WO2014148140A1 - 検出用構造体 - Google Patents

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WO2014148140A1
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detection
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unit
main surface
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誠治 神波
近藤　孝志
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株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N21/774—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure
    • G01N21/7743—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure the reagent-coated grating coupling light in or out of the waveguide
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation

Definitions

  • the present invention relates to a detection structure having a structure that resonates when irradiated with an electromagnetic wave, and more particularly to a detection structure whose resonance characteristics change depending on whether or not a measured object is held.
  • Patent Literature 1 discloses a void arrangement structure used for such a detection method.
  • a gap arrangement structure sheet in which gaps are periodically arranged is used. Since this space
  • An object of the present invention is to provide an inexpensive detection structure that can increase the strength, is easy to manufacture, and is inexpensive.
  • the detection structure according to the present invention is a detection structure used in a method for detecting a measurement object by detecting a change in resonance characteristics depending on whether or not the measurement object is held when an electromagnetic wave is irradiated.
  • the detection structure according to the present invention includes a plate-like base portion having first and second main surfaces opposed in the thickness direction, and a periodic structure provided on the first main surface of the base portion. A part.
  • the periodic structure portion has a unit structure that is periodically arranged in the surface direction of the first main surface of the base portion.
  • the unit structure has a thickness direction surface extending in the thickness direction or in a direction intersecting with the thickness direction in an oblique direction.
  • the periodic structure part and the base part may be integrally formed of the same material.
  • the periodic structure part and the base part may be constituted by different members.
  • a plurality of the thickness direction surfaces are provided in the unit structure of the periodic structure, and the plurality of surfaces are combined to form the base portion.
  • One opening is formed on the opposite side, and the bottom exposed in the opening is formed by the first main surface.
  • a plurality of the thickness direction surfaces are provided, and the plurality of surfaces are opposite to the base portion.
  • the unit structures are gathered at the end portions on the side, and have a shape protruding from the first main surface.
  • the shape having the opening and the bottom in the unit structure is a recess that is open toward a surface opposite to the base.
  • the concave portion has a truncated pyramid shape.
  • the unit structure has a rectangular parallelepiped shape.
  • the base portion is made of a conductor.
  • the strength of the detection structure can be sufficiently increased.
  • the manufacturing process is not complicated, the cost of the detection structure can be reduced.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a perspective view of a structure for detection according to a first embodiment of the present invention and a side sectional view showing the main part thereof.
  • FIG. 2 is a diagram seen from the outer surface of the unit structure of the periodic structure portion of the structure for detection according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the reflected wave when the detection structure according to the first embodiment of the present invention is irradiated with electromagnetic waves.
  • FIG. 4 is a perspective view of a detection structure according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are a view and a side view, as seen from the first main surface side, of the unit structure of the periodic structure portion in the detection structure according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a reflection spectrum of an electromagnetic wave when the detection structure according to the second embodiment is used.
  • FIG. 7 is a perspective view of the detection structure according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the detection structure according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view of a detection structure according to the fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of a detection structure according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a modification of the detection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a modification of the detection structure according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing another modification of the structure for detection according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing another modification of the detection structure according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view showing still another modified example of the detection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing still another modification of the detection structure according to the third
  • FIG. 1A is a perspective view showing an appearance of a detection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • the entire detection structure 1 has a plate shape.
  • the detection structure 1 has a rectangular plate shape, but may have an arbitrary shape such as a disk shape.
  • the detection structure 1 is made of Ni. But the material which comprises the structure 1 for a detection is not specifically limited, It can form with stainless steel, the metal which plated Au, etc.
  • the detection structure 1 has a base portion 1A and a periodic structure portion 1B.
  • the base portion 1A and the periodic structure portion 1B are integrally formed.
  • the base portion 1A has a flat plate shape and includes first and second main surfaces 1a and 1b that face each other in the thickness direction.
  • the recesses 2 that open toward the outside are periodically arranged in the surface direction of the first main surface 1a.
  • the unit structures having the recesses 2 are arranged in a matrix in the surface direction of the first main surface 1a of the base portion 1A.
  • the periodic arrangement structure is not limited to such a matrix.
  • “periodically arranged” does not require all unit structures to be arranged periodically. For example, in a structure in which a large number of unit structures are arranged in a matrix as shown in FIG. 1A, one or several unit structures may be missing. That is, the unit structure may be periodically arranged as a whole.
  • FIG. 1B is a side sectional view of the unit structure having the recess 2.
  • FIG. 2 is a front view of the unit structure as viewed from the outer surface 1c.
  • the direction connecting the first main surface 1a and the second main surface 1b of the base portion 1A is hereinafter referred to as a thickness direction.
  • the recess 2 extends in the thickness direction. That is, as shown in FIG. 1B, the recess 2 is open to the outer surface 1c.
  • the recess 2 is surrounded by four thickness direction surfaces 3 to 6.
  • the thickness direction surfaces 3 to 6 are surfaces extending in a direction intersecting with the thickness direction obliquely.
