(57)【要約】【課題】新規な偏向装置を提供する。【解決手段】偏向装置は、電磁波を透過若しくは反射するための平板状物体10と、平板状物体を回転或は並進動作するように駆動させるための駆動手段Mと、電磁波照射手段とを有する。電磁波照射手段は、平板状物体10の回転或は並進動作方向と交差する方向に伸びた照射領域が形成されるように、平板状物体10に電磁波を照射する。平板状物体10の回転或は並進動作によって、照射領域に照射される電磁波の透過若しくは反射の方向を変化させるために、照射領域の長手方向に沿った平板状物体10の断面には、平板状物体10の面内方向に伸びる複数の溝11が設けられている。複数の溝11は、平板状物体10の回転或は並進動作によって照射領域を通過する複数の溝11の間隔が変化するように形成されている。【選択図】図1
2008228278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向装置であって、
電磁波を透過若しくは反射するための平板状物体と、
前記平板状物体を回転或は並進動作するように駆動させるための駆動手段と、
前記平板状物体の回転或は並進動作方向と交差する方向に伸びた照射領域が形成されるように、該平板状物体に電磁波を照射するための電磁波照射手段とを有し、
前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって、前記照射領域に照射される電磁波の透過若しくは反射の方向を変化させるために、前記照射領域の長手方向に沿った前記平板状物体の断面には、該平板状物体の面内方向に伸びる複数の溝が設けられており、
且つ、
前記複数の溝は、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって前記照射領域を通過する該複数の溝の間隔が変化するように形成されていることを特徴とする偏向装置。
【請求項２】
前記平板状物体は、回転中心を通り且つその平面と垂直に交わる回転軸の回りで前記駆動手段により回転可能であり、前記溝は、前記回転動作の方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1記載の偏向装置。
【請求項３】
前記平板状物体は、前記駆動手段により直線的に往復運動可能であり、前記溝は、前記往復運動の方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1記載の偏向装置。
【請求項４】
前記溝は、前記照射領域における前記複数の溝の間隔が均一であるか、或は不均一且つ規則的に配置される様に、形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の偏向装置。
【請求項５】
前記平板状物体は、該平板状物体の面内方向に行なう回転或は並進動作に加え、該面内方向以外の方向にも前記駆動手段、或は別の駆動手段により動作可能であるように構成し、前記平板状物体に照射される電磁波を2次元的に偏向させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の偏向装置。
【請求項６】
前記複数の溝は、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって前記照射領域を通過する該複数の溝の間隔が連続的に変化するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の偏向装置。
【請求項７】
前記電磁波はテラヘルツ波であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の偏向装置。
【請求項８】
請求項1乃至7のいずれかに記載の前記偏向装置、
検出手段、
信号処理手段を有し、
前記偏向装置を用いて、測定対象に照射される電磁波の照射位置を移動させつつ、前記測定対象から反射されてくる、或は透過してくる電磁波を前記検出手段で検出し、
前記検出手段からの検出信号を前記信号処理手段で処理して前記測定対象の像を取得することを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波の伝播方向を変化させる偏向装置、及びこれを用いたイメージング装置などの装置に関する。特に、本発明は、30GHz乃至30THzの周波数領域の電磁波（本明細書では、テラヘルツ波と呼ぶ）の伝播方向を変化させる偏向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ波を利用した技術開発が盛んである。特に、様々な物質に対するテラヘルツ波の透過性を生かして、イメージングへの応用が期待されている。
【０００３】
1つの提案では、約3.4THzのテラヘルツ波を用いて、臓器のイメージングを行っている（非特許文献1参照）。この提案では、テラヘルツ波の焦点位置に臓器を設置し、臓器を2次元的に移動させることで臓器のテラヘルツ波イメージを得る。
【０００４】
