JP2004207288A - テラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】組立時におけるテラヘルツ光素子部の破損を防止する。
【解決手段】テラヘルツ光検出器は、基板を有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光検出素子部１と、基板保持部材８とを備える。基板保持部材８は、テラヘルツ光検出素子部１の基板を、前記基板の面方向に対して保持するが前記基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない。テラヘルツ光検出素子部１の前記基板の一方の面側には、テラヘルツ光集光レンズ２が配置される。テラヘルツ光検出素子部１の基板は、押し付け部材１３によって、テラヘルツ光集光レンズ２に押し付けられる。
【選択図】 図１３
【解決手段】テラヘルツ光検出器は、基板を有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光検出素子部１と、基板保持部材８とを備える。基板保持部材８は、テラヘルツ光検出素子部１の基板を、前記基板の面方向に対して保持するが前記基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない。テラヘルツ光検出素子部１の前記基板の一方の面側には、テラヘルツ光集光レンズ２が配置される。テラヘルツ光検出素子部１の基板は、押し付け部材１３によって、テラヘルツ光集光レンズ２に押し付けられる。
【選択図】 図１３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ素子を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周波数が０．０１ＴＨｚから１０ＴＨｚの電磁波はテラヘルツ光と呼ばれ、その応用がさかんに研究されている。それとともに、テラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器の開発が進められ、例えば下記特許文献１に記載されているように、光スイッチ素子の発明以来、テラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では光スイッチ素子（光伝導アンテナとも呼ばれる。）が多く利用されている。周知のように、光スイッチ素子は、テラヘルツ光の発生及び検出の両方に用いることができるため、光スイッチ素子を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器は、基本的に同じ構成を有している。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、光スイッチ素子を含むテラヘルツ光素子部（テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部）は、例えば、ＧａＡｓ等の基板と、該基板の一方の面に形成された低温成長ＧａＡｓ等の光伝導膜と、該光伝導膜上に形成された２つの金属膜等の導電膜と、を有している。これらの２つの導電膜が所定形状にパターニングされることにより、ダイポールアンテナやボウタイアンテナなどが形成される。ダイポールアンテナやボウタイアンテナの場合、２つの導電膜間の一部同士が微小な間隔（例えば、数μｍ程度の間隔）があけられている。２つの導電膜間の間隔が数ｍｍ乃至数ｃｍ程度とされる場合もあり、この光スイッチ素子は大口径の光スイッチ素子と呼ばれている。また、前記各導電膜の一部は、電極部となるようにその面積が拡大されている。
【０００４】
このテラヘルツ光素子部をテラヘルツ光発生素子部として用いる場合、前記電極部間にバイアス電圧を印加した状態で、前記２つの導電膜間の前記間隔付近にフェムト秒パルスレーザ光等の励起パルス光を照射する。その結果、励起パルス光の照射により光伝導膜中で励起された自由キャリア（電子と正孔）がバイアス電圧による印加電場によって加速されることで電流が流れ、このパルス状の電流によってテラヘルツ光が発生する。
【０００５】
一方、前記テラヘルツ光素子部をテラヘルツ光検出素子部として用いる場合、フェムト秒パルスレーザ光等のサンプリングパルス光を前記２つの導電膜間の前記間隔付近に照射する。このパルス光の照射によって、光伝導膜中に自由キャリアが生成され、このときに入射したテラヘルツ光の電場の大きさにほぼ比例した電流が２つの導電膜間に流れる。したがって、この電流を検出することで、テラヘルツ光を検出することができる。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、前記テラヘルツ光素子部を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、一般的に、テラヘルツ光素子部の基板の一方側にシリコンレンズ等の平凸状のテラヘルツ光集光レンズが配置される。この集光レンズが用いられる理由は、テラヘルツ光発生器の場合には、発生したテラヘルツ光の利用効率を高めるためであり、テラヘルツ光検出器の場合には、検出すべきテラヘルツ光を効率良く前記２つの導電膜間の前記間隔付近に集光して、テラヘルツ光の検出感度を高めるためである。
【０００７】
このようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、従来は、次のような構造が採用されていた。すなわち、当該発生器又は検出器の基体をなす本体ブロックにあけられた穴にテラヘルツ光集光レンズを組み込み、該集光レンズの平面部に真空グリースを薄く塗布した後、その上に前記テラヘルツ光素子部の基板を密着させるようにして置き、板バネをなす金属板で樹脂材を介してテラヘルツ光素子部を集光レンズに押し付けるという構造が採用されていた。テラヘルツ光素子部の基板は、この押し付けのみによって、集光レンズに対して保持されていた。
【０００８】
また、前述したようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前記バイアス電圧を供給するためあるいは前記電流を取り出すためのコネクタが設けられている。そして、従来は、テラヘルツ光素子部の前記電極部から当該コネクタまでのリード線が前記電極部に直付けされていた。このように直付けを行うために、リード線として細い金線が用いられ、この金線が銀ペーストを用いて前記電極部に接続されていた。これは、前記電極部に半田付けができないためである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２２３０１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、テラヘルツ光集光レンズとテラヘルツ光素子部との、テラヘルツ光素子部の基板の面方向の相対的な位置を、所定の位置に位置合わせする必要がある。これは、テラヘルツ光集光レンズの光軸とテラヘルツ光素子部の前記間隔の中心との位置を合わせることで、テラヘルツ光の利用効率や検出感度を高めるためである。
【００１１】
従来のテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前述したように、テラヘルツ光素子部の基板が前記押し付けのみによって集光レンズに対して保持されていたので、テラヘルツ光素子部の基板の面方向の位置合わせは、ピンセット等でテラヘルツ光素子部の基板の端面を直接に押すことによって行われていた。このとき、テラヘルツ光素子部の基板に不用意な力が加わってしまい、テラヘルツ光素子部が破損してしまう場合があった。テラヘルツ光素子部は、わずかな力で破損し易く、しかも非常に高価である。
【００１２】
また、従来のテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前述したように、細い金線が銀ペーストを用いてテラヘルツ光素子部の電極部に直付けされていたので、細いために当該金線の取り扱いが困難であるとともに当該金線が切れ易く、その接続作業には熟練を要していた。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、組立時におけるテラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の破損を防止することができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の電極部に対するリード線の電気的な接続のための作業を容易に行うことができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるテラヘルツ光発生器は、励起パルス光に反応してテラヘルツ光を発生するテラヘルツ光発生素子基板と、前記テラヘルツ光発生素子基板からのテラヘルツ光を出射し、前記テラヘルツ光発生素子基板が当接されるテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光発生素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光発生素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたものである。
【００１６】
本発明の第２の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第１の態様において、前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたものである。
【００１７】
本発明の第３の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第１又は第２の態様において、前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたものである。
【００１８】
本発明の第４の態様によるテラヘルツ光発生器は、一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光発生素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたものである。
【００１９】
本発明の第５の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第４の態様において、前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたものである。
【００２０】
本発明の第６の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第４又は第５の態様において、前記テラヘルツ光発生素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたものである。
【００２１】
本発明の第７の態様によるテラヘルツ光検出器は、サンプリングパルス光に反応してテラヘルツ光を検出するテラヘルツ光検出素子基板と、前記テラヘルツ光検出素子基板へテラヘルツ光を導くテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光検出素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光検出素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたものである。
【００２２】
本発明の第８の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第７の態様において、前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたものである。
【００２３】
本発明の第９の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第７又は第８の態様において、前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたものである。
【００２４】
本発明の第１０の態様によるテラヘルツ光検出器は、一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光検出素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたものである。
【００２５】
本発明の第１１の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０の態様において、前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたものである。
【００２６】
本発明の第１２の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０又は第１１の態様において、前記テラヘルツ光検出素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたものである。
【００２７】
