JP2007324126A - 赤外光源 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単であり、広い分野に応用することのできる、特定波長の赤外光源を提供する。
【解決手段】本発明による赤外光源は、発熱体と、正の誘電体として機能する部分および負の誘電体として機能する部分を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備え、前記発熱体の放射エネルギを、前記格子の配列方向と直交する偏光面を有する、前記格子の形状によって定まる特定の波長の赤外線に集中させて放射することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、赤外光源に関する。特に、特定の波長の赤外光を発する赤外光源に関する。

赤外波長域の特定波長で強い強度が得られる赤外光源は非常に少ない。

一部の特定波長で発振するレーザーは高価であり、また、特定波長を任意の値とすることはできない。

ヒータなどからの放射光を波長フィルタ等用いて任意波長の光を取り出す装置も考えられる。しかし、部品点数が多く、波長フィルタの製造方法が煩雑であり、出力エネルギが極めて低いなどの問題がある。

また、高温発光マイクロキャビティ光源も提案されている（たとえば、特表2001-519079号公報）。しかし、構造が煩雑である。

他方、赤外波長域での光源を使用したアプリケーションは、医療、バイオ分野を含む分野に拡大しつつある。
特表2001-519079号公報

したがって、構造が簡単であり、広い分野に応用することのできる、特定波長の赤外光源に対するニーズがある。

本発明による赤外光源は、発熱体と、複数の特定波長にそれぞれ対応する複数の格子とを備えた赤外光源である。前記複数の格子のそれぞれは、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子である。当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めている。

本発明によれば、複数の特定波長の赤外線を放射する、構造が簡単でコンパクトな光源が得られる。

本発明による赤外光源は、発熱体と、異なる方向に配列された２種類以上の格子とを備えた赤外光源である。前記２種類以上の格子のそれぞれは、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子である。当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めている。

本発明によれば、２種類以上の異なる偏光面に偏光された、特定波長の赤外線を放射する、構造が簡単でコンパクトな光源が得られる。

本発明による赤外光源は、発熱体と、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備えた赤外光源である。当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定め、さらに前記一定方向に沿って、前記特定の波長が変化するようにＤを変化させている。

本発明によれば、所定の波長帯域の赤外線を放射する赤外光源が得られる。

本発明による赤外光源は、発熱体と、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備えた赤外光源であり、前記格子がレンズの表面に配置されている。当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めている。

本発明によれば、放射する赤外光を集光あるいは発散させる赤外光源が得られる。

本発明による赤外光源は、発熱体と、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部（金属など）を一定方向に一定周期で交互に形成した格子と、を備えている。本発明による赤外光源は、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

である任意のＰ、Ｔに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＤを定めている。

本発明による赤外光源は、カットオフ波長を有さず、Ｔ、ＰおよびＤを最適に調整することにより任意の波長に赤外線強度のピーク波長を定めることができる。本発明による赤外光源は、負の誘電体材料（金属材料など）を使用することにより表面波の定在波が得られるように調整されている赤外光源である。

本発明による赤外光源は、発熱体の放射エネルギを、ピーク波長と一致する特定の波長の赤外線に集中させる機能を有する。しかも、特定の波長の赤外線は、格子の配列方向に対して直交する偏光面を有する（図１参照）。したがって、構造が簡単であり、広い分野に応用することのできる、特定波長の赤外光源が得られる。

本発明による赤外光源を製造する方法は、発熱体と、正の誘電体材料部（誘電体など）および負の誘電体材料部（金属など）を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備えた赤外光源を製造する。本発明による赤外光源を製造する方法は、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部（誘電体など）の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を

とした場合に

である任意のＰ、Ｔに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＤを定める。また、Ｔ、Ｐを調整することによっても、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長を当該特定波長と一致させることができる。

