(57)【要約】【課題】取り扱いが簡便で、しかも被写体から到来するテラヘルツ光から明瞭な画像情報を得ることができる電磁波イメージング装置を提供する。【解決手段】近赤外領域の近赤外光２４を出射する発光素子と、被写体から到来するテラヘルツ光２を吸収するとともに近赤外光２４を反射し、かつ共振スペクトルに温度依存性を有する複数のマイクロミラー１８が表面に形成された基板２０と、マイクロミラー１８の対応する１つにテラヘルツ光２をそれぞれ集光する複数のマイクロレンズ２９と、相異なるマイクロミラー１８で反射された反射光３０の強度に応じた電気信号を出力する複数の受光素子４０を有する受光部６とを備える。【選択図】図１３
2009063386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から到来する電磁波の強度分布に応じた画像信号を出力する電磁波イメージング装置であって、
前記電磁波と異なる波長のプローブ光を出射する発光素子と、
前記電磁波を吸収するとともに前記プローブ光を反射し、かつ共振スペクトルに温度依存性を有する複数のマイクロミラーが表面に形成された基板と、
前記複数のマイクロミラーの対応する１つに前記電磁波をそれぞれ集光する複数のマイクロレンズと、
相異なる前記マイクロミラーで反射された前記プローブ光の強度に応じた電気信号を前記画像信号として出力する複数の受光素子を有する受光部と
を備えることを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記複数のマイクロレンズの数量が前記複数のマイクロミラーの数量の半分以下であって、前記電磁波が前記マイクロレンズにより集光されるマイクロミラーと、前記電磁波が前記マイクロレンズにより集光されないマイクロミラーとが交互に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記受光素子は、２つのフォトダイオードで構成され、前記２つのフォトダイオードからそれぞれ得られる信号の差分信号を出力する
ことを特徴とする請求項２記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
前記受光素子は、前記２つのフォトダイオードを直列に接続してなり、前記２つのフォトダイオードの接続点から前記差分信号を出力する
ことを特徴とする請求項３記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロレンズは、前記基板の前記複数のマイクロミラーが形成されていない表面に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の電磁波イメージング装置。
【請求項６】
さらに、前記基板に対向してフィルタが配置され、
前記マイクロミラーは、前記基板の前記フィルタに対向する面に形成され、
さらに、前記複数のマイクロレンズとは別に、前記複数のマイクロミラーの対応する１つに前記プローブ光をそれぞれ集光する複数のマイクロレンズが前記フィルタに形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電磁波イメージング装置。
【請求項７】
前記電磁波を集光する複数のマイクロレンズは、テラヘルツ領域の波長の電磁波に対して集光作用があるが、熱線に対しては集光作用がない
ことを特徴とする請求項１、２または６記載の電磁波イメージング装置。
【請求項８】
前記電磁波を集光する複数のマイクロレンズは、回折格子型集光素子である
ことを特徴とする請求項７記載の電磁波イメージング装置。
【請求項９】
前記回折格子型集光素子の回折格子のピッチが５００μｍ以上である
ことを特徴とする請求項８記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１０】
前記複数のマイクロミラーには、前記電磁波を吸収する作用がある金属膜が設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１１】
被写体から到来する電磁波の強度分布に応じた画像信号を出力する電磁波イメージング装置に用いられるマイクロミラーの製造方法であって、
基板上に、ポスト、金属膜、熱伝導膜、第１の誘電体多層膜、誘電体層、および第２の誘電体多層膜となる材料を、この順に積層するステップと、
前記第２の誘電体多層膜上に、反射膜となるべき部分を除いて、第１のレジストを設けるステップと、
前記第１のレジストをマスクにしてエッチングすることにより、前記第１の誘電体多層膜、前記誘電体層、および前記第２の誘電体多層膜を、反射膜となる複数の部分に分離するステップと、
隣接する前記反射膜の間の一部分を除いて、第２のレジストを設けるステップと、
前記第２のレジストをマスクにしてエッチングすることにより、前記熱伝導膜、前記金属膜、前記ポストを個々の反射膜に対応する部分に分離するステップと、
サイドエッチングを利用して、分離された個々のポストを細らせるステップと
を含むことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠赤外線、テラヘルツ光、ミリ波などの電磁波を用いたイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠赤外線、テラヘルツ光、ミリ波などの従来利用されていなかった波長領域の電磁波（光）を利用したイメージング装置が注目され、さかんに開発されている。これらの波長領域の電磁波の検出には、波長領域に応じた種々の検出素子が用いられる。
【０００３】
例えば、遠赤外線を検出し、２次元画像情報を得る素子として、マイクロボロメータ（例えば、非特許文献１を参照）や、Ｒｅｄｓｈｉｆｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ社製Ｔｈｅｒｍａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ（例えば、特許文献１を参照）などがある。
【０００４】
以下、図１７、図１８（Ａ）、および図１８（Ｂ）を用いて従来の電磁波イメージング装置について説明する。
