(57)【要約】【課題】粉体試料の物性をより正確に測定可能なテラヘルツ領域における粉体測定方法およびそれに用いられる容器を提供する。【解決手段】筒状部材４は、金属（代表的に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やアルミニウムなど）といった導電性の高い物質で構成され、中央部に貫通したアパーチャーを有する。底膜６は、絶縁性が高く、テラヘルツ帯での吸収が小さい素材（代表的に、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）からなる。測定対象の粉体状あるいはバルク状のサンプルＳＭＰは、筒状部材４の鉛直上方からアパーチャーに装填される。そして、装填されたサンプルＳＭＰは、筒状部材４の内径とほぼ同サイズの外径のロッド３０２によって加圧される。このロッド３０２の先端部は平坦であることが好ましい。【選択図】図６
2010044056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体状のサンプルを測定可能な粉体測定方法であって、
サンプル容器を準備するステップを含み、前記サンプル容器は、貫通したアパーチャーを有する筒状部材と前記筒状部材の底面に接着された底膜とを含み、さらに
前記サンプル容器の前記アパーチャー内にサンプルを装填するステップと、
前記サンプルが装填された前記サンプル容器に対して、前記アパーチャーの貫通方向に沿ってテラヘルツ光を照射するステップと、
前記サンプル容器を透過した後のテラヘルツ光を受光するステップと、
前記受光されたテラヘルツ光に基づいて、前記サンプルの物性値を算出するステップとを含む、粉体測定方法。
【請求項２】
前記装填するステップは、装填された前記サンプルを前記アパーチャーの開口側から加圧するステップを含む、請求項１に記載の粉体測定方法。
【請求項３】
前記サンプルを加圧するステップでは、その先端部が平坦なロッドをもつデプスゲージを用いて、前記サンプルを所定の押し圧で均一に加圧される、請求項２に記載の粉体測定方法。
【請求項４】
前記筒状部材は導電性材料からなり、前記底膜は絶縁性のフィルムからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉体測定方法。
【請求項５】
前記サンプル容器を準備するステップおよび前記サンプルを装填するステップは、複数回繰返され、
前記テラヘルツ光を照射するステップは、
前記サンプルが装填された前記サンプル容器の複数を平坦なサンプル台に配置するステップと、
前記サンプル台を駆動して、所定の順序で前記サンプル容器に前記テラヘルツ光を照射するステップとを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉体測定方法。
【請求項６】
粉体状のサンプルを測定可能な粉体測定方法に用いられるサンプル容器であって、
貫通したアパーチャーを有する筒状部材と、
前記筒状部材の底面に接着された底膜とを備え、
前記筒状部材は導電性材料からなり、前記底膜は絶縁性のフィルムからなり、
前記サンプルは、前記アパーチャー内にサンプルを装填された後、その先端部が平坦なロッドによって加圧される、サンプル容器。
【請求項７】
前記筒状部材の上面側のアパーチャー径は、底面側のアパーチャー径に比較して広い、請求項６に記載のサンプル容器。
【請求項８】
サンプル容器が配置される本体部を備え、前記サンプル容器は、貫通したアパーチャーを有する筒状部材と前記筒状部材の底面に接着された底膜とを含み、
前記サンプル容器のアパーチャー径に略一致する径を有する加圧部材と、
前記サンプル容器のアパーチャーの軸方向に沿って、前記加圧部材を前記サンプル容器に対して相対移動させるためのアプリケータと、
前記サンプル容器に対する前記加圧部材による荷重を予め定められた値に制限する荷重制限機構とを備える、サンプル装填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、テラヘルツ領域における粉体測定方法およびそれに用いられる容器、ならびにサンプル装填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ光を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ光は、周波数が約０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３μｍ〜３００μｍ）の電磁波である。このようなテラヘルツ光の応用の一例として、さまざまな材料の物性を評価する技術が提案されている（たとえば、非特許文献１および２参照）。
【０００３】
テラヘルツ光が存在する遠赤外領域（テラヘルツ領域）の吸収スペクトルは、原子間の振動状態や分子間相互作用（代表的に、ファンデルワールス力）などの低エネルギーの相互作用を反映している。このようなテラヘルツ領域での測定を、医薬品、高分子材料、ナノ材料、有機発光材料といった分野に適用することが期待されている。
【０００４】
ところで、粉体試料の物性（吸光度、複素屈折率、複素誘電率など）を評価する場合には、試料を一定の厚さをもつ錠剤に成型した上で測定することが一般的である。非特許文献１に開示されているように、錠剤を成型する際には、試料を希釈剤（小粒径のポリエチレン粉末が用いられることが多い）と混合することも多い。このような希釈剤を用いることで、任意の濃度のサンプルを作ることができ、定量的な扱いが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】深澤  亮一、「テラヘルツ時間領域分光法と分析化学」、ぶんせき、社団法人日本分析化学会、２００５年６月、ｐ．２９０−２９６
【非特許文献２】田中  耕一郎、「テラヘルツ分光が切り開く材料科学」、ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ、２００７年２月、ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．３０２、ｐ．１２４−１３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、テラヘルツ領域での測定において、上述のような錠剤を用いた場合には、以下のような課題が生じ得る。
【０００７】
（１）希釈剤として用いるポリエチレン粉末がバックグラウンドをもつ場合があり、このバックグラウンドが測定誤差となる。また、テラヘルツ領域では、微粉末である希釈剤のＭｉｅ散乱による影響が無視できなくなる場合もある。
【０００８】
（２）試料と希釈剤との混合が不十分であると、試料濃度にムラができてしまい、正しい測定を行なうことができない場合がある。
【０００９】
（３）一旦錠剤として成型してしまうと、試料を回収することができない。そのため、貴重な試料の場合には、測定することが困難になる。また、１つの錠剤を形成するためには、比較的多量の試料が必要となる。
【００１０】
（４）検量線を用いた定量を行なう場合には、検量線を作成するために、異なる濃度の標準サンプルを複数個用意する必要があり、比較的多量の試料が必要となる。
【００１１】
（５）希釈剤を用いて希釈した錠剤から得られた測定値をその密度や比重に基づいて換算することで、試料そのものの物性を算出することが理論的には可能であるが、実際の物性を正しく表しているのかを検証することができない。
【００１２】
また、粉体試料をバルク状態で測定した場合には、テラヘルツ光（測定光）が通過する経路長を正確に知ることができないので、定量的な扱い（検量線による定量やモル吸光係数の算出）を正しく行なうことができない。
【００１３】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、粉体試料の物性をより正確に測定可能なテラヘルツ領域における粉体測定方法およびそれに用いられる容器、ならびにサンプル装填装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明のある局面に従えば、粉体状のサンプルを測定可能な粉体測定方法を提供する。粉体測定方法は、サンプル容器を準備するステップと、サンプル容器のアパーチャー内にサンプルを装填するステップと、サンプルが装填されたサンプル容器に対して、アパーチャーの貫通方向に沿ってテラヘルツ光を照射するステップと、サンプル容器を透過した後のテラヘルツ光を受光するステップと、受光されたテラヘルツ光に基づいて、サンプルの物性値を算出するステップとを含む。サンプル容器は、貫通したアパーチャーを有する筒状部材と筒状部材の底面に接着された底膜とを含む。
【００１５】
好ましくは、装填するステップは、装填されたサンプルをアパーチャーの開口側から加圧するステップを含む。
【００１６】