  • a thickness direction surface shall mean the surface which extends in the direction which cross
  • the four thickness direction surfaces 3 to 6 constitute the inner surface of the recess 2.
  • the end portions of the thickness direction surfaces 3 to 6 on the first main surface 1a side do not reach the first main surface 1a.
  • the end portions on the first main surface 1a side of the thickness direction surfaces 3 to 6 are located closer to the outer surface 1c side than the first main surface 1a.
  • the end portion on the first main surface 1a side of the thickness direction surfaces 3 to 6 is combined to form the bottom portion 7 by a part of the first main surface 1a. When viewed from the outer surface 1 c side, the bottom 7 is exposed to the opening of the recess 2.
  • the bottom 7 is constituted by a part of the first main surface 1a.
  • the recess 2 has a quadrangular pyramid shape. Accordingly, the first main surface 1a constituting the bottom portion 7 is parallel to the outer surface 1c.
  • the concave portion 2 is configured such that the thickness direction surfaces 3 to 6 approach from the side opening to the outer surface 1 c toward the bottom portion 7.
  • the recessed part 2 has the shape of a square frustum as mentioned above, you may have other polygonal frustum shapes, such as a hexagonal frustum.
  • the unit structures having the recesses 2 are periodically arranged in the surface direction of the first main surface 1a.
  • This portion constitutes the periodic structure portion 1B in the present invention.
  • the portion between the bottom 7 and the second main surface 1b constitutes the flat base portion 1A of the present embodiment.
  • the unit structure having the recess 2 in other words, having the plurality of thickness direction surfaces 3 to 6 is periodically arranged, so that the electromagnetic wave is irradiated from the outer surface 1 c side.
  • resonance occurs in each unit structure having the recess 2. Due to this resonance phenomenon, the frequency spectrum of the electromagnetic wave scattered by the detection structure 1 changes.
  • the scattered electromagnetic wave includes an electromagnetic wave reflected by the detection structure 1, that is, a back-scattered electromagnetic wave and an electromagnetic wave transmitted through the detection structure 1, that is, a forward-scattered electromagnetic wave.
  • the frequency characteristics of the scattered electromagnetic wave change depending on whether the object to be measured is held on the outer surface 1c side of the detection structure 1 or not.
  • the object to be measured can be measured by the change in the frequency spectrum of the scattered electromagnetic wave.
  • FIG. 3 shows the frequency characteristics of the reflected electromagnetic wave when the detection structure 1 is irradiated with an electromagnetic wave of 10 to 60 THz.
  • the depth H of the recess 2 in the unit structure is 6 ⁇ m
  • the size of the opening in the outer surface 1c of the recess 2 is 7 ⁇ m ⁇ 7 ⁇ m.
  • the object to be measured may be detected using a peak waveform or a change in the intensity of electromagnetic waves at other frequency positions instead of the dip waveform.
  • the detection structure 1 when the forward scattering, that is, the change in the frequency spectrum of the transmitted electromagnetic wave is used, the detection structure 1 must be made of a material that transmits the irradiated electromagnetic wave. Examples of such a material include resin, glass, and ceramics.
  • the unit structures having the recesses 2 are periodically arranged as described above, and thus the object to be measured can be detected.
  • unit structures in which the recesses 2 are formed by the plurality of thickness direction surfaces 3 to 6 are periodically arranged.
  • the periodic structure portion 1B is integrated with the base portion 1A. Therefore, the mechanical strength is sufficiently high.
  • the detection structure 1 can be easily formed by, for example, a thin film formation method on a stage (not shown).
  • the material constituting the detection structure 1 is formed by a thin film forming method.
  • the film is first formed up to the portion where the bottom 7 is located.
  • a resist is applied to the portion where the recess 2 is formed.
  • the application of the resist can be performed by a photolithography method.
  • the material constituting the detection structure is formed again, and the film formation is continued up to the position of the first main surface 1a.
  • the resist is removed with a solvent.
  • the detection structure constituent material is deposited so as to have the entire thickness of the detection structure 1. Thereafter, the recess 2 may be formed by etching.
  • the detection structure 1 can be formed using a known thin film forming method. Therefore, it is difficult to invite the complexity of the manufacturing process. In addition, the cost of the detection structure 1 can be reduced.
  • FIG. 4 is a perspective view of the detection structure 11 according to the second embodiment.
  • the detection structure 11 has a flat base member 12 as a base portion.
  • a large number of quadrangular pyramid-shaped unit structures 13 are formed on the flat base member 12.
  • the lower surface of the base member 12 is the second main surface 12b, and the upper surface is the first main surface 12a.
  • the periodic structure part in this invention is comprised by the some unit structure 13 of square pyramid shape. Accordingly, in the periodic structure portion, the unit structure 13 has thickness direction surfaces 14 to 17 when the direction connecting the first main surface 12a and the second main surface 12b is the thickness direction.
