JP6754501B2 - 電磁波検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波検出装置に関する。

電磁波検出装置は、例えば、所定の特性（波長又は強度など）の電磁波を検出対象とし、当該検出対象の電磁波の有無及びその特性に応じた電気信号を生成する装置である。例えば、特許文献１には、テラヘルツ波を発振又は検出するテラヘルツ素子を含むテラヘルツ素子モジュールが開示されている。

特開2016-213732号公報

電磁波検出素子は、検出対象となる電磁波のみを正確に検出できることが好ましい。具体的には、例えば、装置の受信部（受光部）から取り込まれ、設計上の進路（理想的な進路）を経て検出素子に直接的に入射した１次的な電磁波は、検出対象として好ましい電磁波である場合が多い。

一方、例えば、当該検出素子を収容する筐体内で反射した後に当該検出素子に入射した電磁波など、検出素子に間接的に入射した電磁波は、当該１次的な電磁波から特性が変化した電磁波である場合がある。この設計上の進路とは異なる進路を経て検出素子に入射した２次的な電磁波は、検出対象の電磁波としては好ましくない電磁波である場合がある。

また、例えばラインセンサやマトリクスセンサなどのように、１次元的又は２次元的に電磁波の検出動作を行う電磁波検出装置においては、複数の検出素子がライン状又はアレイ状に配置される。この場合、検出対象の電磁波及びこれらの設計上の進路は、当該複数の検出素子の各々間で互いに異なる。

従って、電磁波の存在及びその特性を正確に検出することを考慮すると、電磁波検出装置は、検出対象の電磁波のみが検出素子に入射するように構成されていることが好ましい。換言すれば、検出対象外の電磁波、すなわち設計上の進路以外の進路を経た電磁波が検出素子に入射することが抑制されていることが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、対象外の電磁波が検出素子に入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置を提供することを課題の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、電磁波が照射される１の面を有する支持体と、支持体に設けられた少なくとも１つの電磁波検出素子と、各々が、支持体に支持され、支持体の１の面側に開いた第１の開口部を有しかつ１の面から離れる方向に窄んだ導波路を形成する少なくとも１つの導波路構造と、を有することを特徴としている。

実施例１に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例１に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例１の変形例１に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例１の変形例２に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例１の変形例３に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例２に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例２に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例３に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例３に係る電磁波検出装置の断面図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る電磁波検出装置（以下、単に検出装置と称する）１０の模式的な上面図である。図２は、検出装置１０の断面図である。図２には、図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図１及び２を用いて、検出装置１０について説明する。

検出装置１０は、支持体１１と、支持体１１上に支持された検出部２０とを含む。検出部２０は、少なくとも１つの電磁波検出素子（以下、単に検出素子と称する）を含む。本実施例においては、検出部２０が１つの検出素子からなる場合について説明する。すなわち、本実施例においては、検出装置１０は、検出部として検出素子２０を有する。

本実施例においては、検出素子２０は、電波と赤外光との間の周波数帯である０．１〜１０ＴＨｚの電磁波（テラヘルツ波）を検出対象とし、当該検出対象の電磁波の有無及びその強度を検出する。また、本実施例においては、図１に示すように、検出素子２０は、矩形の平面形状を有する。

例えば、検出素子２０は、ショットキーバリアダイオードや共鳴トンネルダイオードなどの半導体素子を含む。例えば、検出素子２０は、入射した電磁波のうちの検出対象の電磁波に応じた電気信号を生成する光電変換部（図示せず）を有する。

また、本実施例においては、支持体１１は、互いに平行な主面を有し、当該主面の一方を上面（１の面）１１Ａとし、他方を下面（他の面）１１Ｂとする平板形状の基板である。また、検出装置１０は、検出対象となる電磁波が支持体１１の上面１１Ａに照射されるように配置される。従って、本実施例においては、支持体１１の上面１１Ａは、電磁波が照射される被照射面として機能する。

換言すれば、検出装置１０は、電磁波が照射される上面（１の面）１１Ａを有する支持体１１と、支持体１１に設けられた検出素子２０とを有する。なお、支持体１１は、検出素子２０に電気的に接続された配線（例えば駆動用及び信号処理用の配線）を含む。

支持体１１は、検出対象となる電磁波（本実施例においてはテラヘルツ波）に対して透過性を有する材料からなる。例えば、支持体１１は、樹脂材料からなり、例えばエボナイトからなる。エボナイトは、テラヘルツ波に対して比較的空気に近い屈折率を有する。従って、エボナイトを支持体１１に用いる場合、支持体１１の上面１１Ａに照射されたテラヘルツ波の大部分が支持体１１内に入射し、また透過する。

なお、本実施例においては、支持体１１の上面１１Ａの中央部分に電磁波が照射されるように構成されている。従って、図１及び２に示すように、支持体１１の上面１１Ａにおける当該中央部分は、電磁波の被照射領域Ｒ０として機能する。

