(57)【要約】【課題】再帰反射鏡の位置ずれ等に起因する不都合の発生を防止する。【解決手段】テラヘルツ波計測装置（１００）は、第１レーザ光が照射されることでテラヘルツ波を発生する発生手段（１１０）と、第２レーザ光が照射されることで計測対象物に対して照射されたテラヘルツ波を検出する検出手段（１３０）と、第２レーザ光を再帰反射すると共に再帰反射した第２レーザ光を検出手段に導く再帰反射手段（１２１）と、再帰反射手段を移動させることで第１レーザ光及び第２レーザ光間の光路長差を調整する調整手段（２２０）と、検出されたテラヘルツ波の特徴点を検出する特徴点検出手段（４２０）と、基準時刻から特徴点を検出するまでの期間である調整基準期間を算出する算出手段（４３０）と、調整基準期間に応じたタイミングでテラヘルツ波の検出を開始するように検出手段を制御する制御手段（１５０）とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザ光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、
第２レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、
前記第２レーザ光を再帰反射すると共に、再帰反射した前記第２レーザ光を前記検出手段に導く再帰反射手段と、
前記再帰反射手段を移動させることで、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光間の光路長差を調整する調整手段と、
前記検出手段により検出された前記テラヘルツ波の特徴点を検出する特徴点検出手段と、
基準時刻から前記特徴点を検出するまでの期間である調整基準期間を算出する算出手段と、
前記調整基準期間に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。
【請求項２】
前記再帰反射手段は、円周上に複数配置されており、
前記調整手段は、前記複数の再帰反射手段を前記円周上で回転するように移動させる回転手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項３】
前記特徴点検出手段は、前記複数の再帰反射手段の各々について別々に前記特徴点を検出し、
前記算出手段は、前記複数の再帰反射手段の各々について別々に前記調整基準期間を算出し、
前記制御手段は、前記複数の再帰反射手段の各々に対応する前記調整基準時間に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項４】
前記特徴点は、前記テラヘルツ波の時間波形の最大値、最小値及び前記最大値と前記最小値との間にあるゼロクロス点の少なくとも１つ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計測装置。
【請求項５】
前記特徴点検出手段は、前記特徴点を複数回検出し、
前記算出手段は、前記調整基準期間を複数回算出し、
前記制御手段は、複数回算出された前記調整基準期間の平均値に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項６】
前記特徴点検出手段は、前記テラヘルツ波の所定の周波数成分を抽出する抽出手段を有することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて計測対象物の特性を分析するテラヘルツ波計測装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波計測装置として、テラヘルツ時間領域分光法（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用する装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、計測対象物の特性を分析する。まず、超短パルスレーザ光（例えば、フェムト秒パルスレーザ光）を分岐することで得られる一のレーザ光であるポンプ光（言い換えれば、励起光）が、バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子に照射される。その結果、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を発生する。テラヘルツ波発生素子が発生したテラヘルツ波は、計測対象物に照射される。計測対象物に照射されたテラヘルツ波は、計測対象物からの反射光又は透過光として、超短パルスレーザ光を分岐することで得られる他のレーザ光であって且つポンプ光に対する光学的な遅延（つまり、光路長差）が付与されたプローブ光（言い換えれば、励起光）が照射されているテラヘルツ波検出素子に照射される。その結果、テラヘルツ波検出素子は、計測対象物で反射又は透過したテラヘルツ波の強度に応じた電流信号を検出する。当該検出されたテラヘルツ波（つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号）をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波のスペクトル（つまり、振幅及び位相の周波数応答特性）等が取得される。その結果、当該テラヘルツ波のスペクトルを解析することで、計測対象物の特性が分析される。
【０００３】
ここで、プローブ光（或いは、ポンプ光）に付与される光学的な遅延は、入射する光を再帰反射することが可能な再帰性反射鏡を含む再帰反射装置（或いは、このような再帰反射装置を含む光学遅延装置）に対してプローブ光（或いは、ポンプ光）を入射させることで付与されることが多い。尚、ここでいう「再帰反射」とは、入射光を、当該入射光の入射方向と平行な方向に向けて反射する状態を示す。再帰反射装置は、例えば回転可能な複数の再帰性反射鏡（或いは、プリズム）を備えて構成される（例えば、特許文献１から３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１５０２８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８０８０号公報
