JP2012154920A - トモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁波パルスを短パルス化することが可能な電磁波パルス出射装置及びトモグラフィ装置を提供する。
【解決手段】 検体に照射される２つの電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持ち、且つ前記２つの電磁波パルス部分のパルスピーク間の時間差がパルス幅の時間以内の時間差になるように処理する装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁波パルスを用いたトモグラフィ装置に関する。特には、ミリ波帯からテラヘルツ波帯（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）の周波数領域の電磁波成分を含むテラヘルツ波を利用するトモグラフィ装置、及びこうした装置などで使用可能な電磁波パルスを出射する電磁波パルス出射装置に関する。

近年、テラヘルツ波を用いた非破壊なセンシング技術が開発されている。この周波数帯の電磁波の応用分野として、Ｘ線装置に代わる安全なトモグラフィ装置を構成してイメージングを行う技術がある。トモグラフィックイメージングの一方式として、サンプルに照射した電磁波パルスの反射時間波形を測定し、サンプルの２つの界面の距離を、２界面それぞれで反射された電磁波パルスの時間差から算出する方式がある（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ方式）。

この方式でトモグラフィクイメージングを実施した一例として、非特許文献１に記載の技術がある。本文献では、テラヘルツ波パルスによる錠剤コーティングのイメージングが開示されている。本文献の技術において、コーティングされた錠剤に照射されたテラヘルツ波パルスは、空気／コーティング界面とコーティング／錠剤内部界面においてそれぞれ反射される。その結果、測定された反射テラヘルツ波の時間波形には、２界面に対応して２つのピークが生じる。この２つのピーク間の時間間隔をΔｔとして、コーティングの厚さｄは次式で表わされる。
２ｄ＝Δｔｃ／ｎ

ここで、ｃは真空中での光速、ｎはコーティング材料の屈折率である。コーティングの厚さは数１０μｍ程度のものが測定されている。本文献では、上記の方法によって算出されたコーティングの厚さについて、薬剤の放出速度との相関を測定する例が開示されている。

Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＶＯＬ．９４，ＮＯ．１，２００５．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃｓ，３８２，１５１−１５９，２００９．

Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ方式のトモグラフィックイメージングの奥行き方向分解能は、電磁波パルスのパルス幅が狭いほど向上する。上記非特許文献１に記載された方式では、光源から放射されたテラヘルツ波パルスをそのままイメージングに使用していた。従って、奥行き方向分解能について改善の余地がある。

上記課題に鑑み、本発明のトモグラフィ装置は、電磁波パルスを発生する光源と、検出部と、電磁波パルスを検出部へ導く光学系と、処理部と、電磁波パルス整形部と、を有する。検出部は、 電磁波パルスを検出する。処理部は、検出部から送信される信号から電磁波パルスの時間波形を算出する。電磁波パルス整形部は、検出部に至る光路に設けられ、電磁波パルスを複数の電磁波パルス部分に分割し、出射時で電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つ部分を含むと共に電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にする。

また、上記課題に鑑み、本発明の電磁波パルス出射装置は、電磁波パルスを発生する光源と、電磁波パルス整形部と、を有する。電磁波パルス整形部は、光源からの光路に設けられて、電磁波パルスを複数の電磁波パルス部分に分割し、出射時で電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つ部分を含むと共に電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にする。

本発明によれば、上記の如き電磁波パルス整形部を備えるので、光源から出射した電磁波パルスを簡易な構成で短パルス化することができる。その結果、奥行き方向の分解能の向上したトモグラフィックイメージングなどが実現できる。

本発明によるトモグラフィ装置の実施形態１の全体概要図。 本発明による電磁波パルスの短パルス化の原理図。 実施形態１における電磁波パルス整形部の構成例を示す図。 実施形態１における電磁波パルス整形部の他の構成例を示す図。 本発明の実施例１における電磁波パルス整形部の構成例を示す図。 本発明のトモグラフィ装置で得られた電磁波パルスの時間波形の例を示す図。 実施形態２における電磁波パルス整形部の構成例を示す図。 実施形態４における電磁波パルス整形部の構成例を示す図。 本発明によるトモグラフィ装置の実施形態４の全体概要図。