さらに好ましくは、サンプルを加圧するステップでは、その先端部が平坦なロッドをもつデプスゲージを用いて、サンプルを所定の押し圧で均一に加圧される。
【００１７】
好ましくは、筒状部材は導電性材料からなり、底膜は絶縁性のフィルムからなる。
好ましくは、サンプル容器を準備するステップおよびサンプルを装填するステップは、複数回繰返される。テラヘルツ光を照射するステップは、サンプルが装填されたサンプル容器の複数を平坦なサンプル台に配置するステップと、サンプル台を駆動して、所定の順序でサンプル容器にテラヘルツ光を照射するステップとを含む。
【００１８】
この発明の別の局面に従えば、粉体状のサンプルを測定可能な粉体測定方法に用いられるサンプル容器を提供する。サンプル容器は、貫通したアパーチャーを有する筒状部材と、筒状部材の底面に接着された底膜とを含む。筒状部材は導電性材料からなり、底膜は絶縁性のフィルムからなり、サンプルは、アパーチャー内にサンプルを装填された後、その先端部が平坦なロッドによって加圧される。
【００１９】
好ましくは、筒状部材の上面側のアパーチャー径は、底面側のアパーチャー径に比較して広い。
【００２０】
この発明のさらに別の局面に従うサンプル装填装置は、サンプル容器が配置される本体部を備える。ここで、サンプル容器は、貫通したアパーチャーを有する筒状部材と筒状部材の底面に接着された底膜とを含む。本サンプル装填装置は、サンプル容器のアパーチャー径に略一致する径を有する加圧部材と、サンプル容器のアパーチャーの軸方向に沿って、をサンプル容器に対して相対移動させるためのアプリケータと、サンプル容器に対する加圧部材による荷重を予め定められた値に制限する荷重制限機構とをさらに含む。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、粉体試料の物性をより正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態に従うサンプル交換機構の外観図である。
【図３】テラヘルツ光の時間波形の測定方法の概略を説明するための図である。
【図４】信号処理部における概略の機能構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態に従う演算装置の概略のハードウェア構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態に従うサンプル容器およびサンプルの収容方法を説明するための図である。
【図７】図６に示すサンプル容器をホルダーに装着した状態を示す外観図である。
【図８】本実施の形態に従うサンプル容器と入射するテラヘルツ光との関係を示す図である。
【図９】テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より小さくする構成に適した光学系の一例を示す模式図である。
【図１０】図９に示す光学系を用いて、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくする構成を実現する一例を示す模式図である。
【図１１】テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくする構成に適した光学系の一例を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態の変形例２に従うサンプル台を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態の変形例３に従うサンプル容器を示す模式図である。
【図１４】この発明の実施の形態に従う粉体測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径２ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径３ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径４ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態に従うサンプル容器に装填したサンプルの質量と厚さとの関係を示す図である。
【図１９】Ｄ−マルトースの複素屈折率を異なる内径をもつサンプル容器を用いて測定した結果の一例を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態に従うサンプル装填装置の断面構造図である。
【図２１】図２０に示すサンプル装填装置の組立分解図である。
【図２２】この発明の実施の形態に従う別のサンプル装填装置の断面構造図である。
【図２３】図２２に示すサンプル装填装置の組立分解図である。
【図２４】この発明の実施の形態に従うさらに別のサンプル装填装置の断面構造図である。
【図２５】図２４に示すサンプル装填装置の組立分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
（装置構成）
図１は、この発明の実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置１００の概略構成図である。
【００２５】
この発明の実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置１００（以下、「測定装置１００」とも記す）は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectrum analysis method）を用いて、試料の物性（代表的に、吸光度、複素屈折率、複素誘電率といった光学特性）を取得する。特に、本実施の形態に従う測定装置１００は、後述する容器（セル）に対象となる粉体試料にテラヘルツ光を照射し、さらに当該粉体試料を透過したテラヘルツ光に基づいてその物性を取得する、透過型の時間領域分光法を採用する。以下では、テラヘルツ領域における粉体試料の物性値を取得する構成について説明する。
【００２６】
図１を参照して、測定装置１００は、演算装置２と、信号処理部１２と、発振器１４と、レーザ光源２０と、バンドパスフィルタ２２と、λ／２波長板２４と、ビームスプリッタ２６と、エミッタユニット２８と、軸外し放物面ミラー３０ａ，３０ｂ，６０ａ，６０ｂと、検出ユニット５８と、ミラー４０，４２，４４，４６，４８，５４，５６と、サンプル交換機構７０と、遅延ステージ５０と、遅延ステージ駆動機構５２とを含む。
【００２７】
本実施の形態に従う測定装置１００では、測定対象の粉体試料（以下「サンプル」とも称す。）を収容する少なくとも１つのサンプル容器がサンプル交換機構７０に配置される。このサンプル交換機構７０の回転駆動によって、各サンプル容器に対するテラヘルツ光の透過強度が順次取得される。そして、これらの透過強度に基づいて、各サンプルの物性が測定される。
【００２８】
まず、テラヘルツ光の発生および受信に係る構成について説明する。
レーザ光源２０は、後述するエミッタユニット２８および検出ユニット５８を駆動するためのレーザパルスＬ１を発生する。より具体的には、レーザ光源２０は、フェムト秒（１０−１５秒）オーダのパルス幅をもつレーザパルスＬ１を発生し照射する。なお、レーザ光源２０におけるレーザパルスＬ１の発振周期は、数１０ＭＨｚ（数１０ｎ秒周期）オーダである。
【００２９】
バンドパスフィルタ２２は、レーザ光源２０から発生するレーザパルスＬ１に含まれる波長のうち、特定の波長成分を透過させる。一例として、レーザ光源２０が１．５６μｍおよび０．７８μｍの２種類のレーザパルスを発生する場合には、バンドパスフィルタ２２は、０．７８μｍの波長成分を透過させる一方で、１．５６μｍの波長成分を反射または吸収する。
【００３０】
λ／２波長板２４は、バンドパスフィルタ２２を透過後のレーザパルスＬ１の直線偏光を任意の方向に調整する。そして、このλ／２波長板２４を通過したレーザパルスＬ１は、ビームスプリッタ２６へ入射する。なお、λ／２波長板２４からは、平行光線のレーザパルスが放射される。
【００３１】
ビームスプリッタ２６は、λ／２波長板２４からのレーザパルスＬ１を所定の比率で２つのレーザパルスＬ２およびＬ３に分配し、それぞれをエミッタユニット２８およびミラー４０へ導く。ここで、レーザパルスＬ２は、エミッタユニット２８を励起するためのポンプ光として利用され、レーザパルスＬ３は、検出ユニット５８を励起するためのプローブ光として利用される。
【００３２】
