(57)【要約】【課題】安価なテラヘルツ分光システムを提供する。【解決手段】測定に使用するテラヘルツ信号を複数の単一周波数に限定して被測定物１００に照射し、各周波数における透過波あるいは反射波の強度比を算出して候補物質の強度比と比較し、強度比の誤差が所定の範囲内となる候補物質を特定する。これにより、安価かつ簡素な構成で被測定物１００に含まれる候補物質を特定することができる。【選択図】図１
2011007669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が異なる複数のテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、
前記複数のテラヘルツ波それぞれを測定対象に照射したときの透過波あるいは反射波の強度を測定する測定手段と、
前記複数のテラヘルツ波それぞれを候補物質に照射して測定した前記強度それぞれについて、当該強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の前記強度の比を候補物質強度比として格納した蓄積手段と、
前記測定手段が測定した前記複数のテラヘルツ波それぞれにおける前記強度を受信し、当該強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の前記強度の比を測定対象強度比として算出し、当該測定対象強度比を前記蓄積手段に格納した前記候補物質強度比と比較することで前記測定対象を同定する同定手段と、
を有することを特徴とするテラヘルツ分光システム。
【請求項２】
前記テラヘルツ波照射手段は、
所定の周波数間隔の複数のモードを発生する光源と、
前記複数のモードのうち２つのモードを取り出す取出手段と、
互いに異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
前記複数の発振器が出力する信号から１つの信号を選択するスイッチと、
前記２つのモードの内の一方のモードを入力し、前記スイッチが選択した信号の周波数に基づいて当該モードの周波数を変化させる変調器と、
周波数が変化した前記一方のモードと前記２つのモードの内の他方のモードとを合波する光カプラと、
合波した２つのモードを含む光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、
を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ分光システム。
【請求項３】
前記テラヘルツ波照射手段は、
広い周波数領域を連続的に含む光信号を出力する連続光源と、
前記連続光源が出力する光信号を分岐する第１の光カプラと、
分岐された一方の光信号から所定の周波数の光信号を切り出す第１のフィルタと、
互いに異なる複数の周波数の光信号を切り出す複数の第２のフィルタと、
分岐された他方の光信号が入力され、前記複数の第２のフィルタから１つを選択して前記他方の光信号を当該選択した第２のフィルタに入力する光スイッチと、
前記第１、第２のフィルタが出力する光信号を合波する第２の光カプラと、
合波した前記光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、
を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ分光システム。
【請求項４】
前記テラヘルツ波照射手段は、
所定の周波数のモードを出力する第１のシングルモードレーザと、
互いに異なる周波数のモードを出力する複数の第２のシングルモードレーザと、
前記複数の第２のシングルモードレーザの出力のうち１つを選択する光スイッチと、
前記第１のシングルモードレーザの出力と前記光スイッチが選択した前記第２のシングルモードレーザの出力を合波する光カプラと、
合波した２つのモードを含む光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、
を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ分光システム。
【請求項５】
前記テラヘルツ波照射手段は、
互いに異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、
前記複数の発振器が出力する信号のうち１つを選択するスイッチと、
前記スイッチが選択した信号を周波数逓倍してテラヘルツ波を放射する周波数逓倍器と、
を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ分光システム。
【請求項６】
前記テラヘルツ波照射手段は、
所定の周波数の信号を出力する第１の発振器と、
互いに異なる周波数の信号を出力する複数の第２の発振器と、
前記複数の第２の発振器が出力する信号のうち１つを選択するスイッチと、
