WO2019013018A1 - 電磁波検出装置 - Google Patents

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WO2019013018A1
WO2019013018A1 PCT/JP2018/024825 JP2018024825W WO2019013018A1 WO 2019013018 A1 WO2019013018 A1 WO 2019013018A1 JP 2018024825 W JP2018024825 W JP 2018024825W WO 2019013018 A1 WO2019013018 A1 WO 2019013018A1
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electromagnetic wave
substrate
detection
detection device
wave detection
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山口　淳
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パイオニア株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic wave detection device.
  • the electromagnetic wave detection device is, for example, a device that targets an electromagnetic wave having a predetermined property (such as wavelength or intensity) as a detection target, and generates an electrical signal according to the presence or absence of the electromagnetic wave to be detected and the property.
  • a predetermined property such as wavelength or intensity
  • Patent Document 1 discloses a detector for detecting an electromagnetic wave (THz wave) in a terahertz frequency band.
  • the electromagnetic wave detection device has a plurality of detection elements arranged in an array. Further, in the electromagnetic wave detection device having a plurality of detection elements, the plurality of detection elements are disposed apart from each other. Also, for example, each of the plurality of detection elements performs a detection operation independently.
  • an area without a detection element is formed between the adjacent detection elements.
  • the electromagnetic wave to be detected enters the detection device from various directions.
  • an electromagnetic wave to be detected is incident on an area between the elements of the plurality of detection elements, it may not be detected by any of the detection elements. Therefore, a case where part of the electromagnetic waves to be detected is not detected and the detection sensitivity as the device is lowered is given as an example.
  • the present invention has been made in view of the above-described point, and one of the problems is to provide an electromagnetic wave detection device having a plurality of detection elements and capable of accurately detecting an electromagnetic wave with high sensitivity.
  • the invention according to claim 1 comprises a substrate having a top surface and a bottom surface opposite to the top surface, a plurality of electromagnetic wave detection elements arranged on the top surface of the substrate spaced apart from each other, and a plurality of bottom surfaces of the substrate And a reflection structure having a non-reflecting area at a position facing the inter-element area of the plurality of electromagnetic wave detection elements in the arrangement direction of the electromagnetic wave detection elements.
  • FIG. 2 is a top view of the electromagnetic wave detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electromagnetic wave detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a top view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a top view of an electromagnetic wave detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 16 is a top view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a third embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a top view of an electromagnetic wave detection device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a top view of an electromagnetic wave detection device according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic top view of an electromagnetic wave detection device (hereinafter sometimes simply referred to as a detection device) 10 according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the detection device 10.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 1, but only a part of it is shown.
  • the detection device 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the detection device 10 includes a substrate 11 and a plurality of detection element arrays (hereinafter referred to as “detection elements”) which are formed on the substrate 11 and arranged in a single row and arranged in a row. And 20) which may be simply referred to as an element array.
  • the element array 20 includes seven detection elements 21 arranged at the same pitch (period) P.
  • the substrate 11 is made of a resin material, for example, ebonite. Further, the substrate 11 includes a wire (for example, a wire for driving and a signal processing) electrically connected to each of the detection elements 21. Further, as shown in FIG. 2, the substrate 11 has an upper surface 11A and a lower surface 11B opposite to the upper surface 11A. In the present embodiment, the substrate 11 is a plate-like member having main surfaces parallel to each other, one of the main surfaces being an upper surface 11A, and the other main surface being a lower surface 11B.
  • each of the detection elements 21 is formed on the upper surface 11 A of the substrate 11. That is, in the present embodiment, the upper surface 11A of the substrate 11 functions as a mounting surface (mounting surface) of the element array 20 (each of the detection elements 21).
  • the arrangement direction of each of the detection elements 21 on the substrate 11 is referred to as the x direction.
  • the substrate 11 has a rectangular upper surface shape in which the x direction is the longitudinal direction, and each of the detection elements 21 is arranged along the longitudinal direction of the substrate 11.
  • a direction for example, a short direction
  • a direction perpendicular to both the x direction and the y direction is taken as the z direction.
  • the x direction and the y direction are directions along the upper surface 11A and the lower surface 11B of the substrate 11 (directions parallel to the upper surface 11A and the lower surface 11B).
  • the z direction corresponds to the direction perpendicular to the upper surface 11A and the lower surface 11B of the substrate 11.
  • the detection device 10 is disposed so that the electromagnetic wave to be detected is irradiated to the upper surface 11A of the substrate 11. Therefore, in the present embodiment, the electromagnetic wave has a component in the z direction and is incident from the upper surface 11A of the substrate 11 in the detection device 10.
  • each of the detection elements 21 detects an electromagnetic wave (terahertz wave) of 0.1 to 10 THz, which is a frequency band between a radio wave and infrared light, and detects the presence or absence of the electromagnetic wave to be detected. The intensity is detected.
  • each of the detection elements 21 has a rectangular planar shape.
  • each of the detection elements 21 includes a semiconductor element such as a Schottky barrier diode or a resonant tunneling diode.
  • each of the detection elements 21 has a photoelectric conversion unit (not shown) that generates an electrical signal according to the electromagnetic wave to be detected among the incident electromagnetic waves.
  • each of the detection elements 21 independently performs an electromagnetic wave detection operation.
  • each of the detection elements 21 may be arranged to bend or meander.
  • Each of the detection elements 21 may be arranged separately from one another along a predetermined arrangement direction.
  • the detection device 10 has a reflection structure 30 corresponding to each of the detection elements 21 and formed of a plurality of reflection films 31 for reflecting an electromagnetic wave.
  • the area of the reflective film 31 is hatched in FIG.
  • each of the reflective films 31 is provided on the lower surface 11B of the substrate 11.
  • the reflective film 31 is a film having reflectivity with respect to the terahertz wave, and is made of, for example, a metal film.
  • the substrate 11 is made of a material having transparency (transmittance) to terahertz waves.
  • ebonite which is the material of the substrate 11, has a relatively low refractive index with respect to terahertz waves. Therefore, when ebonite is used for the substrate 11, most of the terahertz wave irradiated on the upper surface 11 A of the substrate 11 is incident on the substrate 11 and passes through the inside of the substrate 11.
  • the interface between the lower surface 11B of the substrate 11 and each of the reflective films 31 functions as a reflective surface of the terahertz wave. Therefore, the electromagnetic wave incident on the reflective film 31 from the side of the upper surface 11A of the substrate 11 is reflected toward the upper surface 11A of the substrate 11.
  • each of the reflective films 31 is disposed along the arrangement direction of the element array 20 (each of the detection elements 21) and apart from each other. In the present embodiment, each of the reflective films 31 is arranged at the same pitch as the pitch P of the detection elements 21.
  • each of the reflective films 31 is a part of the detection element 21 when viewed from the direction perpendicular to the upper surface 11A of the substrate 11 (the mounting surface of each detection element 21). It is arranged to overlap each other.
  • each of the reflective films 31 has a rectangular shape and has a surface area larger than the upper surface of the detection element 21. Further, each of the reflective films 31 is disposed coaxially with each of the detection elements 21.
