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【発明の名称】 ボロメータ型赤外線検知素子およびそれを用いる赤外線イメージセンサ
【発明者】 【氏名】山脇 千明

【氏名】出口 治彦
【要約】 【課題】シリコン基板１２上に、一対の梁（リード）１３によってサブストレート（ダイヤフラム）１４が支持され、こうして前記シリコン基板１２とは熱分離された該サブストレート１４上に熱電変換素子１５が形成されて成る遠赤外線検出器１１において、熱コンダクタンスを低減し、感度の向上を図る。

【解決手段】梁１３の厚さ（図１では配線パターン１８を含んでいる）Ｈ１を、前記サブストレート１４の厚さより厚くし、梁１３の幅Ｂ１に対して、Ｂ１≦Ｈ１として、梁１３のシリコン基板１２方向への剛性を向上し、梁１３の長さを素子ピッチＰｙ以上として、熱コンダクタンスを低減する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の厚さを前記サブストレートの厚さより厚くして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減することを特徴とするボロメータ型赤外線検知素子。
【請求項２】基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の幅をＢ、梁の厚さをＨとしたとき、Ｂ≦Ｈとして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減することを特徴とするボロメータ型赤外線検知素子。
【請求項３】前記請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を、各素子の中心を結んだ座標系が互いに直交するように２次元配置して成ることを特徴とする赤外線イメージセンサ。
【請求項４】任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとするとき、梁幅および梁の片側のギャップ間隔の和をＨｏｆｆｘとおき、ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθｒ２＝Ｐｘ／ｃｏｓθθ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）またはθ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）
とおくと、前記任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位畳を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置し、前記任意の素子のｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ２、θ）、（ｒ２、θ＋π）に配置することで、前記各素子を、その中心を結んだ座標系が互いに直交する２次元配置を実現することを特徴とする請求項３記載の赤外線イメージセンサ。
【請求項５】任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとするとき、梁幅および梁の片側のギャップ間隔の和をＨｏｆｆｘとおき、ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθθ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）またはθ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）
とおくと、前記任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置し、前記任意の素子のｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（Ｐｘ、０）、（Ｐｘ、π）に配置し、ｙ軸方向に隣接する素子出力に予め定める重みを乗算し、加算した補完出力を算出することで、前記各素子を、擬似的に、その中心を結んだ座標系が互いに直交する２次元配置を実現することを特徴とする請求項３記載の赤外線イメージセンサ。
【請求項６】任意の素子の出力をＳ（ｍ，ｎ）（ｍはｘ座標、ｎはｙ座標）としたとき、前記重みを乗算した補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n-1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
または、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n+1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
ただし、ＭＯＤ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した剰余、ＱＵＯＴＩＥＮＴ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した商から算出することを特徴とする請求項５記載の赤外線イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボロメータ型赤外線検知素子の構造、特に赤外線検出ダイヤフラム（サブストレート）の梁（リード）構造と、その素子を用いる赤外線イメージセンサにおける前記素子の２次元配列および出力信号処理とに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、撮像素子としては、ＣＣＤカメラや光電子増倍管が広く用いられているけれども、これらの撮像素子は、昼夜、煙、霧、太陽光等の外乱に影響してしまうので、そのような要求を満足することができる遠赤外線撮像カメラが、たとえばセキュリティ市場で要求されている。すなわち、前記遠赤外線カメラは、遠赤外（８〜１２μｍ）を利用しているので、常温付近での黒体放射強度レベルが高く、近、中赤外を利用したＣＣＤカメラや量子型赤外線カメラより優れているためである。
【０００３】ここで、前記遠赤外線カメラには、量子効果を利用したものと、熱効果を利用したものとがあり、前記量子効果を利用したものは、検出感度が良いものの、冷却（７７Ｋ°程度）機構が必要であり、コストやメンテナンス面での負担が大きいという問題があり、非冷却である熱効果を利用した遠赤外線カメラが注目されている。