前記第１の発振器が出力する信号を周波数逓倍するとともに、前記スイッチが選択した信号の周波数でアップコンバートしてテラヘルツ波を放射するハーモニックミキサと、
を有することを特徴する請求項１記載のテラヘルツ分光システム。
【請求項７】
周波数が異なる複数のテラヘルツ波を照射するステップと、
前記複数のテラヘルツ波それぞれを測定対象に照射したときの透過波あるいは反射波の強度を測定するステップと、
前記測定ステップで測定した前記複数のテラヘルツ波それぞれにおける前記強度を受信するステップと、
前記受信した強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の前記受信した強度の比を測定対象強度比として算出するステップと、
前記複数のテラヘルツ波それぞれを候補物質に照射して測定された前記強度それぞれについて、前記強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の前記強度の比を候補物質強度比として格納する蓄積手段から読み出して、当該読み出した候補物質強度比と前記測定対象強度比を比較することで前記測定対象を同定するステップと、
を有することを特徴とする物質同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて物質を同定するテラヘルツ分光システム及び同システムを使用した物質同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や食品、セキュリティの分野において１００ＧＨｚを超える領域でのテラヘルツ波の利用が注目されている。これは、様々な物質がテラヘルツ領域で特徴的な吸収スペクトル（指紋スペクトル）を示すためである。例えば、図９に示すように、薬品の非破壊の同定にテラヘルツ波が有効であることが示されている（非特許文献１参照）。テラヘルツ波のスペクトル測定には、例えば、図１０に示す装置を用いたテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）が一般に使用される（非特許文献２参照）。従来のテラヘルツ波を用いた物質の同定では、広い周波数範囲にわたってスペクトル曲線を測定し、連続スペクトルの特徴的なピーク位置から人間が定性的に判断して物質を同定していた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１７６０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】K. Kawase, Y. Ogawa, Y. Watanabe, and H. Inoue, "Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints", Opt. Exp., 2003, Vol. 11, No. 20, p.2549-2554
【非特許文献２】味戸克裕、上野祐子、芳賀恒之、久々津直哉、「テラヘルツ分光技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、平成２００８年、第２０巻、第１２号、p.33-36
【非特許文献３】M. Izutsu, S. Shikama, and T. Sueta, "Integrated Optical SSB Modulator/Frequency Shifter", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, November 1981, Vol. QE-17, No. 11, p.2225-2227
【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、ＴＨｚ−ＴＤＳは、フェムト秒レーザや時間遅延走査を行うための精度の高い機械ステージが必要など、システムが大型化・高額化するという欠点がある。
【０００６】
また、ＴＨｚ−ＴＤＳでは広い周波数成分を含むパルス信号を測定に使用している。現在、２７５ＧＨｚ以上は電波として規制を受けていないが、今後の技術の進展とともにこれらの周波数帯の利用が広がった場合には、テラヘルツ帯の電波の放射も法律により規制がかけられ、検査・測定目的では限られた周波数帯の放射しか認められなくなる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、安価なテラヘルツ分光システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係るテラヘルツ分光システムは、周波数が異なる複数のテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、複数のテラヘルツ波それぞれを測定対象に照射したときの透過波あるいは反射波の強度を測定する測定手段と、複数のテラヘルツ波それぞれを候補物質に照射して測定した強度それぞれについて、当該強