(57)【要約】【課題】構造物の内部構造の検知が可能な地球観測装置を得ること。【解決手段】ＮＭＲ現象を利用したＮＭＲ観測用１４のセンサと、ＳＱＵＩＤを利用したＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサと、ＴＨｚ波を利用したＴＨｚ観測用１６のセンサとを備え、切替部１０により適宜切り替えながら、各センサの機能を連携させて地球観測を行う。また、複数回測定部１２は、複数回の測定を行うように制御する。測定結果は、照合解析部１１にて、予備データと照合しながら解析する。また、外部通信部１３を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間、上空、または地表上に配置され、地表上または地中に設けられた観測対象の内部構造の検知を含む地球を観測する地球観測装置であって、
前記観測対象に照射する静磁場を発生すると共に、前記観測対象に照射する傾斜磁場を発生する静磁場発生部と、
前記静磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、
前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、
予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、
前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、
他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、
を備えることを特徴とする地球観測装置。
【請求項２】
宇宙空間、上空、または地表上に配置され、地表上または地中に設けられた観測対象の内部構造の検知を含む地球を観測する地球観測装置であって、
地磁場を測定するための静磁場測定部と、
前記地磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、
前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、
予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、
前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、
他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、
を備えることを特徴とする地球観測装置。
【請求項３】
前記観測対象からの電磁波を、超伝導量子干渉素子を用いて測定する電磁波測定部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の地球観測装置。
【請求項４】
前記超伝導量子干渉素子は、コイル構造であることを特徴とする請求項３に記載の地球観測装置。
【請求項５】
前記コイル構造を有する超伝導量子干渉素子には、高透磁率の物質が内包されていることを特徴とする請求項４に記載の地球観測装置。
【請求項６】
前記超伝導量子干渉素子は、前記観測対象からの電磁波を集約するための集約器を備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の地球観測装置。
【請求項７】
テラヘルツ（ＴＨｚ）波送信素子を備え、前記観測対象に照射するテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、
テラヘルツ（ＴＨｚ）波受信素子を備え、前記観測対象からのテラヘルツ波を測定するテラヘルツ波測定部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の地球観測装置。
【請求項８】
前記テラヘルツ波送信素子および受信素子は、テラヘルツ波の集約機能を有する高誘電率物質を備えることを特徴とする請求項７に記載の地球観測装置。
【請求項９】
前記テラヘルツ波送信素子および受信素子は、前記観測対象からのテラヘルツ波を集約するための集約器を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の地球観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星等に搭載されたセンサを利用して地球観測を行う地球観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地球観測衛星(以下、単に衛星ともいう)を利用した地球観測においては、所定の波長帯域の電磁波を検出するセンサを衛星に搭載し、このセンサにより観測対象からの電磁波を検出することにより、観測対象についての情報を得ている。地球観測に利用される電磁波の波長領域は、図２に示すように、紫外、可視、赤外からマイクロ波、電波領域まで、幅広い範囲に至っており、観測対象に応じて、センサが受信する波長帯域を決定している。例えば、ＬＡＮＤＳＡＴに搭載されたＭＳＳセンサは、その観測波長帯域を可視から赤外にかけての４つのバンド（４〜７）としている。また、センサには、観測対象が発する電磁波（自然放射）を受動的（パッシブ）に受信する受動型のセンサと、観測対象に人為的または能動的（アクティブ）に電磁波を当ててその反射を受信する能動型のセンサとがある（従来の衛星による地球観測については、例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特表昭６３−５０３５６３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６２０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２９４８５３号公報
