JP2004061455A

JP2004061455A - テラヘルツ電磁波による粉体物性測定装置および方法

Info

Publication number: JP2004061455A
Application number: JP2002223884A
Authority: JP
Inventors: Michael Hermann; ミハエル　ヘルマン; Kiyomi Sakai; 阪井　清美; Masahiko Tani; 谷　正彦
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: Communications Research Laboratory
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】テラヘルツ電磁波による粉体物性測定装置および方法に関するものであり，電磁波分光により粉体の物理的性状を観測することを目的とする。
【解決手段】粉体を保持する手段と，粉体にテラヘルツ電磁波を照射する照射手段と，粉体を通過したテラヘルツ電磁波を受信して電気信号に変換する受信手段と，該受信手段の出力をもとに該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝搬時間の差もしくは振幅の差を取得する手段と，該差に基づいて表示装置に粉体の特徴を表示するための画像処理をする画像処理手段とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はテラヘルツ電磁波による粉体物性測定装置および方法に関するものである。粉体（以下の説明において粉体は小麦粉のような粉体だけでなくグラニュー糖のような顆粒状の材質をも含む）は、液体と固体の特徴を備えるものであって、物理的に興味ある対象である。また、粉体は物性の研究対象としてでだけでなく、生活の中で身近なものであり、例えば、コーンフレークの製造業者は箱にコーンフレークが正しく充填されているかを箱を開くことなく検査することが必要とされる。しかし、粉体材料は研究対象としてあまり重要視されていなかった。本発明は、そのような粉体の性質をテラヘルツ電磁波を利用して非破壊的に測定する装置および方法を提供するものである。また、本発明は、テラヘルツ電磁波を利用して、例えば封筒に粉体が封入されているかいないかを開封することなく検出する等を容易に測定できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体を透過するテラヘルツ電磁波を利用して分光により木の葉等の画像、あるいは固体を画像化する技術は従来から知られていて、本発明者等は、テラヘルツ電磁波を利用して、粉体に埋もれた異物を検出する方法をすでに開発した。しかしテラヘルツ電磁波を利用して粉体そのものの物性あるいは物理的状態を測定することは従来なされていなかった。
【０００３】
図１１はテラヘルツ電磁波分光により試料を画像化する方法を原理的に示したものである。図１１において、５、６、７、８は反射鏡である（５は半透鏡である）。２１はテラヘルツ電磁波発生器であって、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に低温成長によりＧａＡｓエピタキシャル膜を形成し、その上にダイポールアンテナ２３とコプラナー伝送路（ＡｕＧｅ　／Ｎｉ　／Ａｕ　）２４を配設したものである。２６は入射ビームであって、レーザによる光パルスである。２７は半透鏡を透過したパルス光Ａである。２８は半透鏡で反射して時間τだけ遅延されたパルス光Ｂである。２９はテラヘルツ電磁波発生器で発生したテラヘルツ電磁波である。４０は測定対象の試料である。５３は時間遅延部であって、半透鏡５で反射したパルス光を時間τだけ遅延させるものである。６１はロックイン・アンプであって、テラヘルツ電磁波受信器２２から出力される電気信号を信号処理するものである。６２は画像処理部であって、ロックイン・アンプ６１から出力される信号をもとに画像化のための処理をするものである。
