JP2013092374A - テラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小型化が可能なテラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置を提供すること。
【解決手段】テラヘルツ波検出装置１は、選択的に所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換する波長フィルター２と、波長フィルター２を通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部３と、を備え、波長フィルター２は、テラヘルツ波が入射する入射面と所定の波長のテラヘルツ波が射出する射出面とを連通する複数の孔部５１を有する金属膜５と、検出部３との間にテラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層４と、を有し、複数の孔部５１は、入射面５２の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、テラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置に関するものである。

近年、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。このテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器としては、焦電センサーやボロメーター等がある。その大きな特徴としては、テラヘルツ波に対する高感度性と、ＴＨｚ−ＴＤＳ（Time Domain Spectrometry）分光分析装置のような大型で煩雑な光学遅延機構が不要な点とが挙げられる。

焦電センサーやボロメーターをＴＨｚ−ＴＤＳ分光分析装置に用いるに際し、焦電センサーやボロメーターは共にその素子内における熱量の変化によってテラヘルツ波の有無を検出している。そのため、テラヘルツ波の周波数スペクトルの検出は不可能であり、スペクトルの検出を行うためには、検出したい所定の波長のテラヘルツ波を選択的に透過させる波長フィルターが必要になる。

現在、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この波長フィルターは、基板と、基板上に設けられ、複数の孔部を有する金属膜とで構成されている。この波長フィルターと、焦電センサーやボロメーターとを組み合わせることにより、所定の波長のテラヘルツ波のみを検出することができる。

国際公開第０８／７５６２４号パンフレット

しかしながら、前記従来の波長フィルターではテラヘルツ波の波長帯域に対して設計すると、複数の孔部のピッチが１００μｍ以上になることにより、波長フィルターの面積が数ｃｍ以上になる。焦電センサーやボロメーターとの一体化が困難である欠点があり、マルチ波長を検出可能なテラヘルツ波検出器の実現は難しかった。そこで、小型化が可能なテラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るテラヘルツ波検出装置は、所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換する波長フィルターと、前記波長フィルターで変換された熱を検出する検出部と、を備え、前記波長フィルターは、テラヘルツ波が入射する入射面と前記入射面に対向する面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、前記金属層の前記入射面に対向する面に接して設けられ、かつ前記検出部においてテラヘルツ波の入射方向の面に接して設けられ、かつ前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を有し、前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、波長フィルターが所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換する。そして、検出部が、波長フィルターで変換された熱を検出する。波長フィルターは複数の孔部を有する金属層とテラヘルツ波吸収層とを有している。金属層における複数の孔部は、所定のピッチで設けられており、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる。テラヘルツ波吸収層はテラヘルツ波を吸収する材料を含み、この材料がテラヘルツ波を圧縮して吸収する。そして、テラヘルツ波吸収層に入射したテラヘルツ波は圧縮される。これにより、テラヘルツ吸収がない場合よりも、その波長を短くすることができる。

波長フィルターの孔部を透過させる所定の波長のテラヘルツ波よりも短い波長に対して波長フィルターを設計することができる。従って、波長フィルターの面積を小さくすることができる為、波長フィルターと検出部とが一体化したテラヘルツ波検出装置を小型にすることができる。

［適用例２］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置は、前記テラヘルツ波吸収層の材料の比誘電率が１０以上５００以下であることが好ましい。

本適用例によれば、テラヘルツ波吸収層の材料の比誘電率が１０以上５００以下である。これによりテラヘルツ波吸収層は、波長フィルターを伝播するテラヘルツ波の波長をより小さくすることができる。

［適用例３］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記テラヘルツ波吸収層の材料のシート抵抗が、３００Ω／□以下５０Ω／□以上であり、かつ、前記テラヘルツ波吸収層の膜厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。

