(57)【要約】【課題】電磁波の反射により誘電体の屈折率等を検出する場合において高精度に屈折率等を検出し得る誘電体の屈折率の検出方法を提供する。【解決手段】誘電体１３の粗面１３Ａにレンズ８を介してテラヘルツ波を垂直に入射させ、粗面１３Ａで反射された前記テラヘルツ波の強度を表す強度信号Ｉを検出する一方、金属板１２の鏡面１２Ａにレンズ８を介して前記テラヘルツ波を垂直に入射させ、鏡面１２Ａで反射された前記テラヘルツ波の強度を表す強度信号ＩＭを検出し、さらに強度信号Ｉ，ＩＭをレンズ８の複数の視野角φにおいてそれぞれ検出するとともに、各視野角φにおける強度信号Ｉ，ＩＭの比（Ｉ／ＩＭ）を求めて視野角φに対する比（Ｉ／ＩＭ）を表す特性曲線を得、該特性曲線を視野角φ＝０に向けて外挿することにより視野角φが零のときの鏡面反射率ＲＳを求め、該鏡面反射率ＲＳに基づき測定試料１３の屈折率を検出する。【選択図】  図３
2015143666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度を表す第１の強度信号Ｉを検出する一方、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度を表す第２の強度信号ＩＭを検出し、
さらに前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭを前記レンズの複数の視野角においてそれぞれ検出するとともに、各視野角における前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比を求めて前記視野角に対する前記比を表す特性曲線を得、
前記特性曲線を視野角零に向けて外挿することにより視野角が零のときの鏡面反射率ＲＳを求め、該鏡面反射率ＲＳに基づき前記測定試料の屈折率を検出することを特徴とする誘電体の屈折率の検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載する誘電体の屈折率の検出方法において、
前記外挿は、前記特性曲線において屈曲点を与える視野角より小さい視野角の範囲で、複数の測定点において前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比が一定となる特性曲線の一端を視野角零に向けて行なうことを特徴とする誘電体の屈折率の検出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する誘電体の屈折率の検出方法において検出した屈折率をｎ、光速をｃ、前記誘電体を前記電磁波が一往復する時間をΔｔとするとき、前記測定試料の膜厚ｄをｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で求めることを特徴とする誘電体の膜厚の検出方法。
【請求項４】
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度の時間特性を表す時間領域の第１の強度信号Ｉを前記レンズの複数の視野角においてそれぞれ検出する一方、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度の時間特性を表す時間領域の第２の強度信号ＩＭを検出し、
さらに前記第１の強度信号Ｉをフーリエ変換することにより周波数領域の第３の強度信号Ｉ（ｆ）を得るとともに、前記第２の強度信号ＩＭをフーリエ変換することにより周波数領域の第４の強度信号ＩＭ（ｆ）を得、
前記第３の強度信号Ｉ（ｆ）と第４の強度信号ＩＭ（ｆ）との比が式（１）
【数１】
2015143666.tif 000010
の関係があることを利用して、式（１）の傾きとして表面粗さδを求めることを特徴とする誘電体の表面粗さの検出方法。
【請求項５】
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度を表す第１の強度信号Ｉを検出するとともに、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度を表す第２の強度信号ＩＭを検出する反射波検出手段と、
前記レンズから前記粗面および前記鏡面に向かって照射される前記電磁波を絞るように前記レンズの視野角を調整する視野絞り手段と、
それぞれ複数の前記視野角において検出した前記第１の強度信号および第２の強度信号の強度の時間軸特性を記憶している記憶手段と、
