(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成され、比誘電率が５０以上である誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項２】
前記波長フィルターは、前記金属層の前記入射面の表面および前記誘電体部の前記入射面側の表面に設けられ、かつ誘電体で構成された誘電体層を有する請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項３】
前記誘電体層の比誘電率は、５０以上である請求項２に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項４】
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成された誘電体部と、
前記金属層の前記入射面の表面および前記誘電体部の前記入射面側の表面に設けられ、かつ誘電体で構成され、比誘電率が５０以上である誘電体層と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項５】
前記誘電体層を構成する前記誘電体は、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物のうちの少なくとも１つを含む請求項２ないし４のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項６】
前記誘電体層を構成する前記誘電体に含まれる前記金属は、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものである請求項５に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項７】
前記誘電体部を構成する前記誘電体は、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物のうちの少なくとも１つを含む請求項１ないし６のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項８】
前記誘電体部を構成する前記誘電体に含まれる前記金属は、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものである請求項７に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項９】
前記波長フィルターは、前記金属層の前記出射面側に設けられた基板を有する請求項１ないし８のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１０】
前記孔部の前記入射面の法線方向からの平面視での形状は、円形であり、
前記孔部は、前記円形の直径をｄ、前記入射面の法線方向からの平面視における隣り合う２つの前記孔部の前記円形の中心間距離をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられている請求項１ないし９のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
０．２５≦ｄ／ｓ＜１  ・・・（１）
【請求項１１】
前記金属層の前記入射面の法線方向に沿った厚さは、前記所定のテラヘルツ波の波長以下である請求項１ないし１０のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１２】
隣り合う２つの前記孔部の前記所定のピッチは、前記所定のテラヘルツ波の波長と同一の長さである請求項１ないし１１のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１３】
前記波長フィルターは、
複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１４】
前記波長フィルターは、複数の単位領域を有しており、
前記複数の単位領域は、それぞれ、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１５】
前記検出部は、前記波長フィルターの前記第１の領域および前記第２の領域に対応してそれぞれ設けられ、当該領域を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する複数の単位検出部を有する請求項１３または１４に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１６】
所定の波長のテラヘルツ波を透過させるテラヘルツ波長フィルターであって、
テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成され、比誘電率が５０以上である誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするテラヘルツ波長フィルター。
【請求項１７】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出装置は、
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
前記テラヘルツ波発生装置から出射した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成され、比誘電率が５０以上である誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするイメージング装置。
【請求項１８】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出装置は、
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
前記テラヘルツ波発生装置から出射した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成され、比誘電率が５０以上である誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波検出装置、テラヘルツ波長フィルター、イメージング装置および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。
このテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器としては、焦電センサーやボロメーター等がある。その大きな特徴としては、テラヘルツ波に対する高感度性と、ＴＨｚ−ＴＤＳ（Time -Domain Spectrometry）分光分析装置のような大型で煩雑な光学遅延機構が不要な点とが挙げられる。
【０００３】
しかし、焦電センサーやボロメーターのみでは、ともにその素子における熱量の変化によってテラヘルツ波の有無を検出しているために、テラヘルツ波の周波数スペクトルの検出は不可能であり、スペクトルの検出を行うためには、検出したい所定の波長のテラヘルツ波を選択的に透過させる波長フィルターが必要になる。
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この波長フィルターは、基板と、基板上に設けられ、複数の孔部を有する金属膜とで構成されている。この波長フィルターと、焦電センサーやボロメーターとを組み合わせることにより、所定の波長のテラヘルツ波のみを検出することができる。
