JP6205907B2

JP6205907B2 - イメージング装置

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Publication number: JP6205907B2
Application number: JP2013138770A
Authority: JP
Inventors: 宜彦猪谷; 和範丸山; 酒井　覚; 覚酒井; 穂刈　守; 守穂刈; 貴之安部; 岡田　英夫; 英夫岡田; 西山　陽二; 陽二西山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: JP2015011007A

Description

本発明はイメージング装置に関する。

観察対象の内部を撮像するイメージング装置としてはX線や超音波を用いた装置が普及しているが、これらに代わるイメージング装置としてテラヘルツ波を利用したものが検討されている。

テラヘルツ波は、周波数が１００GHz〜１０THzで波長が３０μm〜３mmの領域に存在する電磁波であって、プラスチック、布、半導体等の物質を透過する性質を有すると共に、これらの物質に固有の吸収スペクトルを有する。

テラヘルツ波のこのような性質を利用すると、観察対象の内部の成分を非破壊で観察することが可能である。そのため、空港の手荷物検査で爆発物等を発見したり、郵便封書内の麻薬等を発見したりすることができ、テロ対策や犯罪対策に役立てられると期待されている。

但し、CCD(Charge Coupled Device)等のイメージセンサはテラヘルツ波に対して感度がないため、CCDを用いたのではテラヘルツ波を可視化することはできない。

テラヘルツ波を可視化する方法として様々な方法が提案されている。例えば、電気光学結晶にプローブ光を当てながら、観察対象を透過したテラヘルツ波をその電気光学結晶に照射する方法が提案されている。この方法は、テラヘルツ波によって電気光学結晶の屈折率が変わることを利用したものであり、電気光学結晶を透過したプローブ光をCCDで観察して可視化する。

これによれば、電気光学結晶を透過したプローブ光の強度をテラヘルツ波の強度に対応させることで、テラヘルツ波の強度の時間変化を得ることができる。なお、テラヘルツ波の強度の時間変化は時間波形とも呼ばれる。

また、その時間波形をフーリエ変換することでテラヘルツ波の強度をその周波数ごとに得ることができ、テラヘルツ波の分光イメージを得ることができる。

その時間波形を取得するためにも様々な方法が提案されている。例えば、階段状ミラーアレイを用いてプローブ光の時間波形を取得する方法が提案されている。

しかし、階段状のミラーを精度良く作製するのは技術的に困難である。更に、階段状のミラーでは幅の細い階段面でプローブ光が回折し、その回折光の影響でテラヘルツ波の時間波形を取得するのが難しくなってしまう。

特開２０１３−８８３７５号公報特開２０１２−１２２９８１号公報特開２０１０−１５６７８６号公報特開２００４−８５３５８号公報

イメージング装置において、テラヘルツ波の時間波形を簡単に取得することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、第１の方向に偏光したプローブ光が通る複数本の光ファイバと、前記光ファイバの後段に設けられ、前記プローブ光が通る電気光学結晶と、前記電気光学結晶の後段に設けられ、前記プローブ光のうち第２の方向に偏光した成分を抽出する検光子と、前記検光子の後段に設けられ、前記プローブ光の強度に対応した出力値を出力し、かつ前記複数の光ファイバの各々に対応する複数の画素を備えた撮像装置と、観察対象に照射されるテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、前記観察対象を通った前記テラヘルツ波を前記電気光学結晶に導く光学系と、前記複数の画素から出力される前記出力値に基づいて、前記テラヘルツ波の時間波形を取得する演算部とを有し、前記複数本の光ファイバは所定本数ごとに複数の組に分けられ、かつ、一つの前記組内における複数の前記光ファイバの各々は長さが異なり、前記演算部が、一つの前記組に属する複数本の前記光ファイバの長さの順に、該光ファイバに対応する前記画素の出力値を並べることにより、前記テラヘルツ波の前記時間波形を取得するイメージング装置が提供される。

以下の開示によれば、一つの組内における複数の光ファイバの各々の長さが異なるため光ファイバごとに光路長が異なり、各光ファイバを通るプローブ光に異なる時間遅延を簡単に与えることができる。そして、その時間遅延により各画素の出力値をそれぞれ異なる時刻で取得でき、その出力値からテラヘルツ波の時間波形を簡単に取得できる。