各視野角における前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの情報を前記記憶手段から読み出し、前記第１および前記第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比を求めて前記視野角に対する前記比を表す特性曲線を得るとともに、前記特性曲線を視野角零に向けて外挿することにより前記視野角が零のときの鏡面反射率ＲＳを求め、該鏡面反射率ＲＳに基づき前記測定試料の屈折率を演算する演算手段とを有することを特徴とする誘電体の屈折率の検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載する誘電体の屈折率の検出装置において、
前記外挿は、前記特性曲線において屈曲点を与える視野角より小さい視野角の範囲で、複数の測定点において前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比が一定となる特性曲線の一端を視野角零に向けて行なうことを特徴とする誘電体の屈折率の検出装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載する誘電体の屈折率の検出装置において検出した屈折率をｎ、光速をｃ、前記測定試料を前記電磁波が一往復する時間をΔｔとするとき、前記測定試料の膜厚ｄをｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で求めるように前記演算手段を構成したことを特徴とする誘電体の膜厚の検出装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載する前記演算手段は、さらに前記第１の強度信号Ｉをフーリエ変換することにより周波数領域の第３の強度信号Ｉ（ｆ）を得るとともに、前記第２の強度信号ＩＭをフーリエ変換することにより周波数領域の第４の強度信号ＩＭ（ｆ）を得、前記第３の強度信号Ｉ（ｆ）と第４の強度信号ＩＭ（ｆ）との比が式（２）
【数２】
2015143666.tif 000011
の関係があることを利用して、式（２）の傾きとして表面粗さδを求めるように構成したことを特徴とする誘電体の表面粗さの検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体の屈折率の検出方法およびその装置、膜厚検出方法およびその装置ならびに表面粗さ検出方法およびその装置に関し、例えばガスタービン用の遮熱コーティングのトップコートの屈折率、膜厚および表面粗さを検出する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光波と電波の間の周波数領域における電磁波であるテラヘルツ波（周波数０．１〜１０ＴＨｚ）の非破壊検査応用が進んでいる。テラヘルツ波はプラスチック、セラミック、木材、塗料等の誘電体を比較的よく透過するため、内部構造の画像化、内部欠陥の検出とともに、膜厚測定に利用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
テラヘルツ波を誘電体の膜厚測定に適用する場合には、テラヘルツ帯における測定対象である誘電体の屈折率が必要になる。通常、屈折率は透過型配置におけるテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）により測定される。ＴＨｚ−ＴＤＳでは、テラヘルツ波の伝搬経路中に既知の長さの測定対象の挿入前後における透過波の振幅と位相の変化から屈折率を算出している。したがって、金属表面上の誘電体に関しては、透過波が得られないため適用できず、この場合には反射型配置による測定が必要になる。
【０００４】
例えばガスタービンのブレード等、燃焼環境で使用する高温部品の基材を保護するためブレードとなる基材の表面には遮熱コーティング（ＴＢＣ）が施される。ＴＢＣはセラミックスを金属表面に溶射して施工される。この場合、ＴＢＣのセラミックス層の屈折率は溶射条件やその後の高温環境における焼結等により変化する。したがって、ＴＢＣの材料であるセラミックスの屈折率が分かっていても、セラミックス層の屈折率と一致するとは限らない。しかも、セラミックス層は金属基板上に一体となって溶射されているので、透過測定を行うことはできない。
【０００５】
このように金属と一体となったＴＢＣ等、誘電体の屈折率は、テラヘルツ波等の電磁波を利用した反射測定で求める必要がある。しかしながら、反射測定の結果は、測定対象である誘電体の表面粗さの影響を受ける。そこで、テラヘルツ波の反射により誘電体の屈折率を求める場合は、測定対象となる誘電体の表面粗さを仮定する等、特別な工夫をする必要があった（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】テラヘルツ波を用いたガスタービン用遮熱コーティングのトップコート膜厚測定  福地 哲生  他（５名）；電学論Ａ  １３２巻２号  Ｐ１６６〜１７２  平成２４年