  • each of the detection elements 21 is arranged at a pitch P on the upper surface 11A of the substrate 11, and has a predetermined element length (first length) L1 in the arrangement direction (x direction) of the detection elements 21.
  • first length first length
  • L1 element length in the arrangement direction (x direction) of the detection elements 21.
  • Each of the reflective films 31 is arranged at a pitch P on the lower surface 11 B of the substrate 11 and has a predetermined film length (second length) L 2 in the arrangement direction of the detection elements 21. Further, the reflection structure 30 has a non-reflection area (inter-film area) R2 which is an area where the reflection film 31 is not formed immediately below the inter-element area R1. Further, in the present embodiment, the film length L 2 of each of the reflective films 31 is larger than the element length L 1 of each of the detection elements 21.
  • the length of the non-reflection area R2 is smaller than the length of the inter-element area R1.
  • the gap between the adjacent reflective films 31 on the substrate 11 is smaller than the gap between the adjacent detection elements 21.
  • the electromagnetic wave to be detected is a terahertz wave
  • Three types of terahertz waves are shown by broken lines in FIG.
  • the terahertz wave LA directly incident on the upper surface of the detection element 21 is received by the detection element 21. Therefore, the terahertz wave LA is detected by the detection element 21 (photoelectric conversion is performed).
  • the terahertz wave LB which has entered the inter-element region R1 of the substrate 11 does not enter the detection element 21 directly, but enters the substrate 11.
  • the terahertz wave LB is likely to travel toward the reflective film 31 in the substrate 11.
  • the terahertz wave LB is likely to be reflected by the reflective film 31 and received by the detection element 21 from the surface of the detection element 21 on the substrate 11 side. Therefore, even the terahertz wave LB irradiated to the inter-element region R1 can be detected by the detection element 21.
  • the terahertz wave that is, an electromagnetic wave having a detectable frequency
  • the terahertz wave enters the photoelectric conversion region of the detection element 21 regardless of the incident direction and the incident position. Can be detected.
  • the reflection structure 30 for reflecting the light incident on the substrate 11 through the inter-element region R1 toward the element array 20 is provided.
  • the area of the reflective film 31 (film length L2) larger than the area of the detection element 21 (element length L1), many terahertz waves LB can be incident on the detection element 21. Therefore, many terahertz waves can be detected, and the detection sensitivity of the detection apparatus 10 is greatly improved.
  • the reflective structure 30 also has a non-reflective area R2 at a position facing the inter-element area R1 on the lower surface 11B of the substrate 11. That is, the reflective structure 30 is not provided on the whole of the lower surface 11B of the substrate 11, and partially has a non-reflective area R2 along the direction in which the detection elements 21 are arranged.
  • the terahertz waves LB incident on the substrate 11 from the inter-element region R1 the terahertz wave that has traveled to the non-reflection region R2 is emitted from the lower surface 11B of the substrate 11. That is, part of the terahertz wave passes through the substrate 11 through both the inter-element region R1 and the non-reflection region R2.
  • the non-reflection region R2 suppresses the detection operation (error detection) of the terahertz wave outside the target in each of the detection elements 21. Specifically, by providing the non-reflecting region R2, for example, it is possible to suppress erroneous detection for each of the detection elements 21 in the case where each of the detection elements 21 individually detects components of different terahertz waves.
  • terahertz waves to be detected are distinguished for each detection element 21 and change with time.
  • the terahertz wave to be detected by one detecting element 21 is the other detecting element 21. May be detected.
  • detection leakage of the terahertz wave occurs in the one detection element 21, and erroneous detection of the terahertz wave may occur in the other detection element 21.
  • the terahertz wave that induces this false detection and detection leak is irradiated to the inter-element region R1 like the terahertz wave LC shown in FIG. 2, for example, and has a relatively large incident angle with respect to the upper surface 11A of the substrate 11. There is a high possibility of having terahertz waves.
  • the reflection structure 30 has the non-reflection region R2, it is possible to transmit terahertz waves, such as terahertz waves LC, which cause erroneous detection by the detection element 21 which should not be detected. Therefore, each of the detection elements 21 can accurately detect the terahertz wave. Therefore, when the detection device 10 has the reflection structure 30 including the non-reflection area R2, each of the plurality of detection elements 21 can perform the electromagnetic wave detection operation accurately and with high sensitivity.
  • the detection device 10 can constitute, for example, an imaging device such as an image scanner.
  • the detection device 10 is connected to an optical system of the imaging device, a signal processing circuit, and the like.
  • the electromagnetic wave to be detected by the detection device 10 is, for example, an electromagnetic wave irradiated with a subject (imaging target) and the electromagnetic wave reflected or transmitted by the subject. Further, for example, in combination with a mechanism for moving the subject with respect to the detection device 10, the intensity of the electromagnetic wave to be detected by each of the detection elements 21 changes with time.
  • each of the detection elements 21 independently detects the intensity of the irradiated (incident) electromagnetic wave.
  • each of the detection elements 21 repeatedly performs an electromagnetic wave detection operation at predetermined time intervals. Then, for example, the intensity of the electromagnetic wave detected by each of the plurality of detection elements 21 is used as a pixel, and the detection result of the entire element array 20 is image data constituting an image.
  • the false detection of the non-target electromagnetic wave and the detection omission of the target electromagnetic wave in each of the detection elements 21 lead to the deterioration of the image quality. Therefore, when the detection device 10 having the above-described reflection structure 30 is used as an imaging device, high-sensitivity and accurate imaging can be performed, and high-quality images can be obtained.
  • the plate thickness T corresponds to the optical distance in the substrate 11 between each of the detection elements 21 and each of the reflective films 31 corresponding thereto.
  • an electromagnetic wave directly incident on the detection element 21 such as the terahertz wave LA and a reflection film 31 such as the terahertz wave LB are reflected on the detection element 21.
  • the incident electromagnetic waves interfere with each other to strengthen each other.
  • the intensity of the electromagnetic wave incident on the detection element 21 is large and stable, and the detection sensitivity of the electromagnetic wave by the detection element 21 is improved. Therefore, the detection sensitivity of the electromagnetic wave by the detection device 10 is improved.
  • each of the detection elements 21 has the same element length L1 (and the same size) and is arranged in one line at the same pitch P has been described.
  • the configuration and arrangement of the detection element 21 are not limited to this.
  • the element array 20 may have a plurality of detection elements 21 arranged on the substrate 11 so as to be separated from each other (with the inter-element region R1).
  • the film length L2 of the reflective film 31 is made larger than the element length L1 of the detection element 21 .
  • the film length L2 of the reflective film 31 is not limited to this.
  • the film length L2 may be equal to or less than the element length L1.
  • the reflecting structure 30 is composed of a plurality of reflecting films 31 arranged to be separated from each other in the arrangement direction of the detection elements 21.
  • the reflecting structure 30 is not limited to the case where the reflecting structure 30 includes the plurality of reflecting films 31.
  • FIG. 3 is a top view of a detection device 10A according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the detection device 10A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line V1-V1 of FIG.
  • the detection device 10A has the same configuration as the detection device 10 except for the configuration of the reflection structure 30A.
  • the reflective structure 30A is a reflective film formed on the lower surface 11B of the substrate 11 and having a plurality of openings 31A.
