(57)【要約】【課題】メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置において、外部に局所的に赤外線を放射する。【解決手段】赤外線放射装置１０は、放射部１１と、反射部５０と、出射部６０と、を備える。放射部１１は、発熱部１２と、発熱部１２から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射面から放射可能なメタマテリアル構造体３０と、を有する。反射部５０は、放射部１１を囲み、メタマテリアル構造体３０から放射された赤外線を反射する。出射部６０は、反射部５０に反射された赤外線が入射される入射面６２ａと、赤外線を外部に出射し放射面よりも面積が小さい出射面６２ｂと、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部と、前記発熱部から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射面から放射可能なメタマテリアル構造体と、を有する放射部と、
前記放射部を囲み、前記メタマテリアル構造体から放射された赤外線を反射する反射部と、
前記反射部に反射された赤外線が入射される入射面と、該入射面に入射された赤外線を外部に出射し前記放射面よりも面積が小さい出射面と、を有する出射部と、
を備えた赤外線放射装置。
【請求項２】
前記反射部は、前記放射部が配置された内部空間を内側に有しており、
前記内部空間は外部と連通していない、
請求項１に記載の赤外線放射装置。
【請求項３】
前記内部空間は、減圧可能な空間である、
請求項２に記載の赤外線放射装置。
【請求項４】
前記出射部は、前記赤外線を全反射により前記出射面まで導く、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
【請求項５】
前記出射部は、前記入射面及び前記出射面を有し前記赤外線を全反射により前記出射面まで導く本体部と、該本体部の前記入射面から前記出射面に向かう方向に沿った外周面のうち少なくとも入射面側の領域に配設され前記赤外線を前記本体部側に反射する反射層と、を有している、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
【請求項６】
前記出射部は、前記入射面側が前記反射部と接続されており、
前記反射層が配設されている前記領域は、前記本体部の前記外周面のうち前記反射部との接続部分を含んでいる、
請求項５に記載の赤外線放射装置。
【請求項７】
前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部の第１面側に配置され第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、前記発熱部の前記第１面とは反対側である第２面側に配置され第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、
前記出射面は、前記第１放射面及び前記第２放射面の少なくとも一方よりも面積が小さい、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
【請求項８】
前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部側から順に、第１導体層と、該第１導体層に接合された誘電体層と、各々が前記誘電体層に接合され互いに離間して周期的に配置された複数の個別導体層を有する第２導体層と、を備える、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
【請求項９】
前記メタマテリアル構造体は、少なくとも表面が導体からなり互いに離間して周期的に配置された複数のマイクロキャビティを備える、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外線放射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線放射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置が知られている。例えば、特許文献１には、発熱源と、発熱源の表面側に配置されたメタマテリアル構造層と、発熱源の裏面側に配置された裏面金属層と、を備えた放射装置が記載されている。メタマテリアル構造層は、発熱源から入力される熱エネルギーを特定の波長領域の放射エネルギーとして放射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１６３９８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置において、赤外線を集中させて局所的に放射したいという要望があった。しかし、特許文献１では、赤外線の局所的な放射については考慮されていない。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、メタマテリアル構造体を用いた赤外線放射装置において、外部に局所的に赤外線を放射することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の赤外線放射装置は、
発熱部と、前記発熱部から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射面から放射可能なメタマテリアル構造体と、を有する放射部と、
前記放射部を囲み、前記メタマテリアル構造体から放射された赤外線を反射する反射部と、
前記反射部に反射された赤外線が入射される入射面と、該入射面に入射された赤外線を外部に出射し前記放射面よりも面積が小さい出射面と、を有する出射部と、
を備えたものである。
【０００８】
この赤外線放射装置では、メタマテリアル構造体から、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線が放射される。換言すると、メタマテリアル構造体から、特定の波長領域の赤外線が選択的に放射される。放射された赤外線は、放射部の周囲に位置する反射部によって反射され、出射部の入射面に到達し、出射部の出射面から放射される。この出射面はメタマテリアル構造体の赤外線の放射面よりも面積が小さい。そのため、この赤外線放射装置は、メタマテリアル構造体から周囲に放射される赤外線を、出射面から外部に局所的に放射できる。
【０００９】
この場合において、前記出射部は、前記入射面に入射された赤外線を前記出射面まで導いてもよい。また、前記出射部は、前記入射面に入射された赤外線を反射により前記出射面まで導いてもよい。前記出射部は、前記反射部に設けられた孔又は隙間などの空間であってもよい。前記出射部は、前記反射部に設けられた孔又は隙間に配設された部材を備えていてもよい。
【００１０】