本発明によって製造された赤外光源は、発熱体の放射エネルギを、ピーク波長と一致する特定の波長の赤外線に集中させる機能を有する。しかも、特定の波長の赤外線は、格子の配列方向に対して直交する偏光面を有する（図１参照）。したがって、構造が簡単であり、広い分野に応用することのできる、特定波長の赤外光源を製造することができる。

本発明の一実施形態によれば、赤外光源から発せられる前記特定波長の赤外線強度の、発熱体から発せられる前記特定波長の赤外線強度に対する比率を赤外線強度比とした場合に、Ｐの値をそのままとして、

の範囲で、赤外線強度比が最大となるようにＴを定めている。

したがって、赤外線強度比は、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔに関して最大となっている。

本発明の他の実施形態によれば、

の範囲で、赤外線強度比が最大となるようにＰを定めている。

したがって、赤外線強度比は、格子周期Ｐに関して最大となっている。

本発明の他の実施形態によれば、Ｐが

の範囲である。

図１は、本発明の一実施形態による赤外光源１００の構成を示す図である。赤外光源１００は、格子１０１と発熱体１０７とを含む。本実施形態においては、発熱体１０７の表面に格子１０１が備わる。発熱体１０７は、たとえば、セラミックヒータである。他に、ＳｉＣヒータなどであってもよい。格子１０１は、負の誘電体材料部（金属など）１０３と正の誘電体材料部（誘電体など）１０５とからなる。負の誘電体材料部（金属など）１０３は、たとえば、アルミニウム、金、銀などの金属でもよい。また、負の誘電体材料部１０３は、任意の材料の表面に金属膜を形成したものであってもよい。正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、たとえば、中空またはシリコンなどの半導体としてもよい。格子１０１の周期をＰ、格子１０１の深さをＤ、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５の幅をＴで表わす。図１における矢印Ａは、赤外光源１００が発する光の、格子の配列方向に対して直交する偏光面の方向を示す。この偏光面については後で説明する。

図２は、波長に対する、赤外線の強度分布を示す図である。横軸は波長、縦軸は放射エネルギ密度を表わす。放射エネルギ密度を強度と呼称する。

一点鎖線は、格子１０１を伴わない発熱体１０７によって放射される赤外線の強度分布を表わす。赤外線は、広い波長にわたり緩やかに分布している。発熱体１０７によって放射される赤外線は、あらゆる偏光面を有している。

実線は赤外光源１００によって放射される赤外線の強度分布を表わす。実線で表わされる赤外光源１００によって放射される赤外線の強度分布は、複数のピークを有し、ピーク以外の波長における強度はほぼゼロである。複数のピークは、波長の長い方から、第１のピーク、第２のピークというように、数字によって特定する。第２のピーク波長

は、第１のピーク波長

に対して、図８の形態の構造では約１／３である。また、図９の形態の構造では約１／２である。図２以下の図において、第１および第２のピーク以外は図示しない。

上記のピーク波長においては、格子１０１の配列方向に対して直交する偏光面を有する光（図１参照）のみが放射される。

図２において、横軸と一点鎖線によって囲まれる部分の面積は、横軸と実線によって囲まれる部分の面積と等しい。このように、赤外光源１００は、発熱体の放射エネルギを特定の波長の赤外線に集中させる機能を有する。しかも、特定の波長の赤外線は、格子１０１の配列方向に対して直交する偏光面を有する（図１参照）。

図２において、第１のピーク波長における、赤外光源１００によって放射される赤外線の強度（Ｂ）の、発熱体によって放射される赤外線の強度（Ａ）に対する比率を赤外線強度比と呼称する。

そこで、特定の波長を第１のピーク波長と一致させることができれば、当該特定波長の赤外光源が得られる。以下に、特定の波長を第１のピーク波長と一致させた赤外光源を製作する方法について説明する。

図３は、赤外光源において、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定めた場合に、格子深さＤを求める方法を示す流れ図である。