エミッタユニット２８は、レーザパルスＬ２を受けてテラヘルツ光Ｔ１を発生するテラヘルツ光発生源である。具体的には、エミッタユニット２８は、収束レンズ２８ａと、光伝導スイッチ２８ｂと、Ｓｉレンズ２８ｃとを含む。収束レンズ２８ａは、ビームスプリッタ２６からのレーザパルスＬ２を、光伝導スイッチ２８ｂの所定位置へ収束する。光伝導スイッチ２８ｂは、レーザパルスＬ２によって励起されて、パルス状のテラヘルツ光Ｔ１を発生する。より具体的には、光伝導スイッチ２８ｂは、基板上に形成された平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとからなり、この平行伝送線路の両端には、発振器１４から所定の交流バイアス電圧が印加されている。そして、微小ダイポールアンテナの部分にレーザパルスＬ２が入射することで、所定の電界が生じて、テラヘルツ光が発生する。すなわち、光伝導スイッチ２８ｂに入射するレーザパルスＬ２がポンプ光となり、テラヘルツ光Ｔ１が発生する。また、この発振器１４から供給される所定の交流バイアス電圧がテラヘルツ光Ｔ１の発生エネルギーとなる。一例として、光伝導スイッチ２８ｂは、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチなどによって構成される。また、Ｓｉレンズ２８ｃは、光伝導スイッチ２８ｂから照射されるテラヘルツ光Ｔ１を拡散する。
【００３３】
軸外し放物面ミラー３０ａおよび３０ｂは、エミッタユニット２８から放射されるテラヘルツ光Ｔ１をサンプル交換機構７０の所定位置へ導く。より具体的には、エミッタユニット２８から放射されたテラヘルツ光Ｔ１は水平方向（重力方向に対して直交方向）に伝搬して軸外し放物面ミラー３０ａへ入射する。そして、テラヘルツ光Ｔ１は、この軸外し放物面ミラー３０ａで伝搬方向が直角に変化した後、軸外し放物面ミラー３０ｂへ入射する。さらに、テラヘルツ光Ｔ１は、この軸外し放物面ミラー３０ｂによって、その伝搬方向が重力方向に変化する。このとき、軸外し放物面ミラー３０ｂは、テラヘルツ光Ｔ１をサンプル交換機構７０の特定の位置に集光させる。このテラヘルツ光Ｔ１の集光位置（焦点位置）には、いずれかのサンプル容器が配置されている。
【００３４】
サンプル交換機構７０は、回転可能に構成されたサンプル台７２と、サンプル台７２を回転駆動する駆動機構７４とを含む。サンプル台７２には、サンプル容器を保持するための複数のホルダー７８が形成されており、駆動機構７４は、サンプル台７２を回転駆動して、当該複数のホルダー７８のうち１つをテラヘルツ光Ｔ１の焦点位置に選択的に配置する。後述するように、各サンプル容器は、粉末状のサンプルを収容している。
【００３５】
また、各ホルダー７８は、サンプル台７２に表面から裏面に亘って貫通した開口を有しており、軸外し放物面ミラー３０ｂからのテラヘルツ光Ｔ１が重力方向に伝搬して、サンプル台７２の一方面側からいずれかのホルダー７８に入射した後、当該ホルダー７８および保持しているサンプル容器を透過してサンプル台７２の他方面側から出射されるようになっている。すなわち、サンプル容器を透過したテラヘルツ光Ｔ２は、当該サンプル容器の貫通方向に沿って伝搬し、この伝搬過程において、当該サンプル容器に収容されているサンプルの物性に応じてその一部が吸光される。なお、駆動機構７４は、後述する演算装置２からの制御信号ＣＴＲＬ１に従って、サンプル台７２を駆動する。
【００３６】
図２は、この発明の実施の形態に従うサンプル交換機構７０の外観図である。
図２を参照して、サンプル台７２には、一例として、その外周側に７個の切欠部７３が形成されるとともに、各切欠部７３の底面には貫通孔７３ａが形成されている。各切欠部７３には、ホルダー７８が挿入可能に構成されており、またその上部には押え板７２ａが設けられている。この押え板７２ａは、対象の切欠部７３に挿入されたホルダー７８を固定する。
【００３７】
サンプル台７２は、駆動機構７４によって回転可能に担持されている。駆動機構７４は、複数のギヤなどで構成された回転支持部７４ａと、回転支持部７４ａを駆動するモータ７４ｂとを含む。そして、モータ７４ｂが演算装置２からの制御信号ＣＴＲＬ１（図１）に応じて回転駆動することで、この駆動力によって回転支持部７４ａがサンプル台７２を回転させる。
【００３８】
このように、複数のホルダー７８を保持するサンプル台７２が回転することで、テラヘルツ光の伝搬経路上に１つのサンプル容器が選択的に配置される。
【００３９】
なお、テラヘルツ光は空気中の水蒸気成分による影響を受けやすいので、サンプル交換機構７０を含む所定区域に対して、測定前に減圧や窒素置換などをすることが好ましい。
【００４０】
再度、図１を参照して、ホルダー７８を透過したテラヘルツ光Ｔ２は、軸外し放物面ミラー６０ｂおよび６０ａで順次反射されて、検出ユニット５８へ導かれる。具体的には、サンプル容器に収容されたサンプルを透過した後のテラヘルツ光Ｔ２は、軸外し放物面ミラー６０ｂによって、その伝搬方向が水平方向に変化する。さらに、テラヘルツ光Ｔ２は、軸外し放物面ミラー６０ａによって伝搬方向を直角に曲げられた後、検出ユニット５８へ入射する。このとき、軸外し放物面ミラー６０ａは、テラヘルツ光Ｔ２を検出ユニット５８の受光位置に集光する。
【００４１】
検出ユニット５８は、軸外し放物面ミラー６０ａからのテラヘルツ光Ｔ２を受光して、受光したテラヘルツ光Ｔ２の強度に応じた測定信号を信号処理部１２へ出力する。また、検出ユニット５８は、測定信号を生成するためのエネルギー源として、ビームスプリッタ２６で分離されたレーザパルスＬ３を受光する。すなわち、検出ユニット５８は、軸外し放物面ミラー６０ａからのテラヘルツ光Ｔ２と、ビームスプリッタ２６からのレーザパルスＬ３とがともに入射しているタイミングにおいて、測定信号を出力できる。
【００４２】
検出ユニット５８は、収束レンズ５８ａと、光伝導スイッチ５８ｂと、Ｓｉレンズ５８ｃとを含む。Ｓｉレンズ５８ｃは、上述のエミッタユニット２８におけるＳｉレンズ２８ｃと同様の構成であり、軸外し放物面ミラー６０ａからのテラヘルツ光Ｔ２を収束する。また、収束レンズ５８ａは、ビームスプリッタ２６からのレーザパルスＬ３を、光伝導スイッチ５８ｂの所定位置へ収束する。光伝導スイッチ５８ｂは、上述のエミッタユニット２８における光伝導スイッチ２８ｂと同様の構成であり、一方面にテラヘルツ光Ｔ２を受光し、他方面にレーザパルスＬ３を受光することで、電気信号である測定信号を出力する。
【００４３】
この測定信号は、本来的に、テラヘルツ光Ｔ２の強度とレーザパルスＬ３の強度との積に応じた値となるが、レーザパルスＬ３の強度は時間的に一定とみなすことができるので、測定信号は、実質的にテラヘルツ光Ｔ２の強度を示すものとなる。したがって、測定信号は、サンプル容器に収容された粉体状のサンプルの物性についての情報を含む。
【００４４】
なお、本実施の形態では、エミッタユニット２８および検出ユニット５８が、それぞれ光伝導スイッチ２８ｂおよび５８ｂで構成される例について説明したが、電気信号とテラヘルツ光との変換作用を生じるデバイスであれば、これらに限られることはない。これらに代えて、たとえば、ＩｎＡｓやＩｎＳｂからなる光伝導スイッチを用いてもよいし、電気光学（ＥＯ）結晶を用いてもよい。なお、電気光学結晶の代表例としては、4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate（ＤＡＳＴ）などの有機非線形光学結晶が知られている。また、検出ユニット５８には、熱型の光強度検出器であるボロメータを用いてもよい。
【００４５】
ビームスプリッタ２６で分配されたレーザパルスＬ３は、ミラー４０，４２，４４，４６，４８，５４，５６を順次伝搬して、検出ユニット５８へ導かれる。このレーザパルスＬ３の伝搬経路上のミラー４２および４４は、遅延ステージ５０に配置されている。遅延ステージ５０は、遅延ステージ駆動機構５２によって、紙面上下方向に移動可能に構成されており、この遅延ステージ５０の移動によってミラー４２および４４の位置が紙面上下方向に変化する。なお、遅延ステージ駆動機構５２は、後述する演算装置２からの制御信号ＣＴＲＬ２に従って、遅延ステージ５０を所定速度で移動させる。
【００４６】
遅延ステージ５０および遅延ステージ駆動機構５２は、検出ユニット５８で受光されるテラヘルツ光Ｔ２の時間軸上における強度波形をより容易に測定するための構成である。すなわち、レーザパルスＬ２は、そのパルス幅がフェムト（１０−１５）秒オーダであるため、時間波形をそのまま測定することは非常に困難である。そこで、テラヘルツ光Ｔ２の所定位相における強度を複数回にわたって測定したものを時間軸上で合成することで、全体の時間波形を測定する。
【００４７】
上述したように、検出ユニット５８は、テラヘルツ光Ｔ２およびレーザパルスＬ３がともに入射したタイミングで測定信号を出力するので、テラヘルツ光Ｔ２に対するレーザパルスＬ３の位相をずらすことで、テラヘルツ光Ｔ２の所定位相における強度を測定することができる。
【００４８】
すなわち、遅延ステージ５０が所定速度で紙面上または下方向に移動することで、ミラー４２および４４の位置が変化し、これによってビームスプリッタ２６から検出ユニット５８までのレーザパルスＬ３の伝搬経路長が時間的に変化する。この遅延ステージ５０の位置変化に応じて、レーザパルスＬ２によって発生するテラヘルツ光Ｔ２が検出ユニット５８に入射するタイミングと、レーザパルスＬ３が検出ユニット５８に入射するタイミングとの間の時間差（遅延時間）が時間的に変化する。
