(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶と、
パルス状の検出用電磁波を被測定物に照射し、該被測定物を透過した、または該被測定物で反射した検出用電磁波を、前記電気光学結晶に入射させる検出光学系と、
前記検出用電磁波の波面に対して、パルス状のプローブ波のパルス面を傾斜させて、該プローブ波を前記電気光学結晶に入射させるプローブ光学系と、
前記電気光学結晶を透過した前記プローブ波が入射する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた画像を処理する処理装置と、
波形補正情報を記憶する記憶装置と、
を有し、
前記プローブ光学系または前記検出光学系は、前記プローブ波または前記検出用電磁波のビーム断面を、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波のパルス面との交線方向に並ぶ複数の主走査単位領域に区分する走査分割素子を含み、前記走査分割素子は、前記主走査単位領域ごとに、前記検出用電磁波の波面または前記プローブ波のパルス面の、前記電気光学結晶への到達時刻を異ならせ、
前記撮像装置の撮像面の前記主走査単位領域の各々において、前記交線方向と直交する方向が前記検出用電磁波の時間波形の時間軸に対応付けられ、
前記プローブ光学系または前記検出光学系は、前記プローブ波及び前記検出用電磁波の一方に対する他方の遅延時間を変化させる遅延装置を含み、
前記処理装置は、前記遅延装置により前記遅延時間を異ならせて、前記検出用電磁波及び前記プローブ波を、前記電気光学結晶に入射させて、前記撮像装置で複数の波形を取得し、取得された複数の波形の時間軸方向のずれに基づいて波形補正情報を求め、求められた波形補正情報を前記記憶装置に記憶させ、
さらに、前記処理装置は、被測定物を測定することによって得られた波形データを、前記記憶装置に記憶されている前記波形補正情報に基づいて補正することにより補正波形を求める電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記波形補正情報は、前記主走査単位領域内の前記時間軸方向に関する位置に対応付けられた時刻情報を含む請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記処理装置は、
補正することによってサンプリング間隔が等間隔ではなくなった前記補正波形を、サンプリング間隔が等間隔の時間波形に修正し、修正後の時間波形をフーリエ変換する請求項２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
さらに、前記プローブ光学系または前記検出光学系は、前記プローブ波または前記検出用電磁波のビーム断面を、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波のパルス面との交線方向と直交する方向に並ぶ複数の補償単位領域に区分する補償光学素子を含み、
前記複数の補償単位領域において、前記プローブ波のパルス面と前記検出用電磁波の波面とが同期して前記電気光学結晶に達する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記走査分割素子は、前記検出用電磁波または前記プローブ波のビーム断面を、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波のパルス面との交線方向に並ぶ複数のセルに区分し、
前記セルの各々に、前記複数の主走査単位領域が画定されており、前記複数のセルが、同一時間帯の前記検出用電磁波の波形データを測定するように、前記走査分割素子が構成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、２つの電磁波を用いる電磁波イメージング装置に関する。例えば、テラヘルツ電磁波を用いて対象物の非破壊検査を行う技術が知られている。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いて対象物を観察する方法が、種々知られている。例えば、可視光を用いて視認通りのデータを得る方法、Ｘ線を用いて視認できない内部の構造を観察する方法がある。
【０００３】
テラヘルツ（ＴＨｚ）波は、周波数１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、波長３０μｍ〜３ｍｍの領域に存在する電磁波であり、プラスチック、布、紙、半導体などを透過し、且つ物質固有の吸収スペクトルを有する。このため、テラヘルツ波を利用して、物性分析や検査、透視イメージングなどを行うことが可能であり、応用技術が開発されつつある。なお、テラヘルツ波領域に対しても、光軸、偏光子、検光子等、光に対する用語を用いることがある。
【０００４】
非破壊で成分分析イメージングが可能なため、従来の内部透視手段（Ｘ線、超音波他）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。最近のテロ対策や犯罪対策として、空港手荷物検査における爆発物（プラスチック爆弾、引火性液体他）、あるいは郵便封書内の禁止薬物（麻薬、覚醒剤他）、といった従来のＸ線検査では検出不可能であった測定対象に対して、特徴的なテラヘルツ帯域の吸収を利用したテラヘルツ分光イメージングの利用が提案されている。
