KR102052227B1 - 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법 - Google Patents
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Abstract
적외선 변환 소자는, 기체(122) 및 기체(122)상에 형성된 금속 미립자층(123)으로 구성되어 있고, 금속 미립자층(123)은, 금속 미립자(124) 및 금속 미립자(124)와 금속 미립자(124) 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료(125)로 이루어진다. 또는 또한, 적외선의 흡수에 의한 수광 재료(125)의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출한다.
Description
본 개시는, 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.
근래, 온도 측정 용도뿐만 아니라, 시큐어러티 용도 등의 적외선 카메라에 대한 수요가 급증하고 있다. 적외선 카메라로서 양자형 또는 볼로미터형의 적외선 카메라가 주지이다. 양자형 적외선 카메라는, 통상, 열잡음에 대처하기 위해 냉각이 필요하게 되고, 적외선 카메라 전체가, 대형이고 고가인 것으로 되어 버린다. 열에 의한 저항 변화를 검출하는 볼로미터형 적외선 카메라도, 실제로는 펠티에 소자(peltier device)에 의한 냉각이 필요하게 되고, 또한, 화소마다의 정기적인 캘리브레이션을 위해 대용량의 메모리가 필요하고, 게다가, 캘리브레이션시에는 화상이 도중 절단된다는 문제를 갖는다. 또한, 배경복사의 영향을 받기 쉽고, 소비 전력이 크고, 고가, 대형, 무겁다는 문제를 갖는다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 적외선 카메라가, 예를 들면, 일본 특개2009-042164로부터 주지이다. 이 적외선 카메라는, 열에 의한 유전체막의 유전율 변화를, 프리즘을 이용하여, 금속 표면 플라즈몬의 공명 조건 변화로서 검출한다. 또한, 광정보를 전기 정보로 변환하는 일 없이, 고효율로 광변조할 수 있다, 표면 플라즈몬 공명을 이용한 공간 광변조기, 구체적으로는, 광조사에 의해 굴절률이 변화하는 물질과 금속과의 복합층을 갖는 광파 결합기로 이루어지는 공간 광변조기가, 일본 특개평5-273503으로부터 주지이다.
그런데, 이들의 특허 공개 공보에 개시된 기술은, 표면 플라즈몬 공명에 의거한 기술이다. 그리고, 표면 플라즈몬은, 금속 표면에서의 전파가 있기 때문에 공간 분해능이 낮으며, 프리즘을 포함하는 대규모의 정밀한 광학 기구가 필요하게 된다.
따라서 본 개시의 목적은, 높은 공간 분해능을 가지며, 게다가, 간소한 구성, 구조를 갖는 적외선 변환 소자 및 이러한 적외선 변환 소자를 조립한 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자는, 기체(基體) 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성되어 있고,
금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자는, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성되어 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자는, 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성되어 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자는, 적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 장치는,
(A) 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자로서, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 장치는,
(A) 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 장치는,
(A) 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 장치는,
(A) 적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 방법은, 상기한 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법이고,
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 방법은, 상기한 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법이고,
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 방법은, 상기한 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 방법은, 상기한 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 수광 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 수광 재료에의 참조광의 조사에 의해 생긴 수광 재료에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출한다.
본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치, 촬상 방법에서는, 적외선 변환 소자의 냉각이 불필요하고, 또한, 전기적이 아니라, 순수하게 광학적으로 적외선(열선)을 공간 광변조함으로써 검출할 수 있기 때문에 간소한 구성, 구조임에도 불고하고 높은 공간 분해능을 가지며, 작은 온도차를 검출 가능한 적외선 변환 소자를 제공할 수 있고, 이러한 적외선 변환 소자를 조립한 소형, 경량, 전력 절약, 염가의 촬상 장치 및 이러한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예 1의 촬상 장치의 개념도.
도 2는, 실시예 1의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 3은, 실시예 1의 촬상 장치의 다른 변형예의 개념도.
도 4는, 실시예 1의 촬상 장치의 또 다른 변형예의 개념도.
도 5의 A 및 도 5의 B는, 참조광의 파장을 파라미터로 하여, 은(Ag)으로 이루어지는 금속 미립자의 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 6의 A 및 도 6의 B는, 참조광의 파장을 파라미터로 하여, 금(Au)으로 이루어지는 금속 미립자의 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 7의 A 및 도 7의 B는, 유전체 재료의 굴절률이 변화한 때에 금속 미립자의 산란 효율이 어떻게 변화하는지를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 8은, 굴절률의 변화에 의거한 산란 효율의 변화를 중첩시켜서 모식적으로 도시하는 그래프.
도 9는, 하나의 구형의 금속 미립자가, 어느 정도의 집광 능력을 갖는지를 조사한 때의 개념도.
도 10은, 실시예 2의 촬상 장치의 개념도.
도 11의 A 및 도 11의 B는, 각각, 실시예 3 및 실시예 4의 촬상 장치의 개념도.
도 12의 A 및 도 12의 B는, 실시예 5의 촬상 장치의 개념도.
도 13의 A 및 도 13의 B는, 실시예 5의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 14의 A 및 도 14의 B는, 실시예 6의 촬상 장치의 개념도.
도 15의 A 및 도 15의 B는, 실시예 6의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 16은, 실시예 7의 촬상 장치의 개념도.
도 17은, 실시예 8의 촬상 장치의 개념도.
도 18의 A 및 도 18의 B는, 산란광의 광 강도, 출력 신호의 강도를 설명하는 도면.
도 19의 A 및 도 19의 B는, 산란광의 광 강도, 출력 신호의 강도를 설명하는 도면.
도 20의 A 및 도 20의 B는, 실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 변형예의 부분적인 개념도.
도 21의 A 및 도 21의 B는, 각각, 실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 다른 변형예의 부분적인 개념도.
도 2는, 실시예 1의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 3은, 실시예 1의 촬상 장치의 다른 변형예의 개념도.
도 4는, 실시예 1의 촬상 장치의 또 다른 변형예의 개념도.
도 5의 A 및 도 5의 B는, 참조광의 파장을 파라미터로 하여, 은(Ag)으로 이루어지는 금속 미립자의 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 6의 A 및 도 6의 B는, 참조광의 파장을 파라미터로 하여, 금(Au)으로 이루어지는 금속 미립자의 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 7의 A 및 도 7의 B는, 유전체 재료의 굴절률이 변화한 때에 금속 미립자의 산란 효율이 어떻게 변화하는지를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.
도 8은, 굴절률의 변화에 의거한 산란 효율의 변화를 중첩시켜서 모식적으로 도시하는 그래프.
도 9는, 하나의 구형의 금속 미립자가, 어느 정도의 집광 능력을 갖는지를 조사한 때의 개념도.
도 10은, 실시예 2의 촬상 장치의 개념도.
도 11의 A 및 도 11의 B는, 각각, 실시예 3 및 실시예 4의 촬상 장치의 개념도.
도 12의 A 및 도 12의 B는, 실시예 5의 촬상 장치의 개념도.
도 13의 A 및 도 13의 B는, 실시예 5의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 14의 A 및 도 14의 B는, 실시예 6의 촬상 장치의 개념도.
도 15의 A 및 도 15의 B는, 실시예 6의 촬상 장치의 변형예의 개념도.
도 16은, 실시예 7의 촬상 장치의 개념도.
도 17은, 실시예 8의 촬상 장치의 개념도.
도 18의 A 및 도 18의 B는, 산란광의 광 강도, 출력 신호의 강도를 설명하는 도면.
도 19의 A 및 도 19의 B는, 산란광의 광 강도, 출력 신호의 강도를 설명하는 도면.
도 20의 A 및 도 20의 B는, 실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 변형예의 부분적인 개념도.
도 21의 A 및 도 21의 B는, 각각, 실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 다른 변형예의 부분적인 개념도.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 의거하여 본 개시를 설명하지만, 본 개시는 실시예로 한정되는 것이 아니고, 실시예에서의 여러가지의 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법, 전반에 관한 설명
2.실시예 1(본 개시의 제1의 상태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법)
3. 실시예 2(실시예 1의 변형)
4. 실시예 3(실시예 1 내지 실시예 2의 변형)
5. 실시예 4(실시예 1 내지 실시예 3의 변형)
6.실시예 5(실시예 1 내지 실시예 4의 변형)
7.실시예 6(실시예 5의 변형)
8.실시예 7(본 개시의 제2의 양태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법)
9. 실시예 8(본 개시의 제3의 양태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법), 기타
본 개시의 제1의 양태 내지 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치, 촬상 방법에서는, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명에 의거하여, 산란광이 생기는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화한 형태로 할 수 있고, 나아가서는, 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써, 산란광의 광 강도가 저하되는 형태로 할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치, 촬상 방법에서, 참조광은 가시광이고, 산란광의 진동수 또는 각 주파수는 참조광의 진동수 또는 각 주파수와 동등하고, 이 경우, 참조광의 파장은 가변인 구성으로 할 수 있고, 또는 또한, 광원과 적외선 변환 소자 어레이부 사이에 참조광의 파장을 선택하는 파장 선택 수단이 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 국소 플라즈몬 공명 조건의 캘리브레이션을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 제1의 양태 내지 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치, 촬상 방법에서, 금속 미립자는 규칙적으로 배열되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 촬상 장치, 촬상 방법에서는, 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 차광 기구를 구비하고 있는 구성으로 할 수 있고, 이 경우, 차광 기구는, 유전체 재료 또는 수광 재료에의 적외선의 입사를 제어하는 셔터 기구로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또는 또한, 적외선 변환 소자 어레이부는, 적외선 검출 영역 및 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 교정 영역을 구비하고 있는 구성으로 할 수 있고, 이 경우, 교정 영역에는, 적외선의 입사를 방해하는 차광막이 형성되어 있고, 적외선 검출 영역과 교정 영역의 경계 영역에는, 차광 부재가 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다.
나아가서는, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 촬상 장치, 촬상 방법에서, 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 산란광을 금속 미립자층측 또는 수광 재료측에 반사시키는 반사 부재가 마련되어 있는 구성으로 할 수 있다.