本発明の第１３の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０乃至第１２のいずれかの態様において、前記電極部を流れる電流を電圧に変換し増幅する回路が搭載されかつ前記導電部材の付近に配置された回路基板を備え、前記リード線が前記回路基板に電気的に接続されたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器について、図面を参照して説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出器を示す平面図である。図２は、図１に示すテラヘルツ光検出器の正面図である。図２では、レンズホルダ本体５の図示は省略している。図３は、一部を切り欠いた図２中のＡ矢視図である。図４は、図３中のＢ部の拡大図である。図５は、一部を切り欠いた図３中のＣ−Ｃ’矢視図である。ただし、図５は、サンプリングパルス光集光レンズ３及びこれを保持するための部材等を取り除いた状態を示している。図６は、図５中のＤ部の拡大図である。
【００３１】
本実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、図１乃至図６に示すように、テラヘルツ光検出素子部１と、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の一方の面側に配置されたテラヘルツ光集光レンズ（テラヘルツ光用光学部材）２と、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の他方の面側に配置されたサンプリングパルス光集光レンズ３と、テラヘルツ光検出素子部１及びテラヘルツ光集光レンズ２を取り付ける基体となる金属製等の本体ブロック４と、サンプリングパルス光集光レンズ３を取り付ける基体となるレンズホルダ本体５と、を備えている。
【００３２】
図７はテラヘルツ光検出素子部１を示す図であり、図７（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＥ−Ｅ’矢視図である。
【００３３】
テラヘルツ光検出素子部１は、図７に示すように、ＧａＡｓ等の基板２１と、基板２１上に形成された低温成長ＧａＡｓ等の光伝導膜２２と、膜２２上に形成された２つの導電膜としての金属膜２３，２４とから構成されている。金属膜２３，２４は、膜２２上において互いに分離されており、平行伝送線路を形成する伝送線路部２３ａ，２４ａと、それらの両端に形成された電極部２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃと、を有している。伝送線路部２３ａ，２４ａの中央部分が内側に突出し、その間に基板２１の面に沿った方向に微小な間隔（例えば、数μｍ程度の間隔）ｄがあけられている。この間隔ｄの付近の部分によって光スイッチ素子が構成され、また、伝送線路部２３ａ，２４ａにおける間隔ｄの付近の部分によりダイポールアンテナが構成されている。本実施の形態では、基板２１は、長方形状とされ、例えば６ｍｍ（短辺）×１０ｍｍ（長辺）の寸法を有しているが、その形状及び寸法はこれに限定されるものではない。また、本実施の形態では、間隔ｄの部分の中心（光スイッチ素子の中心）が基板２１の外形の中心と一致しているが、両者は必ずしも一致する必要はない。
【００３４】
本実施の形態では、テラヘルツ光検出素子部１は前述したようにダイポールアンテナを用いた構成を有しているが、金属膜２３，２４によってボウタイアンテナなどの他のアンテナを構成してもよい。また、テラヘルツ光検出素子部１は、例えば、２つの金属膜導電膜間の間隔が例えば数ｍｍ乃至数ｃｍ程度とされるいわゆる大口径の光スイッチ素子を構成してもよい。さらに、基板２１を半絶縁性ＧａＡｓ等で構成して光伝導膜２２に代わる光伝導部とし、基板２１上に光伝導膜２２を形成することなく、基板２１上に金属膜２３，２４を形成してもよい。更にまた、ダイポールアンテナに代えて、ＺｎＴｅなどの電気光学結晶素子を基板２１と同形状に形成したものであってもよい。このように、テラヘルツ光検出素子部１の具体的な構成は、何ら限定されるものではない。
【００３５】
テラヘルツ光集光レンズ２及びサンプリングパルス光集光レンズ３は、後述する構造により位置合わせされて、レンズの光軸がテラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分の中心と実質的に一致している。検出すべきテラヘルツ光は、図４中の左側から集光レンズ２に入射し、テラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分に集光される。一方、フェムト秒パルスレーザ光等のサンプリングパルス光は、図４中の右側から集光レンズ３に入射し、テラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分に集光される。なお、図面には示していないが、本体ブロック４及びレンズホルダ本体５が取り付けベース（図示せず）に固定されることによって、テラヘルツ光検出素子部１及びテラヘルツ光集光レンズ２とサンプリングパルス光集光レンズ３との位置関係が図４に示すような位置関係に設定されている。
【００３６】
本実施の形態では、テラヘルツ光集光レンズ２として、シリコンレンズからなる半球レンズが用いられているが、材質や形状はこれに限定されるものではなく、例えば、半球レンズ以外の平凸レンズを用いてもよい。また、本実施の形態では、サンプリングパルス光集光レンズ３として、球面収差によるボケが発生せずに球面レンズに比べてサンプリングパルス光をより小さい径に焦点を結ぶ非球面レンズが用いられている。もっとも、レンズ３として球面レンズを用いてもよい。
【００３７】
図８は本体ブロック４を示す図であり、図８（ａ）は図３と同じ向きで見た正面図、図８（ｂ）は平面図、図８（ｃ）は左側面図、図８（ｄ）は右側面図、図８（ｅ）は図８（ｄ）中のＦ−Ｆ’矢視図である。
【００３８】
本体ブロック４は、図８に示すように、脚部３１と、脚部３１から立ち上がった肉厚の起立板部３２とを有している。脚部３１には、前記取り付けベースに固定するためのネジ（図示せず）が挿通される孔３３が形成されている。起立板部３２の両面の相対する位置には、後述するレンズ保持板６及び基板保持部材８がそれぞれ適合して嵌め込まれる角穴状の位置決め用凹所３４，３５が形成されている。凹所３４，３５は、それらの中心位置が互いに一致するように加工されている。テラヘルツ光集光レンズ２が挿通し得る円形の孔３６が、凹所３４，３５間を貫通させるように形成されている。孔３６の中心位置は、凹所３４，３５の中心位置と一致している。
【００３９】
また、図８に示すように、本体ブロック４には、レンズ保持板６を固定するためのネジ孔３７、基板保持部材８を固定するためのネジ孔３８、後述する押し付け部材１３を固定するためのネジ孔３９、後述するコネクタ１５を固定するためのネジ孔４０、後述する回路基板１４を固定するためのネジ孔４１、後述する金属カバー１６を固定するためのネジ孔４２、及び、コネクタ１５の一部を挿入する溝４３も、形成されている。
【００４０】
図２乃至図４に示すように、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側を保持するレンズ保持板６が、本体ブロック４の凹所３４に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３７に螺合されたネジ７で本体ブロック４に固定されている。図９はレンズ保持板６を示す図であり、図９（ａ）は図２と同じ向きで見た正面図、図９（ｂ）は右側面図である。レンズ保持板６は、例えばプラスチック材からなり、その外形を基準にして中心に、テラヘルツ光集光レンズ２より小径の円形の孔５１が形成されている。図３及び図４に示すように、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側の一部が孔５１に収められ、孔５１の周囲がテラヘルツ光集光レンズ２の球面部に当接することにより、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側がレンズ保持板６により保持されている。レンズ保持板６によって、テラヘルツ光集光レンズ２の中心位置が決定されている。レンズ保持板６の外周が凹所３４の周壁で規制されて、レンズ保持板６の中心位置が凹所３４の中心位置と精度良く一致しているため、集光レンズ２の光軸も凹所３４の中心位置と精度良く一致している。なお、レンズ保持板６には、図９に示すように、ネジ７が挿通される挿通孔５２も形成されている。
【００４１】
また、図３乃至図６に示すように、基板保持部材８が、本体ブロック４の凹所３５に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３８に螺合されたネジ９で本体ブロック４に固定されている。本実施の形態では、凹所３５が、基板保持部材８の基板２１面方向への位置決めを行うための位置決め構造を構成している。基板保持部材８の外周が凹所３５の周壁で規制されて、基板保持部材８の中心位置が凹所３５の中心位置と精度良く一致している。基板保持部材８は、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１を、基板２１の面方向（図６中の紙面内の方向）に対して保持するが前記基板２１の面方向と垂直な方向（図６中の紙面と垂直な方向）に対して保持しないように構成されている。具体的には、本実施の形態では図１０に示すように構成されている。
【００４２】
図１０は基板保持部材８を示す図であり、図１０（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た正面図、図１０（ｂ）は右側面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中のＧ−Ｇ’矢視図である。図１０（ａ）には、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１との位置関係を示すため、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の外形を想像線で示している。ただし、図面表記の便宜上、この想像線を明確にするため、基板２１の外形を実際より若干小さいものとして示している。
【００４３】
基板保持部材８は、プラスチック材又は金属等で板状に構成されている。図１０に示すように、基板保持部材８の中央部には、孔６１が形成されている。この孔６１は、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１に適合する長方形状の領域６１ａと、後述する導電部材１１ａ，１１ｂの一部を収める領域６１ｂ，６１ｃと、組立時にテラヘルツ光検出素子部１を図１０（ａ）に示す位置に収める際に検出素子部１を摘むピンセット等に対する逃げとなる領域６１ｄ，６１ｅと、を合わせたものとなっている。孔６１の周壁の一部がテラヘルツ光検出素子部１の基板２１の外周の一部と適合することで、基板２１がその面方向に対して保持される。孔６１は、孔６１により保持された基板２１の中心（テラヘルツ光検出素子部１の前記間隔ｄの部分の中心）が基板保持部材８の中心と精度良く一致するように、加工されている。
【００４４】
また、図１０に示すように、基板保持部材８には、後述する押し付け部材１３による押し付け力を設定するため、周りより一段低い部分（図１０（ａ）中の斜線部）６２，６３が形成されている。この部分６２，６３には、押し付け部材１３を本体ブロック４に固定するためのネジ１０が挿通される挿通孔６４が、それぞれ形成されている。なお、ネジ１０は、本体ブロック４のネジ孔３９に螺合されている。また、基板保持部材８には、基板保持部材８を本体ブロック４に固定するためのネジ９が挿通される挿通孔６５も形成されている。
【００４５】
なお、図４及び図６からわかるように、基板保持部材８は、組立時にテラヘルツ光集光レンズ２の平面部を比較的ラフに保持する（すなわち、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部と基板保持部材８との間にわずかな隙間があき得る程度に保持する）ようになっている。テラヘルツ光集光レンズ２の平面部の最終的な保持は、後述する押し付け部材１３による押し付けにより行われている。
【００４６】
図４及び図６に示すように、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１が、基板保持部材８の孔６１に収められてその面方向に対して保持されるとともに、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着している。その密着性を高めるため、図面には示していないが、テラヘルツ光集光レンズ２と基板２１との間に真空グリースが薄く塗布されている。テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃは、基板２１におけるテラヘルツ光集光レンズ２とは反対側の面に位置している。
【００４７】