【０００４】一方、このような熱効果センサは、熱を抵抗変化で検出するボロメータセンサと、熱を熱電対で検出するサーモパイルセンサと、熱を電荷で検出する焦電型センサとに分類されるが、近年、シリコンウエハ上にモノリシック形成できる利点を生かしたボロメータセンサーが開発・製造されている。
【０００５】図１８は典型的な従来技術のボロメータセンサである遠赤外線検出器１の構造を示す斜視図であり、図１９はその遠赤外線検出器１の正面図であり、図２０は図１９の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。この遠赤外線検出器１は、たとえば特許第２７１０２２８号などに記載されており、シリコン基板２上に、一対の梁（リード）３によってサブストレート４が支持され、こうして前記シリコン基板２とは熱分離された該サブストレート４上に、熱電変換素子５が形成されている。熱電変換素子５上には、入射赤外線６の反射防止用に、シート抵抗が定められた金属膜７が積層されている。サブストレート４に入射した赤外線６は、サブストレート４の赤外線吸収層（図示せず）において吸収され、熱に変換される。前記熱電変換素子（ボロメータ材料）５は、温度によって抵抗値が変化する材料であり、前記サブストレート４が入射した赤外線６を吸収することで上昇した温度変化を電気抵抗変化として検出するものである。前記電気抵抗変化は、前記梁３上に形成された配線パターン８を介して、端子９間で取出すことができ、図示しないシリコン基板２上の配線パターンに電気的に接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように構成される遠赤外線検出器１の感度Ｒｅｓは以下の式で表される。
Ｒｅｓ［Ｖ／Ｗ］＝η・α・ＶＢ・（１−ｅｘｐ（−τｉ／τＴ））／Ｇ …（１）
ここで、ηは赤外線吸収率であり、αは抵抗温度係数であり、ＶＢはバイアス電圧であり、τｉは積分時間であり、τＴは熱時定数（＝ＨＣ／Ｇ、ＨＣは熱容量、Ｇは熱コンダクタンス）である。
【０００７】この式１から、遠赤外検出器１の感度を向上させるためには、赤外線吸収率ηを向上させる、抵抗温度係数αの大きなボロメータ材料を使用する、熱コンダクタンスＧを小さくすることが考えられる。また、熱容量ＨＣを小さくすることで、熱時定数τＴを小さくすることができ、応答性が向上する。
【０００８】しかしながら、前記赤外線吸収率ηおよび抵抗温度係数αは、使用する材料によって定まってしまうので、遠赤外検出器１の感度を向上させるためには、熱コンダクタンスＧを小さくする必要がある。ここで、前記熱コンダクタンスＧは、 Ｇ＝ρ・Ｂ・Ｈ／Ｌ …（２）
で表される。ただし、ρは熱伝導度であり、Ｂは梁３の幅であり、Ｈは梁３の厚さであり、Ｌは梁３の長さである。
【０００９】したがって、熱伝導度ρの小さな材料を用いるか、梁３の面積（Ｂ・Ｈの積）を小さくするか、または梁３の長さＬを長くすることで、熱コンダクタスＧを小さくすることができる。なお、前記熱伝導度ρは、梁３の構造体と配線材料とを合わせた熱伝導度である。
【００１０】しかしながら、前記熱伝導度ρは使用する材料によって定まってしまう。また、梁３の面積（Ｂ・Ｈの積）に関しては、梁３の幅を広くすると、センサ面積の減少によるセンサ感度の低下を招き、一方、従来から、該梁３の厚さＨをサブストレート４の厚さと同じにする方がプロセス的に容易なため、両者は同じ厚さに成膜している（たとえば特開平２−１９６９２９号公報では１７００Å、日経エレクトロニクス１９９６．５．６（ｎｏ．６６１）ｐｐ．２１では０．９μｍ）ので、梁３の厚さＨを薄くした場合、該梁３やサブストレート４の歪や反りの影響が増大し、サブストレート４のシリコン基板２への接触による熱コンダクタンスの増大によって、デバイス不良を招くという問題を生じる。さらにまた、梁３の長さＬを長くすることは、矩形に形成されるサブストレート４のマトリクス配列に乱れが生じたり、前記梁３の面積（Ｂ・Ｈの積）の増大を招くという問題を生じる。
【００１１】本発明の目的は、熱コンダクタスを低減し、検出感度を向上するすることができるボロメータ型赤外線検知素子およびそれを用いる赤外線イメージセンサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係るボロメータ型赤外線検知素子は、基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の厚さを前記サブストレートの厚さより厚くして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減することを特徴とする。
【００１３】上記の構成によれば、前記梁の厚さを前記サブストレートの厚さより厚くすることで梁の膜厚方向の剛性を高め、梁の長さを素子長さ以上としても、従来とほぼ同じ膜厚方向の梁剛性を確保し、衝撃などに対して、サブストレートの基板との接触を生じることはない。そして、梁の長さを素子長さ（画素ピッチ）以上にとることができた結果、従来より熱コンダクタンスを低減でき、検出感度を向上するすることができる。
【００１４】また、本発明に係るボロメータ型赤外線検知素子は、基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の幅をＢ、梁の厚さをＨとしたとき、Ｂ≦Ｈとして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減することを特徴とする。
【００１５】上記の構成によれば、前記Ｂ≦Ｈとすることで梁の膜厚方向の剛性を高め、梁の長さを素子長さ以上としても、従来とほぼ同じ膜厚方向の梁剛性を確保し、衝撃などに対して、サブストレートの基板との接触を生じることはない。そして、梁の長さを素子長さ（画素ピッチ）以上にとることができた結果、従来より熱コンダクタンスを低減でき、検出感度を向上することができる。
【００１６】さらにまた、本発明に係る赤外線イメージセンサは、前記請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を、各素子の中心を結んだ座標系が互いに直交するように２次元配置して成ることを特徴とする。
【００１７】上記の構成によれば、請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を２次元配列して成る赤外線イメージセンサにおいて、２次元画素配列の各画素中心を結んだ座標系が互いに直交するように配置する。
【００１８】したがって、歪みなく画像出力できる。
