター上に形成されている光吸収層と、を含み、平面視における前記光吸収層の面積を受光部面積Ａａとし、平面視における前記第２電極の面積をキャパシター面積Ａｃとし、Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９を満足する。
【０００８】
熱検出用のキャパシターは、焦電体を、第１電極（支持部材側）と、第２電極層（支持部材とは反対側）とによって挟んだ構造を有する。焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓは、出力電流量とキャパシターの抵抗値との積に応じて変動する。
【０００９】
焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓを大きくするためには、受光部面積Ａａを大きくし、かつ、キャパシターの抵抗（インピーダンス）Ｒｐを大きくする必要がある。
【００１０】
キャパシターの抵抗（容量リアクタンス）は、キャパシターの容量値をＣとしたとき、Ｒｐ＝１／Ｃで表される。容量値Ｃが増えるほど、Ｒｐは小さくなる。容量値Ｃを減らすと、Ｒｐは増大するが、一方、キャパシターのサイズが小さくなったことに伴い、受光部面積Ａａが小さくなる。このように、ＡａとＲｐが相反し、両立がむずかしい。
【００１１】
しかし、キャパシターの容量値や抵抗値に関係するのは、第２電極（支持部材とは反対側の電極）および焦電体であることから、まず、「第２電極と焦電体」の平面視における面積を「小さく」してＲｐを増大させ、一方、第１電極（支持部材側の電極）の平面視における面積（キャパシター面積Ａｃ）は「大きく」し、そして、第１電極の面積に合わせて光吸収層を、広がりをもって形成することによって受光部面積Ａａを増大させる。これによって、受光面積の増大と、キャパシターの容量の増大抑制、すなわち、キャパシターの抵抗値が小さくなることの抑制と、を両立することができる。
【００１２】
受光部面積Ａａをキャパシター面積Ａｃで除算して得られる比Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足するように設定するのが好ましく、より好ましくは３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するのが好ましく、さらに好ましくは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するのが好ましい。焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓは、Ａａ／Ａｃに対して単調増加した後単調減少するという最大値をとる特性（複数点のＡａ／Ａｃに対して最大値をとる場合、一点のＡａ／Ａｃに対して最大値をとる場合の双方を含む）を示し、したがって、Ａａ／Ａｃを適切な値に設定することによって、少なくとも所望レベルの出力電圧Ｖｓを得ることができる。Ａａ／Ａｃの値は、必要とされる出力電圧Ｖｓと、許容される素子面積、レイアウトルールならびに製造上の制約等とを比較考慮して適宜、決定することができる。
【００１３】
また、第１電極（第１電極上に設けられた少なくとも一層の焦電体を含めることができる）は、光吸収層側から入射する光を反射する光反射層（光反射膜）としての効果を有することから、より多くの入射光を熱に変換させることができるという効果も得られる。また、第１電極は熱伝導性が良好であることから、周囲に広く延在していても、遠くで発生した熱を、キャパシターまで効率的に運ぶことができるという効果も得ることができる。
【００１４】
（２）本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記Ａａ／Ａｃは、３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足する。
【００１５】
本態様では、Ａａ／Ａｃを、３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するように設定するのが好ましい。これによって、上記（１）に示す範囲のうちの、本態様で示す範囲以外の値にＡａ／Ａｃを設定した場合よりも、出力電圧Ｖｓのレベルを高くすることができる。
【００１６】
（３）本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記Ａａ／Ａｃは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足する。
【００１７】
本態様では、Ａａ／Ａｃを、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するように設定するのが好ましい。これによって、上記（２）に示す範囲のうちの、本態様で示す範囲以外の値にＡａ／Ａｃを設定した場合よりも、出力電圧Ｖｓのレベルを高くすることができる。
【００１８】
（４）本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記第１電極の端部は、前記光吸収層で覆われている。
【００１９】
本態様では、第１電極（支持部材側の電極）の端部（側面、上面のいずれかを少なくとも含む）が光吸収層で覆われている。光吸収層は、第１電極が光反射層と機能した結果として生じる広範囲の反射光を吸収して熱に変換することができる。光吸収層は、第１電極の終端部付近まで広がりをもって形成されるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２０】