ステップＳ３０１０において、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定める。特定の波長を

とした場合に

である任意の格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定める。

ここで、赤外光源が回折を生じないようにするには、格子周期Ｐが、

であるように定める。

以下において、赤外光源１００の放射する赤外線の強度を、たとえば、ＦＤＴＤ法などの計算によって求めてもよい。ＦＤＴＤ法は、マクスウェルの方程式を差分化して電磁界をシミュレートする方法である。

ステップＳ３０２０において、格子深さＤを変化させて、赤外光源１００によって放射される赤外線の強度分布をもとめる。

図４は、赤外光源の格子深さＤを変化させた場合の、赤外光源によって放射される赤外線の強度分布の変化を示す図である。（Ｂ）の場合の格子深さは、（Ａ）の場合の格子深さよりも大きく、（Ｃ）の場合の格子深さは、（Ｂ）の場合の格子深さよりも大きい。図４に示すように、格子深さＤを大きくすると、第１のピーク波長

も大きくなる。したがって、格子深さＤを調整することにより、第１のピーク波長

を特定の波長

に一致させることができる。（Ｃ）において、第１のピーク波長

は、特定の波長

に一致している。

ステップＳ３０３０において、第１のピーク波長

が特定の波長

に一致したかどうか判断する。一致していなければ、ステップＳ３０２０に戻り、さらに格子深さＤを変化させる。一致していれば、そのときの、格子深さＤを赤外光源１００の格子深さとして終了する。

図５は、赤外光源において、格子周期Ｐを定めた場合に、格子深さＤおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを求める方法を示す流れ図である。

ステップＳ５０１０において、特定の波長を

とした場合に

である任意の格子周期Ｐを定める。

ここで、赤外光源が回折を生じないようにするには、格子周期Ｐが、

であるように定める。

ステップＳ５０２０において、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを変化させて、第１のピーク波長が特定の波長に一致する格子深さＤおよびその格子深さの場合の赤外線強度比を求める。具体的に、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔをある値に定めた後、図３の流れ図にしたがって、第１のピーク波長が特定の波長に一致する格子深さＤおよびその格子深さの場合の赤外線強度比を求める。つぎに、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを別の値に定めた後、図３の流れ図にしたがって、第１のピーク波長が特定の波長に一致する格子深さＤおよびその格子深さの場合の赤外線強度比を求める。このステップを繰り返して、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔの値を変化させながら、その値に対して、第１のピーク波長が特定の波長に一致する格子深さＤおよびその格子深さの場合の赤外線強度比を求める。

図６は、赤外光源の正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを変化させた場合に、特定の波長における赤外線強度比の変化を示す図である。格子１０１の負の誘電体材料部（金属など）１０３は、金であり、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、空気である。図６の横軸は、所定の格子周期Ｐに対する正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔの比であり、縦軸は、第１のピークと一致する特定の波長における赤外線強度比である。図６に示すように、特定の波長における赤外線強度比は、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔの特定の値に対してピークを示す。具体的に、特定の波長は、９．６マイクロ・メータ、所定の格子周期Ｐは、３マイクロ・メータであり、

すなわち、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔが０．０６マイクロ・メータ（６０ナノ・メータ）の値に対して、赤外線強度比は、ピークを示す。

また、図６から、特定の波長における赤外線強度比が十分な大きさであるのは、せいぜい、

の範囲である。

図５のステップＳ５０３０において、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔが、図６における赤外線強度比の曲線のピークに対応する値かどうか判断する。ピークに対応していなければ、ステップＳ５０２０に戻り、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔをさらに変化させる。ピークに対応していれば、そのときの正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを赤外光源１００の正の誘電体材料部（誘電体など）の幅として終了する。

図７は、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを一定として赤外光源の格子周期Ｐを変化させた場合に、特定の波長における赤外線強度比の変化を示す図である。格子１０１の負の誘電体材料部（金属など）１０３は、金であり、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、空気である。図７の横軸は、所定の格子周期Ｐであり、縦軸は、第１のピークと一致する特定の波長における赤外線強度比である。図７に示すように、特定の波長における赤外線強度比は、格子周期Ｐの特定の値に対してピークを示す。具体的に、特定の波長は、９．６マイクロ・メータ、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔは、４００ナノ・メータであり、

