JP6997060B2

JP6997060B2 - 赤外線放射装置

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Publication number: JP6997060B2
Application number: JP2018190005A
Authority: JP
Inventors: 大貴加藤; 良夫近藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: US11710628B2; US20200110252A1; JP2020061214A

Description

本発明は、赤外線放射装置に関する。

従来、メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置が知られている。例えば、特許文献１には、発熱源と、発熱源の表面側に配置されたメタマテリアル構造層と、発熱源の裏面側に配置された裏面金属層と、を備えた放射装置が記載されている。メタマテリアル構造層は、発熱源から入力される熱エネルギーを特定の波長領域の放射エネルギーとして放射する。

国際公開第２０１７／１６３９８６号パンフレット

ところで、メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置において、赤外線を集中させて対象物に効率よく放射したいという要望があった。しかし、特許文献１では、赤外線を集中させることについては考慮されていない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、赤外線を対象物に集中的に放射することを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の赤外線放射装置は、
発熱部と、前記発熱部から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能なメタマテリアル構造体と、を有する放射部と、
前記放射部から放射された赤外線を集光しつつ外部に向けて透過する集光レンズを１以上有する集光部と、
を備えたものである。

この赤外線放射装置では、メタマテリアル構造体から、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線が放射される。換言すると、メタマテリアル構造体から、特定の波長領域の赤外線が選択的に放射される。そして、放射された赤外線は集光部により集光されつつ外部に向かって放射される。したがって、この赤外線放射装置は、メタマテリアル構造体から放射される赤外線を、対象物に向けて集中的に放射できる。

本発明の赤外線放射装置は、前記放射部から放射された赤外線を前記集光部に反射する反射体を備えていてもよい。こうすれば、放射部から直接集光部に向けて放射されない赤外線についても、少なくとも一部を反射により集光部に向けて放射することができる。したがって、この赤外線放射装置は対象物に効率よく赤外線を放射できる。この場合において、前記反射体は、反射面の断面形状が曲線形状であってもよい。曲線形状は、放物線，楕円の弧，円弧のいずれかの形状であってもよい。

反射体を備える態様の本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、前記反射体，前記第２メタマテリアル構造体，前記発熱部，前記第１メタマテリアル構造体，及び前記集光部はこの順に配置されていてもよい。こうすれば、放射部は第１放射面及び第２放射面から非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射できる。換言すると、放射部は、両側から特定の波長領域の赤外線を選択的に放射できる。そのため、例えば放射部が第１，第２メタマテリアル構造体のうちいずれかのみを有する場合と比較して、特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が放射部から放射されることを抑制できる。しかも、第１，第２メタマテリアル構造体を反射体と集光部とで挟むように配置しているから、第１，第２放射面から放射された赤外線はいずれも直接又は反射体を経由して集光部に到達しやすい。以上により、この赤外線放射装置は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

反射体を備える態様の本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、前記第１メタマテリアル構造体，前記発熱部，及び前記第２メタマテリアル構造体は、前記放射部と前記集光部との並び方向に垂直な方向にこの順で配置されており、前記反射体は、前記第１，第２メタマテリアル構造体を両側から挟むように配置されていてもよい。こうすれば、放射部は第１放射面及び第２放射面から非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射できる。換言すると、放射部は、両側から特定の波長領域の赤外線を選択的に放射できる。そのため、例えば放射部が第１，第２メタマテリアル構造体のうちいずれかのみを有する場合と比較して、特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が放射部から放射されることを抑制できる。しかも、第１，第２メタマテリアル構造体を挟むように反射体が配置されているから、第１，第２放射面から放射された赤外線はいずれも直接又は反射体を経由して集光部に到達しやすい。以上により、この赤外線放射装置は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

反射体を備える態様の本発明の赤外線放射装置において、前記反射体は、前記放射部から見て前記集光部とは反対側を覆い、且つ該反射体の端部が該放射部よりも前記集光部側まで延びていることで、該反射体の内側に該放射部が位置するように配置されていてもよい。こうすれば、この赤外線放射装置は、集光部にも反射体にも向かわないことで対象物に到達しない赤外線を少なくすることができる。したがって、この赤外線放射装置は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

本発明の赤外線放射装置において、前記１以上の集光レンズは、いずれも、前記放射部側から平行光が入射した場合の焦点距離が１００ｍｍ以上であってもよい。集光レンズの焦点距離が１００ｍｍ以上であれば、対象物を放射部から十分離すことで対流熱伝達などによる対象物の温度上昇を抑制しつつ、対象物に向けて集中的に赤外線を放射できる。そのため、例えばなるべく加熱させずに赤外線を用いた処理を行いたい対象物に対して、この赤外線放射装置は適切に赤外線を放射できる。

本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部側から順に、第１導体層と、該第１導体層に接合された誘電体層と、各々が前記誘電体層に接合され互いに離間して周期的に配置された複数の個別導体層を有する第２導体層と、を備えていてもよい。メタマテリアル構造体が上述した第１，第２メタマテリアル構造体を備える場合には、第１，第２メタマテリアル構造体の各々が第１導体層と誘電体層と第２導体層と、を備えていてもよい。

本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、少なくとも表面が導体からなり互いに離間して周期的に配置された複数のマイクロキャビティを備えていてもよい。メタマテリアル構造体が上述した第１，第２メタマテリアル構造体を備える場合には、第１，第２メタマテリアル構造体の各々が複数のマイクロキャビティを備えていてもよい。