なお、被照射領域Ｒ０とは、検出対象の電磁波が、検出装置１０における当該電磁波の設計上の入射部（図示せず）を介して入射した後、支持体１１に直接的に入射及び透過する領域をいう。

例えば、検出装置１０における電磁波の入射部（受光部）が矩形の形状を有する場合、図１に示すように、被照射領域Ｒ０は、支持体１１の上面１１Ａ（１の面）に垂直な方向から見たときに検出素子２０を取り囲む略矩形の領域である。

検出装置１０は、支持体１１に支持され、電磁波の導波路を形成する電磁波導波部３０を有する。本実施例においては、図１に示すように、電磁波導波部３０は、支持体１１の上面１１Ａに垂直な方向から見たときに検出素子２０を挟むように配置された２つ（１対）の導波路構造３１を有する。

また、図２に示すように、本実施例においては、導波路構造３１の各々は、支持体１１の下面１１Ｂ上に固定されている。また、導波路構造３１の各々は、支持体１１の上面１１Ａ側に開いた（すなわち検出装置１０における電磁波の入射部側に開いた）開口部（第１の開口部）ＡＰ１を有し、かつ上面１１Ａから離れる方向に窄んだ導波路ＷＧを形成する。

本実施例においては、導波路構造３１の各々は、図１に示すように、円形の開口部ＡＰ１を有し、開口部ＡＰ１から離れるに従って開口幅が小さくなるテーパ形状の内壁面Ｓ１を有する。本実施例においては、導波路構造３１の各々は、開口部ＡＰ１及び内壁面Ｓ１によって、中空の導波管を形成する。なお、図１には、導波路構造３１の各々の開口部ＡＰ１を破線で示した。

本実施例においては、導波路構造３１の各々は、その全体が導波管をなす。例えば、導波路構造３１の各々は、筒状の金属管、表面に金属膜を有する筒状の材料又は表面にメッキ処理が施された筒状の材料からなる筒状体である。また、導波路構造３１の各々は、その内壁面Ｓ１及び外壁面Ｓ２が肉厚（両壁面間の距離）を保持しつつテーパ形状をなすテーパ導波管である。

また、本実施例においては、導波路構造３１の各々は、その開口部ＡＰ１とは反対側の端部が閉塞端部ＥＧとして形成されている。すなわち、本実施例においては、導波路構造３１の各々は、一方の端部が開口部ＡＰ１によって開口され、他方の端部が閉塞端部ＥＧによって閉塞された導波路ＷＧを形成する。なお、本実施例においては、閉塞端部ＥＧは、導波路構造３１の内壁面Ｓ１及び外壁面Ｓ２が１点に収束してなる導波路構造３１の頂点である。従って、本実施例においては、導波路構造３１の各々は、円錐状の導波路ＷＧを形成する。

なお、検出対象となる電磁波は、支持体１１の上面１１Ａに照射される。従って、検出対象の電磁波は、支持体１１に対し、上面１１Ａ（及び下面１１Ｂ）に垂直な方向であるｚ方向の成分を有するように照射される。

本明細書においては、支持体１１の上面１１Ａ及び下面１１Ｂに平行な方向（ｚ方向に垂直な方向）であり、かつ２つの導波路構造３１の配列方向（両者が対向する方向）をｘ方向と称する。また、ｚ方向及びｘ方向の両方に垂直な方向をｙ方向と称する。なお、ｚ方向は、支持体１１としての基板の板厚方向に対応する。

導波路構造３１の各々の内壁面Ｓ１は、図２に示すように、閉塞端部ＥＧを通るｘｚ平面で導波路構造３１を切断した断面において、支持体１１の下面１１Ｂから、角度（第１の角度）Ａ１だけ傾斜している。また、導波路構造３１の各々の外壁面Ｓ２は、当該断面において、支持体１１の下面１１Ｂ（及び上面１１Ａ）に垂直な方向から、角度（第２の角度）Ａ２だけ傾斜している。

また、図２に示すように、２つの導波路構造３１は、その開口部ＡＰ１間が支持体１１の下面１１Ｂ上において距離Ｌ１だけ離れて配置されている。具体的には、導波路構造３１の各々の開口部ＡＰ１側の端部は、支持体１１の下面１１Ｂに接着されている。また、２つの導波路構造３１は、そのそれぞれの外壁面Ｓ２が、支持体１１の下面１１Ｂ上において、距離Ｌ１だけ互いに離間している。

ここで、図２を用いて、検出装置１０内における電磁波の進路について説明する。図２には、３種類の電磁波（電磁波成分）ＬＡ〜ＬＣを破線で示した。まず、支持体１１の上面１１Ａにおける被照射領域Ｒ０に照射される電磁波は、検出素子２０に直接入射する電磁波ＬＡと、支持体１１の上面１１Ａにおける検出素子２０の周辺領域に入射する電磁波ＬＢとに区別することができる。

