(57)【要約】【課題】単一のアンテナによって計測対象物の複素比誘電率を非接触かつ高精度で計測する。【解決手段】電磁波を放射及び受信可能な高周波アンテナ１２と、高周波アンテナ１２へ高周波信号を出力する高周波信号源１０と、高周波アンテナ１２のセンサ面と計測対象物１０２の表面との間の距離を変えるステージ１４と、計測対象物１０２に対して高周波アンテナ１２から電磁波を放射し、高周波アンテナ１２によって受信された計測対象物１０２からの反射信号を処理する処理部１８と、を備え、反射信号特性が未知の対象物を計測対象物１０２として計測された反射信号と、反射信号特性が既知の対象物を計測対象物１０２として計測された反射信号とを用いて、高周波アンテナ１２のセンサ面に対する校正面と計測対象物１０２の距離の差による反射信号の計測誤差を低減する、又は、周辺の反射物の影響による計測誤差を低減する処理を行う。【選択図】図１
2018013452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の複素比誘電率を計測する計測装置であって、
電磁波を放射及び受信可能な高周波アンテナと、
前記高周波アンテナへ高周波信号を出力する信号源と、
前記高周波アンテナのセンサ面と前記計測対象物の表面との間の距離を変えるステージと、
前記計測対象物に対して前記高周波アンテナから電磁波を放射し、前記高周波アンテナによって受信された前記計測対象物からの反射信号を処理する処理部と、
を備え、
前記処理部は、反射信号特性が未知の第１対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、反射信号特性が既知の第２対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、を用いて、前記高周波アンテナの前記センサ面に対する校正面と前記計測対象物の距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行うことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
計測対象物の複素比誘電率を計測する計測装置であって、
電磁波を放射及び受信可能な高周波アンテナと、
前記高周波アンテナへ高周波信号を出力する信号源と、
前記高周波アンテナのセンサ面と前記計測対象物の表面との間の距離を変えるステージと、
前記計測対象物に対して前記高周波アンテナから電磁波を放射し、前記高周波アンテナによって受信された前記計測対象物からの反射信号を処理する処理部と、
を備え、
前記処理部は、反射信号特性が未知の第１対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、反射信号特性が既知の第２対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、を用いて、周辺の反射物の影響による計測誤差を低減する処理を行うことを特徴とする計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の計測装置であって、
前記処理部は、計測された反射信号と理論的な反射信号との差から前記高周波アンテナの前記センサ面に対する校正面と前記計測対象物の距離の差を求め、距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行うことを特徴とする計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計測装置であって、
前記高周波アンテナの前記センサ面と前記計測対象物の表面との間の距離、及び、前記高周波アンテナから放射される電磁波の周波数の組み合わせ毎に反射信号を計測し、
前記処理部は、周波数毎に反射信号を平均化する処理を行うことを特徴とする計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の計測装置であって、
前記高周波アンテナは、ホーンアンテナであることを特徴とする計測装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の計測装置であって、
前記高周波アンテナから放射される電磁波の周波数は３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下であることを特徴とする計測装置。
【請求項７】
計測対象物の複素比誘電率を計測する計測方法であって、
