JP5552321B2 - 電磁波の測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波について波形などの情報を測定する技術に関し、特にテラヘルツ波を、信号処理に適した波形として測定するための装置及び方法に関する。本明細書では、テラヘルツ波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲内の周波数の成分を含む電磁波を意味する。

近年、テラヘルツ波を用いた非破壊の透視イメージングや、テラヘルツ波パルスを用いて物質の物性などを調べるテラヘルツ波時間領域分光法の研究が盛んである。テラヘルツ波を用いたイメージングの画像処理に関するもので、情報圧縮やピーク検出にウェーブレット解析を用いた方法について、特許文献１に開示されている。また、テラヘルツ波の時間波形をウェーブレット変換し、しきい値よりも小さい値を持つウェーブレット展開係数の値をゼロにすること（しきい値処理）について、非特許文献１に開示されている。これにより、時間波形に含まれるノイズ成分を除去することができる。なお、ノイズ成分を除去した後にウェーブレット逆変換すれば、ノイズ成分の除去された時間波形を取得することもできる。非特許文献１には、様々なマザーウェーブレットにおいて、ノイズ成分を除去した後のＳＮ比を比較し、どのマザーウェーブレットが最もノイズ成分を除去しているかについて記載されている。前記ノイズ成分は、主に、全周波数帯域に現れるホワイトノイズを表している。これは、マザーウェーブレットとの相関の低い成分（つまり、あまり似ていない）であるため、各展開係数においてゼロ付近に現れる。

特開平１０-１５３５４７号公報

Microelectronics Journal32(2001) 943-953 "De-noising techniques for terahertz responses ofbiological samples"

上記ノイズ除去技術において、求めようとする時間波形に由来する信号（展開係数の値）の中にも、マザーウェーブレットとの相関が低いものが含まれる。これは、ウェーブレット展開係数の値がゼロ付近となる信号には、ノイズ成分以外にも、こうした時間波形に由来する信号も含まれていることを意味する。そのため、上述した従来のウェーブレット変換によるノイズ除去方法では、この時間波形に由来する信号も除去してしまい、好ましくない。

上記課題に鑑み、電磁波を測定するための本発明の電磁波測定装置は、波形取得手段と、作成手段と、変換手段と、を有する。前記波形取得手段は、電磁波の時間波形（第１の時間波形という場合もある）を取得する。前記作成手段は、前記波形取得手段により取得された第１の電磁波の第１の時間波形をウェーブレット変換し、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより前記第１の電磁波の第２の時間波形を作成する。前記変換手段は、第２の電磁波の時間波形の取得において、前記第１の時間波形と前記第２の時間波形の比に基づいて、前記作成手段による作成後の時間波形と同質の時間波形（第１の時間波形という表現に対して、こうした同質の時間波形を簡単に第２の時間波形と記す場合もある）として当該第２の電磁波の時間波形を取得する。

また、上記課題に鑑み、電磁波を測定するための本発明の電磁波測定方法は次の工程を含む。電磁波の時間波形を取得する第１の工程。前記第１の工程で取得された第１の電磁波の第１の時間波形をウェーブレット変換する第２の工程。前記ウェーブレット変換の結果に対して、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより前記第１の電磁波の第２の時間波形を取得する第３の工程。前記第１の時間波形と前記第２の時間波形の比を求める第４の工程。第２の電磁波の時間波形の取得において、前記比に基づいて、前記第３の工程で取得する時間波形と同質の時間波形として当該第２の電磁波の時間波形を取得する第５の工程。

本発明によれば、前記比に基づいて、前記作成手段による作成後の時間波形ないし前記第３の工程で取得する時間波形と同質の時間波形（第２の時間波形）として時間波形を取得するので、従来のしきい値処理などを適用して時間波形に含まれるノイズ成分を除去する際に、求めようとする時間波形に由来する信号をも除去してしまう様なことがなくなる。

本発明の実施例の構成図。 ＳＮ比の良いテラヘルツ波の時間波形と、その時間波形をウェーブレット変換したときのウェーブレット展開係数を示す図。 操作した後のウェーブレット展開係数と、ウェーブレット展開係数の操作後にウェーブレット逆変換によって得られた波形と、紙３枚の反射波形を示す図。 バイアス電圧と光照射パワーとテラヘルツ強度の関係、及び本発明の第１の実施例のフローチャートを示す図。 本発明の第３及び第６の実施例の構成図。 本発明の第７の実施例において、サンプルが特徴的なスペクトルを持っているときと持っていないときとの測定波形を示す図。