【０００５】
従来のテラヘルツ分光イメージングにおいては、テラヘルツ波（検出用電磁波）を被測定物内で線状に集光する。被測定物を透過した、または被測定物で反射したテラヘルツ波と、パルス状のプローブ波とを電気光学（ＥＯ）結晶に非共軸で入射させる。電気光学結晶を透過したプローブ波をデジタルカメラで撮像する。これにより、テラヘルツ波の時間波形がシングルショットで計測される。
【０００６】
また、パルス状テラヘルツ波とパルス状のプローブ波とを電気光学（ＥＯ）結晶に共軸で入射させる手法も提案されている。この手法では、プローブ波の強度のピーク位置をつないだ面（パルス面）を、テラヘルツ波の波面に対して傾斜させている。プローブ波のパルス面をテラヘルツ波の波面に対して傾斜させることにより、非共軸の場合と同じ効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０８５４０３号
【特許文献２】特開２００８−９６２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法では、テラヘルツ波の時間波形を観測可能な時間幅が、プローブ波のパルス面と、テラヘルツ波の波面との交差角度に依存する。従って、観測可能な時間幅を延長することが困難である。観測可能な時間幅が長いイメージング装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、
電気光学結晶と、
パルス状の検出用電磁波を被測定物に照射し、該被測定物を透過した、または該被測定物で反射した検出用電磁波を、前記電気光学結晶に入射させる検出光学系と、
前記検出用電磁波の波面に対して、パルス状のプローブ波のパルス面を傾斜させて、該プローブ波を前記電気光学結晶に入射させるプローブ光学系と、
前記電気光学結晶を透過した前記プローブ波が入射する撮像装置と、
前記撮像装置で得られた画像を処理する処理装置と、
波形補正情報を記憶する記憶装置と、
を有し、
前記プローブ光学系または前記検出光学系は、前記プローブ波または前記検出用電磁波のビーム断面を、前記検出用電磁波の波面と前記プローブ波のパルス面との交線方向に並ぶ複数の主走査単位領域に区分する走査分割素子を含み、前記走査分割素子は、前記主走査単位領域ごとに、前記検出用電磁波の波面または前記プローブ波のパルス面の、前記電気光学結晶への到達時刻を異ならせ、
前記撮像装置の撮像面の前記主走査単位領域の各々において、前記交線方向と直交する方向が前記検出用電磁波の時間波形の時間軸に対応付けられ、
前記プローブ光学系または前記検出光学系は、前記プローブ波及び前記検出用電磁波の一方に対する他方の遅延時間を変化させる遅延装置を含み、
前記処理装置は、前記遅延装置により前記遅延時間を異ならせて、前記検出用電磁波及び前記プローブ波を、前記電気光学結晶に入射させて、前記撮像装置で複数の波形を取得し、取得された複数の波形の時間軸方向のずれに基づいて波形補正情報を求め、求められた波形補正情報を前記記憶装置に記憶させ、
さらに、前記処理装置は、被測定物を測定することによって得られた波形データを、前記記憶装置に記憶されている前記波形補正情報に基づいて補正することにより補正波形を求める電磁波イメージング装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
複数の主走査単位領域を配置することにより、時間波形を測定可能な時間幅を拡張することができる。波形補正情報を用いて波形の補正を行うことにより、走査分割素子の形状ばらつき等に起因する測定波形の誤差を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａは、参考例による電磁波イメージング装置の検出用電磁波とプローブ波との発生部の概略図であり、図１Ｂは、参考例による電磁波イメージング装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例による電磁波イメージング装置の概略図である。
【図３】図３は、補償光学素子の斜視図である。
【図４】図４Ａは、走査分割素子の斜視図であり、図４Ｂは、走査分割素子とプローブ波のパルス面との関係を示す図である。
【図５】図５Ａは、撮像面の正面図であり、図５Ｂは、１つのセルの正面図であり、図５Ｃは、１つのセルで測定される検出用電磁波の時間波形の例を示すグラフである。
【図６】図６は、走査分割素子に形状のばらつきが発生した場合のプローブ波のパルス面の位置を示す図である。
【図７】図７Ａは、走査分割素子に形状のばらつきが発生した場合に主走査単位領域の各々で測定される時間帯を示すグラフであり、図７Ｂは、主走査単位領域をｘ軸方向に連続させて得られる時間波形を示すグラフである。
【図８】図８Ａは、遅延装置で遅延時間を異ならせて測定された複数の時間波形の一例を示すグラフであり、図８Ｂは、複数の時間波形のピーク部分を拡大したグラフである。
【図９】図９Ａは、ｘ座標と、ピークの間隔との関係の一例を示すグラフであり、図９Ｂは、ｘ座標（時間軸方向の位置）と、修正量（時刻情報）との関係（波形補正情報）の一例を示すグラフである。