テラヘルツ波領域においては、安価で高輝度な光源や高感度な検出器の開発がまだ不十分である。そのため、可視・赤外領域や電波領域の様に、電磁波を物体の全体に照射して散乱波を検出して像を得ることが困難である。また、テラヘルツ検出器アレイは高価であり、感度も十分ではない。従って、テラヘルツ波を物体に集光照射し、物体からの反射波若しくは透過波を点検出器で検出するという方法が広く行われている。
【０００５】
しかし、非特許文献1の方法では、イメージング対象物体を2次元的に移動させる必要があるため、振動や加速度に敏感な試料をイメージングすることが困難である。例えば、生きた生物をイメージングするとき、生きた生物を入れた容器を移動させることで生物が動いてしまう恐れなどがある。
【０００６】
また、イメージング対象物体を移動させる方法では、大きい物体をイメージングするためには、その物体と同程度に大きな範囲を移動できるステージを要する。これに対して、大きな物体のイメージングを実現するには、テラヘルツ波ビームを偏向させ、テラヘルツ波の焦点位置を物体上で走査させる方式を採用することも考えられる。
【０００７】
ビーム偏向手段としては、光や電波の領域では、様々なものが提案されている。ポリゴンミラーを用いる方法（特許文献1参照）、音響光学効果や電気光学効果を利用する方法、回折格子を用いる方法（特許文献2参照）、ホログラフィックミラーを用いる方法（特許文献3参照）が知られている。
【非特許文献１】OPTICS EXPRESS, Vol.12, No.9, pp.1879,2004
【特許文献１】特開平5-45600号公報
【特許文献２】特開2003-344791号公報
【特許文献３】特開昭60-68314号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記ポリゴンミラーを、テラヘルツ波を用いたイメージング装置に使用する場合には、一例として、ポリゴンミラーの大きさは次に説明する様になる。
【０００９】
一般的に、ポリゴンミラーをイメージング装置に使用する場合は、次の如き方法が考えられる。すなわち、電磁波を平行ビームにしてポリゴンミラーに入射させ、この平行ビームを偏向させ、その後、トーリックレンズ等を用いてイメージング対象物体上に焦点を結ばせる。しかしながら、テラヘルツ波の波長は、光の波長と比べ、100倍から1000倍程度大きい。そのため、平行ビームを得るにはビーム径を10mm程度かそれ以上に設定しないと、回折効果により発散してしまう。実質的には40mm程度に、ビーム径を設定することが多い。40mm程度以上の直径を持ったビームを偏向させるには、大きなポリゴンミラーを必要とするため、非常に大きな占有体積を必要とする。
【００１０】
一例として、六角形のポリゴンミラーを用いて、40mm程度の直径を持ったビームを角度30°偏向させるとする。ポリゴンミラーの角によるビームのケラレ（ビームの一部がミラー面からはみ出ること）が起きない様にビームを30°偏向させるには、一辺の長さが約100mm必要である。すなわち、対角線の長さ（回転させた場合の回転体の直径に相当）は約200mm程度の大きさが必要である。また、ビームの直径が40mm程度であるので、ポリゴンミラーの厚さは50mm程度以上である必要がある。
【００１１】
また、音響光学効果や電気光学効果によってテラヘルツ波を偏向させ、ポリゴンミラーと同等の効果を得る材料は、開発途上である。特に、音響光学効果や電気光学効果を生じさせる物質を透過する過程で、テラヘルツ波が大きく損失する。
【００１２】
また、光領域の光ビーム（レーザ光）を走査することを目的として、回折格子を利用している特許文献2の提案では、回折格子は複数の区画に分割されており、各区画で異なる格子定数を有している。この提案では、光ビームの伝播方向を変化させるために、回折格子を光軸に対して垂直方向に移動させたりすることで、光ビームが回折格子に入射する位置の格子定数を変更する。格子定数が異なれば、回折方向が異なるので、光ビームの伝播方向が変化し、ビーム偏向が可能である。しかし、特許文献2の方法では、ビームの伝播方向の変化が、不連続・段階的である。
【００１３】
また、ホログラフィックミラーを用いる特許文献3の提案では、円盤を放射状に分割し、各領域に、間隔の異なる回折格子状のものであるホログラムを配置し、円盤に光ビームを入射させる。このとき、前記円盤を回転させることで、出射するビームを偏向させるが、この偏向は段階的である。従って、テラヘルツ波のビーム直径は10mm程度以上であるということから、特許文献3の方法でテラヘルツ波ビームを偏向しようとすると、連続的で滑らかなビーム偏向には非常に大きな円盤が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題に鑑み、第1の本発明に係る偏向装置は、次の構成要素を有することを特徴とする。
電磁波を透過若しくは反射するための平板状物体。
前記平板状物体を回転或は並進動作するように駆動させるための駆動手段。
