(57)【要約】【課題】システム全体を小型化しつつ、複数の場所の測定対象を同時に測定すること。【解決手段】測定システムは、互いの周波数の差がテラヘルツに対応する２波長の光を含む測定光を出射する光源と、出射された測定光を複数の光ファイバー光路に分配する分配部と、分配部によって分配され光ファイバー光路によって供給される測定光が透過する非線形結晶を含み、非線形結晶において生じるエバネッセント波と測定対象との相互作用により測定光に生じる変化を測定結果として出力する測定部と、測定部に接続される光ファイバー光路を介して複数の測定部からそれぞれ供給される測定光をそれぞれ検出することにより、複数の測定部がそれぞれ出力した測定結果をそれぞれ抽出する検出部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの周波数の差がテラヘルツに対応する２波長の光を含む測定光を出射する光源と、
出射された前記測定光を複数の光ファイバー光路に分配する分配部と、
前記分配部によって分配され光ファイバー光路によって供給される前記測定光が透過する非線形結晶を含み、前記非線形結晶において生じるエバネッセント波と測定対象との相互作用により前記測定光に生じる変化を測定結果として出力する測定部と、
前記測定部に接続される光ファイバー光路を介して複数の前記測定部からそれぞれ供給される前記測定光をそれぞれ検出することにより、複数の前記測定部がそれぞれ出力した前記測定結果をそれぞれ抽出する検出部と、
を備える測定システム。
【請求項２】
前記測定部と前記検出部との間の光ファイバー光路の光路長は、前記測定部毎に互いに異なる
請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記検出部は、
光ファイバー光路の光路長の差によって生じる、それぞれの前記測定部から光ファイバー光路を介して供給される前記測定光どうしの到達時間差に基づいて、前記測定光に含まれる複数の前記測定結果を、前記測定部毎に分離する
請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
複数の前記測定部のうち、少なくとも一つが基準測定対象を測定する基準測定部であり、
前記検出部が前記測定光から抽出する前記測定結果のうち、前記基準測定部による前記測定結果と、複数の前記測定部のうち前記基準測定部以外の測定部による前記測定結果との相対情報を判定する判定部
をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２種類の波長のテラヘルツ波を試料に照射して得られる光を分光計測することにより、試料の特性を測定する計測装置が知られている（特許文献１などを参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４２１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の計測装置によると、２種類の波長を生じさせる光源が必要であるため、単一波長光源を用いる場合に比べて計測装置は大型化する。また、測定対象の試料の数が多い場合において、複数の場所にある測定対象を同時に測定しようとすると、複数台の計測装置を用意する必要があり、計測装置の設置場所に困るといった問題が生じる。すなわち、従来の計測装置によると、測定システム全体の小型化と、複数の場所の測定対象を同時に測定することとの両立が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、システム全体を小型化しつつ、複数の場所の測定対象を同時に測定することができる測定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】
【０００６】
本発明の一実施形態は、互いの周波数の差がテラヘルツに対応する２波長の光を含む測定光を出射する光源と、出射された前記測定光を複数の光ファイバー光路に分配する分配部と、前記分配部によって分配され光ファイバー光路によって供給される前記測定光が透過する非線形結晶を含み、前記非線形結晶において生じるエバネッセント波と測定対象との相互作用により前記測定光に生じる変化を測定結果として出力する測定部と、前記測定部に接続される光ファイバー光路を介して複数の前記測定部からそれぞれ供給される前記測定光をそれぞれ検出することにより、複数の前記測定部がそれぞれ出力した前記測定結果をそれぞれ抽出する検出部と、を備える測定システムである。