JP5552321B2 - 電磁波の測定装置及び方法 - Google Patents
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Description
第1の実施例では、図1(a)に示す様に、テラヘルツ波発生器1から発生したテラヘルツ波が、テラヘルツ波検出器2よって検出される。検出された信号はアンプ3によって増幅され、A/Dコンバータ4によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、コンピュータ5に取り込まれる。本実施例では、テラヘルツ波発生器1及びテラヘルツ波検出器2は、光伝導素子(不図示)を用いてテラヘルツ波の発生及び検出を行う様になっている。レーザ光源6からのレーザ光はテラヘルツ波発生器1内の光伝導素子に照射されるとともに、遅延系7で時間遅延されてテラヘルツ波検出器2内の光伝導素子に照射される構成になっている。レーザ光源6としてはフェムト秒レーザやファイバレーザを用いることができる。例えば、遅延系7に設置された時間遅延させるためのステージを走査することでテラヘルツ波形全体のデータを取得できる。バイアス電圧制御器8はテラヘルツ波発生器1内の光伝導素子に印加される電圧を制御するためのものである。ここで使用した光伝導素子では、周波数が0.1THz以上3.0THz以下の範囲のテラヘルツ波を発生、検出することができる。光伝導素子を用いたテラヘルツ波の発生・検出方法は、THz−TDS(テラヘルツ波時間領域分光法)として知られており、サンプリング手法によってテラヘルツ波検出器2で得られる信号はテラヘルツ波の時間波形である。
図1(b)を用いて、第2の実施例を説明する。第2の実施例では、テラヘルツ波発生器1とレーザ光源6の間に可変減衰器10が加わり、バイアス電圧制御器8が取り除かれている点が、第1の実施例とは異なる。また、テラヘルツ波形(第2のテラヘルツ波形)を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、ウェーブレット展開係数の操作前後で得られた波形から算出された波形の値の比率を掛け合わせる方法が第1の実施例とは異なる。第1の実施例では、上記比率を掛け合わせる際に光伝導素子に印加するバイアス電圧をバイアス電圧制御器8で制御したが、第2の実施例では、このバイアス電圧を一定の値に固定する。そのため、バイアス電圧制御器8は不要となる。
図5(a)を用いて、第3の実施例を説明する。第1の実施例の構成からバイアス電圧制御器8が取り除かれている構成になっている。第3の実施例でも、テラヘルツ波形を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、ウェーブレット展開係数の操作前後で得られた波形から算出された波形の値の比率を掛け合わせる方法が第1の実施例とは異なる。第2の実施例と同様に、第3の実施例でも、このバイアス電圧を一定の値に固定する。そのため、バイアス電圧制御器8は不要となるが、代わりに、テラヘルツ波検出器2からの信号を増幅するためのアンプ3の増幅率を変化させる。すなわち、上記実施例では一定であったアンプ3の増幅率を、各々の遅延時間ごとに、上記比率と対応する様に変化させながらテラヘルツ波形(第2のテラヘルツ波形)を取得する。その他については第1の実施例と同じである。
第4の実施例を説明する。第4の実施例の構成図は第3の実施例と同じである。第3の実施例と異なる点は、テラヘルツ波形を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、上記比率を掛け合わせる方法が異なる。第3の実施例では、上記比率を掛け合わせる際に、アンプ3の増幅率を変化させたが、第4の実施例では、この増幅率を一定にする。その代わりに、コンピュータ5でテラヘルツ波形のデータをデジタル信号として取り込んだ後、コンピュータ5内部の作成手段9の演算装置によって、各々の遅延時間ごとに上記比率を掛け合わせる演算処理を行う。その他については第3の実施例と同じである。
電磁波測定装置を用いたトモグラフィックイメージング装置に関する第5の実施例について説明する。一般にテラヘルツ波形を測定すると、イメージングに関連する大きなパルス以外に、大気中の水蒸気の影響による小さいパルスが、テラヘルツ波の時間波形の中に含まれてしまう(図2(a)参照)。そこで、テラヘルツ波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数に分解したときに、この小さいパルスに相当するウェーブレット展開係数の値をゼロにして(展開係数の操作)、ウェーブレット逆変換することを行う。例えば、実際の測定データの中の小さいパルス以外のデータを取り除いて(データをゼロにして)ウェーブレット変換すれば、小さいパルスに対応するウェーブレット展開係数の位置が分かるので、この展開係数の値をゼロにして、ウェーブレット逆変換する。
電磁波測定装置を用いたトモグラフィックイメージング装置の別の実施例である第6の実施例について説明する。図5(b)は第6の実施例の構成図である。基本的な構成は図1(a)と同じであるが、テラヘルツ波発生器1からのテラヘルツ波を、放物面鏡25を使ってサンプル11に照射し、サンプル11からの反射波を、放物面鏡26を介してテラヘルツ波検出器2で検出する点が異なっている。