나아가서는, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 촬상 장치, 촬상 방법에서, 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 마이크로 렌즈가 마련되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이하, 본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 장치를 구성하는 적외선 변환 소자, 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 방법에서의 적외선 변환 소자를 총칭하여, 『본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등』이라고 부르고, 본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 장치를 구성하는 적외선 변환 소자, 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 방법에서의 적외선 변환 소자를 총칭하여, 『본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등』이라고 부르고, 본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 장치를 구성하는 적외선 변환 소자, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 방법에서의 적외선 변환 소자를 총칭하여, 『본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등」이라고 부르는 경우가 있다. 또한, 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 촬상 장치, 본 개시의 제1의 양태 내지 제4의 양태에 관한 촬상 방법을 총칭하여, 단지, 『본 개시』라고 부르는 경우가 있다.
본 개시에서의 국소 플라즈몬 공명(국소형표면 플라즈몬 공명이라고도 불린다)이란, 금속 미립자의 표면에 광이 입사한 때, 금속 미립자의 표면에서 전하의 치우침이 생기고, 즉, 전기 쌍극자장이 발생하고, 이것이 입사광에 공명하여 진동함으로써 입사광을 흡수하는 현상을 가리키고, 근접장광(近接場光)(증강전장(增强電場)) 및 산란광(반사광)이 발생한다. 또한, 근접장광(증강전장)은 전계 진동이고, 전자파는 아니다. 또한, 광흡수 파장은, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질의 유전율, 즉, 굴절률의 함수이다. ω-k의 분산 관계는 존재하지 않고, ω 일정한 직선으로 간주할 수 있다.
국소 플라즈몬 공명은, 표면 플라즈몬 공명(전반형(傳搬型) 표면 플라즈몬 공명이라고도 불린다)과는 다른 현상이다. 표면 플라즈몬 공명에서는, 계면에 따라 전파되는 평면파가 생기고, 단지 광을 쬐어도 표면 플라즈몬 공명은 생기지 않고, 입사광과 표면 플라즈몬을 결합시키는 적절한 수단(예를 들면, 표면에 미세한 주기 구조를 형성하거나, 프리즘 등의 고굴절률 재료를 배치하거나, 전반사에 의해 입사광을 에바네센트파(波)로 변환하는 등)이 필요하게 된다. 또한, 표면 플라즈몬 공명에서는, 각 주파수(ω)와 파수(k)(계면 방향 성분)의 분산 관계는 비선형이고, 입사광과 진동수는 변하지 않고, 파장의 감소나 속도의 저하가 생긴다.
국소 플라즈몬 공명의 조건은, 금속 미립자의 유전율을 εm, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질의 유전율을 εd로 하였을 때, 이상적으로는,
εm+2εd=0
로 표시할 수 있다. 본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등 또는 본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서는, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질은, 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우는 유전체 재료이고, 본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서는, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질은 공기이고, 또는 또한, 진공이다. 국소 플라즈몬 공명 조건에서, 입사광은, 효율 좋게 금속 미립자에 흡수되고, 산란광으로 변환된다. 이 때, 금속 미립자의 산란 단면적이 크고, 흡수 단면적이 작아지도록, 적절히, 금속 미립자를 설계함에 의해, 금속 미립자에 의한 발열 로스를 억제할 수 있다. 또한, 비공명 상태에서는, 금속 미립자에 의한 참조광의 흡수는 적고, 참조광의 대부분은, 투과, 또는, 어떠한 계면에서 반사하고 흩어진다.
본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서, 기체와 금속 미립자층과 입사 적외선과 광원과 촬상 소자 어레이부와의 관계는 이하와 같다.
(케이스 1) 기체의 제1면으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층은, 제1면과 대향하는 기체의 제2 면상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부 및 광원은 기체의 제2면측에 배치되어 있다.
(케이스 2) 기체의 제1면으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층은, 제1면과 대향하는 기체의 제2 면상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부는 기체의 제2면측에 배치되어 있고, 광원은 기체의 제1면측에 배치되어 있다.
(케이스 3) 기체의 제1면으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층은 기체의 제1 면상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부 및 광원은 기체의 제2면측에 배치되어 있다.
(케이스 4) 기체의 제1면으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층은 기체의 제1 면상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부는 기체의 제2면측에 배치되어 있고, 광원은 기체의 제1면측에 배치되어 있다.
본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서, (케이스 1)의 경우, 기체는, 파장 10㎛ 전후의 적외선에 대해 투명하면 좋고, 참조광은 흡수하여도 문제는 없고, 기체를 구성하는 재료로서, 파장 10㎛ 전후의 적외선의 투과율이 높은 각종 재료(예를 들면, 게르마늄(Ge)이나 ZnGe), 밴드 갭이 넓은 각종 반도체 재료, 폴리에틸렌계 수지, 각종 유리 재료, 각종 세라믹 등을 들 수 있고, 결정 재료로 구성하는 경우, 단결정인 것이 바람직하고, 강도가 유지되는 범위에서, 가능한 한 얇은 것이 바람직하다.
또한, (케이스 2)의 경우, 기체는, 파장 10㎛ 전후의 적외선 및 파장 400㎚ 내지 550㎚ 정도의 참조광에 대해 투명하면 좋고, 기체를 구성하는 재료로서, 각종 유리 재료, 각종 세라믹을 들 수 있고, 결정 재료로 구성하는 경우, 단결정인 것이 바람직하고, 강도가 유지되는 범위에서, 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 나아가서는, (케이스 3) 및 (케이스 4)의 경우, 기체는, 파장 400㎚ 내지 550㎚ 정도의 참조광에 대해 투명하면 좋고, 적외선은 흡수하여도 문제는 없고, 기체를 구성하는 재료로서, 파장 400㎚ 내지 550㎚ 정도의 광의 투과율이 높은 각종 재료(예를 들면, 각종 유리 재료나 석영), 밴드 갭이 넓은 각종 반도체 재료, 절연체 재료, 유기재료 재료를 들 수 있고, 결정 재료로 구성하는 경우, 단결정인 것이 바람직하고, 강도가 유지되는 범위에서, 가능한 한 얇은 것이 바람직하다.
또한, 본 개시의 제1의 양태 내지 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서의 유전체 재료의 구성 재료로서, 적외선의 흡수에 의한 유전율(굴절률)의 변화가 큰 재료를 선택하면 좋고, 구체적으로는, 예를 들면, 폴리아미드66[구체적으로는, 예를 들면, 레오나수지(등록상표)], PMMA 수지 등의 메타크릴계 수지, 질화규소(SiNX), 산화규소(SiOY), 산 질화규소(SiON), 액정 분자, 색소 유기막(색소의 이득 매질), Si 등의 양자(量子) 도트를 분산시킨 박막 재료, 적외선 컷트 필터에 사용되는 재료(적외선을 흡수하는 재료), 포토크로믹 재료 등을 들 수 있고, 흡수 대상으로 하는 적외선의 파장에 맞추어서, 적절히, 단층 구조 또는 복층 구조로 하면 좋다.
본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서의 기체의 구성 재료와 유전체 재료의 구성 재료란, 같아도 좋고, 달라도 좋다. 기체의 두께로서, 1×10-7m 내지 내지 1×10-6m를 예시할 수 있고, 유전체 재료의 두께로서, 1×10-7m 내지 1×10-6m를 예시할 수 있고, 기체나 유전체 재료의 두께는, 기체나 유전체 재료의 열용량, 적외선 흡수의 정도 등에 의해, 적절히, 조정, 결정하면 좋다. 또한, 유전체 재료는, 적외선을 흡수함으로써 유전율(굴절률)이 변화하면 좋고, 반드시 온도 변화를 수반하지는 않는 재료(예를 들면, 상술한 포토크로믹 재료)로 구성할 수도 있다.
나아가서는, 본 개시의 제1의 양태 내지 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서의 금속 미립자의 구성 재료로서, 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등이라는, 국소 플라즈몬 공명에서 사용되는 여러가지의 금속이나 합금을 들 수 있다. 규칙적으로 배열된 금속 미립자를 얻기 위해서는, 예를 들면, 기체상, 유전체 재료상, 또는, 유전체막상에, 금속 박막을 물리적 기상 성장법(PVD법)이나 화학적 기상 성장법(CVD법)에 의거하여 성막한 후, 포토 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의거하여 금속 박막을 에칭하면 좋지만, 이와 같은 방법으로 한정하는 것은 아니다. 금속 미립자층을 얻기 위해서는, 유전체 재료상에 금속 미립자를 형성한 후, 유전체 재료로 금속 미립자를 피복하면 좋다.
즉, 금속 미립자를 유전체 재료로 끼워 넣으면 좋다. 금속 미립자의 형상으로서, 주상(원주상 또는 각주상), 원반상, 구상, 반구상 등, 공명하기 쉬움 제작하기 쉬움을 고려하여, 적절히, 설계하면 좋다. 금속 미립자의 배열 패턴으로서, 규칙적인 2차원 배열 패턴을 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 정방형, 정3각형, 정6각형 등을 예시할 수 있다. 금속 미립자의 2차원 주기 구조에 의해, 산란광면 내 성분을 2차원 배열 나노 구조 내에서 정재파로 하여 가두어 넣을 수 있고, 주변의 적외선 변환 소자로의 산란광의 누설을 억제할 수 있는 한편, 면 내에서의 공명 증강을 도모할 수 있다. 금속 미립자의 크기는, 금속 미립자를 구성하는 금속재료, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질, 참조광의 파장 등에 의존하지만, 대강, 수십㎚ 내지 백수십㎚의 오더이다. 금속 미립자의 배치 간격(금속 미립자의 2차원 주기 배열의 치수)은, 면 내에서 금속 미립자 사이의 산란광에 의한 상호작용을 얻을 수 있도록, 참조광의 파장이나 금속 미립자를 구성하는 재료, 금속 미립자의 주위에 존재하는 물질을 고려하여, 적절히, 결정하면 좋고, 금속 미립자의 최인접 중심 사이의 거리는, 대강 참조광의 파장 정도의 오더이다.