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上述の測定システムにおいて、前記測定部と前記検出部との間の光ファイバー光路の光路長は、前記測定部毎に互いに異なる。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、上述の測定システムにおいて、前記検出部は、光ファイバー光路の光路長の差によって生じる、それぞれの前記測定部から光ファイバー光路を介して供給される前記測定光どうしの到達時間差に基づいて、前記測定光に含まれる複数の前記測定結果を、前記測定部毎に分離する。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、上述の測定システムにおいて、複数の前記測定部のうち、少なくとも一つが基準測定対象を測定する基準測定部であり、前記検出部が前記測定光から抽出する前記測定結果のうち、前記基準測定部による前記測定結果と、複数の前記測定部のうち前記基準測定部以外の測定部による前記測定結果との相対情報を判定する判定部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、システム全体を小型化しつつ、複数の場所の測定対象を同時に測定することができる測定システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の測定システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態の各測定部についての光路長の一例を示す図である。
【図３】本実施形態の検出部による測定結果の検出結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の測定システム１の構成の一例を示す図である。測定システム１は、測定装置１０と測定部２０とを備える。測定装置１０と測定部２０とは、光ファイバー光路ＦＣによって接続される。
【００１３】
測定装置１０は、光源１００と、分配部２００と、検出部３００と、判定部４００とを備える。
光源１００は、第１波長光源１１０と第２波長光源１２０とを備える。本実施形態の一例では、第１波長光源１１０及び第２波長光源１２０は、いずれも連続発振（ＣＷ）型の半導体レーザー光源を備えている。第１波長光源１１０及び第２波長光源１２０が発生させる光の周波数の差は、テラヘルツ波長に対応する。すなわち、光源１００は、互いの周波数の差がテラヘルツ波長に対応する２波長の光を測定光ＭＬとして発生させる。ここで、テラヘルツ波長とは、周波数１［ＴＨｚ］程度の波長をいう。本実施形態においてテラヘルツ波長の光という場合には、おおむね、周波数３００［ＧＨｚ］〜３［ＴＨｚ］の波長帯の光が含まれる。すなわち、光源１００は、互いの周波数の差がテラヘルツに対応する２波長の光を含む測定光ＭＬを出射する。出射された測定光ＭＬは、偏光制御板などを含む照射光学系ＯＰＴを介して、分配部２００に入射する。
分配部２００は、光源１００が出射する測定光ＭＬを複数の光ファイバー光路ＦＣに分配する。
【００１４】
測定部２０は、ニオブ酸リチウムなどの非線形結晶ＮＰＣを含む。測定部２０は、光ファイバー光路ＦＣから供給される測定光ＭＬを、非線形結晶ＮＰＣに入射させる。測定部２０は、非線形結晶ＮＰＣにおいて生じるエバネッセント波ＥＷと測定対象ＭＴとの相互作用により測定光ＭＬに生じる変化を測定結果ＲＳとして出力する。
【００１５】
より具体的には、測定部２０は、非線形結晶ＮＰＣに測定光ＭＬを入射させる。この測定光ＭＬには、上述したように２波長（２色）の光が含まれる。２波長の測定光ＭＬが同軸に非線形結晶ＮＰＣに入射すると、チェレンコフ位相整合により、測定光ＭＬの進行方向に対して所定の角度θ方向に進行するテラヘルツ波が発生する。このテラヘルツ波の周波数は、第１波長光源１１０が発生させる第１光の周波数と、第２波長光源１２０が発生させる第２光の周波数との差に応じて定められる。したがって、第１波長光源１１０が発生させる第１光の周波数を可変に、又は第２波長光源１２０が発生させる第２光の周波数を可変にすることにより、非線形結晶ＮＰＣにおいて発生するテラヘルツ波の周波数を可変にすることができる。