  • the reflective structure 30A is a reflective film formed integrally. Further, the reflective film as the reflective structure 30A has an opening 31A at a position corresponding to the non-reflective area R2. That is, the reflection structure 30A is formed of one reflection film having an opening 31A at a position facing the inter-element region R1 of the detection element 21 on the upper surface 11A of the substrate 11.
  • a reflective structure 30A may be provided as a reflective film having a plurality of openings 31A as the non-reflective area R2.
  • the reflecting structures 30 and 30A can be combined with each other.
  • the element array 20 is divided into a group of a plurality of detection elements 21, and an individual reflection film such as the reflection film 31 is provided for one detection element group, and an opening is provided for the other detection element groups.
  • An integral reflective film having the portion 31A may be provided.
  • the detection device 10 includes the substrate 11 having the upper surface 11A and the lower surface 11B opposite to the upper surface 11A, and a plurality of the detection devices 10 arranged on the upper surface 11A of the substrate 11 apart from each other.
  • a reflective structure 30 formed on the detection element 21 and the lower surface 11B of the substrate 11 and having a non-reflecting area R2 at a position facing the inter-element area R1 of the plurality of detection elements 21 in the arrangement direction of the plurality of detection elements 21 And. Therefore, it is possible to provide the detection device 10 having the plurality of detection elements 21 and capable of accurately performing the detection operation of the electromagnetic wave with high sensitivity.
  • FIG. 5 is a top view of the detection device 40 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the detection device 40. As shown in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line W--W of FIG.
  • the detection device 40 will be described using FIGS. 5 and 6.
  • the detection device 40 has the same configuration as the detection device 10 except for the configurations of the substrate 41 and the reflective structure 50.
  • the substrate 41 has an upper surface 41A and a lower surface 41B as the substrate 11 does.
  • the element array 20 (each of the detection elements 21) is disposed on the upper surface 41A of the substrate 41.
  • the upper surface 41 A of the substrate 41 functions as a mounting surface of the element array 20.
  • the reflecting structure 50 is composed of a plurality of convex structures 51 provided on the lower surface 41 B of the substrate 41.
  • the convex structure 51 is formed integrally with the substrate 41 on the lower surface 41B of the substrate 41, and the thickness from the lower surface 41B to the substrate 41 is The convex part 41P which protrudes hemispherically in the length direction (z direction) is provided.
  • the reflective structure 50 has a region where the convex structure 51 is not provided at a position facing the inter-element region R1.
  • each of the convex structures 51 is provided separately from each other in the arrangement direction of the detection elements 21. Therefore, the lower surface 41B (flat portion) of the substrate 41 is provided between the adjacent convex structures 51, and the portion of the lower surface 41B between the convex structures 51 functions as the non-reflecting region R2.
  • the reflective structures 50 are respectively formed in regions directly under each of the detection elements 21 on the lower surface 41B of the substrate 41, and each project from the lower surface 41B and are separated from each other. It consists of
  • the electromagnetic wave (terahertz wave LB) incident on the substrate 41 from the inter-element region R1 is reflected on the surface of the convex portion 41P in the convex structure 51.
  • the reflected electromagnetic wave is likely to be incident on the detection element 21 immediately above it.
  • the surface (convex surface) of the convex portion 41P functions as a reflection surface of the convex structure 51 in the reflection structure 50.
  • the convex structure 51 has paraboloid SP which protrudes from lower surface 41B.
  • the convex structure 51 forms a concave mirror having the paraboloid SP as a mirror surface.
  • the paraboloid SP of the convex structure 51 may be configured such that the focal point F of the concave mirror is located inside the detection element 21 immediately above.
  • FIG. 7 is a top view of a detection device 40A according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the detection device 40A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line W1-W1 of FIG.
  • the detection device 40A has the same configuration as the detection device 40 except for the configuration of the reflection structure 50A.
  • each of the convex structures 51A has a reflective film 31B on the paraboloid SP of the convex portion 41P.
  • each of the convex structures 51A includes the convex portion 41P of the reflective structure 50, and the reflective film 31B similar to the reflective film 31 of the reflective structure 30 provided on the paraboloid SP of the convex portion 41P.
  • the reflective film 31B on the parabolic surface SP of the convex portion 41P as in the present modification, the reflectance of the electromagnetic wave by the reflective structure 50A is improved. Accordingly, the intensity of the electromagnetic wave incident on the detection element 21 is increased. Therefore, the detection sensitivity of the electromagnetic wave is greatly improved by the detection element 21.
  • the convex structure 51 or 51A protrudes in a hemispherical shape from the lower surface 41B.
  • the shape of the convex structure 51 is not limited to this.
  • the convex portion 41P may protrude in a cylindrical shape from the lower surface 41B of the substrate 41, or may have a structure in which a plurality of convex portions are combined.
  • the reflecting structures 50 are respectively formed in regions directly under each of the detection elements 21 on the lower surface 41B of the substrate 41, and each project from the lower surface 41B and are separated from each other. It consists of Therefore, it is possible to provide a detection device 40 having a plurality of detection elements 21 and capable of performing an electromagnetic wave detection operation with high sensitivity and accuracy.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a detection device 60 according to a third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG.
  • the detection device 60 has the same configuration as the detection device 10 except that the detection device 60 has a reflection structure 70 provided on the upper surface 11A of the substrate 11 in addition to the reflection structure 30 (reflection film 31).
  • the detection device 60 As in the detection device 10, the lower surface 11B of the substrate 11 is provided with a reflection film 31 (lower surface reflection film) as a reflection structure 30 (first reflection structure).
  • the detection device 60 has a reflection film 71 (upper surface reflection film) provided in the inter-element region R1 on the upper surface 11A of the substrate 11 as the reflection structure 70 (second reflection structure).
  • each of the reflective films 71 is provided in the inter-film area of the reflective film 31 on the upper surface 11A of the substrate 11, that is, in the non-reflective area R2.
  • the electromagnetic wave irradiated to the substantially central portion of the inter-element region R1 is reflected by the reflection film 71 of the reflection structure 70. That is, in the present embodiment, the reflection structure 70 on the upper surface 11A of the substrate 11 suppresses the incidence of an electromagnetic wave that can induce erroneous detection into the inside of the substrate 11. As a result, the electromagnetic wave to be detected is repeatedly reflected in the substrate 11, and the detection by the detection element that should not be detected is suppressed. Accordingly, erroneous detection of the electromagnetic wave by each of the detection elements 21 is prevented.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a detection apparatus 60A according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view similar to FIG. 6 in the detection device 60A.
  • the detection device 60A corresponds to a configuration in which the reflection structure 30 of the detection device 60 is replaced with the reflection structure 50 of the second embodiment.
  • the detection device 60A has a reflection structure 70A formed of a reflection film 71A provided at a position facing the region (non-reflection region R2) between the convex structures 51 on the upper surface 41A of the substrate 41.
  • a reflecting film 71A similar to the reflecting film 71 may be provided as the second reflecting structure 70A. Also in the present modification, as in the detection device 60, the effect of suppressing erroneous detection can be obtained.