本発明の赤外線放射装置において、前記反射部は、前記放射部が配置された内部空間を内側に有しており、前記内部空間は外部と連通していなくてもよい。こうすれば、メタマテリアル構造体から内部空間に放射された赤外線が反射部の隙間などから外部に漏れることを抑制できる。
【００１１】
この場合において、前記内部空間は、減圧可能な空間であってもよい。こうすれば、内部空間を減圧状態にしてこの赤外線放射装置を使用することで、例えば内部空間が常圧の場合と比較して、放射部から内部空間内への対流熱伝達が少なくなり、対流損失を抑制できる。したがって、赤外線放射装置のエネルギー効率をより向上させることができる。
【００１２】
本発明の赤外線放射装置において、前記出射部は、前記赤外線を全反射により前記出射面まで導いてもよい。こうすれば、メタマテリアル構造体からの赤外線が出射部のうち出射面以外から外部に漏れることを抑制できる。
【００１３】
本発明の赤外線放射装置において、前記出射部は、前記入射面及び前記出射面を有し前記赤外線を全反射により前記出射面まで導く本体部と、該本体部の前記入射面から前記出射面に向かう方向に沿った外周面のうち少なくとも入射面側の領域に配設され前記赤外線を前記本体部側に反射する反射層と、を有していてもよい。こうすれば、本体部が赤外線を全反射により出射面まで導くため、メタマテリアル構造体からの赤外線が出射部のうち出射面以外から外部に漏れることを抑制できる。また、全反射せずに本体部を透過した赤外線が存在しても、そのような赤外線が外部に漏れるのを反射層により抑制できる。特に、本体部の外周面のうち入射面側では、一部の赤外線が臨界角より小さい入射角で本体部の反射面に入射することで全反射せず本体部を透過して外部に漏れやすい。そのため、この入射面側の領域に反射層を配設することで効果的に赤外線の漏れを抑制できる。
【００１４】
この場合において、前記出射部は、前記入射面側が前記反射部と接続されており、前記反射層が配設されている前記領域は、前記本体部の前記外周面のうち前記反射部との接続部分を含んでいてもよい。接続部分では赤外線が外部に漏れやすいが、この接続部分に反射層が存在することで、赤外線の外部への漏れをより抑制できる。
【００１５】
本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部の第１面側に配置され第１放射面から前記赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体と、前記発熱部の前記第１面とは反対側である第２面側に配置され第２放射面から前記赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体と、を有し、前記出射面は、前記第１放射面及び前記第２放射面の少なくとも一方よりも面積が小さくてもよい。こうすれば、放射部は、第１面側と第２面側との両方から、特定の波長領域の赤外線を選択的に放射できる。そのため、発熱部の第２面側にメタマテリアル構造体が存在しない場合と比較して、特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が第２面側から放射されることを抑制でき、第２面側からの熱エネルギー損失が少なくなる。
【００１６】
本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、前記発熱部側から順に、第１導体層と、該第１導体層に接合された誘電体層と、各々が前記誘電体層に接合され互いに離間して周期的に配置された複数の個別導体層を有する第２導体層と、を備えていてもよい。
【００１７】
本発明の赤外線放射装置において、前記メタマテリアル構造体は、少なくとも表面が導体からなり互いに離間して周期的に配置された複数のマイクロキャビティを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】赤外線放射装置１０の断面図。
【図２】赤外線放射装置１０の断面図。
【図３】第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面図。
【図４】変形例の赤外線放射装置１０の断面図。
【図５】変形例の赤外線放射装置１０の断面図。
【図６】変形例の赤外線放射装置１０の断面図。
【図７】変形例の放射部１１の部分断面図。
【図８】変形例の第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１，図２は、本発明の一実施形態である赤外線放射装置１０の断面図である。図３は、第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面図である。図１は赤外線放射装置１０の軸方向（ここでは前後方向）に沿った縦断面図であり、図２は、赤外線放射装置１０の軸方向に垂直な断面図である。なお、本実施形態において、上下方向、前後方向及び左右方向は、図１〜３に示した通りとする。赤外線放射装置１０は、放射部１１と、反射部５０と、出射部６０と、熱電対８５と、を備えている。この赤外線放射装置１０は、下方に配置された図示しない対象物に向けて赤外線を放射する。
【００２０】
放射部１１は、反射部５０の内部空間５３内に配置されている。放射部１１は、平板状に形成されている。放射部１１は、図１の拡大図に示すように、発熱部１２と、第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂと、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂと、を備えている。
【００２１】
発熱部１２は、いわゆる面状ヒーターとして構成されており、線状の部材をジグザグに湾曲させた発熱体１３と、発熱体１３に接触して発熱体１３の周囲を覆う絶縁体である保護部材１４とを備えている。発熱体１３の材質としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金及びＮｉ−Ｃｒ合金などが挙げられる。本実施形態では、発熱体１３はカンタル（登録商標：鉄，クロム，及びアルミニウムを含む合金）とした。保護部材１４の材質としては、例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス等が挙げられる。放射部１１の長手方向（ここでは前後方向）の両端の各々には、発熱体１３と導通する棒状導体１５が取り付けられている。棒状導体１５は、反射部５０の外管５２の軸方向の両端から外部に引き出されており、この棒状導体１５を介して発熱体１３に外部から電力を供給可能である。棒状導体１５は、反射部５０内で放射部１１を支持する役割も果たす。棒状導体１５の材質は、ここではＭｏとした。発熱部１２は、絶縁体にリボン状の発熱体を巻き付けた構成の面状ヒーターとしてもよい。
【００２２】
