JP6614684B2 - 電磁波検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を検出する電磁波検出装置の技術分野に関する。

この種の装置で用いられる検出素子の一例として、特許文献１には、ショットキーバリアダイオードを備える検出素子が開示されている。特許文献１には、該検出素子の動作例として、検出素子にバイアス電圧が印加された状態で、赤外光（波長１０．６μｍ）が照射されると、直流出力が得られることが開示されている。

特開平９−１６２４２４号公報

検出素子は、動作温度によって最適なバイアス電圧が変化する。しかしながら、特許文献１には、バイアス電圧をどのように設定するかは開示されていない。バイアス電圧を常に固定値としてしまうと、動作温度によっては正しい検出結果を得られない可能性がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化の影響を抑制することができる電磁波検出装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の電磁波検出装置は、上記課題を解決するために、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、前記検出素子に前記電磁波が入射していないときに前記検出素子に印加することで、前記検出素子に所定電流値の基準電流を発生させる印加電圧の電圧値を保持する電圧保持部と、前記電磁波の検出時に、前記電圧保持部に保持された電圧値に基づいて設定されたバイアス電圧を前記検出素子に印加する印加回路と、前記検出素子に発生する電流の電流値と、前記所定電流値との差分を算出する算出部と、を備える。

本発明の第２の電磁波検出装置は、上記課題を解決するために、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、前記検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、前記電磁波が入射しない基準素子と、前記基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として前記検出素子に印加する印加回路と、前記電磁波の検出時に、前記検出素子に発生する電流の電流値と、前記所定電流値との差分を算出する算出部と、を備える。

本発明の第３の電磁波検出装置は、上記課題を解決するために、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、前記検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、前記電磁波が入射しない基準素子と、前記基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として前記検出素子に印加する印加回路と、（ｉ）前記電磁波の検出時に、前記検出素子に発生する電流の電流値と、（ｉｉ）前記電磁波が入射していないときに前記検出素子に発生した電流の電流値と、の差分を算出する算出部と、を備える。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

電圧電流特性の一例を、ショットキーバリアダイオードに入射するテラヘルツ波の強度毎に示す図である。 ショットキーバリアダイオードの電圧電流特性の温度変化の一例を示す図である。 ショットキーバリアダイオードを用いたテラヘルツ波の強度検出方法を示す概念図である。 第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第１実施例に係る差電圧検出部の一例を示す図である。 第２実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第２実施例の第１変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第２実施例の第２変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第２実施例の第３変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第３実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る電磁波検出装置は、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、該検出素子に電磁波が入射していないときに検出素子に印加することで、検出素子に所定電流値の基準電流を発生させる印加電圧の電圧値を保持する電圧保持部と、入射する電磁波の検出時に、電圧保持部に保持された電圧値に基づいて設定されたバイアス電圧を検出素子に印加する印加回路と、検出素子に発生する電流の電流値と、所定電流値との差分を算出する算出部と、を備える。ここで、電磁波の一例としては、テラヘルツ波やミリ波が挙げられる。検出素子の一例としては、ショットキーバリアダイオードが挙げられる。

検出素子に電磁波が入射すると、該入射した電磁波の強度に応じた電流が該検出素子に発生する。このため、単純には、発生した電流を検出し、その電流値から電磁波の強度を求めることができる。しかしながら、検出感度を向上させることが困難である。検出感度を向上させるために、検出素子にバイアス電圧を印加することが考えられる。このとき、バイアス電圧を固定値としてしまうと、検出素子の動作温度が変化した場合にバイアス電圧に起因して検出素子に発生する電流が変化する。このため、検出素子の動作温度によっては正しい検出結果が得られないおそれがある。

そこで本実施形態では、電圧保持部により、検出素子に電磁波が入射していないときに検出素子に印加することで、検出素子に所定電流値の基準電流を発生させる印加電圧の電圧値を予め保持しておき、印加回路により、電圧保持部に保持された電圧値に基づいて設定されたバイアス電圧が検出素子に印加される。つまり、本実施形態では、バイアス電圧に起因して検出素子に発生する基準電流が所定電流値となるように、バイアス電圧が可変値として設定されている。このため、検出素子の動作温度に依らずに、該検出素子に所定電流値の基準電流を発生させることができる。

