(57)【要約】【課題】  被測定物の複数個所のイメージングを同時に行う。【解決手段】  被測定物に照射された検出用電磁波が、電気光学結晶に入射する。検出用電磁波の波面に対して、プローブ波の波面を傾斜させて、プローブ波を電気光学結晶に照射する。  電気光学結晶を透過したプローブ波を撮像装置が検出する。検出用電磁波の波面とプローブ波の波面とに直交する第１の仮想平面内において、検出用電磁波またはプローブ波のビーム断面が、光路長の異なる複数の第１の単位領域に区分される。電気光学結晶の表面と第１の仮想平面との交線方向の複数個所で、検出用電磁波の波面とプローブ波の波面との位相ずれが補償される。第１の仮想平面と直交し、プローブ波の進行方向と平行な第２の仮想平面内において、プローブ波のビーム断面が複数の第２の単位領域に区分される。さらに、第２の単位領域の各々が、プローブ波の波面の遅延時間が異なる複数の領域に区分される。【選択図】  図１
2013044727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶と、
パルス状の検出用電磁波を被測定物に照射し、透過、又は反射した前記検出用電磁波を前記電気光学結晶に入射する第１の光学系と、
前記検出用電磁波の波面に対して、パルス状のプローブ波の波面を傾斜させて、前記プローブ波を前記電気光学結晶に照射する第２の光学系と、
前記電気光学結晶を透過した前記プローブ波を検出する撮像装置と
を有し、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の一方は、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波の波面とに直交する第１の仮想平面内において、前記検出用電磁波または前記プローブ波のビーム断面を複数の第１の単位領域に区分し、前記第１の単位領域を通過するビームの光路長を、前記第１の単位領域ごとに異ならせる補償光学部材であって、前記電気光学結晶の表面と、前記第１の仮想平面との交線方向の複数個所で、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波の波面との位相ずれを補償する補償光学部材を含み、
前記第２の光学系は、前記第１の仮想平面と直交し、前記プローブ波の進行方向と平行な第２の仮想平面内において、前記プローブ波のビーム断面を複数の第２の単位領域に区分し、さらに、前記第２の単位領域の各々を、前記プローブ波の波面の遅延時間が異なる複数の領域に区分する時間遅延装置を含み、
前記時間遅延装置は、高さの異なる２種類の反射表面が第１の方向に配列した段差ミラーと、前記段差ミラーに対向する対向ミラーとを含み、前記プローブ波が、前記段差ミラーの反射表面上において、反射位置を前記第１の方向にずらしながら、前記段差ミラーと前記対向ミラーとの間を複数回往復することにより、前記プローブ波の波面の遅延時間が異なる複数の領域に区分される電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記第２の光学系は、
前記プローブ波のビーム断面を前記第１の方向に長い形状に整形し、整形後のプローブ波を前記段差ミラーに入射させる第１のビーム整形器と、
前記段差ミラーと前記対向ミラーとの間を往復したプローブ波のビーム断面を、前記第１の方向と直交する方向に広げる第２のビーム整形器と
をさらに含む請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記段差ミラーは、高さの異なる２種類の反射表面の高さの差を調整する段差調整機構を含む請求項１または２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
前記第１の仮想平面内において、前記第１の単位領域内の波面の一端が前記電気光学結晶に到達した後、他端が前記電気光学結晶に到達するまでの時間が、前記時間遅延装置による前記プローブ波の波面の遅延時間の刻み幅と等しい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、２つの電磁波を用いる電磁波イメージング装置に関する。例えば、テラヘルツ電磁波を用いて対象物の非破壊検査を行う技術が知られている。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いて対象物を観察する方法が、種々知られている。例えば、可視光を用いて視認通りのデータを得る方法、Ｘ線を用いて視認できない内部の構造を観察する方法がある。
【０００３】
テラヘルツ（ＴＨｚ）波は、周波数１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、波長３０μｍ〜３ｍｍの領域に存在する電磁波であり、プラスチック、布、紙、半導体などを透過し、且つ物質固有の吸収スペクトルを有する。このため、テラヘルツ波を利用して、物性分析や検査、透視イメージングなどを行うことが可能であり、応用技術が開発されつつある。なお、テラヘルツ波領域に対しても、光軸、偏光子、検光子等、光に対する用語を用いることがある。
【０００４】