本適用例によれば、テラヘルツ波吸収層の材料のシート抵抗が、３００Ω／□以下５０Ω／□以上である。このとき、シート抵抗が、３００Ω／□以上のときや５０Ω／□以下のときに比べてテラヘルツ波に対する吸収率を高くすることができる。また、テラヘルツ波吸収層の膜厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下となっている。このとき、効率よく検出部に熱のエネルギーを伝えることができる。その結果、テラヘルツ波吸収層はテラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、変換したエネルギーを検出部に伝えることができる。

［適用例４］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置において、前記テラヘルツ波吸収層の材料は、金属合金材料であることが好ましい。

本適用例によれば、テラヘルツ波吸収層の材料は、金属合金材料である。従って、テラヘルツ波吸収層が、テラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、そのエネルギーを確実に検出部に伝えることができる。

［適用例５］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記テラヘルツ波吸収層の材料は、シリコン化合物であることが好ましい。

本適用例によれば、テラヘルツ波吸収層の材料は、シリコン化合物である。従って、テラヘルツ波吸収層が、テラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、そのエネルギーを確実に検出部に伝えることができる。

［適用例６］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記テラヘルツ波吸収層の材料は、窒素化合物であることが好ましい。

本適用例によれば、テラヘルツ波吸収層の材料は、窒素化合物である。従って、テラヘルツ波吸収層が、テラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、そのエネルギーを確実に検出部に伝えることができる。

［適用例７］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記孔部の前記入射面の法線方向からの平面視での形状は、円形であり、前記孔部は、前記円形の直径をｄ、前記入射面の法線方向からの平面視における隣り合う２つの前記孔部の前記円形の中心間距離をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられていることが好ましい。
０．２５≦ｄ／ｓ＜１ ・・・（１）

本適用例によれば、孔部の条件が式１を満足している。すなわち、ｄ／ｓが０．２５よりも小さいと、他の条件によっては、テラヘルツ波が前記金属層を通過することができない。また、ｄ／ｓが１以上であると、隣り合う２つの前記孔部が接触または連通してしまう。従って、孔部が式１の条件を満足している為、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。

［適用例８］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記金属層の前記入射面の法線方向に沿った厚さは、前記所定の波長以下であることが好ましい。

本適用例によれば、金属層の法線方向に沿った厚さを、テラヘルツ波の波長以下にしている。従って、所定の波長以上の波長のテラヘルツ波の波長フィルターの通過を防ぐことができる。これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。

［適用例９］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記隣り合う２つの前記孔部の前記所定のピッチは、前記所定の波長と同一の長さであることが好ましい。

本適用例によれば、孔部の前記所定のピッチと、同じ長さの波長のテラヘルツ波の定在波が金属層表面に起こり、所定のテラヘルツ波が波長フィルターを通過する。その結果、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。

［適用例１０］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することが好ましい。

本適用例によれば、第１の領域と第２の領域で孔部のピッチが異なっている。従って、熱に変換される所定のテラヘルツ波の波長が、第１の領域と第２の領域で異なる。その結果、複数の所定の波長のテラヘルツ波を精度よく検出することができる。

［適用例１１］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記波長フィルターは、複数の単位領域を有しており、前記複数の単位領域は、それぞれ、前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することが好ましい。

本適用例によれば、波長フィルターは、複数の単位領域を有している。そして、各単位領域において第１の領域と第２の領域で前記孔部のピッチが異なっている。従って、熱に変換される所定のテラヘルツ波の波長が、第１の領域と第２の領域で異なる。その結果、単位領域毎に複数の所定の波長のテラヘルツ波を精度よく検出することができる。

［適用例１２］
上記適用例に記載のテラヘルツ波検出装置では、前記検出部は、前記波長フィルターの前記第１の領域および前記第２の領域に対応してそれぞれ設けられ、当該領域を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する複数の単位検出部を有することが好ましい。

本適用例によれば、波長フィルターの第１の領域および第２の領域に対応して検出部がそれぞれ設けられている。第１の領域と第２の領域で孔部のピッチが異なるために、熱に変換される所定のテラヘルツ波の波長が、第１の領域と第２の領域で異なる。従って、単位検出部にエネルギーとして伝わる所定のテラヘルツ波の波長も第１の領域と第２の領域で異なる。その結果、複数の所定の波長のテラヘルツ波を検出することができる。