【０００５】
図１７において、電磁波イメージング装置６００は、近赤外光源５０３と、コリメータレンズ５０４と、ビームスプリッタ５０５と、２次元ファブリペローアレイモジュール５０８と、集光レンズ５１２と、近赤外受光素子アレイ５０６と、対物レンズ５２９により構成される。
【０００６】
２次元ファブリペローアレイモジュール５０８は、基板５２０上に形成された２次元ファブリペローアレイ５１８とフィルタ５１０と温度調整器５２２により構成される。２次元ファブリペローアレイ５１８の各々の素子は、遠赤外線吸収層と誘電体の多層膜とから構成されるファブリペロー共振器（不図示）からなる。
【０００７】
その誘電体の共鳴ピーク波長は誘電体の厚みおよび屈折率の少なくとも一方で決まり、この従来例では近赤外光源５０３から出射される近赤外光の波長に等しいか、または、その近傍の波長となるよう設定されている。
【０００８】
続いて、このように構成された従来の電磁波イメージング装置６００の動作について説明する。被写体５２８から放射された遠赤外線５２６は対物レンズ５２９により基板５２０に集光され、２次元ファブリペローアレイ５１８に入射する。
【０００９】
２次元ファブリペローアレイ５１８に集光された遠赤外線５２６は２次元ファブリペローアレイ５１８の各素子の遠赤外線吸収層により吸収され、熱に変換される。この熱は、２次元ファブリペローアレイ５１８の各素子のファブリペロー共振器を構成する誘電体の屈折率を変化させ、その結果、ファブリペロー共振器の共鳴ピークをシフトさせる。
【００１０】
なお、このとき、遠赤外線５２６が入射していないときのファブリペロー共振器の共鳴ピークの絶対波長を固定させるため、基板５２０は温度調整器５２２により一定の温度に保持される。
【００１１】
以下、さらに具体的に図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）を用いて説明する。
【００１２】
図１８（Ａ）は、２次元ファブリペローアレイ５１８を構成するファブリペロー共振器の透過光強度の波長特性５３６ａの一例を表す。ここで、λ２は透過光強度の共鳴ピーク波長の一つである。
【００１３】
このような透過光強度の波長特性５３６ａを有するファブリペロー共振器に、遠赤外線５２６が入射し、遠赤外線吸収層により吸収され温度が上昇すると、図１８（Ｂ）に示されるように、透過光強度の波長特性５３６ｂにおいて共鳴ピーク波長がλ３へと微少にシフトする。
【００１４】
このとき、ファブリペロー共振器の透過光強度の温度に対する変化率が大きい波長λ１を有する近赤外光５２４を入射させ、その透過率もしくは反射率を検出することにより、ファブリペロー共振器の温度変化を、遠赤外線５２６の強度分布として検出することが可能となる。
【００１５】
なお、図１７の電磁波イメージング装置６００においては、２次元ファブリペローアレイ５１８の反射率の変化を近赤外受光素子アレイ５０６で検出することにより被写体５２８の画像を表す画像信号５３２を得ている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００２３６６１
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  １８，  １４１５  （２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
さて、前述した遠赤外線、テラヘルツ光、ミリ波などの従来利用されていなかった波長領域の中でも特に、テラヘルツ領域（０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ）の電磁波によるイメージングに対する需要が、セキュリティー検査用途や医療検査用途などにおいて急速に高まりつつある。
【００１７】
そのような需要に応えるべく、例えば上述した従来の電磁波イメージング装置６００をそのままでテラヘルツ光によるイメージングに適用した場合、テラヘルツ領域の電磁波に対する感度が小さいことが問題になる。なぜなら、テラヘルツ光は、遠赤外線に比べて波長が長い（つまりエネルギーが小さい）ために、２次元ファブリペローアレイ５１８の各素子に吸収された場合に生じる発熱が小さいからである。
【００１８】
この問題を克服するために、例えば、電磁波イメージング装置６００の感度の波長依存性を調整することによって、テラヘルツ領域での感度を上げることが考えられる。具体的にマイクロボロメータに関して言えば、液体ヘリウム温度まで冷却して使用することにより、テラヘルツ領域の電磁波に対してある程度の感度を得ることができる。
【００１９】
しかしながら、そのような冷却を伴う取り扱いは、煩雑であり困難である。また、テラヘルツ光から明瞭な画像を得るために、テラヘルツ光以外の波長の電磁波の影響を除去する対策も必要となる。
【００２０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、取り扱いが簡便で、しかも被写体から到来するテラヘルツ光から明瞭な画像情報を得ることができる電磁波イメージング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明の電磁波イメージング装置は、被写体から到来する電磁波の強度分布に応じた画像信号を出力する電磁波イメージング装置であって、前記電磁波と異なる波長のプローブ光を出射する発光素子と、前記電磁波を吸収するとともに前記プローブ光を反射し、かつ共振スペクトルに温度依存性を有する複数のマイクロミラーが表面に形成された基板と、前記複数のマイクロミラーの対応する１つに前記電磁波をそれぞれ集光する複数のマイクロレンズと、相異なる前記マイクロミラーで反射された前記プローブ光の強度に応じた電気信号を前記画像信号として出力する複数の受光素子を有する受光部とを備える。
【００２２】
