JP2005037213A

JP2005037213A - 検出装置及びこれを用いたイメージ化装置

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Publication number: JP2005037213A
Application number: JP2003199426A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Usami; 護宇佐見; Takanori Fujita; 貴徳藤田
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】大口径のテレセントリックレンズなどの特殊な結像光学系を用いることなく、一度に検出可能なテラヘルツ光等の電磁波の領域を拡大する。
【解決手段】電気光学結晶１１は、テラヘルツパルス光を２次元領域で一括受光する。プローブパルス光発生部から発生しテラヘルツパルス光と同期したプローブパルス光が、偏光板１３を透過して直線偏光光となった後に、ビームスプリッタ１２で反射されて、テラヘルツパルス光と同じ側から電気光学結晶１１の前記２次元領域に照射される。偏光板１４は、電気光学結晶１１を通過してテラヘルツパルス光により偏光状態が変化したプローブパルス光の所定偏光成分を抽出する。拡散板１６は、偏光板１４を透過したプローブパルス光を広く拡散する。ＣＣＤカメラ１５は、偏光板１４を透過し拡散板１６により拡散されたプローブパルス光の強度分布像を撮像する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テラヘルツ光又はその他の電磁波の電場強度又は磁場強度の１次元分布又は２次元分布を一度に検出し得る検出装置、及びこれを用いたイメージ化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テラヘルツ光は、周波数がおおよそ０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の電磁波である。従来から、テラヘルツ光等の電磁波の電場強度又は磁場強度の２次元分布を一度に検出し得る検出装置として、下記の特許文献１に開示されたテラヘルツ光検出装置が知られている。このテラヘルツ光検出装置は、例えば、対象物をリアルタイムでイメージ化するためなどに用いられている。
【０００３】
このような従来のテラヘルツ光検出装置の要部を、図４に模式的に示す。この従来のテラヘルツ光検出装置では、電気光学結晶１が、ビームスプリッタ２を介して、テラヘルツパルス光を２次元領域で一括受光する。これにより、電気光学結晶１に入射したテラヘルツパルス光の電場強度分布に応じて、電気光学結晶１の２次元領域に複屈折分布が誘起される。つまり、テラヘルツパルス光の電場強度分布が電気光学結晶１上の複屈折分布に変換される。一方、図示しないプローブパルス光発生部から発生し前記テラヘルツパルス光と同期した可視光又は近赤外光等の平行光束のプローブパルス光が、偏光板３を透過して直線偏光光となった後に、ビームスプリッタ２で反射されて、テラヘルツパルス光と同じ側から電気光学結晶１の前記２次元領域に照射される。このプローブパルス光は、電気光学結晶１を通過する際、テラヘルツパルス光により誘起された電気光学結晶１の複屈折分布に応じて、偏光状態が変化する。この段階で、テラヘルツパルス光の電場強度分布に関する情報は、プローブパルス光の偏光状態分布が担っている。
【０００４】
電気光学結晶１を通過したプローブパルス光は、更に偏光板４を透過する。偏光板４は、プローブパルス光の偏光状態分布を強度分布に変換する。すなわち、偏光板４は、電気光学結晶１を通過してテラヘルツパルス光により偏光状態が変化したプローブパルス光の所定偏光成分を抽出する。通常、この偏光板４の透過軸は偏光板３のそれと直交しており、電気光学結晶１において偏光状態変化がない場合には、プローブパルス光は透過しない。したがって、この場合には、偏光状態が変化したプローブパルス光の成分のみが、偏光板４を透過する。このようにして、電気光学結晶１上のテラヘルツパルス光の電場強度の２次元分布像がプローブパルス光の強度分布像に写し替えられる。そして、偏光板４を透過したプローブパルス光の強度分布像が、２次元ＣＣＤカメラ５で一括して検出される。これにより、テラヘルツパルス光の電場強度の２次元分布を一括して検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３８８３１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前述した図４に示す従来のテラヘルツ光検出装置における電気光学結晶１から２次元ＣＣＤカメラ５までの光学系と、この光学系におけるプローブパルス光の様子を、図５に模式的に示す。図５に示すように、２次元ＣＣＤカメラ５は、光電変換部としての２次元ＣＣＤセンサ５ａと、入射光による像を２次元ＣＣＤセンサ５ａの受光面上に結像させる結像光学系をなすカメラレンズと、を有している。図５では、このカメラレンズを、１つの結像レンズ５ｂ及び１つの絞り５ｃで代表して示している。図５において、Ｏは、結像レンズ５ｂの光軸である。図５に示す例では、前記カメラレンズとして、一般の銀塩カメラやＣＣＤカメラ用に販売されている一般的なカメラレンズが採用されている。このような一般のカメラレンズでは、被写体で広い角度で散乱した光をフィルム上やＣＣＤ受光面上に結像させることを目的に設計されており、散乱角が小さい場合への適用は考慮されていない。