すなわち、格子周期Ｐが特定の波長の近傍の値に対して、赤外線強度比は、ピークを示す。

また、図７から、特定の波長における赤外線強度比が十分な大きさであるのは、

の範囲である。

上記においては、格子周期Ｐを定め、所望の特定の波長において、赤外線強度比が最大となるように格子深さＤおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定める方法について説明した。上記の方法に代わり、格子深さＤを定め、所望の特定の波長において、赤外線強度比が最大となるように格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定めてもよい。あるいは、誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定め、所望の特定の波長において、赤外線強度比が最大となるように格子周期Ｐおよび格子深さＤを定めてもよい。

いずれの場合にも、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔは、以下の関係を満たすように定める。

図８は、本発明の一実施形態による赤外光源の構成を示す図である。発熱体１０７上に負の誘電体材料部（金属など）１０３からなる格子１０１を設けている。本実施形態において、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、中空である。格子の負の誘電体材料部（金属など）１０３および発熱体１０７は、金属のケース１０９に収納されている。金属のケース１０９は、格子１０１以外からの赤外線の放射を抑制する。ケース１０９の金属は、格子の負の誘電体材料部（金属など）１０３と同種の金属であっても異種の金属であってもよい。

本実施形態による赤外光源は、以下の手順によって製造することができる。発熱体１０７上に金属を成膜し、レジストを塗布し電子線描画かマスク露光によって格子のパターンを形成し、その後エッチング加工を行う。あるいは、発熱体１０７上に金属を成膜し、高温に熱せられた、格子形成された金型によりインプリンティングして金属に格子パターンを形成する。金属を成膜するには、たとえば、真空蒸着法やスパッタ法などによる。

図９は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。発熱体１０７上に金属の格子凸部（格子の負の誘電体材料部（金属など））１０３を設けている。本実施形態において、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、中空である。金属の格子凸部１０３および発熱体１０７は、金属のケース１０９に収納されている。金属のケース１０９は、格子１０１以外からの赤外線の放射を抑制する。ケース１０９の金属は、格子の負の誘電体材料部（金属など）１０３と同種の金属であっても異種の金属であってもよい。

本実施形態による赤外光源は、以下の手順によって製造することができる。発熱体１０７上に金属を成膜し、レジストを塗布し電子線描画かマスク露光によって格子のパターンを形成し、その後エッチング加工を行う。金属を成膜するには、たとえば、真空蒸着法やスパッタ法などによる。

図１０は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。本実施形態は、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５に格子の形状を形成し、その上に金属膜１１１を成膜し、さらに材料１０３Ａを配置して製造してもよい。材料１０３Ａは、セラミック系接着剤やエポキシ系接着剤などの接合材料や金属などである。正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、シリコンなどの半導体であってもよい。材料１０３Ａと発熱体１０７とを接続する。赤外光源の赤外線放射面に反射防止コート１２１を設けている。反射防止１２１コートにより、赤外光源の放射効率が向上する。発熱体１０７、金属膜１１１、材料１０３Ａ、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５および反射防止コート１２１は、金属のケース１０９に収納されている。金属のケース１０９は、格子１０１以外からの赤外線の放射を抑制する。ケース１０９の金属は、金属膜１１１と同種の金属であっても異種の金属であってもよい。

図１１は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。本実施形態においては、材料１０３Ａが発熱体をかねている。本実施形態は、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５に格子の形状を形成し、その上に金属膜１１１を成膜し、さらに材料１０３Ａを配置して製造してもよい。正の誘電体材料部（誘電体など）１０５は、シリコンなどの半導体であってもよい。赤外光源の赤外線放射面に反射防止コート１２１を設けている。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。金属膜１１１、材料１０３Ａ、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５および反射防止コート１２１は、金属のケース１０９に収納されている。金属のケース１０９は、格子１０１以外からの赤外線の放射を抑制する。ケース１０９の金属は、金属膜１１１と同種の金属であっても異種の金属であってもよい。