前記平板状物体の回転或は並進動作方向と交差する方向に伸びた照射領域が形成されるように、該平板状物体に電磁波を照射するための電磁波照射手段。
そして、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって、前記照射領域に照射される電磁波の透過若しくは反射の方向を変化させるために、前記照射領域の長手方向に沿った前記平板状物体の断面には、該平板状物体の面内方向に伸びる複数の溝が設けられている。更に、前記複数の溝は、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって前記照射領域を通過する該複数の溝の間隔が変化するように形成されている。
【００１５】
また、別の第2の本発明の偏向装置は、電磁波を透過若しくは反射する平板状物体を、少なくとも、その平面と平行な面内で運動させて、そこに入射する電磁波の透過若しくは反射の方向を変化させる偏向装置であって、次の特徴を有する。この偏向装置は、少なくとも1つの溝が形成された平板状物体、平板状物体を運動させる駆動手段、平板状物体に電磁波を入射させる電磁波照射手段を有する。前記少なくとも1つの溝は、前記運動の方向に角度を成す方向（すなわち、運動の方向と交差する方向で、代表的には直角な方向）に沿って複数の溝が並ぶ様に平板状物体に形成される。前記電磁波照射手段は、前記平板状物体の運動の方向に角度を成す方向（代表的には直角な方向）に伸びて複数の溝を含む領域に電磁波を入射させる。更に、前記電磁波を入射させる領域における隣接する前記複数の溝の間隔が、平板状物体が前記運動の方向に運動するのに伴って連続的に変化する様に、前記溝は形成されている。
【００１６】
また、上記課題に鑑み、本発明のイメージング装置は、上記の偏向装置、検出手段、信号処理手段を有する。このイメージング装置は、前記偏向装置を用いて、測定対象上に照射される電磁波の照射位置を移動させつつ、測定対象から反射されてくる、或は透過してくる電磁波を前記検出手段で検出する。そして、検出手段からの検出信号を前記信号処理手段で処理して測定対象の像を取得する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記の如き平板状物体の溝の形成態様、平板状物体への電磁波の照射態様、及び平板状物体の運動態様を採用する。従って、比較的小さい占有体積の平板状物体により、比較的波長の長いテラヘルツ波でも、連続的に或は断続的にビーム偏向させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明による偏向装置の実施形態を、図を交えて説明する。
偏向装置は、平板状物体と、駆動手段と、電磁波照射手段とを含み構成される。そして、この平板状物体（図1や図2の10）は電磁波を透過若しくは反射するための部材である。前記駆動手段は、前記平板状物体を回転或は並進動作するように駆動させるための手段である。前記電磁波照射手段とは、前記平板状物体の回転或は並進動作方向と交差する方向に伸びた照射領域（図2の20）が形成されるように、該平板状物体に電磁波を照射するための手段である。そして、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって、前記照射領域に照射される電磁波の透過若しくは反射の方向を変化させるために、該物体には溝が形成されている。
【００１９】
具体的には、前記照射領域の長手方向（図2の299）に沿った前記平板状物体の断面には、該平板状物体の面内方向に伸びる複数の溝が設けられている。ここで、断面とは、長手方向に沿った、該平板状物体に垂直な面のことである。そして、前記複数の溝は、前記平板状物体の前記回転或は並進動作によって、前記照射領域を通過する該複数の溝の間隔が変化するように形成されている。この様な構成にすることにより、照射領域20における複数の溝の間隔が連続的或は断続的に変化し得るので、照射される電磁波の偏向方向を走査することができるのである。複数の溝の間隔が断続的に変化する場合、照射される電磁波は、溝の間隔が非連続的に変化する所で空間的に跳んで、断続的に偏向されることになる。なお、平板状物体の面内方向に伸びる溝は、連続的に連なった溝でも、細長く或は点状に離間した凹部であってもよい。
【００２０】
以下、より詳細に本発明について説明する。
図1に示す実施形態の円盤状回折格子10では、平板状物体である円盤の円周方向と略一致する方向に複数の溝11が掘られている。そして、中心の回り360度に亘って、各微小中心角の部分において、中心から半径方向に伸びる細長い回折格子（細長回折格子）を形成している。この回折格子は、格子定数で規定される通常の回折格子の構造を備える。更に、溝の周期（格子定数である隣接する溝間の間隔）は、図1に示す様に周期P0から徐々に周期P1へと連続的に移行していく様になっている。本実施形態では、上記各細長回折格子では、溝の周期は実質的に一定である。
【００２１】