電磁波ＬＡは、検出素子２０によって受信（受光）される。従って、電磁波ＬＡは、検出素子２０によって検出される（光電変換が行われる）。

一方、電磁波ＬＢは、検出素子２０に直接入射せず、支持体１１内に入射する。この電磁波ＬＢは、導波路構造３１の開口部ＡＰ１に向かって進む。そして、電磁波ＬＢは、開口部ＡＰ１から導波路構造３１の導波路ＷＧ内に進入する。そして、導波路ＷＧ内に進入した電磁波ＬＢは、導波路ＷＧ内に閉じ込められ、反射を繰り返し、減衰又は消滅する。

なお、電磁波ＬＡのような１次的な電磁波は、検出対象の電磁波としての特性を保った検出されるべき電磁波である可能性が高い。従って、電磁波ＬＡは、確実に検出素子２０に検出されることが好ましい。

一方、電磁波ＬＢのような電磁波は、電磁波ＬＡのような設計上の（理想的な）進路を通らずに検出素子２０に入射する２次的な電磁波となる可能性が高い。すなわち、電磁波ＬＢのような電磁波は、当該１次的な電磁波とは異なる特性を有する電磁波（例えばノイズが重畳された電磁波など）、すなわち検出対象としては好ましくない電磁波となる可能性が高い。

本実施例においては、電磁波ＬＢのような電磁波は、導波路構造３１（電磁波導波部３０）によって電磁波ＬＡから分離される。従って、電磁波ＬＢが検出素子２０に向かって進むことが抑制される。また、導波路ＷＧ内に進入した電磁波は、反射を繰り返して減衰する。従って、２次的な電磁波が検出素子２０に入射することが抑制される。従って、対象外の電磁波が検出素子２０に入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能となる。

なお、本実施例においては、導波路構造３１の導波路ＷＧを形成する内壁面Ｓ１は、４５度よりも大きい角度Ａ１（テーパ角度）で傾斜していることが好ましい。仮に、内壁面Ｓ１の傾斜角度が４５度以下の場合、電磁波ＬＢが内壁面Ｓ１によって反射を繰り返した後に開口部ＡＰ１を介して入射側に戻る場合がある。

電磁波ＬＢが入射側（例えば電磁波ＬＡ側）に戻った場合、電磁波ＬＡ（好ましい電磁波）に電磁波ＬＢ（好ましくない電磁波）が重畳されて検出素子２０に入射する場合がある。これに対し、内壁面Ｓ１の傾斜角度Ａ１を４５度よりも大きくすることで、電磁波ＬＢのような電磁波を確実に導波路構造３１内に留めさせ、減衰させることができる。

さらに、電磁波ＬＢのうち、検出素子２０及び導波路構造３１の両方に入射しなかった電磁波は、支持体１１を透過して下面１１Ｂから出射する。この支持体１１を透過した電磁波は、検出装置１０（支持体１１及び検出素子２０）を収容、保護及び固定する筐体（図示せず）の内部で反射を繰り返し、迷光となる場合がある。

この迷光の一部は、支持体１１の下面１１Ｂ側の領域から検出素子２０に向かって進む電磁波ＬＣとなる場合がある。また、電磁波ＬＣは、電磁波ＬＡとは大きく異なる特性を有する場合がある。従って、電磁波ＬＣのような電磁波は、電磁波ＬＢと同様に、検出対象としては好ましくない電磁波である場合が多い。

そして、電磁波ＬＣは、支持体１１の下面１１Ｂ上に設けた２つの導波路構造３１の間の領域、すなわち支持体１１の下面１１Ｂにおける検出素子２０の直下（裏側）の領域から、下面１１Ｂを介して検出素子２０に入射する可能性がある。しかし、この支持体１１における検出素子２０の裏側の領域から電磁波ＬＣが検出素子２０に入射することは好ましくない。

これらを考慮すると、２つの導波路構造３１の離間距離（下面１１Ｂ上の外壁面Ｓ２間の距離）Ｌ１は、検出対象の電磁波ＬＡの波長をλとした場合、Ｌ１＜（λ／２）の関係を満たすことが好ましい。なお、例えば導波路構造３１の支持などのために、支持体１１の下面１１Ｂ上における導波路構造３１間の領域に他の部材（屈折率ｎの）を設ける場合、当該離間距離Ｌ１は、Ｌ１＜（λ／（２ｎ））の関係を満たすことが好ましい。

