(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ光を発生させるテラヘルツ光発生装置と、
被測定物を透過した前記テラヘルツ光及びレーザー光を透過させる電気光学素子と、
前記電気光学素子を透過したレーザー光を電気信号に変換する撮像装置と、
前記レーザー光の位相を前記電気光学素子に入射する前に変化させ、レーザー光を用いた被測定物の透過イメージの測定時にはレーザー光の光路から退避させられる補償板と、
前記補償板の位相角度を変化させながらレーザー光の強度変化を取得してレーザー光の強度が最小となる位相補償値でレーザー光の強度の補正係数を前記撮像装置の画素毎に算出する制御装置と、
を含むことを特徴とするテラヘルツイメージング装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記位相補償値とレーザー光の強度の関係を２次の近似式として算出し、前記近似式に位相補正角度を代入して算出される関数値を求め、所定値を前記関数値で割り算して得られる補正係数とし、前記補正係数を前記画素毎に算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項３】
レーザー光の光路上に補償板を挿入し、前記補償板によってレーザー光の位相を変化させながら、テラヘルツ光の電場強度に応じて屈折率が変化する電気光学素子にレーザー光を入射させ、レーザー光の透過光の光強度を撮像装置で取得する工程と、
レーザー光の強度が最小になるときの位相を位相補償値とし、前記位相補償値を画素毎に取得する工程と、
前記位相補償値を用いてレーザー光の強度を補正する補正係数を算出する工程と、
レーザー光を用いた被測定物の透過イメージの測定時に前記補償板を前記レーザー光の光路上から退避させる工程と、
を含むことを特徴とするテラヘルツイメージング装置の画像補正方法。
【請求項４】
前記補正係数を算出する工程は、前記位相補償値とレーザー光の強度の関係を２次の近似式として算出し、前記近似式に前記位相補正値を代入して算出される関数値を求め、所定値を前記関数値で割り算した値を補正係数とし、前記補正係数を前記画素毎に算出することを含むことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツイメージング装置の画像補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツイメージング装置及びその画像補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いて被測定物を観察する方法としては、可視光を用いることによって人間の目視と同様の画像を得る方法や、Ｘ線を用いることによって人間が視認できないような被測定物の内部の構造を観察する方法が知られている。
【０００３】
ここで、近年では、電磁波を用いた観察方法の一例として、テラヘルツ波（ＴＨｚ波）を用いた分光スペクトル分析が提唱されている。テラヘルツ波（ＴＨｚ波）は、周波数が１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、波長が３０μｍ〜３ｍｍの領域の電磁波である。ＴＨｚ波は、プラスチックや布、紙、半導体などを透過可能で、透過光として物質固有の吸収スペクトルが得られるという特徴を有する。従って、ＴＨｚ波を用いて被測定物の物性を分析したり、被測定物の検査や透視イメージングを得たりできる。
【０００４】
また、ＴＨｚ波を用いた分析は、被測定物の透過イメージを非破壊で得られるので、従来のＸ線や超音波などの内部透視手段に替わる成分分析型内部透視手段として期待されている。例えば、最近のテロ対策や犯罪対策として、空港の手荷物検査でプラスチック爆弾を発見したり、引火性液体のような爆発物を検査したり、郵便封書内の禁止薬物を検査したりするなど、従来のＸ線検査では検出が不可能であった被測定物に対して分析が行えるようになる。
【０００５】
ＴＨｚ波を用いた透過型イメージング方法の１つに、ＥＯ結晶とデジタルカメラを用いた測定法がある。この測定では、フェムト秒レーザーをポンプ光とプローブ光の２つに分岐させ、ポンプ光をＴＨｚ波発生器に照射してＴＨｚ波を発生させる。このとき形成されるＴＨｚ波は、被測定物に照射される。一方、プローブ光は、偏光子を透過させてから、被測定物を透過したＴＨｚ波と、電気光学（ＥＯ：Electro Optic）結晶に入射する。ＥＯ結晶の後段には、検光子とカメラが配置されている。検光子は、偏光子とクロスニコルになるよう配置されており、プローブ光がＴＨｚ波の振動電場の強弱に応じて楕円偏光化した成分のみがカメラで検出される。