적외선을 흡수하는 금속 미립자층이나 수광 재료는, 열적인 공간 분해능을 올리기 위해, 적절한 화소 사이즈로 물리적으로 분할되어 있는 것이 바람직하다. 본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서는, 금속 미립자층을 반도체 디바이스 제조에서의 리소그래피 기술 및 에칭 기술의 조합이나 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)의 제조 기술에 의거하여, 물리적으로 분할할 수 있다. 또한, 본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등 또는 본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자 등에서는, 금속 미립자층 또는 유전체막을 반도체 디바이스 제조에서의 리소그래피 기술 및 에칭 기술의 조합이나 MEMS의 제조 기술에 의거하여, 물리적으로 분할할 수 있다. 적외선 변환 소자의 크기(적외선 변환 소자 어레이부에서의 1화소의 사이즈)는, 예를 들면, 검출하는 적외선의 파장 정도의 크기인 것이 바람직하고, 이에 의해, 적외선 변환 소자 사이의 열 전파를 막고, 게다가, 열화상의 공간 분해능을 향상시킬 수 있다.
본 개시에서의 검출 대상 적외선의 파장은 대강 1㎛ 이상이고, 대표적인 검출 파장은, 적외선이라고 불리는 파장 10㎛ 정도의 적외선이다. 적외선 변환 소자의 크기가 너무 작으면 그다지 의미가 없고, 한편, 적외선 변환 소자의 크기가 너무 크면 공간 분해능이 저하되어 버린다. 적외선 변환 소자의 크기(적외선 변환 소자 어레이부에서의 1화소의 사이즈)와, 촬상 소자 어레이부를 구성하는 촬상 소자의 크기(촬상 소자 어레이부에서의 1화소의 사이즈)는, 같아도 좋고, 후자가 전자보다 작아도 좋다.
참조광을 출사하는 광원으로서, 발광 다이오드(LED)나 반도체 레이저 소자를 들 수 있다. 참조광에 의해 적외선 변환 소자 어레이부를 일괄하여 조사(조명)하여도 좋다. 즉, 적외선 변환 소자 어레이부의 전면을 한번에, 시간적으로 연속하여, 또는, 펄스형상의 참조광에 의해 조사(조명)하면 좋다. 또는 또한, 빔형상의 참조광을 주사함으로써 적외선 변환 소자 어레이부를 조사(조명)하여도 좋고, 이에 의해, 산란광 강도를 순차적으로, 판독하여도 좋다. 참조광의 파장은, 참조광을 조사함으로써 유전체 재료나 수광 재료의 온도가 상승하지 않는 파장으로 할 필요가 있고, 단색의 광원, 또는, 청색으로부터 녹색의 영역까지 연속한 파장 스펙트럼을 가지며, 적색보다 긴 영역의 파장을 포함하지 않는 광원인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들면, 참조광의 파장으로서, 400㎚ 내지 550㎚를 예시할 수 있다.
이와 같은 파장의 참조광의 조사에서는, 유전체 재료의 온도는 거의 상승하지 않고, 또한, 다소, 유전체 재료의 온도가 생겨도, 그것을 포함하여 초기 상태로서 국소 플라즈몬 공명 조건을 캘리브레이션하면, 배경복사의 일부로서 제거되고, 신호 검출에 영향은 생기지 않는다. 단색의 광원으로부터 출사되는 참조광의 파장을 가변으로 하기 위해서는, 예를 들면, 파장을 전기적으로 연속적으로 바꿀 수 있는 LED를 이용하면 좋다. 또한, 연속한 파장 스펙트럼을 갖는 광원으로부터 출사되는 참조광의 소망하는 파장을 선택하는 파장 선택 수단으로서 컬러 필터를 들 수 있다. 컬러 필터를, 예를 들면, 회동 가능한 원반형상의 필터로 하고, 광원으로부터의 참조광이 충돌하고, 통과하는 위치에 의존하여, 통과한 참조광의 소망하는 파장을 선택할 수 있는 구성, 구조로 하면 좋다. 이와 같이 하여, 참조광의 파장 변조에 의거하여, 초기 상태가 되는 국소 플라즈몬 공명을 얻기 위한 캘리브레이션을 행할 수가 있고, 또한, 환경 온도 변화(배경복사)에 대한 캘리브레이션을 행할 수가 있다. 광원에는, 적외선 컷트 필터를 배치하여도 좋고, 소망하는 파장을 통과시키는 일종의 밴드 패스 필터를 배치하여도 좋다.
적외선 변환 소자 어레이부에의 참조광의 입사각은, 금속 미립자의 국소 플라즈몬 공명에 관해서는 임의이고, 이 점에서 적외선 변환 소자의 설계 자유도가 크다. 이에 대해, 표면 플라즈몬 공명을 이용한 적외선 변환 소자에서는, 입사각을 일의적으로 정확하게 결정하여야 한다. 본 개시에서는, 광원 위치나 참조광 입사각은, 적외선 변환 소자 어레이부 전체를 가능한 한 균일하게 참조광이 조사(조명)하도록, 촬상 소자 어레이부와의 위치 관계를 고려하여, 적절히, 결정하면 좋다. 참조광으로서 경사광을 이용하면, 넓은 면적을 조사할 수 있다. 또한, 국소 플라즈몬 공명에서의 집광 효과에 의해, 경사광이라도 금속 미립자는 참조광을 고효율로 흡수할 수 있다. 또한, 참조광에 광 강도 분포가 존재하여도, 광의 진동수는 일정함으로, 국소 플라즈몬 공명을 확실하게 생기게 할 수 있다. 각 화소의 검출 신호를 다이내믹 레인지로 규격화하여 열화상으로 하면, 얻어지는 열화상은, 참조광의 광 강도 분포에 의존하지 않는다.
반사 부재는, 예를 들면, 기재 및 기재상에 형성된 광반사막으로 구성할 수 있다. 마이크로 렌즈의 구성, 구조는, 주지의 구성, 구조로 하면 좋고, 주지의 재료로 제작하면 좋다.
촬상 소자 어레이부는, 예를 들면, CCD 소자, CMOS 이미지 센서, CIS(Contact Image Sensor), CMD(Charge Modulation Device)형의 신호 증폭형 이미지 센서로 구성할 수 있고, 이미지 센서 이외의 수광 센서(촬상관 등)로 구성할 수도 있다. 촬상 소자 어레이부는, 표면 조사형의 촬상 소자 어레이부로 구성되어 있어도 좋고, 이면 조사형의 촬상 소자 어레이부로 구성되어 있어도 좋다. 촬상 소자 어레이부에 의해, 열화상을 흑백 화상으로서 파악할 수 있다. 즉, 국소 플라즈몬 공명 상태에서는, 산란광 강도가 강하기 때문에 밝은 화상을 얻을 수 있다. 한편, 유전체 재료 또는 수광 재료의 온도가 상승한 부분에서는 국소 플라즈몬 공명 조건으로부터 어긋나기 때문에, 즉, 구체적으로는, εd가 변화함으로써, εm+2εd=0를 만족하지 않게 되는 결과, 산란광 강도가 저하되고, 어두워진다. 이렇게 하여, 온도가 낮은 곳이 희고, 온도가 높은 곳이 검은 흑백 화상을 얻을 수 있다.
본 개시된 촬상 장치로부터, 예를 들면, 디지털 카메라나 비디오 카메라, 캠 코다, 이른바 카메라 부착의 휴대 전화를 구성할 수 있다. 촬상 장치에는 렌즈계가 구비되어 있어도 좋다. 렌즈계는, 단 초점 렌즈로 하여도 좋고, 이른바 줌렌즈로 하여도 좋고, 렌즈나 렌즈계의 구성, 구조는, 렌즈나 렌즈계에 요구되는 사양에 의거하여 결정하면 좋다. 촬상 장치에서의 렌즈계는, 종래의 구성을 사용할 수 있다. 또한, 적외선 변환 소자 어레이부는, 열에 의한 외란을 배제하기 위해 진공 밀봉 패키지되어 있어도 좋다. 본 개시된 촬상 장치는, 예를 들면, 나이트 비전, 감시 카메라, 서모·뷰와, 차량탑재 야간용 카메라, 의료용 근적외 센서 등에 적용할 수 있다.
실시예 1
실시예 1은, 본 개시의 제1의 상태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다. 실시예 1의 촬상 장치의 개념도를 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시한다.
실시예 1의 적외선 변환 소자(121)는, 본 개시의 제1의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면,
(a) 기체(122) 및
(b) 기체(122)상에 형성된 금속 미립자층(123) 으로 구성되어 있고, 금속 미립자층(123)은, 금속 미립자(124) 및 금속 미립자(124)와 금속 미립자(124) 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료(125)로 이루어진다.
또한, 실시예 1의 적외선 변환 소자(121)는, 본 개시의 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면, 적외선의 흡수에 의한 수광 재료(125)의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자, 구체적으로는, 공간 광변조형의 적외선 변환 소자이다.
실시예 1의 촬상 장치(110)는, 본 개시의 제1의 양태 또는 제4의 양태에 관한 촬상 장치에 준하여 설명하면,
(A) 상술한 실시예 1의 적외선 변환 소자(121)가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부(120),
(B) 적외선 변환 소자 어레이부(120)에 참조광(31)을 조사하는 광원(30) 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된, 구체적으로는, 적외선 변환 소자 어레이부(120)와 이간하여 배치된 촬상 소자 어레이부(40)를 구비하고 있다.
또한, 도 1에 도시하는 구성은, (케이스1)이고, 기체(122)의 제1면(122A)으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층(123)은, 제1면(122A)과 대향하는 기체(122)의 제2면(122B)상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부(40) 및 광원(30)은 기체(122)의 제2면(122B)측에 배치되어 있다. 그리고, 참조광(31)은, 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 적외선 입사측과는 반대측부터 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 조사(조명)한다.
