(57)【要約】      （修正有）【課題】連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置を提供する。【解決手段】長が固定されたレーザ１と波長掃引レーザ２から生成された周波数が高速に変化する連続波ＴＨｚビームが対象物１１に反射した信号を測定して対象物の深さ方向の情報を得て、ＴＨｚビームスキャナー９を使用して対象物の二次元スキャンを行うことにより、対象物に対する三次元映像を高速および高精度に取得できるようにする、連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。【選択図】図３
2017075945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された第１波長を有する第１レーザ光を発振する波長固定レーザ（１）と、
１周期の間に予め設定された最小波長から予め設定された最大波長に高速に変化する第２波長を有する第２レーザ光を発振する波長掃引レーザ（２）と、
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を結合して混合光を形成し、前記混合光を第１混合光と第２混合光とに分岐するカプラー（４）と、
前記カプラー（４）で分岐された前記第１混合光が入力されて第１波長に対応する周波数と第２波長に対応する周波数との差値に該当する周波数を有する連続波ＴＨｚビームを出力する発生器（５）と、
前記カプラー（４）で分岐された前記第２混合光と対象物（１１）で反射したＴＨｚビームが入力されて光電流を生成する検出器（７）と、
前記発生器（５）から放出されたＴＨｚビームの進行光経路上に配置され、前記発生器（５）から放出されたＴＨｚビームは通過させ、前記対象物（１１）から反射してきたＴＨｚビームを反射させて前記検出器（７）に入射させるビームスプリッタ（８）と、
前記発生器（５）から放出されたＴＨｚビームの入射を受けてＴＨｚビーム方向角度を調節するガルバノメータスキャナー（９）と、
前記ガルバノメータスキャナー（９）により角度が調節されたＴＨｚビームを前記対象物（１１）に向かって照射するテレセントリックｆ‐θレンズ（１０）と、
前記波長掃引レーザ（２）の特定の波長での信号でトリガ信号を発生するデジタルパルス発生器（１２）と、
発生したトリガ信号に基づいて前記発生器（５）に電圧を印加する第１波形信号発生器（１５）と、
発生したトリガ信号に基づいて前記ガルバノメータスキャナー（９）の角度調節を制御する二次元スキャン駆動部（Ｓ）と、
発生したトリガ信号に基づいて前記検出器（７）で検出されたＴＨｚビーム反射信号および前記ガルバノメータスキャナー（９）の角度調節駆動信号をデジタル化するデジタイザ（１３）と、
前記デジタイザ（１３）からデジタル化した前記ＴＨｚビーム反射信号およびデジタル化した前記角度調節駆動信号の伝達を受け、前記ＴＨｚビーム反射信号を分析して前記対象物（１１）の形状の深さ情報を算出し、角度調節駆動信号を分析して前記ＴＨｚビーム反射信号が発生した前記対象物（１１）上の二次元位置情報を算出し、前記対象物（１１）の三次元形状情報を算出するコンピュータ（１４）と、を含むことを特徴とする、連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項２】
前記波長掃引レーザ（２）は、
数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚ範囲内の値である波長掃引繰り返し率（sweep rate）を有し、前記波長掃引レーザ（２）の１周期は、前記波長掃引繰り返し率（sweep rate）の逆数であることを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項３】
前記二次元スキャン駆動部（Ｓ）は、
前記デジタルパルス発生器（１２）で発生したトリガ信号に基づいて前記ガルバノメータスキャナー（９）を駆動するために駆動用波形信号を発生させる第２波形信号発生器（１６）と、
前記第２波形信号発生器（１６）から伝達を受けた駆動用波形信号を使用して前記ガルバノメータスキャナー（９）を回転させる少なくとも一つの回転駆動部（１７、１８）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項４】
第１レーザ光または第２レーザ光の光出力を増幅するための半導体増幅器または光ファイバ増幅器（３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項５】
前記カプラー（４）で分岐された前記第１混合光を可変時間遅延させて前記発生器（５）に入力するか、前記第２混合光を可変時間遅延させて前記検出器（７）に入力する可変時間遅延ツール（６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項６】
前記検出器（７）で検出された信号を増幅して前記デジタイザー（１３）に伝達する増幅器（１９）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項７】
前記デジタイザー（１３）は、
ＴＨｚビーム反射信号をデジタル化するにあたり、
前記デジタルパルス発生器（１２）で発生した波長掃引繰り返し率と同一の周波数のトリガ信号に基づいて、前記波長掃引繰り返し率の逆数である１周期の間に前記検出器（７）で検出されたＴＨｚビーム反射信号をデジタル化することを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項８】
ＴＨｚビーム反射信号の信号対雑音比を改善するために、
第１波形信号発生器（１５）が、前記デジタルパルス発生器（１２）で発生したトリガ信号に基づいてオンオフが交互に繰り返されるバイアス電圧を発生器（５）に印加し、
前記デジタイザー（１３）が、前記１周期の間に、デジタル化されたＴＨｚビーム反射信号を繰り返して前記コンピュータ（１４）に提供し、
前記コンピュータ（１４）が、繰り返して取得したデジタルデータの加算と減算を交互に行って平均化させることを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項９】