［適用例１３］
本適用例に係るイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から射出して対象物を透過または反射した前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、前記テラヘルツ波検出装置は、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、前記波長フィルターは、前記テラヘルツ波発生装置から射出した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が射出する射出面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を備え、前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、テラヘルツ波発生装置がテラヘルツ波を発生し、対象物に射出する。そして、テラヘルツ波検出装置が対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出して検出結果を出力する。次に、画像生成部が、テラヘルツ波検出装置の検出結果を用いて対象物の画像を生成する。

テラヘルツ波検出装置は波長フィルターと検出部とを備えている。波長フィルターは金属層とテラヘルツ波吸収層と、を備えている。金属層には所定のピッチで孔部が設けられており、金属層は所定の波長のテラヘルツ波を通過させる。これにより、検出部は所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する。そして、画像生成部はテラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、対象物の画像を生成する。

波長フィルターにおいて、金属層より前記テラヘルツ波吸収層に入射したテラヘルツ波は圧縮され、テラヘルツ吸収がない場合よりも、その波長が短くなる。従って、テラヘルツ波の波長フィルターを従来よりも小型にすることが可能になる。その結果、イメージング装置を小型にすることができる。

［適用例１４］
本適用例に係る計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から射出して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波検出装置は、所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、前記波長フィルターは、前記テラヘルツ波発生装置から射出した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が射出する射出面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を備え、前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、テラヘルツ波発生装置がテラヘルツ波を発生し、対象物に射出する。そして、テラヘルツ波検出装置が対象物を透過または反射した前記テラヘルツ波を検出して検出結果を出力する。次に、計測部が、テラヘルツ波検出装置の検出結果を用いて対象物を計測する。

テラヘルツ波検出装置は波長フィルターと検出部とを備えている。波長フィルターは金属層とテラヘルツ波吸収層と、を備えている。金属層には所定のピッチで孔部が設けられており、金属層は所定の波長のテラヘルツ波を通過させる。これにより、検出部は所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する。そして、計測部はテラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、対象物を計測する。

波長フィルターにおいて、金属層より前記テラヘルツ波吸収層に入射したテラヘルツ波は圧縮され、テラヘルツ吸収がない場合よりも、その波長が短くなる。従って、テラヘルツ波の波長フィルターを従来よりも小型にすることが可能になる。その結果、計測装置を小型にすることができる。

第１実施形態にかかわるテラヘルツ波検出装置の構造を示す概略斜視図。 第２実施形態にかかわるテラヘルツ波検出装置の構成を示す概略斜視図。 第３実施形態にかかわり、（ａ）は、テラヘルツ波検出装置の構成を示す模式平面図、（ｂ）は、要部概略斜視図。 第４実施形態にかかわるイメージング装置の構成を示すブロック図。 対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。 画像生成部が算出した画像データを説明するための模式図。 第５実施形態にかかわる計測装置の構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のテラヘルツ波検出装置の構造を示す概略斜視図である。図１に示すテラヘルツ波検出装置１は、テラヘルツ波の所定の周波数成分、すなわち、所定の波長のテラヘルツ波を検出する装置である。尚、所定の波長とは、強度を検出しようとする波長を示している。このテラヘルツ波検出装置１は、選択的に所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換する波長フィルター２と、波長フィルターで変換された熱を検出する検出部３とを有している。また、テラヘルツ波検出装置１において、波長フィルター２と検出部３との位置関係は固定されている。従って、例えば、波長フィルター２と検出部３とが一体化されていても良い。

