JP2016075618A - 異常検出装置及び異常検出方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の異常を容易且つ正確に検出する。【解決手段】異常検出装置（１０）は、テラヘルツ波を、第１部材（５１０）及び該第１部材上に配置された第２部材（５２０）を含む対象物（５００）に照射する照射手段（２１０）と、対象物により反射されたテラヘルツ波を受信する受信手段（２４０）と、第２部材を透過し、第１部材によって反射された後に、第２部材の内側及び第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波（Ａ３）の受信状態に基づいて、第１部材の異常を検知する検知手段（１３２）とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、対象物により反射されたテラヘルツ波を利用して、対象物の異常を検出する異常検出装置及び異常検出方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。

近年、テラヘルツ波イメージングの研究開発が活発化しており、例えば非破壊検査等への応用に期待が寄せられている。例えば特許文献１では、塗膜下における鋼材の腐食部分の体積を、テラヘルツ波を利用して非破壊で測定する技術が提案されている。

特開２０１３−５３９１６号公報

特許文献１のように反射パルス数をカウントして腐食部分を検出しようとする場合、複数の反射パルスを正確に検出することが要求される。しかしながら、腐食部分に由来する反射パルスは振幅が小さくなる傾向があり、パルス誤認が発生し易い。このため、反射パルス数のカウントに誤りが生じてしまうおそれがあり、結果として腐食部分を正確に検出することができないという技術的問題点が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、対象物の異常を容易且つ正確に検出することが可能な異常検出装置及び異常検出方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決する異常検出装置は、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射手段と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信手段と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知手段とを備える。

上記課題を解決する異常検出方法は、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程とを備える。

上記課題を解決するコンピュータプログラムは、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程とをコンピュータに実行させる。

上記課題を解決する記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。

実施例に係る異常検出装置の構成を示すブロック図である。 計測対象物におけるテラヘルツ波の反射を示す概念図である。 Ａ部分において取得される時間波形を示すタイムチャートである。 Ｂ部分において取得される時間波形を示すタイムチャートである。 計測対象物の断面イメージング像の一例を示す図である。 実施例に係る異常検出装置の動作の流れを示すフローチャートである。 デコンボリューション処理に用いられる基準波形の一例を示すタイムチャートである。 Ａ部分において取得される時間波形（デコンボリューション後）を示すタイムチャートである。 Ｂ部分において取得される時間波形（デコンボリューション後）を示すタイムチャートである。

＜１＞
本実施形態に係る異常検出装置は、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射手段と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信手段と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知手段とを備える。

本実施形態の異常検出装置によれば、その動作時には、照射手段から対象物に向けてテラヘルツ波が照射される。本実施形態に係る対象物は、第１部材と、第１部材上に配置された第２部材を含んでいる。第２部材は、第１部材よりも照射手段側に配置されている。このため、照射手段から照射されたテラヘルツ波は、先ず第２部材に照射され、第２部材を透過したものが第１部材に照射されることになる。

なお、テラヘルツ波とは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０^１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。照射手段は、テラヘルツ波を照射するために、例えば光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photo Conductive Antenna）や共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）等として構成される発生素子を含んで構成されている。

照射されたテラヘルツ波は、対象物で反射され、受信手段において受信される。ただし、ここでの「反射」は、対象物表面における１回の反射だけに限定されるものではなく、照射されたテラヘルツ波は、対象物の一部を透過したり、対象物の内部で反射を繰り返したりした後に、受信手段において受信されてもよい。受信手段は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードとして構成される受信素子を含んでいる。

テラヘルツ波の受信結果を利用することで、対象物の内部構造等、視認できない部分の状態を知ることができる。本実施形態では特に、検知手段において第１部材の異常が検知される。なお、ここでの「異常」とは、第１部材の状態が通常想定されたものとは異なる状態であることを意味しており、例えば第１部材の一部が腐食している状態、或いは第１部材の表面付近（即ち、第１部材と第２部材との境界）に異物が混入しているような状態等が挙げられる。