【特許文献３】特許第３７２０３３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の再帰性反射鏡を利用して光学的な遅延を発生させる場合、再帰性反射鏡の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因して、適切な計測結果が得られなくなってしまうという技術的問題点が生じる。
【０００６】
具体的には、例えば特許文献１では、回転動作及び検出タイミングを調整する機構が設けられていないため、配置ずれ等に起因する不具合に対応できない。また特許文献２では、タイミングパルスを生成する構成が記載されているものの、フォトダイオードを別個に配置し調整する必要があり、測定時に常に再帰性反射鏡位置を検出するため、単価及び工数が増加してしまう。また２枚の反射鏡を用いて再帰性反射鏡を構成する場合には、いずれか一方の反射鏡にしかフォトダイオードによる検出が行えない。更に特許文献３では、透光体による反射光を用いてタイミングパルスを生成しているため、透光体に対して光軸が垂直に配置される必要があり、工数が増加してしまう。また透光体による反射光がタイミングパルスとして使用に耐え得る必要があり、被測定物に照射されるテラヘルツ波の強度が減少しＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が劣化するおそれがある
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、比較的簡単な構成で、再帰反射鏡の位置ずれ等に起因する不都合の発生を防止可能なテラヘルツ波計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するテラヘルツ波計測装置は、第１レーザ光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、第２レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、前記第２レーザ光を再帰反射すると共に、再帰反射した前記第２レーザ光を前記検出手段に導く再帰反射手段と、前記再帰反射手段を移動させることで、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光間の光路長差を調整する調整手段と、前記検出手段により検出された前記テラヘルツ波の特徴点を検出する特徴点検出手段と、基準時刻から前記特徴点を検出するまでの期間である調整基準期間を算出する算出手段と、前記調整基準期間に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する制御手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例に係る回転型光遅延器の構成を示す上面図である。
【図３】テラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波検出素子の夫々の構成を示す斜視図である。
【図４】テラヘルツ波の時間波形を再帰反射鏡毎に示すグラフである。
【図５】テラヘルツ波の時間波形の振幅を濃淡で示す概念図である。
【図６】インデックス信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図７】テラヘルツ波の時間波形を示すグラフである。
【図８】インデックス信号生成部の変形例を示すブロック図である。
【図９】測定開始信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図１０】実施例に係るソフトウェアの処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置は、第１レーザ光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、第２レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、前記第２レーザ光を再帰反射すると共に、再帰反射した前記第２レーザ光を前記検出手段に導く再帰反射手段と、前記再帰反射手段を移動させることで、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光間の光路長差を調整する調整手段と、前記検出手段により検出された前記テラヘルツ波の特徴点を検出する特徴点検出手段と、基準時刻から前記特徴点を検出するまでの期間である調整基準期間を算出する算出手段と、前記調整基準期間に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、発生手段、検出手段、再帰性反射手段及び調整手段の動作により、テラヘルツ時間領域分光法を用いて、測定対象物に照射されたテラヘルツ波が検出される。検出されたテラヘルツ波は、測定対象物の特性の分析に利用される。尚、テラヘルツ時間領域分光法を用いたテラヘルツ波の検出方法自体は、既存の検出方法を用いてもよい。以下、テラヘルツ時間領域分光法を用いたテラヘルツ波の検出方法の概略について、簡単に説明する。
【００１１】
具体的には、発生手段は、当該発生手段に第１レーザ光が励起光（例えば、ポンプ光）として照射されることで、テラヘルツ波を発生させる。発生手段が発生したテラヘルツ波は、測定対象物に照射される。
【００１２】
検出手段は、当該検出手段に第２レーザ光が励起光（例えば、プローブ光）として照射されることで、測定対象物によって反射された又は測定対象物を透過したテラヘルツ波を検出する。
【００１３】
再帰反射手段は、第２レーザ光を再帰反射すると共に、再帰反射した第２レーザ光を検出手段に導く。このとき、再帰反射手段が調整手段により移動されることで、第１レーザ光の光路と第２レーザ光の光路との間の光路長差が調整される。具体的には、再帰反射手段が第２レーザ光の光軸方向に移動されることで、再帰反射手段から出射される第２レーザ光の光路長が変化する。よって、調整手段によれば、第１レーザ光の光路と第２レーザ光の光路との間の光路長差を、所望値に設定することができる。尚、このような光路長差の調整は、サブピコ秒というオーダーで現れるテラヘルツ波の波形を好適に検出するために行われる。