또한, 도 2에 도시하는 구성은, (케이스 2)이고, 기체(122)의 제1면(122A)으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층(123)은, 제1면(122A)과 대향하는 기체(122)의 제2면(122B)상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부(40)는 기체(122)의 제2면(122B)측에 배치되어 있고, 광원(30)은 기체(122)의 제1면(122A)측에 배치되어 있다. 그리고, 참조광(31)은, 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 적외선 입사측부터 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 조사(조명)한다.
나아가서는, 도 3에 도시하는 구성은, (케이스 3)이고, 기체(122)의 제1면(122A)으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층(123)은 기체(122)의 제1면(122A)상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부(40) 및 광원(30)은 기체(122)의 제2면(122B)측에 배치되어 있다. 그리고, 참조광(31)은, 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 적외선 입사측과는 반대측부터 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 조사(조명)한다.
또한, 도 4에 도시하는 구성은, (케이스 4)이고, 기체(122)의 제1면(122A)으로부터 적외선이 입사되고, 금속 미립자층(123)은 기체(122)의 제1면(122A)상에 형성되어 있고, 촬상 소자 어레이부(40)는 기체(122)의 제2면(122B)측에 배치되어 있고, 광원(30)은 기체(122)의 제1면(122A)측에 배치되어 있다. 그리고, 참조광(31)은, 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 적외선 입사측부터 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 조사(조명)한다.
여기서, 어느 경우에도, 촬상 소자 어레이부(40)에서 얻어지는 화상은 같다. 단, 도 2, 도 4에 도시하는 예에서는, 참조광(31)이 촬상 소자 어레이부(40)에 입사하지 않도록, 광원(30), 적외선 변환 소자 어레이부(120), 촬상 소자 어레이부(40)를 배치할 필요가 있다. 또한, 적외선 변환 소자 어레이부(120)와 촬상 소자 어레이부(40) 사이에는, 적외선 변환 소자 어레이부(120)로부터의 광을 촬상 소자 어레이부(40)에 결상시키기 위한 결상 렌즈(도시 생략)가 배치되어 있다. 단, 금속 미립자로부터의 산란광은 어느 정도의 지향성을 갖기 때문에, 결상 렌즈를 배치하지 않아도 촬상은 가능하다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6의 적외선 변환 소자(121)에서, 기체(122)는, 두께 1㎛의 게르마늄(Ge)으로 이루어진다. 또한, 유전체 재료(125)는, 두께 0.1㎛의 폴리아미드 수지로 이루어진다.
나아가서는, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 8의 적외선 변환 소자(121, 221, 321)에서, 금속 미립자(124)는, 은(Ag)으로 이루어지고, 직경 100㎚, 두께 50㎚의 원반형상의 형상을 갖는다. 그리고, 금속 미립자(124)는 규칙적으로 배열되어 있다. 구체적으로는, 정방형이라는 규칙적인 2차원 배열 패턴에 의거하여 금속 미립자(124)는 배열되어 있다. 금속 미립자의 최인접 중심 사이의 거리(금속 미립자의 2차원 주기 배열의 치수)를 0.3㎛로 하였다. 또한, 이들의 수치는, 사용하는 참조광의 파장이나 유전체 재료(125)에 의거하여 결정하면 좋다.
또한, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 8에서, 광원(30)은, 구체적으로는, 예를 들면, 500㎚의 참조광(31)을 출사하는 발광 다이오드(LED)로 이루어진다. 이와 같은 파장의 참조광(31)의 조사에서는, 유전체 재료(125, 225, 325)의 온도는 거의 상승하지 않고, 또한, 다소, 유전체 재료(125, 225, 325)의 온도가 생겨도, 후술하는 바와 같이, 유전체 재료(125, 225, 325)의 온도 상승을 포함하여 초기 상태로서 국소 플라즈몬 공명 조건을 캘리브레이션하면, 배경복사의 일부로서 제거되어, 신호 검출에 영향은 생기지 않는다. 광원(30)으로부터 출사된 참조광은, 예를 들면, 콜리메이트계(도시 생략)를 투과하여, 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 조사(조명)한다.
또한, 상술한 광원(30)으로부터 출사된 참조광(31)의 파장은, ±100㎚의 범위에서 가변이다. 또한, 이에 의해, 후술하는 실시예 5 내지 실시예 6에서 설명하는 국소 플라즈몬 공명 조건의 캘리브레이션을 용이하게 행할 수 있다. 참조광(31)은, 원칙적으로, 촬상 장치의 통상의 동작중, 항상, 적외선 변환 소자 어레이부(120)를 비스듬히 조사하고 있다. 또한, 촬상 소자 어레이부(40)는, 촬상 소자(41)가 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지고, 주지의 CCD 소자 또는 CMOS 이미지 센서로 구성되어 있다.
적외선 변환 소자(121, 221, 321)의 크기(적외선 변환 소자 어레이부(120, 220, 320)에서의 1화소의 사이즈)를 10㎛로 하였다. 적외선 변환 소자(121, 221, 321)의 크기(적외선 변환 소자 어레이부(120, 220, 320)에서의 1화소의 사이즈)와, 촬상 소자 어레이부(40)를 구성하는 촬상 소자(41)의 크기(촬상 소자 어레이부에서의 1화소의 사이즈)를 같게 하였지만, 후자를 전자보다 작게 하여도 좋다. 참조 번호 126, 226, 326은, 적외선 변환 소자(121, 221, 321)를 상호 분할하여 화소로 하기 위한 분리 영역을 가리킨다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 8에서의 촬상 방법에서는, 적외선의 흡수에 의해 유전체 재료(125, 225, 325)의 유전율(εd)이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자(124, 224, 324)에의 참조광(31)의 조사에 의해 생긴 금속 미립자(124, 224, 324)에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광(32)에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부(40)에서 검출한다.
또한, 적외선의 흡수에 의해 수광 재료(125, 225, 325)의 유전율(εd)이 변화하는 것에 기인하여, 수광 재료(125, 225, 325)에의 참조광(31)의 조사에 의해 생긴 수광 재료(125, 225, 325)에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광(32)에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부(40)에서 검출한다. 즉, 적외선을 흡수함에 의해, 유전체 재료(125, 225, 325)의 유전율(εd)이 변화한다. 그리고, 금속 미립자(124, 224, 324)에의 참조광(31)의 조사에 의해 생긴 금속 미립자(124, 224, 324)에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가, 유전체 재료(125, 225, 325)의 유전율(εd)의 변화에 기인하여, 변화한다. 이 국소 플라즈몬 공명 상태의 변화는, 산란광(32)의 광 강도 저하를 생기게 한다. 그리고, 이 산란광(32)에서의 광 강도 저하를, 촬상 소자 어레이부(40)에서 검출한다.
보다 구체적으로는, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 8의 적외선 변환 소자에서는, 금속 미립자(124, 224, 324)에의 참조광(31)의 조사에 의해, 금속 미립자에서 플라즈몬 공명이 생긴다. 그리고, 이 국소 플라즈몬 공명에 의거하여, 산란광(32)이 생긴다. 여기서, 산란광(32)의 진동수 또는 각 주파수는 참조광(31)의 진동수 또는 각 주파수와 동등하다. 한편, 적외선의 흡수에 의해 유전체 재료(수광 재료)(125, 225, 325)의 유전율이 변화한다. 도 1 내지 도 4에서, 적외선 변환 소자 어레이부(120)에 입사한 적외선 강도를, 편의상, 화살표의 길이로 도시하였다. 즉, 화살표의 길이가 길수록, 적외선 변환 소자 어레이부(120)에 입사한 적외선 강도는 높다.
그리고, 유전체 재료(수광 재료)(125, 225, 325)의 유전율의 변화에 기인하여, 금속 미립자(124, 224, 324)에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화한다. 구체적으로는, 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화하는 결과(환언하면, 국소 플라즈몬 공명 상태에서 벗어나는 결과, 즉, εd가 변화함으로써, εm+2εd=0을 만족하지 않게 되는 결과), 산란광(32)의 광 강도가 저하된다. 도 1 내지 도 4에서, 적외선 변환 소자 어레이부(120)로부터 출사되는 산란광(32)의 광 강도를, 편의상, 화살표의 길이로 도시하였다. 즉, 화살표의 길이가 길수록, 적외선 변환 소자 어레이부(120)로부터 출사된 산란광(32)의 광 강도는 높다.
촬상 소자 어레이부(40)에서는, 이와 같은 화상을 흑백 화상의 열화상으로서 파악할 수 있다. 즉, 국소 플라즈몬 공명 상태에서는, 산란광 강도가 강하기 때문에, 밝은 화상을 얻을 수 있다. 한편, 유전체 재료 또는 수광 재료의 온도가 상승한 부분에서는 국소 플라즈몬 공명 조건으로부터 어긋나기 때문에, 산란광 강도가 저하되고, 어두워진다. 이렇게 하여, 온도가 낮은 곳이 희고, 온도가 높은 곳이 검은 흑백 화상을 얻을 수 있다.
예를 들면, 적외선 변환 소자(1211, 1212)에 입사하는 적외선의 강도는 낮다. 한편, 적외선 변환 소자(1213, 1214)에 입사하는 적외선의 강도는 높고, 적외선 변환 소자(1215)에 입사하는 적외선의 강도는 중 정도이다. 그 결과, 적외선 변환 소자(1211, 1212)를 구성하는 유전체 재료(수광 재료)(125)의 온도는 T1이고, 그 때의 유전율은 εd1이다. 한편, 적외선 변환 소자(1213, 1214)를 구성하는 유전체 재료(수광 재료)(125)의 온도는 T3이고, 그 때의 유전율은 εd3이고, 적외선 변환 소자(1215)를 구성하는 유전체 재료(수광 재료)(125)의 온도는 T2(단, T1<T2<T3로 한다)이고, 그 때의 유전율은 εd2(단, εd1<εd2<εd3로 한다)이다.
그 결과, 적외선 변환 소자(1211, 1212)에서는, 국소 플라즈몬 공명 조건으로부터의 어긋남은 거의 없고, 적외선 변환 소자(1215)에서는, 국소 플라즈몬 공명 조건으로부터의 어긋남이 발생하고, 적외선 변환 소자(1213, 1214)에서는, 국소 플라즈몬 공명 조건으로부터의 큰 어긋남이 발생한다. 그러므로, 적외선 변환 소자(1211, 1212)로부터의 산란광의 광 강도는 높고, 적외선 변환 소자(1215)로부터의 산란광의 광 강도는 중 정도이고, 적외선 변환 소자(1213, 1214)로부터의 산란광의 광 강도는 낮다.