  • the reflective structures 70 and 70A are not limited to the reflective film 71 or 71A, and may be, for example, a convex structure.
  • the detection device 60 has the reflection structure 70 provided in each of the regions facing the non-reflecting region R2 on the upper surface 11A of the substrate 11. Therefore, it is possible to provide a detection device 60 having a plurality of detection elements 21 and capable of performing an electromagnetic wave detection operation with high sensitivity and accuracy.
  • FIG. 11 is a top view of the detection device 80 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a view showing the upper surface 11A of the substrate 11 in the detection device 80.
  • the detection device 80 has an element array 20A composed of a plurality of detection elements 21 arranged in a matrix in a plurality of columns (two columns in the present embodiment).
  • each of the detection elements 21 is arranged at the pitch P1 in the longitudinal direction (column direction, x direction) of the element array 20A.
  • each of the detection elements 21 is arranged at the pitch P2.
  • the inter-element region R1 as shown in FIG. 2 is also formed between the detection elements 21 in the y direction, and is formed in a lattice as a whole.
  • the detection device 80 is composed of a plurality of reflection films 91 which are arranged apart from each other not only in the longitudinal direction of the element array 20A but also in the direction perpendicular thereto on the lower surface 11B of the substrate 11. It has a reflecting structure 90.
  • the spaced apart portion of the reflective film 91 functions as the non-reflective area R2 of the reflective structure 90.
  • the reflection structure 90 has a grid-like non-reflection area R2 corresponding to the inter-element area R1 of all the detection elements 21.
  • the detection device 80 has, for example, an arrangement configuration of elements corresponding to performing a two-dimensional electromagnetic wave detection operation in one operation. As described above, even in the case where the detection elements 21 are arranged in a plurality of rows (two-dimensionally), the detection elements are disposed corresponding to the detection elements 21 and provided with the reflection films 91 separated from each other. Each of the sensors 21 can perform an electromagnetic wave detection operation accurately and with high sensitivity.
  • the configuration of the reflective structure 90 is not limited to this.
  • the reflective structure 90 may have a convex structure 51 similar to that of the detection device 40 according to the second embodiment, instead of the reflective film 91.
  • the reflective structure 90 may selectively have the reflective film 91 and the convex structure 51.
  • FIG. 12 is a top view of a detection apparatus 80A according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a top view similar to FIG. 11 in the detection device 80A.
  • the detection device 80A has the same configuration as the detection device 80 except for the configuration of the reflection structure 90A.
  • the reflective structure 90A is a reflective film integrally formed on the lower surface 11B of the substrate 11 and having island-shaped openings 91A and 92A.
  • the reflective structure 90A has a plurality of first openings 91A in the inter-element region R1 in the longitudinal direction of the element array 20A, and a plurality of first openings 91A in the lateral direction of the element array 20A. It has two openings 92A.
  • each of the first and second openings 91A and 92A functions as the non-reflection area R2 of the reflection structure 90A.
  • the reflective structure may be formed as a reflective film having a plurality of openings 91A and 92A.
