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公開番号2025133506
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024031501
出願日2024-03-01
発明の名称測定装置、測定方法及びプログラム
出願人地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所,学校法人中央大学,学校法人芝浦工業大学
代理人個人
主分類G01N 22/00 20060101AFI20250904BHJP(測定;試験)
要約【課題】対象物に電磁波を照射することで生じる反射波のスペクトル測定を、干渉の影響を抑制しつつ効率的に行う。
【解決手段】光学系2は、電磁波源1から入射する電磁波Wを、電磁波Wの伝搬方向に沿って駆動可能なステージ3により保持されたサンプルSに出射し、かつ、サンプルSからの反射波W_sが入射し、反射波W_sと迷光W_rとが干渉した合成波を出射する。検出器4は、合成波の強度を検出し、検出結果を示す検出信号DETを出力する。制御部6は、電磁波Wの周波数を複数の周波数の中で切り替えるように電磁波源1を制御するとともに、複数の周波数のそれぞれについてステージ3が複数の位置へ移動するようにステージ3を制御する。信号処理部5は、検出信号DETに応じて合成波のスペクトルを測定し、合成波のスペクトルから予め取得された迷光W_rのスペクトルを除去することで、反射波W_sのスペクトルを取得する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電磁波を出射する電磁波源と、
前記電磁波の伝搬方向に沿って駆動可能な、前記電磁波が照射される測定対象物を保持するステージと、
前記電磁波源から出射された前記電磁波を前記測定対象物に出射し、かつ、前記測定対象物による前記電磁波の反射波が入射し、前記反射波と、前記電磁波が入射することで生じる迷光と、が干渉した合成波を前記電磁波の伝搬経路とは異なる経路から出射する光学系と、
前記光学系から出射された前記合成波を検出し、検出結果を示す検出信号を出力する検出器と、
前記電磁波の周波数を複数の周波数の中で切り替えるように前記電磁波源を制御するとともに、前記複数の周波数のそれぞれについて、前記ステージが複数の位置へ移動するように前記ステージを制御する制御部と、
前記検出信号に応じて、前記電磁波の周波数及び前記ステージの位置に依存した強度を有する前記合成波のスペクトルを測定し、前記合成波のスペクトルから予め取得された前記迷光のスペクトルを除去することで、前記反射波のスペクトルを取得する信号処理部と、を備える、
測定装置。
続きを表示（約 4,200 文字）【請求項２】
前記複数の周波数のうちの１つの周波数について、前記ステージを複数の位置へ移動させて前記合成波のスペクトルを測定する処理を、前記複数の周波数のそれぞれの周波数について行うことで、前記合成波のスペクトルが測定され、
前記処理においては、
前記制御部が前記１つの周波数を前記電磁波源に指示することで、前記電磁波源は前記１つの周波数の電磁波を前記光学系に出射し、
前記信号処理部が前記検出信号をモニタしている状態で、前記制御部は、前記ステージを前記複数の位置へ移動させ、
前記ステージを前記複数の位置の全てへ移動させたならば、前記制御部は、前記複数の周波数のそれぞれを前記１つの周波数として選択したかを判定し、
前記複数の周波数のそれぞれを前記１つの周波数として選択した場合、前記合成波のスペクトルの測定を終了し、
前記複数の周波数のそれぞれを前記１つの周波数として選択されていない場合、前記１つの周波数を、前記複数の周波数のうちで未だ選択されていない周波数に更新して、前記処理を繰り返す、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記電磁波の周波数をｆとして、前記検出信号に現れる前記合成波Ｗ
ｃ
は、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000016.tif
31
154
但し、ｃ
０
は真空中の光速、Ｃ
ｒ
（ｆ）は前記迷光の振幅、Ｃ
ｓ
は前記測定対象物の表面からの反射波の振幅、ｘは前記光学系から前記測定対象物の前記表面までの距離、θは前記電磁波源から出射された前記電磁波に対する前記迷光の位相ずれ、Ｃ
ｒｓ
（ｆ，ｘ）は前記合成波の振幅、θ
ｓ
（ｆ，ｘ）は干渉による位相ずれであり、
前記合成波の振幅Ｉ
ｓ
は、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000017.tif
26
166
Θは以下の式で表され、
TIFF
2025133506000018.tif
21
112
前記合成波の振幅Ｉ
ｓ
の最大値ｍａｘＩ
ｓ
及び最小値ｍｉｎＩ
ｓ
によって、前記反射波の振幅Ｃ
ｒ
及び前記迷光の振幅Ｃ
ｓ
は、
Ｃ
ｒ
＞Ｃ
ｓ
の場合、
TIFF
2025133506000019.tif
21
134
で表され、
Ｃ
ｒ
＜Ｃ
ｓ
の場合、
TIFF
2025133506000020.tif
22
143
TIFF
2025133506000021.tif
