(57)【要約】【課題】試料の非線形性やヒステリシスの評価をリアルタイムで容易に行うことが可能な信号検出装置及び方法を提供する。【解決手段】信号検出装置１は、予め規定された基準周期で試料ＳＰに電場を印加する電場印加部１０と、電場印加部１０による電場の印加によって得られる受光信号Ｓ１が入力される入力端Ｔ１１と出力端Ｔ２１〜Ｔ２６とを有し、入力端Ｔ１１に接続される出力端を、基準周期よりも短い周期で順次切り替えるデマルチプレクサ３０と、デマルチプレクサ３０出力端Ｔ２１〜Ｔ２６の各々に対応して設けられ、基準周期でロックイン検出するロックインアンプ４１〜４６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め規定された基準周期で刺激が印加された試料から得られる信号が入力される入力端とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端とを有し、前記入力端に接続される前記出力端を、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で順次切り替える切替部と、
前記切替部の出力端の各々に対応して設けられ、前記基準周期で同期検波を行う同期検波部と、
前記同期検波部の各々に対応して設けられたローパスフィルタと、
を備える信号検出装置。
【請求項２】
予め規定された基準周期で刺激が印加された試料から得られる信号に対し、前記基準周期で同期検波を行う同期検波部と、
前記同期検波部から出力される信号が入力される入力端とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端とを有し、前記入力端に接続される前記出力端を、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で順次切り替える切替部と、
前記切替部の出力端の各々に対応して設けられたローパスフィルタと、
を備える信号検出装置。
【請求項３】
前記刺激は、前記基準周期の前半部分及び後半部分の少なくとも一方で前記試料に印加される、請求項１又は請求項２記載の信号検出装置。
【請求項４】
前記刺激は、前記基準周期の前半部分では、ノコギリ波又は三角波で表される刺激であり、前記基準周期の後半部分では、前記試料に印加されない、請求項３記載の信号検出装置。
【請求項５】
前記試料に印加された刺激と前記ローパスフィルタから出力される信号との関係を表示する表示部を備える、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の信号検出装置。
【請求項６】
予め規定された基準周期で試料に刺激を印加し、
前記刺激の印加によって前記試料から得られる信号を、入力端とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端とを有する切替部に入力して、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で前記ｎ個の出力端から順次出力し、
前記出力端の各々から出力される信号を個別に同期検波し、
個別に同期検波された信号を個別にフィルタリングする、
信号検出方法。
【請求項７】
予め規定された基準周期で試料に刺激を印加し、
前記刺激の印加によって前記試料から得られる信号を同期検波し、
同期検波された信号を、入力端とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端とを有する切替部に入力して、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で前記ｎ個の出力端から順次出力し、
前記出力端の各々から出力される信号を個別にフィルタリングする、
信号検出方法。
【請求項８】
前記基準周期の前半部分及び後半部分の少なくとも一方で前記試料に刺激を印加する、請求項６又は請求項７記載の信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロックイン検出は、測定信号と参照信号とを乗算し、得られた信号の高周波数成分を除去することで特定の信号を検出する検出方法であり、背景ノイズに埋もれた微小信号を最も高感度に検出することができる検出方法であることが知られている。この検出方法を用いた装置であるロックインアンプは、種々の物性測定を高感度で行うために用いられており、例えば試料に外部から周期的な刺激を与え、その刺激に対して主に線形に相関した分光スペクトルを測定する変調分光法では必須の装置である。
【０００３】
