(57)【要約】      （修正有）【課題】テラヘルツ波計測装置のサンプリングの分解能を向上させる装置を提供する。【解決手段】テラヘルツ波計測装置は、第１の光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、第２の光が照射されることで、発生手段から計測対象物に対して照射されたテラヘルツ波に対応する検出信号を出力する検出手段と、第２の光の光路上、且つ、検出手段よりも上流に配置され、第２の光を検出手段へ向けて反射する反射手段１４１ｂと、反射手段に連結された回転体１４２ａを有し、回転体を回転させることにより、第２の光の光路長を短縮又は延長する方向に沿う直線上で、反射手段を移動させる光路長調整手段１４と、回転体の回転量に基づいて検出信号を取得するタイミングを決定し、決定されたタイミングにおいて検出信号を取得する取得手段と、を備える。【選択図】図２
2017020839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、
前記第１の光とは異なる第２の光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波に対応する検出信号を出力する検出手段と、
前記第２の光の光路上、且つ、前記検出手段よりも上流に配置され、前記第２の光を前記検出手段へ向けて反射する反射手段と、
前記反射手段に連結された回転体を有し、前記回転体を回転させることにより、前記第２の光の光路長を短縮又は延長する方向に沿う直線上で、前記反射手段を移動させる光路長調整手段と、
前記回転体の回転量に基づいて前記検出信号を取得するタイミングを決定し、前記決定されたタイミングにおいて前記検出信号を取得する取得手段と、
を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。
【請求項２】
前記回転体は、前記回転体の所定回転量に対する前記回転体の円周方向の変位量が、前記所定回転量に対する前記反射手段の変位量よりも大きい部分である変位拡大部を有し、
前記取得手段は、前記変位拡大部の変位量から前記回転体の回転量を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項３】
前記変位拡大部には、前記変位拡大部の変位量を表す複数の目印が設けられており、
前記取得手段は、前記複数の目印各々を検出することにより、前記回転体の回転量を取得する
ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項４】
前記複数の目印は、前記変位拡大部上に等間隔に設けられており、
前記取得手段は、前記複数の目印が夫々検出された複数のタイミングのうち少なくとも一のタイミングから一又は複数の遅延時間だけ遅れた一又は複数のタイミングを、前記検出信号を取得するタイミングとし、
前記一又は複数の遅延時間は、前記少なくとも一のタイミングに対応する目印に相当する前記回転体の回転量に基づいて異なる
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項５】
前記複数の目印は、前記回転体の回転量に対する前記反射手段の移動量が小さい前記変位拡大部上の領域よりも、前記回転体の回転量に対する前記反射手段の移動量が大きい前記回転体上の領域において間隔が密に設けられており、
前記取得手段は、前記複数の目印各々を検出したタイミングを、前記検出信号を取得するタイミングとする
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波計測装置。
【請求項６】
前記反射手段と前記回転体とを連結する連結部材を更に備え、
前記連結部材の一端は、前記反射手段に回転可能に接続され、前記連結部材の他端は、前記回転体に回転可能に接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて計測対象物の特性等を分析するテラヘルツ波計測装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、例えば、テラヘルツ時間領域分光法（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用する装置が知られている。該装置は、超短パルスレーザ光（例えば、フェムト秒パルスレーザ光）を発生するレーザ光源と、テラヘルツ波発生素子と、テラヘルツ波検出素子とを備えている。超短パルスレーザ光は、励起光としての、ポンプ光及びプローブ光に分岐される。ポンプ光はテラヘルツ波発生素子に照射され、プローブ光はテラヘルツ波検出素子に照射される。
【０００３】
バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子にポンプ光が照射されると、該テラヘルツ発生素子からテラヘルツ波が発生する。発生したテラヘルツ波が計測対象物に照射された結果、該計測対象物により反射された反射光、又は該計測対象物を透過した透過光がテラヘルツ波検出素子に到達する。この際、バイアス電圧が印加されたテラヘルツ波検出素子にプローブ光が照射されると、該テラヘルツ波検出素子は、反射光又は透過光に応じた検出信号を出力する。出力された検出信号に対して所定の処理を施すことによって、計測対象物の特性が分析される。