【００１４】
ここで本実施形態では特に、特徴点検出手段により、検出手段で検出されるテラヘルツ波の特徴点が検出される。なお、ここでの「特徴点」とは、テラヘルツ波の時間軸での変動を精度よく検出し得るポイントであり、例えば時間波形の最大振幅値、最小振幅値、並びに最大振幅値及び最小振幅値を結ぶゼロクロス点等が挙げられる。特徴点の検出は、典型的には、測定対象物を配置しない状態で（言い換えれば、非計測時に）実行される。
【００１５】
特徴点が検出されると、算出手段により、基準時刻から特徴点を検出するまでの期間である調整基準期間が算出される。なお、ここでの「基準時刻」とは、調整基準期間を算出するための基準となる時刻であり、所定の基準信号等により定められる。このようにして算出される調整基準期間は、基準時刻に対する特徴点の時間位置を示す値であると言える。
【００１６】
調整基準期間が算出されると、制御手段により、調整基準期間に応じたタイミングでテラヘルツ波の検出を開始するように検出手段が制御される。言い換えれば、検出手段による検出開始タイミングが、調整基準期間に基づいて調整される。
【００１７】
ここで仮に、上述した検出開始タイミングの調整を実行しないとすると、例えば再帰性反射手段の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因して、テラヘルツ波を好適に検出することができないおそれがある。具体的には、計測によって得られる測定対象物の断層画像に、意図せぬ段差等が生じてしまう場合がある。
【００１８】
しかるに本実施形態では、上述したように調整基準期間に基づいて、検出手段による検出開始タイミングが調整される。即ち、検出手段の検出開始タイミングが、適切な検出を実現できるタイミングに調整される。このため、再帰性反射手段の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因する不具合の発生を防止することができる。従って、極めて好適にテラヘルツ波を利用した計測が行える。
【００１９】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の一態様では、前記再帰反射手段は、円周上に複数配置されており、前記調整手段は、前記複数の再帰反射手段を前記円周上で回転するように移動させる回転手段を有する。
【００２０】
この態様によれば、再帰反射手段を円周上で回転させることで、第１レーザ光と第２レーザ光との光路長差が調整される。具体的には、例えば再帰反射手段が配置された回転基板が回転されることで、再帰反射手段の第２レーザ光に対する光軸方向の位置が変化され、第２レーザ光の光路長が変化される。
【００２１】
上述した構成では、複数の再帰反射手段が利用されるために、比較的高速な回転動作が実行可能であり、計測時間が短縮できる。しかし、複数配置するため、再帰性反射手段の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因する不具合が発生し易くなる。しかしながら本態様では、調整基準期間に基づいて検出手段による検出タイミングが調整される。従って、不具合の発生を防止しつつ、好適にテラヘルツ波を利用した計測が行える。
【００２２】
上述した複数の再帰反射手段が配置される態様では、前記特徴点検出手段は、前記複数の再帰反射手段の各々について別々に前記特徴点を検出し、前記算出手段は、前記複数の再帰反射手段の各々について別々に前記調整基準期間を算出し、前記制御手段は、前記複数の再帰反射手段の各々に対応する前記調整基準時間に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御するように構成してもよい。
【００２３】
この構成では、複数の再帰反射手段の各々について、別々に特徴点が検出され、別々に調整基準期間が算出される。そして、調整基準期間に基づく、検出開始タイミングの調整も複数の再帰反射手段の各々で別々に実行される。このため、各再帰反射手段について適切な調整が実行され、再帰性反射手段の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因する不具合を、極めて効果的に防止することができる。
【００２４】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記特徴点は、前記テラヘルツ波の時間波形の最大値、最小値及び前記最大値と前記最小値との間にあるゼロクロス点の少なくとも１つである。
【００２５】
この態様によれば、テラヘルツ波の特徴点を、容易且つ精度よく検出できるため、より適切な調整基準期間を算出できる。従って、調整基準期間に基づく検出開始タイミングを、より適切なタイミングへと調整することが可能となる。
【００２６】
なお、時間波形の最大値、最小値及び最大値と最小値との間にあるゼロクロス点を夫々検出可能とし、いずれか一つを選択的に検出するようにしてもよい。即ち、状況に応じてより適切なパラメータを選択して検出するような構成であってもよい。また、テラヘルツ波の最大値、最小値及び最大値と最小値との間にあるゼロクロス点を複数種類利用して調整基準期間を算出するようにしてもよい。即ち、テラヘルツ波の最大値、最小値及び最大値と最小値との間にあるゼロクロス点を組み合わせて利用してもよい。
【００２７】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記特徴点検出手段は、前記特徴点を複数回検出し、前記算出手段は、前記調整基準期間を複数回算出し、前記制御手段は、複数回算出された前記調整基準期間の平均値に応じたタイミングで前記テラヘルツ波の検出を開始するように前記検出手段を制御する。
【００２８】
この態様によれば、特徴点が複数回検出され、検出された複数の特徴点の各々に基づいて、調整基準期間が複数回算出される。そして、検出手段による検出開始タイミングを調整する際には、複数回検出された調整基準期間の平均値が用いられる。
【００２９】