検知手段では、多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、第１部材の異常が検出される。多重反射テラヘルツ波は、照射手段から照射されたテラヘルツ波が、第２部材を透過し、第１部材によって反射された後に、第２部材の内側及び第１部材において複数回反射されたものである。多重反射テラヘルツ波の典型としては、第２部材を透過し、第１部材によって反射された後、更に第２部材の内側で反射され再び第１部材側に向かい、第１部材において再度反射されてから対象物の外に出射されるテラヘルツ波が挙げられる。以下では、この多重反射テラヘルツ波を３次テラヘルツ波と称し、第２部材の内側及び第１部材間の反射回数が増える毎に、４次テラヘルツ波、５次テラヘルツ波、・・・、ｎ次テラヘルツ波と称することにする。ちなみに、第２部材の外側で１回だけ反射されたテラヘルツ波（即ち、第１部材に到達することなく反射されたテラヘルツ波）は１次テラヘルツ波、第２部材を透過し、第１部材によって１回だけ反射されたテラヘルツ波は２次テラヘルツ波と称する。１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波は多重反射テラヘルツ波には含まれず、３次以降のテラヘルツ波が多重反射テラヘルツ波である。

本願発明者の研究するところによれば、第１部材に異常が発生している場合、上述した多重反射テラヘルツ波の受信状態に変化が生ずることが判明している。例えば、異常が発生している箇所にテラヘルツ波が照射されると、異常が発生していない箇所と比較して、多重反射テラヘルツ波の強度（即ち、振幅）が小さくなる。このような振幅の変化は、例えば異常箇所においてテラヘルツ波が吸収あるいは分散され減衰することによって生じるものと考えられる。

従って、多重反射テラヘルツ波の受信状態を利用すれば、第１部材の異常を好適に検知することが可能である。例えば、検出された多重反射テラヘルツ波の強度が所定の閾値以上であれば、第１部材には異常がないと判定し、検出された多重反射テラヘルツ波が所定の閾値未満、或いは検出できない場合には、第１部材に異常があると判定すればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る異常検出装置によれば、対象物に含まれる第１部材の異常を容易且つ正確に検知することができる。なお、受信手段における受信結果は、第１部材の異常検出だけではなく、対象物の内部構造のイメージング等の他の用途に利用されてもよい。

＜２＞
本実施形態に係る異常検出装置の一態様では、前記検知手段は、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において夫々１回ずつ反射された３次テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する。

本願発明者の研究するところによれば、第１部材に異常が発生している場合、異常がない場合と比較して、３次テラヘルツ波の強度が極めて小さくなることが判明している。このため、３次テラヘルツ波の受信強度の大小を利用すれば、第１部材の異常を好適に検知することが可能である。また、第１部材に異常が発生している場合の３次テラヘルツ波の強度が検出できない程度に小さくなるようであれば、３次テラヘルツ波の検出有無によって、第１部材の異常を検出できる。

なお、第２部材の内側で更に反射を繰り返した４次テラヘルツ波、５次テラヘルツ波等においても同様の理屈で異常が検出できるが、反射される回数が多くなるほど受信強度は小さくなるため、検出の有無を判定するのが難しくなる。よって、多重反射テラヘルツ波の中でも反射回数の少ない３次テラヘルツ波を利用すれば、より好適に第１部材の異常を検出することができる。

＜３＞
本実施形態に係る異常検出装置の他の態様では、前記検知手段は、前記第２部材の外側で１回だけ反射された１次テラヘルツ波、及び前記第２部材を透過し、前記第１部材によって１回だけ反射された２次テラヘルツ波の受信結果を用いて、前記多重反射テラヘルツ波の受信状態を判定する。

この態様によれば、多重反射テラヘルツ波より反射回数の少ない１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果を用いて、多重反射テラヘルツ波の受信状態が判定される。具体的には、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果から、多重反射テラヘルツ波の受信状態がある程度予測された上で、実際に多重反射テラヘルツ波の受信状態がどのようになっているか判定される。これにより、信号強度が小さい場合であっても、多重反射テラヘルツ波を確実に検出することが可能となる。また、関係のない信号を多重反射テラヘルツ波として誤認してしまうことを防止できる。