【０００６】
さらに、プローブ光の光路上に時間遅延ミラーを配置し、時間遅延ミラーを光軸に沿って移動させることによって、プローブ光がＥＯ結晶に入射するタイミングを変えると、ＴＨｚ波の振動電場の時間波形を測定できる。このようにしてカメラの画素毎に得られる時間波形をフーリエ変換すると、被測定物の分光イメージングが作成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２３２４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
理想的なＥＯ結晶では、電場が印加されていないときの屈折率の異方性はゼロである。しかしながら、現実には、ＥＯ結晶内に部分的に応力が残っていたりするので、屈折率に異方性が生じている。このために、一般的なＥＯ結晶にＴＨｚ波やレーザー光を入射すると、残留複屈折が生じる。さらに、ＥＯ結晶の屈折率の異方性は場所毎にランダムに生じることが知られている。このために、ＥＯ結晶の残留複屈折も場所毎にばらつきを有する。
【０００９】
これらから、ＥＯ結晶を透過したプローブ光は、被測定物に起因する偏光成分に、残留複屈折に起因する偏光成分が加わった偏光光になる。この結果、ＥＯ結晶を透過した光をカメラで撮像すると、画像内にＴＨｚ波の振動電場以外に、ＥＯ結晶の残留複屈折のばらつきによって部分的にノイズが混じってしまい、被測定物から得られる情報の精度が低下していた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＯ結晶の残留複屈折による測定データのノイズを除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の一観点によれば、テラヘルツ光を発生させるテラヘルツ光発生装置と、被測定物を透過した前記テラヘルツ光及びレーザー光を透過させる電気光学素子と、前記電気光学素子を透過したレーザー光を電気信号に変換する撮像装置と、前記レーザー光の位相を前記電気光学素子に入射する前に変化させ、レーザー光を用いた被測定物の透過イメージの測定時にはレーザー光の光路から退避させられる補償板と、前記補償板の位相角度を変化させながらレーザー光の強度変化を取得してレーザー光の強度が最小となる位相補償値でレーザー光の強度の補正係数を前記撮像装置の画素毎に算出する制御装置と、を含むことを特徴とするテラヘルツイメージング装置が提供される。
【００１１】
また、実施形態の別の観点によれば、レーザー光の光路上に補償板を挿入し、前記補償板によってレーザー光の位相を変化させながら、テラヘルツ光の電場強度に応じて屈折率が変化する電気光学素子にレーザー光を入射させ、レーザー光の透過光の光強度を撮像装置で取得する工程と、レーザー光の強度が最小になるときの位相を位相補償値とし、前記位相補償値を画素毎に取得する工程と、前記位相補償値を用いてレーザー光の強度を補正する補正係数を算出する工程と、レーザー光を用いた被測定物の透過イメージの測定時に前記補償板を前記レーザー光の光路上から退避させる工程と、を含むことを特徴とするテラヘルツイメージング装置の画像補正方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
電気光学素子の残留複屈折が最小となる位相補償値に応じた補正係数を画素毎に算出し、これら補正係数を用いて各画素のデータを補正することが可能になる。