JP7210067B2 - 光センサー、センサーユニット及び光センサーを利用した物体検出装置 - Google Patents
光センサー、センサーユニット及び光センサーを利用した物体検出装置 Download PDFInfo
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Description
光を検出可能なセンサーであって、表面が金属および誘電体の少なくとも一方で形成され、入射する光を吸収する吸収体と、前記吸収体による光の吸収によって発生する熱を検出する手段とを設け、前記吸収体は、当該吸収体の表面に垂直に入射し、かつ、当該吸収体の共鳴波長と同じ波長を持つ光を吸収し、前記吸収体の表面は、隆起している複数の隆起部分を含み、前記吸収体の表面は、一次元または二次元の格子パターンが形成されるように前記複数の隆起部分が所定の周期で配列される周期構造をとり、前記一次元の格子パターンにおいては、前記複数の隆起部分の各々は、長尺状に形成され、相互に平行になるように所定の方向に沿って第1周期で配列され、前記隆起部分の幅は、前記第1周期の0.3倍~0.7倍であり、前記隆起部分の厚さは、前記第1周期の0.05倍~0.2倍であり、前記二次元の格子パターンにおいては、前記複数の隆起部分の各々は、格子状になるように第2周期で配列され、前記隆起部分の幅は、前記第2周期の0.3倍~0.7倍であり、前記隆起部分の厚さは、前記第2周期の0.05倍~0.2倍であり、前記吸収体に入射した光の表面平行成分と前記格子パターンとから得た運動量とによって励起され、前記吸収体の表面を伝搬する表面プラズモンポラリトンまたは表面フォノンポラリトンの複数のモードの各々は、当該吸収体へ入射する光が表面に対して垂直に入射し、かつ、波長が前記共鳴波長であるときに縮退状態となる光センサー。
ここで、前記隆起部分は、二次元の格子パターンで配列され、前記吸収体の光の吸収に
は偏光依存性がない。
また、前記隆起部分は、前記二次元の格子パターンの対称性が維持される形状に形成さ
れる、
あるいは、記隆起部分は、前記一次元の格子パターンに配列され、
前記吸収体が吸収する光は、特定の偏光方向の光である。
また、前記吸収体が吸収する光は、紫外線、可視光または赤外線である。
また、前記熱を検出する手段は前記熱による温度上昇を検出する手段であってよい。
また、前記温度上昇を検出する手段は焦電体またはボロメーターであってよい。
また前記隆起部分の表面において、前記金属の厚さが50nm以上である、
また前記吸収体は、当該吸収体の表面に垂直に入射し、かつ、当該吸収体の共鳴波長と
同じ波長を持つ光を90%以上吸収する。
また、前記金属は、Au、Ag及びAlから選択され、前記誘電体は、Si、Ge、Al2O3、TiO2,SiO2及びSiCから選択される。
また、検出する光の帯域幅が50以上のQ値に対応するものであってよい。
また、最も検出感度が高い方向からの検出感度半値角度が±1度以下であってよい。
また、検出感度が最も高い方向はその表面に垂直な方向であってよい。
本発明の他の側面によれば、上記何れかの光センサーを単一のチップ上に複数個配列したセンサーユニットが与えられる。
ここで、前記複数個の光センサーのうちの少なくとも1つは検出波長が他の光センサーと異なるものであってよい。
また、前記1つの光センサーは、前記他の光センサーとは前記隆起部分が配列される前記周期が異なる。
また、前記複数個の光センサーの間の少なくとも一部の領域に熱障壁を設けてよい。
本発明のさらに他の側面によれば、上記何れかの光センサーを有し、特定方向にある物体からの光を検出することにより前記物体の存在または動きを検出する物体検出装置が与えられる。
ここで、前記物体は物品、動物及び人間からなる群から選択されてよい。
また、前記光センサーは赤外線を検出するものであってよい。
図3は、光センサー10の断面を模式的に表した図である。本発明に係る光センサー10は、複数の積層で構成される。光センサー10は、図3に例示される通り、支持基板11と底部電極12と焦電体13と吸収体14とがこの順番で積層される。
(1)入射角0度における完全吸収を100%に近づくようにディスク(一般的には単位格子内の隆起部分)の高さ及び直径を可能な限り大きくなるよう調整する。
(2)一方、スペクトル中に不要な局在表面プラズモンのピークが出ないようにするため、ディスクの高さ及び直径をあまり大きくしすぎないようにする。