【０００４】
ここで特に、プローブ光は、ポンプ光に対する光学的な遅延（即ち、光路長差）が付与されている。具体的には例えば、入射する光を再帰反射することが可能な再帰性反射鏡を含む再帰反射装置（或いは、このような再帰反射装置を含む光学遅延装置）に、プローブ光を入射させることによって、該プローブ光に光学的な遅延が付与されることが多い。再帰反射装置として、例えば直動可能な再帰性反射鏡（特許文献１参照）、或いは、回転可能な複数の再帰性反射鏡（特許文献２参照）を備えた装置が提案されている。
【０００５】
尚、「再帰反射」とは、入射光を、当該入射光の入射方向と平行な方向に向けて反射することを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３００１０９号公報
【特許文献２】特開２０１３−３３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、再帰反射鏡を直線的に移動するための可動ステージの端部に、所定幅毎に刻まれた目盛を持つスケール板が設けられている。そして、該スケール板の目盛を検出することにより再帰反射鏡の移動量が検出される。
【０００８】
ここで、再帰反射鏡の移動量とスケール板の移動量とは等しいので、スケール板の最大目盛数は、目盛検出器の分解能と可動ステージ（つまり、スケール板）の最大可動量とにより決定される。このため、サンプリングの分解能を向上させることが困難であるという技術的問題点がある。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、回転台上に配置された複数の再帰反射鏡各々で反射された光の光軸をそろえるための光軸調整を行う必要があり、例えば製造工程が煩雑になる可能性があるという技術的問題点がある。
【００１０】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的簡便にサンプリングの分解能を向上させることができるテラヘルツ波計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のテラヘルツ波計測装置は、上記課題を解決するために、第１の光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、前記第１の光とは異なる第２の光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波に対応する検出信号を出力する検出手段と、前記第２の光の光路上、且つ、前記検出手段よりも上流に配置され、前記第２の光を前記検出手段へ向けて反射する反射手段と、前記反射手段に連結された回転体を有し、前記回転体を回転させることにより、前記第２の光の光路長を短縮又は延長する方向に沿う直線上で、前記反射手段を移動させる光路長調整手段と、前記回転体の回転量に基づいて前記検出信号を取得するタイミングを決定し、前記決定されたタイミングにおいて前記検出信号を取得する取得手段と、を備える。
【００１２】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例に係る光学遅延部をその上方から見た平面図である。
【図３】実施例に係る光学遅延部の側面図である。
【図４】実施例に係る光学遅延部のロータリスケール板の一例を示す図である。
【図５】実施例に係る光学遅延部の概略モデルを示す図である。
【図６】（ａ）は、回転運動部の回転角と往復運動部の位置との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、回転運動部の回転角と往復運動部の速度との関係を示すグラフである。
【図７】テラヘルツ波の時間波形信号とサンプリングタイミングと関係の一例を示す図である。
【図８】往復運動部の位置と回転運動部の回転角との関係の概念を示す概念図である。
【図９】実施例に係る回転位相検出信号番号とタイマーカウント数との対応関係を規定するテーブルの一例である。
【図１０】回転位相検出信号番号とタイマーカウント数とからサンプリング信号を生成する概念を示す概念図である。
【図１１】回転基準信号、回転同期信号、回転位相検出信号及びサンプリング信号の関係の一例である。
【図１２】テラヘルツ波の時間波形信号とサンプリングタイミングと関係の他の一例を示す図である。
【図１３】実施例の第１変形例に係る光学遅延部のロータリスケール板の一例を示す図である。
【図１４】実施例の第２変形例に係る光学遅延部をその上方から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のテラヘルツ波計測装置に係る実施形態について説明する。
【００１５】
実施形態に係るテラヘルツ波計測装置は、発生手段、検出手段、反射手段、光路長調整手段及び取得手段を備えて構成されている。
【００１６】