以下の特許文献１には、マルチチャンネルロックインアンプを用いた２次元分光法が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、外部から変調を加えた試料に広帯域プローブ光を照射し、広帯域プローブ光を分光して変調によって誘起された分光スペクトル変化をマルチチャンネルロックインアンプにより多チャンネル同時にロックイン検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５６８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非線形光学素子や電子材料・素子・回路、ポリマーの応力に対する機械的応答、生体試料の応答等に関する研究開発においては、試料の非線形性やヒステリシスがしばしば重要になる。試料の非線形な応答は、与えられる刺激の大きさのべき乗で物理量が応答するものであり、周期的な刺激に対しては、その周波数の整数倍の応答として観測される。
【０００６】
従来のロックインアンプでは、参照信号のモードを１Ｆ（基本周波数）から２Ｆ（基本周波数の２倍の周波数）に切り替えることで、２次の応答を観測することが可能であるが、更に高次の応答を観測するのは困難である。尚、高級なロックインアンプであれば、参照信号のモードを３Ｆ（基本周波数の３倍の周波数）、或いは４Ｆ（基本周波数の４倍の周波数）に切り替え可能なものも存在するが、コストの面で問題がある。試料の非線形性を正確に評価するには全ての次数の応答を観測する必要があるが、従来のロックインアンプを用いて全ての次数の応答を観測することは極めて困難である。
【０００７】
ここで、電気化学の分野で多用される測定法として、電位を掃引して応答電流を測定するサイクリックボルタメントリーというものがある。このサイクリックボルタメントリーの測定結果は、横軸を掃引電位、縦軸を応答電流としてプロットしたサイクリックボルタモグラムとして表される。このサイクリックボルタモグラムを参照すれば、掃引電位と応答電流との相関を容易に把握することができる。ロックインアンプを用いて得られた測定結果（高次の応答を含む測定結果）を、サイクリックボルタモグラムと同様の方法で表すことができれば、試料の非線形性やヒステリシスの評価をリアルタイムで容易に行うことができると考えられる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、試料の非線形性やヒステリシスの評価をリアルタイムで容易に行うことが可能な信号検出装置及び方法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】
上記課題を解決するために、第１発明に係る信号検出装置は、予め規定された基準周期（Ｔ）で刺激が印加された試料（ＳＰ）から得られる信号が入力される入力端（Ｔ１１）とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端（Ｔ２１〜Ｔ２６）とを有し、前記入力端に接続される前記出力端を、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で順次切り替える切替部（３０）と、前記切替部の出力端の各々に対応して設けられ、前記基準周期で同期検波を行う同期検波部（ＤＴ）と、前記同期検波部の各々に対応して設けられたローパスフィルタ（ＬＰ）と、を備える。
上記課題を解決するために、第２発明に係る信号検出装置は、予め規定された基準周期（Ｔ）で刺激が印加された試料（ＳＰ）から得られる信号に対し、前記基準周期で同期検波を行う同期検波部（ＤＴ）と、前記同期検波部から出力される信号が入力される入力端（Ｔ１１）とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端（Ｔ２１〜Ｔ２６）とを有し、前記入力端に接続される前記出力端を、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で順次切り替える切替部（３０）と、前記切替部の出力端の各々に対応して設けられたローパスフィルタ（ＬＰ１〜ＬＰ６）と、を備える。
また、第１，第２発明に係る信号検出装置は、前記刺激が、前記基準周期の前半部分（Ｔ１）及び後半部分（Ｔ２）の少なくとも一方で前記試料に印加される。
また、第１，第２発明に係る信号検出装置は、前記刺激が、前記基準周期の前半部分（Ｔ１）では、ノコギリ波又は三角波で表される刺激であり、前記基準周期の後半部分（Ｔ２）では、前記試料に印加されない。
また、第１，第２発明に係る信号検出装置は、前記試料に印加された刺激と前記ローパスフィルタから出力される信号との関係を表示する表示部（６０）を備える。
第１発明に係る信号検出方法は、予め規定された基準周期（Ｔ）で試料（ＳＰ）に刺激を印加し（Ｓ１１）、前記刺激の印加によって前記試料から得られる信号を、入力端（Ｔ１１）とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端（Ｔ２１〜Ｔ２６）とを有する切替部（３０）に入力して、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で前記ｎ個の出力端から順次出力し（Ｓ１２）、前記出力端の各々から出力される信号を個別に同期検波し（Ｓ１３）、個別に同期検波された信号を個別にフィルタリングする（Ｓ１４）。