赤外線放射装置１０の概略断面図。第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面図。放射部１１からの赤外線を対象物Ｐに向けて集光する様子を示す概念図。変形例の赤外線放射装置１０の概略図。変形例の赤外線放射装置１０の概略図。変形例の赤外線放射装置１０の概略図。変形例の放射部１１の部分断面図。変形例の第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面斜視図。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である赤外線放射装置１０の概略断面図である。図２は、第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面図である。図３は、放射部１１からの赤外線を集光する様子を示す概念図である。なお、本実施形態において、左右方向、前後方向及び上下方向は、図１，２に示した通りとする。赤外線放射装置１０は、放射部１１と、反射体４０と、集光部４５と、ケーシング５０と、固定部７０と、を備えている。放射部１１，反射体４０及び固定部７０は、ケーシング５０の内部空間５３内に配置されている。この赤外線放射装置１０は、下方に配置された対象物（例えば図３に示す対象物Ｐ）に向けて赤外線を放射する。

放射部１１は、ケーシング５０の内部空間５３内に配置されている。放射部１１は、図１の拡大図に示すように、発熱部１２と、第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂと、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂと、を備えている。

発熱部１２は、いわゆる面状ヒーターとして構成されており、線状の部材をジグザグに湾曲させた発熱体１３と、発熱体１３に接触して発熱体１３の周囲を覆う絶縁体である保護部材１４とを備えている。発熱体１３の材質としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金及びＮｉ－Ｃｒ合金などが挙げられる。保護部材１４の材質としては、例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス等が挙げられる。発熱体１３の両端には一対の電気配線１５（図１では１本のみ図示）が取り付けられている。電気配線１５は、反射体４０を貫通しケーシング５０の上部に取り付けられたシーリンググランド６７内を貫通して赤外線放射装置１０の外部に引き出されている。この電気配線１５を介して、発熱体１３に外部から電力を供給可能である。なお、発熱部１２は、絶縁体にリボン状の発熱体を巻き付けた構成の面状ヒーターとしてもよい。なお、発熱部１２は上面視で矩形状としたが、例えば円形であってもよい。

第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂは、それぞれ、平板状の部材である。第１支持基板２０ａは、発熱部１２の第１面側（ここでは下面側）に配設されている。第２支持基板２０ｂは、発熱部１２の第２面側（ここでは上面側）に配設されている。第１支持基板２０ａ及び第２支持基板２０ｂを支持基板２０と総称する。支持基板２０は、発熱部１２及び第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂを支持している。支持基板２０の材質としては、例えばＳｉウェハ、ガラスなどのように、平滑面が維持しやすく、耐熱性が高く、熱反りが低い素材が挙げられる。本実施形態では、支持基板２０はＳｉウェハとした。なお、第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂの各々は、本実施形態のように発熱部１２の下面及び上面に接触していてもよいし、接触せず空間を介して発熱部１２と上下に離間して配設されていてもよい。支持基板２０と発熱部１２とが接触している場合には両者は接合されていてもよい。

第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、それぞれ、板状の部材である。第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱部１２の第１面側（ここでは下面側）に配設されており、第１支持基板２０ａよりも下方に位置する。第２メタマテリアル構造体３０ｂは、発熱部１２の第２面側（ここでは上面側）に配設されており、第２支持基板２０ｂよりも上方に位置する。第１メタマテリアル構造体３０ａ及び第２メタマテリアル構造体３０ｂをメタマテリアル構造体３０と総称する。第１メタマテリアル構造体３０ａは、第１支持基板２０ａの下面と直接接合されていてもよいし、図示しない接着層を介して接合されていてもよい。同様に、第２メタマテリアル構造体３０ｂは、第２支持基板２０ｂの上面と直接接合されていてもよいし、図示しない接着層を介して接合されていてもよい。第１メタマテリアル構造体３０ａは自身の下面（第１放射面の一例）から主に下方に赤外線を放射し、第２メタマテリアル構造体３０ｂは自身の上面（第２放射面の一例）から主に上方に赤外線を放射する。第１メタマテリアル構造体３０ａは、下面が集光レンズ４６と対向するように配置されている。第２メタマテリアル構造体３０ｂは、上面が反射体４０と対向するように配置されている。図１に示すように、第１メタマテリアル構造体３０ａと第２メタマテリアル構造体３０ｂとは同じ構成要素を有しており、本実施形態では上下対称に構成されている。以下、第１メタマテリアル構造体３０ａについて説明し、第２メタマテリアル構造体３０ｂについては図１で同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱体１３側から下方に向かって、第１導体層３１と、誘電体層３３と、複数の個別導体層３６を有する第２導体層３５と、をこの順に備えている。このような構造はＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）構造ともいう。なお、第１メタマテリアル構造体３０ａが有する各層間は、直接接合されていてもよいし、接着層を介して接合されていてもよい。個別導体層３６及び誘電体層３３の下面の露出部は酸化防止層（図示せず、例えばアルミナで形成される）で被覆されていてもよい。

第１導体層３１は、第１支持基板２０ａから見て発熱体１３とは反対側（下側）で接合された平板状の部材である。第１導体層３１の材質は例えば金属などの導体（電気伝導体）である。金属の具体例としては、金，アルミニウム（Ａｌ），又はモリブデン（Ｍｏ）などが挙げられる。本実施形態では、第１導体層３１の材質は金とした。第１導体層３１は、図示しない接着層を介して第１支持基板２０ａに接合されている。接着層の材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが挙げられる。なお、第１導体層３１と第１支持基板２０ａとが直接接合されていてもよい。

誘電体層３３は、第１導体層３１から見て発熱体１３とは反対側（下側）で接合された平板状の部材である。誘電体層３３は、第１導体層３１と第２導体層３５との間に挟まれている。誘電体層３３の材質としては、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），シリカ（ＳｉＯ₂）などが挙げられる。本実施形態では、誘電体層３３の材質はアルミナとした。