しかしながら、前記従来の波長フィルターでは、テラヘルツ波の波長帯域に対して設計すると、複数の孔部のピッチが大きくなることにより、波長フィルターの面積が大きくなってしまうという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０８／７５６２４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】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術に対して小型化が可能なテラヘルツ波検出装置、テラヘルツ波長フィルター、イメージング装置および計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のテラヘルツ波検出装置は、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成された誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、従来よりも小型化が可能なテラヘルツ波検出装置を提供することができる。
すなわち、波長フィルターにおいて、誘電体部により誘電体部に入射したテラヘルツ波が圧縮され、その波長が短くなる。これにより、波長フィルターを透過させる所定の波長のテラヘルツ波よりも短い波長に対して波長フィルターを設計することができるため、波長フィルターの面積を小さくすることができ、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【０００８】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、前記金属層の前記入射面の表面および前記誘電体部の前記入射面側の表面に設けられ、かつ誘電体で構成された誘電体層を有することが好ましい。
これにより、所定の波長のテラヘルツ波をより確実に精度良く検出することができる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体層の比誘電率は、５０以上であることが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【０００９】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体層を構成する前記誘電体は、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体層を構成する前記誘電体含まれる前記金属は、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものであることが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００１０】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体部の比誘電率は、５０以上であることが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体部を構成する前記誘電体は、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記誘電体部を構成する前記誘電体に含まれる前記金属は、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものであることが好ましい。
これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００１１】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、前記金属層の前記出射面側に設けられた基板を有することが好ましい。
これにより、波長フィルターの構造的な強度が向上し、テラヘルツ波長検出装置の信頼性を向上させることができる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記孔部の前記入射面の法線方向からの平面視での形状は、円形であり、
前記孔部は、前記円形の直径をｄ、前記入射面の法線方向からの平面視における隣り合う２つの前記孔部の前記円形の中心間距離をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられていることが好ましい。
０．２５≦ｄ／ｓ＜１  ・・・（１）
これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
【００１２】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記金属層の前記入射面の法線方向に沿った厚さは、前記所定のテラヘルツ波の波長以下であることが好ましい。
これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、隣り合う２つの前記孔部の前記所定のピッチは、前記所定のテラヘルツ波の波長と同一の長さであることが好ましい。
これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
【００１３】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、
複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することが好ましい。
これにより、複数の所定の波長のテラヘルツ波を検出することができる。
【００１４】
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、複数の単位領域を有しており、
前記複数の単位領域は、それぞれ、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、複数の前記孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することが好ましい。
これにより、複数の所定の波長のテラヘルツ波を検出することができる。
本発明のテラヘルツ波検出装置では、前記検出部は、前記波長フィルターの前記第１の領域および前記第２の領域に対応してそれぞれ設けられ、当該領域を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する複数の単位検出部を有することが好ましい。
これにより、複数の所定の波長のテラヘルツ波を検出することができる。
【００１５】
本発明のテラヘルツ波長フィルターは、所定の波長のテラヘルツ波を透過させるテラヘルツ波長フィルターであって、
テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成された誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。
これにより、従来よりも小型化が可能なテラヘルツ波長フィルターを提供することができる。
【００１６】
本発明のイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出装置は、
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
前記テラヘルツ波発生装置から出射した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成された誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。
これにより、従来よりも小型化が可能なイメージング装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出装置は、
所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
前記波長フィルターは、
前記テラヘルツ波発生装置から出射した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が出射する出射面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