上記の関係を満たす間隔で２つの導波路構造３１を配置することで、両者の間の領域で電磁波ＬＣを光学的に遮断することができる。すなわち、上記の関係を満たす間隔で２つの導波路構造３１を配置することで、電磁波ＬＣは、当該２つの導波路構造３１の間の領域を導波しない。従って、電磁波ＬＣのような電磁波が支持体１１の下面１１Ｂから検出素子２０に入射することが抑制される。従って、検出対象外の電磁波である電磁波ＬＢ及びＬＣの両方が検出素子２０に入射することが抑制される。

なお、本実施例においては、支持体１１が被照射面としての上面１１Ａを有し、その反対側に上面１１Ａに対向する（上面１１Ａと平行な）下面１１Ｂを有する平板状の基板である場合について説明した。また、本実施例においては、支持体１１が上面１１Ａに電磁波の被照射領域Ｒ０を有する場合について説明した。しかし、支持体１１の構成及び配置はこれに限定されない。支持体１１は電磁波が照射される上面１１Ａを有していればよく、例えば、支持体１１の上面１１Ａの全体が被照射領域Ｒ０であってもよい。

また、本実施例においては、検出素子（検出部）２０が支持体１１の上面１１Ａ上に形成され、電磁波導波部３０が支持体１１の下面１１Ｂ上に形成される場合について説明した。しかし、支持体１１、検出素子２０及び電磁波導波部３０の構成はこれに限定されない。例えば、検出素子２０及び電磁波導波部３０は、支持体１１の下面１１Ｂ上に形成されていてもよく、また支持体１１内に埋設されていてもよい。

また、本実施例においては、電磁波導波部３０が２つの導波路構造３１を有する場合について説明したが、導波路構造３１の個数及び配置はこれに限定されない。例えば、電磁波導波部３０は、１つの導波路構造３１から構成されていてもよい。

また、導波路構造３１は、支持体１１の上面１１Ａ側、すなわち検出装置１０内の電磁波の入射部側に導波路ＷＧの開口部ＡＰ１が開いているように、開口部ＡＰ１の位置及びサイズが構成されていればよい。これによって、少なくとも電磁波ＬＢのような対象外の電磁波となり得る電磁波を導波路構造３１内に進入させ、検出素子２０に入射させないようにすることができる。

このように、本実施例においては、検出装置１０は、各々が支持体１１に支持され、かつ支持体１１における電磁波の被照射面（支持体１１の上面１１Ａ）側に開いた開口部（第１の開口部）ＡＰ１を有しかつ当該被照射面（上面１１Ａ）から離れる方向に窄んだ導波路ＷＧを形成する少なくとも１つの導波路構造３１と、を有する。従って、対象外の電磁波が検出素子２０に入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置１０を提供することができる。

図３は、実施例１の変形例１に係る検出装置１０Ａの上面図である。検出装置１０Ａは、電磁波導波部３０Ａの構成を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。図３は、検出装置１０Ａにおける支持体１１の上面１１Ａ（電磁波の被照射面）を模式的に示す図である。本変形例においては、電磁波導波部３０Ａが、各々が矩形の開口部ＡＰ１を有する導波路構造３１Ａを有する。

また、本変形例においては、支持体１１の上面１１Ａに垂直な方向から見たときに、検出素子２０を取り囲むように８つの導波路構造３１Ａが配置されている。電磁波導波部３０Ａは、検出素子２０を挟んで４対の導波路構造３１Ａを有するともいえる。

本変形例においては、支持体１１の上面１１Ａにおける検出素子２０の周囲の領域に照射される電磁波（すなわち図２の電磁波ＬＢ）の大部分が導波路構造３１Ａに進入する。このように導波路構造３１Ａを配置することで、電磁波ＬＢのような電磁波が検出素子２０に入射することが大幅に抑制される。

図４は、実施例１の変形例２に係る検出装置１０Ｂの断面図である。検出装置１０Ｂは、電磁波導波部３０Ｂの構成を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。図４は、検出装置１０Ｂにおける図２と同様の断面図である。電磁波導波部３０Ｂは、電磁波導波部３０と同様に、検出素子２０を挟むように配置された２つの導波路構造３１Ｂを有する。

導波路構造３１Ｂの各々は、両方の端部が開口された導波路ＷＧを有する。具体的には、導波路構造３１Ｂの各々は、支持体１１の下面１１Ｂ上に導波路構造３１と同様の開口部ＡＰ１（第１の開口部）を有し、上面１１Ａから離れる方向に窄んだ導波路ＷＧを形成する。一方、導波路構造３１Ｂの各々は、開口部ＡＰ１とは反対側の端部に、導波路ＷＧの開口部ＡＰ２（第２の開口部）を有する。

開口部ＡＰ２は、例えば、円形状を有する。また、開口部ＡＰ２は、開口部ＡＰ１よりも小さな開口幅（最大幅、本変形例においては直径）Ｄ１を有する。すなわち、本変形例においては、導波路構造３１Ｂの各々は、円錐台形状の導波路ＷＧを有する。