（５）本発明の焦電型光検出器の他の態様では、平面視における前記光吸収層の形状ならびに平面視における前記第２電極の形状は、四角形である。
【００２１】
これによって、第２電極上に形成される光吸収層の平面視での面積を拡大することができ、光吸収によって生じる熱を増大させることができる。
【００２２】
（６）本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記光吸収層の、前記支持部材とは反対側の面は、前記第１電極の、前記支持部材に接する面とは反対側の面に対して平行（略平行も含む）である。
【００２３】
光吸収層の上面が平坦であれば、光吸収層の表面側から到来する光の散乱が減少する。また、第１電極の表面で反射した光が、光吸収層で吸収されずに第２電極の裏面にまで到達したとき、その光が、第２電極の裏面で再び反射して第１電極側に向かう効果が得られる。したがって、無効光を減らすことができる。
【００２４】
（７）本発明の焦電型光検出装置の一態様では、上記いずれかの焦電型光検出器が複数、２次元配置されている。
【００２５】
これによって、複数の焦電型光検出器（焦電型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、焦電型光検出装置（焦電型光アレイセンサー）が実現される。
【００２６】
（８）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかの焦電型光検出器と、前記焦電型光検出器の出力を処理する制御部と、を有する。
【００２７】
上記いずれかの焦電型光検出器は、光の検出出力が高い。よって、この焦電型光検出器を搭載する電子機器の性能が高まる。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。
【００２８】
（９）本発明の電子機器の他の態様は、上記の焦電型光検出装置と、前記焦電型光検出装置の出力を処理する制御部と、を有する。
【００２９】
上記の焦電型光検出装置は、光の検出出力が高い。よって、この焦電型光検出装置を搭載する電子機器の性能が高まる。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】焦電型光検出器、焦電型光検出装置等の各種のセンサーの構造例を示す図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、各種のパラメータの数値を示す図である。
【図３】図１に示すデバイスの特性図である。
【図４】焦電型光検出装置（焦電型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図
【図５】焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む赤外線カメラ（電子機器）のブロック図である。
【図６】赤外線カメラを含む運転支援装置（電子機器）を示す図である。
【図７】示す赤外線カメラを前部に搭載した車両を示す図である。
【図８】赤外線カメラを含むセキュリティー機器（電子機器）を示す図である。
【図９】セキュリティー機器の赤外線カメラ及び人感センサーの検知エリアを示す図
【図１０】センサーデバイスを含む、ゲーム機器に用いられるコントローラーを示す図である。
【図１１】コントローラーを含むゲーム機器を示す図である。
【図１２】赤外線カメラを含む体温測定装置（電子機器）を示す図である。
【図１３】センサーデバイスをテラヘルツセンサーデバイスとして用い、テラヘルツ照射ユニットと組み合わせて特定物質探知装置（電子機器）を構成した一例を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は検出器を二次元配置した検出装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、熱型センサーの一種である焦電型光検出器は焦電型赤外線検出器（焦電型赤外線センサー）２００の平面図および断面図である。図１において、下側には焦電型光検出器の平面図が示されており、上側には、下側の図のＡ−Ａ’線に沿う焦電型光検出器の断面図が示されている。図１では、単独の焦電型光検出器を示しているが、複数の焦電型光検出器を、例えばマトリクス状に配置して、焦電型光検出器アレイ（すなわち焦電型光検出装置）を構成することもできる。
【００３３】
この焦電型赤外線検出器２００は、熱検出素子としての焦電型赤外線検出素子２５１を有し、焦電型赤外線検出素子２５１は、支持部材（メンブレン）２１５側の第１電極２３４と、支持部材（メンブレン）側とは反対の側に設けられる、平面視における面積が、第１電極２３４より小さい第２電極２３６と、第１電極２３４と第２電極２３６との間に設けられる材料層（例えば、焦電材料層、具体的には焦電体としてのＰＺＴ層：チタン酸ジルコン酸鉛層）を有するキャパシター２３０と、支持部材２１５上においてキャパシターに接し、かつ、第１電極２３４および第２電極２３６の上に形成されている光吸収層２７０と、を含む。光吸収層は、例えばＳｉＯ２層あるいはＳｉ３Ｎ４等の無機膜からなる層である。光吸収層２７０は、支持部材２１５上においてキャパシター２３０に接し、かつ、第１電極２３４および第２電極２３６の上に形成されている。
【００３４】