電磁波の検出時に検出素子に発生する電流の電流値と所定電流値との差分は、検出素子に入射した電磁波に起因して該検出素子に発生した電流の電流値に相当する。所定電流値は、検出素子の動作温度の変化の影響を殆ど又は全く受けないので、当該電磁波検出装置は、検出結果に対する温度変化の影響を抑制することができる。

第１実施形態に係る電磁波検出装置の一態様では、電圧保持部の接続先を切り換える切り換え部を備え、該切り換え部は、検出素子に電磁波が入射していないときに、電圧保持部と検出素子を電気的に接続し、且つ、入射する電磁波の検出時に、電圧保持部と印加回路を電気的に接続する。この態様によれば、一の検出素子のみを使用して、該検出素子に適切なバイアス電圧を設定して印加することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る電磁波検出装置は、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、該検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、電磁波が入射しない基準素子と、該基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として検出素子に印加する印加回路と、電磁波の検出時に、検出素子に発生する電流の電流値と、所定電流値との差分を算出する算出部と、を備える。ここで、電磁波の一例としては、テラヘルツ波やミリ波が挙げられる。検出素子の一例としては、ショットキーバリアダイオードが挙げられる。

当該電磁波検出装置も、上述した第１実施形態に係る電磁波検出装置と同様に、検出結果に対する温度変化の影響を抑制することができる。「電気的特性が等価」とは、電気的特性が全く等しい場合に限らず、電気的特性が等しいと実践上みなせる程度に、電気的特性が互いに近い場合も含む概念である。「電磁波が入射しない基準素子」とは、当該電磁波検出装置による電磁波の検出時においても、基準素子に電磁波が入射しないことを意味する。

第２実施形態に係る電磁波検出装置の一態様では、基準素子は、検出素子が置かれた熱的環境と近い熱的環境に置かれ、且つ電磁波を遮断するシールド内に配置されている。この態様によれば、基準素子を電磁波から遮蔽し、電磁波の検出中においても検出素子に適切なバイアス電圧を印加することができる。

第２実施形態に係る電磁波検出装置の他の態様では、当該電磁波検出装置は、検出素子を複数備え、印加回路は、基準素子に基準電流が発生する電圧を、バイアス電圧として、複数の検出素子各々に印加する。この態様によれば、電磁波の検出範囲を拡張することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る電磁波検出装置は、入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、該検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、電磁波が入射しない基準素子と、該基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として検出素子に印加する印加回路と、（ｉ）電磁波の検出時に、検出素子に発生する電流の電流値と、（ｉｉ）電磁波が入射していないときに検出素子に発生した電流の電流値と、の差分を算出する算出部と、を備える。ここで、電磁波の一例としては、テラヘルツ波やミリ波が挙げられる。検出素子の一例としては、ショットキーバリアダイオードが挙げられる。

当該電磁波検出装置も、上述した第２実施形態に係る電磁波検出装置と同様に、検出結果に対する温度変化の影響を抑制することができる。さらに基準素子と検出素子の電気的特性に微小な特性差が存在する場合においても、該特性差が電磁波強度検出の精度に与える影響を抑制することができる。

第３実施形態に係る電磁波検出装置の一態様では、基準素子は、検出素子が置かれた熱的環境と近い熱的環境に置かれ、且つ電磁波を遮断するシールド内に配置されている。この態様によれば、基準素子を電磁波から遮蔽し、電磁波の検出中においても検出素子に適切なバイアス電圧を印加することができる。

第３実施形態に係る電磁波検出装置の他の態様では、検出素子を複数備え、印加回路は、基準素子に基準電流が発生する電圧を、バイアス電圧として、複数の検出素子各々に印加し、算出部は、（ｉ）電磁波の検出時に、検出素子に発生する電流の電流値と、（ｉｉ）電磁波が入射していないときに検出素子に発生した電流の電流値と、の差分を複数の検出素子の各々について算出する。この態様によれば、電磁波の検出範囲を拡張することができる。