図１２は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。本実施形態においては、半導体などの正の誘電体材料部（誘電体など）１０５が発熱体をかねている。本実施形態は、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５に格子の形状を形成し、その上に金属膜１１１を成膜し、さらに材料１０３Ａを配置して製造してもよい。赤外光源の赤外線放射面に反射防止コート１２１を設けている。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。金属膜１１１、材料１０３Ａ、正の誘電体材料部（誘電体など）１０５および反射防止コート１２１は、金属のケース１０９に収納されている。金属のケース１０９は、格子１０１以外からの赤外線の放射を抑制する。ケース１０９の金属は、金属膜１１１と同種の金属であっても異種の金属であってもよい。

図１０乃至１２に示した実施形態による赤外光源は、以下の手順によって製造することができる。正の誘電体材料部（誘電体など）１０５上に金属を成膜し、レジストを塗布し電子線描画かマスク露光によって格子のパターンを形成し、金属膜１１１および材料１０３Ａを成膜する。その後、成膜面を研磨処理してもよい。つぎに、発熱体１０７を使用する場合には、材料１０３Ａを接着材などで発熱体１０７に接続する。その後、周囲に金属を成膜してケース部１０９とする。金属を成膜するには、たとえば、真空蒸着法やスパッタ法などによる。

現在の半導体製造技術を利用した場合、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔは、３０ナノ・メータまで小さくすることができる。格子深さＤは、誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔの約５０倍まで大きくすることができる。

図１３は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。一方の面が平面で他方の面が凸面のレンズ１３１の、凸面に赤外光源１００がレンズ１３１に向けて赤外線を放射するように設けられている。赤外光源１００から放射された赤外線は、レンズ１３１によって集光される。レンズ１３１の平面には、反射防止コート１２１が設けられる。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。

図１４は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。一方の面が平面で他方の面が凸面のレンズ１３１の、平面に赤外光源１００がレンズ１３１に向けて赤外線を放射するように設けられている。赤外光源１００から放射された赤外線は、レンズ１３１によって発散される。レンズ１３１の凸面には、反射防止コート１２１が設けられる。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。

図１５は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。一方の面が平面で他方の面が凸面のレンズ１３１の、凸面に格子１０１が設けられている。発熱体１０７は、レンズ１３１の凸面に対向する位置に配置される。赤外光源１００から放射された赤外線は、格子１０１によって特定波長に変換され、レンズ１３１によって集光される。レンズ１３１の平面には、反射防止コート１２１が設けられる。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。

図１６は、本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。一方の面が平面で他方の面が凸面のレンズ１３１の、平面に格子１０１が設けられている。赤外光源１００から放射された赤外線は、格子１０１によって特定波長に変換され、レンズ１３１によって発散される。レンズ１３１の凸面には、反射防止コート１２１が設けられる。反射防止コート１２１により、赤外光源の放射効率が向上する。

図１３乃至１６に示した実施形態のレンズは、平凸形状である。他に、平凹形状および凹凸形状のレンズのいずれかの面に格子１０１を設けてもよい。

図１７Ａは、本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。本実施形態においては、１チップの発熱体上に複数の、特定波長の異なる格子を設けている。具体的に、Ａ乃至Ｄの各領域で、格子深さＤを一定として、格子周期Ｐ、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを各領域で変化させることにより、各領域のピーク波長を変化させ、かつ電界強度を大きくすることが可能となる。格子周期Ｐについては各領域で一定としてもよい。本実施形態によれば、１チップで、複数の特定波長の赤外光源が得られる。