【０００７】
前述したように、プローブパルス光は、平行光束として電気光学結晶１を照射して電気光学結晶１を通過する。その際、プローブパルス光は、テラヘルツパルス光の電場強度分布（すなわち、電気光学結晶１の複屈折分布）に応じて偏光状態の変化を受けるのみならず、電気光学結晶１により散乱される。しかしながら、その散乱角は一般に非常に小さいため、プローブパルス光は、電気光学結晶１を透過した後も、ほぼ平行光として伝搬する。図５には、電気光学結晶１における光軸Ｏ上の点Ａ及び光軸Ｏから離れた点Ｂをそれぞれ透過したプローブパルス光が、電気光学結晶１により散乱される様子が示されている。また、図５には、点Ａ，Ｂを透過して散乱されたプローブパルス光の２次元ＣＣＤセンサ５ａの受光面上への結像の様子も示されている。
【０００８】
図５に示す例では、前記カメラレンズとして一般的なカメラレンズ（被写体で光が広い角度で散乱することを前提としたカメラレンズ）が用いられているので、図５に示すように、点Ａを透過しわずかな散乱角で散乱されたプローブパルス光は、ほぼ全て２次元ＣＣＤセンサ５ａの受光面上に到達するが、点Ｂを透過してわずかな散乱角で散乱されたプローブパルス光は、絞り５ｃで遮られてしまい、２次元ＣＣＤセンサ５ａの受光面上には全く到達しない。したがって、２次元ＣＣＤカメラ５の視野が制限されてしまい、これにより、一度に検出し得るテラヘルツパルス光の領域の大きさが制限されてしまう。
【０００９】
このような不都合を解消するためには、前記カメラレンズとして、大口径のテレセントリックレンズなどの特殊なレンズを使用すればよい。しかし、この場合には、当該特殊なレンズが著しく高価でかつ大型であるため、装置のコストアップ及び大型化を免れない。
【００１０】
以上説明した事情は、テラヘルツ光に代えて他の電磁波を用いた場合も同様である。
【００１１】
本発明は、前述したような事情に鑑みてなされたもので、大口径のテレセントリックレンズなどの特殊な結像光学系を用いることなく、一度に検出可能なテラヘルツ光等の電磁波の１次元領域又は２次元領域を拡大することができる検出装置、及びこれを用いたイメージ化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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の態様による検出装置は、電磁波を１次元領域又は２次元領域で一括して受ける電気光学結晶又は磁気光学結晶と、前記電磁波と同期したプローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域に一括照射するプローブ光照射部と、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶を通過して前記電磁波により偏光状態が変化した前記プローブ光の所定偏光成分を抽出する検光部と、前記検光部による所定偏光成分の抽出後の前記プローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域の各部位に実質的に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶と前記光電変換部との間に配置され前記プローブ光を拡散する光拡散部と、を備えたものである。
【００１３】
本発明の第２の態様による検出装置は、前記第１の態様において、前記電磁波がテラヘルツ光であるものである。
【００１４】
本発明の第３の態様による検出装置は、前記第１又は第２の態様において、前記光拡散部が前記検光部と前記光電変換部との間に配置されたものである。
【００１５】
本発明の第４の態様による検出装置は、前記第３の態様において、前記光拡散部が前記検光部に対して実質的に密接するように配置されたものである。
【００１６】
本発明の第５の態様によるイメージ化装置は、電磁波を対象物の１次元領域又は２次元領域に照射する電磁波照射部と、前記対象物の前記１次元領域又は前記２次元領域を透過又は反射した電磁波を、前記対象物の前記１次元領域又は前記２次元領域に対応する１次元領域又は２次元領域で一括して受ける電気光学結晶又は磁気光学結晶と、前記電磁波と同期したプローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域に一括照射するプローブ光照射部と、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶を通過して前記電磁波により偏光状態が変化した前記プローブ光の所定偏光成分を抽出する検光部と、前記検光部による所定偏光成分の抽出後の前記プローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域の各部位に実質的に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶と前記光電変換部との間に配置され前記プローブ光を拡散する光拡散部と、を備えたものである。