本発明の電磁波検出装置に係る実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例では、本発明に係る「電磁波検出装置」の一例として「テラヘルツ波強度検出装置」を挙げる。本発明に係る「電磁波」の一例として「テラヘルツ波」を挙げる。

＜第１実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置に係る第１実施例について、図１乃至図５を参照して説明する。第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１では、テラヘルツ波の検出素子として、ショットキーバリアダイオードが用いられている。

（ショットキーバリアダイオード）
先ず、ショットキーバリアダイオードの特徴、及びショットキーバリアダイオードを用いたテラヘルツ波の強度検出方法各々の概要について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、電圧電流特性の一例を、ショットキーバリアダイオードに入射するテラヘルツ波の強度毎に示す図である。図２は、ショットキーバリアダイオードの電圧電流特性の温度変化の一例を示す図である。図３は、ショットキーバリアダイオードを用いたテラヘルツ波の強度検出方法を示す概念図である。

図１に示すように、ショットキーバリアダイオードに入射するテラヘルツ波の強度が弱くなる程、該ショットキーバリアダイオードに発生する電流も小さくなる。特に、ショットキーバリアダイオードにバイアス電圧が印加されていない場合（図１において電圧０を示す破線参照）、入射するテラヘルツ波の強度が弱くなると、ショットキーバリアダイオードに発生する電流が０に近づき、テラヘルツ波の強度検出ができなくなる。

ショットキーバリアダイオードにバイアス電圧を印加すれば、該ショットキーバリアダイオードに入射するテラヘルツ波の強度が弱くても、検出可能な程度の電流をショットキーバリアダイオードに発生させることができる（図１において電圧Ｖを示す破線参照）。

しかしながら、図２に示すように、ショットキーバリアダイオードの電圧電流特性は、温度依存性を有している。このため、バイアス電圧を固定値としてしまうと、ショットキーバリアダイオードにテラヘルツ波が入射していなくても、温度変化に起因して、該ショットキーバリアダイオードに発生する電流が変化してしまう（電圧Ｖ並びに電流Ｉ１、Ｉ２及びＩ３参照）。

ここで、テラヘルツ波の強度検出方法について、図３を参照して説明する。ショットキーバリアダイオードにバイアス電圧として電圧Ｖｆが印加され、ショットキーバリアダイオードにテラヘルツ波が入射していない場合に該ショットキーバリアダイオードに発生する電流を電流Ｉｆとする。

ショットキーバリアダイオードにテラヘルツ波が入射した場合に該ショットキーバリアダイオードに発生する電流が電流Ｉｔｓであるとすると、電流Ｉｔｓと電流Ｉｆとの差分Ｉｓｉｇが、テラヘルツ波に起因して増加した電流となる。上述の如く、ショットキーバリアダイオードに入射するテラヘルツ波の強度に応じて、該ショットキーバリアダイオードに流れる電流も変化する。このため、電流Ｉｔｓと電流Ｉｆとの差分Ｉｓｉｇから、テラヘルツ波の強度を検出することができる。

図２に示すように、テラヘルツ波が入射していない場合にショットキーバリアダイオードに発生する電流が、温度変化に起因して変化してしまうと、テラヘルツ波の強度を正しく検出することができなくなる。

尚、本実施例に係る「電圧Ｖｆ」は、ショットキーバリアダイオードの両端に印加する順方向電圧であって、ショットキーバリアダイオードをオンさせる電圧、すなわちショットキーバリアダイオードの順方向電流が、急激に増加しはじめる電圧である。さらに詳しくは、「電圧Ｖｆ」は、ショットキーバリアダイオードにテラヘルツ波が入射していない場合において、該ショットキーバリアダイオードに順方向の小電流である電流Ｉｆを流すために、該ショットキーバリアダイオードの両端に印加すべき順方向電圧を意味する。

（テラヘルツ波強度検出装置）
本実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１は、テラヘルツ波が入射していない場合に、検出素子としてのショットキーバリアダイオードに発生する電流が、温度変化の影響を受けないように構成されている。

テラヘルツ波強度検出装置１は、図４に示す回路を有している。図４において、“Ｄ１”は、検出素子としてのショットキーバリアダイオードであり、“Ｃ１”はコンデンサであり、“ＯＡ１”はオペアンプであり、“ＢＡ１”及び“ＢＡ２”はバッファアンプであり、“ＳＷ１”及び“ＳＷ２”はスイッチである。