【非特許文献１】高橋康之著  「種子島宇宙センターからの物理授業」、宇宙開発事業団、http://ispace.jaxa.jp/pilot_experiments/education/status/progress/tnsc/index.htm、平成１４年１０月１５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の衛星搭載センサによる地球観測においては、地表等に設けられた構造物の内部構造の検知能力が低く、地球内部の資源分布等はある程度分かるが、建物などの内部構造の検知は困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造物の内部構造の検知が可能な地球観測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる地球観測装置は、宇宙空間、上空、または地表上に配置され、地表上または地中に設けられた観測対象の内部構造の検知を含む地球を観測する地球観測装置であって、前記観測対象に照射する静磁場を発生すると共に、前記観測対象に照射する傾斜磁場を発生する静磁場発生部と、前記静磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、核磁気共鳴現象を利用した測定を行う地球観測装置により、分解能が向上させて構造物等の内部構造の検知を含む地球観測が可能になる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態１を含む装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施の形態で使用するセンサ部分は、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴）観測用１４として点線で囲まれた部分である。
【００１０】
図１に示すように、ＮＭＲ観測用のセンサは、観測対象に照射する静磁場および傾斜磁場を発生する静磁場発生部２と、観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部３と、観測対象からの誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部４と、地磁場を測定する静磁場測定部５と、コイル１と、を備えている。コイル１は、静磁場発生部２を使用した静磁場または傾斜磁場の発生においては直流または低周波の電流を流し、共鳴電磁波発生部３を使用した共鳴電磁波の発生においては高周波の電流を流し、誘導電磁波測定部４を使用した誘導電磁波の測定においては誘導電流を検出する。
【００１１】
さらに、本実施の形態は、観測対象に関する予備データ（予想されるパターン等）を保持し、この予備データを照合しつつ観測データに基づいて観測結果の解析を行う照合解析部１１と、複数回の測定を行い、測定結果の蓄積を行う複数回測定部１２と、外部の観測装置との通信のためにデータの送受信等を行う外部通信部１３と、静磁場発生部２、共鳴磁場発生部３、誘導電磁波測定部４、および静磁場測定部５を適宜切り替えながら連携させて動作させる切替部１０と、を備えている。
【００１２】
ここで、ＮＭＲ現象およびＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging、磁気共鳴画像法）について説明する。ＮＭＲ現象とは、ある種の原子核（ＮＭＲ核種）を均一な静磁場中に置くと、その磁気双極子モーメントと静磁場との相互作用により、静磁場の強度に比例した特定の周波数（ラーモア周波数、共鳴周波数）の電磁波エネルギーが選択的に吸収または放出されるようになる現象である。また、ＭＲＩは、ＮＭＲ現象を利用したイメージング法である。
【００１３】
すなわち、原子、例えば、水分子の水素原子に、まず均一な静磁場を印加する。これにより、原子核の磁気モーメントも揃う。次に、共鳴周波数の電磁波を印加して励起させる。これにより、異なる磁気モーメントとなる。そして、印加した共鳴周波数の電磁波を取り除くと、電磁誘導（自由誘導減衰）により電磁界エネルギーが発生する。図３は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を説明するための模式図である。図３においては、図中の中央に配置された原子（円で表示）は、静磁場または傾斜磁場である（Ａ）（傾斜）静磁場の中に置かれており、この原子に共鳴周波数の電磁波である（Ａ）共鳴電磁波が印加され、その後、（Ｃ）誘導電磁波が発生する様子が示されている。なお、傾斜磁場については後述する。
【００１４】