  • the thickness direction surfaces 14 to 17 correspond to the side surfaces of the quadrangular pyramid.
  • the unit structures 13 having the thickness direction surfaces 14 to 17 are periodically arranged in the surface direction of the first main surface 12a. Therefore, similarly to the first embodiment, when the electromagnetic wave is irradiated, the frequency characteristic of the scattered electromagnetic wave changes depending on whether the object to be measured is held. Therefore, the device under test can be detected as in the first embodiment.
  • the mechanical strength can be sufficiently increased.
  • the detection structure 11 of the present embodiment after forming the base member 12, the detection structure 11 can be easily formed by forming the quadrangular pyramid portions constituting each unit structure 13. Obtainable.
  • the detection structure 11 may be formed by joining the unit structure 13 to the first main surface 12 a of the base member 12 after the base member 12 is formed. Therefore, the detection structure 11 can be provided at a low cost without incurring the complexity of the manufacturing process.
  • FIG. 6 shows the frequency characteristics of the reflected electromagnetic wave when the detection structure 11 of this embodiment is used and an electromagnetic wave of 10 THz to 60 THz is irradiated.
  • the frequency characteristic of FIG. 6 is a result at the time of comprising the unit structure 13 with the following dimensions.
  • the electric field strength is high in the portion from the apex of the quadrangular pyramid shape to the middle position of the side surface of the quadrangular pyramid shape that is the thickness direction surface in the outer portion of the quadrangular pyramid shape.
  • the unit structure is configured to have the truncated pyramid-shaped recess 2 and the truncated pyramid-shaped protrusion, respectively.
  • the shape of the unit structure in the detection structure of the present invention is not limited to these.
  • the detection structures of the third to sixth embodiments shown in FIGS. 7 to 10 show examples in which the shapes of such unit structures are different.
  • the unit structure of the periodic structure part has a rectangular parallelepiped protrusion 32. That is, the rectangular parallelepiped protrusion 32 has first to fourth side surfaces 33 to 36 along the thickness direction.
  • Other structures are the same as those of the detection structure 11 of the second embodiment. That is, also in the present embodiment, a plurality of unit structures having the protruding portions 32 are arranged in a matrix on the base member 12.
  • a plurality of strip-shaped protrusions 42 are arranged in parallel to each other, thereby forming a periodic structure part.
  • the side surfaces 43 to 46 are thickness direction surfaces.
  • the protrusion part which comprises the unit structure may have the elongate strip-like planar shape.
  • the plurality of unit structures may be arranged in parallel to each other in this way.
  • the periodic structure 52 is laminated on the base member 12.
  • the periodic structure body 52 has a rectangular plate shape.
  • the through-hole 52a which has a rectangular opening part is arrange
  • the four side surfaces of the through hole 52a constitute first to fourth thickness direction surfaces 53 to 56.
  • the unit structures having the plurality of thickness direction surfaces are periodically arranged. Therefore, when the electromagnetic wave is irradiated, the object to be measured can be detected by the change in the frequency characteristics of the scattered electromagnetic wave depending on the presence or absence of the object to be measured.
  • the periodic structure part in which the through holes 52a are arranged in a matrix can be easily formed on the base member 12 by a photolithography method or the like. Therefore, it is possible to provide a detection structure 51 that is excellent in mechanical strength and inexpensive.
  • the periodic structure portion 62 is laminated on the base member 12.
  • unit structures having through holes 62a are arranged in a matrix.
  • the through-hole 62a has a truncated pyramid shape whose area decreases from the outer surface 61a toward the first main surface 12a of the base member 12.
  • the inner side surfaces 63 to 66 are thickness direction surfaces.
  • the periodic structure body 62 is reinforced by the base member 12. Therefore, the mechanical strength can be sufficiently increased.
  • the detection structure 61 of the present embodiment can be easily manufactured by using a film forming method such as a thin film forming method or an etching method. Therefore, it is difficult to invite the complexity of the manufacturing process. Further, in the detection structure 61, the cost can be reduced.
  • the periodic structure portion in the detection structure according to the present invention is not limited to the structures of the first to sixth embodiments, and can be modified as appropriate.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a modification of the detection structure 1 according to the first embodiment.
  • the recess 2 is not provided in the portion indicated by the arrow A. That is, in the structure in which the plurality of recesses 2 are arranged in a matrix, there may be a portion where the recesses 2 are not provided in part.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a modification of the detection structure 31 according to the third embodiment.
  • the protrusion 32 is not provided in the portion indicated by the arrow B. That is, in the structure in which the plurality of protrusions 32 are arranged in a matrix, the protrusions may be missing in some parts.
  • some unit structures may be missing from the unit structures arranged periodically.
  • FIG. 13 is a perspective view showing another modification of the detection structure 1 according to the first embodiment.
  • three adjacent recesses 2 are connected in the portion indicated by arrow C.
  • the recesses 2 may be connected in some portions.
  • FIG. 14 is a perspective view showing another modification of the structure for detection according to the third embodiment.