尚、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上、３ＴＨｚ以下の電磁波を言う。

テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２は、テラヘルツ波を吸収するテラヘルツ波吸収層４を有し、複数の孔部５１（貫通孔）を有する金属膜５（金属層）と、を備えている。金属膜５は、テラヘルツ波が入射する入射面５２と、金属膜５を透過したテラヘルツ波が射出する射出面５３とを有しており、複数の孔部５１は入射面５２と射出面５３とを連通して接続するように設けられている。テラヘルツ波吸収層４は、金属膜５のテラヘルツ波の射出側に設けられている。

金属膜５の外形形状は、テラヘルツ波吸収層４の外形形状に対応している。また、金属膜５に形成された各孔部５１は、２次元的に配置され、規則的に並んでいる。各孔部５１の形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、四角形等の多角形、直線状、曲線状、折れ線状等が挙げられる。尚、図示の構成では、孔部５１の形状は、円形であり、以下、孔部５１の条件について、代表的に、孔部５１の形状が円形の場合について説明する。

各孔部５１は、入射面５２の法線方向からの平面視における隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が、波長フィルター２を通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）に応じて設定されている。すなわち、各孔部５１は、入射面５２の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで周期的に配列されて設けられている。隣り合う２つの孔部５１の中心間距離は、通過波長と同一に設定されている。これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く通過させることができ、検出部３により、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。

また、図示の構成では、各孔部５１は、隣り合う２つの孔部５１の中心同士を結ぶ３つの直線５１１で正三角形が形成され、各正三角形が規則的に配列されるように配置されている。すなわち、各孔部５１は、正三角形の格子状に配置されている。

また、各孔部５１は、孔部５１の直径をｄ、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離（孔部５１のピッチ）をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられていることが好ましい。
０．２５≦ｄ／ｓ＜１ ・・・（１）

ｄ／ｓが０．２５よりも小さいと、他の条件によっては、テラヘルツ波が金属膜５を通過することができない。また、ｄ／ｓが１以上であると、隣り合う２つの孔部５１同士が接触または連通してしまう。従って、ｄ／ｓは、０．２５以上、１未満であることがより好ましい。ｄ／ｓは、０．２５以上、０．５以下であることがさらに好ましい。

また、孔部５１の直径ｄは、小さいほど精度が良いので、前記式１を満たす範囲内で、より小さく設定されることが好ましい。

尚、具体的には、孔部５１の直径ｄは、０．１μｍ以上、３ｍｍ未満であることが好ましく、１μｍ以上、３００μｍ未満であることがより好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ未満であることがさらに好ましい。また、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離ｓは、０．１μｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、３００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。

また、金属膜５の厚さ（入射面５２の法線方向の長さ）は、波長フィルター２を通過させるテラヘルツ波の波長以下であることが好ましい。これにより、所定の波長のテラヘルツ波を精度良く検出することができる。

具体的には、金属膜５の厚さは、３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、１０ｎｍ以上、１００μｍ以下であることが特に好ましい。

また、金属膜５の構成材料としては、金属であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、金、金合金、銀、銀合金、ステンレス鋼等が挙げられる。

尚、孔部５１の形状が円形以外の場合は、その孔部５１の最も長い部位の長さが、前記式１の直径ｄに相当する。例えば、孔部５１の形状が楕円形の場合は、長径が直径ｄに相当し、また、孔部５１の形状が多角形の場合は、最も長い対角線が直径ｄに相当する。

テラヘルツ波吸収層４の比誘電率は１０以上５００以下であることが好ましい。これによりテラヘルツ波吸収層４は、波長フィルター２を伝播するテラヘルツ波の波長をより小さくすることができるため、テラヘルツ波検出装置の小型化が可能となる。

テラヘルツ波吸収層４のシート抵抗が、３００Ω／□以下５０Ω／□以上であり、かつ、テラヘルツ波吸収層４の膜厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これによりテラヘルツ波吸収層４は、テラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、そのエネルギーを検出部３に伝えることができる。