この構成により、前記電磁波は、前記マイクロレンズにより集光され、パワー密度を高めて前記マイクロミラーに到達するので、前記電磁波の強度が微小でも、前記マイクロミラーの温度を効率よく上昇させることができる。この結果、例えばマイクロボロメータを液体ヘリウム温度まで冷却して使用するといった煩雑な取り扱いを必要とせずに、テラヘルツ光のような、遠赤外線に比べると波長が長くエネルギーが小さい電磁波からでも効率よく画像信号を得ることができる電磁波イメージング装置が実現される。
【００２３】
また、前記電磁波イメージング装置において、前記複数のマイクロレンズの数量が前記複数のマイクロミラーの数量の半分以下であって、前記電磁波が前記マイクロレンズにより集光されるマイクロミラーと、前記電磁波が前記マイクロレンズにより集光されないマイクロミラーとが交互に配置されてもよい。
【００２４】
望ましくは、前記受光素子は、２つのフォトダイオードで構成され、前記２つのフォトダイオードからそれぞれ得られる信号の差分信号を出力してもよく、また、前記受光素子は、前記２つのフォトダイオードを直列に接続してなり、前記２つのフォトダイオードの接続点から前記差分信号を出力してもよい。
【００２５】
この構成により、前記電磁波が集光されないマイクロミラーで反射されたプローブ光を背景雑音として、その背景雑音を画像信号から除去することによって、Ｓ／Ｎ比が高い画像信号を容易に得ることが可能となる。
【００２６】
また、前記電磁波イメージング装置において、前記複数のマイクロレンズは、前記基板の前記複数のマイクロミラーが形成されていない表面に配置されてもよい。
【００２７】
この構成により、前記電磁波が入射する窓とプローブ光が入射する窓を、各々に最適な材料で作成できるので、最適な特性を持つ電磁波イメージング装置の設計が容易になる。
【００２８】
また、前記電磁波イメージング装置において、さらに、前記基板に対向してフィルタが配置され、前記マイクロミラーは、前記基板の前記フィルタに対向する面に形成され、さらに、前記複数のマイクロレンズとは別に、前記複数のマイクロミラーの対応する１つに前記プローブ光をそれぞれ集光する複数のマイクロレンズが前記フィルタに形成されてもよい。
【００２９】
この構成により、マイクロミラーを構成する基板と、前記プローブ光を集光するマイクロレンズが形成されるフィルタとを、各々に最適な材料で作成できるので、最適な特性を持つ電磁波イメージング装置の設計が容易になる。
【００３０】
また、前記電磁波イメージング装置において、前記電磁波を集光する複数のマイクロレンズは、テラヘルツ領域の波長の電磁波に対して集光作用があるが、熱線に対しては集光作用がないことが望ましい。この複数のマイクロレンズは、回折格子型集光素子であってもよい。その場合には、前記回折格子型集光素子の回折格子のピッチが５００μｍ以上であることが望ましい。
【００３１】
この構成により、背景雑音の主成分である熱線は前記マイクロミラーに集光されず、被写体から到来するテラヘルツ光のみが集光されるので、Ｓ／Ｎ比が高い映像情報を得やすくなる。具体的には、テラヘルツ光の波長は、熱線の波長（１０μｍ前後）より約５０倍大きいため、回折格子のピッチをテラヘルツ光の波長に合わせて作成した回折格子型集光素子は、背景雑音に対しては集光作用を有しない。
【００３２】
なお、本発明は、このような電磁波イメージング装置だけでなく、電磁波イメージング装置に用いられるマイクロミラーの製造方法も含む。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明の電磁波イメージング装置によれば、被写体から到来する前記電磁波を、前記マイクロレンズにより前記マイクロミラーに集光するので、前記電磁波の強度が微小でも、前記マイクロミラーの温度を効率よく上昇させることができる。
【００３４】
この結果、例えばマイクロボロメータを液体ヘリウム温度まで冷却して使用するといった煩雑な取り扱いを必要とせずに、テラヘルツ光のような、遠赤外線に比べると波長が長くエネルギーが小さい電磁波からでも効率よく画像信号を得ることができる電磁波イメージング装置が実現される。
【００３５】
また、被写体や背景から到来するイメージングに用いるテラヘルツ波のみを集光し、他の波長の光を集光しない回折格子型レンズを用いるので、高いＳ／Ｎ比でテラヘルツ波による映像情報を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
最初に、本発明で用いる電磁波の波長に応じた呼び名を、表１に示すように定義する。
【００３７】
【表１】
2009063386.tif 000003
【００３８】
表１に示されるように、赤外線は、波長に応じて、近赤外線、中赤外線、および遠赤外線に区別される。
【００３９】
熱線は遠赤外線の一種であり、例えば図７に示されるような、波長１０μｍをピークとし、おおよそ４μｍ〜３０μｍの波長領域の電磁波のことである。
【００４０】
テラヘルツ光（テラヘルツ波、またはテラヘルツ領域の電磁波も同義である）は、周波数がおよそ０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波であり、波長でいえば３０μｍ〜３０００μｍぐらいの領域に対応する。すなわち、テラヘルツ光は、波長領域として熱線の長波長側に隣接する電磁波のことをいう。
【００４１】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を説明する。簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００４２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電磁波イメージング装置について、図１から図５を用いて説明する。
【００４３】
（構成の説明）
図１は、本発明の実施の形態１の電磁波イメージング装置１００の構成の一例を示す模式図である。
【００４４】
図１において、電磁波イメージング装置１００は、プローブ光としての近赤外光２４を放射する近赤外光源３と、コリメータレンズ４と、被写体５２８から到来する電磁波であるテラヘルツ光２の空間的な強度分布を近赤外光２４の反射光３０の空間的な強度分布に変換する電磁波変換素子１と、テラヘルツ光２を電磁波変換素子１に集光させるための対物レンズ７と、テラヘルツ光２の強度分布に応じて強度変調された反射光３０を受光することにより画像信号３２を出力する受光部６と、反射光３０を受光部６に集光させるための集光レンズ５とで構成される。ここで、対物レンズ７には、例えばテラヘルツ光を透過するポリエチレンのレンズを用いる。