以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、テラヘルツ波（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲内の周波数の成分を含む電磁波）などの電磁波の第１の時間波形を取得し、これをウェーブレット変換する。次に。この結果に対してしきい値処理などの操作をしたウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換して第２の時間波形を取得する。そして、その後の電磁波の時間波形の取得において、前記第１及び第２の時間波形の比に基づいて、第２の時間波形に変換して（すなわち、前記作成手段による作成後の時間波形ないし前記第３の工程で取得する時間波形と同質の時間波形として）時間波形を取得する。ここで、第１の時間波形は、例えば、電磁波を発生させるための発生器と、電磁波を検出するための検出器と、電磁波発生時と電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延系とを用い、遅延系で遅延時間を変化させて取得する。また、第２の時間波形は、前記ウェーブレット変換で使用したマザーウェーブレットと相関の高い、信号処理に適した波形とできる。そして、実際に電磁波の時間波形を測定する際に、例えば、各々の遅延時間ごとに各取得されるデータの値を、前記比に基づいて、変化させながら前記第２の時間波形を計測する。データの値の変化法としては、前記発生器に印加するバイアス電圧を制御器で変化させる方法、前記発生器に照射するレーザの光照射パワーを可変減衰器で変化させる方法、前記検出器からの信号を増幅する可変増幅器の増幅度を変化させる方法などがある。また、コンピュータ内の演算装置を用いる方法もある。

更に、前記比に基づいて取得された第２の時間波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数を操作してウェーブレット逆変換することで、電磁波の時間波形を作成することもできる。ここで、この第２の時間波形は、マザーウェーブレットとの相関性の低い成分を含まない様な時間波形となっている。この様な性質を有する時間波形を、本明細書では、前記作成手段による作成後の時間波形ないし前記第３の工程で取得する時間波形（すなわち第２の時間波形）と同質の時間波形とも称する。従って、従来のしきい値処理を適用しても、求めようとする時間波形に由来する信号は除去せずに、時間波形に含まれるノイズ成分を除去することができる。つまり、この第２の時間波形は、処理を簡単にするために、マザーウェーブレットとの相関の低いウェーブレット展開係数をゼロにしたものである。故に、もしこのウェーブレット展開係数の値が小さいがゼロでなかったならば、それはノイズであると考え、再びそのウェーブレット展開係数をゼロにしてノイズ成分のみを取り除くことができる。この様に、２回目以降の測定では、前記比を用いて第２の時間波形を発生（すなわち変換）させるが、この第２の時間波形はしきい値処理などの操作を既に行っている波形となる。以上より、２回目以降の測定において、精度の良い測定を高速に行うことができる。

本発明による測定技術は、例えば、測定対象物の検査（例えば、医薬品などの対象物の同定）に適用できる。ここでは、まず、１回目の測定で、参照物体を用いて、テラヘルツ波などの電磁波の時間波形（第１の時間波形）を取得する。このとき、一般的に用いられる平均化などの処理により、ＳＮの高い時間波形を、時間をかけて取得する。次に、ウェーブレット変換を用いてしきい値処理などの操作を行い、マザーウェーブレットとの相関の低い成分が含まれない様な時間波形（第２の時間波形）を取得する。この段階のしきい値処理などの操作により除去した成分には、ノイズ成分（主にホワイトノイズ）の他に、時間波形に由来する成分（時間波形に由来するけれど、マザーウェーブレットとの相関の低い成分）も含まれる可能性がある。続いて、第１の時間波形と第２の時間波形との比を求める。更に、２回目以降の対象物の測定では、この比を用いて第２の時間波形を発生（変換）させ（例えば、発生側の光伝導素子に印加するバイアスを制御して行う）、参照物体に類似の対象物の時間波形を高速に取得する。そして更には、しきい値処理を用いて、高速に取得した時間波形からノイズを除去することができる。この段階のしきい値処理により除去した成分には、時間波形に由来する成分は含まれていない。