【００４９】
図３は、テラヘルツ光の時間波形の測定方法の概略を説明するための図である。
図３（ａ）は、合成されるテラヘルツ光の時間波形を示し、図３（ｂ）は、実施のテラヘルツ光Ｔ２およびレーザパルスＬ３の時間波形を示す。
【００５０】
図３（ｂ）を参照して、一般的にレーザパルスＬ３のパルス幅（１０−１５秒オーダ）に比較して、テラヘルツ光Ｔ２のパルス幅は長くなるので、レーザパルスＬ３の位相を周期毎に順次ずらすことで、テラヘルツ光Ｔ２の特定タイミングにおけるテラヘルツ光Ｔ２の強度を測定することができる。
【００５１】
上述したように、遅延ステージ５０が所定の一定速度で移動すると、レーザパルスＬ３の伝搬経路長が時間的に変化する。また、テラヘルツ光Ｔ２およびレーザパルスＬ３は、共通の周期で発生するので、各周期におけるテラヘルツ光Ｔ２に対するレーザパルスＬ３の位相は、所定の速度で変化することになる。
【００５２】
より具体的な一例として、レーザ光源２０が５０ＭＨｚの発振周波数（発振周期２０ｎ秒）でレーザパルスＬ１を発生し、遅延ステージ５０が１ｍｍ／秒で移動する場合を考える。この遅延ステージ５０の移動によって、レーザパルスＬ２の伝搬経路長は、２×１ｍｍ／秒で変化することになる。なお、レーザパルスＬ３の伝搬経路は遅延ステージの往復分に相当することに注意されたい。ここで、測定周期（隣接する測定点の時間間隔）を１ｍ秒（１×１０−３秒）とすると、テラヘルツ光Ｔ２に対するレーザパルスＬ３の位相は、ある測定点とこれに続く測定点との間で、２０／３×１０−１５秒（＝２×１×１０−３ｍ／秒×１×１０−３秒／３×１０８ｍ／秒）だけずれることになる。なお、「３×１０８ｍ／秒」は光速度である。したがって、この場合には、テラヘルツ光Ｔ２を２０／３×１０−１５秒間隔でサンプリング測定できることを意味する。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、各測定時刻ｔ２〜ｔ１２において、テラヘルツ光Ｔ２に対するレーザパルスＬ３の位相は隣接する周期間で所定位相ずつ変化するので、この各測定時間ｔ２〜ｔ１２と、各測定時刻ｔ２〜ｔ１２に対応するテラヘルツ光の強度値Ｍ２〜Ｍ１２との間の関係をプロットすることで、図３（ａ）に示すように、その時間軸を伸張した状態でテラヘルツ光Ｔ２の時間波形を取得できる。
【００５４】
なお、図３（ａ）および（ｂ）は、簡略化のため測定点および測定時刻を省略して示している。
【００５５】
以上のような原理によって、テラヘルツ光Ｔ２の時間波形が測定される。なお、測定された時間波形は、その時間軸を伸張されたものであるので、後述するフーリエ変換などの演算処理においては、この時間軸を実時間に補正した上で、各種処理が実行される。
【００５６】
再度、図１を参照して、発振器１４は、エミッタユニット２８で発生するテラヘルツ光を変調するための参照信号を発生する。代表的に、発振器１４は、所定周期（たとえば、数１０ｋＨｚ）の正弦波を発生する。上述したように、この参照信号の一部は、エミッタユニット２８を構成する光伝導スイッチ２８ｂのバイアス電圧として用いられる。このバイアス電圧によって、テラヘルツ光Ｔ１の強度は時間的な周期成分をもつ。一方、信号処理部１２は、発振器１４からの参照信号に基づいて、検出ユニット５８から出力される測定信号のうち、この参照信号の周期成分に対応する成分を抽出し、テラヘルツ光の時間的強度を示す強度信号として出力する。
【００５７】
このように、時間的に変調したテラヘルツ光Ｔ１を用いて測定を行なうことで、テラヘルツ光の測定過程や伝搬過程において侵入する雑音成分の影響を抑制することができる。
【００５８】
図４は、信号処理部１２における概略の機能構成を示すブロック図である。
図４を参照して、信号処理部１２は、代表的にロックインアンプからなり、掛算器１２１と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）１２２とを含む。掛算器１２１は、検出ユニット５８からの測定信号と、発振器１４からの参照信号とを乗算して乗算信号を生成する。そして、低域通過フィルタ１２２は、この乗算信号から所定の周波数帯域以下の成分だけを抽出し、強度信号として出力する。
【００５９】
すなわち、掛算器１２１は検出ユニット５８からの測定信号に参照信号を乗じることで、測定信号に含まれるサンプルの物性を示す成分と、ノイズ成分とを周波数的に分離する。そして、低域通過フィルタ１２２がこれらの周波数的に分離された各成分のうち、ノイズ成分を遮断することで、サンプルの物性を示す成分だけを出力することができる。
【００６０】
再度、図１を参照して、演算装置２は、サンプル交換機構７０の駆動機構７４を制御するための制御信号ＣＴＲＬ１および遅延ステージ駆動機構５２を制御するための制御信号ＣＴＲＬ２を出力するとともに、信号処理部１２から出力される強度信号に基づいて、サンプルの物性を算出する。
【００６１】
図５は、この発明の実施の形態に従う演算装置２の概略のハードウェア構成を示す模式図である。
【００６２】
図５を参照して、演算装置２は、代表的にコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２００と、ＣＰＵ２００でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ部２１２と、ＣＰＵ２００で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク部（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２１０とを含む。また、ハードディスク部２１０には、後述するような処理を実現するためのプログラムが予め記憶されており、このようなプログラムは、ＦＤドライブ２１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ２１４によって、それぞれフレキシブルディスク２１６ａまたはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）２１４ａなどから読取られる。
【００６３】
ＣＰＵ２００は、キーボードやマウスなどからなる入力部２０８を介してユーザなどからの指示を受取るとともに、プログラムの実行によって測定される測定結果などを図示しないディスプレイなどへ出力する。また、ＣＰＵ２００は、インターフェイス部２０６を介して、信号処理部１２、駆動機構７４および遅延ステージ駆動機構５２などとの間でデータ通信を行なう。
【００６４】
なお、機能の一部または全部を専用のハードウェアで実現してもよい。
（サンプル容器）
図６は、この発明の実施の形態に従うサンプル容器およびサンプルの収容方法を説明するための図である。
【００６５】
図６（ａ）には、本実施の形態に従うサンプル容器の模式図を示す。本実施の形態に従うサンプル容器は、筒状部材４と筒状部材４の底面に接着された底膜６とを含む。
【００６６】
筒状部材４は、金属（代表的に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やアルミニウムなど）といった導電性の高い物質で構成され、中央部に貫通したアパーチャーを有する円柱状の部材である。テラヘルツ帯の光は金属に反射されてしまうため、テラヘルツ光は筒状部材４を貫通しない。より具体的な実施例として、筒状部材４として市販の金属ワッシャーを用いてもよい。
【００６７】
底膜６は、絶縁性が高く、テラヘルツ帯での吸収が小さい素材（代表的に、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）からなる。なお、底膜６は、筒状部材４の底部において、アパーチャーの全周に亘って接着しており、筒状部材４のアパーチャーに装填されたサンプルがこぼれ出ないようになっている。なお、この底膜６は、サンプルの溶媒に対する耐性が高いものが好ましい。
【００６８】
なお、図６（ａ）に示すような形状のサンプル容器を採用することができるのは、本実施の形態に従う測定装置１００では、サンプル台７２（図１）が水平面に沿って回転する構成を採用するからである。
【００６９】
このようなサンプル容器のより具体的な設計値としては、筒状部材４の外径としては、８〜２０ｍｍ（代表的には、１０ｍｍ）であり、内径としては、１〜５ｍｍ（代表的には、２，３，４ｍｍなど）である。また、底膜６の厚さとしは、０．０１〜１．０ｍｍ（代表的には、０．０８ｍｍ）である。なお、底膜６の筒状部材４と接合する部分（リング状）に接着剤を予め塗布しておき、この接着剤が塗布された面と筒状部材４とを接合することで、より低コストにサンプル容器を製造することができる。