前記複数の孔部に充填され、かつ誘電体で構成された誘電体部と、を備え、
前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。
これにより、従来よりも小型化が可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のテラヘルツ波検出装置の第１実施形態を摸式的に示す斜視図である。
【図２】本発明のテラヘルツ波検出装置の第２実施形態を摸式的に示す斜視図である。
【図３】本発明のテラヘルツ波検出装置の第３実施形態を摸式的に示す斜視図である。
【図４】本発明のテラヘルツ波検出装置の第４実施形態を摸式的に示す平面図および斜視図である。
【図５】本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。
【図６】図５に示すイメージング装置の対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。
【図７】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。
【図８】本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のテラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のテラヘルツ波検出装置の第１実施形態を摸式的に示す斜視図である。
図１に示すテラヘルツ波検出装置１は、テラヘルツ波の所定の周波数成分、すなわち、所定の波長のテラヘルツ波を検出する装置である。なお、所定の波長とは、後述の検出部３でその強度を検出しようとする波長である。このテラヘルツ波検出装置１は、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルター２と、波長フィルター２を通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部３とを有している。また、テラヘルツ波検出装置１において、波長フィルター２と検出部３との位置関係は、固定されている。例えば、波長フィルター２と検出部３とが一体化されている。
なお、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上、３ＴＨｚ以下の電磁波を言う。
【００２０】
テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２は、基板４と、基板４のテラヘルツ波の入射側に設けられ、複数の孔部（貫通孔）５１を有する金属膜（金属層）５と、各孔部５１に充填され、誘電体で構成された充填材（誘電体部）６とを備えている。金属膜５は、テラヘルツ波が入射する入射面５２と、金属膜５を透過したテラヘルツ波が出射する出射面５３とを有しており、複数の孔部５１は入射面５２と出射面５３とを連通して接続するように設けられている。基板４は、金属膜５のテラヘルツ波の出射側に設けられている。
【００２１】
基板４の形状は、特に限定されず、その厚さ方向からの平面視での形状は、例えば、四角形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。なお、図示の構成では、基板４の厚さ方向から平面視での形状は、四角形をなしている。
また、基板４の寸法は、特に限定されず、用途や諸条件に応じて適宜設定されるが、基板４の１辺の長さは、１μｍ以上、１０ｃｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上、１ｃｍ以下であることがより好ましい。また、基板４の厚さは、１０ｎｍ以上、１０ｃｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上、１ｃｍ以下であることがより好ましい。
【００２２】
また、基板４の構成材料としては、金属以外のものを用いることができ、例えば、各種樹脂材料、シリカ等の絶縁体や、半導体等が挙げられる。なお、基板４は、絶縁性を有していることが好ましい。
基板４を設けることにより、波長フィルター２の構造的な強度が向上し、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
金属膜５の外形形状は、基板４の外形形状に対応している。また、金属膜５に形成された各孔部５１は、２次元的に配置され、規則的に並んでいる。各孔部５１の形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、四角形等の多角形、直線状、曲線状、折れ線状等が挙げられる。なお、図示の構成では、孔部５１の形状は、円形であり、以下、孔部５１の条件について、代表的に、孔部５１の形状が円形の場合について説明する。
【００２４】
各孔部５１は、入射面５２の法線方向からの平面視における隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が、波長フィルター２を通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）に応じて設定されている。すなわち、各孔部５１は、入射面５２の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで周期的に配列されて設けられている、とも言える。隣り合う２つの孔部５１の中心間距離は、通過波長と同一に設定されている。これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く通過させることができ、検出部３により、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
また、図示の構成では、各孔部５１は、隣り合う２つの孔部５１の中心同士を結ぶ３つの直線５１１で正三角形が形成され、各正三角形が規則的に配列されるように配置されている。すなわち、各孔部５１は、正三角形の格子状に配置されている。
【００２５】
また、各孔部５１は、孔部５１の直径をｄ、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離（孔部５１のピッチ）をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられていることが好ましい。
０．２５≦ｄ／ｓ＜１  ・・・（１）
ｄ／ｓが０．２５よりも小さいと、他の条件によっては、テラヘルツ波が金属膜５を通過することができない。また、ｄ／ｓが１以上であると、隣り合う２つの孔部５１同士が接触または連通してしまう。また、ｄ／ｓが０．２５のときが、波長フィルター２の精度が最も良く、ｄ／ｓが大きいほど精度が悪くなる。
なお、ｄ／ｓは、０．２５以上、１未満であることがより好ましく、０．２５以上、０．５以下であることがさらに好ましい。
【００２６】
また、孔部５１の直径ｄは、小さいほど精度が良いので、前記式１を満たす範囲内で、より小さく設定されることが好ましい。
なお、具体的には、孔部５１の直径ｄは、０．１μｍ以上、３ｍｍ未満であることが好ましく、１μｍ以上、３００μｍ未満であることがより好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ未満であることがさらに好ましい。また、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離ｓは、０．１μｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、３００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２７】
また、金属膜５の厚さ（入射面５２の法線方向の長さ）は、波長フィルター２を通過させるテラヘルツ波の波長以下であることが好ましい。これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