当該テラヘルツ波強度検出装置１では、少なくともテラヘルツ波の測定前に、ショットキーバリアダイオードＤ１にテラヘルツ波が入射していないときに、該ショットキーバリアダイオードＤ１に所定電流値Ｉｆ（固定値）が発生するようにバイアス電圧が設定（又は調整）される。

具体的には、図４（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１において端子１ａが選択され、スイッチＳＷ２において端子２ａが選択される。ショットキーバリアダイオードＤ１にテラヘルツ波が入射していない状態で、所定電流値ＩｆがショットキーバリアダイオードＤ１に発生する電圧Ｖｆ（可変値）が、該ショットキーバリアダイオードＤ１に印加されるように、直流電源の正極の電位が“Ｖ１”に設定される。ここで、電位Ｖ１は、抵抗値をＲ１として、“Ｖ１＝Ｉｆ×Ｒ１＋Ｖｆ”と表せる。このとき、スイッチＳＷ２において端子２ａが選択されているので、コンデンサＣ１の極板間の電位差（電圧）は“Ｖｆ”となる。

テラヘルツ波の測定時には、図４（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１において端子１ｂが選択され、スイッチＳＷ２において端子２ｂが選択される。この結果、オペアンプＯＡ１のマイナスの入力端子と、オペアンプＯＡ１の出力端子とが電気的に接続される（即ち、仮想接地）。このため、オペアンプＯＡ１のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ１のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位となる。ここで、コンデンサＣ１の極板間の電位差は“Ｖｆ”であるので、電位Ｖ＋及び電位Ｖ−は共に“Ｖｆ”となる。従って、ショットキーバリアダイオードＤ１には、電圧Ｖｆがバイアス電圧として印加される。

ショットキーバリアダイオードＤ１にテラヘルツ波が入射したときに該ショットキーバリアダイオードＤ１に発生する電流を“Ｉｔｓ”とすると、オペアンプＯＡ１の出力端子の電位Ｖ２は、“Ｖ２＝Ｉｔｓ×Ｒ１＋Ｖｆ”と表せる。差電圧検出部のプラスの入力端子の電位は“Ｖ２”であり、差電圧検出部のマイナスの入力端子の電位は“Ｖ１”である。そして、差電圧検出部からは、“Ｖ２−Ｖ１＝Ｉｔｓ×Ｒ１＋Ｖｆ−（Ｉｆ×Ｒ１＋Ｖｆ）＝Ｉｔｓ×Ｒ１−Ｉｆ×Ｒ１＝Ｉｓｉｇ×Ｒ１”を示す信号が出力される。抵抗値Ｒ１は既知であるので、差電圧検出部の出力から、ショットキーバリアダイオードＤ１に入射したテラヘルツ波の強度が検出されることとなる。

（技術的効果）
テラヘルツ波の測定前（更には測定中）に、図４（ａ）に示す状態と図４（ｂ）に示す状態とが切り換えられることによって、ショットキーバリアダイオードＤ１に適切なバイアス電圧を印加することができる。この結果、テラヘルツ波が入射していないときにショットキーバリアダイオードＤ１に発生する電流を、所定電流値Ｉｆとすることができる。従って、当該テラヘルツ波強度検出装置１の検出結果に対する温度変化の影響を抑制することができる。

実施例に係る「ショットキーバリアダイオードＤ１」、「コンデンサＣ１」、「オペアンプＯＡ１」「スイッチＳＷ２」及び「差電圧検出部」は、夫々、本発明に係る「検出素子」、「電圧保持部」、「印加回路」、「切り換え部」及び「算出部」の一例である。

＜第２実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置の第２実施例について、図６を参照して説明する。第２実施例では、テラヘルツ波強度検出装置の構成の一部が異なっている以外は、上述した第１実施例と同様である。よって、第２実施例について、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ図６を参照して説明する。図６は、第２実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

