(57)【要約】  走査機構が不要なTHzトモグラフィー及びTHz分光イメージングを可能し、また測定時間を実時間測定可能まで高め、動体サンプルの非破壊検査及び成分分析型内部透視イメージングを行う。  テラヘルツ電磁波パルス光とプローブパルス光のそれぞれの光軸を非共軸に配置し、所定の角度で電気光学結晶に入射させて、両ビームを結晶内で交差させ面として重ね、時間軸上のTHzパルス時系列波形情報を、電気光学結晶における時間−空間変換を用いて空間１次元に展開し、２次元イメージングデバイスで検出することによって、時間軸の走査を省略する。また、２次元イメージングデバイスの残りの１軸をサンプルの空間１次元イメージングに利用してサンプル走査を省略するため、サンプルに対してTHzパルスを線集光（ラインビーム）で照射し、その透過光もしくは反射光を電気光学結晶に結像するための光学系を配置する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルス光を発生するパルス光発生部と、
前記レーザパルス光と光伝導スイッチ（もしくは非線形光学結晶）によって発生させたテラヘルツ電磁波パルス（THzパルス）を測定対象物に照射させるTHzパルス照射用光学系と、
前記測定対象物を透過又は反射したTHzパルスを電気光学結晶に結像させるためのTHzパルス検出用光学系と、
前記THzパルスと同期したプローブパルス光を、前記電気光学結晶に照射するプローブパルス光照射用光学系と、
前記電気光学結晶を通過し、前記THzパルスの誘起複屈折率変化により偏光状態が変化した前記プローブパルス光の特定偏光成分を抽出する検光部とを備えたTHzパルス計測装置であって、
（１）前記電気光学結晶に照射される前記THzパルスと前記プローブパルス光を非共軸配置とし、
（２）前記THzパルス照射用光学系において、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）を用いて、THzパルスを前記測定対象物に線集光（ラインビーム）として照射させ、その透過又は反射したTHzパルスを電気光学結晶に結像させるための光学系の配置とし、
（３）前記検光部の検出器を２次元イメージングデバイスとし、得られた２次元イメージング画像の１軸をTHzパルスの時系列波形の計測用として用い、他方の１軸を線集光（ラインビーム）で照射された測定対象物の１次元空間情報の計測用として用いる、
ことを特徴とする実時間THzパルス計測装置。
【請求項２】
請求項１において、前記THzパルス照射用光学系で用いられる円筒レンズが、測定対象物照射用，空間軸結像用，時間軸結像用として、少なくとも３個配設されることを特徴とする実時間THzパルス計測装置。
【請求項３】
請求項１において、前記検光部と前記電気光学結晶の間に、１／４波長板とビーム変位プリズムもしくは偏光ビームスプリッターを配設し、該電気光学結晶を通過したプローブパルス光が垂直偏光成分と水平偏光成分に分離されバランス検出されることを特徴とする実時間THzパルス計測装置。
【請求項４】
請求項３において、前記検光部の２次元イメージングデバイスで検出されるプローブパルス光の垂直偏光成分と水平偏光成分の差分イメージを算出するTHzイメージ算出処理部がさらに設けられることを特徴とする実時間THzパルス計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記プローブパルス光照射用光学系に、前記電気光学結晶内での前記THzパルスと前記プローブパルス光の伝播速度が等しくなるように位相整合条件を調節する非共軸ビーム交叉角度調節部が設けられることを特徴とする実時間THzパルス計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載のいずれかの実時間THzパルス計測装置において、計測されたTHzパルスの時系列波形をフーリエ変換することにより、振幅スペクトル及び／又は位相スペクトルを演算し表示する分光イメージング部を設けたことを特徴とする実時間テラヘルツ分光イメージング装置。
【請求項７】
請求項６において、前記分光イメージング部が所定の周波数毎に表示部を有し、各表示部が測定対象物の内部透過像に重ねて所定の周波数に対応した振幅及び／又は位相を表示することにより、成分分析型内部透視を行うことを特徴とする実時間テラヘルツ分光イメージング装置。
【請求項８】
請求項１乃至５に記載のいずれかの実時間THzパルス計測装置において、得られた２次元時空間イメージ画像のTHzパルスの時系列波形の重なりから、測定対象物の断層イメージを演算し表示する断層イメージング部を設けたことを特徴とする実時間テラヘルツ・トモグラフィー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、実時間（リアルタイム）でテラヘルツ電磁波パルス（以下、「THzパルス」と称する。）を計測できるTHzパルス計測技術に関するものであり、また、非破壊検査、内部透視、特に成分分析型内部透視などに用いることができるTHzパルスを用いた実時間テラヘルツ・トモグラフィー及び実時間テラヘルツ分光イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部透視法は様々な応用分野における重要計測技術であり、これまでにもＸ線診断や超音波診断が実用化されている。前者は侵襲性が高いため、後者は接触測定であるため、その応用が制限されている。テラヘルツ・トモグラフィー装置やテラヘルツ時間領域分光イメージング（テラヘルツ分光イメージング）装置は、THzパルスの特徴（自由空間伝搬，良好な透過特性，コヒーレント・ビーム，低散乱性，非侵襲性，超短パルス，広帯域スペクトル，分光測定やイメージングが可能など）を活かした代表的計測手法である。テラヘルツ・トモグラフィーでは、非接触リモート，非侵襲，高空間分解能で２次元断層イメージを得ることが可能である。テラヘルツ分光イメージングでは、サンプルがある特定周波数のテラヘルツ吸収を示す場合、内部透視イメージをテラヘルツ周波数毎の色付きカラー（分光）画像として測定することにより非破壊での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。【０００３】
例えば、テラヘルツ・トモグラフィーは超音波エコーに代替する手段として、生体診断や非破壊検査での利用が期待されている。一方、テラヘルツ分光イメージングは、最近のテロ対策や犯罪対策から、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THz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。【０００４】
THzパルス計測に関しては、米国レンセラー工科大学の研究グループにより、イメージングプレートとして電気光学結晶を用い、ポッケルス効果によるテラヘルツ電場検出法とCCDカメラを組み合わせてリアルタイムイメージングが可能となる２次元電気光学サンプリング法が知られている（非特許文献１）。【０００５】
また、THzパルス計測の実時間化に関しては、米国レンセラー工科大のグループにより、チャープパルス光とマルチチャンネル分光器を用いた時間-波長変換（非特許文献２）、あるいは、ストリークカメラを用いた時間-空間変換（特許文献１参照）を用いた手法が知られている。【０００６】