  • the some protrusion part 32 is connected.
  • the some protrusion part 32 may be connected in part.
  • some unit structures may be connected in a unit structure periodically arranged.
  • FIG. 15 is a perspective view showing still another modified example of the detection structure 1 according to the first embodiment.
  • adjacent recesses 2 are connected via a connecting recess 2 ⁇ / b> A.
  • the recess 2 may be connected to the adjacent recess 2 via the connecting recess 2A having a width smaller than that of the recess 2.
  • FIG. 16 is a perspective view showing still another modification of the detection structure 31 according to the third embodiment.
  • the protrusion 32 in the portion indicated by the arrow F, is connected to the adjacent protrusion 32 by the protrusion 32 ⁇ / b> A having a narrower width than the protrusion 32.
  • periodically arranged unit structures may be connected by a connecting portion having a shape different from that of the unit structure.
  • the thickness direction surface is a surface along the thickness direction, which is a direction connecting the first main surface and the second main surface. It is not limited to this, and includes a surface that is inclined obliquely with respect to the thickness direction.
  • the unit structure arranged periodically may be a unit structure having the thickness direction surface, and the thickness direction surface may be formed on the inner side surface of the recess, or formed on the outer side surface of the protrusion. Also good.
  • the base portion and the periodic arrangement structure portion may be integrally formed of the same material or may be formed of different members.
  • the types of materials can be reduced, and the manufacturing process can be further simplified.

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Abstract

　強度が高く、製造工程の煩雑さを招き難く、コストを低減し得る検出用構造体を提供する。　電磁波が照射された場合の被測定物の保持の有無による共振特性の変化を検出して被測定物を検出する方法に用いられる検出用構造体であって、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂを有するベース部１Ａと前記ベース部１Ａの第１の主面１ａに設けられている周期的構造体部１Ｂとを備え、周期的構造体部１Ｂは、周期的に配置された単位構造１３を有し、該単位構造１３は、厚み方向または厚み方向に対して斜め方向に交差している方向に延びる厚み方向面３～６を有する、検出用構造体１。

Description

検出用構造体
　本発明は、電磁波の照射により共振する構造を有する検出用構造体に関し、より詳細には、被測定物の保持の有無により共振特性が変化する、検出用構造体に関する。
　従来、テラヘルツ波のような電磁波を空隙配置構造体に照射することにより、被測定物を検出する方法が知られている。下記の特許文献１には、このような検出方法に用いられる空隙配置構造体が開示されている。特許文献１に記載の空隙配置構造体では、空隙が周期的に配置されている空隙配置構造体シートが用いられている。この空隙配置構造体シートが薄いため、空隙配置構造体シートの背面側に空洞を隔てて基板材が連結部材によって接合されている。それによって、厚みの薄い空隙配置構造体シートが補強されている。