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の強度の比を候補物質強度比として格納した蓄積手段と、測定手段が測定した複数のテラヘルツ波それぞれにおける強度を受信し、当該強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の強度の比を測定対象強度比として算出し、当該測定対象強度比を蓄積手段に格納した候補物質強度比と比較することで測定対象を同定する同定手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記テラヘルツ分光システムにおいて、テラヘルツ波照射手段は、所定の周波数間隔の複数のモードを発生する光源と、複数のモードのうち２つのモードを取り出す取出手段と、互いに異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、複数の発振器が出力する信号から１つの信号を選択するスイッチと、２つのモードの内の一方のモードを入力し、スイッチが選択した信号の周波数に基づいて当該モードの周波数を変化させる変調器と、周波数が変化した一方のモードと２つのモードの内の他方のモードとを合波する光カプラと、合波した２つのモードを含む光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記テラヘルツ分光システムにおいて、テラヘルツ波照射手段は、広い周波数領域を連続的に含む光信号を出力する連続光源と、連続光源が出力する光信号を分岐する第１の光カプラと、分岐された一方の光信号から所定の周波数の光信号を切り出す第１のフィルタと、互いに異なる複数の周波数の光信号を切り出す複数の第２のフィルタと、分岐された他方の光信号が入力され、複数の第２のフィルタから１つ選択して他方の光信号を当該選択した第２のフィルタに入力する光スイッチと、第１、第２のフィルタが出力する光信号を合波する第２の光カプラと、合波した光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
上記テラヘルツ分光システムにおいて、テラヘルツ波照射手段は、所定の周波数のモードを出力する第１のシングルモードレーザと、互いに異なる周波数のモードを出力する複数の第２のシングルモードレーザと、複数の第２のシングルモードレーザの出力のうち１つを選択する光スイッチと、第１のシングルモードレーザの出力と光スイッチが選択した第２のシングルモードレーザの出力を合波する光カプラと、合波した２つのモードを含む光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記テラヘルツ分光システムにおいて、テラヘルツ波照射手段は、互いに異なる周波数の信号を出力する複数の発振器と、複数の発振器が出力する信号のうち１つを選択するスイッチと、スイッチが選択した信号を周波数逓倍してテラヘルツ波を放射する周波数逓倍器と、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記テラヘルツ分光システムにおいて、テラヘルツ波照射手段は、所定の周波数の信号を出力する第１の発振器と、互いに異なる周波数の信号を出力する複数の第２の発振器と、複数の第２の発振器が出力する信号のうち１つを選択するスイッチと、第１の発振器が出力する信号を周波数逓倍するとともに、スイッチが選択した信号の周波数でアップコンバートしてテラヘルツ波を放射するハーモニックミキサと、を有することを特徴する。
【００１４】
第２の本発明に係る物質同定方法は、周波数が異なる複数のテラヘルツ波を照射するステップと、複数のテラヘルツ波それぞれを測定対象に照射したときの透過波あるいは反射波の強度を測定するステップと、測定ステップで測定した複数のテラヘルツ波それぞれにおける強度を受信するステップと、受信した強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の強度の比を測定対象強度比として算出するステップと、複数のテラヘルツ波それぞれを候補物質に照射して測定された強度それぞれについて、強度のうちの１つを基準としたときの当該基準に対する他の強度の比を候補物質強度比として格納する蓄積手段から読み出して、当該読み出した候補物質強度比と測定対象強度比を比較することで測定対象を同定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安価なテラヘルツ分光システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。
【図２】上記テラヘルツ分光システムにおける各部の光スペクトルを示す図である。
【図３】３種類の薬品のテラヘルツ分光スペクトルの測定結果と、５つの単一周波数で吸収特性を測定した測定結果を示す図である。
【図４】３種類の薬品の各周波数のテラヘルツ波における透過波の強度比を示す図である。