調整基準期間の平均値を利用すれば、例えば特徴点の誤検出によって、不適切な調整基準期間に基づく調整が実行されてしまうことを防止できる。即ち、検出開始タイミングの調整に利用される調整基準期間の値を、より適切な値にすることができる。なお、本態様における「複数回」の具体的な回数については特に限定されないが、回数が多い程、上述した本態様の効果は顕著に発揮され、回数が少ない程、処理を簡略化できる。
【００３０】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記特徴点検出手段は、前記テラヘルツ波の所定の周波数成分を抽出する抽出手段を有する。
【００３１】
この態様によれば、例えばローパスフィルタ等として構成される抽出手段により、テラヘルツ波の所定の周波数成分が抽出される（言い換えれば、所定の周波数成分以外の周波数成分がカットされる）ため、テラヘルツ波の特徴点を、より好適に検出することが可能となる。
【００３２】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。
【実施例】
【００３３】
以下では、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
【００３４】
初めに、図１から図３を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００について説明する。
【００３５】
＜全体構成＞
先ず、図１を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００の全体構成について説明する。ここに図１は、実施例に係るテラヘルツ波計測装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３６】
図１において、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波ＴＨｚを測定対象物に照射すると共に、測定対象物を透過した又は測定対象物から反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、測定対象物に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。
【００３７】
テラヘルツ波ＴＨｚは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置１００は、測定対象物に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの周波数スペクトルを解析することで、測定対象物の特性を分析することができる。
【００３８】
測定対象物に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの周波数スペクトルを取得するために、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を採用している。テラヘルツ時間領域分光法は、テラヘルツ波ＴＨｚを測定対象物に照射すると共に、測定対象物を透過した又は測定対象物から反射したテラヘルツ波ＴＨｚの時間波形をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波の周波数スペクトル（つまり、周波数毎の振幅及び位相）を取得する方法である。
【００３９】
ここで、テラヘルツ波ＴＨｚの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波ＴＨｚの時間波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置１００は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用して、テラヘルツ波ＴＨｚの時間波形を間接的に検出する。
【００４０】
図１に示すように、このようなテラヘルツ時間領域分光法及びポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、テラヘルツ波発生素子１１０と、ビームスプリッタ１６１と、反射鏡１６２と、反射鏡１６３と、回転型光学遅延部２２０と、テラヘルツ波検出素子１３０と、バイアス電圧生成部１４１と、測定区間信号生成部１４２と、テラヘルツ波発生制御部１４３と、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部１４４と、演算処理部１５０と、基準信号生成部３１０と、インデックス信号生成部３２０と、測定開始信号生成部３３０とを備えている。
【００４１】
パルスレーザ装置１０１は、当該パルスレーザ装置１０１に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光ＬＢを生成する。パルスレーザ装置１０１が生成したパルスレーザ光ＬＢは、不図示の導光路（例えば、光ファイバ等）を介して、ビームスプリッタ１６１に入射する。
【００４２】
ビームスプリッタ１６１は、パルスレーザ光ＬＢを、「第１レーザ光」の一具体例であるポンプ光ＬＢ１と「第２レーザ光」の一具体例であるプローブ光ＬＢ２とに分岐する。ポンプ光ＬＢ１は、不図示の導光路を介して、テラヘルツ波発生素子１１０に入射する。一方で、プローブ光ＬＢ２は、不図示の導光路及び反射鏡１６２を介して、回転型光学遅延部２２０に入射する。
【００４３】
