JP2019204018A - テラヘルツ波用光学部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】テラヘルツ波に対して所望の屈折率を確保できるテラヘルツ波用光学部品を提供する。【解決手段】テラヘルツ波用光学部品１は、セルロースを含む粉体１１を含有する樹脂部材１０を有している。樹脂部材１０での粉体１１の含有率は、６０重量％以下である。【選択図】図１
Description
本発明は、テラヘルツ波用光学部品に関する。
可視光を透過する一般的な光学部品のように、テラヘルツ波を透過する光学材料が知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１には、アルミナを材料としたテラヘルツ波用の光学部品が記載されている。
可視光を透過する一般的な光学部品には、蛍石、ガラス、又はプラスチックなど様々な材料について実験及び検討がなされ、状況に応じて材料を選択できる環境が整いつつある。一方で、テラヘルツ波用光学部品には、特許文献１に記載されているように、アルミナ、シリコンなどを用いることが知られている。しかし、テラヘルツ波用光学部品の材料選択には未だ検討の余地があり、選択肢の拡充が望まれている。
本発明の一態様は、テラヘルツ波に対して所望の光学特性を確保できるテラヘルツ波用光学部品を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、テラヘルツ波用光学部品であって、セルロースを含む粉体を含有する樹脂部材を有し、樹脂部材での粉体の含有率は、６０重量％以下である。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、セルロースを含む粉体を含有する樹脂部材を有している。樹脂部材での上記粉体の含有率が６０重量％以下とされているため、テラヘルツ波に対して所望の光学特性（たとえば、テラヘルツ波に対して所望の屈折率及び吸収係数）を有する光学部品の成形が容易に実現され得る。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、上記樹脂部材での上記粉体の含有率は、５０重量％以下であってもよい。この場合、外部から水が浸透し難く、テラヘルツ波に対する光学特性も変化し難い。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、上記樹脂部材での上記粉体の含有率は、４０重量％以下であってもよい。この場合、外部から水がさらに浸透し難く、テラヘルツ波に対する光学特性も変化し難い。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、上記樹脂部材での上記粉体の含有率は、５重量％以上であってもよい。この場合、テラヘルツ波に対する所望の光学特性が確保され得る。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、当該テラヘルツ波用光学部品での上記粉体と樹脂との合計の含有率は、９７重量％よりも大きくてもよい。この場合、テラヘルツ波に対する所望の光学特性が確保され得る。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、当該テラヘルツ波用光学部品内の位置に応じて、単位体積当たりの上記粉体の含有率が異なってもよい。この場合、内部の位置に応じてテラヘルツ波に対する光学特性が異なるテラヘルツ波用光学部品が実現され得る。このため、上記粉体がテラヘルツ波用光学部品の全体で均質に分布している場合に比べて、テラヘルツ波用光学部品の形状及び用途のバリエーションが増加し得る。たとえば、平板形状を有するテラヘルツ波用のレンズ、及びテラヘルツ波用の光ファイバなどが実現され得る。
本一態様に係るテラヘルツ波用光学部品では、当該テラヘルツ波用光学部品の入射面に対向する方向から見て、当該テラヘルツ波用光学部品の端部に近づくにつれて、上記粉体の含有率が低下又は増加してもよい。この場合、上記粉体がテラヘルツ波用光学部品の全体で均質に分布している場合に比べて、当該テラヘルツ波用光学部品の形状及び用途のバリエーションが向上し得る。たとえば、平板形状を有するテラヘルツ波用のレンズなどが実現され得る。
本発明の一態様は、テラヘルツ波に対して所望の光学特性が確保されているテラヘルツ波用光学部品を提供できる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
まず、図１を参照して、本実施形態に係る光学装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る光学装置を示している。