【００１７】
本発明の第６の態様によるイメージ化装置は、前記第５の態様において、前記電磁波がテラヘルツ光であるものである。
【００１８】
本発明の第７の態様によるイメージ化装置は、前記第５又は第６の態様において、前記光拡散部が前記検光部と前記光電変換部との間に配置されたものである。
【００１９】
本発明の第８の態様によるイメージ化装置は、前記第７の態様において、前記光拡散部が前記検光部に対して実質的に密接するように配置されたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光検出装置及びイメージ化装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では電磁波としてテラヘルツ光を用いた例を挙げるが、本発明では、テラヘルツ光に代えて他の電磁波を用いることもできる。
【００２１】
［第１の実施の形態］
【００２２】
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装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
【００２３】
本実施の形態によるテラヘルツ光検出装置は、テラヘルツパルス光を２次元領域で一括受光するＺｎＴｅ等の電気光学結晶１１と、前記テラヘルツパルス光と同期したプローブパルス光を電気光学結晶１１の前記２次元領域に一括照射するプローブパルス光照射部と、電気光学結晶１１を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化したプローブパルス光の所定偏光成分を抽出する検光部としての、偏光板１４と、２次元ＣＣＤカメラ１５と、電気光学結晶１１と２次元ＣＣＤカメラ１５との間に配置されプローブパルス光を拡散する光拡散部としての、拡散板１６と、を備えている。
【００２４】
本実施の形態では、前記プローブパルス光照射部は、図４に示す従来のテラヘルツ光検出装置と同様に、プローブパルス光発生部（図示せず）、ビームスプリッタ１２及び偏光板１３を有している。前記プローブパルス光発生部から発生し前記テラヘルツパルス光と同期した可視光又は近赤外光等の平行光束のプローブパルス光が、偏光板１３を透過して直線偏光光となった後に、ビームスプリッタ２で反射されて、テラヘルツパルス光と同じ側から電気光学結晶１１の前記２次元領域に照射されるようになっている。もっとも、電気光学結晶１１を照射するプローブパルス光は、必ずしも平行光束である必要はない。また、電気光学結晶１１を照射するプローブパルス光は、必ずしも直線偏光光である必要はなく、例えば、楕円偏光光等でもよい。また、例えば、前記プローブパルス光発生部として直線偏光光を出射するレーザ光源を用いれば、偏光板１３を設けなくてもよい。なお、本実施の形態では、テラヘルツパルス光は、ビームスプリッタ１２を透過して、電気光学結晶１１の前記２次元領域に照射されるようになっている。
【００２５】
本実施の形態では、拡散板１６は、偏光板１４と２次元ＣＣＤカメラ１５との間に配置されているが、電気光学結晶１１と偏光板１４との間に配置してもよい。ただし、拡散板１６を電気光学結晶１１と偏光板１４との間に配置すると、プローブパルス光の偏光状態が、偏光板１４により検光される前に拡散板１６によって変化するおそれがあるので、本実施の形態のように、拡散板１６は偏光板１４の後側に配置することが好ましい。
【００２６】
また、本実施の形態では、電気光学結晶１１上に構成されたテラヘルツパルス光の電界強度分布に応じた像が、拡散板１６上でのプローブパルス光の強度分布による像に精度良く変換されるように、電気光学結晶１１と拡散板１６との間の距離を小さくすることが好ましい。これは、プローブパルス光が電気光学結晶１１を透過して小さい散乱角で散乱されるため透過後にもほぼ平行光の状態を維持するとは言え、プローブパルス光が電気光学結晶１１によって散乱されるためである。
【００２７】
電気光学結晶１１と拡散板１６との間の距離は、小さいほど好ましい。前記距離を極力小さくするためには、拡散板１６を偏光板１４に密接させることが好ましい。前記距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがより一層好ましい。電気光学結晶１１と拡散板１６との間に偏光板１４が配置されているので、電気光学結晶１１と拡散板１６とを密接させることは難しい。しかしながら、前記距離が１０ｍｍ以下であれば、実用上問題がないことも多い。偏光板１４としてフィルム状の偏光板を使用すれば、前記距離を数ｍｍ以下の距離にすることは比較的容易であるし、拡散板１６に直接にフィルム状の偏光板を貼り合わせれば１ｍｍ以下にすることも可能である。また、例えば、偏光板１４の後側面に磨ガラスの表面のような拡散面を形成することで、偏光板１４の後側面を拡散板１６に代わる光拡散部にすることによっても、前記距離を小さくすることができる。