回転型光学遅延部２２０は、「調整手段」の一具体例であり、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を調整する。具体的には、光遅延器２２０は、プローブ光ＬＢ２の光路長を調整することで、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の光路長差を調整する。尚、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の光路長差を調整することで、ポンプ光ＬＢ１がテラヘルツ波発生素子１１０に入射するタイミング（或いは、テラヘルツ波発生素子１１０から出射するテラヘルツ波ＴＨｚがテラヘルツ検出素子１３０に入射するタイミング）と、プローブ光ＬＢ２がテラヘルツ波検出素子１３０に入射するタイミングとの間の相対的なずれ量を調整することができる。例えば、回転型光学遅延部２２０によってプローブ光ＬＢ２の光路が０．３ミリメートル（但し、空気中での光路長）だけ長くなると、プローブ光ＬＢ２がテラヘルツ波検出素子１３０に入射するタイミングが１ピコ秒だけ遅くなる。この場合、テラヘルツ波検出素子１３０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングが、１ピコ秒だけ遅くなる。テラヘルツ波検出素子１３０に対して同一の波形を有するテラヘルツ波ＴＨｚが数十ＭＨｚ程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、テラヘルツ波検出素子１３０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングを徐々にずらすことで、テラヘルツ検出素子１３０は、テラヘルツ波ＴＨｚの時間波形を間接的に検出することができる。
【００４４】
図２に示すように、回転型光学遅延部２２０は、回転基板２２１と、複数の（図２では、４つの）再帰反射鏡１２１とを備えている。
【００４５】
再帰反射鏡１２１は、「再帰反射手段」の一具体例であり、当該再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を再帰反射する。つまり、再帰反射鏡１２１は、当該再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を、当該プローブ光ＬＢ２の入射方向と平行な方向に向けて反射する。
【００４６】
再帰反射鏡１２１は、「移動手段」の一具体例である回転基板２２１の回転軸を中心とする円Ｃ上に、等間隔に配置されている。ここで回転基板２２１は、図示しないモータ等の動作により回転可能とされている。よって、複数の再帰反射鏡１２１の各々は、回転基板２２１の回転に伴って、円Ｃ上を周回する。このような再帰反射鏡１２１の移動により、プローブ光ＬＢ２の光路長が調整される。
【００４７】
尚、再帰反射鏡１２１の移動は、演算処理部１５０の制御の下で行われる。つまり、演算処理部１５０は、回転基板２２１を駆動するモータの駆動量を指定する制御信号を出力することで、回転基板２２１の回転動作を制御する。
【００４８】
回転型光学遅延部２２０から出射したプローブ光ＬＢ２は、不図示の導光路及び反射鏡１６３を介して、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。
【００４９】
ここで、図３を参照しながら、ポンプ光ＬＢ１が照射されるテラヘルツ波発生素子１１０及びプローブ光ＬＢ２が照射されるテラヘルツ検出素子１３０について更に詳細に説明する。ここに図３は、テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の夫々の構成を示す斜視図である。尚、図３に示すテラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の構成はあくまで一例であり、図３に示す構成とは異なる構成を有する光伝導アンテナ又は光伝導スイッチが、テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０として用いられてもよい。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、テラヘルツ波発生素子１１０は、基板１１１と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１１２と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１１３とを備えている。
【００５１】
基板１１１は、例えば、ＧａＡｓ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ）基板等の半導体基板である。アンテナ１１２及びアンテナ１１３の夫々は、長手方向に延在する形状を有するモノポールアンテナである。アンテナ１１２及びアンテナ１１３は、短手方向に沿って並列するように基板１１１上に配置される。アンテナ１１２とアンテナ１１３との間には、数マイクロメートル程度のギャップ（つまり、間隙）１１４が確保される。従って、アンテナ１１２及びアンテナ１１３全体として、ダイポールアンテナを構成する。
【００５２】
ギャップ１１４には、アンテナ１１２及びアンテナ１１３並びにテラヘルツ波発生制御部１４３を介して、バイアス電圧生成部１４１から出力されるバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧（例えば、０Ｖでないバイアス電圧）がギャップ１１４に印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップ１１４に照射されると、テラヘルツ波発生素子１１０には、ポンプ光ＬＢ１による光励起によってキャリアが発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０には、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波ＴＨｚが発生する。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、テラヘルツ波検出素子１３０もまた、テラヘルツ波発生素子１１０と同様の構成を有している。つまり、テラヘルツ波検出素子１３０は、基板１３１と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１３２と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１３３とを備えている。基板１３１、アンテナ１３２及びアンテナ１３３は、夫々、基板１１１、アンテナ１１２及びアンテナ１１３と同様の構成を有している。
【００５４】