【００１９】また、本発明に係る赤外線イメージセンサは、任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとするとき、梁幅および梁の片側のギャップ間隔の和をＨｏｆｆｘとおき、ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθ、ｒ２＝Ｐｘ／ｃｏｓθ、θ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）またはθ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）とおくと、前記任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位畳を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置し、前記任意の素子のｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ２、θ）、（ｒ２、θ＋π）に配置することで、前記各素子を、その中心を結んだ座標系が互いに直交する２次元配置を実現することを特徴とする。
【００２０】上記の構成によれば、請求項３を具現化するにあたって、請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を２次元配列したときに、任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとして、任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ前記極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置することで、前記請求項１または２のように梁の長さを素子ピッチＰｙ以上としても、隣接素子間の干渉なく配置できる。また、前記任意の素子におけるｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心から前記極座標（ｒ２、θ）、（ｒ２、θ＋π）に配置することで、各画素中心が直交して２次元配置できる。
【００２１】さらにまた、本発明に係る赤外線イメージセンサは、任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとするとき、梁幅および梁の片側のギャップ間隔の和をＨｏｆｆｘとおき、ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθ、θ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）またはθ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ）とおくと、前記任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置し、前記任意の素子のｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ極座標（Ｐｘ、０）、（Ｐｘ、π）に配置し、ｙ軸方向に隣接する素子出力に予め定める重みを乗算し、加算した補完出力を算出することで、前記各素子を、擬似的に、その中心を結んだ座標系が互いに直交する２次元配置を実現することを特徴とする。
【００２２】上記の構成によれば、請求項３を具現化するにあたって、請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を２次元配列したときに、任意の素子における梁の長手方向に位置する両側の隣接画素の中心位置を、梁（リード）幅および梁の両側のギャップ間隔の和Ｈｏｆｆｘだけ、梁の長手方向の軸に垂直な方向に互いに逆の方向にオフセットさせて、前記請求項１または２のような素子ピッチ以上の梁を干渉なく配置し、これによって前記梁の長手方向の軸とは交差する方向での隣接画素の中心を結んだ軸は前記梁の長手方向の軸とは互いに直交しなくなり、直交座標とはオフセットが生じる。たとえば２次元画素配置する際に、或る素子の両側の隣接素子の中心位置を梁幅および梁の両側のギャプ間隔の分だけ互いに逆方向に直交方向にオフセットさせた軸を画像表示（ディスプレイ）の水平信号軸とすると、隣接の水平走査線間で、各素子の位置に水平方向にずれが発生することになるので、隣接する素子の出力に所定の重みを乗算し、加算することで、本来の位置、すなわち直交座標系の本来の位置での信号と等価な信号を演算させ、本信号によりずれを補正させる。
【００２３】また、本発明に係る赤外線イメージセンサは、任意の素子の出力をＳ（ｍ，ｎ）（ｍはｘ座標、ｎはｙ座標）としたとき、前記重みを乗算した補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n-1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
または、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n+1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
ただし、ＭＯＤ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した剰余、ＱＵＯＴＩＥＮＴ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した商から算出することを特徴とする。
【００２４】上記の構成によれば、請求項５を具現化して、実際に直交座標系にない２次元素子出力を使用して、直交座標系のディスプレイでの表示のための補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を算出することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、図１〜図５ならびに前記図１９および図２０に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００２６】図１は本発明の実施の一形態のボロメータセンサである遠赤外線検出器１１の断面図であり、図２はその遠赤外線検出器１１の正面図である。図２において、図１の切断面線をＢ−Ｂで示している。この遠赤外線検出器１１は、シリコン基板１２上に、一対の梁（リード）１３によってサブストレート（ダイヤフラム）１４が支持され、こうして前記シリコン基板１２とは熱分離された該サブストレート１４上に、熱電変換素子１５が形成されている。