【００２８】
２次元ＣＣＤカメラ１５は、後述する図２に示すように、図５に示すＣＣＤカメラ５と同様に、２次元ＣＣＤセンサ１５ａと、入射光による像を２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に結像させる結像光学系をなすカメラレンズと、を有している。図２では、このカメラレンズを、１つの結像レンズ１５ｂ及び１つの絞り１５ｃで代表して示している。図５において、Ｏ’は、結像レンズ１５ｂの光軸である。本実施の形態では、前記カメラレンズとして、一般の銀塩カメラやＣＣＤカメラ用に販売されている一般的なカメラレンズ（被写体で光が広い角度で散乱することを前提としたカメラレンズ）が用いられている。
【００２９】
本実施の形態では、２次元ＣＣＤセンサ１５ａが、偏光板１４による所定偏光成分の抽出後のプローブパルス光を、電気光学結晶１１の前記２次元領域の各部位に実質的に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部を、構成している。なお、本発明では、このような光電変換部が２次元ＣＣＤセンサに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００３０】
次に、本実施の形態によるテラヘルツ光検出装置の動作について、説明する。前述したように、電気光学結晶１１が、ビームスプリッタ１２を介して、テラヘルツパルス光を２次元領域で一括受光する。これにより、電気光学結晶１１に入射したテラヘルツパルス光の電場強度分布に応じて、電気光学結晶１１の２次元領域に複屈折分布が誘起される。つまり、テラヘルツパルス光の電場強度分布が電気光学結晶１１上の複屈折分布に変換される。一方、図示しないプローブパルス光発生部から発生し前記テラヘルツパルス光と同期した可視光又は近赤外光等の平行光束のプローブパルス光が、偏光板１３を透過して直線偏光光となった後に、ビームスプリッタ１２で反射されて、テラヘルツパルス光と同じ側から電気光学結晶１１の前記２次元領域に照射される。このプローブパルス光は、電気光学結晶１１を通過する際、テラヘルツパルス光により誘起された電気光学結晶１１の複屈折分布に応じて、偏光状態が変化する。この段階で、テラヘルツパルス光の電場強度分布に関する情報は、プローブパルス光の偏光状態分布が担っている。
【００３１】
電気光学結晶１１を通過したプローブパルス光は、更に偏光板１４を透過する。偏光板１４は、プローブパルス光の偏光状態分布を強度分布に変換する。すなわち、偏光板１４は、電気光学結晶１１を通過してテラヘルツパルス光により偏光状態が変化したプローブパルス光の所定偏光成分を抽出する。この偏光板１４の透過軸は例えば偏光板１３のそれと直交しており、電気光学結晶１１において偏光状態変化がない場合には、プローブパルス光は透過しない。したがって、この場合には、偏光状態が変化したプローブパルス光の成分のみが、偏光板１４を透過する。このようにして、電気光学結晶１１上のテラヘルツパルス光の電場強度の２次元分布像がプローブパルス光の強度分布像に写し替えられる。そして、偏光板１４を透過したプローブパルス光の強度分布像が、２次元ＣＣＤカメラ１５で一括して検出される。
【００３２】
これらの動作については、本実施の形態も前述した図４に示す従来のテラヘルツ光検出装置と同様である。
【００３３】
本実施の形態では、従来のテラヘルツ光検出装置と異なり、偏光板１４を透過したプローブパルス光が、拡散板１６によって拡散される。プローブパルス光は、電気光学結晶１１によりわずかな散乱角で散乱されるが、その散乱角が小さいとともに前述したように電気光学結晶１１と拡散板１６との間の距離が小さいので、電気光学結晶１１上に構成されたテラヘルツパルス光の電界強度分布に応じた像が、拡散板１６上でのプローブパルス光の強度分布による像に精度良く変換される。そして、このプローブパルス光が拡散板１６によって広く拡散される。図２には、拡散板１６における光軸Ｏ’から離れた点Ｂ’（図５中の点Ｂに対応）を通過した光が、拡散板１６により拡散される様子が示されている。また、図２には、点Ｂ’を通過して散乱されたプローブパルス光の２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上への結像の様子も示されている。
【００３４】