ここで、第２の時間波形の発生（変換）は、典型的には、次の様に行われる。遅延時間ごとにおいて、第１の時間波形の値と第２の時間波形の値との比率を求める。ここで求めた比率を第１の時間波形に掛け合わせることによって、ノイズレベルに相当するウェーブレット展開係数のない波形を、見かけ上、作成することができる。つまり、第１の時間波形は普通に測定した本来のテラヘルツ波などの電磁波である。一方、第２の時間波形は測定するときに、電圧を時間的に変化させるなどして測定したもので、実際に空間を飛んでいる電磁波を測定したものとは異なる。後での処理を簡単にするために、測定方法に工夫を施して、見かけ上、作成したものである。この様にして、従来測定していたテラヘルツ波などの第１の時間波形を、ノイズレベルに相当するウェーブレット展開係数のない第２の時間波形に変換することで、従来に比べて、ＳＮ比を向上させることができる。また、対象物の検査をする際に、１回目に、時間波形にマザーウェーブレットとの相関性の低い成分が含まれない様な時間波形を取得することで、２回目以降、類似の対象物を順次高速に検査することができる。

また、上記考え方に基づき、本発明の電磁波測定装置は、電磁波の第１の時間波形を取得するための波形取得手段と、作成手段と、変換手段と、を含んで、構成できる。作成手段は、上述した様に、第１の時間波形をウェーブレット変換し、しきい値処理などの操作をしたウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより第２の時間波形を作成する。変換手段は、上述した様に、電磁波の時間波形の取得において、第１の時間波形と第２の時間波形の比に基づいて、前記第２の時間波形に変換して当該時間波形を取得する。波形取得手段は、テラヘルツ波の場合で言えば、例えば、テラヘルツ波発生器と、テラヘルツ波検出器と、発生時と検出時との間の遅延時間を調整する遅延系と、を備える。そして、遅延時間を変化させてテラヘルツ波形を測定する。

前記作成手段は、前記ウェーブレット変換で使用したマザーウェーブレットと相関の高い、信号処理に適した第２の時間波形を作成する。ウェーブレット展開係数の操作方法としては、ウェーブレット展開係数の絶対値が大きいもの以外をゼロに置き換える方法や、時間波形の形状に及ぼす影響の小さいウェーブレット展開係数をゼロに置き換える方法などがある。重要なことは、できるだけウェーブレット展開係数の数を減らして時間波形を作成することである。できるだけ少ないウェーブレット展開係数で表現される時間波形は、信号とノイズの混在した領域が少ないため、信号処理に適した時間波形といえる。

これらの装置や方法で使用するマザーウェーブレットとしては、テラヘルツ波形などの電磁波と形状が比較的似ているCoiflet4やSymlet10などのマザーウェーブレットを使用するのが良い。

次に、測定する電磁波の波形を信号処理に適した波形に変換するための装置及び方法の更に具体的な実施例について説明する。以下の実施例では説明を簡単にするために、サンプル（測定対象物）のない場合について、すなわちリファレンス波形を高速に、ノイズを除去して取得する装置及び方法について説明する。しかし、サンプルがある場合も原理は同じで、こうした装置及び方法を適用できる。

（第１の実施例）
第１の実施例では、図１（ａ）に示す様に、テラヘルツ波発生器１から発生したテラヘルツ波が、テラヘルツ波検出器２よって検出される。検出された信号はアンプ３によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ４によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、コンピュータ５に取り込まれる。本実施例では、テラヘルツ波発生器１及びテラヘルツ波検出器２は、光伝導素子（不図示）を用いてテラヘルツ波の発生及び検出を行う様になっている。レーザ光源６からのレーザ光はテラヘルツ波発生器１内の光伝導素子に照射されるとともに、遅延系７で時間遅延されてテラヘルツ波検出器２内の光伝導素子に照射される構成になっている。レーザ光源６としてはフェムト秒レーザやファイバレーザを用いることができる。例えば、遅延系７に設置された時間遅延させるためのステージを走査することでテラヘルツ波形全体のデータを取得できる。バイアス電圧制御器８はテラヘルツ波発生器１内の光伝導素子に印加される電圧を制御するためのものである。ここで使用した光伝導素子では、周波数が０.１ＴＨｚ以上３.０ＴＨｚ以下の範囲のテラヘルツ波を発生、検出することができる。光伝導素子を用いたテラヘルツ波の発生・検出方法は、ＴＨｚ−ＴＤＳ（テラヘルツ波時間領域分光法）として知られており、サンプリング手法によってテラヘルツ波検出器２で得られる信号はテラヘルツ波の時間波形である。