前記発生器（５）から出力されるＴＨｚビームのコリメーション（collimation）に使用されるか、または前記ビームスプリッター（８）で反射するＴＨｚビームを前記検出器（７）に集束（focusing）するために使用される少なくとも一つの軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズ（２０）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【請求項１０】
前記発生器（５）、前記検出器（７）、前記ビームスプリッター（８）、前記軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズ（２０）、前記ガルバノメータスキャナ（９）、前記テレセントリックｆ‐θレンズ（１０）が一体としてユニット化されたヘッド（head）で構成され、
前記発生器（５）および前記検出器（７）として光ファイバ結合した発生器および検出器が使用されることにより、前記ヘッドが持ち運び可能に（portable）形成されることを特徴とする、請求項１に記載の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続波テラヘルツ（ＴＨｚ）ビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置に関し、より詳細には、波長が固定されたレーザと波長掃引レーザから生成された周波数が高速に変化する連続波ＴＨｚビームで検出対象をスキャンして、非破壊および非接触式で検出対象に対する三次元映像が高速で得られるようにする高速三次元映像検出装置に関する。
【０００２】
対象物の形状を測定することは、産業界全般の技術分野において非常に重要で必須のことであり、様々な研究および開発が活発に行われている。一例として、二次元平面上の微細形状、例えば、半導体集積回路の線幅を測定したり、パターン欠陥、異物、非対称性などを検査するための二次元映像測定技術の場合、光学顕微鏡およびＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いたプローブシステムが代表的なものであり、このような二次元映像を取得する技術は、一般的な光学顕微鏡または電子顕微鏡の分野において既に商用化されて広く使用されている。
【０００３】
一方、二次元映像からさらに進んで三次元形状に関する情報の取得の必要性が高まるにつれて、対象物の外面の形状を測定するだけでなく、対象物の表面の三次元形状や内部形状を測定する技術もまた様々な方式への発展が行われてきた。例えば、生体内部の三次元構造を映像化して検出したり、容器内に入っている物体を判別したり、対象物内部のクラックを検出するなどの技術がそれである。このような対象物の測定において、基本的に前提となることは、非破壊方式の測定が可能であることであり、これに加え、非接触方式で測定することが可能であればより好ましい。
【背景技術】
【０００４】
非破壊および非接触式検出技術のうち最も単純なことは、投影映像を取得することであり、Ｘ線技術などがその例となり得る。周知のように、ある対象物に透過性電磁波であるＸ線を照射した後、対象物を透過して出たＸ線を検出すると、Ｘ線が三次元対象物を透過して出ながら吸収された量に応じて検出される量が変化することを用いて三次元対象物に対する二次元投影映像を得ることができる。
【０００５】
テラヘルツ（ＴＨｚ）ビームもまた透過性に優れた電磁波であり、繊維やプラスチックなどの様々な非伝導性物質を透過することができ、特に、Ｘ線とは異なり、生体組織やＤＮＡに損傷を与えるほど光子エネルギーが相対的に高くなく、Ｘ線に比べて生物学的な安全性が高い利点がある。ＴＨｚビームを用いた非破壊検査技術は、空港の保安検査台などでスーツケース中の物や空港利用者の身体に武器類が存在するかを検査するなどの技術として活用することができる。
【０００６】
一方、上述のようなＸ線、ＴＨｚビームを用いて取得された投影映像は、三次元物体に対する二次元情報しか提供することができない。対象物に対するより正確な三次元構造を明かすための技術として、ＣＴ（Computed Tomography、コンピュータ断層映像）、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography、光干渉断層映像）などの技術が使用されている。このような技術は、一般的に、医学分野では生体内部の三次元構造を映像化するために多く使用される。ＣＴ技術は、対象物に対するＸ線投影映像を多角度で撮影して得た後、この映像を再度組み合わせて断層映像または三次元映像を算出する技術である。また、ＯＣＴ技術は、光干渉現象を用いて対象物内部の微細構造を映像化する技術であり、生体組織の損傷を最小化するとともに生体組織内部の微細構造を取得できるという点において、特に、現在、医学分野で脚光を浴びている技術である。
【０００７】
しかしながら、一般的に周知のように、ＣＴ撮影の時には、対象物に対して異なる角度で数百〜数千枚の二次元投影映像を得る必要があるため、撮影に非常に長い時間がかかる。すなわち、ＣＴ撮影方式を用いた三次元形状検出技術を医学分野以外の産業分野に適用するには時間的な効率が極端に悪い。一方、ＯＣＴ技術の場合、光源出力、安定性、速度改善などに関する研究が活発に行われているが、三次元映像化が可能な深さが数ｍｍに過ぎず、網膜診断や内視鏡技術への応用などに制限的に適用されるという限界がある。
【０００８】
現在、様々な産業分野において三次元映像検出技術の必要性が高まっているが、上述のように、現在まで開発および使用されてきた技術の場合、それぞれの技術分野特性によって研究されてきた特殊化によりむしろ限界が存在し、より様々な産業分野への適用が困難である。このように、より様々な産業分野への適用が可能な三次元映像を検出するための技術が解決すべき課題は、物質や大きさなどの制限を低減してより様々な対象物に対する検出を可能とすることなどがあり、なによりも最も至急に要求されることは、高速および高精度の測定を可能にすることである。
【０００９】
上述の様々な技術のうちＴＨｚビームを用いた映像化技術の場合、対象物の透過が可能であることから現在としても他の技術との組み合わせにより三次元映像を取得することができ、Ｘ線技術と比較したときに、対象物を損傷する恐れがなくて安全性が高く、ＯＣＴ技術と比較したときに、はるかに大きい範囲の深さを有する対象物に対する検出が可能であるというなどの利点が多い。すなわち、ＴＨｚビームは、次世代の高速三次元映像化技術として使用するに適する様々な特性を有している。ただし、ＴＨｚビームを用いた映像化技術に関する様々な研究がまだ最初の段階にあり、解決すべき課題が多い。
【００１０】