第２発明に係る信号検出方法は、予め規定された基準周期（Ｔ）で試料（ＳＰ）に刺激を印加し（Ｓ２１）、前記刺激の印加によって前記試料から得られる信号を同期検波し（Ｓ２２）、同期検波された信号を、入力端（Ｔ１１）とｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端（Ｔ２１〜Ｔ２６）とを有する切替部（３０）に入力して、前記基準周期の２ｎ分の１の周期で前記ｎ個の出力端から順次出力し（Ｓ２３）、前記出力端の各々から出力される信号を個別にフィルタリングする（Ｓ２４）。
また、第１，第２発明に係る信号検出方法は、前記基準周期の前半部分（Ｔ１）及び後半部分（Ｔ２）の少なくとも一方で前記試料に刺激を印加する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、予め規定された基準周期で試料に刺激を印加し、刺激の印加によって試料から得られる信号を基準周期の２ｎ分の１の周期で分割し、分割された信号を個別に同期検波して個別にフィルタリングしている。或いは、予め規定された基準周期で試料に刺激を印加し、刺激の印加によって試料から得られる信号を同期検波し、同期検波された信号を基準周期の２ｎ分の１の周期で分割し、分割された信号を個別にフィルタリングしている。このため、試料の非線形性やヒステリシスの評価をリアルタイムで容易に行うことが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による信号検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態において試料に印加される電場の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるロックインアンプの要部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態による信号検出方法の概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態において表示されるグラフを説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態による信号検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態による信号検出方法の概要を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による信号検出装置及び方法について詳細に説明する。
【００１３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による信号検出装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の信号検出装置１は、電場印加部１０（刺激印加部）、受光部２０、デマルチプレクサ３０（切替部）、ロックインアンプ群４０、信号処理部５０、及び表示部６０を備えており、試料ＳＰに対して電場（刺激）を印加して得られる信号を検出する装置である。
【００１４】
本実施形態において、試料ＳＰは、電気光学効果（電場の印加によって光学特性が変化する現象）が生ずる電気光学結晶であるとする。ここで、上記の電気光学効果には、１次の電気光学効果であるポッケルス効果（Pockels effect）、及び２次の電気光学効果であるカー効果（Kerr effect）が含まれるとする。つまり、本実施形態における試料ＳＰは、非線形の電気光学効果を生ずる電気光学結晶であるとする。
【００１５】
電場印加部１０は、試料ＳＰに近接配置された一対の電極１１，１２のうちの一方の電極１１に接続されており、試料ＳＰに対して刺激としての電場を印加する。尚、一対の電極１１，１２のうちの他方の電極１２は、例えば接地されている。この電場印加部１０としては、例えば任意の周波数と波形を持った交流電圧信号を生成することのできる機器であるファンクションジェネレータを用いることができる。
【００１６】
図２は、本発明の第１実施形態において試料に印加される電場の一例を示す図である。電場印加部１０は、試料ＳＰに対して予め規定された基準周期Ｔで電場を印加する。このため、図２に示す通り、試料ＳＰに印加される電場の変化を示す波形（以下、単に「電場の波形」という）は、基準周期Ｔを単位として繰り返されるものとなる。尚、基準周期Ｔは、試料ＳＰの応答特性に応じて任意の周期に設定することが可能である。例えば、周波数（周期の逆数）に換算して、数［Ｈｚ］〜数［ＭＨｚ］に設定することが可能である。
【００１７】
電場印加部１０は、基準周期Ｔの各々において、前半部分Ｔ１（基準周期Ｔの前半周期）では大きさが直線状に増大する電場を試料ＳＰに印加し、後半部分Ｔ２（基準周期Ｔの後半周期）では試料ＳＰに対する電場の印加を停止する（電場の印加を行わない）。このため、図２に示す通り、試料ＳＰに印加される電場の波形は、前半部分Ｔ１ではノコギリ波状になり、後半部分Ｔ２では零になる。
【００１８】