＜４＞
上述の如く１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果を用いる態様では、前記検知手段は、前記１次テラヘルツ波及び前記２次テラヘルツ波の受信間隔を用いて、前記多重反射テラヘルツ波が受信されるべきタイミングを推定してもよい。

この場合、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信間隔と、２次テラヘルツ波及び３次テラヘルツ波の受信間隔とが概ね一致する（以降の３次テラヘルツ波及び４次テラヘルツ波の時間間隔等についても同様）であることを利用して、多重反射テラヘルツ波が受信されるべきタイミングが推定される。具体的には、１次テラヘルツ波が受信された時刻からｔ秒後に２次テラヘルツ波が受信されたとすると、３次テラヘルツ波は、２次テラヘルツ波が受信された時刻からｔ秒後に受信されると推定できる。

このように、多重反射テラヘルツ波の受信されるべき時刻が推定できれば、信号強度が小さい場合であっても、多重反射テラヘルツ波を確実に検出することが可能となる。また、関係のない信号を多重反射テラヘルツ波として誤認してしまうことを防止できる。

＜５＞
本実施形態に係る異常検出装置の他の態様では、前記検知手段は、前記１次テラヘルツ波の位相に応じて、前記多重反射テラヘルツ波の位相を推定する。

この態様によれば、１次テラヘルツ波の位相に応じて、多重反射テラヘルツ波の位相が推定されるため、多重反射テラヘルツ波として検出すべき信号の位相（具体的には、ピークの極性）が限定され、誤認検出を防止することができる。ちなみに、３次テラヘルツ波の位相は、１次テラヘルツ波の位相を反転したものとして（即ち、逆極性のピークとして）検出されると推定できる。

＜６＞
本実施形態に係る異常検出装置の他の態様では、前記検知手段は、前記テラヘルツ波に対応する基準波形を用いたデコンボリューション処理を実行して、前記多重反射テラヘルツ波の受信状態を判定する。

この態様によれば、多重反射テラヘルツ波の波形が、対象物中の各界面前後の誘電率の違いを反映したインパルス状の波形に変換される。よって、ピークの極性が明確となり、誤認検出を防止することが可能となる。

＜７＞
本実施形態に係る異常検出方法は、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程とを備える。

本実施形態に係る異常検出方法によれば、上述した異常検出装置と同様に、多重反射テラヘルツ波を利用して、対象物に含まれる第１部材の異常を容易且つ正確に検知することが可能である。

なお、本実施形態に係る異常検出方法においても、上述した本実施形態に係る異常検出装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜８＞
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程とコンピュータに実行させる。

本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述した異常検出方法と同様の工程をコンピュータに実行させることができるため、多重反射テラヘルツ波を利用して、対象物に含まれる第１部材の異常を容易且つ正確に検知することが可能である。

＜９＞
本実施形態に係る記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。

本実施形態に係る記録媒体によれば、記録されたコンピュータプログラムを読み込んでコンピュータに実行させることにより、対象物に含まれる第１部材の異常を容易且つ正確に検知することが可能である。

本実施形態に係る異常検出装置及び異常検出方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以下では、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本実施例では、本発明に係る異常検出装置がテラヘルツ波計測装置（具体的には、テラヘルツ波を計測対象物に照射することで各種計測や分析を行う装置）に適用される場合を例にとり説明する。

＜装置構成＞
先ず、図１を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置の全体構成について説明する。ここに図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。

図１において、テラヘルツ波計測装置１０は、テラヘルツ波を計測対象物５００に照射すると共に、計測対象物５００から反射したテラヘルツ波（つまり、計測対象物５００に照射されたテラヘルツ波）を検出する。

テラヘルツ波は、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０^１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物５００に照射されたテラヘルツ波の周波数スペクトルを解析することで、計測対象物の特性を分析することができる。