【０００４】
図１１の構成の動作を説明する。テラヘルツ電磁波発生器２１のダイポールアンテナは直流バイアスされる。パルス光Ａがテラヘルツ電磁波発生器２１のダイポールアンテナ２３の間隙に照射されると、ダイポールアンテナ２３からテラヘルツ電磁波が発生し、反射鏡６で反射したテラヘルツ電磁波２９は試料４０に入射される。テラヘル電磁波は試料４０を通過することにより、試料の材質に応じて電界強度、伝搬位相が変化する。試料４０を通過したテラヘルツ電磁波はテラヘルツ電磁波受信器２２のダイポールアンテナで受信される。一方、時間τだけ遅延したパルス光Ｂがテラヘルツ電磁波受信器２２のダイポールアンテナの間隙部分を照射する。テラヘルツ電磁波受信器２２から出力される電気信号は、テラヘルツ電磁波２９の電界強度とパルス光Ｂのコンボリューションであるので、時間τにおけるテラヘルツ電磁波２９の電界強度に応じた大きさをもつ信号である。試料４０をＸ−Ｙ方向に走査しさらに、試料４０のＸ−Ｙ平面の各点において遅延時間τを変化させることにより、試料４０のτに対応するＺ座標におけるＸ−Ｙ面での画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
粉体の物性測定は、従来、Ｘ線により行われてきたが、テラヘルツ電磁波により非破壊的になされていなかった。粉体に電磁波を照射して観測する時、粉体粒子の表面が散乱中心として作用するために短波長の可視光領域の電磁波は粉体を透過しない。電磁波の波長が粉体の粒径サイズより大きい時、電磁波は粉体を透過できるが、無線波のような長波長の電磁波では局所的解像度が悪く、粉体の状Ｘ軸方向の水分含有量について態を観測することができない。これらのことから、電磁波分光により粉体の物理的性状を観測することは容易ではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はテラヘルツ電磁波はサブｍｍの粒径サイズの粉体の状態を観測するのに最適であることを見い出し、テラヘルツ電磁波による粉体物性測定装置および方法を開発した。
【０００７】
本発明の粉体物性測定装置は、粉体を保持する手段と、粉体にテラヘルツ電磁波を照射する照射手段と、粉体を通過したテラヘルツ電磁波を受信して電気信号に変換する受信手段と、該受信手段の出力をもとに該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝搬時間の差もしくは振幅の差を取得する手段と、該差に基づいて表示装置に粉体の特徴を表示するための画像処理をする画像処理手段とを備え、粉体の特徴を測定する。
【０００８】
本発明の方法は、粉体にテラヘルツ電磁波を照射し、該粉体を通過したテラヘルツ電磁波をテラヘルツ受信手段で受信し、該受信されたテラヘルツ電磁波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝搬時間の差もしくは振幅の差を取得し、該差に基づいて得られる粉体の特徴を表示装置に表示するための画像処理をする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、テラヘルツ電磁波を利用して粉体の物理的状態を観測するための実施の形態を示す。図１において、１は気密容器であって、テラヘルツ電磁波発生器２１、テラヘルツ電磁波受信器２２、反射鏡１、反射鏡２、反射鏡３、反射鏡４および試料４０を収納しているものである。テラヘルツ電磁波は水蒸気による吸収のため減衰が大きいのでできるだけ減衰の少ない状態で測定結果を得るためのものである。必要に応じて真空ポンプで真空にする。
【００１０】