自由誘導減衰により放出された電磁界エネルギーは、波動の性質である振幅、波長、位相の性質を持つ。共鳴周波数は静磁場強度と物質固有値に比例するため、観測対象に傾斜磁場を印加し、位置により磁場の強度を変化させることにより、共鳴周波数を変化させることができる。すなわち、傾斜磁場を印加することにより、位置情報をもたせることができ、波長から位置情報を取り出すことができる。また、振幅情報から原子密度を取り出し、二次元の濃淡画像を得ることができる。ＭＲＩは、主に医療用として人体の画像診断に用いられている。ＭＲＩの静磁場の強度は１Ｔ(テスラ)＝１００００ガウス程度の大きさであり、一方、地磁場の強度は０．５×１０＾（−４）Ｔ程度の大きさである。本実施の形態におけるＮＭＲ観測用１４のセンサは、このようなＮＭＲ現象を利用して、例えば、地表に設けられた建物等の構造物の内部構造を検知するものである。
【００１５】
図５−１および図５−２は、本実施の形態の配置例を示す図であり、図５−１は、衛星に搭載された地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図であり、図５−２は、地表に設けられた地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図である。図５−１では、地球２１を囲むように複数の地球観測装置２０が宇宙空間に配置されており、地球観測装置２０は、円軌道または円で表されている。また、静磁場２２が示されており、この静磁場２２は例えば地磁場である。なお、地球観測装置２０は、航空機等に搭載し、上空から地表面等を観測するものであってもよい。また、図５−２では、地球２１を囲む複数の地球観測装置２０が地球２１上に配置されており、地球観測装置２０は円で表されている。また、静磁場２２が示されており、この静磁場２２は例えば地磁場である。
【００１６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、ＮＭＲ測定の条件、すなわち、静磁場および傾斜磁場の発生条件、共鳴電磁波の発生条件、誘導電磁波の測定条件を決定する。この際、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、観測対象に対してＮＭＲ測定を行う。すなわち、静磁場発生部２により静磁場および傾斜磁場を発生させ、共鳴電磁波発生部３により共鳴電磁波を発生させ、誘導電磁波測定部４により観測対象からの誘導電磁波の測定を行う。このようなＳＱＵＩＤ測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部１２によりなされる。複数回の測定により一般にＳＮ比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。これらの複数回の測定結果を、照合解析部１１にて、予備データと照合しながら解析する。また、上記過程において、外部通信部１３を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
【００１７】
ここで、ＮＭＲ測定において発生させる静磁場について説明する。図６に示すように、電磁気学のアンペールの法則より、半径ａ、巻き数ｎのコイル２３に対して円電流Ｉを流すと、コイル２３の中心軸上におけるコイルの中心から距離ｚの点での磁場Ｂ(磁束密度)は以下のように（１）式で表される。
【数１】
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【００１８】
ここで、μ０は真空の透磁率＝４×π×１０＾（−７）である。
【００１９】
上記（１）式を用いて、例えば地表に通常のＭＲＩと同程度の大きさである１Ｔの磁場を発生させるとし、本実施の形態の地球観測装置が例えば静止軌道衛星に搭載されているとすると、地球半径６３７８ｋｍ、静止軌道高度３５７８６ｋｍより、地球中心から衛星までの距離は４２１６４ｋｍであるので、ａ＝１００ｍ、ｎ＝１０＾６に対してはＩ〜１０＾１９Ａ（アンペア）、ａ＝１００００ｍ、ｎ＝１０＾６に対してはＩ〜１０＾１３Ａとなる。これらの電流値は静止軌道衛星に搭載されたコイルに対して評価されたものであって、以下のようにして実現可能な範囲内に設定することができる。例えば、複数個の衛星、低軌道衛星、地上に設置したコイルなどを適宜併用することにより、１０＾２倍程度の強度向上を実現することができる。また、実施の形態２で詳述するようなＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子）を用いることにより、誘導電磁波の測定において、１０＾５倍程度の感度向上を実現することができる。さらに、複数回の測定により例えば１０＾３倍程度の感度向上を実現することができる。これらを併用し、１０＾１０倍程度の効果を実現すると、上記のＩは１０＾３Ａ程度となり（上記電流評価値の後者に対応）、十分実現可能である。
【００２０】
次に、上述の外部通信部１３を使用した他の観測装置との協調動作について説明する。例えば、本実施の形態の地球観測装置を複数連携して観測対象を観測する場合を考える。このとき、共鳴電磁波発生部３で発生する電磁波、または誘導電磁波測定部４で測定する電磁波の方向、強度、波長、位相を、複数の観測装置が連携するように決定する。これにより、方向、強度、波長、位相を調整することにより、遠方から１つの観測対象を選択的に、励起(共鳴)、観測(誘導)することが可能となる。このように、電磁波の波動性(数学的にはフーリエ級数)を利用し、方向、強度、波長、位相の合成により任意の共鳴・誘導波を創出する。従来技術では観測点(観測装置)は１つであったが、本実施の形態におけるように、複数の観測装置が協調することにより、より遠方の測定、ＳＮ比の向上が可能となる。