【００４５】
図２および図３を用いて、さらに具体的に電磁波変換素子１と受光部６の構成について説明する。
【００４６】
図２において、電磁波変換素子１は、複数のマイクロミラー１８が形成された基板２０とマイクロミラー１８を覆うように配置されたフィルタ１０と、基板２０の温度を一定にするための温度調整器２２により構成される。基板２０には、１つおきのマイクロミラー１８にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ２９が形成されている。
【００４７】
なお、図示を省略するが、このようなマイクロミラー１８およびマイクロレンズ２９は、紙面の奥行き方向にも繰り返して、２次元に広がって配設されている。
【００４８】
マイクロミラー１８は、吸収されたテラヘルツ光による温度変化が効率よく生じるように、基板２０とフィルタ１０により真空中に保持されている。
【００４９】
また、複数のマイクロレンズ２９はマイクロミラー１８の配置間隔の２倍の間隔で配置される。フィルタ１０には、例えばガラスのような近赤外光を透過する材料を用いる。
【００５０】
図３に具体的に示すように、マイクロミラー１８は、例えば高抵抗のシリコンである基板２０上にエッチングにより形成されたポスト５０で保持された、熱絶縁膜５６、金属膜５１、熱伝導膜５２、および反射膜５３により構成される。
【００５１】
熱絶縁膜５６は、例えば酸化シリコンなどのテラヘルツ光を透過しかつ熱伝導率が低い薄膜で構成される。なお、金属膜５１からポスト５０を介して基板２０へ伝達する熱量を無視して、熱絶縁膜５６を省略することもできる。
【００５２】
金属膜５１は、例えば銅やアルミニウムなどのテラヘルツ光を吸収しやすい材料で構成される。
【００５３】
熱伝導膜５２は、例えばダイヤモンドなどの熱伝導率が非常に高い薄膜で構成される。
【００５４】
反射膜５３は、例えば屈折率の温度依存性が大きい水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）である誘電体層５３Ｂを、誘電体多層膜５３Ａおよび誘電体多層膜５３Ｃで挟んでなるファブリペロー共振反射膜である。誘電体多層膜５３Ａおよび誘電体多層膜５３Ｃは、例えばａ−Ｓｉ：Ｈとアモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ2）とを交互に４層ずつ積層して構成される。
【００５５】
近赤外光源３としては、例えば波長８００ｎｍ付近の近赤外光レーザを出射するＧａＡｓ系レーザを用いる。
【００５６】
フィルタ１０には、例えばガラスに誘電体多層膜を形成した波長８００ｎｍ付近のみ透過する波長フィルタを用いることが望ましい。
【００５７】
受光部６としては、例えば波長８００ｎｍの近赤外光に対し感度を有するＳｉディテクタアレイを用いる。受光部６上には複数の受光素子４０が形成され、１つの受光素子４０は、電源とアースとの間に直列に接続される２つのフォトダイオード４０ａおよびフォトダイオード４０ｂにより構成される。
【００５８】
（反射膜５３の詳細な説明）
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて、反射膜５３の詳細な構成および特性について説明する。
【００５９】
図４（Ａ）に、ポスト５０、金属膜５１、および熱伝導膜５２とともに、反射膜５３の詳細な構成を示す。ここでは、熱絶縁膜５６は省略される。
【００６０】
誘電体多層膜５３Ａおよび誘電体多層膜５３Ｃは、例えばＳｉＯ2である誘電体層５４とＴｉＯ2である誘電体層５５とを交互に４相ずつ配置して構成され、誘電体層５３Ｂは例えばＴｉＯ2である。
【００６１】
表２に、誘電体層５４、誘電体層５５、および誘電体層５３Ｂの具体的なパラメータ例を示す。ここでは、材料の屈折率は、例えば温度が異なる条件Ａの場合と条件Ｂの場合とで約０．１％変化するものとした。
【００６２】
【表２】
2009063386.tif 000004
【００６３】
図４（Ｂ）は、表２に示されるパラメータを用いて反射膜５３の共振スペクトルを計算した結果を表している。共振のピーク周波数が、条件Ａの場合（０．８μｍ）と条件Ｂの場合（０．８００８μｍ）とで約０．１％変化することが分かる。
【００６４】
（動作の説明）
続いて、電磁波イメージング装置１００の動作について、再び図１から図３を用いて説明する。
【００６５】
被写体５２８から放射されたテラヘルツ光２は、対物レンズ７により電磁波変換素子１のマイクロレンズ２９に集光される。マイクロレンズ２９に集光されたテラヘルツ光２は、さらにマイクロレンズ２９によりマイクロミラー１８に集光される。
【００６６】
このとき、複数のマイクロレンズ２９の配置間隔はマイクロミラー１８の配置間隔の２倍であるため、複数のマイクロミラー１８に交互にテラヘルツ光２が集光される。つまり、テラヘルツ光２によって温度変化が生じるマイクロミラーと、テラヘルツ光２の影響を受けずに温度が維持されるマイクロミラーとが交互に配置される。
【００６７】
マイクロレンズ２９によって集光されたテラヘルツ光２の集光光１４は、マイクロミラー１８の熱絶縁膜５６を透過し、金属膜５１により吸収され、熱に変換される。
【００６８】
この熱は、熱伝導膜５２を伝達し、反射膜５３に伝わり、反射膜５３の温度を上昇させる。これにより、反射膜５３の反射光強度の波長依存特性が微少に変化する。
【００６９】
具体的に、図５を用いて反射膜５３の反射光強度の変化を説明する。図５に、テラヘルツ光がマイクロミラー１８に入射していない場合の反射膜５３の反射光強度の波長特性３１ａと、特定の強度の集光光１４がマイクロミラー１８に入射した場合の反射光強度の波長特性３１ｂを示す。
【００７０】