非線形結晶ＮＰＣにおいて発生したテラヘルツ波は、非線形結晶ＮＰＣと非線形結晶ＮＰＣの周囲に存在する測定対象ＭＴ（例えば、気体）との界面において全反射され、非線形結晶ＮＰＣの内部に進行する。このテラヘルツ波が界面において全反射される際に、非線形結晶ＮＰＣの表面にエバネッセント波ＥＷが発生する。発生したエバネッセント波ＥＷには、測定対象ＭＴの吸収係数や屈折率などにより、振幅の変化（例えば、振幅の減衰）や位相の変化（例えば、位相の遅れ）などの変化が生じる。すなわち、非線形結晶ＮＰＣにおいて生じるエバネッセント波ＥＷと測定対象ＭＴとの相互作用により測定光ＭＬに振幅や位相の変化が生じる。
【００１６】
測定部２０は、この振幅や位相に変化が生じた測定光ＭＬを測定結果ＲＳとして、光ファイバー光路ＦＣを介して測定装置１０に送り返す。この測定光ＭＬに生じた振幅や位相に変化は、測定光ＭＬと測定対象ＭＴとの間の相互作用を示している。つまり、測定装置１０は、測定部２０から送り返された測定光ＭＬに含まれる測定結果ＲＳを解析することにより、測定対象ＭＴの吸収係数や屈折率などの情報を得ることができる。
【００１７】
検出部３００は、強度変調器３１０と、分波器３２０と、光検出器３３０と、ロックインアンプ３４０と、変調電源３５０とを備えている。強度変調器３１０と、ロックインアンプ３４０と、変調電源３５０とによって、測定部２０が出力する測定光ＭＬをロックイン検出する。この構成により、検出部３００は、測定光ＭＬのＳＮ比を向上させる。
分波器３２０は、測定光ＭＬに含まれる２波長の光を互いに分離する。光検出器３３０は、分波器３２０が分離した２波長の光の強度差を差分検出する。
検出部３００は、分波器３２０によって差分検出された検出結果を、判定部４００に出力する。
【００１８】
判定部４００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えるコンピュータ装置であり、検出部３００が出力する検出結果を判定する。
【００１９】
［測定部２０の配置］
次に、測定部２０の配置について説明する。本実施形態においては、１台の測定装置１０に対して、複数の測定部２０が接続される。この一例では、４台の測定部２０（測定部２０−１〜測定部２０−４）が測定装置１０に接続される場合について説明する。
【００２０】
測定装置１０の分配部２００は、測定部２０−１〜測定部２０−４に対して、それぞれ測定光ＭＬを供給する。測定装置１０と測定部２０−１とは、光路長Ｌ１の光ファイバー光路ＦＣ（光ファイバー光路ＦＣ１）によって接続される。測定装置１０と、測定部２０−２とは、光路長Ｌ２の光ファイバー光路ＦＣ（光ファイバー光路ＦＣ２）によって接続される。測定部２０−３及び測定部２０−４もこれと同様に、光路長Ｌ３の光ファイバー光路ＦＣ（光ファイバー光路ＦＣ３）及び光路長Ｌ４の光ファイバー光路ＦＣ（光ファイバー光路ＦＣ４）によってそれぞれ測定装置１０と接続される。
【００２１】
測定部２０−１は、非線形結晶ＮＰＣの周囲の測定対象ＭＴ（測定対象ＭＴ１）についての測定結果ＲＳ１を出力する。
同様に、測定部２０−２〜測定部２０−４は、測定対象ＭＴ２〜測定対象ＭＴ４についての測定結果ＲＳ２〜測定結果ＲＳ４をそれぞれ出力する。
【００２２】
この一例の構成の場合、検出部３００は、測定結果ＲＳ１〜測定結果ＲＳ４をそれぞれ検出する。すなわち、検出部３００は、測定部２０に接続される光ファイバー光路ＦＣを介して複数の測定部２０からそれぞれ供給される測定光ＭＬをそれぞれ検出することにより、複数の測定部２０がそれぞれ出力した測定結果ＲＳをそれぞれ抽出する。
【００２３】
次に、図２を参照して、光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌについて説明する。
図２は、本実施形態の各測定部２０についての光路長Ｌの一例を示す図である。上述したように、測定装置１０と測定部２０−１との間の光路長Ｌは、光路長Ｌ１である。測定装置１０と測定部２０−２との間の光路長Ｌは、光路長Ｌ２である。これと同様に、測定部２０−３及び測定部２０−４と、測定装置１０との間の光路長Ｌは、それぞれ光路長Ｌ３及び光路長Ｌ４である。
【００２４】
ここで、測定部２０と検出部３００との間の光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌは、測定部２０毎に互いに異なる。同図の一例では、光路長Ｌ１＜光路長Ｌ２＜光路長Ｌ３＜光路長Ｌ４の関係を有する。
なお、光路長Ｌの互いの大小関係はこれに限られず、例えば、光路長Ｌ４＜光路長Ｌ２＜光路長Ｌ３＜光路長Ｌ１などであってもよい。