【図１０】図１０Ａは、本来の波形と、補正前の測定波形データとを示すグラフであり、図１０Ｂは、本来の波形と、修正後の波形データとを示すグラフである。
【図１１】図１１は、本来の波形、補正前の測定波形データ、補正後の波形データのスペクトルの一例を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａは、走査分割素子とパルス面との関係を示す側面図であり、図１２Ｂは、走査分割素子とパルス面との関係を示す平面図である。
【図１３】図１３Ａは、ｘ座標と、ピークの間隔との関係の一例を示すグラフであり、図１３Ｂは、ｘ座標（時間軸方向の位置）と、修正量（時刻情報）との関係（波形補正情報）の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４Ａは、本来の波形と、補正前の測定波形データとを示すグラフであり、図１４Ｂは、本来の波形と、修正後の波形データとを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施例について説明する前に、テラヘルツ波とプローブ波とを非共軸で電気光学結晶に入射させる電磁波イメージング装置の動作原理について説明する。
【００１３】
図１Ａ及び図１Ｂに、テラヘルツ波とプローブ波とを非共軸で電気光学結晶に入射させる電磁波イメージング装置の概略図を示す。
【００１４】
図１Ａに示すように、レーザ光源２０からフェムト秒レーザが出射される。レーザ光源２０として、例えばスペクトラフィジックス株式会社製のフェムト秒レーザ発振器を用いることができる。一例として、このレーザ発振器から出射されるパルスレーザのパルスエネルギは１ｍＪ、パルス幅は１００ｆｓ、中心波長は８００ｎｍ、パルスの繰り返し周波数は１ｋＨｚである。
【００１５】
レーザ光源２０から出射されたレーザビームがビームスプリッタ２１で２つのレーザビームに分岐される。一方のレーザビームが、必要に応じてミラー２２で光路調整され、パルス状のプローブ波３１となる。他方のレーザビームが、テラヘルツ波発生結晶２３に入射する。テラヘルツ波発生結晶２３には、例えばＺｎＴｅ電気光学結晶が用いられる。テラヘルツ波発生結晶２３にレーザビームが入射すると、パルス状のテラヘルツ波（検出用電磁波）３０が発生する。検出用電磁波３０のスペクトルは、テラヘルツ帯域に広がっている。パルス状の検出用電磁波３０のパルス幅は、１ｐｓ〜２ｐｓである。
【００１６】
図１Ｂに示すように、検出用電磁波３０の伝搬方向及びプローブ波３１の伝搬方向の双方に平行な面をｘｚ面とし、プローブ波３１の進行方向をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を定義する。検出用電磁波３０をシリンドリカルレンズ３２により、被測定物３３の内部で線状に集光する。集光された線状領域は、ｙ軸に平行である。検出用電磁波３０が、被測定物３３のｙ軸に平行な線状領域の情報を担う。被測定物３３を透過した検出用電磁波３０を、他のシリンドリカルレンズ３２により平行光線束に戻す。ｙ軸方向の線状領域の情報が、ｙ軸及び検出用電磁波３０の伝搬方向に垂直な方向に拡げられる。なお、検出用電磁波３０が被測定物３３を透過する構成に代えて、被測定物３３で反射する構成としてもよい。
【００１７】
被測定物３３を透過した検出用電磁波３０を電気光学結晶３５に入射させる。電気光学結晶３５は、被測定物３３を透過した検出用電磁波３０の電場による電気光学効果により複屈折変化を生じる。
【００１８】
プローブ波３１が、偏光子３７を透過して直線偏光にされた後、検出用電磁波３０とは非共軸の配置で、電気光学結晶３５に斜め入射する。プローブ波３１は、電気光学結晶３５中で、検出用電磁波３０の電場に起因する複屈折変化の影響を受ける。
【００１９】
検出用電磁波３０とプローブ波３１とが非共軸で配置されているため、プローブ波３１のパルス面４８と検出用電磁波３０の波面（等位相面）４５とが交差する。両者の交線はｙ軸に平行である。ここで、パルス面とは、光強度のピーク位置を連ねる平面を意味する。本実施例においては、プローブ波３１のパルス面４５は、１つの等位相面に一致する。
【００２０】
図１Ｂにおいて、実線で示した波面４５は、破線で示した波面４５よりも時間的に先行している。先行している波面４５と、それに遅れている波面４５とが、電気光学結晶３５内において、ｘ軸方向に関して異なる位置で、プローブ波３１のパルス面４８と交差する。このため、検出用電磁波３０の時間波形が、プローブ波３１のパルス面４８のｘ軸方向に展開される。先行する波面ほど、ｘ軸の負側でパルス面４８と交差する。このため、プローブ波３１のパルス面内に、ｘ軸の正の向きに向かって時間が経過する波形が展開される。
【００２１】
電気光学結晶３５を透過したプローブ波３１が、検光子３８に入射する。検光子３８は、偏光子３７に対してクロスニコルの関係で配置されている。このため、検出用電磁波３０によって誘起された複屈折変化の影響を受けた成分が顕在化される。検光子３８を透過したプローブ波３１が、レンズを含む撮像装置４０に入射する。撮像装置４０で撮像された２次元画像のｘ軸は、検出用電磁波３０の時間波形の時間軸に対応する。２次元画像のｙ軸方向には、被測定物３３内に集光された線状領域の長手方向（ｙ軸方向）に関する空間情報が展開される。干渉分光法と同様に、検出用電磁波３０の時間波形をフーリエ変換することによりスペクトルを得ることができる。