ＴＨｚビームを用いて三次元映像を得る方式は、透過型（transmission type）と反射型（reflection type）とに分けられる。透過型方式は、上述のＣＴ撮影技法と類似しており、Ｘ線の代わりにＴＨｚビームを用いることから生物学的安定性が高いという利点はあるが、ＣＴ技術が有している最大の欠点である過剰に長い測定時間の問題を依然として有している。反射型方式は、ＴＯＦ（Time‐Of‐Flight）原理を用いたものであり、すなわち、ビームが対象物に照射され反射して戻る時間を用いて距離を算出することにより、深さ方向（すなわち、ビーム進行方向）の情報を取得する方式である。ＴＨｚビームは、透過性も有しているが、界面で反射する性質も有しているため、反射信号を検出してその反射信号が発生した位置を算出することで対象物の深さ方向に存在する界面の位置情報が分かり、深さ方向に対して垂直な二次元平面上の複数の地点に対してこのような深さ方向の情報を調べることにより、結果として対象物内部の三次元形状情報を取得することができる。
【００１１】
図１は、このような従来の反射型方式のＴＨｚビームを用いた三次元映像化装置の概略図を図示したものであり、対象物（sample）にＴＨｚビームを照射して反射信号を取得するにあたり対象物を二次元的に動かすようになっている。より具体的には、“High-speed terahertz reflection three-dimensional imaging for nondestructive evaluation"(Kyong Hwan Jin, Young-Gil Kim, Seung Hyun Cho, Jong Chul Ye, Dae-Su Yee, 25 November 2012 / Vol. 20, No. 23 / OPTICS EXPRESS、以下、非特許文献１）に詳細な内容が開示されている。
【００１２】
非特許文献１は、ＴＨｚビームを用いて高精度の三次元映像を検出できるという点において、三次元映像検出技術分野において相当な技術的発展をなしている。しかしながら、二次元平面上で対象物を物理的に移動させる必要があるという点において、非特許文献１によっても速度および精度における限界が発生し、その速度を改善する必要性が要求されている。それだけでなく、非特許文献１では、パルス波ＴＨｚビームを用いて時間領域で反射信号を測定するため、パルス波ＴＨｚビームを発生し測定するためにフェムト秒パルスレーザを使用する必要があるため、映像検出装置を構成するのに高い費用がかかり、装置の小型化が困難であるという欠点がある。
【００１３】
波長が固定されたレーザと波長掃引レーザを用いて周波数が高速に変化するテラヘルツ連続波を生成する方法を開示した先行文献としては、登録特許第１０‐１４５３４７２号（特許文献１）がある。ただし、このような方法は、単純に周波数が高速に変化するテラヘルツ連続波を生成する技術のみ提示するだけであって、生成されたテラヘルツ連続波を用いて三次元映像を測定する技術は提示することができなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】“High-speed terahertz reflection three-dimensional imaging for nondestructive evaluation"(Kyong Hwan Jin, Young-Gil Kim, Seung Hyun Cho, Jong Chul Ye, Dae-Su Yee, 25 November 2012 / Vol. 20, No. 23 / OPTICS EXPRESS）
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】韓国登録特許第１４５３４７２号（２０１４年１０月２１日公告）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、連続波ＴＨｚビームスキャンを使用して対象物に対する三次元映像を高速および高精度に取得可能にする高速三次元映像検出装置を提供することにある。本発明の他の目的は、このようなＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置に連続波ＴＨｚビームを適用することにより、低コストおよび装置の小型化に有利な連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述のような目的を果たすための本発明の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置は、固定された第１波長を有する第１レーザ光を発振する波長固定レーザ１と、１周期の間に予め設定された最小波長から予め設定された最大波長に高速に変化する第２波長を有する第２レーザ光を発振する波長掃引レーザと、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を結合して混合光を形成し、前記混合光を第１混合光と第２混合光とに分岐するカプラーと、前記カプラーで分岐された前記第１混合光が入力されて第１波長に対応する周波数と第２波長に対応する周波数との差値に該当する周波数を有する連続波ＴＨｚビームを出力する発生器と、前記カプラーで分岐された前記第２混合光と対象物で反射したＴＨｚビームが入力されて光電流を生成する検出器と、前記発生器から放出されたＴＨｚビームの進行光経路上に配置され、前記発生器から放出されたＴＨｚビームは通過させ、前記対象物から反射してきたＴＨｚビームを反射させて前記検出器に入射させるビームスプリッタと、前記発生器から放出されたＴＨｚビームの入射を受けてＴＨｚビーム方向角度を調節するガルバノメータスキャナーと、前記ガルバノメータスキャナーにより角度が調節されたＴＨｚビームを前記対象物に向かって照射するテレセントリックｆ‐θレンズと、前記波長掃引レーザの特定の波長での信号でトリガ信号を発生するデジタルパルス発生器と、発生したトリガ信号に基づいて前記発生器に電圧を印加する第１波形信号発生器と、発生したトリガ信号に基づいて前記ガルバノメータスキャナーの角度調節を制御する二次元スキャン駆動部Ｓと、発生したトリガ信号に基づいて前記検出器で検出されたＴＨｚビーム反射信号および前記ガルバノメータスキャナーの角度調節駆動信号をデジタル化するデジタイザと、前記デジタイザからデジタル化した前記ＴＨｚビーム反射信号およびデジタル化した前記角度調節駆動信号の伝達を受け、前記ＴＨｚビーム反射信号を分析して前記対象物の形状の深さ情報を算出し、角度調節駆動信号を分析して前記ＴＨｚビーム反射信号が発生した前記対象物上の二次元位置情報を算出し、前記対象物の三次元形状情報を算出するコンピュータと、を含んでなることができる。