また、図４及び図６に示すように、２つの導電部材１１ａ，１１ｂが、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の一部及び基板保持部材８の低い部分６３（図１０参照）の一部と重なるように、配置されている。導電部材１１ａの一部がテラヘルツ光検出素子部１の電極部２４ｂと接触し、導電部材１１ｂの一部がテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂと接触し、これによりそれぞれの間が電気的に接続されている。図面には示していないが、この電気的な接続を良好にするため、電極部２３ｂ，２４ｃと導電部材１１ａ，１１ｂとの間にはそれぞれ銀ペーストが塗布されている。この銀ペーストは両者の間の機械的な接続を行うものではなく、両者の間の機械的な接続は、後述する押し付け部材１３による押し付けにより行われている。
【００４８】
ここで、導電部材１１ａを図１１に示す。図１１（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た導電部材１１ａの正面図、図１１（ｂ）はその右側面図である。本実施の形態では、導電部材１１ａは金属板で構成され、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２４ｂに対応しかつ電極部２４ｂとは反対側の箇所に、ゴム又は樹脂等からなる弾性部材１２が接着されている。導電部材１１ｂは、導電部材１１ａと同様に構成され弾性部材１２が接着されているが、図６に示すように、導電部材１１ａと左右対称に構成されている。
【００４９】
そして、図４及び図６に示すように、図１２に示す押し付け部材１３が、導電部材１１ａ，１１ｂの弾性部材１２に当接し、当該弾性部材１２を所定の押し付け力でテラヘルツ光集光レンズ２側へ押し付けるように、基板保持部材８の低い部分６２，６３を介して本体ブロック４に対して固定されている。図１２（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た押し付け部材１３の正面図、図１２（ｂ）はその右側面図である。
【００５０】
本実施の形態では、押し付け部材１３は、図１２に示すように、プラスチック材、ゴム材、金属製の板ばねに絶縁性のコーティング（塗装を含む）されたものなどからなる、絶縁性を有する十字状の板で構成されている。押し付け部材１３の両端付近には、ネジ１０が挿通される挿通孔７１が形成されている。押し付け部材１３の中央付近には、サンプリングパルス光を通過させる孔７２が形成されている。
【００５１】
図４及び図６に示すように、ネジ１０を押し付け部材１３の孔７１及び基板保持部材８の孔６４（図１０参照）を挿通させて本体ブロック４の孔３９（図８参照）に螺合することにより、押し付け部材１３の両端付近が、基板保持部材８の低い部分６２，６３を介して本体ブロック４に対して固定されている。これにより、図４に示すように、押し付け部材１３が弾性部材１２に当接して撓み、押し付け部材１３が弾性部材１２を押し付けている。
【００５２】
押し付け部材１３が弾性部材１２を押し付ける結果、導電部材１１ａ，１１ｂがテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに押し付けられ、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１がテラヘルツ光集光レンズ２に押し付けられ、テラヘルツ光集光レンズ２がレンズ保持板６に押し付けられ、これらが保持されている。
【００５３】
本実施の形態では、図６に示すように、導電部材１１ａ，１１ｂの間に絶縁性を有する押し付け部材１３の端部付近の部分が配置されているので、導電部材１１ａ，１１ｂが互いに接触するようなおそれがなく、両者の間が確実に電気的に絶縁される。
【００５４】
なお、導電部材１１ａ，１１ｂにおいて、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂと対面する領域に、電極部２３側にわずかに突出する突出部を形成しておき、導電部材１１ａ，１１ｂがテラヘルツ光検出素子部１に対して電極部２３ｂ，２４ｂでのみ接触するようにしておいてもよい。
【００５５】
ここで、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立方法について、説明する。
【００５６】
まず、レンズ保持板６を本体ブロック４の凹所３４に嵌合し、レンズ保持板６をネジ７で本体ブロック４に固定する。次に、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側の一部を孔５１に収める。その結果、本体ブロック４に対するテラヘルツ光集光レンズ２の中心位置が決定される。その後、基板保持部材８を本体ブロック４の凹所３５に嵌合し、基板保持部材８をネジ９で本体ブロック４に固定する。
【００５７】
次いで、テラヘルツ光集光レンズ２とテラヘルツ光検出素子部１の基板２１との間に真空グリースを薄く塗布し、基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着させる。このとき、基板２１を基板保持部材８の孔６１に収める。基板保持部材８が凹所３５により位置決めされており、基板２１がその面方向に対して基板保持部材８により保持されるので、自動的に、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の中心（テラヘルツ光検出素子部１の前記間隔ｄの部分の中心）が、テラヘルツ光集光レンズ２の中心と一致する。したがって、従来のように基板２１の位置の微調整を行う必要がない。
【００５８】
その後、基板保持部材８の電極部２３ｂ，２４ｂ上に銀ペーストを塗布した後、弾性部材１２が予め接着された導電部材１１ａ，１１ｂを前述した図６に示す位置に置く。なお、実際の組立では、この段階の前に、リード線１８ａ，１８ｂが既に半田付けされている状態とされる。その後、押し付け部材１３をネジ１０で基板保持部材８を介して本体ブロック４に固定する。これにより、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立が完了する。
【００５９】
また、本実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、導電部材１１ａの付近に配置された回路基板１４と、外部に対する電気的な接続を行うための市販のコネクタ１５と、回路基板１４を覆う電磁シールドをなす金属カバー１６と、を備えている。
【００６０】
回路基板１４は、図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４１（図８参照）に螺合されたネジ１７で、本体ブロック４に固定されている。回路基板１４には、電極部２３ｂ，２４ｂ間に流れる電流を電圧に変換し増幅する回路が搭載されている。図５において、斜線部１４ａは回路基板１４上のパターン形成領域を示している。前記回路を構成する回路部品等の図示は省略している。図５に示すように、導電部材１１ａ，１１ｂと回路基板の所定箇所との間が、リード線１８ａ，１８ｂでそれぞれ電気的に接続されている。リード線１８ａ，１８ｂは、半田付けによって、導電部材１１ａ，１１ｂにそれぞれ電気的及び機械的に接続されている。これにより、リード線１８ａ，１８ｂは、導電部材１１ａ，１１ｂをそれぞれ経由して、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃにそれぞれ電気的に接続されている。導電部材１１ａ，１１ｂに対して半田付けが可能であるため、リード線１８ａ，１８ｂとして、金線ではなく、通常の線材（被覆付きの線材）をツイストしたものやシールド線を使用することが可能である。
【００６１】
コネクタ１５は、図１乃至図３及び図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４０（図８参照）に螺合されたネジ１９で、本体ブロック４に固定されている。図５に示すように、コネクタ１５と回路基板１４の所定箇所との間が、リード線１８ｃ，１８ｄで接続され、前記回路により増幅された後の信号がコネクタ１５に導かれるようになっている。
【００６２】
金属カバー１６は、図１乃至図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４２（図８参照）に螺合されたネジ２０で、本体ブロック４に固定されている。金属カバー１６で回路基板１４が覆われているので、金属カバー１６の磁気シールド効果により、回路基板１４に搭載された回路が外部からのノイズの影響を受け難くなり、ＳＮ比が向上する。
【００６３】
次に、本実施の形態で採用されているサンプリングパルス光集光レンズ３の保持構造について、説明する。本実施の形態では、図１及び図３に概略を示すレンズホルダ本体５として、シグマ光機株式会社製の３軸レンズホルダー（品番：ＡＬＨ−３０−３ＲＯ）が用いられている。このレンズホルダ本体５は、図３に示すように、雌ネジ部８１を有する可動部材を有し、水平方向調整ネジ８２、垂直方向調整ネジ８３及び光軸方向調整レバー８４をそれぞれ調整することで、前記可動部材を３軸方向にそれぞれ独立して調整して位置決めすることができるようになっている。
【００６４】
図３に示すように、レンズホルダ本体５の雌ネジ部８１には、筒状部材８５の基端側の大径部が螺着されている。図３及び図４に示すように、筒状部材８５の先端側の小径部内には、当該小径部に形成された段部に係合したレンズ保持筒８６が設けられている。また、筒状部材８５の小径部の外周に、押さえ部材８７が螺着されている。押さえ部材８７の内側に、レンズ保持リング８８が当接して嵌っている。サンプリングパルス光集光レンズ３は、レンズ保持筒８６とレンズ保持リング８８との間に挟み込まれて保持されている。図３及び図４に示すように、サンプリングパルス光集光レンズ３及びその周辺の部材が、金属カバー１６に穿設された孔１６ａからその内部に挿入されて、前述した押し付け部材１３等に臨んでいる。
【００６５】
なお、サンプリングパルス光集光レンズ３の保持構造は、前述した例に限定されるものではなく、例えば、サンプリングパルス光集光レンズ３も本体ブロック４に対して固定するような構造を採用してもよい。
【００６６】
本実施の形態によれば、前述したように、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をその面方向に保持する基板保持部材８が設けられ、基板保持部材８の前記面方向の位置が本体ブロック４の凹所３５により位置決めされるので、したがって、従来のように基板２１の位置の微調整を行う必要がない。このため、組立時にテラヘルツ光検出素子部１の基板２１に不用意な力が加わるおそれがなくなり、テラヘルツ光検出素子部１の破損を防止することができる。また、基板２１の位置の微調整を行う必要がないので、組立作業が容易となる。
【００６７】
もっとも、本発明では、例えば、凹所３５を基板保持部材８の外形に対して大きくすることによって、凹所３５に位置決め機能を持たせないようにしてもよい。この場合、組立時にテラヘルツ光検出素子部１の基板２１の位置を、その面方向に対して微調整する必要がある。しかしながら、基板保持部材８によって基板２１がその面方向に保持されているので、基板保持部材８を前記面方向へ移動させることでテラヘルツ光検出素子部１の基板２１を前記面方向へ移動させることができる。したがって、テラヘルツ光検出素子部１に直接に力を加えずに基板保持部材８に力を加えて前記微調整を行うことができる。このため、組立時にテラヘルツ光検出素子部１に不用意な力が加わるおそれがなくなり、テラヘルツ光検出素子部１の破損を防止することができる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、導電部材１１ａ，１１ｂが用いられているので、リード線１８ａ，１８ｂを導電部材１１ａ，１１ｂに半田付けすることで、リード線１８ａ，１８ｂをテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに電気的に接続することができ、リード線１８ａ，１８ｂとして通常の線材を用いることができる。したがって、本実施の形態によれば、細い金線を直接にテラヘルツ光検出素子部の電極部に接続していた従来技術に比べて、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに対するリード線１８ａ，１８ｂの電気的な接続のための作業を、容易に行うことができる。また、リード線１８ａ，１８ｂとして、通常の線材（被覆付きの線材）をツイストしたものやシールド線を用いることができるので、金線（被覆なし）を用いる場合に比べて、ノイズの影響を受け難くなる。
【００６９】