発生手段は、第１の光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する。発生手段から発生したテラヘルツ波は、当該テラヘルツ波計測装置の計測対象物に照射される。検出手段は、第１の光とは異なる第２の光が照射されることで、計測対象物に対して照射されたテラヘルツ波に対応する検出信号を出力する。
【００１７】
ここで、「計測対象物に対して照射されたテラヘルツ波」は、計測対象物を透過したテラヘルツ波、及び計測対象物により反射されたテラヘルツ波の少なくとも一方を意味する。第１の光及び第２の光は、パルス状の光である。第１の光及び第２の光は、典型的には、一の光源から出射された光が、ビームスプリッタ等により分割されることにより生成される。
【００１８】
反射手段は、第２の光の光路上、且つ、検出手段よりも上流側に配置されている。反射手段は、該反射手段に入射する第２の光を検出手段へ向けて反射する。ここで、「第２の光を検出手段へ向けて反射」は、反射手段により反射された第２の光が直接検出手段に入射するように反射する場合に限らず、反射手段により反射された第２の光が、例えばミラー等の他の光学部材を介して、検出手段に入射するように反射する場合も含む。
【００１９】
光路長調整手段は、反射手段に連結された回転体を有する。光路調整手段は、回転体を回転させることにより、第２の光の光路長を短縮又は延長する方向に沿う直線上で、反射手段を移動させる。つまり、光路長調整手段が有する回転体は、該回転体の回転運動が反射手段の直線運動に変換されるような態様で、反射手段に連結されている。そして、光路長調整手段は、回転体を回転させることにより、反射手段を所定の直線上で移動させる。
【００２０】
光路長調整手段により反射手段の位置が変更されることにより（即ち、第２の光の光路長が変更されることにより）、第２の光が検出手段に入射するタイミングが変化する。第２の光が検出手段に入射するタイミングは、典型的には、第１の光に起因して発生したテラヘルツ波が検出手段に到達するタイミングと同時又はそれより遅い。つまり、光路長変調手段により反射手段の位置が変更されることにより、第２の光には光学的な遅延が付与される。
【００２１】
検出手段は、上述の如く、第２の光が照射されることで、テラヘルツ波に対応する検出信号を出力する。このため、第２の光が検出手段に入射するタイミングが変更され、変更されたタイミング毎の検出信号を取得すれば、テラヘルツ波の時間波形を得ることができる。
【００２２】
ここで、例えば空気中で第２の光の光路長が０．３ｍｍ長くなると（即ち、反射手段の位置が、第２の光の光路長を延長する方向に０．１５ｍｍ動くと）、第２の光が検出手段に入射するタイミングは１ｐｓ遅くなる。従って、反射手段の位置の検出分解能を向上すれれば、第２の光が検出手段に入射するタイミングの分解能（即ち、時間分解能）を向上させることができる。
【００２３】
本実施形態では、上述の如く、回転体の回転運動が反射手段の直線運動に変換されている。このため、回転体の基準位置からの回転量（即ち、位相）を特定すれば、反射手段の基準位置からの移動量（即ち、位置）を特定することができる。
【００２４】
ここで、回転体の回転量は、回転体の円周方向の変位量から求めることができる。特に、回転体の半径が長くなれば、該回転体の回転量に対する該回転体の外周部の円周方向の変位量は大きくなる。このため、回転体の半径を長くすると共に該回転体の外周部の円周方向の変位量を検出する構成とすれば、例えばセンサの分解能を変更せずとも、回転体の回転量の検出分解能を向上させることができる。
【００２５】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる取得手段は、光路長調整手段の回転体の回転量に基づいて検出信号を取得するタイミング（即ち、サンプリングタイミング）を決定し、該決定されたタイミングにおいて検出信号を取得する。
【００２６】
今回のサンプリングタイミングに対応する回転体の回転量と、次回のサンプリングタイミングに対応する回転体の回転量との差分は、今回のサンプリングタイミングに対応する第２の光が検出手段に入射するタイミングと、次回のサンプリングタイミングに対応する第２の光が検出手段に入射するタイミングとの差分（即ち、第２の光に付与された光学的な遅延量の差に相当する時間差）に変換することができる。
【００２７】
上述の如く、例えば回転体の円周方向の変位量から該回転体の回転量を求めることにより、回転体の回転量の検出分解能を向上させれば、上記時間差の分解能も向上させることができる。従って、取得された検出信号から得られるテラヘルツ波の時間波形のサンプリング分解能も向上させることができる。
【００２８】
このように、本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置によれば、比較的簡便にサンプリングの分解能を向上させることができる。
【００２９】