これによって、電気光学素子の残留複屈折に起因するノイズを除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るテラヘルツイメージング装置の原理の一例を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るテラヘルツイメージング装置のテラヘルツ波の時間波形と可動ミラーの位置の関係の一例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置の構成の一例を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置の階段状ミラー一例の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置において階段状ミラーで折り返されたプローブ光がＥＯ結晶に到達するタイミングの一例を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置において撮像装置の視野と階段状ミラーで折り返された光の配置の一例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置においてＥＯ結晶の屈折率の分布の一例を模式的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置における画像補正方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置においてベレク補償板のベレク目盛りとプローブ光の強度の関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置において位相補償角度と時間波形のピーク値の関係の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係るテラヘルツイメージング装置において、（ａ）は補正前の干渉画像の一例を示し、（ｂ）は補正後の干渉画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００１５】
最初に、テラヘルツイメージング装置の基本構成及び原理について説明する。テラヘルツイメージング装置は、ＴＨｚ（テラヘルツ）波を用いて被測定物の分光分析を行う。ＴＨｚ波のパルスの繰り返し数は、例えば、数１０ＭＨｚなので、ＴＨｚ波の時間波形を計測することは困難である。このために、フェムト秒レーザーを２つに分岐させ、一方のレーザー光をＴＨｚ波を形成するポンプ光として使用し、他方のレーザー光をＴＨｚ波を検出するためのプローブ光として使用する。このような方式は、一般にポンプ・プローブ方式と呼ばれる。さらに、テラヘルツイメージング装置では、ポンプ光とプローブ光の間に光学的な時間遅延を設けることによって、ＴＨｚ波の波形を計測するようにしている。
【００１６】
図１に概略構成を示すように、テラヘルツイメージング装置１は、光源としてフェムト秒レーザー２を有する。フェムト秒レーザー２としては、例えば、モード同期チタンサファイアレーザーが用いられる。フェムト秒レーザー２から放射されたレーザー光は、ミラー３で折り返された後、ビームスプリッタ４によってポンプ光とプローブ光に分岐される。
【００１７】
ビームスプリッタ４によって分岐させられたポンプ光は、ミラー５で折り返された後にＴＨｚ波発生器６（テラヘルツ光発生装置）に入射し、ＴＨｚ波を励起させる。ＴＨｚ波発生器６は、例えば、半導体基板にバイアス電圧を印加したものを使用する。ＴＨｚ波発生器６にポンプ光を入射させると、光励起によって半導体中にキャリアが生成されて瞬時電流が流れ、瞬間電流の時間微分に比例したＴＨｚ波が発生する。
【００１８】
ＴＨｚ波発生器６で発生したＴＨｚ波は、レンズ７によって平行光に整形された後、被測定物８に照射される。ＴＨｚ波は、被測定物８を透過することによって、被測定物８の情報を含む波形になる。即ち、ＴＨｚ波の電場強度分布は、被測定物８を透過することによって変化し、かつその変化は被測定物８の物性値等によって変化する。
【００１９】
一方、ビームスプリッタ４でレーザー光を分岐させることによって形成されたプローブ光は、ミラー９で折り返された後、時間遅延ユニット１０に入射する。時間遅延ユニット１０は、プローブ光を折り返す可動ミラー１０Ａが移動自在に設けられている。可動ミラー１０Ａは、傾斜して配置された一組のミラーを有し、制御装置１１によってプローブ光の光軸に平行な矢印ｄ１方向に移動できる。従って、この時間遅延ユニット１０では、可動ミラー１０Ａの移動量に応じて、プローブ光の光路長を変化させることができる。これによって、プローブ光がカメラに到達するタイミングがずれるので、ＴＨｚ波の振動電場の時間波形を計測できる。例えば、プローブ光側の光路長を０．３ｍｍ変化させることで、時間にして１ピコ秒経過後の波形を取得できるようになる。
【００２０】