【００１８】
この際、前記波長掃引レーザは、数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚ範囲内の値である波長掃引繰り返し率（sweep rate）を有することが好ましく、前記波長掃引レーザの１周期は、前記波長掃引繰り返し率（sweep rate）の逆数で示される。
【００１９】
また、前記二次元スキャン駆動部は、前記デジタルパルス発生器で発生したトリガ信号に基づいて前記ガルバノメータスキャナーを駆動するために駆動用波形信号を発生させる第２波形信号発生器と、前記第２波形信号発生器から伝達を受けた駆動用波形信号を使用して前記ガルバノメータスキャナーを回転させる少なくとも一つの回転駆動部と、を含んでなることができる。
【００２０】
また、前記三次元映像検出装置は、第１レーザ光または第２レーザ光の光出力を増幅するための半導体増幅器または光ファイバ増幅器をさらに含むことができる。
【００２１】
また、前記デジタイザは、ＴＨｚビーム反射信号をデジタル化するにあたり、前記デジタルパルス発生器で発生した波長掃引繰り返し率と同一の周波数のトリガ信号に基づいて、前記波長掃引繰り返し率の逆数である１周期の間に前記検出器で検出されたＴＨｚビーム反射信号をデジタル化するように形成されることができる。
【００２２】
また、前記三次元映像検出装置は、ＴＨｚビーム反射信号の信号対雑音比を改善するために、第１波形信号発生器が、前記デジタルパルス発生器で発生したトリガ信号に基づいてオンオフが交互に繰り返されるバイアス電圧を発生器に印加し、前記デジタイザが、前記１周期の間に、デジタル化されたＴＨｚビーム反射信号を繰り返して前記コンピュータに提供し、前記コンピュータが、繰り返して取得したデジタルデータの加算と減算を交互に行って平均化させるように形成されることができる。
【００２３】
また、前記三次元映像検出装置は、前記カプラーで分岐された前記第１混合光を可変時間遅延させて前記発生器に入力するか、前記第２混合光を可変時間遅延させて前記検出器に入力する可変時間遅延ツールをさらに含むことができる。
【００２４】
また、前記三次元映像検出装置は、前記検出器で検出された信号を増幅して前記デジタイザに伝達する増幅器をさらに含むことができる。
【００２５】
また、前記三次元映像検出装置は、前記発生器５から出力されるＴＨｚビームのコリメーション（collimation）に使用されるか、または前記ビームスプリッタで反射するＴＨｚビームを前記検出器に集束（focusing）するために使用される少なくとも一つの軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズをさらに含むことができる。
【００２６】
また、前記三次元映像検出装置は、前記発生器、前記検出器、前記ビームスプリッタ、前記軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズ、前記ガルバノメータスキャナー、前記テレセントリックｆ‐θレンズが一体としてユニット化されたヘッド（head）で構成され、前記発生器および前記検出器として光ファイバ結合した発生器および検出器が使用されることにより前記ヘッドが持ち運び可能に（portable）形成されるようにできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、波長が固定されたレーザと波長掃引レーザから生成された周波数が高速に変化する連続波ＴＨｚビームを用いて対象物に対する三次元映像を取得することにより、既存の三次元映像取得技術が有している問題点を根本的に解決する効果がある。すなわち、生体組織の損傷誘発の可能性があるＸ線技術と比較すると、対象物に対する損傷の恐れがはるかに少なくて安定性が大幅に向上し、数ｍｍ程度の深さ範囲しか検出することができないＯＣＴ技術に比べて深さ方向に検出可能な範囲が著しく向上する利点がある。
【００２８】
最も、本発明によれば、既存に比べて、はるかに高速の検出を可能にする大きい効果がある。より具体的には、本発明は、連続波ＴＨｚビームを用い、且つ反射型方式で深さ方向の情報を取得するが、これは、従来のＣＴ技術またはこれと類似の方式であるＴＨｚビームを用いた透過型三次元映像取得方式と比較すると、数多くの角度での透過映像を取得する必要がないという点で測定時間を著しく節約できるという大きい効果がある。また、従来のＴＨｚビームを用いた反射型方式でも三次元映像の取得の際に対象物を二次元的に移動させながら二次元平面上の複数の地点に関する深さ方向の情報を取得し、これを総合する方式を使用したが、従来の方式は、対象物を物理的に移動させる過程で速度および精度の向上に限界があった。しかしながら、本発明によれば、対象物を固定した状態で連続波ＴＨｚビームの照射方向を変えることで二次元平面上でのビームの照射位置の変更を可能にする。これにより、ビームの照射位置変更速度が従来に比べて著しく向上し、また、従来、対象物の物理的移動動作による精度低下の問題点もまた解消し、最終的には、従来に比べてはるかに高速および高精度を有する連続波ＴＨｚビームを用いた三次元形状検出を実現できるという大きい効果がある。
【００２９】
また、従来の方式では、対象物を物理的に移動させながら測定を行ったため、固定されている（すなわち、動くことができない）対象物の形状の検出が困難であった。一方、本発明の連続波ＴＨｚビームスキャン方式は、動くことができない対象物の形状を検出可能にする効果がある。
【００３０】
さらに、本発明では、半導体レーザまたは光ファイバレーザを使用して発生する連続波ＴＨｚビームを用いることにより、フェムト秒パルスレーザを使用して発生するパルス波ＴＨｚビームを用いることに比べて低コストおよび装置の小型化に有利であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のＴＨｚビームを用いた映像化装置の概略図である。
【図２】ＴＨｚビームスキャン原理を説明のための概略図である。
【図３】本発明の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置の一実施例を示す図である。
【図４】様々な時間遅延に対して測定された周波数領域データおよびこれを高速フーリエ変換して生成された時間領域データを示す図である。