２は励起光源であって、半導体レーザ等である。３はレーザ光源であって、励起光源２の励起光により駆動されてパルスレーザ光を発生するものであり、例えば、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ等である。レーザ光源３は７８０〜８００ｎｍ、パルス幅が１０〜１５０ｆｓのパルス光を出力する。電気的駆動部５１により駆動されて、繰り返し周波数として、例えば１ｋＨｚでそのパルス光を発生する。
【００１１】
４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２は反射鏡であって、レーザ光源３で発生するレーザ光を反射するものである（５は半透鏡である）。３１、３２、３３、３４はそれぞれ凹面反射鏡１、凹面反射鏡２、凹面反射鏡３、凹面反射鏡４であって、これらは全て軸はずし放物面鏡である。凹面反射鏡１はテラヘルツ電磁波発生器２１に焦点が合わされている。凹面反射鏡２、凹面反射鏡３は試料４０に焦点があわされている。凹面反射鏡４はテラヘルツ電磁波受信器２２に焦点が合わされている。
【００１２】
２１はテラヘルツ電磁波発生器（テラヘルツ電磁波発生手段）であり、パルスレーザ光を受光してテラヘルツ電磁波を発生するものである。２２はテラヘルツ電磁波受信器（テラヘルツ電磁波受信手段）であって、テラヘルツ電磁波を照射された時に入射電界強度に応じた電気信号を発生するものである。１５はチョッパー（分周手段）であって、レーザ光源３から出力される光パルスをチョップするもので、例えば、１ｋＨｚの繰り替し周波数のパルスレーザ光を５００Ｈｚのパルス光Ａに変換するものである。チョッパーの代わりにシェーカ等により光パルスの光路長を低周波の振動数で変調する変調手段でもよい。
【００１３】
４０は試料であって、測定対象の粉体であり、容器に収納されているものである。試料４０の容器の材料はテラヘルツ電磁波の吸収の小さいものであればどのようなものでも良く、例えばテラヘルツ電磁波を吸収しないプラスチックの容器で良い。５１は電気的駆動部であって、レーザ光源およびチョッパー駆動部５２を電気的に駆動するものである。例えば、レーザ光源３から出力されるフェムト秒の光パルスを１ｋＨｚ周期で出力するように駆動するものである。５２はチョッパー駆動部であって、チョッパー１５を駆動するものである。チョッパー駆動部５２はレーザ光源３の出力に同期するように動作するものであって、例えば、電気的駆動部５１が１ｋＨｚ周期で光パルスを出力するようにレーザ光源３を駆動している時、チョッパー１５がパルス光Ａを５００Ｈｚでチョップするように駆動する。５３は時間遅延部であって、パルス光Ｂの光路長を変更するものである。６１はロックイン・アンプであって、チョッパー駆動部５２のチョップ周期の信号を参照信号として、テラヘルツ電磁波受信器２２の出力する電気信号を処理するものである。
【００１４】
図１（ｂ）は試料４０のＹ−Ｚ面の断面を示す。図１（ｃ）は試料４０のＸ−Ｙ面の断面図をしめす。試料４０は載置台４１の上に置かれ、Ｘ−Ｙ面内を移動でき、テラヘルツ電磁波の照射が試料のＸ−Ｙ面を走査するようにする。
【００１５】
図１（ａ）の構成の動作を説明する。レーザ光源３は電気的駆動部５１により電気的に駆動され、励起光源２の出力光により光学的に励起されて、波長が７８０〜８００ｎｍでパルス幅が１０〜１５０ｆｓのレーザパルス光を繰り返し周期１ｋＨｚで出力する。レーザ光源３で出力されたパルス光は反射鏡４で反射され、さらにその一部は半透鏡５で反射されて、チョッパー１５でチョップされ、繰り返し周波数が５００Ｈｚのパルス光Ａとなって、反射鏡７で反射し、テラヘルツ電磁波発生器２１のアンテナの間隙を照射する。一方、レーザ光源３から出力されて、反射鏡４で反射したパルス光の一部は半透鏡５を透過し、反射鏡８で反射し、さらに反射鏡９で反射して、時間遅延部５３の反射鏡１０と１１および反射鏡１２で反射し、テラヘルツ電磁波受信器２２のアンテナの間隙に照射される。
【００１６】