時間遅延ユニット１０の可動ミラー１０Ａによって光路長が調整されたプローブ光は、偏光子１２を透過することによって直線偏光成分のみを有するレーザー光になる。偏光子１２は、例えば矢印ＡＲ１に示す方向の偏光を透過させるものが用いられている。偏光子１２を透過したプローブ光は、拡大レンズを組み合わせたビームエキスパンダ１３によってＴＨｚ波の断面形状に一致するように拡大させられる。
【００２１】
ここで、プローブ光は、被測定物８を透過したＴＨｚ波を検出するために用いられる。このために、ビームエキスパンダ１３で拡大させられたプローブ光と、被測定物７を透過したＴＨｚ波とは交差するように光路が設定されており、ＴＨｚ波とプローブ光が交差する位置には、ビームスプリッタ１５に配置されている。
【００２２】
ビームスプリッタ１５によって同一の光路に折り返されたプローブ光とＴＨｚ波の光路上には、ＥＯ結晶１６が配置されている。ＥＯ結晶１６は、電界を加えると、電界の強度に比例して屈折率が変化して、複屈折を誘起するように構成されている。このために、ＥＯ結晶１６の複屈折率は、ＴＨｚ波が有する電場強度分布によって変化する。ここで、ＴＨｚ波の電場強度分布は、被測定物８の影響を受けて変化しているので、ＥＯ結晶１６の複屈折率は、ＴＨｚ波の電場強度によって変化する。このようなＥＯ結晶１６の複屈折変化によって、ＥＯ結晶１６を透過して検光子１７に入射するプローブ光の偏光面と位相は、ＴＨｚ波の電場強度分布によって回転して楕円偏光に変化する。
【００２３】
さらに、ＥＯ結晶１６を透過したプローブ光の光路上には、検光子１７と、撮像装置である２次元のカメラ１８とが順番に配置されている。検光子１７は、プローブ光の光路上に配置された偏光子１２に対してクロスニコル配置されている。即ち、検光子１７は、矢印ＡＲ２に示すような直線偏光した成分のみを透過させる。ここで、矢印ＡＲ２に示す偏光方向は、矢印ＡＲ１で示す偏光子１２の偏光方向と直交している。即ち、プローブ光の偏光方向と直交する成分の光のみが検光子１７を透過する。
【００２４】
このために、ＴＨｚ電磁波の電場強度分布が変化していないときには、検光子１７を通過するプローブ光パワーは原理的にはゼロになる。ところが、プローブ光は、ＥＯ結晶１６を通過する際に、ＴＨｚ波の影響を受けて楕円偏光に変化している。このためにプローブ光の偏光状態が変化した成分だけが検光子１７を透過する。
【００２５】
カメラ１８は、プローブ光の光強度を検出可能な光電素子が２次元に配列された構成を有する。この実施の形態のカメラ１８は、比較的高速動作ができるものが好ましく、例えば１０００ｆｐｓ（frames per second）程度の高速動作が可能なＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）タイプであることが望ましい。
【００２６】
カメラ１８の出力は、Ａ／Ｄ変換器１９でデジタル信号に変換された後、コンピュータ等からなる制御装置１１に取り込まれる。制御装置１１は、例えばフーリエ変換などの信号処理を行ったり、データをモニタに表示させたりする。また、不図示の他の装置にデータを出入力することも可能である。
【００２７】
ここで、制御装置１１が時間遅延ユニット１０の可動ミラー１０Ａの位置を固定し、遅延時間を変化させずにプローブ光を測定すると、カメラ１８にはあるタイミングにおけるＴＨｚ波に起因する電場分布が撮影される。これに対して、制御装置１１が時間遅延ユニット１０の可動ミラー１０Ａを光軸方向に移動させてプローブ光の遅延時間を周期的に変化させると、ＴＨｚ波に起因する電場分布の時間変化を撮像できる。
【００２８】
プローブ光の遅延時間を変化させながらプローブ光を検出する原理について図２を参照してさらに詳細に説明する。図２において、横軸は、時間の経過と時間遅延ユニット１０の可動ミラー１０Ａの位置を示す。可動ミラー１０Ａの位置は、Ｐ１からＰ８に至るまで順番にプローブ光の光路長が長くなる。即ち、可動ミラー１０ＡがＰ１の位置にあるときが最もプローブ光の光路長が短くなり、可動ミラー１０ＡがＰ８の位置にあるときが最もプローブ光の光路長が長くなる。また、図２の縦軸は、ＴＨｚ波の光の光強度を示す。
【００２９】