第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂは、それぞれ、平板状の部材である。第１支持基板２０ａは、発熱部１２の第１面側（ここでは下面側）に配設されている。第２支持基板２０ｂは、発熱部１２の第２面側（ここでは上面側）に配設されている。第１支持基板２０ａ及び第２支持基板２０ｂを支持基板２０と総称する。支持基板２０は、発熱部１２及び第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂを支持している。支持基板２０の材質としては、例えばＳｉウェハ、ガラスなどのように、平滑面が維持しやすく、耐熱性が高く、熱反りが低い素材が挙げられる。本実施形態では、支持基板２０は石英ガラスとした。なお、第１，第２支持基板２０ａ，２０ｂの各々は、本実施形態のように発熱部１２の下面及び上面に接触していてもよいし、接触せず空間を介して発熱部１２と上下に離間して配設されていてもよい。支持基板２０と発熱部１２とが接触している場合には両者は接合されていてもよい。
【００２３】
第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、それぞれ、板状の部材である。第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱部１２の第１面側（ここでは下面側）に配設されており、第１支持基板２０ａよりも下方に位置する。第２メタマテリアル構造体３０ｂは、発熱部１２の第２面側（ここでは上面側）に配設されており、第２支持基板２０ｂよりも上方に位置する。第１メタマテリアル構造体３０ａ及び第２メタマテリアル構造体３０ｂをメタマテリアル構造体３０と総称する。第１メタマテリアル構造体３０ａは、第１支持基板２０ａの下面と直接接合されていてもよいし、図示しない接着層を介して接合されていてもよい。同様に、第２メタマテリアル構造体３０ｂは、第２支持基板２０ｂの上面と直接接合されていてもよいし、図示しない接着層を介して接合されていてもよい。第１メタマテリアル構造体３０ａは自身の下面（第１放射面の一例）から主に下方に赤外線を放射し、第２メタマテリアル構造体３０ｂは自身の上面（第２放射面の一例）から主に上方に赤外線を放射する。図１に示すように、第１メタマテリアル構造体３０ａと第２メタマテリアル構造体３０ｂとは同じ構成要素を有しており、本実施形態では上下対称に構成されている。以下、第１メタマテリアル構造体３０ａについて説明し、第２メタマテリアル構造体３０ｂについては図１で同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２４】
第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱体１３側から下方に向かって、第１導体層３１と、誘電体層３３と、複数の個別導体層３６を有する第２導体層３５と、をこの順に備えている。このような構造はＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造ともいう。なお、第１メタマテリアル構造体３０ａが有する各層間は、直接接合されていてもよいし、接着層を介して接合されていてもよい。個別導体層３６及び誘電体層３３の下面の露出部は酸化防止層（図示せず、例えばアルミナで形成される）で被覆されていてもよい。
【００２５】
第１導体層３１は、第１支持基板２０ａから見て発熱体１３とは反対側（下側）で接合された平板状の部材である。第１導体層３１の材質は例えば金属などの導体（電気伝導体）である。金属の具体例としては、金，アルミニウム（Ａｌ），又はモリブデン（Ｍｏ）などが挙げられる。本実施形態では、第１導体層３１の材質は金とした。第１導体層３１は、図示しない接着層を介して第１支持基板２０ａに接合されている。接着層の材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが挙げられる。なお、第１導体層３１と第１支持基板２０ａとが直接接合されていてもよい。
【００２６】
誘電体層３３は、第１導体層３１から見て発熱体１３とは反対側（下側）で接合された平板状の部材である。誘電体層３３は、第１導体層３１と第２導体層３５との間に挟まれている。誘電体層３３の材質としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3），シリカ（ＳｉＯ2）などが挙げられる。本実施形態では、誘電体層３３の材質はアルミナとした。
【００２７】
第２導体層３５は、導体からなる層であり、誘電体層３３の下面に沿った方向（前後左右方向）に周期構造を有する。具体的には、第２導体層３５は複数の個別導体層３６を備えており、この個別導体層３６が誘電体層３３の下面に沿った方向（前後左右方向）に互いに離間して配置されることで、周期構造を構成している（図３参照）。複数の個別導体層３６は、左右方向（第１方向）に間隔Ｄ１ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。また、複数の個別導体層３６は、左右方向に直交する前後方向（第２方向）に間隔Ｄ２ずつ離れて互いに等間隔に配設されている。個別導体層３６は、このように格子状に配列されている。なお、本実施形態では図３に示すように四方格子状に個別導体層３６を配列したが、例えば個別導体層３６の各々が正三角形の頂点に位置するように六方格子状に個別導体層３６を配列してもよい。複数の個別導体層３６の各々は、下面視で円形をしており、厚さｈ（上下高さ）が径Ｗよりも小さい円柱形状をしている。第２導体層３５の周期構造の周期は、横方向の周期Λ１＝Ｄ１＋Ｗ、縦方向の周期Λ２＝Ｄ２＋Ｗである。本実施形態では、Ｄ１＝Ｄ２とし、したがってΛ１＝Λ２とした。第２導体層３５（個別導体層３６）の材質は、例えば金属などの導体であり、上述した第１導体層３１と同様の材質を用いることができる。第１導体層３１及び第２導体層３５の少なくとも一方が金属であってもよい。本実施形態では、第２導体層３５の材質は第１導体層３１と同じ金とした。
【００２８】