【図５】本発明の装置により検出された実際の対象物の三次元映像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、上述のような構成を有する本発明による連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
◎ＴＨｚビームスキャン原理
図２はＴＨｚビームスキャン原理を説明するための概略図である。図１に示されている従来技術では、対象物を二次元移動させることで二次元スキャンが行われており、これにより、測定速度や精度の向上に限界が発生した。本発明では、ＴＨｚビームを用いた三次元映像検出を高速化するために、先ず対象物を二次元移動させる代わりに、ＴＨｚビームをスキャンすることで二次元スキャンが行われるようにする。
【００３４】
図２の概略的装置は、ＴＨｚビーム検出部と二次元スキャン部とを含んでなるものと示されている。前記ＴＨｚビーム検出部は、対象物上にＴＨｚビームを照射して反射してきた反射信号を検出する役割をし、前記二次元スキャン部は、ＴＨｚビームが前記対象物上に照射される二次元位置を調節する役割をする。以下では、二次元スキャン部で二次元スキャンを行うと同時に深さ情報を算出する概略的な原理を重点的に説明し、ＴＨｚビームの発生および検出については、以降、別の段落でまた説明する。
【００３５】
ＴＨｚビーム反射を用いた深さ情報の検出は、以下のような原理で行われる。先ず、ＴＨｚビームが対象物に照射されると、対象物をなす物質の屈折率が均一の場合、ＴＨｚビームは対象物を透過して進むが、屈折率が変化する部分、すなわち界面では反射する。この際、ＴＨｚビームが反射してきた反射信号の時間遅延を測定することで、ＴＨｚビームが反射された界面の深さ情報を算出することができる。
【００３６】
この際、本発明では、前記二次元スキャン部がＴＨｚビーム方向角度を調節するガルバノメータスキャナーと、前記ガルバノメータスキャナーにより角度が調節されたＴＨｚビームを対象物に向かって照射するテレセントリックｆ‐θレンズとを含んでなる。テレセントリックｆ‐θレンズとは、入射された光線が角度に関係なく所定の方向および焦点距離を有するようにするレンズである。
【００３７】
図１に図示されている従来のＴＨｚビームを用いた映像化装置の場合には、移動ステージ（translation stage）を使用して対象物自体を直接物理的に二次元方向に動かすようになっており、これによって対象物の二次元スキャン速度に限界が発生する問題があった。しかしながら、本発明によれば、図２に図示されているようにガルバノメータスキャナーでＴＨｚビーム方向角度を調節することにより対象物上に照射されるＴＨｚビームの二次元位置を調節することから、対象物を直接動かす必要がない。周知のように、ガルバノメータスキャナーは、印加電圧によって小型の鏡（mirror）を回転させるようになっている装置であり、動くべき対象である鏡が小型および軽量であることからモーメント発生が少なくて高速および高精度の駆動が容易である。すなわち、検出対象物を装着した移動ステージは相対的に大型および重量であるため、検出対象物を物理的に移動させることに比べて、ガルバノメータスキャナーの駆動をはるかに高速および高精度で行うことができる。
【００３８】
上述のように、ガルバノメータスキャナーの回転駆動信号値によりＴＨｚビーム方向角度を知ることができ、上述のようにテレセントリックｆ‐θレンズに入射される光線の角度に応じて焦点平面上のＴＨｚビームの二次元位置が決定される。すなわち、テレセントリックｆ‐θレンズの焦点平面に対象物が位置すると、ガルバノメータスキャナーの回転駆動信号値を使用して前記対象物上のＴＨｚビームの二次元位置を容易に知ることができる。
【００３９】
このように構成された本発明の装置をもって対象物の三次元形状情報をどのように算出するかについてより具体的に説明すると以下のとおりである。対象物をなす媒質が均一な場合、ＴＨｚビームは、対象物の最上面（表面）および対象物の最下面（底）で反射する。対象物上のある二次元上の１点ｘ１、ｙ１の位置に対してＴＨｚビームを照射すると、対象物の最上面から反射してきた反射信号がΔｔ１１の時間遅延を有し、対象物の最下面から反射してきた反射信号がΔｔ１２の時間遅延を有するとしたとき、Δｔ１１に相当する距離値（すなわち、深さ情報）ｚ１１およびΔｔ１２に相当する距離値（すなわち、深さ情報）ｚ１２を算出することができる。すなわち、２種の時間遅延値（この例では、Δｔ１１、Δｔ１２）を有する反射信号が測定されたという結果から、ｘ１、ｙ１点において対象物は深さ方向にｚ１１の位置に最上面を、ｚ１２の位置に最下面を有するという情報を知ることができる。
【００４０】
他の場合として、二次元上の他の１点ｘ２、ｙ２の位置に対してＴＨｚビームを照射したとき、互いに異なる４個の時間遅延値を有する反射信号が測定されたとし、この場合、各時間遅延値に応じて算出された深さ情報値をｚ２１、ｚ２２、ｚ２３、ｚ２４とする。これは、すなわち、ｘ２、ｙ２の位置でＴＨｚビームが透過して進む物質が４回変更されたということ、換言すれば、４個の界面が存在するということを意味する。具体的には、ｚ２１が対象物の最上面深さ情報となり、ｚ２４が対象物の最下面深さ情報となり、ｚ２２およびｚ２３はｘ２、ｙ２の位置で対象物内に存在するある他の物質（例えば、クラック）の最上および最下界面の深さ情報となる。
【００４１】
このようにＴＨｚビーム検出部を用いてある二次元位置での対象物の深さ情報（ｚ１１、ｚ１２など）を算出することができ、上述のように、ガルバノメータスキャナーの回転駆動信号値によりその二次元位置値（ｘ１、ｙ１など）を算出することができる。すなわち、複数個の二次元上の点（ｘ１、ｙ１など）に存在する界面の深さ情報値（ｚ１１、ｚ１２など）を取得し、これらを総合することにより、対象物の三次元形状を完全に再構成することができる。
【００４２】
◎本発明の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置の具体的な実施例
上述のように、ＴＨｚビームをガルバノメータスキャナーおよびテレセントリックｆ‐θレンズを用いて二次元スキャンすると同時に時間遅延データを収集することで各二次元点に対する深さ方向の情報を取得し、これを総合して三次元映像の情報を取得することができる。
【００４３】