例えば、ラインＬ１に示すように、被測定物８を透過したＴＨｚ波の光強度が時間と共に変化する場合、可動ミラー１０ＡがＰ１の位置にあるとき、カメラ１８はＴＨｚ波の波形Ｌ１において、Ｐ１の領域内の光強度、例えばＤ１を検知する。続いて、可動ミラー１０ＡがＰ２の位置にあるとき、カメラ１８は例えばＤ２の光強度を検知する。以降は、可動ミラー１０Ａの位置が、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８と順番に変化するに従って、カメラ１８は、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８の光強度を順番に検知する。このようにして得られた各光強度Ｄ１〜Ｄ８によって、ラインＬ１に示すＴＨｚ波の光強度の時間変化を取得できる。
【００３０】
このように、可動ミラー１０Ａの位置を周期的に変えながら光強度をカメラ１８で取得し、制御装置１１でフーリエ変換すれば、周波数スペクトルが得られる。この周波数スペクトルを例えば、被測定物８がないときに取得した参照スペクトルを比較すれば、被測定物８の吸収スペクトルが得られる。ここで、図１に示すように階段状ミラー３２を用いない場合のイメージング法では、可動ミラー１０Ａの移動回数は、測定する時間波形に求められる精度によるが、数百〜数千回程度必要になる。
【００３１】
（実施例）
図３の概略構成図を参照して、画像補正機能を有するテラヘルツイメージング装置の実施例について説明する。
テラヘルツイメージング装置２１は、フェムト秒レーザー２を有する。フェムト秒レーザー２は、パルス幅が１００ｆｓｅｃもしくはそれ以下で、波長が８００ｎｍのレーザー光を放射する。フェムト秒レーザー２の光路上には、ミラー３とビームスプリッタ４とが順番に配置されている。ビームスプリッタ４で分岐させた一方のレーザー光がポンプ光となり、他方がプローブ光になる。ポンプ光は、時間遅延ユニット１０で光路長が調整された後、ＴＨｚ波発生器６に入力される。ＴＨｚ波発生器６から出力されるＴＨｚ波は、レンズ７で平行光に整形された後、被測定物８に照射される。さらに、被測定物８を透過したＴＨｚ波は、ＥＯ結晶１６に入射する。ここで、時間遅延ユニット１０は、ポンプ光の光路上に配置する代わりに、図１と同様にプローブ光の光路上に配置しても良い。
【００３２】
一方、プローブ光は、ミラー５Ａ及びミラー５Ｂで折り返された後、ビームエキスパンダ１３に入射される。ビームエキスパンダ１３によって断面が拡大されたプローブ光の光路上には、偏光子１２と、ベレク補償板３１と、階段状ミラー３２と、ＥＯ結晶１６と、検光子１７と、撮像装置であるカメラ１８とが順番に配置されている。
【００３３】
ここで、ベレク補償板３１は、方解石などの複屈折率を持つ材料を用いた平行平面板３１Ａを有し、平行平面板３１Ａがプローブ光の光軸に垂直になるように配置される。ベレク補償板３１に設けられている不図示のダイヤルを回すことによって、平行平面板３１Ａを回転軸の周りに回転可能させると、プローブ光の位相を変化させて偏光状態を変更できる。
【００３４】
また、図３と、図４の拡大図に示すように、階段状ミラー３２は、段数がＳｎの階段形状を有し、各ステップがプローブ光の反射面３３になっている。複数の反射面３３は、平行に配置されており、その各々が同じ形状及び同じ面積を有する。階段状ミラー３２は、プローブ光に対して所定の角度で傾斜して配置されている。このために、階段状ミラー３２で反射したプローブ光は、反射面３３毎に時間差がついて分割されてＥＯ結晶１６に入射する。ここで、階段状ミラー３２の段数であるＳｎは任意の整数を採用できる。階段状ミラー３２の段数を多くする程、テラヘルツイメージング装置２１の分解能が高められる。
【００３５】
例えば、図５に一部を拡大して模式的に示すように、ＥＯ結晶１６には、階段状ミラー３２の複数の反射面３３で反射されたプローブ光のそれぞれの反射光３５，３６の各波面３５Ａ，３５Ｂが同時に結晶表面に到達する。その結果、図６に一例を模式的に示すように、カメラ１８では、ライン状のプローブ光がハッチングで示すように所定の間隔で検出される。ここで、階段状ミラー３２の段数がＳｎ段なので、横方向に分割されたプローブ光の数は、Ｓｎ個になる。カメラ１８の画素が例えば、５１２×５１２個の場合、カメラ１８の１セルは、（５１２／２Ｓｎ）×（５１２／２Ｓｎ）画素になる。従って、ライン状のプローブ光の幅は、必ず複数の画素になっており、この複数の画素を利用してＴＨｚはの時間波形を測定している。ここで、階段状ミラー３２は実施例に必須の構成要素ではない。階段状ミラー３２の代わりに、プローブ光を一様に反射する折り返しミラーを配置しても良い。
