JP6865972B2 - テラヘルツ波信号解析装置、テラヘルツ波信号解析方法およびテラヘルツ波信号解析用プログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、第1の実施形態によるテラヘルツ波信号解析装置の機能構成例を示すブロック図である。第1の実施形態によるテラヘルツ波信号解析装置101は、分光装置20によって検出される試料のテラヘルツ波信号を解析するものであって、その機能構成として、周波数スペクトル取得部11、間引き処理部12、フィッティング処理部13およびグラフ生成部14を備えている。
以下、本発明の第2の実施形態を図面に基づいて説明する。図13は、第2の実施形態によるテラヘルツ波信号解析装置102の機能構成例を示すブロック図である。第2の実施形態によるテラヘルツ波信号解析装置102は、分光装置20によって検出される試料のテラヘルツ波信号を解析するものであって、その機能構成として、周波数スペクトル取得部21、間引き処理部22、フィッティング処理部23、グラフ生成部24、グラフフィッティング処理部25および第2のグラフ生成部26を備えている。
Si(x)=aix2+bi x+ci (i=1,2) ・・・(式1)
ここで、iは分割した領域の番号を示し、i=1が低濃度領域、i=2が高濃度領域に相当する。xは界面活性剤の濃度、Si(x)はi番目の領域内に含まれる濃度xについて算出される面積相当値、ai,bi ,ciは、i番目のグラフフィッティング用関数の係数を示す。
12 間引き処理部
13 フィッティング処理部
13A 第1のフィッティング処理部
13B 中心周波数特定部
13C 第2のフィッティング処理部
14 グラフ生成部
21 周波数スペクトル取得部
22 間引き処理部
23 フィッティング処理部
24 グラフ生成部
25 グラフフィッティング処理部
26 第2のグラフ生成部
27 臨界濃度検出部
101,102 テラヘルツ波信号解析装置
Claims (21)
- 分光装置によって検出される試料のテラヘルツ波信号を解析するテラヘルツ波信号解析装置であって、
上記テラヘルツ波信号をもとに、周波数に対する特性値を表した周波数スペクトルを求める周波数スペクトル取得部と、
上記周波数スペクトル取得部により求められた上記周波数スペクトルに対し、複数のフィッティング用関数の合成波形をフィッティングさせるフィッティング処理部と、
上記フィッティングに用いた上記複数のフィッティング用関数の性質を定める少なくとも1つの値を用いて、上記周波数スペクトルとは異なるグラフを生成するグラフ生成部とを備えたことを特徴とするテラヘルツ波信号解析装置。 - 上記周波数スペクトル取得部により求められた上記周波数スペクトルにおける各周波数に対する上記特性値のうち、上記試料以外の水蒸気によるテラヘルツ波の吸収が大きくなる周波数における上記特性値を間引きする間引き処理部を更に備え、
上記フィッティング処理部は、上記間引き処理部により間引きされた後の上記特性値に対して、上記複数のフィッティング用関数の合成波形をフィッティングさせることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波信号解析装置。 - 上記フィッティング処理部は、上記複数のフィッティング用関数として、中心周波数、振幅および幅の少なくとも1つが異なる複数の正規分布関数を用いて上記フィッティングを行い、
上記グラフ生成部は、上記フィッティングに用いた上記複数の正規分布関数の中心周波数、当該中心周波数における振幅および所定の幅の少なくとも1つを用いて上記グラフを生成することを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波信号解析装置。 - 上記フィッティング処理部は、上記周波数スペクトルの各周波数における特性値と、当該特性値に対応する各周波数における上記合成波形の値との残差が最小化するような上記複数の正規分布関数を、上記中心周波数、振幅および幅の少なくとも1つを変数とする最適化計算により算出することを特徴とする請求項3に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 上記フィッティング処理部は、
複数の試料について上記周波数スペクトル取得部により求められた複数の上記周波数スペクトルのそれぞれ毎に、上記中心周波数、振幅および幅をパラメータとし、少なくとも中心周波数が異なる複数の正規分布関数の合成波形で上記周波数スペクトルに対するフィッティングを行う第1のフィッティング処理部と、
上記第1のフィッティング処理部による上記複数の周波数スペクトルに対するフィッティングに用いた正規分布関数の各中心周波数をグループ化し、各グループ内から1または複数の代表の中心周波数をそれぞれ特定することにより、合計n個の中心周波数を特定する中心周波数特定部と、
上記複数の試料について上記周波数スペクトル取得部により求められた上記複数の周波数スペクトルのそれぞれ毎に、上記中心周波数特定部により特定された上記n個の中心周波数を固定して振幅および幅をパラメータとし、n個の正規分布関数の合成波形で上記周波数スペクトルに対するフィッティングを行う第2のフィッティング処理部とを備え、