【非特許文献２】テラヘルツ波を用いたガスタービン翼遮熱コーティングのトップコート膜厚測定  福地 哲生  他（６名）；電学論Ａ  １３３巻７号  Ｐ３９５〜４０１  平成２５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２において仮定した表面粗さは真値とは異なり、高精度に真値を反映したものとはいえない場合が多いので、検出された屈折率の値とその真値とのズレが大きく、結果として前記屈折率を利用した膜厚の検出値の誤差も大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、電磁波の反射により誘電体の屈折率等を検出する場合において高精度に屈折率等を検出し得る誘電体の屈折率の検出方法およびその装置、膜厚検出方法およびその装置ならびに表面粗さ検出方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明は、テラヘルツ波等の電磁波の反射特性を利用して表面が粗面である誘電体の表面粗さの影響を除去することが、高精度屈折率の測定において必須となる点に思い至り、当該測定において表面粗さの影響を除去する方法を検討した。すなわち、誘電体の屈折率を、テラヘルツ波等の電磁波を利用して、高精度に検出するには、粗面である誘電体の表面粗さの影響を可及的に除去することが肝要であり、そのためには誘電体の実質的な鏡面反射率を求めれば良いことに思い至った。誘電体の鏡面反射率を求めるには、鏡面反射が入射波と同じ経路を戻ること、散乱は入射波よりも広い角度分布を有することから、その一部のみが入射波と同じ経路を戻ることを利用すれば良い。
【００１０】
そこで、図１に示すように、送受信器の手前にレンズ０１の視野角φを制限するための視野絞り０２を配設し、視野角φを変えながら金属板０３の鏡面０３Ａからの反射波と誘電体０４の粗面０４Ａからの反射波を測定する。図１（ａ）は鏡面０３Ａからの反射波を大きい視野角φで測定する場合、図１（ｂ）は粗面０４Ａからの反射波を大きい視野角φで測定する場合、図１（ｃ）は鏡面０３Ａからの反射波を小さい視野角φで測定する場合、図１（ｄ）は粗面０４Ａからの反射波を小さい視野角φで測定する場合をそれぞれ概念的に示している。
【００１１】
図１（ａ）および図１（ｃ）に示す場合において、鏡面０３Ａから得られる反射波の強度信号ＩＭは、視野絞り０２を通過して鏡面０３Ａに到達し、鏡面反射した後、再び視野絞り０２を通過し、レンズ０１からビームスプリッター０５を介して受信器に到達する反射波の強度を表す。ここで、鏡面０３Ａの反射率ＲＳ＝１であり、これは視野角φにおいて受信できる最大強度である。一方、粗面０４Ａから得られる反射波の強度信号Ｉは、同様に受信器へ到達する反射波の強度であるが、粗面４Ａの鏡面反射率ＲＳはＲＳ＜１であること、散乱によって損失が生じることを考慮すると、全ての視野角φにおいてＩ＜ＩＭとなる。
【００１２】
送信時に視野絞り０２を通過した電磁波に対する鏡面反射波は、視野角φに関わらず、原理的にはその全てが再び視野絞り０２を通過して受信器へ戻る。一方、散乱した電磁波はより広い角度分布を有するため、その一部のみ（鏡面反射に近い角度に散乱された電磁波のみ）が再び視野絞り０２を通過できる。すなわち、図１（ｄ）に示すように、視野角φが十分小さいと、散乱の大部分は視野外に戻り受信されない。つまり，受信される強度信号Ｉの大部分が鏡面反射によるものとなる。したがって、Ｉ／ＩＭを最小視野角φ＝０まで外挿すれば（実際にφ＝０とすると反射波を測定できないため、十分小さい視野角φまで測定する）、散乱の影響を取り除くことができる。よって、式（１）が成り立つ。
【００１３】
【数１】
2015143666.tif 000003
【００１４】
鏡面反射率ＲＳが求まれば、式（２）から誘電体の屈折率を求めることができる。
【００１５】
【数２】
2015143666.tif 000004
【００１６】
逆に，視野角φが大きいと、鏡面反射に対する散乱の割合が増し、散乱に伴う損失によって受信器へ戻る入射波の割合は低下する。すなわち、見かけ上の反射率は低下する。ここでＩ／ＩＭを最大視野角φ＝πまで外挿すれば（実際にφ＝πとすると反射波を測定できないため、十分大きい視野角φまで測定する）、見かけ上の反射率ＲＤは散乱の影響を最大限含んだ値となる。見かけ上の反射率ＲＤは式（３）で与えられる。
【００１７】
【数３】
2015143666.tif 000005