このように、第１メタマテリアル構造体３０ａは、第１導体層３１と、周期構造を有する第２導体層３５（個別導体層３６）と、第１導体層３１及び第２導体層３５に挟まれた誘電体層３３とを有している。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、発熱部１２から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能になっている。なお、プランク分布とは、横軸を右にいくほど長くなる波長とし、縦軸を輻射強度としたグラフ上において、特定のピークを有した山型の分布であり、ピークよりも左側の傾斜が急で、ピークよりも右側の傾斜がなだらかな形状を有する曲線である。通常の材料はこの曲線（プランク放射曲線）に従って放射をする。非プランク放射（非プランク分布のピーク波長を有する赤外線の放射）とは、その放射の最大ピークを中心とした山型の傾斜が、前記のプランク放射に比べて急峻であるような放射である。すなわち、第１メタマテリアル構造体３０ａは、最大ピークがプランク分布のピークよりも急峻な放射特性を有する。なお、「プランク分布のピークよりも急峻」は、「プランク分布のピークよりも半値幅（FWHM：full width at half maximum）が狭い」ことを意味する。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、赤外線の全波長領域（０．７μｍ〜１０００μｍ）のうち、特定の波長の赤外線を選択的に放射する特性を有するメタマテリアルエミッターとして機能する。この特性は、マグネティックポラリトン（Magnetic polariton）で説明される共鳴現象によるものと考えられている。なお、マグネティックポラリトンとは、上下２枚の導体（第１導体層３１及び第２導体層３５）に反平行電流が励起され，その間の誘電体（誘電体層３３）内において強い磁場の閉じ込め効果が得られる共鳴現象のことである。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａでは、第１導体層３１および個別導体層３６で局所的に強い電場の振動が励起されることからこれが赤外線の放射源となり、赤外線が周囲環境（ここでは特に下方）に放射される。また、この第１メタマテリアル構造体３０ａでは、第１導体層３１，誘電体層３３及び第２導体層３５の材質や、個別導体層３６の形状及び周期構造を調整することで、共鳴波長を調整することができる。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１導体層３１および個別導体層３６から放射される赤外線は、特定の波長の赤外線の放射率が高くなる特性を示す。すなわち、第１メタマテリアル構造体３０ａは、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い急峻な最大ピークを有する赤外線を放射する特性を有する。なお、本実施形態では、Ｄ１＝Ｄ２としたが、間隔Ｄ１と間隔Ｄ２とが異なっていてもよい。周期Λ１及び周期Λ２についても同様である。なお半値幅は周期Λ１及び周期Λ２を変更することで制御できる。第１メタマテリアル構造体３０ａは、所定の放射特性における上述した最大ピークが波長６μｍ以上７μｍ以下の範囲内にあってもよいし、２．５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲内にあってもよい。また、第１メタマテリアル構造体３０ａは、最大ピークの立ち上がりから立ち下がりまでの波長領域以外の波長領域における赤外線の放射率が値０．２以下であることが好ましい。第１メタマテリアル構造���３０ａは、最大ピークの半値幅が１．０μｍ以下であることが好ましい。第１メタマテリアル構造体３０ａの放射特性は、最大ピークを中心にして略左右対称形状を有していてもよい。また、第１メタマテリアル構造体３０ａの最大ピークの高さ（最大輻射強度）は、上述したプランク放射の曲線を上回ることはない。
【００２９】
このような第１メタマテリアル構造体３０ａは、例えば以下のように形成することができる。まず、第１支持基板２０ａの表面（図１では下面）にスパッタリングにより接着層及び第１導体層３１をこの順に形成する。次に、第１導体層３１の表面（図１では下面）にＡＬＤ法（atomic layer deposition：原子層堆積法）により誘電体層３３を形成する。続いて、誘電体層３３の表面（図１では下面）に所定のレジストパターンを形成してからヘリコンスパッタリング法により第２導体層３５の材質からなる層を形成する。そして、レジストパターンを除去することにより、第２導体層３５（複数の個別導体層３６）を形成する。
【００３０】
第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの上述した赤外線の放射特性は、互いに近いか又は同じであってもよい。例えば、第２メタマテリアル構造体３０ｂが放射する赤外線の最大ピークは、第１メタマテリアル構造体３０ａが放射する赤外線の最大ピークと同じ又は近い値であってもよい。具体的には、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、各々が放射する赤外線の最大ピークのピーク波長の差が０．５μｍ以下であってもよい。また、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、最大ピークの半値幅の波長領域（半値幅領域）の少なくとも一部が重複していてもよく、半分以上が重複していてもよい。本実施形態では、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、Ｄ１，Ｄ２及びＷが互いに同じ値であり、上述した赤外線の放射特性がほぼ同じであるものとした。
【００３１】
熱電対８５は、放射部１１の表面の温度を測定する温度センサの一例であり、放射部１１の表面から外管５２を貫通して外部に引き出されている。
【００３２】
反射部５０は、放射部１１を囲む外管５２と、放射部１１からの赤外線を反射する反射層５９と、を備えている。外管５２は、反射部５０の本体部分を構成しており、赤外線放射装置１０の筐体としての役割も果たす。外管５２は、本実施形態では略円筒状の部材とした。外管５２は、内側に内部空間５３を有している。この内部空間５３内に、放射部１１が配置されている。外管５２は、出射部６０が内部空間５３に露出する部分を除いて放射部１１の前後左右上下を全て囲んでいる。そのため、外管５２及び出射部６０によって内部空間５３は外部から封止されており、内部空間５３は外部とは連通していない。外管５２の材質としては、例えば金属や石英ガラスなどが挙げられる。本実施形態では、外管５２の材質は石英ガラスとした。内部空間５３は、常圧状態になっている。内部空間５３は、空気雰囲気としてもよいし、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気としてもよい。外管５２の軸方向の両端は湾曲した先細りの形状をしており、この両端から棒状導体１５が外部に引き出されている。外管５２のうち内部空間５３から外部に棒状導体１５及び熱電対８５が引き出される部分は、外管５２を溶融させた溶融部を設けることで封止されている。ただし、この部分を外管５２とは別の封止材を用いて封止してもよい。
【００３３】