上記グラフ生成部は、上記第2のフィッティング処理部によるフィッティングに用いた上記n個の正規分布関数の中心周波数、振幅および幅の少なくとも1つを用いてグラフを生成することを特徴とする請求項3または4に記載のテラヘルツ波信号解析装置。 - 上記グラフ生成部は、上記振幅および幅から正規分布波形の所定領域の面積を算出し、上記中心周波数と上記面積との関係を示したグラフを生成することを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 上記グラフ生成部は、複数の上記中心周波数を複数の軸とし、上記面積を各軸の値として示したレーダーグラフを生成することを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 上記周波数スペクトル取得部は、両親媒性分子を有する所定物質の濃度を変えて生成した所定物質混合水溶液から成る複数の上記試料について上記分光装置によってそれぞれ検出される複数の上記テラヘルツ波信号をもとに、上記周波数スペクトルを上記所定物質の濃度ごとに求め、
上記フィッティング処理部は、上記周波数スペクトル取得部により上記所定物質の濃度ごとに求められた複数の上記周波数スペクトルに対するフィッティング処理を上記所定物質の濃度ごとに実行し、
上記グラフ生成部は、上記中心周波数における振幅、所定の幅、または、当該振幅および所定の幅から算出した正規分布波形の所定領域の面積の何れかを指標値として用い、当該指標値と上記所定物質の濃度とを2方向の軸とする明示的または黙示的なグラフを生成することを特徴とする請求項3に記載のテラヘルツ波信号解析装置。 - 上記グラフ生成部により生成されたグラフを上記濃度の軸方向に複数の領域に分割し、分割した領域ごとに、領域内に含まれる各濃度に対する各指標値に対し、上記濃度と上記指標値との関係を示す所定のグラフフィッティング用関数の値をフィッティングさせ、上記領域を分割する境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数を変数として、上記各濃度に対する各指標値と上記グラフフィッティング用関数の値との残差を最小化する最適化計算を行うグラフフィッティング処理部を更に備えたことを特徴とする請求項8に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 上記グラフフィッティング処理部の上記最適化計算により求められた上記境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記境界で上記濃度の軸方向に分割された複数の領域において、上記グラフフィッティング用関数により示されるグラフを生成する第2のグラフ生成部を更に備えたことを特徴とする請求項9に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 上記グラフフィッティング処理部の上記最適化計算により求められた上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記最適化計算により求められた上記境界の濃度に対する上記グラフフィッティング用関数の値を、上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数のそれぞれについて算出し、算出したそれぞれの値が所定値以上乖離している場合に、上記境界の濃度を臨界濃度として検出する臨界濃度検出部を更に備えたことを特徴とする請求項9に記載のテラヘルツ波信号解析装置。
- 分光装置によって検出される試料のテラヘルツ波信号をテラヘルツ波信号解析装置により解析するテラヘルツ波信号解析方法であって、
上記テラヘルツ波信号解析装置の周波数スペクトル取得部が、上記テラヘルツ波信号をもとに、周波数に対する特性値を表した周波数スペクトルを求める第1のステップと、
上記テラヘルツ波信号解析装置のフィッティング処理部が、上記周波数スペクトル取得部により求められた上記周波数スペクトルに対し、複数のフィッティング用関数の合成波形をフィッティングさせる第2のステップと、
上記テラヘルツ波信号解析装置のグラフ生成部が、上記フィッティングに用いた上記複数のフィッティング用関数の性質を定める少なくとも1つの値を用いて、上記周波数スペクトルとは異なるグラフを生成する第3のステップとを有すことを特徴とするテラヘルツ波信号解析方法。 - 上記第1のステップにおいて、上記周波数スペクトル取得部は、両親媒性分子を有する所定物質の濃度を変えて生成した所定物質混合水溶液から成る複数の上記試料について上記分光装置によってそれぞれ検出される複数の上記テラヘルツ波信号をもとに、上記周波数スペクトルを上記所定物質の濃度ごとに求め、
上記第2のステップにおいて、上記フィッティング処理部は、上記複数のフィッティング用関数として、中心周波数、振幅および幅の少なくとも1つが異なる複数の正規分布関数を用いて、上記周波数スペクトル取得部により上記所定物質の濃度ごとに求められた複数の上記周波数スペクトルに対するフィッティング処理を上記所定物質の濃度ごとに実行し、