【００２２】
検出用電磁波３０が集光された線状領域の長手方向と、検出用電磁波３０の伝搬方向とに直交する方向に関しては、被測定物３３内の１ポイントのみしか計測できない。すなわち、１ショットの測定では、被測定物３３内の１次元の情報しか得られない。線状領域に直交する方向に関する情報を得るには、被測定物３３を移動させて、同様の測定を繰り返す必要がある。
【００２３】
また、ｘ軸方向に展開される時間波形の時間幅は、プローブ波３１のｘ軸方向に関するビーム幅、及びプローブ波３１のパルス面４８と検出用電磁波３０の波面とが交差する角度に依存する。検出用電磁波３０の時間波形の測定可能な時間幅の上限は、プローブ波３１のビーム幅、及び波面４５とパルス面４８との交差角に依存する。両者とも、無制限に大きくすることはできないため、測定可能な時間幅が制約される。以下に説明する実施例においては、被測定物３３内の２次元の情報を得ることができ、測定可能な時間幅も、延長することが可能である。
【００２４】
図２に、実施例による電磁波イメージング装置の概略図を示す。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した電磁波イメージング装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。なお、図２に示した各構成要素には、図１Ａ及び図１Ｂに示した対応する構成要素に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。
【００２５】
ビームスプリッタ２１とテラヘルツ波発生結晶２３との間の光路上に、遅延装置５１が配置されている。遅延装置５１は、プローブ波３１に対する検出用電磁波３０の遅延時間を変化させる事ができる。例えば、遅延装置５１は、４枚のミラーを含む。ミラーを移動させて光路長を変化させることにより、遅延時間を変化させることができる。遅延装置５１は、処理装置５０からの制御を受けて、遅延時間を変化させる。
【００２６】
レンズ３２によって平行光線束とされた検出用電磁波３０の光路内に、被測定物３３が配置されている。このため、被測定物３３の２次元面内に、検出用電磁波３０が照射される。遅延装置５１、テラヘルツ波発生結晶２３、及びレンズ３２が、検出光学系を構成する。
【００２７】
偏光子３７と電気光学結晶３５との間のプローブ波３１の光路上に、走査分割素子４３及び補償光学素子４７が配置されている。走査分割素子４３は、プローブ波３１のビーム断面を、ｙ軸方向に並ぶ複数の主走査単位領域に区分する。図２には、１つの主走査単位領域の断面を示している。プローブ波３１のパルス面４８が電気光学結晶３５に到達する時刻が、主走査単位領域ごとに異なる。走査分割素子４３の構成及び機能の詳細については、後に図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。偏光子３７、走査分割素子４３、補償光学素子４７、検光子３８が、プローブ光学系を構成する。
【００２８】
補償光学素子４７は、プローブ波３１のビーム断面を、ｘ軸方向に並ぶ複数の補償単位領域４９に区分する。補償単位領域４９ごとに光路長に差が設けられている。このため、補償単位領域４９ごとに、ｚ軸方向に関してパルス面４８の位置が異なる。
【００２９】
図３に、補償光学素子４７の斜視図を示す。補償光学素子４７は、階段状に配置された複数の反射面４７Ａを含む。１つの反射面４７Ａが、１つの補償単位領域４９に対応する。プローブ波３１が、相互に高さの異なる反射面４７Ａで反射されることにより、補償単位領域４９ごとに、光路長差が生じる。
【００３０】
図２に示すように、相互に隣り合う補償単位領域４９の間には、補償光学素子４７の段差に対応して、プローブ波３１が伝搬しない暗空間が画定される。実施例においては、補償単位領域４９内のパルス面４８が、同時に電気光学結晶３５に到達するように、プローブ波３１の光路長差が設定されている。検出用電磁波３０は電気光学結晶３５に垂直入射するため、その波面は、電気光学結晶３５の表面に対して平行である。このため、補償単位領域４９ごとに、プローブ波３１のパルス面４８と、検出用電磁波３０の波面とが同期して、電気光学結晶３５に達する。言い換えると、補償単位領域４９ごとに、パルス面４８が電気光学結晶３５に到達する時刻と、検出用電磁波３０の波面が電気光学結晶３５に到達する時刻とのずれが補償される。
【００３１】
撮像装置４０によって撮像された２次元画像データが処理装置５０に入力される。処理装置５０は、遅延装置５１を制御して、プローブ波３１に対する検出用電磁波３０の遅延時間を異ならせて、複数の２次元画像データを取得する。さらに、複数の２次元画像データに基づいて、波形補正情報を求める。求められた波形補正情報は、記憶装置５５に記憶される。波形補正情報の必要性、求め方、及びその効果については、後に図５Ａ〜図１４Ｂを参照して説明する。
【００３２】