図１は、本願発明者が検討に使用したイメージング装置の構成図である。図２は、第１実施形態に係るイメージング装置の構成図である。図３は、各実施形態における光ファイバアレイの断面図である。図４は、第１実施形態に係る光ファイバアレイと撮像装置とを模式的に示す拡大斜視図である。図５は、第１実施形態において画素間に生じる時間差について模式的に示す平面図である。図６は、第１実施形態における演算部の処理内容を模式的に示す図である。図７は、テラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換して得られた波形の一例を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、各実施形態に係る光ファイバの作製方法について説明するための断面図（その１）である。図９（ａ）、（ｂ）は、各実施形態に係る光ファイバの作製方法について説明するための断面図（その２）である。図１０は、第２実施形態に係るイメージング装置の構成図である。図１１は、第２実施形態に係る光ファイバアレイと撮像装置とを模式的に示す拡大斜視図である。図１２は、第２実施形態における演算部の処理内容を示す模式図である。図１３は、第２実施形態において複数の画素の各々を用いて取得したテラヘルツ波の時間波形を示す模式図である。図１４は、第２実施形態において演算部が取得するテラヘルツ波の時間波形の一例を示す図である。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者の検討事項について説明する。

図１は、その検討に使用したイメージング装置の構成図である。

このイメージング装置１は、テラヘルツ波THによって観察対象Fの内部画像を取得するものであって、表面が階段状のミラー２と、電気光学結晶３と、撮像装置４とを有する。

ミラー２は、偏光子５により所定の方向に偏光したプローブ光８を反射し、電気光学結晶３にプローブ光８を導く。

電気光学結晶３には観察対象Fを透過したテラヘルツ波THも導入されており、そのテラヘルツ波THの強度に応じた量の複屈折が電気光学結晶３に誘起される。そのため、電気光学結晶３においてプローブ光８の位相が変化し、電気光学結晶３を透過した後のプローブ光８は偏光状態が変化して楕円偏光となる。

プローブ光８の偏光状態の変化を検光子６で抽出し、更に検光子６を出たプローブ光８を撮像装置４で観察することにより、テラヘルツ波THによる観察対象Fの内部画像をプローブ光８の画像として可視化することができる。

この例では、電気光学結晶３に対してプローブ光８を斜めに導入するため、プローブ光８の波面Wが電気光学結晶３に到達する時刻は電気光学結晶３の場所により異なる。

撮像装置４においては、波面Wが到達した時刻におけるテラヘルツ波THの強度がプローブ光８の強度として取得される。よって、波面Wの到達時刻がこのように電気光学結晶３の場所ごとに異なることで、異なる時刻におけるテラヘルツ波THの強度を撮像装置４がサンプリングでき、そのサンプリング値を時間軸方向に並べることでテラヘルツ波THの時間波形を得ることができる。

また、この例では、ミラー２の表面を階段状にしているので、点線四角内のように電気光学結晶３の各小領域Rにプローブ光８の波面Wが分割されて到達する。ここで、小領域Rは、それぞれ撮像装置４の一つの画素に対応する。これにより、各々の画素において上記のようにテラヘルツ波THの強度がサンプリングされ、そのサンプリング値から観察対象Fの二次元画像を得ることが可能となる。

このように階段状のミラー２は観察対象Fの二次元画像を簡単に得るのに役立つが、微細な階段をミラー２に形成するのは技術的に極めて難しい。また、階段状のミラー２を用いる代わりに、プローブ光８で電気光学結晶３を機械的に走査することも考えられるが、機械的な機構に頼ったのでは走査に時間を要するという新たな問題が発生する。

以下に、階段状のミラーを用いることなく観察対象の二次元画像を取得できる各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係るイメージング装置の構成図である。

このイメージング装置１０は、光源１１、光ファイバアレイ２０、電気光学結晶２６、撮像装置２８、及びテラヘルツ波発生部３０を有する。

光源１１は、パルスレーザ光Lとしてパルス幅が１００fsec以下で波長が８００nmのフェムト秒レーザ光を出射する。また、パルスレーザ光Lの繰り返し周期は例えば１kHzである。