テラヘルツ波吸収層４の材料としては、金属合金、シリコン化合物、窒素化合物を用いることができる。金属合金としては、アルミ銅、チタンアルミナイトライド、鉄クロム、ニッケルクロム、アルミマグネシウム合金等を用いることができる。シリコン化合物としては、アルイミシリコン、モリブデンシリコン、タングステンシリコン、チタンシリコン等を用いることができる。これらの材料をテラヘルツ波吸収層４に用いることにより、テラヘルツ波を確実に吸収し熱に変換し、そのエネルギーを確実に検出部３に伝えることができる。

次に、テラヘルツ波検出装置１の作用を説明する。
テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２の金属膜５にテラヘルツ波が入射すると、所定の波長のテラヘルツ波がその金属膜５を通過する。この場合、所定の波長以外のテラヘルツ波の大部分を遮断することができる。また、波長フィルター２においてテラヘルツ波吸収層４によりテラヘルツ波が圧縮され、その波長が短くなり吸収される。これによりテラヘルツ波検出装置の小型化が可能となる。

次に、金属膜５を通過した所定の波長のテラヘルツ波は、テラヘルツ波吸収層４において、熱に変換される。そして、検出部３において、熱に変換されたテラヘルツ波のエネルギーが検出される。この検出結果を示す信号は、例えば、検出部３に接続された図示しないパーソナルコンピューター等の外部装置に送出される。

以上説明したように、このテラヘルツ波検出装置１によれば、波長フィルター２において、テラヘルツ波吸収層４によりテラヘルツ波が圧縮され、その波長が短くなり、これにより波長フィルター２の面積を小さくすることができ、テラヘルツ波検出装置の小型化が可能となる。

さらに、波長フィルター２の面積が小さくなることにより、複数の波長フィルター２を設けた場合に、波長フィルター２同士の間隔を小さくすることができる。すなわち、波長フィルター２に対応して設けた複数の検出部３同士の間隔を小さくすることができ、テラヘルツ波検出装置の解像度を高めることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化したテラヘルツ波検出装置の一実施形態について図２のテラヘルツ波検出装置の構成を示す概略斜視図を用いて説明する。
本実施形態が第１実施形態と異なるところは、波長フィルターに孔部５１の中心間距離が異なる領域を複数配置されている点にある。尚、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように波長フィルター２には破線によって境界が示される第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３、第４の領域２４の４つの領域に区切られている。各領域では、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が互いに異なり、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる。

第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４は、総て同一形状、すなわち四角形をなしており、また、同一の寸法を有している。第１の領域２１は、図２中の右上、第２の領域２２は、図２中の右下、第３の領域２３は、図２中の左上、第４の領域２４は、図２中の左下に、それぞれ配置されている。入射面５２の法線方向からの平面視における隣り合う２つの孔部５１の中心間距離（孔部５１のピッチ）は、第１の領域２１では第１のピッチとしてのｓ１、第２の領域２２では第２のピッチとしてのｓ２、第３の領域２３では第３のピッチとしてのｓ３、第４の領域２４では第４のピッチとしてのｓ４に設定されている。そして、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４の関係となっている。これにより、通過波長は、第４の領域２４、第３の領域２３、第２の領域２２、第１の領域２１の順に長くなっている。

また、波長フィルター２の有するテラヘルツ波吸収層４は、第１の領域２１のテラヘルツ波吸収層４２と、第２の領域２２のテラヘルツ波吸収層４３と、第３の領域２３のテラヘルツ波吸収層４１と、第４の領域２４のテラヘルツ波吸収層４４と、は同一の材料、同一の膜厚であることが好ましい。

尚、第１の領域２１の孔部５１の直径と、第２の領域２２の孔部５１の直径と、第３の領域２３の孔部５１の直径と、第４の領域２４の孔部５１の直径とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。本実施形態では、例えば、同一に設定されている。

また、検出部３は、波長フィルター２の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４を有している。この第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４は、それぞれ、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、４つの所望の波長のテラヘルツ波をそれぞれ検出することができる。