次に、図３を参照して、検出部３００によって検出される測定結果ＲＳについて、測定部２０毎に分離する仕組みについて説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態の検出部３００による測定結果ＲＳの検出結果の一例を示す図である。この一例において、測定光ＭＬは、光源１００から時刻ｔ０において出射される。出射された測定光ＭＬは、測定部２０の線形結晶ＮＰＣにおいて測定対象ＭＴと相互干渉した後に、検出部３００に到達する。測定光ＭＬが光源１００から同時に出射された場合、出射された時刻ｔ０から所定の到達遅延時間ＤＬ後に検出部３００に到達する。この到達遅延時間ＤＬは、光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌに応じて定まる。上述したように、測定装置１０と測定部２０との間の光路長Ｌは、複数の測定部２０毎に互いに異なる。したがって、複数の測定部２０毎に、互いに異なる到達遅延時間ＤＬによって測定光ＭＬが検出部３００に到達する。
【００２６】
同図に示す一例では、測定部２０−１については、出射時刻ｔ０から到達遅延時間ＤＬ１後の時刻ｔ１に検出部３００に到達する。測定部２０−２については、出射時刻ｔ０から到達遅延時間ＤＬ２後の時刻ｔ２に検出部３００に到達する。測定部２０−３については、出射時刻ｔ０から到達遅延時間ＤＬ３後の時刻ｔ３に検出部３００に到達する。測定部２０−４については、出射時刻ｔ０から到達遅延時間ＤＬ４後の時刻ｔ４に検出部３００に到達する。
【００２７】
この場合において、検出部３００は、測定結果ＲＳ１の到達タイミングである時刻ｔ１と、測定結果ＲＳ２の到達タイミングである時刻ｔ２との到達時間差Δｔに基づいて、測定部２０−１による測定結果ＲＳ１と、測定部２０−２による測定結果ＲＳ２とを分離する。同様にして、検出部３００は、測定部２０−３による測定結果ＲＳ３と、測定部２０−４による測定結果ＲＳ４とを、他の測定部２０による測定結果ＲＳから分離する。
すなわち、検出部３００は、光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌの差によって生じる、それぞれの測定部２０から光ファイバー光路ＦＣを介して供給される測定光ＭＬどうしの到達時間差Δｔに基づいて、測定光ＭＬに含まれる複数の測定結果ＲＳを、測定部２０毎に分離する。
【００２８】
ここで、複数の測定部２０のうち、少なくとも一つが基準測定対象ＳＭＴを測定する基準測定部であってもよい。ここでは、測定部２０−１が基準測定部である場合について説明する。
この一例では、測定システム１は、研究施設や工場などの建物の各部屋のガス濃度（例えば、水素濃度）を測定対象ＭＴとして測定するシステムとして構成される。測定部２０は、建物の各部屋に１台（又はそれ以上）ずつ配置される。ここで、測定部２０−１は、基準測定部として基準測定対象ＳＭＴ（例えば、大気などの基準雰囲気ＳＡ）中に配置される。この場合、基準測定部である測定部２０−１が出力する測定結果ＲＳ１は、測定光ＭＬと基準雰囲気ＳＡとの相互作用の結果を示す。つまり、測定結果ＲＳ１は、測定対象ＭＴのガス濃度が０（ゼロ）（又は０に極めて近い値）である場合の結果を示す。
なお、測定部２０による測定対象ＭＴは、基準測定対象ＳＭＴと判別可能であれば水素に限られず、例えば、硫化水素や、メタンなどの炭化水素などであってもよい。
【００２９】
判定部４００は、検出部３００が測定光ＭＬから抽出する測定結果ＲＳのうち、基準測定部２０−１による測定結果ＲＳと、複数の測定部２０のうち基準測定部２０−１以外の測定部２０による測定結果ＲＳとの相対情報を判定する。
一例として、判定部４００は、測定結果ＲＳ１が示す「ガス濃度０（ゼロ）」を基準にして、測定結果ＲＳ２〜測定結果ＲＳ４を判定する。判定部４００は、測定結果ＲＳ１と、測定結果ＲＳ２との差分が小さい場合には、測定部２０−２が設置されている場所の測定対象ＭＴ２のガス濃度が０（ゼロ）に近いと判定する。また、判定部４００は、測定結果ＲＳ１と、測定結果ＲＳ２との差分が大きくなった場合には、測定部２０−２が設置されている場所の測定対象ＭＴ２のガス濃度が変化した（例えば、ガス濃度が上昇した）と判定する。
【００３０】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の測定システム１は、測定装置１０と測定部２０とが分離して構成されている。また、本実施形態の測定システム１は、１台の測定装置１０に対して、複数の測定部２０を備えている。