ここで、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１でノコギリ波状の電場を試料ＳＰに印加し、後半部分Ｔ２で試料ＳＰに対する電場の印加を行わないのは、サイクリックボルタメントリー（電位を掃引して応答電流を測定する測定法）と同様の手法による信号検出を行うためである。尚、このような信号検出の結果をサイクリックボルタモグラムと同様の方法で表示することにより、試料ＳＰの非線形性やヒステリシスの評価をリアルタイムで容易に行うことが可能となる。
【００１９】
また、電場印加部１０は、上述した基準周期Ｔを有する参照信号Ｒ１を出力する。この参照信号Ｒ１は、例えば基準周期Ｔで変化する矩形波状の信号であっても良く、基準周期Ｔで変化する正弦波状の信号であっても良い。つまり、参照信号Ｒ１は、周期が基準周期Ｔであれば、その波形の形状は問わない。尚、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１は、デマルチプレクサ３０及びロックインアンプ群４０に出力される。
【００２０】
受光部２０は、例えばフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等の受光素子を備えており、試料ＳＰを透過した透過光Ｌを受光して受光信号Ｓ１を出力する。試料ＳＰを透過した透過光Ｌ、或いは透過光Ｌを受光して得られる受光信号Ｓ１が、前述した試料ＳＰに電場を印加して得られる信号である。尚、試料ＳＰには、不図示の光源から射出される光（例えば、波長が既知であって強度が一定の光）が照射されており、受光部２０は、試料ＳＰに照射された光のうち、試料ＳＰを透過した透過光Ｌを受光可能な位置に配置されている。
【００２１】
デマルチプレクサ３０は、１つの入力端Ｔ１１と複数の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６とを備えており、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１に基づいて、入力端Ｔ１１に接続される出力端を順次切り替える。具体的に、デマルチプレクサ３０は、入力端Ｔ１１に接続される出力端を、基準周期Ｔの１／１２の周期（デマルチプレクサ３０に設けられた出力端の数「６」を２倍して得られる数「１２」分の１の周期）で順次切り替える。つまり、デマルチプレクサ３０は、上記の周期で、入力端Ｔ１１に接続される出力端を、出力端Ｔ２１→出力端Ｔ２２→出力端Ｔ２３→出力端Ｔ２４→出力端Ｔ２５→出力端Ｔ２６→出力端Ｔ２１→出力端Ｔ２２…と順次切り替える。
【００２２】
ロックインアンプ群４０は、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６の数と同数のロックインアンプ４１〜４６からなる。ロックインアンプ４１〜４６は、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６にそれぞれ対応して設けられており、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１を用いて、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から出力される信号を個別にロックイン検波する。
【００２３】
図３は、本発明の第１実施形態におけるロックインアンプの要部構成を示すブロック図である。尚、ロックインアンプ４１〜４６は同様の構成であるため、ここではロックインアンプ４１についてのみ説明し、他のロックインアンプ４２〜４６の説明は省略する。図３に示す通り、ロックインアンプ４１は、同期検波部ＤＴとローパスフィルタＬＰとを備えており、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１を用いて、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１から出力される信号ＳＤをロックイン検波する。
【００２４】
同期検波部ＤＴは、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１を用いて、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１から出力される信号ＳＤを同期検波する。ローパスフィルタＬＰは、同期検波部ＤＴから出力される信号に対して高周波成分を除去するフィルタリング処理を行う。尚、ローパスフィルタＬＰのカットオフ周波数は、除去が必要となる高周波成分に応じて適宜設定される。
【００２５】
信号処理部５０は、ロックインアンプ４１〜４６の各々から出力される信号を用いてサイクリックボルタモグラムに相当するグラフを作成する処理を行う。このグラフは、試料ＳＰに印加された電場とロックインアンプ４１〜４６の各々から出力される信号との関係を示すグラフである。信号処理部５０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のハードウェアによって実現することも、信号処理部５０の機能を実現するプログラムをＣＰＵ（中央処理装置）が実行することによってソフトウェア的に実現することも可能である。表示部６０は、例えば液晶表示装置等の表示装置を備えており、信号処理部５０で作成されたグラフを表示する。