上記第3のステップにおいて、上記グラフ生成部は、上記中心周波数における振幅、所定の幅、または、当該振幅および所定の幅から算出した正規分布波形の所定領域の面積の何れかを指標値として用い、当該指標値と上記所定物質の濃度とを2方向の軸とする明示的または黙示的なグラフを生成することを特徴とする請求項12に記載のテラヘルツ波信号解析方法。 - 上記テラヘルツ波信号解析装置のグラフフィッティング処理部が、上記グラフ生成部により生成されたグラフを上記濃度の軸方向に複数の領域に分割し、分割した領域ごとに、領域内に含まれる各濃度に対する各指標値に対し、上記濃度と上記指標値との関係を示す所定のグラフフィッティング用関数の値をフィッティングさせ、上記領域を分割する境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数を変数として、上記各濃度に対する各指標値と上記グラフフィッティング用関数の値との残差を最小化する最適化計算を行う第4のステップを更に有することを特徴とする請求項13に記載のテラヘルツ波信号解析方法。
- 上記テラヘルツ波信号解析装置の第2のグラフ生成部が、上記グラフフィッティング処理部の上記最適化計算により求められた上記境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記境界で上記濃度の軸方向に分割された複数の領域において、上記グラフフィッティング用関数により示されるグラフを生成する第5のステップを更に有することを特徴とする請求項14に記載のテラヘルツ波信号解析方法。
- 上記テラヘルツ波信号解析装置の臨界濃度検出部が、上記グラフフィッティング処理部の上記最適化計算により求められた上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記最適化計算により求められた上記境界の濃度に対する上記グラフフィッティング用関数の値を、上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数のそれぞれについて算出し、算出したそれぞれの値が所定値以上乖離している場合に、上記境界の濃度を臨界濃度として検出する第5のステップを更に有することを特徴とする請求項14に記載のテラヘルツ波信号解析方法。
- 分光装置によって検出される試料のテラヘルツ波信号を解析するテラヘルツ波信号解析用プログラムであって、
上記テラヘルツ波信号をもとに、周波数に対する特性値を表した周波数スペクトルを求める周波数スペクトル取得手段、
上記周波数スペクトル取得手段により求められた上記周波数スペクトルに対し、複数のフィッティング用関数の合成波形をフィッティングさせるフィッティング処理手段、および
上記フィッティングに用いた上記複数のフィッティング用関数の性質を定める少なくとも1つの値を用いて、上記周波数スペクトルとは異なるグラフを生成するグラフ生成手段
としてコンピュータを機能させるためのテラヘルツ波信号解析用プログラム。 - 上記周波数スペクトル取得手段は、両親媒性分子を有する所定物質の濃度を変えて生成した複数の所定物質混合水溶液から成る複数の上記試料について上記分光装置によってそれぞれ検出される複数の上記テラヘルツ波信号をもとに、上記周波数スペクトルを上記所定物質の濃度ごとに求め、
上記フィッティング処理手段は、上記周波数スペクトル取得手段により上記所定物質の濃度ごとに求められた複数の上記周波数スペクトルに対するフィッティング処理を上記所定物質の濃度ごとに実行し、
上記グラフ生成手段は、上記複数のフィッティング用関数として、中心周波数、振幅および幅の少なくとも1つが異なる複数の正規分布関数を用いて、上記中心周波数における振幅、所定の幅、または、当該振幅および所定の幅から算出した正規分布波形の所定領域の面積の何れかを指標値として用い、当該指標値と上記所定物質の濃度とを2方向の軸とする明示的または黙示的なグラフを生成することを特徴とする請求項17に記載のテラヘルツ波信号解析用プログラム。 - 上記グラフ生成手段により生成されたグラフを上記濃度の軸方向に複数の領域に分割し、分割した領域ごとに、領域内に含まれる各濃度に対する各指標値に対し、上記濃度と上記指標値との関係を示す所定のグラフフィッティング用関数の値をフィッティングさせ、上記領域を分割する境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数を変数として、上記各濃度に対する各指標値と上記グラフフィッティング用関数の値との残差を最小化する最適化計算を行うグラフフィッティング処理手段
としてコンピュータを更に機能させるための請求項18に記載のテラヘルツ波信号解析用プログラム。 - 上記グラフフィッティング処理手段の上記最適化計算により求められた上記境界の濃度および上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記境界で上記濃度の軸方向に分割された複数の領域において、上記グラフフィッティング用関数により示されるグラフを生成する第2のグラフ生成手段
としてコンピュータを更に機能させるための請求項19に記載のテラヘルツ波信号解析用プログラム。 - 上記グラフフィッティング処理手段の上記最適化計算により求められた上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数の係数に従い、上記最適化計算により求められた上記境界の濃度に対する上記グラフフィッティング用関数の値を、上記複数の領域における上記グラフフィッティング用関数のそれぞれについて算出し、算出したそれぞれの値が所定値以上乖離している場合に、上記境界の濃度を臨界濃度として検出する臨界濃度検出手段
としてコンピュータを更に機能させるための請求項19に記載のテラヘルツ波信号解析用プログラム。
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