具体的には、金属膜５の厚さは、３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、１０ｎｍ以上、１００μｍ以下であることが特に好ましい。
【００２８】
また、金属膜５の構成材料としては、金属であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、金、金合金、銀、銀合金、ステンレス鋼等が挙げられる。
なお、孔部５１の形状が円形以外の場合は、その孔部５１の最も長い部位の長さが、前記直径ｄに相当する。例えば、孔部５１の形状が楕円形の場合は、長径が前記直径ｄに相当し、また、孔部５１の形状が多角形の場合は、最も長い対角線が前記直径ｄに相当する。
【００２９】
金属膜５の各孔部５１には、誘電体で構成された充填材６が充填されている。充填材６に入射したテラヘルツ波は、充填材６の誘電率が１よりも大きいため、充填材６内でのテラヘルツ波の伝播速度が低下する。伝播速度と伝播経路における波長とは比例関係にあるため、伝播速度の低下により、充填材６を伝播するテラヘルツ波の波長は小さくなる。波長フィルター２の設計にあたっては、波長フィルター２内を伝播する波長に応じて、孔部５１のピッチｓや孔部５１の直径ｄ等を設定する。すなわち、充填材６を伝播するテラヘルツ波の波長が小さくなることにより、波長フィルター２の面積を小さくすることができる。これにより、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００３０】
充填材６の誘電率は、基板４および金属膜５の誘電率よりも高い。具体的には、充填材６の比誘電率は、５０以上であることが好ましく、５０以上、２００以下であることがより好ましく、８０以上、１２０以下であることがさらに好ましい。これにより波長フィルター２を伝播するテラヘルツ波の波長をより小さくすることができるため、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００３１】
また、充填材６を構成する誘電体としては、誘電体であれば特に限定されないが、例えば、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物等のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。そして、その金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物の前記金属は、それぞれ、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものであることが好ましい。これにより波長フィルター２を伝播するテラヘルツ波の波長をより小さくすることができるため、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
このような充填材６の構成材料としては、例えば、窒素添加ハフニウムアルミネート、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ニオブおよび酸化チタン等が挙げられる。
検出部３は、波長フィルター２のテラヘルツ波の出射側に配置されている。この検出部３としては、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー（強度）を検出し得るものを用いる。このような検出部３としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。
【００３２】
次に、テラヘルツ波検出装置１の作用を説明する。
テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２の金属膜５にテラヘルツ波が入射すると、所定の波長のテラヘルツ波がその波長フィルター２を通過する。この場合、所定の波長以外のテラヘルツ波の大部分を遮断することができる。また、波長フィルター２において、孔部５１に充填された充填材６によりテラヘルツ波が圧縮され、その波長が短くなり、これによりテラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００３３】
次に、波長フィルター２を通過した所定の波長のテラヘルツ波は、検出部３に入射する。検出部３は所定の波長のテラヘルツ波を効率よく吸収する吸収層（図示せず）を備えており、検出部３に入射したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。すなわち、検出部３において、テラヘルツ波が熱に変換され、そのテラヘルツ波のエネルギーが検出される。この検出結果を示す信号は、例えば、検出部３に接続された図示しないパーソナルコンピューター等の外部装置に送出される。
【００３４】
以上説明したように、このテラヘルツ波検出装置１によれば、波長フィルター２において、孔部５１に充填された充填材６によりテラヘルツ波が圧縮され、その波長が短くなり、これにより波長フィルター２の面積を小さくすることができ、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。さらに、波長フィルター２の面積が小さくなることにより、複数の波長フィルター２を設けた場合に、波長フィルター２同士の間隔を小さくすることができる。すなわち、波長フィルター２に対応して設けた複数の検出部３同士の間隔を小さくすることができ、テラヘルツ波検出装置の解像度を高めることができる。
なお、本発明では、基板４が省略されていてもよい。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明のテラヘルツ波検出装置の第２実施形態を摸式的に示す斜視図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第１実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２に示すように、第２実施形態のテラヘルツ波検出装置１では、波長フィルター２は、金属膜５のテラヘルツ波の入射側の表面に設けられ、誘電体で構成された被覆膜（誘電体層）７を有している。この被覆膜７により、波長フィルター２に入射したテラヘルツ波が圧縮され、波長が短くなる。これにより、テラヘルツ波が波長フィルター２の各孔部５１に入射する際に、既にテラヘルツ波の波長が圧縮されているため、所定の波長のテラヘルツ波が波長フィルター２を精度良く通過することができる。これによって、所定波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。
【００３７】
被覆膜７の誘電率は、基板４および金属膜５の誘電率よりも高い。具体的には、被覆膜７の比誘電率は、５０以上であることが好ましく、５０以上、２００以下であることがより好ましく、８０以上、１２０以下であることがさらに好ましい。これにより波長フィルター２を伝播するテラヘルツ波の波長をより小さくすることができるため、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００３８】
また、被覆膜７を構成する誘電体としては、誘電体であれば特に限定されないが、例えば、金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物等のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。そして、その金属の酸化物、金属の炭化物および金属の窒化物の前記金属は、それぞれ、元素周期表の第３族、第４族および第５族のうちのいずれかに属するものであることが好ましい。これにより波長フィルター２を伝播するテラヘルツ波の波長を小さくすることができるため、テラヘルツ波長検出装置の小型化が可能となる。
【００３９】