そのパルスレーザ光Lは、ミラー１２で反射した後、第１のビームスプリッタ１３においてプローブ光L₁とポンプ光L₂とに分けられる。

ポンプ光L₂はテラヘルツ波発生部３０に供給される。テラヘルツ波発生部３０は、半導体基板３０ａとその上に形成されたダイポールアンテナ３０ｂとを有しており、ポンプ光L₂を受けることでテラヘルツ波THを発生する。なお、半導体基板３０ａは、例えば、半絶縁性ガリウムヒ素基板上にガリウムヒ素層を形成してなる。

テラヘルツ波THはレンズ３１によってコリメートされた後、観察対象Fに照射される。そして、観察対象Fを通ったテラヘルツ波THはミラー３２で反射され、更に第２のビームスプリッタ２５により電気光学結晶２６に導かれる。

なお、ミラー３２と第２のビームスプリッタ２５は、テラヘルツ波THを電気光学結晶２６に導く光学系の一例である。

一方、プローブ光L₁は、ミラー１４で反射した後、偏光子１５により第１の方向D₁に偏光される。このように偏光されたプローブ光L₁は、第１のレンズ系１６によってコリメートされて光ファイバアレイ２０に導入される。

光ファイバアレイ２０は複数本の光ファイバ２１を有しており、各々の光ファイバ２１としては偏波面保存ファイバが使用される。よって、光ファイバ２１を出たプローブ光L₁の偏光方向は、光ファイバ２１に入る前と同じ第１の方向D₁である。

光ファイバアレイ２０を出たプローブ光L₁は、第２のレンズ群１７において所定の直径に収束された後、前述の第１のビームスプリッタ２５を透過して電気光学結晶２６に導かれる。

電気光学結晶２６は、例えばZnTe結晶であって、プローブ光L₁と共にテラヘルツ波THが照射される。

電気光学結晶２６にはテラヘルツ波THの電場によって複屈折が誘起されるため、電気光学結晶２６においてプローブ光L₁の位相が変化し、電気光学結晶２６を透過した後のプローブ光L₁は偏光状態が変化して楕円偏光となる。その偏光状態の変化の程度は、テラヘルツ波THの強度が強くなるほど大きくなる。

電気光学結晶２６の後段には検光子２７が設けられる。検光子２７は、電気光学結晶２６を透過したプローブ光L₁のうち第２の方向に偏光した成分を抽出する。なお、この例では検光子２７は偏光子１５に対してクロスニコルの関係で配置されており、上記の各方向D₁、D₂は互いに直交する。

前述のようにテラヘルツ波THの強度が強くなるほど電気光学結晶２６においてプローブ光L₁の偏光状態が大きく変化するため、検光子２７から出るプローブ光L₁の強度も強くなる。

これにより、本実施形態ではテラヘルツ波THの強度をプローブ光L₁の強度に変換することで、テラヘルツ波THを可視化することができる。

なお、前述のようにプローブ光L₁はパルス幅が１００fsec以下のパルス状であるため、電気光学結晶２６にプローブ光L₁が照射される時間は極短時間である。よって、単にプローブ光L₁の一パルスを電気光学結晶２６に照射するだけでは、テラヘルツ波THの時間波形の一点のみがプローブ光L₁の強度に変換されるのみである。テラヘルツ波THの時間波形の全体を得るためには、後述のようにプローブ光L₁に時間遅延を生じさせ、テラヘルツ波THの複数の点をプローブ光L₁の強度に変換すればよい。

検光子２７を透過したプローブ光L₁は撮像装置２８に導入される。撮像装置２８の種類は特に限定されないが、本実施形態では撮像装置２８としてプローブ光L₁に感度があるCCDカメラを使用する。

また、撮像装置２８には、後述の演算部３５として例えばパーソナルコンピュータ等の計算機が接続される。

図３は、前述の光ファイバアレイ２０の断面図である。

図３に示すように、各光ファイバ２１は、所定本数ごとに複数の組２０ａに分けられる。組２０ａは、断面視で正方形状であって、光ファイバ２１が行列状に整列されている。

なお、各組２０ａに属する光ファイバ２１の本数は特に限定されないが、本実施形態では行方向と列方向のそれぞれに１６本ずつ光ファイバ２１を配することにより、一つの組２０ａに２５６本（＝１６×１６本）の光ファイバ２１を設ける。

また、複数の組２０ａの各々も断面視で行列状に配置されており、本実施形態では行方向と列方向のそれぞれに組２０ａを２８個設けることにより、光ファイバアレイ２０に全部で７８４個（＝２８×２８個）の組２０ａを設ける。