なお、本変形例においては、開口部ＡＰ２の開口幅（最大幅、本変形例においては直径）Ｄ１は、電磁波ＬＢ（及び電磁波ＬＡ）の波長をλとし、導波路ＷＧ内の屈折率をｎとした場合、Ｄ１≧（λ／（２ｎ））の関係を満たす。この条件を満たす開口幅Ｄ１で開口部ＡＰ２が設けられていることで、図４に示すように、電磁波ＬＢのような電磁波は、導波路ＷＧ内を導波されて、開口部ＡＰ２を介して導波路構造３１Ｂから出射される。

本変形例のように導波路構造３１Ｂが形成されている場合、電磁波ＬＢのような電磁波を検出素子２０から離れる方向に導波させることができる。従って、電磁波ＬＢのような電磁波が検出素子２０に入射することが抑制される。

また、開口部ＡＰ２の開口幅Ｄ１が上記した条件を満たすことで、電磁波ＬＢのような電磁波が開口部ＡＰ１に向かって戻ることが抑制される。従って、電磁波ＬＡに電磁波ＬＢが重畳されること、及びこの重畳された電磁波が検出素子２０に入射することで、ノイズが重畳されることが抑制される。

さらに、本変形例においても、２つの導波路構造３１Ｂの開口部ＡＰ１間の距離Ｌ１は、電磁波ＬＡの波長をλとした場合にＬ１＜（λ／２）の関係を満たすこと、屈折率ｎの媒体が存在する場合はＬ１＜（λ／（２ｎ））の関係を満たすことが好ましい。これによって、電磁波ＬＣのような電磁波が下面１１Ｂ側から検出素子２０に入射することが抑制される。従って、対象外の電磁波が検出素子２０に入射することが抑制され、正確な電磁波の検出動作を行うことができる。

なお、本変形例においては、２つの導波路構造３１Ｂ間の間隔Ｌ１は、導波路構造３１Ｂの配列方向（ｘ方向）における検出素子２０の長さよりも小さい。従って、検出素子２０のサイズによっては、導波路構造３１Ｂの開口部ＡＰ１は、支持体１１の上面１１Ａに垂直な方向から見たときに検出素子２０に部分的に重なるように配置されている。

例えば、検出素子２０を支持体１１の上面１１Ａに設け、導波路構造３１Ｂを下面１１Ｂに設ける場合において、電磁波ＬＡの波長、すなわち検出対象の電磁波の波長が比較的小さい場合、導波路構造３１Ｂのように、開口部ＡＰ１の一部が上面視において検出素子２０に重なるように配置されることができる。

図５は、実施例１の変形例３に係る検出装置１０Ｃの断面図である。検出装置１０Ｃは、検出素子２０Ａの構成を除いては、検出装置１０Ｂと同様の構成を有する。本変形例においては、支持体１１の下面１１Ｂ上に検出素子２０Ａを有する。２つの導波路構造３１Ｂは、検出素子２０Ａを挟むように支持体１１の下面１１Ｂ上に設けられている。

本変形例のように、検出素子２０Ａは、支持体１１における電磁波（例えば電磁波ＬＡ）の被照射面である上面１１Ａに設けられず、その裏側の下面１１Ｂ上に設けられていてもよい。この場合、電磁波ＬＡは、支持体１１内を透過した後に検出素子２０Ａに入射するが、その検出対象としての好ましい特性は保たれる。

なお、例えば、比較的電磁波ＬＡの波長が大きく、検出素子２０Ａのサイズが小さい場合、本変形例のような配置構成を取りうる。また、本変形例のように検出素子２０Ａ及び導波路構造３１Ｂを同一平面上に設ける場合、導波路構造３１Ｂ間の離間距離Ｌ１は、検出素子２０Ａよりも大きくする必要がある。しかし、対象外の電磁波の検出素子２０Ａへの入射の抑制効果は十分に得ることができる。

上記したように、本実施例に係る検出装置１０は、電磁波が照射される１の面（上面１１Ａ）を有する支持体１１と、支持体１１に設けられた少なくとも１つの検出素子２０と、を有する。

また検出装置１０は、各々が、支持体１１に支持され、支持体１１の当該１の面側に開いた開口部（第１の開口部）ＡＰ１を有しかつ当該１の面から離れる方向に窄んだ導波路ＷＧを形成する少なくとも１つの導波路構造３１を有する。従って、対象外の電磁波が検出素子２０に入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置１０を提供することができる。

図６は、実施例２に係る検出装置４０の上面図である。また、図７は、図６のＷ−Ｗ線に沿った断面図であり、検出装置４０の断面図である。図６及び図７を用いて検出装置４０について説明する。検出装置４０は、支持体４１及び電磁波導波部５０の構成を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。本実施例においては、電磁波導波部５０は、支持体４１の内部に形成された２つの導波路構造５１を有する。

