(57)【要約】【課題】可動部の往復運動によって発生する光軸の変化を少なくして信号対雑音比を向上させることができるテラヘルツ光装置を提供する。【解決手段】テラヘルツ発生器６又はテラヘルツ検出器１０に到達する光の時間を変える光時間遅延装置を備えたテラヘルツ光装置において、光時間遅延装置を、光を反射させる折返しミラー１３が固定されたディレイステージ部１５を有する光時間遅延部装置本体１０１と、光時間遅延装置本体１０１を支持し、ディレイステージ部１５の移動によって光時間遅延装置本体１０１に生じる衝撃を吸収する衝撃吸収機構１０２とで構成した。衝撃吸収機構１０２は、光時間遅延装置本体１０１が受ける垂直方向の衝撃を吸収するダンピングコイルバネ２４と、光時間遅延装置本体１０１が受ける水平方向の衝撃を吸収する弾性シート２３とを備えている。【選択図】図３
2008020345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ発生器又はテラヘルツ検出器に到達する光の時間を変える光時間遅延装置を備えたテラヘルツ光装置において、
前記光時間遅延装置は、前記光を反射させる反射手段が固定された可動部を有する光時間遅延部装置本体と、前記光時間遅延装置本体を支持し、前記可動部の移動によって前記光時間遅延装置本体に生じる衝撃を吸収する衝撃吸収機構とで構成され、
前記衝撃吸収機構は、前記光時間遅延装置本体が受ける垂直方向の衝撃を吸収する垂直方向衝撃力吸収材と、前記光時間遅延装置本体が受ける水平方向の衝撃を吸収する水平方向衝撃力吸収材とを備えることを特徴とするテラヘルツ光装置。
【請求項２】
前記垂直方向衝撃力吸収材は粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネであり、前記水平方向衝撃力吸収材は弾性シートであることを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光装置。
【請求項３】
前記弾性シートは前記粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネの内側又は外側に配置されていることを特徴とする請求項２記載のテラヘルツ光装置。
【請求項４】
前記弾性シート及び前記粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネは前記可動部の周囲に配置されていることを特徴とする請求項２記載のテラヘルツ光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はテラヘルツ光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テラヘルツ光（約０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の周波数の電磁波）を用いたテラヘルツ光装置（例えば分光装置、誘電率測定装置、検査装置、イメージング装置）が知られている（下記特許文献参照）。
【０００３】
このテラヘルツ光装置は、テラヘルツ発生器と、テラヘルツ検出器と、レーザ光源から出射された励起用レーザ光がテラヘルツ発生器又はテラヘルツ検出器に到達するまでの時間を変える光時間遅延部とを有し、光時間遅延量に応じた電場強度を計測することで時系列波形を取得する。
【０００４】
このテラヘルツ光装置では、光時間遅延量に応じた電場強度を計測するために光時間遅延部の可動鏡を移動させる。時系列波形の取得速度を高めるには、可動鏡を高速に移動させる必要がある。可動鏡は可動部に固定されている。可動部を高速に移動させるには、振動子やボイスコイルモータを有するリニアアクチュエータが用いられる。
【特許文献１】特開２００２−９８６３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記振動子やリニアアクチュエータを用いた場合、可動部の往復運動によって可動鏡に振動が発生する。その結果、励起用レーザ光の光軸がわずかに変化し、信号対雑音比が悪くなる。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、可動部の往復運動によって発生する励起用レーザ光の光軸の変化を少なくして信号対雑音比を向上させることができるテラヘルツ光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、テラヘルツ発生器又はテラヘルツ検出器に到達する光の時間を変える光時間遅延装置を備えたテラヘルツ光装置において、前記光時間遅延装置は、前記光を反射させる反射手段が固定された可動部を有する光時間遅延部装置本体と、前記光時間遅延装置本体を支持し、前記可動部の移動によって前記光時間遅延装置本体に生じる衝撃を吸収する衝撃吸収機構とで構成され、前記衝撃吸収機構は、前記光時間遅延装置本体が受ける垂直方向の衝撃を吸収する垂直方向衝撃力吸収材と、前記光時間遅延装置本体が受ける水平方向の衝撃を吸収する水平方向衝撃力吸収材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のテラヘルツ光装置において、前記垂直方向