さらに、THzパルス計測の実時間化に関して、THzパルスとプローブパルス光を非共軸とし、テラヘルツ時間波形をシングルショットで計測する手法が知られている（非特許文献３）。
【特許文献１】US patent 6,690,001 B2
【非特許文献１】Q. Wu, T. D. Hewitt, and X.-C. Zhang: Appl. Phys. Lett. Vol.69, 1026 (1996)
【非特許文献２】“Single-shot spatiotemporal terahertz field imaging・ Opt. Lett., Vol. 23 (No.14), page.1114-1116 (1998)
【非特許文献３】“Single-shot measurement of terahertz electromagnetic pulses by use of electro-optic sampling・, Opt. Lett., Vol. 25 (No.6), page.426-428 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来法のテラヘルツ・トモグラフィーやテラヘルツ分光イメージングは、基本的に走査型イメージングといった点計測であるため、イメージを得るためには複数軸の走査機構が必要となり、計測の実時間性に制限があった。例えば、サンプルの２次元断層イメージ（または１次元分光イメージ）を得るためには時間遅延（周波数軸）及びサンプル位置の２軸の走査が必要となる。走査を行いながらこれら２次元情報のシリアル測定を行うため、１枚のイメージを得るために数分から数時間の測定時間が必要となっていた。【０００８】
また、並列処理的手段として、上述したような米国レンセラー工科大学の研究グループが提案する、イメージングプレートとして電気光学結晶を用い、ポッケルス効果によるテラヘルツ電場検出法と２次元イメージングデバイス（CCDカメラ）を組み合わせてリアルタイムイメージングが可能となる２次元電気光学サンプリングを用いた手法があるが、この場合に得られる情報は、ある瞬間の測定対象の面内の２次元透過イメージであり、THzパルスの時間波形をリアルタイムで得ることはできなかった。そのため、例えば、断層イメージを得るためには深さ方向（時間軸）の走査が必要であった。【０００９】
また、米国レンセラー工科大のグループが提案する、チャープパルス光とマルチチャンネル分光器を用いた時間-波長変換を用いた手法は、高価な装置が必要な上、時間分解能やイメージング特性に制限があった。すなわち、時間を波長に変換してリアルタイム計測するに、波長を測定するマルチチャンネル分光器といった高価な装置が必要であった。その上、チャープパルス光とマルチチャンネル分光器を用いた手法では、測定原理的に時間分解能を細かくとれないため測定精度が上がらないという問題があった。【００１０】
また、ストリークカメラを用いた時間-空間変換を用いた手法も、時間を空間に変換してリアルタイム計測するに、ストリークカメラといった高価な装置が必要な上、ストリークカメラの分解能も、現在のところフェムト秒レーザーのパルス幅には追いついておらず、分解能が十分でなく、時間分解能やイメージング特性に制限があった。【００１１】
また、THzパルス計測の実時間化に関して、THzパルスとプローブパルス光を非共軸とし、テラヘルツ時間波形をシングルショットで計測する手法があるが、実時間でテラヘルツ時間波形を計測できるものの、実時間で測定対象サンプルの空間情報を計測できるものではなかった。【００１２】
このようにテラヘルツ・トモグラフィー及びテラヘルツ分光イメージングはその有用性にも関わらず、計測の実時間性がボトルネックとなり、これまでに報告されている適用例はいずれも静止物体サンプルである。
また、THzパルス計測の時間分解能は、理想的にはフェムト秒レーザーのパルス幅だけに制限されるものであり、他の要因からくる時間分解能の制限をなくすことが必要である。【００１３】
本発明は、このような従来技術のボトルネックであった計測時間に関する制限を解決し、走査機構が不要な実時間テラヘルツ・トモグラフィー及びテラヘルツ分光イメージングを可能し、また時間分解能を高め、実時間で動体サンプルの非破壊分析を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するため、すなわち完全な実時間測定を実現するため、THzパルスとプローブパルス光を非共軸とし、テラヘルツ時間波形をシングルショットで計測する手法を導入し、さらに、測定対象物に対してTHzパルスを線集光の状態で照射し、検出器として２次元イメージングデバイスを用いることにより、走査機構が不要な実時間テラヘルツ・トモグラフィー及びテラヘルツ分光イメージングを提供する。【００１５】
すなわち、従来のTHzパルス計測において、時間軸上に展開していた奥行き方向の空間情報を、電気光学結晶における時間−空間変換を用いて空間１次元に展開し、２次元イメージングデバイスで検出することによって、奥行き方向の走査を省略する。
そのため、従来のイメージング光学系と異なり、THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの光軸を非共軸に配置し、所定の角度で電気光学結晶に入射させて、両ビームを結晶内で交差させ面として重ねるようにする。【００１６】
また、同時に、２次元イメージングデバイスの残りの空間１次元を、サンプル面内の空間１次元イメージングに用いるため、線集光（ラインビーム）による透過像もしくは反射像を得る。
これにより、動体サンプルもしくは静体サンプルのサンプル移動の場合に、走査機構無しのシングルショットでの実時間テラヘルツ・トモグラフィー及び分光イメージングを可能とするものである。【００１７】
以下、図１を参照して、本発明に係る実時間テラヘルツ・トモグラフィー及び分光イメージングの原理を説明する。尚、図１に示すのは、THzパルスを測定対象物に照射し透過させるものであるが、測定対象物に照射し反射させるものについても、THzパルスの計測原理は同じである。【００１８】
図１において、左方から入射するTHzパルス１は、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）８によってＸ軸方向に線集光（ラインビーム化）されて、測定対象物（サンプル）１０に照射される。測定対象物１０に照射された線集光のTHzパルスは、測定対象物１０の１次元領域（ライン領域）を透過し、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）９を介して、電気光学結晶（EO結晶）３に入射する。【００１９】
一方、プローブパルス光２は偏光子４を経て電気光学結晶３に入射される。この時、プローブパルス光２は、THzパルス１と同一の光路上（共軸配置）に導かれるのではなく、異なる光路上（非共軸配置）に導かれる。図１において、左上方から入射するプローブパルス光２は、THzパルスの光軸とのなす角度（θ）で、電気光学結晶３に入射している。両ビーム（THzパルスとプローブパルス光）を電気光学結晶３内で交差させ、面として重ねるようにする。【００２０】