（テラヘルツ波強度検出装置）
テラヘルツ波強度検出装置２は、図６に示す回路を有している。図６において、“Ｄ２”はショットキーバリアダイオードであり、“Ｄ３”は検出素子としてのショットキーバリアダイオードであり、“ＯＡ２”はオペアンプである。ショットキーバリアダイオードＤ２は、テラヘルツ波を遮蔽する導電体からなるシールドにより覆われている。

本実施例では特に、ショットキーバリアダイオードＤ２の電気的特性と、ショットキーバリアダイオードＤ３の電気的特性とは等価である。加えて、ショットキーバリアダイオードＤ２は、ショットキーバリアダイオードＤ３が置かれた熱的環境と近い熱的環境に置かれる。

当該テラヘルツ波強度検出装置２では、テラヘルツ波の測定中に、ショットキーバリアダイオードＤ２に所定電流値Ｉｆが発生するようにバイアス電圧として電圧Ｖｆが印加される。具体的には、直流電源の正極とオペアンプＯＡ２のプラスの入力端子間の抵抗値を“Ｒ２”として、直流電源の正極の電位が“Ｖ１＝Ｉｆ×Ｒ２＋Ｖｆ”に設定される。

図６に示すように、オペアンプＯＡ２のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ２の出力端子とが電気的に接続されているので、オペアンプＯＡ２のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ２のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位となる。そして、電位Ｖ＋は“Ｖｆ”であるので、電位Ｖ−も“Ｖｆ”となる。

従って、検出素子としての、ショットキーバリアダイオードＤ３には、電圧Ｖｆがバイアス電圧として印加される。ショットキーバリアダイオードＤ３の電気的特性は、上述の如く、ショットキーバリアダイオードＤ２の電気的特性と等価であるので、テラヘルツ波が入射していないときにショットキーバリアダイオードＤ３には所定電流値Ｉｆが発生する。

ショットキーバリアダイオードＤ３にテラヘルツ波が入射したときに該ショットキーバリアダイオードＤ３に発生する電流を“Ｉｔｓ”、オペアンプＯＡ２の出力端子とオペアンプＯＡ２のマイナスの入力端子との間の抵抗値を“Ｒ２”とする。オペアンプＯＡ２の出力端子の電位Ｖ２は、“Ｖ２＝Ｉｔｓ×Ｒ２＋Ｖｆ”と表せる。差電圧検出部のプラスの入力端子の電位は“Ｖ２”であり、差電圧検出部のマイナスの入力端子の電位は“Ｖ１”である。

（技術的効果）
本実施例では特に、テラヘルツ波が入射していないときにショットキーバリアダイオードＤ３に発生する電流を、常に所定電流値Ｉｆとすることができる。従って、当該テラヘルツ波強度検出装置２の検出結果に対する温度変化の影響を抑制することができる。

実施例に係る「ショットキーバリアダイオードＤ３」および「オペアンプＯＡ２」は、本発明に係る「検出素子」および「印加回路」の他の例である。実施例に係る「ショットキーバリアダイオードＤ２」は、本発明に係る「基準素子」の一例である。

＜第１変形例＞
第２実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の第１変形例について、図７を参照して説明する。図７は、第２実施例の第１変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

（テラヘルツ波強度検出装置）
テラヘルツ波強度検出装置３は、図７に示す回路を有している。図７において、“ＯＡ３”及び“ＯＡ４”はオペアンプである。当該テラヘルツ波強度検出装置３では、直流電源の正極とオペアンプＯＡ４のマイナスの入力端子との間の抵抗値を“Ｒ２”として、直流電源の正極の電位が“Ｖ３＝Ｉｆ×Ｒ２”に設定される。

図７に示すように、オペアンプＯＡ４のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ４の出力端子とが電気的に接続されているので、オペアンプＯＡ４のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ４のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位（ここでは、グランド電位）となる。

図７に示すように、オペアンプＯＡ４のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ４の出力端子との間には、ショットキーバリアダイオードＤ２が配置されており、該ショットキーバリアダイオードＤ２には、所定電流値Ｉｆが流れる。従って、ショットキーバリアダイオードＤ２には、所定電流値Ｉｆが発生する電圧Ｖｆがバイアス電圧として印加していることとなる。