具体的には、図７に示すように、支持体４１は、上面４１Ａに垂直な方向から見たときに検出素子２０を挟むように、かつ各々が支持体の上面（１の面）４１Ａから下面（他の面）４１Ｂまで貫通するテーパ形状の２つの貫通孔４１Ｈを有する。導波路構造５１の各々は、当該貫通孔４１Ｈの内壁面に設けられた金属膜５１Ａを含む。

また、本実施例においては、導波路構造５１の各々は、金属膜５１Ａの内側領域を充填するように設けられた透光性部材５１Ｂを有する。すなわち、導波路構造５１の各々の導波路ＷＧ内には、透光性部材５１Ｂが充填されている。透光性部材５１Ｂは、電磁波ＬＡに対して透過性（透光性）を有する材料、例えば樹脂材料からなる。

本実施例においては、支持体４１の上面４１Ａ側における金属膜５１Ａの内側表面の部分が開口部（第１の開口部）ＡＰ１を構成し、下面４１Ｂ側の金属膜５１Ａの内側表面の部分が開口部（第２の開口部）ＡＰ２を構成する。また、透光性部材５１Ｂが導波路構造５１の各々における導波路ＷＧを構成する。従って、電磁波ＬＢのような電磁波は、透光性部材５１Ｂ内を導波する。

導波路構造５１が支持体４１の内部に設けられていることで、導波路構造５１の剛性、また支持体４１への固定強度が上がる。また、支持体４１内の空間を利用することで、検出装置４０が小型化される。

なお、本実施例においては、導波路構造５１間の距離Ｌ１、及び開口部ＡＰ２の開口幅Ｄ１は、それぞれ、支持体４１及び透光性部材５１Ｂの材料（屈折率）を考慮して定めればよい。

具体的には、支持体４１の上面４１Ａ上における貫通孔４１Ｈ間の距離Ｌ１は、電磁波ＬＡの波長をλとし、支持体４１の屈折率をｎ１とした場合、Ｌ１＜（λ／（２・ｎ１））の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たす間隔で２つの導波路構造５１を配置することで、導波路構造５１間の領域から電磁波ＬＣ（図２参照）のような電磁波が検出素子２０に入射することが抑制される。

また、支持体４１の下面４１Ｂ上における金属膜５１Ａ（開口部ＡＰ２）の開口幅Ｄ１は、電磁波ＬＡの波長をλとし、透光性部材５１Ｂの屈折率をｎ２とした場合、Ｄ１≧（λ／（２・ｎ２））の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすことで、導波路ＷＧ（透光性部材５１Ｂ）内の電磁波ＬＢが確実に開口部ＡＰ２から出射される。従って、電磁波ＬＢのような電磁波が検出素子２０側に戻ることが抑制され、検出素子２０への対象外の電磁波の入射が抑制される。

なお、本実施例においては、導波路構造５１が透光性部材５１Ｂを含む場合について説明した。しかし、導波路構造５１は透光性部材５１Ｂを有していなくてもよく、例えば金属膜５１Ａのみからなっていてもよい。なお、導波路構造５１が透光性部材５１Ｂを有することで、金属膜５１Ａの保護（剥離防止など）などを行うことができる。従って、導波路構造５１の品質安定性及び検出装置４０の品質向上を図ることができる。

また、透光性部材５１Ｂは、他の実施例及びその変形例に係る導波路構造の導波路ＷＧ、例えば検出装置１０における導波路構造３１の導波路ＷＧ内に充填されていてもよい。また、例えば検出装置１０Ｃの導波路構造３１Ｃが透光性部材５１Ｂを有する場合、開口部ＡＰ２の開口幅Ｄ１は、透光性部材５１Ｂの屈折率を考慮して設定されていればよい。

なお、導波路構造５１は、透光性部材５１Ｂを有さない場合、中空の導波路ＷＧを形成する。この場合、開口部ＡＰ２の開口幅Ｄ１は、電磁波ＬＢ（及び電磁波ＬＡ）の波長をλとし、導波路ＷＧ内の屈折率をｎとした場合、Ｄ１≧（λ／（２ｎ））の関係を満たすことで、確実に下面４１Ｂ側に電磁波を導波させることができる。

また、本実施例においては、導波路構造５１における導波路ＷＧの端部がそれぞれ支持体４１の上面４１Ａ及び下面４１Ｂ上に形成される場合について説明した。しかし、導波路構造５１の構成はこれに限定されない。