コンピュータ５の内部には作成手段９がある。作成手段９では、マザーウェーブレットと相関が高く信号処理に適したテラヘルツ波形（第２のテラヘルツ波形）を作成する。第２のテラヘルツ波形を作成するために、まず、ＳＮ比の良いテラヘルツ波形を予め計測する必要がある。そのため、前記遅延系７のステージを各点で停止させ、ステージの各点での信号を積算しながらテラヘルツ波の時間波形を取得する。または、高速に波形全体のデータを取得することを繰り返し行い、繰り返し取得した波形を、各点ごとに足し合わせて平均化する様にしてもよい（ラピッドスキャン法）。この様な操作によって、予めＳＮ比の良いテラヘルツ波形（第１のテラヘルツ波形）を取得しておくことができる。次に、この様にして得られたＳＮ比の良い第１のテラヘルツ波形をウェーブレット変換する。ウェーブレット変換に使用するマザーウェーブレットとしては、Coiflet4やSymlet10などテラヘルツ波形と比較的相関の高いものを選択するのが良い。

図２（ａ）は、予めラピッドスキャン法で取得しておいたＳＮ比の良いテラヘルツ波の時間波形を示す。横軸は時間、縦軸は振幅（テラヘルツ波の強度）を表している。テラヘルツ波のデータ点数は１０２４点である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のテラヘルツ波の時間波形をウェーブレット変換したときの展開係数のうち、値の大きい領域を抜き出したものを示す。横軸は展開係数、縦軸は展開係数の値（大きさ）を表している。図２（ｂ）には展開係数が５０から４００までがプロットされているが、その値は全てゼロではない。つまり、値がゼロ付近にプロットされている展開係数はゼロちょうどではなく、ゼロに近い、例えば０.０１１４２７５などの値である。ここで言えることは、ＳＮ比の良いテラヘルツ波、すなわちノイズを十分に除去したテラヘルツ波であっても、ウェーブレット変換した場合、非常に多くのウェーブレット展開係数を用いなければ元の波形を表現できないということである。ここでは、ウェーブレット変換する際にマザーウェーブレットとして前述のCoiflet4を使用した。

ウェーブレット展開係数を操作して、少ない展開係数でテラヘルツ波形を表現することを考える。図３（ａ）は、ウェーブレット展開係数の数を５個にまで減らすために、図２（ｂ）のウェーブレット展開係数の値が５.６以下のものをゼロに置き換えた図である。もし、前記５.６という値を、５.６より大きい値にすれば、値を持つウェーブレット展開係数の数は５個より少なくなる。もし、前記５.６という値を、５.６より小さい値にすれば、値を持つウェーブレット展開係数の数は５個より多くなる。ここでは５.６という値を選択し、ウェーブレット展開係数を５個にまで減らした。図３（ｂ）の破線で示された波形は、この様にウェーブレット展開係数を操作した後に、ウェーブレット逆変換して得られた波形である。比較のため、図３（ｂ）には、ウェーブレット展開係数の操作前の波形を実線で表示してある。ウェーブレット展開係数の操作前は、図２（ｂ）に示す様に５０から４００までの全ての展開係数を用いてテラヘルツ波形が表現されていたが、操作後では５個のウェーブレット展開係数だけでテラヘルツ波形が表現されている。図３（ｂ）から分かる様に、ウェーブレット展開係数の操作前後でテラヘルツ波形の形状は多少変化するが、ピーク位置やピークの相対的な大きさといったテラヘルツイメージングで重要と考えられる特徴は保存されている。