ＷＯ２０１２／１３２１１１
　特許文献１に記載の空隙配置構造体では、連結部材を用いて基板材を空隙配置構造体シートに接合しなければならなかった。そのため、製造工程が煩雑であった。またコストが高くつくという問題があった。さらに、上記空洞を隔てて基板材が薄い空隙配置構造体シートに連結されている構造であるため、補強効果も充分でなかった。
　本発明の目的は、強度を高くすることができ、かつ製造が容易であり、安価な検出用構造体を提供することにある。
　本発明に係る検出用構造体は、電磁波が照射された場合の被測定物の保持の有無による共振特性の変化を検出して被測定物を検出する方法に用いられる検出用構造体である。
　本発明に係る検出用構造体は、厚み方向に対向する第１及び第２の主面を有する板状のベース部と、前記ベース部の第１の主面に設けられている周期的構造体部とを備える。
　周期的構造体部は、前記ベース部の第１の主面の面方向において周期的に配置されている単位構造を有する。該単位構造は、前記厚み方向または該厚み方向に対して斜め方向に交差する方向に延びる厚み方向面を有する。
　本発明に係る検出用構造体では、前記周期的構造体部と、前記ベース部とが同じ材料により一体的に構成されていてもよい。
　また、本発明に係る検出用構造体では、周期的構造体部とベース部とは、別部材により構成されていてもよい。
　本発明に係る検出用構造体の他の特定の局面では、前記厚み方向面が、前記周期的構造体の単位構造において複数設けられており、該複数の面が組み合わさって前記ベース部とは反対側に開いている１つの開口を形成しており、該開口に露出している底部が前記第１の主面により構成されている。
　本発明に係る検出用構造体のさらに別の特定の局面では、前記周期的構造体の単位構造において、前記厚み方向面が複数設けられており、該複数の面が、前記ベース部とは反対側の端部において集合されており、該単位構造が、前記第１の主面から突出している形状を有する。
　本発明に係る検出用構造体のさらに他の特定の局面では、前記単位構造における前記開口と前記底部とを有する形状が、前記ベース部とは反対側の面に向かって開いた凹部であり、該凹部が角錐台状である。
　本発明に係る検出用構造体のさらに別の特定の局面では、前記単位構造が、直方体状である。
　本発明に係る検出用構造体では、好ましくは、上記ベース部が導体からなる。
　本発明に係る検出用構造体によれば、検出用構造体の強度を充分に高めることができる。しかも、製造工程が煩雑にはならないため、検出用構造体のコストを低減することができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る検出用構造体の斜視図及びその要部を示す側面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る検出用構造体の周期的構造体部の単位構造の外表面からみた図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る検出用構造体における電磁波を照射した際の反射波の周波数特性を示す図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る検出用構造体の斜視図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る検出用構造体における周期的構造体部の単位構造の第１の主面側からみた図及び側面図である。 図６は、第２の実施形態に係る検出用構造体を用いた場合の電磁波の反射スペクトルを示す図である。 図７は、第３の実施形態に係る検出用構造体の斜視図である。 図８は、第４の実施形態に係る検出用構造体の斜視図である。 図９は、第５の実施形態に係る検出用構造体の斜視図である。 図１０は、第６の実施形態に係る検出用構造体の斜視図である。 図１１は、第１の実施形態に係る検出用構造体の変形例を示す斜視図である。 図１２は、第３の実施形態に係る検出用構造体の変形例を示す斜視図である。 図１３は、第１の実施形態に係る検出用構造体の他の変形例を示す斜視図である。 図１４は、第３の実施形態に係る検出用構造体の他の変形例を示す斜視図である。 図１５は、第１の実施形態に係る検出用構造体のさらに他の変形例を示す斜視図である。 図１６は、第３の実施形態に係る検出用構造体のさらに他の変形例を示す斜視図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る検出用構造体の外観を示す斜視図である。
　検出用構造体１は、全体が板状の形状を有する。なお、図１（ａ）では、検出用構造体１は、矩形板状の形状を有するが、円板状等の任意の形状とすることができる。
　検出用構造体１は、本実施形態では、Ｎｉからなる。もっとも、検出用構造体１を構成する材料は特に限定されず、ステンレス、Ａｕめっきした金属などにより形成することができる。
　検出用構造体１は、ベース部１Ａと、周期的構造体部１Ｂとを有する。本実施形態では、ベース部１Ａと周期的構造体部１Ｂは一体に構成されている。ベース部１Ａは、平板状の形状を有し、厚み方向に対向する第１及び第２の主面１ａ，１ｂを有する。
　外表面１ｃにおいては、外側に向かって開いた凹部２が、第１の主面１ａの面方向において周期的に配置されている。本実施形態では、この凹部２を有する単位構造が、ベース部１Ａの第１の主面１ａの面方向においてマトリクス状に配列されている。もっとも、周期的配置構造は、このようなマトリクス状のものに限定されるものではない。また、本発明において、「周期的に配置されている」とは、全ての単位構造が周期的に配列されている必要はない。例えば図１（ａ）のようにマトリクス状に多数の単位構造が配置されている構造において、１個あるいは数個の単位構造が欠落していてもよい。すなわち、全体として周期的に単位構造が配置されておればよい。