光学装置ＯＰは、テラヘルツ波発生モジュールＧＭと、光学部品１とを備えている。発生モジュールＧＭは、テラヘルツ波Ｌを発生する。発生モジュールＧＭから出力されたテラヘルツ波Ｌは、光学部品１に入射する。テラヘルツ波Ｌは、約０．０１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚの周波数帯域の電磁波である。発生モジュールＧＭは、たとえば、量子カスケードレーザを含んでいる。発生モジュールＧＭは、量子カスケードレーザの代わりに、たとえば、ポンプ光を出射する光源と、ポンプ光の入射によりテラヘルツ波を発生する光伝導アンテナと、を含んでいてもよい。発生モジュールＧＭは、これらの態様に限られず、テラヘルツ波Ｌを発生するモジュールであればよい。
光学部品１は、テラヘルツ波Ｌを透過するテラヘルツ波用光学部品である。光学部品１の入射面１ａ及び射出面１ｂは凸形状に成形されており、光学部品１はテラヘルツ波用の凸レンズとして機能する。本実施形態では、光学部品１はテラヘルツ波Ｌに対して正の屈折力を有しており、図１に示されているように、光学部品１の入射面１ａに入射したテラヘルツ波Ｌは、射出面１ｂから射出して集光される。
光学部品１は、樹脂部材１０を有している。樹脂部材１０は、テラヘルツ波Ｌに対して用途に応じた所望の屈折率及び吸収係数を有している。樹脂部材１０は、セルロースを含む粉体１１及び合成樹脂１２を含有している。本実施形態では、樹脂部材１０での粉体１１の含有率は６０重量％以下５重量％以上である。粉体１１の粒径は、１０ｎｍ〜１ｍｍである。粉体１１は、たとえば、竹などを含む木材を原料とする木粉である。合成樹脂１２は、たとえば、熱可塑性を有する合成樹脂である。熱可塑性を有する合成樹脂としては、たとえば、ポリオレフィンが挙げられる。ポリオレフィンとしては、たとえば、ポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。ポリプロピレンとしては、たとえば、単独重合のホモポリマー、並びに、共重合のランダムコポリマー及びブロックコポリマーが挙げられる。
光学部品１での粉体１１と合成樹脂１２との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい。本実施形態では、光学部品１は、粉体１１及び合成樹脂１２以外の添加剤を含んでいない。光学部品１では、粉体１１は、光学部品１の全体に、均質に分布している。粉体１１が均質に分布しているとは、たとえば、光学部品１の任意の複数の位置で単位体積当たりの粉体１１の含有率を測定した場合、各測定値が、測定値の平均値の±５％の範囲内に含まれている状態を意味する。光学部品１を透過したテラヘルツ波Ｌの分布は、均一である。「均質」及び「均一」は、用途に応じた誤差の範囲を含む。
次に、図２を参照して、本実施形態の変形例に係る光学装置について説明する。図２に示されている光学装置ＯＰは、発生モジュールＧＭと、光学部品１Ａとを備えている。光学部品１Ａは、光学部品１と同様に、樹脂部材１０を有すると共にテラヘルツ波Ｌを透過するテラヘルツ波用光学部品である。光学部品１Ａでの粉体１１と合成樹脂１２との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい。本実施形態では、光学部品１Ａは、粉体１１及び合成樹脂１２以外の添加剤を含んでいない。
光学部品１Ａでは、光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たり（たとえば、１立方ミリメートル当たり）の粉体１１の含有率が異なる。たとえば、光学部品１Ａでは、テラヘルツ波Ｌの入射方向に直交する方向における光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なる。このため、光学部品１Ａでは、テラヘルツ波Ｌの入射方向に直交する方向における光学部品１Ａ内の位置に応じて、テラヘルツ波Ｌに対する屈折率が異なる。たとえば、光学部品１Ａの光軸に直交する方向における光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なる。なお、テラヘルツ波Ｌの入射方向に沿う方向又は光軸方向において、光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されていてもよい。