マイクロミラー１８にテラヘルツ光２の集光光１４が入射した場合、反射膜５３の温度が上昇することにより、誘電体多層膜５３Ａ、誘電体層５３Ｂ、および誘電体多層膜５３Ｃの屈折率が変化し、共鳴吸収ピーク波長がλ１からλ２へとシフトする。このとき、反射光強度が温度変化に対して特に敏感に変化する波長λの近赤外光について、反射光強度Ｔａおよび反射光強度Ｔｂの差を検出することにより、テラヘルツ光２の強度分布を検出することができる。
【００７１】
図４（Ｂ）においては、例えば波長７９９．５ｎｍの近赤外光を用いることで、上記の反射光強度の差を検出できる。
【００７２】
上記の反射光強度の差は、具体的に次のようにして検出される。
【００７３】
近赤外光源３から出射された波長λの光を有する近赤外光２４は、コリメータレンズ４により平行光となり、フィルタ１０を透過し、複数のマイクロミラー１８に入射する。
【００７４】
このとき、近赤外光２４はマイクロミラー１８の反射膜５３により反射光３０として反射されるが、隣接するマイクロミラー１８の一方からテラヘルツ光２による温度変化の影響を受けていない強度の反射光３０ａが得られ、他方からテラヘルツ光２によって強度変調を受けた反射光３０ｂが得られる。
【００７５】
これらの反射光３０ａおよび反射光３０ｂを受光素子４０の２つのフォトダイオード４０ａおよびフォトダイオード４０ｂで受け、フォトダイオード４０ａおよびフォトダイオード４０ｂで生じる光電流の差分を、テラヘルツ光２の影響によるマイクロミラー１８の反射光３０の強度の変化量を表す電気信号として検出する。
【００７６】
上記のような構成により、テラヘルツ光２の場所に応じた強度を、その場所に対応する受光素子４０で反射光３０の強度の変化量を表す電気信号に変換することが可能となり、さらにその反射光強度の変化量の分布を画像情報として出力することが可能となる。
【００７７】
なお、上記の構成において、対物レンズ７には、テラヘルツ光を透過する材料として、例えば高抵抗のシリコン基板や、砒化ガリウムなどの化合物半導体基板を加工したものを用いることができる。
【００７８】
また、反射膜５３を構成する誘電体層は、屈折率の温度依存性が高いものが好ましく、その一部を例えば、砒化ガリウムやゲルマニウムで構成してもよい。
【００７９】
（実施の形態２）
続いて、本発明の実施の形態２の電磁波イメージング装置２００について、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態の電磁波イメージング装置２００の構成は、実施の形態１の電磁波イメージング装置１００とほぼ同じであるため、異なる点についてのみ説明する。
【００８０】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、電磁波イメージング装置２００を構成する電磁波変換素子の基板２０付近の拡大図である。
【００８１】
基板２０の主面の一方には複数のマイクロミラー１８が形成され、他方には回折格子型レンズ１２９が形成される。回折格子型レンズ１２９は、図６（Ａ）に示されるように、マイクロミラー１８の配置間隔の２倍の間隔で配置される。
【００８２】
さらに、回折格子型レンズ１２９は、テラヘルツ領域の波長を有する電磁波２ａがマイクロミラー１８に集光されるように設計される。そのため、図６（Ｂ）に示されるように、テラヘルツ光の波長と大きく異なる波長の電磁波２ｂが回折格子型レンズ１２９に入射しても、その電磁波はマイクロミラー１８上には集光されない。
【００８３】
これにより被写体および被写体以外の背景から到来するテラヘルツ光の波長以外の電磁波、つまり雑音を除去することが可能となる。
【００８４】
具体的に、テラヘルツ光２は波長３００μｍ程度の電磁波であり、雑音の主成分である熱線は、図７に示すように波長約１０μｍに強度のピークを有する波長４〜３０μｍの電磁波である。このため、上記の回折格子型レンズ１２９の格子のピッチを好適に定めることによって、テラヘルツ光に対しては集光作用を有し、熱線に対しては集光作用を有しない回折格子型レンズを構成できる。
【００８５】
回折格子型レンズ１２９の設計例について、図８を用いて説明する。
【００８６】
図８は、回折格子型レンズ１２９の形状の一例を示す直径方向の断面図である。
【００８７】
基板の屈折率を無視すると、回折格子型レンズ１２９の焦点距離ｆと入射光の波長λと回折格子ピッチｄの関係は回折格子型レンズ１２９の光軸中心からの距離ｒを用いて式１で表される。
【００８８】
【数１】
2009063386.tif 000005
【００８９】
したがって、回折格子ピッチｄは距離ｒを用いて式２のように設定すればよい。
【００９０】
【数２】
2009063386.tif 000006
【００９１】
式２に基づいて、波長３００μｍのテラヘルツ光に対して焦点距離ｆ＝４０００μｍのレンズを作製する場合、表３に示すように、回折格子ピッチｄは距離ｒ＝２０００μｍにおいて６７１μｍとなる。
【００９２】
このとき、波長１０μｍの熱線に対する回折格子型レンズ１２９の焦点距離は、テラヘルツ光に対する焦点距離よりも長くなり、例えば、距離ｒ＝２０００μｍの位置に入射した波長１０μｍの熱線は、焦点位置から水平方向にｓ＝１９６０μｍずれた位置に到達する。つまり、熱線はほぼ平行光のままである。
【００９３】
【表３】
2009063386.tif 000007
【００９４】
図９は、回折格子のピッチと入射光の回折角との関係を、波長１０μｍ〜６００μｍの電磁波について示すグラフである。
【００９５】
図９のグラフにおいて、とりわけ、回折格子ピッチが５００μｍから３０００μｍまでの全域にわたって、波長３００μｍのテラヘルツ光の回折角は５度以上であり、熱線の主成分である１０μｍの電磁波の回折角は５度以下であることから、５００μｍ以上のピッチの回折格子を用いて、テラヘルツ光を集光させ、熱線をほとんど集光させないようにできることが分かる。
【００９６】
したがって、テラヘルツ光をよく集光するように設計された、好ましくはピッチが５００μｍ以上の回折格子と、大きさがｓに比べて十分に小さいマイクロミラーとを用いることによって、よく集光されたテラヘルツ波とほとんど集光されない少量の熱線とをマイクロミラーで受けることができる。その結果、熱線の影響をほとんど受けずに、被写体から到来するテラヘルツ光のみから画像を得ることが可能となる。