【００１８】
かかる検討結果から、見かけ上の反射率Ｉ／ＩＭは視野角φに依存することが分かる。式（１）および式（３）から、Ｉ／ＩＭの視野角φに対する依存性は図２に示すような形となることが想定される。すなわち、視野角φに対する比（Ｉ／ＩＭ）を表す視野角依存特性曲線が視野角φ＝０となる点で鏡面反射率ＲＳが与えられ、この鏡面反射率ＲＳを前記式（２）に代入することにより誘電体０４の表面が粗面０４Ａであることの影響を除去した屈折率ｎを得る。
【００１９】
かかる知見を基礎とする本発明の第１の態様は、
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度を表す第１の強度信号Ｉを検出する一方、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度を表す第２の強度信号ＩＭを検出し、
さらに前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭを前記レンズの複数の視野角においてそれぞれ検出するとともに、各視野角における前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比を求めて前記視野角に対する前記比を表す特性曲線を得、
前記特性曲線を視野角零に向けて外挿することにより視野角が零のときの鏡面反射率ＲＳを求め、該鏡面反射率ＲＳに基づき前記測定試料の屈折率を検出することを特徴とする誘電体の屈折率の検出方法にある。
【００２０】
本態様によれば、電磁波の反射を利用した粗面である誘電体の屈折率の検出の際に、粗面の表面粗さの影響を実質的に除去することができるので、粗面である誘電体の屈折率を高精度に検出し得る。
【００２１】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する誘電体の屈折率の検出方法において、
前記外挿は、前記特性曲線において屈曲点を与える視野角より小さい視野角の範囲で、複数の測定点において前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比が一定となる特性曲線の一端を視野角零に向けて行なうことを特徴とする誘電体の屈折率の検出方法にある。
【００２２】
本態様によれば、特性曲線の外挿を、視野角＝０に向けて適確に実施し得る。
【００２３】
本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する誘電体の屈折率の検出方法において検出した屈折率をｎ、光速をｃ、前記誘電体を前記電磁波が一往復する時間をΔｔとするとき、前記測定試料の膜厚ｄをｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で求めることを特徴とする誘電体の膜厚の検出方法にある。
【００２４】
本態様によれば、ｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で与えられる膜厚ｄを高精度に検出された屈折率ｎを用いて求めることができるので、膜厚も高精度に検出し得る。
【００２５】
本発明の第４の態様は、
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度の時間特性を表す時間領域の第１の強度信号Ｉを前記レンズの複数の視野角においてそれぞれ検出する一方、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度の時間特性を表す時間領域の第２の強度信号ＩＭを検出し、
さらに前記第１の強度信号Ｉをフーリエ変換することにより周波数領域の第３の強度信号Ｉ（ｆ）を得るとともに、前記第２の強度信号ＩＭをフーリエ変換することにより周波数領域の第４の強度信号ＩＭ（ｆ）を得、
前記第３の強度信号Ｉ（ｆ）と第４の強度信号ＩＭ（ｆ）との比が式（４）
【数４】
2015143666.tif 000006
の関係があることを利用して、式（４）の傾きとして表面粗さδを求めることを特徴とする誘電体の表面粗さの検出方法にある。
【００２６】
本態様によれば、高精度に検出された誘電体の屈折率を既知の式に代入するだけで、正確な表面粗さを容易かつ適切に求めることができる。すなわち、触診式の粗さ計を用いる場合に較べ、測定試料の表面に接触することなく非接触で所望の測定試料の表面粗さを検出し得る。したがって、測定試料が、美術品等である場合に特に有用なものとなる。
【００２７】
本発明の第５の態様は、