本発明の特徴は、電磁波パルス整形部を用いて、分割した電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つパルス部分を含むと共に元の電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にすることである。電磁波パルス整形部は、電磁波パルスを複数の電磁波パルス部分に分割し、出射時の電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つ部分を含むと共に電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にできるものであればどの様なものでもよい。後述の実施形態では、屈折率の異なる物質が接する界面を複数備えるコンパクトなタイプの構成例を挙げている。しかし、こうした構成に限らず、例えば、電磁波パルスをビームスプリッタなどで複数の電磁波パルス部分に空間的に分割し、複数の電磁波パルス部分がそれぞれ別の光路を経て再び合流する様な構成なども取り得る。こうした構成では、これら別の光路の少なくとも１の光路には、光路長を変えられる可動な折り返し光学系などの光遅延系を設け、各光路中にある全反射ミラーなどの極性反転部の数の差が奇数個である様にして、上記極性と時間差の条件を満たす様にする。分割する電磁波パルス部分の数は、典型的には２つであるが、３つ以上にすることもできる。３つ以上にした場合は、要求に応じて、後述する図２を用いた原理に基づいて各電磁波パルス部分の極性と時間差を適宜設定すればよい。電磁波パルスの周波数は、テラヘルツ波帯の他、ミリ波帯、マイクロ波帯などである。

電磁波パルス整形部は、例えば、後述する様に、第一の領域と、第一の領域に接する第二の領域と、第三の領域と、第三の領域に接する第四の領域とを有する。こうした構成により、元の電磁波パルスを、第一の領域を通過して第二の領域との界面に至る電磁波パルス部分と、第三の領域を通過して第四の領域との界面に至る電磁波パルス部分との少なくとも２つに分割する。

以下、図を用いて本発明のトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置の実施形態と実施例を説明する。

（実施形態１）
本発明による実施形態１であるトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置について、図１を用いて説明する。図１の構成において、電磁波パルス出射装置の光源１は電磁波パルス２を発生する。光源１としては、例えば、電圧を印加した光伝導素子に波長１．５μｍ帯のフェムト秒レーザ光を照射するものなどを用いることができる。電磁波パルス２は、光学系１５によって適当な径のビームにされて電磁波パルス整形部５へ入射する。

本実施形態では、電磁波パルス出射装置の電磁波パルス整形部５は、第一の領域６と、第一の領域６に接する第二の領域７と、第三の領域８と、第三の領域８に接する第四の領域９によって構成される。電磁波パルス２は電磁波パルス整形部５の内部で、第一の領域６を通過して第一の領域６と第二の領域７の界面１０に達する電磁波パルス３と、第三の領域８を通過して第三の領域８と第四の領域９の界面１１に達する電磁波パルス４とに分割される。界面１０と界面１１でそれぞれ反射して電磁波パルス整形部５から出射する電磁波パルス部分である電磁波パルス３と電磁波パルス４は、光学系１５によってサンプル１２に照射される。図１では、電磁波パルス３、４は電磁波パルス整形部５で整形され、何らかの光学系を経て光学系１５に達するものである。その後、サンプル１２において反射した電磁波パルス３と電磁波パルス４は、光学系１５によって検出部１３に入射させられる。即ち、電磁波パルス整形部５から出射した複数の電磁波パルス部分をサンプル１２に照射し、サンプルを反射または透過した電磁波パルス部分を検出部１３に導く光学系が備えられている。検出部１３は、入射する電磁波の電界強度を検出する。検出部１３としては、例えば光伝導素子に波長１．５μｍ帯のフェムト秒レーザを照射して光伝導素子の電極間に流れる電流を測定するものなどを用いることができる。