실시예 1의 적외선 변환 소자(121)는, 이하의 방법으로 제작할 수 있다. 즉, 우선, 기체(122)상에, 예를 들면, CVD법이나 PVD법, 도포법, 잉크젯 인쇄법을 포함하는 인쇄법, 스핀 코트법 등에 의거하여, 유전체 재료(125)의 일부를 형성한다. 뒤이어, 이 유전체 재료(125)의 위에, 은(Ag)으로 이루어지는 금속 박막을 진공 증착법 등에 의거하여 성막한 후, 포토 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의거하여 금속 박막을 에칭한다. 이렇게 하여, 유전체 재료(125)상에, 정방형이라는 규칙적인 2차원 배열 패턴에 의거하여 배열된, 은으로 이루어지는 금속 미립자(124)를 얻을 수 있다. 그 후, 전면에, 재차, CVD법이나 PVD법, 도포법, 잉크젯 인쇄법을 포함하는 인쇄법, 스핀 코트법 등에 의거하여, 유전체 재료(125)의 잔부를 형성한다. 이렇게 하여, 유전체 재료(125)로 금속 미립자(124)가 피복된, 즉, 금속 미립자(124)가 유전체 재료(125)로 끼워 넣어진 금속 미립자층(123)을 얻을 수 있다. 또한, 분할 영역(126)은, 유전체 재료(125)나 금속 미립자(124)의 형성할 때에 패터닝을 행함으로써 형성할 수 있고, 인쇄법을 채용하는 경우에는, 유전체 재료(125)나 금속 미립자(124)의 인쇄법에 의거한 형성할 때에 동시에 형성할 수 있다.
그리고, 이렇게 해서 얻어진 적외선 변환 소자 어레이부(120)와, 광원(30)과, 촬상 소자 어레이부(40)를, 주지의 방법에 의거하여, 적절한 패키지 내에 격납하고, 렌즈계 등과 함께 조립함으로써, 촬상 장치를 얻을 수 있다.
하나의 구형(球形)의 금속 미립자가 공기중에 놓여졌다고 가정한 때의, 참조광의 파장(λ)을 파라미터로 하여, 금속 미립자의 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)을 시뮬레이션한 결과를, 도 5의 A, 도 5의 B, 도 6의 A, 도 6의 B에 도시한다. 또한, 각 도면의 횡축은 참조광의 파장(λ)(단위 : ㎚)이고, 종축은 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)의 값이다.
도 5의 A는, 금속 미립자가 직경 100㎚의 은(Ag)으로 이루어지는 경우의 결과이고, 도 5의 B는, 금속 미립자가 직경 20㎚의 은(Ag)으로 이루어지는 경우의 결과이다. 또한, 도 6의 A는, 금속 미립자가 직경 100㎚의 금(Au)으로 이루어지는 경우의 결과이고, 도 6의 B는, 금속 미립자가 직경 20㎚의 금(Au)으로 이루어지는 경우의 결과이다. 여기서, 산란 효율(Qsca) 및 흡수 효율(Qabs)은, 각각, 산란 단면적 및 흡수 단면적을 금속 미립자의 단면적으로 나눈 값이다. 흡수 효율(Qabs)의 값이 높은 것은, 참조광의 조사에 의해 금속 미립자는 많이 발열하는 것을 의미한다. 따라서, 흡수 효율(Qabs)보다도 산란 효율(Qsca)의 쪽이 높은 값인 것이 바람직하다.
도 5의 A, 도 5의 B, 도 6의 A, 도 6의 B에서 곡선「A」는 산란 효율(Qsca)을 나타내고, 곡선「B」는 흡수 효율(Qabs)을 나타낸다. 도 5의 A, 도 5의 B, 도 6의 A, 도 6의 B에 도시한 시뮬레이션 결과로부터는, 금속 미립자가 직경 100㎚의 은(Ag)으로 이루어지는 경우가 가장 바람직함을 알 수 있다. 흡수 효율(Qabs)의 피크값을 얻을 수 있는 참조광의 파장(λabs)과, 산란 효율(Qsca)의 피크값을 얻을 수 있는 참조광의 파장(λsca)이 다름으로써, 열손실의 발생을 막을 수 있다.
또한, 하나의 구형의 금속 미립자(직경 100㎚의 은으로 이루어진다)가 유전체 재료(굴절률(nd)=2.0 및 2.1) 중에 놓여졌다고 가정한 때의, 참조광의 파장(λ)을 파라미터로 한 금속 미립자의 산란 효율(Qsca)을 시뮬레이션한 결과를, 도 7의 A(굴절률(nd)=2.0) 및 도 7의 B(굴절률(nd)=2.1)에 도시한다.
굴절률(nd)=2.0에서는, 산란 효율(Qsca)의 피크값을 얻을 수 있는 참조광의 파장(λsca)은 이하와 같다.
λsca=500㎚
Qsca의 피크값=7.2057
한편, 굴절률(nd)=2.1에서는, 산란 효율(Qsca)의 피크값을 얻을 수 있는 참조광의 파장(λsca)은 이하와 같다. 또한, 참조광의 파장(λ)=500㎚에서의 산란 효율(Qsca')은 이하와 같다.
λsca=508.9㎚
Qsca'=6.04597
또한, 이와 같은 굴절률(nd)의 변화에 의거한 산란 효율(Qsca)의 변화를 중첩시킨 모식적으로 도 8에 도시한다. 도 8에 있어서, 곡선(A)는, 어떤 적외선 변환 소자에서의 유전체 재료의 온도가 T1이고, 굴절률은 nd -1이고, 참조광의 파장(λ0)에서, 국소 플라즈몬 공명 상태의 경우를 나타내고 있다. 한편, 곡선(B)는, 다른 적외선 변환 소자에서의 유전체 재료의 온도가 T2(>T1)이고, 굴절률은 nd -2(≠nd -1)이고, 참조광의 파장(λ0)에서, 국소 플라즈몬 공명 상태에서 벗어난 경우를 도시하고 있다. 화살표의 길이는 산란광의 광 강도의 변화량을 나타낸다.
국소 플라즈몬 공명에서의 집광 효과에 의해, 경사광이라도 금속 미립자는 참조광을 고효율로 흡수할 수 있다. 하나의 구형의 금속 미립자가, 어느 정도의 집광 능력을 갖는지를 조사하였다. 이것은, 소광 단면적(Cext=Cabs+Csca)을 구하는 것과 등가이고, 구체적으로는, 가우스 분포형상으로 넓어지는 금속 미립자의 흡광도 분포(단, 금속 미립자의 바로 위에서 최대치를 취한다)를, 높이(최대 흡광도) 1.0의 원주로 치환한 경우의 원주 단면적으로서 구하였다. 개념도를 도 9에 도시한다. 은으로 이루어지는 금속 미립자에 대해, 참조광의 파장에서의 Cext를 미산란(ミ-散亂)을 고려하여 계산하였다. 금속 미립자는 진공에 놓여지고 있다고 하고 있다. Cext를 반경으로 환산하면 이하와 같고, 금속 미립자경의 2배 남짓이 된다. 또한, 도 9에서의 곡선은 포인팅·벡터(광의 에너지가 흐름)를 나타내고, 입사광 및 산란광이 포함된다.
금속 미립자의 반경 Cext 반경 환산
10㎚ 0.015μ㎡ 22㎚
100㎚ 0.18μ㎡ 240㎚
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 8의 적외선 변환 소자, 촬상 장치, 촬상 방법에서는, 적외선 변환 소자의 냉각이 불필요하고, 또한, 전기적이 아니라, 순수하게 광학적으로 적외선(열선)을 공간 광변조함으로써 검출할 수 있기 때문에, 간소한 구성, 구조임에도 불고하고, 높은 공간 분해능을 가지며, 극히 작은 온도차(예를 들면, 적외선 변환 소자 사이로, 5×10-3°K, 정도의 온도차)를 검출 가능한 적외선 변환 소자를 제공할 수 있다.
또한, 작은 온도차의 검출은, 적외선 변환 소자의 사이즈를 크게 하면, 보다 예민하게, 보다 작은 온도차의 검출이 가능해진다. 또한, 이러한 적외선 변환 소자를 조립한, 배경복사의 영향을 받지 않고, 큰 S/N비를 가지며, 화소마다의 캘리브레이션이 불필요하고, 대용량 메모리가 불필요하고, 게다가, 화상이 도중 절단(途切)이 없고, 소형, 경량, 전력 절약, 염가의 촬상 장치 및 이러한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법을 제공할 수 있다. 게다가, 국소 플라즈몬 공명을 이용하기 때문에, 플라즈몬의 표면 전반이 없고, 표면 플라즈몬 공명 이용의 공간 광변조형보다도 높은 공간 분해능을 달성할 수 있다. 나아가서는, 프리즘 등의 광학 부품이 불필요하고, 참조광의 입사각에 제한이 없고, 설계 자유도가 크다. 게다가, 전기적이 아니라, 순수하게 광학적으로 적외선(열선)을 공간 광변조함으로써 검출할 수 있기 때문에, 배선을 통하여서의 열확산(분산)이 생기기 어렵고, 보다 미소한 온도 변화를 검출할 수 있으며, 응답이 빠르다.
실시예 2
실시예 2는, 실시예 1의 변형이다. 실시예 1에서는, 참조광의 파장을 가변으로 하였다. 한편, 실시예 2에서는, 광원(30)과 적외선 변환 소자 어레이부(120) 사이에, 참조광(31)의 파장을 선택하는 파장 선택 수단(33)이 배치되어 있다. 구체적으로는, 도 10에 실시예 2의 촬상 장치의 개념도를 도시하는 바와 같이, 파장 선택 수단(33)은, 컬러 필터로 구성되어 있다. 컬러 필터는, 예를 들면, 회동 가능한 원반형상의 필터이고, 광원으로부터의 참조광이 충돌하고, 통과한 위치에 의존하고, 통과한 참조광의 파장을 연속적으로 바꿀 수 있는 필터 재료로 이루어진다. 이에 의해서도, 후술하는 실시예 5 내지 실시예 6에서 설명한 국소 플라즈몬 공명 조건의 캘리브레이션을 용이하게 행할 수 있다.