【００７０】
図６（ｂ）に示すように、測定対象の粉体状あるいはバルク状のサンプルＳＭＰは、筒状部材４の鉛直上方からアパーチャーに装填される。そして、装填されたサンプルＳＭＰは、筒状部材４の内径とほぼ同サイズの外径のロッド３０２によって加圧される。なお、このロッド３０２の先端部は平坦であることが好ましい。
【００７１】
代表的に、本実施の形態では、ロッド３０２をその一部として含むデプスゲージ３００を用いる場合について例示する。このデプスゲージ３００は、本来、上面と下面との距離（深さ）を測定するものであるが、押し圧を所定の値に制限する機構（トルクリミッター）を有しており、この機構によって、サンプルＳＭＰを所定の押し圧で均一に加圧することができる。この加圧によって、筒状部材４に装填されたサンプルＳＭＰの底膜６からの距離（厚さ）を均一化できる。本実施の形態では、デプスゲージ３００として、（株）テクロックのダイヤルデプスゲージＤＭ−２１１を用いた。
【００７２】
なお、本発明に係る粉体測定方法では、サンプルＳＭＰを均一に加圧できれば、必ずしもデプスゲージを用いる必要はない。すなわち、その先端部が平坦となっているロッド３０２を用いて所定の押し圧で加圧できればよい。
【００７３】
図７は、図６に示すサンプル容器をホルダー７８に装着した状態を示す外観図である。
図７を参照して、ホルダー７８には、その内径が３段階に変化するように、上面から下面に貫通する開口孔が形成されている。より具体的には、ホルダー７８の最も最上段および２段目の内径は、筒状部材４の外径より大きくなるように形成されており、最下段の内径は、筒状部材４の外径より小さくなるように形成されている。そのため、本実施の形態に従うサンプル容器は、ホルダー７８の２段目に保持される。なお、ホルダー７８の２段目の内径は、サンプル容器の外径とほぼ一致するように形成されており、これにより、サンプル容器の保持位置が大きく変動しないようになっている。
【００７４】
（粉体測定方法）
上述したように、本実施の形態に従う測定装置１００は、透過型の時間領域分光法を採用する。そのため、サンプル容器（あるいは、サンプルＳＭＰ）に入射するテラヘルツ光の光束径と、サンプル容器（あるいは、サンプルＳＭＰ）の内径との関係をまず考慮する必要がある。
【００７５】
図８は、本実施の形態に従うサンプル容器と入射するテラヘルツ光との関係を示す図である。
【００７６】
照射されるテラヘルツ光の光学系に応じて、図８（ａ）に示すように、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より小さくなる場合と、図８（ｂ）に示すように、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合とが生じ得る。図８（ａ）に示す場合には、テラヘルツ光が透過する部分の物性値を、サンプルＳＭＰの代表値として取得することができる。一方、図８（ｂ）に示す場合には、サンプル容器に充填されているサンプル全体を評価した物性値を取得することができる。
【００７７】
以下、それぞれの場合における物性値の算出方法の一例について説明する。なお、本実施の形態に従う測定装置１００では、基準値（レファレンス値）として、サンプルＳＭＰが充填されていない「空」のサンプル容器にテラヘルツ光を照射したときに測定される透過光の強度を用いる。
【００７８】
また、テラヘルツ光を用いて取得される物性値として、サンプルＳＭＰの吸光度の算出過程について説明する。この吸光度は、レファレンス値に対するサンプルＳＭＰから測定された透過光の変化量に基づいて算出される。
【００７９】
（Ｉ．テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より小さくなる場合）
「空」のサンプル容器にテラヘルツ光を照射したときに測定される透過光の強度をレファレンス強度Ｉ０とし、何らかのサンプルＳＭＰが装填されたサンプル容器にテラヘルツ光を照射したときに測定される透過光の強度をＩ０とすると、以下に示すようなLambert-Beer則が適用できる。
【００８０】
ｌｏｇ１０（Ｉ０／Ｉ）＝ε・ｃ・ｌ  ・・・（１）
但し、εはサンプルＳＭＰのモル吸光係数（ｌ／ｍｏｌ／ｃｍ）、ｃはサンプルＳＭＰのモル濃度（ｍｏｌ／ｌ）、ｌは光路長（ｃｍ）である。
【００８１】
ここで、光路長ｌは、予め測定可能であるので、サンプルＳＭＰのモル吸光係数εおよびモル濃度ｃのいずれか一方が既知であれば、レファレンス強度Ｉ０および透過光強度Ｉから、サンプルＳＭＰのモル吸光係数εまたはモル濃度ｃを算出できる。
【００８２】
この方法は、サンプルＳＭＰが固体であっっても適用可能である。すなわち、固体中に含まれるサンプルＳＭＰの質量、分子量、全体の体積が既知であれば、サンプルのモル濃度ｃが算出でき、この値を用いてサンプルＳＭＰのモル吸光係数εを算出できる。なお、固体には、サンプルＳＭＰのみからなる場合もあれば、希釈剤（たとえば、小粒径のポリエチレン粉末）を用いて、適当な濃度に希釈して錠剤などに成型したものであっても適用可能である。
【００８３】
上述の（１）式に代えて、振幅透過率と位相差のスペクトルから取得できる複素屈折率の虚部に相当する消衰係数ｋを用いてモル吸光係数εを求めることも可能である。この場合、以下の（２）式の関係が成立するａについて、
ａ＝４πｋ／λ  ・・・（２）
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−ａ・ｌ）  ・・・（３）
但し、λはテラヘルツ光の波長である。
【００８４】
（１）式および（３）式から、
Ａ＝（ｌｏｇ１０ｅ）ａ・ｌ＝ε・ｃ・ｌ
この式をεについての式に変形すると、
ε＝（ｌｏｇ１０ｅ）・ａ／ｃ
この式に（２）式を代入すると、以下の（４）式が得られる。
【００８５】
ε＝（ｌｏｇ１０ｅ）・４πｋ／ｃ・λ＝４πｋ／（２．３０３ｃλ）  ・・・（４）
なお、当然のことながら、レファレンス強度Ｉ０の時間波形と、サンプルＳＭＰを透過したテラヘルツ光の強度の時間波形とを測定し、（１）式および（４）式にそれぞれ適用した場合には、両者の結果は互いに一致する。
【００８６】
本実施の形態に従う粉体測定方法では、予めサンプル容器に装填するサンプルＳＭＰの質量ｗを測定しておき、この質量ｗを（１）式に適用して、サンプルのモル吸光係数εを求める。
【００８７】
より具体的には、サンプル容器に装填されるサンプルＳＭＰの質量をｗ［ｇ］、サンプルＳＭＰの分子量をＭとして、サンプル容器（筒状部材４）の内径をｄ［ｍｍ］とすると、サンプルＳＭＰのモル濃度ｃ［ｍｏｌ／ｌ］は、以下のように表すことができる。
【００８８】
ｃ＝ｗ／Ｍ／（１０−６πｄ２Ｌ／４）
また、サンプル容器に装填されたサンプルＳＭＰの厚さＬ［ｍｍ］は、以下のように表すことができる。
【００８９】
ｌ＝Ｌ／１０
これらを（１）式に代入すると、
Ａ＝４εｗ／π・Ｍ・ｄ２×１０５
この式をεについての式に変形すると、
ε＝Ａ・Ｍ・πｄ２／４ｗ×１０−５  ・・・（５）
（５）式は、サンプルＳＭＰの厚さをパラメータとして含んでいないため、サンプル容器の内径、サンプルＳＭＰの質量、およびサンプルＳＭＰの分子量が既知であれば、モル吸光係数εを算出することができる。
【００９０】
但し、サンプル容器に装填したサンプルＳＭＰの厚さが均一でない場合、たとえば、中心部が凹状または凸状になっておりその部分をテラヘルツ光が通過する場合には、算出したモル吸光係数εに誤差を生じるおそれがある。これは、（５）式に反映されているサンプルの厚さＬ（すなわち、テラヘルツ光が通過する光路長）が実際のものとは異なることになることになるからである。したがって、サンプル容器の筒状部材４内に装填したサンプルＳＭＰを、筒状部材４の内径とほぼ同サイズの外径のロッド３０２によって加圧し、サンプルＳＭＰの厚さを均一化する。
【００９１】
なお、上記の算出式では、サンプルＳＭＰの質量および分子量に基づいて、サンプルＳＭＰの厚さｌを含まない形で算出したが、デプスゲージで測定されたサンプルＳＭＰの厚さを用いて、モル吸光係数εを算出してもよい。このサンプルＳＭＰの厚さの測定値を用いる場合には、複素屈折率や複素誘電率の計算も可能となる。
【００９２】
また、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より小さくなる場合には、定量のための検量線を容易に作成できる。この手順としては、まず、サンプル容器を「空」の状態にした上で、リファレンスとなる透過光を測定する。次に、同じサンプル容器に既知の質量ｗのサンプルを装填し、ロッドで加圧した後、透過光を測定する。以下、同じサンプル容器に質量ｗのサンプルを順次追加していき、同様の手順で透過光を順次測定する。そして、同じサンプル容器に質量ｗ，２ｗ，・・・，ｎｗのｎ通りの測定データを得る。これらの測定データをリファレンスで規格化することで、検量線を作成する。このように、１つのサンプル容器を用いるので、手間がかからず、迅速に検量線を作成できる。