【００３６】
さらに、ＥＯ結晶１６は、例えばＺｎＴｅ結晶を用いて製造されており、電界が加えられると、屈折率が電界に比例して変化する性質を有する材料から形成されている。ＴＨｚ波がＥＯ結晶１６を通過するときに、ＥＯ結晶１６の屈折率がＴＨｚ波の電界によって変化するので、プローブ光がＥＯ結晶１６を透過するときに、プローブ光の偏光状態がＥＯ結晶１６の複屈折率によって変化する。
【００３７】
また、検光子１７は、偏光子１２とクロスニコルになるようにした配置されている。カメラ１８は、プローブ光がＴＨｚ波の振動電場の強弱に応じて楕円偏光化した成分のみ検出するように構成されている。偏光子１２によって、プローブ光の偏光状態変化分布が光強度分布に変換される。
【００３８】
さらに、フェムト秒レーザー２と時間遅延ユニット１０と、ベレク補償板３１と、カメラ１８とは、制御装置１１に接続されている。この実施の形態において、制御装置１１は、テラヘルツイメージング装置２１の動作を制御する装置制御部４１と、カメラ１８で取得したデータを処理するデータ処理部４２と、画像を補正する補正処理部４３とに機能分割される。また、制御装置１１には、測定データや補正係数を記憶する記憶装置４４が設けられている。ここで、制御装置１１は、ディスプレイや、データ入力用のデバイスなどを有しても良い。
【００３９】
次に、テラヘルツイメージング装置２１を用いた被測定物８の物性分析方法について説明する。
【００４０】
テラヘルツイメージング装置１は、被測定物８をＴＨｚ波の光路上に配置してから、プローブ光の強度分布とＴＨｚ波の時間波形を測定する。まず、装置制御部４１は、フェムト秒レーザー２からレーザー光を出射させる。ポンプ光によって発生したＴＨｚ波がＥＯ結晶１６に入力する。一方、プローブ光は、偏光子１２とベレク補償板３１を通過して所定の直線偏光に偏光された状態で階段状ミラー３２に入射し、ＥＯ結晶１６に向けて反射される。さらに、階段状ミラー３２で、複数の平行なライン状に反射されたプローブ光は、ＥＯ結晶１６を透過し、検光子１７を通してカメラ１８に入射する。
【００４１】
図５に示すように、プローブ光の反射光３５，３６は、ＥＯ結晶１６に斜め入射するので、各波面３５Ａ，３５Ｂの下端はＥＯ結晶１６に到達しているが、各波面３５Ａ，３５Ｂの上端は未だＥＯ結晶１６に到達していない。各波面３５Ａ，３５Ｂの上端は、下端がＥＯ結晶１６に到達したタイミングから、例えばΔｔ１だけ遅れてＥＯ結晶１６に入射する。従って、各反射光３５，３６がＥＯ結晶１６に到達するときの時間遅延を利用すれば、ＴＨｚ波の時間波形をサンプリング測定することができる。しかしながら、各波面３５Ａ，３５Ｂ内での時間差が、時間波形を測定するのに十分でない。このために、テラヘルツイメージング装置２１では、時間遅延ユニット１０を用いてポンプ光の光路長を調整することによって光路差を拡大しており、これによって、十分な時間幅を持つＴＨｚ波の時間波形を測定することが可能になる。
【００４２】
ここで、図７にＥＯ結晶１６内の残留複屈折率の分布の一例を示すように、ＥＯ結晶１６には、残留複屈折が存在する。領域Ｒ１の複屈折率が垂直方向でｎ１、水平方向でｎ２なのに対し、例えば、領域Ｒ２では残留屈折率Δｎ１、Δｎ２によって水平方向及び垂直方向の屈折率が変化している。従って、このＥＯ結晶１６に一様な光を入射させても、透過光の偏光状態は領域Ｒ１と領域Ｒ２とで異なってしまう。即ち、ＴＨｚ波の時間波形はＥＯ結晶１６の残留複屈折のばらつきによって、部分的に偏光状態が本来の偏光状態からずれる。このばらつきが測定画像のノイズになる。
【００４３】
従って、このノイズによる測定誤差を防止するために、制御装置１１の補正処理部４３は、残留複屈折率の影響を除去できるような補正係数を図８のフローチャートに従って算出し、補正係数を用いて測定データを補正する。補正係数の算出は、例えば、テラヘルツイメージング装置２１の立ち上げ時に実施される。また、新しい被測定物８を測定する度に画像補正しても良い。画像補正処理は、被測定物８を設置しない状態で実施することが好ましい。
【００４４】
最初に、図８のステップＳ１０１で、装置制御部４１がプローブ光の位相を変化させながら、プローブ光強度の分布とＴＨｚ波の時間波形を測定する。
【００４５】