【００２６】
尚、以上説明した電場印加部１０、受光部２０、デマルチプレクサ３０、ロックインアンプ群４０、信号処理部５０、及び表示部６０は、一体の装置に組み込まれていても良く、別対の装置に組み込まれていても良い。例えば、電場印加部１０、受光部２０、デマルチプレクサ３０、及びロックインアンプ群４０が１つの装置に組み込まれ、信号処理部５０及び表示部６０が他の装置に組み込まれても良い。或いは、電場印加部１０が１つの装置に組み込まれ、受光部２０、デマルチプレクサ３０、及びロックインアンプ群４０が他の装置に組み込まれ、信号処理部５０及び表示部６０が別の装置に組み込まれても良い。
【００２７】
次に、上記構成における信号検出装置１の動作について説明する。図４は、本発明の第１実施形態による信号検出方法の概要を示すフローチャートである。信号検出装置１の電源が投入され、信号検出開始の指示がなされると、まず試料ＳＰに電場が印加される（ステップＳ１１）。具体的には、図１に示す電場印加部１０によって電極１１に電圧が印加され、これにより図２に示す電場（基準周期Ｔの前半部分Ｔ１ではノコギリ波状であり、後半部分Ｔ２では零になる波形の電場）が試料ＳＰに印加される。尚、試料ＳＰに対する電場の印加が開始されると、試料ＳＰに対する光の照射（不図示の光源からの光の照射）も開始される。
【００２８】
試料ＳＰに照射された光のうち、試料ＳＰを透過した透過光Ｌは受光部２０で受光され、受光部２０からは受光信号Ｓ１が出力される。ここで、試料ＳＰの光学特性は、印加された電場に応じて変化するため、試料ＳＰを透過した透過光Ｌは、試料ＳＰに印加された電場の影響を受けたものとなる。例えば、透過光Ｌは、その電場による変化分が電場振幅に非線形的に依存するものとなる。このため受光部２０から出力される受光信号Ｓ１も、その電場による変化分が非線形に依存するものとなる。
【００２９】
受光部２０から出力された受光信号Ｓ１は、デマルチプレクサ３０の入力端Ｔ１１に入力されて、基準周期Ｔの１／１２の周期で出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から順次出力される。これにより、試料ＳＰに電場を印加して得られる信号である受光信号Ｓ１は、基準周期Ｔよりも短い周期（１／１２の周期）で分割される（ステップＳ１２）。具体的には、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で６分割され、基準周期Ｔの後半部分Ｔ２で６分割される。
【００３０】
このようなデマルチプレクサ３０の動作によって、出力端Ｔ２１からは、図２中の期間ｐ１で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ１における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２２からは、図２中の期間ｐ２で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ２における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２３からは、図２中の期間ｐ３で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ３における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。
【００３１】
同様に、出力端Ｔ２４からは、図２中の期間ｐ４で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ４における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２５からは、図２中の期間ｐ５で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ５における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２６からは、図２中の期間ｐ６で得られた受光信号Ｓ１（期間ｐ６における電場が試料ＳＰに印加されたときに得られた受光信号Ｓ１）が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。
【００３２】
デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から出力された信号は、ロックインアンプ４１〜４６にそれぞれ入力される。そして、デマルチプレクサ３０によって分割された受光信号Ｓ１を、ロックインアンプ４１〜４６に設けられた同期検波部ＤＴで個別に同期検波し（ステップＳ１３）、個別に同期検波された信号をローパスフィルタＬＰで個別にフィルタリングする処理が行われる（ステップＳ１４）。以上の処理によって、図２中の期間ｐ１〜ｐ６の各々で印加された電場に対する応答を示す信号が、ロックインアンプ４１〜４６からそれぞれ出力される。
