(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からのテラヘルツ光を電気光学結晶に結像させる第一の光学系と、
この第一の光学系に導かれたテラヘルツ光の電場強度に応じて前記電気光学結晶上に現れる複屈折の分布状態を光強度に変換する光強度変換手段と、
この光強度変換手段によって得られた像を撮像手段に結像させる第二の光学系とを備え、
前記第一の光学系および前記第二の光学系は共にテレセントリック光学系であることを特徴とするテラヘルツ波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、テラヘルツ波を用いたイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テラヘルツ波（約０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の周波数の電磁波）を用いたイメージング装置が知られている（下記非特許文献参照）。イメージング装置はテラヘルツ波の物質透過性を利用して、例えば封筒内の薬物（試料）を開封せずに判定する検査装置として用いられている。
【０００３】
イメージング装置は、試料からのテラヘルツ光を電気光学結晶に結像させる光学系と、この光学系に導かれたテラヘルツ光の電場強度に応じて電気光学結晶上に現れる複屈折の分布状態を光強度に変換する検光子と、この電気光学結晶と検光子とによって得られた像を撮像するＣＣＤカメラとを備えている。
【非特許文献１】Physics in Medicine and Biology、４７、３７４９（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のイメージング装置の光学系は凸レンズを２つ並べて構成されたものであるので、以下に述べる問題がある。
【０００５】
図３は従来のイメージング装置の電気光学結晶に対するテラヘルツ波の収束状態を説明する図である。
【０００６】
図に示すように、従来のイメージング装置の光学系の場合、テラヘルツ波ＴＷは電気光学結晶１１１の中心部では電気光学結晶１１１の入射端面に対して垂直に入射するが、電気光学結晶１１１の周縁部では電気光学結晶１１１の入射端面に対して斜めに入射し、テラヘルツ波ＴＷの伝播ロスが発生する。そのため、電気光学結晶１１１の中心部と周縁部とでは複屈折が誘起される効率に差異が生じ、プローブ光ＰＢの偏光状態が変化する効率にも差異が生じる。その結果、撮影領域を広げようとすると、上述のイメージング装置では試料に対する撮影すべき領域（撮影領域）の周縁部にケラレが発生し、撮影領域の中心部と周縁部との光量差が大きくなり、画質が悪化するという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、質の良い画像を得ることができるテラヘルツ波イメージング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、試料からのテラヘルツ光を電気光学結晶に結像させる第一の光学系と、この第一の光学系に導かれたテラヘルツ光の電場強度に応じて前記電気光学結晶上に現れる複屈折の分布状態を光強度に変換する光強度変換手段と、この光強度変換手段によって得られた像を撮像手段に結像させる第二の光学系とを備え、前記第一の光学系および前記第二の光学系は共にテレセントリック光学系であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、質の良い画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１はこの発明の一実施形態に係るテラヘルツ波イメージング装置の構成を示す概念図、図２は電気光学結晶に対するテラヘルツ波の収束状態を説明する図である。
【００１３】
このテラヘルツ波イメージング装置は、ビームスプリッタ２,１０と、ディレイステージ３と、ビームエキスパンダ４，８と、偏光子９と、テラヘルツ発生器５と、第１のテレセントリック光学系（第一の光学系）７と、電気光学結晶１１と、検光子（光強度変換手段）１２と、第２のテレセントリック光学系（第二の光学系）１３と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ（撮像手段）１４とを備えている。
【００１４】
ビームスプリッタ２はレーザ光源１からのパルス光Ｐ１をポンプ光Ｐ３とプローブ光Ｐ２とに分割する。レーザ光源１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。
【００１５】
ビームスプリッタ１０はテラヘルツ波Ｐ５を透過させ、ビームスプリッタ２で分割されたプローブ光Ｐ２を反射させる。
【００１６】
ディレイステージ３はビームスプリッタ２で分割されたポンプ光Ｐ３の時間遅延を行う。ディレイステージ３は移動可能な可動鏡３ａと固定された平面反射鏡３ｂとを組み合わせてなる。可動鏡３ａは矢印に示すように移動してポンプ光Ｐ３の光路長を変化させる。
【００１７】
テラヘルツ発生器５はポンプ光Ｐ３の照射によってテラヘルツ波を発生させる。テラヘルツ発生器５としては、半絶縁性GaAs等で形成された半導体基板上にアンテナ形状をもつ２つの電極を付け、それらの電極間にバイアス電圧を印加した大口径光伝導アンテナと呼ばれるものやZnTe等の非線形光学結晶が使用される。
【００１８】
第１のテレセントリック光学系７はポリエチレンレンズ、絞り等（図示せず）で構成されている。第１のテレセントリック光学系７の前側焦点位置に試料６が配置され、後側焦点位置に電気光学結晶１１が配置されている。電気光学結晶１１としてはZnTe等の結晶が使用される。
【００１９】
第２のテレセントリック光学系１３はポリエチレンレンズ、絞り等（図示せず）等で構成されている。第２のテレセントリック光学系１３の前側焦点位置に電気光学結晶１１が配置され、後側焦点位置にＣＣＤカメラ１４が配置されている。
【００２０】
ビームエキスパンダ４は凹レンズ４Ａと凸レンズ４Ｂとを有し、ポンプ光Ｐ３のビーム径を広げる。
【００２１】