テラヘルツ電磁波発生器２１は、パルス光Ａを照射され、テラヘルツ電磁波を発生する。パルス光Ａが照射されるテラヘルツ電磁波発生器２１のアンテナの間隙は、凹面反射鏡１の焦点の位置にあるので、凹面反射鏡１で反射して凹面反射鏡１の光軸に平行な光線となり、凹面反射鏡２に入射される。凹面反射鏡２で反射したテラヘルツ電磁波は粉体を収容した試料４０に入射され、試料（粉体）の内部を伝搬して凹面反射鏡３に入射される。凹面反射鏡２と凹面反射鏡３の焦点はいずれも試料４０のＸ−Ｙ面内にあり、試料を通過したテラヘルツ電磁波は凹面反射鏡３で反射しその光軸に平行に進んで、凹面反射鏡４に入射される。テラヘルツ電磁波受信器２２のアンテナの間隙は凹面反射鏡４の焦点の位置にあるので、凹面反射鏡４で反射したテラヘルツ電磁波はテラヘルツ電磁波受信器２２のアンテナを照射する。
【００１７】
一方、レーザ光源３から出力されて、半透鏡５を通過したパルス光は時間遅延部５３で光路を時間τに相当する距離を遅延されてパルス光Ｂとなり、反射鏡１２で反射して、テラヘルツ電磁波受信器２２のプローブ光として、テラヘルツ電磁波受信器２２のアンテンナ間隙を照射する。反射鏡４で反射したテラヘルツ電磁波とプローブ光の照射を受けたテラヘルツ電磁波受信器２２は、テラヘルツ電磁波の電界強度と光の強度の積の時間積分（コンボリューション）に応じた電気信号を出力する。プローブ光（パルス光Ｂ）はパルス光であるので、テラヘルツ電磁波受信器２２は時間τにおけるテラヘルツ電磁波の電界強度に応じた電気信号を出力する。時間τを連続的に変化させることにより、Ｘ−Ｙ面を通過するテラヘルツ電磁波の各時刻τでの電界強度を測定でき、電界強度の時間変化、伝搬位相を測定できる。
【００１８】
ロックイン・アンプ６１は、チョッパー周期信号を参照信号としてテラヘルツ電磁波受信器２２から出力される電気信号を処理し、画像処理部６２はロックイン・アンプ６１から出力されるテラヘルツ電磁波の強度について、τを変化させることにより得られた各Ｚ座標毎の各Ｘ−Ｙ面の電界強度を画像データとして、メモリに保持する。さらに、画像処理部は測定目的に応じて、各座標間の電界強度の差、あるいはＺ軸方向での最大電界強度の差に基づいて伝搬時間の差（位相）等を求める処理をし、その結果をメモリに保持する。さらに、表示装置は画像処理された画像データを表示出力する。
【００１９】
図２は、Ｘ−Ｙ面内の走査とパルス光Ｂの時間遅延走査（Ｚ軸方向の走査に相当する）のフローチャートである。（ａ）はＸ、Ｙ、Ｚ軸の走査のフローチャートである。（ｂ）は時間遅延走査（Ｚ軸走査）の詳細フローチャートである。
【００２０】
図２（ａ）において、Ｓ１でＸ−Ｙ面内の初期値を設定する。Ｓ２において、座標移動をする。Ｓ３で時間遅延走査をする（時間遅延の詳細は図２（ｂ）参照）。Ｓ４でｘ＝ｍ（ｍはｘ座標の最大値）か判定しｘ＝ｍでなければ、ｘの値を１加算して、Ｓ２以降の処理を繰り返す。Ｓ４でｘ＝ｍであれば、Ｓ５でｙ＝ｎ（ｙ座標の最大値）か判定する。ｙ＝ｎでなければＳ６でｘ＝１、ｙ＝ｙ＋１として、Ｓ２以降の処理を繰り返す。Ｓ５でｙ＝ｎであれば、Ｓ８において初期位置（Ｘ−Ｙ面の中央）に移動し、走査を終了する。
【００２１】
図２（ｂ　）は、時間遅延走査の詳細フローチャートである（図２（ａ）のＳ３のフローチャート）。時間遅延走査は、標準モードと高速モードの２通りあり、予めどちらで処理するかを定めておく。Ｓ３０で標準モードか高速モードかを選択する。標準モードであればＳ３１以降の方法で測定をし、標準モードでなければ高速モードとして、Ｓ４１以降の方法で測定する。
【００２２】
標準モードについて説明する。Ｓ３０で標準モードであれば、Ｓ３１で、ｚ＝１とする。Ｓ３２でＺ方向に移動する（時間遅延をする）。次にＳ３３で測定する。Ｓ３４でｚ＝ｋ（Ｚ軸の最大値（最大時間遅延））であるか判定する。ｚ＝ｋでなければ、Ｓ３６でｚ＝ｚ＋１として、Ｓ３２以降の処理を繰り返す。Ｓ＝３４でｚ＝ｋであれば、Ｓ３５でｘ、ｙ座標の走査処理（図２（ａ）のＳ４以降の処理）をする。
【００２３】