図２からわかるように、点Ｂ’で散乱されたプローブパルス光のうちハッチングを付した光以外の光は、絞り１５ｃによって遮られて２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に到達しないが、点Ｂ’で散乱されたプローブパルス光のうちハッチングを付した光は、絞り１５ｃにより遮られることなく２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に到達する。図２には示していないが、拡散板１６における光軸Ｏ’付近で拡散されたプローブパルス光についても同様であることは、言うまでもない。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、拡散板１６によりプローブパルス光を拡散させることで、大口径のテレセントリックレンズなどの特殊なレンズを使用することなく一般的なカメラレンズ（被写体で光が広い角度で散乱することを前提としたカメラレンズ）を用いながらも、電気光学結晶１１における光軸Ｏ’から離れた点におけるテラヘルツパルス光の電場強度を示す点Ｂ’を通過したプローブパルス光を、２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に結像させることができる。そして、拡散板１６上のプローブパルス光の強度分布像が２次元ＣＣＤカメラ１５で一括して検出され、これにより、テラヘルツパルス光の電場強度の２次元分布が一括して検出される。したがって、本実施の形態によれば、一般的なカメラレンズを用いながらも、図４及び図５に示す従来のテラヘルツ光検出装置に比べて、一度に検出可能なテラヘルツ光の２次元領域を拡大することができる。なお、前述の説明からわかるように、拡散板１６はプローブパルス光の強度分布像を形成していることになるので、この点から、拡散板１６は、像を生成する部材であると言える。
【００３６】
なお、図２からわかるように、プローブパルス光は、拡散板１６で広く散乱されるため、その一部が２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に到達しないが、プローブパルス光の強度を上げれば何ら問題が生じない。なお、拡散板１６の拡散力が強すぎるなどの場合は、拡散板１６の直後付近又は拡散板１６内等にフィールドレンズ等を配置することで、プローブパルス光の利用効率を高めることができる。また、２次元ＣＣＤセンサ１５ａの受光面に到達する光量の均一性の改善などを目的として、拡散板１６の直後付近又は拡散板１６内等にフィールドレンズ等を配置してもよい。
【００３７】
ところで、図２からわかるように、本実施の形態では、結像レンズ１５ｂは、プローブパルス光による拡散板１６の像がＣＣＤセンサ１５ａの受光面上に結像するように、ピント調整される。図４及び図５に示すような従来のテラヘルツ光検出装置では、結像レンズ５ｂは、プローブパルス光による電気光学結晶１１の像がＣＣＤセンサ５ａの受光面上に結像するように、ピントを合わせる必要がある。しかしながら、電気光学結晶は均一であるから、ピントが合っていることを確認することが難しい。これに対し、本実施の形態では、例えば、拡散板１６上の一点を可視レーザ光などで照射し、それをＣＣＤカメラ１５で観察したときに、点に見えるようにピント調整をすれば良い。したがって、本実施の形態によれば、ＣＣＤカメラ１５のピント調整が容易になるという利点も得られる。
【００３８】
なお、拡散板１６は静止したままでもよいが、例えば拡散板１６を回転させるとで、像の解像度の改善等を図ることができる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
【００４０】
図３は、本発明の第２の実施の形態によるイメージ化装置を模式的に示す概略構成図である。
【００４１】
本実施の形態によるイメージ化装置は、対象物としての試料１００をイメージ化するものであり、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出装置を用いて構成されている。図３において、図１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。
【００４２】
本実施の形態によるイメージ化装置では、レーザ装置等からなるフェムト秒パルス光源２１から放射された可視光又は近赤外光等のフェムト秒パルス光Ｌ１が、平面反射鏡２２を経た後に、ビームスプリッタ２３で２つのパルス光Ｌ２，Ｌ３に分割される。フェムト秒パルス光源２１から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ１の繰り返し周期は、例えば、１ｋＨｚ程度とされる。本発明では、フェムト秒パルス光Ｌ２１は単一パルスのみでもよいが、試料１００が動くものであったり試料１００を動かして観察したりする場合などに、いわば動画を得るように、経時的に連続して試料１００を観察するためには、フェムト秒パルス光Ｌ１は繰り返しパルスであることが好ましい。
【００４３】
ビームスプリッタ２３で分割された一方のパルス光Ｌ２は、テラヘルツ光発生器としての大口径光伝導アンテナ３０を励起してテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプパルス光（励起パルス光）となる。大口径光伝導アンテナ３０に代えて、ダイポールアンテナ等を用いた光導電アンテナや電気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよいことは、言うまでもない。ポンプパルス光Ｌ２は、平面反射鏡２４，２５、２枚もしくは３枚の平面反射鏡が組み合わされてなる可動鏡２６を経た後、ビームエキスパンダ２８でその断面が拡張され、更に、平面反射鏡２９を経て、大口径光伝導アンテナ３０へ導かれる。大口径光伝導アンテナ３０の電極間には、バイアス電源３１からバイアス電圧が印加されている。その結果、大口径光伝導アンテナ３０からテラヘルツパルス光Ｌ４が放射され、このテラヘルツパルス光Ｌ４が対象物としての試料１００の２次元領域を一括照射する。なお、可動鏡２６は、移動機構２７により矢印Ｄ方向に移動可能となっており、これにより、テラヘルツパルス光とプローブパルス光とを適切に同期させるために調整できるようになっている。