図１７Ｂは、本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。本実施形態においては、１チップの発熱体上に複数の、特定波長の異なる格子を設けている。具体的に、Ａ乃至Ｄの各領域で、正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを一定として、格子周期Ｐ、格子深さＤを各領域で変化させることにより、各領域のピーク波長を変化させ、かつ電界強度を大きくすることが可能となる。格子周期Ｐについては各領域で一定としてもよい。本実施形態によれば、１チップで、複数の特定波長の赤外光源が得られる。

図１８は、本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。本実施形態においては、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを一定として、深さＤを変化させている。

図２０は、図１８の実施形態によって放射される赤外線の強度分布を概念的に示す図である。本実施形態によれば、所定の波長帯域の赤外線を放射する赤外光源が得られる。

図１９は、本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。本実施形態においては、１チップの発熱体上に、方向の異なる、複数の格子を設けている。本実施形態によれば、偏光された方向の異なる、複数の特定波長の赤外光源が得られる。
本発明によれば、構造が簡単であり、広い分野に応用することのできる、特定波長の赤外光源が得られる。

上記において説明した本発明による赤外光源の応用について以下に説明する。

二酸化炭素の検出器
二酸化炭素が特定の赤外光を吸収することを利用し、その波長の赤外線の減衰率を検出することにより、二酸化炭素濃度を検出する。

このような光吸収法で測定する検出器においては、従来、光源としてレーザーやセラミック・ヒータなどが使用されている。レーザーを使用した場合は二酸化炭素の吸収が大きい波長でのレーザーが存在しないので、近い波長のレーザーを使用しているケースが多い。セラミック・ヒータの場合も二酸化炭素の吸収が大きい波長の光強度は全エネルギに対して小さい。本発明による赤外光源を使用することにより二酸化炭素の吸収が大きい波長にエネルギを集中して検出感度および精度を向上させることができる。

赤外線分光器
赤外線分光器においては、従来、シリコンカーバイド光源、ハロゲン光源、セラミック光源などが使用されており、これらの光源からの光を、フィルタや回折格子などを使用して分光する。本発明による赤外光源を使用することにより、フィルタや回折格子の負荷が軽減し、効率が向上する。

赤外線を利用した分析装置
赤外線を利用した分析装置は、シリコンカーバイド光源、ハロゲン光源、セラミック光源などからの光を、赤外線分光器で特定の波長成分に分離し、標本に照射し、標本の反射量や透過量を測定することにより、標本の状態を分析する。本発明による赤外光源を使用することにより、赤外線分光器の負荷が軽減し、場合によっては、赤外線分光器が不要となる。

路面状況取得装置
路面に、水分の吸収波長である２乃至７マイクロメータの赤外線を照射し、反射量をセンサによって観察することにより、路面状況に関する情報を取得する。また、土が吸収する波長の赤外線を路面に照射し、反射量をセンサによって観察することにより、路面状況に関する情報を取得する。

従来、光源としては発光ダイオードやレーザダイオードが使用されている。これらの光源は、特定の波長のものしか存在しない。本発明による赤外光源を使用することにより、任意の波長の光源が得られるので、路面状況に関する、より多くの情報を取得することができる。

赤外線を利用した治療のための医療器具
８乃至１４マイクロ・メータの遠赤外線を人体に照射する医療器具が使用されている。光源としてはランプ、発光ダイオードおよびレーザダイオードなどが使用されている。発光ダイオードおよびレーザダイオードは、特定の波長のものしか存在しない。ランプの場合には、光の波長範囲が広いので、入力電力のほとんどが不要な光として放射されている。本発明による赤外光源を使用することにより、所望の波長の光源が得られるので、効率的に治療を行うことができる。

糖度計
糖度計は、赤外光を対象物に照射し、透過量または吸収量を測定することにより糖度または酸度を測定する。光源としては、従来、ハロゲンランプ、発光ダイオードおよびレーザダイオードなどが使用されている。ハロゲンランプなどを使用すると、冷却装置が必要となり装置が大型化する。発光ダイオードおよびレーザダイオードは、特定の波長のものしか存在しない。本発明による赤外光源を使用することにより、所望の波長の光源が得られるので、糖度に関する、より多くの情報を取得することができる。