このように三次元映像を測定するためにＴＨｚビームとしてパルス波ＴＨｚビームまたは連続波ＴＨｚビームを使用することができるが、パルス波ＴＨｚビームを用いる場合には、フェムト秒パルスレーザを使用するため高コストである。三次元映像を測定するために連続波ＴＨｚビームを用いることができればコストダウンを図る利点があるが、深さ方向の情報を得るために連続波ＴＨｚビームの周波数を変化させながらデータを測定しなければならないため、一般的に測定時間が長いという欠点があり得る。
【００４４】
本発明では、上述のように、ＴＨｚビームを二次元的にスキャンすることで三次元映像検出の高速化を実現すると同時に、このような三次元映像検出に使用されるＴＨｚビームとして連続波ＴＨｚビームを使用することで装置構成の経済性を果たし、また、連続波ＴＨｚビームを使用するにもかかわらず高速で深さ方向の情報を取得しようとする。
【００４５】
本発明では、連続波ＴＨｚビームを発生するために使用する二つのレーザのうち一つのレーザとして波長掃引レーザを使用する。この場合に、上述のパルス波ＴＨｚビームを使用する方式とは異なる方式で深さ方向の情報を得ることになる。簡単に説明すると、本発明では、連続波ＴＨｚビームの周波数を高速に変化させながら周波数領域データを高速で測定することで、信号処理により深さ方向の情報を得ることができる。
【００４６】
図３は本発明の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置の具体的な実施例である。本発明の三次元映像検出装置は、基本的には、波長固定レーザ１と、波長掃引レーザ２と、カプラー４と、発生器５と、検出器７と、ビームスプリッタ８と、ガルバノメータスキャナー９と、テレセントリックｆ‐θレンズ１０と、デジタルパルス発生器１２と、第１波形信号発生器１５と、二次元スキャン駆動部Ｓと、デジタイザ１３と、コンピュータ１４と、を含んでなることができる。以下では、このような基本的な構成についてより詳細に説明するが、これに、様々な機能の改善のためにさらなる装置がさらに備えられてもよい。
【００４７】
波長固定レーザ１は、固定された第１波長を有する第１レーザ光を発振する。波長固定レーザは、ＤＦＢ‐ＬＤ（distributed feedback laser diode）であってもよい。第２波長の可変区間の限界値（最小値または最大値）に近く第１波長が固定されていることが、広い周波数帯域の連続波ＴＨｚビームを得るために好ましい。具体的には、第２波長の可変区間が１５４４ｎｍ〜１５５８ｎｍであるとき、第１波長は１５４５ｎｍであり得る。
【００４８】
波長掃引レーザ２は、高速に変化する第２波長を有する第２レーザ光を発振する。前記波長固定レーザまたは波長掃引レーザの光出力が低い場合、光出力を増幅するための半導体増幅器または光ファイバ増幅器３が備えられることが好ましい。また、波長掃引レーザ２は、数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚ範囲内の値である波長掃引繰り返し率（sweep rate）を有することが好ましく、波長掃引レーザ２の１周期は、前記波長掃引繰り返し率（sweep rate）の逆数で示される。
【００４９】
ここで、波長掃引繰り返し率の範囲についてより詳細に説明すると、以下のとおりである。基本的に、波長掃引繰り返し率が高いほど本発明の三次元映像検出装置の測定速度が向上することができる。しかしながら、現在の技術水準の発生器と検出器との組み合わせの信号対雑音比を考慮すると、波長掃引繰り返し率が数百Ｈｚ〜数ｋＨｚであることが好適である。そのため（以降、より詳細に説明する）本発明での実験もこのような範囲で行われた。現在、波長掃引レーザは、数百ｋＨｚの波長掃引繰り返し率も既に実現されている。今後、発生器および検出器の技術がより発展して波長掃引レーザの波長掃引繰り返し率を数百ｋＨｚで作動させても良いほど信号対雑音比が高くなると、測定速度がより向上することができる。また、波長掃引レーザ技術がより発展して現在の数百ｋＨｚよりも高い波長掃引繰り返し率を有するレーザが開発されて使用されることもできる。上述のように、波長掃引繰り返し率が高いほどより高速の測定が可能であるため、本発明において波長掃引繰り返し率を数百ｋＨｚの場合まで採択することができると説明しているが、実質的に、これに本発明が限定されない。すなわち、上述のような各装置の技術発展を考慮すると、波長掃引繰り返し率は、その時点の技術水準として具現可能な最高の水準を採択すれば良く、事実上、波長掃引繰り返し率の上限値の制限はあまり意味がない。
【００５０】
カプラー４は、第１レーザ光と第２レーザ光を結合して混合光を形成し、前記混合光を第１混合光と第２混合光とに分岐することができる。
【００５１】
発生器５は、カプラー４で分岐された前記第１混合光をＴＨｚビームに変換することができる。発生器５がフォトミキサーである場合、発生器５は、光電導体とアンテナとを含むことができる。発生器５に第１波形信号発生器１５のバイアス電圧が印加されるときに、前記光電導体は、混合光を光電流に変換し、前記光電流は、前記アンテナを介して連続波ＴＨｚビームとして放出されることができる。発生器５は、うなり現象を用いて第１波長に対応する周波数と第２波長に対応する周波数との差値に該当する周波数を有する連続波ＴＨｚビームを発生させることができる。したがって、固定された第１波長と高速に変化する第２波長により決定されるＴＨｚビームの周波数は、高速に変化することができる。ＴＨｚビームの周波数掃引繰り返し率（sweep rate）は、波長掃引レーザ２の波長掃引繰り返し率と同様であり、ＴＨｚビームの周波数掃引繰り返し率の逆数である周波数掃引周期は、波長掃引レーザ２の波長掃引繰り返し率の逆数である波長掃引周期と同様である。前記掃引繰り返し率は、数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚであり得るが、例えば、第２波長掃引繰り返し率が１ｋＨｚであれば、掃引周期は１ｍｓであり得る。
【００５２】
検出器７には、カプラー４で分岐された第２混合光と対象物１１で反射したＴＨｚビームが入力され、検出器７で第２混合光によって励起されるフォトキャリア（photocarriers）がＴＨｚビームの電場によってバイアスされて光電流を生成することができる。カプラー４から検出器７に至る二つの光経路の長さの差のため、時間遅延が過剰に大きくなる場合には、検出器７でＴＨｚビームと第２混合光との可干渉性（coherence）が低下し得る。したがって、第１混合光または第２混合光を時間遅延させ得る可変時間遅延ツール６を使用して時間遅延を適宜調節することにより、検出器７でＴＨｚビームと第２混合光との可干渉性を維持すべきである。ここで、検出器７から出力される光電流を増幅してデジタイザ１３に伝達する増幅器１９を含むことができる。