反射信号特性が未知の第１対象物を計測対象物として、高周波アンテナから前記第１対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第１工程と、
反射信号特性が既知の第２対象物を計測対象物として、前記高周波アンテナから前記第２対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第２工程と、
前記第１対象物に対する反射信号と前記第２対象物に対する反射信号とを用いて、前記高周波アンテナのセンサ面に対する校正面と計測対象物の距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行う計測方法。
【請求項８】
計測対象物の複素比誘電率を計測する計測方法であって、
反射信号特性が未知の第１対象物を計測対象物として、高周波アンテナから前記第１対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第１工程と、
反射信号特性が既知の第２対象物を計測対象物として、前記高周波アンテナから前記第２対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第２工程と、
前記第１対象物に対する反射信号と前記第２対象物に対する反射信号とを用いて、周辺の反射物の影響による計測誤差を低減する処理を行う計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複素比誘電率の計測装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つのアンテナを１対にして、一方のアンテナから電磁波を放射し、他方のアンテナによって電磁波を受信することによって、積雪の反射特性を計測し、得られた反射特性から積雪の誘電率を算出する方法が提案されている（特許文献１）。当該方法では、計測用のアンテナとは別に、校正用のアンテナを介して又は介さずに伝送ケーブルが同軸切替器によりネットワークアナライザに接続された計測装置が用いられる。
【０００３】
また、誘電体レンズ付の集束型ホーンアンテナを２つ用いた透過法による誘電率計測システムに関する技術が開示されている（非特許文献１）。この技術では、計測によって得られた反射及び透過率等のＳパラメータを元に、複素比誘電率及び複素比透磁率を算出する。また、得られた反射特性及び透過特性を逆フーリエ変換することによって、時間領域の特性に変換する機能を有する。時間領域における特性に基づいて計測対象の反射波を判別し、その反射波以外をフィルタ処理によって排除した後にフーリエ変換することによって、計測対象の反射特性と透過特性を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０４３２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ビーム集束型ホーンアンテナを用いたフリースペース法電子材料計測システム」、戸高ら著、信学技法ＥＭＣＪ，１０２（４８８），ｐｐ１３−２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、２つのアンテナを送信及び受信に分けて使用しているため、方向性誤差を軽減することができる。しかしながら、２つのアンテナを用いる必要があるため、装置の製造コストが増大する。また、２つのアンテナの相対位置や角度を最適に調整する必要があるため、振動等により位置や角度がずれた場合に再調整に時間を要する。また、２つのアンテナの位置関係によっては、送信アンテナのマイクロ波を受信アンテナが直接受信してしまい、誘電率の計測結果に誤差が生ずるおそれがある。
【０００７】
また、非特許文献１に記載の技術では、高価な誘電体レンズ付のホーンアンテナを２つ用いるために装置の製造コストが高い。また、透過法を用いているので、２つのアンテナの焦点位置を一致させなければならず、振動等によりそれらの位置がずれた場合、再調整に時間を要する。また、高精度の計測にはタイムゲーティングを利用する必要があるため、どの反射波が計測対象の反射波であるかを判別する必要がある。