【００９３】
（ＩＩ．テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合）
次に、図８（ｂ）に示すように、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合について説明する。
【００９４】
この場合には、テラヘルツ光がサンプルＳＭＰの全体を透過する。そのため、サンプル容器内にサンプルＳＭＰが均一に装填されていなくても、モル吸光係数εを正確に求めることができる。この場合には、吸光係数の単位を「ｌ／ｍｏｌ／ｃｍ」ではなく、「面積／ｍｏｌ」または「面積／質量」として評価する。なお、「ｌ／ｍｏｌ／ｃｍ」と「面積／ｍｏｌ」とは、その測定概念は異なるが、本実施の形態に従う測定装置１００では、その結果は同一となる。
【００９５】
すなわち、サンプルＳＭＰの物性の一例として、単位面積かつ単位質量当たりの吸光係数εｗ［ｌ／ｍｏｌ／ｃｍ］、および単位面積かつ単位モル当たりの吸光係数εｍ［ｌ／ｍ２／ｍｏｌ］とする。
【００９６】
単位面積当りの吸光度をＡｓ［１／ｍ２］とし、サンプルＳＭＰの質量をｗ［ｇ］とし、サンプルＳＭＰの分子量をＭとすると、以下のように表すことができる。
【００９７】
Ａｓ＝４Ａ／πｄ２×１０６
＝４ｌｏｇ１０（Ｉ０／Ｉ）／πｄ２×１０６
＝４｛ｌｏｇ１０（Ｉ０（ｄ０）／Ｉ）｝／πｄ２×１０６
＝εｗ・ｗ
＝εｗ・ｗ／Ｍ
これを単位面積かつ単位質量当たりの吸光係数εｗについて表すと、以下のようになる。
【００９８】
εｗ＝４Ａ／πｄ２ｗ×１０６
＝４｛ｌｏｇ１０（Ｉ０（ｄ０）／Ｉ）｝／πｄ２ｗ×１０６  ・・・（６）
また、単位面積かつ単位モル当たりの吸光係数εｍについて表すと、以下のようになる。
【００９９】
εｍ＝４ＡＭ／πｄ２ｗ×１０６
＝４｛ｌｏｇ１０（Ｉ０（ｄ０）／Ｉ）｝Ｍ／πｄ２ｗ×１０６  ・・・（７）
上式において、Ｉ０（ｄ０）はレファレンスとなるサンプル容器（内径ｄ０［ｍｍ］）にテラヘルツ光を照射したときに測定される透過光の強度を示し、Ａはレファレンスの換算を反映する値を示す。テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合には、内径の異なるサンプル容器から測定された透過光の強度を換算した上で、レファレンスとして用いることができる。具体的には、対象のサンプル容器（内径ｄ［ｍｍ］）に装填したサンプルＳＭＰを測定する場合のレファレンスＩ０およびレファレンスの換算を反映する値Ａは、標準としたサンプル容器の内径ｄ０、およびその場合に測定された透過光の強度Ｉ０（ｄ０）を用いて、以下のように表すことができる。
【０１００】
Ｉ０＝Ｉ０（ｄ０）・ｄ２／ｄ０２
Ａ＝ｌｏｇ１０（Ｉ０／Ｉ）＝ｌｏｇ１０（Ｉ０（ｄ０）／Ｉ）＋２ｌｏｇ１０（ｄ／ｄ０）
また、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合には、サンプルＳＭＰ固有の物性として、複素屈折率（ｎ＋ｊｋ）を算出することができる。なお、ｎは屈折率を示し、ｋは消衰係数を示す。屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、いずれも単位厚さ当りの値であるので、サンプル容器に装填されたサンプルＳＭＰの厚さを取得する必要がある。そのため、以下のいずれかの方法でサンプルＳＭＰの厚さを取得する。
【０１０１】
（ａ）サンプルＳＭＰを厚さが一定となるようにサンプル容器に装填した上で、デプスゲージなどを用いてその厚さを実測する
（ｂ）複素屈折率をサンプルの質量またはモル（分子数）当りの値となるように再定義した上で算出する
このように、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合には、サンプルのすべてに対してテラヘルツ光が透過する。そのため、サンプル容器内でサンプルが均一に詰められていなくても、モル吸光係数εが正しく算出できる。
【０１０２】
なお、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなりすぎると、リファレンスとして測定される透過光の強度が小さくなるので、Ｓ／Ｎ比が低下する。そのため、テラヘルツ光の光束径に適した内径をもつサンプル容器を適宜選択することや、サンプル容器に装填するサンプルの量を適宜調整することで、高い測定精度を実現できる。
【０１０３】
（光学系の構成）
図９は、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より小さくする構成に適した光学系の一例を示す模式図である。
【０１０４】
図９を参照して、本実施の形態に従う測定装置１００（図１）では、エミッタユニット２８から放射されるテラヘルツ光Ｔ１は、軸外し放物面ミラー３０ａおよび３０ｂで反射された後、集束光として照射される。この集束光は、その焦点で光束径を最小にした後、再度拡散光として軸外し放物面ミラー６０ｂに入射する。その後、テラヘルツ光Ｔ１は、軸外し放物面ミラー６０ｂおよび６０ａで順次反射されて、検出ユニット５８へ導かれる。
【０１０５】
このような光学系を採用した場合には、その筒状部材４のアパーチャー内にテラヘルツ光Ｔ１の焦点が位置するようにサンプル容器を配置することで、サンプル容器の内径より小さなテラヘルツ光を照射することができる。なお、焦点においても、テラヘルツ光はある程度の大きさの光束径をもつので、焦点を中心とした範囲に強度の大きなテラヘルツ光を照射することができる。このようなテラヘルツ光の照射を行なうことで、測定のＳ／Ｎ（Signal to Noise）比を大きくできる。
【０１０６】
図１０は、図９に示す光学系を用いて、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくする構成を実現する一例を示す模式図である。
【０１０７】
図１０を参照して、上述したように、図９に示す光学系では、軸外し放物面ミラー３０ｂで反射されたテラヘルツ光は、集束光としてサンプル容器に照射される。ここで、サンプル容器の位置を、テラヘルツ光の進行方向に沿って、軸外し放物面ミラー３０ｂおよび６０ｂのいずれかの側に変更することで、サンプル容器に照射されるテラヘルツ光の光束径を大きくすることができる。
【０１０８】
なお、テラヘルツ光の焦点位置における光束径がサンプル容器の内径（筒状部材４）より大きい場合には、図９に示す光学系を用いて、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくできる。
【０１０９】
なお、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より大きくなる場合には、テラヘルツ光の一部が筒状部材４で反射されるので、サンプルに照射される実質的なテラヘルツ光の光量が低下する。このような場合には、十分なＳ／Ｎ比を得ることができないこともあるので、テラヘルツ光の光束径がサンプル容器の内径より著しく大きくならないような光学系を設計することが好ましい。
【０１１０】
図１１は、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくする構成に適した光学系の一例を示す模式図である。
【０１１１】
図１１を参照して、テラヘルツ光の光束径をサンプル容器の内径より大きくする構成として、エミッタユニット２８から放射されるテラヘルツ光Ｔ１を放物面ミラー３０ｃおよび３０ｄで順次反射させて検出ユニット５８に導く光学系を採用してもよい。この光学系では、エミッタユニット２８から照射されたテラヘルツ光Ｔ１は、まず放物面ミラー３０ｃで反射される。放物面ミラー３０ｃで反射された後のテラヘルツ光Ｔ１は、ほぼ平行光となり、対向配置された放物面ミラー３０ｄに入射する。そして、テラヘルツ光Ｔ１は、放物面ミラー３０ｄで反射されて検出ユニット５８へ導かれる。
【０１１２】
放物面ミラー３０ｃと放物面ミラー３０ｄとの間を伝搬するテラヘルツ光Ｔ１は、平行光、すなわち比較的広い光束径に亘って光強度が一定となるので、サンプル容器は、放物面ミラー３０ｃと放物面ミラー３０ｄとの間の光軸上であればいずれの位置に配置してもよい。
【０１１３】
このような光学系を採用することで、サンプル容器の内径より大きな光束径をもつテラヘルツ光を照射することができる。
【０１１４】
（変形例１）
上述した測定装置１００では、透過型の時間領域分光法を用いて測定を行なう構成について例示したが、反射型の測定を行なってもよい。反射型の測定を行なう場合には、筒状部材４の上面側（アパーチャー）からその先端部が平坦なロッド３０２でサンプルＳＭＰを押下しつつ、サンプル容器を構成する筒状部材４の底面側からテラヘルツ光を照射する。なお、ロッド３０２の先端は、テラヘルツ光に対する反射率の高い物質で構成することが好ましい。そして、このロッド３０２の先端部で反射されたテラヘルツ光を受光して、サンプルの物性を取得する。