ここでは、２つの電磁波パルス３、４は、検出部１３において、電界強度の極性が互いに反転し、かつパルスピーク間の時間差が電磁波パルス２のパルス幅の時間以内となるように、電磁波パルス整形部５によって処理されている。このような機能を有する電磁波パルス整形部５の具体的な構成については後述する。また、ここでパルス幅の時間とは、電磁波パルス２の電界強度のＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）とする。検出部１３において、電磁波パルス３と電磁波パルス４は同一の検出素子に入射する。その結果、検出部１３では電磁波パルス３と電磁波パルス４の合成された電界強度が検出される。検出された電界強度は処理部１４に送信されて、そこで時間波形が算出される。このような電界強度の時間波形の検出には、いわゆる時間領域分光法を用いることができる。処理部１４では、この時間波形から、例えばサンプル１２の深さ方向のイメージを構築できる。なお、ここでは電磁波パルス３と電磁波パルス４は検出部１３において空間的に重なって同一の検出素子に入射するとしたが、一部のみが検出部１３において空間的に重なったり、検出部１３において接近してはいるが重ならなかったりしてもよい。検出部１３において一部ないし全部が重ならない態様であっても、サンプル１２における電磁波パルス３、４の照射箇所がほぼ同一状態の箇所と見なせれば、この同一状態の箇所についてパルス３、４の合成された電界強度を検出することができる。即ち、こうした態様であっても、検出部１３において電磁波パルス３、４による信号を電気的に重ね合わせて処理することで、上記同一状態の箇所と見なせるサンプル部分の情報を奥行き方向分解能の向上の効果を伴って得ることができる。従って、電磁波パルス３、４はサンプルのほぼ同一状態の箇所において、少なくとも一部が空間的に重なっていてもよいし、全部が重なっていなくてもよい。ただし、電磁波パルス３、４がサンプルの異なる状態の箇所に照射されている場合は、これらによる信号を検出部で電気的に重ね合わせて処理しても、これらの箇所の情報を提供する訳ではないので意味はない。よって、複数の電磁波パルス部分は、検出部において少なくとも一部が空間的に重なるか、サンプルにおいて少なくとも一部が空間的に重なるのが好ましい。

次に、短パルス化の原理を説明する。図２に短パルス化の原理図を示す。横軸は時間であり、縦軸は電界強度である。実線で示した一方の電磁波パルス部分の時間波形２１と他方の電磁波パルス部分の時間波形２２は、それぞれ電界強度の極性が異なっており（即ち、電界の方向が逆であり）、かつパルスピーク間の時間差が元のパルス幅の時間以内になっている。図２の点線は、一方の電磁波パルス部分の時間波形２１と他方の電磁波パルス部分の時間波形２２を合成後の時間波形である。一方の電磁波パルス部分の時間波形２１のピークより右側部分を他方の電磁波パルス部分の時間波形２２によって打ち消すことで短パルス化していることが分かる。このとき、２つのパルス部分が元のパルス幅の時間よりも離れていると、２つのパルス部分が打ち消し合う時間領域が減少する為に短パルス化の効果は小さくなる。以上のように、短パルス化する為には、電磁波パルス３と電磁波パルス４の電界強度の極性を反転すること、電磁波パルス３と電磁波パルス４が元のパルス幅の時間以内で時間差を有することが必要である。

電磁波パルス３と電磁波パルス４の電界強度の極性を反転するには、二物質の界面での電磁波の反射において、電磁波の波長領域における二物質の屈折率の大小関係によって反射電磁波の電界強度の極性が決まることを利用する。下記式１に示すフレネルの公式によると、電磁波の入射側の物質の屈折率ｎＡが、界面を形成するもう一つの物質の屈折率ｎＢより小さい時に、反射電磁波の電界強度の極性は入射電磁波の極性から反転する。一方、屈折率ｎＡが屈折率ｎＢより大きい時、反射電磁波の電界強度の極性は入射電磁波の極性と同じとなる。
ｒ＝（ｎＡ−ｎＢ）／（ｎＡ＋ｎＢ） 式１
ｒ：電界反射率、ｎＡ：入射側物質の屈折率、ｎＢ：界面を形成するもう一つの物質の屈折率

上記界面を形成するもう一つの物質として、金属を使用してもよい。その際、例えばテラヘルツ帯の電磁波に対して金は近似的に屈折率が無限大と見なして扱えばよい。電磁波パルスは広いスペクトルを有するが、時間波形の主要な形状を決めるのはスペクトル上で電界強度の大きい成分である。従って、上記二物質間の屈折率の関係は、スペクトル上で電界強度の大きい成分において満たされていればよい。例えば、スペクトル上で最大の電界強度からマイナス３ｄＢ以上の周波数領域において満たされていればよい。ただし、もちろん、電磁波パルスの有するスペクトルのより広い範囲において上記屈折率の関係が満たされていることが望ましい。