  • this embodiment can be combined with the third embodiment.
  • this embodiment can be combined with the third embodiment.
  • a reflection structure similar to the reflection structure 70 is provided between the detection elements 21 on the upper surface 11A of the substrate 11, that is, in the inter-element region R1.
  • Good that is, in the case where the detection elements 21 are arranged in a matrix, it is only necessary to provide a reflection structure (for example, the reflection structure 90) having the non-reflection area R2 between them.
  • the plurality of detection elements 21 are arranged in a matrix.
  • the reflective structure 90 has a non-reflective area R2 between each of the plurality of detection elements 21. Accordingly, it is possible to provide the detection device 80 capable of performing the detection operation of the electromagnetic wave with a plurality of detection elements 21 accurately and with high sensitivity.
  • Electromagnetic wave detector 11 41 Substrate 20, 20A Detection element array 21 Electromagnetic wave detection element R1 Interelement area 30, 30A, 50, 50A, 70, 70A, 90, 90A reflective structure R2 non-reflective area

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Abstract

上面及び上面とは反対側の下面を有する基板と、互いに離間して基板の上面上に配列された複数の電磁波検出素子と、基板の下面に形成され、複数の電磁波検出素子の配列方向における複数の電磁波検出素子の素子間領域に対向する位置に非反射領域を有する反射構造と、を有する。

Description

電磁波検出装置
　本発明は、電磁波検出装置に関する。
　電磁波検出装置は、例えば、所定の特性（波長又は強度など）の電磁波を検出対象とし、当該検出対象の電磁波の有無及びその特性に応じた電気信号を生成する装置である。例えば、特許文献１には、テラヘルツ周波数帯の電磁波（ＴＨｚ波）を検出する検出器が開示されている。
特開2008-241438号公報
　例えば、ラインセンサやマトリクスセンサなど、２次元的に電磁波の検出動作を行う場合などにおいては、電磁波検出装置は、アレイ状に配置された複数の検出素子を有する。また、複数の検出素子を有する電磁波検出装置においては、当該複数の検出素子は互いに離間して配置される。また、例えば、これら複数の検出素子は、各々が独立して検出動作を行う。
　ここで、複数の検出素子を配置する場合、その隣接する検出素子間には、検出素子がない領域が形成される。また、検出対象の電磁波は、検出装置に対して種々の方向から入射する。検出対象の電磁波が当該複数の検出素子の素子間の領域に入射した場合、いずれの検出素子にも検出されない場合がある。従って、検出されるべき電磁波の一部が検出されず、装置としての検出感度が低下する場合が１例として挙げられる。
　一方、複数の検出素子を用いて電磁波の検出動作を行う場合、当該複数の検出素子の各々間で検出対象となる電磁波を区別する場合が想定される。この場合、当該複数の検出素子の各々が当該区別された個別の電磁波を正確に検出することが好ましい。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の検出素子を有し、高感度で正確に電磁波の検出動作を行うことが可能な電磁波検出装置を提供することを課題の１つとしている。
　請求項１に記載の発明は、上面及び上面とは反対側の下面を有する基板と、互いに離間して基板の上面上に配列された複数の電磁波検出素子と、基板の下面に形成され、複数の電磁波検出素子の配列方向における複数の電磁波検出素子の素子間領域に対向する位置に非反射領域を有する反射構造と、を有することを特徴としている。
実施例１に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例１に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例１の変形例に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例１の変形例に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例２に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例２に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例２の変形例に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例２の変形例に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例３に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例３の変形例に係る電磁波検出装置の断面図である。 実施例４に係る電磁波検出装置の上面図である。 実施例４の変形例に係る電磁波検出装置の上面図である。
　以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
　図１は、実施例１に係る電磁波検出装置（以下、単に検出装置と称する場合がある）１０の模式的な上面図である。図２は、検出装置１０の断面図である。図２には、図１のＶ－Ｖ線に沿った断面図であるが、その一部のみを示している。図１及び２を用いて、検出装置１０について説明する。
　まず、検出装置１０は、基板１１と、基板１１上に形成され、１列に整列して配置された複数の電磁波検出素子（以下、単に検出素子と称する）２１からなる検出素子アレイ（以下、単に素子アレイと称する場合がある）２０とを有する。本実施例においては、素子アレイ２０は、互いに同一のピッチ（周期）Ｐで配列された７つの検出素子２１を含む。
　本実施例においては、基板１１は、樹脂材料からなり、例えばエボナイトからなる。また、基板１１は、検出素子２１の各々に電気的に接続された配線（例えば駆動用及び信号処理用の配線）を含む。また、図２に示すように、基板１１は、上面１１Ａ及び上面１１Ａとは反対側の下面１１Ｂを有する。本実施例においては、基板１１は、互いに平行な主面を有し、当該主面の一方を上面１１Ａとし、他方の主面を下面１１Ｂとする板状の部材である。
　本実施例においては、検出素子２１の各々は、基板１１の上面１１Ａ上に形成されている。すなわち、本実施例においては、基板１１の上面１１Ａは、素子アレイ２０（検出素子２１の各々）の搭載面（実装面）として機能する。
　なお、本明細書においては、基板１１上における検出素子２１の各々の配列方向をｘ方向と称する。また、本実施例においては、基板１１はｘ方向を長手方向とする矩形の上面形状を有し、検出素子２１の各々は基板１１の長手方向に沿って配列されている。また、例えば図１に示すように、基板１１の上面１１Ａにおけるｘ方向に垂直な方向（例えば短手方向）をｙ方向と称する。また、ｘ方向及びｙ方向の両方に垂直な方向をｚ方向とする。