本変形例では、光学部品１Ａは平板形状であり、光学部品１Ａの入射面１ａ及び射出面１ｂは平面に成形されている。光学部品１Ａは、テラヘルツ波Ｌの入射方向（光学部品１Ａの光軸）に直交する方向において、当該光学部品１Ａの中央部から端部１ｄに近づくにつれて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が低下するように構成されている。換言すれば、光学部品１Ａの入射面１ａに対向する方向から見て、当該光学部品１Ａの端部１ｄに近づくにつれて、粉体１１の含有率が低下するように構成されている。さらに、換言すれば、光学部品１Ａは、当該光学部品１Ａの光軸から離れるにつれて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が低下するように構成されている。
このため、光学部品１Ａでは、テラヘルツ波Ｌの入射方向（光学部品１Ａの光軸）に直交する方向において当該光学部品１Ａの端部１ｄに近づくにつれて、テラヘルツ波Ｌに対する屈折率が低下している。この結果、光学部品１Ａは、テラヘルツ波用の凸レンズとして機能する。本変形例では、光学部品１Ａはテラヘルツ波Ｌに対して正の屈折力を有しており、図２に示されているように、光学部品１Ａの入射面１ａに入射したテラヘルツ波Ｌは、射出面１ｂから射出して集光される。なお、光学部品１Ａは、テラヘルツ波Ｌの入射方向に沿う方向又は光軸方向において、当該光学部品１Ａの中央部から入射面１ａ及び射出面１ｂに近付くにつれて、粉体１１の含有率が低下するように構成されていてもよい。
次に、図３を参照して、本実施形態の変形例に係る光学装置について説明する。図３に示されている光学装置ＯＰは、発生モジュールＧＭと、光学部品１Ｂとを備えている。光学部品１Ｂは、光学部品１と同様に、樹脂部材１０を有すると共にテラヘルツ波Ｌを透過するテラヘルツ波用光学部品である。光学部品１Ｂでの粉体１１と合成樹脂１２との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい。本実施形態では、光学部品１Ｂは、粉体１１及び合成樹脂１２以外の添加剤を含んでいない。光学部品１Ｂでは、粉体１１は、光学部品１Ｂの全体に、均質に分布している。粉体１１が均質に分布しているとは、たとえば、光学部品１Ｂの任意の複数の位置で単位体積当たりの粉体１１の含有率を測定した場合、各測定値が、測定値の平均値の±５％の範囲内に含まれている状態を意味する。光学部品１Ｂを透過したテラヘルツ波の分布は、均一である。
光学部品１Ｂは、テラヘルツ波用の拡散板として機能する。光学部品１Ｂは、たとえば、テラヘルツ波Ｌに対する配光制御及び輝度分布の平滑化などに用いられる。本変形例では、光学部品１Ｂは平板形状であり、光学部品１Ｂの入射面１ａ及び射出面１ｂは平面に成形されている。光学部品１Ｂでは、粉体１１の粒径は、１μｍ〜１ｍｍである。光学部品１Ｂでは、入射したテラヘルツ波Ｌが粉体１１で散乱し、図３に示されているように、射出面１ｂから射出したテラヘルツ波Ｌの径は発散する。すなわち、射出面１ｂから射出したテラヘルツ波Ｌは、光学部品１Ｂから離れるほど大きい径を有する。
次に、図４を参照して、本実施形態の変形例に係る光学装置について説明する。図４に示されている光学装置ＯＰは、発生モジュールＧＭと、光学部品１Ｃとを備えている。光学部品１Ｃは、光学部品１と同様に、樹脂部材１０を有すると共にテラヘルツ波Ｌを透過するテラヘルツ波用光学部品である。光学部品１Ｃでの粉体１１と合成樹脂１２との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい。本実施形態では、光学部品１Ｃは、粉体１１及び合成樹脂１２以外の添加剤を含んでいない。光学部品１Ｃでは、粉体１１は、光学部品１Ｃの全体に、均質に分布している。粉体１１が均質に分布しているとは、たとえば、光学部品１Ｃの任意の複数の位置で単位体積当たりの粉体１１の含有率を測定した場合、各測定値が、測定値の平均値の±５％の範囲内に含まれている状態を意味する。光学部品１Ｃを透過したテラヘルツ波の分布は、均一である。
光学部品１Ｃは、テラヘルツ波用の減光フィルタとして機能する。本変形例では、光学部品１Ｃは平板形状であり、光学部品１Ｃの入射面１ａ及び射出面１ｂは平面に成形されている。光学部品１Ｃでは、入射したテラヘルツ波Ｌが粉体１１で吸収及び散乱により減衰され、射出面１ｂから射出したテラヘルツ波Ｌの強度が入射面１ａへ入射したテラヘルツ波Ｌの強度に対して所望の割合で低減される。光学部品１Ｃで低減されるテラヘルツ波の割合は、樹脂部材１０のテラヘルツ波Ｌに対する吸収係数及び入射したテラヘルツ波Ｌの光路長に依存する。