【００３３】
続いて、ロックインアンプ４１〜４６の各々から出力される信号を用いてサイクリックボルタモグラムに相当するグラフを作成する処理が信号処理部５０で行われる。つまり、試料ＳＰに印加された電場とロックインアンプ４１〜４６の各々から出力される信号との関係を示すグラフを作成する処理が行われる（ステップＳ１５）。そして、信号処理部５０で作成されたグラフを表示部６０に表示する処理が行われる（ステップＳ１６）。
【００３４】
図５は、本発明の第１実施形態において表示されるグラフを説明するための図である。図５に示す通り、信号処理部５０で作成されるグラフは、試料ＳＰに印加される電場が横軸に設定され、ロックインアンプ４１〜４６の出力信号が縦軸に設定されたグラフである。また、図５に示すグラフの横軸は、図２に示す基準周期Ｔの前半部分Ｔ１における電場の大きさに応じて、図２中の期間ｐ１〜ｐ６に相当する区間Ｐ１〜Ｐ６が設定されている。尚、図５に示すグラフでは、区間Ｐ１〜Ｐ６を、図２中における基準周期Ｔの前半部分Ｔ１と見立てることができる。
【００３５】
区間Ｐ１では、図２中の期間ｐ１で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４１の出力信号がプロットされ、区間Ｐ２では、図２中の期間ｐ２で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４２の出力信号がプロットされ、区間Ｐ３では、図２中の期間ｐ３で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４３の出力信号がプロットされる。同様に、区間Ｐ４では、図２中の期間ｐ４で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４４の出力信号がプロットされ、区間Ｐ５では、図２中の期間５２で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４５の出力信号がプロットされ、区間Ｐ６では、図２中の期間ｐ６で得られた受光信号Ｓ１が入力されるロックインアンプ４６の出力信号がプロットされる。
【００３６】
図５に示すグラフを参照すると、ノコギリ波状の電場を試料ＳＰに印加しているにも拘わらず、ロックインアンプ４１〜４６の出力は直線とはなっておらず、試料ＳＰの非線形性の影響を受けたものになっていることが分かる。このため、表示部６０に表示されたグラフを参照するだけで、試料の非線形性の評価をリアルタイムで容易に行うことが可能である。また、図５に示すグラフに対し、試料ＳＰの非線形を考慮したフィッティングを行うことで、試料ＳＰの２次以上の非線形感受率χを求めることも可能である。
【００３７】
以上の通り、本実施形態では、予め規定された基準周期Ｔで電場を試料ＳＰに印加し、受光部２０から出力される受光信号Ｓ１をデマルチプレクサ３０で基準周期Ｔの１／１２の周期で分割し、分割した受光信号Ｓ１を基準周期Ｔで個別にロックイン検出（同期検波及びフィルタリング処理）するようにしている。このため、試料ＳＰの非線形性等の評価をリアルタイムで容易に行うことができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による信号検出装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す通り、本実施形態の信号検出装置２は、図１に示す信号検出装置１が備える受光部２０とデマルチプレクサ３０との間に同期検波部ＤＴを設け、ロックインアンプ４１〜４６に代えてローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６を設けた構成である。この信号検出装置２は、ロックインアンプの数を減らしてコストの低減を図ったものである。
【００３９】
同期検波部ＤＴは、図３に示す同期検波部ＤＴと同様のものであり、電場印加部１０から出力される参照信号Ｒ１を用いて、受光部２０から出力される受光信号Ｓ１を同期検波する。ローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６は、図３に示すローパスフィルタＬＰと同様のものである。これらローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６は、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６にそれぞれ対応して設けられており、デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から出力される信号に対して高周波成分を除去するフィルタリング処理を個別に行う。尚、ローパスフィルタＬＰのカットオフ周波数は、除去が必要となる高周波成分に応じて適宜設定される。
【００４０】