電気光学結晶３内ではTHzパルス１の電場強度に比例して屈折率の変化が起こり、複屈折を誘起する。偏光子４により直線偏光したプローブパルス光２が電気光学結晶３に入射すると、THzパルス１の電場によって誘起された複屈折のために位相変化が生じ、電気光学結晶３を通過した後は偏光状態が変化して楕円偏光となる。このプローブパルス光２の偏光状態の変化を検光子５により光強度へと変換し、その強度分布をレンズによりCCDカメラなどの２次元イメージングデバイス６上に結像することにより画像化する。ここで、偏光子４と検光子５は、クロスニコル配置（直交配置）になっており、偏光が変化した成分のみを２次元イメージングデバイス６でとらえるようにしている。【００２１】
２次元イメージングデバイスを検出器として用いることで、得られた２次元イメージング画像の１軸をTHzパルスの時系列波形の計測用として用い、他方の１軸を線集光（ラインビーム）の状態で透過したTHzパルスの１次元イメージング（２次元平面内の一次元イメージング）用として用いることにしている。【００２２】
図２は、２次元イメージングデバイス６で得られる画像イメージの模式図を示している。図２のグラフの横軸（h-axis）は、THzパルスの時間波形情報を表している。また、グラフの縦軸（v-axis）は、線集光（ラインビーム）で得たx軸方向１次元イメージング情報を表している。【００２３】
次に、図３の（１）は、測定対象物が厚さの異なる構造を持つ場合における入射光と透過光の模式図を示している。ここで、図３の（１）に示すように、測定対象物１０が厚みの異なる部位を有する場合には、測定対象物１０を透過した透過光１２は、厚さによってTHzパルスの伝播時間に差が生じるため、時間的に分離された２つのエコーパルスになる。【００２４】
また、図３の（２）は、測定対象物が２層の内部構造を持つ場合における入射光と反射光（エコーパルス）の模式図を示している。この場合、各層の境界部分では群屈折率分布が不連続となっているため、THzパルスは境界で透過光（図示せず）と反射光１５に分離される。図３の（２）に示すように、測定対象物１３にTHzパルスを入射した場合、THzパルスは第１層表面及び第１層−第２層境界で各々反射され、反射光１５は時間的に分離された２つのエコーパルスになる。【００２５】
上述した電気光学結晶における時間−空間変換によって、２つのエコーパルスの時間遅延（Δτ）が、横軸方向の変位（Δｈ）として画像情報として現れてくる。図２の画像イメージの模式図において、実線部分は測定対象物１０のｘ軸方向の上方部分を透過したものであり、厚みが小さく伝播時間が速く、一方、点線部分は測定対象物１０のｘ軸方向の下方部分を透過したものであり、厚みが大きく伝播時間が遅い。
これが、図２において、縦軸方向の位置の違い、横軸方向の変位（Δｈ）となって現れるのである。【００２６】
ここで、電気光学結晶における時間-空間変換について説明する。
図４の（１）〜（４）は、THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの波面の重なりが空間的（ｈ軸方向）に同じ位置を保ったまま結晶中を伝播していく様子を模式図で示している。図４の（１）〜（４）に示すように、THzパルスとプローブパルス光の両者の結晶内での伝播速度が等しい場合、それぞれの波面の重なりは、結晶内で常に同じ場所（ｈ軸方向）で重なることがわかる。この過程を通して、２つのTHzパルスの時間遅延（Δτ）は、ｈ軸方向の空間的変位（Δｈ）に変換される。【００２７】
ここで、時間−空間変換における時間遅延（Δτ）とｈ軸方向の変位（Δｈ）の関係式は下記式で表される。ここで、θは、電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの光軸のなす角度を示しており、また、ｃは光速を示している。【００２８】
【数１】
2006085403.tif 000002
【００２９】
また、測定時間窓（ΔＴ）は、下記式で表される。ここで、ｄはプローブパルス光のビーム径、ｃは光速を示している。【００３０】
【数２】
2006085403.tif 000003
【００３１】
図５に、測定時間窓（ΔＴ）と電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの光軸のなす角度（θ）の相関グラフを示す。図５のグラフは、プローブパルス光のビーム径（ｄ）が、５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍの３ケースについて、測定時間窓（ΔＴ）と角度（θ）の相関を示している。ここで、光軸のなす角度（θ）が大きくなれば、測定時間窓（ΔＴ）が大きくなるのであるが、電気光学結晶内でのTHzパルスとプローブパルス光の伝播速度が等しくなるように位相整合条件を調節する必要があり、また、この調整パラメータが光軸のなす角度（θ）であるため、測定に最適な角度（θ）が存在し、それに対応して測定時間窓（ΔＴ）が決定される。【００３２】
THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの電気光学結晶における屈折率をｎＴＨｚとｎｏｐｔとすると、それぞれの電気光学結晶内部での速度は、ｃ／ｎＴＨｚ，ｃ／ｎｏｐｔとなる（ｃは光速）。
一般に、ｃ／ｎｏｐｔの方がｃ／ｎＴＨｚよりも大きいため、下記数式３からθを算出する。
例えば電気光学結晶がZnTeの場合、ｎＴＨｚ＝3.178，ｎｏｐｔ＝2.853であり、θ＝26.1°となる。【００３３】
【数３】
2006085403.tif 000004
【００３４】
以上、本発明に係る実時間THzパルス計測装置の原理について説明したが、これらから、以下に述べる本発明の観点から課題解決の手段が提供されることになる。【００３５】
本発明の第１の観点からは、レーザパルス光を発生するパルス光発生部と、レーザパルス光と光伝導スイッチ（もしくは非線形光学結晶）によって発生させたテラヘルツ電磁波パルス（THzパルス）を測定対象物に照射させるTHzパルス照射用光学系と、測定対象物を透過又は反射したTHzパルスを電気光学結晶に結像させるためのTHzパルス検出用光学系と、THzパルスと同期したプローブパルス光を、前記電気光学結晶に照射するプローブパルス光照射用光学系と、電気光学結晶を通過し、前記THzパルスの誘起複屈折率変化により偏光状態が変化したプローブパルス光の特定偏光成分を抽出する検光部とを備えたTHzパルス計測装置において、
（１）前記電気光学結晶に照射される前記THzパルスと前記プローブパルス光を非共軸配置とし、
（２）前記THzパルス照射用光学系において、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）を用いて、THzパルスを前記測定対象物に線集光（ラインビーム）として照射させ、その透過又は反射したTHzパルスを電気光学結晶に結像させるための光学系の配置とし、