次に、図５〜図９を参照して、樹脂部材１０の物性について説明する。当該評価のために、合成樹脂１２のみを平板状に成形したサンプルａと、樹脂部材１０を平板状に成形した複数のサンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈとを用意した。サンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、いずれも粉体１１と合成樹脂１２とから成る。合成樹脂１２は、ホモポリマーのポリプロピレンが好ましい。サンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈにおいて、粉体１１の粒径の中央値は約１５０μｍである。サンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈでは、粉体１１が各サンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの全体で均質に分布している。
サンプルｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、それぞれ粉体１１の含有率が異なる。具体的には、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈでは、それぞれ、粉体１１の含有率が、０重量％，５重量％，１０重量％，２０重量％，３０重量％，４０重量％，５０重量％，６０重量％である。サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、容易に平板状に成形できた。従って、少なくとも、粉体１１の含有率が６０重量％以下の樹脂部材１０であれば、容易に所望の形状に成形できることが確認された。サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、いずれも、含水率が０．５重量％以下の状態から真空乾燥機に入れて６０℃で７日間保管することで、乾燥状態とされている。
まず、乾燥状態の樹脂部材１０のテラヘルツ波に対する光学特性（屈折率及び吸収係数）を計測した。具体的には、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈのそれぞれについて、周波数の異なるテラヘルツ波を透過させた場合の屈折率及び吸収係数を測定した。
図５は、計測結果として、樹脂部材１０でのテラヘルツ波に対する屈折率の周波数特性を示している。図５では、縦軸が屈折率を示し、横軸がサンプルに入射するテラヘルツ波の周波数を示している。図５に示されているように、少なくとも０．２ＴＨｚ〜１．５ＴＨｚのテラヘルツ波では、粉体１１の含有率が高いほどテラヘルツ波に対する屈折率が高いことが確認された。
図６は、計測結果として、樹脂部材１０でのテラヘルツ波に対する吸収係数の周波数特性を示している。図６では、縦軸がテラヘルツ波に対する吸収係数を示し、横軸がサンプルに入射するテラヘルツ波の周波数を示している。図６に示されているように、少なくとも０．２ＴＨｚ〜１．５ＴＨｚのテラヘルツ波では、粉体１１の含有率が高いほどテラヘルツ波に対する吸収係数が高いことが確認された。
続いて、高湿度環境における樹脂部材１０の含水率の時間変化、及び、テラヘルツ波に対する光学特性（屈折率及び吸収係数）の時間変化を計測した。具体的には、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを精製水に浸し、所定時間経過後に、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを取り出してそれぞれの重量及び光学特性の計測を行った。重量及び光学特性を計測を行った後は、再び精製水に浸した。以上の作業を２０日間繰り返し行った。測定された重量の増加量から含水率を算出することで、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈにおける含水率の時間変化を計測した。光学特性の計測では、サンプルａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈのそれぞれについて、１ＴＨｚのテラヘルツ波を透過させた場合の屈折率及び吸収係数を測定した。
図７は、計測結果として、高湿度環境に置かれた樹脂部材１０の含水率の時間変化を示している。本計測では粉体１１の含有率が２０重量％以下である場合には含水率の違いが微量であったため、図７では粉体１１の含有率が５重量％である場合（サンプルｂ）のデータは示されていない。図７では、縦軸がサンプルの含水率を示しており、横軸がサンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを精製水に浸した状態の経過日数を示している。図７に示されているように、粉体１１の含有率が高いほど含水率の変化が大きく変化する傾向にあることが確認された。換言すれば、粉体１１の含有率が低いほど外部から水が浸透し難いことが確認された。