プローブ光ＬＢ２がギャップ１３４に照射されると、テラヘルツ検出素子１３０には、プローブ光ＬＢ２による光励起によってキャリアが発生する。プローブ光ＬＢ２がギャップ１３４に照射されている状態でテラヘルツ検出素子１３０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射されると、ギャップ１３４には、テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じた信号強度を有する電流信号が発生する。当該電流信号は、アンテナ１３２及びアンテナ１３３を介して、Ｉ−Ｖ変換部１４４に出力される。
【００５５】
再び図１において、テラヘルツ波発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚは、不図示の光学系（例えば、レンズ等）を介して、測定対象物に照射される。測定対象物に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、測定対象物からの反射光又は透過光として、不図示の光学系（例えば、レンズ等）を介して、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。その結果、テラヘルツ波検出素子１３０からは、テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じた信号強度を有する電流信号が出力される。
【００５６】
テラヘルツ波検出素子１３０から出力される電流信号は、Ｉ−Ｖ変換部１４４によって、電圧信号に変換される。その後、演算処理部１５０は、電圧信号に対して、バイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、演算処理部１５０は、テラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を検出する。その後、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の光路長差を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、演算処理部１５０は、テラヘルツ波形の時間波形を検出することができる。合わせて、演算処理部１５０は、検出されたテラヘルツ波形の時間波形をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波の周波数スペクトル（つまり、周波数毎の振幅及び位相）を取得してもよい。更に、演算処理部１５０は、テラヘルツ波の周波数スペクトルを解析することで、測定対象物の特性を分析してもよい。
【００５７】
また本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１００は特に、測定の開始タイミングを調整するための構成として、基準信号生成部３１０、インデックス信号生成部３２０及び測定開始信号生成部３３０を備えている。
【００５８】
基準信号生成部３１０は、回転型光学遅延部２２０の回転に同期した１パルス／１回転の基準信号を生成する。基準信号は、基準時刻を規定するための信号であり、例えば回転型光学遅延部２２０、又は演算処理部１５０からの駆動制御パルス等を用いて生成される。
【００５９】
インデックス信号生成部３２０は、テラヘルツ波検出素子１３０で検出されるテラヘルツ波の特徴点を検出すると共に、基準信号により規定される基準時刻に対する特徴点の位置（時間位置）を算出する。検出された特徴点の時間位置は、インデックス信号として測定開始信号生成部３３０に出力される。
【００６０】
測定開始信号生成部３３０は、インデックス信号生成部３２０から入力されるインデックス信号に応じて、回転型光学遅延部２２０における複数の再帰反射鏡１２１の各々に関する測定開始タイミングを調整するための測定開始信号を生成する。測定開始信号生成部３３０で生成された測定開始信号は、演算処理部１５０に出力され、演算処理部１５０は測定開始信号に応じたタイミングで測定を開始するように各部位の動作を制御する。
【００６１】
測定開始タイミングの具体的な調整方法については、後に詳述する。
＜位置ずれによる不具合＞
以下では、再帰反射鏡１２１の位置ずれに起因して発生する不具合について、図４から図６を参照して詳細に説明する。ここに図４は、テラヘルツ波の時間波形を再帰反射鏡毎に示すグラフである。また図５は、テラヘルツ波の時間波形の振幅を濃淡で示す概念図である。
【００６２】
図４において、回転型光学遅延部２２０の複数の再帰反射鏡１２１から得られるテラヘルツ波は、図に示すような時間波形信号として再帰反射鏡１２１毎に検出できる。ここで、テラヘルツ波の時間波形信号は、例えば測定物の断層画像を表示するために利用されるため、各再帰反射鏡１２１の時間波形信号のピーク位置は互いに揃っていることが望まれる。しかしながら、図に示すように、時間波形信号のピーク位置は互いにずれたものとなる場合がある。このような波形のずれは、例えば再帰反射鏡１２１の位置ずれ等に起因して発生する。
【００６３】
図５（ａ）において、図４で示したようなテラヘルツ波の時間波形信号を各々縦軸に並べ、且つ振幅に応じた濃淡を付すと、再帰反射鏡１２１の配置ばらつきに応じて断層画像も前後に揺れ、段差のあるＸ−Ｚ断層画像となることが分かる。
【００６４】
図５（ｂ）において、段差のないＸ−Ｚ断層画像を得るためには、テラヘルツ波の時間波形信号が図のように互いに揃っている状態とされればよい。本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１００では、図５（ａ）で示されるようなテラヘルツ波の時間波形信号を、図５（ｂ）で示されるような時間波形信号とするため、テラヘルツ波の測定開始タイミングを再帰反射鏡１２１毎に調整する処理が実行される。
【００６５】
なお、テラヘルツ波の測定開始タイミング調整処理は、透過計測する場合には測定対象物が配置されない状態で（即ち、非測定時に）実行される。
【００６６】
＜測定開始タイミングの調整処理＞
以下では、先ずインデックス信号生成部３２０の具体的な構成及び動作について、図６から図８を参照して説明する。ここに図６は、インデックス信号生成部の構成を示すブロック図である。また図７は、テラヘルツ波の時間波形を示すグラフであり、図８は、インデックス信号生成部の変形例を示すブロック図である。