【０１１５】
（変形例２）
上述した測定装置１００（図１）では、回転可能に構成されたサンプル台７２にサンプル容器を保持する構成について例示したが、サンプル容器を保持するためのホルダー孔を格子状に配置したサンプル台を用いてもよい。
【０１１６】
図１２は、この発明の実施の形態の変形例２に従うサンプル台を示す模式図である。
図１２（ａ）を参照して、本実施の形態の変形例２に従うサンプル台２０２には、サンプル容器を保持するためのホルダー孔２０４が格子状に形成されている。そして、サンプル台２０２は、図示しない駆動機構（代表的に、Ｘ−Ｙ駆動機構）と連結されており、サンプル台２０２を駆動することで、テラヘルツ光の照射経路上に対象とするサンプル容器を順次配置することができる。
【０１１７】
各ホルダー孔２０４は、図１２（ｂ）に示すように、その内径が２段階に変化するように、上面から下面に貫通する開口孔として形成されている。そして、図１２（ｃ）に示すように、サンプル容器は、このホルダー孔２０４の上段と係合するように保持される。
【０１１８】
このようなサンプル台２０２を用いることで、医薬品などの物性を効率的に測定できる。具体的には、各ホルダー孔２０４に保持されるサンプル容器に、種々の溶媒または塩に溶解させた医薬品などを装填し、そのまま一定時間置いて結晶化させる。サンプル台２０２を駆動して、この結晶化して固体になったサンプルのテラヘルツスペクトルなどの物性を順次測定する。内径（底面積）が同一のサンプル容器を用いることができるので、装填する医薬品の量、濃度、体積などを適宜調整することで、当該医薬品についての定量的な取り扱いが可能となる。
【０１１９】
また、底膜６として、テフロン（登録商標）シートなどの耐薬品性にすぐれた素材を用いることで、種々の溶媒での結晶化が可能となる。
【０１２０】
（変形例３）
上述した本実施の形態においては、アパーチャーの内径が一定であるサンプル容器（図６）を例示したが、本変形例では、より粒度の小さいサンプルＳＭＰの測定に適した別のサンプル容器の構造について例示する。
【０１２１】
図１３は、この発明の実施の形態の変形例３に従うサンプル容器を示す模式図である。図１３（ａ）を参照して、本変形例に従うサンプル容器は、筒状部材４Ａと筒状部材４Ａの底面に接着された底膜６Ａとを含む。上述の実施の形態に従うサンプル容器と同様に、筒状部材４Ａは、金属（代表的に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やアルミニウムなど）といった導電性の高い物質で構成される。また、筒状部材４Ａは、中央部に貫通したアパーチャーを有する。また、底膜６Ａについても、上述の実施の形態に従うサンプル容器と同様に、絶縁性が高く、テラヘルツ帯での吸収が小さい素材（代表的に、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）で構成される。
【０１２２】
このアパーチャーは、上面側の径が底面側の径に比較して広くなっている。すなわち、筒状部材４Ａは、いわゆる「すり鉢」状のアパーチャを有している。上面側からはサンプルＳＭＰが装填されるので、ユーザは、粉体状のサンプルをよりサンプル容器に装填しやすくなる。
【０１２３】
典型的に、粉体状のサンプルは薬包紙などに梱包されており、ユーザが、薬包紙に入っている粉体状のサンプルを移す必要がある。特に、相対的に粒度が小さいサンプル（典型的には、直径１０μｍ以下）に対するこのような作業は、熟練および集中力を要する作業となる。本変形例に従うサンプル容器を用いることで、このような作業の困難性を低減できる。すなわち、ユーザは、より内径の大きなアパーチャーに対してサンプルを入れるだけでよいので、サンプルがサンプル容器の外へこぼれるといった事態を回避できる。なお、測定時の粒子散乱の影響を小さくするためには、希釈剤についても、サンプルの粒子径と同程度、もしくはそれ以下にする必要がある。そのため、本変形例に従うサンプル容器を用いることで、サンプルだけでなく、希釈剤についても、より容易にサンプル容器へ装填できる。
【０１２４】
本変形例に従うサンプル容器では、図１３（ｂ）に示すように、アパーチャーの底部にサンプルＳＭＰが装填される。このサンプルＳＭＰが装填されるアパーチャーの底部の径が、たとえば約１〜５ｍｍに設計されると、サンプル容器の上面のアパーチャー径は、その２倍（約２〜１０ｍｍ）程度に設計されることが好ましい。また、サンプル容器を保持する底部の円筒の方向に対して、その上部のすり鉢面は、約４５°の角度を有するのが好ましい。
【０１２５】
さらに、サンプルおよび／またはそれを包む薬包紙との間の静電気の発生を抑制するために、アパーチャー面（すり鉢面）は、帯電防止の素材（たとえば、テフロン（登録商標）など）で静電気を抑制するための加工を行なうことが好ましい。これに加えて、または、これらに代えて、装填されたサンプルがアパーチャー面（すり鉢面）の摩擦力で底面まで落下しない（引っかかる）ことを抑制するために、すり鉢面は、より発生する摩擦力の小さい鏡面仕上げにすることが好ましい。
【０１２６】
上述のように、本変形例に従うサンプル容器を用いることで、熟練のユーザでなくとも、サンプルのサンプル容器への装填操作を均一に行なうことができる。
【０１２７】
（測定手順）
上述した本実施の形態に従う粉体測定方法についてまとめれば、図１４に示すフローチャートとなる。
【０１２８】
図１４は、この発明の実施の形態に従う粉体測定方法の手順を示すフローチャートである。
【０１２９】
図１４を参照して、まず、サンプル容器を準備する（ステップＳ２）。なお、このサンプル容器は、測定毎に製作してもよい。具体的な実施例としては、市販の金属ワッシャー（外形が１０ｍｍ、内径が２〜５ｍｍ、厚さが２〜４ｍｍ、材質：ＳＵＳ３０６）の一面に、当該金属ワッシャーの外径程度の円形にカットしたテフロン（登録商標）シート（厚さ０．０５〜０．１ｍｍ程度）を接着する。
【０１３０】
次に、このサンプル容器を「空」の状態で測定装置１００にセットし、テラヘルツ光を照射する（ステップＳ４）。この「空」のサンプル容器から測定される透過光の強度の時間波形をレファレンスとして演算装置２（図１）に格納する（ステップＳ６）。
【０１３１】
その後、サンプル容器のアパーチャー内に測定対象のサンプル（粉体状あるいはバルク状）を装填し（ステップＳ８）、サンプル容器の内径とほぼ同サイズの外径をもつロッドで当該サンプルを加圧する（ステップＳ１０）。より具体的に実施例としては、デプスゲージ３００を用いて所定の圧力で押下する。さらに、サンプルが充填されたサンプル容器を測定装置１００にセットし、テラヘルツ光を照射する（ステップＳ１２）。このサンプルが充填されたサンプル容器から測定される透過光の強度の時間波形を演算装置２に格納する（ステップＳ１４）。
【０１３２】
演算装置２は、レファレンスの時間波形とサンプルから実測した透過光の時間波形とに基づいて、対象とするサンプルの物性値を算出する（ステップＳ１６）。そして、演算装置２は、これらの算出したサンプルの物性値を外部出力（モニタ表示や外部装置へのデータ出力）する（ステップＳ１８）。
【０１３３】
（測定結果１）
以下、本実施の形態に従う測定装置１００およびサンプル容器を用いて、Ｄ−マルトース（水和物）をサンプルとして測定を行なった結果の一例を説明する。
【０１３４】
なお、以下に示す結果は、３種類の内径（２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ）をもつサンプル容器を用いて、それぞれサンプルを２ｍｇずつ順次増量して測定することで得られたものである。すなわち、内径の異なる３種類のサンプル容器のそれぞれにおいて、装填するサンプルを２ｍｇ、４ｍｇ、６ｍｇ、８ｍｇの４通りに変化させた場合の測定結果を示す。
【０１３５】
図１５は、この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径２ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す。図１６は、この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径３ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す。図１７は、この発明の実施の形態に従う測定装置を用いて内径４ｍｍのサンプル容器に装填したサンプルを測定した結果の一例を示す。
【０１３６】
図１５（ａ）、図１６（ａ）、図１７（ａ）には、それぞれの場合において測定された透過光の相対強度の時間波形を示す。なお、レファレンスは、それぞれのサンプル容器を「空」の状態で測定した場合に得られる透過光の相対強度の時間波形に相当する。