従来は、回路基板１４に相当する回路基板は、テラヘルツ光検出器の外部に配置されていたため、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃから当該回路基板までの配線長（微弱な検出電流が流れる配線長）が長くならざるを得なかった。これに対し、本実施の形態では、回路基板１４が、当該テラヘルツ光検出器内に搭載されて導電部材１１ａ，１１ｂの付近に配置されているので、電極部２３ｂ，２４ｂから回路基板１４までの配線長（リード線１８ａ，１８ｂの長さに相当）を極めて短くすることができる。したがって、本実施の形態によれば、微弱な検出電流に対するノイズの影響を低減することができ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、前述したように、金属カバー１６が、回路基板１４に搭載された回路に対する磁気シールドとして作用することからも、ＳＮ比を向上させることができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態によれば、サンプリングパルス光集光レンズ３として非球面レンズが用いられているので、サンプリングパルス光がより小さい径に焦点を結ぶので、より大きな検出電流を得ることができ、テラヘルツ光の検出感度が高まる。
【００７２】
［第２の実施の形態］
【００７３】
図１３は、本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器の要部を示す断面図であり、図４に対応している。図１３において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施の形態によるテラヘルツ検出器が前記第１の実施の形態によるテラヘルツ検出器と異なる所は、組立の安定性をより向上させるべく、第１の実施の形態で用いられているレンズ保持板６の代わりに、図１３に示すように、金属、プラスチック、セラミック等からなる支持板９１、金属、プラスチック、セラミック等からなる押さえリング部材９２及びプラスチック材等のレンズ保持リング９３が用いられている点のみであり、他の点は前記第１の実施の形態と同一である。
【００７５】
図１４は支持板９１を示す図であり、図１４（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の右側面図である。支持板９１は、前述した図９に示すレンズ保持板６と同一の外形を有し、その外形を基準にして中心に、押さえリング部材９２が螺合されるネジ孔１０１が形成されている。支持板９１には、レンズ保持６の挿通孔５２に相当する挿通孔（ネジ７が挿通される挿通孔）１０２も形成されている。
【００７６】
図１５は押さえリング部材９２を示す図であり、図１５（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）中のＨ−Ｈ’矢視図である。押さえリング部材９２の外周には、図１４（ａ）のネジ孔１０１の雌ネジ部に螺合される雄ねじ部１１１が形成されている。押さえリング部材９２の内周部には、レンズ保持リング９３が係合する段部１１２が形成されている。また、押さえリング部材９２には、支持板９１のネジ孔１０１への螺合時に押さえリング部材９２を回動させるために用いるすり割り１１３も形成されている。なお、押さえリング部材９２は、支持板９１に螺合したときにそれらの中心同士が精度良く一致するように、加工されている。
【００７７】
図１６はレンズ保持リング９３を示す図であり、図１６（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）中のＪ−Ｊ’矢視図である。レンズ保持リング９３は、押さえリング部材９２の段部１１２に係合しかつ押さえリング部材９２の内周と適合し、このときレンズ保持リング９３の中心が押さえリング部材９２の中心と精度良く一致するようになっている。レンズ保持リング９３の内径は、テラヘルツ光集光レンズ２の外径より小さくされ、テラヘルツ光集光レンズ２の球面部に当接するようになっている。レンズ保持リング９３は、テラヘルツ光集光レンズ２が破損するのを防止するための緩衝用部材となっている。
【００７８】
本実施の形態では、図１３に示すように、支持板９１が、本体ブロック４の凹所３４に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３７に螺合されたネジ７で本体ブロック４に固定されている。そして、図１５（ｂ）の段部１１２にレンズ保持リング９３が係合された押さえリング部材９２が、支持板９１のネジ孔１０１に螺合され、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部が基板保持部材８に完全に当接するまで締め付けられている。テラヘルツ光集光レンズ２は、このようにして、レンズ保持リング９３と基板保持部材８との間に挟持されることで、保持されている。したがって、本実施の形態では、押し付け部材１３は、導電部材１１ａ，１１ｂ及びテラヘルツ光検出素子部１をテラヘルツ光集光レンズ２へ押し付けるのみであり、前記第１の実施の形態と異なり、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部を保持する力を付与するわけではない。
【００７９】
ここで、本実施の形態によるテラヘルツ検出器について、本体ブロック４に対するテラヘルツ光集光レンズ２及びテラヘルツ光検出素子部１等の組立方法を説明する。
【００８０】
まず、支持板９１を本体ブロック４の凹所３４に嵌合し、支持板９１をネジ７で本体ブロック４に固定する。次に、レンズ保持リング９３を押さえリング部材９２の段部１１２に適合させ、この押さえリング部材９２を、支持板９１のネジ孔１０１に螺合する。このとき、押さえリング部材９２の螺合の程度は、図１３に示す正規の位置より余裕を持って図１３中の左側に位置する程度（例えば、２回転螺合した程度）とする。次いで、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側をレンズ保持リング９３の孔に収めた後、基板保持部材８を本体ブロック４の凹所３５に嵌合し、基板保持部材８をネジ９で本体ブロック４に固定する。その後、押さえリング部材９２を更に螺合していき、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部が基板保持部材８に当接して固定されるまで、押さえリング部材９２を締め付ける。その結果、レンズ保持リング９３と基板保持部材８との間に挟持されることで、完全に保持され、本体ブロック４に対してがたつくようなことがない。
【００８１】
次いで、前記第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ光集光レンズ２とテラヘルツ光検出素子部１の基板２１との間に真空グリースを薄く塗布し、基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着させ、基板２１を基板保持部材８の孔６１に収める。このとき、前記第１の実施の形態の場合と異なりテラヘルツ光集光レンズ２が既に完全に保持されているので、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる際の不安定さが生ずることがない。
【００８２】
その後、基板保持部材８の電極部２３ｂ，２４ｂ上に銀ペーストを塗布した後、弾性部材１２が予め接着された導電部材１１ａ，１１ｂを前述した図６に示す位置に置く。その後、押し付け部材１３をネジ１０で基板保持部材８を介して本体ブロック４に固定する。これにより、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立が完了する。
【００８３】
本実施の形態によれば、前述したように、支持板９１、押さえリング部材９２及びレンズ保持リング９３を用いることにより、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる前に、テラヘルツ光集光レンズ２を完全に保持しておくことができる。したがって、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる際の不安定さが生ずることがなく、前記第１の実施の形態と比べて、組立の安定性が更に向上する。これ以外の点については、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８４】
以上説明した第１及び第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、基本的にそのままの構造で、テラヘルツ光発生器として用いることができる。この場合、素子部１はテラヘルツ光発生素子部となり、集光レンズ２は励起パルス光集光レンズとなる。素子部１から発生したテラヘルツ光は集光レンズ２を経て外部へ放射される。
【００８５】
ただし、前述したテラヘルツ光検出器をテラヘルツ光発生器として用いる場合、通常は、素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂ間にバイアス電圧として不変の直流電圧を印加するので、回路基板１４を取り除き、導電部材１１ａ，１１ｂとコネクタ１５との間をリード線で接続しておけばよい。もっとも、バイアス電圧として、変調した電圧を印加するような場合には、回路基板１４を取り除くことなく、回路基板１４に搭載する回路を当該変調のための回路に置き換えてもよい。
【００８６】
以上説明した実施の形態ではダイポールアンテナの基板２１を保持する部材として基板保持部材８を別設していたが、例えば、基板保持部材８に代えてテラヘルツ光集光レンズ２の平面部（基板２１が当接する面）に、基板保持部材８の孔６１と同形状の孔を形成してもよい。具体的には、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部にほぼ基板２１と同じ厚さ程度の凹部を形成し、その凹部の内部に基板２１を落とし込む孔を形成すればよい。
【００８７】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組立時におけるテラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の破損を防止することができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の電極部に対するリード線の電気的な接続のための作業を容易に行うことができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出器を示す平面図である。
【図２】図１に示すテラヘルツ光検出器の正面図である。
【図３】一部を切り欠いた図２中のＡ矢視図である。
【図４】図３中のＢ部の拡大図である。
【図５】一部を切り欠いた図３中のＣ−Ｃ’矢視図である。
【図６】図５中のＤ部の拡大図である。
【図７】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられているテラヘルツ光検出素子部を示す図である。
【図８】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている本体ブロックを示す図である。
【図９】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられているレンズ保持板を示す図である。
【図１０】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている基板保持部材を示す図である。
【図１１】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている導電部材を示す図である。
【図１２】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている押し付け部材を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器の要部を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられている支持板を示す図である。
【図１５】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられている押さえリング部材を示す図である。
【図１６】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられているレンズ保持リングを示す図である。
【符号の説明】
１ テラヘルツ光検出素子部（テラヘルツ光発生素子部）
２ テラヘルツ光集光レンズ
３ サンプリングパルス光集光レンズ（励起パルス光集光レンズ）
４ 本体ブロック
５ レンズホルダ本体
６ レンズ保持板
８ 基板保持部材
１１ａ，１１ｂ 導電部材
１２ 弾性部材
１３ 押し付け部材
１４ 回路基板
１５ コネクタ
１６ 金属カバー
９１ 支持板
９２ 押さえリング部材
９３ レンズ保持リング