ビームエキスパンダ８は凹レンズ８Ａと凸レンズ８Ｂとを有し、プローブ光Ｐ２のビーム径を広げる。
【００２２】
偏光子９はビームエキスパンダ８とビームスプリッタ１０との間に配置されている。偏光子９はプローブ光Ｐ２を直線偏光とする。
【００２３】
検光子１２は電気光学結晶１１と第２のテレセントリック光学系１３との間に配置されている。検光子１２はプローブ光Ｐ２の偏光状態の変化を光強度に変換する。検光子１２は偏光子９に対して直交配置になっており、偏光が変化した成分だけがＣＣＤカメラ１４の受光領域に結像するように配置されている。
【００２４】
ＣＣＤカメラ１４は偏光状態の変化を光強度の強弱として画像化する。
【００２５】
レーザ光源１から放射されたパルス光Ｐ１は平面反射鏡Ｍ１を経てビームスプリッタ２で２つのパルス光に分割される。パルス光Ｐ１は、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である。
【００２６】
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５を励起してテラヘルツ波を発生させるためのポンプ光Ｐ３となる。このポンプ光Ｐ３は平面反射鏡Ｍ２、ディレイステージ３、ビームエキスパンダ４及び平面反射鏡Ｍ３を経てテラヘルツ発生器５へ導かれる。テラヘルツ発生器５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５からテラヘルツ領域の周波数を持ったテラヘルツ波Ｐ４が放射される。
【００２７】
テラヘルツ波Ｐ４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。テラヘルツ発生器５で発生したテラヘルツ波Ｐ４は平行光となって試料６に照射される。
【００２８】
試料６を透過したテラヘルツ波Ｐ５は第１のテレセントリック光学系７、ビームスプリッタ１０を介して電気光学結晶１１上に試料６の像を結ぶ。
【００２９】
このとき、図２に示すように、実線で示されたテラヘルツ波Ｐ５は電気光学結晶１１の中心部のみならず周縁部においても電気光学結晶１１の入射端面に対して垂直に入射する。
【００３０】
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光Ｐ２となり、平面反射鏡Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６を介してビームエキスパンダ８に入射する。ビームエキスパンダ８によってプローブ光Ｐ２のビーム径が広がり、偏光子９によってプローブ光Ｐ２が直線偏光となる。プローブ光Ｐ２はビームスプリッタ１０で反射されてテラヘルツ波Ｐ５と同一の伝播経路上に導かれ、電気光学結晶１１を照射する。
【００３１】
このとき、図２に示すように、点線で示されたプローブ光Ｐ２は電気光学結晶１１の中心部のみならず周縁部においても電気光学結晶１１の入射端面に対して垂直に入射する。
【００３２】
そのため、電気光学結晶１１の中心部と周縁部との両方の領域で同程度の複屈折が誘起される（ポッケルス効果）。
【００３３】
プローブ光Ｐ２が電気光学結晶１１に入射すると、テラヘルツ波Ｐ５の電場によって誘起された複屈折のために位相変化が生じる。プローブ光Ｐ２は電気光学結晶１１を透過することにより偏光状態が変化して楕円偏光となる。
【００３４】
プローブ光Ｐ２の偏光状態の変化は検光子１２によって光強度の強弱に変換される。偏光状態が変化した成分だけが第２のテレセントリック光学系１３によりＣＣＤカメラ１４の受光領域に結像される。
【００３５】
このとき、少なくとも第２のテレセントリック光学系１３の視野の大きさとプローブ光Ｐ２のビーム径の大きさとはそれぞれ第１のテレセントリック光学系７で結像された試料の像の大きさより大きくする必要がある。なお、第１のテレセントリック光学系７で結像された試料の像の大きさと第２のテレセントリック光学系１３の視野の大きさとプローブ光Ｐ２のビーム径の大きさとを等しくするのが好ましい。
【００３６】
この実施形態によれば、第二の光学系として第２のテレセントリック光学系１３を採用したので、撮影領域の周縁部のケラレがない、撮影領域の中心部と周縁部とで光量差の小さい良質で、広い視野の画像を得ることができる。また、テラヘルツ波に感度を有しないカメラを用いてテラヘルツ波領域の画像を可視化することができる。更に、第一の光学系として第１のテレセントリック光学系７を採用したので、一層良質な画像を得ることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態ではＣＣＤカメラ１４を用いたが、ＣＣＤカメラ１４の代わりにＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラを用いてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、第一の光学系と第二の光学系とをテレセントリック光学系としたが、第二の光学系だけをテレセントリック光学系とするようにしてもよい。
【００３９】
更に、上記実施形態では、第一の光学系として透過光学系を用いた場合を説明したが、透過光学系に代えて反射光学系を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係るテラヘルツ波イメージング装置の構成を示す概念図である。
【図２】図２は電気光学結晶に対するテラヘルツ波の収束状態を説明する図である。
【図３】図３は従来のイメージング装置の電気光学結晶に対するテラヘルツ波の収束状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
６：試料、７：第１のテレセントリック光学系（第一の光学系）、１１：電気光学結晶、１２：検光子（光強度変換手段）、１３：第２のテレセントリック光学系（第二の光学系）、１４：ＣＣＤカメラ（撮像手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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