第２導体層３５は、導体からなる層であり、誘電体層３３の下面に沿った方向（前後左右方向）に周期構造を有する。具体的には、第２導体層３５は複数の個別導体層３６を備えており、この個別導体層３６が誘電体層３３の下面に沿った方向（前後左右方向）に互いに離間して配置されることで、周期構造を構成している（図２参照）。複数の個別導体層３６は、左右方向（第１方向）に間隔Ｄ１ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。また、複数の個別導体層３６は、左右方向に直交する前後方向（第２方向）に間隔Ｄ２ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。個別導体層３６は、このように格子状に配列されている。なお、本実施形態では図２に示すように四方格子状に個別導体層３６を配列したが、例えば個別導体層３６の各々が正三角形の頂点に位置するように六方格子状に個別導体層３６を配列してもよい。複数の個別導体層３６の各々は、下面視で円形をしており、厚さｈ（上下高さ）が径Ｗよりも小さい円柱形状をしている。第２導体層３５の周期構造の周期は、横方向の周期Λ１＝Ｄ１＋Ｗ、縦方向の周期Λ２＝Ｄ２＋Ｗである。本実施形態では、Ｄ１＝Ｄ２とし、したがってΛ１＝Λ２とした。第２導体層３５（個別導体層３６）の材質は、例えば金属などの導体であり、上述した第１導体層３１と同様の材質を用いることができる。第１導体層３１及び第２導体層３５の少なくとも一方が金属であってもよい。本実施形態では、第２導体層３５の材質は第１導体層３１と同じ金とした。

このように、第１メタマテリアル構造体３０ａは、第１導体層３１と、周期構造を有する第２導体層３５（個別導体層３６）と、第１導体層３１及び第２導体層３５に挟まれた誘電体層３３とを有している。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱部１２から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能になっている。なお、プランク分布とは、横軸を右にいくほど長くなる波長とし、縦軸を輻射強度としたグラフ上において、特定のピークを有した山型の分布であり、ピークよりも左側の傾斜が急で、ピークよりも右側の傾斜がなだらかな形状を有する曲線である。通常の材料はこの曲線（プランク放射曲線）に従って放射をする。非プランク放射（非プランク分布のピーク波長を有する赤外線の放射）とは、その放射の最大ピークを中心とした山型の傾斜が、前記のプランク放射に比べて急峻であるような放射である。すなわち、第１メタマテリアル構造体３０ａは、最大ピークがプランク分布のピークよりも急峻な放射特性を有する。なお、「プランク分布のピークよりも急峻」は、「プランク分布のピークよりも半値幅（FWHM：full width at half maximum）が狭い」ことを意味する。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、赤外線の全波長領域（０．７μｍ～１０００μｍ）のうち、特定の波長の赤外線を選択的に放射する特性を有するメタマテリアルエミッターとして機能する。この特性は、マグネティックポラリトン（Magnetic polariton）で説明される共鳴現象によるものと考えられている。なお、マグネティックポラリトンとは、上下２枚の導体（第１導体層３１及び第２導体層３５）に反平行電流が励起され，その間の誘電体（誘電体層３３）内において強い磁場の閉じ込め効果が得られる共鳴現象のことである。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａでは、第１導体層３１及び個別導体層３６で局所的に強い電場の振動が励起されることからこれが赤外線の放射源となり、赤外線が周囲環境（ここでは特に下方）に放射される。また、この第１メタマテリアル構造体３０ａでは、第１導体層３１，誘電体層３３及び第２導体層３５の材質や、個別導体層３６の形状及び周期構造を調整することで、共鳴波長を調整することができる。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１導体層３１及び個別導体層３６から放射される赤外線は、特定の波長の赤外線の放射率が高くなる特性を示す。すなわち、第１メタマテリアル構造体３０ａは、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い急峻な最大ピークを有する赤外線を放射する特性を有する。なお、本実施形態では、Ｄ１＝Ｄ２としたが、間隔Ｄ１と間隔Ｄ２とが異なっていてもよい。周期Λ１及び周期Λ２についても同様である。なお半値幅は周期Λ１及び周期Λ２を変更することで制御できる。第１メタマテリアル構造体３０ａは、所定の放射特性における上述した最大ピークが波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内にあってもよいし、２．５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲内にあってもよい。また、第１メタマテリアル構造体３０ａは、最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下であることが好ましい。第１メタマテリアル構造体３０ａは、最大ピークの半値幅が１．０μｍ以下であることが好ましい。第１メタマテリアル構造体３０ａの放射特性は、最大ピークを中心にして略左右対称形状を有していてもよい。また、第１メタマテリアル構造体３０ａの最大ピークの高さ（最大輻射強度）は、上述したプランク放射の曲線を上回ることはない。

このような第１メタマテリアル構造体３０ａは、例えば以下のように形成することができる。まず、第１支持基板２０ａの表面（図１では下面）にスパッタリングにより接着層及び第１導体層３１をこの順に形成する。次に、第１導体層３１の表面（図１では下面）にＡＬＤ法（atomic layer deposition：原子層堆積法）により誘電体層３３を形成する。続いて、誘電体層３３の表面（図１では下面）に所定のレジストパターンを形成してからヘリコンスパッタリング法により第２導体層３５の材質からなる層を形成する。そして、レジストパターンを除去することにより、第２導体層３５（複数の個別導体層３６）を形成する。

第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの上述した赤外線の放射特性は、互いに近いか又は同じであってもよい。例えば、第２メタマテリアル構造体３０ｂが放射する赤外線の最大ピークは、第１メタマテリアル構造体３０ａが放射する赤外線の最大ピークと同じ又は近い値であってもよい。具体的には、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、各々が放射する赤外線の最大ピークのピーク波長の差が０．５μｍ以下であってもよい。また、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、最大ピークの半値幅の波長領域（半値幅領域）の少なくとも一部が重複していてもよく、半分以上が重複していてもよい。本実施形態では、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、Ｄ１，Ｄ２及びＷが互いに同じ値であり、上述した赤外線の放射特性がほぼ同じであるものとした。