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ素子を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周波数が０．０１ＴＨｚから１０ＴＨｚの電磁波はテラヘルツ光と呼ばれ、その応用がさかんに研究されている。それとともに、テラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器の開発が進められ、例えば下記特許文献１に記載されているように、光スイッチ素子の発明以来、テラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では光スイッチ素子（光伝導アンテナとも呼ばれる。）が多く利用されている。周知のように、光スイッチ素子は、テラヘルツ光の発生及び検出の両方に用いることができるため、光スイッチ素子を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器は、基本的に同じ構成を有している。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、光スイッチ素子を含むテラヘルツ光素子部（テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部）は、例えば、ＧａＡｓ等の基板と、該基板の一方の面に形成された低温成長ＧａＡｓ等の光伝導膜と、該光伝導膜上に形成された２つの金属膜等の導電膜と、を有している。これらの２つの導電膜が所定形状にパターニングされることにより、ダイポールアンテナやボウタイアンテナなどが形成される。ダイポールアンテナやボウタイアンテナの場合、２つの導電膜間の一部同士が微小な間隔（例えば、数μｍ程度の間隔）があけられている。２つの導電膜間の間隔が数ｍｍ乃至数ｃｍ程度とされる場合もあり、この光スイッチ素子は大口径の光スイッチ素子と呼ばれている。また、前記各導電膜の一部は、電極部となるようにその面積が拡大されている。
【０００４】
このテラヘルツ光素子部をテラヘルツ光発生素子部として用いる場合、前記電極部間にバイアス電圧を印加した状態で、前記２つの導電膜間の前記間隔付近にフェムト秒パルスレーザ光等の励起パルス光を照射する。その結果、励起パルス光の照射により光伝導膜中で励起された自由キャリア（電子と正孔）がバイアス電圧による印加電場によって加速されることで電流が流れ、このパルス状の電流によってテラヘルツ光が発生する。
【０００５】
一方、前記テラヘルツ光素子部をテラヘルツ光検出素子部として用いる場合、フェムト秒パルスレーザ光等のサンプリングパルス光を前記２つの導電膜間の前記間隔付近に照射する。このパルス光の照射によって、光伝導膜中に自由キャリアが生成され、このときに入射したテラヘルツ光の電場の大きさにほぼ比例した電流が２つの導電膜間に流れる。したがって、この電流を検出することで、テラヘルツ光を検出することができる。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、前記テラヘルツ光素子部を用いたテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、一般的に、テラヘルツ光素子部の基板の一方側にシリコンレンズ等の平凸状のテラヘルツ光集光レンズが配置される。この集光レンズが用いられる理由は、テラヘルツ光発生器の場合には、発生したテラヘルツ光の利用効率を高めるためであり、テラヘルツ光検出器の場合には、検出すべきテラヘルツ光を効率良く前記２つの導電膜間の前記間隔付近に集光して、テラヘルツ光の検出感度を高めるためである。
【０００７】
このようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、従来は、次のような構造が採用されていた。すなわち、当該発生器又は検出器の基体をなす本体ブロックにあけられた穴にテラヘルツ光集光レンズを組み込み、該集光レンズの平面部に真空グリースを薄く塗布した後、その上に前記テラヘルツ光素子部の基板を密着させるようにして置き、板バネをなす金属板で樹脂材を介してテラヘルツ光素子部を集光レンズに押し付けるという構造が採用されていた。テラヘルツ光素子部の基板は、この押し付けのみによって、集光レンズに対して保持されていた。
【０００８】
また、前述したようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前記バイアス電圧を供給するためあるいは前記電流を取り出すためのコネクタが設けられている。そして、従来は、テラヘルツ光素子部の前記電極部から当該コネクタまでのリード線が前記電極部に直付けされていた。このように直付けを行うために、リード線として細い金線が用いられ、この金線が銀ペーストを用いて前記電極部に接続されていた。これは、前記電極部に半田付けができないためである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２２３０１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、テラヘルツ光集光レンズとテラヘルツ光素子部との、テラヘルツ光素子部の基板の面方向の相対的な位置を、所定の位置に位置合わせする必要がある。これは、テラヘルツ光集光レンズの光軸とテラヘルツ光素子部の前記間隔の中心との位置を合わせることで、テラヘルツ光の利用効率や検出感度を高めるためである。
【００１１】
従来のテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前述したように、テラヘルツ光素子部の基板が前記押し付けのみによって集光レンズに対して保持されていたので、テラヘルツ光素子部の基板の面方向の位置合わせは、ピンセット等でテラヘルツ光素子部の基板の端面を直接に押すことによって行われていた。このとき、テラヘルツ光素子部の基板に不用意な力が加わってしまい、テラヘルツ光素子部が破損してしまう場合があった。テラヘルツ光素子部は、わずかな力で破損し易く、しかも非常に高価である。
【００１２】
また、従来のテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器では、前述したように、細い金線が銀ペーストを用いてテラヘルツ光素子部の電極部に直付けされていたので、細いために当該金線の取り扱いが困難であるとともに当該金線が切れ易く、その接続作業には熟練を要していた。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、組立時におけるテラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の破損を防止することができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の電極部に対するリード線の電気的な接続のための作業を容易に行うことができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるテラヘルツ光発生器は、励起パルス光に反応してテラヘルツ光を発生するテラヘルツ光発生素子基板と、前記テラヘルツ光発生素子基板からのテラヘルツ光を出射し、前記テラヘルツ光発生素子基板が当接されるテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光発生素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光発生素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたものである。
【００１６】
本発明の第２の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第１の態様において、前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたものである。
【００１７】
本発明の第３の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第１又は第２の態様において、前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたものである。
【００１８】
本発明の第４の態様によるテラヘルツ光発生器は、一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光発生素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたものである。
【００１９】
本発明の第５の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第４の態様において、前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたものである。
【００２０】
本発明の第６の態様によるテラヘルツ光発生器は、前記第４又は第５の態様において、前記テラヘルツ光発生素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたものである。
【００２１】
本発明の第７の態様によるテラヘルツ光検出器は、サンプリングパルス光に反応してテラヘルツ光を検出するテラヘルツ光検出素子基板と、前記テラヘルツ光検出素子基板へテラヘルツ光を導くテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光検出素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光検出素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたものである。
【００２２】
本発明の第８の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第７の態様において、前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたものである。
【００２３】
本発明の第９の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第７又は第８の態様において、前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたものである。
【００２４】
本発明の第１０の態様によるテラヘルツ光検出器は、一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光検出素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたものである。
【００２５】
本発明の第１１の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０の態様において、前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたものである。
【００２６】
本発明の第１２の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０又は第１１の態様において、前記テラヘルツ光検出素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたものである。
【００２７】
本発明の第１３の態様によるテラヘルツ光検出器は、前記第１０乃至第１２のいずれかの態様において、前記電極部を流れる電流を電圧に変換し増幅する回路が搭載されかつ前記導電部材の付近に配置された回路基板を備え、前記リード線が前記回路基板に電気的に接続されたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器について、図面を参照して説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出器を示す平面図である。図２は、図１に示すテラヘルツ光検出器の正面図である。図２では、レンズホルダ本体５の図示は省略している。図３は、一部を切り欠いた図２中のＡ矢視図である。図４は、図３中のＢ部の拡大図である。図５は、一部を切り欠いた図３中のＣ−Ｃ’矢視図である。ただし、図５は、サンプリングパルス光集光レンズ３及びこれを保持するための部材等を取り除いた状態を示している。図６は、図５中のＤ部の拡大図である。
【００３１】
本実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、図１乃至図６に示すように、テラヘルツ光検出素子部１と、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の一方の面側に配置されたテラヘルツ光集光レンズ（テラヘルツ光用光学部材）２と、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の他方の面側に配置されたサンプリングパルス光集光レンズ３と、テラヘルツ光検出素子部１及びテラヘルツ光集光レンズ２を取り付ける基体となる金属製等の本体ブロック４と、サンプリングパルス光集光レンズ３を取り付ける基体となるレンズホルダ本体５と、を備えている。
【００３２】
図７はテラヘルツ光検出素子部１を示す図であり、図７（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＥ−Ｅ’矢視図である。
【００３３】