【００６７】
図６において、インデックス信号生成部３２０は、低域通過フィルタ４１０と、特徴点検出部４２０と、時間位置抽出部４３０と、セレクタ４４０とを備えて構成されている。
【００６８】
低域通過フィルタ４１０は、「抽出手段」の一具体例であり、検出されたテラヘルツ波の時間波形に対してフィルタ処理を施し、所定の周波数帯域成分を抽出する。低域通過フィルタ４１０によれば、例えば図７（ａ）に示すような時間波形信号を、図７（ｂ）のような滑らかに遷移する時間波形信号にできる。
【００６９】
特徴点検出部４２０は、「特徴点検出手段」の一具体例であり、テラヘルツ波の時間波形信号から特徴点を検出する。最大値検出部４２１は、図７（ｂ）の点Ａで示されるような振幅が最大となる点を特徴点として検出する。最小値検出部４２３は、図７（ｂ）の点Ｃで示されるような振幅が最小となる点を特徴点として検出する。ゼロクロス検出部４２２は、最大値検出部４２１で検出された最大値、及び最小値検出部４２３で検出された最小値を利用して、図７（ｂ）の点Ｂで示されるようなゼロクロス点を特徴点として検出する。
【００７０】
時間位置抽出部４３０は、「算出手段」の一具体例であり、検出された特徴点の時間位置を算出する。時間位置抽出部４３０は、最大値検出部４２１に対応するように設けられた第１時間位置抽出部４３１、ゼロクロス検出部４２２に対応するように設けられた第２時間位置抽出部４３２、及び最小値検出部４２３に対応するように設けられた第３時間位置抽出部４３３を備えている。特徴点の時間位置は、基準信号が示す基準時刻から、特徴点が検出されるまでの期間として算出される。
【００７１】
セレクタ４４０は、第１時間位置抽出部４３１、第２時間位置抽出部４３２及び第３時間位置抽出部４３３の各々において算出された時間位置から、いずれか１つの時間位置を選択し、選択した時間位置を示すインデックス信号を出力する。
【００７２】
以上のように、インデックス信号生成部３２０は、入力されたテラヘルツ波の時間波形信号から特徴点を検出し、特徴点の時間位置を示すインデックス信号を出力する。
【００７３】
図８において、インデックス信号生成部３２０は、複数の再帰反射鏡１２１の各々に対応するように、複数設けられていてもよい。具体的には、第１再帰反射鏡に対応するインデックス信号生成部３２０ａ、第２再帰反射鏡に対応するインデックス信号生成部３２０ｂ、・・・、第ｍ再帰反射鏡に対応するインデックス信号生成部３２０ｍが設けられていてもよい。
【００７４】
上述したように複数のインデックス信号生成部３２０を設けることで、複数の再帰反射鏡１２１の各々について別々に処理が実行できる。よって、１つのインデックス信号生成部３２０が実行する処理が複雑化してしまうことを防止できる。なお、インデックス信号生成部３２０の後段には、インデックス信号の平均値を算出する平均値算出部３４０が設けられていてもよい。このようにすれば、インデックス信号が示す時間位置が、誤計測等により不適切な値となってしまうことを防止できる。
【００７５】
次に、測定開始信号生成部３３０の具体的な構成および動作について、図９を参照して説明する。ここに図９は、測定開始信号生成部の構成を示すブロック図である。
【００７６】
図９（ａ）において、測定開始信号生成部３３０は、記憶回路３３１ａ、ＲＷ＿ＣＴＬ部３３２ａ、オフセット部３３３ａ、及び測定開始部３３４ａを備えて構成されている。
【００７７】
記憶回路３３１ａは、インデックス信号生成部３２０から入力されるインデックス信号を記憶する。
【００７８】
ＲＷ＿ＣＴＬ部３３２ａは、再帰性反射鏡１２１の各々に付与されたミラー番号に応じて、記憶回路３３１ａに対する書き込み制御及び読み出し制御を行う。
【００７９】
オフセット部３３３ａは、記憶回路３３１ａから読み出された記憶インデックス信号を一定値減算する。言い換えれば、記憶インデックス信号に基づいて、測定開始タイミングの調整量を算出する。
【００８０】
測定開始部３３４ａは、基準信号を利用して、対応する再帰性反射手段１２１についての測定開始タイミングを規定する測定開始信号を出力する。なお、測定開始部３３４が利用する基準信号として、回転型光学遅延部２２０における回転機構の逓倍クロックを用いてもよい。
【００８１】
図９（ｂ）において、測定開始信号生成部３３０は、記憶回路３３１ｂ、ＲＷ＿ＣＴＬ部３３２ｂ、オフセット部３３３ｂ、測定開始部３３４ｂ、加算部３３５ｂ、及び除算部３３６ｂを備えて構成されてもよい。
【００８２】
この構成では特に、加算部３３５ｂにおいて、過去ｎ個分の記憶インデックス信号が加算される。そして、加算された過去ｎ個分の記憶インデックス信号は、除算部３３６ｂにおいてｎで除算される。これにより、過去ｎ個分の記憶インデックス信号の平均値が算出される。
【００８３】
インデックス信号の平均値を利用すれば、誤計測等によって不適切な測定開始信号が生成されてしまうことを防止できる。
【００８４】
図９（ｃ）において、測定開始信号生成部３３０は、記憶回路３３１ｃ、ＲＷ＿ＣＴＬ部３３２ｃ、オフセット部３３３ｃ、測定開始部３３４ｃ、及びｍ個（即ち、再帰性反射鏡１２１と同数）の低域通過フィルタ３３７ｃを備えて構成されてもよい。
【００８５】
この構成では特に、ｍ個の低域通過フィルタ３３７ｃにおいて、インデックス信号にフィルタ処理が施されるため、ノイズの影響を抑制しつつ測定開始信号を生成することができる。
【００８６】
以上のように生成される測定開始信号を用いれば、配置ずれに起因する測定開始タイミングのずれを好適に調整することが可能となる。即ち、テラヘルツ波の時間波形における特徴点を基準とすることで、各再帰性反射鏡１２１間のずれを小さくできる。よって、測定開始タイミングが適切なものとなり、より好適にテラヘルツ波を利用した測定が実行できる。
【００８７】
＜ソフトウェア処理＞