次に、電磁波パルス３と電磁波パルス４が時間差を有する為には、二パルス間に光路長差を与えればよい。光路長ＯＬは、電磁波が伝搬する物質の屈折率をｎ、伝搬距離をＬとしてＯＬ＝ｎ×Ｌで与えられるので、光路長を変えるには伝搬する物質の屈折率を変えるか伝搬距離を変えるとよい。パルスピーク間の時間差が電磁波パルス２のパルス幅の時間以内となるようにするには、例えば電磁波パルス２のパルス幅を３００ｆｓとすると、二パルス部分間に元のパルス幅に対応する光路長９０μｍ以下だけ光路長差を与えるように設定するとよい。

電磁波パルス整形部５の構成の一例を図３に示す。このように、電磁波パルス３と電磁波パルス４を電磁波パルス２の入射側に反射させる構成では、電磁波パルス３と電磁波パルス４の極性を互いに反転させる為に、屈折率の関係として、ｎ１＜ｎ２かつｎ３＞ｎ４、もしくはｎ１＞ｎ２かつｎ３＜ｎ４が必要である。ここで、第一の領域６の屈折率をｎ１、第二の領域７の屈折率をｎ２、第三の領域８の屈折率をｎ３、第四の領域９の屈折率をｎ４とする。図３は電磁波パルス整形部５の界面１０と界面１１に垂直に電磁波パルスが入射する例を示したが、図４のように界面に斜めに入射してもよい。この場合、電磁波パルス整形部５に入射する電磁波パルスと出射する電磁波パルスの光軸が重ならないようにできるので、両者の光軸を分けるためのビームスプリッタが不要になって、パワー損失が減るという利点がある。ただし、伝搬距離Ｌが、電磁波パルスの界面への入射角をαとして、界面間の距離をｃｏｓαで割った値になることは、考慮しなければならない。

以上説明したように、本実施形態のトモグラフィ装置によると、短パルス化した電磁波パルスを用いてトモグラフィを実施でき、トモグラフィ像を得ることができる。短パルス化によって、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ方式のトモグラフィの奥行き分解能は一般に向上するので、本実施形態のトモグラフィ装置によって奥行き分解能の向上したトモグラフィック像を得ることができる。

実施形態１のタイプのより具体的な実施例を説明する。

（実施例１）
実施例１のトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置の設計例として、電磁波パルス整形部５の詳細と取得時間波形について説明する。本実施例のトモグラフィ装置の概要は、図１と同様である（ただし、短パルス化の効果を解り易く示す為にサンプル１２は置かない）。光源１としては、ＬＴ（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）−ＩｎＧａＡｓ光伝導素子の電極間に電圧を印加して波長１．５μｍ帯のフェムト秒レーザ光を照射するものを使用した。また、検出部１３には、上記１．５μｍ帯のフェムト秒レーザ光を非線形結晶で倍波に変換してＬＴ−ＧａＡｓ光伝導素子に照射するものを使用した。テラヘルツ波パルス２の時間波形は、公知のテラヘルツ時間領域分光法に従い、発生側と検出側のフェムト秒レーザ光間の相対的な遅延時間を変えながら検出部１３の光伝導素子の電極間に流れる電流を測定することで、処理部１４において構成した。

本実施例で用いた電磁波パルス整形部５の構成を図５に示す。本実施例では、第二の領域７と第三の領域８は一体となっている。つまり、各領域が電磁波パルスの光軸に沿って直列的に配置されている。この点、図１の電磁波パルス整形部５では、各二領域が電磁波パルスの光軸に対して並列的に配置されている。よって、図５の構成では、電磁波パルス２の一部は界面１０で反射されて電磁波パルス３となり、別の一部は界面１１で反射されて電磁波パルス４となる。電磁波パルス３と電磁波パルス４は電磁波パルス整形部５を出射後に、ビームスプリッタ１６によって進行方向を変化させられる。ここでは、電磁波パルス３と電磁波パルス４の極性を反転させる為に、屈折率の関係として、ｎ１＜ｎ２かつｎ２＞ｎ４、もしくはｎ１＞ｎ２かつｎ２＜ｎ４が必要である。ここで、第一の領域６の屈折率をｎ１、第二の領域７（本実施例では第三の領域８と一体）の屈折率をｎ２、第四の領域９の屈折率をｎ４とする。