図４Ａに、走査分割素子４３の斜視図を示す。同一形状の階段状ブロック４４が、同一の姿勢でｙ軸方向に積み重ねられている。階段状ブロック４４の各々は、階段状の斜面を有する。この斜面は、ｙ軸に平行な蹴上面と、ｙ軸に垂直な踏み面とで構成され、蹴上面が反射面として機能する。反射面で反射したプローブ波３１の伝搬方向をｚ軸の正の向きとする。
【００３３】
図４Ｂに、走査分割素子４３のｙｚ面に平行な断面図を、プローブ波３１のパルス面４８と共に示す。プローブ波３１のビーム断面が、階段状ブロック４４により複数のセル行５８Ｒに区分される。複数のセル行５８Ｒは、ｙ軸方向に並び、１つの階段状ブロック４４が１つのセル行５８Ｒに対応する。セル行５８Ｒの各々が、階段状ブロック４４の反射面によって、ｙ軸方向に並ぶ複数の主走査単位領域６０に区分される。１つの反射面が、１つの主走査単位領域６０に対応する。
【００３４】
主走査単位領域６０ごとにプローブ波３１の光路長が異なるため、ｚ軸方向に関するパルス面４８の位置も、主走査単位領域６０ごとに異なる。例えば、１つのセル行５８Ｒ内において、ｙ軸の正の側の主走査単位領域６０ほど、パルス面４８が遅れている。
【００３５】
１つの主走査単位領域６０に着目すると、図２に示したパルス面４８と、検出用電磁波３０の波面と、電気光学結晶３５との位置関係が、図１に示したパルス面４８と、検出用電磁波３０の波面４５と、電気光学結晶３５との位置関係と等価である。このため、検出用電磁波３０のパルスの時間波形が、主走査単位領域６０内のｘ軸方向に展開される。
【００３６】
図５Ａに、撮像装置４０（図２）の撮像面５７の正面図を示す。撮像面５７内に、複数の画素が行列状に配置されている。ｘ軸方向を行方向とし、ｙ軸方向を列方向とする行列状に、セル５８が画定されている。各セル５８は、複数の画素を含む。１つのセル行５８Ｒが、１つの階段状ブロック４４（図４Ｂ）に対応する。１つのセル列５８Ｃが、補償単位領域４９（図２）の１つの反射面４７Ａ（図３）に対応する。相互に隣り合うセル列５８Ｃの間に、不使用領域５９が画定されている。不使用領域５９は、図２に示した補償単位領域４９の間のプローブ波３１が伝搬しない領域に対応する。
【００３７】
図５Ｂに、１つのセル５８の拡大図を示す。セル５８内が、９個の主走査単位領域６０に区分されている。１つの主走査単位領域６０内に、複数の画素６１が含まれる。例えば、ｘ方向に１４個の画素６１が含まれ、ｙ方向には、少なくとも１つの画素６１が含まれる。画素６１のｘ軸方向のピッチをｄ０とする。９個の主走査単位領域６０を、それぞれｙ軸の負の側から正の向きに向かって符号Ｓ１〜Ｓ９で識別することとする。
【００３８】
図４Ｂに示したように、１つのセル行５８Ｒにおいて、ｙ軸の正の側の主走査単位領域６０のパルス面４８が相対的に遅れているため、主走査単位領域Ｓ１からＳ９に向かって、相対的に遅い時間の波形が測定される。主走査単位領域６０の各々においては、ｘ軸の正の向きに向かって時間が経過する。
【００３９】
相互に隣り合う主走査単位領域６０のパルス面４８が電気光学結晶３５に到達する時刻の差を調節すると、主走査単位領域Ｓ１からＳ９でまで、時間的に連続した波形を測定することが可能になる。また、実施例においては、セル５８の位置に対応する２次元面内の複数箇所の情報を、１ショットで測定することができる。
【００４０】
図５Ｃに、測定される波形の一例を示す。主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９で測定された波形をｘ軸方向に繋ぎ合わせることにより、時間的に連続した１つの波形を得ることができる。１つの主走査単位領域６０のｘ軸方向の画素数が１４であるため、時間波形を繋ぎ合わせることにより、等間隔でサンプリングされた１２６個のデータからなる時間波形が得られる。サンプリング間隔は、プローブ波３１のパルス面４８と、検出用電磁波３０の波面とのなす角度、及び画素ピッチに依存する。実施例においては、画素ピッチｄ０が、例えば０．１ｐｓに設定される。
【００４１】
実施例においては、セル５８の各々を９個の主走査単位領域６０に区分しているため、主走査単位領域６０に区分しない場合に比べて、波形の測定可能時間を９倍に拡張することができる。なお、１つのセル５８内の主走査単位領域６０の数は、９個に限らない。１つのセル５９内に複数の主走査単位領域６０を配置することにより、波形の観測可能時間を長くすることができる。
【００４２】
図６に、階段状ブロック４４の反射面の高さが設計値からずれた場合のパルス面の位置を示す。設計上のパルス面４８Ｄを破線で示し、実際のパルス面４８Ｒを実線で示す。一例として、主走査単位領域Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９においては、実際のパルス面４８Ｒは、設計上のパルス面４８Ｄに一致する。主走査単位領域Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８においては、実際のパルス面４８Ｒが、設計上のパルス面４８Ｄより遅れている。
【００４３】