この処理では、装置制御部４１がレーザー光を発振させ、ＴＨｚ波とプローブ光を形成する。このとき、被測定物８はＴＨｚ波の光路の外に退避させておく。また、時間遅延ユニット１０の可動ミラーは、ＴＨｚ波の時間波形のピーク値が測定できる位置に固定する。さらに、ベレク補償板３１を回転させて、プローブ光の位相をずらしながらＥＯ結晶１６を透過した光の強度をカメラ１８で取得する。カメラ１８は複数の画素が２次元に配列されているので、カメラ１８で撮像した画像によってプローブ光の光強度の分布が得られる。
【００４６】
続くステップＳ１０２では、補正処理部４３がプローブ光の強度が最小になるようなベレク補償板３１の角度を求め、これを位相補償角度（位相補償値）とする。さらに、位相補償角度の値をカメラ１８の画素毎に制御装置１１の記憶装置４４に記憶させる。ここで、図９にベレク補償板３１の位相補償角度とカメラ１８で撮像されるプローブ光の強度の一例を示す。横軸は、ベレク補償板３１の回転角度（ベレク目盛り）を示し、縦軸は、プローブ光の強度を示す。ベレク補償板３１の回転角度を変化させながらプローブ光の受光強度を測定すると、プローブ光強度が最も小さくなる位相角度が存在する。このときの位相角度θ１は、ＥＯ結晶１６の残留複屈折によって生じた位相ずれを相殺する位相補償角度（ゼロバイアスの位相角度）となる。位相補償角度は、例えば、５１２×５１２ピクセルのカメラ１８の画素毎に決定され、記憶装置４４に記憶される。記憶装置４４には、例えば、カメラ１８上の位置を特定する情報と、位相補償角度とが関連付けられて記憶される。
【００４７】
さらに、ステップＳ１０３で、補正処理部４３が位相補償角度とＴＨｚ波のピーク値との相関を示す２次の近似式を算出する。このとき、時間遅延ユニット１０の可動ミラー１０Ａの位置は、ＴＨｚ波の時間波形のピーク値が測定できる位置、例えば、図２のＰ２の位置に調整する。
【００４８】
ここで、ＴＨｚ波の時間波形の値ΔＩは、式（１）のような近似式で表すことができる。
【００４９】
【数１】
0005919941.tif 000002
【００５０】
Ｉ０はＥＯ結晶１６への入射光強度、ΔθはＴＨｚ波が発生しているときと、発生していないときの位相差、ΓはＥＯ結晶１６の残留複屈折による位相差、ηは散乱等その他の要因による位相差である。式（１）から、ＴＨｚ波の時間波形の値ΔＩは、ＥＯ結晶１６の残留複屈折率による位相差Γの２次関数と近似できる。
【００５１】
そこで、補正処理部４３は、図１０に示すようなピーク値が得られた画素におけるＴＨｚ波の時間波形の値と、ベレク補償板３１の位相補償角度の関係を調べた結果から近似式を計算する。図１０の横軸は、ベレク補償板３１の位相補償角度を示し、縦軸はＴＨｚ波の時間波形のピーク値を示す。ピーク値は、ＴＨｚ波が発生しているときにカメラ１８で撮像されるプローブ光の強度と、ＴＨｚ波が発生していないに撮像されるプローブ光の強度の差分を１００００回積算した値である。
【００５２】
補正処理部４３は、図１０に示す多数のプロットに相当するデータを用いてベレク補償板３１の位相補償角度をｘとした場合のピーク値を２次関数ｆ（ｘ）として近似する。図１０の例で、ピーク値はｆ（ｘ）＝−３５１７０８．６０３ｘ２＋６４１４．９８６と近似される。
【００５３】
さらに、ステップＳ１０４で、補正処理部４３が近似式からＴＨｚ波のピーク値が画素によらずに一定になるような補正係数を算出する。例えば、位相補償角度に応じて補正係数を６０００／ｆ（ｘ）と定義すると、画像毎の位相補償角度を近似式ｆ（ｘ）に代入して得られる関数値で６０００を割り算する。例えば、図６の画素Ｇ１の位相補償角度が−０．０５ｒａｄであった場合、近似式の関数値ｆ（−０．０５）は、５５３５．７１４になる。従って、画素Ｇ１の補正係数Ｋ１は、６０００／ｆ（−０．０５）＝６０００／５５３５．７１４＝１．０８４になる。同様に、画素Ｇ２の位相補償角度が０．０４ｒａｄとして記憶装置４４であった場合、近似式の関数値ｆ（０．０４）は、５８５２．２５２になる。従って、画素Ｇ２の補正係数Ｋ２は、６０００／ｆ（０．０４）＝６０００／５８５２．２５２＝１．０５２になる。ここで、６０００は、所定値であり、必ずしも６０００でなくても良い。
【００５４】