このような被覆膜７の構成材料としては、例えば、窒素添加ハフニウムアルミネート、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ニオブおよび酸化チタン等が挙げられる。
また、被覆膜７の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上、１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００４０】
なお、被覆膜７を構成する誘電体の組成と、充填材６を構成する誘電体の組成とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。
また、被覆膜７の比誘電率と、充填材６の比誘電率とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。そして、充填材６の比誘電率の方が、被覆膜７の比誘電率よりも高く設定されていることがより好ましい。これにより所定の波長のテラヘルツ波が波長フィルター２をさらに確実に通過することができる。
なお、この第２実施形態は、後述する第３実施形態および第４実施形態にも適用することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図３は、本発明のテラヘルツ波検出装置の第３実施形態を摸式的に示す斜視図である。なお、図３では、破線により、波長フィルター２の第１の領域２１と、第２の領域２２と、第３の領域２３と、第４の領域２４との境界を示す。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３に示すように、第３実施形態のテラヘルツ波検出装置１では、波長フィルター２は、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が互いに異なり、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を有している。
また、図示の構成では、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４は、すべて同一形状、すなわち四角形をなしており、また、同一の寸法を有している。また、第１の領域２１は、図３中の右上、第２の領域２２は、図３中の右下、第３の領域２３は、図３中の左上、第４の領域２４は、図３中の左下に、それぞれ配置されている。また、入射面５２の法線方向からの平面視における隣り合う２つの孔部５１の中心間距離（孔部５１のピッチ）は、第１の領域２１がｓ１、第２の領域２２がｓ２、第３の領域２３がｓ３、第４の領域２４がｓ４に設定されており、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４の関係となっている。そして、通過波長は、第４の領域２４、第３の領域２３、第２の領域２２、第１の領域２１の順に長くなっている。
なお、第１の領域２１の孔部５１の直径と、第２の領域２２の孔部５１の直径と、第３の領域２３の孔部５１の直径と、第４の領域２４の孔部５１の直径とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよいが、図示の構成では、同一に設定されている。
【００４３】
また、検出部３は、波長フィルター２の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４を有している。この第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４は、それぞれ、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、４つの所望の波長のテラヘルツ波をそれぞれ検出することができる。
【００４４】
また、本実施形態のテラヘルツ波検出装置１においても、前記第２実施形態のように、波長フィルター２は、金属膜５のテラヘルツ波の入射側の表面に設けられ、誘電体で構成された被覆膜７を有していることが好ましい。
なお、本発明では、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる領域の数や、単位検出部の数は、検出を行いたいテラヘルツ波の波長の数に応じて設ければ良い。例えば、それぞれ、４つに限らず、２つでもよく、また、３つでもよく、また、５つ以上でもよい。
【００４５】
＜第４実施形態＞
図４は、本発明のテラヘルツ波検出装置の第４実施形態を摸式的に示す平面図および斜視図である。
なお、図４（ａ）では、破線により、波長フィルター２の第１の領域２１と、第２の領域２２と、第３の領域２３と、第４の領域２４との境界を示す。また、実線により、隣り合う２つの画素（単位領域）２５の境界を示す。また、図４（ｂ）には図４（ａ）の破線で丸く囲った部位を拡大して示す。また、図４（ａ）では、孔部５１および充填材６は省略して図示している。
【００４６】
以下、第４実施形態について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図４（ａ）に示すように、第４実施形態のテラヘルツ波検出装置１では、波長フィルター２は、２次元的に配置された複数の画素（単位領域）２５を有している。すなわち、各画素２５は、行列状に配置されている。
【００４７】
また、各画素２５は、それぞれ、前記第３実施形態における波長フィルター２に相当している。すなわち、各画素２５は、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が互いに異なり、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を有している。なお、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４については、前記第３実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
【００４８】
また、検出部３は、波長フィルター２の各画素２５の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４を有している。各第１の単位検出部３１、各第２の単位検出部３２、各第３の単位検出部３３および各第４の単位検出部３４は、それぞれ、各画素２５の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素２５のそれぞれにおいて、４つの所定の波長のテラヘルツ波をそれぞれ検出することができる。
【００４９】
本実施形態のテラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２は、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３、第４の領域２４を含む同一の単位領域を複数配列したものを示したが、これに限られない。例えば、各単位領域の中に、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３、第４の領域２４が含まれていれば、単位領域内での各領域の配列は同一でなくても良い。また、単位領域に含まれる各領域の数や、単位検出部の数は、検出を行いたいテラヘルツ波の波長の数に応じて設ければ良く、４つに限られない。例えば、それぞれ、２つでもよく、また、３つでもよく、また、５つ以上でもよい。
【００５０】
また、本実施形態のテラヘルツ波検出装置１においても、前記第２実施形態のように、波長フィルター２は、金属膜５のテラヘルツ波の入射側の表面に設けられ、誘電体で構成された被覆膜７を有していることが好ましい。
なお、本発明では、波長フィルター２の画素２５は、１次元的、例えば、直線状に配置されていてもよい。
【００５１】
＜イメージング装置の実施形態＞
図５は、本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。