非破壊で成分分析イメージングが可能なため、従来の内部透視手段（Ｘ線、超音波他）に替わる成分分析型内部透視手段として期待されている。最近のテロ対策や犯罪対策として、空港手荷物検査における爆発物（プラスチック爆弾、引火性液体他）、あるいは郵便封書内の禁止薬物（麻薬、覚醒剤他）、といった従来のＸ線検査では検出不可能であった測定対象に対して、特徴的なＴＨｚ吸収を利用したテラヘルツ分光イメージングの利用が提案されている。
【０００５】
パルス状テラヘルツ波とプローブパルス光とを電気光学（ＥＯ）結晶に非共軸で入射し、プローブパルス光の像をデジタルカメラで撮像し、テラヘルツ時間波形をシングルショットで計測する手法が提案されている。
【０００６】
また、パルス状テラヘルツ波とプローブパルス光とを電気光学（ＥＯ）結晶に共軸で入射させる手法も提案されている。この手法では、プローブパルス光の強度のピーク位置をつないだ面（パルス面）を、テラヘルツ波の波面に対して傾斜させている。プローブパルス光のパルス面をテラヘルツ波の波面に対して傾斜させることにより、非共軸の場合と同じ効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０８５４０３号
【特許文献２】特開２００８−９６２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非共軸光学系を用い、検出用電磁波を線状に集光して被測定物に当て、イメージング用電磁波を非共軸で用いて測定する方法では、線状領域に直交する方向の情報を得るのに、走査が必要である。線状領域に直交する方向において、複数個所のイメージングを同時に行えれば、効率的となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、
電気光学結晶と、
パルス状の検出用電磁波を被測定物に照射し、透過、又は反射した前記検出用電磁波を前記電気光学結晶に入射する第１の光学系と、
前記検出用電磁波の波面に対して、パルス状のプローブ波の波面を傾斜させて、前記プローブ波を前記電気光学結晶に照射する第２の光学系と、
前記電気光学結晶を透過した前記プローブ波を検出する撮像装置と
を有し、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の一方は、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波の波面とに直交する第１の仮想平面内において、前記検出用電磁波または前記プローブ波のビーム断面を複数の第１の単位領域に区分し、前記第１の単位領域を通過するビームの光路長を、前記第１の単位領域ごとに異ならせる補償光学部材であって、前記電気光学結晶の表面と、前記第１の仮想平面との交線方向の複数個所で、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波の波面との位相ずれを補償する補償光学部材を含み、
前記第２の光学系は、前記第１の仮想平面と直交し、前記プローブ波の進行方向と平行な第２の仮想平面内において、前記プローブ波のビーム断面を複数の第２の単位領域に区分し、さらに、前記第２の単位領域の各々を、前記プローブ波の波面の遅延時間が異なる複数の領域に区分する時間遅延装置を含み、
前記時間遅延装置は、高さの異なる２種類の反射表面が第１の方向に配列した段差ミラーと、前記段差ミラーに対向する対向ミラーとを含み、前記プローブ波が、前記段差ミラーの反射表面上において、反射位置を前記第１の方向にずらしながら、前記段差ミラーと前記対向ミラーとの間を複数回往復することにより、前記プローブ波の波面の遅延時間が異なる複数の領域に区分される電磁波イメージング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
検出用電磁波の入射位置を、被測定物内で走査することなく、複数個所のメージングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１による電磁波イメージング装置の概略図である。
【図２】図２Ａは、実施例１による電磁波イメージング装置の補償光学素子、電気光学結晶、検光子、及びプローブ波の経路の位置関係を示す概略図であり、図２Ｂは、撮像装置の撮像面上に画定されるセルを示す正面図である。
【図３】図３は、実施例１による電磁波イメージング装置の補償光学素子及び電気光学結晶の斜視図である。
【図４】図４Ａは、実施例１で用いられる段差ミラーの正面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂ、４Ｃ−４Ｃにおける断面図である。
【図５】図５は、段差ミラー、対向ミラー、及びプローブ波の１光線の斜視図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、段差ミラー、対向ミラー、及びプローブ波の１光線の斜視図である。
【図７−１】図７Ａ及び図７Ｂは、段差ミラーとプローブ波のビーム断面との位置関係、及びビーム断面内の遅延時間の分布を示し線図である。
【図７−２】図７Ｃ及び図７Ｄは、段差ミラーとプローブ波のビーム断面との位置関係、及びビーム断面内の遅延時間の分布を示し線図である。