図１に示す信号検出装置１は、まず受光部２０から出力される受光信号Ｓ１をデマルチプレクサ３０で基準周期Ｔの１／１２の周期で分割し、次に分割した受光信号Ｓ１を個別にロックイン検出（同期検波及びフィルタリング処理）するものであった。これに対し、本実施形態の信号検出装置２は、まず受光部２０から出力される受光信号Ｓ１を同期検波し、次に同期検波された信号をデマルチプレクサ３０で基準周期Ｔの１／１２の周期で分割し、続いて分割された信号のフィルタリング処理を行うものである。
【００４１】
以下、信号検出装置１の動作の詳細について説明する。図７は、本発明の第２実施形態による信号検出方法の概要を示すフローチャートである。まず、第１実施形態と同様に、試料ＳＰに図２に示す電場が印加される（ステップＳ２１）。尚、試料ＳＰに対する電場の印加が開始されると、第１実施形態と同様に、試料ＳＰに対する光の照射（不図示の光源からの光の照射）も開始される。
【００４２】
試料ＳＰに照射された光のうち、試料ＳＰを透過した透過光Ｌは受光部２０で受光され、受光部２０からは受光信号Ｓ１が出力される。試料ＳＰに電場を印加して得られる信号である受光信号Ｓ１は、同期検波部ＤＴに入力されて同期検波される（ステップＳ２２）。同期検波部ＤＴで同期検波された信号は、デマルチプレクサ３０の入力端Ｔ１１に入力されて、基準周期Ｔの１／１２の周期で出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から順次出力される。これにより、同期検波部ＤＴで同期検波された信号は、基準周期Ｔよりも短い周期（１／１２の周期）で分割される（ステップＳ２３）。具体的には、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で６分割され、基準周期Ｔの後半部分Ｔ２で６分割される。
【００４３】
このようなデマルチプレクサ３０の動作によって、出力端Ｔ２１からは、図２中の期間ｐ１で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２２からは、図２中の期間ｐ２で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２３からは、図２中の期間ｐ３で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。
【００４４】
同様に、出力端Ｔ２４からは、図２中の期間ｐ４で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２５からは、図２中の期間ｐ５で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。また、出力端Ｔ２６からは、図２中の期間ｐ６で得られた受光信号Ｓ１を同期検波した信号が基準周期Ｔの半周期毎に順次出力される。
【００４５】
デマルチプレクサ３０の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から出力された信号は、ローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６にそれぞれ入力される。そして、出力端Ｔ２１〜Ｔ２６から出力された信号をローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６で個別にフィルタリングする処理が行われる（ステップＳ２４）。以上の処理によって、図２中の期間ｐ１〜ｐ６の各々で印加された電場に対する応答を示す信号が、ローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６からそれぞれ出力される。
【００４６】
続いて、ローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６の各々から出力される信号を用いてサイクリックボルタモグラムに相当するグラフを作成する処理が信号処理部５０で行われる。つまり、試料ＳＰに印加された電場とローパスフィルタＬＰ１〜ＬＰ６の各々から出力される信号との関係を示すグラフを作成する処理が行われる（ステップＳ２５）。そして、信号処理部５０で作成されたグラフを表示部６０に表示する処理が行われる（ステップＳ２６）。以上の処理が行われることで、図５に示すグラフと同様のグラフが表示部６０に表示される。
【００４７】
以上の通り、本実施形態では、予め規定された基準周期Ｔで電場を試料ＳＰに印加し、受光部２０から出力される受光信号Ｓ１を基準周期Ｔで同期検波し、同期検波された信号をデマルチプレクサ３０で基準周期Ｔの１／１２の周期で分割し、分割した信号を個別にフィルタリング処理するようにしている。このため、試料ＳＰの非線形性等の評価をリアルタイムで容易に行うことができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態による信号検出装置及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第１，第２実施形態では、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で試料ＳＰに印加される電場がノコギリ波状である例について説明したが、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で試料ＳＰに印加される電場は三角波状であっても良い。三角波状の電場を印加することで、試料ＳＰのヒステリシス（電場の大きさを徐々に大きくする場合の応答と電場の大きさを徐々に小さくする場合の応答との差）の評価をリアルタイムで容易に行うことが可能である。