言い換えれば、本実施形態では、比較的小さい占有体積でテラヘルツ波を偏向させるために、次の様な構成となっている。すなわち、電磁波を透過若しくは反射する材料からなる平板状物体10に溝11が一つ以上形成されており、溝11は、溝11の断面と垂直な方向に有限の曲率半径を有する。溝が一本である場合は、それは中心の周りに渦巻き状に形成される。また、平板状物体10は任意の一点に回転中心を有し、この回転中心を通り且つ平板状物体10の平面と垂直に交わる回転軸A1を有する。この軸を、駆動手段であるモータMなどで回転させることで、平板状物体10はその平面と平行な面内で回転させられる。また、回転中心を一端とし、平板状物体10の面と平行な任意の半直線は、溝11と複数回交わり、この半直線と溝11との交点は、間隔が均一であるか或は不均一且つ規則的になる様に並んでいる（図1の例では略均一）。この半直線に沿った領域に、電磁波照射手段によりテラヘルツ波が照射される。更に、溝11の隣り合う間隔は回転軸A1の回転方向に沿って連続的に変化している。従って、平板状物体10を回転軸回りに回転動作させると、前記半直線と溝11との交点同士の間隔が連続的に変化する。この結果、上記領域に照射されているテラヘルツ波は、連続的に変化する格子定数の上記細長回折格子の作用を受けて、後述する如く偏向されることになる。
【００２２】
上述した、溝の断面と垂直な方向とは、溝の伸びる方向のことである。また、上に述べた、溝の断面と垂直な方向が有限の曲率半径を有するとは、溝が直線状に伸びているのではなく曲線状に伸びていることを意味する。すなわち、溝の底面が丸みを帯びていると言う意味ではない。ただし、溝の底面が丸みを帯びることを排除するものではない。
【００２３】
前記構成において、平板状物体10の回転中心とその縁上の任意の一点を結ぶ線分（上記半直線）上にテラヘルツ波を照射し、テラヘルツ波の照射位置を固定したまま平板状物体10を回転させる。これにより、照射されたテラヘルツ波は、平板状物体10上に形成された溝11によって回折され、溝11の間隔に応じた方向に反射若しくは透過する。こうして、平板状物体10を回転させることで、テラヘルツ波の回折された反射若しくは透過テラヘルツ波の進行方向を、連続的に変化させることができる。すなわち、テラヘルツ波ビームの偏向ができる。
【００２４】
図2は、前記円盤状回折格子10を、回転軸A1の方向から見たときの平面図であり、図1に示した座標のｚ方向から見たときの図である。本実施形態の偏向装置では、テラヘルツ波を、シリンドリカルレンズなどを用いて、図2において符号20で示す様な線状若しくは細長い楕円状の断面ビームプロファイルを持った平行光線に整形して照射する。こうして、円盤状回折格子10上に、半径方向に伸びるビームスポット20が形成される。上述した様に、ビームスポット20上では、上記細長回折格子の溝11の間隔は略一定とみなせる。ただし、円盤状回折格子10上には、断面ビームプロファイルを持つようテラヘルツ波を集光させてもよい。すなわち、平行光線ではなく収束光線でもよい。テラヘルツ波を発生する手段としては、Backward-Wave-Oscillator(BWO)、テラヘルツパラメトリック発振器などを用いることができる。
【００２５】
図3は、図2においてE1の方向から見た前記円盤状回折格子10の断面図であり、回転軸A1を含む断面での断面図である（yz面内断面である）。入射テラヘルツ波31は、ビームスポット20上における細長回折格子の格子定数に対応した角度へyz面内で回折される。ここで、円盤状回折格子10を回転軸A1周りで回転させると、上述した様にビームスポット20上における格子定数が変化するので、回折角が変化し、よってテラヘルツ波ビーム31がyz面内で偏向される。図3では、回折したテラヘルツ波の伝播方向が、ビーム32aからビーム32bへと変化する様子を示している。
【００２６】
ところで、上記実施形態は、次の本発明の偏向装置の基本構成の範囲内で種々に変更可能である。基本構成では、溝が、平板状物体の運動方向に直角な方向に複数の溝が並ぶ様に形成され、運動方向に角度を成す方向に伸びて複数の溝を含む領域に電磁波が入射され、この領域の隣接溝間隔が運動に伴って連続的に変化する様に、溝が形成されている。この運動方向に角度を成す方向は、前述した様に、代表的には、運動方向に直角な方向である。この基本構成の範囲内で、平板状物体は、上記の如く細長い細長回折格子が連なって構成される円盤状回折格子に限らず、矩形であって直線的に往復運動する平板状物体などであってもよい。溝も、複数に限らず、前述した様に、1つの溝が渦巻状に形成される形態も可能である。上記各細長回折格子においても、溝の間隔は均一でなくてもよい。フレネルゾーンプレート作製の原理で、溝の間隔が不均一で且つ規則的に変化していてもよい。
【００２７】