【図８】図８は、プローブ波のビーム断面の遅延時間の分布を示すグラフである。
【図９】図９は、プローブ波の波面の位置関係を示す線図である。
【図１０】図１０Ａは、撮像装置の撮像面内のセルの区分を示す正面図であり、図１０Ｂは、１つのセル内を遅延時間の異なる領域に区分した線図であり、図１０Ｃは、検出用電磁波の検出された波形を繋ぎ合わせたグラフである。
【図１１】図１１は、実施例２による電磁波イメージング装置に用いられる段差ミラーの断面図である。
【図１２】図１２は、実施例３による電磁波イメージング装置の概略図である。
【図１３】図１３Ａは、実施例４による電磁波イメージング装置に用いられる補償光学素子の概略図であり、図１３Ｂは、補償光学素子の他の構成例を示す概略図である。
【図１４】テラヘルツ波とプローブ波とを非共軸で電気光学結晶に入射させる電磁波イメージング装置の動作原理を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施例について説明する前に、テラヘルツ波とプローブ波とを非共軸で電気光学結晶に入射させるテラヘルツ波イメージング装置の動作原理について説明する。
【００１３】
図１４は、テラヘルツ波とプローブ波とを非共軸で電気光学結晶に入射させるテラヘルツイメージング装置の原理ダイアグラムである。ｚ方向に進行するパルス状のテラヘルツ波１０１をシリンドリカルレンズ１０８によりｘ軸と平行な線状に集光し、被測定物１１０に入射させる。パルス状テラヘルツ波１０１が被測定物１１０のｘ軸方向に沿う線状領域の情報を担う。なお、パルス状テラヘルツ波を、被測定物中を透過させる代わりに、被測定物で反射させてもよい。深さのある被測定物１１０の線状領域を透過したテラヘルツ波をシリンドリカルレンズ１０９により、ｘｙ面内で広がりを有する平行光線束に戻す。ｘ軸方向の線状領域の情報がｙ方向に拡げられる。
【００１４】
被測定物１１０を透過したパルス状テラヘルツ波を電気光学結晶１０３に入射させる。電気光学結晶１０３は、対象物体を透過したパルス状テラヘルツ波１０１の電場による電気光学効果により複屈折変化を生じる。実線で示した波面（等位相面）は破線で示した波面（等位相面）より時間的に先行している。パルス状プローブ波１０２を、ｙｚ面内方向で、パルス状テラヘルツ波１０１とは非共軸の配置で、電気光学結晶１０３に入射させる。プローブ波１０２は、電気光学結晶１０３中で、パルス状テラヘルツ波１０１起因の複屈折変化の影響を受ける。
【００１５】
非共軸であるため、パルス状テラヘルツ波１０１とプローブ波１０２の波面が重なるタイミングに時間差が生じ、時間変化がｙ軸方向に表れる。つまり、ｘ軸方向の線状領域の経時変化情報がｙ軸方向に展開される。プローブ波１０２の光軸上に、電気光学結晶１０３を挟んで、偏光子１０４と検光子１０５とがクロスニコルの関係で配置される。パルス状テラヘルツ波１０１によって誘起された複屈折変化の影響を受けたプローブ波１０２を取り出し、結像レンズを含むＣＣＤカメラ１０６で測定する。
【００１６】
プローブ波１０２の波面とパルス状テラヘルツ波１０１の波面とは、交差角θで交差している。プローブ波１０２の波面から見ると、図１４において、上側でパルス状テラヘルツ波の実線の波面と合致している時、下側ではパルス状テラヘルツ波の破線の波面と合致している。つまり、上側から下側に時間が経過していることになる。
【００１７】
パルス状テラヘルツ波１の進行方向（ｚ軸方向）に展開していた経時変化情報が、電気光学結晶１０３における時間−空間変換により、ｘ軸方向の１次元像と直交する方向（プローブ波１０２のビーム幅方向）に展開される。これを、２次元イメージングデバイスで検出することによって、時間軸（奥行き）方向の情報を得ることができる。干渉分光法と同様に、経時変化情報をフーリエ変換することによりスペクトルを得ることができる。
【００１８】
２次元イメージングデバイスで得られた２次元イメージング画像の１軸が、テラヘルツパルスの時系列波形の計測用として用いられる。他方の１軸が、線集光（ラインビーム）の状態で透過したテラヘルツパルスの１次元イメージング（２次元平面内の一次元イメージング）用として用いている。実空間におけるｙ軸方向に関しては、被測定物１１０内の１ポイントのみの計測となってしまう。ｙ方向に関する情報を得るには、線状集光領域を被測定物１１０内でｙ方向に走査する必要がある。本発明者は、波面を分解することにより、面内情報を同時に計測することを考えた。
【００１９】
［実施例１］
図１に、実施例１による電磁波イメージング装置の概略図を示す。光源２０からフェムト秒レーザが出射される。光源２０として、例えば、スペクトラフィジックス株式会社製のフェムト秒レーザ発振器を用いることができる。このレーザ発振器は、パルスエネルギ１ｍＪ、パルス幅１００ｆｓ、中心波長８００ｎｍ、繰り返し周波数１ｋＨｚのパルスレーザを出射する。
【００２０】
光源２０の出力がビームスプリッタ２１で分岐される。分岐された一方のパルスレーザが、必要に応じてミラー２２等で光路調整され、プローブ波２となる。他方のパルスレーザが、ＺｎＴｅ電気光学結晶２３を用いたテラヘルツ発生部に入射し、パルス状のテラヘルツ波（検出用電磁波）１が発生する。検出用電磁波１は、広い波長範囲のテラヘルツ波を含む。パルス状の検出用電磁波１の時間幅は、１〜２ｐｓｅｃである。