具体的には、粉体１１の含有率が４０重量％以下の場合には、サンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを２０日間精製水に浸しても含水率がほぼ変化しないことが確認された。粉体１１の含有率が５０重量％〜６０重量％の場合には、サンプルｇ，ｈを精製水に浸した時間が長いほど含水率が増加することが確認された。
粉体１１の含有率が６０重量％であるサンプルｈでは、２０日間精製水に浸した場合に含水率が１６．４重量％であった。これに対して、粉体１１の含有率が５０重量％であるサンプルｇでは、２０日間水に浸しても含水率が１１重量％未満であった。粉体１１の含有率が４０重量％であるサンプルｆでは、２０日間精製水に浸しても含水率が５重量％未満であった。粉体１１の含有率が３０重量％以下であるサンプルｃ，ｄ，ｅでは、２０日間精製水に浸しても含水率は２．０重量％未満であり、粉体１１の含有率が０重量％のサンプルａとほぼ差がないことが確認された。
図８は、計測結果として、高湿度環境に置かれた樹脂部材１０でのテラヘルツ波に対する屈折率の時間変化を示している。図９は、高湿度環境に置かれた樹脂部材１０でのテラヘルツ波に対する吸収係数の時間変化を示している。本計測では粉体１１の含有率が１０重量％以下である場合にはテラヘルツ波に対する屈折率及び吸収係数の違いが微量であったため、図８及び図９では粉体１１の含有率が５重量％である場合（サンプルｂ）のデータは示されていない。図８では、縦軸が１ＴＨｚのテラヘルツ波に対する屈折率を示しており、横軸がサンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを精製水に浸した状態の経過日数を示している。図９では、縦軸が１ＴＨＺのテラヘルツ波に対する吸収係数を示しており、横軸がサンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを精製水に浸した状態の経過日数を示している。図８及び図９では、それぞれ、計測データから回帰分析によって求められた線を示している。
図８及び図９に示されているように、粉体１１の含有率が高いほど、１ＴＨｚのテラヘルツ波に対する屈折率及び吸収係数（光学特性）の時間変化が大きい傾向にあることが確認された。換言すれば、粉体１１の含有率が低いほどテラヘルツ波に対する光学特性が変化し難いことが確認された。すなわち、図７に示されている高湿度環境に置かれた樹脂部材１０の含水率の時間変化を勘案すれば、樹脂部材１０の含水率の変化が、テラヘルツ波に対する屈折率及び吸収係数の変化に連関していると考えられる。
具体的には、図８に示されているように、粉体１１の含有率が４０重量％以下である場合には、サンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを２０日間精製水に浸してもテラヘルツ波に対する屈折率がほぼ変化しないことが確認された。粉体１１の含有率が５０重量％〜６０重量％の場合には、サンプルｇ，ｈを精製水に浸した時間が長いほどテラヘルツ波に対する屈折率が増加することが確認された。これに対して、粉体１１の含有率が５０重量％であるサンプルｇでは、粉体１１の含有率が６０重量％であるサンプルｈよりも、２０日間水に浸した場合のテラヘルツ波に対する屈折率の変化が少ないことが確認された。
図９に示されているように、粉体１１の含有率が５０重量％〜６０重量％の場合には、サンプルｇ，ｈを精製水に浸した時間が長いほどテラヘルツ波に対する吸収係数が増加することが確認された。粉体１１の含有率が５０重量％であるサンプルｇでは、粉体１１の含有率が６０重量％であるサンプルｈよりも、２０日間水に浸した場合のテラヘルツ波に対する吸収係数の変化が少ないことが確認された。粉体１１の含有率が４０重量％以下である場合には、サンプルａ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを２０日間精製水に浸してもテラヘルツ波に対する吸収係数がほぼ変化しないことが確認された。