【００２１】
なお、静磁場発生部２により静磁場および傾斜磁場を発生させるかわりに、地磁場を利用してＮＭＲ測定を行うこともできる。この際、上記の（傾斜）静磁場の発生条件の替わりに、静磁場測定部５により、観測対象が配置された位置における地磁場分布を測定し、これを条件とする。したがって、ＮＭＲ観測用の装置としては、静磁場発生部２または静磁場測定部５の一方を備える構成とすることもできる。
【００２２】
特に、観測装置による静磁場発生が困難な場合、またはより性能が向上する場合、地磁場を代用する。一般的なＭＲＩの静磁場は１Ｔ程度であるのに対して、地磁場は０．４〜０．６×１０＾（−４）Ｔ程度である。そのため、これを補うために、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合、実施の形態２で詳述するＳＱＵＩＤを併用して、１０＾５倍程度のＳＮ比向上を行う。
【００２３】
本実施の形態によれば、ＮＭＲ現象を利用した観測により、観測対象の内部構造を観測することができる。また、従来の資源探査に使用されていた方法等に比較して、分解能を向上させることができる。すなわち、地球観測にＮＭＲ現象を適用するにあたり、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、ＳＮ比を向上する。特に、複数装置の協調により遠方の観測が可能になる。また、観測装置による静磁場発生が困難な場合、地磁気分布を予め測定しこれを代用して測定結果を解析することができる。以上により、ＮＭＲ現象の地球観測への適用が実現し、その特性を活かした高分解能化、内部構造の検出（３次元解析）を実現する。
【００２４】
なお、特許文献１では、地表面に置かれたワイヤループを用い、ＮＭＲ現象を利用して鉱物資源の観測を行う従来技術が開示されている。しかしながら、特許文献１では、主に地質調査に関してＮＭＲ現象を適用する記述はあるが、衛星等から地球観測を実現する方法については記載されていない。また、特許文献３では、空中または地上に配置されたコイルにより磁場を印加して地下構造の探索を行う従来技術が開示されているが、ＮＭＲ現象を用いた観測については記述されていない。また、特許文献１および特許文献３を組み合わせて考慮しても、本発明の衛星等から地球観測を行い、複数回の測定、複数個の装置による精度測定の向上の実現性を具体的に示唆するものではない。
【００２５】
実施の形態２．
図１は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態２を含む装置の構成を示すブロック図であり、本実施の形態におけるセンサ部分は、実施の形態１におけるＮＭＲ観測用１４のセンサに加えて、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子）観測用１５のセンサを備えている。さらに、実施の形態１と同様に、本実施の形態は、切替部１０と、照合解析部１１と、複数回測定部１２と、外部通信部１３と、を備えている。切替部１０は、ＮＭＲ観測用１４のセンサと、ＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサ（電磁波測定部７）を連携させて動作させる。以下では、実施の形態１と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
図１に示すように、ＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサは、例えばコイル構造を有するＳＱＵＩＤ６と、ＳＱＵＩＤ６を用いた電磁波の測定を行う電磁波測定部７と、を備えている。このように、ＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサをさらに備えた地球観測装置は、例えば衛星等に搭載される。
【００２７】
次に、ＳＱＵＩＤ６について説明する。図４は、本実施の形態におけるＳＱＵＩＤ６の構成を示す図である。図６に示すように、ＳＱＵＩＤ６はリング構造１７の超伝導体であり、リング構造１７が磁場の中に置かれると、（超伝導体は抵抗がゼロであるため）外部からの磁場の変化を打ち消すような電流が発生する。このとき、リング構造１７の一部に細い箇所(ジョセフソン接合１８)があると、その部分は超伝導状態が崩れ（すなわち、抵抗が生じている）、電圧が発生する。この電圧は外部磁場の変化強度に比例するため、この電圧を検出することにより外部磁場を測定することができる。この測定方法によれば、地磁場（約０．５Ｔ）の５０００万分の１以下（１０＾（−８）〜１０＾（−１４）Ｔ）の微弱磁場の検出が可能である。また、他の磁気測定素子フラックスゲートの感度は１０＾（−３）〜１０＾（−１１）Ｔ程度であるので、１０＾４程度感度が向上している。
【００２８】
また、ＳＮ比を向上するために、ＳＱＵＩＤは、図７に示すような構造を備えたものであることが好ましい。すなわち、図７においては、高透磁率の物質２６の周りにコイルが複数回巻回されたコイル構造のＳＱＵＩＤ２５が配置されており、このＳＱＵＩＤ２５に対して、観測対象２４の方向の後方側には磁場を集約する装置である集約器２７が設けられている。この集約器２７は例えばパラボラ、反射鏡等であり、観測対象２４からの磁場２８をＳＱＵＩＤ２５に集約する。