（３）前記検光部の検出器を２次元イメージングデバイスとし、得られた２次元イメージング画像の１軸をTHzパルスの時系列波形の計測用として用い、他方の１軸を線集光（ラインビーム）で照射された測定対象物の１次元空間情報の計測用として用いることを特徴とする実時間THzパルス計測装置が提供される。【００３６】
次に、本発明の第２の観点は、好ましくは、第１の観点の実時間THzパルス計測装置において、THzパルス照射用光学系で用いられる円筒レンズが、測定対象物照射用，空間軸結像用，時間軸結像用として、少なくとも３個配設されることである。【００３７】
また、本発明の第３の観点は、好ましくは、第１の観点の実時間THzパルス計測装置において、検光部と電気光学結晶の間に、１／４波長板とビーム変位プリズムを配設し、電気光学結晶を通過したプローブパルス光が垂直偏光成分と水平偏光成分に分離されバランス検出されることである。【００３８】
また、本発明の第４の観点は、好ましくは、第１の観点の実時間THzパルス計測装置のプローブパルス光照射用光学系において、電気光学結晶内でのTHzパルスとプローブパルス光の伝播速度が等しくなるように位相整合条件を調節する非共軸ビーム交叉角度調節部をさらに設けることである。
これにより、THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの波面の重なりが空間的（ｈ軸方向）に同じ位置を保ったまま結晶中を伝播していくため、群速度不整合による時間分解能の低下を防ぐことができ、厚い電気光学結晶の利用が可能といった利点がある。【００３９】
次に、本発明の第５の観点は、本発明の第３の観点の実時間THzパルス計測装置において、検光部の２次元イメージングデバイスで検出されるプローブパルス光の垂直偏光成分と水平偏光成分の差分イメージを算出するTHzイメージ算出処理部がさらに設けられることである。【００４０】
次に、本発明の第６の観点からは、本発明の第１の観点乃至第５の観点において、計測されたTHzパルスの時系列波形をフーリエ変換することにより、振幅スペクトル及び／又は位相スペクトルを演算し表示する分光イメージング部を設けたことを特徴とする実時間テラヘルツ分光イメージング装置が提供される。【００４１】
さらに、本発明の第７の観点は、本発明の第６の観点の実時間テラヘルツ分光イメージング装置において、分光イメージング部が所定の周波数毎に表示部を有し、各表示部が測定対象物の内部透過像に重ねて所定の周波数に対応した振幅及び／又は位相を表示することにより、成分分析型内部透視を行うことである。【００４２】
また、本発明の第８の観点は、本発明の第１の観点乃至第５の観点において、得られた２次元時空間イメージ画像のTHzパルスの時系列波形の重なりから、測定対象物の断層イメージを演算し表示する断層イメージング部をさらに設けたことを特徴とする実時間テラヘルツ・トモグラフィー装置が提供される。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、マルチチャンネル分光器やストリークカメラなどの高価な装置を要することなく、従来のTHzパルス計測装置における光学配置の一部変更(共軸→非共軸、円筒レンズの導入)により実時間化が容易に実現できる。【００４４】
本発明によれば、シングルショットでTHzパルスの時間波形を取得することができるので、時間軸方向の走査（スキャニング）を不要とでき、実時間測定が可能となる。これは、高速単一現象のダイナミクス測定やダメージを受けやすいサンプルの測定の場合に有効に働くことになる。また、シングルショットでTHzパルスの時間波形を取得できるということで、低繰り返しレーザー増幅器のpu1se-to-pu1se強度揺らぎの影響を軽減することができ測定SN比を改善できる。【００４５】
また、本発明によれば、THzパルスのラインビームにより、測定対象物の空間的ラインのイメージング情報をワンショットで取得できるため、サンプル走査も不要となり、動体サンプルの内部非破壊検査、成分分析型内部透視イメージングがリアルタイムで可能となる。さらに、時間分解能の制限は無く、後述する実施例に示すような結像光学配置の導入による高いイメージング特性が期待できる。【００４６】
また、本発明は、光学配置を非共軸とするため、従来にはない以下に述べる効果を有する。電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの電気光学結晶内部での速度が異なるため、従来のように光学配置が共軸の場合には、電気光学結晶内での波面のオーバーラッピングしている空間長を長くして（すなわち、電気光学結晶の厚みを大きくして）変換効率を高めることができなかった（群速度の不整合）。しかし、本発明では、光学配置を非共軸としたため、群速度の不整合をキャンセルすることができる。すなわち、電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの電気光学結晶光軸のなす角度（θ）を調整することにより、電気光学結晶内部での伝播速度を等しくすることができる。これによって、電気光学結晶の材料、厚みなどの選択枝を拡げることが可能となるのである。【００４７】
テラヘルツ・トモグラフィー装置やテラヘルツ分光イメージング装置は、非接触リモート・非侵襲な成分分析型内部透視手段として、従来の超音波測定やX線測定に代替する可能性を有している。唯一の問題点は計測の実時間性に関する制限であり、これが本発明により解消できれば工業計測や生体計測を始めとした様々な実用計測に貢献可能であることは超音波診断やＸ線診断の例より明白である。【００４８】
特に、実時間計測は測定対象に対する制限を飛躍的に拡張し、従来技術では静止物体の測定しか可能でなかったが、本発明により動体（ライン上の製品、生体他）でさえも容易に測定可能になるところに、本発明の最大の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、本発明に係る実時間THzパルス計測装置の一実施形態の装置構成について図を示しながら説明する。
図６は、本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成図を示している。以下、図６を参照しながら、本発明に係るTHzパルス計測装置の原理について説明する。【００５０】
先ず、増幅フェムト秒パルスレーザ装置２０から放射された光パルスはビームスプリッタ(ＢＳ)２１により、ポンプパルス光２２とプローブパルス光２３に分割される。その後、ポンプパルス光２２は時間軸校正３９を受け、THzパルス発生部３２へと導かれる。THzパルス発生部３２には、電気光学結晶（ZnTe）を用いている。尚、電気光学結晶の代わりにラージギャップ光伝導スイッチを用いてもよい。THzパルス発生部３２にフェムト秒光パルスを照射すると、THzパルスが発生する。発生したTHzパルスは、テラヘルツ・レンズL1（３０）を通ってコリメートされた後、平凸円筒レンズ（平凸シリンドリカルレンズ）CL1によって線集光（ラインビーム照射）される。図６において、点線で囲まれた光路は、それぞれ光学系を上方から観測したもの（Top  View）と真横から観測したもの（Side  View）であり、平凸円筒レンズCL1を通過したTHzパルスが線集光（ラインビーム）されている様子が図示されている。ここでは、先ず、THzパルス計測装置全体の光学系を説明するため、測定対象物はないものとする。別の平凸円筒レンズCL2によってコリメートされたTHzパルスは、レンズL2（３１）で電気光学結晶（ZnTe）上に結像させることにしている。【００５１】