また、平面視における光吸収層２７０の面積を受光部面積Ａａとし、平面視における第２電極２３６の面積をキャパシター面積Ａｃとしたとき、受光部面積Ａａをキャパシター面積Ａｃで除算して得られる比Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足するように設定するのが好ましく、より好ましくは３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するのが好ましく、さらに好ましくは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するのが好ましい。この点については後述する。Ａａ／Ａｃを適切な値に設定することによって、少なくとも所望レベルの、焦電型光検出器の出力（ここでは出力電圧Ｖｓ）を得ることができる。Ａａ／Ａｃの値は、必要とされる出力電圧Ｖｓと、許容される素子面積、レイアウトルールならびに製造上の制約等とを比較考慮して適宜、決定することができる。
【００３５】
（焦電型光検出器の構造）
まず、焦電型光検出器の構造について説明する。焦電型光検出器２００は、ベース（ここではシリコンベースとする）１０と、ベース１０の主面（ここでは表面）上に形成された絶縁膜（ゲート酸化膜）ＩＮＳと、絶縁膜（ゲート酸化膜）ＩＮＳ上に形成されている多層配線構造（最下層の絶縁層、２層以上の層間絶縁層、層間絶縁層間に形成されている少なくとも一層の導体層を含む）ＭＥＳと、を有する。また、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板１０の、平面視で熱検出素子（焦電型赤外線検出素子）２５１と重なる領域には、トランジスターや抵抗等の半導体素子を形成することができる。図１に示される焦電型光検出器２００では、ＭＯＳトランジスター（ここではｎ型のＭＯＳトランジスターとする）Ｑ１，Ｑ２が形成されている。ＭＯＳトランジスターＱ１は、シリコンベース１０に形成されたソース２１ａおよびドレイン２２ａと、シリコンベース１０の表面上に形成されているゲート酸化膜ＩＮＳ、ならびにゲートＧ１を有する。ＭＯＳトランジスターＱ２は、シリコンベース１０に形成されたソース２１ｂおよびドレイン２２ｂと、シリコンベース１０の表面上に形成されているゲート酸化膜ＩＮＳ、ならびにゲートＧ２を有する。これらのＭＯＳトランジスターＱ１，Ｑ２は、熱検出素子（ここでは焦電型赤外線検出素子）２５１に電気的に接続されている。
【００３６】
また、基板１７上に支持される支持部材（メンブレン）２１５が設けられており、支持部材（メンブレン）２１５上（直上および一層以上の層を介する場合を含む）には熱検出素子２５１が設けられている。熱検出素２５１は、熱を電気信号に変換する。これによって、受光した光の強度に対応する検出信号（例えば電流信号）が得られる。
【００３７】
熱検出素子２５１は、キャパシター（本実施形態では焦電キャパシター）２３０と、光吸収層２７０と、を有する。このキャパシター２３０は、支持部材側の第１電極２３４と、支持部材側とは反対の側に設けられる、平面視における面積が、第１電極２３４より小さい第２電極２３６と、第１電極２３４と第２電極２３６との間に設けられる材料層（具体的には焦電材料層）２３２と、を有する。
【００３８】
また、光吸収層（例えばＳｉＯ２層あるいはＳｉ３Ｎ４等の無機膜からなる層）２７０は、支持部材２１５上においてキャパシター２３０に接し、かつ、第１電極２３４および第２電極２３６の上に形成されている。
【００３９】
支持部材（メンブレン）２１５は、焦電型光検出素子２５１を搭載する領域である素子搭載領域２１０と、素子搭載領域２１０を支持する第１アーム２１２ａおよび第２１２ｂと、を有しており、基板１７と、支持部材（メンブレン）の素子搭載領域２１０との間には空洞部（熱分離空洞）１０２が設けられている。焦電型光検出素子２５１は、支持部材（メンブレン）２１５によって、空洞部１０２上において支持されていることから、焦電型光検出素子２５１にて発生した熱が基板１７に散逸することが抑制される。
【００４０】
ここで、支持部材（メンブレン）２１５は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ）／酸化シリコン膜（ＳｉＯ）の３層の積層膜をパターニングすることによって形成することができる（但し、一例であり、これに限定されるものではない）。支持部材（メンブレン）２１５は、焦電型光検出素子２５１を安定的に支持する必要があり、よって、支持部材（メンブレン）２１５のトータルの厚みは、必要な機械強度を満足する厚みを有する。なお、支持部材（メンブレン）２１５の表面上には、配向膜（不図示）を形成して、この配向膜上に、焦電型光検出素子２５１の構成要素であるキャパシター（焦電キャパシター）２３０を形成することができる。但し、電極材料を配向膜と兼用することもできる。
【００４１】
キャパシター（焦電キャパシター）２３０の下部電極（第１電極）２３４ならびに上部電極（第２電極）２３６は共に、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成することができる。例えば、焦電材料層（ＰＺＴ層）２３２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電材料層２３２としては、上述のとおり、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。
【００４２】
焦電材料層（焦電体）２３２に熱が伝達されると、その結果、焦電材料層２３２に分極電荷量の変化がしょうじ、表面電荷量が変化する（焦電効果）。この分極電荷量の変化に伴う電流（焦電流）を検出することによって、入射した光のエネルギー量を検出することができる。
【００４３】