【００２７】熱電変換素子１５上には、入射赤外線１６の反射防止用に、シート抵抗が定められた金属膜１７が積層されている。サブストレート１４に入射した赤外線１６は、サブストレート１４の赤外線吸収層（図示せず）において吸収され、熱に変換される。前記熱電変換素子１５は、たとえば遷移金属の酸化物やＰｔまたはＴｉ等のボロメータ材料から成り、温度によって抵抗値が変化する材料であり、前記サブストレート１４が入射した赤外線１６を吸収することで上昇した温度変化を電気抵抗変化として検出するものである。
【００２８】前記電気抵抗変化は、前記梁１３上に形成された配線パターン１８を介して取出され、図示しないシリコン基板１２上の配線パターンに与えられる。シリコン基板１２上には、サブストレート１４に対向して、該サブストレート１４を透過した赤外線を反射するための反射膜１９が形成されている。
【００２９】たとえば、前記サブストレート１４および梁１３はＳｉＯ2 またはＳｉＮから成り、前記配線パターン１８および反射膜１９はＡｌから成る。なお、配線パターン１８には、前記Ａｌ以外の、Ｔｉ等の材料を用いている場合もある。前記金属膜１７のシート抵抗は、たとえば３７７Ω／□である。サブストレート１４のシリコン基板１２（反射膜１９）からの高さＫは、赤外線１６の波長、たとえば１０μｍの１／４に選ばれ、前記反射膜１９からの反射波の位相を反射膜１９への出射波の位相と反転させることで、サブストレート１４の表面での反射を抑えるように構成されている。
【００３０】注目すべきは、本発明では、梁１３の厚さ（図１では配線パターン１８を含んでいる）Ｈ１を、前記サブストレート１４の厚さより厚くしていることである。これによって、後述するように梁１３の幅Ｂ１に対して、Ｂ１≦Ｈ１となり、梁１３の基板１２方向への剛性を向上し、梁１３の長さＬ１を、素子ピッチＰｙ以上として、前記式１における熱コンダクタンスＧを低減し、感度Ｒｅｓを向上させていることである。
【００３１】図３は、上述のような梁１３をサブストレート１４より厚く形成する該遠赤外線検出器１１の作成工程を説明するための断面図である。なお、この図３では、前記反射膜１９は省略している。まず、図３（ａ）で示すように、シリコン基板１２上に、ポリイミドなどの有機材料またはアモルファスシリコンなどの無機材料から成る犠牲層２１を形成する。
【００３２】次に、図３（ｂ）で示すように、前記ＳｉＯ2 またはＳｉＮによって前記サブストレート１４および梁１３となる下部絶縁層２２を形成し、参照符２３で示すように前記サブストレート１４に対応する部分を、ＲＩＥまたはイオンミリング等のドライエッチングもしくはウエットエッチングによって所定量だけエッチングする。
【００３３】続いて、図３（ｃ）で示すように、前記熱電変換素子１５となる感温層２４、Ｔｉ、ＴａまたはＡｌなどの金属材料から成り、前記感温層２４の一部にオーバーラップするとともに前記配線パターン１８となる電極層２５および前記図１では図示していない上部絶縁層２６が順次積層される。なお、電極層２５の感温層２４に対するオーバーラップは、所望の形状に加工する（加工形状は図示していない）。
【００３４】さらに、図３（ｄ）で示すように、前記ＲＩＥまたはイオンミリング等のドライエッチングもしくはウエットエッチングによって、サブストレート１４および梁１３の周囲を犠牲層２１までエッチングする。その後、酸素プラズマまたは水溶液によって、図３（ｅ）で示すように、サブストレート１４および梁１３とシリコン基板１２との間の犠牲層２１を除去すると、遠赤外線検出器１１が完成する。
【００３５】なお、上述の例では、梁１３およびサブストレート１４となる下部絶縁層２２を均等に成膜し、サブストレート１４に対応する部分を選択的にエッチングすることで、梁１３およびサブストレート１４それぞれに適切な厚さに形成しているけれども、サブストレート１４の厚さまで均等に成膜し、梁１３部分だけを選択的に所定の梁厚さまでリフトオフ等で成膜するようにしてもよい。
【００３６】ここで、前記図１９および図２０を参照して、遠赤外線検出器１において、本発明に関係するパラメータを説明する。梁３の幅をＢ０、厚さをＨ０、長さをＬ０とする。したがって、梁３の断面積Ａ０は、Ｂ０×Ｈ０である。梁３の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとする。なお、梁３の熱伝導度ρは、梁構造による熱伝導度ρSiO2と梁の配線パターン８による熱伝導度ρwiringとの和で現わす。
【００３７】この従来の遠赤外線検出器１では、梁３の長さＬ０は素子ピッチＰｘと比較して、Ｌ０＜Ｐｘである。また、梁幅Ｂ０と梁厚さＨ０とは、Ｂ０＞Ｈ０の関係である。本構造においては、梁３が片持ち梁構造で、先端にサブストレート４の荷重Ｗが加わっているものとすることができる。このときの梁３の撓みの慣性モーメントＩ０ｘは、 Ｉ０ｘ＝Ｂ０・Ｈ０3 ／１２ …（３）
であり、また梁３のヤング率をＥとすると、本梁３の最大撓みＶ０ｍａｘは先端において発生し、 Ｖ０ｍａｘ＝Ｗ・Ｌ０／（３・Ｅ・Ｉ０ｘ） …（４）
となる。
【００３８】次に、熱コンダクタンスＧ０は、梁３の断面積が前記Ａ０、幅がＢ０、厚さがＨ０、長さがＬ０であり、梁構造材料の熱伝導度を前記ρとすると、前記式２から、 Ｇ０＝ρ・Ｂ０・Ｈ０／Ｌ０＝ρ・Ａ０／Ｌ０ …（５）
と表される。
【００３９】これに対して、本発明の遠赤外線検出器１１では、サブストレート１４はサブストレート４と同じ材料、同じ形状であり、前記素子ピッチもＰｙ，Ｐｘで同一である。しかしながら、前記のように、梁１３の長さＬ１は素子ピッチＰｘと比較して、Ｌ１＞Ｐｘであり、梁１３の幅Ｂ１と厚さＨ１とは、Ｂ１＜Ｈ１の関係である。また、梁１３の断面積Ａ１は、Ｂ１×Ｈ１である。
【００４０】本発明の構造においても、梁１３が片持ち梁構造で、先端にサブストレート１４の荷重Ｗが加わっているものとすることができる。このときの梁１３の撓みの慣性モーメントＩ１ｘは、 Ｉ１ｘ＝Ｂ１・Ｈ１3 ／１２ …（６）
であり、また梁１３のヤング率をＥとすると、本梁１３の最大携みＶ１ｍａｘは先端において発生し、 Ｖ１ｍａｘ＝Ｗ・Ｌ１／（３・Ｅ・Ｉ１ｘ） …（７）
となる。
【００４１】次に、熱コンダクタンスＧ１は、梁１３の断面積が前記Ａ１、幅がＢ１、厚さがＨ１、長さがＬ１であり、梁構造材料の熱伝導度を前記ρとすると、前記式２から、 Ｇ１＝ρ・Ｂ１・Ｈ１／Ｌ１＝ρ・Ａ１／Ｌ１ …（８）
と表される。
【００４２】ここで、梁３と梁１３との断面積を同一、すなわちＡ０＝Ａ１とし、それらの先端に許容する最大携みを同一、すなわちＶ０ｍａｘ＝Ｖ１ｍａｘとおく。まず、前記式５と式８とから、 Ｇ０／Ｇ１＝Ｌ０／Ｌ１ …（９）
が得られる。一方、前記式４と式７とから、 Ｗ・Ｌ０／（３・Ｅ・Ｉ０ｘ）＝Ｗ・Ｌ１／（３・Ｅ・Ｉ１ｘ）…（１０）
したがって、 Ｌ０／Ｉ０ｘ＝Ｌ１／Ｉ１ｘ …（１１）
となり、さらに式３と式６とから、 Ｌ０／（Ｂ０・Ｈ０3 ／１２）＝Ｌ１／（Ｂ１・Ｈ１3 ／１２）…（１２）