22
110
で表され、
前記信号処理部は、
前記迷光の振幅Ｃ
ｒ
のスペクトルを予め保持しており、
前記合成波のスペクトルと、予め与えられた前記迷光の振幅Ｃ
ｒ
のスペクトルと、に基づいて、前記複数の周波数のそれぞれについて、式［４］及び式［５］のいずれかを適用して、前記反射波の振幅Ｃ
ｓ
を抽出することで、前記反射波のスペクトルを取得する、
請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定対象物は、単一の材料で構成され、
前記反射波は、前記測定対象物の表面に照射された前記電磁波が前記表面で反射されたものであり、
前記信号処理部は、前記測定対象物の表面からの前記反射波のスペクトルを取得する、
請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定対象物は第１の材料からなり、かつ、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる埋設物が埋設されており、
前記電磁波の周波数をｆとして、前記検出信号に現れる前記合成波Ｗ
ｃ
は、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000022.tif
50
149
但し、ｃ
０
は真空中の光速、Ｃ
ｒ
（ｆ）は前記迷光の振幅、Ｃ
ｓ
は前記測定対象物の表面からの反射波の振幅、Ｃ
ｍ
は前記埋設物の表面からの反射波の振幅、ｘは前記光学系から前記測定対象物の前記表面までの距離、θは前記電磁波源から出射された前記電磁波に対する前記迷光の位相ずれ、Ｃ
ｒｍ
（ｆ，ｘ）は前記合成波の振幅、θ
ｍ
（ｆ，ｘ）は干渉による位相ずれであり、
前記合成波の振幅Ｉ
ｍ
は、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000023.tif
28
166
Ｄ(ｆ)は、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000024.tif
34
166
Θは、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000025.tif
17
112
ｃｏｓφは以下の式で表され、
TIFF
2025133506000026.tif
32
130
ｓｉｎφは、以下の式で表され、
TIFF
2025133506000027.tif
31
119
前記埋設物の表面からの反射波の振幅Ｃ
ｍ
（ｆ）は、以下の式により求められ、
TIFF
2025133506000028.tif
22
149
前記信号処理部は、
前記干渉による位相ずれθ
ｍ
（ｆ，ｘ）と、前記式［１］～［６］に基づいて取得された前記測定対象物の表面からの反射波の振幅Ｃ
ｓ
と、を予め保持しており、
前記信号処理部は、予め保持している前記干渉による位相ずれθ
ｍ
（ｆ，ｘ）と、前記測定対象物の表面からの反射波の振幅Ｃ
ｓ
と、に基づいて、前記式［１３］により、前記複数の周波数のそれぞれの周波数について前記埋設物からの反射波の振幅を抽出することで、前記埋設物からの反射波の振幅のスペクトルを取得する、
請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定対象物の表面からの反射波の振幅Ｃ
ｓ
は、予め、前記第１の材料からなる前記測定対象物の表面からの反射波の振幅を前記式［１］～［６］に基づいて測定することで、予め決定される、
請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記光学系は、
前記測定対象物へ前記電磁波を出射する出射口を介して入射する前記反射波を、前記電磁波の伝搬経路とは異なる前記経路へ分岐する、前記電磁波の伝搬経路に挿入された分岐手段を備え、
前記分岐手段は、前記電磁波を、前記出射口へ向かう経路と、前記出射口へ向かう前記経路とは異なる他の経路と、に分岐し、
前記他の経路へ分岐された前記電磁波により、前記光学系で前記迷光が生じ、
前記分岐された前記反射波が前記迷光と干渉することで、前記合成波が出力される、
請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項８】
前記光学系は、前記他の経路に反射された前記電磁波を反射する反射手段をさらに備える、
請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
電磁波を出射し、
光学系により、前記電磁波を、前記電磁波の伝搬方向に沿って駆動可能なステージによって保持された測定対象物に出射し、かつ、前記測定対象物による前記電磁波の反射波が入射し、前記反射波と、前記電磁波が入射することで生じる迷光と、が干渉した合成波を前記電磁波の伝搬経路とは異なる経路から出射し、
前記光学系から出射された前記合成波を検出して、検出結果を示す検出信号を出力し、
前記電磁波の周波数を複数の周波数の中で切り替え、前記複数の周波数のそれぞれについて、前記ステージを複数の位置へ移動させ、
前記検出信号に応じて、前記電磁波の周波数及び前記ステージの位置に依存した強度を有する前記合成波のスペクトルを測定し、前記合成波のスペクトルから予め測定された前記迷光のスペクトルを除去することで、前記反射波のスペクトルを取得する、