各光ファイバ２１の直径を１２５μmとすると、光ファイバアレイ２０は、一辺の長さが５６mm（＝１２５μm×２８×１６）の正方形状となる。

図４は、光ファイバアレイ２０と撮像装置２８とを模式的に示す拡大斜視図である。

なお、図が煩雑になるのを防ぐために、図４では一組２０ａに属する２５６本の光ファイバ２１のうちの１６本（４×４本）のみを示している。

図４に示すように、一つの組２０ａに属する複数の光ファイバ２１はそれぞれ長さが異なるため、プローブ光L₁の光路長は光ファイバ２１ごとに異なる。

プローブ光L₁は各光ファイバ２１に略同時に入射するが、このような光路長の相違が原因でプローブ光L₁が光ファイバ２１を出る時刻は光ファイバ２１ごとに異なり、プローブ光L₁に時間遅延を生じさせることができる。

また、撮像装置２８の結像面３６には複数の画素３７が設けられる。なお、図４では図が煩雑になるのを防ぐために一部の画素３７のみを示している。

各画素３７は光ファイバ２１のそれぞれに対応しており、一本の光ファイバ２１を出たプローブ光L₁は一つの画素３７にのみに入射する。

この結果、光ファイバ２１と画素３７とは一対一に対応することになり、画素３７の位置を光ファイバ２１の位置で表すことができるようになる。

以下では結像面３６と各光ファイバ２１の端面の各々にx-y座標系を設定することにする。

x-y座標の座標値として、一つの組２０ａに任意の原点Gを設定し、その原点Gから行方向と列方向に向かって数えた光ファイバ２１の本数x, yを採用する。図３の例では組２０ａの左上に原点Gを設定しており、各光ファイバ２１の位置が座標値（０、０）、（０、１）、（０、２）、（０、３）、（１、０）、…等のように表される。

このような座標値を用いることで、各光ファイバ２１の長さはL(x, y)で表すことができる。なお、この例では一つの組２０ａにおける光ファイバ２１の本数が１６×１６本なので、xとyはそれぞれ０以上１５以下の整数値となる。

また、前述のように各光ファイバ２１の長さは互いに異なるが、本実施形態では光ファイバ２１の各々をそれらの長さL(x, y)の順に行列状に整列させる。長さL(x, y)の順序は降順でもよいし昇順でもよい。

以下の表１は、長さL(x, y)の順序の一例を示す表である。

表１の例では、一つの行内では列番号yが増えるほど長さL(x, y)が増大し、かつ、一つの列内では行番号xが増えるほど長さL(x, y)が増大している。

前述のように各光ファイバ２１はプローブ光L₁に時間遅延を生じさせるため、各光ファイバ２１の長さの順にプローブ光L₁の時間遅延も長くなる。

一方、座標点(x, y)にある各画素３７は、受光したプローブ光L₁の強度を表す出力値S(x, y)を出力する。上記した時間遅延が原因で、画素３７にプローブ光L₁が到達する時刻は画素３７ごとに異なる。

図５は、画素３７間に生じる時間差について模式的に示す平面図である。

図５の左側に示すように、全ての画素３７はm×m個の組３７ａに分けられる。各組３７ａは、光ファイバアレイ２０の組２０ａ（図３参照）と対応しており、この例ではm＝２８である。

なお、各組３７ａは、観察対象Fの内部の二次元画像を取得する単位であって、一つの組３７ａにより観察対象Fの一箇所の像が取得され、全体ではm×m箇所の像が取得される。

また、図５の右側に示すように、一つの組３７ａはn×n個の画素３７を有する。nは、組２０ａの一辺あたりの光ファイバ２１の本数と同じであり、この例ではn＝１６である。

図５においては、プローブ光L₁が到達する時刻が速い画素３７から遅い画素３７に向けて矢印を付している。その矢印の向きは、光ファイバ２１の長さが増える方向と同一である。これは、光ファイバ２１が長いほどプローブ光L₁の時間遅延が長くなるためである。