　また、本実施例においては、図２に示すように、ｘ方向及びｙ方向は、基板１１の上面１１Ａ及び下面１１Ｂに沿った方向（上面１１Ａ及び下面１１Ｂに平行な方向）である。また、ｚ方向は、基板１１の上面１１Ａ及び下面１１Ｂに垂直な方向に対応する。
　また、検出装置１０は、検出対象となる電磁波が基板１１の上面１１Ａに照射されるように配置される。従って、本実施例においては、電磁波がｚ方向の成分を持って検出装置１０における基板１１の上面１１Ａから入射する。
　本実施例においては、検出素子２１の各々は、電波と赤外光との間の周波数帯である０．１～１０ＴＨｚの電磁波（テラヘルツ波）を検出対象とし、当該検出対象の電磁波の有無及びその強度を検出する。本実施例においては、図１に示すように、検出素子２１の各々は、矩形の平面形状を有する。
　例えば、検出素子２１の各々は、ショットキーバリアダイオードや共鳴トンネルダイオードなどの半導体素子を含む。例えば、検出素子２１の各々は、入射した電磁波のうちの検出対象の電磁波に応じた電気信号を生成する光電変換部（図示せず）を有する。また、検出素子２１の各々は、それぞれ独立して電磁波の検出動作を行う。
　なお、検出素子２１の個数、配列方向及び配列形態はこれに限定されない。例えば、検出素子２１の各々は屈曲又は蛇行するように配列されてもよい。検出素子２１の各々は、所定の配列方向に沿って互いに離間して配列されていればよい。
　次に、図１及び図２に示すように、検出装置１０は、検出素子２１の各々に対応し、電磁波を反射させる複数の反射膜３１からなる反射構造３０を有する。図の明確さのため、図１において、反射膜３１の領域にハッチングを施した。また、図２に示すように、本実施例においては、反射膜３１の各々は基板１１の下面１１Ｂに設けられている。反射膜３１は、テラヘルツ波に対して反射性を有する膜であり、例えば、金属膜からなる。
　本実施例においては、基板１１は、テラヘルツ波に対して透過性（透光性）を有する材料からなる。例えば、基板１１の材料であるエボナイトは、テラヘルツ波に対して比較的低い屈折率を有する。従って、エボナイトを基板１１に用いる場合、基板１１の上面１１Ａに照射されたテラヘルツ波の大部分が基板１１に入射し、また基板１１内を透過する。
　また、基板１１の下面１１Ｂと反射膜３１の各々との界面は、テラヘルツ波の反射面として機能する。従って、基板１１の上面１１Ａ側から反射膜３１に入射した電磁波は、基板１１の上面１１Ａに向かって反射する。
　また、本実施例においては、反射膜３１の各々は、素子アレイ２０（検出素子２１の各々）の配列方向に沿って、かつ互いに離間して配置されている。本実施例においては、反射膜３１の各々は、検出素子２１のピッチＰと同一のピッチで配列されている。
　また、図１に示すように、本実施例においては、反射膜３１の各々は、基板１１の上面１１Ａ（検出素子２１の各々の搭載面）に垂直な方向から見たとき、検出素子２１のそれぞれに重なるように配置されている。本実施例においては、反射膜３１の各々は、矩形の形状を有し、検出素子２１の上面よりも大きな表面領域を有する。また、反射膜３１の各々は、検出素子２１のそれぞれと同軸に配置されている。
　より具体的には、検出素子２１の各々は、基板１１の上面１１ＡにおいてピッチＰで配列され、検出素子２１の配列方向（ｘ方向）において所定の素子長さ（第１の長さ）Ｌ１を有する。また、基板１１の上面１１Ａには、１の検出素子２１と当該１の検出素子２１に隣接する他の検出素子２１との間の領域である素子間領域Ｒ１が形成される。基板１１は、素子間領域Ｒ１において露出している。
　また、反射膜３１の各々は、基板１１の下面１１ＢにおいてピッチＰで配列され、検出素子２１の配列方向において所定の膜長さ（第２の長さ）Ｌ２を有する。また、反射構造３０は、素子間領域Ｒ１の直下に、反射膜３１が形成されない領域である非反射領域（膜間領域）Ｒ２を有する。また、本実施例においては、反射膜３１の各々の膜長さＬ２は、検出素子２１の各々の素子長さＬ１よりも大きい。
　従って、検出素子２１の配列方向において、非反射領域Ｒ２の長さは素子間領域Ｒ１の長さよりも小さい。換言すれば、基板１１上における隣接する反射膜３１間の間隙は、隣接する検出素子２１間の間隙よりも小さい。
　次に、図２を用いて、検出装置１０における電磁波の検出動作の概略について説明する。本実施例においては、検出対象の電磁波がテラヘルツ波である場合について説明する。図２に、３種類のテラヘルツ波を破線で示した。
　まず、検出素子２１の上面に直接入射するテラヘルツ波ＬＡは、検出素子２１によって受光される。従って、テラヘルツ波ＬＡは、検出素子２１によって検出される（光電変換が行われる）。
　一方、基板１１の素子間領域Ｒ１に入射したテラヘルツ波ＬＢは、検出素子２１に直接入射せず、基板１１内に入射する。しかし、テラヘルツ波ＬＢは、基板１１内を反射膜３１に向かって進む可能性が高い。そして、このテラヘルツ波ＬＢは、反射膜３１によって反射され、検出素子２１の基板１１側の表面から検出素子２１に受光される可能性が高い。従って、素子間領域Ｒ１に照射されたテラヘルツ波ＬＢであっても、検出素子２１によって検出されることができる。
　なお、一般に、検出素子２１が半導体素子からなる場合、入射方向及び入射位置に関わらず、検出素子２１の光電変換領域内にテラヘルツ波（すなわち検出可能な周波数の電磁波）が入射すれば、テラヘルツ波を検出することができる。
　このように、基板１１における素子アレイ２０の搭載面の裏面には、素子間領域Ｒ１を介して基板１１に入射された光を素子アレイ２０に向けて反射させる反射構造３０が設けられている。反射膜３１の領域（膜長さＬ２）を検出素子２１の領域（素子長さＬ１）よりも大きくすることで、多くのテラヘルツ波ＬＢを検出素子２１に入射させることができる。従って、多くのテラヘルツ波を検出することができ、検出装置１０の検出感度が大幅に向上する。
　また、反射構造３０は、基板１１の下面１１Ｂ上における素子間領域Ｒ１に対向する位置に非反射領域Ｒ２を有する。すなわち、反射構造３０は、基板１１の下面１１Ｂの全体に設けられるのではなく、検出素子２１の配列方向に沿って部分的に非反射領域Ｒ２を有する。素子間領域Ｒ１から基板１１に入射したテラヘルツ波ＬＢのうち、非反射領域Ｒ２に進んだテラヘルツ波は、基板１１の下面１１Ｂから出射される。すなわち、テラヘルツ波の一部は、素子間領域Ｒ１及び非反射領域Ｒ２の両方を介して、基板１１を透過する。
　この非反射領域Ｒ２は、検出素子２１の各々における対象外のテラヘルツ波の検出動作（誤検出）を抑制する。具体的には、非反射領域Ｒ２を設けることで、例えば、検出素子２１の各々が互いに異なるテラヘルツ波の成分を個別に検出する場合の検出素子２１毎の誤検出を抑制することができる。
　例えば、検出装置１０がラインセンサとして用いられる場合、検出対象となるテラヘルツ波は、検出素子２１毎に区別され、また時間毎に変化する。この場合において、例えば、非反射領域Ｒ２が設けられず、基板１１の下面１１Ｂの全体に反射膜が設けられた場合、１の検出素子２１に検出されるべきテラヘルツ波が、他の検出素子２１に検出される場合がある。この場合、当該１の検出素子２１ではテラヘルツ波の検出漏れが生じ、当該他の検出素子２１ではテラヘルツ波の誤検出が生じ得る。
　また、この誤検出及び検出漏れを誘発するテラヘルツ波は、例えば図２に示すテラヘルツ波ＬＣのように、素子間領域Ｒ１に照射され、かつ基板１１の上面１１Ａに対して比較的大きな入射角を持ったテラヘルツ波である可能性が高い。
　反射構造３０が非反射領域Ｒ２を有することで、テラヘルツ波ＬＣのような、検出されるべきではない検出素子２１による誤検出を誘発するテラヘルツ波を透過させることができる。従って、検出素子２１の各々が正確にテラヘルツ波を検出することができる。従って、検出装置１０が非反射領域Ｒ２を含む反射構造３０を有することで、複数の検出素子２１の各々が正確にかつ高感度で電磁波の検出動作を行うことができる。
　なお、検出装置１０は、例えば、イメージスキャナなどの撮像素子を構成することができる。この場合、検出装置１０は、撮像装置の光学系や信号処理回路などに接続される。また、検出装置１０の検出対象となる電磁波は、例えば、電磁波が被写体（撮像対象物）照射され、当該電磁波が当該被写体によって反射又は透過された電磁波である。また、例えば検出装置１０に対して当該被写体を移動させる機構と組み合わせる場合、検出素子２１の各々が検出するべき電磁波の強度が時間毎に変化する。
　この場合、検出素子２１の各々は、照射（入射）された電磁波の強度を独立して検出する。また、検出素子２１の各々は、所定時間毎に繰り返し電磁波の検出動作を行う。そして、例えば、複数の検出素子２１の各々が検出した電磁波の強度は画素として用いられ、素子アレイ２０の全体の検出結果は画像を構成する画像データとなる。