【００２１】
コリメートされた検出用電磁波１の光路上に、シリンドリカルレンズ列１３、１４が配置されている。シリンドリカルレンズ列１３は、検出用電磁波１を、複数の平行な直線状の領域に集光する。集光された領域が被測定物８の内部に位置するように、被測定物８が配置されている。被測定物８を透過した検出用電磁波１が、シリンドリカルレンズ列１４によって複数のコリメート光線束に戻される。コリメート光線束の各々は、幅方向の広がりを有するが、被測定物８の線状領域を透過した電磁波であり、幅方向のどの位置の光線も、被測定物８の同一の線状領域の情報を担っている。シリンドリカルレンズ列１４を通過した検出用電磁波１が、電気光学結晶３に垂直入射する。検出用電磁波１の各コリメート光線束の波面（位相面）は、電気光学結晶３の表面と平行になる。
【００２２】
プローブ波２が、偏光子４、時間遅延装置９、補償光学素子１０を経由して、電気光学結晶３に、入射角θで斜め入射する。すなわち、検出用電磁波１とイメージング用のプローブ波２とは、電気光学結晶３に非共軸で入射する。補償光学素子１０は、プローブ波２を、光路長差（位相差）を有する複数の単位光線束に分割する。プローブ波２の各単位光線束が、電気光学結晶３上で、検出用電磁波１の対応するコリメート光線束と交差する。従って、シリンドリカルレンズ列１３、１４によって生成されたコリメート光線束の数は、補償光学素子１０によって生成された単位光線束の数と等しい。
【００２３】
補償光学素子１０には、階段状の透明ブロックが用いられる。階段状の透明ブロックの階段面（踏み面）の各々は、プローブ波２の進行方向に垂直（波面に平行）である。階段状の透明ブロックの踏み面と、プローブ波２の単位光線束とが、１対１に対応する。プローブ波２の単位光線束の波面と、検出用電磁波１のコリメート光線束の波面とは、角度θで交差する。
【００２４】
被測定物８を透過して、被測定物８の影響を受けた検出用電磁波１の電場により、電気光学結晶３が電気光学効果による複屈折変化を生じる。直線偏光のプローブ波２は、電気光学結晶３の複屈折変化により、偏光状態を変化させる（一般的には、楕円偏光になる）。電気光学結晶３によって偏光状態が変化したプローブ波２が、検光子５を透過して、デジタルカメラ等の撮像装置６に入射する。偏光子４と検光子５とは、クロスニコルの関係で配置されている。このため、プローブ波２の偏光状態の変化成分のみが検光子５を透過する。検出用電磁波１の光路となる外気は必要に応じて窒素雰囲気または真空とする。
【００２５】
電気光学結晶３は、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍのＺｎＴｅ結晶で形成される。補償光学素子１０は、例えば波長８００ｎｍで屈折率１．５１のガラス（ＢＫ７）で形成される。他の種類のガラス、波長８００ｎｍで透明な有機樹脂等、他の透明材料を用いてもよい。撮像装置６には、例えば、結像レンズを含み、波長８００ｎｍに感度を有し、画素数５１２×５１２、画素ピッチ２０μｍのＣＣＤカメラが用いられる。結像レンズの倍率は、例えば０．３倍である。
【００２６】
プローブ波２の進行方向逆向きをｚ軸の正方向、幅方向（プローブ波２の単位光線束が配列する方向）をｙ軸方向、紙面垂直（高さ）方向をｘ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。検出用電磁波１の進行方向とプローブ波２の進行方向とは、ｙｚ面に平行である。すなわち、検出用電磁波１の波面及びプローブ波２の波面の双方に垂直な平面が、ｙｚ面となる。
【００２７】
実施例１においては、プローブ波２の光路上で、電気光学結晶３より上流側に、補償光学素子１０が配置されている。補償光学素子１０は、屈折率１．０の外気より高い屈折率を有する。図１において、補償光学素子１０は、ｙ軸の負の側で、光路に沿うｚ方向の寸法が最も大きく、ｙ軸の正の向きに向かって、ｚ方向の寸法が階段的に小さくなる。ｘｙ面に平行な踏み面がｘ軸方向に延在する。プローブ波２のビーム断面が、ビーム幅方向（ｙ方向）に関して、光路長が相互に異なる複数の領域（ｙ分割単位領域）１２に区分される。１つのｙ分割単位領域１２内では、光路長は均一である。具体的には、ｙ軸の負の方向に向かって光路長が階段状に長くなるように、複数のｙ分割単位領域１２が画定される。１つのｙ分割単位領域１２が、プローブ波２の１つの単位光線束に対応する。
【００２８】
図２Ａに、補償光学素子１０、電気光学結晶３、及び検光子５の断面図を示す。補償光学素子１０は、ｘｚ面に平行な表面１０Ａと、ｘｙ面に平行な表面（底面）１０Ｂを有し、底面１０Ｂとは反対側にｘｙ面と平行な複数の踏み面１０Ｃを有する。踏み面１０Ｃの段数は、例えば５段である。踏み面１０Ｃの間を、ｘｚ面と平行な蹴上げ面１０Ｄが接続する。従って、プローブ波２のビーム断面内に、ビーム幅方向（ｙ軸方向）関して光路長が相互に異なる５個のｙ分割単位領域１２が形成される。
【００２９】