また、平板状物体は一枚の平板である必要はなく、複数枚が積層されたものに溝が形成されている様な物体でもよい。溝についても、そのまま掘られた空間が残っているものに限らず、適当な材料で空間が埋められた溝であってもよい。要は、電磁波が照射される上記細長回折格子の如き領域において、電磁波に対して何らかの回折作用を及ぼしてビーム偏向をもたらす誘電率の分布が確立される様に、溝が形成されていればよい。更に、対象とする電磁波は、代表的には、上述した様に効果が顕著なテラヘルツ波であるが、他の周波数の電磁波であっても用いることができる。
【００２８】
なお、上で言及した図は、溝などの特徴を強調して描いているため、現実的な寸法を必ずしも忠実に反映していない。現実的な寸法の数値例を交えた実施例を、以下に説明する。
【実施例】
【００２９】
（実施例1）
本発明の実施例1を説明する。本実施例では、図1に示した円盤状回折格子10の平板状円盤として、直径4インチ（約100mm）のシリコン基板が用いられる。シリコン基板上には、図1の様な略円形の溝11が複数形成される。すなわち、円盤の略回転の方向に沿って溝11が複数形成される。シリコン基板上に形成された略円状の複数の溝11は、最も溝間隔が狭いところで約0.16mm（1mmあたり約6.1本）、最も溝間隔が広いところで約0.63mm（1mmあたり約1.6本）となっている。溝間隔ないし格子間隔は図1や図2に示す様に、円周方向（上記回転の方向）に連続的に変化している。従って、円盤の中心の周りに設けられた半径方向に伸びる細長い細長回折格子の格子定数が連続的に変化する形態となっている。
【００３０】
溝11は、シリコン基板にフォトリソグラフィーとリアクティブイオンエッチングなどを用いて形成することができる。形成工程を説明する図4に示す様に、フォトリソグラフィーとリアクティブイオンエッチングを複数回繰り返し行うことで、階段状の溝を形成することができる。ここで、符号40はシリコン基板であり、符号41の点線で囲まれた領域をリアクティブイオンエッチング等の方法で除去する。これにより、符号42の様な空洞が形成される。こうして形成される階段状の溝の角度が、各細長回折格子において、図5に示す様に特定の次数の回折波を強調するブレーズ角θBとなる様にすると、なお良い。
【００３１】
上に挙げた溝間隔の数字では、入射角（θi）60°で入射した3THzの入射光の1次回折波を、回折角（θd）15°（ブレーズ角22.5°のとき）から45°（ブレーズ角7.5°のとき）で回折できる。入射角、回折角、ブレーズ角がどの角度を示すかは、図5に示す通りである。従って、所定の溝間隔を持つ各細長回折格子において、上記溝の角度が、1次回折波を強調するブレーズ角となる様にすると良い。この為には、最も溝間隔が狭い細長回折格子から最も溝間隔が広い細長回折格子にかけて、溝のブレーズ角を22.5°から7.5°へと連続的に変化させればよい。
【００３２】
フォトリソグラフィーとリアクティブイオンエッチングなどでシリコン基板上に所望の回折格子パターンを形成できたら、その表面に、テラヘルツ波の反射率を高めるために金属薄膜（例えば金）を蒸着などの方法で付けてもよい。
【００３３】
上に挙げた円盤状回折格子10を用いれば、ビーム直径が約40mmのテラヘルツ波を、30°の角度の幅でビーム偏向することができる。この時の円盤状回折格子10の大きさは、直径が約100mm、厚さが約0.5mmであり、体積は約3900mm3である。これに対し、同程度の性能を有する正六角形ポリゴンミラーを考えた場合、次の大きさが必要である。すなわち、一辺の長さが約100mm（対角線の長さ（回転させた場合の回転体の直径に相当）で言えば約200mm）、厚さが約50mmは必要である。このため、体積は約1.3×106mm3となり、体積比にして、本実施例の円盤状回折格子は従来のポリゴンミラーの1000分の1程度となることが分かる。このことから、本実施例においては、装置の小型化が可能である。また、小型であることから軽量化も期待でき、それにより円盤状回折格子を駆動するためのエネルギーの省力化も可能である。
【００３４】
（実施例2）
本発明の実施例2を図6に沿って説明する。図6に示された円盤状回折格子60は、高抵抗シリコンやポリエチレンなど、テラヘルツ波に対して透過性が高い物質でできた平板状円盤に、上記実施例1で説明した様な間隔で溝を形成したものである。実施例1と同様に、溝の伸長方向は略円周方向に沿っており、且つ溝の間隔は図1や図2に示した様に各細長回折格子において異なっている。具体的には、円周方向に沿って溝の間隔は連続的に変化している。ただし、半径方向に伸びる各細長回折格子では、実施例1と同様に、溝の間隔は一定である。溝は、図6の円盤状回折格子60の上側の面に形成されているとするが、下側或は両面に形成されてもよい。
【００３５】
本実施例において、円盤状回折格子60の一方の面（例えば下側の面）にテラヘルツ波61を、図2の符号20で示す様なビームスポットで、入射させる。円盤状回折格子60の各細長回折格子を透過するテラヘルツ波は、入射した場所の溝の間隔に応じた回折角で回折し、符号62aや符号62bで示すビームの様に入射方向とは異なる方向に伝播する。円盤状回折格子60を中心軸A1の回りで回転させることで、回折の方向をビーム62aからビーム62bへと連続的に変化させることができ、ビーム偏向を実現できる。このビーム偏向は、一回転終了ごとに瞬時に元に戻って、繰り返される。このことは、実施例1などでも同様である。