실시예 3
실시예 3은, 실시예 1 내지 실시예 2의 변형이다. 실시예 3에서는, 도 11의 A에 촬상 장치의 개념도를 도시하는 바와 같이, 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 마이크로 렌즈(51)가 마련되어 있다. 이에 의해, 각 적외선 변환 소자에 적외선을 효과적으로 집광할 수 있다. 마이크로 렌즈(51)의 구성, 구조는, 주지의 구성, 구조로 하면 좋고, 주지의 재료로 제작하면 좋다.
실시예 4
실시예 4는, 실시예 1 내지 실시예 3의 변형이다. 실시예 4에서는, 도 11의 B에 촬상 장치의 개념도를 도시하는 바와 같이, 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 산란광을 금속 미립자층측 또는 수광 재료측에 반사시키는 반사 부재(52)가 마련되어 있다. 또한, 도 11의 B에 도시하는 예는, 실시예 3의 촬상 장치의 변형예이다. 반사 부재(52)는, 기재(53) 및 기재(53)상에 형성된 광반사막(54)으로 구성되어 있다. 이와 같은 반사 부재(52)는, 예를 들면, 주지의 MEMS의 제조 기술을 이용함으로써 제조할 수 있다.
실시예 5
실시예 5는, 실시예 1 내지 실시예 4의 변형이다. 촬상 장치를 사용하고 있는 동안에, 여러가지의 요인에 의해, 국소 플라즈몬 공명 상태를 얻을 수 있는 참조광의 파장(λ0)이 변화하고, 또는, 어긋나오는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 국소 플라즈몬 공명을 얻기 위한 캘리브레이션을 행할 필요가 있다. 그러므로, 실시예 5의 촬상 장치는, 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 차광 기구를 구비하고 있다. 캘리브레이션은, 예를 들면, 촬상 장치의 전원 투입시에 행하면 좋다.
구체적으로는, 도 12의 A, 도 12의 B, 도 13의 A, 도 13의 B에 촬상 장치의 개념도를 도시하는 바와 같이, 차광 기구는, 유전체 재료(수광 재료)(125, 225, 325)에의 적외선의 입사를 제어하는 셔터 기구(61)로 이루어진다. 셔터 기구(61)는, 주지의 셔터 기구로 구성하면 좋다. 또한, 도 13의 A에 촬상 장치의 개념도를 도시하는 바와 같이, 또한, 제2 셔터 기구(62)를, 적외선 변환 소자 어레이부(120)와 촬상 소자 어레이부(40)의 사이에 배치하여도 좋고, 광원(30)의 부근에 배치하여도 좋다. 셔터 기구(61, 62)는, 기계적으로 작동시켜도 좋고, 전기적으로 작동시켜도 좋다. 또한, 셔터 기구(61)를 렌즈 캡으로 대용할 수도 있다.
배경복사 등과 산란광의 광 강도와 출력 신호의 강도의 관계를 설명하는 도면을, 도 18의 A, 도 18의 B, 도 19의 A 및 도 19의 B에 도시한다.
도 12의 A에 도시하는 바와 같이, 참조광(31)의 적외선 변환 소자 어레이부(120)에의 조사를 중단한 상태로 하고, 아울러서, 셔터 기구(61)를 닫아, 적외선의 적외선 변환 소자 어레이부(120)에의 입사를 방해한 상태로 한다. 또는 또한, 도 13의 A에 도시하는 바와 같이, 참조광(31)의 조사를 행하면서, 셔터 기구(61, 62)를 닫아, 적외선의 적외선 변환 소자 어레이부(120)에의 입사, 참조광에 의한 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 조사(조명)를 방해한 상태로 한다. 그리고, 이들의 상태에서, 촬상 소자 어레이부(40)에 의해 화상을 얻는다. 이 때 얻어지는 화상을, 편의상, 『광학적 흑화상』이라고 부른다. 여기서, 이들의 상태에서 얻어진 촬상 소자 어레이부(40)에서의 광 강도(IB)는, 배경복사 및 환경 온도라는 외부 환경에 의거한 광 강도이다(도 18의 A 및 도 19의 A 참조).
다음에, 도 12의 B 또는 도 13의 B에 도시하는 바와 같이, 셔터 기구(61)를 닫아, 적외선의 적외선 변환 소자 어레이부(120)에의 입사를 방해한 상태에서, 참조광(31)의 적외선 변환 소자 어레이부(120)에의 조사(조명)를 행한다. 그리고, 이 상태에서, 촬상 소자 어레이부(40)에 의해 화상을 얻는다. 이 때 얻어지는 화상을, 편의상, 『광학적 백화상』이라고 부른다. 여기서, 이 상태에서 얻어진 촬상 소자 어레이부(40)에서의 광 강도(IW)는, 배경복사 및 환경 온도라는 외부 환경에 의거한 광 강도와, 적외선 변환 소자 어레이부(120)로부터 출사되는 산란광(32)의 광 강도와의 합계이다(도 18의 B 및 도 19의 B 참조). 따라서, (IW-IB)의 값은, 배경복사 및 환경 온도라는 외부 환경의 영향을 받지 않는 값이다. 또한, 적외선 변환 소자(121)마다 (IW-IB)의 값은 다를 가능성이 있다(도 19의 A 참조).
그리고, 참조광의 파장(λ)을 바꾸고, (IW-IB)의 값을 구한다. (IW-IB)의 값이 최대가 될 때의 참조광의 파장(λmax)이, 국소 플라즈몬 공명 상태가 얻어지는 참조광의 파장(λ0)이다. 이렇게 하여, 국소 플라즈몬 공명을 얻기 위한 캘리브레이션을 행할 수가 있다.
또한, 어떤 적외선 변환 소자에서, 국소 플라즈몬 공명 상태가 얻어지는 참조광의 파장(λ0)에서의 Imax(=IW-IB)의 값이, 그 적외선 변환 소자의 다이내믹 레인지에 상당한다. 모든 적외선 변환 소자에서 다이내믹 레인지가 거의 같은 경우도 있고(도 18의 A 참조), 각 적외선 변환 소자에 의해 다이내믹 레인지가 다른 경우도 있다(도 19의 A 참조). Imax의 값은, 각 적외선 변환 소자의 제조 편차뿐만 아니라, 경시변화에 의해서도 변하고, 참조광의 조사 상태, 환경 온도 등, 여러가지의 요인에 의해 변한다. 그렇지만, 각 적외선 변환 소자에서, Imax, IW, IB의 값을 구하여 두면, 각 적외선 변환 소자에 대응하는 촬상 소자에서 얻어진 광 강도(I)에 의거한 신호 강도(S)를 얻을 수 있다. 또한, Imax(=IW-IB)에 대응하는 신호 강도를 Smax로 한다.
S=(I/Imax)×Smax
이상과 같이, 배경복사 등이 일정하지 않아도, 또한, 적외선 변환 소자 어레이부(120)에서의 참조광에 의한 조명 상태가 균일하지 않아도, 입사한 적외선의 강도에 대응한 신호 강도를 정확하게 구할 수 있다. 즉, 각 화소의 검출 신호를 다이내믹 레인지로 규격화하고 열화상으로 하면, 얻어지는 열화상은 참조광의 광 강도 분포 등에 의존하지 않는다. 또한, IW의 값은 참조광의 광 강도에 의존하기 때문에, 참조광의 광 강도를 고강도로 함으로써, 다이내믹 레인지의 확대를 용이하게 도모할 수 있다. 또한, 열화상의 형성에서는, 도 18의 B, 도 19의 B에 화살표(A)로 도시하는 IW와의 차를 신호 강도로 하여도 좋고, 도 18의 B, 도 19의 B에 화살표(B)로 도시하는 IB와의 차를 신호 강도로 하여도 좋다.
실시예 6
실시예 6은, 실시예 5의 변형이고, 참조광(31)의 조사하애서도 수시로, 광학적 흑화상(광 강도(IB))을 얻는 것이 가능하다. 실시예 6에서는, 도 14의 A, 도 14의 B, 도 15의 A, 도 15의 B에 도시하는 바와 같이, 적외선 변환 소자 어레이부(120)는, 적외선 검출 영역(120의 A) 및 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 교정 영역(120의 B)을 구비하고 있다. 그리고, 교정 영역에는, 적외선의 입사를 방해하는 차광막(127의 A, 127의 B, 127C, 127D)이 형성되어 있고, 적외선 검출 영역(120의 A)과 교정 영역(120의 B)의 경계 영역에는, 차광 부재(128A, 128B, 128C, 128D)가, 적절한 방법에 의거하여, 배치되어 있다. 예를 들면, 교정 영역(120의 B)은, 적외선 검출 영역(120의 A)을 둘러싸도록, 적외선 변환 소자 어레이부(120)의 외연부에 배치되어 있다.
도 14의 A에 도시하는 예에서, 교정 영역(120의 B)은, 하나 또는 복수의 적외선 변환 소자(1216)로 구성되어 있다. 그리고, 적외선 변환 소자(1216)에 대응하는 적외선 입사측의 기체(122)의 부분에는, 적외선의 입사를 차단하는 차광막(127의 A)이 형성되어 있다. 또한, 적외선 검출 영역(120의 A)과 교정 영역(120의 B)의 경계 영역에는, 적외선 검출 영역(120의 A) 중의 금속 나노 입자로부터의 산란광 등이 교정 영역(120의 B)에 대향하는 촬상 소자에 입사하지 않도록, 적절한 방법에 의거하여, 차광 부재(128A)가 배치되어 있다. 또한, 차광 부재(128A)는, 참조광(31)이 교정 영역(120의 B)을 조사하는 것을 방해하지 않는다. 도 14의 A에 도시하는 예에서는, 광학적 백화상(광 강도(IW))을 얻을 수 있다.