補償光学素子１０の高い踏み面１０Ｃ（ｙ軸の負の側）を通るほど、光路長が長くなり、波面は遅れる。これにより、相対的にｙ軸の正の側に位置する単位光線束の波面が、負の側に位置する単位光線束の波面より進んだ５段の波面ＷＦ１〜ＷＦ５が形成される。電気光学結晶３の表面は、プローブ波２の進行方向に垂直な面から角度θ傾いている。補償光学素子１０の各段のｚ方向の段差（蹴上げ面１０Ｄの高さ）は、波面ＷＦ１〜ＷＦ５が、同時に電気光学結晶３に到達するように設計される。これにより、電気光学結晶３の表面とｙｚ面との交線方向の複数個所（５個所）で、検出用電磁波１の波面とプローブ波２の波面とが一致する（位相ずれが補償される）。
【００３０】
次に、時間遅延装置９が配置されていないものとして、実施例１による電磁波イメージング装置の動作について説明する。
【００３１】
図２Ａは、各波面ＷＦ１〜ＷＦ５の下端（ｙ軸負側の端部）が同時に電気光学結晶３に達した状態を示している。波面が進行すると、次第に各波面ＷＦ１〜ＷＦ５の上側部分が電気光学結晶３に到達するようになる。即ち、各ｙ分割単位領域１２内においては、図１４を参照して説明したように、ｙ軸方向に時間情報が展開されることになる。階段の段数分、ここでは５段分、実空間のｙ軸方向に関する位置の情報を測定することができる。
【００３２】
図２Ｂは、撮像装置６の撮像面を概略的に示す。撮像面が、ｙ分割単位領域１２に対応するｘ方向に長い５つの矩形領域に区分される。各矩形領域を、ｙ分割セルＣＬｙ１〜ＣＬｙ５と呼ぶこととする。ｙ分割セルＣＬｙ１〜ＣＬｙ５の各々の幅方向（ｙ軸方向）に９０画素が配置される。ｙ分割セルＣＬｙ１〜ＣＬｙ５の各々のｙ軸方向に並ぶ画素列が、検出用電磁波１の時間波形の時間軸に対応する。ｙ分割セルＣＬｙ１〜ＣＬｙ５の各々において、ｙ軸の正の向きに向かって時間が経過する。
【００３３】
図３に、検出用電磁波１、プローブ波２、電気光学結晶３、撮像装置６、及び補償光学素子１０の斜視図を示す。波長８００ｎｍのプローブ波２に対して、光路長差を形成する補償光学素子１０を、ガラス（ＢＫ７）で形成する。分光イメージングを行う上で、分解能が０．１５ｐｓｅｃ、時間幅が１３．５ｐｓｅｃの時間波形と、分解能が０．０７ＴＨｚ、帯域が３．３３ＴＨｚのスペクトルを得るため、電気光学結晶３に対するプローブ波２の入射角θは、４２．４５°とする。補償光学素子１０の屈折率は１．５１、ｙ軸方向の寸法は２２．１３ｍｍ、ｘ軸方向の寸法は３０ｍｍ、底面から最も高い踏み面までのｚ軸方向の距離は３９．７１ｍｍ、踏み面のｙ軸方向の寸法は４．４３ｍｍ、光路方向の段差（蹴上げ面の高さ）は７．９４ｍｍである。波長８００ｎｍのプローブ波２の光路に、このような階段状の補償光学素子１０を配置することにより、被測定物８の幅方向（検出用電磁波１の進行方向及びｘ軸方向の双方と垂直な方向）の５点において、同時に、検出用電磁波１の時間波形を測定することができる。
【００３４】
図１に戻って、時間遅延装置９の構成について説明する。偏光子４を透過したプローブ波２のビーム断面が、ビーム整形器３１により、ｘ軸方向に長い形状に整形される。ビーム整形器３１を透過したプローブ波２が、対向配置された段差ミラー３４と対向ミラー３５との間を複数回往復した後、ビーム整形器３２に入射する。ビーム整形器３１、３２には、それぞれ２本のシリンドリカルレンズを含むアフォーカル光学系が用いられる。ビーム整形器３２は、プローブ波２のビーム断面を、ｙ軸方向に引き伸ばすことにより、元の形状に戻す。ビーム整形器３２を透過したプローブ波２が、補償光学素子１０に入射する。
【００３５】
図４Ａに、段差ミラー３４の正面図を示す。図４Ｂ及び図４Ｃに、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂ、４Ｃ−４Ｃにおける断面図を示す。相対的に高い反射表面３４Ｈと、相対的に低い反射表面３４Ｌとが、ｘ軸方向に交互に配列されている。高い反射表面３４Ｈと低い反射表面３４Ｌとの高さの差はＨである。高い反射表面３４Ｈと低い反射表面３４Ｌの形状及び寸法は、すべて同一である。実施例１においては、高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌが、３個ずつ配置されている。対向ミラー３５の反射表面は、平面である。
【００３６】
図５に、段差ミラー３４、対向ミラー３５、及びプローブ波２の経路の概略斜視図を示す。段差ミラー３４の高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌの法線は、入射するプローブ波２の進行方向と逆向きの方向（ｚ軸の正の向き）から、ｘ軸の正の向き及びｙ軸の正の向きに、やや傾いている。対向ミラー３５の平坦な反射表面は、段差ミラー３４の高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌと平行である。
【００３７】
プローブ波２のある光線に着目すると、段差ミラー３４と対向ミラー３５との間で反射を繰り返すに従って、段差ミラー３４の表面における反射位置Ｐが、ｙ軸の正の向きに移動するとともに、ｘ軸の正の向きにも移動する。実施例１においては、段差ミラー３４及び対向ミラー３５で、それぞれ６回反射した後、ビーム整形器３２（図１）に入射する。図５では、段差ミラー３４の反射表面上の反射位置Ｐが、すべて高い反射表面３４Ｈ内に位置する例を示している。
【００３８】