【００２９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。ただし、以下では主にＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサの動作について説明する。ＮＭＲ観測用１４のセンサの動作については、実施の形態１と同様である。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、ＳＱＵＩＤ測定の条件を決定する。また、ＮＭＲ観測用１４のセンサと連携させて測定を行う場合には、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、電磁波測定部７により、観測対象に対してＳＱＵＩＤ測定を行う。すなわち、ＳＱＵＩＤ６を用いて、観測対象からの磁場を検知する。そして、このようなＳＱＵＩＤ測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部１２によりなされる。複数回の測定により一般にＳＮ比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部１１にて、予備データと照合しながら解析する。例えば、ミサイル防衛におけるミサイル発射時の磁気パターンなど、予め記録された観測対象のデータを照合して解析を行う。また、上記過程において、外部通信部１３を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
【００３０】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態によれば、ＮＭＲ観測用１４のセンサに加えて、ＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサを搭載して観測に利用することにより、２つのセンサを連携させてより高感度の測定が可能になると共に（実施の形態１の記述を参照）、単独のセンサとしてもＳＱＵＩＤの地球観測への適用が実現し、その特性を活かした高分解能化が実現する。また、ＳＱＵＩＤでは超伝導を起こすために極低温が必要であるが、地球観測装置を例えば衛星に搭載する場合には、宇宙空間ではその温度を利用できる。また、地球上でのＳＱＵＩＤでは環境雑音除去が重要であり、従来は高温超伝導体磁気シールドや強磁性体シールドを用いている。しかしながら、宇宙空間では観測対象(地球)以外からの雑音は少ない。本実施の形態では、ＳＱＵＩＤを地球観測に適用するにあたり、ＳＱＵＩＤ構造の改良(コイル構造、集約器の設置、高透磁率物質の内包)、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、ＳＮ比を向上する。特に、複数装置の協調により遠方の観測が可能になる。
【００３１】
なお、特許文献２では、主に特定構造物に対して、ＳＱＵＩＤを用いて内部構造を観測する従来技術が開示されている。特に、地上における環境雑音、測定器の移動による雑音に対して、測定信号の変調により、ＳＮ比を向上する方法を示している。しかしながら、特許文献２では、主に地質調査に関してＮＭＲ現象を適用する記述はあるが、衛星等から地球観測を実現する方法については記載されていない。また、ＳＱＵＩＤは、従来、脳内の磁気分布の測定などに用いられている。しかしながら、これらは近接した物体を測定対象としており、複数素子を利用した感度の向上、集約器の設置や高誘電率の内包による測定感度向上はなされていない。このようなアイデアがない従来例では本発明の効果は得られない。
【００３２】
実施の形態３．
図１は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態３を含む装置の構成を示すブロック図であり、本実施の形態におけるセンサ部分は、実施の形態１におけるＮＭＲ観測用１４のセンサに加えて、ＴＨｚ（テラヘルツ）観測用１６のセンサを備えている。さらに、実施の形態１と同様に、本実施の形態は、切替部１０と、照合解析部１１と、複数回測定部１２と、外部通信部１３と、を備えている。以下では、実施の形態１と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
図１に示すように、ＴＨｚ（テラヘルツ）観測用１６のセンサは、先端に送信用のアンテナを備えＴＨｚ波を発生するＴＨｚ波発生部８と、先端に受信用のアンテナを備えＴＨｚ波を測定するＴＨｚ波測定部９と、を備えている。このように、ＴＨｚ観測用１６のセンサをさらに備えた地球観測装置は、例えば衛星等に搭載される。切替部１０は、ＴＨｚ波発生部８とＴＨｚ波測定部９とを切り替え、連携させて動作させると共に、ＮＭＲ観測用１４のセンサの各部との切り替えも行い、連携させて動作させる。
【００３４】