この様に、ウェーブレット展開係数を操作する際には、テラヘルツ波形の必要とされる特徴が保存される様にウェーブレット展開係数を操作する必要がある。テラヘルツ波形の特徴が保存されるのであれば、できるだけウェーブレット展開係数の数を少なくすることが望ましい。コンピュータ５内部の作成手段９は、こうしてウェーブレット展開係数操作後にウェーブレット逆変換して第２のテラヘルツ波形を作成する。なお、テラヘルツ波形をより少ないウェーブレット展開係数で表現できることを、ウェーブレット変換に使用したマザーウェーブレットとより相関の高い波形であるとここでは記述している。

展開係数を操作するための上記しきい値の選択においては、測定環境やサンプル、選択するマザーウェーブレットなどによって最適化を行ってもよい。例えば、マザーウェーブレットの種類を変えるとウェーブレット展開係数の分布が変わるので、その分布に応じたしきい値を選ぶといった最適化を行ってもよい。

今、ウェーブレット展開係数を操作しウェーブレット逆変換することで得られた波形を、テラヘルツ波形として測定できたとすれば、少ないウェーブレット展開係数でテラヘルツ波形を表現できたことになる。そして、少ないウェーブレット展開係数でテラヘルツ波形が表現できたならば、次のことが言える。求めたいテラヘルツ波形と関係するウェーブレット展開係数以外の展開係数の値をゼロにすれば、たとえ高速にステージを走査してシステムノイズなどの含まれたテラヘルツ波形を測定したとしても、求めたいテラヘルツ波形以外のノイズの殆どを除去できる。そこで、変換手段により次のことを実行する。各々の遅延時間ごとに、ウェーブレット展開係数操作後に得られた波形を、ウェーブレット展開係数操作前の波形で割ると、各遅延時間での波形の値の比率を算出することができる。よって、各々の遅延時間ごと、すなわち遅延系のステージを走査する際にステージの位置ごとに上記比率を掛け合わすことによって、ウェーブレット展開係数操作後の波形をテラヘルツ波形の測定時に取得することができる。すなわち、テラヘルツ波形を第２のテラヘルツ波形に変換して取得できる。

図４（ａ）は、バイアス電圧と光照射パワーとテラヘルツ強度の関係を示したものである。もし、光照射パワーが一定であれば、テラヘルツ強度はバイアス電圧に比例する関係が成り立っているので、バイアス電圧を制御することによってウェーブレット展開係数操作後の波形をテラヘルツ波形の測定時に取得できる。この様に、光照射パワーが一定という条件のもとで、前記変換手段により、遅延系のステージの各位置に応じて光伝導素子に印加するバイアス電圧を上記比率と対応する様にバイアス電圧制御器８を用いて制御しながら、テラヘルツ波形を取得する。このことで、ウェーブレット展開係数操作後と同じ第２のテラヘルツ波形を高速に取得できる。

この高速に得られた第２のテラヘルツ波形を、目的とする測定用に用いてもよいが、更に次の処理を行なうのが好ましい。すなわち、こうして得られた測定波形（第２のテラヘルツ波形）をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数操作時に、テラヘルツ波形と関係するとみなしたウェーブレット展開係数以外のウェーブレット展開係数をゼロにして、ウェーブレット逆変換する。こうすれば、従来よりも多くのノイズが除去された波形を得ることができる。

図４（ｂ）は、上述した手順を示す第１の実施例のフローチャートである。オフラインでの手順は次の通りである。ステップ１では、予め、例えば、ラピッドスキャン法でテラヘルツ波形を測定する。ステップ２では、ステップ１で得たテラヘルツ波形をウェーブレット変換する。ステップ３では、ウェーブレット展開係数を操作して、ステップ２で用いたマザーウェーブレットと相関が高い第２のテラヘルツ波形を作成する。ステップ４では、ウェーブレット展開係数操作後の波形をウェーブレット展開係数操作前の波形で割り、各遅延時間での波形の値の比率を算出する。

一方、オンラインで次のステップを実行する。ステップ５では、遅延系のステージの各位置に応じて、光伝導素子に印加するバイアス電圧を、ステップ４で算出した比率と対応する様にバイアス電圧制御器で制御しながら、テラヘルツ波形を取得する。これにより、ノイズを含んだ状態のテラヘルツ波形を測定する。ステップ６では、ステップ５で得られた第２のテラヘルツ波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数操作時に、テラヘルツ波形と関係するとみなしたウェーブレット展開係数以外のウェーブレット展開係数をゼロにして、ウェーブレット逆変換する。