　凹部２を有する単位構造の詳細を、図１（ｂ）及び図２を参照して説明する。図１（ｂ）は、上記凹部２を有する単位構造の側面断面図である。また、図２は、上記単位構造の外表面１ｃからみた正面図である。ベース部１Ａの第１の主面１ａと第２の主面１ｂとを結ぶ方向を以下、厚み方向とする。凹部２は、厚み方向に延びている。すなわち、図１（ｂ）に示すように、凹部２は外表面１ｃに開口している。他方、凹部２は４つの厚み方向面３～６により囲まれている。厚み方向面３～６とは、上記厚み方向と斜め方向に交差する方向に延びる面をいう。すなわち、本発明において、厚み方向面とは、上記厚み方向に沿う面または厚み方向と斜め方向に交差する方向に延びる面をいうものとする。本実施形態では、４つの厚み方向面３～６は、凹部２の内側面を構成している。
　また、厚み方向面３～６の第１の主面１ａ側の端部は、第１の主面１ａには至っていない。言い換えれば、厚み方向面３～６の第１の主面１ａ側の端部は、第１の主面１ａよりも外表面１ｃ側に位置している。本実施形態では、上記厚み方向面３～６の第１の主面１ａ側の端部が組み合わさって、第１の主面１ａの一部によって底部７が構成されている。外表面１ｃ側から見たとき、底部７は、凹部２の開口に露出している。
　上記のように、底部７は、第１の主面１ａの一部により構成されている。
　本実施形態では、凹部２は、四角錐台状の形状を有している。従って、底部７を構成している第１の主面１ａは、外表面１ｃと平行とされている。
　四角錐台形状とされているため、凹部２は、外表面１ｃに開口している側から、底部７にいくにつれて、厚み方向面３～６が近づくように構成されている。
　なお、本実施形態では、凹部２は、上記のように、四角錘台の形状を有しているが、六角錘台などの他の多角錘台形状を有していてもよい。
　本実施形態の検出用構造体１では、上記凹部２を有する単位構造が前述したように、第１の主面１ａの面方向において周期的に配置されている。この部分が、本発明における周期的構造体部１Ｂを構成している。他方、上記底部７と第２の主面１ｂとの間の部分が、本実施形態の平板状のベース部１Ａを構成している。
　本実施形態の検出用構造体１では、凹部２を有する、言い換えれば、複数の厚み方向面３～６を有する単位構造が周期的に配置されているため、外表面１ｃ側から電磁波を照射した場合、上記凹部２を有する各単位構造において共振が生じる。この共振現象により、検出用構造体１で散乱された電磁波の周波数スペクトルが変化する。ここで、散乱された電磁波とは、検出用構造体１で反射されたすなわち後方散乱された電磁波及び検出用構造体１を透過した電磁波すなわち前方散乱された電磁波を含む。
　従って、検出用構造体１の外表面１ｃ側に被測定物が保持されている場合と、保持されていない場合とで、上記散乱電磁波の周波数特性が変化する。本実施形態の検出用構造体１によれば、上記散乱電磁波の周波数スペクトルの変化により、被測定物を測定することができる。図３は、上記検出用構造体１に、１０～６０ＴＨｚの電磁波を照射した場合の反射されてきた電磁波の周波数特性を示す。ここでは、単位構造における凹部２の深さＨを６μｍの大きさとし、凹部２の外表面１ｃにおける開口部の寸法を７μｍ×７μｍとした。
　図３から明らかなように、４２．７０３ＴＨｚ、５０．０９７ＴＨｚ及び５５．１５９ＴＨｚに大きなディップ波形が表れていることがわかる。被測定物が存在する場合と存在しない場合とで、このディップ波形における反射されてきた電磁波の強度が大きく変化する。例えば、４２．７０３ＴＨｚの反射電磁波の強度の変化により、被測定物の有無を検出することができる。
　なお、ディップ波形に代えて、ピーク波形や、その他の周波数位置の電磁波の強度の変化を利用して、被測定物を検出してもよい。
　なお、上記前方散乱すなわち透過した電磁波の周波数スペクトルの変化を利用する場合には、検出用構造体１は照射される電磁波を透過する材料からなることが必要である。このような材料としては、例えば、樹脂、ガラス、セラミックスなどを挙げることができる。
　本実施形態の検出用構造体１を用いれば、上記のように、凹部２を有する単位構造が周期的に配列されているため、被測定物を検出することができる。加えて、検出用構造体１では、複数の厚み方向面３～６により凹部２が形成されている単位構造が周期的に配置されている。さらに、該周期的構造体部１Ｂが、ベース部１Ａと一体化されている。従って、機械的強度も充分に高い。
　さらに、製造に際しては、例えば図示しないステージ上において、薄膜形成法などにより、上記検出用構造体１を容易に形成することができる。例えば、ステージ上において、検出用構造体１を構成する材料を薄膜形成法により成膜する。なお成膜に際しては、上記底部７が位置する部分まで先ず成膜を行う。しかる後、上記凹部２が形成される部分にレジストを付与する。このレジストの付与は、フォトリソグラフィー法により行い得る。しかる後、再度、検出用構造体を構成する材料を成膜し、第１の主面１ａの位置まで成膜を続ける。次に、レジストを溶剤により除去する。
　あるいは、検出用構造体１の全厚みとなるように検出用構造体構成材料を成膜する。しかる後、エッチングにより、凹部２を形成してもよい。
　上記のように、検出用構造体１は、周知の薄膜形成法を用いて形成することができる。従って、製造工程の煩雑さを招き難い。また、検出用構造体１のコストを低減することもできる。