以上説明したように、光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、セルロースを含む粉体１１を含有する樹脂部材１０を有する。光学部品として所望の形状に樹脂部材１０を成形するには、粉体１１の含有率を抑え、成形に寄与する合成樹脂１２の含有率を確保する必要があると考えられる。光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、樹脂部材１０での上記粉体１１の含有率が６０重量％以下であり、合成樹脂１２の含有率を確保することができる。このため、テラヘルツ波Ｌに対して所望の光学特性（たとえば、テラヘルツ波Ｌに対して所望の屈折率及び吸収係数）を有する光学部品の成形が容易に実現され得る。粉体１１の原料には、たとえば、間伐材などの木質バイオマスが採用される。この場合、環境保護を図ることができる光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃが得られる。
光学部品の光学特性には厳密な精度が求められることが多いにも関わらず、光学部品の光学特性の変化は光学部品の外観から認識され難い場合がある。このため、光学部品における光学特性の経時的な安定性は、極めて重要である。図７〜図９に示されている計測結果によれば、樹脂部材１０の含水率の変化も、テラヘルツ波に対する屈折率及び吸収係数などの光学特性の変化に連関していると考えられる。したがって、含水率が変化し難い光学部品が好ましいと考えられる。
また、光学部品の含水率が増加すれば、光学部品の膨張変形及び光学部品の物理的強度の低下などが懸念される。光学部品が膨張変形したり、光学部品の表面に傷がついたりすれば、光学部品の形状に起因する光学特性が悪化するおそれがある。したがって、この点でも、含水率が変化し難い光学部品が好ましいと考えられる。
光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、樹脂部材１０での粉体１１の含有率は、５０重量％以下であってもよい。この場合、少なくとも粉体１１の含有率が６０重量％の場合に比べて、図７に示されているように外部から水が浸透し難く、図８及び図９に示されているようにテラヘルツ波に対する光学特性も変化し難い。したがって、テラヘルツ波に対する光学特性の経時的な安定性が向上し得る。
光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、樹脂部材１０での粉体１１の含有率は、４０重量％以下であってもよい。この場合、少なくとも粉体１１の含有率が６０重量％又は５０重量％の場合に比べて、図７に示されているように外部から水が浸透し難く、図８及び図９に示されているようにテラヘルツ波に対する光学特性も変化し難い。したがって、テラヘルツ波に対する光学特性の経時的な安定性が向上し得る。
光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、樹脂部材１０での粉体１１の含有率は５重量％以上である。この場合、図５及び図６に示されているように、少なくとも粉体１１の含有率は０重量％である場合に比べて、テラヘルツ波に対する屈折率及び吸収係数が向上する。すなわち、テラヘルツ波に対する所望の光学特性が確保され得る。
光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、粉体１１と合成樹脂１２との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい。この場合、成形に寄与する合成樹脂１２の含有率を確保されていると共に、テラヘルツ波に対する所望の光学特性が確保され得る。
光学部品１Ａでは、当該光学部品１Ａ内の位置に応じて、粉体１１の含有率が異なっている。このように、テラヘルツ波用光学部品は、光学部品内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されることで、任意の周波数を有するテラヘルツ波に対して任意の位置で任意の屈折率を有するように構成されてもよい。すなわち、内部の位置に応じてテラヘルツ波に対する光学特性が異なるテラヘルツ波用光学部品が実現され得る。
この場合、上記粉体が光学部品の全体で均質に分布している場合に比べて、テラヘルツ波用光学部品の形状及び用途のバリエーションが増加し得る。上記性質は、テラヘルツ波用のレンズだけでなく、テラヘルツ波用の他の光学部品に利用されてもよい。たとえば、屈折率の異なるコアとクラッドが成形されることで、テラヘルツ波用の光ファイバが形成されてもよい。
光学部品１Ａでは、当該光学部品１Ａの入射面１ａに対向する方向から見て、当該光学部品１Ａの端部１ｄに近づくにつれて、粉体１１の含有率が低下している。このように、上記粉体１１が光学部品の全体で均質に分布している場合に比べて、テラヘルツ波用光学部品の形状及び用途のバリエーションが増加し得る。たとえば、光学部品１Ａのように、平板形状を有するテラヘルツ波用のレンズなどが実現され得る。