【図５】第２の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。
【図６】第３の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。
【図８】第５の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。
【図９】３種類の薬品のテラヘルツ分光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図１０】テラヘルツ時間領域分光法に用いる従来の装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。同図に示すテラヘルツ分光システム１は、スーパーコンティニウム（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ：ＳＣ）光源１１、アレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）１２、光シングルサイドバンド（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅｂａｎｄ：ＳＳＢ）変調器１３、ミリ波スイッチ１４、互いに異なる周波数のミリ波信号を発振する固定発振器１５Ａ〜１５Ｅ、光スイッチ１６、光カプラ１７、光信号をテラヘルツ波に変換する光電変換器１８、透過波の強度（吸収特性）を測定するテラヘルツ検波器１９、および判定装置２０を備える。同図に示すテラヘルツ分光システムは、複数の単一周波数のテラヘルツ波を被測定物１００に照射して各周波数のテラヘルツ波における透過波の強度を測定し、これら各透過波の強度のうちの一つを基準強度として他の透過波の強度をこの基準強度で除した値（透過波の強度比）を求め、同一周波数のテラヘルツ波によりあらかじめ測定した候補物質での透過波の強度比と比べることで、候補物質が被測定物に含まれているか否かを判定する。
【００１９】
ＳＣ光源１１は、周波数間隔ｆ０の複数の縦モード（光信号）を発生する。ＳＣ光源１１が発生した複数のモードはＡＷＧ１２に入力され、ＡＷＧ１２と光スイッチ１６により２つのモードが選択される。
【００２０】
光ＳＳＢ変調器１３は、光信号の周波数を入力したミリ波信号の周波数に応じて変換する。光ＳＳＢ変調器１３に入力するミリ波信号をミリ波スイッチ１４で切り替えることで周波数の変換量を変化させる。本実施の形態では、選択した２つのモードのうちの一方のモードを光ＳＳＢ変調器１３により周波数変換する。光ＳＳＢ変調器１３の詳細は非特許文献３に記載されている。
【００２１】
判定装置２０は、算出部２１、蓄積部２２を備える。算出部２１は、単一周波数のテラヘルツ波それぞれにより測定された透過波の強度の結果から被測定物１００での透過波の強度比を求め、蓄積部２２に格納された複数の候補物質の透過波の強度比と比較し、各周波数のテラヘルツ波における被測定物１００の透過波の強度比と候補物質の透過波の強度比の差がすべて所定の範囲内である場合に、被測定物１００にその候補物質が含まれていると判定する。
【００２２】
次に、テラヘルツ分光システム１の動作の流れを図を用いて説明する。図２は、テラヘルツ分光システム１における各部の光スペクトルを示す図であり、図１の点Ａ〜Ｅそれぞれにおける光スペクトルを示した。
【００２３】
まず、ＳＣ光源１１は、図２のＡに示すように、ｆ０の周波数間隔で複数のモードを発生する。そして、ＡＷＧ１２および光スイッチ１６により、図２のＢ，Ｃに示すように、複数のモードから周波数間隔がＮ×ｆ０（Ｎは整数）が成り立つ２つのモードを選択する。ＳＣ光源１１が発生した複数のモードの周波数間隔ｆ０は、光部品や電子部品の帯域性能から比較的発生が容易な１０〜５０ＧＨｚ程度のマイクロ波〜ミリ波の周波数領域が使用されるため、テラヘルツ領域の周波数間隔の２モードを選択するには離れた２つのモードを抜き出す必要があるからである。
【００２４】
選択された２つのモードのうちの一方は、光ＳＳＢ変調器１３によりΔｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）だけ周波数変換される。周波数の変換量は、光ＳＳＢ変調器１３に入力されるミリ波信号の周波数に依存する。すなわち、複数の固定発振器１５Ａ〜１５Ｅの出力をミリ波スイッチ１４により選択することにより、周波数の変換量を変化させる（図２のＤ）。
【００２５】