【００９７】
（実施の形態３）
続いて、本発明の実施の形態３の電磁波イメージング装置３００について、図１０および図１１を用いて説明する。本実施の形態の電磁波イメージング装置３００の構成は、実施の形態１の電磁波イメージング装置１００とほぼ同じであるため、異なる点についてのみ説明する。
【００９８】
（構成の説明）
電磁波イメージング装置３００を構成する電磁波変換素子２０１は、複数のマイクロミラー２１８が形成された例えばＰ型シリコンである基板２２０と、複数のマイクロレンズ２２９が形成された例えば高抵抗のシリコン基板であるフィルタ２１０により構成される。
【００９９】
マイクロレンズ２２９は、図１０に示されるように、マイクロミラー２１８の配置間隔の２倍の間隔で配置される。
【０１００】
マイクロミラー２１８は、例えば基板２２０上にエッチングにより形成されるポスト２５０により保持される。図１１に具体的に示すように、マイクロミラー２１８は、例えば酸化シリコンなどの熱絶縁膜２５６上に金属膜２５１を形成し、さらに熱伝導膜２５２を介して反射膜２５３を積層することにより構成される。
【０１０１】
金属膜２５１は例えば、銅やアルミニウムなどのテラヘルツ光を吸収しやすい材料で構成される。
【０１０２】
熱伝導膜２５２は、例えばダイヤモンドなどの熱伝導率が非常に高い薄膜で構成される。
【０１０３】
反射膜２５３は、例えば屈折率の温度依存性が大きい水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）である誘電体層２５３Ｂを、誘電体多層膜２５３Ａおよび誘電体多層膜２５３Ｃで挟んでなるファブリペロー共振反射膜である。誘電体多層膜２５３Ａおよび誘電体多層膜２５３Ｃは、例えばａ−Ｓｉ：Ｈとアモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ2）とを交互に４層ずつ積層して構成される。
【０１０４】
図外に、近赤外光２２４を出射する近赤外光源が設けられる。この近赤外光源としては、フィルタ２１０を構成するシリコンを透過する例えば波長１３００ｎｍの近赤外光を出射するＩｎＧａＡｓＰ系レーザを用いる。
【０１０５】
受光部２０６としては、例えば波長１６００ｎｍまで感度を有するＩｎＧａＡｓディテクタアレイを用いる。受光部２０６上には、実施の形態１と同様に、複数の受光素子が形成される。１つの受光素子は、電源とアースとの間に直列に接続させる２つのフォトダイオードにより構成される。受光部２０６は、画像信号２３２を出力する。
【０１０６】
（動作の説明）
続いて、電磁波イメージング装置３００の動作について、再び図１０および図１１を用いて説明する。
【０１０７】
図示しない被写体から放射されたテラヘルツ光２は、図示しない対物レンズにより電磁波変換素子２０１のマイクロレンズ２２９に集光される。マイクロレンズ２２９に集光されたテラヘルツ光２は、さらにマイクロレンズ２２９によりマイクロミラー２１８に集光される。
【０１０８】
このとき、複数のマイクロレンズ２２９の配置間隔はマイクロミラー２１８の配置間隔の２倍であるため、複数のマイクロミラー２１８に交互にテラヘルツ光２が集光される。つまり、テラヘルツ光２によって温度変化が生じるマイクロミラーと、テラヘルツ光２の影響を受けずに温度が維持されるマイクロミラーとが交互に配置される。
【０１０９】
マイクロミラー２１８に集光された集光光２１４は、マイクロミラー２１８の金属膜２５１により吸収され、熱に変換される。この熱は、熱絶縁膜２５６によりマイクロミラー２１８上に保持され、反射膜２５３の温度を上昇させる。これにより、反射膜２５３の反射光強度の波長依存特性が微少に変化する。
【０１１０】
実施の形態１の説明と同様、反射光強度が温度変化に対して特に敏感に変化する波長λの近赤外光について、反射光強度Ｔａおよび反射光強度Ｔｂの差を検出することにより、テラヘルツ光２の強度分布を検出することができる（図５を参照）。
【０１１１】
この構成により、マイクロミラー２１８の反射膜２５３に入射した近赤外光２２４は、テラヘルツ光２の強度分布に応じて強度変調された反射光２３０として反射される。
【０１１２】
この反射光２３０の強度の変化量を検出するために、実施の形態１と同様に、複数のマイクロミラー２１８に交互にテラヘルツ光を集光させる。そして、隣接するマイクロミラー２１８からの反射光２３０を受光部２０６の２つのフォトダイオードで受け、その差分を、テラヘルツ光２の影響によるマイクロミラー２１８の反射光２３０の強度の変化量として検出する。
【０１１３】
上記のような構成により、テラヘルツ光２の強度分布を近赤外光２２４の反射光強度の変化量の分布に変換することが可能となり、さらにその反射光強度の変化量の分布から画像情報を得ることが可能となる。
【０１１４】
この構成では、マイクロミラーが形成された基板とマイクロレンズが形成されたフィルタとを別々な最適な材料で構成することが可能となり、好ましい特性を持つ電磁波イメージング装置をより簡単に構成することが可能となる。
【０１１５】
例えば上記の実施の形態では、基板２２０をＰ型シリコンとし、フィルタ２１０を高抵抗のシリコン基板としたが、これに限定されるものではなく、基板２２０としては熱線およびテラヘルツ光を透過しないｎ型シリコンを用いてもよい。またフィルタ２１０として、高抵抗の砒化ガリウムを用いてもよい。
【０１１６】
（実施の形態４）
続いて、本発明の実施の形態４の電磁波イメージング装置４００について、図１２を用いて説明する。本実施の形態の電磁波イメージング装置４００の構成は、実施の形態３の電磁波イメージング装置３００とほぼ同じであるため、異なる点についてのみ説明する。
【０１１７】
図１２は、電磁波イメージング装置４００を構成する電磁波変換素子のフィルタ３１０および基板３２０付近の拡大図である。
【０１１８】
基板３２０の主面の一方には複数のマイクロミラー３１８が形成され、フィルタ３１０には回折格子型レンズ３２９が形成される。回折格子型レンズ３２９は、実施の形態２と同様に、テラヘルツ領域の波長を有する電磁波がマイクロミラー３１８に集光されるように設計される。そのため、テラヘルツ光の波長と大きく異なる波長の電磁波が回折格子型レンズ３２９に入射しても、その電磁波はマイクロミラー３１８上には集光されない。