一方、プローブパルス光は偏光子３６を経て電気光学結晶３３に入射される。この時、プローブパルス光は、THzパルスと同一の光路上（共軸配置）に導かれるのではなく、異なる光路上（非共軸配置）に導かれる。これにより、両ビームは結晶内で交差させられ面として重ねられる。これにより時間軸上に展開していたTHzパルス時系列波形情報を、電気光学結晶における時間−空間変換を用いて空間１次元に展開することができ、時間軸の走査を省略できるのである。【００５２】
電気光学結晶３３内ではTHzパルスの電場強度に比例して屈折率の変化が起こり、複屈折を誘起する。偏光子３６により直線偏光したプローブパルス光が電気光学結晶に入射すると、THzパルスの電場によって誘起された複屈折のために位相変化が生じ、結晶を通過した後は偏光状態が変化して楕円偏光となる。このプローブパルス光の偏光状態の変化をCCDカメラ４０の前に検光子３７を挿入することにより光強度へと変換して画像化する。ここで、検光子３７と偏光子３６は、クロスニコル配置（直交配置）になっており、偏光が変化した成分のみがCCDカメラ４０に到達するしくみとなっている。【００５３】
また、時間軸の校正は、ポンプパルス光側の時間軸校正用ステージ３９を既知量動かした場合のTHzパルスのピーク位置のピクセル移動量から行っている。
また、電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの電気光学結晶光軸のなす角度（θ）の調整は、平面ミラー３４に接続された図示しない共軸ビーム交叉角度調節部で行っており、これにより電気光学結晶内部での伝播速度を等しくなるように位相整合条件を調節している。【００５４】
ここで、図６の実時間THzパルス計測装置で用いた各機器の仕様を示す。
１）フェムト秒レーザー：スペクトラフィジックス製，パルスエネルギー1mJ，パルス幅100fs、中心波長800nm、繰り返し周波数1kHz
２）電気光学結晶：<110>ZnTe  
３）CCDカメラ：Sony XC-ST50,640*480ピクセル,8ビット，フレームレート30fps，S/N;56dB【００５５】
また、その他の実験条件は下記の通りである。
・ポンプパルス光：450mW
・発生側のZnTe（図６中符号32で示す）結晶軸角度：＜001＞を-145°回転
・プローブパルス光：1mW
・検出側のZnTe（図６中符号33で示す）結晶軸角度：＜001＞を145°回転【００５６】
図７は、図６の実時間THzパルス計測装置において、CCDカメラで取得したTHzパルス波形イメージ（バックグラウンド光除去後）を示している。図７において、横軸スケールは、サンプル厚さ方向に対応し、図６の実時間THzパルス計測装置の条件（プローブパルス光径ｄ＝５ｍｍ，THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの光軸のなす角度θ＝２０°）から、前述の数式２により測定時間窓Ｔ＝６ｐｓと求めたものである。なお、縦軸スケールは、この場合サンプルを導入していないので、垂直方向に一様な分布となっている。【００５７】
図８は、CCDカメラから得られた２次元イメージング画像情報から、コンピュータ処理により（図６中、コンピュータの図示は省略してある）、テラヘルツ時間波形分布イメージに変換したものである。
また、図９は、図８においてシングルラインａで、切り出したTHzパルス時間波形分布を示している。図９中、0.5psは、照射したTHzパルス波形の半値全幅に相当する数値であり、本発明に係る実時間THzパルス計測装置により、THzパルス時間波形が再現できていることを示すものである。【００５８】
図１０は、図８のTHzパルス時間波形分布をフーリエ変換することにより、得られた振幅スペクトルを示す。また、図１１に、図８のTHzパルス時間波形分布イメージ情報をフーリエ変換することにより、得られた位相スペクトルを示す。
振幅スペクトルと位相スペクトルから、吸収スペクトルと屈折率スペクトルをそれぞれ算出し、これを測定対象物の成分を分析するのに使うことができる。従来から光を用いた分光分析法があったが、光の領域は強度（吸収）の情報しか見ることができないが、テラヘルツ分光イメージング装置では、物質に固有の吸収と屈折率の２つのパラメータ（複素屈折率）で識別できるので物質の識別性が向上するのである。【００５９】
ここで、THzパルスの時間波形分布イメージをフーリエ変換して、振幅、位相スペクトルによる成分分析のメカニズムを以下に説明する。THzパルスの時間波形E(t)は、THzパルスの振幅と位相情報を含んでいるため、これをフーリエ変換（下記数式４を参照）することにより、振幅スペクトルE (ω) と位相スペクトルθ(ω)を求めることができる。【００６０】
【数４】
2006085403.tif 000005
【００６１】
先ず、サンプルが無い場合のTHzパルス時間波形Er (t)を測定し、コンピュータ処理でフーリエ変換して振幅スペクトル|Er (ω) |と位相スペクトルθr (ω)を求める(図１２（ａ）参照)。次に、サンプルが有る場合の時間波形Es (t)をフーリエ変換して振幅スペクトル|Es (ω) |と位相スペクトルθs(ω)を求める(図１２（ｂ）参照)。
そして、下記数式５〜７を用いて、吸収スペクトルk(ω)及び屈折率スペクトルn(ω)を算出するのである（詳細については、分光研究  第50巻第6号pp.273を参照）。
なお、下記数式６，７の中で、ｃは光速、ｄはサンプルの厚さを表している。また、図１２では透過の場合を示しているが、下記数式は、反射の場合も同様に用いることができる。【００６２】
【数５】
2006085403.tif 000006
【００６３】
【数６】
2006085403.tif 000007
【００６４】
【数７】
2006085403.tif 000008
【００６５】
スペクトル幅の狭い波長可変THz光源を用いる方法の場合には、THｚ波長を連続的に可変しながら吸収スペクトルを取得し、サンプルの吸収スペクトルを取得するのであるが、本発明ではテラヘルツ電磁波パルス（THzパルス）を用いる方法であるため、THzパルスそのものが広帯域なスペクトルを有しているので波長可変は不要で、フーリエ変換赤外分光と同様に、フーリエ変換して得た吸収または屈折率の周波数スペクトルから物質を同定できるのである。【００６６】
試薬・禁止薬物・農薬・ビタミン類・糖類などの物質では、THz領域で物質識別可能な特徴的な吸収スペクトル（指紋スペクトル）を各々示す。したがって、サンプルの吸収スペクトルと各物質成分の指紋スペクトル（既知）を比較することにより、サンプル含有成分を特定することができるのである。また、サンプルが複数成分を含有しているときには、指紋スペクトルと主成分分析法を利用することにより、各成分の分析が可能となる。
【実施例１】
【００６７】
図１３に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ａ（反射１次元結像の基本配置）を示す。