このようにして算出された補正係数は、記憶装置４４に画素に対応して記憶される。例えば、被測定物８のテラヘルツイメージングにおいて、画素Ｇ１が検出した光強度がＤＳ１であり、画素Ｇ２が検出した光強度がＤＳ２であったとする。この場合、データ処理部４２は、画素Ｇ１の補正係数Ｋ１と、画素Ｇ２の補正係数Ｋ２を記憶装置４４から読み出する。さらに、画素Ｇ１について、光強度ＤＳ１に補正係数Ｋ１を掛け算して補正後の光強度ＤＳ１×Ｋ１を得る。同様に、画素Ｇ２について、光強度ＤＳ２に補正係数Ｋ２を掛け算して補正後の光強度ＤＳ２×Ｋ２を得る。補正後の光強度ＤＳ１×Ｋ１、ＤＳ２×Ｋ２は、ＴＨｚ波時間波形の値がＥＯ結晶１６の残留複屈折の影響が除去されたデータになる。即ち、ＥＯ結晶１６に入射する前のプローブ光及びＴＨｚ波の偏光状態が画素Ｇ１と画素Ｇ２で同じであれば、ＥＯ結晶１６の残留複屈折率が異なっていても、光強度が同じになる。このような処理は、カメラ１８の全ての画素について行われ、ＥＯ結晶の残留付屈折のばらつきの影響が補正され、場所に依らずに一定になる。
【００５５】
ここで、記憶装置４４に登録した補正係数を用いて、ＴＨｚ波時間波形をカメラ１８で測定した画像の一例を図１１に示す。ここでは、ＥＯ結晶１６に残留複屈折のばらつきが存在しなければ、一様の光強度が観測できるような条件でプローブ光を撮像している。図１１（ａ）は、補正前のデータをそのまま用いてプローブ光の偏光状態を表示させた画像であり、図１１（ｂ）は、補正後のプローブ光の偏光状態の画像を示す。図１１（ａ）に示す補正前の画像では、領域Ｒａ１，Ｒａ２の光強度が他の領域の光強度と異なっている。これは、ＥＯ結晶１６の残留複屈折によって、本来は均一なプローブ光の偏光状態が場所によって変化したためである。これに対して、図１１（ｂ）に示すように、補正係数を用いて補正したデータで画像を作成すると、場所によるムラがなく均一な画像が得られた。これは、ＥＯ結晶１６の残留複屈折が補正係数によって補正されたためである。
【００５６】
そして、補正係数を決定したら、ＴＨｚ波の光路上の所定位置に被測定物８を配置し、実際の測定を開始する。測定時には、ベレク補償板３１は、プローブ光の光路上から退避させる。制御装置１１の装置制御部４１で可動ミラー１０Ａの位置をＰ１〜Ｐ８まで周期的に変化させながら、プローブ光をカメラ１８で撮影する。カメラ１８から出力される光強度のデータは、補正処理部４３において画素毎に決定された補正係数を用いて補正された後、データ処理部４２で処理される。そして、補正係数で補正した光強度のデータ、例えば、画素Ｇ１，Ｇ２におけるＤＳ１×Ｋ１、ＤＳ２×Ｋ２を用いてフーリエ変換すれば周波数スペクトルが得られる。
【００５７】
以上、説明したように、この実施の形態では、ＴＨｚ波とプローブ光が入射するＥＯ結晶１６の残留複屈折によって生じるプローブ光の光強度の変化をプローブ光の光路上に配置したベレク補償板３１を用いて調べ、光強度が最小となるときの位相（位相補償角度）を画素毎に求めた。位相補償角度を用いて光強度の補正係数を決定することによって、ＥＯ結晶１６の残留複屈折による光強度の変化を打ち消すことが可能になる。
【００５８】
位相補償角度と光強度の関係を２次の近似式として取り扱うことによって、補正係数を確実に、かつ容易に算出できる。ここで、２次の近似式に画素毎の位相補償角度を代入して関数値を算出し、所定値を関数値で割ることによって画素毎の補正係数を算出するようにしたので、画像内のバラツキを補正して面内で均一なＴＨｚ波時間波形を測定できる。
【００５９】
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。
【符号の説明】
【００６０】
６  ＴＨｚ波発生器（テラヘルツ光発生装置）
８  被測定物
１１  制御装置
１６  電気光学素子
１８  撮像装置（カメラ）
２１  テラヘルツイメージング装置
３１  ベレク補償板
【図１】
0005919941.tif 000003
【図２】
0005919941.tif 000004
【図３】
0005919941.tif 000005
【図４】
0005919941.tif 000006
【図５】
0005919941.tif 000007
【図６】
0005919941.tif 000008
【図７】
0005919941.tif 000009
【図８】
0005919941.tif 000010
【図９】
0005919941.tif 000011
【図１０】
0005919941.tif 000012
【図１１】
0005919941.tif 000013