水分計
水分計は、赤外光を対象物に照射し、水分子による吸収量を測定することによって水分量を測定する。光源としては、従来、ハロゲンランプなどが使用されている。ハロゲンランプは、光の波長範囲が広いので、入力電力のほとんどが不要な光として放射されている。本発明による赤外光源を使用することにより、所望の波長の光源が得られるので、効率的に水分量を測定することができる。

赤外線物体検出システム
赤外光の光源を備えた投光器と赤外光のセンサ備えた受光器からなる。光源から射出された赤外光が、光径路中の物体によって遮蔽されセンサによって検出されない場合に、物体が存在することを検出する。光径路に反射板を備え、投光器と受光器を一体型としたものもある。本発明による赤外光源を使用することにより、たとえば、太陽光や照明光のスペクトル成分が小さい波長を選択して使用することが可能となり、太陽光や照明光によるノイズを低減することができる。

車載レーダ
車載レーダは、ミリ波や赤外光を発射し、その反射を測定することにより、たとえば、先行車や障害物の位置を検出するのに使用される。車載レーダとして、高価なミリ波レーダに代わり、発光ダイオードやレーザダイオード光源のレーダが使用され始めている。発光ダイオードおよびレーザダイオードは、特定の波長のものしか存在しない。本発明による赤外光源を使用することにより、所望の波長の光源が得られるので、より多くの情報を取得することができる。

本発明の一実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 波長に対する、赤外線の強度分布を示す図である。 赤外光源において、格子周期Ｐおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを定めた場合に、格子深さＤを求める方法を示す流れ図である。 赤外光源の格子深さＤを変化させた場合の、赤外光源によって放射される赤外線の強度分布の変化を示す図である。 赤外光源において、格子周期Ｐを定めた場合に、格子深さＤおよび正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを求める方法を示す流れ図である。 赤外光源の正の誘電体材料部（誘電体など）の幅Ｔを変化させた場合に、特定の波長における赤外線強度比の変化を示す図である。 赤外光源の格子周期Ｐを変化させた場合に、特定の波長における赤外線強度比の変化を示す図である。 本発明の一実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による赤外光源の格子の構成を示す図である。 図１８の実施形態によって放射される赤外線の強度分布を概念的に示す図である。

Claims (5)

1. 発熱体と、正の誘電体として機能する部分および負の誘電体として機能する部分を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備え、前記発熱体の放射エネルギを、前記格子の配列方向と直交する偏光面を有する、前記格子の形状によって定まる特定の波長の赤外線に集中させて放射する赤外光源。
2. 発熱体と、複数の特定波長にそれぞれ対応する複数の格子とを備えた赤外光源であって、前記複数の格子のそれぞれは、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子であり、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を
   

   

   とした場合に
   

   

   であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めた赤外光源。
3. 発熱体と、異なる方向に配列された２種類以上の格子とを備えた赤外光源であって、前記２種類以上の格子のそれぞれは、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子であり、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を
   

   

   とした場合に
   

   

   であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めた赤外光源。
4. 発熱体と、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備えた赤外光源であって、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を
   

   

   とした場合に
   

   

   であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定め、さらに前記一定方向に沿って、前記特定の波長が変化するようにＤを変化させた赤外光源。
5. 発熱体と、正の誘電体材料部および負の誘電体材料部を一定方向に一定周期で交互に形成した格子とを備えた赤外光源であって、前記格子がレンズの表面に配置され、当該一定周期をＰ、当該一定方向の正の誘電体材料部の幅をＴ、格子深さをＤとし、特定の波長を
   

   

   とした場合に
   

   

   であるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源から発せられる赤外線強度のピーク波長が当該特定波長と一致するようにＰ、ＴおよびＤを定めた赤外光源。

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