【００４４】
このように、本実施の形態では、前記要素２１〜３１が、テラヘルツパルス光Ｌ４を試料１００の２次元領域に一括照射するテラヘルツパルス光照射部を構成している。
【００４５】
試料１００の２次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５は、結像光学系を構成するレンズ３２，３３を経てビームスプリッタ１２を透過した後に、電気光学結晶１１に入射する。本実施の形態では、レンズ３２，３３の焦点距離は共にｆであり、前段のレンズ３２は試料１００から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置され、後段のレンズ３３は電気光学結晶１１から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置されている。したがって、レンズ３２，３３によって、試料１００を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５による試料１００の２次元領域の像が、電気光学結晶１１の対応する２次元領域に結像される。このように、本実施の形態では、電気光学結晶１１は、試料１００の２次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５を、試料１００の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光する。もっとも、本発明では、電気光学結晶１１が、試料１００の２次元領域で反射されたテラヘルツパルス光を、試料１００の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光するように、構成してもよい。
【００４６】
ビームスプリッタ２３で分割された他方のパルス光Ｌ３は、テラヘルツパルス光Ｌ５を検出するためのプローブパルス光となる。このプローブパルス光Ｌ３は、平面反射鏡３３〜３５を経て、ビームエキスパンダ３６でその断面が拡張された後に、偏光板１３に入射する。そして、偏光板１３に入射したプローブパルス光は、前記第１の実施の形態に関して説明した動作により、ビームスプリッタ１２で反射され、電気光学結晶１１、偏光板１４及び拡散板１６を経た後に、２次元ＣＣＤカメラ１５で一括して検出される。すなわち、前記第１の実施の形態の説明からわかるように、試料１００を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度分布（すなわち、試料１００のテラヘルツ光透過像）が、プローブパルス光の強度分布像として２次元ＣＣＤカメラ１５で一括して検出される。
【００４７】
本実施の形態では、２次元ＣＣＤカメラ１５からの画像信号がコンピュータ３７で処理され、この画像信号に基づいて、試料１００のテラヘルツ光透過像を示す画像が液晶パネル等の表示部３８に表示される。このようにして、試料１００のリアルタイムイメージングが行われる。
【００４８】
なお、リアルタイムイメージングではないが、いわゆるポンプ−プローブ法により、可動鏡２６を移動させることでテラヘルツパルス光とプローブパルス光との間の遅延時間を変えつつ、２次元ＣＣＤカメラ１５から画像データを取得し、これにより、試料１００の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を取得し、これらの時系列波形に基づきコンピュータ３７で各部位の特性（例えば、複屈折率）を演算し、当該特性により試料１００をイメージ化してもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態では、前記要素２１〜２３，３３〜３６，１３，１２が、テラヘルツパルス光Ｌ５と同期したプローブパルス光を電気光学結晶１１の前記２次元領域に一括照射するプローブパルス光照射部を構成している。
【００５０】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光検出装置（図３中の要素１１〜１６等）が用いられているので、ＣＣＤカメラ１５のカメラレンズとして一般的なカメラレンズを用いながらも、一度にイメージ化し得る試料１００の２次元領域を拡大することができる。
【００５１】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、前述した各実施の形態では、テラヘルツパルス光の電場強度の２次元分布を検出していたが、本発明では、テラヘルツパルス光の１次元分布を検出してもよい。この場合、前述した各実施の形態において、例えば、ＣＣＤカメラ１５として、１次元ＣＣＤカメラを用いればよい。