次に高速モードの処理を説明する。Ｓ４１でｚ＝１にする。Ｓ３で時間軸を連続的に遅延する。Ｓ４３で測定する。Ｓ４４でｚ＝ｋであるか判定する。ｚ＝ｋでなければ、Ｓ４７でｚ＝ｚ＋１として、Ｓ４３以降の処理を繰り返す。Ｓ＝４４でｚ＝ｋであれば、Ｓ４５で時間遅延部が初期位置に戻るのを待つ。さらにＳ４６でｘ、ｙ座標の走査処理をする。
【００２４】
図３は、粉の砂糖、小麦粉およびベビーパウダーについてテラヘルツ電磁波の透過率を測定したものである。砂糖については０．１ＴＨｚ　から０．３ＴＨｚ　で透過し、小麦粉については０．１ＴＨｚ　〜０．５ＴＨｚ　で透過することが示されている。ベビーパウダーについては、０．１ＴＨｚ　〜１．２ＴＨｚ　の範囲で透過することが示されている。図３から、砂糖については０．１ＴＨｚ　から０．３ＴＨｚ　のテラヘルツ電磁波が物理的性状の測定に使用でき、小麦粉については０．１ＴＨｚ　〜０．５ＴＨｚ　のテラヘルツ電磁波が使用できる。また、ベビーパウダーについては、０．１ＴＨｚ　〜１．２ＴＨｚ　の範囲のテラヘルツ電磁波が使用できる。
【００２５】
図４は、粉体中に生じたクラックを本発明の装置により観測し、画像として表したものである。本発明の装置により粉体自体がブロックとして凝集している状態を測定することができる。図４はプラスチック容器に収納した粉体を通過するテラヘルツ電磁波のある断面における遅延時間をもとに画像化したものであり、パルス遅延時間は明るさに変換されている。
【００２６】
図５は、粉体の充填密度について、本発明の装置で測定したものである。粉体を収納したプラスチック容器をノックする（軽くたたく）ことにより、内部の粉体が高密度で充填される状態を観測した実験結果である。
【００２７】
粉体を透過するテラヘルツ電磁波に対して、次の関係が成り立つ。
【００２８】
ｃΔｔ　＝ｄ（ｎ−１）　　　　　　　　　　　　（１）
ｎは屈折率、ｄは試料の厚さ、Δｔは伝搬するテラヘルツ電磁波パルスの遅延時間、ｃは光速度である。遅延時間を測定することによりテラヘルツ電磁波の粉体における屈折率を測定できる。この実験における粉体の屈折率は、粉体の充填率αに関係する。充填率αに対して、
ｎ（α）＝αｎ_ｉｎｆ＋（１−α）×１
α＝（　ｎ（α）−１）　／（ｎ_ｉｎｆ−１）　　　　（２）
ここに、αは充填率であり、ｎ_ｉｎｆはノックの回数がほぼ無限大に等しく、屈折率の変化が飽和したような状態での屈折率である。また（１−α）に掛ける１は空気の屈折率１を表している。粉体の充填密度の理論はまだ良く研究されていないので、思考錯誤的方法で、
α（ｔ）＝α_ｉｎｆ−｛Δα／（１＋Ｂｌｎ（１＋ｔ／　τ）　）｝　　（３）
とする。
【００２９】
ここに、ｔはノックの回数である。α_ｉｎｆはノックの回数がほぼ無限大に等しく、充填率が変化しなくなる飽和状態での充填率である。Δαは初期状態における充填率と飽和状態の充填率の差である。Ｂ、τは定数である。図５の破線は、α_ｉｎｆ＝１．　５６４、Δα＝０．２５７、Ｂ＝１．６９０、τ＝１０．１５を式（２）と（３）にあてはめた場合を示す。本発明の装置と方法により測定した値と理論式による値と一致することが示されている。
【００３０】
図６は容器に収納された粉体の垂直方向の密度分布を測定したものである。プラスチック容器に充填した小麦粉が高密度に充填された状態になるように１００回ノックした。粉体容積は、処理の間に３０％だけ減少した。図６はこの試料に対して本発明の装置で垂直方向の密度分布を測定したものである。
【００３１】
図６において、縦軸は、試料の頂部表面より下方の各位置におけるテラヘルツ電磁波のパルス到着時間（遅延時間）を示す。頂部と底部の間（１６ｍｍの垂直差）の時間差は０．　０６０の屈折率の差に対応して、１．４ｐｓである。平均屈折率は約１．４である。屈折率は粉体密度に関係する。図６の実験結果は、屈折率が底部において頂部より大きいことを示しているだけでなく、頂部表面付近の屈折率変化は深いところにおける屈折率変化より大きいことを示している。テラヘルツ電磁波の振幅変化は密度にしたがって変化し、底部において頂部より２０％小さいことが示された。