反射体４０は、放射部１１から放射された赤外線を集光部４５に向けて反射する部材である。反射体４０は、放射部１１から直接的に集光部４５に向かう赤外線を妨げないようにしつつ、放射部１１の周囲の一部を覆っている。具体的には、反射体４０は、内部空間５３内に配置され、放射部１１から見て集光部４５とは反対側（ここでは上側）を覆っている。反射体４０は、放射部１１の前後左右も覆っている。また、反射体４０は、下端部が放射部１１よりも集光部４５側（ここでは下側）まで延びており、放射部１１の斜め下方も覆っている。これらにより、反射体４０の内側に放射部１１が位置している。反射体４０は、内側の面（放射部１１側の面）の断面形状が放物線状をしており、この面が赤外線の反射面となっている。反射体４０は、上面視で円形をしており、上下方向に平行な中心軸を軸として回転対称性を有している。そのため、反射体４０は、中心軸を通るいずれの断面においても、断面形状が略同じになっている。反射体４０の反射面の上面視での直径は、メタマテリアル構造体３０の第１，第２放射面の前後左右の寸法よりも大きい。そのため、上面視では放射部１１は反射体４０の内側に含まれている。本実施形態では、反射体４０の反射面の焦点に、第２メタマテリアル構造体３０ｂの第２放射面の前後左右の中心が位置するものとした。ただし、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１放射面の前後左右の中心、又は放射部１１全体の前後左右上下の中心が、反射体４０の反射面の焦点に位置していてもよい。また、反射体４０の反射面の断面形状は、放物線に限らず、楕円の弧、円弧などの曲線形状としてもよい。

反射体４０は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークを含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能である。反射体４０は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークの半値幅領域を含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能であることが好ましい。反射体４０の材料としては、例えばＳＵＳ３０４やアルミニウムなどの金属が挙げられる。反射体４０の反射面はバフ研磨などの研磨により反射率が高められていてもよい。また、反射体４０の反射面には、金，白金，アルミニウムなどの赤外線反射材料からなる反射層が形成されていても良い。本実施形態では、反射体４０は、本体部がガラス基材で構成され、反射面にはスパッタリングなどにより形成されたアルミニウムの反射層が形成されているものとした。

集光部４５は、放射部１１から放射された赤外線（反射体４０の反射を経由した赤外線も含む）を集光しつつ外部（ここでは下方）に向けて放射する。集光部４５は、１以上（ここでは１個）の集光レンズ４６を有しており、この集光レンズ４６が赤外線を集光しつつ透過する。集光レンズ４６は、上面が平面であり下面が凸曲面となっている、平凸レンズとして構成されている。集光レンズ４６の直径は、メタマテリアル構造体３０の第１，第２放射面の前後左右の寸法よりも大きい。そのため、上面視では放射部１１は集光レンズ４６の内側に含まれている。本実施形態では、集光レンズ４６は直径が１５０ｍｍ，中心の厚みが４０ｍｍとした。集光部４５は、放射部１１及び反射体４０の下方に位置する。そのため、反射体４０，第２メタマテリアル構造体３０ｂ，発熱部１２，第１メタマテリアル構造体３０ａ，及び集光部４５は、上から下に向かってこの順に配置されている。また、これらは上下方向に沿った中心軸が互いに一致するように配置されている。集光レンズ４６は、ケーシング５０の下端の開口に配置されており、メタマテリアル構造体３０からの赤外線をケーシング５０の外部に透過する窓の役割も果たす。

集光レンズ４６は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域の少なくとも一部の波長領域の赤外線を透過可能である。集光レンズ４６は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち最大ピークを含む波長領域を少なくとも透過可能であることが好ましく、最大ピークの半値幅領域を含む波長領域を少なくとも透過可能であることがより好ましい。集光レンズ４６の材質としては、例えば石英ガラス（波長３．５μｍ以下の赤外線を透過）、透明アルミナ（波長５．５μｍ以下の赤外線を透過）、蛍石（フッ化カルシウム，ＣａＦ₂，波長８μｍ以下の赤外線を透過）、フッ化マグネシウム（波長７μｍ以下の赤外線を透過），フッ化バリウム（波長１２μｍ以下の赤外線を透過），及びセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ，波長１８μｍ以下の赤外線を透過）などの赤外線透過材料が挙げられる。集光レンズ４６の材質は、例えばメタマテリアル構造体３０からの赤外線の最大ピークに応じて適宜選択してもよい。本実施形態では、集光レンズ４６の材質はフッ化カルシウムとした。