図６に上記構成のトモグラフィ装置（上述した様にサンプル１２は置いていない）を用いて測定した電磁波パルスの電界強度の時間波形の一例を示す。電磁波パルス整形部５に照射する電磁波パルス２のＦＷＨＭ（電界強度）は３５０ｆｓ、電磁波パルス２に含まれる主要な周波数範囲は０．１〜５ＴＨｚ程度である。また、この電磁波パルス２を電磁波パルス整形部５を介さずにトモグラフィ測定に用いた時の奥行き分解能は２０μｍ程度であった。実線は、本実施例で説明した電磁波パルス整形部５としてＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）シート（厚さ１６μｍ、屈折率１．９）を使用した時の反射電磁波パルスの時間波形である。ＰＥＴシートの外側は空気（屈折率１）である。ＰＥＴシートは第二の領域７と第三の領域８に相当する。また、ＰＥＴシート表面側（電磁波パルスが入射する側）の空気は第一の領域６に、ＰＥＴシート裏面側の空気は第四の領域９に相当する。電磁波パルス３はＰＥＴシートの表面で反射したものであり、そのピークの電界強度は元の電磁波パルス２の約３割である。一方、電磁波パルス４はＰＥＴシートの裏面で反射したものであり、そのピークの電界強度は元の電磁波パルス２の約３割である。電磁波パルス３、４の電界強度の極性は互いに逆となっている。点線は、電磁波パルス整形部５の位置にＰＥＴシートの代わりにアルミミラーを設置した時の時間波形であり、電磁波パルス整形部５を用いない時の電磁波パルス２の時間波形に相当する。図６によると、電磁波パルス整形部５を用いない時（点線）の電磁波パルス２のＦＷＨＭは３５０ｆｓであるのに対し、電磁波パルス整形部５を用いた場合（実線）の電磁波パルスのＦＷＨＭは２９０ｆｓと短パルス化できた。これは、電磁波パルス整形部５によって電磁波パルスのＦＷＨＭが１７％減少したことを示す。電磁波パルス２の短パルス化に伴って、トモグラフィ測定の奥行き分解能が向上する。ここでは簡単に奥行き分解能とパルス幅が比例すると考えると、奥行き分解能が２０μｍから１７μｍに改善することが見込まれる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、電磁波パルス整形部を透過型としたトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置に関する。本実施形態を、図７を用いて説明する。本実施形態は、実施形態１と異なり、電磁波パルス整形部５から出射する電磁波パルス３と電磁波パルス４の進行方向が、電磁波パルス整形部５に入射する元の電磁波パルス２の進行方向と一致することが特徴である。電磁波パルス整形部５以外の構成要素については、実施形態１と同様にできる。この特徴を実現する為に、電磁波パルス３は界面１０でも界面１１でも反射しない一方、電磁波パルス４はまず界面１１で反射してその後界面１０でも反射する構成となっている。

ここで、電磁波パルス３と電磁波パルス４の極性を反転させる為に、屈折率の関係として、ｎ１＜ｎ２かつｎ２＜ｎ４、もしくはｎ１＞ｎ２かつｎ２＞ｎ４が必要である。ここで、第一の領域６の屈折率をｎ１、第二の領域７（第三の領域８と一体）の屈折率をｎ２、第四の領域９の屈折率をｎ４とする。テラヘルツ帯においてこのような屈折率の関係を持つ物質の例としては、第一の領域６を空気（ｎ１＝１）、第二の領域７（第三の領域８と一体）をシクロオレフィン樹脂（ｎ２＝１．５）、第四の領域９をシリコン（ｎ４＝３．４）とする例がある。本実施形態では図７のような構成について説明したが、例えば界面１０や界面１１に対して斜めになるように電磁波パルス２を入射してもよい。

以上説明したように、本実施形態のトモグラフィ装置によると、元の電磁波パルス２の光軸と分割された電磁波パルス３と電磁波パルス４の光軸を一致させることができるため、光学系のアライメントが簡便になる。さらに、ビームスプリッタを使用しないので、それによるパワーの損失を回避することができる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３は、電磁波パルス３と電磁波パルス４の時間差を可変としたトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置に関する。本実施形態では、実施形態１と異なり、電磁波パルス整形部５において電磁波パルス３と電磁波パルス４の光路長差を可変とすることが特徴である。電磁波パルス整形部５以外の構成要素については、実施形態１と同様とできる。