【０１１９】
これにより被写体および被写体以外の背景から到来するテラヘルツ光の波長以外の電磁波、つまり雑音を除去することが可能となり、テラヘルツ光のみを用いて良好な画像を得ることが可能となる。
【０１２０】
（実施の形態５）
続いて、本発明の実施の形態５の電磁波イメージング装置５００について、図１３から図１６を用いて説明する。以下では、実施の形態１から実施の形態４で既に説明した事項については説明を省略し、主として本実施の形態で特徴的な事項について説明する。
【０１２１】
（構成の説明）
本実施の形態の電磁波イメージング装置５００は、被写体５２８から放射されたテラヘルツ光２を電磁波変換素子４０１に集光するための対物レンズ４０７と、被写体５２８から到来するテラヘルツ光２の強度分布を近赤外光４２４に重畳させるための電磁波変換素子４０１と、近赤外光４２４を出射する近赤外光源４０３と、出射された近赤外光４２４を平行光にするコリメータレンズ４０４と、電磁波変換素子４０１から反射された反射光４３０を受光することにより画像信号４３２を出力する受光部４０６と、反射光４３０を受光部４０６上に集光する集光レンズ４１２と、近赤外光４２４と反射光４３０を所定の方向に分岐するビームスプリッタ４０５とで構成される。
【０１２２】
電磁波変換素子４０１は、図１４に示すように、複数のマイクロミラー４１８が形成された基板４２０と、マイクロミラー４１８を真空に封入するためのフィルタ４１０と、基板４２０の温度を調整するための温度調整器４２２とで構成される。
【０１２３】
基板４２０のマイクロミラー４１８と反対面には、一つ一つのマイクロミラー４１８にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ４３９が形成さる。
【０１２４】
フィルタ４１０にも、一つ一つのマイクロミラー４１８にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ４２９が形成される。
【０１２５】
図１５に具体的に示すように、マイクロミラー４１８は、基板４２０上にポスト４５０で保持された、熱絶縁膜４５６、金属膜４５１、熱伝導膜４５２、および反射膜４５３により構成される。
【０１２６】
熱絶縁膜４５６は、例えば酸化シリコンなどのテラヘルツ光を透過しかつ熱伝導率が低い薄膜で構成される。なお、金属膜４５１からポスト４５０を介して基板４２０へ伝達する熱量を無視して、熱絶縁膜４５６を省略することもできる。
【０１２７】
金属膜４５１は、例えば銅やアルミニウムなどのテラヘルツ光を吸収しやすい材料で構成される。
【０１２８】
熱伝導膜４５２は、例えばダイヤモンドなどの熱伝導率が非常に高い薄膜で構成される。
【０１２９】
反射膜４５３は、例えば、屈折率の温度依存性が大きい水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）である誘電体層４５３Ｂを、誘電体多層膜４５３Ａおよび誘電体多層膜４５３Ｃで挟んでなるファブリペロー共振反射膜である。誘電体多層膜４５３Ａおよび誘電体多層膜４５３Ｃは、例えばａ−Ｓｉ：Ｈとアモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ2）を交互に４層ずつ積層して構成される。反射膜４５３の大きさは、金属膜４５１と比較し、十分に小さい。
【０１３０】
近赤外光源４０３としては、例えば、近赤外光である波長８００ｎｍのレーザ光を出射するＧａＡｓ系レーザを用いる。
【０１３１】
フィルタ４１０には、例えばガラスに誘電体多層膜を形成した波長８００ｎｍ付近のみ透過する波長フィルタを用いることが望ましい。
【０１３２】
受光部４０６には、例えば波長８００ｎｍの近赤外光に対し感度を有するＳｉディテクタアレイを用いる。
【０１３３】
（動作の説明）
続いて、電磁波イメージング装置５００の動作について、再び図１３から図１５を用いて説明する。
【０１３４】
被写体５２８から放射されたテラヘルツ光２は、対物レンズ４０７により電磁波変換素子４０１のマイクロレンズ４２９に集光される。マイクロレンズ４２９に集光されたテラヘルツ光２は、さらにマイクロレンズ４２９によりマイクロミラー４１８に集光される。
【０１３５】
マイクロミラー４１８に集光された集光光４１４はマイクロミラー４１８の金属膜４５１により吸収され、熱に変換される。
【０１３６】
この熱は、熱伝導膜４５２を伝達し、反射膜４５３に伝わり、反射膜４５３の温度を上昇させる。これにより反射膜４５３の反射光強度の波長依存特性が微少に変化する。
【０１３７】
熱絶縁膜４５６は、金属膜４５１で変換された熱がポスト４５０から基板４２０へ伝達することを抑制する。また、反射膜４５３の大きさは、金属膜４５１と比較し、十分に小さく熱容量が小さい。このため、金属膜４５１で変換された熱は、反射膜４５３の温度を顕著に上昇させる。
【０１３８】
近赤外光源４０３から放射された近赤外光４２４は、コリメータレンズ４０４により平行光となり、ビームスプリッタ４０５で反射され、電磁波変換素子４０１に入射する。
【０１３９】
電磁波変換素子４０１に入射した近赤外光４２４は、マイクロレンズ４３９で集光され、マイクロミラー４１８上の反射膜４５３に集光される。その結果、近赤外光４２４は反射膜４５３のみに照射されるため、他の部分で反射され迷光となることが防止される。
【０１４０】
反射膜４５３で反射された反射光４３０は、往路を戻り、ビームスプリッタ４０５を透過し、集光レンズ４１２で集光され受光部４０６に導かれる。
【０１４１】
上記のような構成により、テラヘルツ光２の強度分布を近赤外光４２４の反射光強度の分布に変換することが可能となり、さらにその反射光強度の分布から画像情報を得ることが可能となる。
【０１４２】
なお上記の構成において、マイクロレンズ４２９は、実施の形態２および実施の形態４に示したような回折格子型レンズとすることが望ましい。
【０１４３】
（製造プロセス）