　このような用途の場合、検出素子２１の各々における対象外の電磁波の誤検出及び対象電磁波の検出漏れは、画像品質の低下につながる。従って、上記した反射構造３０を有する検出装置１０が撮像素子として用いられる場合、高感度で正確な撮像を行うことができ、また、高品質な画像を得ることができる。
　なお、基板１１の板厚Ｔは、基板１１の屈折率をｎとし、検出素子２１の検出対象電磁波（例えばテラヘルツ波ＬＡ～ＬＣ）の波長をλとすると、Ｔ＝（ｍλ）／（２ｎ）（ｍは自然数）の関係を満たすことが好ましい。なお、板厚Ｔは、検出素子２１の各々と、これに対応する反射膜３１の各々との間の基板１１内の光学距離に対応する。
　基板１１の板厚Ｔが上記した条件を満たすことで、例えばテラヘルツ波ＬＡのような検出素子２１に直接入射する電磁波と、例えばテラヘルツ波ＬＢのような反射膜３１に反射されて検出素子２１に入射する電磁波と、が干渉して互いに強め合う。
　これによって、検出素子２１に入射する電磁波の強度が大きくかつ安定し、検出素子２１による電磁波の検出感度が向上する。従って、検出装置１０による電磁波の検出感度が向上する。
　なお、本実施例においては、検出素子２１の各々が同一の素子長さＬ１（及び同一のサイズ）を有し、また同一ピッチＰで１列に配列されている場合について説明した。しかし、検出素子２１の構成及び配置構成はこれに限定されない。素子アレイ２０は、基板１１上において互いに離間して（素子間領域Ｒ１を有して）配列された複数の検出素子２１を有していればよい。
　また、本実施例においては、反射膜３１の膜長さＬ２を検出素子２１の素子長さＬ１よりも大きくする場合について説明した。しかし、反射膜３１の膜長さＬ２はこれに限定されない。例えば、膜長さＬ２は素子長さＬ１以下であってもよい。
　また、本実施例においては、反射構造３０は、検出素子２１の配列方向において互いに離間して配列された複数の反射膜３１からなる場合について説明した。しかし、反射構造３０は、複数の反射膜３１からなる場合に限定されない。
　図３は、実施例１の変形例に係る検出装置１０Ａの上面図である。図４は、検出装置１０Ａの断面図である。図４は、図３のＶ１－Ｖ１線に沿った断面図である。検出装置１０Ａは、反射構造３０Ａの構成を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、反射構造３０Ａは、基板１１の下面１１Ｂ上に形成され、複数の開口部３１Ａを有する反射膜である。
　具体的には、本変形例においては、反射構造３０Ａは、一体的に形成された反射膜である。また、反射構造３０Ａとしての反射膜は、非反射領域Ｒ２に対応する位置に開口部３１Ａを有する。すなわち、反射構造３０Ａは、基板１１の上面１１Ａ上における検出素子２１の素子間領域Ｒ１に対向する位置に開口部３１Ａを有する１つの反射膜からなる。
　本変形例のように、非反射領域Ｒ２として複数の開口部３１Ａを有する反射膜として反射構造３０Ａが設けられていてもよい。換言すれば、素子間領域Ｒ１に対応する位置に電磁波が反射しない領域（すなわち電磁波の透過領域）が設けられていればよい。これによって、検出素子２１の各々の検出感度及び検出精度が向上することとなる。
　なお、反射構造３０及び３０Ａは、互いに組み合わせることができる。例えば、素子アレイ２０を複数の検出素子２１の群に区別し、１の検出素子群に対しては反射膜３１のように個別の反射膜が設けられ、他の検出素子群に対しては開口部３１Ａを有する一体的な反射膜が設けられていてもよい。
　上記したように、本実施例においては、検出装置１０は、上面１１Ａ及び上面１１Ａとは反対側の下面１１Ｂを有する基板１１と、互いに離間して基板１１の上面１１Ａ上に配列された複数の検出素子２１と、基板１１の下面１１Ｂ上に形成され、当該複数の検出素子２１の配列方向における当該複数の検出素子２１の素子間領域Ｒ１に対向する位置に非反射領域Ｒ２を有する反射構造３０とを有する。従って、複数の検出素子２１を有し、高感度で正確に電磁波の検出動作を行うことが可能な検出装置１０を提供することができる。
　図５は、実施例２に係る検出装置４０の上面図である。図６は、検出装置４０の断面図である。図６は、図５のＷ－Ｗ線に沿った断面図である。図５及び図６を用いて、検出装置４０について説明する。検出装置４０は、基板４１及び反射構造５０の構成を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。
　本実施例においては、基板４１は、基板１１と同様に、上面４１Ａ及び下面４１Ｂを有する。素子アレイ２０（検出素子２１の各々）は、基板４１の上面４１Ａ上に配置されている。基板４１の上面４１Ａは、素子アレイ２０の搭載面として機能する。
　また、本実施例においては、反射構造５０は、基板４１の下面４１Ｂに設けられた複数の凸構造５１からなる。具体的には、本実施例においては、図５及び図６に示すように、基板４１の下面４１Ｂには、凸構造５１として、基板４１に一体的に形成され、下面４１Ｂから基板４１の厚さ方向（ｚ方向）に半球状に突出する凸部４１Ｐが設けられている。
　また、反射構造５０は、反射構造３０と同様に、素子間領域Ｒ１に対向する位置に、凸構造５１が設けられない領域を有する。本実施例においては、凸構造５１の各々は、検出素子２１の配列方向において互いに離間して設けられている。従って、隣接する凸構造５１間には、基板４１の下面４１Ｂ（平坦部）が設けられており、この凸構造５１間の下面４１Ｂの部分が非反射領域Ｒ２として機能する。
　換言すれば、本実施例においては、反射構造５０は、基板４１の下面４１Ｂにおける検出素子２１の各々の直下の領域にそれぞれ形成され、各々が下面４１Ｂから突出しかつ互いに離間する複数の凸構造５１からなる。
　本実施例においては、図６に示すように、素子間領域Ｒ１から基板４１内に入射した電磁波（テラヘルツ波ＬＢ）は、凸構造５１における凸部４１Ｐの表面で反射される。この反射された電磁波は、その直上の検出素子２１に入射される可能性が高い。換言すれば、本実施例においては、凸部４１Ｐの表面（凸面）は、反射構造５０における凸構造５１の反射面として機能する。
　なお、凸部４１Ｐが半球状に突出する場合、凸構造５１は下面４１Ｂから突出する放物面ＳＰを有する。この凸構造５１は、放物面ＳＰをミラー面とする凹面ミラーを形成する。この場合、凸構造５１の放物面ＳＰは、当該凹面ミラーの焦点Ｆがその直上の検出素子２１の内部に位置するように構成されていてもよい。これによって、電磁波が検出素子２１内に集光される。従って、多くの電磁波が検出素子２１に入射する。従って、検出素子２１の検出感度が向上する。
　図７は、実施例２の変形例に係る検出装置４０Ａの上面図である。図８は、検出装置４０Ａの断面図である。図８は、図７のＷ１－Ｗ１線に沿った断面図である。検出装置４０Ａは、反射構造５０Ａの構成を除いては、検出装置４０と同様の構成を有する。反射構造５０Ａは、凸構造５１Ａの各々が、凸部４１Ｐの放物面ＳＰ上に反射膜３１Ｂを有する。
　本変形例における反射構造５０Ａは、実施例１及び２の反射構造３０及び５０を組み合わせた場合に相当する。すなわち、凸構造５１Ａの各々が、反射構造５０の凸部４１Ｐと、凸部４１Ｐの放物面ＳＰ上に設けられた、反射構造３０の反射膜３１と同様の反射膜３１Ｂと、からなる。
　本変形例のように、凸部４１Ｐの放物面ＳＰ上に反射膜３１Ｂを設けることで、反射構造５０Ａによる電磁波の反射率が向上する。従って、検出素子２１に入射する電磁波の強度が増す。従って、検出素子２１によって電磁波の検出感度が大幅に向上する。
　なお、本実施例においては、凸構造５１又は５１Ａが下面４１Ｂから半球状に突出する場合について説明した。しかし、凸構造５１の形状はこれに限定されない。例えば、凸部４１Ｐは、基板４１の下面４１Ｂから円柱状に突出していてもよいし、また、複数の凸部が組み合わされた構造を有していてもよい。
　このように、本実施例においては、反射構造５０は、基板４１の下面４１Ｂにおける検出素子２１の各々の直下の領域にそれぞれ形成され、各々が下面４１Ｂから突出しかつ互いに離間する複数の凸構造５１からなる。従って、複数の検出素子２１を有し、高感度で正確に電磁波の検出動作を行うことが可能な検出装置４０を提供することができる。
　図９は、実施例３に係る検出装置６０の断面図である。図９は、検出装置６０における図２と同様の断面図である。検出装置６０は、反射構造３０（反射膜３１）に加え、基板１１の上面１１Ａに設けられた反射構造７０を有する点を除いては、検出装置１０と同様の構成を有する。