（第２の実施例）
図１（ｂ）を用いて、第２の実施例を説明する。第２の実施例では、テラヘルツ波発生器１とレーザ光源６の間に可変減衰器１０が加わり、バイアス電圧制御器８が取り除かれている点が、第１の実施例とは異なる。また、テラヘルツ波形（第２のテラヘルツ波形）を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、ウェーブレット展開係数の操作前後で得られた波形から算出された波形の値の比率を掛け合わせる方法が第１の実施例とは異なる。第１の実施例では、上記比率を掛け合わせる際に光伝導素子に印加するバイアス電圧をバイアス電圧制御器８で制御したが、第２の実施例では、このバイアス電圧を一定の値に固定する。そのため、バイアス電圧制御器８は不要となる。

バイアス電圧が一定の場合、発生するテラヘルツ波と、テラヘルツ波発生器１内の光伝導素子に照射される光照射パワーとの間には比例関係がある（図４（ａ）参照）。よって、第２の実施例では、各々の遅延時間ごとに、アッテネータなどの可変減衰器１０の減衰率を変化させ、テラヘルツ波発生器１内の光伝導素子に照射される光照射パワーを制御する。これによって、上記比率を掛け合わせる様にする。その他については第１の実施例と同じである。

（第３の実施例）
図５（ａ）を用いて、第３の実施例を説明する。第１の実施例の構成からバイアス電圧制御器８が取り除かれている構成になっている。第３の実施例でも、テラヘルツ波形を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、ウェーブレット展開係数の操作前後で得られた波形から算出された波形の値の比率を掛け合わせる方法が第１の実施例とは異なる。第２の実施例と同様に、第３の実施例でも、このバイアス電圧を一定の値に固定する。そのため、バイアス電圧制御器８は不要となるが、代わりに、テラヘルツ波検出器２からの信号を増幅するためのアンプ３の増幅率を変化させる。すなわち、上記実施例では一定であったアンプ３の増幅率を、各々の遅延時間ごとに、上記比率と対応する様に変化させながらテラヘルツ波形（第２のテラヘルツ波形）を取得する。その他については第１の実施例と同じである。

（第４の実施例）
第４の実施例を説明する。第４の実施例の構成図は第３の実施例と同じである。第３の実施例と異なる点は、テラヘルツ波形を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、上記比率を掛け合わせる方法が異なる。第３の実施例では、上記比率を掛け合わせる際に、アンプ３の増幅率を変化させたが、第４の実施例では、この増幅率を一定にする。その代わりに、コンピュータ５でテラヘルツ波形のデータをデジタル信号として取り込んだ後、コンピュータ５内部の作成手段９の演算装置によって、各々の遅延時間ごとに上記比率を掛け合わせる演算処理を行う。その他については第３の実施例と同じである。

（第５の実施例）
電磁波測定装置を用いたトモグラフィックイメージング装置に関する第５の実施例について説明する。一般にテラヘルツ波形を測定すると、イメージングに関連する大きなパルス以外に、大気中の水蒸気の影響による小さいパルスが、テラヘルツ波の時間波形の中に含まれてしまう（図２（ａ）参照）。そこで、テラヘルツ波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数に分解したときに、この小さいパルスに相当するウェーブレット展開係数の値をゼロにして（展開係数の操作）、ウェーブレット逆変換することを行う。例えば、実際の測定データの中の小さいパルス以外のデータを取り除いて（データをゼロにして）ウェーブレット変換すれば、小さいパルスに対応するウェーブレット展開係数の位置が分かるので、この展開係数の値をゼロにして、ウェーブレット逆変換する。

この様にして、イメージングするのに都合の良いテラヘルツ波形を作成することができる。このテラヘルツ波形を第２のテラヘルツ波形とする。後は、テラヘルツ波形を実際に測定する際に、各々の遅延時間ごとに取得されるデータの値を変化させ、第２のテラヘルツ波形に変換する。こうして、第２のテラヘルツ波形から得られる情報（屈折率など）とこの波形が得られた測定対象の位置とを対応づけてマッピングしてトモグラフィックイメージングを取得すると、ＳＮ比の向上した画像を取得できる。