そして、周波数変換されたモードと他方のモードを光カプラ１７で合波する。合波された光信号には、図２のＥに示すように、周波数間隔がＮ×ｆ０＋Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）の２つのモードが含まれる。この光信号は、光電変換器１８により周波数Ｎ×ｆ０＋Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）のテラヘルツ波に変換されて被測定物１００に照射される。照射される各テラヘルツ信号の周波数は、ｆ１＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍ１，ｆ２＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍ２，ｆ３＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍ３，ｆ４＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍ４，ｆ５＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍ５となり、Δｆｍｋの設定により、例えばｆ１＝１．２１ＴＨｚ，ｆ２＝１．３９ＴＨｚ，ｆ３＝１．５６ＴＨｚ，ｆ４＝１．７０ＴＨｚ，ｆ５＝１．８３ＴＨｚの周波数を持つテラヘルツ信号として発生させることができる。
【００２６】
そして、テラヘルツ検波器１９により、被測定物１００に照射された周波数ｆ１〜ｆ５のテラヘルツ信号の透過波の強度（吸収特性）をそれぞれ測定する。測定された透過波の強度は判定装置２０に送信される。
【００２７】
判定装置２０は、周波数ｆ１（基準周波数）のテラヘルツ信号における透過波の強度（基準強度）に対する他の周波数ｆｋ（ｋ＝２，３，４，５）のテラヘルツ信号における透過波の強度比Ｒｋ（ｋ＝２，３，４，５）を算出し、蓄積部２２に格納した複数の候補物質（ａ，ｂ，ｃ，…）の周波数ｆ１のテラヘルツ信号における透過波の強度（基準強度）に対する各周波数ｆｋ（ｋ＝２，３，４，５）のテラヘルツ信号における透過波の強度比Ｓｉｋ（ｋ＝２，３，４，５、ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，…）と比較し、類似する透過波の強度比を持つ候補物質ｉを被測定物１００に含まれる物質であると判定する。
【００２８】
図３に、アスピリン、覚せい剤（メタンフェタミン）、麻薬（ＭＤＭＡ：ｄｌ−メチリンジオキシメタンフェタミン）のテラヘルツ分光スペクトルの測定結果と、ｆ１＝１．２１ＴＨｚ，ｆ２＝１．３９ＴＨｚ，ｆ３＝１．５６ＴＨｚ，ｆ４＝１．７０ＴＨｚ，ｆ５＝１．８３ＴＨｚの５つの単一周波数のテラヘルツ信号でそれぞれ透過波の強度を測定した結果を示す。図４の上の表は、各候補物質（ここでは、アスピリン、覚せい剤（メタンフェタミン）、麻薬（ＭＤＭＡ））について、周波数ｆ１＝１．２１ＴＨｚのテラヘルツ信号での透過波の強度を基準とした時の他の周波数ｆ２〜ｆ５のテラヘルツ信号における透過波の強度比を示す。アスピリン、覚せい剤、麻薬をそれぞれ候補物質ａ，ｂ，ｃとすると、例えば、アスピリン（候補物質ａ）での透過波の強度比は、Ｓａ２＝１．６，Ｓａ３＝１．１，Ｓａ４＝１．９，Ｓａ５＝２．９である。
【００２９】
図４に示すように、周波数間での透過波の強度比を比較した場合、３つの物質間で周波数間での透過波の強度比が異なることが分かる。そこで、各候補物質に対して事前に各周波数のテラヘルツ信号における透過波の強度比（ある周波数のテラヘルツ信号における透過波の強度を基準とする）を測定しておき、測定した被測定物１００における透過波の強度比の結果と比較することにより被測定物１００に含まれる候補物質を同定することが可能となる。すなわち、複数の周波数のテラヘルツ信号を用いて事前に算出しておいた候補物質ｉにおける透過波の強度比データＳｉｋ（ｋ＝２，３，４，５、ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，…）と実際に測定して算出した被測定物１００における透過波の強度比Ｒｋ（ｋ＝２，３，４，５）とを比較し、Ｓｉｋ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，…）のうちｋ＝２，３，４，５の全てにおいてＲｋとの誤差が所定の値（例えば１０％）以内となるＳｉｋを特定することで物質ｉが被測定物１００に含まれると判断して同定する。なお、強度比を比較して同定する際の誤差範囲は適宜設定すればよい。
【００３０】
このように、測定に使用する周波数を複数の単一周波数に限定し、各周波数における透過波の強度比を算出して物質を同定することにより、広い周波数範囲にわたってスペクトル曲線を測定する必要がなくなり、テラヘルツ分光システムを安価かつ簡素に構成することが可能となる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムについて説明する。
【００３２】
図５は、第２の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。同図に示すテラヘルツ分光システム３は、広い周波数領域を連続的に含む光信号を出力する連続光源３１、光カプラ３２、光スイッチ３３、光フィルタ３４Ａ〜３４Ｆ、光カプラ３５、光電変換器３６、テラヘルツ検波器３７、および判定装置３８を備える。