上述の如く、オペアンプＯＡ４のマイナスの入力端子の電位Ｖ−（即ち、ショットキーバリアダイオードＤ２のアノード側の電位Ｖ１）は、グランド電位であるので、オペアンプＯＡ４の出力端子の電位Ｖ４（言い換えれば、ショットキーバリアダイオードＤ２のカソード側の電位）は、“−Ｖｆ”となる。従って、ショットキーバリアダイオードＤ３のカソード側の電位も“−Ｖｆ”となる。

図７に示すように、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ３の出力端子とが電気的に接続されているので、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ３のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位となる。ここで、オペアンプＯＡ３のプラスの入力端子の電位Ｖ＋は、ショットキーバリアダイオードＤ２のアノード側の電位Ｖ１と等しいので、グランド電位である。この結果、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子の電位Ｖ−、言い換えれば、ショットキーバリアダイオードＤ３のアノード側の電位Ｖ２もグランド電位となる。つまり、ショットキーバリアダイオードＤ３には、電圧Ｖｆがバイアス電圧として印加されている。

ショットキーバリアダイオードＤ３にテラヘルツ波が入射すると、ショットキーバリアダイオードＤ３には電流Ｉｔｓ（Ｉｔｓ＞Ｉｆ）が発生する。このとき、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ３の出力端子との間の抵抗（抵抗値Ｒ３）に流れる電流は、キルヒホッフの法則により、“Ｉｔｓ−Ｉｆ”となり、図７に示す回路の出力電圧は“（Ｉｔｓ−Ｉｆ）×Ｒ３＝Ｉｓｉｇ×Ｒ３”となる。

＜第２変形例＞
第２実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の第２変形例について、図８を参照して説明する。図８は、第２実施例の第２変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

上述した第２実施例の第１変形例では、テラヘルツ波の検出は、ショットキーバリアダイオードＤ３のみで行わる。本変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置４は、図８に示すように、検出素子としてのショットキーバリアダイオードを複数個備えている。

＜第３変形例＞
第２実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の第３変形例について、図９を参照して説明する。図９は、第２実施例の第３変形例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

（テラヘルツ波強度検出装置）
テラヘルツ波強度検出装置５は、図９に示す回路を有している。図９において、“ＯＡ３”及び“ＯＡ５”はオペアンプである。当該テラヘルツ波強度検出装置５では、オペアンプＯＡ５のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ５の出力端子とが電気的に接続されているので、オペアンプＯＡ５のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ５のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位（ここでは、グランド電位）となる。

また、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ３の出力端子とが電気的に接続されているので、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と、オペアンプＯＡ３のプラスの入力端子の電位Ｖ＋とが同電位となる。ここで、オペアンプＯＡ３のプラスの入力端子の電位Ｖ＋は、オペアンプＯＡ５のマイナスの入力端子の電位Ｖ−と等しいので、オペアンプＯＡ３のプラスの入力端子の電位Ｖ＋はグランド電位である。従って、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子の電位Ｖ−もグランド電位となる。

図７に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ２及びＤ３は、電気的に直列に接続されており、ショットキーバリアダイオードＤ３にテラヘルツ波が入射していない場合には、ショットキーバリアダイオードＤ２及びＤ３には同一の電流が流れる。このため、ショットキーバリアダイオードＤ２のカソード側の電位Ｖ４の、ショットキーバリアダイオードＤ３のアノード側の電位Ｖ３との関係は、“Ｖ４＝−Ｖ３”となる（ショットキーバリアダイオードＤ２の電気的特性と、ショットキーバリアダイオードＤ３の電気的特性とは等価であるので）。

オペアンプＯＡ５のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ５の出力端子との間の抵抗の抵抗値を“Ｒ２”とし、該抵抗に流れる電流値を“Ｉｒ”とすると、オペアンプＯＡ５の出力端子の電位Ｖ３（即ち、ショットキーバリアダイオードＤ３のアノード側の電位Ｖ３）は、“Ｖ３＝Ｉｒ×Ｒ２”となる。また、ショットキーバリアダイオードＤ２のカソード側の電位Ｖ４は、“Ｖ４＝−Ｖ３＝−Ｉｒ×Ｒ２”となる。