誘電体である測定試料の粗面にレンズを介して電磁波を垂直に入射させ、前記粗面で反射された前記電磁波の強度を表す第１の強度信号Ｉを検出するとともに、金属板の鏡面に前記レンズを介して前記電磁波を垂直に入射させ、前記鏡面で反射された前記電磁波の強度を表す第２の強度信号ＩＭを検出する反射波検出手段と、
前記レンズから前記粗面および前記鏡面に向かって照射される前記電磁波を絞るように前記レンズの視野角を調整する視野絞り手段と、
それぞれ複数の前記視野角において検出した前記第１の強度信号および第２の強度信号の強度の時間軸特性を記憶している記憶手段と、
各視野角における前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの情報を前記記憶手段から読み出し、前記第１および前記第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比を求めて前記視野角に対する前記比を表す特性曲線を得るとともに、前記特性曲線を視野角零に向けて外挿することにより前記視野角が零のときの鏡面反射率ＲＳを求め、該鏡面反射率ＲＳに基づき前記測定試料の屈折率を演算する演算手段とを有することを特徴とする誘電体の屈折率の検出装置にある。
【００２８】
本態様によれば、電磁波の反射を利用した測定試料の屈折率の検出の際に、誘電体の表面粗さの影響を実質的に除去することができるので、測定試料が、一般に粗面である誘電体であってもその屈折率を高精度に検出し得る。
【００２９】
本発明の第６の態様は、
第５の態様に記載する誘電体の屈折率の検出装置において、
前記外挿は、前記特性曲線において屈曲点を与える視野角より小さい視野角の範囲で、複数の測定点において前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比が一定となる特性曲線の一端を視野角零に向けて行なうことを特徴とする誘電体の屈折率の検出装置にある。
【００３０】
本態様によれば、特性曲線の外挿を視野角＝０に向けて適確に実施し得る。
【００３１】
本発明の第７の態様は、
第５または第６の態様に記載する誘電体の屈折率の検出装置において検出した屈折率をｎ、光速をｃ、前記測定試料を前記電磁波が一往復する時間をΔｔとするとき、前記測定試料の膜厚ｄをｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で求めるように前記演算手段を構成したことを特徴とする誘電体の膜厚の検出装置にある。
【００３２】
本態様によれば、ｄ＝（ｃ・Δｔ／２ｎ）で与えられる膜厚ｄを高精度に検出された屈折率ｎを用いて求めることができるので、膜厚も高精度に検出し得る。
【００３３】
本発明の第８の態様は、
第５または第６の態様に記載する演算手段は、さらに前記第１の強度信号Ｉをフーリエ変換することにより周波数領域の第３の強度信号Ｉ（ｆ）を得るとともに、前記第２の強度信号ＩＭをフーリエ変換することにより周波数領域の第４の強度信号ＩＭ（ｆ）を得、前記第３の強度信号Ｉ（ｆ）と第４の強度信号ＩＭ（ｆ）との比が式（５）
【数５】
2015143666.tif 000007
の関係があることを利用して、式（５）の傾きとして表面粗さδを求めるように構成したことを特徴とする誘電体の表面粗さの検出装置にある。
【００３４】
本態様によれば、高精度に検出された誘電体の屈折率を既知の式に代入するだけで、正確な表面粗さを容易かつ適切に求めることができる。すなわち、触診式の粗さ計を用いる場合に較べ、測定試料の表面に接触することなく非接触で所望の測定試料の表面粗さを検出し得る。したがって、測定試料が、美術品等である場合に特に有用なものとなる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、誘電体の表面粗さの影響を実質的に除去して粗面である誘電体の屈折率を正確に検出することができる。また、かかる屈折率を利用して前記誘電体の膜厚および表面粗さも高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。
【図２】視野角と、強度信号Ｉ，ＩＭの比との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る誘電体の屈折率の検出装置を示すブロック図である
【図４】強度信号Ｉ（実線）と強度信号ＩＭ（点線）時間特性を視野絞りの複数の開口径ｏおよび視野角φをパラメータとして示す特性図である。
【図５】視野角を変化させて行った測定における強度信号Ｉ，ＩＭの比を表す特性曲線を示す特性図である。
【図６】テラヘルツ波の照射により誘電体の膜厚を測定する場合の態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３８】