計測対象物５００に照射されたテラヘルツ波の周波数スペクトルを取得するために、テラヘルツ波計測装置１０は、テラヘルツ時間領域分光法を採用している。テラヘルツ時間領域分光法は、テラヘルツ波を計測対象物５００に照射すると共に、計測対象物５００を透過した又は計測対象物から反射したテラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波の周波数スペクトル（つまり、周波数毎の振幅及び位相）を取得する方法である。

ここで、テラヘルツ波のパルス幅（繰り返し周期は数十ピコ秒）は、サブピコ秒のオーダーのパルス幅であるがゆえに、当該テラヘルツ波の時間波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置１０は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用して、テラヘルツ波の時間波形を間接的に検出する。

図１に示すように、テラヘルツ時間領域分光法及びポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１０は、各種処理回路を有する本体部１００と、テラヘルツ波の照射及び検出を行うヘッド部２００とを備えている。本体部には、パルスレーザ装置１１０と、光学遅延部１２０と、制御・信号処理部１３０とが備えられている。ヘッド部２００には、テラヘルツ波発信部２１０と、シリコンビームスプリッタ２２０と、シリコン対物レンズ２３０と、テラヘルツ波受信部２４０とが備えられている。以下では、各部の具体的な構成を、その動作と共に説明する。

テラヘルツ波計測装置１０の動作時には、サブピコ秒オーダー以下の超短パルスレーザ光を繰り返し出力可能なレーザ光源１１０からレーザ光が発振される。レーザ光はコリメートレンズ１１２によりパルス状のレーザ光ビームとなり、ビームスプリッタ１１３に送られる。レーザ光ビームは、ビームスプリッタ１１３によってポンプ光とプローブ光の２光路に分けられる。

ポンプ光は、光ファイバ等を介してテラヘルツ波発信部２１０に送られる。テラヘルツ波発信部２１０においてポンプ光は集光レンズ２１１によってテラヘルツ波発生素子２１２に集光される。テラヘルツ波発生素子２１２は、半絶縁性ＧａＡｓ（Gallium Arsenide）等で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ている。そして、アンテナ中央部に配設されたギャップ部には、バイアス電圧が印加されている。バイアス電圧が印加された状態で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ーの電流が発生する。すると、発生した電流の時間微分に比例した振幅を持つ、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２１２から発生したテラヘルツ波はシリコン半球レンズ２１３によって効率よく取り出され、コリメートレンズ２１４を介して、テラヘルツ波ビームとして出射される。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２２０を透過し、対物レンズ２３０を介して計測対象物５００へ照射される。

計測対象物５００で反射したテラヘルツ波ビームは、対物レンズ２３０を介しシリコンビームスプリッタ２２０で反射され、テラヘルツ波受信部２４０に入射する。テラヘルツ波受信部２４０では入射したテラヘルツ波ビームが集光レンズ２４１を介して、シリコン半球レンズ２４２によって効率よく集束され、テラヘルツ波検出素子２４３に入射する。テラヘルツ波検出素子２４３は、テラヘルツ波発生素子２１２と同様の光伝導アンテナを備えている。

一方で、ビームスプリッタ１１３で分岐されたプローブ光も、光学遅延部１２０を経由した後、光ファイバ等を介してテラヘルツ波受信部２４０に送られる。テラヘルツ波受信部２４０では集光レンズ２４４によってプローブ光がテラヘルツ波検出素子２４３に集光される。テラヘルツ波検出素子２４３にプローブ光が入射するとキャリアが生成され、その瞬間に入射したテラヘルツ波の振幅に比例した電流が発生する。発生した電流はＩ−Ｖ変換部２４５にて電流電圧変換が行われ、計測対象物５００から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１３０へ出力される。