ケーシング５０は、円筒部５２と、レンズ支持部材５４と、挟持部材５５，５６と、板状部材５７，５８と、を備えている。円筒部５２は、軸方向が上下方向に沿った部材であり上端及び下端が開口している。レンズ支持部材５４は、中央に孔を有する板状部材である。レンズ支持部材５４のこの孔には集光レンズ４６が挿入されており、レンズ支持部材５４と集光レンズ４６とは互いに隙間なく接着されている。このレンズ支持部材５４及び集光レンズ４６が、円筒部５２の下端の開口を塞いでいる。ケーシング５０は、円筒部５２，レンズ支持部材５４，集光レンズ４６及び板状部材５７で囲まれる内部空間５３を有している。挟持部材５５，５６は、上面視で円形の開口を有する板状部材であり、レンズ支持部材５４を円筒部５２よりも外側で上下から挟持してレンズ支持部材５４及び集光レンズ４６を固定している。レンズ支持部材５４と挟持部材５５，５６との間にはそれぞれ例えばＯリングなどの封止部材６３，６４が配設されて、内部空間５３内とケーシング５０の外部との間を封止している。挟持部材５５，５６は、ボルトなどの複数の固定金具６１（図１では２個のみ図示）によって上下方向に互いに接近するように押圧されて固定されている。板状部材５７，５８は上面視で円形の板状部材である。板状部材５７は、円筒部５２の上端の開口を塞ぐように配置されている。板状部材５８は上面視で円形の開口を有し、この開口に円筒部５２の上端が挿入されている。板状部材５７，５８の間には例えばＯリングなどの封止部材６５が配設されている。板状部材５７，５８は、複数の固定金具６２（図１では２個のみ図示）によって互いに上下方向に接近するように押圧されて固定されている。固定金具６２は、例えばボルト及びナットなどからなる。円筒部５２、挟持部材５５，５６、及び板状部材５７，５８の材質としては、例えばステンレス鋼又はアルミニウムなどが挙げられる。

このケーシング５０は、上方に配管６６及びシーリンググランド６７が取り付けられている。配管６６の内部は、板状部材５７に形成された貫通孔を介して内部空間５３と連通している。配管６６には真空計８１及び図示しない真空ポンプが接続されており、真空ポンプの動作によって内部空間５３を減圧可能になっている。シーリンググランド６７の内部を電気配線１５が挿通されていることで、内部空間５３内と外部空間との間を封止しつつ発熱体１３の電気配線１５が外部に引き出されている。

固定部７０は、放射部１１及び反射体４０を内部空間５３内で支持する部材である。固定部７０は、複数対のナット７１，７２と、複数のガイド軸７３と、放射部支持部材７４と、支持板７５と、固定金具７６と、を備えている。放射部支持部材７４は、中央に孔を有する板状部材であり、この孔に放射部１１が挿入及び接着されている。放射部１１は、放射部支持部材７４を介して支持されている。ナット７１，７２は、放射部支持部材７４を上下から挟持する一対の部材であり、固定部７０は複数対（例えば４対であり、図１では２対のみ図示）のナット７１，７２を備えている。ガイド軸７３は、ナット７１，７２、放射部支持部材７４及び反射体４０を貫通してこれらを支持する棒状の部材である。ガイド軸７３は、ナット７１，７２と同じ数（本実施形態では４本であり、図１では２本のみ図示）だけ設けられている。複数のガイド軸７３は、支持板７５及び支持板７５を貫通する固定金具７６を介して板状部材５７に取り付けられて固定されている。これにより、固定部７０は、放射部１１及び反射体４０をケーシング５０から離間させた状態で支持している。また、ガイド軸７３は雄ネジが形成されており、ナット７１，７２はガイド軸７３に沿って上下位置を変更可能になっている。これにより、放射部１１の上下方向の位置（例えば反射体４０及び集光部４５との距離）を変更可能になっている。

こうした赤外線放射装置１０の使用例を以下に説明する。まず、図示しない真空ポンプを用いて、内部空間５３を所定の減圧雰囲気にする。内部空間５３は空気雰囲気又は不活性ガス雰囲気（例えば窒素雰囲気）としてもよい。内部空間５３の減圧後の圧力は、１００Ｐａ以下としてもよいし、真空状態（１Ｐａ以下）としてもよい。内部空間５３の減圧後の圧力は、０．０１Ｐａ以上としてもよい。また、図示しない電源から電気配線１５を介して発熱体１３に電力を供給する。電力の供給は、例えば発熱体１３の温度が予め設定された温度（ここでは例えば４００℃とする）になるように行う。所定の温度に達した発熱体１３からは、伝導・対流・放射の伝熱３形態のうち主に伝導により周囲にエネルギーが伝達され、メタマテリアル構造体３０が加熱される。その結果、メタマテリアル構造体３０は所定温度（ここでは例えば３９０℃とする）に上昇し、放射体となって、赤外線を放射するようになる。このとき、メタマテリアル構造体３０が上述したように第１導体層３１，誘電体層３３，及び第２導体層３５を有することで、放射部１１は、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する。より具体的には、放射部１１は、メタマテリアル構造体３０の第１導体層３１及び個別導体層３６から、すなわち第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの第１，第２放射面から、特定の波長領域の赤外線を選択的に放射する。

メタマテリアル構造体３０から放射された特定の波長領域の赤外線が対象物に到達するまでについて詳細に説明する。図３は、放射部１１からの赤外線を対象物Ｐに向けて集光する様子を示す概念図である。図３の矢印は、赤外線の放射方向を表している。図３に示すように、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１放射面（ここでは下面）から放射された赤外線は、直接下方の集光レンズ４６に向かったり、一部が反射体４０に反射されてから集光レンズ４６に向かう。また、第２メタマテリアル構造体３０ｂの第２放射面（ここでは上面）から放射された赤外線は、主に放射部１１よりも上方で反射体４０に反射されてから集光レンズ４６に向かう。こうして第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射された赤外線のほとんどは集光レンズ４６に向かい、集光レンズ４６で集光されて、集光レンズ４６の下方の対象物Ｐに到達する。これにより、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射された赤外線を対象物Ｐに向けて集中的に放射でき、効率よく対象物Ｐに赤外線を放射できる。また、メタマテリアル構造体３０は特定の波長領域の赤外線を選択的に放射しているから、例えばこの特定の波長領域の赤外線の吸収率が比較的高い対象物Ｐに対して、乾燥処理又は対象物を化学反応させる処理などの赤外線処理を効率よく行うことができる。なお、第２放射面の中心付近から放射された赤外線（図３の破線矢印参照）は、反射体４０に反射されても集光レンズ４６に到達せず放射部１１に戻る場合がある。しかし、そのような赤外線は放射部１１に吸収されて放射部１１の加熱のためのエネルギーとして利用されるため、発熱体１３に供給する電力をその分少なくできることになり、無駄にはならない。