＜誘電体の屈折率の検出＞
図３は本発明の実施の形態に係る誘電体の屈折率の検出装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る誘電体の屈折率の検出装置は、反射波検出部１、テラヘルツ波の送信器２、テラヘルツ波の受信器３、記憶部４、演算部５および表示部６を有する。反射波検出部１は、同一の垂直な光軸の上下２箇所に配設されている２枚のレンズ７，８を有しており、レンズ８の下方に配設された金属板１２の表面である鏡面１２Ａまたは測定試料である誘電体１３の粗面１３Ａにテラヘルツ波を収束させて垂直入射させる。ここで、金属板１２は、例えばＳＵＳ板を好適に使用でき、誘電体１３は、例えばタービン翼に溶射される遮熱コーティング（ＴＢＣ）のトップコートを形成する部材であり、その表面が粗面１３Ａとなっている。この誘電体１３が、屈折率の測定対象である。ここで、誘電体１３の粗面１３Ａの表面粗さは未知である。
【００３９】
レンズ８の下方にはレンズ８の視野を絞る視野絞り１０が配設してある。ここで、視野絞り１０はレンズ８から基準試料１２または測定試料１３の表面に向かうテラヘルツ波を絞ることができるものであれば、特にその構造に限定はない。例えば、通常のカメラレンズの絞り構造を適用して好適に構成することができる。
【００４０】
ビームスプリッター９は、レンズ７，８の光軸に対し４５°傾斜させてレンズ７，８の間に配設されている。かくして、金属板１２の鏡面１２Ａまたは誘電体１３の粗面１３Ａで反射され、レンズ８を介して戻ってきたテラヘルツ波をビームスプリッター９で４５°屈曲させてレンズ１１に入射させる。
【００４１】
レンズ１１はテラヘルツ波の反射波を受信器３に入射させる。受信器３に入射された反射波は反射強度の時間特性を表す電気信号に変換されて記憶部４に記憶される。
【００４２】
以下、金属板１２の鏡面１２Ａで反射された反射波の反射強度をＩＭ、測定試料である誘電体１３の粗面１３Ａで反射された反射波の反射強度をＩの符号で表す。
【００４３】
受信器３で検出され、記憶部４に記憶される強度信号Ｉと強度信号ＩＭの時間特性を図４に示す。同図において、実線が強度信号Ｉの時間特性を、点線が強度信号ＩＭの時間特性をそれぞれ示している。各時間特性は、図４に示す視野絞り１０の複数の開口径ｏおよび視野角φをパラメータとして示している。
【００４４】
上述の如き時間特性は、コントローラ１３でレーザーパルス発生器１２、遅延装置１４および記憶部４を制御することにより記憶部４にデータとして記憶される。さらに詳言すると、レーザーパルス発生器１２はコントローラ１３の制御信号によりレーザーパルスを発生させ、このレーザーパルスにより送信器２からテラヘルツ波を照射させるとともに、遅延装置１４を介して受信器３を動作させることによりテラヘルツ波の反射波を受信させる。ここで、前記レーザーパルスは遅延装置１４で所定時間ずつ遅延される。この結果、受信器３における反射波の取り込みタイミングが逐次遅延される。かくして、受信器３では、時間軸上でスキャンした離散的な値としての反射波の強度を表わすデータが得られ、かかるデータが記憶部４に読み込まれる。この結果、図４に示す強度信号Ｉ、ＩＭが生成される。記憶部４の読み込みタイミングは、受信器３における反射波の取り込みタイミングに同期するように、コントローラ１３で制御される。
【００４５】
演算部５は、記憶部４に記憶している強度信号Ｉの時間特性および強度信号ＩＭの時間特性を表すデータに基づき所定の演算を行うことにより測定試料である誘電体１３の屈折率ｎを求める。すなわち、各視野角φにおける強度信号Ｉ，ＩＭの比を求めて視野角φに対する強度信号Ｉ，ＩＭの比（Ｉ／ＩＭ）を表す図５に示すような特性曲線を得る。その後、前記特性曲線を視野角φ＝０に向けて外挿することにより視野角φ＝０のときの鏡面反射率ＲＳを求める。最後に、鏡面反射率ＲＳに基づき誘電体１３の屈折率ｎを演算する。ここで、外挿は、図５に示す特性曲線において屈曲点Ｐを与える視野角φより小さい視野角φの範囲で、複数の測定点において前記第１および第２の強度信号Ｉ，ＩＭの比が一定となる特性曲線の一端を、視野角零に向けて延長することにより実施する。
【００４６】
ここで、測定対象である誘電体１３の粗面１３Ａの屈折率ｎは、図５に示す特性曲線を視野角φ＝０に向けて外挿することにより得た鏡面反射率ＲＳを式（６）に代入することにより求める。
【００４７】
【数６】
2015143666.tif 000008
【００４８】
演算部５による演算結果は表示部６に表示される。
【００４９】