　図４は、第２の実施形態に係る検出用構造体１１の斜視図である。検出用構造体１１は、ベース部としての平板状のベース部材１２を有する。この平板状のベース部材１２上に、四角錐状の単位構造１３が多数形成されている。ベース部材１２の下面が第２の主面１２ｂであり、上面が第１の主面１２ａである。本実施形態では、四角錐状の複数の単位構造１３により本発明における周期的構造体部が構成されている。従って、周期的構造体部において、上記第１の主面１２ａと第２の主面１２ｂとを結ぶ方向を厚み方向としたとき、単位構造１３は、厚み方向面１４～１７を有する。この厚み方向面１４～１７は、上記四角錐の側面に相当する。
　本実施形態においては、上記厚み方向面１４～１７を有する単位構造１３が第１の主面１２ａの面方向において、周期的に配置されている。従って、第１の実施形態と同様に、電磁波を照射した場合、被測定物の保持の有無により、散乱された電磁波の周波数特性が変化する。よって、第１の実施形態と同様に被測定物を検出することができる。
　また、本実施形態においても、周期的構造体部がベース部材１２に連ねられているため、機械的強度を充分に高めることができる。
　さらに、本実施形態の検出用構造体１１においては、ベース部材１２を成膜した後に、各単位構造１３を構成している四角錐状部分を形成することにより、検出用構造体１１を容易に得ることができる。また、上記ベース部材１２を形成した後に、単位構造１３をベース部材１２の第１の主面１２ａに接合することにより、検出用構造体１１を形成してもよい。従って、製造工程の煩雑さを招くことなく、安価に検出用構造体１１を提供することができる。
　図６は、本実施形態の検出用構造体１１を用い、１０ＴＨｚ～６０ＴＨｚの電磁波を照射した場合の反射された電磁波の周波数特性を示す。
　なお、図６の周波数特性は、単位構造１３を以下の寸法で構成した場合の結果である。
　単位構造１３の高さＨ＝９μｍ、単位構造１３の幅Ｗ＝７μｍ、四角錐状部分の底部の寸法Ｙ１＝Ｚ１＝５．４μｍ。
　図６から明らかなように、４２．４０２ＴＨｚ付近に、共振によるディップ波形が現れていることがわかる。被測定物が保持されると、この共振現象が変化し、ディップ波形の周波数位置及び強度が変化する。従って、被測定物を測定することができる。
　この構造の場合、電界強度は、上記四角錐形状の外側の部分において、上記四角錐台状の形状の頂点から上記厚み方向面である四角錐形状の側面の中間位置に至る部分で高くなる。
　上記第１及び第２の実施形態では、それぞれ、角錐台状の凹部２や角錐台状の突出部を有するように単位構造が構成されていた。しかしながら、本発明の検出用構造体における単位構造の形状はこれらに限定されるものではない。図７～図１０に示す第３～第６の実施形態の検出用構造体は、このような単位構造の形状が異なる例を示す。
　図７に示す第３の実施形態の検出用構造体３１では、周期的構造体部の単位構造は、直方体状の突出部３２を有する。すなわち、直方体状の突出部３２は、上記厚み方向に沿う第１～第４の側面３３～３６を有する。その他の構造は第２の実施形態の検出用構造体１１と同様である。すなわち、本実施形態においても、ベース部材１２上に、上記突出部３２を有する複数の単位構造がマトリクス状に配置されている。
　図８に示す第４の実施形態の検出用構造体４１では、複数のストリップ状の突出部４２が互いに平行に配置されており、それによって周期的構造体部が構成されている。ここでは、側面４３～４６が厚み方向面である。このように、単位構造を構成している突出部は、細長いストリップ状の平面形状を有していてもよい。そして、複数の単位構造は、このように互いに平行に配置されていてもよい。
　図９に示す第５の実施形態の検出用構造体５１では、ベース部材１２上に、周期的構造体部５２が積層されている。周期的構造体部５２は、矩形板状の形状を有する。そして、矩形の開口部を有する貫通孔５２ａがマトリクス状に配置されている。この場合、貫通孔５２ａの４つの側面が第１～第４の厚み方向面５３～５６を構成している。
　本実施形態においても、上記複数の厚み方向面を有する単位構造が周期的に配置されている。従って、電磁波を照射した場合、被測定物の有無による散乱された電磁波の周波数特性の変化により、被測定物を検出することができる。
　本実施形態においても、ベース部材１２上に、上記貫通孔５２ａがマトリクス状に配置された周期的構造体部をフォトリソグラフィー法などにより容易に形成することができる。従って、機械的強度に優れており、かつ安価な検出用構造体５１を提供することができる。
　図１０に示す第６の実施形態に係る検出用構造体６１では、周期的構造体部６２がベース部材１２に積層されている。周期的構造体部６２では、貫通孔６２ａを有する単位構造がマトリクス状に配置されている。ここでは、貫通孔６２ａは、外表面６１ａから、ベース部材１２の第１の主面１２ａに向かってその面積が小さくなる角錐台の形状とされている。また、内側面６３～６６が厚み方向面である。本実施形態においても、ベース部材１２により周期的構造体部６２が補強されている。従って、機械的強度を充分に高め得る。
　また、本実施形態の検出用構造体６１もまた、薄膜形成法や、エッチング法などの成膜方法を用いて容易に製造することができる。従って、製造工程の煩雑さを招き難い。また、検出用構造体６１では、低コスト化を進めることもできる。
　本発明に係る検出用構造体における周期的構造体部は第１～第６の実施形態の構造に限定されるものではなく、適宜変形することができる。
　例えば、図１１は、第１の実施形態に係る検出用構造体１の変形例を示す斜視図である。本変形例では、矢印Ａで示す部分において、凹部２が設けられていない。すなわち、複数の凹部２がマトリクス状に配置されている構造において、一部に凹部２が設けられていない部分が存在していてもよい。