【００３３】
連続光源３１が出力した光信号を光カプラ３２により分岐し、光スイッチ３３および光フィルタ３４Ａ〜３４Ｆにより、周波数間隔がｆｋ＝ｆａ−ｆｂｉ（ｉ＝１，２，３，４，５、ｆａ＞ｆｂｉ）となる２つのモード（光信号）を選択する。具体的には、光カプラ３２で分岐された一方の光信号は、光フィルタ３４Ａに入力されて周波数ｆａのモードが切り出され、他方の光信号は、光スイッチ３３により光フィルタ３４Ｂ〜３４Ｆのいずれかに入力されて周波数ｆｂｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）のモードが切り出される。図３に示すように、テラヘルツ帯のスペクトル分光では１０ＧＨｚ以下の精度はほとんどの場合必要ではないため、通過帯域が１０ＧＨｚ以下となるものが実現されているＦＢＧフィルタ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ）の透過特性を用いれば必要な周波数分解能を得ることができる。
【００３４】
選択された２つのモードは光カプラ３５で合波され、光電変換器３６によりテラヘルツ波に変換されて被測定物１００に照射される。
【００３５】
そして、第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ検波器３７により被測定物１００に照射された各周波数のテラヘルツ信号の透過波の強度をそれぞれ測定し、判定装置３８により透過波の強度比を算出して、候補物質の強度比データと比較することにより、被測定物１００に含まれる物質を同定する。
【００３６】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムについて説明する。
【００３７】
図６は、第３の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。同図に示すテラヘルツ分光システム４は、互いに異なる周波数のモードを出力する複数のシングルモードレーザ４１Ａ〜４１Ｆ、光スイッチ４２、光カプラ４３、光電変換器４４、テラヘルツ検波器４５、および判定装置４６を備える。
【００３８】
シングルモードレーザ４１Ａ〜４１Ｆのそれぞれは、周波数ｆａ，ｆｂ１〜ｆｂ５のモード（光信号）を出力する。シングルモードレーザ４１Ａの出力と、シングルモードレーザ４１Ｂ〜４１Ｆの出力のうち光スイッチ４２により選択された１つによって、周波数間隔がｆｋ＝ｆａ−ｆｂｉ（ｉ＝１，２，３，４，５、ｆａ＞ｆｂｉ）となる２つのモードを得る。シングルモードレーザ４１Ａ〜４１Ｆの出力信号の周波数は電流や温度により１０ＧＨｚの分解能で調整可能である。図３に示すように、テラヘルツ帯のスペクトル分光では１０ＧＨｚ以下の精度はほとんどの場合必要ではないため、本構成により必要な周波数分解能を得ることができる。
【００３９】
光スイッチ４２により選択されたモードは、シングルモードレーザ４１Ａが出力するモードと光カプラ４３で合波され、光電変換器４４によりテラヘルツ波に変換されて被測定物１００に照射される。
【００４０】
そして、第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ検波器４５により被測定物１００に照射された各周波数のテラヘルツ信号の透過波の強度をそれぞれ測定し、判定装置４６により透過波の強度比を算出して、候補物質の強度比データと比較することにより、被測定物１００に含まれる物質を同定する。
【００４１】
［第４の実施の形態］
これまではテラヘルツ分光の光源として光技術を使用しているが、第４，５の実施の形態では、電気技術により構成した。
【００４２】
図７は、第４の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。同図に示すテラヘルツ分光システム５は、互いに異なる周波数の信号を発生する複数の固定発振器５１Ａ〜５１Ｅ、ミリ波スイッチ５２、周波数逓倍器５３、テラヘルツ検波器５４、および判定装置５５を備える。
【００４３】
固定発振器５１Ａ〜５１Ｅそれぞれが発生した周波数Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）の信号は、ミリ波スイッチ５２により１つ選択され、周波数逓倍器５３により周波数逓倍（Ｎ倍、Ｎは整数）される。その結果、周波数Ｎ×Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）のテラヘルツ信号が被測定物１００に照射される。照射されるテラヘルツ信号の周波数が測定を希望する周波数ｆｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）となるようにΔｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）を選択する。