反射体４０に反射された赤外線は、図３ではほぼ平行光として示しているが、実際には第１放射面，第２放射面は平面状である（線状や点状の放射源ではない）ため、反射された赤外線には平行光にならない赤外線も含まれる。これらの赤外線は集光レンズ４６の焦点（平行光が集光レンズ４６に入射した場合の焦点）に完全に収束はしない。しかし、これらの赤外線も、集光部４５によって少なくとも集光はされるため、対象物Ｐがある程度の大きさを有していれば、対象物Ｐに十分到達可能である。また、対象物Ｐの大きさに応じて、集光レンズ４６と対象物Ｐとの距離を適宜調整して、集光レンズ４６を透過する赤外線がより多く対象物Ｐに到達するようにしてもよい。

ここで、比較例として図３において集光レンズ４６がない場合を考える。この場合、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１放射面から放射される赤外線は、前後左右に広がってしまう。また、第２メタマテリアル構造体３０ｂの第２放射面から放射される赤外線は、反射体４０によって平行光にすることはできるが、集光することはできない。そのため、集光レンズ４６がない場合には、本実施形態と比較して、ごく一部の赤外線しか対象物Ｐに放射されず、効率（発熱部１２に供給した電力に対する、対象物Ｐに供給されるエネルギーの割合）が低下する。本実施形態では、集光レンズ４６によって赤外線を集光しているため、効率よく対象物Ｐに赤外線を放射できる。

また、集光レンズ４６がない場合に、放射部１１と対象物Ｐとの距離を近づければ、ある程度効率を高めることは可能だが、その場合には距離が近いことで赤外線放射装置１０（特に放射部１１やケーシング５０など）からの対流熱伝達が増大する。したがって、対象物Ｐを加熱してしまいやすい。そのため、特に対象物Ｐを加熱せずに特定の波長領域の赤外線を対象物Ｐに放射したい場合には適さない。これに対し本実施形態では、集光レンズ４６によって赤外線を集光しているため、赤外線放射装置１０との距離を大きくして対象物Ｐの加熱を抑制しつつ、効率よく赤外線を対象物Ｐに放射できる。このように対象物Ｐをなるべく加熱させたくない場合、集光レンズ４６の焦点距離（放射部１１側から平行光が入射した場合の焦点距離）を大きくすることが好ましく、例えば１００ｍｍ以上であることが好ましい。

また、集光レンズ４６がない場合に、例えば反射体４０を上下に長くし下端の開口の直径を小さくするなど反射体４０の形状を工夫して、なるべく狭い範囲に反射光を集中させることも考えられる。しかし、その場合も放射部１１の第１，第２放射面の面積よりも狭い範囲に赤外線を集光することは困難である。これに対し本実施形態では、集光レンズ４６を用いることで、第１，第２放射面の面積よりも狭い範囲に赤外線を集光することも可能である。そのため、例えば第１，第２放射面の面積と比べて赤外線を放射すべき対象物Ｐの面積（例えば対象物Ｐの上面の面積）が小さい場合にも、本実施形態の赤外線放射装置１０は効率よく対象物Ｐに赤外線を放射できる。

以上詳述した本実施形態の赤外線放射装置１０では、メタマテリアル構造体３０から、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線が放射される。換言すると、メタマテリアル構造体３０から、特定の波長領域の赤外線が選択的に放射される。そして、放射された赤外線は集光部４５により集光されつつ外部に向かって放射される。したがって、赤外線放射装置１０は、メタマテリアル構造体３０から放射される赤外線を、対象物に向けて集中的に放射できる。

また、赤外線放射装置１０は、放射部１１から放射された赤外線を集光部４５に反射する反射体４０を備えている。そのため、放射部１１から直接集光部４５に向けて放射されない赤外線についても、少なくとも一部を反射により集光部４５に向けて放射することができる。したがって、赤外線放射装置１０は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

さらに、メタマテリアル構造体３０は、第１放射面から赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体３０ａと、第２放射面から赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体３０ｂと、を有している。そして反射体４０，第２メタマテリアル構造体３０ｂ，発熱部１２，第１メタマテリアル構造体３０ａ，及び集光部４５はこの順に配置されている。したがって、放射部１１は両側（ここでは上側及び下側）から特定の波長領域の赤外線を選択的に放射できる。そのため、例えば放射部１１が第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂのうちいずれかのみを有する場合と比較して、特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が放射部１１から放射されることを抑制できる。例えば、第２メタマテリアル構造体３０ｂを備えない場合には、放射部１１の上面からは特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が放射されやすいが、そのようなことを抑制できる。しかも、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂを上下から反射体４０と集光部４５とで挟むように配置しているから、第１，第２放射面から放射された赤外線はいずれも直接又は反射体４０を経由して集光部４５に到達しやすい。以上により、赤外線放射装置１０は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

さらにまた、反射体４０は、放射部１１から見て集光部４５とは反対側（ここでは上側）を覆い、且つ反射体４０の端部（ここでは下端部）が放射部１１よりも集光部４５側（ここでは下側）まで延びていることで、反射体４０の内側に放射部１１が位置するように配置されている。これにより、赤外線放射装置１０は、集光部４５にも反射体４０にも向かわないことで対象物に到達しない赤外線を少なくすることができる。したがって、赤外線放射装置１０は対象物に効率よく赤外線を放射できる。