도 14의 B에 도시하는 예에서, 교정 영역(120의 B)은, 하나 또는 복수의 적외선 변환 소자(1217)로 구성되어 있다. 그리고, 적외선 변환 소자(1217)에 대응하는 적외선 입사측의 기체(122)의 부분에는, 적외선의 입사를 차단하는 차광막(127의 B)이 형성되어 있다. 또한, 적외선 검출 영역(120의 A)과 교정 영역(120의 B)의 경계 영역에는, 참조광(31)이, 교정 영역(120의 B)에 입사하지 않도록, 적절한 방법에 의거하여, 차광 부재(128B)가 배치되어 있다. 또한, 참조광(31)이, 차광 부재(128B)에서 반사하여 촬상 소자 어레이부(40)에 입사하지 않도록, 참조광속의 조리개나 입사각도가 설정되어 있다. 도 14의 B에 도시하는 예에서는, 광학적 흑화상(광 강도(IB))를 얻을 수 있다.
도 15의 A에 도시하는 예에서, 교정 영역(120의 B)은, 하나 또는 복수의 적외선 변환 소자(1218)로 구성되어 있다. 그리고, 적외선 변환 소자(1218)에 대응하는 적외선 입사측의 기체(122)의 부분에는, 적외선 및 참조광(31)의 입사를 차단하는 차광막(127C)이 형성되어 있다. 또한, 적외선 검출 영역(120의 A)과 교정 영역(120의 B)의 경계 영역에는, 적외선 검출 영역(120의 A) 중의 금속 나노 입자로부터의 산란광 등이 교정 영역(120의 B)에 대향하는 촬상 소자에 입사하지 않도록, 적절한 방법에 의거하여, 차광 부재(128C)가 배치되어 있다. 도 15의 A에 도시하는 예에서는, 광학적 흑화상(광 강도(IB))을 얻을 수 있다.
도 15의 B에 도시하는 예에서, 교정 영역(120의 B)은, 하나 또는 복수의 적외선 변환 소자(1219)로 구성되어 있다. 그리고, 적외선 변환 소자(1219)에 대응하는 적외선 입사측의 기체(122)의 부분의 상방에는, 적외선의 입사를 차단하는 차광막(127D)이 형성되어 있다. 참조광(31)이 교정 영역(120의 B)에 입사하도록, 차광막(127D)은, 기체(122)에 대해 적당한 거리를 두고 배치되어 있다. 또한, 적외선 검출 영역(120의 A)과 교정 영역(120의 B)의 경계 영역에는, 적외선 검출 영역(120의 A) 중의 금속 나노 입자로부터의 산란광 등이 교정 영역(120의 B)에 대향하는 촬상 소자에 입사하지 않도록, 적절한 방법에 의거하여, 차광 부재(128D)가 배치되어 있다. 또한, 차광 부재(128D)는, 적외선 검출 영역(120의 A)을 통과한 참조광(31)이 차광 부재(128D)에서 반사하여 촬상 소자 어레이부(40)에 입사하지 않도록, 적당한 높이로 되어 있고, 투과한 참조광(31)을 통과시키고 있다. 도 15의 B에 도시하는 예에서는, 광학적 흑화상(광 강도(IB))을 얻을 수 있다.
실시예 7
실시예 7은, 본 개시의 제2의 양태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다. 실시예 7의 촬상 장치의 개념도를 도 16에 도시한다.
실시예 7의 적외선 변환 소자(221)는, 본 개시의 제2의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면, 금속 미립자(224) 및 금속 미립자(224)와 금속 미립자(224) 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료(225)로 이루어지는 금속 미립자층(223)으로 구성되어 있다.
또한, 실시예 7의 적외선 변환 소자(221)는, 본 개시의 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면, 적외선의 흡수에 의한 수광 재료(225)의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자, 구체적으로는, 공간 광변조형의 적외선 변환 소자이다.
나아가서는, 실시예 7의 촬상 장치(210)는, 본 개시의 제2의 양태 또는 제4의 양태에 관한 촬상 장치에 준하여 설명하면,
(A) 상술한 실시예 7의 적외선 변환 소자(221)가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부(220),
(B) 적외선 변환 소자 어레이부(120)에 참조광(31)을 조사하는 광원(30) 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부(220)의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된, 구체적으로는, 적외선 변환 소자 어레이부(220)와 이간하여 배치된 촬상 소자 어레이부(40)를 구비하고 있다.
실시예 7의 적외선 변환 소자(221)는, 기체(122)를 생략한 점을 제외하고, 실질적으로, 실시예 1 내지 실시예 6의 적외선 변환 소자(121)와 같은 구성, 구조로 할 수 있고, 실시예 7의 촬상 장치도, 적외선 변환 소자의 구성, 구조가 약간 다른 점을 제외하고, 실시예 1 내지 실시예 6의 촬상 장치와 같은 구성, 구조로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 기체(122) 없이도, 분리 영역(226)을 열전도성이 작은 고체 재료로 구성하고 유전체 재료(225)와 일체화하면, 실시예 7의 적외선 변환 소자(221)를 제조하는 것이 가능하다.
실시예 8
실시예 8은, 본 개시의 제3의 양태 및 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자, 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다. 실시예 8의 촬상 장치의 개념도를 도 17에 도시한다.
실시예 8의 적외선 변환 소자(321)는, 본 개시의 제3의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면,
유전체 재료(325)로 이루어지고, 제1면(325의 A)으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막(325) 및 제1면(325의 A)과 대향하는 유전체막(325)의 제2면(325의 B)에 배치된 복수의 금속 미립자(324) 로 구성되어 있다. 또한, 복수의 금속 미립자(324)는, 유전체막(325)의 제2면(325의 B)에 부분적으로 매입되어 있어도 좋다.
또한, 실시예 8의 적외선 변환 소자(321)는, 본 개시의 제4의 양태에 관한 적외선 변환 소자에 준하여 설명하면, 적외선의 흡수에 의한 수광 재료(325)의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자, 구체적으로는, 공간 광변조형의 적외선 변환 소자이다.
나아가서는, 실시예 8의 촬상 장치(310)는, 본 개시의 제3의 양태 또는 제4의 양태에 관한 촬상 장치에 준하여 설명하면,
(A) 상술한 실시예 8의 적외선 변환 소자(321)가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부(320),
(B) 적외선 변환 소자 어레이부(120)에 참조광(31)을 조사하는 광원(30) 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부(320)의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된, 구체적으로는, 적외선 변환 소자 어레이부(320)와 이간하여 배치된 촬상 소자 어레이부(40)를 구비하고 있다.
실시예 8의 적외선 변환 소자(321)는, 기체(122)를 생략한 점 및 유전체막(325)의 제2면(325의 B)에 복수의 금속 미립자(324)를 형성한 점을 제외하고, 실질적으로, 실시예 1 내지 실시예 6의 적외선 변환 소자(121)와 같은 구성, 구조로 할 수 있고, 실시예 8의 촬상 장치도, 적외선 변환 소자의 구성, 구조가 약간 다른 점을 제외하고, 실시예 1 내지 실시예 6의 촬상 장치와 같은 구성, 구조로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 적외선 변환 소자 어레이부(320)는, 열에 의한 외란을 배제하기 위해 진공 밀봉 패키지화되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 기체(122) 없이도, 분리 영역(326)을 열전도성이 작은 고체 재료로 구성하여 유전체막(325)과 일체화하면, 실시예 8의 적외선 변환 소자(321)를 제조하는 것이 가능하다.
이상, 본 개시를 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였지만, 본 개시는 이들의 실시예로 한정하는 것이 아니다. 실시예에서, 참조광은, 적외선 변환 소자 어레이부를 일괄하여, 연속하여 조사(조명)하고 있다고 하여 설명을 행하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니고, 펄스형상의 참조광에 의해 적외선 변환 소자 어레이부를 조사(조명)하여도 좋고, 또는 또한, 광원을 반도체 레이저 소자로 구성하고, 빔형상의 참조광을 주사함으로써 적외선 변환 소자 어레이부를 조사(조명)하여도 좋고, 이에 의해, 산란광 강도를 순차적으로, 판독하여도 좋다. 실시예 1 내지 실시예 8에서의 적외선 변환 소자 어레이부를, 열에 의한 외란을 배제하기 위해, 진공 밀봉 패키지화하여도 좋고, 적외선 변환 소자 어레이부, 촬상 소자, 참조광원까지 포함하여, 진공 밀봉 패키지화하여도 좋다.
촬상 장치의 전원 투입시, 참조광을 적외선 변환 소자 어레이부(120, 220, 320)에 조사하여 얻어진 촬상 소자 어레이부(40)에 의한 화상이 광학적 백화상이 되도록, 캘리브레이션을 행하여도 좋다.
또한, 종래의 가시광에 의거하여 화상을 촬상하는 적색 촬상 소자, 녹색 촬상 소자 및 청색 촬상 소자와, 적외선 변환 소자를, 예를 들면, 베이야 배치로 함으로써, 컬러 화상과 열화상을 촬상하는 구성으로 할 수도 있다. 또는 또한, 종래의 가시광에 의거하여 화상을 촬상하는 적색 촬상 소자, 녹색 촬상 소자 및 청색 촬상 소자의 2차원 배열중에, 적절히 일종의 솎아냄 상태로, 적외선 변환 소자를 배치함으로써, 컬러 화상과 열화상을 촬상한 구성으로 할 수도 있다. 또한, 통상의 촬상 장치의 온 칩 마이크로 렌즈의 상방에, 적외선 변환 소자 어레이부를 배치하여도 좋고, 이 경우에는, 적외선 변환 소자 어레이부에서의 적외선 변환 소자를, 일종의, 솎아냄 상태로 하고, 통상의 촬상 장치의 화소수의 예를 들면 10%의 화소수로부터 적외선 변환 소자 어레이부를 구성하면 좋고, 참조광은, 도 2에 도시한 바와 같이 상방에서 조사하면 좋다. 또한, 예를 들면, 마이크로 LED를 광원으로서 이용하여, 핀 포인트로 적외선 변환 소자에 참조광을 조사하여도 좋다.