【００４９】
また、上述した第１，第２実施形態では、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で試料ＳＰに電場を印加し、後半部分Ｔ２では試料ＳＰに電場の印加を行わない例について説明した。しかしながら、これとは逆に、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１では試料ＳＰに電場の印加を行わず、後半部分Ｔ２で試料ＳＰに電場を印加するようにしても良い。また、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１及び後半部分Ｔ２の双方で電場を試料ＳＰに印加するようにしても良い。但し、基準周期Ｔの前半部分Ｔ１で試料ＳＰに印加する電場の波形と、基準周期Ｔの後半部分Ｔ２で試料ＳＰに印加する電場の波形とは異なる波形にする必要がある。
【００５０】
また、上述した第１，第２実施形態では、デマルチプレクサ３０が６個の出力端Ｔ２１〜Ｔ２６を備える例について説明したが、デマルチプレクサ３０の出力端の数は２以上であれば任意でよい。但し、デマルチプレクサ３０の出力端の数が増加すると、ロックインアンプ又はローパスフィルタの数も増加するため、デマルチプレクサ３０の出力端の数は、必要となる検出精度とコストとを考慮する必要がある。
【００５１】
また、上述した実施形態では、理解を容易にするために、試料ＳＰが非線形の電気光学効果を生ずる電気光学結晶であるとしたが、本発明は任意の試料ＳＰの特性の測定に用いることが可能である。また、上述した実施形態では、試料ＳＰに対して電場を印加する例について説明したが、試料ＳＰに与える刺激は、試料ＳＰに応じた任意のもの（例えば、応力、温度等）を与えることが可能である。例えば、巨大で複雑な分子からなるポリマー（樹脂やゴム）は、タイムスケールや印加された応力に対して挙動が変わる非線形な応答が特徴的である。本発明によって、このようなポリマーの非線形性の評価を効率的且つ正確に行うことができるようになる。
【００５２】
また、本発明は、材料の評価のみならず、電子回路、増幅器、整流回路等の種々の電子素子や電子回路の特性の評価にも用いることができる。更には、神経の信号伝達の評価にも用いることができる。例えば、癲癇は、脳神経細胞の伝達特性の非線形性によって全神経細胞が同期する興奮状態が生じたものであるが、本発明を用いることで、神経の信号伝達の非線形性を評価することができる。このように、本発明は、非線形性が重要になる研究開発分野・現場で用いることが可能である。
【００５３】
以上の通り、本発明は、微弱な信号からでも非線形性の評価等が可能である点を特徴とするが、ここにいう「微弱」には、「信号そのものがノイズに埋もれて微弱であること」と、「信号が大きな背景信号に埋もれているという意味で微弱であること」との双方の意味が含まれる。前者は、例えば信号レベルがノイズのレベルよりも小さい場合であり、後者は、例えば試料に与える刺激によって透過光量が９９．００％から９９．０１％に変化する場合である。後者の例において、受光信号そのものの信号レベルは高いが、刺激による変化（０．０１％）は信号レベルに比べて極めて小さく、「信号が大きな背景信号に埋もれている」という状況である。
【符号の説明】
【００５４】
１，２            信号検出装置
１０              電場印加部
３０              デマルチプレクサ
６０              表示部
ＤＴ              同期検波部
ＬＰ              ローパスフィルタ
ＬＰ１〜ＬＰ６    ローパスフィルタ
ＳＰ              試料
Ｔ                基準周期
Ｔ１              前半部分
Ｔ２              後半部分
Ｔ１１            入力端
Ｔ２１〜Ｔ２６    出力端
【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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【図６】
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【図７】
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