ここで、ＴＨｚ波について説明する。テラヘルツ波とは、毎秒一兆（テラ、１０＾１２）回振動している電磁波のことである。テラヘルツ波は、光波と電波の中間領域に存在する波長であり、光波と電波の両方の特徴を有することを特徴とする。つまり、この波長においては、電波のように、紙、プラスチック、ビニール、繊維、半導体、脂肪、粉体、氷など様々な物質を透過すると共に、光波のようにレンズやミラーで空間を自在に取り回すことができる。これらの性質を応用して、これまで、人に照射して服に隠されたナイフ等を遠隔探知する例、開封禁止の封筒内の禁止薬物等を同定するといった例、電子機器内の電子分布（稼動状況）を観察する例が報告されている。テラヘルツ波は、これまで産業利用するのに有効な発生・検出技術がなかったため、ほとんど利用されてこなかった。ところが、近時、大学を中心にしたここ２０年ほどの研究で基礎技術にめどが立ち、焦点は企業を中心とする用途開発に移っている。これを宇宙から軍事施設活動監視、地球資源探索に利用できると予想する。ＴＨｚ波の発生方法には、光伝導スイッチを用いた方法、半導体を用いた方法、非線形光学効果を用いた方法があり、ＴＨｚ波の測定方法には時間領域分光方法などがある。
【００３５】
また、ＳＮ比を向上するために、ＴＨｚ（テラヘルツ）観測用１６のセンサは、図８に示すような構造を備えたものであることが好ましい。すなわち、図８においては、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子３０は、近接してＴＨｚ波集約の機能を有する高誘電率物質３１を備えており、高誘電率物質３１の表面は（レンズのように）二次曲線の形状を有し、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子３０に、観測対象２９からのＴＨｚ波２９を集中できる構造としている。また、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子３０に対して、観測対象２４の方向の後方側には、ＴＨｚ波を集約するための集約器３２が設けられている。この集約器３２は、ＴＨｚ波を集約するための例えば鏡面であり、この鏡面は、（パラボラアンテナのように）２次曲線形状を有し、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子３０にＴＨｚ波を集中できる構造としている。符号３３が付された光線は、集約器３２によるＴＨｚ波の集約の様子を表している。なお、図８に示すような、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子３０の改良（集約器の設置、高誘電率物質の付与）は、ＴＨｚ波の光としての性質を利用している。つまり、光は鏡面により反射・集約、高誘電率(高屈折率)物質により導波可能であるという性質を利用している。
【００３６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。ただし、以下では主にＴＨｚ観測用１６のセンサの動作について説明する。ＮＭＲ観測用１４のセンサの動作については、実施の形態１と同様である。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、ＴＨｚ波測定の条件を決定する。また、ＮＭＲ観測用１４のセンサと連携させて測定を行う場合には、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、ＴＨｚ波発生部８により発生させたＴＨｚ波を観測対象に照射し、次に、観測対象からのＴＨｚ波をＴＨｚ波測定部９にて測定することにより、ＴＨｚ波の測定を行う。そして、このようなＴＨｚ波測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部１２によりなされる。複数回の測定により一般にＳＮ比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部１１にて、予備データと照合しながら解析する。例えば、軍事施設内の電子機器の運用状況など、予め記録された観測対象のデータを照合して解析を行う。また、上記過程において、外部通信部１３を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
【００３７】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態によれば、ＮＭＲ観測用１４のセンサに加えて、ＴＨｚ観測用１６のセンサを搭載して観測に利用することにより、２つのセンサを連携させた測定が可能になると共に、単独のセンサとしてもＴＨｚ波の地球観測への適用が実現し、その特性を活かした特殊用途向けの観測（例えば、電子機器利用状況など）が実現し、高分解能化が実現する。また、従来技術における地球（または、地域）観測の電磁波は主に可視光または電波であり、赤外とサブミリ波の間の周波数であるＴＨｚ波は用いられていない。本実施の形態によれば、ＴＨｚ波の照射および測定により、従来技術では観測が困難であった情報（例えば、デバイス内の電子分布など）の観測が可能となる。また、ＴＨｚ波を地球観測に適用するにあたり、ＴＨｚ波送信素子またはＴＨｚ波受信素子の改良（集約器の設置、高誘電率物質の付与）、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、ＳＮ比を向上する。特に、複数装置の協調により、遠方の観測が可能になる。なお、従来のＴＨｚを利用した内部構造の検知においては、近接した物体を測定対象としており、複数素子、集約器や高誘電率物質による測定感度向上はなされていない。