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の一態様では、光路長調整手段の回転体は、該回転体の所定回転量に対する該回転体の円周方向の変位量が、所定回転量に対する反射手段の変位量よりも大きい部分である変位拡大部を有し、取得手段は、変位拡大部の変位量から回転体の回転量を取得する。
【００３０】
この態様によれば、回転体の回転量の検出分解能を比較的容易にして向上することができ、実用上非常に有利である。
【００３１】
回転体が変位拡大部を有する態様では、変位拡大部には、該変位拡大部の変位量を表す複数の目印が設けられており、取得手段は、複数の目印各々を検出することにより、回転体の回転量を取得してよい。
【００３２】
このように構成すれば、比較的容易にして、回転体の回転量を取得することができ、実用上非常に有利である。
【００３３】
変位拡大部上に複数の目印が設けられた態様では、複数の目印は、変位拡大部上に等間隔に設けられており、取得手段は、複数の目印が夫々検出された複数のタイミングのうち少なくとも一のタイミングから一又は複数の遅延時間だけ遅れた一又は複数のタイミングを、検出信号を取得するタイミングとしてよい。ここで特に、上記一又は複数の遅延時間は、上記少なくとも一のタイミングに対応する目印に相当する前記回転体の回転量に基づいて異なる。
【００３４】
ここで、回転体と反射手段との連結方法によっては、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が一定ではない（つまり、回転体の回転量に対する光学的な遅延量が一定ではない）ことがある。この場合に、一定の回転量毎に検出信号を取得（即ち、サンプリング）すると、サンプリング間隔が不均一になってしまう。この場合に、上述の如く、変位拡大部上に等間隔に設けられた複数の目印が夫々検出された複数のタイミングのうち少なくとも一のタイミングから一又は複数の遅延時間だけ遅れた一又は複数のタイミングで、検出信号を取得すれば、比較的容易にしてサンプリング間隔を均一にすることができる。
【００３５】
或いは、変位拡大部上に複数の目印が設けられた態様では、複数の目印は、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が小さい変位拡大部上の領域よりも、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が大きい回転体上の領域において間隔が密に設けられており、取得手段は、複数の目印各々を検出したタイミングを、検出信号を取得するタイミングとしてよい。
【００３６】
この態様では、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が一定ではない態様で、回転体と反射手段とが連結されている場合に、反射手段が一定量移動する回転量毎に目印が設けられている。この結果、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が比較的大きい変位拡大部上の領域（言い換えれば、反射手段の移動量に対する回転体の回転量が比較的小さい変位拡大部上の領域）に設けられた目印の間隔は、回転体の回転量に対する反射手段の移動量が比較的小さい変位拡大部上の領域（言い換えれば、反射手段の移動量に対する回転体の回転量が比較的大きい変位拡大部上の領域）に設けられた目印の間隔よりも、密となる。従って、このように構成すれば、比較的容易にしてサンプリング間隔を均一にすることができる。
【００３７】
実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、反射手段と回転体とを連結する連結部材を更に備え、連結部材の一端は、反射手段に回転可能に接続され、連結部材の他端は、回転体に回転可能に接続されている。
【００３８】
この態様によれば、比較的容易にして、回転体の回転運動を、反射手段の直線運動に変換することができ、実用上非常に有利である。尚、連結部材の他端は、回転体の中心以外の部分に回転可能に接続されている。
【実施例】
【００３９】
本発明のテラヘルツ波計測装置に係る実施例を、図面に基づいて説明する。
【００４０】
＜全体構成＞
実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
図１において、テラヘルツ波計測装置１は、レーザ光源１１、テラヘルツ（ＴＨｚ）波発信部１３、光学遅延部１４、テラヘルツ波受信部１６及び制御・演算処理部２０を備えて構成されている。
【００４２】
当該テラヘルツ波計測装置１は、光学遅延部１４を用いて光路長を変更するポンプ―プローブ法によるテラヘルツ時間分光法を実行可能に構成されている。
【００４３】
レーザ光源１１は、サブピコ秒オーダ以下の超短パルスレーザ光を繰り返し出力可能である。当該テラヘルツ波計測装置１の動作時に、レーザ光源１１から出射されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ１２により、ポンプ光とプローブ光とに分けられる。
【００４４】