電磁波パルス３と電磁波パルス４の光路長差を可変とすることは、電磁波が伝搬する第一の領域６、第二の領域７、第三の領域８、第四の領域９のいずれかの屈折率を可変とするか、もしくは伝搬距離を可変とするかによって実現できる。屈折率を変化させたいときには、光路中にある物質を異なる屈折率の物体に変更する、もしくは電気光学効果を利用するなどすればよい。後者の場合、例えば、いずれかの領域を電気光学材料で構成して、そこへの印加電圧を制御すればよい。伝搬距離を変化させたいときには、界面１０と界面１１の相対的な位置を光軸方向に動かせばよい。これには、メカ式やピエゾ式などの可動手段を用いて一方の界面を形成する物質を光軸方向に動かせばよい。本実施形態では、この様に、検出部に入射する複数の電磁波パルス部分の時間差を調整する手段が設けられる。

取り換え可能な、光路長差の異なる幾つかの電磁波パルス整形部５を有していてもよい。光路長差を小さくした場合、短パルス化するが電界強度は小さくなる。電界強度の減少は、電磁波パルス３と電磁波パルス４が互いに電界強度を打ち消しあう効果による。この効果は、二パルス間のパルス間隔が小さくなるほど顕著になる。奥行き方向分解能の高いイメージを取得したい場合に、このモードを使用するとよい。一方で、光路長差を大きくした場合、電界強度は大きくなるがパルス幅は長くなる（元の電磁波パルス２のパルス幅に近づく）。ＳＮ比の高いイメージを取得したい場合に、このモードを使用するとよい。

以上説明したように、本実施形態のトモグラフィ装置によると、奥行き方向分解能とＳＮ比のいずれかを重視したイメージングを、電磁波パルス整形部によって選択できる。従って、測定対象に応じたイメージングのモードを選択することができ、高画質なイメージングが可能となる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４は、電磁波パルス３と電磁波パルス４が異なる周波数スペクトル形状を有するトモグラフィ装置及び電磁波パルス出射装置に関する。本実施形態では、実施形態１と異なり、分割された電磁波パルス部分である電磁波パルス３と電磁波パルス４が異なるスペクトル形状を有することが特徴である。

上記特徴を実現する為には、例えば、電磁波パルスを集光したときに低周波成分は高周波成分より広い範囲に集光することを利用すればよい。図８（ａ）は、電磁波整形部５を電磁波パルス２の光軸方向に沿って見た図である。図８（ｂ）は光軸垂直方向から見た図である。内側領域１７は、第一の領域６と第一の領域６に界面１０で接する第二の領域７からなる。外側領域１８は、第三の領域８と第三の領域８に界面１１で接する第四の領域９からなる。内側領域１７の界面１０で反射する電磁波パルス３に対して、外側領域１８の界面１１で反射する電磁波パルス４は低周波成分を相対的に多く含んでいる。実施形態１で説明したように、これら二パルス部分は電磁波パルス整形部５によって互いに電界強度が反転し、パルス幅の時間以内で時間差を持って検出部１３に入射するようになっている。

図９は、上記電磁波パルス整形部５を組み込んだトモグラフィ装置の全体概要図である。電磁波パルス整形部５に電磁波パルス２を集光入射している他は、実施形態１と同様である。ここでは集光した電磁波パルス２を利用する例を示したが、平行光でも電磁波パルス２が波面内で周波数分布を持っていれば、本実施形態の特徴を実現できる。

以上説明したように、本実施形態のトモグラフィ装置によると、高周波成分を多く含む電磁波パルス３と低周波成分を多く含む電磁波パルス４をそれぞれ利用することができる。従って、例えば、元の電磁波パルス２に含まれている高周波成分を電磁波パルス３のほうに多く与えることによって、より短パルス化することが可能となる。

１ 光源
２ 電磁波パルス
３、４ 電磁波パルス部分
５ 電磁波パルス整形部
６ 第一の領域
７ 第二の領域
８ 第三の領域
９ 第四の領域
１０、１１ 界面
１３ 検出部
１４ 処理部
１５ 光学系