以上、本発明の好適な実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
たとえば、光学部品１は、入射面１ａ又は射出面１ｂが凹形状に成形されることで、テラヘルツ波用の凹レンズとして機能するように構成されてもよい。すなわち、光学部品１は、入射面１ａ又は射出面１ｂの形状によってテラヘルツ波Ｌに対して負の屈折力を有するように構成されてもよい。入射面１ａ及び射出面１ｂがそれぞれ任意の球面又は非球面に成形されることで、任意の周波数を有するテラヘルツ波に対して任意の屈折力を有するレンズが構成されてもよい。
本実施形態では、サンプルの粉体１１の粒径の中央値は約１５０μｍであったが、樹脂部材１０が含有する粉体１１の粒径はこれに限定されない。粉体１１の粒径は、用途に応じて任意の値とすることができる。
光学部品１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、樹脂部材１０だけでなく、他の部材を含んでいてもよい。
光学部品１は、入射面１ａ及び射出面１ｂが凸形状又は凹形状に成形されつつ、光学部品１内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されてもよい。光学部品１は、入射面１ａ及び射出面１ｂが凹形状に成形されつつ、光学部品１Ｂのように粉体１１でテラヘルツ波が散乱する拡散板として機能するように構成されてもよい。光学部品１は、入射面１ａ及び射出面１ｂが凸形状又は凹形状に成形されつつ、光学部品１Ｃのように粉体１１でテラヘルツ波が吸収及び散乱により減衰される減光フィルタとして機能するように構成されてもよい。
光学部品１Ａは、当該光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されつつ、光学部品１Ｂのように粉体１１でテラヘルツ波が散乱する拡散板として機能するように構成されてもよい。光学部品１Ａは、当該光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されつつ、光学部品１Ｃのように粉体１１でテラヘルツ波が吸収及び散乱により減衰される減光フィルタとして機能するように構成されてもよい。
光学部品１Ａは、当該光学部品１Ａの入射面１ａに対向する方向から見て、当該光学部品１Ａの端部１ｄに近づくにつれて、粉体１１の含有率が増加するように構成されてもよい。この場合、光学部品１Ａでは、当該光学部品１Ａの入射面１ａに対向する方向から見て、当該光学部品１Ａの端部１ｄに近づくにつれて、テラヘルツ波Ｌに対する屈折率が増加する。この結果、光学部品１Ａは、テラヘルツ波用の凹レンズとして機能する。すなわち、光学部品１Ａは、当該光学部品１Ａの入射面１ａに対向する方向から見て、当該光学部品１Ａ内の位置に応じて、単位体積当たりの粉体１１の含有率が異なるように構成されることでテラヘルツ波Ｌに対して負の屈折力を有するように構成されてもよい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光学部品、１ｄ…端部、１０…樹脂部材、１１…粉体、１２…合成樹脂、Ｌ…テラヘルツ波。
Claims (7)
- セルロースを含む粉体を含有する樹脂部材を有し、
前記樹脂部材での前記粉体の含有率は、６０重量％以下である、テラヘルツ波用光学部品。 - 前記樹脂部材での前記粉体の含有率は、５０重量％以下である、請求項１に記載のテラヘルツ波用光学部品。
- 前記樹脂部材での前記粉体の含有率は、４０重量％以下である、請求項１又は２に記載のテラヘルツ波用光学部品。
- 前記樹脂部材での前記粉体の含有率は、５重量％以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波用光学部品。
- 前記樹脂部材は、合成樹脂を更に含有しており、
当該テラヘルツ波用光学部品での前記粉体と前記合成樹脂との合計の含有率は、９７重量％よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のテラヘルツ波用光学部品。 - 当該テラヘルツ波用光学部品内の位置に応じて、単位体積当たりの前記粉体の含有率が異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波用光学部品。
- 当該テラヘルツ波用光学部品の入射面に対向する方向から見て、当該テラヘルツ波用光学部品の端部に近づくにつれて、前記粉体の含有率が低下又は増加する、請求項６に記載のテラヘルツ波用光学部品。
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