光学遅延部１２０は、プローブ光の光路長を変化させるためにリフレクタやミラー等の反射体を駆動する駆動機構を有する。駆動機構は、例えば反射体の光軸方向での位置が変化するような駆動を行い、その結果プローブ光の光路長が変更される。例えば、光路長を空気中で０．３ｍｍ延ばすと、プローブ光がテラヘルツ波検出素子２４３に到着する時間が１ｐｓ遅くなる。また、時間分解能はプローブ光のパルス幅程度（サブピコ秒オーダー）であり高い分解能を実現する。このように光学遅延部１２０では、プローブ光がテラヘルツ波検出素子２４３に入射するタイミングを時間走査することができる。よって、安定したテラヘルツ波が繰り返し発生していることを利用すると、プローブ光の光路長を変更することでテラヘルツ波の時間波形を取得することができる。

制御・演算処理部１３０では、光学遅延部１２０の回転機構の駆動・制御や、受信したテラヘルツ波の信号処理を行う。テラヘルツ波検出素子２４３で検出される電流は微弱なため、例えばロックイン検出が用いられる。ロックイン検出では、微弱な検出信号の中から必要な信号のみを抜き出すため、ある参照信号を用いる。

バイアス生成部１３３は、テラヘルツ波発生素子２１２に参照信号に基づいて変調されたバイアス電圧を印加する。このとき、発信されるテラヘルツ波は変調され、その変調に応じて受信されるテラヘルツ波も変調されることになる。ロックイン検出部１３４では、テラヘルツ波の検出信号の参照信号とは異なる周波数のノイズ成分を除去、即ち検出信号と参照信号とを用いて同期検波をすることによって、時間波形信号を高感度・高精度に検波する。なお、ロックイン検出を用いない場合はテラヘルツ波発生素子２１２のバイアス電圧として直流電圧が印加される。

データ処理・表示部１３２では、検波したテラヘルツ波の時間波形信号を一旦記憶装置等に取り込むなどして取得し、データ処理を行う。即ち、時間波形信号をフーリエ変換して周波数毎の振幅や位相を算出したり、様々な測定個所における時間波形信号を収集したりする。これらのデータを用いて、計測対象物５００で反射したテラヘルツ波の固有スペクトルやイメージング画像が生成される。また本実施形態では特に、データ処理・表示部１３２では、計測対象物５００における異常（腐食）が検出される。即ち、データ処理・表示部１３２は、「検知手段」の一具体例として機能する。異常検出に関する具体的な動作については、後に詳述する。

＜計測対象物＞
次に、図２から図５を参照しながら、計測対象物５００の構成、及び計測対象物５００におけるテラヘルツ波の反射について具体的に説明する。ここに図２は、計測対象物におけるテラヘルツ波の反射を示す概念図である。また図３は、Ａ部分において取得される時間波形を示すタイムチャートであり、図４は、Ｂ部分において取得される時間波形を示すタイムチャートである。図５は、計測対象物の断面イメージング像の一例を示す図である。

図２において、計測対象物５００は、「第１部材」の一具体例である鉄板５１０と、「第２部材」の一具体例である錆止め塗膜５２０とを備えて構成されている。以下では、計測対象物５００における図の左側部分をＡ部分、右側部分をＢ部分と称する。なお、Ｂ部分では、鉄板の一部が腐食して腐食部分５５０（例えば、サビ等）が生じているものとする。

計測対象物５００のＡ部分にテラヘルツ波が入射すると、錆止め塗膜５２０の表面で反射された１次テラヘルツ波Ａ１、錆止め塗膜５２０を透過して、鉄板５１０の表面で反射された２次テラヘルツ波Ａ２、及び鉄板５１０の表面で反射された後、更に錆止め塗膜５２０の内側で反射され、再度鉄板５１０の表面で反射された３次テラヘルツ波Ａ３が夫々検出される（図３参照）。

一方、計測対象物５００のＢ部分にテラヘルツ波が入射すると、錆止め塗膜５２０の表面で反射された１次テラヘルツ波Ｂ１、及び錆止め塗膜５２０を透過して、鉄板５１０の表面で反射された２次テラヘルツ波Ｂ２が検出されるが、Ａ部分とは異なり３次テラヘルツ波は検出されない（図４参照）。これは、照射されたテラヘルツ波が腐食部分５５０による吸収あるいは分散を受け、減衰してしまったためである。