この焦電材料層２３２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）２３４および上部電極（第２電極）２３６の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電材料層２３２の膜厚は、例えば０．１μｍ〜３ｕｍ程度である。
【００４４】
また、キャパシター（焦電キャパシター）２３０の第１電極２３４の表面は、光吸収層２７０で覆われている。光吸収層２７０は、第１電極２３４が光反射層と機能した結果として生じる広範囲の反射光を吸収して熱に変換することができる。光吸収層２７０は、第１電極２３４の終端部付近まで広がりをもって形成されるのが好ましい。これによって、反射光を吸収できる領域を増大させることができる。但し、これに限定されるものではない。例えば、光吸収層２７０は、第１電極２３４の側面、上面の少なくとも一方を含む端部を覆うことができる。
【００４５】
（レイアウト構成）
熱検出用のキャパシターは、材料層（ＰＺＴ）を、第１電極（支持部材側）２３４と、第２電極層（支持部材とは反対側）２３６とによって挟んだ構造を有する。焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓは、出力電流量とキャパシターの抵抗値との積に応じて変動する。
【００４６】
焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓを大きくするためには、受光部面積Ａａを大きくし、かつ、キャパシターの抵抗（インピーダンス）Ｒｐを大きくする必要がある。
【００４７】
キャパシターの抵抗（容量リアクタンス）は、キャパシターの容量値をＣとしたとき、Ｒｐ＝１／Ｃで表される。容量値Ｃが増えるほど、Ｒｐは小さくなる。容量値Ｃを減らすと、Ｒｐは増大するが、一方、キャパシターのサイズが小さくなったことに伴い、受光部面積Ａａが小さくなる。このように、ＡａとＲｐが相反し、両立がむずかしい。
【００４８】
しかし、キャパシターの容量値や抵抗値に関係するのは、第２電極（支持部材とは反対側の電極）および材料層であることから、まず、「第２電極と材料層」の平面視における面積を「小さく」してＲｐを増大させ、一方、第１電極（支持部材側の電極）の平面視における面積（キャパシター面積Ａｃ）は「大きく」し、そして、第１電極の面積に合わせて光吸収層を、広がりをもって形成することによって受光部面積Ａａを増大させる。これによって、受光面積の増大と、キャパシターの容量の増大抑制、すなわち、キャパシターの抵抗値が小さくなることの抑制と、を両立することができる。
【００４９】
受光部面積Ａａをキャパシター面積Ａｃで除算して得られる比Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足するように設定するのが好ましく、より好ましくは３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するのが好ましく、さらに好ましくは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するのが好ましい。焦電型光検出器の出力電圧Ｖｓは、Ａａ／Ａｃに対して単調増加した後単調減少するという最大値をとる特性（複数点のＡａ／Ａｃに対して最大値をとる場合、一点のＡａ／Ａｃに対して最大値をとる場合の双方を含む）を示し、したがって、Ａａ／Ａｃを適切な値に設定することによって、少なくとも所望レベルの出力電圧Ｖｓを得ることができる。Ａａ／Ａｃの値は、必要とされる出力電圧Ｖｓと、許容される素子面積、レイアウトルールならびに製造上の制約等とを比較考慮して適宜、決定することができる。但し、これは一例であって、他の要因によってレイアウトルールが制約を受ける場合も有り得る。
【００５０】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、図１に示すデバイスの特性例を示しており、図２（Ａ）において、Ｖｓは、Ｒｐ、Ａｃ、Ａａの関数であることがわかる。なお、Ｇは熱コンダクタンスであり、ωは角振動数であり、τは熱的あるいは電気的時定数である。またηは光吸収層の熱エネルギーの変換効率に関係する定数であり例えば光吸収に関係し、βはフィルファクターであり、Ｐはキャパシターの特性を決定する係数であり、例えば熱変換係数であり、Ｒｐは素子抵抗であり、Ａｃはキャパシター面積であり、Ａａは光吸収領域の面積である。
【００５１】
図２（Ｂ）には、図２（Ａ）に示される数値を導出する際の条件が示されている。また、図２（Ｃ）は、ＡｃとＡａとキャパシター（Ｃａｐａ）面積比との関係から出力（ここでは出力電圧Ｖｓ）を導出した計算結果を示している。ここで、ＡｃとＡａとＣａｐａ面積比とが所定の関係式による関係になっているときに、あるサイズのＡａにおいて最大のＶｓが得られることがわかった。したがって、Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足するように設定するのが好ましく、より好ましくは３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するのが好ましく、さらに好ましくは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するのが好ましい。
【００５２】