실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 변형예의 부분적인 개념도를 도 20의 A 및 도 20의 B에 도시하는 바와 같이, 기체(122)를 메시 재료로 구성할 수도 있고, 도 21의 A에 도시하는 바와 같이, 기체(122)를 와이어 재료로 구성할 수도 있다. 또한, 메시 재료나 와이어 재료는, 도시하지 않은 영역에서, 유지부로 유지되어 있다. 이들의 경우, 메시 재료 또는 와이어 재료의 두께 및 간격은, 적외선 변환 소자의 크기 및 분리 영역의 폭에 맞추어서 적절히 설계하면 좋다.
메시 재료 또는 와이어 재료와 금속 미립자층의 접촉면적은, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 메시 재료 또는 와이어 재료는, 강도를 유지할 수 있다면, 광학적으로는 어떤 재료를 통할 수도 있지만, 메시 재료 또는 와이어 재료의 두께는 될수있는 한 얇은 것이 바람직하다. 또한, 금속 미립자층은 기체상에 형성되어 있지만, 도 21의 B에 실시예 1의 촬상 장치에서의 적외선 변환 소자의 다른 변형예의 부분적인 개념도를 도시하는 바와 같이, 금속 미립자층이 기체의 상방에 형성되어 있는 구성도 포함된다. 구체적으로는, 금속 미립자층은, 유지 부재(129)에 의해 기체의 상방에 유지되어 있다. 이와 같은 구조는, MEMS의 제조 기술에 의거하여 제조할 수 있다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
[1] ≪적외선 변환 소자 : 제1의 양태≫
기체 및 기체에 형성된 금속 미립자층으로 구성되어 있고, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자.
[2] ≪적외선 변환 소자 : 제2의 양태≫
금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자.
[3] ≪적외선 변환 소자 : 제3의 양태≫
유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자.
[4] ≪적외선 변환 소자 : 제4의 양태≫
적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자.
[5] 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명에 의거하여, 산란광이 생기는 [1] 내지 [3]의 어느 한 항에 기재된 적외선 변환 소자.
[6] 적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화하는 [5]에 기재된 적외선 변환 소자.
[7] 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써, 산란광의 광 강도가 저하되는 [6]에 기재된 적외선 변환 소자.
[8] 참조광은 가시광이고, 산란광의 진동수는 참조광의 진동수와 동등한 [5] 내지 [7]의 어느 한 항에 기재된 적외선 변환 소자.
[9] 참조광의 파장은 가변인 [8]에 기재된 적외선 변환 소자.
[10] 금속 미립자는 규칙적으로 배열되어 있는 [1] 내지 [9]의 어느 한 항에 기재된 적외선 변환 소자.
[11] ≪촬상 장치 : 제1의 양태≫
(A) 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자로서, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치.
[12] ≪촬상 장치 : 제2의 양태≫
(A) 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치.
[13] ≪촬상 장치 : 제3의 양태≫
(A) 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치.
[14] ≪촬상 장치 : 제4의 양태≫
(A) 적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치.
[15] 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명에 의거하여 산란광이 생기는 [11] 내지 [13]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[16] 적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화하는 [15]에 기재된 촬상 장치.
[17] 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써, 산란광의 광 강도가 저하되는 [15] 또는 [16]에 기재된 촬상 장치.
[18] 참조광은 가시광이고, 산란광의 진동수는 참조광의 진동수와 같은 [11] 내지 [17]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[19] 참조광의 파장은 가변인 [18]에 기재된 촬상 장치.
[20] 광원과 금속 미립자층 사이에, 참조광의 파장을 선택하는 파장 선택 수단이 배치되어 있는 [11] 내지 [19]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[21] 금속 미립자는 규칙적으로 배열되어 있는 [11] 내지 [20]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[22] 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 차광 기구를 구비하고 있는 [11] 내지 [21]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[23] 차광 기구는, 유전체 재료에의 적외선의 입사를 제어하는 셔터 기구로 이루어지는 [22]에 기재된 촬상 장치.
[24] 적외선 변환 소자 어레이부는, 적외선 검출 영역 및 산란광의 광 강도 검출 교정을 위한 교정 영역을 구비하고 있는 [11] 내지 [23]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[25] 교정 영역에는, 적외선의 입사를 방해하는 차광막이 형성되어 있고,
적외선 검출 영역과 교정 영역의 경계 영역에는, 차광 부재가 배치되어 있는 [24]에 기재된 촬상 장치.
[26] 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 산란광을 금속 미립자층측에 반사하는 반사 부재가 마련되어 있는 [11] 내지 [25]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[27] 각 적외선 변환 소자의 적외선 입사측에는, 마이크로 렌즈가 마련되어 있는 [11] 내지 [26]의 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
[28] ≪촬상 방법 : 제1의 양태≫
(A) 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자로서, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 촬상 방법.
[29] ≪촬상 방법 : 제2의 양태≫
(A) 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 촬상 방법.
[30] ≪촬상 방법 : 제3의 양태≫
(A) 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 촬상 방법.
[31] ≪촬상 방법 : 제4의 양태≫
(A) 적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 수광 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 수광 재료에의 참조광의 조사에 의해 생긴 수광 재료에서의 국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 촬상 방법.
110, 210, 310 : 촬상 장치
120, 220, 320 : 적외선 변환 소자 어레이부
120의 A : 적외선 검출 영역
120의 B : 교정 영역
121, 1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216, 1217, 1218, 1219, 221, 321 : 적외선 변환 소자
122 : 기체
122A : 기체의 제1면
122B : 기체의 제2면
123 : 금속 미립자층
124, 224, 324 : 금속 미립자
125, 225, 325 : 유전체 재료(수광 재료)
325 : 유전체막
325의 A : 유전체막의 제1면
325의 B : 유전체막의 제2면
126, 226, 326 : 분리 영역
127의 A, 127의 B, 127C, 127D : 차광막
128A, 128B, 128C, 128D : 차광 부재
129 : 유지 부재
30 : 광원
31 : 참조광
32 : 산란광
40 : 촬상 소자 어레이부
41 : 촬상 소자
51 : 마이크로 렌즈
52 : 반사 부재
53 : 기재
54 : 광반사막
61 : 셔터 기구
62 : 제2 셔터 기구
120, 220, 320 : 적외선 변환 소자 어레이부
120의 A : 적외선 검출 영역
120의 B : 교정 영역
121, 1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216, 1217, 1218, 1219, 221, 321 : 적외선 변환 소자
122 : 기체
122A : 기체의 제1면
122B : 기체의 제2면
123 : 금속 미립자층
124, 224, 324 : 금속 미립자
125, 225, 325 : 유전체 재료(수광 재료)
325 : 유전체막
325의 A : 유전체막의 제1면
325의 B : 유전체막의 제2면
126, 226, 326 : 분리 영역
127의 A, 127의 B, 127C, 127D : 차광막
128A, 128B, 128C, 128D : 차광 부재
129 : 유지 부재
30 : 광원
31 : 참조광
32 : 산란광
40 : 촬상 소자 어레이부
41 : 촬상 소자
51 : 마이크로 렌즈
52 : 반사 부재
53 : 기재
54 : 광반사막
61 : 셔터 기구
62 : 제2 셔터 기구
Claims (20)
- 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성되어 있고,
금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지며,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지며,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 금속 미립자층으로 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성되어 있으며,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성되어 있고,
금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지며,
적외선의 흡수에 의한 상기 유전체 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명에 의거하여, 산란광이 생기는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 5항에 있어서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화하는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 6항에 있어서,
국소 플라즈몬 공명 상태가 변화함으로써, 산란광의 광 강도가 저하되는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 5항에 있어서,
참조광은 가시광이고, 산란광의 진동수는 참조광의 진동수와 동등한 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 8항에 있어서,
참조광의 파장은 가변인 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 미립자는 규칙적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 변환 소자. - (A) 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자로서, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - (A) 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - (A) 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및
제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비하고,
상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태를 얻는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성되어 있고,
금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지며,
(A) 적외선의 흡수에 의한 상기 유전체 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명에 의거하여 산란광이 생기는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제 15항에 있어서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에서의 플라즈몬 공명 상태가 변화하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - (A) 기체 및 기체상에 형성된 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자로서, 금속 미립자층은, 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서 상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태로서, 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법. - (A) 금속 미립자 및 금속 미립자와 금속 미립자 사이를 메우고, 입사한 적외선을 흡수하는 유전체 재료로 이루어지는 금속 미립자층으로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서 상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태로서, 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법. - (A) 유전체 재료로 이루어지고, 제1면으로부터 입사한 적외선을 흡수하는 유전체막 및 제1면과 대향하는 유전체막의 제2면에 배치된 복수의 금속 미립자로 구성된 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 유전체 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 금속 미립자에의 참조광의 조사에 의해 생긴 금속 미립자에서 상기 금속 미립자의 유전율을 εm, 상기 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태로서,산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법. - (A) 적외선의 흡수에 의한 수광 재료의 유전율 변화를, 국소 플라즈몬 공명에 의거한 산란광 강도 변화로서 검출함으로써, 적외선을 가시광으로 변환하여 검출하는 적외선 변환 소자가, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 적외선 변환 소자 어레이부,
(B) 적외선 변환 소자 어레이부에 참조광을 조사하는 광원 및
(C) 적외선 변환 소자 어레이부의 적외선 입사측과는 반대측에 배치된 촬상 소자 어레이부를 구비한 촬상 장치를 이용한 촬상 방법으로서,
적외선의 흡수에 의해 수광 재료의 유전율이 변화하는 것에 기인하여, 수광 재료에의 참조광의 조사에 의해 생긴 수광 재료에서 금속 미립자의 유전율을 εm, 유전체 재료의 유전율을 εd로 하였을 때,
εm+2εd=0
을 만족하는 상태로서, 산란광에 생기는 광 강도 저하를 촬상 소자 어레이부에서 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
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