（第６の実施例）
電磁波測定装置を用いたトモグラフィックイメージング装置の別の実施例である第６の実施例について説明する。図５（ｂ）は第６の実施例の構成図である。基本的な構成は図１（ａ）と同じであるが、テラヘルツ波発生器１からのテラヘルツ波を、放物面鏡２５を使ってサンプル１１に照射し、サンプル１１からの反射波を、放物面鏡２６を介してテラヘルツ波検出器２で検出する点が異なっている。

紙３枚を重ね合わせたものをサンプルとして使用したときの反射波形を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）から、紙３枚それぞれで反射したパルス以外に、余分な多重反射が測定されているのが分かる（図３（ｃ）の点線で囲んだ部分参照）。本発明のテラヘルツ波測定装置を用いたトモグラフィックイメージング装置では、この余分な多重反射を除去することもできる。数枚重ね合わせた紙など、層状のサンプルにテラヘルツ波を照射し、その反射波を測定してイメージングした場合、得られる画像が多重反射の影響を受けてしまい、望ましい画像が得られないことがある。そこで、第５の実施例と同様に、測定した反射波のテラヘルツ波の時間波形をウェーブレット変換し、不要な反射波と関連するウェーブレット展開係数をゼロにして（展開係数の操作）、ウェーブレット逆変換することを行う。これにより、イメージングするのに都合の良いテラヘルツ波形を作成でき、このテラヘルツ波形を第２のテラヘルツ波形とする。この後も、第５の実施例と同様に、テラヘルツ波形を実際に測定する際に、各々の遅延時間ごとに取得されるデータの値を変化させ、第２のテラヘルツ波形に変換する。こうしてトモグラフィックイメージングを取得すると、不要な多重反射が除去された画像を取得できる。

測定した反射波のテラヘルツ波の時間波形をウェーブレット変換し、不要な反射波と関連する展開係数をゼロにしてウェーブレット逆変換する前に、測定した反射波のテラヘルツ波の時間波形をデコンボリューションしてもよい。例えば、サンプルの紙の代わりに、テラヘルツ波を良く反射する金属をサンプル位置に置き、そのときのテラヘルツ波の時間波形をリファレンス（参照波形）としてデコンボリューションした後のテラヘルツ波形をウェーブレット変換してもよい。つまり、第１の電磁波形を、サンプル位置で全面反射したときの電磁波またはサンプルがないときの電磁波をリファレンスとして、サンプルのあるときの電磁波をデコンボリューションした後の時間波形である様にしてもよい。デコンボリューションすることによって、システムに由来する波形のひずみを除去することができる。

（第７の実施例）
電磁波測定装置を用いて物質の判定を行う物質判定装置に関する第７の実施例について説明する。サンプルが、特徴的なスペクトルを持った物質かどうかを判定することを考える。予め、特徴的なスペクトルを持ったサンプルのテラヘルツ波の時間波形を測定しておく。そして、特徴的なスペクトルがあるかどうか分からないサンプルのテラヘルツ波を測定する際に、各々の遅延時間ごとに、上記予め測定しておいた特徴的なスペクトルを持ったサンプルの各テラヘルツ波の値で、各取得されるデータを割る操作を行う。

もしサンプルが特徴的なスペクトルを持った物質であれば、図６（ａ）の様に、得られる波形は平らな波形となる。もしサンプルが特徴的なスペクトルを持った物質でなければ、図６（ｂ）の様に、得られる波形は平らな波形とならない。この場合、第２のテラヘルツ波は、値が１の平らな波形と考えることができる。この様に、各取得されるデータを、予め測定しておいた特徴的なスペクトルを持ったサンプルの各テラヘルツ波の値で割り、その結果得られた波形が平らかどうかを判定する。平らであれば、サンプルは特徴的なスペクトルを持ったサンプルであり、平らでなければ特徴的なスペクトルを持っていないサンプルと判定することができる。なお、厳密なゼロでは割ることができないため、もし特徴的なスペクトルを持ったサンプルのテラヘルツ波の値がゼロまたはゼロに近いかなり小さい値であった場合には、必要に応じて、例えば０.１や０.０１などと置き換えて割ることを行う必要がある。一般的には０.０１などの０に近い値を使うが、０.０１で割るということは１００倍することに相当する。それで問題なければそれでよいが、１００倍すればＹ軸のスケールが大きくなるので、場合によっては０.１で割って（１０倍して）済ませてもよい。Ｙ軸のスケールが変わるだけのことである。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施例の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。なお、記憶媒体は、コンピュータに実行させるためのプログラムを格納できるものであれば何でもよい。こうした記憶媒体は、上記電磁波測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体である。