テラヘルツ波発信部１３は、例えばＧａＡｓ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ）等により形成された半導体基板上にダイポールアンテナ等を有する光伝導アンテナを備えるテラヘルツ波発生素子（図示せず）を備えている。尚、テラヘルツ波発生素子には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。
【００４５】
光伝導アンテナの中央部にはギャップ部が形成されており、該ギャップ部にバイアス電圧が印加された状態で、該ギャップ部にポンプ光が照射されると、光励起により半導体中にキャリアが生成され、サブピコ秒オーダの電流が発生する。この結果、発生した電流の時間微分に比例した振幅を有するパルス状のテラヘルツ波が放射される。テラヘルツ波発生素子により発生されたテラヘルツ波は、例えばシリコンコリメートレンズ等（図示せず）を介して、テラヘルツ波ビームとして、テラヘルツ波発信部１３から出射される。
【００４６】
当該テラヘルツ波計測装置１の動作時には、テラヘルツ波発信部１３から出射されたテラヘルツ波ビームは、シリコンビームスプリッタ１５を介して、対象測定物５０に照射される。該測定対象物５０により反射されたテラヘルツ波ビームは、シリコンビームスプリッタ１５により反射され、テラヘルツ波受信部１６に入射する。
【００４７】
テラヘルツ波受信部１６は、テラヘルツ波発生素子と同様の構成を有するテラヘルツ波検出素子（図示せず）を備えている。尚、テラヘルツ波検出素子には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。
【００４８】
テラヘルツ波検出素子に、光学遅延部１４を介したプローブ光が入射すると、テラヘルツ波検出素子の半導体中にキャリアが生成される。この結果、キャリアが生成された瞬間にテラヘルツ波検出素子に入射したテラヘルツ波ビームの振幅に比例した電流が発生する。テラヘルツ波受信部１６は、該発生した電流を、例えばＩ−Ｖ変換部（図示せず）により電流電圧変換し、計測対象物５０により反射されたテラヘルツ波の検出信号として、制御・演算処理部２０へ出力する。
【００４９】
制御・演算処理部２０は、光学遅延部駆動・制御部２１、データ処理・表示部２２、バイアス生成部２３及びロックイン検出部２４を備えて構成されている。
【００５０】
バイアス生成部２３は、テラヘルツ波発信部１３のテラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波受信部１６のテラヘルツ波検出素子に、バイアス電圧を印加する。より具体的には、バイアス生成部２３は、ロックイン検出部２４におけるロックイン検出に用いられる参照信号に基づいて変調されたバイアス電圧を、テラヘルツ波発生素子に印加する。バイアス生成部２３は、直流のバイアス電圧を、テラヘルツ波検出素子に印加する。
【００５１】
テラヘルツ波発生素子により発生されるテラヘルツ波は、バイアス電圧に応じて変調されるので、変調されたテラヘルツ波が、テラヘルツ波検出素子により検出されることとなる。
【００５２】
ロックイン検出部２４は、参照信号を用いて、テラヘルツ波受信部１６から出力された検出信号から、該参照信号の周波数とは異なる周波数成分（即ち、ノイズ成分）を除去して、テラヘルツ波に起因する時間波形信号を高感度・高精度に検波する。これは、テラヘルツ波検出素子により検出される、テラヘルツ波に起因する電流が微弱だからである。
【００５３】
尚、ロックイン検出を用いない場合には、テラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波検出素子の両方に、直流のバイアス電圧が印加されるようにバイアス生成部２３を構成すればよい。
【００５４】
データ処理・表示部２２は、検波された時間波形信号を、一旦記憶装置等に取り込む（即ち、記憶する）。データ処理・表示部２２は、取り込まれた時間波形信号に対して、フーリエ変換等を施すことにより、測定対象物５０により反射されたテラヘルツ波の固有スペクトルやイメージング画像を生成する。尚、テラヘルツ波に係る時間波形信号の処理については、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。
【００５５】
図１に示したテラヘルツ波計測装置１は、反射型のテラヘルツ波計測装置であるが、本発明は、透過型のテラヘルツ波計測装置にも適用可能である。
【００５６】
＜光学遅延部の構成＞
次に、光学遅延部１４の構成について、図２乃至図４を参照して説明する。図２は、実施例に係る光学遅延部をその上方から見た平面図である。図３は、実施例に係る光学遅延部の側面図である。図４は、実施例に係る光学遅延部のロータリスケール板の一例を示す図である。
【００５７】
図２及び図３において、光学遅延部１４は、図中のｘ軸に沿って直線的に移動する往復運動部１４１と、回転軸を中心として回転運動する回転運動部１４２と、往復運動部１４１及び回転運動部１４２を連結する連接体１４３と、を備えて構成されている。つまり、本実施例に係る光学遅延部１４は、クランクスライダ機構を有している。
【００５８】
往復運動部１４１は、図中のｘ軸に沿って配設されたガイド（図示せず）上を直線的に移動する可動ステージ１４１ａと、該可動ステージ１４１ａ上に配置された、例えばリフレクタやミラー等の反射体１４１ｂと、を有する。