尚、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる領域の数や、単位検出部の数は、検出を行いたいテラヘルツ波の波長の数に応じて設ければ良い。単位検出部の数は、例えば、それぞれ、４つに限らず、２つでもよく、また、３つでもよく、また、５つ以上でもよい。単位検出部の数が多い方が検出する波長の数を多くすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明を具体化したテラヘルツ波検出装置の一実施形態について図３（ａ）のテラヘルツ波検出装置の構成を示す模式平面図と図３（ｂ）の要部概略斜視図を用いて説明する。
本実施形態が第２実施形態と異なるところは、第２実施形態における波長フィルター２が格子状に配置されている点にある。尚、第３実施形態について、前述した第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

尚、図３（ａ）では、波長フィルター２の第１の領域２１と、第２の領域２２と、第３の領域２３と、第４の領域２４との境界を破線により示している。また、実線により、隣り合う２つの単位領域としての画素２５の境界を示す。また、図３（ｂ）には図３（ａ）の破線で丸く囲った部位を拡大して示す。また、図３（ａ）では、孔部５１は省略して図示している。

図３（ａ）に示すように、第３実施形態のテラヘルツ波検出装置１では、波長フィルター２は、２次元的に配置された複数の単位領域としての画素２５を有している。すなわち、各画素２５は、行列状に配置されている。

また、各画素２５は、それぞれ第２実施形態における波長フィルター２に相当している。すなわち、各画素２５は、隣り合う２つの孔部５１の中心間距離が互いに異なり、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を有している。尚、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４の各領域については、第２実施形態と同様であるのでその説明は省略する。

また、検出部３は、波長フィルター２の各画素２５の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部３１、第２の単位検出部３２、第３の単位検出部３３および第４の単位検出部３４を有している。各第１の単位検出部３１、各第２の単位検出部３２、各第３の単位検出部３３および各第４の単位検出部３４は、それぞれ、各画素２５の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素２５のそれぞれにおいて、４つの所定の波長のテラヘルツ波をそれぞれ検出することができる。

本実施形態のテラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２は、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３、第４の領域２４を含む同一の単位領域を複数配列したものを示したが、これに限られない。例えば、各単位領域の中に、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３、第４の領域２４が含まれていれば、単位領域内での各領域の配列は同一でなくても良い。また、単位領域に含まれる各領域の数や、単位検出部の数は、検出を行いたいテラヘルツ波の波長の数に応じて設ければ良く、４つに限られない。例えば、それぞれ、２つでもよく、また、３つでもよく、また、５つ以上でもよい。

尚、本発明では、波長フィルター２の画素２５は、平面上に２次元に配置されたが、１次元的、例えば、直線状に配置されていてもよい。

本実施形態によれば、波長フィルター２は、複数の画素２５を有している。そして、各画素２５において第１の領域２１と第２の領域２２で孔部５１のピッチであるｓ１とｓ２が異なっている。従って、熱に変換される所定のテラヘルツ波の波長が、第１の領域２１と第２の領域２２で異なる。その結果、画素２５毎に複数の所定の波長のテラヘルツ波を精度よく検出することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明を具体化したテラヘルツ波検出装置を用いたイメージング装置の一実施形態について図４〜図６を用いて説明する。図４は、イメージング装置の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、イメージング装置１００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１１を備えている。テラヘルツ波発生装置１１がテラヘルツ波を射出し、対象物１５０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１をさらに備えている。テラヘルツ波検出装置１は画像生成部１２と接続され、画像生成部１２は、テラヘルツ波検出装置１の検出結果に基づいて、対象物１５０の画像、すなわち、画像データを生成する。

テラヘルツ波検出装置１としては、本実施形態では、前記第３実施形態のものを用いる。尚、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

また、テラヘルツ波発生装置１１としては、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波発生方式のもの等が挙げられる。

次に、イメージング装置１００の使用例について説明する。
まず、分光イメージングの対象となる対象物１５０は、３つの物質Ａ、物質Ｂおよび物質Ｃで構成されている。イメージング装置１００は、この対象物１５０の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置１は、対象物１５０を反射したテラヘルツ波を検出することとする。