ショットキーバリアダイオードＤ２（更に、テラヘルツ波が入射していない場合のショットキーバリアダイオードＤ３）に発生する電流を所定電流値Ｉｆとする必要がある。ショットキーバリアダイオードＤ２に発生する電流が所定電流値Ｉｆである場合、ショットキーバリアダイオードＤ２のアノード及びカソード間の電位差は“Ｖｆ”となる。この結果、電位Ｖ４＝−Ｖｆとなり、電位Ｖ３＝Ｖｆとなる。従って、ショットキーバリアダイオードＤ３には、バイアス電圧として、電圧Ｖｆが印加される。

当該テラヘルツ波強度検出装置５では、少なくともテラヘルツ波の測定前に、ショットキーバリアダイオードＤ２に発生する電流が所定電流値Ｉｆとなるように、電流値Ｉ１が制御される。

ショットキーバリアダイオードＤ３にテラヘルツ波が入射すると、ショットキーバリアダイオードＤ３には電流Ｉｔｓ（Ｉｔｓ＞Ｉｆ）が発生する。このとき、オペアンプＯＡ３のマイナスの入力端子とオペアンプＯＡ３の出力端子との間の抵抗（抵抗値Ｒ３）に流れる電流は、キルヒホッフの法則により、“Ｉｔｓ−Ｉｆ”となり、図９に示す回路の出力電圧は“（Ｉｔｓ−Ｉｆ）×Ｒ３＝Ｉｓｉｇ×Ｒ３”となる。

＜第３実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置の第３実施例について、図１０を参照して説明する。第３実施例では、テラヘルツ波強度検出装置の構成の一部が異なっている以外は、上述した第２実施例と同様である。よって、第３実施例について、第２実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ図１０を参照して説明する。図１０は、第３実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。

（テラヘルツ波強度検出装置）
上述した第２実施例の第１変形例であるテラヘルツ波強度検出装置３は、テラヘルツ波の検出時に、オペアンプＯＡ３が、検出素子であるショットキーバリアダイオードＤ３に流れる電流Ｉｔｓと、基準素子であるショットキーバリアダイオードＤ２に流れる所定電流値Ｉｆとの差分に相当する電圧を出力する。ここで、ショットキーバリアダイオードＤ２の電気的特性と、ショットキーバリアダイオードＤ３の電気的特性とは等価はであるが、両者に微小な特性差が存在すればテラヘルツ波強度の検出精度に影響することになる。そこで、本実施例のテラヘルツ波強度検出装置６は、テラヘルツ波の検出を開始する前に、テラヘルツ波が入射していないときのショットキーバリアダイオードＤ３に生じる電流Ｉｆ１の値を記憶しておき、テラヘルツ波を検出する際には、記憶しておいた電流Ｉｆ１と、ショットキーバリアダイオードＤ３に流れる電流Ｉｔｓ１との差分を演算して出力するように構成される。

テラヘルツ波強度検出装置６は、第１変形例のオペアンプＯＡ３に変えて、ＡＤコンバータやメモリなどを含む演算部１を備える。また、ショットキーバリアダイオードＤ３に流れる電流を測定するための電流計Ａ１が、ショットキーバリアダイオードＤ３と直列に挿入されている。電流計Ａ１は、内部抵抗の低いものが望ましく電子回路等で構成されてもよい。

電流計Ａ１は、テラヘルツ波が入射していないときのショットキーバリアダイオードＤ３に生じる電流Ｉｆ１、及びテラヘルツ波の検出時にショットキーバリアダイオードＤ３に流れる電流Ｉｔｓ１各々に対応する電圧を、演算部１に対して出力する。演算部１は、電流計Ａ１から出力された電圧をＡＤ変換し、電流Ｉｆ１の情報をメモリに記憶するとともに、電流Ｉｔｓ１の情報を取得した後に、電流Ｉｆ１および電流Ｉｔｓ１との差分を算出し、テラヘルツ波強度に対応する情報として出力する。

更に、本実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置６は、図１０に示すように、検出素子としてのショットキーバリアダイオード、電流計、及び演算部を複数個備え、検出素子毎に、テラヘルツ波の検出時に発生する電流の電流値と、テラヘルツ波が入射していないときに発生した電流の電流値との差分を、各検出素子におけるテラヘルツ波強度の検出値として出力する。