図５に示すように、イメージング装置１００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１１と、テラヘルツ波発生装置１１から出射し、対象物１５０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１と、テラヘルツ波検出装置１の検出結果に基づいて、対象物１５０の画像、すなわち、画像データを生成する画像生成部１２とを備えている。
【００５２】
テラヘルツ波検出装置１としては、本実施形態では、前記第４実施形態のものを用いる。なお、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
また、テラヘルツ波発生装置１１としては、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波発生方式のもの等が挙げられる。
【００５３】
次に、イメージング装置１００の使用例について説明する。
まず、分光イメージングの対象となる対象物１５０は、３つの物質Ａ、ＢおよびＣで構成されている。イメージング装置１００は、この対象物１５０の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置１は、対象物１５０を反射したテラヘルツ波を検出することとする。
【００５４】
図６は、対象物１５０のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。
テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２の各画素２５においては、第１の領域２１および第２の領域２２を使用する。
また、第１の領域２１の通過波長をλ１、第２の領域２２の通過波長をλ２とし、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、前記第１の領域２１の通過波長λ１および第２の領域２２の通過波長λ２が設定されている。
【００５５】
図６に示すように、物質Ａにおいては、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度をα２と波長λ１の成分の強度をα１の差分（α２−α１）は、正値となる。
また、物質Ｂにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、零となる。
また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、負値となる。
【００５６】
イメージング装置１００により、対象物１５０の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１５０に照射する。そして、対象物１５０で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１で、α１およびα２として検出する。この検出結果は、画像生成部１２に送出される。なお、この対象物１５０へのテラヘルツ波の照射および対象物１５０で反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１５０の全体に対して行う。
【００５７】
画像生成部１２においては、前記検出結果に基づいて、波長フィルター２の第２の領域２２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、第１の領域２１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度差α１の差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、前記差分が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
【００５８】
また、画像生成部１２では、図７に示すように、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像生成部１２から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物１５０の物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１００では、以上のように、対象物１５０を構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。
なお、イメージング装置１００の用途は、前記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像生成部１２において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。
【００５９】
＜計測装置の実施形態＞
図８は、本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８に示すように、計測装置２００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１１と、テラヘルツ波発生装置１１から出射し、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１と、テラヘルツ波検出装置１の検出結果に基づいて、対象物１６０を計測する計測部１３とを備えている。
【００６０】
テラヘルツ波検出装置１としては、本実施形態では、前記第４実施形態のものを用いる。なお、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
また、テラヘルツ波発生装置１１としては、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波発生方式のもの等が挙げられる。
【００６１】
次に、計測装置２００の使用例について説明する。
計測装置２００により、対象物１６０の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１６０に照射する。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１で検出する。この検出結果は、計測部１３に送出される。なお、この対象物１６０へのテラヘルツ波の照射および対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１６０の全体に対して行う。
計測部１３においては、前記検出結果から、波長フィルター２の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物１６０の成分およびその分布の分析等を行う。
【００６２】
以上、本発明のテラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…テラヘルツ波検出装置  ２…波長フィルター  ２１…第１の領域  ２２…第２の領域  ２３…第３の領域  ２４…第４の領域  ２５…画素  ３…検出部  ３１…第１の単位検出部  ３２…第２の単位検出部  ３３…第３の単位検出部  ３４…第４の単位検出部  ４…基板  ５…金属膜  ５１…孔部  ５１１…直線  ５２…入射面  ５３…出射面  ６…充填材  ７…被覆膜  １１…テラヘルツ波発生装置  １２…画像生成部  １３…計測部  １００…イメージング装置  １５０、１６０…対象物  ２００…計測装置
【図１】
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【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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