テラヘルツ波検出装置１の波長フィルター２の各画素２５においては、第１の領域２１および第２の領域２２を使用する。第１の領域２１の通過波長をλ１、第２の領域２２の通過波長をλ２とし、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、前記第１の領域２１の通過波長λ１および第２の領域２２の通過波長λ２が設定されている。

図５は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度をα２と波長λ１の成分の強度をα１とする。図５に示すように、物質Ａにおいては強度α２より強度α１が小さいので差分（α２−α１）は正値となる。物質Ｂにおいては強度α２と強度α１とが略同じなので差分（α２−α１）は零となる。物質Ｃにおいては強度α２より強度α１が大きいので差分（α２−α１）は負値となる。

イメージング装置１００により、対象物１５０の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１５０に照射する。そして、対象物１５０で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１が強度α１および強度α２として検出する。この検出結果は、画像生成部１２に送出される。尚、対象物１５０へのテラヘルツ波の照射および対象物１５０で反射したテラヘルツ波の検出は対象物１５０の全体に対して行なわれる。

画像生成部１２は、テラヘルツ波検出装置１の検出結果に基づいて差分（α２−α１）を求める。つまり、波長フィルター２の第２の領域２２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２を入力する。さらに、第１の領域２１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度α１を入力する。次に、画像生成部１２は差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、差分（α２−α１）が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。

図６は、画像生成部が算出した画像データを説明するための模式図である。図６に示すように、画像生成部１２は対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは画像生成部１２から図示しないモニターに送出される。そして、モニターには対象物１５０の物質Ａ、物質Ｂおよび物質Ｃの分布を示す画像が表示される。このとき、例えば、対象物１５０の物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１００では、以上のように、対象物１５０を構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。

尚、イメージング装置１００の用途は、前記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像生成部１２において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。

本実施形態によれば、波長フィルター２において、金属膜５よりテラヘルツ波吸収層４に入射したテラヘルツ波は圧縮され、テラヘルツ吸収がない場合よりも、その波長が短くなる。従って、テラヘルツ波の波長フィルター２を従来よりも小型にすることが可能になる。その結果、イメージング装置１００を小型にすることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明を具体化したテラヘルツ波検出装置を用いた計測装置の一実施形態について図７を用いて説明する。図７は、計測装置の構成を示すブロック図である。以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図７に示すように、計測装置２００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１１を備えている。そして、テラヘルツ波発生装置１１は対象物１６０にテラヘルツ波を射出する。さらに、計測装置２００は、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１を備えている。テラヘルツ波検出装置１は計測部１３と接続され、計測部１３はテラヘルツ波検出装置１の検出結果に基づいて対象物１６０を計測する。

テラヘルツ波検出装置１としては、本実施形態では、前記第３実施形態のものを用いる。尚、前述の実施形態と同様の構成については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

また、テラヘルツ波発生装置１１としては、例えば、量子カスケードレーザー、光伝導アンテナと短パルスレーザーを用いた方式、非線形光学結晶を用いた差周波発生方式のもの等が挙げられる。

次に、計測装置２００の使用例について説明する。
計測装置２００は対象物１６０の分光計測を行うことが可能となっている。まず、テラヘルツ波発生装置１１がテラヘルツ波を発生させて、そのテラヘルツ波を対象物１６０に照射する。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１が検出する。テラヘルツ波検出装置１は検出結果を計測部１３に送出する。尚、この対象物１６０へのテラヘルツ波の照射は対象物１６０の全体に対して行う。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波の検出についても対象物１６０の全体に対して行う。

計測部１３は検出結果を入力し、波長フィルター２の第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握する。次に、計測部１３は対象物１６０の成分およびその分布の分析等を行う。

本実施形態によれば、波長フィルター２において、金属膜５よりテラヘルツ波吸収層４に入射したテラヘルツ波は圧縮され、テラヘルツ吸収がない場合よりも、その波長が短くなる。従って、テラヘルツ波の波長フィルター２を従来よりも小型にすることが可能になる。その結果、計測装置２００を小型にすることができる。