となり、 Ｌ０／（Ａ０・Ｈ０2 ）＝Ｌ１／（Ａ１・Ｈ１2 ） …（１３）
となって、前記Ａ０＝Ａ１および前記式９から、 （Ｇ０／Ｇ１）＝（Ｈ１／Ｈ０）2 …（１４）
となる。
【００４３】すなわち、梁３，１３の断面積Ａ０，Ａ１が同一であれば、梁３，１３の先端に許容する最大携みＶ０ｍａｘ，Ｖ１ｍａｘを同一値とすると、梁３，１３の長さＬ０，Ｌ１に関わらず、熱コンダクタンスＧ０とＧ１との比は、（Ｈ１／Ｈ０）2 となる。したがって、梁１３の厚さをある状態のＨ０より厚くすること（Ｈ０／Ｈ１＜１）で、熱コンダクタンスＧ１をＧ０より（Ｈ０／Ｈ１）2 で小さくできることが理解される。この式１４の関係を、図４のグラフに示す。
【００４４】また、以下には、梁１３の断面積Ａ１および長さＬ１を一定、すなわち熱コンダクタンスＧ１が一定のとき、梁１３の厚さをＨ１からＨ２に、および幅をＢ１からＢ２に変化させた場合の梁１３の先端撓みＶ１ｍａｘ，Ｖ２ｍａｘの関係について説明する。
【００４５】梁１３の剛性は、前記式３および式６と同様に、 Ｉ２ｘ＝Ｂ２・Ｈ２3 ／１２＝Ａ２・Ｈ２2 ／１２ …（１５）
で表されるので、同じ断面積Ａ１＝Ａ２では、慣性モーメントＩ２ｘは厚さＨ２の２乗で表される。梁先端のたわみＶ２ｍａｘは、前記式４および式７と同様に、 Ｖ２ｍａｘ＝Ｗ・Ｌ１3 ／（３・Ｅ・Ｉ２ｘ） …（１６）
から、前記式１５を代入して、 Ｖ２ｍａｘ＝４Ｗ・Ｌ１3 ／（Ｅ・Ｂ２・Ｈ２3 ） …（１７）
となる。同様に、 Ｖ１ｍａｘ＝４Ｗ・Ｌ１3 ／（Ｅ・Ｂ１・Ｈ１3 ） …（１８）
と表される。ここで、 Ａ１＝Ｂ１・Ｈ１＝Ｂ２・Ｈ２ …（１９）
であるから、 Ｖ１ｍａｘ／Ｖ２ｍａｘ＝（Ｈ２／Ｂ２）（Ｂ１／Ｈ１） …（２０）
が得られる。
【００４６】そして、比較のためにＨ２＝Ｂ２とおくと、上記式２０は、 Ｖ１ｍａｘ／Ｖ２ｍａｘ＝（Ｂ１／Ｈ１） …（２１）
となる。したがって、前記Ｈ２＝Ｂ２のときの撓みＶ２ｍａｘに対して、撓みＶ１ｍａｘの比は、（Ｂ１／Ｈ１）の比として表すことができる。この関係を図５のグラフに示す。すなわち、梁１３の断面積Ａ１および長さＬ１が一定、したがって熱コンダクタンスＧ１が一定のとき、梁１３の先端撓みＶ１ｍａｘは、梁１３の幅Ｂ１と厚さＨ１との比として表され、Ｂ１＜Ｈ１となる程、前記み撓みＶ１ｍａｘが小さくなることが理解される。
【００４７】以上のように本発明は、梁１３の厚さＨ１をサブストレート１４の厚さより厚くすることで、また梁１３の幅Ｂ１を、前記厚さＨ１に対して、Ｂ１≦Ｈ１とすることで、梁１３の膜厚方向の剛性を高め、梁１３の長さＬ１を素子長さＰｙ以上としても、従来とほぼ同じ膜厚方向の梁剛性を確保し、衝撃などに対して、サブストレート１４のシリコン基板１２との接触を生じることなく、従来より熱コンダクタンスＧ１を低減でき、検出感度Ｒｅｓを向上するすることができる。但し、横方向の耐衝撃性を考慮し、むやみにＢ１≪Ｈ１とすることは望ましくない。
【００４８】本発明の実施の他の形態について、図６および図７に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００４９】図６は、本発明の実施の他の形態のボロメータセンサである遠赤外線検出器３１の断面図である。この遠赤外線検出器３１は、前述の遠赤外線検出器１１に類似し、対応する部分には同一の参照符を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この遠赤外線検出器３１は、前述の遠赤外線検出器１１が梁１３とサブストレート１４との下面の高さを揃えているのに対して、梁３３とサブストレート１４との上面の高さを揃えていることである。
【００５０】図７は、上述のような遠赤外線検出器３１の作成工程を説明するための断面図である。なお、この図７は前記図３に対応している。まず、図７（ａ）で示すように、シリコン基板１２上に前記犠牲層２１を形成し、参照符３４で示すように前記梁３３に対応する部分を、ＲＩＥまたはイオンミリング等のドライエッチングもしくはウエットエッチングによって所定量だけエッチングする。
【００５１】次に、図７（ｂ）で示すように、前記サブストレート１４および梁３３となる下部絶縁層２２を形成する。さらにその上部に、前記感温層２４、電極層２５および上部絶縁層２６が積層される。
【００５２】続いて、図７（ｃ）で示すように、前記上部絶縁層２６の凹凸を、エッチバックまたはＣＭＰによる研削などによって平坦化し、図７（ｄ）で示すように、前記ＲＩＥまたはイオンミリング等のドライエッチングもしくはウエットエッチングによって、サブストレート１４および梁３３の周囲を犠牲層２１までエッチングする。その後、酸素プラズマまたは水溶液によって、図７（ｅ）で示すように、サブストレート１４および梁３３とシリコン基板１２との間の犠牲層２１を除去すると、遠赤外線検出器３１が完成する。
【００５３】本発明の実施のさらに他の形態について、図８に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００５４】図８は、本発明の実施のさらに他の形態のボロメータセンサである遠赤外線検出器４１の断面図である。この遠赤外線検出器４１は、梁１３の厚さＨ１を幅Ｂ１に対して、Ｂ１≦Ｈ１としている点は前記遠赤外線検出器１１，３１と同様であるけれども、サブストレート４４の厚さを梁１３の厚さに等しく形成している。
【００５５】したがって、サブストレート４４の熱容量ＨＣが前記サブストレート１４と比較して大きくなるが、感度、時定数が許容できるならば、本構成は従来通りの作成プロセスで容易である。
【００５６】本発明の実施の他の形態について、図９に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００５７】図９は、本発明の実施の他の形態の赤外線イメージセンサ５１の正面図である。この赤外線イメージセンサ５１は、上述の各遠赤外線検出器１１，３１，４１の何れかから成る素子を２次元マトリックス配列して構成されている。各素子は参照符Ｓで示し、さらに括弧書きでアドレスを付して示している（総称するときにはＳのみで示す）。図９では、素子Ｓ（ｍ，ｎ）を中心として、３×３個の素子Ｓ（ｍ−１，ｎ−１），Ｓ（ｍ，ｎ−１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ−１）；Ｓ（ｍ−１，ｎ），Ｓ（ｍ，ｎ），Ｓ（ｍ＋１，ｎ）；Ｓ（ｍ−１，ｎ＋１），Ｓ（ｍ，ｎ＋１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ＋１）を示している。座標系は、ｘ，ｙで示している。