さらに、タイムゲーティングのようなフィルタ処理を適用する場合、フーリエ変換後の周波数スペクトルには歪みが生ずるため、得られる誘電率の周波数特性にも歪みが生ずるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、計測対象物の複素比誘電率を計測する計測装置であって、電磁波を放射及び受信可能な高周波アンテナと、前記高周波アンテナへ高周波信号を出力する信号源と、前記高周波アンテナのセンサ面と前記計測対象物の表面との間の距離を変えるステージと、前記計測対象物に対して前記高周波アンテナから電磁波を放射し、前記高周波アンテナによって受信された前記計測対象物からの反射信号を処理する処理部と、を備え、前記処理部は、反射信号特性が未知の第１対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、反射信号特性が既知の第２対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、を用いて、前記高周波アンテナの前記センサ面に対する校正面と前記計測対象物の距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行うことを特徴とする計測装置である。
【０００９】
本発明の１つの態様は、計測対象物の複素比誘電率を計測する計測装置であって、電磁波を放射及び受信可能な高周波アンテナと、前記高周波アンテナへ高周波信号を出力する信号源と、前記高周波アンテナのセンサ面と前記計測対象物の表面との間の距離を変えるステージと、前記計測対象物に対して前記高周波アンテナから電磁波を放射し、前記高周波アンテナによって受信された前記計測対象物からの反射信号を処理する処理部と、を備え、前記処理部は、反射信号特性が未知の第１対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、反射信号特性が既知の第２対象物を前記計測対象物として計測された反射信号と、を用いて、周辺の反射物の影響による計測誤差を低減する処理を行うことを特徴とする計測装置である。
【００１０】
ここで、前記処理部は、計測された反射信号と理論的な反射信号との差から前記高周波アンテナの前記センサ面に対する校正面と前記計測対象物の距離の差を求め、距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行うことが好適である。
【００１１】
また、前記高周波アンテナの前記センサ面と前記計測対象物の表面との間の距離、及び、前記高周波アンテナから放射される電磁波の周波数の組み合わせ毎に反射信号を計測し、前記処理部は、周波数毎に反射信号を平均化する処理を行うことが好適である。
【００１２】
また、前記高周波アンテナは、ホーンアンテナであることが好適である。
【００１３】
また、前記高周波アンテナから放射される電磁波の周波数は３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下であることが好適である。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、計測対象物の複素比誘電率を計測する計測方法であって、反射信号特性が未知の第１対象物を計測対象物として、高周波アンテナから前記第１対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第１工程と、反射信号特性が既知の第２対象物を計測対象物として、前記高周波アンテナから前記第２対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第２工程と、前記第１対象物に対する反射信号と前記第２対象物に対する反射信号とを用いて、前記高周波アンテナのセンサ面に対する校正面と計測対象物の距離の差による反射信号の計測誤差を低減する処理を行う計測方法である。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、計測対象物の複素比誘電率を計測する計測方法であって、反射信号特性が未知の第１対象物を計測対象物として、高周波アンテナから前記第１対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第１工程と、反射信号特性が既知の第２対象物を計測対象物として、前記高周波アンテナから前記第２対象物の表面に対して電磁波を放射し、反射された反射信号を計測する第２工程と、前記第１対象物に対する反射信号と前記第２対象物に対する反射信号とを用いて、周辺の反射物の影響による計測誤差を低減する処理を行う計測方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高価な誘電レンズを備えたアンテナや電波吸収体を利用することなく、単一のアンテナによって計測対象物の複素比誘電