図６Ａに、段差ミラー３４の反射表面上の１回〜５回目の反射位置Ｐが、高い反射表面３４Ｈに位置し、６回目の反射位置Ｐが、低い反射表面３４Ｌに位置する光線を示す。この光線の光路長は、図５に示した光線の光路長よりも２×Ｈだけ長くなる。プローブ波２が光路長２×Ｈを伝搬する時間をｔｄとする。図６Ｂに、段差ミラー３４の反射表面上の１回〜２回目の反射位置Ｐが、高い反射表面３４Ｈに位置し、３回〜６回目の反射位置Ｐが、低い反射表面３４Ｌに位置する光線を示している。この光線の光路長は、図５に示した光線の光路長よりも８×Ｈだけ長くなる。高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌで反射する回数は、プローブ波２のビーム断面３８内の、ｘ方向の位置に依存する。
【００３９】
低い反射表面３４Ｌで反射した光線は、高い反射表面３４Ｈで反射した光線に比べて、長い経路を伝搬する。このため、時間遅延が生ずる。低い反射表面３４Ｌで反射した回数が多い光線ほど、遅延時間が長くなる。
【００４０】
図７Ａ〜図７Ｄを参照して、ビーム断面３８内における遅延時間の分布について説明する。
【００４１】
図７Ａに、プローブ波２の１回目の入射領域３８Ａを実線で示し、２回目〜６回目の入射領域３８Ｂ〜３８Ｆを破線で示す。入射領域３８Ａ〜３８Ｆは、ｘ方向に長い形状を有する。１回目の反射領域３８Ａは、図７Ａにおいて最も下の低い反射表面３４Ｌから、最も上の低い反射表面３４Ｌまで達する。これにより、ビーム断面３８内が、高い反射表面３４Ｈで反射された領域Ａ０と、低い反射表面３４Ｌで反射された領域Ａ１とに区分される。
【００４２】
６回とも高い反射表面３４Ｈで反射された光線を、遅延時間の基準とする。１回反射時点で、領域Ａ０を通過する光線の遅延時間は０であり、領域Ａ１を通過する光線の遅延時間はｔｄである。
【００４３】
２回目〜６回目の入射領域３８Ｂ〜３８Ｆは、反射回数が増加するに従って、ｙ軸の正の方向に移動するとともに、ｘ軸の正の方向にずれる。反射回数１回あたりのｘ軸方向へのずれ量は、高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌの各々のｘ軸方向の寸法の１／７である。
【００４４】
図７Ｂに、プローブ波２の２回目の入射領域３８Ｂ、及び２回反射した後のビーム断面３８内の遅延時間の分布を示す。高い反射表面３４Ｈでの反射回数が２回で、遅延時間が０の領域Ａ０と、低い反射表面３４Ｌでの反射回数が２回で、遅延時間が２ｔｄの領域Ａ２との間に、高い反射領域３４Ｈ及び低い反射領域３４Ｌでの反射回数が１回ずつで、遅延時間がｔｄの領域Ａ１が画定される。領域Ａ１のｘ軸方向の寸法は、反射回数１回あたりに、プローブ波２の入射領域がｘ軸方向へずれる距離に等しい。
【００４５】
図７Ｃに、プローブ波２の３回目の入射領域３８Ｃ、及び３回反射した後のビーム断面３８内の遅延時間の分布を示す。遅延時間が０、ｔｄ、２ｔｄ、３ｔｄの領域Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３が画定される。
【００４６】
図７Ｄに、プローブ波２の６回目の入射領域３８Ｆ、及び６回反射した後のビーム断面３８内の遅延時間の分布を示す。遅延時間が０、ｔｄ、２ｔｄ、３ｔｄ、４ｔｄ、５ｔｄ、６ｔｄの領域Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６が画定される。
【００４７】
図８に示すように、ビーム断面３８内がｘ方向に区分され、４つのｘ分割単位領域３９が画定される。ｘ分割単位領域３９の各々は、遅延時間が０、ｔｄ、２ｔｄ、３ｔｄ、４ｔｄ、５ｔｄ、６ｔｄとなる７つの領域Ａ０〜Ａ６を含む。すなわち、７つの領域Ａ０〜Ａ６内のプローブ波２の波面の遅延時間の刻み幅はｔｄである。ビーム断面３８内のｘ軸の正の側の端部に、遅延時間がｔｄ、２ｔｄ、３ｔｄ、４ｔｄ、５ｔｄ、６ｔｄとなる６つの領域Ａ１〜Ａ６が画定されている。この領域には、遅延時間が０となる領域Ａ０が含まれないため、ｘ分割単位領域３９を構成しない。
【００４８】
相互に隣り合う２つのｘ分割単位領域３９に着目すると、両者の境界線に関して、領域Ａ０〜Ａ６が線対称の関係に配列する。すなわち、ｘ分割単位領域３９の境界線の両側に領域Ａ０が配置され、境界線から遠ざかる向きに領域Ａ０からＡ６まで順番に配列するか、または境界線の両側に領域Ａ６が配置され、境界線から遠ざかる向きに領域Ａ６からＡ０まで順番に配列する。
【００４９】
図９に、プローブ波２の波面の位置関係を示す。図９においては、図２Ａに示した複数のｙ分割単位領域１２のうち１つのｙ分割単位領域１２内の波面を示す。ｘ分割単位領域３９の各々において、領域Ａ０の波面が最も進んでおり、領域Ａ６の波面が最も遅れている。このため、波面が電気光学結晶３に到達する時刻は、領域Ａ０において最も早く、領域Ａ６において最も遅い。相互に隣り合う領域間の波面の遅延時間はｔｄに等しい。
【００５０】
図１０Ａに、撮像装置６（図１）の撮像面の正面図を示す。図２Ｂに示したように、撮像面は、ｙ方向に関してｙ分割セルＣＬｙ１〜ＣＬｙ５に区分されている。また、撮像面は、ｘ分割単位領域３９（図８）に対応して、４つのｘ分割セルＣＬｘ１〜ＣＬｘ４に区分されている。ｙ分割セルＣＬｙｊと、ｘ分割セルＣＬｘｉとの交差する領域が、１つのセルＣＬ（ｉ，ｊ）を構成する。ここで、ｉは１以上４以下の整数であり、ｊは１以上５以下の整数である。