　具体的には、検出装置６０は、検出装置１０と同様に、基板１１の下面１１Ｂに反射構造３０（第１の反射構造）として反射膜３１（下面反射膜）が設けられている。一方、検出装置６０は、反射構造７０（第２の反射構造）として、基板１１の上面１１Ａにおける素子間領域Ｒ１内に設けられた反射膜７１（上面反射膜）を有する。本実施例においては、図９に示すように、反射膜７１の各々は、基板１１の上面１１Ａにおける反射膜３１の膜間領域、すなわち非反射領域Ｒ２に設けられている。
　検出装置６０においては、例えば図９に示すテラヘルツ波ＬＤのように、素子間領域Ｒ１のほぼ中央部分に照射された電磁波は、反射構造７０の反射膜７１によって反射される。すなわち、本実施例においては、基板１１の上面１１Ａの反射構造７０によって、誤検出を誘発し得る電磁波が基板１１の内部に入射することが抑制される。これによって、検出対象の電磁波が基板１１内で反射を繰り返し、検出されるべきではない検出素子によって検出されることが抑制される。従って、検出素子２１の各々による電磁波の誤検出が防止される。
　図１０は、実施例３の変形例に係る検出装置６０Ａの断面図である。図１０は、検出装置６０Ａにおける図６と同様の断面図である。検出装置６０Ａは、検出装置６０の反射構造３０が実施例２の反射構造５０に置換された構成に相当する。検出装置６０Ａは、基板４１の上面４１Ａにおける凸構造５１間の領域（非反射領域Ｒ２）に対向する位置に設けられた反射膜７１Ａからなる反射構造７０Ａを有する。
　本変形例のように、凸構造５１を有する反射構造５０に加え、第２の反射構造７０Ａとして反射膜７１と同様の反射膜７１Ａが設けられていてもよい。本変形例においても、検出装置６０と同様に、誤検出の抑制効果を得ることができる。なお、反射構造７０及び７０Ａは、反射膜７１又は７１Ａからなる場合に限定されず、例えば凸構造から構成されていてもよい。
　上記したように、本実施例においては、検出装置６０は、基板１１の上面１１Ａにおける非反射領域Ｒ２に対向する領域の各々に設けられた反射構造７０を有する。従って、複数の検出素子２１を有し、高感度で正確に電磁波の検出動作を行うことが可能な検出装置６０を提供することができる。
　図１１は、実施例４に係る検出装置８０の上面図である。図１１は、検出装置８０における基板１１の上面１１Ａを示す図である。検出装置８０は、複数列（本実施例においては２列）でマトリクス状に配列された複数の検出素子２１からなる素子アレイ２０Ａを有する。
　本実施例においては、素子アレイ２０Ａの長手方向（列方向、ｘ方向）においては検出素子２１の各々がピッチＰ１で配列されている。一方、基板１１の上面１１Ａにおける素子アレイ２０Ａの長手方向に垂直な方向（行方向、ｙ方向）においては、検出素子２１の各々はピッチＰ２で配置されている。例えば図２に示すような素子間領域Ｒ１は、ｙ方向における検出素子２１の間にも形成され、全体として格子状に形成される。
　本実施例においては、検出装置８０は、基板１１の下面１１Ｂにおいて、素子アレイ２０Ａの長手方向のみならず、これに垂直な方向においても、互いに離間して配置された複数の反射膜９１からなる反射構造９０を有する。この反射膜９１の離間した部分は、反射構造９０の非反射領域Ｒ２として機能する。本実施例においては、反射構造９０は、全ての検出素子２１の素子間領域Ｒ１に対応する格子状の非反射領域Ｒ２を有する。
　検出装置８０は、例えば、１回の動作で２次元的な電磁波の検出動作を行うことに対応した素子の配置構成を有する。このように、検出素子２１を複数列で（２次元的に）配置した場合であっても、検出素子２１の各々に対応して配置され、互いに離間する反射膜９１を設けることで、検出素子２１の各々が正確にかつ高感度で電磁波の検出動作を行うことができる。
　なお、本実施例においては、反射構造９０が複数の反射膜９１からなる場合について説明したが、反射構造９０の構成はこれに限定されない。例えば、反射構造９０は、反射膜９１に替えて、実施例２に係る検出装置４０と同様の凸構造５１を有していてもよい。また、反射構造９０は、反射膜９１及び凸構造５１を選択的に有していてもよい。
　図１２は、実施例４の変形例に係る検出装置８０Ａの上面図である。図１２は、検出装置８０Ａにおける図１１と同様の上面図である。検出装置８０Ａは、反射構造９０Ａの構成を除いては、検出装置８０と同様の構成を有する。
　本変形例においては、反射構造９０Ａは、基板１１の下面１１Ｂに一体的に形成され、島状に形成された開口部９１Ａ及び９２Ａを有する反射膜である。具体的には、反射構造９０Ａは、素子アレイ２０Ａの長手方向における素子間領域Ｒ１に複数の第１の開口部９１Ａを有し、素子アレイ２０Ａの短手方向における素子間領域Ｒ１に複数の第２の開口部９２Ａを有する。
　本変形例においては、第１及び第２の開口部９１Ａ及び９２Ａの各々は、反射構造９０Ａの非反射領域Ｒ２として機能する。このように、反射膜によって反射構造を構成する場合、複数の開口部９１Ａ及び９２Ａを有する反射膜として反射構造を形成してもよい。
　また、本実施例は、実施例３と組み合わせることができる。例えば、マトリクス状に配列された検出素子２１を有する場合、基板１１の上面１１Ａにおける検出素子２１の各々間、すなわち素子間領域Ｒ１内に、反射構造７０と同様の反射構造が設けられていてもよい。すなわち、マトリクス状に検出素子２１を配置する場合、その各々間に非反射領域Ｒ２を有する反射構造（例えば反射構造９０）が設けられていればよい。
　上記したように、本実施例においては、複数の検出素子２１がマトリクス状に配列されている。また、例えば、反射構造９０は、当該複数の検出素子２１の各々間に非反射領域Ｒ２を有する。従って、複数の検出素子２１が正確にかつ高感度で電磁波の検出動作を行うことが可能な検出装置８０を提供することができる。
１０、１０Ａ、４０、４０Ａ、６０、６０Ａ、８０、８０Ａ　電磁波検出装置
１１、４１　基板
２０、２０Ａ　検出素子アレイ
２１　電磁波検出素子
Ｒ１　素子間領域
３０、３０Ａ、５０、５０Ａ、７０、７０Ａ、９０、９０Ａ　反射構造
Ｒ２　非反射領域

Claims (9)

  1. 　上面及び前記上面とは反対側の下面を有する基板と、
    　互いに離間して前記基板の前記上面上に配列された複数の電磁波検出素子と、
    　前記基板の前記下面に形成され、前記複数の電磁波検出素子の配列方向における前記複数の電磁波検出素子の素子間領域に対向する位置に非反射領域を有する反射構造と、を有することを特徴とする電磁波検出装置。
  2. 　前記反射構造は、前記基板の前記下面における前記複数の電磁波検出素子の各々の直下の領域に各々が形成され、互いに離間する複数の反射膜からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
  3. 　前記反射構造は、前記非反射領域として開口部を有する反射膜からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
  4. 　前記基板の板厚Ｔは、前記基板の屈折率をｎとし、前記複数の電磁波検出素子の検出対象電磁波の波長をλとしたとき、Ｔ＝（ｍλ）／（２ｎ）（ｍは自然数）の関係を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁波検出装置。
  5. 　前記反射構造は、前記基板の前記下面における前記複数の電磁波検出素子の直下の領域に形成され、各々が前記下面から突出しかつ互いに離間する複数の凸構造からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
  6. 　前記複数の凸構造の各々は、前記下面から突出する放物面を有し、
    　前記複数の凸構造の各々は、前記放物面をミラー面とする凹面ミラーを形成し、
    　前記放物面は、前記凹面ミラーの焦点が前記凹面ミラーの直上の前記電磁波検出素子の内部に位置するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電磁波検出装置。
  7. 　前記複数の凸構造の各々は、前記放物面上に設けられた反射膜を有することを特徴とする請求項６に記載の電磁波検出装置。
  8. 　前記基板の前記上面における前記非反射領域に対向する領域の各々に設けられた反射構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の電磁波検出装置。
  9. 　前記複数の電磁波検出素子は、マトリクス状に配列されており、
    　前記反射構造は、前記複数の電磁波検出素子の各々間に前記非反射領域を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の電磁波検出装置。
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