率を非接触かつ高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における反射係数の理論値を算出するためのモデルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測方法の効果を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測方法の効果を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測方法の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態における複素比誘電率の計測装置１００は、図１に示すように、高周波信号源１０、高周波アンテナ１２、ステージ１４、計測部１６及び処理部１８を含んで構成される。計測装置１００は、計測対象物１０２を反射特性が未知の対象物と反射特性が既知の対象物として反射特性を測定し、それらの計測結果に基づいて未知の対象物の反射特性を求める処理を行う。
【００１９】
高周波信号源１０は、高周波アンテナ１２に対して所定の周波数帯域の高周波信号を出力する信号源である。高周波信号源１０から出力された高周波信号は、同時に計測部１６に参照信号として入力される。高周波信号源１０から出力される高周波信号の周波数は、処理部１８からの制御信号によって設定される。所定の周波数帯域は、特に限定されるものではないが、例えば３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下の範囲とすることが好適である。これは、計測対象物の複素比誘電率を計測する際に、低周波数の電磁波を使用すると十分な測定精度が得られない可能性があるからである。
【００２０】
高周波アンテナ１２は、計測対象物１０２に対して電磁波を放射する。高周波アンテナ１２は、電磁波の放射面をステージ１４の支持台１４ａの面に向けて配置される。高周波アンテナ１２は、高周波信号源１０から高周波信号を受けると、計測対象物１０２に対して高周波信号の周波数に応じた周波数の電磁波を放射する。すなわち、高周波アンテナ１２は、送信アンテナとして機能する。また、高周波アンテナ１２は、外部から入射する電磁波を受信して、計測部１６へ受信信号を出力する。この場合、高周波アンテナ１２の電磁波の放射面がセンサ面として機能する。高周波アンテナ１２は、例えば、高周波用のホーンアンテナとすることが好適である。
【００２１】
ステージ１４は、支持台１４ａ、駆動部１４ｂ及び反射板１４ｃを含んで構成される。支持台１４ａは、計測対象物１０２を載せ置くための構成部である。支持台１４ａは、計測対象物１０２の計測対象面を高周波アンテナ１２に向けて支持できる形状及び材料で構成される。駆動部１４ｂは、高周波アンテナ１２に対して支持台１４ａの位置を相対的に移動させるための構成部である。本実施の形態では、駆動部１４ｂは、少なくとも支持台１４ａと高周波アンテナ１２との間のリフトオフ距離を変更できる構成とする。リフトオフ距離は、高周波アンテナ１２のセンサ面と計測対象物１０２の表面との距離である。駆動部１４ｂは、処理部１８からの制御信号を受けて、支持台１４ａの制御信号に応じた位置に移動させる。反射板１４ｃは、計測対象物１０２からの反射波の反射効率を高めるために設けられる。反射板１４ｃは、アルミ板等の導体から構成することが好適である。
【００２２】
計測部１６は、高周波アンテナ１２で受信された受信信号を受けて、受信信号から高周波アンテナ１２から放射された電磁波を計測対象物１０２が反射した反射波に依拠する反射信号を抽出する。そして、計測部１６は、高周波信号源１０から入力された参照信号に対する反射信号の比、すなわち反射係数を求めて処理部１８へ出力する。高周波信号源１０及び計測部１６は、これらの機能を一体に構成したネットワークアナライザとすることが好適である。
【００２３】
処理部１８は、計測部１６で求められた反射係数を受けると、その値を測定時の周波数及びリフトオフ距離に関連付けて記憶部に記憶させる。処理部１８は、計測された反射係数を元に演算処理を行い、計測対象物１０２の複素比誘電率の周波数特性を求める。処理部１８は、計測装置１００の各部を制御可能にプログラミングされた計測プログラムを実行するコンピュータとすることができる。
【００２４】
以下、図２のフローチャートを参照して、本実施の形態における計測対象物１０２の複素比誘電率の計測方法について説明する。
【００２５】