【００５１】
図１０Ｂに示すように、１つのセルＣＬ（ｉ，ｊ）内が、遅延時間の異なる領域Ａ０〜Ａ６（図８）に対応して、７個の領域Ａ０〜Ａ６に区分されている。領域Ａ０〜Ａ６の各々においては、図２Ｂで説明したように、ｙ軸が、検出用電磁波１の時間波形の時間軸に対応する。具体的には、ｙ軸の正の向きに向かって、時間が経過する。
【００５２】
図９に示したように、領域Ａ０から領域Ａ６に向かってプローブ波２の波面が遅れているため、領域Ａ１内で検出された検出用電磁波１の時間波形は、領域Ａ０内で検出された検出用電磁波１の時間波形よりも、時間的に後のものである。領域Ａ０〜Ａ６の間の遅延時間ｔｄを調整することにより、領域Ａ０内のｙ軸の正側の端部に対応する時刻と、領域Ａ１内のｙ軸の負側の端部に対応する時刻とを一致させることができる。具体的には、図２Ａに示したプローブ波２のｙ分割単位領域１２内の波面ＷＦ１〜ＷＦ５のうち１つの波面の一端が電気光学結晶３に入射した後、他端が電気光学結晶３に入射するまでの時間と、時間遅延装置９による遅延時間の刻み幅ｔｄとを等しくすればよい。
【００５３】
このとき、領域Ａ０内で検出された検出用電磁波１の時間波形と、領域Ａ１内で検出された検出用電磁波１の時間波形とを、時間軸上で繋ぎ合せることにより、検出用電磁波１の連続した時間波形を得ることができる。遅延時間ｔｄは、図４Ｂに示した高い反射表面３４Ｈと低い反射表面３４Ｌとの高さの差Ｈにより調整することができる。
【００５４】
図１０Ｃに示すように、領域Ａ０〜Ａ６で検出された検出用電磁波１の時間波形を繋ぎ合せることにより、１つの領域Ａ０で検出可能な検出用電磁波１の時間幅を、７倍に引き伸ばすことができる。
【００５５】
実施例１では、ｙ分割単位領域１２（図２Ａ）を５個、ｘ分割単位領域３９（図８）を４個としたが、これらの分割数は、その他の個数としてもよい。ｙ分割単位領域１２の個数は、補償光学素子１０（図２Ａ）の段数によって決定される。ｘ分割単位領域３９の個数は、プローブ波２のビーム断面３８（図７Ａ）内の高い反射表面３４Ｈと低い反射表面３４Ｌとの個数によって決定される。例えば、ｘ分割単位領域３９の個数を１４に設定したい場合には、段差ミラー３４の高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌの面数を、それぞれ８面とし、ビーム断面３８のｘ方向の寸法を、高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌの合計で１４面分の大きさにすればよい。
【００５６】
また、実施例１では、ｘ分割単位領域３９内を、遅延時間の異なる７個の領域Ａ０〜Ａ６に区分したが、区分数を７個以外にしてもよい。例えば、段差ミラー３４と対向ミラー３５（図１）との間でプローブ波２を７往復させると、遅延時間の異なる領域の数を、８個にすることができる。
【００５７】
実施例１では、高さの異なる２種類の反射表面３４Ｈ、３４Ｌを持つ段差ミラー３４を用いることにより、遅延時間の異なる領域Ａ０〜Ａ６を３個以上設けることができる。３段以上の多段の反射ミラーを用い、プローブ波２を１回のみ反射させることによっても、遅延時間の異なる３個以上の領域を設けることができる。ただし、段数が多くなるに従って、段差ミラーの製造が困難になる。実施例１で用いた段差ミラー３４は、３段以上の多段ミラーに比べて、製造が容易である。
【００５８】
［実施例２］
図１１に、実施例２による電磁波イメージング装置に用いられる段差ミラー３４の断面図を示す。段差ミラー３４以外の構成は、実施例１による電磁波イメージング装置の構成と同一である。
【００５９】
複数のガラス板４０の光学研磨された端面に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、誘電体多層膜等の反射膜４１が形成されている。この反射膜４１が、高い反射表面３４Ｈ及び低い反射表面３４Ｌとなる。高い反射表面３４Ｈを画定するガラス板４０は、反射膜４１の高さが揃うように、母体３６に固定されている。低い反射表面３４Ｌを画定するガラス板４０は、反射膜４１の高さが揃うように相互に位置合わせされ、段差調整機構３７を介して母体３６に取り付けられている。段差調整機構３７には、例えば圧電素子が用いられる。
【００６０】
段差調整機構３７は、低い反射表面３４Ｌを画定するガラス板４０を、反射表面の高さ方向に変位させることができる。このため、高い反射表面３４Ｈと低い反射表面３４Ｌとの高さの差Ｈを変化させることができる。これにより、ｘ分割単位領域３９（図８）内の遅延時間の異なる複数の領域Ａ０〜Ａ６の間の遅延時間ｔｄを変化させることができる。
【００６１】
遅延時間ｔｄを変化させることにより、検出用電磁波１の測定条件を変更することが可能になる。
【００６２】
［実施例３］
図１２に、実施例３による電磁波イメージング装置の概略図を示す。以下、図１に示した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６３】