【００３６】
本実施例は、透過型配置にしたことで、テラヘルツ波ビームの取扱が容易になると言う利点がある。すなわち、反射型では入射テラヘルツ波と反射（回折）テラヘルツ波のビームが接近しているため、これらを分離するための工夫（例えば、ミラーなどの光学系を適切に配置して回折波を対象物の方向に導く工夫）が必要となる。これに対し、本実施例では、入射テラヘルツ波と透過（回折）テラヘルツ波の分離に特別の工夫が不要で、分離が容易である。その他の点は実施例1と同様である。
【００３７】
（実施例3）
本発明の実施例3を図7乃至図10を用いて説明する。図7に示した円盤状回折格子70は、上記実施例1と同様にシリコン基板などに溝71を形成した平板状の物である。円盤の円周方向と略一致する方向に複数の溝71が掘られ、中心の周りに、半径方向に伸びる上述した細長回折格子を形成している。半径方向に伸びる各細長回折格子では、半径方向に沿って隣り合う溝71の間隔は略一定であるが、この溝間隔は円周方向に沿って変化している。こうして、溝71の周期（格子定数）は、図7に示す様に、周期P0から徐々に周期P1へと連続的に移行していく様になっている。
【００３８】
本実施例では、円盤状回折格子70は、回折格子面に対して垂直で且つ回折格子溝71が形成する略円の中心を通る軸A1を回転軸として回転できる。また、円盤状回折格子70は、面内方向以外の方向にも動作可能である。すなわち、前記回転軸A1と直角に交わり且つ回折格子面上にある別の軸A2を回転軸としても回転動作できる。こうした回転を実現する機構としては、例えば、ジャイロで用いられる支持機構を利用できる。すなわち、内側の支持枠で、円盤状回折格子70を軸A1の回りで回転可能に支持し、この内側の支持枠を、別の軸A2に一致した軸の回りで回転可能に外側の固定枠により支持する。回転駆動力は、例えば、各支持枠に設けたモータで各回転軸に与えればよい。
【００３９】
図8は、前記円盤状回折格子70を回転軸A1の方向から見たときの平面図である（図2に対応する図である）。シリンドリカルレンズなどを用いて、テラヘルツ波発生手段からのテラヘルツ波を、図8における符号80の様な線状（若しくは細長い楕円）の断面ビームプロファイルを持った平行光線に整形する。そして、これを円盤状回折格子70上に照射し、ビームスポット80を形成させる。半径方向に伸びるビームスポット80上では、回折格子間隔は略一定とみなせる。本実施例では、ビームスポット80は、回転軸A2上に来る各細長回折格子上にある様に照射される。
【００４０】
図9は、図8においてE1の方向から見た前記円盤状回折格子70の断面図であり、回転軸A2を含む断面での断面図である（yz面内断面である）。入射テラヘルツ波91は、ビームスポット80の位置に来る各細長回折格子の格子定数に対応した角度の方向へyz面内で回折される。図9では、回折したテラヘルツ波の伝播方向が、ビーム92aからビーム92bへと変化する様子を示している。
【００４１】
図10は、図8においてE2の方向から見た前記円盤状回折格子70の断面図であり、回転軸A2と垂直な面での断面図である（xz面内断面である）。入射テラヘルツ波101は、シリンドリカルレンズ102を経て、線状若しくは細長い楕円の断面ビームプロファイルを持った平行光線に整形され、ビームスポット80として回転軸A2上の各細長回折格子上に集光される。ここでは、入射テラヘルツ波101は円盤状回折格子70で反射される。図10の断面を見る方向は、各細長回折格子の伸びる方向と平行であるため、xz面内では回折作用は起こらず、入射テラヘルツ波の反射方向は反射の法則によって一意に決められる。
【００４２】
回転軸A2の回りに円盤状回折格子70を、図10の回折格子70の左右に示す矢印の様に回転させることで、反射テラヘルツ波103aは反射テラヘルツ波103bへと変化する。よって、テラヘルツ波ビームがxz面内で偏向される。
【００４３】
以上に説明した態様に従って、回転軸A1とA2の回りで円盤状回折格子70を回転させることにより、yz面内方向とxz面内方向の2方向でテラヘルツ波ビームを2次元的に偏向させることができる。
【００４４】
なお、入射テラヘルツ波91と入射テラヘルツ波101は全く同一であり、観察する視点が異なるだけのことである。また、図10にあるレンズ102は、図9では描かれていないが、これは、図9のyz面内ではレンズ102は光学的に機能を持たないために省略したからである。
【００４５】
本実施例の構成によれば、回転軸A2上に来る各細長回折格子上に照射されるテラヘルツ波ビームを2次元的に偏向できることになる。その他の点は実施例1と同様である。
【００４６】
（実施例4）