Claims (13)

1. 電磁波パルスを発生する光源と、
   前記電磁波パルスを検出する検出部と、
   前記電磁波パルスを前記検出部へ導く光学系と、
   前記検出部から送信される信号から前記電磁波パルスの時間波形を算出する処理部と、
   前記光源から前記検出部に至る前記電磁波パルスの光路に設けられて、前記電磁波パルスを複数の電磁波パルス部分に分割し、電磁波パルス整形部からの出射時において前記電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つ電磁波パルス部分を含むと共に前記電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にする電磁波パルス整形部と、
   を有することを特徴とするトモグラフィ装置。
2. 前記電磁波パルス整形部は、第一の領域と、第一の領域に接する第二の領域と、第三の領域と、第三の領域に接する第四の領域とを有し、前記電磁波パルスを、前記第一の領域を通過して前記第二の領域との界面に至る電磁波パルス部分と、前記第三の領域を通過して前記第四の領域との界面に至る電磁波パルス部分との少なくとも２つに分割することを特徴とする請求項１に記載のトモグラフィ装置。
3. 前記電磁波パルス整形部は、前記第一の領域の屈折率をｎ１、前記第二の領域の屈折率をｎ２、前記第三の領域の屈折率をｎ３、前記第四の領域の屈折率をｎ４として、
   ｎ１＜ｎ２かつｎ３＞ｎ４、もしくはｎ１＞ｎ２かつｎ３＜ｎ４
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載のトモグラフィ装置。
4. 前記電磁波パルス整形部は、前記第一の領域の屈折率をｎ１、前記第二の領域の屈折率をｎ２、前記第三の領域の屈折率をｎ３、前記第四の領域の屈折率をｎ４として、
   ｎ１＜ｎ２かつｎ３＜ｎ４、もしくはｎ１＞ｎ２かつｎ３＞ｎ４
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載のトモグラフィ装置。
5. 前記電磁波パルス整形部に入射する前記電磁波パルスの進行方向と前記電磁波パルス整形部から出射する前記電磁波パルス部分の進行方向は一致することを特徴とする請求項４に記載のトモグラフィ装置。
6. 複数の前記電磁波パルス部分は、前記検出部において少なくとも一部が空間的に重なることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のトモグラフィ装置。
7. 前記電磁波パルス整形部から出射した前記電磁波パルス部分をサンプルに照射し、前記サンプルを反射または透過した前記電磁波パルス部分を前記検出部に導く光学系を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のトモグラフィ装置。
8. 複数の前記電磁波パルス部分は前記サンプルにおいて少なくとも一部が空間的に重なることを特徴とする請求項７に記載のトモグラフィ装置。
9. 前記検出部に入射する複数の前記電磁波パルス部分の時間差を調整する手段を有することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のトモグラフィ装置。
10. 複数の前記電磁波パルス部分は異なる周波数スペクトル形状を有することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のトモグラフィ装置。
11. 電磁波パルスを発生する光源と、
    前記光源からの前記電磁波パルスの光路に設けられて、前記電磁波パルスを複数の電磁波パルス部分に分割し、当該電磁波パルス整形部からの出射時において前記電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持つ電磁波パルス部分を含むと共に前記電磁波パルスのパルス幅の時間以内の時間差を有する様にする電磁波パルス整形部と、
    を有することを特徴とする電磁波パルス出射装置。
12. 前記電磁波パルス整形部は、第一の領域と、第一の領域に接する第二の領域と、第三の領域と、第三の領域に接する第四の領域とを有し、前記電磁波パルスを、前記第一の領域を通過して前記第二の領域との界面に至る電磁波パルス部分と、前記第三の領域を通過して前記第四の領域との界面に至る電磁波パルス部分との少なくとも２つに分割することを特徴とする請求項１１に記載の電磁波パルス出射装置。
13. トモグラフィ装置であって、
    トモグラフィ像を得るために検体に照射される２つの電磁波パルス部分が、互いに反転した極性の電界強度を持ち、且つ
    前記２つの電磁波パルス部分のパルスピーク間の時間差がパルス幅の時間以内の時間差になるように処理することを特徴とするトモグラフィ装置。

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