電気光学結晶に照射されるTHzパルスとプローブパルス光を非共軸に配置した図６の構成を反射配置に変更し、平凸円筒レンズ（平凸シリンドリカルレンズ）CL1を用いてTHzパルスを線集光（ラインビーム）で測定対象物に照射し、その反射光を結像光学系（結像レンズL2）で電気光学結晶（ZnTe）上に結像させることにしている。図１３において、点線で囲まれた光路は、それぞれ光学系を上方から観測したもの（Top  View）と真横から観測したもの（Side  View）であり、平凸円筒レンズCL1を通過したTHzパルスが線集光（ラインビーム）で測定対象物に照射されている様子が図示されている。【００６８】
２次元イメージングデバイス（CCDカメラ）の画像の１軸を、シングルショットでのTHzパルスの時系列波形の計測用として用い、他方の１軸を、測定対象物を線集光（ラインビーム）で反射したTHzパルスの１次元イメージング用として用いることで、シングルショットのテラヘルツ・トモグラフィー装置を実現している。【００６９】
実際に、本実施例のテラヘルツ・トモグラフィー装置で塗装膜を測定してみた。測定対象物として、図１４に示すようにアルミ素地に白エナメル塗装膜を施し、THzパルスを照射した。実時間で測定できることを示すため、測定対象物を移動させながら測定を行った。測定対象物を移動する速さは、５mm/secである。【００７０】
図１５に、CCDカメラで取得したTHzパルス波形イメージ（塗装膜測定結果）を示す。図１５の（ａ）は、白エナメル塗装膜を施していないアルミ素地の部分にTHzパルスを照射した際、得られたTHzパルス波形イメージである。また、図１５の（ｂ）は、白エナメル塗装膜を施していないアルミ素地の部分と白エナメル塗装膜を施したアルミ素地の部分の境界部分にTHzパルスを照射した際、得られたTHzパルス波形イメージである。また、図１５の（ｃ）は、白エナメル塗装膜を施したアルミ素地の部分にTHzパルスを照射した際、得られたTHzパルス波形イメージである。【００７１】
図１５の（ａ）では、素地表面からの１つのTHzエコーパルス波形イメージしか確認できないのに対し、図１５の（ｃ）では、塗膜表面及び塗膜−素地境界の２つのTHzエコーパルス波形イメージが確認できている。また、図１５の（ｂ）では、１つのTHzパルスエコー波形イメージから２つのTHzパルスエコー波形イメージへの遷移過程が確認できる。これらから、動体サンプルに対しても、実時間でTHzパルス測定が行われていることが理解できる。
【実施例２】
【００７２】
一方、本発明の非接触リモート特性を利用すると、従来は測定困難とされた未乾燥状態の塗装膜（ウェット膜）の測定も可能となる。そこで、ウェット膜の乾燥に伴う膜厚変化を図１８に示す実時間THｚパルス計測装置の構成Ａ（反射１次元結像の基本配置）を用いて実時間測定した。【００７３】
サンプルは速乾性黒アクリル塗装をアルミ板に施したもので、塗装前後の２次元断層イメージを測定した。図１６は、１分毎の２次元断層THzイメージを示している。塗装前は剥き出しのアルミ板上からのTHzエコー信号のみが観測されているが、塗装後は塗膜表面及び塗膜-アルミ板境界からの２つのTHzエコー信号が時間的に分離されている。乾燥の進行に伴い、２つのTHzエコー信号の時間的位置が変化している様子が確認できる。【００７４】
ここで、左側のTHzエコー信号は塗装膜の幾何学的膜厚に対応しているのに対し、２つのTHzエコー信号の時間間隔が光学的膜厚に対応している。これらの時間的変化から、乾燥に伴う収縮により塗装膜の幾何学的膜厚が減少し、それに伴い光学的膜厚も減少することが分かる。また、塗装膜の収縮が面内で均一に進行している様子も確認できる。
【実施例３】
【００７５】
図１７に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｂ（イメージの時間軸歪みを補正した光学系配置）を示す。本実施例の光学系配置は、測定対象物の空間軸イメージ（深さ分布）を歪みなく電気光学結晶に結像するための光学系配置である。
３個の平凸円筒レンズCL1，CL3，CL4を、それぞれ測定対象物照射用，空間軸結像用，時間軸結像用として用いている。また、CL3とCL4の長手方向が直交するように配設している。【００７６】
ここで、図１７のTop  Viewは時間軸方向（図７の水平軸方向）の結像状態を、Side  Viewは空間軸方向（図７の垂直軸方向）の結像状態を示していることになる。したがって、平凸円筒レンズCL3は空間軸方向に対してのみ結像レンズとして機能する。【００７７】
一方、平凸円筒レンズCL4は時間軸方向に対してのみレンズとして機能し、この場合は平凸円筒レンズCL1によってサンプル上に線集光されたラインイメージを再び結像する。この位置では、THzパルスの波面は平面波と見なせるため、ここに電気光学結晶を配置してプローブパルスと共に非共軸入射すると、平面波同士（THzパルスとプローブパルス）の時間-空間変換が行われることになり、時間軸イメージの歪みが発生しない。【００７８】
一方、図１３の光学系では、空間軸イメージを電気光学結晶上に結像するためには、ラインイメージ結像位置（Top  View）から離れた位置に電気光学結晶を配置せざるを得ない。この位置ではTHzパルスの波面はもはや平面波ではなく球面波となる。その結果、THzパルス球面波とプローブパルス平面波による時間-空間変換が行われ、時間軸イメージが歪むのは図１の測定原理から自明である。
【実施例４】
【００７９】
次に、図１８に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｃ（高空間分解能イメージング用の配置）を示す。本実施例の光学系配置は、測定対象物の２次元時空間THzイメージ（図７）を高い空間分解能で検出するための光学系配置である。平凸円筒レンズCL1によってサンプルに線集光され反射したTHzパルスはCL1によってコリメートされ、平面波の状態で空間を伝搬する。ここでこれまで用いてきたTHz結像光学系を省略して、THzパルスは直接プローブパルス光と共に電気光学結晶に非共軸入射される。その結果、平面波として空間伝搬していたTHzパルスの空間分布が電気光学効果を介してプローブパルス光に転写される。
このプローブパルス光を結像レンズL3で結像すると、CCDカメラ上に２次元時空間THzイメージを再現できる。【００８０】
一方、図１３及び図１７の配置では、まずTHzパルスをTHz結像レンズによって電気光学結晶上に結像する。その結像イメージを電気光学効果によってプローブパルス光に転写した後、結像レンズL3によってプローブパルス光をCCDカメラ上に結像する。このように、２回の結像プロセスを経て２次元時空間THzイメージ信号が取得される。【００８１】
一般に、電磁波の波長が長ければ長いほど回折の効果は大きくなりそれに伴い空間分解能が低下する。図１３及び図１７の配置では、電気光学結晶上のTHzイメージ結像時にTHz波回折による空間分解能の低下が起こる可能性がある。一方、図１８の配置では、THzイメージ結像プロセスを省略し直接プローブパルス光によって結像しているため、THz波回折による空間分解能低下の影響を受けず、高い空間分解能が期待できる。また、THzパルスが平面波として伝搬している状態で電気光学結晶による時間-空間変換が行われるため、図１７と同様、時間軸の歪みも発生しない。