例えば、導波路構造５１の開口部ＡＰ２が支持体４１の下面４１Ｂから突出していてもよい。具体的には、支持体４１が下面４１Ｂから突出した凸部を有し、この凸部に貫通孔４１Ｈ及び金属膜５１Ａが設けられていてもよい。この場合、導波路構造５１の端部（開口部ＡＰ２）は下面４１Ｂから突出した位置に設けられる。また、導波路構造５１は、開口部ＡＰ１とは反対側の端部が閉塞されていてもよい。

上記したように、本実施例においては、支持体４１は、上面４１Ａに垂直な方向から見たときに検出素子２０を挟むように、かつ各々が支持体４１の上面４１Ａから下面４１Ｂに向かって支持体４１内を貫通する２つの貫通孔４１Ｈを有する。導波路構造５１の各々は、貫通孔４１Ｈの内壁面に設けられた金属膜５１Ａを含む。従って、対象外の電磁波が検出素子２０に入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置４０を提供することができる。

図８は、実施例３に係る検出装置６０の上面図である。図９は、図８のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、検出装置６０の断面図であるが、その一部のみを示している。図８及び図９を用いて、検出装置６０について説明する。

本実施例においては、検出部７０がマトリクス状に配列された複数の検出素子７１を有する。また、電磁波導波部８０は、当該複数の検出素子７１間の領域である素子間領域Ｒ１の各々に設けられた複数の導波路構造３１を含む。

本実施例においては、検出部７０は、１列に整列し、互いに同一のピッチ（周期）Ｐで配列された７つの検出素子７１を含む。なお、本実施例においては、支持体１１上における検出素子７１の各々の配列方向をｘ方向と称する。また、本実施例においては、支持体１１はｘ方向を長手方向とする矩形の上面形状を有し、検出素子７１の各々は支持体１１の長手方向に沿って配列されている。

また、本実施例においては、検出対象の電磁波は、支持体１１の上面１１Ａに対してライン状に照射される。従って、図８に示すように、支持体１１における電磁波の被照射領域Ｒ０は、ライン状に細長く形成される。また、検出素子７１の各々は、それぞれ独立して電磁波の検出動作を行う。

なお、検出素子７１の配列方向及び配列形態はこれに限定されない。例えば、検出素子７１の各々は２列以上で配列されていてもよい。検出素子７１の各々は、互いに離間してマトリクス状に配列されていればよい。

また、本実施例においては、導波路構造３１は、支持体１１の上面（１の面）１１Ａに垂直な方向から見たとき、１の検出素子７１と当該１の検出素子７１に隣接する他の検出素子７１との間の領域である素子間領域Ｒ１にそれぞれ設けられている。また、導波路構造３１の各々は、上面１１Ａ側に開いた開口部ＡＰ１を有し、テーパ状の導波路ＷＧを形成する。

本実施例においては、導波路構造３１は、素子間領域Ｒ１の各々にそれぞれ１つずつ設けられている。また、導波路構造３１の各々は、検出装置１０などと同様に、距離Ｌ１をおいて互いに離間して配置されている。

導波路構造３１の各々は、検出素子７１の各々における対象外の電磁波の検出動作（誤検出）を抑制する。具体的には、導波路構造３１を素子間領域Ｒ１に設けることで、例えば、検出素子７１の各々が互いに異なる電磁波の成分を個別に検出する場合の検出素子７１毎の誤検出を抑制することができる。

例えば、検出装置６０は、ラインセンサとして用いられることができる。この場合、検出対象となる電磁波は、検出素子７１毎に区別され、また時間毎に変化する。この場合において、素子間領域Ｒ１に照射された電磁波（例えば図２の電磁波ＬＢのような電磁波）は、隣接する検出素子７１に入射することで、検出精度に悪影響を及ぼす場合がある。

これに対し、導波路構造３１の各々が素子間領域Ｒ１の各々に設けられることで、検出素子７１に直接入射しない電磁波を確実に検出素子７１から分離又は遮断することができる。従って、検出素子７１毎に正確な電磁波検出を行うことができる。

また、検出装置６０は、例えば、イメージスキャナなどの撮像素子を構成することができる。この場合、検出装置６０の検出対象となる電磁波は、例えば、電磁波が被写体（撮像対象物）に照射され、当該電磁波が当該被写体によって反射又は透過された電磁波である。また、例えば検出装置６０に対して当該被写体を移動させる機構と組み合わせる場合、検出素子７１の各々が検出するべき電磁波の強度が時間毎に変化する。

この場合、検出素子７１の各々は、照射（入射）された電磁波の強度を独立して検出する。また、検出素子７１の各々は、所定時間毎に繰り返し電磁波の検出動作を行う。そして、例えば、複数の検出素子７１の各々が検出した電磁波の強度は画素として用いられ、検出部７０の全体の検出結果は画像を構成する画像データとなる。

このような用途の場合、検出素子７１の各々における対象外の電磁波の検出は、画像品質の低下につながる。従って、上記した導波路構造３１を有する検出装置６０が撮像素子として用いられる場合、正確な撮像動作を行うことができ、また、高品質な画像を得ることができる。