かかる本形態では、まず金属板１２をレンズ８の下方に配置した状態で、その鏡面１２Ａに、送信器２から照射されるテラヘルツ波をレンズ７、８を介して垂直に入射させる。次に、鏡面１２Ａで反射されたテラヘルツ波の強度を表す強度信号ＩＭを検出して記憶部４に記憶させる。同様の操作を視野絞り１０で視野角φを変えて複数回繰り返す。
【００５０】
さらに、金属板１２に代えて粗面１３Ａを有する誘電体１３をレンズ８の下方に配設した状態で、レンズ７、８を介して粗面１３Ａにテラヘルツ波を垂直に入射させ、粗面１３Ａで反射されたテラヘルツ波の強度を表す強度信号Ｉを検出して記憶部４に記憶させる。同様の操作を視野絞り１０により視野角φを変えて、金属板１２の場合と同様に、複数回繰り返す。
【００５１】
最後に、記憶部４に記憶させたＩＭ、Ｉに基づき両者の比を求め、図５に示す特性図を作成するとともに、前記特性曲線を視野角φ＝０に向けて外挿することにより視野角φ＝０のときの鏡面反射率ＲＳを求める。続いて鏡面反射率ＲＳに基づき所定の演算を行うことにより、誘電体１３の屈折率ｎを求め、その結果を表示部６に表示する。
【００５２】
＜誘電体の膜厚検出＞
粗面１３Ａを有する誘電体１３の膜厚は、次のような原理により検出することができる。図６に示すように、誘電体１３にテラヘルツ波を照射した場合の反射波は、誘電体１３の表面からの反射波（同図（ａ）参照）と、誘電体１３の内部や裏面からの反射波（同図（ｂ）参照）とに分離される。ここで、テラヘルツ波が膜厚ｄ、屈折率ｎの誘電体１３中を１往復するのに要する時間ＴはＴ＝（２ｎｄ／ｃ（ｃは光速））で与えられる。したがって、膜厚ｄは、表面反射のパルスと裏面反射のパルスの幅（同図（ｃ）参照）、すなわちテラヘルツ波が屈折率ｎの誘電体１３中を１往復するのに要する時間Ｔを計測することによりｄ＝（ｃＴ／２ｎ）として求めることができる。
【００５３】
したがって、本実施の形態においては、強度信号ＩまたはＩＭに基づき時間Ｔを演算するとともに、この時間Ｔと上述の実施の形態で求めた屈折率ｎとを利用することにより、
ｄ＝（ｃＴ／２ｎ）の式の演算を行なうように、図３に示す演算部５を構成することにより、膜厚ｄを正確に求めることができる。
【００５４】
＜誘電体の表面粗さ検出＞
図４に示す強度信号Ｉをフーリエ変換することにより周波数領域の強度信号Ｉ（ｆ）を得るとともに、強度信号ＩＭをフーリエ変換することにより周波数領域の強度信号ＩＭ（ｆ）を得ることができる。
【００５５】
一方、強度信号Ｉ（ｆ）と強度信号ＩＭ（ｆ）との比（Ｉ（ｆ）／ＩＭ（ｆ））は式（７）の関係が成立している。
【００５６】
【数７】
2015143666.tif 000009
【００５７】
そこで、式（７）の関係を利用すれば、式（７）の傾きとして表面粗さδを求めることができる。
【００５８】
したがって、本実施の形態においては、図３に示す演算部５を、記憶部４に記憶されている時間領域の強度信号Ｉおよび強度信号ＩＭに基づきこれらをフーリエ変換して周波数領域の強度信号Ｉ（ｆ）、強度信号ＩＭ（ｆ）を生成し、さらに両者の比（Ｉ（ｆ）／ＩＭ（ｆ））を求めるように構成すれば、上式（７）の関係を利用して粗面１３Ａの表面粗さδを求めることができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態では電磁波としてテラヘルツ波を用いる場合を説明したが、これに限るものでは勿論ない。測定対象となる誘電体の表面粗さにより適切な波長の電磁波を選定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は製造条件により特性が変わり、しかも溶射等により基材に一体化された誘電体膜、例えばガスタービン用の遮熱コーティングのトップコートの屈折率、膜厚および表面粗さ等を検出する産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
Ｉ、ＩＭ    反射強度
１          反射波検出部
２          送信器
３          受信器
４          記憶部
５          演算部
７，８      レンズ
９          ビームスプリッター
１０          視野絞り
１２          金属板
１２Ａ        鏡面
１３          誘電体
１３Ａ        粗面
【図２】
2015143666.tif 000012
【図４】
2015143666.tif 000013
【図５】
2015143666.tif 000014
【図１】
2015143666.tif 000015
【図３】
2015143666.tif 000016
【図６】
2015143666.tif 000017