【００５９】
回転運動部１４２は、回転体１４２ａと、該回転体１４２ａに固定され、該回転体１４２ａと一体回転するロータリスケール板１４２ｂと、ロータリスケール板１４２ｂの回転を検出する回転検出器１４２ｃと、回転体１４２ａ及びロータリスケール板１４２ｂを回転させる回転駆動体１４２ｄと、を有する。
【００６０】
連接体１４３と回転運動部１４２とは、勘合ピンＡにより接続されており、連接体１４３と往復運動部１４１とは、勘合ピンＢにより接続されている。
【００６１】
図４に示すように、ロータリスケール板１４２ｂには、回転同期信号を生成するための目盛である回転同期信号生成用目盛と、回転基準信号を生成するための目盛である回転基準信号生成用目盛とが形成されている。本実施例では、回転同期信号生成用目盛は、１５度毎に形成されている。
【００６２】
回転同期信号は、ロータリスケール板１４２ｂの回転に伴い発生するパルス信号である。回転基準信号は、回転同期信号からロータリスケール板１４２ｂの位相を特定する際の基準を示す信号であり、ロータリスケール板１４２ｂの１回転につき１回だけ発生するパルス信号である。
【００６３】
回転検出器１４２ｃは、ロータリスケール板１４２ｂに形成された回転同期信号生成用目盛及び回転基準信号生成用目盛を検出して、回転同期信号及び回転基準信号を生成し、光学遅延部駆動・制御部２１（図１参照）に出力する。
【００６４】
具体的には例えば、回転同期信号生成用目盛及び回転基準信号生成用目盛が、反射部材により形成されている場合、回転検出器１４２ｃは、ロータリスケール板１４２ｂに対し光を照射し、該ロータリスケール板１４２ｂからの反射光の強度を検出することにより、回転同期信号及び回転基準信号を生成する。或いは、回転同期信号生成用目盛及び回転基準信号生成用目盛が、光を透過する部材により形成されている場合、又は孔である場合、回転検出器１４２ｃは、ロータリスケール板１４２ｂを透過した光の強度を検出することにより、回転同期信号及び回転基準信号を生成する。
【００６５】
光学遅延部駆動・制御部２１は、回転検出器１４２ｃから出力された回転同期信号に基づいて、ロータリスケール板１４２ｂの回転数が一定になるように、回転駆動部１４２ｄを制御する。
【００６６】
次に、回転運動部１４２の位相（回転角θ）と、往復運動部１４１の変位（位置ｘ）との関係、及び回転運動部１４２の回転角速度ωと、往復運動部１４１の速度ｖとの関係について、図５及び図６を参照して説明する。尚、実施例に係る「回転角」は、本発明に係る「回転量」の一例である。
【００６７】
図５は、実施例に係る光学遅延部の概略モデルを示す図である。図６（ａ）は、回転運動部の回転角と往復運動部の位置との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、回転運動部の回転角と往復運動部の速度との関係を示すグラフである。
【００６８】
図５において、連接棒１４３の長さをｌ、回転運動部１４２の回転軸から勘合ピンＡまでの距離をｒ、回転運動部１４２の回転軸から勘合ピンＢまでの距離が最大となる、ｘ軸上の勘合ピンＢの位置（即ち、クランク上死点位置）を０とすると、往復運動部１４１の位置ｘ及び速度ｖは、下記式（１）及び式（２）で表される。
【００６９】
【数１】
2017020839.tif 000003
【００７０】
【数２】
2017020839.tif 000004
式（１）及び式（２）に基づき、回転角θが０度〜３６０度の範囲について、往復運動部１４１の位置ｘ及び速度ｖ各々の変化をグラフに表すと、図６（ａ）及び図６（ｂ）のようになる。
【００７１】
図６（ａ）に示すように、往復運動部１４１の変位量は、回転運動部１４２の位相に対して一定ではない。つまり、回転運動部１４２が所定量（例えば１５度）回転した場合の、光路長の変化量が一定ではない。
【００７２】
ポンプ−プローブ法では、光路長を変更することにより、プローブ光がテラヘルツ波受信部１６に到達する時間（即ち、テラヘルツ波受信部１６がテラヘルツ波を検出するタイミング）が制御される。
【００７３】
従って、回転運動部１４２が、例えば１５度回転する毎に、テラヘルツ波受信部１６から出力された検出信号を取得（即ち、サンプリング）すると、光路長の変化量が一定でないことに起因して、サンプリング間隔も不均一となる（図７参照）。
【００７４】
尚、図７は、テラヘルツ波の時間波形信号の一例を示す図である。図７中の黒丸は、回転運動部１４２が、例えば１５度回転する毎に、検出信号をサンプリングした場合のサンプリングタイミングを示している。図７の横軸は、プローブ光のポンプ光に対する光学遅延量に基づく時間を示している。
【００７５】
ところで、テラヘルツ波の時間波形信号を高品質に取得するためには、サンプリング間隔を均等にすることが望ましい。つまり、テラヘルツ波の時間波形信号を高品質に取得するためには、プローブ光の光路長が一定量変化する毎に、検出信号がサンプリングされることが望ましい。
【００７６】