本発明の実施例4を図11に沿って説明する。本実施例でも、高抵抗シリコンなどの円盤（円盤状シリンドリカルレンズ）110に、フォトリソグラフィーやリアクティブイオンエッチングなどの方法で溝111を形成する。本実施例では、円盤110の中心を通るXY線上において、中心からX側では該中心付近と円周付近の溝111の間隔が狭く、それ以外の部分の溝111の間隔は中心付近及び円周付近より広くなっている。また、中心からY側も同様で、中心付近と円周付近は溝111の間隔が狭く、それ以外の部分は溝111の幅が広くなっている。
【００４７】
上記溝111の間隔は、例えば、フレネルゾーンプレートの輪帯の間隔を表す式などに従って、不均一且つ規則的に変化している。図11に模式的に示した様に、例えば、中心からX側において、P1と記された領域は溝111の間隔が狭く、P2と記された領域は溝11の間隔が広い。ただし、溝111の間隔は連続的に変化しており、P1とP2で段階的に変化しているわけではない。また、中心からY側においても、P3と記された領域の溝111の間隔は、P4と記された領域の間隔より狭い。更に、中心からX側と中心からY側とでは、溝111の間隔が異なっており、例えば、P1とP3ではP1の方が溝111の間隔が狭く、P2とP4ではP2の方が溝111の間隔が狭い。すなわち、こうした形態を実現する様に、複数の溝111の間隔が略円周方向に沿って連続的に変化している。結果として、本実施例では、回転軸A3の回りで円盤110が回転させられるとき、テラヘルツ波ビームが照射される細長い領域に来る各細長部分がシリンドリカルレンズの機能を発揮することになる。
【００４８】
以上の構成の動作を説明する。円盤110の一つの面に、実施例2と同様に、線状若しくは楕円状に集光してテラヘルツ波を入射させる。例えば、中心からX側に半径方向に伸びる領域上に照射する。透過するテラヘルツ波は、照射部分に来る円盤110の各細長部分の溝によって回折される。このとき、各細長部分の溝の間隔が、半径方向に適切に且つ連続的に変化していると、回折されたテラヘルツ波は集光若しくは発散する。すなわち、フレネルゾーンプレートと同様の原理により、円盤110を構成する上記各細長部分がレンズ作用を持つ。ただし、レンズ作用を有するのは一方向のみであり、シリンドリカルレンズと同様の作用である。
【００４９】
ここで円盤状シリンドリカルレンズである円盤110を、中心軸A3を中心に回転させると、テラヘルツ波が感ずる各細長部分の溝の間隔が変化するため、回折されるテラヘルツ波の集光若しくは発散の程度が変化する。すなわち、レンズ作用を持った円盤110の各細長部分の焦点距離が変化する。この様にして、テラヘルツ波に対して焦点距離可変なレンズとして円盤110を機能させることが可能となる。本実施例において、実施例3の様に2軸の回りで円盤110を回転させると、回折されるテラヘルツ波を2次元的に偏向しつつその焦点距離を可変とできる。
【００５０】
（実施例5）
本発明の実施例5を図12に沿って説明する。本実施例では、符号120はシリコン基板などからなる矩形の平板（往復運動回折格子）であり、複数の溝121が形成されている。溝121は、その間隔が、略運動方向に沿って、場所（運動方向に略直角な方向に伸びる部分）によって異なっている。平板120は、図12中に図示した運動方向に直線的に往復運動できる。この往復運動の駆動手段としても、モータなどを用いる通常の手段を用いることができる。
【００５１】
本実施例の動作を説明する。テラヘルツ波を符号122で示した箇所（上記運動方向に略直角な方向に伸びる細長い部分で、ここでは溝121の間隔は略均一である）に照射し、平板120を往復運動させる。このことで、テラヘルツ波の照射位置は相対的に平板120上で移動し、テラヘルツ波が感ずる各細長回折格子の溝121の間隔が変化する。このため、回折格子の格子定数が変化することに相当し、平板120の運動に伴ってテラヘルツ波の回折角の方向が変化する。こうして、入射テラヘルツ波のビーム偏向を実現できる。このビーム偏向は、一往復運動終了ごとに元に戻って、繰り返される。
【００５２】
本実施例では、回転運動の替わりに直線的な往復運動を採用することで、偏心による振動や面倒れなどの補正や抑制を行なわなくてもよいという利点がある。ただし、比較的長い波長を持つテラヘルツ波では、上記実施例の如く回転運動を行う場合も、この補正の必要は殆ど必要ないと言える。
【００５３】
本実施例でも、上記往復運動と共に、照射箇所122を通る回転軸の回りで平板120を回転させることで、電磁波を2次元的に偏向することができる。この場合、例えば、平板120を往復運動可能に支持し往復運動用の駆動手段を備える支持部材を、照射箇所122を通る軸に一致した回転軸の回りで回転可能に固定基板により支持する。また、実施例4と同様に、上記運動方向に略直角な方向に伸びる各細長い部分において、フレネルゾーンプレートの輪帯の間隔を表す式に従って溝121の間隔が不均一且つ規則的に変化する様に、複数の溝121を平板120に形成してもよい。これにより、回折されるテラヘルツ波の焦点距離を可変とできる。更には、これらの構成を組み合わせて、回折されるテラヘルツ波を2次元的に偏向しつつその焦点距離を可変とすることもできる。