【００５３】
ビームスプリッタ８は、発生器５から放出されたＴＨｚビームの進行光経路上に配置され、発生器５から放出されたＴＨｚビームは通過させ、対象物１１から反射してきたＴＨｚビームを反射させて検出器７に入射させる役割をする。図３に図示されているように、発生器５から放出されたＴＨｚビームは、後述するガルバノメータスキャナー９およびテレセントリックｆ‐θレンズ１０を介して対象物１１に照射され、対象物１１から反射したビームがビームスプリッタ８により検出器７に入射されるように光経路が変化する。
【００５４】
デジタルパルス発生器１２は、波長掃引レーザ２の特定の波長での信号からトリガ信号を発生させ、後述する機器の動作および情報算出の時間基準を取る。この際、特定の波長は、１５４５ｎｍであり得る。
【００５５】
デジタイザ１３は、デジタルパルス発生器１２で発生したトリガ信号に基づいて検出器７で検出されたＴＨｚビーム反射信号および下記の二次元ガルバノメータスキャナー９の角度調節駆動信号をデジタル化する役割をする。ここで、ＴＨｚビーム反射信号とは、反射したＴＨｚビーム自体ではなく、反射したＴＨｚビームにより検出器７で発生する検出信号を意味する。ＴＨｚビーム反射信号をデジタル化することについてより具体的に説明すると、デジタイザ１３は、デジタルパルス発生器１２で発生した波長掃引繰り返し率と同一の周波数のトリガ信号に基づいて、１周期の間に検出器７で検出されたＴＨｚビーム反射信号をデジタル化する。この際、前記１周期は、前記波長掃引繰り返し率の逆数で示される。
【００５６】
また、前記三次元映像検出装置は、ＴＨｚビーム反射信号の信号対雑音比を改善するために次のように動作するようになることが好ましい。すなわち、先ず、第１波形信号発生器１５が、デジタルパルス発生器１２で発生したトリガ信号に基づいてオンオフが交互に繰り返されるバイアス電圧を発生器５に印加し、デジタイザ１３が、前記１周期の間に、デジタル化されたＴＨｚビーム反射信号を繰り返してコンピュータ１４に提供する（コンピュータ１４は、様々な装置が伝達した信号の伝達を受け加工するなどの作業を行うものであり、具体的には、以下でより詳細に説明する。）。これにより、コンピュータ１４が、繰り返して取得したデジタルデータの加算と減算を交互に行って平均化させることにより、信号対雑音比を改善することができる。
【００５７】
ガルバノメータスキャナー９は、発生器５から放出されたＴＨｚビームの入射を受けてＴＨｚビーム方向角度を調節し、テレセントリックｆ‐θレンズ１０は、ガルバノメータスキャナー９により角度が調節されたＴＨｚビームを対象物１１に向かって照射する役割をする。また、二次元スキャン駆動部Ｓは、発生したトリガ信号に基づいてガルバノメータスキャナー９の角度調節を制御する役割をする。二次元スキャン駆動部Ｓによりガルバノメータスキャナー９の角度が調節されることでＴＨｚビームの二次元の照射位置が変化するが、ある一つの二次元位置で深さ情報を取得するために所定の時間が必要となる。すなわち、二次元上のある位置にＴＨｚビームが所定時間滞留してから、二次元上の他の位置にＴＨｚビームが移り、またその位置に滞留する過程が繰り返されなければならない。この際、このＴＨｚビームを二次元上のある位置に固定するかまたは他の位置に移動する時点が、デジタルパルス発生器１２で発生したトリガ信号に基づいて決定される。
【００５８】
二次元スキャン駆動部Ｓ、すなわち、ガルバノメータスキャナー９を駆動させる部分は、デジタルパルス発生器１２で発生したトリガ信号に基づいて駆動用波形信号を発生させる第２波形信号発生器１６と、第２波形信号発生器１６から伝達を受けた駆動用波形信号を使用してガルバノメータスキャナー９を回転させる少なくとも一つの回転駆動部１７、１８と、を含んでなることができる。
【００５９】
二次元スキャンのためには、ガルバノメータスキャナー９内に備えられた二つの鏡がそれぞれ回転するように駆動する。すなわち、ＴＨｚビームは、ガルバノメータスキャナー９の二つの鏡に順に反射してテレセントリックｆ‐θレンズ１０に入射され、二つの鏡の角度に応じて二次元上の位置が決定されるが、この際 二つの回転駆動部１７、１８は、ガルバノメータスキャナー９内の二つの鏡をそれぞれ回転させることになる。より具体的には、ガルバノメータスキャナー９の二つの鏡のうち一つは速く回転し、他の一つは遅く回転するように駆動してラスタースキャン（raster scan）を行うことができる。
【００６０】
コンピュータ１４は、デジタイザ１３からデジタル化した前記ＴＨｚビーム反射信号およびデジタル化した前記角度調節駆動信号の伝達を受け、前記ＴＨｚビーム反射信号を分析して対象物１１の形状の深さ情報を算出し、角度調節駆動信号を分析して前記ＴＨｚビーム反射信号が発生した前記対象物１１上の二次元位置情報を算出して、対象物１１の三次元形状情報を算出する役割をする。これについてより具体的に説明すると、以下のとおりである。
【００６１】
先ず、コンピュータ１４は、デジタイザ１３からデジタル化した前記ＴＨｚビーム反射信号の伝達を受けて、周波数領域データを生成し、前記周波数領域データを高速フーリエ変換して時間領域のデータを生成し、前記時間領域のデータに基づいて対象物１１の形状の深さ情報を算出する。また、前記コンピュータは、デジタイザ１３からデジタル化した前記角度調節駆動信号の伝達を受けて、前記ＴＨｚビーム反射信号が発生した対象物１１上の二次元位置情報を算出する。このように得られた深さ情報および二次元位置情報を総合して、コンピュータ１４は、対象物１１の三次元形状情報を算出する。この際、上述のように、波長掃引レーザ２が特定の波長になる瞬間にトリガ信号が発生し、トリガ信号に基づいて前記発生器５およびデジタイザ１３およびガルバノメータスキャナー９が作動するため、結果として、すべての部分の動作基準がデジタルパルス発生器１２のトリガ信号を基準に設定される。
【００６２】
◎付加構成
このように、上述の構成からなる本発明の連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出装置は、図示されているようにガルバノメータスキャナー９とテレセントリックｆ‐θレンズ１０からなるＴＨｚビームスキャナーを用いて速い二次元方向のスキャン（C‐scan）が可能であり、高速で波長が変化する波長掃引レーザ２を用いて速い深さ方向のスキャン（A‐scan）が可能であり、最終的に高速の三次元スキャンを実現することができる。