反射層５９は、メタマテリアル構造体３０から放射された赤外線を、外管５２の内側に反射する。より具体的には、反射層５９は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークを含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能である。反射層５９は、外管５２の内周面に配設されており、内周面のほとんど全てを覆っている。そのため、反射層５９は、第１メタマテリアル構造体３０ａから出射部６０に直接向かう赤外線を除いて、メタマテリアル構造体３０から放射される赤外線のほとんどを反射する。反射層５９は、例えば金，白金，アルミニウムなどの赤外線反射材料を主成分として構成されている。ここでは反射層５９は金とした。反射層５９は、外管５２の内周面に塗布乾燥、スパッタリングやＣＶＤ、溶射といった成膜方法を用いて形成してもよい。反射層５９は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークの半値幅領域を含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能であることが好ましい。
【００３４】
出射部６０は、反射部５０の反射層５９に反射された赤外線を外部に導く導光部としての機能を有しており、本体部６２と、反射層６９と、を備えている。本体部６２は、図１，２に示すように、略直方体の板状形状の部材であり、反射部５０の下方に突出するように配設されている。本体部６２は、反射部５０に反射された赤外線が入射される入射面６２ａと、赤外線を外部に出射する出射面６２ｂと、を備えている。本実施形態では、本体部６２の上面が入射面６２ａとなり、下面が出射面６２ｂとなっている。入射面６２ａ及び出射面６２ｂは、上下方向に垂直な面である。入射面６２ａは、上面視で長方形状をしており、出射面６２ｂは、下面視で長方形状をしている。本体部６２は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークを含む波長領域の赤外線を少なくとも透過可能である。本体部６２は、入射面６２ａから入射した赤外線を出射面６２ｂまで導く。本実施形態では、本体部６２は、入射面６２ａから本体部６２内部に入射した赤外線を、本体部６２の前後左右の外周面で内側に全反射させることにより、赤外線を出射面６２ｂまで導く。出射部６０は、入射面６２ａ側（ここでは上側）が反射部５０のうち下側に設けられた開口（孔）に挿入されている。これにより、出射部６０は反射部５０と接続部分６２ｃ（図２参照）で接続されている。接続部分６２ｃは、出射部６０のうち反射部５０の開口に挿入されている部分である。また、入射面６２ａは、内部空間５３内に露出している。本体部６２は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピーク半値幅領域を含む波長領域の赤外線を少なくとも透過可能であることが好ましい。本体部６２は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの各々から放射される最大ピークのピーク波長の赤外線の透過率が８０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。
【００３５】
出射面６２ｂ（ここでは本体部６２の下面）の面積は、第１メタマテリアル構造体３０ａの第１放射面（ここでは放射部１１の下面）の面積と、第２メタマテリアル構造体３０ｂの第２放射面の面積（ここでは放射部１１の上面）の面積と、の少なくとも一方よりも小さい。本実施形態では、第１，第２放射面の面積は互いに同じであり、出射面６２ｂの面積は第１，第２放射面のいずれの面積よりも小さくなっている。また、本実施形態では、放射部１１と本体部６２とが前後方向の長さが同じで、左右方向の幅は本体部６２の方が小さくなっていることにより、第１，第２放射面の面積よりも出射面６２ｂの面積が小さくなるように調整されている。ここで、出射面６２ｂ，第１放射面，第２放射面の面積は、表面の凹凸（例えば個別導体層３６が存在することによる放射部１１の上下面の凹凸）を無視した面積（見かけ上の面積）とする。
【００３６】
本体部６２の材質としては、例えば石英ガラス（波長３．５μｍ以下の赤外線を透過）、透明アルミナ（波長５．５μｍ以下の赤外線を透過）、蛍石（フッ化カルシウム，ＣａＦ2，波長８μｍ以下の赤外線を透過）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ，波長１８μｍ以下の赤外線を透過）などの赤外線透過材料が挙げられる。本実施形態では、本体部６２は石英ガラスとした。石英ガラスは波長３．５μｍ以下の赤外線を透過（３．５μｍを超える赤外線を吸収）するため、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの放射特性は、最大ピークのピーク波長が３．０μｍとなるようにした。この放射特性は、例えば第１導体層３１の厚さを１００ｎｍとし、誘電体層３３の厚さを８０ｎｍとし、第２導体層３５（個別導体層３６）の厚さを６０ｎｍとし、個別導体層３６の径Ｗを０．５６５μｍとし、周期Λ１，Λ２を４μｍとすることで、実現できる。
【００３７】
反射層６９は、メタマテリアル構造体３０から放射された赤外線のうち本体部６２を透過して出射面６２ｂ以外から外部に向かう赤外線を、本体部６２側に反射するための部材である。反射層６９は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークを含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能である。反射層６９は、本体部６２の表面の一部である領域６２ｄ（図２参照）に配設されている。領域６２ｄは、本体部６２のうち入射面６２ａから出射面６２ｂに向かう方向（ここでは下方向）に沿った外周面（ここでは前後左右の面）の一部の領域である。また、領域６２ｄは、本体部６２の外周面のうち、入射面６２ａ側（ここでは上側）の領域である。領域６２ｄは、上述した接続部分６２ｃと、接続部分６２ｃよりも下側の部分とを含んでいる。そのため、本体部６２は、反射層６９を介して反射部５０と接続されている。反射層６９は、反射層５９と同様に上述した赤外線反射材料を主成分として構成されている。ここでは反射層６９は金とした。反射層６９は、本体部６２の外周面に塗布乾燥、スパッタリングやＣＶＤ、溶射といった成膜方法を用いて形成してもよい。反射層６９は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂから放射される赤外線のうち各々の最大ピークの半値幅領域を含む波長領域の赤外線を少なくとも反射可能であることが好ましい。
【００３８】
ここで、本体部６２は、上述したように前後左右の外周面で赤外線を内側に全反射させる。そのため、全反射が生じるように、本体部６２には、外周面に接触している媒質（ここでは外部の空気及び反射層６９）と比べて屈折率が高い材料を用いる。上述した赤外線透過材料の例（石英ガラス、透明アルミナ、蛍石、セレン化亜鉛）は、いずれも全反射を生じさせることができる。
【００３９】