テラヘルツ光検出素子部１は、図７に示すように、ＧａＡｓ等の基板２１と、基板２１上に形成された低温成長ＧａＡｓ等の光伝導膜２２と、膜２２上に形成された２つの導電膜としての金属膜２３，２４とから構成されている。金属膜２３，２４は、膜２２上において互いに分離されており、平行伝送線路を形成する伝送線路部２３ａ，２４ａと、それらの両端に形成された電極部２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃと、を有している。伝送線路部２３ａ，２４ａの中央部分が内側に突出し、その間に基板２１の面に沿った方向に微小な間隔（例えば、数μｍ程度の間隔）ｄがあけられている。この間隔ｄの付近の部分によって光スイッチ素子が構成され、また、伝送線路部２３ａ，２４ａにおける間隔ｄの付近の部分によりダイポールアンテナが構成されている。本実施の形態では、基板２１は、長方形状とされ、例えば６ｍｍ（短辺）×１０ｍｍ（長辺）の寸法を有しているが、その形状及び寸法はこれに限定されるものではない。また、本実施の形態では、間隔ｄの部分の中心（光スイッチ素子の中心）が基板２１の外形の中心と一致しているが、両者は必ずしも一致する必要はない。
【００３４】
本実施の形態では、テラヘルツ光検出素子部１は前述したようにダイポールアンテナを用いた構成を有しているが、金属膜２３，２４によってボウタイアンテナなどの他のアンテナを構成してもよい。また、テラヘルツ光検出素子部１は、例えば、２つの金属膜導電膜間の間隔が例えば数ｍｍ乃至数ｃｍ程度とされるいわゆる大口径の光スイッチ素子を構成してもよい。さらに、基板２１を半絶縁性ＧａＡｓ等で構成して光伝導膜２２に代わる光伝導部とし、基板２１上に光伝導膜２２を形成することなく、基板２１上に金属膜２３，２４を形成してもよい。更にまた、ダイポールアンテナに代えて、ＺｎＴｅなどの電気光学結晶素子を基板２１と同形状に形成したものであってもよい。このように、テラヘルツ光検出素子部１の具体的な構成は、何ら限定されるものではない。
【００３５】
テラヘルツ光集光レンズ２及びサンプリングパルス光集光レンズ３は、後述する構造により位置合わせされて、レンズの光軸がテラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分の中心と実質的に一致している。検出すべきテラヘルツ光は、図４中の左側から集光レンズ２に入射し、テラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分に集光される。一方、フェムト秒パルスレーザ光等のサンプリングパルス光は、図４中の右側から集光レンズ３に入射し、テラヘルツ光検出素子部１の間隔ｄの部分に集光される。なお、図面には示していないが、本体ブロック４及びレンズホルダ本体５が取り付けベース（図示せず）に固定されることによって、テラヘルツ光検出素子部１及びテラヘルツ光集光レンズ２とサンプリングパルス光集光レンズ３との位置関係が図４に示すような位置関係に設定されている。
【００３６】
本実施の形態では、テラヘルツ光集光レンズ２として、シリコンレンズからなる半球レンズが用いられているが、材質や形状はこれに限定されるものではなく、例えば、半球レンズ以外の平凸レンズを用いてもよい。また、本実施の形態では、サンプリングパルス光集光レンズ３として、球面収差によるボケが発生せずに球面レンズに比べてサンプリングパルス光をより小さい径に焦点を結ぶ非球面レンズが用いられている。もっとも、レンズ３として球面レンズを用いてもよい。
【００３７】
図８は本体ブロック４を示す図であり、図８（ａ）は図３と同じ向きで見た正面図、図８（ｂ）は平面図、図８（ｃ）は左側面図、図８（ｄ）は右側面図、図８（ｅ）は図８（ｄ）中のＦ−Ｆ’矢視図である。
【００３８】
本体ブロック４は、図８に示すように、脚部３１と、脚部３１から立ち上がった肉厚の起立板部３２とを有している。脚部３１には、前記取り付けベースに固定するためのネジ（図示せず）が挿通される孔３３が形成されている。起立板部３２の両面の相対する位置には、後述するレンズ保持板６及び基板保持部材８がそれぞれ適合して嵌め込まれる角穴状の位置決め用凹所３４，３５が形成されている。凹所３４，３５は、それらの中心位置が互いに一致するように加工されている。テラヘルツ光集光レンズ２が挿通し得る円形の孔３６が、凹所３４，３５間を貫通させるように形成されている。孔３６の中心位置は、凹所３４，３５の中心位置と一致している。
【００３９】
また、図８に示すように、本体ブロック４には、レンズ保持板６を固定するためのネジ孔３７、基板保持部材８を固定するためのネジ孔３８、後述する押し付け部材１３を固定するためのネジ孔３９、後述するコネクタ１５を固定するためのネジ孔４０、後述する回路基板１４を固定するためのネジ孔４１、後述する金属カバー１６を固定するためのネジ孔４２、及び、コネクタ１５の一部を挿入する溝４３も、形成されている。
【００４０】
図２乃至図４に示すように、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側を保持するレンズ保持板６が、本体ブロック４の凹所３４に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３７に螺合されたネジ７で本体ブロック４に固定されている。図９はレンズ保持板６を示す図であり、図９（ａ）は図２と同じ向きで見た正面図、図９（ｂ）は右側面図である。レンズ保持板６は、例えばプラスチック材からなり、その外形を基準にして中心に、テラヘルツ光集光レンズ２より小径の円形の孔５１が形成されている。図３及び図４に示すように、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側の一部が孔５１に収められ、孔５１の周囲がテラヘルツ光集光レンズ２の球面部に当接することにより、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側がレンズ保持板６により保持されている。レンズ保持板６によって、テラヘルツ光集光レンズ２の中心位置が決定されている。レンズ保持板６の外周が凹所３４の周壁で規制されて、レンズ保持板６の中心位置が凹所３４の中心位置と精度良く一致しているため、集光レンズ２の光軸も凹所３４の中心位置と精度良く一致している。なお、レンズ保持板６には、図９に示すように、ネジ７が挿通される挿通孔５２も形成されている。
【００４１】
また、図３乃至図６に示すように、基板保持部材８が、本体ブロック４の凹所３５に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３８に螺合されたネジ９で本体ブロック４に固定されている。本実施の形態では、凹所３５が、基板保持部材８の基板２１面方向への位置決めを行うための位置決め構造を構成している。基板保持部材８の外周が凹所３５の周壁で規制されて、基板保持部材８の中心位置が凹所３５の中心位置と精度良く一致している。基板保持部材８は、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１を、基板２１の面方向（図６中の紙面内の方向）に対して保持するが前記基板２１の面方向と垂直な方向（図６中の紙面と垂直な方向）に対して保持しないように構成されている。具体的には、本実施の形態では図１０に示すように構成されている。
【００４２】
図１０は基板保持部材８を示す図であり、図１０（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た正面図、図１０（ｂ）は右側面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中のＧ−Ｇ’矢視図である。図１０（ａ）には、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１との位置関係を示すため、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の外形を想像線で示している。ただし、図面表記の便宜上、この想像線を明確にするため、基板２１の外形を実際より若干小さいものとして示している。
【００４３】
基板保持部材８は、プラスチック材又は金属等で板状に構成されている。図１０に示すように、基板保持部材８の中央部には、孔６１が形成されている。この孔６１は、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１に適合する長方形状の領域６１ａと、後述する導電部材１１ａ，１１ｂの一部を収める領域６１ｂ，６１ｃと、組立時にテラヘルツ光検出素子部１を図１０（ａ）に示す位置に収める際に検出素子部１を摘むピンセット等に対する逃げとなる領域６１ｄ，６１ｅと、を合わせたものとなっている。孔６１の周壁の一部がテラヘルツ光検出素子部１の基板２１の外周の一部と適合することで、基板２１がその面方向に対して保持される。孔６１は、孔６１により保持された基板２１の中心（テラヘルツ光検出素子部１の前記間隔ｄの部分の中心）が基板保持部材８の中心と精度良く一致するように、加工されている。
【００４４】
また、図１０に示すように、基板保持部材８には、後述する押し付け部材１３による押し付け力を設定するため、周りより一段低い部分（図１０（ａ）中の斜線部）６２，６３が形成されている。この部分６２，６３には、押し付け部材１３を本体ブロック４に固定するためのネジ１０が挿通される挿通孔６４が、それぞれ形成されている。なお、ネジ１０は、本体ブロック４のネジ孔３９に螺合されている。また、基板保持部材８には、基板保持部材８を本体ブロック４に固定するためのネジ９が挿通される挿通孔６５も形成されている。
【００４５】
なお、図４及び図６からわかるように、基板保持部材８は、組立時にテラヘルツ光集光レンズ２の平面部を比較的ラフに保持する（すなわち、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部と基板保持部材８との間にわずかな隙間があき得る程度に保持する）ようになっている。テラヘルツ光集光レンズ２の平面部の最終的な保持は、後述する押し付け部材１３による押し付けにより行われている。
【００４６】
図４及び図６に示すように、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１が、基板保持部材８の孔６１に収められてその面方向に対して保持されるとともに、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着している。その密着性を高めるため、図面には示していないが、テラヘルツ光集光レンズ２と基板２１との間に真空グリースが薄く塗布されている。テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃは、基板２１におけるテラヘルツ光集光レンズ２とは反対側の面に位置している。
【００４７】
また、図４及び図６に示すように、２つの導電部材１１ａ，１１ｂが、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の一部及び基板保持部材８の低い部分６３（図１０参照）の一部と重なるように、配置されている。導電部材１１ａの一部がテラヘルツ光検出素子部１の電極部２４ｂと接触し、導電部材１１ｂの一部がテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂと接触し、これによりそれぞれの間が電気的に接続されている。図面には示していないが、この電気的な接続を良好にするため、電極部２３ｂ，２４ｃと導電部材１１ａ，１１ｂとの間にはそれぞれ銀ペーストが塗布されている。この銀ペーストは両者の間の機械的な接続を行うものではなく、両者の間の機械的な接続は、後述する押し付け部材１３による押し付けにより行われている。
【００４８】
ここで、導電部材１１ａを図１１に示す。図１１（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た導電部材１１ａの正面図、図１１（ｂ）はその右側面図である。本実施の形態では、導電部材１１ａは金属板で構成され、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２４ｂに対応しかつ電極部２４ｂとは反対側の箇所に、ゴム又は樹脂等からなる弾性部材１２が接着されている。導電部材１１ｂは、導電部材１１ａと同様に構成され弾性部材１２が接着されているが、図６に示すように、導電部材１１ａと左右対称に構成されている。
【００４９】
そして、図４及び図６に示すように、図１２に示す押し付け部材１３が、導電部材１１ａ，１１ｂの弾性部材１２に当接し、当該弾性部材１２を所定の押し付け力でテラヘルツ光集光レンズ２側へ押し付けるように、基板保持部材８の低い部分６２，６３を介して本体ブロック４に対して固定されている。図１２（ａ）は図５及び図６と同じ向きで見た押し付け部材１３の正面図、図１２（ｂ）はその右側面図である。
【００５０】
本実施の形態では、押し付け部材１３は、図１２に示すように、プラスチック材、ゴム材、金属製の板ばねに絶縁性のコーティング（塗装を含む）されたものなどからなる、絶縁性を有する十字状の板で構成されている。押し付け部材１３の両端付近には、ネジ１０が挿通される挿通孔７１が形成されている。押し付け部材１３の中央付近には、サンプリングパルス光を通過させる孔７２が形成されている。
【００５１】