【実施例５】
【００８２】
図１９に本発明に係る高感度バランス検出をおこなう検光部の構成を示す。図１９に示すように、電気光学結晶（図示せず）とCCDカメラの間に、１／４波長板（λ/4）とビーム変位プリズム（BD）を配設する。偏光子Pによって直線偏光にされたプローブパルス光は、電気光学結晶を通過後、１／４波長板によって円偏光に変換される。円偏光の垂直偏光成分と水平偏光成分は、ビーム変位プリズムによって空間的横ずらしを受け、２つの平行ビームとして出射される。これらを結像レンズL3によって同一CCDカメラの異なる部位に結像する。THzパルスが電気光学結晶に入射されていない場合には、垂直偏光ビーム及び水平偏光ビームは全く同じイメージを結像することになるので、コンピュータで両イメージを空間的に重ね合わせて差分イメージを取ると（バランス検出イメージング）、垂直偏光ビーム及び水平偏光ビームの各バックグラウンド・ノイズ光が相殺され、信号は検出されない。  【００８３】
また、図２０に示されるような検光部の構成を取ることも可能である。図２０に示されるように、電気光学結晶（図示せず）とCCDカメラの間に、１／４波長板（λ/4）と偏光ビームスプリッター（PBS）を配設する。偏光子Pによって直線偏光にされたプローブパルス光は、電気光学結晶を通過後、１／４波長板によって円偏光に変換される。円偏光の垂直偏光成分はPBSで反射され、水平偏光成分はPBSを透過する。透過および反射の両ビーム光は、２組の結像レンズ（L3、L4)とCCDカメラ（CCD1,CCD2）のペアを用いて、垂直偏光イメージ及び水平偏光イメージとして検出される。THzパルスが電気光学結晶に入射されていない場合には、垂直偏光イメージ及び水平偏光イメージは全く同じイメージを結像することになるので、コンピュータで両イメージを空間的に重ね合わせて差分イメージを取ると（バランス検出イメージング）、垂直偏光イメージ及び水平偏光イメージの各バックグラウンド・ノイズ光が相殺され、信号は検出されない。  【００８４】
一方、THzパルスを電気光学結晶に入射すると、電気光学効果による複屈折のため、円偏光が楕円偏光化され、差分イメージ信号がバックグラウンド・ノイズ光フリーの状態で高感度に検出可能となる。このようなバランス検出イメージングにより、光バイアス印加による電気光学効果効率の増大、電気光学結晶内多重散乱によるバックグラウンド・ノイズ光の除去、レーザーパルス強度揺らぎ影響の除去といったことが可能となり、THzイメージング検出の大幅な高感度化が可能となる。
上述の実施例２〜４の実時間THzパルス計測装置の構成の検光部を、この高感度バランス検出をおこなう検光部に置き換えることにより、大幅な高感度化が可能である。これは、以下の実施例６〜８についても同様である。
【実施例６】
【００８５】
図２１に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｄ（透過１次元結像の基本配置）を示す。
電気光学結晶に照射されるTHzパルスとプローブパルス光を非共軸に配置した図６の構成で、測定対象物の前後に平凸円筒レンズ（平凸シリンドリカルレンズ）CL1，CL2を設け、これを用いてTHzパルスを線集光（ラインビーム）で測定対象物に照射し、その透過光を結像光学系（結像レンズL2）で電気光学結晶（ZnTe）上に結像させることにしている。２次元イメージングデバイス（CCDカメラ）の画像の１軸を、シングルショットでのTHzパルスの時系列波形の計測用として用い、他方の１軸を、測定対象物を線集光（ラインビーム）で透過したTHzパルスの１次元イメージング用として用いる。
THzパルスの時系列波形を図示しない分光イメージング部で高速フーリエ変換することにより、シングルショットのテラヘルツ分光イメージング装置を実現できる。
【実施例７】
【００８６】
図２２に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｅ（イメージの時間軸歪みを補正した光学系配置）を示す。本実施例の光学系配置は、測定対象物の空間軸情報及び時間情報（深さ分布）を歪みなく電気光学結晶に結像するための光学系配置である。
４個の平凸円筒レンズCL1，CL2，CL3，CL4を、それぞれ測定対象物照射用，透過光コリメート用、空間軸結像用，時間軸結像用として用い、平凸円筒レンズCL3とCL4のレンズの長手方向が直交するように配設されている。【００８７】
ここで、図２２のTop  Viewは時間軸方向（図７の水平軸方向）の結像状態を、Side  Viewは空間軸方向（図７の垂直軸方向）の結像状態を示していることになる。したがって、平凸円筒レンズCL3は空間軸方向に対してのみ結像レンズとして機能する。一方、平凸円筒レンズCL4は時間軸方向に対してのみレンズとして機能し、この場合は平凸円筒レンズCL1によってサンプル上に線集光されたラインイメージを再び結像する。この位置では、THzパルスの波面は平面波と見なせるため、ここに電気光学結晶を配置してプローブパルスと共に非共軸入射すると、平面波同士（THzパルスとプローブパルス）の時間-空間変換が行われることになり、時間軸イメージの歪みが発生しない。【００８８】
一方、図２１の光学系では、空間軸イメージを電気光学結晶上に結像するためには、ラインイメージ結像位置（Top  View）から離れた位置に電気光学結晶を配置せざるを得ない。この位置ではTHzパルスの波面はもはや平面波ではなく球面波となる。その結果、THzパルス球面波とプローブパルス平面波による時間-空間変換が行われ、時間軸イメージが歪むのは図１の測定原理から自明である。
【実施例８】
【００８９】
図２３に本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｆ（高空間分解能イメージング用の配置）を示す。本実施例の光学系配置は、測定対象物の２次元時空間THzイメージ（図７）を高い空間分解能で検出するための光学系配置である。平凸円筒レンズCL1によってサンプルに線集光され透過したTHzパルスはCL2によってコリメートされ、平面波の状態で空間を伝搬する。ここでこれまで用いてきたTHz結像光学系を省略して、THzパルスは直接プローブパルス光と共に電気光学結晶に非共軸入射される。その結果、平面波として空間伝搬していたTHzパルスの空間分布が電気光学効果を介してプローブパルス光に転写される。このプローブパルス光をレンズL3で結像すると、CCDカメラ上に２次元時空間THzイメージを再現できる。【００９０】
一方、図２１及び図２２の配置では、まずTHzパルスをTHz結像レンズによって電気光学結晶上に結像する。その結像イメージを電気光学効果によってプローブパルス光に転写した後、結像レンズL3によってプローブパルス光をCCDカメラ上に結像する。このように、２回の結像プロセスを経て２次元時空間THzイメージ信号が取得される。【００９１】
一般に、電磁波の波長が長ければ長いほど回折の効果は大きくなりそれに伴い空間分解能が低下する。図２１及び図２２の配置では、電気光学結晶上のTHzイメージ結像時にTHz波回折による空間分解能の低下が起こる可能性がある。【００９２】