【００６３】
さらに、検出器７で検出されたＴＨｚビーム反射信号がデジタイザ１３に伝達される過程でよりスムーズに認識されるように、検出器７とデジタイザ１３との間の信号伝達経路上に増幅器１９がさらに備えられ、検出器７で検出された信号、すなわち、ＴＨｚビーム反射信号を増幅してデジタイザ１３に伝達されるようにすることが好ましい。
【００６４】
また、前記ＴＨｚビーム経路に図示されているように少なくとも一つの軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズ２０をさらに含むことができる。前記軸外し放物面鏡（off‐axis parabolic mirror）またはレンズ２０は、基本的に、ＴＨｚビームのコリメーション（collimation）および集束（focusing）に使用される。より具体的には、発生器５から出力されるＴＨｚビーム経路上に前記軸外し放物面鏡またはレンズ２０が備えられてＴＨｚビームのコリメーションが行われるようにするか、またはビームスプリッタ８で反射するＴＨｚビーム経路上に軸外し放物面鏡またはレンズ２０が備えられてＴＨｚビームを検出器７に集束させるようになってもよい。
【００６５】
一方、発生器５、検出器７、ビームスプリッタ８、軸外し放物面鏡またはレンズ２０、ガルバノメータスキャナー９、テレセントリックｆ‐θレンズ１０が一体としてユニット化されたヘッド（head）で構成されることができる。すなわち、実際、装置を構成するときに前記述べた部品を一つのヘッドで構成することにより、装置の小型化および実用化を容易にすることができる。また、前記発生器および前記検出器として光ファイバ結合した発生器および検出器が使用されることで前記ヘッドが持ち運び可能に（portable）形成されるように構成することができる。
【００６６】
◎ＴＨｚビーム反射信号から深さ方向の情報を算出する原理
以下、デジタイザがデジタル化するＴＨｚビーム反射信号から深さ方向の情報を算出する原理について記述する。
【００６７】
図４の（ａ）は様々な時間遅延に対して測定された周波数領域データを図示したグラフであり、図４の（ｂ）は様々な時間遅延に対して測定された時間領域データを図示したグラフである。すなわち、可変時間遅延ツール６により設定された１０ｐｓ、２０ｐｓ、４０ｐｓ、８０ｐｓの時間遅延に対して、デジタイザ１３により取得されたデジタルデータをコンピュータ１４が変換して生成した周波数領域データを図示したグラフ（図４の（ａ））と、前記周波数領域データを高速フーリエ変換して生成した時間領域データを図示したグラフ（図４の（ｂ））である。周波数領域データを図示した図４の（ａ）とは異なり、周波数領域データを高速フーリエ変換して生成された時間領域データを図示した図４の（ｂ）では、遅延された時間の位置に最高値が発生して容易に遅延時間情報が抽出されることが分かる。前記遅延時間は、カプラーから検出器に至る二つの光経路の長さの差のため発生する。したがって、周波数領域データを高速フーリエ変換して生成した時間領域データを対象物の深さ方向の情報として使用することができる。
【００６８】
◎三次元映像検出の実施例
図５は本発明の装置により検出された実際の対象物の三次元映像の例を図示している。図５の（ａ）は対象物として使用されたＧＦＲＰ（glass fiber reinforced polymer、ガラス繊維強化ポリマー）サンプルの設計図であり、図５の（ａ）において青色の表示部分はＧＦＲＰサンプルに含まれたＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）部分を示し、赤色および緑色の表示部分は層が剥離された部分を示す。すなわち、図５の（ａ）の設計によって人為的に内部に他の物質や剥離層が存在するサンプルを作製して、図３のような装置で正確な三次元映像を得ることができるかを実験した。より具体的には、前記ＧＦＲＰサンプルの横、縦、深さは、それぞれ１００ｍｍ、１００ｍｍ、３ｍｍであり、青色の表示位置および１．５ｍｍ深さ位置に０．０２５ｍｍの厚さを有するＰＴＦＥが存在するようにし、緑色および赤色の表示位置およびそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍの深さ位置に０．２ｍｍ厚さの剥離層が存在するように作製した。
【００６９】
波長掃引レーザの掃引繰り返し率が１ｋＨｚであり、信号対雑音比を向上させるためにオンオフが交互に繰り返されるため、１秒に５００個の深さ方向の情報（A‐scan data）を得ることができる。二次元上で横１００個＊縦１００個の位置を測定し、各位置当たり５個の深さ方向の情報を得て平均を出したが、このような測定にかかった時間は１００秒である。
【００７０】
図５の（ｂ）は実験結果で得られた二次元（C‐scan）映像であり、各二次元位置で得られた深さ方向の情報でサンプルの前面反射信号と裏面反射信号を除いた後、各深さ方向の情報の最大値で構成された。図５の（ｃ）は各二次元位置で得られた深さ方向の情報を使用して再構成した三次元映像である。図示されているように、予め知っているサンプル情報に該当する位置に異物が存在することを確認できる三次元検出映像を得ることができ、特に、上述のようにこのような三次元検出映像を得るための測定時間が１００秒しかかからなかった。すなわち、本発明の装置により連続波ＴＨｚビームスキャンを用いた高速三次元映像検出を実現できたことが図５に示される実験結果から確認される。
【００７１】
本発明は、上述の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１  波長固定レーザ
２  波長掃引レーザ
３  半導体増幅器または光ファイバ増幅器
４  カプラー
５  発生器
６  可変時間遅延ツール
７  検出器
８  ビームスプリッタ
９  ガルバノメータスキャナー
１０  テレセントリックｆ‐θレンズ
１１  対象物
１２  デジタルパルス発生器
１３  デジタイザ
１４  コンピュータ
１５  第１波形信号発生器
１６  第２波形信号発生器
１７、１８  回転駆動部
１９  増幅器
２０  軸外し放物面鏡またはレンズ
Ｓ  二次元スキャン駆動部
【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】
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