（技術的効果）
本実施例では特に、各ショットキーバリアダイオードの電気的特性に微小な特性差が存在する場合においても、該特性差がテラヘルツ波強度検出の精度に与える影響を抑制することができる。

本実施例に係る「演算部１」は、本発明に係る「算出部」の他の例である。

上述した実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置は、いずれもテラヘルツ波の強度を検出するものであったが、ミリ波の強度を検出するものとしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電磁波検出装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、２、３、４、５、６…テラヘルツ波強度検出装置
Ｃ１…コンデンサ（電圧保持部）
Ｄ１、Ｄ３…ショットキーバリアダイオード（検出素子）
Ｄ２…ショットキーバリアダイオード（基準素子）
ＯＡ１、ＯＡ２、ＯＡ４、ＯＡ５…オペアンプ（印加回路）
ＳＷ２…スイッチ（切り換え部）

Claims (11)

1. 入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、
   前記検出素子に前記電磁波が入射していないときに前記検出素子に印加することで、前記検出素子に所定電流値の基準電流を発生させる印加電圧の電圧値を保持する電圧保持部と、
   前記電磁波の検出時に、前記電圧保持部に保持された電圧値に基づいて設定されたバイアス電圧を前記検出素子に印加する印加回路と、
   前記検出素子に発生する電流の電流値と、前記所定電流値との差分を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とする電磁波検出装置。
2. 前記電圧保持部の接続先を切り換える切り換え部を備え、
   前記切り換え部は、前記検出素子に前記電磁波が入射していないときに、前記電圧保持部と前記検出素子を電気的に接続し、且つ、前記電磁波の検出時に、前記電圧保持部と前記印加回路を電気的に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
3. 前記電磁波は、テラヘルツ波又はミリ波であり、
   前記検出素子は、ショットキーバリアダイオードである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出装置。
4. 入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、
   前記検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、前記電磁波が入射しない基準素子と、
   前記基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として前記検出素子に印加する印加回路と、
   前記電磁波の検出時に、前記検出素子に発生する電流の電流値と、前記所定電流値との差分を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とする電磁波検出装置。
5. 前記基準素子は、前記検出素子が置かれた熱的環境と近い熱的環境に置かれ、且つ前記電磁波を遮断するシールド内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電磁波検出装置。
6. 前記検出素子を複数備え、
   前記印加回路は、前記基準素子に前記基準電流が発生する電圧を、バイアス電圧として、前記複数の検出素子各々に印加する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電磁波検出装置。
7. 前記電磁波は、テラヘルツ波又はミリ波であり、
   前記検出素子は、ショットキーバリアダイオードである
   ことを特徴とする請求項４に記載の電磁波検出装置。
8. 入射する電磁波の強度に応じた電流を発生する検出素子と、
   前記検出素子と電気的特性が等価であり、且つ、前記電磁波が入射しない基準素子と、
   前記基準素子に所定電流値の基準電流を発生させる電圧を、バイアス電圧として前記検出素子に印加する印加回路と、
   （ｉ）前記電磁波の検出時に、前記検出素子に発生する電流の電流値と、（ｉｉ）前記電磁波が入射していないときに前記検出素子に発生した電流の電流値と、の差分を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とする電磁波検出装置。
9. 前記基準素子は、前記検出素子が置かれた熱的環境と近い熱的環境に置かれ、且つ前記電磁波を遮断するシールド内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電磁波検出装置。
10. 前記検出素子を複数備え、
    前記印加回路は、前記基準素子に前記基準電流が発生する電圧を、バイアス電圧として、前記複数の検出素子各々に印加し、
    （ｉ）前記算出部は、前記電磁波の検出時に、前記検出素子に発生する電流の電流値と、（ｉｉ）前記電磁波が入射していないときに前記検出素子に発生した電流の電流値と、の差分を前記複数の検出素子の各々について算出する
    ことを特徴とする請求項９に記載の電磁波検出装置。
11. 前記電磁波は、テラヘルツ波又はミリ波であり、
    前記検出素子は、ショットキーバリアダイオードである
    ことを特徴とする請求項８に記載の電磁波検出装置。

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