図６は、演算部３５の処理内容を模式的に示す図であって、その横軸は時間を示し、縦軸は各画素３７の出力値S(x, y)を示す。

前述のように光ファイバ２１ごとにプローブ光L₁の時間遅延が異なるので、プローブ光L₁が電気光学結晶２６に到達する時刻も光ファイバ２１ごとに異なる。よって、これらのプローブ光L₁によりテラヘルツ波THの時間波形４０を複数の時刻でサンプリングすることができる。

サンプリングの時刻は各光ファイバ２１の長さに対応しており、光ファイバ２１が長いほど遅い時刻でサンプリングが行われる。そこで、演算部３５は、一つの組２０ａに属する光ファイバ２１の長さL(x, y)が短い順に、該光ファイバ２１に対応する画素３７の出力値S(x, y)を並べることにより、図６のようなテラヘルツ波THの時間波形４０を取得する。

サンプリングの時間間隔Δtは、隣接する光ファイバ２１の長さの相違に対応しており、この例では０．１psecの時間間隔で時間波形４０をサンプリングする。０．１psecの時間間隔を得るには、隣接する光ファイバ２１の長さの相違を約３０μmにすればよい。

また、一つの組２０ａには全部で２５６本の光ファイバ２１があるので、時間波形４０が取得される全時間間隔は２５．６psec（＝０．１psec×２５６）となる。なお、この全時間間隔のことを時間窓と言う場合もある。

時間波形４０は組２０ａごとに取得され、この例では全部で７８４組の各々について時間波形４０が取得される。

なお、観察対象Fの内部像を可視化するには、図７のように演算部３５がこの時間波形４０をフーリエ変換するのが好ましい。

図７は、時間波形４０をフーリエ変換して得られた波形４１の一例を示す図であって、横軸はテラヘルツ波THの周波数を表し、縦軸は当該周波数におけるテラヘルツ波THの強度を示す。

この波形４１の特定の周波数fの強度を各組２０ａごとに取得することで、一つの組２０ａを画素とする観察対象Fの内部の二次元画像を得ることができる。

以上説明した本実施形態によれば、図４のように各組２０ａの光ファイバ２１の長さを異ならせることによりプローブ光L₁に容易に時間遅延を与えることができ、時間遅延を生じさせるための階段状のミラー２（図１参照）が不要となる。

次に、このように長さが異なる光ファイバ２１の作製方法について説明する。

図８〜図９は、光ファイバ２１の作成方法について説明するための断面図である。

まず、図８（ａ）に示すように、一つの組２０ａに属する全ての光ファイバ２１を用意する。この時点では各光ファイバ２１の長さは同一である。

そして、これらの光ファイバ２１の各々の端面を揃えた状態で、各光ファイバ２１を隙間なく並べる。前述のように一つの組２０ａには全部で２５６本の光ファイバが含まれるので、一つの光ファイバ２１の直径が１２５μmの場合、全ての光ファイバ２１を合わせた幅Wは３２mm（＝１２５μm×２５６）となる。

その後、これらの光ファイバ２１を切断するための切断線４４を設定する。切断線４４の傾きθは、隣接する光ファイバ２１の長さの相違に基づいて決定される。なお、傾きθは、各光ファイバ２１の長手方向Dに垂直な方向nと切断線４４との間の角度として定義される。

この例では、θ＝arctan（３０μm／１２５μ）＝１３．５０°とすることで、長さが３０μmずつ異なる光ファイバ２１を作製することができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、上記の切断線４４に沿って各光ファイバ２１を切断する。

そして、図８（ｃ）に示すように、各光ファイバ２１の切断面２１ｂ同士を揃える。

その後、図９（ａ）に示すように、各光ファイバ２１の切断面２１ｂの各々を同時に研磨することにより、切断面２１ｂの各々を各光ファイバ２１の長手方向Dに垂直にする。

以上により、図９（ｂ）に示すように、ΔL（＝３０μm）ずつ長さが異なる複数の光ファイバ２１を作製することができる。

この方法では、図８（ａ）のように切断線４４を傾けるだけで長さの異なる光ファイバ２１を簡単に作製でき、階段状のミラーを作製する場合のような技術的に難しい加工を行う必要がない。更に、このように各光ファイバ２１の長さを異ならせることで、前述のようにプローブ光L₁に容易に時間遅延を与えることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、図４に示したように、長さが異なる複数の光ファイバ２１をその長さの順に並べた。