【００５４】
（実施例6）
本発明の実施例6を図13に沿って説明する。本実施例では、テラヘルツ波発生器130から発生したテラヘルツ波は、光学系131を経て適切なビーム径に変換され、実施例2で説明した様な円盤状回折格子132に入射する。テラヘルツ波発生器130と光学系131は、上記電磁波照射手段を構成する。円盤状回折格子132を透過したテラヘルツ波は、円盤状回折格子132の回転に応じて回折され、回折角（すなわち偏向角）が図13の様に変化する。更に、偏向されたテラヘルツ波は、適切なテラヘルツ波光学系133を経て、イメージング対象物体134上に集光照射される。光学系133は、例えば、図13の紙面に垂直な方向にパワーを有するシリンドリカルレンズと図13の紙面内の方向にパワーを有するフレネルゾーンプレートとで構成される。
【００５５】
円盤状回折格子132を円盤の中心の回りで回転させることで、テラヘルツ波の回折角が変化し、それに応じてイメージング対象物体134上でのテラヘルツ波の集光点が移動する。これにより、イメージング対象物体134を移動させることなく、テラヘルツ波イメージングが可能になる。
【００５６】
また、実施例4で説明した焦点距離可変なレンズとしての円盤状回折格子などを光学系132に用いることで、イメージング対象物体134の位置が前後しても、対象物体134上にピントのあった集光照射をすることができる。
【００５７】
上記構成において、イメージング対象物体134からのテラヘルツ波は、ボロメータやショットキーバリアダイオードなどである検出手段136で検出される。そして、検出手段136からの検出信号は信号処理手段137で処理されて、測定対象134の像が得られる。信号処理手段137は、対象物体134上の各照射個所の誘電率などを検出信号から検知して、これらの情報に基づいて測定対象134の像を取得してモニターなどに表示させる。本実施例のイメージング装置では、本発明の偏向装置を用いることで、比較的小さい占有体積で、比較的波長の長いテラヘルツ波でも、連続的にビーム偏向させることができ、測定対象134の像を良好に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による実施形態及び実施例1の偏向装置における円盤状回折格子を示す斜視図。
【図２】図1の円盤状回折格子を回転軸A1の方向から見た平面図。
【図３】図1の円盤状回折格子を用いて電磁波偏向を実行する様子を示す模式図。
【図４】本発明による円盤状回折格子に溝を形成するプロセスの例を説明する模式断面図。
【図５】円盤状回折格子に形成された溝の作用を説明する断面図。
【図６】本発明による実施例2の偏向装置における透過型円盤状回折格子を示す模式図。
【図７】本発明による実施例3の偏向装置における2つの回転軸を有する円盤状回折格子を示す斜視図。
【図８】図7の円盤状回折格子を回転軸A1の方向から見た平面図。
【図９】図7の円盤状回折格子を用いて電磁波偏向を実行する様子を示す模式図。
【図１０】図7の円盤状回折格子の第2の回転軸を用いた電磁波偏向を実行する様子を示す模式図
【図１１】本発明による実施例4の偏向装置における電磁波集光機能を有する円盤状シリンドリカルレンズを回転軸A3の方向から見た平面図。
【図１２】本発明による実施例5の偏向装置における往復運動する回折格子を示す平面図。
【図１３】本発明による実施例6のイメージング装置を示す概略図。
【符号の説明】
【００５９】
10,60,70,132    平板状物体（円盤状回折格子）
11,71,111,121    溝
20,80,122    入射テラヘルツ波ビームスポット
31,61,91,101    電磁波（入射テラヘルツ波）
32a,32b,62a,62b,92a,92b,103a,103b    電磁波（回折されたテラヘルツ波）
102,130,131    電磁波照射手段（シリンドリカルレンズ、テラヘルツ波発生器）
110    平板状物体（円盤状シリンドリカルレンズ）
120    平板状物体（往復運動回折格子）
134    測定対象
136    検出手段
137    信号処理手段
M    駆動手段
【図１】
2008228278.tif 000003
【図２】
2008228278.tif 000004
【図３】
2008228278.tif 000005
【図４】
2008228278.tif 000006
【図５】
2008228278.tif 000007
【図６】
2008228278.tif 000008
【図７】
2008228278.tif 000009
【図８】
2008228278.tif 000010
【図９】
2008228278.tif 000011
【図１０】
2008228278.tif 000012
【図１１】
2008228278.tif 000013
【図１２】
2008228278.tif 000014
【図１３】
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