例えば、回転運動部１４２が１回転する間に、検出信号が２４回サンプリングされる場合、図８に示すように、往復運動部１４１が２ｒ／１２だけ移動する毎に、検出信号がサンプリングされれば、サンプリング間隔が均一になる。
【００７７】
そこで本実施例では、光学遅延部駆動・制御部２１が、回転検出器１４２ｃから出力される回転基準信号及び回転同期信号に加えて、タイマーを用いて、テラヘルツ波受信部１６から出力される検出信号のサンプリングタイミングを決定している。尚、タイマーは、光学遅延部駆動・制御部２１に内蔵されている。また、タイマーのカウント数は、回転同期信号が検出される度にリセットされ再び増加する。
【００７８】
具体的には、光学遅延駆動・制御部２１は、回転基準信号及び回転同期信号に基づいて、ロータリスケール板１４２ｂの位相を特定する。ここで、ロータリスケール板１４２ｂに形成された回転同期信号生成用目盛の各々には、回転基準信号生成用目盛の位置を基準として、例えば０〜２３の回転位相検出番号が設定されている（図４参照）。光学遅延部駆動・制御部２１は、回転基準信号及び回転同期信号に基づいて、ロータリスケール板１４２ｂの現在の位相情報としての回転位相検出番号を特定する。
【００７９】
光学遅延部駆動・制御部２１には、例えば図９に示すような、回転位相検出番号とタイマーカウント数との対応関係を規定するテーブルが予め格納されている。光学遅延駆動・制御部２１は、特定された回転位相検出番号と、予め格納されたテーブルとに基づいて、検出信号のサンプリングタイミングを決定する。このとき、光学遅延部駆動・制御部２１は、決定されたサンプリングタイミングを示すサンプリング信号を、データ処理・表示部２２に送信する。
【００８０】
具体的には例えば、回転位相検出番号“３”に対応する回転同期信号が検出された場合、光学遅延部駆動・制御部２１は、回転位相検出番号“３”に対応する回転同期信号が検出された時点からＴ２だけ遅れたタイミング、及び該時点からＴ３だけ遅れたタイミングを、検出信号のサンプリングタイミングとする（図１０参照）。
【００８１】
或いは、回転位相検出番号“４”に対応する回転同期信号が検出された場合、光学遅延部駆動・制御部２１は、回転位相検出番号“４”に対応する回転同期信号が検出された時点からＴ４だけ遅れたタイミングを、検出信号のサンプリングタイミングとする（図１０参照）。
【００８２】
尚、例えば回転位相検出番号“１１”や“２３”に対応する回転同期信号が検出された場合、図９に示すテーブルではタイマーカウント数が設定されていないので、光学遅延部駆動・制御部２１は、回転位相検出番号“１１”及び“２３”に対応する回転同期信号が検出された時点を基準としては、サンプリングタイミングを決定しない。
【００８３】
本実施例に係る「回転位相検出番号“３”に対応する回転同期信号が検出された時点からＴ２だけ遅れたタイミング、及び該時点からＴ３だけ遅れたタイミングを、検出信号のサンプリングタイミングとする」という構成は、本発明に係る「前記複数の目印が夫々検出された複数のタイミングのうち少なくとも一のタイミングから複数の遅延時間だけ遅れた複数のタイミングを、前記検出信号を取得するタイミング」とするという構成の一例である。
【００８４】
本実施例に係る「回転位相検出番号“４”に対応する回転同期信号が検出された時点からＴ４だけ遅れたタイミングを、検出信号のサンプリングタイミングとする」という構成は、本発明に係る「前記複数の目印が夫々検出された複数のタイミングのうち少なくとも一のタイミングから一の遅延時間だけ遅れた一のタイミングを、前記検出信号を取得するタイミング」とするという構成の一例である。
【００８５】
上述した処理の結果、回転運動部１４２が１回転する間（即ち、ロータリスケール板１４２ｂが１回転する間）に、図１１に示すサンプリングタイミングで、検出信号が２４回サンプリングされる。
【００８６】
図１１に示すサンプリングタイミングを図１２中に黒丸で示すと、テラヘルツ波の時間波形信号が均等な間隔でサンプリングされていることがわかる。
【００８７】
尚、往復運動部１４１は、回転運動部１４２が１回転する間に、ｘ軸上の“０”から“２ｒ”までの範囲を１往復するので（図５参照）、図１２における左端の黒丸及び右端の黒丸を除いて、回転運動部１４２が１回転する間に２回分のサンプリングデータが得られる。
【００８８】
本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１では特に、ロータリスケール板１４２ｂの半径を長くすれば、回転角に対するロータリスケール板１４２ｂの円周方向の変位量を大きくすることができる。このため、例えば回転同期信号生成用目盛の検出分解能を向上させることができ、ひいては、サンプリングの分解能を向上させることができる。
【００８９】
本実施例に係る「ポンプ光」、「プローブ光」、「テラヘルツ波発信部１３」、「テラヘルツ波受信部１６」、「反射体１４１ｂ」、「光学遅延部１４」、「制御・演算処理部２０」、「ロータリスケール板１４２ｂ」、「連接体１４３」、及び「回転同期信号生成用目盛」は、夫々、本発明に係る「第１の光」、「第２の光」、「発生手段」、「検出手段」、「反射手段」、「光路調整手段」、「取得手段」、「変位拡大部」、「連結部材」及び「目印」の一例である。