この点について説明する。図３に面積比と出力（ここでは出力電圧Ｖｓ）との関係を示す。図３では、パラメータＡａを３５０μｍ×３５０μｍに固定して、焦電体の厚さｄを１μｍ、２μｍ、０．５μｍ、１０μｍと変化させたときの面積比と出力との関係を示しているが、これに限定されるものではなく、種々のパラメータの設定が可能であり、そしてそのパラメータの設定は適宜、他の条件を加味してなし得るものである。つまり、パラメータＡａと焦電体の厚さｄとの関係は一例であって、焦電体の厚さｄがどのようなものであっても上記１μｍのときの関係性が得られる。なお、他のパラメータの設定とは、例えば、膜の種類を変更するというようなものであるが、この場合も絶縁体で共通していることから大きな減少や増大はみられない。
【００５３】
Ａａ／Ａｃが面積比を表す場合は、Ａａは受光部面積に相当する光吸収層の面積を示し、Ａｃはキャパシターの実効面積に相当する第２電極（上部電極）の面積を示す。ここで、特許文献１の図２では、Ａａ：Ａｃ＝１:０．８とするとＡａ／Ａｃ＝１．２５となり、さらに上部電極面積を縮小してＡａ：Ａｃ＝１：０．６４と仮定してもＡａ／Ａｃ＝１．５６となり、従来技術ではＡａ／Ａｃ＜２と認められる。
【００５４】
本実施形態にて４９＞Ａａ／Ａｃ＞２とすると、従来のＡａ／Ａｃ＝１．５６のときの出力電位に対し２０％程度の大幅向上を達成できる。また、本実施形態にて３４＞Ａａ／Ａｃ＞３とすると、従来のＡａ／Ａｃ＝１．５６の出力値に比べて、出力電位の５０％を超えるさらに大幅な向上を達成できる。さらには、本実施形態にて２２＞Ａａ／Ａｃ＞５とすると、従来のＡａ／Ａｃ＝１．５６の出力値に比べて、出力電位を約２倍にすることができる。なお、２＜ｄ＜１０μｍにおいては、焦電体の結晶配向に基づく焦電特性の向上も達成できるので、更なる出力電位の向上が達成される。
【００５５】
図３において、焦電体ｄ＝１０μｍのとき、範囲α（２．０〜４９．０）のときに出力（ここでは出力電圧Ｖｓ）は２０ｍＶを越え、この点で臨界的意義を有する。また、範囲β（３．０〜３４．０）のときに出力はほぼ３４ｍＶを超得る。範囲γ（α＞β＞γ）のとき、γは５．０〜２２．０であるが、このときに、出力は一応の目安である４０ｍＶを越える。しかしこれらに限定されず、さらに範囲を絞り込むこともできる。これらの考察から、上記のとおり、Ａａ／Ａｃは、２．０＜Ａａ／Ａｃ＜４９．０を満足するように設定するのが好ましく、より好ましくは３．０＜Ａａ／Ａｃ＜３４．０を満足するのが好ましく、さらに好ましくは、５．０＜Ａａ／Ａｃ＜２２．０を満足するのが好ましく、そしてそれらを実験で確認することができた。よって、上記の好ましい範囲が確からしいと確認されたことになる。この場合には確からしい好結果が得られることが確定された。
【００５６】
（第２の実施形態）
図４は、焦電型光検出装置（焦電型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図である。図４の例では、複数の光検出セル（すなわち、焦電型光検出器２００ａ〜２００ｄ等）が、２次元的に配置されている。複数の光検出セル（焦電型光検出器２００ａ〜２００ｄ等）の中から一つの光検出セルを選択するために、走査線（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ等）と、データ線（Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ等）が設けられている。
【００５７】
第１の光検出セルとしての焦電型光検出器２００ａは、熱形光検出素子５としての圧電コンデンサーＺＣと、素子選択トランジスターＭ１ａと、を有する。圧電コンデンサーＺＣの両極の電位関係は、ＰＤｒ１に印加する電位を切り換えることによって反転することができる（この電位反転によって、機械的なチョッパーを設ける必要がなくなる）。なお、他の光検出セルも同様の構成である。１つの光検出セルが占める領域のサイズは、例えば２０μｍ×２０μｍである。
【００５８】
データ線Ｄ１ａの電位は、リセットトランジスターＭ２をオンすることによって初期化することができる。検出信号の読み出し時には、読み出しトランジスターＭ３がオンする。焦電効果によって生じる電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５１０によって電圧に変換され、アンプ６００によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７００によってデジタルデータに変換される。
【００５９】
本実施形態では、複数の焦電型光検出器が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、焦電型光検出装置（焦電型光アレイセンサー）が実現される。
【００６０】
（第３の実施形態）
本実施形態では、電子機器について説明する。
【００６１】
（赤外線カメラ）
図５に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として赤外線カメラ４００Ａの構成例を示す。この赤外線カメラ４００Ａは、光学系４００、センサーデバイス（焦電型光検出装置）４１０、画像処理部４２０、処理部４３０、記憶部４４０、操作部４５０、表示部４６０を含む。
【００６２】
光学系４００は、例えば１又は複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。
【００６３】
センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の焦電型光検出器２００を二次元配列させて構成され、複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。
【００６４】
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。
【００６５】