そして、集光レンズ４６の焦点距離が１００ｍｍ以上であれば、例えば対象物を集光部４５の焦点付近に配置することで、対象物を放射部１１から十分離して対流熱伝達などによる対象物の温度上昇を抑制しつつ、対象物に向けて集中的に赤外線を放射できる。そのため、例えばなるべく加熱させずに赤外線を用いた処理を行いたい対象物に対して、赤外線放射装置１０は適切に赤外線を放射できる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、反射体４０，第２メタマテリアル構造体３０ｂ，発熱部１２，第１メタマテリアル構造体３０ａ，及び集光部４５は上から下に向かってこの順に配置されていたが、これに限られない。例えば、図４に示す変形例の赤外線放射装置１０のように、第１メタマテリアル構造体３０ａ，発熱部１２，及び第２メタマテリアル構造体３０ｂは、放射部１１と集光部４５との並び方向（ここでは上下方向）に垂直な方向（ここでは左右方向）にこの順で配置されていてもよい。この場合も、図４に示すように反射体４０が第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂを両側から挟むように配置されていれば、第１，第２放射面から放射された赤外線はいずれも直接又は反射体４０を経由して集光部４５に到達しやすい（図４の矢印参照）。そのため、図４の赤外線放射装置１０においても対象物Ｐに効率よく赤外線を放射できる。また、図４の赤外線放射装置１０では、図３の破線矢印で示した赤外線のような反射体４０に反射された後に集光レンズ４６に到達せず放射部１１に戻る赤外線を減らすことができ、赤外線をより効率よく対象物Ｐに放射できる。なお、図４の場合に限らず、反射体４０は第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂを両側から挟むように配置されていればよい。例えば、反射体４０の代わりに、放射部１１の左右それぞれに独立して配置された反射体を配置してもよい。あるいは、図４の反射体４０のうち放射部１１の直上部分が存在しないなど、反射体４０が放射部１１の上方は覆わずに左右のみ又は前後左右のみを覆っていてもよい。

上述した実施形態では、集光部４５は１つの集光レンズ４６を備えていたが、図５に示すように複数の集光レンズ４６ａを備えていてもよい。図５に示す変形例の赤外線放射装置１０では、複数の集光レンズ４６ａは上下方向に平行な中心軸から離れるほど傾斜し且つ下方に位置するように配置されて、全体として上に凸状に配置されている。また、複数の集光レンズ４６ａは、上下方向に平行な中心軸上に位置する集光レンズ４６ａを中心として、上面視で同心円状に配置されている。このように複数の集光レンズ４６ａを用いた場合でも、上述した実施形態と同様に集光部４５により赤外線を集光できる。

上述した実施形態では、赤外線放射装置１０は反射体４０を備えていたが、図６に示すように反射体４０を省略してもよい。この場合、図６に示すように放射部１１において第２メタマテリアル構造体３０ｂも省略すればよい。この図６に示す変形例の赤外線放射装置１０でも、第１メタマテリアル構造体３０ａからの赤外線を集光部４５により集光して対象物Ｐに集中的に放射できる。

上述した実施形態において、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの一方を省略してもよい。例えば、図３において第１メタマテリアル構造体３０ａを省略した場合でも、第２メタマテリアル構造体３０ｂからの赤外線を反射体４０により反射し、反射された赤外線を集光部４５により集光して対象物Ｐに放射できる。

上述した実施形態では、集光レンズ４６は上面が平面であり下面が凸曲面となっている平凸レンズとしたが、これに限られない。例えば、集光レンズ４６は上面が凸曲面となっている平凸レンズとしてもよいし、両側が曲面になっている両凸レンズとしてもよい。また、集光レンズ４６は、凸レンズに限らず、屈折により赤外線を集光しつつ外部に向けて透過できるような曲面を有していればよい。

上述した実施形態では、反射体４０は下端部が放射部１１よりも集光部４５側まで延びていたが、これに限られない。例えば、反射体４０は放射部１１から見て集光部４５とは反対側（図１では上側）を覆っているだけであってもよい。

上述した実施形態では、ケーシング５０の内部空間５３は減圧状態としたが、これに限らず非減圧状態であってもよい。また、赤外線放射装置１０がケーシング５０を備えず、放射部１１，反射体４０，及び集光部４５などが外部空間に露出していてもよい。この場合も、放射部１１の周囲（外部空間）が大気雰囲気などの非減圧状態であってもよい。

上述した実施形態では、ケーシング５０に取り付けられた配管６６を用いて、赤外線放射装置１０の使用時に真空ポンプにより内部空間５３を減圧雰囲気にしたが、これに限られない。例えば、赤外線放射装置１０の製造時に、内部空間５３を減圧雰囲気とした状態で内部空間５３と外部空間との間を封止しておいてもよい。この場合、ケーシング５０には配管６６が取り付けられていなくてもよい。