図７Ａに、検出用電磁波３０の実際の時間波形の例と、各主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９で測定される部分との関係を示す。横軸はｘ軸を表し、縦軸は検出用電磁波３０の電場の強度を表す。ｘ軸の正の向きに時間が経過する。主走査単位領域Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９では、設計通りの時間帯の波形が測定される。ところが、主走査単位領域Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８では、設計上の時間帯よりも遅れた時間帯の波形が測定される。
【００４４】
図７Ｂに、主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９で得られた波形を、ｘ軸上で繋ぎ合わせて得られる時間波形を示す。主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９が連続するように、測定された波形をｘ軸上で繋ぎ合わせると、主走査単位領域Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８内の波形は、本来の位置よりもｘ軸の負の向きにずれてしまう。このため、主走査単位領域の境界において、時間の連続性が保たれない。この波形をフーリエ変換しても、元の波形のスペクトルは得られない。例えば、物質固有の吸収ピークが消滅してしまい、指紋スペクトルの判別が不可能になる場合がある。
【００４５】
図８Ａ〜図９Ｂを参照して、波形補正情報を求める方法について説明する。
【００４６】
図８Ａに示すように、遅延装置５１を操作してプローブ波３１に対する検出用電磁波３０の遅延時間を異ならせて、複数の時間波形を測定する。遅延時間変化の刻み幅は、図５Ｂに示した画素６１のｘ軸方向のピッチｄ０に対応する時間、実施例においては０．１ｐｓと等しくする。時間軸方向の画素数である１２６個の波形が取得される。
【００４７】
時間波形の特徴的な部分、例えば鋭いピークを示す部分が、遅延時間を長くするに従って、主走査単位領域Ｓ１のｘ座標の最小位置から、主走査単位領域Ｓ９のｘ座標の最大位置まで移動するように、遅延時間を調節することが好ましい。
【００４８】
図８Ｂに、時間波形の特徴的な部分の拡大図を示す。４個の時間波形Ｌ１〜Ｌ４が得られている。波形Ｌ１においては、画素ｐ２の位置に特徴的なピークが現れており、波形Ｌ２においては、画素ｐ３の位置に特徴的なピークが現れている。波形Ｌ３においては、画素ｐ５とｐ６との間の位置に特徴的なピークが現れており、波形Ｌ４においては、画素ｐ６とｐ７との間の位置に特徴的なピークが現れている。
【００４９】
波形Ｌ１のピークと波形Ｌ２のピークとの間隔をｄ１、波形Ｌ２のピークと波形Ｌ３のピークとの間隔をｄ２、波形Ｌ３のピークと波形Ｌ４のピークとの間隔をｄ３とする。複数の波形は、遅延時間の刻み幅を、画素ピッチｄ０に相当する時間幅０．１ｐｓに設定して測定しているため、間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３は、すべて時間幅０．１ｐｓに相当する。従って、理想的には、間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３は、すべて画素ピッチｄ０と等しくなるはずである。ところが、走査分割素子４３の階段状ブロック４４の製造上のばらつきにより、間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３が画素ピッチｄ０に等しくならない場合がある。
【００５０】
図９Ａに、測定された波形のピークの間隔と、ｘ座標との対応関係の一例を示す。横軸はｘ座標を表し、縦軸はピークの間隔を表す。主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９の各々の内部においては、ピークの間隔が画素ピッチｄ０と等しい。主走査単位領域の境界部分において、ピークの間隔が画素ピッチｄ０からずれている。
【００５１】
例えば、図６に示したように、主走査単位領域Ｓ１の実際のパルス面４８Ｒと、主走査単位領域Ｓ２の実際のパルス面４８Ｒとの間隔が、設計上の間隔より広がっている場合には、図７Ｂに示したように、主走査単位領域Ｓ２内の波形は、ｘ軸上の本来の位置（図７Ａ）よりもｘ軸の負の向きに平行移動している。このため、主走査単位領域Ｓ１とＳ２との境界部分で、ピークの間隔が画素ピッチｄ０より短くなる。このピークの間隔をｄ０−Δｄとする。同様に、主走査単位領域Ｓ３とＳ４との境界、Ｓ５とＳ６との境界、Ｓ７とＳ８との境界においても、ピークの間隔が画素ピッチｄ０より短くなる。逆に、主走査単位領域Ｓ２とＳ３との境界、Ｓ４とＳ５との境界、Ｓ６とＳ７との境界、Ｓ８とＳ９との境界においては、ピークの間隔が画素ピッチｄ０より長くなる。このピークの間隔をｄ０＋Δｄとする。
【００５２】
図９Ｂに、波形補正情報の一例を示す。波形補正情報は、ｘ座標（時間軸方向の位置）に座標修正量（時刻情報）を対応付けた情報である。図９Ｂの横軸はｘ座標を表し、縦軸は座標の修正量を表す。修正量が０であるということは、ｘ座標に、設計上の時刻が対応付けられることを意味する。修正量がΔｄであるということは、当該ｘ座標の波形データが、設計上の時刻よりもΔｄに相当する時間だけ遅れた時刻における波形データであることを意味する。すなわち、図９Ｂの座標修正量は、ｘ軸上の位置に対応付けられた時刻情報である。