【００３２】
図７は垂直方向の粉体の密度のプロフィールを示す。プラスチック容器に収納した小麦粉について、ノック回数をパラメータにして試料の垂直方向（深さ方向）の各位置おいて、テラヘルツ電磁波パルスの遅延時間と屈折率を測定したものである。図７に示されるように、ノック回数が増加するにつれて垂直方向の密度変化が減少することが実験的に示されている。
【００３３】
図８（ａ）、（ｂ）は本発明の装置を使用して粉体に滴下した水滴の拡散状態を測定した結果を示すものである。図８（ａ）は水滴を滴下した位置での乾燥の時間変化を示すものであり、縦軸は透過したテラヘルツ電磁波の強度をもとに明暗で表したものであり横軸は時間変化を示す。図８（ｂ）において縦軸は透過したテラヘルツ電磁波の強度の差をもとにＸ軸方向の各位置における水分含有量について表したものである。横軸は試料のＸ軸方向の位置を表す。図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、水滴は試料の横方向（水平面内）にはあまり拡散することなく、水滴を滴下した領域が乾燥することを示している。
【００３４】
図９は、封筒に収納された粉体を本発明の装置により画像化した実験結果を示す。図９は小さい包み（１５×１１ｍｍ^２）に包まれた１０ｍｇの小麦粉の画像を示す。
【００３５】
図１０は、本発明により粉体の充填率を測定するためのフローチャートであって、図１における画像処理部６２の部分に含まれるものである。例えばノック回数が無限大に近づき、粉体の屈折率が変化しないような充填率（粉末間に含まれる気体が充分に少ない状態）での屈折率ｎ_ｉｎｆを求める（本発明の装置で測定する、もしくは予め調べておく）（Ｓ１）。本発明の装置で求めた粉体の画像データをもとに、粉体の屈折率ｎ（α）を求める（Ｓ２）。屈折率ｎ_ｉｎｆと測定した屈折率ｎ（α）により粉体の充填率αをα＝（　ｎ（α）−１）　／（ｎ_ｉｎｆ−１）で求める。
【００３６】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば粉体自体の物性もしくは物理的状態を測定し、画像化することができる。粉体の充填率の測定、もしくは包みの中の粉体の検出を容易に行うことを可能にする。本発明は、粉体自体の研究のための新しい有効なツールであり、粉体について局所解像度精度の高い測定を非破壊的に行うことを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の試料の走査のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明で測定した粉体を透過するテラヘルツ電磁波の周波数と透過率の関係を示す図である。
【図４】本発明で測定した粉体中のクラックを示す画像の図である。
【図５】本発明で測定した例であって、粉体を収納した容器をノックした回数と粉体の屈折率の関係を示す測定結果の図である。
【図６】本発明で測定した例であって、粉体の深さ方向の均一度変化を示す図である。
【図７】本発明で測定した例であって、粉体におけるの深さとテラヘルツ電磁波の伝搬遅延時間の関係を示す図である。
【図８】本発明で測定した例であって、粉体中の水滴の拡散についての測定結果を示す図である。
【図９】本発明で測定した例であって、封筒に収容された粉体の画像を示す図である。
【図１０】本発明の粉体の充填率を求めるためのフローチャートである。
【図１１】テラヘルツ電磁波分光により試料を画像化するための原理的説明図である。
【符号の説明】
１：気密容器
２：励起光源
３：レーザ光源
４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２：　反射鏡
１５：チョッパー
２１：テラヘルツ電磁波発生器