図４及び図６に示すように、ネジ１０を押し付け部材１３の孔７１及び基板保持部材８の孔６４（図１０参照）を挿通させて本体ブロック４の孔３９（図８参照）に螺合することにより、押し付け部材１３の両端付近が、基板保持部材８の低い部分６２，６３を介して本体ブロック４に対して固定されている。これにより、図４に示すように、押し付け部材１３が弾性部材１２に当接して撓み、押し付け部材１３が弾性部材１２を押し付けている。
【００５２】
押し付け部材１３が弾性部材１２を押し付ける結果、導電部材１１ａ，１１ｂがテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに押し付けられ、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１がテラヘルツ光集光レンズ２に押し付けられ、テラヘルツ光集光レンズ２がレンズ保持板６に押し付けられ、これらが保持されている。
【００５３】
本実施の形態では、図６に示すように、導電部材１１ａ，１１ｂの間に絶縁性を有する押し付け部材１３の端部付近の部分が配置されているので、導電部材１１ａ，１１ｂが互いに接触するようなおそれがなく、両者の間が確実に電気的に絶縁される。
【００５４】
なお、導電部材１１ａ，１１ｂにおいて、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂと対面する領域に、電極部２３側にわずかに突出する突出部を形成しておき、導電部材１１ａ，１１ｂがテラヘルツ光検出素子部１に対して電極部２３ｂ，２４ｂでのみ接触するようにしておいてもよい。
【００５５】
ここで、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立方法について、説明する。
【００５６】
まず、レンズ保持板６を本体ブロック４の凹所３４に嵌合し、レンズ保持板６をネジ７で本体ブロック４に固定する。次に、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側の一部を孔５１に収める。その結果、本体ブロック４に対するテラヘルツ光集光レンズ２の中心位置が決定される。その後、基板保持部材８を本体ブロック４の凹所３５に嵌合し、基板保持部材８をネジ９で本体ブロック４に固定する。
【００５７】
次いで、テラヘルツ光集光レンズ２とテラヘルツ光検出素子部１の基板２１との間に真空グリースを薄く塗布し、基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着させる。このとき、基板２１を基板保持部材８の孔６１に収める。基板保持部材８が凹所３５により位置決めされており、基板２１がその面方向に対して基板保持部材８により保持されるので、自動的に、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１の中心（テラヘルツ光検出素子部１の前記間隔ｄの部分の中心）が、テラヘルツ光集光レンズ２の中心と一致する。したがって、従来のように基板２１の位置の微調整を行う必要がない。
【００５８】
その後、基板保持部材８の電極部２３ｂ，２４ｂ上に銀ペーストを塗布した後、弾性部材１２が予め接着された導電部材１１ａ，１１ｂを前述した図６に示す位置に置く。なお、実際の組立では、この段階の前に、リード線１８ａ，１８ｂが既に半田付けされている状態とされる。その後、押し付け部材１３をネジ１０で基板保持部材８を介して本体ブロック４に固定する。これにより、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立が完了する。
【００５９】
また、本実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、導電部材１１ａの付近に配置された回路基板１４と、外部に対する電気的な接続を行うための市販のコネクタ１５と、回路基板１４を覆う電磁シールドをなす金属カバー１６と、を備えている。
【００６０】
回路基板１４は、図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４１（図８参照）に螺合されたネジ１７で、本体ブロック４に固定されている。回路基板１４には、電極部２３ｂ，２４ｂ間に流れる電流を電圧に変換し増幅する回路が搭載されている。図５において、斜線部１４ａは回路基板１４上のパターン形成領域を示している。前記回路を構成する回路部品等の図示は省略している。図５に示すように、導電部材１１ａ，１１ｂと回路基板の所定箇所との間が、リード線１８ａ，１８ｂでそれぞれ電気的に接続されている。リード線１８ａ，１８ｂは、半田付けによって、導電部材１１ａ，１１ｂにそれぞれ電気的及び機械的に接続されている。これにより、リード線１８ａ，１８ｂは、導電部材１１ａ，１１ｂをそれぞれ経由して、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃにそれぞれ電気的に接続されている。導電部材１１ａ，１１ｂに対して半田付けが可能であるため、リード線１８ａ，１８ｂとして、金線ではなく、通常の線材（被覆付きの線材）をツイストしたものやシールド線を使用することが可能である。
【００６１】
コネクタ１５は、図１乃至図３及び図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４０（図８参照）に螺合されたネジ１９で、本体ブロック４に固定されている。図５に示すように、コネクタ１５と回路基板１４の所定箇所との間が、リード線１８ｃ，１８ｄで接続され、前記回路により増幅された後の信号がコネクタ１５に導かれるようになっている。
【００６２】
金属カバー１６は、図１乃至図５に示すように、本体ブロック４のネジ孔４２（図８参照）に螺合されたネジ２０で、本体ブロック４に固定されている。金属カバー１６で回路基板１４が覆われているので、金属カバー１６の磁気シールド効果により、回路基板１４に搭載された回路が外部からのノイズの影響を受け難くなり、ＳＮ比が向上する。
【００６３】
次に、本実施の形態で採用されているサンプリングパルス光集光レンズ３の保持構造について、説明する。本実施の形態では、図１及び図３に概略を示すレンズホルダ本体５として、シグマ光機株式会社製の３軸レンズホルダー（品番：ＡＬＨ−３０−３ＲＯ）が用いられている。このレンズホルダ本体５は、図３に示すように、雌ネジ部８１を有する可動部材を有し、水平方向調整ネジ８２、垂直方向調整ネジ８３及び光軸方向調整レバー８４をそれぞれ調整することで、前記可動部材を３軸方向にそれぞれ独立して調整して位置決めすることができるようになっている。
【００６４】
図３に示すように、レンズホルダ本体５の雌ネジ部８１には、筒状部材８５の基端側の大径部が螺着されている。図３及び図４に示すように、筒状部材８５の先端側の小径部内には、当該小径部に形成された段部に係合したレンズ保持筒８６が設けられている。また、筒状部材８５の小径部の外周に、押さえ部材８７が螺着されている。押さえ部材８７の内側に、レンズ保持リング８８が当接して嵌っている。サンプリングパルス光集光レンズ３は、レンズ保持筒８６とレンズ保持リング８８との間に挟み込まれて保持されている。図３及び図４に示すように、サンプリングパルス光集光レンズ３及びその周辺の部材が、金属カバー１６に穿設された孔１６ａからその内部に挿入されて、前述した押し付け部材１３等に臨んでいる。
【００６５】
なお、サンプリングパルス光集光レンズ３の保持構造は、前述した例に限定されるものではなく、例えば、サンプリングパルス光集光レンズ３も本体ブロック４に対して固定するような構造を採用してもよい。
【００６６】
本実施の形態によれば、前述したように、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をその面方向に保持する基板保持部材８が設けられ、基板保持部材８の前記面方向の位置が本体ブロック４の凹所３５により位置決めされるので、したがって、従来のように基板２１の位置の微調整を行う必要がない。このため、組立時にテラヘルツ光検出素子部１の基板２１に不用意な力が加わるおそれがなくなり、テラヘルツ光検出素子部１の破損を防止することができる。また、基板２１の位置の微調整を行う必要がないので、組立作業が容易となる。
【００６７】
もっとも、本発明では、例えば、凹所３５を基板保持部材８の外形に対して大きくすることによって、凹所３５に位置決め機能を持たせないようにしてもよい。この場合、組立時にテラヘルツ光検出素子部１の基板２１の位置を、その面方向に対して微調整する必要がある。しかしながら、基板保持部材８によって基板２１がその面方向に保持されているので、基板保持部材８を前記面方向へ移動させることでテラヘルツ光検出素子部１の基板２１を前記面方向へ移動させることができる。したがって、テラヘルツ光検出素子部１に直接に力を加えずに基板保持部材８に力を加えて前記微調整を行うことができる。このため、組立時にテラヘルツ光検出素子部１に不用意な力が加わるおそれがなくなり、テラヘルツ光検出素子部１の破損を防止することができる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、導電部材１１ａ，１１ｂが用いられているので、リード線１８ａ，１８ｂを導電部材１１ａ，１１ｂに半田付けすることで、リード線１８ａ，１８ｂをテラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに電気的に接続することができ、リード線１８ａ，１８ｂとして通常の線材を用いることができる。したがって、本実施の形態によれば、細い金線を直接にテラヘルツ光検出素子部の電極部に接続していた従来技術に比べて、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂに対するリード線１８ａ，１８ｂの電気的な接続のための作業を、容易に行うことができる。また、リード線１８ａ，１８ｂとして、通常の線材（被覆付きの線材）をツイストしたものやシールド線を用いることができるので、金線（被覆なし）を用いる場合に比べて、ノイズの影響を受け難くなる。
【００６９】
従来は、回路基板１４に相当する回路基板は、テラヘルツ光検出器の外部に配置されていたため、テラヘルツ光検出素子部１の電極部２３ｂ，２３ｃから当該回路基板までの配線長（微弱な検出電流が流れる配線長）が長くならざるを得なかった。これに対し、本実施の形態では、回路基板１４が、当該テラヘルツ光検出器内に搭載されて導電部材１１ａ，１１ｂの付近に配置されているので、電極部２３ｂ，２４ｂから回路基板１４までの配線長（リード線１８ａ，１８ｂの長さに相当）を極めて短くすることができる。したがって、本実施の形態によれば、微弱な検出電流に対するノイズの影響を低減することができ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、前述したように、金属カバー１６が、回路基板１４に搭載された回路に対する磁気シールドとして作用することからも、ＳＮ比を向上させることができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態によれば、サンプリングパルス光集光レンズ３として非球面レンズが用いられているので、サンプリングパルス光がより小さい径に焦点を結ぶので、より大きな検出電流を得ることができ、テラヘルツ光の検出感度が高まる。
【００７２】
［第２の実施の形態］
【００７３】
図１３は、本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器の要部を示す断面図であり、図４に対応している。図１３において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施の形態によるテラヘルツ検出器が前記第１の実施の形態によるテラヘルツ検出器と異なる所は、組立の安定性をより向上させるべく、第１の実施の形態で用いられているレンズ保持板６の代わりに、図１３に示すように、金属、プラスチック、セラミック等からなる支持板９１、金属、プラスチック、セラミック等からなる押さえリング部材９２及びプラスチック材等のレンズ保持リング９３が用いられている点のみであり、他の点は前記第１の実施の形態と同一である。
【００７５】
図１４は支持板９１を示す図であり、図１４（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の右側面図である。支持板９１は、前述した図９に示すレンズ保持板６と同一の外形を有し、その外形を基準にして中心に、押さえリング部材９２が螺合されるネジ孔１０１が形成されている。支持板９１には、レンズ保持６の挿通孔５２に相当する挿通孔（ネジ７が挿通される挿通孔）１０２も形成されている。
【００７６】
図１５は押さえリング部材９２を示す図であり、図１５（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）中のＨ−Ｈ’矢視図である。押さえリング部材９２の外周には、図１４（ａ）のネジ孔１０１の雌ネジ部に螺合される雄ねじ部１１１が形成されている。押さえリング部材９２の内周部には、レンズ保持リング９３が係合する段部１１２が形成されている。また、押さえリング部材９２には、支持板９１のネジ孔１０１への螺合時に押さえリング部材９２を回動させるために用いるすり割り１１３も形成されている。なお、押さえリング部材９２は、支持板９１に螺合したときにそれらの中心同士が精度良く一致するように、加工されている。