処理部４３０は、赤外線カメラ４００Ａの全体の制御を行い、赤外線カメラ４００Ａ内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザーが赤外線カメラ４００Ａを操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。
【００６６】
このように、１セル分の焦電型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の焦電型光検出器を二軸方向例えば直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。
【００６７】
もちろん、１セル分または複数セルの焦電型光検出器をセンサーとして用いることで物体の物理情報の解析（測定）を行う解析機器（測定機器）、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられるＦＡ（Factory Automation）機器などの各種の電子機器を構成することもできる。
【００６８】
（運転支援装置）
図６に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、運転支援装置６００の構成例を示す。この運転支援装置６００は、運転支援装置６００を制御するＣＰＵを備えた処理ユニット６１０と、車両外部の所定撮像領域に対して赤外線を検出可能な赤外線カメラ６２０と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサー６３０と、車両の走行速度を検出する車速センサー６４０と、運転者のブレーキ操作の有無を検出するブレーキセンサー６５０と、スピーカー６６０と、表示装置６７０とを備えて構成されている。
【００６９】
この運転支援装置６００の処理ユニット６１０は、例えば赤外線カメラ６２０の撮像により得られる自車両周辺の赤外線画像と、各センサー６３０〜６５０により検出される自車両の走行状態に係る検出信号とから、自車両の進行方向前方に存在する物体及び歩行者などの対象物を検出し、検出した対象物と自車両との接触が発生する可能性があると判断したときに、スピーカー６６０または表示装置６７０により警報を出力する。
【００７０】
また、たとえば図７に示すように、赤外線カメラ６２０は、車両の前部において車幅方向の中心付近に配置されている。表示装置６７０は、フロントウィンドーにおいて運転者の前方視界を妨げない位置に各種情報を表示するＨＵＤ（Head Up Display）６７１などを備えて構成されている。
【００７１】
（セキュリティー機器）
図８に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、セキュリティー機器７００の構成例を示す。
【００７２】
セキュリティー機器７００は、少なくとも監視エリアを撮影する赤外線カメラ７１０と、監視エリアへの侵入者を検知する人感センサー７２０と、赤外線カメラ７１０から出力された画像データを処理して監視エリアに侵入した移動体を検知する動き検知処理部７３０と、人感センサー７２０の検知処理を行う人感センサー検知処理部７４０と、赤外線カメラ７１０から出力された画像データを所定の方式で圧縮する画像圧縮部７５０と、圧縮された画像データや侵入者検知情報の送信や外部装置からセキュリティー機器７００への各種設定情報などを受信する通信処理部７６０と、セキュリティー機器７００の各処理部に対して条件設定、処理コマンド送信、レスポンス処理をＣＰＵで行う制御部７７０とを備えて構成されている。
【００７３】
動き検知処理部７３０は、図示しないバッファメモリーと、バッファメモリーの出力が入力されるブロックデータ平滑部と、ブロックデータ平滑部の出力が入力される状態変化検出部とを備える。そして動き検出処理部７３０の状態変化検出部は、監視エリアが静止状態であれば動画で撮影した異なるフレームでも同一画像データとなるが、状態変化（移動体の侵入）があるとフレーム間の画像データで差が生じることを利用して状態変化を検知している。
【００７４】
また、たとえば軒下に設置されているセキュリティー機器７００と、セキュリティー機器７００に組み込まれている赤外線カメラ７１０の撮像エリアＡ１と、人感センサー７２０の検知エリアＡ２を側面から示したものを図９に示す。
【００７５】
（ゲーム機器）
図１０および図１１本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、前述のセンサーデバイス４１０を用いたコントローラー８２０を含むゲーム機器８００の構成例を示す。
【００７６】
図１０に示すように、図１１のゲーム機器８００に用いられるコントローラー８２０は、撮像情報演算ユニット８３０と、操作スイッチ８４０と、加速度センサー８５０と、コネクター８６０と、プロセッサー８７０と、無線モジュール８８０と、を備えて構成される。
【００７７】
撮像情報演算ユニット８３０は、撮像ユニット８３１と、この撮像ユニット８３１で撮像した画像データを処理するための画像処理回路８３５を有する。撮像ユニット８３１は、センサーデバイス８３２（図５のセンサーデバイス４１０）を含み、その前方には、赤外線フィルター（赤外線だけを通すフィルター）８３３及び光学系（レンズ）８３４を配置している。そして、画像処理回路８３５は、撮像ユニット８３１から得られた赤外線画像データを処理して、高輝度部分を検知し、それの重心位置や面積を検出してこれらのデータを出力する。
【００７８】