ステップＳ１０では、反射特性が未知の対象物Ｘを計測対象物１０２としたときの計測条件が設定される。処理部１８は、計測を行うＭ個の周波数とＮ個のリフトオフ距離との入力を受けて、入力された値を計測条件として設定する。計測条件は、予め入力されていてもよいし、ネットワーク等を介して外部から入力されてもよい。
【００２６】
ステップＳ１２では、未知の対象物Ｘの反射係数ΓＳの計測を行う。このとき、支持台１４ａ上には、未知の対象物Ｘが反射板１４ｃを介して載せ置かれた状態とする。反射係数ΓＳの計測は、ステップＳ１０で設定されたＭ個の周波数とＮ個のリフトオフ距離の組み合わせ毎に行われる。処理部１８は、Ｍ個の周波数の設定値から順に１つの周波数を選択し、選択された周波数を示す制御信号を高周波信号源１０へ出力する。これにより、高周波信号源１０から選択された周波数の高周波信号が高周波アンテナ１２及び計測部１６へ送られ、高周波アンテナ１２から対象物Ｘの表面に対して選択された周波数の電磁波が放射される。続いて、処理部１８は、Ｎ個のリフトオフ距離から順に１つのリフトオフ距離を選択し、選択されたリフトオフ距離を示す制御信号をステージ１４へ出力する。これにより、駆動部１４ｂにより支持台１４ａが移動させられ、高周波アンテナ１２のセンサ面と対象物Ｘの表面との距離が選択されたリフトオフ距離となるように調整される。このように、選択されたリフトオフ距離において、選択された電磁波が対象物Ｘに照射された状態で高周波アンテナ１２による受信が行われる。高周波アンテナ１２で受信された受信信号は、計測部１６にて参照信号と比較されて反射係数ΓＳに換算され、処理部１８へ出力される。処理部１８は、現在の周波数とリフトオフ距離に関連付けて反射係数ΓＳを記録する。
【００２７】
処理部１８は、対象物Ｘの表面と高周波アンテナ１２との間のリフトオフ距離をＮ個のリフトオフ距離から選択された距離に順に設定する。また、処理部１８は、高周波信号源１０に対してＭ個の周波数から選択された周波数を順に設定する。これによって、周波数とリフトオフ距離の組み合わせ毎に反射係数ΓＳを計測する。
【００２８】
ステップＳ１４では、反射特性が既知の対象物Ｙを計測対象物１０２としたときの計測条件が設定される。処理部１８は、ステップＳ１０において設定されたＭ個の周波数とＮ個のリフトオフ距離を測定条件に設定する。さらに、処理部１８は、Ｎ個のリフトオフの各々に距離ａ及び距離ｂを加えたリフトオフ距離を測定条件に設定する。すなわち、ステップＳ１４では、３Ｎ個のリフトオフ距離が測定条件として設定される。距離ａ及び距離ｂは、予め入力されていてもよいし、ネットワーク等を介して外部から入力されてもよい。
【００２９】
ステップＳ１６では、既知の対象物Ｙの反射係数Γｍの計測を行う。このとき、支持台１４ａ上には、既知の対象物Ｙが反射板１４ｃを介して載せ置かれた状態とする。また、反射板１４ｃ自体を対象物Ｙとしてもよい。反射係数Γｍの計測は、ステップＳ１４で設定されたＭ個の周波数と３Ｎ個のリフトオフ距離の組み合わせ毎に行われる。処理部１８は、Ｍ個の周波数の設定値から順に１つの周波数を選択し、選択された周波数を示す制御信号を高周波信号源１０へ出力する。これにより、高周波信号源１０から選択された周波数の高周波信号が高周波アンテナ１２及び計測部１６へ送られ、高周波アンテナ１２から対象物Ｙの表面に対して選択された周波数の電磁波が放射される。続いて、処理部１８は、３Ｎ個のリフトオフ距離から順に１つのリフトオフ距離を選択し、選択されたリフトオフ距離を示す制御信号をステージ１４へ出力する。これにより、駆動部１４ｂにより支持台１４ａが移動させられ、高周波アンテナ１２のセンサ面と対象物Ｙの表面との距離が選択されたリフトオフ距離となるように調整される。このように、選択されたリフトオフ距離において、選択された電磁波が対象物Ｙに照射された状態で高周波アンテナ１２による受信が行われる。高周波アンテナ１２で受信された受信信号は、計測部１６にて参照信号と比較されて反射係数Γｍに換算され、処理部１８へ出力される。処理部１８は、現在の周波数とリフトオフ距離に関連付けて反射係数Γｍを記録する。
【００３０】
処理部１８は、対象物Ｙの表面と高周波アンテナ１２との間のリフトオフ距離を３Ｎ個のリフトオフ距離から選択された距離に順に設定する。また、処理部１８は、高周波信号源１０に対してＭ個の周波数から選択された周波数を順に設定する。これによって、周波数とリフトオフ距離の組み合わせ毎に反射係数Γｍを計測する。
【００３１】