図５において、計測対象物５００を一方向に走査しながら時間波形を取得して構築した断面イメージング像では、多重反射テラヘルツ波（即ち、３次以降のテラヘルツ波）に対応する線が、腐食部分５５０において途切れていることが分かる。このように、多重反射テラヘルツ波を利用すれば、好適に計測対象物５００における腐食を検出することができる。

＜動作説明＞
次に、図６を参照しながら、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０の動作（特に、計測対象物５００の腐食検出動作）について説明する。ここに図６は、実施例に係る異常検出装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図６において、計測対象物５００で反射されたテラヘルツ波に応じた時間波形が取得されると（ステップＳ１０１）、時間波形において多重反射パルス（即ち、多重反射テラヘルツ波に対応するパルス）が探索される（ステップステップＳ１０２）。多重反射パルスの探索時には、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果が用いられる。

多重反射パルスの探索は、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果を用いて、検出タイミングが限定された上で行われる。具体的には、図３に示したように、１次テラヘルツ波Ａ１及び２次テラヘルツ波Ａ２の受信間隔と、２次テラヘルツ波Ａ２及び３次テラヘルツ波Ａ３の受信間隔とは、互いの光路長差の関係から、いずれも同じｔ１となるはずである。よって、１次テラヘルツ波Ａ１及び２次テラヘルツ波Ａ２が受信間隔ｔ１で検された場合には、２次テラヘルツ波Ａ２が受信されてからｔ１後の位置で３次テラヘルツ波Ａ３を探索すればよい。このように、検出パルスのタイミングを限定すれば、パルスの誤認を好適に防止できる。

なお、図４に示した例（即ち、テラヘルツ波を腐食部分５５０に照射した例）では、１次テラヘルツ波Ｂ１及び２次テラヘルツ波Ｂ２の受信間隔がｔ２であるので、２次テラヘルツ波Ｂ２が受信されてからｔ２後の位置で３次テラヘルツ波を探索すればよい。この例では、２次テラヘルツ波Ｂ２が受信されてからｔ２後の位置にピークが存在しないため、３次テラヘルツ波は存在しないと判定できる。

また多重反射パルスの探索時には、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波の受信結果を用いて、パルスの位相が限定された上で行われる。具体的には、１次テラヘルツ波及び２次テラヘルツ波と、３次テラヘルツ波とは位相が反転した状態で検出されるはずである。このため、図３に示したように、１次テラヘルツ波Ａ１が負の方向に大きいピークを有するパルスとして検出された場合、３次テラヘルツ波Ａ３は正の方向にピークを有するパルスとして検出される。このように、検出パルスの位相を限定すれば、パルスの誤認を好適に防止できる。

多重反射パルスの探索時には更に、デコンボリューション処理が行われてもよい。以下では、デコンボリューション処理を利用した多重反射パルスの探索について、図７から図９を参照して具体的に説明する。ここに図７は、デコンボリューション処理に用いられる基準波形の一例を示すタイムチャートである。また図８は、Ａ部分において取得される時間波形（デコンボリューション後）を示すタイムチャートであり、図９は、Ｂ部分において取得される時間波形（デコンボリューション後）を示すタイムチャートである。

図７に示すように、デコンボリューション処理に用いられる基準波形は、例えばテラヘルツ波を反射率の高いアルミ板等に直接照射して得られた時間波形を利用することができる。デコンボリューション処理では、この基準波形に合致する部分が正方向のピークとして得られる。よって、ピークの極性が明確となり、パルスの誤認をより好適に防止できる。

図８において、例えば図３に示した時間波形にデコンボリューション処理を実行すると、１次テラヘルツ波Ａ１及び２次テラヘルツ波Ａ２が正方向のピークとなり、３次テラヘルツ波Ａ３が負方向のピークとなる。よって、１次テラヘルツ波Ａ１及び２次テラヘルツ波Ａ２とは反対極性で検出されるべき３次テラヘルツ波Ａ３を正確に検出することができる。