衝撃力吸収材は粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネであり、前記水平方向衝撃力吸収材は弾性シートであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のテラヘルツ光装置において、前記弾性シートは前記粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネの内側又は外側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載のテラヘルツ光装置において、前記弾性シート及び前記粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネは前記可動部の周囲に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、可動部の往復運動によって発生する励起用レーザ光の光軸の変化を少なくして信号対雑音比を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１はこの発明の第１実施形態に係るテラヘルツ光装置の構成を示す概念図、図２はテラヘルツ時間波形を示す図である。なお、図２において、横軸及び縦軸はそれぞれエンコーダカウンタ部１７の位置情報から算出される遅延時間及びＡＤ変換部１６の検出電圧をそれぞれ示す。
【００１４】
このテラヘルツ光装置は、レーザ光源１と、ビームスプリッタ２と、ミラー３，４，１２と、光学素子７，９と、バイアス回路５と、テラヘルツ発生器６と、ＩＶ変換回路１１と、テラヘルツ検出器１０と、光時間遅延装置１００と、ステージコントローラ１８と、ＡＤ変換部１６と、エンコーダカウンタ部１７と、パーソナルコンピュータ（以下ＰＣという）１９と、表示器２０とからなる。
【００１５】
レーザ光源１は、例えば中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８００ｎｍ程度、繰り返し周期が数ｋＨｚから１００ＭＨｚ程度、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光Ｌ１を出射する。
【００１６】
ビームスプリッタ２はレーザ光源１からのパルス光Ｌ１をポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ９とに分割する。
【００１７】
テラヘルツ発生器６はポンプパルス光Ｌ４の照射によってテラヘルツパルス光Ｌ５を発生する。テラヘルツ発生器６の光スイッチ（図示せず）にはバイアスを与えるためのバイアス回路５によって直流電圧が印加されている。
【００１８】
光学素子７はテラヘルツ発生器６から放射されたテラヘルツパルス光Ｌ５を反射させる。
【００１９】
光学素子９は試料８を透過したテラヘルツパルス光Ｌ７を反射させる。
【００２０】
テラヘルツ検出器１０は光スイッチを備えている。光スイッチはプローブパルス光Ｌ１１が照射された瞬間に入射しているポンプパルス光Ｌ８の電場強度を検出して電流信号を出力する。言い換えると、プローブパルス光Ｌ１１はテラヘルツ検出器１０に対するゲート信号となる。
【００２１】
ＩＶ変換回路１１はテラヘルツ検出器１０の光スイッチから出力された電流信号を電圧信号１０ｅに変換し、その電圧信号１０ｅをＡＤ変換部１６に出力する。
【００２２】
光時間遅延装置１００はビームスプリッタ２で分割されたポンプパルス光Ｌ９の時間遅延を行う。光時間遅延装置１００は光時間遅延装置本体１０１と光時間遅延装置本体１０１を支持する衝撃吸収機構１０２（図3参照）とを備えている。光時間遅延装置本体１０１は移動可能なディレイステージ部（可動部）１５と、ディレイステージ部１５に固定された折返しミラー（反射手段）１３と、後述の台座２６（図３参照）に固定され、ディレイステージ部１５を移動可能に支持するガイド１５Ｂと、ガイド１５Ｂに取り付けられ、    ディレイステージ部１５の移動量を検出するリニアエンコーダ１４とを有する。ディレイステージ部１５（折返しミラー１３）は矢印に示すように移動してポンプパルス光Ｌ９の光路長を変化させる。ディレイステージ部１５の移動はステージコントローラ１８によって制御される。ディレイステージ部１５の移動距離はリニアエンコーダ１４によって検出される。
【００２３】
ＡＤ変換部１６は予め設定された折返しミラー１３の移動距離毎に電圧信号１０ｅをデジタル信号に変換し、その信号をステージコントローラ１８を制御する信号としてＰＣ１９へ供給する。
【００２４】
デジタル信号への変換はエンコーダカウンタ部１７でカウントされるリニアエンコーダ１４から出力されるパルス数に基づいて行われる。なお、リニアエンコーダ１４から出力された信号はＰＣ１９にも供給される。
【００２５】
次に、テラヘルツ光装置の動作を説明する。
【００２６】
レーザ光源１から放射されたパルス光Ｌ１はビームスプリッタ２で２つのパルス光に分割される。
【００２７】
ビームスプリッタ２で分割された一方のパルス光は、テラヘルツ発生器６を励起してテラヘルツ波を発生させるためのポンプパルス光Ｌ２となる。このポンプパルス光Ｌ２はミラー３、ミラー４を経てポンプパルス光Ｌ３、ポンプパルス光Ｌ４となり、テラヘルツ発生器６へ導かれる。