ここで、測定部２０は、測定装置１０に比べて小型かつ安価に構成できる。一方、測定装置１０は、レーザー光源や光検出装置など、比較的仕組みが複雑で高価かつ設置面積が大きな装置で構成される。仮に、複数の場所の測定対象ＭＴを同時に測定する場合において、複数台の測定装置を用いるとすると、システム全体の設置面積や価格が上昇してしまう。
本実施形態の測定システム１によれば、比較的仕組みが複雑で高価かつ設置面積が大きな測定装置１０を複数用意しなくても、複数の場所の測定対象ＭＴを同時に測定することができる。つまり、本実施形態の測定システム１によれば、システム全体を小型化かつ低廉に構成することができる。
【００３１】
また、本実施形態の測定システム１によれば、測定装置１０と測定部２０とを光ファイバー光路ＦＣによって接続している。この光ファイバー光路ＦＣは、比較的径を細く構成することができ、かつ屈曲性が比較的大きいことから、測定装置１０から測定部２０の設置されている場所までの経路が比較的複雑であったとしても容易に引き通すことができる。つまり、本実施形態の測定システム１によれば、測定部２０の配置の自由度を高めることができる。
また、本実施形態の測定システム１において、測定部２０が可搬型に構成されてもよい。測定部２０や光ファイバー光路ＦＣは、測定装置１０に比べ軽量に構成することができる。このため、本実施形態の測定システム１は、測定装置１０を可搬型に構成する場合に比べ、可搬部（この一例では、測定部２０と光ファイバー光路ＦＣ）を軽量化することができる。
【００３２】
また、本実施形態の測定システム１において、測定部２０と検出部３００との間の光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌは、測定部２０毎に互いに異なるように構成される。このように構成された測定システム１によれば、測定部２０毎の測定結果ＲＳを容易に分離することができる。
【００３３】
また、本実施形態の測定システム１において、検出部３００は、光ファイバー光路ＦＣの光路長Ｌの差によって生じる、それぞれの測定部２０から光ファイバー光路ＦＣを介して供給される測定光ＭＬどうしの到達時間差Δｔに基づいて、測定光ＭＬに含まれる複数の測定結果ＲＳを、測定部２０毎に分離する。このように構成された測定システム１によれば、測定部２０毎の測定結果ＲＳを容易に分離することができる。
【００３４】
また、本実施形態の測定システム１において、判定部４００は、検出部３００が測定光ＭＬから抽出する測定結果ＲＳのうち、基準測定部２０−１による測定結果ＲＳと、複数の測定部２０のうち基準測定部２０−１以外の測定部２０による測定結果ＲＳとの相対情報を判定する。このように構成された測定システム１によれば、測定対象ＭＴについての判定基準データをあらかじめ用意しなくても、測定対象ＭＴの状態（例えば、ガス濃度）を容易に判定することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上述した実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。
【００３６】
なお、上記の実施形態における演算装置１０及び演算管理装置２０が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
【００３７】
なお、演算装置１０及び演算管理装置２０が備える各部は、メモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、演算装置１０及び演算管理装置２０が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００３８】
また、演算装置１０及び演算管理装置２０が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部が備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００３９】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…測定システム、１０…測定装置、２０…測定部、１００…光源、２００…分配部、
３００…検出部、４００…判定部、ＦＣ…光ファイバー光路
【図１】
2019168335.tif 000003
【図２】
2019168335.tif 000004
【図３】
2019168335.tif 000005