１・・・テラヘルツ波発生器（波形取得手段）、２・・・テラヘルツ波検出器（波形取得手段）、５・・・コンピュータ、７・・・遅延系（波形取得手段）、８・・・バイアス電圧制御器（変換手段）、９・・・作成手段、１０・・・可変減衰器（変換手段）、１１・・・サンプル（測定対象物）

Claims (11)

1. 電磁波を測定するための電磁波測定装置であって、
   電磁波の時間波形を取得するための波形取得手段と、
   前記波形取得手段により取得した第１の電磁波の第１の時間波形をウェーブレット変換し、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより第２の時間波形を作成するための作成手段と、
   第２の電磁波の時間波形の取得において、前記第１の時間波形と前記第２の時間波形の比に基づいて、前記作成手段による作成後の時間波形と同質の時間波形として当該第２の電磁波の時間波形を取得するための変換手段と、
   を有することを特徴とする電磁波測定装置。
2. 前記作成手段は、予め測定した前記第１の電磁波の第１の時間波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット展開係数をしきい値処理してウェーブレット逆変換することで、前記ウェーブレット変換で使用したマザーウェーブレットと相関が高く信号処理に適した前記第２の時間波形を作成することを特徴とする請求項１に記載の電磁波測定装置。
3. 前記波形取得手段は、電磁波を発生させるための発生器と、電磁波を検出するための検出器と、電磁波発生時と電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延系と、を備え、
   前記遅延系で遅延時間を変化させることによって電磁波の時間波形を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波測定装置。
4. 前記変換手段は、前記第２の電磁波の時間波形を取得するために、前記遅延時間ごとに前記波形取得手段により取得するデータの値を前記比に基づいて変化させることを特徴とする請求項３に記載の電磁波測定装置。
5. 前記発生器が光伝導素子であって、
   前記変換手段が、前記光伝導素子に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御器、または前記光伝導素子に照射する光の強度を調整する可変減衰器、または前記検出器からの信号を可変に増幅する可変増幅器を含み、前記遅延時間ごとに、前記バイアス電圧または前記光の強度または前記信号の増幅度を、前記比に基づいて変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の電磁波測定装置。
6. 前記変換手段が、コンピュータ内の演算手段であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電磁波測定装置。
7. 前記波形取得手段は、参照物体からの前記第１の電磁波の第１の時間波形を取得し、
   前記変換手段は、参照物体に類似の測定対象物からの前記第２の電磁波の時間波形の取得において、前記比に基づいて、前記前記作成手段による作成後の時間波形と同質の時間波形として当該測定対象物からの第２の電磁波の時間波形を取得することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電磁波測定装置。
8. 電磁波を測定するための電磁波測定方法であって、
   電磁波の時間波形を取得する第１の工程と、
   前記第１の工程で取得された第１の電磁波の第１の時間波形をウェーブレット変換する第２の工程と、
   前記ウェーブレット変換の結果に対して、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより第２の時間波形を取得する第３の工程と、
   前記第１の時間波形と前記第２の時間波形の比を求める第４の工程と、
   第２の電磁波の時間波形の取得において、前記比に基づいて、前記第３の工程で取得する時間波形と同質の時間波形として当該第２の電磁波の時間波形を取得する第５の工程と、
   を有することを特徴とする電磁波測定方法。
9. 前記第５の工程で得られた時間波形をウェーブレット変換し、該ウェーブレット変換の結果に対して、操作したウェーブレット展開係数を用いてウェーブレット逆変換することにより時間波形を取得することを特徴とする請求項８に記載の電磁波測定方法。
10. 前記電磁波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲内の周波数の成分を含むテラヘルツ波であることを特徴とする請求項８または９に記載の電磁波測定方法。
11. 請求項８から１０の何れか１項に記載の電磁波測定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。