【００５８】前記中心の素子Ｓ（ｍ，ｎ）に対して、ｘ軸方向に隣接する素子Ｓ（ｍ±１，ｎ）は、梁１３の長さＬ１を素子ピッチＰｘより長くするために、その中心位置がｙ軸方向にＨｏｆｆｙだけオフセットして配置されている。前記オフセットＨｏｆｆｙは、前記梁幅Ｂ１と、隣接素子間のギャップ間隔Ｄ１とから、 Ｈｏｆｆｙ＝Ｂ１＋Ｄ１ …（２２）
で表すことができる。前記ギャップ間隔Ｄ１は相互に等しく、かつ梁１３とサブストレート１４との間隔に等しい。
【００５９】したがって、図９の例では９個の各素子Ｓの中心位置を結ぶ直線は、互い直交していない。このため、この図９のマトリックス構成で２次元の検出を行い、画像として出力すると、画像出力側の各画素の中心位置を結ぶ直線が直交したディスプレイ（たとえばブラウン管、液晶ディスプレイ）ではあれば歪んだ画像となってしまうけれども、直交座標系に表示しても歪が問題無い応用用途ではそのまま出力すればよい。また、各素子Ｓ間の前記オフセットＨｏｆｆｙは既知であるので、画像抽出等の演算の際には、既知のオフセットＨｏｆｆｙを考慮し、画像抽出等の演算を行えばよい。
【００６０】本発明の実施のさらに他の形態について、図１０に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００６１】図１０は、本発明の実施のさらに他の形態の赤外線イメージセンサ６１の正面図である。この赤外線イメージセンサ６１は、上述の赤外線イメージセンサ５１と同一構成であり、注目すべきは、ｘ，ｙ座標が相互に入換えられていることである。このようなｘ，ｙ座標系において、前述のように梁１３の長さＬ１が素子ピッチＰｘより長い各素子Ｓを２次元配列すると、中心の素子Ｓ（ｍ，ｎ）に対して、ｙ軸方向に隣接する両側の素子Ｓ（ｍ，ｎ±１）の中心位置は、各々ｘ軸方向にＨｏｆｆｘだけオフセットする。Ｈｏｆｆｘは、前記図９のＨｏｆｆｙと同様に、 Ｈｏｆｆｘ＝Ｂ１＋Ｄ１ …（２３）
である。
【００６２】ここで、 ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθ …（２４）
θ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ） …（２５）
とおくと、素子Ｓ（ｍ，ｎ）の中心から素子Ｓ（ｍ，ｎ−１）の中心は極座標（ｒ１、θ−π／２）に位置し、素子Ｓ（ｍ，ｎ＋１）の中心は極座標（ｒ１、θ＋π／２）に位置する。なお、θは図１０では図示していない。また、梁１３の引出し方向が逆である場合には、前記式２５に代えて、 θ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ） …（２６）
が用いられる。
【００６３】また、前記素子Ｓ（ｍ，ｎ）に対して、ｘ軸方向に隣接する両側の素子Ｓ（ｍ−１，ｎ），Ｓ（ｍ＋１，ｎ）の中心は、それぞれ極座標（Ｐｘ、０），（Ｐｘ、π）に位置する。
【００６４】このように構成すると、前記直交座標ディスプレイにおいて、各素子Ｓは各々のｘ軸上にあり、オフセットＨｏｆｆｘはｘ軸方向に発生する。即ち直交ディスプレイで表示する際に水平走査線方向に各素子Ｓのオフセットが発生することに相当する。隣接する走査線間で、水平方向の素子のこのオフセットＨｏｆｆｘは既知であるので、隣接素子の検出信号から所定の重みを乗算し、両者を加算することで、直交座標系に相当する画素位置での検出信号を算出することができる。
【００６５】たとえば、図１１で示すように、素子Ｓ（ｍ，ｎ）［ｍ＝０，１，…，１１、ｎ＝０，１，…，９］を、ｘ，ｙ軸方向でそれぞれピッチＰｘ，Ｐｙ、ｘ軸方向のオフセット量をＨｏｆｆｘでマトリックス状に配置する（ただし、Ｓ（ｍ，ｎ）＜Ｓ（ｍ，ｎ＋１）、すなわち素子Ｓ（ｍ，ｎ＋１）が素子Ｓ（ｍ，ｎ）よりもｘ軸上で相対的に右方にあることを示している。また、素子Ｓ（ｊ，−１）［ｊ＝１〜４，６〜９］は、後述する重み計算上でのダミー素子である。）と、素子Ｓ（ｍ，ｎ）の出力に対して重みを乗算した補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）は、 Ｆ（ｍ，ｎ）
＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝
＋｛S(m,n-1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
…（２７）
で求めることができる。ここで、ＭＯＤ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した剰余、ＱＵＯＴＩＥＮＴ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した商である。
【００６６】本例の演算結果を表１および表２に示す。表１は図１１の素子Ｓ（ｍ，ｎ）の素子出力をそのまま示したものであり、表２は前記式２７を用いて重み付けをした直交座標系の位置の補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）の算出結果である。ただし、図１１で示すように、本例ではＰｘ：Ｈｏｆｆｘ＝５：１としている。また、表１のｎ＝−１のダミー欄は、式２７におけるｎ＝０の重み補完を行う際に用いるダミー出力であり、本例では便宜的に出力“０”を用いたが、素子出力の中間値、最大値、最小値等、その用途に適応して、どのような値を用いてもよい。
【００６７】
【表１】

【００６８】
【表２】

【００６９】次に、素子Ｓ（ｍ，ｎ）と素子Ｓ（ｍ，ｎ＋１）との相対位置関係がＳ（ｍ，ｎ）＞Ｓ（ｍ，ｎ＋１）、すなわち素子Ｓ（ｍ，ｎ＋１）が素子Ｓ（ｍ，ｎ）よりもｘ軸上で相対的に左方にある場合の例について、前記図１１と同様の図である図１２を用いて説明する。素子Ｓ（ｊ，１２）［ｊ＝１〜４，６〜９］は、前記ダミー素子である。この場合、素子Ｓ（ｍ，ｎ）の出力に対して重みを乗算した補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）は、 Ｆ（ｍ，ｎ）
＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝
＋｛S(m,n+1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
…（２８）
で求めることができる。
【００７０】本例の演算結果を表３および表４に示す。表３は図１２の素子Ｓ（ｍ，ｎ）の素子出力をそのまま示したものであり、表２は前記式２８を用いて重み付けをした直交座標系の位置の補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）の算出結果である。ただし、図１１と同様に、Ｐｘ：Ｈｏｆｆｘ＝５：１としている。また、表３のｎ＝１２のダミー欄は、便宜的に出力“０”を用いたが、素子出力の中間値、最大値、最小値等、その用途に適応して、どのような値を用いてもよい。