【００２８】
テラヘルツ発生器６に１００フェムト秒程度のパルス光が照射されるとテラヘルツ発生器６からテラヘルツ領域の周波数を持ったテラヘルツパルス光Ｌ５が放射される。
【００２９】
テラヘルツパルス光Ｌ５は約０．０１×１０12から１００×１０12ヘルツまでの周波数領域の電磁波である。テラヘルツパルス光Ｌ５は光学素子７で集光されて試料６に照射される。
【００３０】
試料８を透過したテラヘルツパルス光Ｌ７は光学素子９で集光され、テラヘルツパルス光Ｌ８となってテラヘルツ検出器１０の光スイッチに照射される。
【００３１】
一方、ビームスプリッタ２で分割された他方のパルス光はプローブパルス光Ｌ９となり、ディレイステージ部１５の折返しミラー１３に入射する。折返しミラー１３で反射されたプローブパルス光Ｌ１０はミラー１２で反射され、テラヘルツ検出器１０の光スイッチに入射する。このとき、ディレイステージ部１５の移動によってプローブパルス光Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１の光路長（ビームスプリッタ２からテラヘルツ検出器１０までの光路長）が変化して時間遅延が生じる。表示器２０には図２に示すテラヘルツ時間波形が表示される。
【００３２】
テラヘルツ検出器１０の光スイッチから出力された電流信号はＩＶ変換回路１１を介して電圧信号１０ｅに変換される。
【００３３】
電圧信号１０ｅはＡＤ変換部１６でデジタル信号に変換され、その信号がＰＣ１９へ出力される。
【００３４】
図３はこの発明の第１実施形態に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図、図４は光時間遅延装置本体に作用する力を説明するための概念図である。
【００３５】
上述のとおり、光時間遅延装置１００は光時間遅延装置本体１０１と光時間遅延装置本体１０１を支持する衝撃吸収機構１０２とを備えている。
【００３６】
衝撃吸収機構１０２はベース部２１と連結ロッド２２，２５と弾性シート（水平方向衝撃力吸収材）２３と粘弾性シートを固着してなるダンピングコイルバネ（以下ダンピングコイルバネという）（垂直方向衝撃力吸収材）２４と台座２６とを有する。光時間遅延装置本体１０１は台座２６に固定されている。雄型の連結ロッド２２は雌型の連結ロッド２５に挿入されている。弾性シート２３は連結ロッド２２の外周面に巻き付けられている。
【００３７】
ディレイステージ部１５が図３に示すＸ方向（網掛け矢印で示される方向）へ往復移動するとき、ディレイステージ部１５は折り返しのときに移動する方向と逆向きの反力を生じる。図４において、ディレイステージ部１５が＋Ｘ方向へ折り返すときは、−Ｘ方向へ前記反力が働き、ディレイステージ部１５が−Ｘ方向へ折り返すときは、＋Ｘ方向へ前記反力が働く。前記反力は、図４の座面Ａより考えると矢印ａ，ａ’，ｃ，ｃ’又は矢印ｂ，ｂ’，ｄ，ｄ’の方向のねじれ応力に変化する。ディレイステージ部１５のＸ方向の前記反力がＺ方向の成分を持つ衝撃力に変化したことになる。その結果、ディレイステージ部１５に固定された折返しミラー１３がディレイステージ部１５とともに振動し、励起用レーザ光のレーザ光軸（Ｌ１０）に微小な変化が発生する。
【００３８】
この実施形態では、ディレイステージ部１５に作用するＸＹ方向の衝撃力成分を弾性シート２３によって吸収し、吸収しきれないＺ方向の衝撃力成分をダンピングコイルバネ２４によって吸収するようにした。弾性シート２３、ダンピングコイルバネ２４の種類、配置、個数を光時間遅延装置本体１０１に合わせて決定することで、レーザ光軸変化に伴うテラヘルツ光のノイズレベルを抑え、信号対雑音比を向上させることができる。
【００３９】
この実施形態によれば、連結ロッド２２と連結ロッド２５との間に配置されたダンピングコイルバネ２４によってＺ方向の衝撃力が吸収され、ダンピングコイルバネ２４の内周側に配置された弾性シート２３によってＸＹ方向の衝撃力が吸収されるので、ディレイステージ部１５の往復運動によって発生するレーザ光軸の変化を少なくして信号対雑音比を向上させることができる。
【００４０】
図５はこの発明の第２実施形態に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す概念図である。第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
この実施形態は衝撃吸収機構２０２のほぼ正方形のベース２１の四隅にダンピングコイルバネ２４と弾性シート（水平方向衝撃力吸収材）１２３とを配置した点で第１実施形態と相違する。
【００４２】
弾性シート１２３は、ほぼ正方形の台座２６にねじ止めされた水平方向衝撃力吸収材支持板２８とベース２１にねじ止めされた水平方向衝撃力吸収材支持板２７とによってベース２１の表面に対して垂直に挟持されている。なお、対角に位置する弾性シート１２３同士は対向している。
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４３】