【００７７】
図１６はレンズ保持リング９３を示す図であり、図１６（ａ）は図１３中の左側から見た正面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）中のＪ−Ｊ’矢視図である。レンズ保持リング９３は、押さえリング部材９２の段部１１２に係合しかつ押さえリング部材９２の内周と適合し、このときレンズ保持リング９３の中心が押さえリング部材９２の中心と精度良く一致するようになっている。レンズ保持リング９３の内径は、テラヘルツ光集光レンズ２の外径より小さくされ、テラヘルツ光集光レンズ２の球面部に当接するようになっている。レンズ保持リング９３は、テラヘルツ光集光レンズ２が破損するのを防止するための緩衝用部材となっている。
【００７８】
本実施の形態では、図１３に示すように、支持板９１が、本体ブロック４の凹所３４に適合されて嵌め込まれ、図８中のネジ孔３７に螺合されたネジ７で本体ブロック４に固定されている。そして、図１５（ｂ）の段部１１２にレンズ保持リング９３が係合された押さえリング部材９２が、支持板９１のネジ孔１０１に螺合され、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部が基板保持部材８に完全に当接するまで締め付けられている。テラヘルツ光集光レンズ２は、このようにして、レンズ保持リング９３と基板保持部材８との間に挟持されることで、保持されている。したがって、本実施の形態では、押し付け部材１３は、導電部材１１ａ，１１ｂ及びテラヘルツ光検出素子部１をテラヘルツ光集光レンズ２へ押し付けるのみであり、前記第１の実施の形態と異なり、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部を保持する力を付与するわけではない。
【００７９】
ここで、本実施の形態によるテラヘルツ検出器について、本体ブロック４に対するテラヘルツ光集光レンズ２及びテラヘルツ光検出素子部１等の組立方法を説明する。
【００８０】
まず、支持板９１を本体ブロック４の凹所３４に嵌合し、支持板９１をネジ７で本体ブロック４に固定する。次に、レンズ保持リング９３を押さえリング部材９２の段部１１２に適合させ、この押さえリング部材９２を、支持板９１のネジ孔１０１に螺合する。このとき、押さえリング部材９２の螺合の程度は、図１３に示す正規の位置より余裕を持って図１３中の左側に位置する程度（例えば、２回転螺合した程度）とする。次いで、テラヘルツ光集光レンズ２の球面側をレンズ保持リング９３の孔に収めた後、基板保持部材８を本体ブロック４の凹所３５に嵌合し、基板保持部材８をネジ９で本体ブロック４に固定する。その後、押さえリング部材９２を更に螺合していき、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部が基板保持部材８に当接して固定されるまで、押さえリング部材９２を締め付ける。その結果、レンズ保持リング９３と基板保持部材８との間に挟持されることで、完全に保持され、本体ブロック４に対してがたつくようなことがない。
【００８１】
次いで、前記第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ光集光レンズ２とテラヘルツ光検出素子部１の基板２１との間に真空グリースを薄く塗布し、基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部に密着させ、基板２１を基板保持部材８の孔６１に収める。このとき、前記第１の実施の形態の場合と異なりテラヘルツ光集光レンズ２が既に完全に保持されているので、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる際の不安定さが生ずることがない。
【００８２】
その後、基板保持部材８の電極部２３ｂ，２４ｂ上に銀ペーストを塗布した後、弾性部材１２が予め接着された導電部材１１ａ，１１ｂを前述した図６に示す位置に置く。その後、押し付け部材１３をネジ１０で基板保持部材８を介して本体ブロック４に固定する。これにより、本体ブロック４に対する前述した部材等の組立が完了する。
【００８３】
本実施の形態によれば、前述したように、支持板９１、押さえリング部材９２及びレンズ保持リング９３を用いることにより、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる前に、テラヘルツ光集光レンズ２を完全に保持しておくことができる。したがって、テラヘルツ光検出素子部１の基板２１をテラヘルツ光集光レンズ２の平面部へ載せる際の不安定さが生ずることがなく、前記第１の実施の形態と比べて、組立の安定性が更に向上する。これ以外の点については、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８４】
以上説明した第１及び第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器は、基本的にそのままの構造で、テラヘルツ光発生器として用いることができる。この場合、素子部１はテラヘルツ光発生素子部となり、集光レンズ２は励起パルス光集光レンズとなる。素子部１から発生したテラヘルツ光は集光レンズ２を経て外部へ放射される。
【００８５】
ただし、前述したテラヘルツ光検出器をテラヘルツ光発生器として用いる場合、通常は、素子部１の電極部２３ｂ，２４ｂ間にバイアス電圧として不変の直流電圧を印加するので、回路基板１４を取り除き、導電部材１１ａ，１１ｂとコネクタ１５との間をリード線で接続しておけばよい。もっとも、バイアス電圧として、変調した電圧を印加するような場合には、回路基板１４を取り除くことなく、回路基板１４に搭載する回路を当該変調のための回路に置き換えてもよい。
【００８６】
以上説明した実施の形態ではダイポールアンテナの基板２１を保持する部材として基板保持部材８を別設していたが、例えば、基板保持部材８に代えてテラヘルツ光集光レンズ２の平面部（基板２１が当接する面）に、基板保持部材８の孔６１と同形状の孔を形成してもよい。具体的には、テラヘルツ光集光レンズ２の平面部にほぼ基板２１と同じ厚さ程度の凹部を形成し、その凹部の内部に基板２１を落とし込む孔を形成すればよい。
【００８７】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組立時におけるテラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の破損を防止することができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、テラヘルツ光発生素子部又はテラヘルツ光検出素子部の電極部に対するリード線の電気的な接続のための作業を容易に行うことができるテラヘルツ光発生器及びテラヘルツ光検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出器を示す平面図である。
【図２】図１に示すテラヘルツ光検出器の正面図である。
【図３】一部を切り欠いた図２中のＡ矢視図である。
【図４】図３中のＢ部の拡大図である。
【図５】一部を切り欠いた図３中のＣ−Ｃ’矢視図である。
【図６】図５中のＤ部の拡大図である。
【図７】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられているテラヘルツ光検出素子部を示す図である。
【図８】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている本体ブロックを示す図である。
【図９】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられているレンズ保持板を示す図である。
【図１０】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている基板保持部材を示す図である。
【図１１】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている導電部材を示す図である。
【図１２】図１乃至図６示すテラヘルツ光検出器で用いられている押し付け部材を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光検出器の要部を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられている支持板を示す図である。
【図１５】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられている押さえリング部材を示す図である。
【図１６】図１３に示すテラヘルツ検出器で用いられているレンズ保持リングを示す図である。
【符号の説明】
１ テラヘルツ光検出素子部（テラヘルツ光発生素子部）
２ テラヘルツ光集光レンズ
３ サンプリングパルス光集光レンズ（励起パルス光集光レンズ）
４ 本体ブロック
５ レンズホルダ本体
６ レンズ保持板
８ 基板保持部材
１１ａ，１１ｂ 導電部材
１２ 弾性部材
１３ 押し付け部材
１４ 回路基板
１５ コネクタ
１６ 金属カバー
９１ 支持板
９２ 押さえリング部材
９３ レンズ保持リング
Claims (13)
- 励起パルス光に反応してテラヘルツ光を発生するテラヘルツ光発生素子基板と、前記テラヘルツ光発生素子基板からのテラヘルツ光を出射し、前記テラヘルツ光発生素子基板が当接されるテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光発生素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光発生素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光発生器。
- 前記テラヘルツ光発生素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたことを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光発生器。
- 前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のテラヘルツ光発生器。
- 一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光発生素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたことを特徴とするテラヘルツ光発生器。
- 前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたことを特徴とする請求項４記載のテラヘルツ光発生器。
- 前記テラヘルツ光発生素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたことを特徴とする請求項４又は５記載のテラヘルツ光発生器。
- サンプリングパルス光に反応してテラヘルツ光を検出するテラヘルツ光検出素子基板と、前記テラヘルツ光検出素子基板へテラヘルツ光を導くテラヘルツ光用光学部材と、前記テラヘルツ光検出素子基板と前記テラヘルツ光用光学部材との位置合わせを行うために、前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光検出素子基板の面方向に対して保持する基板保持部材と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光検出器。
- 前記テラヘルツ光検出素子基板を前記テラヘルツ光用光学部材に押し付ける部材を、備えたことを特徴とする請求項７記載のテラヘルツ光検出器。
- 前記基板保持部材の組み付け時に前記テラヘルツ光用光学部材に対する前記基板保持部材の前記面方向への位置決めを行うための位置決め構造を、備えたことを特徴とする請求項７又は８記載のテラヘルツ光検出器。
- 一方の面上に形成された電極部とを有し光スイッチ素子を含むテラヘルツ光検出素子基板と、前記電極部に接触した導電部材と、を備え、リード線が前記導電部材を介して前記電極部と電気的に接続されるように、前記リード線が前記導電部材に電気的及び機械的に接続されたことを特徴とするテラヘルツ光検出器。
- 前記導電部材を前記電極部に押し付ける部材を備えたことを特徴とする請求項１０記載のテラヘルツ光検出器。
- 前記テラヘルツ光検出素子基板をその基板の面方向に対して保持するがその基板の面方向と垂直な方向に対して保持しない基板保持部材を、備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のテラヘルツ光検出器。
- 前記電極部を流れる電流を電圧に変換し増幅する回路が搭載されかつ前記導電部材の付近に配置された回路基板を備え、前記リード線が前記回路基板に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のテラヘルツ光検出器。
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