一方、本実施例（図２３）の配置では、THzイメージ結像プロセスを省略し直接プローブパルス光によって結像しているため、THz波回折による空間分解能低下の影響を受けず、高い空間分解能が期待できる。また、THzパルスが平面波として伝搬している状態で電気光学結晶による時間-空間変換が行われるため、図２４と同様、時間軸の歪みも発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る実時間テラヘルツ・トモグラフィーは、動体サンプルの非破壊検査や生体診断に利用可能である。また、橋梁を始めとした屋外構造物の高所箇所など検査に危険を伴う部位の内部構造欠陥や剥離を、遠隔から非接触モニターできるセンサーシステムとしても利用可能である。一方、テラヘルツ分光イメージング装置は、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、リアルタイム性を必要とされる非破壊検査，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）、郵便封書内の禁止薬物（麻薬・覚醒剤他）の検出などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の原理図を示す。
【図２】２次元イメージングデバイス（ＣＣＤなど）で得られる画像イメージの模式図を示す。
【図３】（１）測定対象物が厚さの異なる構造を持つ場合における入射光と透過光の模式図を示す。（２）測定対象物が２層の内部構造を持つ場合における入射光と反射光（エコーパルス）の模式図を示す。
【図４】THzパルスとプローブパルス光のそれぞれの波面の重なりが空間的（h-axis方向）に同じ位置を保ったまま結晶中を伝播していく様子を模式図（１）〜（４）に示す。
【図５】測定時間窓（ΔＴ）と電気光学結晶に入射するTHzパルスとプローブパルス光のそれぞれの光軸のなす角度（θ）の相関グラフを示す。
【図６】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成図を示す。但し、測定対象物にTHzパルスを線集光する円筒レンズは除いている。
【図７】CCDカメラで取得したTHzパルス波形イメージ（バックグラウンド光除去後）を示す。
【図８】CCDカメラから得られた２次元イメージング画像情報から変換したTHzパルス時間波形分布を示す。
【図９】シングルラインａで切り出したTHzパルス時間波形分布を示している。
【図１０】THzパルス時間波形分布をフーリエ変換することにより、得られた振幅スペクトルを示す。
【図１１】THzパルス時間波形分布をフーリエ変換することにより、得られた位相スペクトルを示す。
【図１２】THzパルスの時間波形分布イメージをフーリエ変換して、振幅、位相スペクトルによる成分分析を行うメカニズムを説明する模式図である。
【図１３】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ａ（基本配置）を示す。
【図１４】移動する測定対象物にTHzパルスを照射する様子を表した模式図を示す。
【図１５】テラヘルツ・トモグラフィー装置の構成Ａで、測定対象物を移動させながら、CCDカメラで取得したTHzパルス波形イメージ（塗装膜測定結果）を示す。
【図１６】速乾性黒アクリル塗装をアルミ板に施したサンプルを用いて、塗装前後の２次元断層イメージを測定した結果を示す。（ａ）〜（ｉ）は１分毎の２次元断層THzイメージを示している。
【図１７】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｂ（イメージの時間軸歪みを補正した光学系配置）を示す。
【図１８】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｃ（高空間分解能イメージング用の配置）を示す。
【図１９】高感度バランス検出イメージングをおこなう検光部の構成を示す。
【図２０】高感度バランス検出イメージングをおこなう検光部の他の構成を示す。
【図２１】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｄ（基本配置）を示す。
【図２２】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｅ（イメージの時間軸歪みを補正した光学系配置）を示す。
【図２３】本発明に係る実時間THzパルス計測装置の構成Ｆ（高空間分解能イメージング用の配置）を示す。
【符号の説明】
【００９５】
１      THzパルス
２      プローブパルス光
３      電気光学結晶（EO結晶）
４      偏光子
５      検光子
６      ２次元イメージングデバイス
８，９  円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）
１０，１３    測定対象物（サンプル）
１１，１４    入射光（THzパルス）
１２    透過光（THzパルス）
１５    反射光（エコーパルス）
２０    フェムト秒パルスレーザ装置
２１    ビームスプリッター
２２    ポンプパルス光
２３    プローブパルス光
２４    交差ミラー
２５，２６，２７，２８，２９    平面ミラー
３０，３１    放物面ミラー
３２    THzパルス発生部
３３    電気光学結晶（EO結晶）
３４，３５    平面ミラー
３６    偏光子
３７    検光子
３８    結像レンズ
３９    時間軸校正用ステージ
４０    ＣＣＤカメラ
ＢＳ  ：ビームスプリッター
ＣＲ  ：コーナーリフレクター
Ｐ    ：偏光子  
Ａ    ：検光子
λ／４：１／４波長板
ＢＤ  ：ビーム変位プリズム
ＣＣＤ：ＣＣＤカメラ
ＺｎＴｅ：テルル化亜鉛結晶（電気光学結晶）
ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４  ：平凸円筒レンズ
Ｌ１，Ｌ２                      ：平凸レンズ
Ｌ３                            ：結像レンズ（ＣＣＤカメラ集光用レンズ）
【図１】
2006085403.tif 000009
【図２】
2006085403.tif 000010
【図３】
2006085403.tif 000011
【図４】
2006085403.tif 000012
【図５】
2006085403.tif 000013
【図６】
2006085403.tif 000014
【図７】
2006085403.tif 000015
【図８】
2006085403.tif 000016
【図９】
2006085403.tif 000017
【図１０】
2006085403.tif 000018
【図１１】
2006085403.tif 000019
【図１２】
2006085403.tif 000020
【図１３】
2006085403.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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