続いて、マイクロミラー４１８の製造プロセスについて、図１６（Ａ）から図１６（Ｆ）を用いて説明する。ここでは、熱絶縁膜４５６が省略されている場合について説明する。
【０１４４】
まず、基板４２０上に、ポスト４５０、金属膜４５１、熱伝導膜４５２、誘電体多層膜４５３Ｃ、誘電体層４５３Ｂ、および誘電体多層膜４５３Ａとなる材料を、この順に、例えば真空蒸着機で積層する。誘電体多層膜４５３Ｃおよび誘電体多層膜４５３Ａには、前述したように、２種類の材料を交互にそれぞれ４回積層する。
【０１４５】
次に、レジスト４７０を塗布する。そして、反射膜４５３となるべき部分以外のレジスト４７０を、フォトリソグラフィーにより除去する（図１６（Ａ））。
【０１４６】
残ったレジスト４７０をマスクにしてエッチングを行い、反射膜４５３を得る（図１６（Ｂ））。
【０１４７】
レジスト４７０を除去し、レジスト４７１を塗布する。そして、隣接する反射膜４５３の間で、レジスト４７１の一部を、フォトリソグラフィーにより除去する（図１６（Ｃ））。
【０１４８】
残ったレジスト４７１をマスクにしてエッチングを行い、熱伝導膜４５２、金属膜４５１、ポスト４５０を個々の反射膜４５３に対応する複数の部分に分離する（図１６（Ｄ））。
【０１４９】
サイドエッチングを利用して、ポスト４５０を細らせる（図１６（Ｅ））。
【０１５０】
最後に、レジスト４７１を除去する（図１６（Ｆ））。
【０１５１】
このような製造プロセスに従って、マイクロミラー４１８を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、被写体から得られる電磁波、とりわけテラヘルツ波をイメージングする電磁波イメージング装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】実施の形態１の電磁波イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【図２】電磁波変換素子の構成の一例を示す模式図
【図３】マイクロミラーの構成の一例を示す模式図
【図４】（Ａ）反射膜の構成の一例を示す模式図（Ｂ）反射膜の共振スペクトルの一例を示す図
【図５】反射膜の反射光強度の波長特性の一例を示す図
【図６】（Ａ）および（Ｂ）実施の形態２の電磁波イメージング装置の要部の構成の一例を示す模式図
【図７】熱線のスペクトルの一例を示す図
【図８】回折格子型レンズの形状の一例を示す直径方向の断面図
【図９】回折格子ピッチと回折角との関係を複数の波長の入射光について示す図
【図１０】実施の形態３の電磁波イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【図１１】マイクロミラーの構成の一例を示す模式図
【図１２】実施の形態４の電磁波イメージング装置の要部の構成の一例を示す模式図
【図１３】実施の形態５の電磁波イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【図１４】電磁波変換素子の構成の一例を示す模式図
【図１５】マイクロミラーの構成の一例を示す模式図
【図１６】（Ａ）から（Ｆ）マイクロミラーの製造プロセスの一例を示す図
【図１７】従来の電磁波イメージング装置の構成の一例を示す模式図
【図１８】（Ａ）および（Ｂ）従来のファブリペロー共振器の透過光強度の波長特性の一例を示す図
【符号の説明】
【０１５４】
１、２０１、４０１  電磁波変換素子
２  テラヘルツ光
２ａ、２ｂ  電磁波
３、４０３、５０３  近赤外光源
４、４０４、５０４  コリメータレンズ
５  集光レンズ
６、２０６、４０６  受光部
７、４０７、５２９  対物レンズ
１０、２１０、３１０、４１０、５１０  フィルタ
１４、２１４、４１４  集光光
１８、２１８、３１８、４１８  マイクロミラー
２０、２２０、３２０、４２０、５２０  基板
２２、４２２、５２２  温度調整器
２４、２２４、４２４、５２４  近赤外光
２９、２２９、４２９、４３９  マイクロレンズ
３０、３０ａ、３０ｂ、２３０、４３０  反射光
３１ａ、３１ｂ  反射光強度の波長特性
３２、２３２、４３２、５３２  画像信号
４０  受光素子
４０ａ、４０ｂ  フォトダイオード
５０、２５０、４５０  ポスト
５１、２５１、４５１  金属膜
５２、２５２、４５２  熱伝導膜
５３、２５３、４５３  反射膜
５３Ａ、５３Ｃ、２５３Ａ、２５３Ｃ、４５３Ａ、４５３Ｃ  誘電体多層膜
５３Ｂ、５４、５５、２５３Ｂ、４５３Ｂ  誘電体層
５６、２５６、４５６  熱絶縁膜
１００、２００、３００、４００、５００、６００  電磁波イメージング装置
１２９、３２９  回折格子型レンズ
４０５、５０５  ビームスプリッタ
４１２、５１２  集光レンズ
４７０、４７１  レジスト
５０６  近赤外受光素子アレイ
５０８  ２次元ファブリペローアレイモジュール
５１８  ２次元ファブリペローアレイ
５２６  遠赤外線
５２８  被写体
５３６ａ、５３６ｂ  透過光強度の波長特性
【図１】
2009063386.tif 000008
【図２】
2009063386.tif 000009
【図３】
2009063386.tif 000010
【図４】
2009063386.tif 000011
【図５】
2009063386.tif 000012
【図６】
2009063386.tif 000013
【図７】
2009063386.tif 000014
【図８】
2009063386.tif 000015
【図９】
2009063386.tif 000016
【図１０】
2009063386.tif 000017
【図１１】
2009063386.tif 000018
【図１２】
2009063386.tif 000019
【図１３】
2009063386.tif 000020
【図１４】
2009063386.tif 000021
【図１５】
2009063386.tif 000022
【図１６】
2009063386.tif 000023
【図１７】
2009063386.tif 000024
【図１８】
2009063386.tif 000025