上述した測定開始タイミングを調整するためのハードウェア構成は、ソフトウェアのみの処理での実現可能である。以下では、ソフトウェアによる測定開始タイミングの調整処理について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、実施例に係るソフトウェアの処理を示すフローチャートである。なお、ソフトウェア処理は、上述したハードウェアが実行する各処理と概ね同様であるため、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。また、ここでのソフトウェア処理は、図示せぬソフトウェア処理部で実行されるものとする。
【００８８】
図１０において、ソフトウェアによる処理では、先ずソフトウェア処理部から、回転型光学遅延部２２０の回転機構に対して所定パルスが送出される（ステップＳ１０１）。これにより、回転機構が一定速度で回転される。即ち、所定パルスは、回転機構の回転速度を規定するパルスである。
【００８９】
続いてソフトウェア処理部は、装置調整時であるか否か（即ち、測定開始タイミングを調整中であるか否か）を判定する（ステップＳ１０２）。ここで、装置調整時であると判定されると（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、複数の再帰性反射鏡１２１の各々について初期測定開始位置が算出される。初期測定開始位置は、例えば記憶されている時間位置を用いて算出できる。
【００９０】
続いてソフトウェア処理部は、テラヘルツ波検出素子１３０において検出されたテラヘルツ波に対応した電流値を電圧値に変換し、測定開始値からの所定時間の電圧値を取り込む。そして、取り込まれた電圧値を用いて信号処理（例えば、変調された検出信号と、テラヘルツ波発生素子１１０から出力された参照信号とを用いてロックイン検出方式で同期検波を行う等）を施し、テラヘルツ波の時間波形信号を生成する（ステップＳ１０４）。
【００９１】
時間波形信号が生成されると、時間波形信号の特徴点が検出され、特徴点の時間位置が算出される（ステップＳ１０５）。
【００９２】
算出された時間位置は、対応する再帰性反射鏡１２１毎に記憶され、記憶された時間位置から再帰性反射鏡毎に適切な測定開始位置が算出される（ステップＳ１０６）。なお、測定開始位置は、一定のオフセット時間位置を差し引くことで算出できる。なお、算出された測定開始位置は、測定時に利用できるようメモリ等の記憶手段に記憶される。
【００９３】
以上の処理により、適切な測定開始位置を算出するための一連の処理は終了する。
【００９４】
一方で、装置調整時でないと判定された場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、測定対象物の測定が開始されると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、上述の処理で算出された測定開始位置が出力される（ステップＳ２０２）。
【００９５】
続いてソフトウェア処理部は、テラヘルツ波検出素子１３０において検出されたテラヘルツ波に対応した電流値を電圧値に変換し、測定開始値からの所定時間の電圧値を取り込む。そして、取り込まれた電圧値を用いて信号処理を施し、テラヘルツ波の時間波形信号を生成する（ステップＳ２０３）。
【００９６】
またソフトウェア処理部は、測定物の断層画像を得るために、回転機構を移動させるための所定パルスを送出する（ステップＳ２０４）。
【００９７】
上述したステップＳ２０２からステップＳ２０４の処理は、回転機構の移動が終了していない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、繰り返し実行される。一方で、回転機構の移動が終了したと判定されると、一連の処理は終了する。
【００９８】
以上説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１００によれば、測定開始タイミングが、再帰性反射鏡１２１毎に検出される特徴点の時間位置に基づいて、適切な測定を実現できるタイミングに調整される。このため、再帰性反射鏡１２１の配置ずれや取付け精度のばらつき等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【００９９】
なお、上述した調整処理は、装置内部の光路長配置に変更が加えられない限り、工場出荷時に初期設定として行えばよい。また、装置内部の光路長配置に変更があった場合には、変更直後の装置立ち上げ時に調整処理を実行すればよい。
【０１００】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許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テラヘルツ波計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０１】
１００  テラヘルツ波計測装置
１０１  パルスレーザ装置
１１０  テラヘルツ波発生素子
１２１  再帰反射鏡
１３０  テラヘルツ波検出素子
１４１  バイアス電圧生成部
１４２  測定区間信号生成部
１４３  テラヘルツ波発生制御部
１４４  Ｉ−Ｖ変換部
１５０  演算処理部
１６１  ビームスプリッタ
１６２、１６３  反射鏡
２２０  光遅延器
２２１  回転基板
３１０  基準信号生成部
３２０  インデックス信号生成部
３３０  測定開始信号生成部
３４０  平均値算出部
４１０  低域通過フィルタ
４２０  特徴点検出部
４３０  時間位置抽出部
４４０  セレクタ
ＬＢ  パルスレーザ光
ＬＢ１  ポンプ光
ＬＢ２  プローブ光
ＴＨｚ  テラヘルツ波
【図１】
2014222157.tif 000003
【図２】
2014222157.tif 000004
【図３】
2014222157.tif 000005
【図４】
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【図６】
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【図７】
2014222157.tif 000008
【図８】
2014222157.tif 000009
【図９】
2014222157.tif 000010
【図１０】
2014222157.tif 000011
【図５】
2014222157.tif 000012