本実施形態では、このように長さの順に光ファイバ２１を並べることなしに、以下のようにしてテラヘルツ波THの時間波形を得られるようにする。

図１０は、本実施形態に係るイメージング装置の構成図である。

なお、図１０において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１０に示すように、このイメージング装置５０は、第１のビームスプリッタ１３とテラヘルツ波発生部３０との間に時間遅延部５１を有する。なお、図１０の例ではミラー１２（図２参照）を省いているが、第１実施形態のようにミラー１２を設けてもよい。

時間遅延部５１は、ポンプ光L₂の光路に挿入された第１〜第３のミラー５４〜５６を備える。これらのミラーのうち、第１のミラー５４と第２のミラー５５はポンプ光L₂の光路を９０°変えるものであって、時間遅延部５１に固定される。

一方、第３のミラー５６は、第１のミラー５４で反射したポンプ光L₂を第２のミラー５５に導くものであって、二つのミラーを９０°の角度で張り合わせてなる。

また、この第３のミラー５６は、不図示の駆動手段によってステージ５２の上を矢印Z方向に移動することが可能である。演算部３５の制御下でその第３のミラー５６のZ方向の位置を調節することにより、時間遅延部５１は、ポンプ光L₂が入力されてから後段に出力されるまでの時間を調節することができる。

なお、第１実施形態の図３と同様に、本実施形態でも光ファイバアレイ２０は複数の組２０ａに分けられ、各組２０ａに複数本の光ファイバ２１が設けられる。

図１１は、本実施形態に係る光ファイバアレイ２０と撮像装置２８とを模式的に示す拡大斜視図である。なお、図１１において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

第１実施形態の図４とは異なり、本実施形態では、一つの組２０ａにおける複数本の光ファイバ２１の各々がそれらの長さの順に整列されておらず、長さの順によらずに光ファイバ２１が行列状に整列される。

このように光ファイバ２１がその長さの順に整列していないので、第１実施形態の図６のように画素３７の位置(x, y)の順にその画素３７の出力値S(x, y)を並べても、テラヘルツ波THの時間波形を得ることができない。

そこで、本実施形態では以下のようにしてテラヘルツ波THの時間波形を取得する。

図１２は、本実施形態における演算部３５の処理内容を示す模式図であって、演算部３０が取得するテラヘルツ波THの時間波形６０の一例を示す。

この時間波形６０は、パルスレーザ光Lの複数個のパルスを用いて一つの画素３７のみから以下のようにして得られたものであり、時間波形６０のサンプリング時刻t₁、t₂、…、t_nはパルスレーザ光Lの各々のパルスに対応する。例えば、この例のようにサンプリング点がn個の場合には、パルスレーザ光Lのn個のパルスを用いて時間波形６０を取得する。

時間波形６０の取得に際しては、パルスレーザ光Lのパルスごとに、時間遅延部５１の第３のミラー５６（図１０参照）のZ方向の位置を変える。第３のミラー５６の位置を変えると、時間調節部５１にポンプ光L₂が入力されてから出力されるまでの時間が前述のように変わる。そのため、第３のミラー５６の位置に対応した各時刻t₁、t₂、…、t_nにおけるテラヘルツ波THの強度を一つの画素３７においてサンプリングできる。

以下では、位置(x, y)にある画素３７の時刻t_iにおける出力値をS(x, y; t_i)で表す。テラヘルツ波THの強度は画素３７の出力値S(x, y; t_i)に対応し、かつ、サンプリング時刻t_iは第３のミラー５６の位置に対応する。よって、当該位置における出力値S(x, y)をプロットすることにより、一つの画素３７のみを用いて図１２のようなテラヘルツ波の時間波形６０を得ることができる。

演算部３５は、このような方法で撮像装置２８の全ての画素３７について時間波形６０を取得する。

図１３は、複数の画素３７の各々を用いて取得したテラヘルツ波の時間波形６０を示す模式図である。

光ファイバ２１の長さは画素３７ごとに異なり、プローブ光L₁が光ファイバ２１に入力されてから出力されるまでの時間は各画素３７によって異なるので、図１３のように時間波形６０の各々は互いに時間軸方向に異なる量でシフトする。