【００３８】
実施の形態４．
図１は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態４の構成を示すブロック図であり、本実施の形態は、ＮＭＲ観測用１４のセンサ、ＳＱＵＩＤ観測用１５のセンサ、およびＴＨｚ観測用１６のセンサを備えている。さらに、実施の形態１〜３と同様に、本実施の形態は、切替部１０と、照合解析部１１と、複数回測定部１２と、外部通信部１３と、を備えている。以下では、実施の形態１〜３と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態では、ＮＭＲ観測、ＳＱＵＩＤ観測、ＴＨｚ波観測の複数を組み合わせて観測を行う。例えば、ＳＱＵＩＤ観測用の電磁波測定部７をＮＭＲ観測用の静磁場測定部または誘導電磁波測定部として利用することができる。また、ＴＨｚ波観測用のＴＨｚ波発生部８をＮＭＲ観測用の共鳴電磁波発生部、ＴＨｚ波測定部９をＮＭＲ観測用の誘導電磁波測定部として利用することができる。切替部１０は、ＮＭＲ観測用１４の静磁場発生部２、共鳴電磁波発生部３、誘導電磁波測定部４、静磁場測定部５、ＳＱＵＩＤ観測用１５の電磁波測定部７、ＴＨｚ観測用１６のＴＨｚ波発生部８、およびＴＨｚ波測定部９を適宜切り替え、連携させて動作させる。
【００４０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、ＮＭＲ観測、ＳＱＵＩＤ観測、ＴＨｚ観測の条件を決定する。この際、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、ＮＭＲ観測、ＳＱＵＩＤ観測、ＴＨｚ観測の測定を行う。各測定方法は、実施の形態１〜３に説明した方法に従うが、上述のように、例えば、ＳＱＵＩＤ観測用の電磁波測定部７をＮＭＲ観測用の静磁場測定部または誘導電磁波測定部として利用して観測を行うことができる。そして、このようなＴＨｚ波測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部１２によりなされる。複数回の測定により一般にＳＮ比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部１１にて、予備データと照合しながら解析する。また、上記過程において、外部通信部１３を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
【００４１】
本実施の形態によれば、地球観測において、ＮＭＲ現象、ＳＱＵＩＤ、ＴＨｚ波の各特長を活かした、観測対象の内部構造の観測およびその分解能向上が可能となる。例えば、ＮＭＲ観測にＳＱＵＩＤ観測を組み合わせることにより、より高感度の測定が可能になる。また、ＮＭＲ観測にＴＨｚ観測を組み合わせることにより、より特殊用途向けの観測（電子機器利用状況など）が可能になる。以上のように、ＮＭＲ現象、ＳＱＵＩＤ、ＴＨｚ波を地球観測に応用することにより、従来技術における分解能（数ｍ〜数十ｃｍ）を改善し、従来技術では困難であった内部構造の検知能力を向上させ、新たに３次元解析、高解像度化、および電子機器の使用状況の検知等を可能にする。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる地球観測装置は、地表上または地中に配置された構造物の内部構造の検知に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかる地球観測装置の実施の形態１を含む装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の衛星による地球観測方法を説明するための図である。
【図３】核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態２におけるＳＱＵＩＤの構成を示す図である。
【図５−１】衛星に搭載された地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図である。
【図５−２】地表に設けられた地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図である。
【図６】円電流により発生した磁場強度を評価するために使用する図である。
【図７】実施の形態２におけるＳＱＵＩＤ観測用のセンサの構成を示す図である。
【図８】実施の形態３におけるＴＨｚ観測用のセンサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  コイル
２  静磁場発生部
３  共鳴電磁波発生部
４  誘導電磁波測定部
５  静磁場測定部
６  ＳＱＵＩＤ
７  電磁波測定部
８  ＴＨｚ波発生部
９  ＴＨｚ波測定部
１０  切替部
１１  照合解析部
１２  複数回測定部
１３  外部通信部
１４  ＮＭＲ観測用
１５  ＳＱＵＩＤ観測用
１６  ＴＨｚ観測用
【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５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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