測定方法。
【請求項１０】
電磁波を出射する電磁波源と、前記電磁波の伝搬方向に沿って駆動可能な、前記電磁波が照射される測定対象物を保持するステージと、前記電磁波源から出射された前記電磁波を前記測定対象物に出射し、かつ、前記測定対象物による前記電磁波の反射波が入射し、前記反射波と、前記電磁波が入射することで生じる迷光と、が干渉した合成波を前記電磁波の伝搬経路とは異なる経路から出射する光学系と、前記光学系から出射された前記合成波の強度を検出し、検出結果を示す検出信号を出力する検出器と、を備える測定装置を制御するコンピュータに、
前記電磁波の周波数を複数の周波数の中で切り替えるように前記電磁波源を制御する処理と、
前記複数の周波数のそれぞれについて、前記ステージが複数の位置へ移動するように前記ステージを制御する処理と、
前記検出信号に応じて、前記電磁波の周波数及び前記ステージの位置に依存した強度を有する前記合成波のスペクトルを測定する処理と、
前記合成波のスペクトルから予め取得された前記迷光のスペクトルを除去することで、前記反射波のスペクトルを取得する処理と、を実行させる、
プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、測定装置、測定方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電磁波を対象物に照射し、反射又は透過した電磁波を測定する手法は、対象物の表面からの情報ではわからない、構造体内部の埋設物の形状、組成及び腐食状態といった状態を理解するために有用な手段である。この手法は、建築物の寿命診断や工業製品の品質検査など、幅広い分野で活用されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、メガヘルツ帯～ギガヘルツ帯の電磁波をコンクリートからなる構造体に照射し、入射面及び入射面の反対側の裏面で反射される電磁波や、コンクリート中の鉄球からの反射波を検出し、構造体の内部構造を測定する手法が提案されている。
【０００４】
また、直進性と解像度との両立を目指し、近年ではミリ波～テラヘルツ波帯域の利用が注目されており、自動運転における測距技術や空港のセキュリティ検査といった我々の暮らしに密接で安全性が求められる分野でも応用が始まっている。
【０００５】
例えば、非特許文献２には、ケーブルにテラヘルツ波を照射して、ケーブルを透過した電磁波を検出することで、ケーブル中の空隙の有無を検査する手法が紹介されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
J. H. Bungey, S. G. Millard, “Rader inspection of structures”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Structures and Buildings, Volume 99, Issue 2, MAY 1993, pp. 173-186
Peter H. Siegel, “Terahertz Technology”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 50, NO. 3, MARCH 2002, pp. 910-928
河野行雄、「高感度テラヘルツ波検出器 ―近接場イメージングへの応用―」、２００９年、会誌「光学」、日本光学会、３８巻２号、８１～８８ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的な電磁波技術では、単波長での計測が行われることが多い。単波長の計測では、対象物の媒質の透過特性に合わせた周波数を選ぶことで、材質の識別やレーダー技術を用いた距離測定などを行うことができるものの、識別されたものが材質の違いによるものなのか、変質によるものなのかを判断することが困難である。
【０００８】
一方、対象物の状態を推定する技術は、光の分野で盛んに研究されており、可視光及び近赤外領域などでは、スペクトルを計測することで対象物の表面の状態を推定する技術が開発されている
【０００９】
そこで、ミリ波～テラヘルツ波帯域の電磁波を対象物に照射してスペクトルを計測することで、対象物の内部構造を推定することが考えられる。しかし、ミリ波～テラヘルツ波帯域の電磁波は、波長が比較的長いことや電磁波の発生原理に依存して可干渉距離が長くなってしまい、干渉の影響が大きくなってしまうことが知られている。
【００１０】
上述した単波長の計測に用いられる光学系では、波長に合わせた光学系を構築することで干渉の影響を抑える。これに対し、ミリ波～テラヘルツ波帯域の複数の波長の電磁波を用いてスペクトル測定を行う場合、電磁波の波長を切り替える都度、干渉の影響を低減するために光学系を調整する必要がある。これにより、ミリ波～テラヘルツ波帯域の電磁波を対象物に照射してそのスペクトル測定を実現可能な時間及び作業によって行うことは、困難である。
（【００１１】以降は省略されています）

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