【００７１】
【表３】

【００７２】
【表４】

【００７３】以上のように重み付け演算を行うことによって、直交座標系のディスプレイで表示を行うにあたって、該直交座標系に相当する画素位置での補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を算出することができる。
【００７４】本発明の実施の他の形態について、図１３〜図１５に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００７５】図１３は、本発明の実施の他の形態の赤外線イメージセンサ７１の正面図である。この赤外線イメージセンサ７１は、上述の赤外線イメージセンサ５１，６１に類似しており、注目すべきは、各素子Ｓが、その中心を通る軸線Ｌｘ，Ｌｙが相互に直交するように配置され、かつそれらの軸線Ｌｘ，Ｌｙと平行に、ｘ’，ｙ’座標が設定されていることである。
【００７６】すなわち、軸線Ｌｙ（ｍ−１）上には素子Ｓ（ｍ−１，ｎ−１），Ｓ（ｍ−１，ｎ），Ｓ（ｍ−１，ｎ＋１）が配置され、軸線Ｌｙ（ｍ）上には素子Ｓ（ｍ，ｎ−１），Ｓ（ｍ，ｎ），Ｓ（ｍ，ｎ＋１）が配置され、軸線Ｌｙ（ｍ＋１）上には素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ−１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ），Ｓ（ｍ＋１，ｎ＋１）が配置され、同様に軸線Ｌｘ（ｎ−１）上には素子Ｓ（ｍ−１，ｎ−１），Ｓ（ｍ，ｎ−１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ−１）が配置され、軸線Ｌｘ（ｎ）上には素子Ｓ（ｍ−１，ｎ），Ｓ（ｍ，ｎ），Ｓ（ｍ＋１，ｎ）が配置され、軸線Ｌｘ（ｎ＋１）上には素子Ｓ（ｍ−１，ｎ＋１），Ｓ（ｍ，ｎ＋１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ＋１）が配置されている。
【００７７】図１４を参照して、前記ｘ’，ｙ’座標は、ｘ，ｙ座標からθだけ回転している。各素子Ｓ（ｍ，ｎ）の中心を各々Ｃ（ｍ，ｎ）とし、上記直交座標系にするためには、たとえば素子Ｓ（ｍ，ｎ）に対して素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ）は、素子Ｓ（ｍ，ｎ）の中心Ｃ（ｍ，ｎ）を通り、ｙ軸と平行な軸線ｙ（ｍ，ｎ）に対する前記軸線Ｌｙ（ｍ）の傾きθだけ、ｘ軸から傾向けた前記軸線Ｌｘ（ｎ）と、その中心Ｃ（ｍ＋１，ｎ）を通り、前記ｙ軸と平行な軸線ｙ（ｍ＋１，ｎ）との交点に、その中心Ｃ’（ｍ＋１，ｎ）を配置すればよい。すなわち、素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ）の中心Ｃ’（ｍ＋１，ｎ）は、前記軸線ｙ（ｍ＋１，ｎ）上で、中心Ｃ（ｍ，ｎ）の回りに中心Ｃ（ｍ＋１，ｎ）からθだけ回転した位置に配置すればよい。
【００７８】なお、素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ）の中心Ｃ’（ｍ＋１，ｎ）が軸線ｙ（ｍ＋１，ｎ）上に位置するのは、隣接素子Ｓ（ｍ，ｎ）とのギャップ間隔として素子ピッチＰｘが必要であるためである。ここで、移動する距離Ｈｏｆｆｙ（Ｃ（ｍ＋１，ｎ）とＣ’（ｍ＋１，ｎ）との間の距離）は、 Ｈｏｆｆｙ＝Ｐｘ×ｔａｎθ …（２９）
で表わされる。ただし、 θ＝ｔａｎ-1（Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ） …（２６）
（Ｈｏｆｆｘ，Ｐｙは前記図１０記載）である。
【００７９】図１５に、前記軸線Ｌｙ（ｍ）上の素子Ｓ（ｍ，ｎ−１），Ｓ（ｍ，ｎ），Ｓ（ｍ，ｎ＋１）を基準として、それぞれ隣接する素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ−１），Ｓ（ｍ＋１，ｎ），Ｓ（ｍ＋１，ｎ＋１）を、上述のように変位して前記軸線Ｌｙ（ｍ＋１）上に配置し、各々の素子中心がｘ’，ｙ’座標の直交座標系に位置するようにした状態を示す。
【００８０】ここで、ｘ’，ｙ’座標の新たな直交座標系における素子ピッチＰｘ’，Ｐｙ’は、それぞれ、 Ｐｘ’＝Ｐｘ／ｃｏｓθ …（３０）
Ｐｙ’＝Ｐｙ／ｃｏｓθ …（３１）
として表わされる。
【００８１】この場合、素子Ｓ（ｍ，ｎ）にｙ軸方向に隣接する素子Ｓ（ｍ，ｎ−１）の中心Ｃ（ｍ，ｎ−１）は、中心Ｃ（ｍ，ｎ）から極座標（ｒ１、θ＋π／２）に位置する。また、ｙ軸方向に隣接するもう１つの素子Ｓ（ｍ，ｎ＋１）の中心Ｃ（ｍ，ｎ＋１）は、中心Ｃ（ｍ，ｎ）から極座標（ｒ１、θ−π／２）に位置する。ここで、 ｒ１＝Ｐｙ／ｃｏｓθ …（２４）
θ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ） …（２５）
である。
【００８２】また、素子Ｓ（ｍ，ｎ）にｘ軸方向に隣接する素子Ｓ（ｍ＋１，ｎ）の中心Ｃ’（ｍ＋１，ｎ）は、中心Ｃ（ｍ，ｎ）から極座標（ｒ２、θ）に位置する。また、ｘ軸方向に隣接するもう１つの素子Ｓ（ｍ−１，ｎ）（前記図１３参照）の中心Ｃ’（ｍ−１，ｎ）は、中心Ｃ（ｍ，ｎ）から極座標（ｒ２、θ＋π）に位置する。ここで、ｒ２＝Ｐｘ／ｃｏｓθ …（３２）θ＝ｔａｎ-1（−Ｈｏｆｆｘ／Ｐｙ） …（２５）である。
【００８３】隣接素子をこのように配置することによって、前記図１３に示す直交座標系でのマトリックス配列を実現することができ、前記図１０〜図１２で示す赤外線イメージセンサ６１のような複雑な信号処理を行うことなく、前記直交座標系のディスプレイでの表示を行うことができる。
【００８４】本発明の実施のさらに他の形態について、図１６に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００８５】図１６は、本発明の実施のさらに他の形態の赤外線イメージセンサ８１の正面図である。この赤外線イメージセンサ８１は、前述の赤外線イメージセンサ５１に類似しており、注目すべきは、前記赤外線イメージセンサ５１では梁１３の長さＬ１が素子ピッチＰｘの約１．５倍であるのに対して、長さＬ２が素子ピッチＰｘの約２・５倍に形成されていることである。
【００８６】素子Ｓ（ｍ，ｎ）の中心Ｃ（ｍ，ｎ）に対して、ｘ軸方向に隣接する素子Ｓ（ｍ±１，ｎ）の中心Ｃ（ｍ±１，ｎ）は、前述の赤外線イメージセンサ５１と変わらず、ｙ軸方向にＨｏｆｆｙだけオフセットしている。しかしながら、ｙ軸方向の素子ピッチは、ＰｙからＰｙ”に拡がっている。すなわち、サブストレート１４の幅をＢ１０、隣接素子間のギャップ間隔および梁１３とサブストレート１４との間隔をＤ１とすると、 Ｐｙ＝Ｂ１０＋３×Ｂ１＋４×Ｄ１ …（３３）