ステップＳ１８では、校正面までの距離ＬＯｎを設定する。距離ＬＯｎは、高周波アンテナ１２のセンサ面（開口端）から校正面となる位置までの距離である。処理部１８は、ステップＳ１０において設定されたＮ個のリフトオフ距離のなかから順に１つをｎ番目の距離として選択し、選択された距離を距離ＬＯｎに設定する。
【００３２】
ステップＳ２０では、校正係数の算出に用いられるパラメータを設定する。処理部１８は、リフトオフ距離が距離ＬＯｎ、ＬＯｎ＋ａ、ＬＯｎ＋ｂに対応する対象物Ｙの反射係数Γｍを反射係数Γｍ０、Γｍ１、Γｍ２、に設定する。また、処理部１８は、リフトオフ距離が距離ＬＯｎ、ＬＯｎ＋ａ、ＬＯｎ＋ｂに対応する対象物Ｙの理論的な反射係数を反射係数Γｔ０、Γｔ１、Γｔ２、に設定する。
【００３３】
ここで、対象物Ｙの反射係数は既知であるので、対象物Ｙの理論的な反射係数は予め処理部１８に入力及び記憶させておけばよい。例えば、周波数及びリフトオフ距離をパラメータとした対象物Ｙの理論的な反射係数を求める関数を予め入力及び記憶させておけばよい。理想的な導体の場合、周波数λに対して反射係数Γｔ０＝−１，Γｔ１＝−ｅ−２ａλ，Γｔ２＝−ｅ−２ｂλとなる。
【００３４】
ステップＳ２２では、ステップＳ１８にて設定された距離ＬＯｎにある校正面における校正係数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する。校正係数Ａ，Ｂ，Ｃは、次の数式（１）〜（３）により算出される。
【数１】
2018013452.tif 000003
【数２】
2018013452.tif 000004
【数３】
2018013452.tif 000005
【００３５】
ステップＳ２４では、対象物Ｘについて測定された反射係数ΓＳを校正する。処理部１８は、ステップＳ１８にて設定された距離ＬＯｎと同じリフトオフ距離において計測された対象物Ｘの反射係数ΓＳを読み出す。そして、処理部１８は、数式（４）にステップＳ２２にて算出された校正係数Ａ，Ｂ，Ｃを適用して反射係数ΓＳを校正した反射係数Γａ（ＬＯｎ）を算出する。なお、ステップＳ２０〜Ｓ２４の処理は、距離ＬＯｎに対して計測された全ての周波数について行われる。
【数４】
2018013452.tif 000006
【００３６】
ステップＳ２６では、校正処理が終了したか否かが判定される。処理部１８は、ステップＳ１８においてＮ個のリフトオフ距離のすべてが選択されたか否かを判定する。具体的には、ｎがＮに達したらステップＳ３０に処理を移行させ、ｎ＜ＮであればステップＳ２８に処理を移行させる。
【００３７】
ステップＳ２８では、校正面までの距離ＬＯｎを変更するためにｎを１増加させ、処理をステップＳ１８に戻す。
【００３８】
ステップＳ３０では、校正された反射係数Γａ（ＬＯｎ）を用いて対象物Ｘに対する反射係数の平均化を行う。処理部１８は、上記処理にて求められた校正された反射係数Γａ（ＬＯｎ）をＮ個のリフトオフ距離に亘って数式（５）を用いて平均化し、周波数ｆ毎に平均化された反射係数Γａｖｅ（ｆ）を算出する。
【数５】
2018013452.tif 000007
【００３９】
ステップＳ３２では、対象物Ｘの平均比誘電率の算出処理が行われる。処理部１８は、ステップＳ３０において算出された平均化された反射係数Γａｖｅ（ｆ）を用いて平均比誘電率εｒを算出する。具体的には、平均化された反射係数Γａｖｅ（ｆ）の振幅と、図３のモデルから求めたリフトオフ距離差による測定誤差を含んだ理論的な反射係数Γｒの振幅とを比較し、対象物Ｘの計測周波数範囲における平均的な比誘電率を平均比誘電率εｒとして算出する。
【００４０】
理論的な反射係数Γｒは、以下の数式（６）にて算出することができる。ここで、空気の特性インピーダンスη０、対象物Ｘの特性インピーダンスηｓ、空気の伝搬定数γ０、対象物Ｘの伝搬定数γｓ、リフトオフ距離差ｔｅ及び対象物Ｘの厚さｔｓとする。なお、リフトオフ距離差は、理論的には反射係数の振幅に影響を与えないので、リフトオフ距離差は任意でよい。
【数６】
2018013452.tif 000008
【００４１】
処理部１８は、理論的な反射係数Γｒを用いて、数式（７）におけるΔΓａｂｓを最小とする平均比誘電率εｒを求める。
【数７】
2018013452.tif 000009
【００４２】
ステップＳ３４では、求められた平均比誘電率εｒを用いて理論的な反射係数Γｒを算出する。さらに、平均化された反射係数Γａｖｅ（ｆ）と理論的な反射係数Γｒを用いてリフトオフ距離差の大きさを算出する。処理部１８は、数式（８）におけるΔΓを最小とするときのリフトオフ距離差ｔｅを求める。
【数８】
2018013452.tif 000010