プロセッサー８７０は、操作スイッチ８４０からの操作データと、加速度センサー８５０からの加速度データおよび高輝度部分データを一連のコントロールデータとして出力する。無線モジュール８８０は所定周波数の搬送波をこのコントロールデータで変調し、アンテナ８９０から電波信号として出力する。
【００７９】
なおコントローラー８２０に設けられているコネクター８６０を通して入力されたデータもプロセッサー８７０によって上述のデータと同様に処理されてコントロールデータとして無線モジュール８８０とアンテナ８９０を介して出力される。
【００８０】
図１１に示すように、ゲーム機器８００は、コントローラー８２０と、ゲーム機本体８１０と、ディスプレイ８１１と、ＬＥＤモジュール８１２Ａおよび８１２Ｂとを備え、プレイヤー８０１が一方の手でコントローラー８２０を把持してゲームをプレイすることができる。そして、コントローラー８２０の撮像ユニット８３１をディスプレイ８１１の画面８１３を向くようにすると、ディスプレイ８１１の近傍に設置された二つのＬＥＤモジュール８１２Ａおよび８１２Ｂから出力される赤外線を撮像ユニット８３１が検知して、コントローラー８２０は、二つのＬＥＤモジュール８１２Ａ，８１２Ｂの位置や面積情報を高輝度点の情報として取得する。輝点の位置や大きさのデータがコントローラー８２０から無線でゲーム機本体８１０に送信され、ゲーム機本体８１０で受信される。プレイヤー８０１がコントローラー８２０を動かすと、輝点の位置や大きさのデータが変化するため、それを利用して、ゲーム機本体８１０はコントローラー８２０の動きに対応した操作信号を取得できるので、それにしたがってゲームを進行させることができる。
【００８１】
（体温測定装置）
図１２に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、体温測定装置９００の構成例を示す。
【００８２】
図１２に示すように、体温測定装置９００は、赤外線カメラ９１０と、体温分析装置９２０と、情報通信装置９３０と、ケーブル９４０とを備えて構成されている。赤外線カメラ９１０は、図示しないレンズなどの光学系と前述のセンサーデバイス４１０を含んで構成されている。
【００８３】
赤外線カメラ９１０は所定の対象領域を撮影し、撮影された対象者９０１の画像情報を、ケーブル９４０を経由して体温分析装置９２０に送信する。体温分析装置９２０は、図示しないが、赤外線カメラ９１０からの熱分布画像を読み取る画像読取処理ユニットと、画像読取処理ユニットからのデータと画像分析設定テーブルに基づいて体温分析テーブルを作成する体温分析処理ユニットとを含み、体温分析テーブルに基づいて体温情報送信用データを情報通信装置９３０へ送信する。この体温情報送信用データは体温異常であることに対応する所定のデータを含んでもよい。また、撮影領域内に複数の対象者９０１を含んでいると判断した場合には、対象者９０１の人数と体温異常者の人数の情報を体温情報送信用データに含んでもよい。
【００８４】
（特定物質探知装置）
図１３に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、前述のセンサーデバイス４１０の焦電型光検出器の光吸収材の吸収波長をテラヘルツ域としたセンサーデバイスをテラヘルツ光センサーデバイスとして用い、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせて特定物質探知装置１０００を構成した例を示す。
【００８５】
特定物質探知装置１０００は、制御ユニット１０１０と、照射光ユニット１０２０と、光学フィルター１０３０と、撮像ユニット１０４０と、表示部１０５０とを備えて構成されている。撮像ユニット１０４０は、図示しないレンズなどの光学系と前述の焦電型光検出器の光吸収材の吸収波長をテラヘルツ域としたセンサーデバイスを含んで構成されている。
【００８６】
制御ユニット１０１０は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット１０２０は、テラヘルツ光（波長が１００μｍ〜１０００μｍの範囲にある電磁波を指す。）出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物１０６０に照射する。人物１０６０からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質１０７０の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター１０３０を介して撮像ユニット１０４０に受光される。撮像ユニット１０４０で生成された画像信号は、制御ユニット１０１０の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部１０５０へ出力される。そして人物１０６０の衣服内等に特定物質１０７０が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質１０７０の存在が判別できる。
【００８７】
以上、いくつかの電子機器の実施形態について説明したが、上記実施形態の電子機器は説明した構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略し、あるいは他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００８８】
（センサーデバイス）
図１４（Ａ）に図１８のセンサーデバイス４１０の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ５００と、行選択回路（行ドライバー）５１０と、読み出し回路５２０を含む。またＡ／Ｄ変換部５３０、制御回路５５０を含むことができる。行選択回路（行ドライバー）５１０と読み出し回路５２０を駆動回路と称する。このセンサーデバイスを用いることで、図４に示す、たとえばナイトビジョン機器などに用いられる赤外線カメラ４００Ａなどを実現できる。