電磁波測定装置を用いて物質の判定を行う物質判定装置に関する第7の実施例について説明する。サンプルが、特徴的なスペクトルを持った物質かどうかを判定することを考える。予め、特徴的なスペクトルを持ったサンプルのテラヘルツ波の時間波形を測定しておく。そして、特徴的なスペクトルがあるかどうか分からないサンプルのテラヘルツ波を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、上記予め測定しておいた特徴的なスペクトルを持ったサンプルの各テラヘルツ波の値で、各取得されるデータを割る操作を行う。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施例の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。なお、記憶媒体は、コンピュータに実行させるためのプログラムを格納できるものであれば何でもよい。こうした記憶媒体は、上記電磁波測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体である。
Claims (11)
- 電磁波を測定するための電磁波測定装置であって、
電磁波の時間波形を取得するための波形取得手段と、
前記波形取得手段により取得した第1の電磁波の第1の時間波形をウェーブレット変換し、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより第2の時間波形を作成するための作成手段と、
第2の電磁波の時間波形の取得において、前記第1の時間波形と前記第2の時間波形の比に基づいて、前記作成手段による作成後の時間波形と同質の時間波形として当該第2の電磁波の時間波形を取得するための変換手段と、
を有することを特徴とする電磁波測定装置。 - 前記作成手段は、予め測定した前記第1の電磁波の第1の時間波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数をしきい値処理してウェーブレット逆変換することで、前記ウェーブレット変換で使用したマザーウェーブレットと相関が高く信号処理に適した前記第2の時間波形を作成することを特徴とする請求項1に記載の電磁波測定装置。
- 前記波形取得手段は、電磁波を発生させるための発生器と、電磁波を検出するための検出器と、電磁波発生時と電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延系と、を備え、
前記遅延系で遅延時間を変化させることによって電磁波の時間波形を取得することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波測定装置。 - 前記変換手段は、前記第2の電磁波の時間波形を取得するために、前記遅延時間ごとに前記波形取得手段により取得するデータの値を前記比に基づいて変化させることを特徴とする請求項3に記載の電磁波測定装置。
- 前記発生器が光伝導素子であって、
前記変換手段が、前記光伝導素子に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御器、または前記光伝導素子に照射する光の強度を調整する可変減衰器、または前記検出器からの信号を可変に増幅する可変増幅器を含み、前記遅延時間ごとに、前記バイアス電圧または前記光の強度または前記信号の増幅度を、前記比に基づいて変化させることを特徴とする請求項3または4に記載の電磁波測定装置。 - 前記変換手段が、コンピュータ内の演算手段であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の電磁波測定装置。
- 前記波形取得手段は、参照物体からの前記第1の電磁波の第1の時間波形を取得し、
前記変換手段は、参照物体に類似の測定対象物からの前記第2の電磁波の時間波形の取得において、前記比に基づいて、前記前記作成手段による作成後の時間波形と同質の時間波形として当該測定対象物からの第2の電磁波の時間波形を取得することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の電磁波測定装置。 - 電磁波を測定するための電磁波測定方法であって、
電磁波の時間波形を取得する第1の工程と、
前記第1の工程で取得された第1の電磁波の第1の時間波形をウェーブレット変換する第2の工程と、
前記ウェーブレット変換の結果に対して、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより第2の時間波形を取得する第3の工程と、
前記第1の時間波形と前記第2の時間波形の比を求める第4の工程と、
第2の電磁波の時間波形の取得において、前記比に基づいて、前記第3の工程で取得する時間波形と同質の時間波形として当該第2の電磁波の時間波形を取得する第5の工程と、
を有することを特徴とする電磁波測定方法。 - 前記第5の工程で得られた時間波形をウェーブレット変換し、該ウェーブレット変換の結果に対して、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより時間波形を取得することを特徴とする請求項8に記載の電磁波測定方法。
- 前記電磁波は、30GHz以上30THz以下の範囲内の周波数の成分を含むテラヘルツ波であることを特徴とする請求項8または9に記載の電磁波測定方法。
- 請求項8から10の何れか1項に記載の電磁波測定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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