こうした赤外線放射装置１０の使用例を以下に説明する。まず、図示しない電源から棒状導体１５を介して発熱体１３に電力を供給する。電力の供給は、発熱体１３の温度が予め設定された温度（特に限定するものではないが、ここでは４００℃とする）になるように行う。所定の温度に達した発熱体１３からは、伝導・対流・放射の伝熱３形態のうち主に伝導により周囲にエネルギーが伝達され、メタマテリアル構造体３０が加熱される。その結果、メタマテリアル構造体３０は所定温度（ここでは例えば３９０℃とする）に上昇し、放射体となって、赤外線を放射するようになる。このとき、メタマテリアル構造体３０が上述したように第１導体層３１，誘電体層３３，及び第２導体層３５を有することで、放射部１１は、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する。より具体的には、放射部１１は、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの第１導体層３１および個別導体層３６が存在する部分である第１，第２放射面（ここでは放射部１１の上面及び下面）から、特定の波長領域の赤外線を選択的に放射する。
【００４０】
このようにしてメタマテリアル構造体３０から放射された赤外線は、放射部１１の周囲に位置する反射部５０の反射層５９によって反射されるため、外管５２にはほとんど到達せず、入射面６２ａに到達する。メタマテリアル構造体３０からの赤外線の放射の向きによっては、赤外線が反射層５９に複数回反射された後で入射面６２ａに到達する場合や、第１メタマテリアル構造体３０ａから反射を介さずに入射面６２ａに直接到達する場合もある。そして、入射面６２ａに到達した赤外線は、本体部６２内を進行して出射面６２ｂに到達する。このとき、本体部６２の外周面（外周面とその外側の媒質との境界面）への入射角θ（図２参照）が臨界角以上であるような赤外線は、全反射することにより本体部６２の外部に漏れることなく出射面６２ｂへ導かれる。また、入射角θが臨界角未満の赤外線は、少なくとも一部が本体部６２の外部に漏れるが、反射層６９が存在することで、このような赤外線を反射して本体部６２側に戻すことができる。そして、出射面６２ｂに到達した赤外線が、出射面６２ｂから下方に放射される。出射面６２ｂの面積は、上述したようにメタマテリアル構造体３０の放射面（ここでは第１，第２放射面）よりも小さくなっているため、メタマテリアル構造体３０からの赤外線を集中させて出射面６２ｂの下方に局所的に放射することができる。本実施形態では出射面６２ｂが長方形状をしているため、出射面６２ｂの真下の領域にライン状に赤外線を局所放射できる。これにより、例えば対象物の一部にのみ赤外線を照射したり、小さい対象物に効率よく赤外線を照射したりすることができる。また、出射面６２ｂから放射される赤外線は特定の波長領域の赤外線を多く含むため、この特定の波長領域の赤外線の吸収率が比較的高い対象物に対して、効率よく赤外線を放射して加熱処理，乾燥処理又は対象物を化学反応させる処理などの赤外線処理を行うことができる。対象物は、出射面６２ｂの長手方向（ここでは前後方向）に垂直な方向に搬送される平板状又は層状の部材であってもよい。
【００４１】
以上詳述した本実施形態の赤外線放射装置１０では、メタマテリアル構造体３０から選択的に放射された特定の波長領域の赤外線が、放射部１１の周囲に位置する反射部５０によって反射され、出射部６０の入射面６２ａに到達し、出射部６０の出射面６２ｂから放射される。出射面６２ｂはメタマテリアル構造体３０の赤外線の放射面よりも面積が小さいため、赤外線を出射面６２ｂから外部に局所的に放射できる。ここで、メタマテリアル構造体３０は平面状の放射面を有するため、例えば線状発熱体から赤外線を放射するような場合と比較して、局所的な放射をさせることが難しい。本実施形態の赤外線放射装置１０では、反射部５０と出射部６０とを用いることにより、メタマテリアル構造体３０の平面状の放射面から赤外線を放射する場合であっても、外部に局所的に赤外線を放射できる。
【００４２】
また、反射部５０は、放射部１１が配置された内部空間５３を内側に有しており、内部空間５３は外部と連通していない。そのため、メタマテリアル構造体３０から内部空間５３に放射された赤外線が反射部５０の隙間などから外部に漏れることを抑制できる。
【００４３】
さらに、出射部６０は、赤外線を全反射により出射面６２ｂまで導くため、メタマテリアル構造体３０からの赤外線が出射部６０のうち出射面６２ｂ以外から外部に漏れることを抑制できる。しかも、出射部６０は、本体部６２の入射面６２ａから出射面６２ｂに向かう方向に沿った外周面のうち少なくとも入射面６２ａ側の領域６２ｄに配設され赤外線を本体部６２側に反射する反射層６９を備えている。そのため、全反射せずに本体部６２を透過した赤外線が存在しても、そのような赤外線が外部に漏れるのを反射層６９により抑制できる。特に、本体部６２の外周面のうち入射面６２ａ側では、一部の赤外線が臨界角より小さい入射角θで本体部６２の反射面（ここでは本体部６２の外周面）に入射することで全反射せず本体部６２を透過して外部に漏れやすい。そのため、この入射面６２ａ側の領域に反射層６９を配設することで効果的に赤外線の漏れを抑制できる。
【００４４】
そして、出射部６０は、入射面６２ａ側が反射部５０と接続されており、反射層６９が配設されている領域６２ｄは、本体部６２の外周面のうち反射部５０との接続部分６２ｃを含んでいる。接続部分６２ｃでは赤外線が外部に漏れやすいが、この接続部分６２ｃに反射層６９が存在することで、赤外線の外部への漏れをより抑制できる。
【００４５】
そしてまた、メタマテリアル構造体３０は、発熱部１２の第１面側（下面側）に配置され第１放射面から赤外線を放射する第１メタマテリアル構造体３０ａと、発熱部１２の第１面とは反対側である第２面側（上面側）に配置され第２放射面から赤外線を放射する第２メタマテリアル構造体３０ｂと、を有している。そして、出射面６２ｂは、第１放射面及び第２放射面の少なくとも一方よりも面積が小さい。これにより、放射部１１は、第１面側と第２面側との両方から、特定の波長領域の赤外線を選択的に放射できる。そのため、発熱部１２の第２面側に第２メタマテリアル構造体３０ｂが存在しない場合と比較して、特定の波長領域以外の不要な波長の赤外線が第２面側から放射されることを抑制でき、第２面側からの熱エネルギー損失が少なくなる。
【００４６】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４７】