【００５３】
主走査単位領域Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８内の測定点のｘ座標を、ｘ軸の正の方向にΔｄだけずらせることにより、本来の波形を得ることができる。
【００５４】
図１０Ａに、主走査単位領域Ｓ１とＳ２内の本来の波形と、測定点との一例を示す。実線が本来の波形を示し、中空の丸記号が測定点を示す。測定点は、画素ピッチｄ０で等間隔に配列している。主走査単位領域Ｓ２内において、実際に測定された強度が、本来の波形からずれている。
【００５５】
図１０Ｂに、波形補正後の測定点と、本来の波形との関係を示す。主走査単位領域Ｓ２内の測定点を、図９Ｂに示した波形補正情報に基づいて、ｘ軸の正の方向にΔｄだけずらしている。これにより、主走査単位領域Ｓ２内においても、測定点が本来の波形に一致する。主走査単位領域Ｓ１とＳ２との境界部分に位置する２つの測定点のｘ軸方向の間隔ｄｍは、ｄ０＋Δｄになる。主走査単位領域Ｓ１及びＳ２の内部の測定点のｘ軸方向の間隔は、画素ピッチｄ０に等しい。このように、補正後のサンプリング波形のサンプリング間隔は不均一になる。
【００５６】
補正後の波形をフーリエ変換する場合には、サンプリング間隔が不均一の波形データから、スプライン補間によってサンプリング間隔が均一な波形データを求める。例えば、サンプリング間隔は０．１ｐｓとする。サンプリング間隔が均一な波形データの前後に、強度０のデータを追加して、合計のサンプリング数が１０２４個の波形データを生成する。これにより、時間窓１０２．４ｐｓの時間波形データが得られる。この時間波形データをフーリエ変換することにより、スペクトルを求めることができる。
【００５７】
図１１に、本来の検出用電磁波の時間波形をフーリエ変換して得られたスペクトルａ０、図９Ｂに示した補正を行うべき時間波形の補正前の波形データをフーリエ変換して得られたスペクトルａ１、及び波形補正後の波形データをフーリエ変換して得られたスペクトルａ２を示す。本来のスペクトルａ０には、周波数１．７ＴＨｚの位置に、水蒸気による吸収ピークＷＶが現れているが、補正前のスペクトルａ１では、この吸収ピークが消滅してしまっている。補正後のスペクトルａ２には、この吸収ピークＷＶが現れている。このように、波形データを補正することにより、本来の吸収ピークを検出することが可能になる。
【００５８】
記憶装置５５（図２）に波形補正情報を格納した後は、他の被測定物３３の測定を行う際に、記憶装置５５に格納されている波形補正情報を用いて、測定された波形データを補正することができる。
【００５９】
上記実施例では、走査分割素子４３（図４Ａ、図４Ｂ）の反射面が、平行度を保ったまま、高さ方向にずれる形状誤差が生じた場合について説明した。次に、反射面の平行度がずれた場合について説明する。
【００６０】
図１２Ａに、走査分割素子４３を構成する階段状ブロック４４の側面を、実際のパルス面４８Ｒと共に示す。反射面４４Ｒに対応して、主走査単位領域Ｓ１〜Ｓ９が画定されている。ｙ軸の正の側に配置される主走査単位領域ほど、パルス面４８Ｒが遅れている。
【００６１】
図１２Ｂに、階段状ブロック４４の平面図を、実際のパルス面４８Ｒ、設計上のパルス面４８Ｄと共に示す。反射面４４Ｒの法線方向が、ｚ軸の正の方向に対して、ｘ方向の正または負の向きに傾いている。傾きの方向は、反射面４４Ｒごとにばらついている。反射面４４Ｒの傾きに応じて、実際のパルス面４８Ｒが、設計上のパルス面４８Ｄに対して傾斜する。このため、図２に示した検出用電磁波３０の波面と、プローブ波３１のパルス面４８とのなす角度が、主走査単位領域４９ごとに本来の角度からずれてしまう。この角度のずれにより、画素６１（図５Ｂ）のピッチｄ０に対応する時間幅が、本来の時間幅０．１ｐｓからずれてしまう。
【００６２】
図８Ａに示したように、プローブ波３１に対する検出用電磁波３０の遅延時間を異ならせて、検出用電磁波３０の複数の時間波形を測定する。
【００６３】
図１３Ａに、複数の時間波形のピークの間隔と、ｘ座標との関係を示す。パルス面４８の傾斜に対応して、ピークの間隔が、画素ピッチｄ０からずれる。主走査単位領域Ｓ１、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８内において、ピークの間隔がｄ０＋Δｄになり、その他の主走査単位領域Ｓ２〜Ｓ４、Ｓ６、Ｓ９内において、ピークの間隔がｄ０−Δｄになっているとする。ピークの間隔が、画素ピッチｄ０より広いということは、画素ピッチｄ０に対応する時間幅が、本来の時間幅０．１ｐｓより短いことを意味する。すなわち、サンプリング周期が０．１ｐｓより短くなる。逆に、ピークの間隔が、画素ピッチｄ０より狭いということは、画素ピッチｄ０に対応する時間幅が、本来の時間幅０．１ｐｓより長いことを意味する。すなわち、サンプリング周期が０．１ｐｓより長くなる。
【００６４】