なお、本実施例のように複数の検出素子７１を配置する場合、そのピッチＰは、検出対象の電磁波（例えば図２の電磁波ＬＡ）の波長をλとした場合、Ｐ＞（λ／２）の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすように検出素子７１の配置ピッチＰを調節することで、隣接する検出素子７１間で同一の電磁波が入射されることが抑制される。従って、検出素子７１毎で正確に電磁波の検出を行うことができる。

上記したように本実施例においては、検出装置６０は、支持体１１の１の面（上面１１Ａ）に垂直な方向から見たときにマトリクス状に配列された複数の検出素子７１を有し、導波路構造３１は、支持体１１の当該１の面に垂直な方向から見たときに当該複数の検出素子７１の素子間領域Ｒ１にそれぞれ設けられている。従って、複数の検出素子７１の各々に対象外の電磁波が入射することが抑制され、正確な検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置６０を提供することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、４０、６０ 電磁波検出装置
１１、４１ 支持体
１１Ａ 被照射面
２０、２０Ａ、７１ 電磁波検出素子
３１、３１Ａ、３１Ｂ、５１ 導波路構造
ＡＰ１ 開口部
ＷＧ 導波路

Claims (9)

1. 電磁波が照射される１の面を有する支持体と、
   前記支持体に設けられた少なくとも１つの電磁波検出素子と、
   各々が、前記支持体に支持され、前記支持体の前記１の面側に開いた第１の開口部を有しかつ前記１の面から離れる方向に窄んだ導波路を形成する複数の導波路構造と、
   を有し、
   前記複数の導波路構造は、前記支持体の前記１の面に垂直な方向から見たときに前記少なくとも１つの電磁波検出素子を挟むように配置され、
   前記複数の導波路構造の各々の前記第１の開口部間の距離Ｌ１は、前記１の面に照射される電磁波の波長をλとした場合、Ｌ１＜（λ／２）の関係を満たすことを特徴とする電磁波検出装置。
2. 前記複数の導波路構造の各々の前記第１の開口部は、前記支持体の前記１の面に垂直な方向から見たときに前記少なくとも１つの電磁波検出素子の各々を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
3. 前記支持体は、前記１の面とは反対側の他の面を有する平板形状を有し、
   前記少なくとも１つの電磁波検出素子の各々は、前記支持体の前記１の面上に設けられ、
   前記複数の導波路構造の各々は、前記支持体の前記他の面上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波検出装置。
4. 前記支持体は、前記１の面とは反対側の他の面を有する平板形状を有し、
   前記少なくとも１つの電磁波検出素子の各々及び前記複数の導波路構造の各々は、前記支持体の前記他の面上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波検出装置。
5. 前記支持体は、前記１の面とは反対側の他の面を有する平板形状を有し、
   前記複数の導波路構造は２つの導波路構造を有し、
   前記支持体は、前記１の面に垂直な方向から見たときに前記少なくとも１つの電磁波検出素子を挟むように配置され、かつ各々が前記１の面から前記他の面に向かって前記支持体内を貫通する２つの貫通孔を有し、
   前記２つの導波路構造は、前記２つの貫通孔の内壁面上に設けられた金属膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波検出装置。
6. 前記複数の導波路構造の各々の前記導波路には、透光性部材が充填されており、
   前記支持体の前記１の面上における前記２つの貫通孔間の距離Ｌ１は、前記１の面に照射される電磁波の波長をλとし、前記支持体の屈折率をｎ１とした場合、Ｌ１＜（λ／（２・ｎ１））の関係を満たし、
   前記支持体の前記他の面上における前記金属膜の開口幅Ｄ１は、前記１の面に照射される電磁波の波長をλとし、前記透光性部材の屈折率をｎ２とした場合、Ｄ１≧（λ／（２・ｎ２））の関係を満たすことを特徴とする請求項５に記載の電磁波検出装置。
7. 前記複数の導波路構造の各々は、前記導波路における前記第１の開口部とは
   反対側の端部に第２の開口部を有し、
   前記第２の開口部の開口幅Ｄ１は、前記１の面に照射される電磁波の波長をλとし、前記導波路内の屈折率をｎとした場合、Ｄ１≧（λ／（２ｎ））の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電磁波検出装置。
8. 前記複数の導波路構造の各々の前記導波路は、前記第１の開口部とは反対側
   の端部において閉塞されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電磁波検出装置。
9. 前記１の面に垂直な方向から見たときにマトリクス状に配列された複数の電磁波検出素子を有し、
   前記複数の導波路構造は、前記支持体の前記１の面に垂直な方向から見たときに前記複数の電磁波検出素子の素子間領域にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の電磁波検出装置。
   

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