図９において、例えば図４に示した時間波形にデコンボリューション処理を実行すると、１次テラヘルツ波Ｂ１及び２次テラヘルツ波Ｂ２が正方向のピークとなる一方で、３次テラヘルツ波が検出されるべき位置にはピークは存在しない。よって、３次テラヘルツ波が存在しないことを正確に判定できる。

図６に戻り、多重反射パルスを探索した結果、多重反射パルスが存在していると判定されると（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、現在テラヘルツ波が照射されている部分には、腐食部分５５０がないと判定される（ステップＳ１０４）。一方で、多重反射パルスが存在していないと判定されると（ステップＳ１０３：ＮＯ）、現在テラヘルツ波が照射されている部分には、腐食部分５５０があると判定される（ステップＳ１０５）。

なお、多重反射パルスの有無については、時間波形の振幅に対する閾値を用いて判定することができる。この閾値は、例えばテラヘルツ波の強さや、計測対象物５００の材質、第２部材の厚さ、検出ノイズ（即ち、図３、図４、図８及び図９等に示された時間波形においてパルスがない部分に存在する微小な凹凸）等を考慮して設定すればよい。

以上説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０によれば、多重反射テラヘルツ波を利用することで、計測対象物５００における異常を好適に検出することが可能である。

本発明は、上述した実施形態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異常検出装置及び異常検出方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０ テラヘルツ波計測装置
１００ 本体部
１１０ パルスレーザ装置
１１１ レーザ光源
１１２ コリメートレンズ
１１３ ビームスプリッタ
１２０ 光学遅延部
１３０ 制御・信号処理部
１３１ 光学遅延駆動部
１３２ データ処理・表示部
１３３ バイアス生成部
１３４ ロックイン検出部
２００ ヘッド部
２１０ テラヘルツ波発信部
２１１ 集光レンズ
２１２ テラヘルツ波発生素子
２１３ シリコン半球レンズ
２１４ コリメートレンズ
２２０ シリコンビームスプリッタ
２３０ 対物レンズ
２４０ テラヘルツ波受信部
２４１ 集光レンズ
２４２ シリコン半球レンズ
２４３ テラヘルツ波検出素子
２４４ 集光レンズ
５００ 計測対象物
５１０ 鉄板
５２０ 錆止め塗膜
Ａ１，Ｂ１ １次テラヘルツ波
Ａ２，Ｂ２ ２次テラヘルツ波
Ａ３ ３次テラヘルツ波

Claims (9)

1. テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射手段と、
   前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信手段と、
   前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知手段と
   を備えることを特徴とする異常検知装置。
2. 前記検知手段は、前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において夫々１回ずつ反射された３次テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記検知手段は、前記第２部材の外側で１回だけ反射された１次テラヘルツ波、及び前記第２部材を透過し、前記第１部材によって１回だけ反射された２次テラヘルツ波の受信結果を用いて、前記多重反射テラヘルツ波の受信状態を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常検出装置。
4. 前記検知手段は、前記１次テラヘルツ波及び前記２次テラヘルツ波の受信間隔を用いて、前記多重反射テラヘルツ波が受信されるべきタイミングを推定することを特徴とする請求項３に記載の異常検出装置。
5. 前記検知手段は、前記１次テラヘルツ波の位相に応じて、前記多重反射テラヘルツ波の位相を推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の異常検出装置。
6. 前記検知手段は、前記テラヘルツ波に対応する基準波形を用いたデコンボリューション処理を実行して、前記多重反射テラヘルツ波の受信状態を判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の異常検出装置。
7. テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、
   前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、
   前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程と
   を備えることを特徴とする異常検知方法。
8. テラヘルツ波を、第１部材及び該第１部材上に配置された第２部材を含む対象物に照射する照射工程と、
   前記対象物により反射された前記テラヘルツ波を受信する受信工程と、
   前記第２部材を透過し、前記第１部材によって反射された後に、前記第２部材の内側及び前記第１部材において複数回反射された多重反射テラヘルツ波の受信状態に基づいて、前記第１部材の異常を検知する検知工程と
   をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
9. 請求項８に記載されたコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。