例えば、上述した実施形態では、メタマテリアル構造体３０は第１導体層３１と誘電体層３３と第２導体層３５とを有していた、すなわちＭＩＭ構造を有していたが、これに限られない。メタマテリアル構造体３０は、発熱部１２から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能な構造体であればよい。例えば、メタマテリアル構造体は、複数のマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ形成体として構成されていてもよい。図７は、変形例の放射部１１の部分断面図である。図８は、変形例の第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面斜視図である。変形例の放射部１１の第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、それぞれ、少なくとも表面（ここでは側面４２Ａ及び底面４４Ａ）が導体層３５Ａからなり前後左右方向の周期構造を構成する複数のマイクロキャビティ４１Ａを有している。第１メタマテリアル構造体３０ａの下面である放射面３８Ａが第１放射面であり、第２メタマテリアル構造体３０ｂの上面である放射面３８Ａが第２放射面である。第１メタマテリアル構造体３０ａと第２メタマテリアル構造体３０ｂとは、同じ構成要素を有しており、上下対称に構成されている。そのため、第１メタマテリアル構造体３０ａについて詳細に説明し、第２メタマテリアル構造体３０ｂについては図７で同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第１メタマテリアル構造体３０ａは、放射部１１の発熱部１２側から下方に向かって、本体層３１Ａと、凹部形成層３３Ａと、導体層３５Ａと、をこの順に備えている。本体層３１Ａは、例えばガラス基板などからなる。凹部形成層３３Ａは、例えば樹脂や、セラミックス及びガラスなどの無機材料などからなり、本体層３１Ａの下面に形成されて円柱状の凹部を形成している。凹部形成層３３Ａは、第２導体層３５と同じ材料であってもよい。導体層３５Ａは、第１メタマテリアル構造体３０ａの表面（下面）に配設されており、凹部形成層３３Ａの表面（下面及び側面）と、本体層３１Ａの下面（凹部形成層３３Ａが配設されていない部分）とを覆っている。導体層３５Ａは導体からなり、材質としては、例えば金，ニッケルなどの金属や導電性樹脂などが挙げられる。マイクロキャビティ４１Ａは、この導体層３５Ａの側面４２Ａ（凹部形成層３３Ａの側面を覆う部分）と、底面４４Ａ（本体層３１Ａの下面を覆う部分）とで囲まれ、下方に開口した略円柱形状の空間である。マイクロキャビティ４１Ａは、図８に示すように、前後左右に並べて複数配設されている。第１メタマテリアル構造体３０ａの下面が対象物に赤外線を放射する放射面３８Ａとなっている。具体的には、第１メタマテリアル構造体３０ａが発熱部１２からのエネルギーを吸収すると、底面４４Ａと側面４２Ａとで形成される空間内での入射波と反射波との共振作用により、放射面３８Ａから下方の対象物に向けて特定の波長の赤外線が強く放射される。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能になっている。なお、複数のマイクロキャビティ４１Ａの各々の円柱の直径及び深さを調整することで、第１メタマテリアル構造体３０ａの放射特性を調整することができる。なお、マイクロキャビティ４１Ａは円柱に限らず多角柱形状でもよい。マイクロキャビティ４１Ａの深さは、例えば１．５μｍ以上１０μｍ以下としてもよい。なお、図７，８に示したような第１メタマテリアル構造体３０ａは、例えば以下のように形成することができる。まず、本体層３１Ａの下面となる部分に周知のナノインプリントにより凹部形成層３３Ａを形成する。そして、凹部形成層３３Ａの表面及び本体層３１Ａの表面を覆うように、例えばスパッタリングにより導体層３５Ａを形成する。ここで、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの一方がＭＩＭ構造を有し、他方がマイクロキャビティを有していてもよい。

本発明は、対象物の乾燥処理又は対象物を化学反応させる処理などの赤外線処理を行う必要のある産業に利用可能である。

１０赤外線放射装置、１１放射部、１２発熱部、１３発熱体、１４保護部材、１５電気配線、２０支持基板、２０ａ，２０ｂ第１，第２支持基板、３０メタマテリアル構造体、３０ａ，３０ｂ第１，第２メタマテリアル構造体、３１第１導体層、３３誘電体層、３５第２導体層、３６個別導体層、４０反射体、４５集光部、４６，４６ａ集光レンズ、５０ケーシング、５２円筒部、５３内部空間、５４レンズ支持部材、５５，５６挟持部材、５７，５８板状部材、６１，６２固定金具、６３～６５封止部材、６６配管、６７シーリンググランド、７０固定部、７１，７２ナット、７３ガイド軸、７４放射部支持部材、７５支持板、７６固定金具、８１真空計、３１Ａ本体層、３３Ａ凹部形成層、３５Ａ導体層、３８Ａ放射面、４１Ａマイクロキャビティ、４２Ａ側面、４４Ａ底面、Ｐ対象物。

Claims

発熱部と、前記発熱部から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能なメタマテリアル構造体と、を有する放射部と、
前記放射部から放射された赤外線を集光しつつ外部に向けて透過する集光レンズを１以上有する集光部と、
前記放射部から放射された赤外線を前記集光部に反射する反射体と、
を備え、
前記反射体は、前記放射部から見て前記集光部とは反対側を覆い、且つ該反射体の端部が該放射部よりも前記集光部側まで延びていることで、該反射体の内側に該放射部が位置するように配置され、
前記集光レンズは、前記反射体の外側に位置し、
前記放射部と前記集光部との並び方向に沿って見たときに前記放射部は前記集光レンズの内側に含まれている、
赤外線放射装置。
前記メタマテリアル構造体は、第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、
前記反射体、前記第２メタマテリアル構造体，前記発熱部，前記第１メタマテリアル構造体，及び前記集光部はこの順に配置されている、
請求項１に記載の赤外線放射装置。
前記メタマテリアル構造体は、第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、
前記第１メタマテリアル構造体，前記発熱部，及び前記第２メタマテリアル構造体は、前記放射部と前記集光部との並び方向に垂直な方向にこの順で配置されており、
前記反射体は、前記第１，第２メタマテリアル構造体を両側から挟むように配置されている、
請求項１に記載の赤外線放射装置。
前記１以上の集光レンズは、いずれも、前記放射部側から平行光が入射した場合の焦点距離が１００ｍｍ以上である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部側から順に、第１導体層と、該第１導体層に接合された誘電体層と、各々が前記誘電体層に接合され互いに離間して周期的に配置された複数の個別導体層を有する第２導体層と、を備える、
請求項１～４のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
前記メタマテリアル構造体は、少なくとも表面が導体からなり互いに離間して周期的に配置された複数のマイクロキャビティを備える、
請求項１～４のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。