【００５３】
また、前述した各実施の形態では、電気光学結晶１１を用いることでテラヘルツパルス光の電場強度を検出するように構成されているが、電気光学結晶１１に代えて磁気光学結晶を用いることでテラヘルツパルス光の磁場強度を検出するように構成してもよい。
【００５４】
さらに、本発明によるテラヘルツ光検出装置は、第２の実施の形態のように試料１００をイメージ化するイメージ化装置において用いることができるのみならず、他の種々の用途において、テラヘルツ光の電場強度又は磁場強度の１次元分布又は２次元分布を検出するために用いることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大口径のテレセントリックレンズなどの特殊な結像光学系を用いることなく、一度に検出可能なテラヘルツ光等の電磁波の１次元領域又は２次元領域を拡大することができる検出装置、及びこれを用いたイメージ化装置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装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中の一部の光学系及び当該光学系におけるプローブパルス光の様子を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるイメージ化装置を模式的に示す概略構成図である。
【図４】従来のテラヘルツ光検出装置の要部を模式的に示す概略構成図である。
【図５】図４中の一部の光学系及び当該光学系におけるプローブパルス光の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１１電気光学結晶
１２ビームスプリッタ
１３，１４偏光板
１５２次元ＣＣＤカメラ
１６拡散板
１００試料（対象物）

Claims

電磁波を１次元領域又は２次元領域で一括して受ける電気光学結晶又は磁気光学結晶と、
前記電磁波と同期したプローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域に一括照射するプローブ光照射部と、
前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶を通過して前記電磁波により偏光状態が変化した前記プローブ光の所定偏光成分を抽出する検光部と、
前記検光部による所定偏光成分の抽出後の前記プローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域の各部位に実質的に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、
前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶と前記光電変換部との間に配置され前記プローブ光を拡散する光拡散部と、
を備えたことを特徴とする検出装置。
前記電磁波がテラヘルツ光であることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
前記光拡散部が前記検光部と前記光電変換部との間に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の検出装置。
前記光拡散部が前記検光部に対して実質的に密接するように配置されたことを特徴とする請求項３記載の検出装置。
電磁波を対象物の１次元領域又は２次元領域に照射する電磁波照射部と、
前記対象物の前記１次元領域又は前記２次元領域を透過又は反射した電磁波を、前記対象物の前記１次元領域又は前記２次元領域に対応する１次元領域又は２次元領域で一括して受ける電気光学結晶又は磁気光学結晶と、
前記電磁波と同期したプローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域に一括照射するプローブ光照射部と、
前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶を通過して前記電磁波により偏光状態が変化した前記プローブ光の所定偏光成分を抽出する検光部と、
前記検光部による所定偏光成分の抽出後の前記プローブ光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域又は前記２次元領域の各部位に実質的に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、
前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶と前記光電変換部との間に配置され前記プローブ光を拡散する光拡散部と、
を備えたことを特徴とするイメージ化装置。
前記電磁波がテラヘルツ光であることを特徴とする請求項５記載のイメージ化装置。
前記光拡散部が前記検光部と前記光電変換部との間に配置されたことを特徴とする請求項５又は６記載のイメージ化装置。
前記光拡散部が前記検光部に対して実質的に密接するように配置されたことを特徴とする請求項７記載のイメージ化装置。