Claims (20)
- 光を検出可能なセンサーであって、
表面が金属および誘電体の少なくとも一方で形成され、入射する光を吸収する吸収体と、
前記吸収体による光の吸収によって発生する熱を検出する手段とを設け、
前記吸収体は、当該吸収体の表面に垂直に入射し、かつ、当該吸収体の共鳴波長と同じ波長を持つ光を吸収し、
前記吸収体の表面は、隆起している複数の隆起部分を含み、
前記吸収体の表面は、一次元または二次元の格子パターンが形成されるように前記複数の隆起部分が所定の周期で配列される周期構造をとり、
前記一次元の格子パターンにおいては、
前記複数の隆起部分の各々は、長尺状に形成され、相互に平行になるように所定の方向に沿って第1周期で配列され、
前記隆起部分の幅は、前記第1周期の0.3倍~0.7倍であり、
前記隆起部分の厚さは、前記第1周期の0.05倍~0.2倍であり、
前記二次元の格子パターンにおいては、
前記複数の隆起部分の各々は、格子状になるように第2周期で配列され、
前記隆起部分の幅は、前記第2周期の0.3倍~0.7倍であり、
前記隆起部分の厚さは、前記第2周期の0.05倍~0.2倍であり、
前記吸収体に入射した光の表面平行成分と前記格子パターンとから得た運動量とによって励起され、前記吸収体の表面を伝搬する表面プラズモンポラリトンまたは表面フォノンポラリトンの複数のモードの各々は、当該吸収体へ入射する光が表面に対して垂直に入射し、かつ、波長が前記共鳴波長であるときに縮退状態となる
光センサー。 - 前記隆起部分は、二次元の格子パターンで配列され、
前記吸収体の光の吸収には偏光依存性がない、
請求項1に記載の光センサー。 - 前記隆起部分は、前記二次元の格子パターンの対称性が維持される形状に形成される、
請求項2に記載の光センサー。 - 前記隆起部分は、前記一次元の格子パターンに配列され、
前記吸収体が吸収する光は、特定の偏光方向の光である、
請求項1に記載の光センサー。 - 前記熱を検出する手段は、前記熱による温度上昇を検出する手段である、
請求項1から4の何れかに記載の光センサー。 - 前記温度上昇を検出する手段は焦電体またはボロメーターである、
請求項5に記載の光センサー。 - 前記隆起部分の表面において、前記金属の厚さが50nm以上である、
請求項1から6の何れかに記載の光センサー。 - 前記吸収体は、当該吸収体の表面に垂直に入射し、かつ、当該吸収体の共鳴波長と同じ波長を持つ光を90%以上吸収する、
請求項1から7の何れかに記載の光センサー。 - 前記金属は、Au、Ag及びAlから選択され、
前記誘電体は、Si、Ge、Al2O3、TiO2,SiO2及びSiCから選択される、
請求項1から8の何れかに記載の光センサー。 - 検出する光の帯域幅が50以上のQ値に対応するものである、
請求項1から9の何れかに記載の光センサー。 - 最も検出感度が高い方向からの検出感度半値角度が±1度以下である、
請求項1から10の何れかに記載の光センサー。 - 検出感度が最も高い方向は、前記吸収体の表面に垂直な方向である、
請求項1から10の何れかに記載の光センサー。 - 前記検出感度が最も高い方向からの検出感度半値角度が±1度以下である
請求項12に記載の光センサー。 - 請求項1から13の何れかに記載された光センサーが単一のチップ上に複数配列されたセンサーユニット。
- 前記複数の光センサーのうちの少なくとも1つの光センサーは検出波長が他の光センサーと異なる、
請求項14に記載のセンサーユニット。 - 前記1つの光センサーは、前記他の光センサーとは前記隆起部分が配列される前記周期が異なる
請求項15に記載のセンサーユニット。 - 前記複数の光センサーの間の少なくとも一部の領域に熱障壁を設けた、
請求項14から16の何れかに記載のセンサーユニット。 - 請求項14から17の何れかに記載のセンサーユニットを有し、
前記センサーユニットにおける各光センサーは、特定方向にある物体から飛来する光を検出し、
前記検出された光に応じて前記物体の存在または動きを検出する物体検出装置。 - 前記物体は物品、動物及び人間から選択される、
請求項18に記載の物体検出装置。 - 前記光センサーは、前記物体から飛来する赤外線を検出する、
請求項18または19に記載の物体検出装置。
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