に対して、 Ｐｙ”＝Ｂ１０＋４×Ｂ１＋５×Ｄ１ …（３４）
となり、 Ｐｙ”−Ｐｙ＝Ｂ１＋Ｄ１ …（３３）
だけ素子ピッチを拡大すればよい。
【００８７】このようにして、梁１３の長さＬ２を延長し、前記熱コンダクタンスＧをさらに低減することができる。ここで、ｙ軸方向の素子ピッチＰｙ”が異なるだけで、ｘ軸方向の素子ピッチＰｘは前記赤外線イメージセンサ５１と同一であり、図９で示すこの赤外線イメージセンサ５１から、図１０〜図１２の赤外線イメージセンサ６１または図１３〜図１５の赤外線イメージセンサ７１に対するｘ，ｙ座標のｘ’，ｙ’座標への変換の考え方を、この赤外線イメージセンサ８１に適用することもできる。
【００８８】なお、前述の遠赤外線検出器１１，３１，４１を２次元マトリックス配列して成る上記各赤外線イメージセンサ５１，６１，７１，８１において、各素子で検出した信号は、２次元座標系で表わした場合、各素子の中心位置での検出値となる。そこで、図１７においてハッチングを施して示すように、梁１３の素子ピッチＰｘ，Ｐｙの外のエリア１３ａは、赤外線検出範囲として使用してもよく、また使用しなくてもよい。
【００８９】使用しない場合には、そのエリア１３ａ部分による影響が生じないように、たとえば特開平２−１９６９２９号公報に記載されているように、表面金属膜のシート抵抗、および波長λのλ／４離れた位置に平行に厚い導電層を形成することによって赤外線吸収率が異なることを利用し、前記エリア１３ａ部分の赤外線吸収率を低下させるようにすればよい。
【００９０】
【発明の効果】本発明に係るボロメータ型赤外線検知素子は、以上のように、基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の厚さを前記サブストレートの厚さより厚くして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減する。
【００９１】それゆえ、検出感度を向上するすることができる。
【００９２】また、本発明に係るボロメータ型赤外線検知素子は、以上のように、基板に対して梁で支持され、該基板とは熱分離されたサブストレート上に熱電変換素子が形成されて成るボロメータ型赤外線検知素子において、前記梁の幅をＢ、梁の厚さをＨとしたとき、Ｂ≦Ｈとして梁剛性を向上し、梁の長さを素子長さ以上として熱コンダクタンスを低減する。
【００９３】それゆえ、検出感度を向上するすることができる。
【００９４】さらにまた、本発明に係る赤外線イメージセンサは、以上のように、前記請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を、各素子の中心を結んだ座標系が互いに直交するように２次元配置して成る。
【００９５】それゆえ、歪みなく画像出力できる。
【００９６】また、本発明に係る赤外線イメージセンサは、以上のように、請求項３を具現化するにあたって、請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を２次元配列したときに、任意の素子における梁の長手方向をｙ軸、その垂直方向をｘ軸、ｙ軸方向の素子ピッチをＰｙ、ｘ軸方向の素子ピッチをＰｘとして、任意の素子のｙ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心からそれぞれ前記極座標（ｒ１、θ−π／２）、（ｒ１、θ＋π／２）に配置し、また前記任意の素子におけるｘ軸方向の両側の隣接素子の中心位置を、前記任意の素子の中心から前記極座標（ｒ２、θ）、（ｒ２、θ＋π）に配置する。
【００９７】それゆえ、前記ｙ軸方向では、前記請求項１または２のように梁の長さを素子ピッチＰｙ以上としても、隣接素子間の干渉なく配置できる。また、前記ｘ軸方向では、各画素中心が直交して２次元配置できる。
【００９８】さらにまた、本発明に係る赤外線イメージセンサは、以上のように、請求項３を具現化するにあたって、請求項１または２記載のボロメータ型赤外線検知素子を２次元配列したときに、任意の素子における梁の長手方向に位置する両側の隣接画素の中心位置を、梁（リード）幅および梁の両側のギャップ間隔の和Ｈｏｆｆｘだけ、梁の長手方向の軸に垂直な方向に互いに逆の方向にオフセットさせて配置し、前記任意の素子の梁の長手方向の軸に垂直な方向に位置する両側の隣接画素はそのままで、素子出力に予め定める重みを乗算し、加算した補完出力を算出することで、前記各素子を、擬似的に、その中心を結んだ座標系が互いに直交する２次元配置を実現する。
【００９９】それゆえ、素子ピッチ以上の梁を干渉なく配置することができ、これによる直交座標からのずれも補正することができる。
【０１００】また、本発明に係る赤外線イメージセンサは、以上のように、前記請求項５を具現化するにあたって、任意の素子の出力をＳ（ｍ，ｎ）（ｍはｘ座標、ｎはｙ座標）としたとき、前記重みを乗算した補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n-1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
または、Ｆ（ｍ，ｎ）＝｛S(m,n)＊（Px−MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx)) ＊Hoffx)／Px｝＋｛S(m,n+1)＊MOD(m,（QUOTIENT（Px，Hoffx ))＊Hoffx)／Px｝
ただし、ＭＯＤ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した剰余、ＱＵＯＴＩＥＮＴ（ａ，ｂ）はａをｂで除算した商から算出する。
【０１０１】それゆえ、直交座標系にない２次元素子出力を使用して、直交座標系のディスプレイでの表示のための補完出力Ｆ（ｍ，ｎ）を算出することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５０４９
【氏名又は名称】シャープ株式会社
【出願日】 平成１１年７月２７日（１９９９．７．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００８００３４
【弁理士】
【氏名又は名称】原 謙三
【公開番号】 特開２００１−４１８１８（Ｐ２００１−４１８１８Ａ）
【公開日】 平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願番号】 特願平１１−２１２７７９