【００４３】
ステップＳ３６では、対象物Ｘの複素比誘電率の周波数特性の算出処理が行われる。処理部１８は、平均化された反射係数Γａｖｅ（ｆ）と理論的な反射係数Γｒを周波数毎に比較して、対象物Ｘの複素比誘電率の周波数特性を算出する。このとき、理論的な反射係数Γｒを算出する際に、ステップＳ３４で求められたリフトオフ距離差ｔｅを用いる。
【００４４】
以上の処理によって、対象物Ｘの複素比誘電率の周波数特性を求めることができる。以下、本実施の形態における計測装置１００を用いて、樹脂材料の複素比誘電率を求めた例について示す。なお、高周波信号源１０及び計測部１６としてはベクトルネットワークアナライザを用い、高周波アンテナ１２としては誘電体レンズを用いないホーンアンテナ（Ｗ−ｂａｎｄ帯）を使用した。
【００４５】
周波数は、７５〜１１０ＧＨｚの周波数帯域を０．０７ＧＨｚずつ変化させた。また、リフトオフ距離は、９９．３〜１１９．３ｍｍの範囲を０．１ｍｍずつ変化させた。これにより、合計２０１点での計測を行った。また、校正の条件として距離ａ＝０．４ｍｍ、距離ｂ＝−０．４ｍｍとした。対象物Ｘは、ポリアセタールとした。
【００４６】
図４は、リフトオフ距離を変化させずに周波数のみを変化させて計測を行い、上記ステップＳ２０〜Ｓ２４の校正及びステップＳ３６の処理のみを適用した場合の複素比誘電率の周波数特性を示す。図５は、リフトオフ距離及び周波数を変化させて計測を行い、上記ステップＳ２０〜Ｓ２８の校正、ステップＳ３０の平均化及びステップＳ３６の処理を適用した場合の複素比誘電率の周波数特性を示す。図６は、リフトオフ距離及び周波数を変化させて計測を行い、上記のすべてのステップの処理を適用した場合の複素比誘電率の周波数特性を示す。
【００４７】
リフトオフ距離を変化させずに計測を行って処理した場合、図４に示すように、複素比誘電率は周波数に対して細かく変化するノイズやリップルを含んでいる。これに対して、リフトオフ距離を変化させて計測を行い、ステップＳ３０の平均化処理を適用した場合には、図５に示すように、細かい計測ノイズは低減するが、複素比誘電率は周波数に対して大きな周期で変動するノイズを含む。リフトオフ距離及び周波数を変化させて計測を行い、上記のすべてのステップの処理を適用した場合、図６に示すように、ノイズやリップルは低減され、複素比誘電率を高い精度で求めることができる。
【００４８】
反射法により非接触で計測対象物１０２の複素比誘電率を計測する場合、計測装置１００の周辺の反射物からの反射波等も同時に計測され、これが計測誤差の原因となる。周辺の反射物からの反射波は、高周波アンテナ１２や計測対象物１０２等の位置関係が変化すると、伝搬距離や干渉の仕方が変化するために異なる値のノイズやリップルとして計測される。本実施の形態における計測装置１００では、リフトオフ距離を変化させて反射信号を計測し、反射係数を校正したうえで、各リフトオフ距離での校正後の反射係数の計測結果を平均化することによりノイズやリップルを低減できる。
【００４９】
また、計測対象物１０２の表面の位置を校正により設定した校正面と一致させていない場合にも計測誤差が生ずる。本実施の形態における計測装置１００では、計測対象物１０２の表面と校正面の位置の差の影響も考慮して算出された理論的な反射係数と、計測された反射係数とを比較することによって、複素比誘電率を高い精度で求めることを可能としている。
【００５０】
また、本実施の形態における計測装置１００では、高周波アンテナ１２のセンサ面（開口）と計測対象物１０２の表面が平行になるように配置するだけでよく、計測時のセッティングが容易となる。さらに、タイムゲーティングを用いないため、計測対象物１０２の反射波を判別する必要がなく、かつ周波数特性に歪みを生ずるおそれがない。
【００５１】
以上のように、本実施の形態における計測装置１００によれば、高価な誘電レンズを備えたアンテナや電波吸収体を用いることなく、簡便な構成と処理によって計測対象物１０２の複素比誘電率を高い精度で求めることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  高周波信号源、１２  高周波アンテナ、１４  ステージ、１４ａ  支持台、１４ｂ  駆動部、１４ｃ  反射板、１６  計測部、１８  処理部、１００  計測装置、１０２  計測対象物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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