上述した実施形態では、出射面６２ｂは長方形状をしており、赤外線放射装置１０は出射面６２ｂの真下の領域にライン状に赤外線を局所放射したが、これに限られない。例えば、円形状又は正方形状などのスポット状に赤外線を局所放射できるように出射面６２ｂを形成してもよい。図４は、変形例の赤外線放射装置１０の断面図である。図４では、下側に本体部６２の下面図も合わせて示している。図４の赤外線放射装置１０では、外管５２は略球形状をしている。そのため、外管５２の上下左右に沿った断面図は、図２と同様である。放射部１１は、下面視で略正方形状に形成されている。本体部６２は、円柱状の棒状部材であり、出射面６２ｂが円形をしている。この赤外線放射装置１０では、出射面６２ｂから円形のスポット状に赤外線を局所放射できる。本体部６２は角柱状の棒状部材であってもよい。
【００４８】
上述した実施形態では、本体部６２は直方体形状としたが、これに限られない。例えば、本体部６２は入射面６２ａと出射面６２ｂとの間に湾曲した部分を有していてもよい。あるいは、入射面６２ａよりも出射面６２ｂの面積が小さくなるように、本体部６２が出射面６２ｂに向かって先細り状に形成されていてもよい。また、入射面６２ａ及び出射面６２ｂは上下方向に垂直な面としたが、これに限られない。例えば、入射面６２ａが凹面であってもよいし、出射面６２ｂが凸面であってもよい。
【００４９】
上述した実施形態では、反射部５０は外管５２と反射層５９とを備えていたが、外管５２の少なくとも一部が反射層５９を兼ねており、外管５２が赤外線を反射可能であってもよい。例えば、外管５２の材質が、セラミックス（例えばアルミナのセラミックス）又はステンレス鋼であってもよい。外管５２が赤外線を反射する場合、外管５２の内周面が研磨されていてもよい。
【００５０】
上述した実施形態では、反射層６９は本体部６２の外周面のうち入射面６２ａ側の一部のみに配設されていたが、これに限られない。反射層６９は本体部６２の外周面全体に配設されていてもよい。また、反射層６９が配設された領域６２ｄは接続部分６２ｃと接続部分６２ｃの下側の部分とを含んでいたが、これに限られない。領域６２ｄが接続部分６２ｃのみを含んでいてもよい。すなわち反射層６９が接続部分６２ｃのみに配設されていてもよい。また、出射部６０は反射層６９を備えなくてもよい。
【００５１】
上述した実施形態では、反射部５０の内部空間５３は常圧すなわち非減圧状態としたが、これに限らず減圧可能な空間であってもよい。こうすれば、内部空間５３を減圧状態にしてこの赤外線放射装置１０を使用することで、例えば内部空間５３が常圧の場合と比較して、放射部１１から内部空間５３内への対流熱伝達が少なくなり、対流損失を抑制できる。したがって、赤外線放射装置１０のエネルギー効率をより向上させることができる。また、内部空間５３が減圧状態である方が対流熱伝達による反射部５０の温度上昇を抑制できるため、反射部５０が二次放射体となって不要な波長の赤外線を放射することも抑制できる。内部空間５３を減圧可能とする場合、赤外線放射装置１０の使用時に開閉可能な外管５２の吸引口を介して真空ポンプにより内部空間５３を減圧雰囲気にしてもよい。あるいは、赤外線放射装置１０の製造時に、内部空間５３を減圧雰囲気とした状態で内部空間５３と外部空間との間を封止しておいてもよい。内部空間５３の減圧状態は、例えば１００Ｐａ以下としてもよいし、真空状態（例えば１０Ｐａ以下）としてもよい。内部空間５３の減圧状態は、０．０１Ｐａ以上としてもよい。
【００５２】
上述した実施形態において、反射部５０を周囲から冷却（例えば水冷又は空冷）してもよい。こうすれば、赤外線の一部が反射部５０に吸収される場合でも、反射部５０の温度上昇を抑制でき、反射部５０が二次放射体となって不要な波長の赤外線を放射してしまうことを抑制できる。
【００５３】
上述した実施形態では、出射部６０は本体部６２の外周面で赤外線を全反射したが、これに限られない。例えば、本体部６２が、入射面及び出射面を有する高屈折率材料と、高屈折率材料よりも屈折率が低く高屈折率材料の外周面（例えば図１，２では前後左右の面）を囲む低屈折率材料と、を備えていてもよい。こうすれば、本体部６２は、高屈折率材料と低屈折率材料との境界面で赤外線を全反射できる。また、出射部６０は、全反射に限らず反射により赤外線を出射面６２ｂに導いてもよい。例えば、本体部６２が赤外線を全反射せず、本体部６２の外周面を囲む反射層によって赤外線を反射してもよい。
【００５４】
上述した実施形態では、内部空間５３は外部と連通していなかったが、これに限られない。例えば反射部５０と出射部６０との間に隙間があったり、出射部６０が存在する場所以外にも反射部５０が孔や隙間を有していたりしてもよい。ただし、赤外線の外部への漏れを抑制できるため、内部空間５３が外部と連通していないことが好ましい。また、出射部６０が内部空間５３と外部とを連通させる貫通孔を有していてもよい。例えば、出射部６０の本体部６２が上下に貫通する貫通孔を有しており、貫通孔の内周面で赤外線を反射することで出射面６２ｂに赤外線を導いてもよい。
【００５５】
上述した実施形態では、出射部６０は全反射により赤外線を入射面６２ａから出射面６２ｂまで導いたが、これに限られない。例えば、図５に示す変形例の赤外線放射装置１０を採用してもよい。図５の赤外線放射装置１０では、外管５２は開口を有しておらず、内部空間５３は外管５２により外部から封止されている。そして、外管５２のうち内周面に反射層５９が設けられている第１部分５２ａと、反射層５９とが、反射部５０を構成している。また、外管５２のうち内周面に反射層５９が設けられていない第２部分５２ｂが、出射部６０となっている。また、第２部分５２ｂのうち内部空間５３側の表面が入射面６２ａとなっており、第２部分５２ｂのうち外側の表面が出射面６２ｂとなっている。出射面６２ｂは、ここでは第２部分５２ｂのうち入射面６２ａの真下の領域であり、入射面６２ａの面積と出射面６２ｂの面積とは同じである。出射面６２ｂは、メタマテリアル構造体３０の赤外線の放射面よりも面積が小さい。この赤外線放射装置１０では、放射部１１から放射され反射部５０で反射された赤外線は、入射面６２ａから出射部６０（ここでは第２部分５２ｂ）内に進み、出射面６２ｂから外部に放射される。そして、出射面６２ｂの面積がメタマテリアル構造体３０の赤外線の放射面より小さいため、赤外線を出射面６２ｂから外部に局所的に放射できる。この図５の赤外線放射装置１０のように、出射部６０が赤外線を導かず単に赤外線を透過させるだけであっても、メタマテリアル構造体３０からの赤外線を外部に局所的に放射させることはできる。ただし、この場合、例えば図１，２に示した赤外線放射装置１０と比較すると、出射面６２ｂの周辺からも赤外線が外部に放射されやすい、すなわち一部の赤外線が出射面６２ｂ以外から外部に漏れやすい。
【００５６】