任意の基準時刻t₀から測った各時間波形６０のシフト量をΔとする。この例では、各時間波形６０が最大となる時刻と基準時刻t₀との時間間隔をシフト量Δとする。

そのシフト量Δが小さいほどプローブ光L₁が光ファイバ２１で受けた時間遅延が短く、その光ファイバ２１の長さが短いということになる。

そのため、演算部３５は、画素３７ごとに上記のシフト量Δを求め、そのシフト量Δが小さい画素３７ほど、その画素３７に対応する光ファイバ２１の長さが短いと判断する。

これにより、一つの組２０ａに属する各光ファイバ２１の長さを演算部３５が把握することができるようになる。よって、この後は、第１実施形態と同様に光ファイバ２１の長さL(x, y)が短い順に、該光ファイバ２１に対応する画素３７の出力値S(x, y)を並べることにより、図１４のように演算部３５が組２０ａごとにテラヘルツ波THの時間波形７０を取得する。

以上説明した本実施形態によれば、各組２０ａにおける光ファイバ２１がそれらの長さの順に整列されていなくても、図１３のシフト量Δに基づいて各光ファイバ２１の長さを求めることができる。よって、各組２０ａに光ファイバ２１をその長さの順に整列させる手間が省け、光ファイバアレイ２０を簡単に作成することが可能となる。

１、１０、５０…イメージング装置、２…階段状のミラー、３、２６…電気光学結晶、４、２８…撮像装置、５、１５…偏光子、６、２７…検光子、８…プローブ光、１１…光源、１２、１４、３２…ミラー、１３…第１のビームスプリッタ、１６…第１のレンズ系、１７…第２のレンズ系、２０…光ファイバアレイ、２０ａ…組、２１…光ファイバ、２１ｂ…切断面、２５…第２のビームスプリッタ、３０…テラヘルツ波発生部、３０ａ…半導体基板、３０ｂ…ダイポールアンテナ、３５…演算部、３６…結像面、３７…画素、４０、６０、７０…時間波形、４４…切断線、５１…時間遅延部、５２…ステージ、５４〜５６…第１〜第３のミラー、F…観察対象、TH…テラヘルツ波、L…パルスレーザ光、L₁…プローブ光、L₂…ポンプ光。

Claims

第１の方向に偏光したプローブ光が通る複数本の光ファイバと、
前記光ファイバの後段に設けられ、前記プローブ光が通る電気光学結晶と、
前記電気光学結晶の後段に設けられ、前記プローブ光のうち第２の方向に偏光した成分を抽出する検光子と、
前記検光子の後段に設けられ、前記プローブ光の強度に対応した出力値を出力し、かつ前記複数の光ファイバの各々に対応する複数の画素を備えた撮像装置と、
観察対象に照射されるテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記観察対象を通った前記テラヘルツ波を前記電気光学結晶に導く光学系と、
前記複数の画素から出力される前記出力値に基づいて、前記テラヘルツ波の時間波形を取得する演算部とを有し、
前記複数本の光ファイバは所定本数ごとに複数の組に分けられ、かつ、一つの前記組内における複数の前記光ファイバの各々は長さが異なり、
前記演算部が、一つの前記組に属する複数本の前記光ファイバの長さの順に、該光ファイバに対応する前記画素の出力値を並べることにより、前記テラヘルツ波の前記時間波形を取得することを特徴とするイメージング装置。
一つの前記組において、複数本の前記光ファイバの各々が、該光ファイバの長さの順に行列状に整列されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージング装置。
一つの前記組において、複数本の前記光ファイバの各々が、該光ファイバの長さの順によらずに行列状に整列されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージング装置。
パルスレーザ光を出力する光源と、
前記パルスレーザ光をパルス状のポンプ光と前記プローブ光とに分けるハーフミラーと、
前記ポンプ光が入力されてから後段に出力されるまでの時間を遅延させる時間遅延部とを有し、
前記テラヘルツ波発生部は、前記時間遅延部から出力された前記ポンプ光を受けて前記テラヘルツ波を発生することを特徴とする請求項３に記載のイメージング装置。
前記演算部は、
前記時間遅延部により前記パルスレーザ光のパルスごとに前記時間を変え、該時間ごとに前記画素の前記出力値を取得することにより、前記画素ごとに前記テラヘルツ波の前記時間波形を取得し、
前記時間波形の時間軸方向へのシフト量が小さい前記画素ほど、該画素に対応する前記光ファイバの長さが短いと判断することを特徴とする請求項４に記載のイメージング装置。