【００９０】
＜第１変形例＞
次に、実施例の第１変形例について、図１３を参照して説明する。図１３は、図４と同趣旨の、実施例の第１変形例に係る光学遅延部のロータリスケール板の一例を示す図である。
【００９１】
上述した実施例では、ロータリスケール板１４２ｂ上に、所定回転量（例えば１５度）毎に回転同期信号生成用目盛が形成されており、光学遅延部制御・駆動部２１は、回転基準信号及び回転同期信号と、タイマーとを用いて、テラヘルツ波受信部１６から出力される検出信号のサンプリングタイミングを決定することにより、テラヘルツ波の時間波形信号のサンプリング間隔を均等にしている。
【００９２】
他方で、本変形例では、上述した式（３）から、サンプリングタイミングが均等になるような往復運動部１４１の位置が特定され、該特定された位置に対応する回転角が求められる。そして、図１３に示すように、該求められた回転角に対応するロータリスケール板１４２ｂ上の位置に回転同期信号生成用目盛が形成されている。
【００９３】
従って、光学遅延部駆動・制御部２１が、回転同期信号の、例えば立ち上がりのタイミングをサンプリングタイミングとすれば、均等なサンプリング間隔で、テラヘルツ波の時間波形信号をサンプリングすることができる。
【００９４】
＜第２変形例＞
次に、実施例の第２変形例について、図１４を参照して説明する。図１４は、図２と同趣旨の、実施例の第２変形例に係る光学遅延部をその上方から見た平面図である。
【００９５】
本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１は、光学遅延部１４に代えて、光学遅延部３４を備えて構成されている。
【００９６】
図１４において、光学遅延部３４は、反射体３４１と、該反射体３４１を支持する可動ステージ３４２と、該可動ステージ３４２に設けられたラック３４３と、該ラック３４３と噛み合う歯車３４４と、該歯車３４４と一体回転し、その外縁に複数の歯が形成されたロータリスケール板３４５と、該ロータリスケール板３４５に形成された複数の歯と噛み合う歯車３４６と、ロータリスケール板３４５に形成された回転基準信号生成用目盛及び回転同期信号生成用目盛から、回転基準信号及び回転同期信号を生成する回転検出器３４７と、を備えて構成されている。
【００９７】
歯車３４６は、例えばモータ等の駆動機構の回転軸に接続されている。光学遅延部駆動・制御部２１は、回転検出器３４７から出力された回転同期信号に基づいて、歯車３４６に接続された駆動機構を制御することにより、反射体３４１を図中のｘ軸に沿って移動させる。この結果、プローブ光の光路長が変更される。
【００９８】
ここで特に、ロータリスケール板３４５の中心から回転同期信号生成用目盛が形成されている部分までの距離は、ロータリスケール板３４５の回転量に対する該ロータリスケール板３４５の回転同期信号生成用目盛が形成されている部分の変位量が、ロータリスケール板３４５の回転量に対する反射体３４１の変位量よりも大きくなるように設定されている。
【００９９】
複数の回転同期信号生成用目盛各々は、典型的には、ロータリスケール板３４５の所定回転量毎に形成されている。
【０１００】
本変形例に係る「反射体３４１」及び「光学遅延部３４」は、夫々、本発明に係る「反射手段」及び「光路長調整手段」の他の例である。本変形例に係る「ロータリスケール板３４５」は、本発明に係る「回転体」及び「変位拡大部」の他の例である。
【０１０１】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うテラヘルツ波計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１…テラヘルツ波計測装置、１３…テラヘルツ波発信部、１４…光学遅延部、１６…テラヘルツ波受信部、２０…制御・演算処理部、２１…光学遅延部制御・駆動部、２２…データ処理・表示部、２３…バイアス生成部、２４…ロックイン検出部、５０…測定物、１４１…往復運動部、１４１ａ…可動ステージ、１４１ｂ…反射体、１４２…回転運動部、１４２ａ…回転体、１４２ｂ…ロータリスケール板、１４２ｃ…回転検出器、１４２ｄ…回転駆動体、１４３…連接体
【図２】
2017020839.tif 000005
【図３】
2017020839.tif 000006
【図４】
2017020839.tif 000007
【図５】
2017020839.tif 000008
【図６】
2017020839.tif 000009
【図７】
2017020839.tif 000010
【図８】
2017020839.tif 000011
【図９】
2017020839.tif 000012
【図１０】
2017020839.tif 000013
【図１１】
2017020839.tif 000014
【図１２】
2017020839.tif 000015
【図１３】
2017020839.tif 000016
【図１４】
2017020839.tif 000017
【図１】
2017020839.tif 000018