上述した実施形態では、出射部６０は、反射部５０に設けられた孔に配設された本体部６２及び反射層６９を備えていたが、これに限らず出射部６０は空間であってもよい。例えば、図６に示す変形例の赤外線放射装置１０を採用してもよい。図６の赤外線放射装置１０では、図１，２に示した本体部６２及び反射層６９が省略されており、反射部５０の下側に設けられた孔５４内の空間が、出射部６０となっている。この孔５４のうち内部空間５３側の開口部分（開口面）が入射面６２ａとなっており、孔５４のうち外側の開口部分（開口面）が出射面６２ｂとなっている。出射面６２ｂは、メタマテリアル構造体３０の赤外線の放射面よりも面積が小さい。この赤外線放射装置１０では、放射部１１から放射され反射部５０で反射された赤外線は、入射面６２ａから出射部６０（ここでは孔５４）内に進み出射面６２ｂから外部に放射される。そして、出射面６２ｂの面積がメタマテリアル構造体３０の赤外線の放射面より小さいため、赤外線を出射面６２ｂから外部に局所的に放射できる。この図６の赤外線放射装置１０において、孔５４の内周面５４ａがメタマテリアル構造体３０からの赤外線を反射可能であることが好ましい。こうすれば、出射部６０が反射により赤外線を入射面６２ａから出射面６２ｂまで導くことができる。また、孔５４の内周面５４ａがメタマテリアル構造体３０からの赤外線を全反射可能であることがより好ましい。例えば外管５２の材質をメタマテリアル構造体３０からの赤外線を反射可能な材質としたり、内周面５４ａに反射層を設けたりすることで、図６において出射部６０が反射により赤外線を入射面６２ａから出射面６２ｂまで導くことができるようにしてもよい。
【００５７】
上述した実施形態では、メタマテリアル構造体３０は第１メタマテリアル構造体３０ａと第２メタマテリアル構造体３０ｂとを備えていたが、いずれか一方を省略してもよい。
【００５８】
例えば、上述した実施形態では、メタマテリアル構造体３０は第１導体層３１と誘電体層３３と第２導体層３５とを有していた、すなわちＭＩＭ構造を有していたが、これに限られない。メタマテリアル構造体３０は、発熱部１２から熱エネルギーを入力すると非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能な構造体であればよい。例えば、メタマテリアル構造体は、複数のマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ形成体として構成されていてもよい。図７は、変形例の放射部１１の部分断面図である。図８は、変形例の第１メタマテリアル構造体３０ａの部分底面斜視図である。変形例の放射部１１の第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂは、それぞれ、少なくとも表面（ここでは側面４２Ａ及び底面４４Ａ）が導体層３５Ａからなり前後左右方向の周期構造を構成する複数のマイクロキャビティ４１Ａを有している。第１メタマテリアル構造体３０ａの下面である放射面３８Ａが第１放射面であり、第２メタマテリアル構造体３０ｂの上面である放射面３８Ａが第２放射面である。第１メタマテリアル構造体３０ａと第２メタマテリアル構造体３０ｂとは、同じ構成要素を有しており、上下対称に構成されている。そのため、第１メタマテリアル構造体３０ａについて詳細に説明し、第２メタマテリアル構造体３０ｂについては図７で同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第１メタマテリアル構造体３０ａは、放射部１１の発熱部１２側から下方に向かって、本体層３１Ａと、凹部形成層３３Ａと、導体層３５Ａと、をこの順に備えている。本体層３１Ａは、例えばガラス基板などからなる。凹部形成層３３Ａは、例えば樹脂や、セラミックス及びガラスなどの無機材料などからなり、本体層３１Ａの下面に形成されて円柱状の凹部を形成している。凹部形成層３３Ａは、第２導体層３５と同じ材料であってもよい。導体層３５Ａは、第１メタマテリアル構造体３０ａの表面（下面）に配設されており、凹部形成層３３Ａの表面（下面及び側面）と、本体層３１Ａの下面（凹部形成層３３Ａが配設されていない部分）とを覆っている。導体層３５Ａは導体からなり、材質としては、例えば金，ニッケルなどの金属や導電性樹脂などが挙げられる。マイクロキャビティ４１Ａは、この導体層３５Ａの側面４２Ａ（凹部形成層３３Ａの側面を覆う部分）と、底面４４Ａ（本体層３１Ａの下面を覆う部分）とで囲まれ、下方に開口した略円柱形状の空間である。マイクロキャビティ４１Ａは、図８に示すように、前後左右に並べて複数配設されている。第１メタマテリアル構造体３０ａの下面が対象物に赤外線を放射する放射面３８Ａとなっている。具体的には、第１メタマテリアル構造体３０ａが発熱部１２からのエネルギーを吸収すると、底面４４Ａと側面４２Ａとで形成される空間内での入射波と反射波との共振作用により、放射面３８Ａから下方の対象物に向けて特定の波長の赤外線が強く放射される。これにより、第１メタマテリアル構造体３０ａは、非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射可能になっている。なお、複数のマイクロキャビティ４１Ａの各々の円柱の直径及び深さを調整することで、第１メタマテリアル構造体３０ａの放射特性を調整することができる。なお、マイクロキャビティ４１Ａは円柱に限らず多角柱形状でもよい。マイクロキャビティ４１Ａの深さは、例えば１．５μｍ以上１０μｍ以下としてもよい。なお、図７，８に示したような第１メタマテリアル構造体３０ａは、例えば以下のように形成することができる。まず、本体層３１Ａの下面となる部分に周知のナノインプリントにより凹部形成層３３Ａを形成する。そして、凹部形成層３３Ａの表面及び本体層３１Ａの表面を覆うように、例えばスパッタリングにより導体層３５Ａを形成する。ここで、第１，第２メタマテリアル構造体３０ａ，３０ｂの一方がＭＩＭ構造を有し、他方がマイクロキャビティを有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、対象物の加熱処理，乾燥処理又は対象物を化学反応させる処理などの赤外線処理を行う必要のある産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  赤外線放射装置、１１  放射部、１２  発熱部、１３  発熱体、１４  保護部材、１５  棒状導体、２０  支持基板、２０ａ，２０ｂ  第１，第２支持基板、３０  メタマテリアル構造体、３０ａ，３０ｂ  第１，第２メタマテリアル構造体、３１  第１導体層、３３  誘電体層、３５  第２導体層、３６  個別導体層、５０  反射部、５２  外管、５２ａ  第１部分、５２ｂ  第２部分、５３  内部空間、５４  孔、５４ａ  内周面、５９  反射層、６０  出射部、６２  本体部、６２ａ  入射面、６２ｂ  出射面、６２ｃ  接続部分、６２ｄ  領域、６９  反射層、８５  熱電対、３１Ａ  本体層、３３Ａ  凹部形成層、３５Ａ  導体層、３８Ａ  放射面、４１Ａ  マイクロキャビティ、４２Ａ  側面、４４Ａ  底面。
【図１】
2020017433.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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