２２：テラヘルツ電磁波受信器
３１：凹面反射鏡１
３２：凹面反射鏡２
３３：凹面反射鏡３
３４：凹面反射鏡４
４０：　試料
５１：電気的駆動部
５２：チョッパー駆動部
５３：時間遅延部
６１：ロックイン・アンプ
６２：画像処理部
６３：表示装置

Claims

粉体を保持する手段と，粉体にテラヘルツ電磁波を照射する照射手段と，粉体を通過したテラヘルツ電磁波を受信して電気信号に変換する受信手段と，該受信手段の出力をもとに該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝搬時間の差もしくは振幅の差を取得する手段と，該差に基づいて表示装置に粉体の特徴を表示するための画像処理をする画像処理手段とを備え，
粉体の特徴を測定することを特徴とする粉体物性測定装置。
パルス光を照射されてテラヘルツ電磁波を発生するテラヘルツ発生手段と、パルス光を発生する光源と、該光源から発生する該パルス光を遅延する手段と、該光源から発生する該パルス光の繰り返し周波数を分周する分周手段もしくは光路長を低周波の振動数で変調する変調手段とを備え、該テラヘルツ電磁波受信手段は該光源から発生するパルス光を照射された時点において照射されているテラヘルツ電磁波の電界強度に基づく電気信号を発生するものであり、
該テラヘルツ電磁波発生手段に分周された該パルス光を照射し、該テラヘルツ電磁波受信手段に遅延された該パルス光を照射し、該テラヘルツ電磁波受信手段は粉体を通過したテラヘルツ電磁波の遅延された該パルス光を照射された時点での電気信号を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の粉体物性測定装置。
該テラヘルツ電磁波の周波数は０．１ＴＨｚないし数十ＴＨｚであることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体物性測定装置。
粉体の充填密度の充分に高い状態のテラヘルツ電磁波に対する屈折率をｎ_ｉｎｆとし、充填率αにおける屈折率をｎ（α）としたとき、屈折率ｎ（α）を測定し、充填率αをα＝（　ｎ（α）−１）／（ｎ_ｉｎｆ−１）で求めることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の粉体物性測定装置。
粉体にテラヘルツ電磁波を照射し、該粉体を通過したテラヘルツ電磁波をテラヘルツ受信手段で受信し、該受信されたテラヘルツ電磁波を電気信号に変換し、該電気信号に基づいて該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝搬時間の差もしくは振幅の差を取得し、該差に基づいて得られる粉体の特徴を表示装置に表示するための画像処理をすることを特徴とする粉体物性測定方法。
パルス光を照射されてテラヘルツ電磁波を発生するテラヘルツ電磁波発生手段と、パルス光を発生する光源と、該光源から発生する該パルス光を遅延する手段と、該光源から発生する該パルス光の繰り返し周波数を分周する分周手段もしくは光路長を低周波の振動数で変調する変調手段とを備え、
該テラヘルツ電磁波発生手段に分周もしくは光路長の変調された該パルス光を照射し、該テラヘルツ電磁波受信手段に遅延された該パルス光を照射し、該テラヘルツ電磁波受信手段は粉体を通過したテラヘルツ電磁波の遅延された該パルス光の照射された時点での電界強度に基づく電気信号を発生するものであることを特徴とする請求項５に記載の粉体物性測定方法。
該テラヘルツ電磁波の周波数は０．１ＴＨｚないし数十ＴＨｚであることを特徴とする請求項５又は６に記載の粉体物性測定方法。
粉体の充填密度の充分に高い状態のテラヘルツ電磁波に対する屈折率をｎ_ｉｎｆとし、充填率αにおける屈折率をｎ（α）としたとき、屈折率ｎ（　α）　を測定し、充填率αをα＝（　ｎ（α）−１）／（ｎ_ｉｎｆ−１）で求めることを特徴とする請求項５、６又は７に記載の粉体物性測定方法。