図７はこの発明の第１実施形態の第１変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
この変形例は、光時間遅延装置本体１０１が支持されている衝撃吸収機構３０２の台座1２６の座面の中央部を凹ませ、ダンピングコイルバネ２４、弾性シート２３を光時間遅延装置本体１０１の周囲に配置した点で第１実施形態と相違する。
【００４５】
この変形例によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、レーザ光軸のＺ方向の位置が高くなりすぎることを回避することができる。
【００４６】
図８はこの発明の第１実施形態の第２変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
この変形例は、衝撃吸収機構４０２の台座２２６の断面形状をほぼ矩形波状とし、その天井部２２６ａに光時間遅延装置本体１０１を固定するとともに、ダンピングコイルバネ２４、弾性シート２３を光時間遅延装置本体１０１の周囲に配置した点で第１実施形態と相違する。
【００４８】
この変形例によれば、第１実施形態の第１の変形例と同様の効果を奏する。
【００４９】
図９はこの発明の第２実施形態の第１変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図であり、第１、第２実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
この変形例は、光時間遅延装置本体１０１が固定される衝撃吸収機構５０２の台座１２６の座面の中央部を凹ませ、ダンピングコイルバネ２４、弾性シート２３を光時間遅延装置本体１０１の周囲に配置した点で第２実施形態と相違する。
【００５１】
この変形例によれば、第２実施形態と同様の効果を奏するとともに、レーザ光軸のＺ方向の位置が高くなりすぎることを回避することができる。
【００５２】
図１０はこの発明の第２実施形態の第２変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図であり、第２実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
この変形例は、衝撃吸収機構６０２の台座２２６の断面形状をほぼ矩形波状とし、その天井部２２６ａに光時間遅延装置本体１０１を固定するとともに、ダンピングコイルバネ２４、弾性シート２３を光時間遅延装置本体１０１の周囲に配置した点で第２実施形態と相違する。
【００５４】
この変形例によれば、図９の変形例と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係るテラヘルツ光装置の構成を示す概念図である。
【図２】図２はテラヘルツ時間波形を示す図である。
【図３】図3はこの発明の第１実施形態に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【図４】図４は光時間遅延装置本体に作用する力を説明するための概念図である。
【図５】図５はこの発明の第２実施形態に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【図６】図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す概念図である。
【図７】図７はこの発明の第１実施形態の第１変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【図８】図８はこの発明の第１実施形態の第２変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【図９】図９はこの発明の第２実施形態の第１変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【図１０】図１０はこの発明の第２実施形態の第２変形例に係るテラヘルツ光装置の光時間遅延装置の断面を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５６】
６：テラヘルツ発生器、１０：テラヘルツ検出器、１３：折返しミラー（反射手段）、１５：ディレイステージ部（可動部）、２３，１２３：弾性シート（水平方向衝撃力吸収材）、２６，１２６，２２６：台座、２４：ダンピングコイルバネ（垂直方向衝撃力吸収材）、１００：光時間遅延装置、１０１：光時間遅延装置本体、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２：衝撃吸収機構。
【図１】
2008020345.tif 000003
【図２】
2008020345.tif 000004
【図３】
2008020345.tif 000005
【図４】
2008020345.tif 000006
【図５】
2008020345.tif 000007
【図６】
2008020345.tif 000008
【図７】
2008020345.tif 000009
【図８】
2008020345.tif 000010
【図９】
2008020345.tif 000011
【図１０】
2008020345.tif 000012