実施例１では、プローブ波２の光路上に補償光学素子１０を配置したが、実施例３においては、検出用電磁波１の光路上に補償光学素子１０が配置される。このため、検出用電磁波１のビーム断面が、複数のｙ分割単位領域１２に区分される。電気光学結晶３に、プローブ波２が垂直入射し、検出用電磁波１が斜め入射する。プローブ波２の波面は、電気光学結晶３の表面と平行である。
【００６４】
ｙ分割単位領域１２内の検出用電磁波１の波面ＷＦｔは、図２Ａに示したプローブ波２の波面ＷＦ１〜ＷＦ５と同様に、同時に電気光学結晶３に入射する。すなわち、電気光学結晶３の表面と、ｙｚ面との交線方向の複数個所で、検出用電磁波１の波面とプローブ波２の波面との位相ずれが補償される。従って、実施例３においても、実施例１と同様の測定を行うことができる。
【００６５】
［実施例４］
図１３Ａに、実施例４による電磁波イメージング装置に用いられる補償光学部材１０の概略図を示す。実施例１では、補償光学部材１０として階段状の透明ブロックが用いられていたが、実施例４では、ビームスプリッタ１０Ｊと、階段状ミラー１０Ｉが用いられる。その他の構成は、実施例１による電磁波イメージング装置の構成と同一である。
【００６６】
階段状ミラー１０Ｉは、高さの異なる階段状の複数の反射表面を有する。ビームスプリッタ１０Ｊには、例えばハーフミラーが用いられる。波長８００ｎｍのプローブ波に対するハーフミラーは、例えば、ガラス等の透明材料の板材の上に形成した、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の反射性金属の薄膜、または一部反射鏡（ストライプ等）で構成できる。階段状ミラー１０Ｉは、階段状の表面を形成する構造材の表面に反射性金属ミラーを形成することにより作製される。構造材の材質は物理的支持を与えられ、鏡面を形成できるものであれば、特に制限を受けない。
【００６７】
プローブ波２の一部が、ビームスプリッタ１０Ｊにより反射されて、階段状ミラー１０Ｉに向かう。プローブ波２は、階段状ミラー１０Ｉの各反射表面で反射されて、ビームスプリッタ１０Ｊに向かう。ビームスプリッタ１０Ｊを透過したプローブ波２が、電気光学結晶３（図１）に入射する。相互に隣り合う反射表面で反射したプローブ波２に、階段状ミラー１０Ｉの段差の２倍に相当する光路長差が生じる。
【００６８】
図１２に示した実施例３による補償光学部材１０の位置に、図１３Ａに示したビームスプリッタ１０Ｊと階段状ミラー１０Ｉとを配置してもよい。
【００６９】
図１３Ｂに、補償光学部材１０の他の構成例を示す。図１３Ｂに示した補償光学部材１０においては、階段状ミラー１０Ｍ、１０Ｎが斜め入射で用いられる。段差の蹴上げ面がビームを蹴らないように、蹴上げ面は入射波、又は反射波に平行に配置される。反射面への入射角が４５°で、電磁波の進行方向の変化が９０°である場合を例にとって説明する。図１３Ｂに示した構成の場合、階段状ミラー１０Ｍは、入射波に平行な蹴上げ面を有し、階段状ミラー１０Ｎは反射波に平行な蹴上げ面を有する。階段状ミラー１０Ｍの複数の反射面で反射された複数の反射光束の間には、蹴上げ面の奥行き（高さ）に対応して、ギャップが生じている。階段状ミラー１０Ｎの各反射面で反射された複数の反射光束ではギャップが消滅している。階段状ミラー１０Ｍ、１０Ｎの複数の反射面で反射された複数の光束間には、所望の光路長差（位相差）が形成される。
【００７０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７１】
１  検出用電磁波（テラヘルツ波）
２  プローブ波
３  電気光学結晶
４  偏光子
５  検光子
６  撮像装置
８  被測定物
９  時間遅延装置
１０  補償光学素子
１０Ａ  表面
１０Ｂ  底面
１０Ｃ  踏み面
１０Ｄ  蹴上げ面
１０Ｉ  階段状ミラー
１０Ｊ  ビームスプリッタ
１０Ｍ、１０Ｎ  階段状ミラー
１２  ｙ分割単位領域
１３、１４  シリンドリカルレンズ列
２０  光源
２１  ビームスプリッタ
２２  ミラー
２３  電気光学結晶
３１、３２  ビーム整形器
３４  段差ミラー
３４Ｈ  高い反射表面
３４Ｌ  低い反射表面
３５  対向ミラー
３６  母体
３７  段差調整機構
３８  プローブ波のビーム断面
３９  ｘ分割単位領域
４０  ガラス板
４１  反射膜
１０１  テラへツル波
１０２  プローブ波
１０３  電気光学結晶
１０４  偏光子
１０５  検光子
１０６  ＣＣＤカメラ
１０８、１０９  シリンドリカルレンズ
１１０  被測定物
ＣＬｘ１〜ＣＬｘ４  ｘ分割セル
ＣＬｙ１〜ＣＬｙ５  ｙ分割セル
ＷＦ１〜ＷＦ５  プローブ波の単位光線束の波面
ＷＦｔ  検出用電磁波のｙ分割単位領域内の波面
【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７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013044727.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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