以上、本発明のテラヘルツ波検出装置、イメージング装置および計測装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１…テラヘルツ波検出装置 ２…波長フィルター ２１…第１の領域 ２２…第２の領域 ２３…第３の領域 ２４…第４の領域 ２５…画素 ３…検出部 ３１…第１の単位検出部 ３２…第２の単位検出部 ３３…第３の単位検出部 ３４…第４の単位検出部 ４…テラヘルツ波吸収層 ５…金属膜 ５１…孔部 ５１１…直線 ５２…入射面 ５３…射出面 １１…テラヘルツ波発生装置 １２…画像生成部 １３…計測部 １００…イメージング装置 １５０，１６０…対象物 ２００…計測装置。

Claims (14)

1. 所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換する波長フィルターと、
   前記波長フィルターで変換された熱を検出する検出部と、を備え、
   前記波長フィルターは、テラヘルツ波が入射する入射面と前記入射面に対向する面とを連通する複数の孔部を有する金属層と、
   前記金属層の前記入射面に対向する面に接して設けられ、かつ前記検出部においてテラヘルツ波の入射方向の面に接して設けられ、かつ前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を有し、
   前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
2. 前記テラヘルツ波吸収層の材料の比誘電率が１０以上５００以下であることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
3. 前記テラヘルツ波吸収層の材料のシート抵抗が、３００Ω／□以下５０Ω／□以上であり、かつ、前記テラヘルツ波吸収層の膜厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
4. 前記テラヘルツ波吸収層の材料は、金属合金材料であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
5. 前記テラヘルツ波吸収層の材料は、シリコン化合物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
6. 前記テラヘルツ波吸収層の材料は、窒素化合物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
7. 前記孔部の前記入射面の法線方向からの平面視での形状は、円形であり、
   前記孔部は、前記円形の直径をｄ、前記入射面の法線方向からの平面視における隣り合う２つの前記孔部の前記円形の中心間距離をｓとしたとき、下記式１を満足するよう設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
   ０．２５≦ｄ／ｓ＜１ ・・・（１）
8. 前記金属層の前記入射面の法線方向に沿った厚さは、前記所定の波長以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
9. 前記隣り合う２つの前記孔部の前記所定のピッチは、前記所定の波長と同一の長さであることを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツ波検出装置。
10. 前記波長フィルターは、
    前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、
    前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
11. 前記波長フィルターは、複数の単位領域を有しており、
    前記複数の単位領域は、それぞれ、前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第１のピッチで設けられる第１の領域と、
    前記複数の孔部が前記入射面の法線に垂直な方向に沿って第２のピッチで設けられる第２の領域と、を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置。
12. 前記検出部は、前記波長フィルターの前記第１の領域および前記第２の領域に対応してそれぞれ設けられ、当該領域を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する複数の単位検出部を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載のテラヘルツ波検出装置。
13. テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
    前記テラヘルツ波発生装置から射出して対象物を透過または反射した前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
    前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、
    前記テラヘルツ波検出装置は、
    所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
    前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
    前記波長フィルターは、
    前記テラヘルツ波発生装置から射出した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が射出する射出面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
    前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を備え、
    前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とするイメージング装置。
14. テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
    前記テラヘルツ波発生装置から射出して対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
    前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
    前記テラヘルツ波検出装置は、
    所定の波長のテラヘルツ波を通過させる波長フィルターと、
    前記波長フィルターを通過した前記所定の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部と、を備え、
    前記波長フィルターは、
    前記テラヘルツ波発生装置から射出した前記テラヘルツ波が入射する入射面と前記所定の波長のテラヘルツ波が射出する射出面とを連通する、複数の孔部を有する金属層と、
    前記テラヘルツ波を吸収する材料を含むテラヘルツ波吸収層と、を備え、
    前記複数の孔部は、前記入射面の法線に垂直な方向に沿って所定のピッチで設けられていることを特徴とする計測装置。

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