【００８９】
センサーアレイ５００には、例えば図４に示すように二軸方向に複数のセンサーセルが配列（配置）される。また複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。なお行線及び列線の一方の本数が１本であってもよい。例えば行線が１本である場合には、図１４（Ａ）において行線に沿った方向（横方向）に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が１本である場合には、列線に沿った方向（縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。
【００９０】
図１４（Ｂ）に示すように、センサーアレイ５００の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えば図１４（Ｂ）のセンサーセルは、行線ＷＬ１と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。
【００９１】
行選択回路５１０は、１又は複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図１４（Ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ５００（焦点面アレイ）を例にとれば、行線ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２・・・・ＷＬ２３９を順次選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号（ワード選択信号）をセンサーアレイ５００に出力する。
【００９２】
読み出し回路５２０は、１又は複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ５００を例にとれば、列線ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２・・・・ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。
【００９３】
Ａ／Ｄ変換部５３０は、読み出し回路５２０において取得された検出電圧（測定電圧、到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５３０には、複数の列線の各列線に対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線において読み出し回路５２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。
【００９４】
制御回路５５０（タイミング生成回路）は、各種の制御信号を生成して、行選択回路５１０、読み出し回路５２０、Ａ／Ｄ変換部５３０に出力する。例えば充電や放電（リセット）の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。
【００９５】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【００９６】
本発明は、種々の焦電型光検出器（例えば、焦電型素子等）に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。また、焦電型光検出器または焦電型光検出装置、あるいはそれらを有する電子機器は、例えば、供給する熱量と流体が奪う熱量とが均衡する条件下にて流体の流量を検出するフローセンサーなどにも適用できる。このフローセンサーに設けられる熱伝対などに代えて本発明の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を設けることができ、光以外を検出対象とすることができる。
【００９７】
以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、焦電型光検出器の検出出力を、格段に向上させることができる。
【００９８】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０２  空洞部（熱分離空洞部）、
１０４ａ，１０４ｂ  第１ポストならびに第２ポスト、
２００  焦電型光検出器、２１０  支持部材の載置部、
２１２（２１２ａ，２１２ｂ）  支持部材のアーム部（第１アーム部，第２アーム部）、２１５  支持部材（メンブレン）、
２２９ａ，２２９ｂ  配線（アーム部上に形成される配線）、
２２６，２２８  コンタクト領域、
２３０  焦電キャパシター（キャパシター）、
２３２ａ，２３２ｂ  アーム部の端部、
２３４  第１電極、２３６  焦電体（ＰＺＴ層等）、
２３６  第２電極、２５０  絶縁層、
２５２、２５４  第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホール
【図１】
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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２】
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