　図１２は、第３の実施形態に係る検出用構造体３１の変形例を示す斜視図である。図１２では、矢印Ｂで示す部分において、突出部３２が設けられていない。すなわち、複数の突出部３２がマトリクス状に配置されている構造において、一部の部分において突出部が欠損していてもよい。
　図１１及び図１２に示した各変形例から明らかなように、本発明においては、周期的に配置されている単位構造のうち一部の単位構造が欠落していてもよい。
　図１３は、第１の実施形態に係る検出用構造体１の他の変形例を示す斜視図である。図１３では、矢印Ｃで示す部分において、隣接する３つの凹部２がつながっている。このように、複数の凹部２がマトリクス状に配置されている構造において、一部の部分において、凹部２がつながっていてもよい。
　図１４は、第３の実施形態に係る検出用構造体の他の変形例を示す斜視図である。ここでは、矢印Ｄで示す部分において、複数の突出部３２がつながっている。このように、複数の突出部３２が一部でつながっていてもよい。
　図１３及び図１４に示す各変形例から明らかなように、本発明においては、周期的に配置された単位構造において、一部の複数の単位構造がつながっていてもよい。
　図１５は、第１の実施形態に係る検出用構造体１のさらに他の変形例を示す斜視図である。図１５の矢印Ｅで示す部分において、隣り合う凹部２が、連結凹部２Ａを介して連なっている。このように、凹部２が、隣の凹部２と、凹部２よりも幅の狭い連結凹部２Ａを介してつながっていてもよい。
　図１６は、第３の実施形態に係る検出用構造体３１のさらに他の変形例を示す斜視図である。図１６では、矢印Ｆで示す部分において、突出部３２が隣の突出部３２と、突出部３２よりも幅の狭い突出部３２Ａによりつながっている。
　図１５及び図１６に示したように、本発明においては、周期的に配置されている単位構造同士が、該単位構造と異なる形状の連結部分により連結されていてもよい。
　図１及び図７に示した検出用構造体１，３１の変形例を図１１～図１６に示したが、他の実施形態の検出用構造体について同様に変形することができる。
　上述した第１～第６の実施形態から明らかなように、本発明においては、上記厚み方向面としては、第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向である厚み方向に沿う面に限らず、厚み方向に対して斜め方向に傾斜している面をも広く含むものとする。さらに、上記周期的に配置される単位構造は、上記厚み方向面を有する単位構造であればよく、厚み方向面は凹部の内側面で形成されてもよく、突出部の外側面で形成されてもよい。
　さらに、上述したように、ベース部と周期的配置構造体部とは一体に同じ材料で構成されてもよく、別部材で構成されてもよい。同じ材料で一体に構成されている場合には、材料の種類を少なくすることができ、かつ製造工程のより一層の簡略化を果たすことができる。
１…検出用構造体
１Ａ…ベース部
１Ｂ…周期的構造体部
１ａ，１ｂ…第１，第２の主面
１ｃ…外表面
２…凹部
３～６…厚み方向面
７…底部
１１…検出用構造体
１２…ベース部材
１２ａ，１２ｂ…第１，第２の主面
１３…単位構造
１４～１７…厚み方向面
３１…検出用構造体
３２…突出部
３３～３６…第１～第４の側面
４１…検出用構造体
４２…突出部
４３～４６…側面
５１…検出用構造体
５２…周期的構造体部
５２ａ…貫通孔
５３～５６…厚み方向面
６１…検出用構造体
６１ａ…外表面
６２…周期的構造体部
６２ａ…貫通孔
６３～６６…内側面

Claims (8)

  1. 　電磁波が照射された場合の被測定物の保持の有無による共振特性の変化を検出して被測定物を検出する方法に用いられる検出用構造体であって、
    　厚み方向に対向する第１及び第２の主面を有する板状のベース部と、前記ベース部の第１の主面に設けられている周期的構造体部とを備え、
    　前記周期的構造体部は、前記ベース部の第１の主面の面方向において周期的に配置されている単位構造を有し、該単位構造は、前記厚み方向または該厚み方向に対して斜め方向に交差する方向に延びる厚み方向面を有する、検出用構造体。
  2. 　前記周期的構造体部と、前記ベース部とが同じ材料により一体的に構成されている、請求項１に記載の検出用構造体。
  3. 　前記周期的構造体部と前記ベース部とが別部材からなる、請求項１に記載の検出用構造体。
  4. 　前記厚み方向面が前記単位構造において複数設けられており、該複数の面が、組み合わさって前記ベース部とは反対側に開いている１つの開口を形成しており、該開口に露出している底部が前記第１の主面により構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の検出用構造体。
  5. 　前記単位構造において、前記厚み方向面が複数設けられており、該複数の面が、前記ベース部とは反対側の端部において集合されており、該単位構造が、前記第１の主面から突出している形状を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の検出用構造体。
  6. 　前記単位構造における前記開口と前記底部とを有する形状が、前記ベース部とは反対側の面に向かって開いた凹部であり、該凹部が角錐台状である、請求項４に記載の検出用構造体。
  7. 　前記単位構造が、直方体状である、請求項５に記載の検出用構造体。
  8. 　前記ベース部が導体からなる、請求項１～７のいずれか１項に記載の検出用構造体。
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