図１３Ｂに、図１３Ａの測定結果から算出される波形補正情報の一例を示す。図１３Ｂの横軸はｘ座標を表し、縦軸は座標の修正量を表す。主走査単位領域内で修正量は直線的に変化する。主走査単位領域Ｓ１、Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ８内においては、ｘ軸に対する修正量の傾きは負になり、主走査単位領域Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ９内においては、ｘ軸に対する修正量の傾きは正になる。
【００６５】
図１４Ａに、主走査単位領域Ｓ１とＳ２内の本来の波形と、測定点とを示す。実線が本来の波形を示し、中空の丸記号が測定点を示す。測定点は、画素ピッチｄ０で等間隔に配列している。主走査単位領域Ｓ１、Ｓ２内において、測定点が、本来の波形からずれている。
【００６６】
図１４Ｂに、波形補正後の測定点と、本来の波形との関係を示す。図１３Ｂに示した波形補正情報に基づいて、各測定点をｘ軸方向にずらす。これにより、測定点が、本来の波形とほぼ一致する。主走査単位領域Ｓ１内においては、測定点のｘ軸方向の間隔がｄ０−Δｄになり、主走査単位領域Ｓ２内においては、測定点のｘ軸方向の間隔がｄ０＋Δｄになる。このように、補正後のサンプリング波形のサンプリング間隔は不均一になる。
【００６７】
図９Ａ〜図１０Ｂの場合と同様に、補正後の波形から、スプライン補間によってサンプリング間隔が均一な波形データを求める。サンプリング間隔が均一な波形データの前後に、強度０のデータを追加して、合計のサンプリング数が１０２４個の波形データを生成する。この時間波形データをフーリエ変換することにより、スペクトルを求める。
【００６８】
上記実施例では、図５Ａに示したように、撮像面５７に、複数行複数列のセル５８を配置したが、その他の配置としてもよい。例えば、撮像面５７のほぼ全域を１つのセル５８としてもよいし、セル５８を、１行複数列に配置してもよいし、複数行１列に配置してもよい。セル５８を１列に配置する場合には、補償光学素子４７は不要である。セル５８を１行に配置する場合には、走査分割素子４３を１つの階段状ブロック４４で構成すればよい。
【００６９】
上記実施例では、遅延装置５１（図２）を、ビームスプリッタ２１とテラヘルツ波発生結晶２３との間の光路に配置したが、テラヘルツ波発生結晶２３から電気光学結晶３５までの間の検出用電磁波３３の光路に配置してもよいし、プローブ波３１の光路に配置してもよい。
【００７０】
上記実施例では、走査分割素子４３の加工ばらつきに起因する測定波形の形状のずれを補償する場合について説明したが、測定波形の形状のずれは、走査分割素子４３の熱膨張による形状変化よって生じる測定波形の形状のずれを補償することも可能である。
【００７１】
上記実施例では、電気光学結晶３５（図２）に、検出用電磁波３０を垂直入射させ、プローブ波３１を斜め入射させたが、その逆に、検出用電磁波３０を斜め入射させ、プローブ波３１を垂直入射させてもよい。
【００７２】
プローブ波３１のビーム断面を、複数の補償単位領域４９に区分する代わりに、検出用電磁波３０のビーム断面を、複数の補償単位領域４９に区分してもよい。検出用電磁波３０のビーム断面を、複数の補償単位領域４９に区分するには、補償光学素子４７を検出用電磁波３０の光路上に配置すればよい。プローブ波３１のビーム断面を主走査単位領域６０（図４Ｂ）に区分する代わりに、検出用電磁波３０のビーム断面を主走査単位領域６０に区分してもよい。検出用電磁波３０のビーム断面を主走査単位領域６０に区分するには、走査分割素子４３を検出用電磁波３０の光路上に配置すればよい。
【００７３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７４】
２０  レーザ光源
２１  ビームスプリッタ
２２  ミラー
２３  テラヘルツ波発生結晶
３０  検出用電磁波（テラヘルツ波）
３１  プローブ波
３２  シリンドリカルレンズ
３３  被測定物
３５  電気光学結晶
３７  偏光子
３８  検光子
４０  撮像装置
４３  走査分割素子
４４  階段状ブロック
４４Ｒ  反射面
４５  検出用電磁波の波面（等位相面）
４７  補償光学素子
４７Ａ  反射面
４８  プローブ波のパルス面
４９  補償単位領域
５０  処理装置
５１  遅延装置
５５  記憶装置
５７  撮像面
５８  セル
５８Ｒ  セル行
５８Ｃ  セル列
５９  不使用領域
６０  主走査単位領域
６１  画素
Ｓ１〜Ｓ９で  主走査単位領域
【図１】
0005724821.tif 000002
【図２】
0005724821.tif 000003
【図３】
0005724821.tif 000004
【図４】
0005724821.tif 000005
【図５】
0005724821.tif 000006
【図６】
0005724821.tif 000007
【図７】
0005724821.tif 000008
【図８】
0005724821.tif 000009
【図９】
0005724821.tif 000010
【図１０】
0005724821.tif 000011
【図１１】
0005724821.tif 000012
【図１２】
0005724821.tif 000013
【図１３】
0005724821.tif 000014
【図１４】
0005724821.tif 000015