【００４４】
そして、第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ検波器５４により被測定物１００に照射された各周波数のテラヘルツ信号の透過波の強度をそれぞれ測定し、判定装置５５により透過波の強度比を算出して、候補物質の強度比データと比較することにより、被測定物１００に含まれる物質を同定する。
【００４５】
［第５の実施の形態］
図８は、第５の実施の形態におけるテラヘルツ分光システムの構成を示すブロック図である。同図に示すテラヘルツ分光システム６は、互いに異なる周波数の信号を発生する複数の固定発振器６１Ａ〜６１Ｅ、ミリ波スイッチ６２、ハーモニックミキサ６３、周波数ｆ０の信号を発生する固定発振器６４、テラヘルツ検波器６５、および判定装置６６を備える。
【００４６】
第５の実施の形態では、テラヘルツ信号の発生にハーモニックミキサ６３を使用している点で第４の実施の形態と異なる。ハーモニックミキサ６３では、入力されたＬＯ信号の周波数を周波数逓倍（Ｎ倍）し、さらに別のＩＦポートから入力されたＩＦ信号の周波数でアップコンバートする。本実施の形態では、固定発振器６４が発生する周波数ｆ０の信号をＬＯ信号としてハーモニックミキサ６３に入力するとともに、ミリ波スイッチ６２により固定発振器６１Ａ〜６１Ｅが発生した周波数Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）の信号から１つを選択してハーモニックミキサ６３のＩＦポートに入力する。これにより、ハーモニックミキサ６３の出力周波数はｆｋ＝Ｎ×ｆ０＋Δｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）となる。照射されるテラヘルツ信号の周波数が測定を希望する周波数ｆｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）となるようにΔｆｍｋ（ｋ＝１，２，３，４，５）を選択する。
【００４７】
そして、第１の実施の形態と同様に、テラヘルツ検波器６５により被測定物１００に照射された各周波数のテラヘルツ信号の透過波の強度をそれぞれ測定し、判定装置６６により透過波の強度比を算出して、候補物質の強度比データと比較することにより、被測定物１００に含まれる物質を同定する。
【００４８】
但し、周波数逓倍器５３やハーモニックミキサ６３は広帯域性に限界があるため、広い周波数領域を測定する必要がある場合には使用できないという欠点がある。
【００４９】
以上の各実施の形態では、５つの単一周波数のテラヘルツ波（信号）を利用したが、これに限るものではない。なお、強度比を算出するためには最低でも２つの単一周波数のテラヘルツ波を用いる必要がある。
【００５０】
また、以上の各実施の形態では、被測定物１００に照射したテラヘルツ波（信号）の透過波の強度を測定して強度比を算出したが、反射波の強度を測定して強度比を算出するものでもよい。
【００５１】
以上説明したように、測定に使用するテラヘルツ信号の周波数を複数の単一周波数に限定して被測定物１００に照射し、各周波数における透過波あるいは反射波の強度比を算出して候補物質の強度比と比較し、強度比の誤差が所定の範囲内となる候補物質を特定することで、安価かつ簡素な構成で被測定物１００に含まれる候補物質を特定することができる。
【００５２】
また、将来、テラヘルツ帯の電波の放射が法律により規制された場合にも対応が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，３，４，５，６…テラヘルツ分光システム
１１…ＳＣ光源
３１…連続光源
４１Ａ〜４１Ｆ…シングルモードレーザ
１２…ＡＷＧ
１３…光ＳＳＢ変調器
１４，５２，６２…ミリ波スイッチ
１５Ａ〜１５Ｅ，５１Ａ〜５１Ｅ，６１Ａ〜６１Ｅ，６４…固定発振器
１６，３３，４２…光スイッチ
１７，３２，３５，４３…光カプラ
３４Ａ〜３４Ｆ…光フィルタ
１８，３６，４４…光電変換器
５３…周波数逓倍器
６３…ハーモニックミキサ
１９，３７，４５，５４，６５…テラヘルツ検波器
２０，３８，４６，５５，６６…判定装置
２１…算出部
２２…蓄積部
１００…被測定物
【図１】
2011007669.tif 000003
【図２】
2011007669.tif 000004
【図３】
2011007669.tif 000005
【図４】
2011007669.tif 000006
【図５】
2011007669.tif 000007
【図６】
2011007669.tif 000008
【図７】
2011007669.tif 000009
【図８】
2011007669.tif 000010
【図９】
2011007669.tif 000011
【図１０】
2011007669.tif 000012