【０１３７】
図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）には、それぞれの場合において測定された透過光の相対強度の時間波形から算出された、吸収スペクトルを示す。
【０１３８】
いずれの場合も、サンプルの量にかかわらず同様の傾向を示しており、本実施の形態に従う粉体測定方法によれば、精度の高い測定を行なうことができることが表されている。
【０１３９】
なお、装填するサンプルの量に比較してサンプル容器の内径が小さ過ぎる場合には、サンプル厚みが大きくなり、透過光の吸収ピーク強度が高くなり過ぎて、飽和を生じ得る。反対に、装填するサンプルの量に比較してサンプル容器の内径が大き過ぎる場合には、サンプル厚みが小さくなり、透過光の吸収ピーク強度が低くなり過ぎて、Ｓ／Ｎ比が低下して測定精度が低下し得る。
【０１４０】
このような場合には、透過光のピーク強度が適切な範囲となるように、サンプル容器の内径を適切に選択する必要がある。このような場合には、異なる内径をもつサンプル容器を容易に準備できるので、たとえば、３種類の内径（ｄ１＜ｄ２＜ｄ３）をもつサンプル容器を準備しておき、まずは内径ｄ２のサンプル容器で測定し、透過光のピーク強度が適正な範囲を外れている場合には、異なる内径ｄ１またはｄ２のサンプル容器を用いるようにすればよい。特に、本実施の形態に従う粉体測定方法では、サンプルを錠剤化する必要がないので、サンプルを何度でも回収できる。そのため、このようなサンプル容器の変更を容易に行なうことができる。
【０１４１】
また、図１５、図１６、図１７のそれぞれで用いられるサンプル容器の底面積の比は、４：９：１６となる。そのため、同じ質量のサンプルをそれぞれのサンプル容器に装填した場合の厚さは、その逆比となるので、テラヘルツ光の吸収が直線性を有する範囲では、それぞれの場合において測定される透過光のピークは、おおよそこの比となっている。
【０１４２】
（測定結果２）
サンプルの厚さを用いることで、複素屈折率や複素誘電率を算出することができる。本実施の形態に従う粉体測定方法では、予めサンプルの質量を測定した上で、サンプル容器に装填する。そこで、測定された質量に基づいて、装填された状態でのサンプルの厚さを測定する。
【０１４３】
このサンプルの質量と実測された装填された状態でのサンプルの厚さとの関係を図１８に示す。
【０１４４】
図１８は、この発明の実施の形態に従うサンプル容器に装填したサンプルの質量と厚さとの関係を示す図である。
【０１４５】
図１８を参照して、内径２ｍｍのサンプル容器に、サンプルとしてＤ−マルトースをそれぞれ０ｍｇ，４ｍｇ，６ｍｇ装填し、それぞれの場合におけるサンプルの厚さを測定した結果の一例を示す。この測定結果における相関係数Ｒ２は、０．９８９８７となり、サンプルの質量から装填されたサンプルの厚さを十分に高い精度で換算できると判断される。すなわち、図１８に示す例では、傾き（０．２８５５ｍｍ／ｍｇ）がサンプル１ｍｇ当りのサンプル厚さに相当する。
【０１４６】
さらに、各サンプル容器において、底面積×厚さ＝一定の関係があるので、上述の質量−厚さ変換係数（傾き）をそれぞれのサンプル容器における底面積の比で換算することで、異なる内径をもつサンプル容器についての質量−厚さ変換係数をそれぞれ算出することができる。
【０１４７】
これらの質量−厚さ変換係数を用いて、サンプルの一例であるＤ−マルトースの複素屈折率の測定結果を図１９に示す。
【０１４８】
図１９は、Ｄ−マルトースの複素屈折率を異なる内径をもつサンプル容器を用いて測定した結果の一例を示す図である。図１９（ａ）は、屈折率の周波数特性を示し、図１９（ｂ）は、消衰係数の周波数特性を示す。
【０１４９】
なお、図１９（ａ）および図１９（ｂ）において、グラフ上の凡例は以下の条件を示す。
【０１５０】
・サンプル１−１：内径４ｍｍのサンプル容器で４ｍｇのＤ−マルトースを測定
・サンプル１−２：内径４ｍｍのサンプル容器で６ｍｇのＤ−マルトースを測定
・サンプル２−１：内径３ｍｍのサンプル容器で２ｍｇのＤ−マルトースを測定
・サンプル２−２：内径３ｍｍのサンプル容器で４ｍｇのＤ−マルトースを測定
・サンプル３：内径２ｍｍのサンプル容器で２ｍｇのＤ−マルトースを測定
いずれの場合も、サンプルの量にかかわらず同様の傾向を示しており、本実施の形態に従う粉体測定方法によれば、精度の高い測定を行なうことができることが表されている。
【０１５１】
（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、粉体試料をそのままサンプル容器に装填して測定することができるので、サンプルを回収できる。そのため、生成量がごく微量であるなどの貴重なサンプルに対しても気軽に測定を行うことができる。また、サンプル容器を代えて、何度でも測定を行うことができる。さらに、サンプルを錠剤として成型するために必要な量に比較しても十分に少なくて済む。
【０１５２】
また、本実施の形態によれば、サンプルを錠剤として成型する必要がないので、錠剤を成型するための装置などが不要となる。
【０１５３】
なお、成型した錠剤は、その成分によっては脆くなる場合もあり、このような場合には、複素屈折率などを測定するためにその錠剤の厚さの測定値が必要であっても厚さを測定することも難しい。一方、錠剤を高圧で成型することで硬度を高めることはできるが、高圧圧縮による結晶構造の変化が危惧される。上述したように、本実施の形態では、錠剤を成型する必要がないので、このような問題を生じ得ない。
【０１５４】
また、本実施の形態によれば、市販の金属ワッシャーを流用してサンプル容器を準備することも可能であり、測定に要するコストを低減することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態によれば、サンプルをサンプル容器に装填し、デプスゲージを用いて加圧することで、ユーザによらず所定の押し圧を与えることができるとともに、同時に、装填されたサンプルの厚さを測定することもできる。
【０１５６】
また、本実施の形態によれば、サンプルに適したサンプル容器およびサンプル厚さを比較的自由に選択することができる。たとえば、指紋スペクトルを示すサンプルでは、吸収ピークは複数存在することが多い。各ピークの吸光度（この場合、ピーク高さと考えてよい）の絶対値には大きなばらつきがある。規定の濃度で錠剤形成した場合には、必ずしも測定に適した濃度となっているとは限らないが、本実施の形態に従うサンプル容器を用いることで、サンプルから得られる透過光の強度を測定に適した範囲内に収めることができる。
【０１５７】
（サンプル装填装置）
上述の実施の形態においては、一例として、トルクリミッター付きのデプスゲージを用いて、サンプルＳＭＰを所定の押し圧で均一に加圧する構成について説明した。このようなデプスゲージを用いる方法に代えて、専用のサンプル装填装置を用いてもよい。
【０１５８】
上述したような、テラヘルツ時間領域分光法を用いると、サンプルの複素屈折率および複素誘電率を直接的に測定できる。しかしながら、これらの測定を行なうためには、サンプルの厚さを正確に測定しておく必要がある。このとき、サンプルの厚さは、容器への充填時に印加される荷重に応じて変化することが想定される。そのため、サンプルをサンプル容器へ充填する際に印加される荷重を予め規定値に設定しておくことが好ましい。そして、この印加される荷重の正確さが、テラヘルツ時間領域分光法を用いたサンプルの物性評価の妥当性に影響を与え得る。逆に言えば、印加される荷重が正確にわかっていれば、測定に用いるサンプルを専用の装置で作成した上で、本実施の形態に従う測定装置を用いて、そのサンプルの物性を評価できる。
【０１５９】
上述したように、ロッドをその一部とするデプスゲージを用いてサンプルを加圧して、サンプルがほぼ均一な厚さになるように、サンプルの表面を平坦化することもできるが、汎用品を採用した場合には、その設定された荷重の精度をあまり高くできない場合もあり得る。すなわち、デプスゲージを用いた場合には、トルクリミッターの設定値のばらつきなどが想定される。また、市販のロッドを用いた場合には、その径が予め定められた種類から選択せざるを得ないので、サンプル全体に均一な加重が印加されているとは限らないからである。
【０１６０】
そこで、以下では、本実施の形態に従う測定装置に適したサンプル装置装置について例示する。
【０１６１】
（サンプル装填装置（その１）の構成）
図２０は、この発明の実施の形態に従うサンプル装填装置４００Ａの断面構造図である。図２１は、図２０に示すサンプル装填装置４００Ａの組立分解図である。
【０１６２】
図２０および図２１を参照して、サンプル装填装置４００Ａは、アプリケータ４０２と、底部部材４０４と、荷重発生部材４０６と、嵌合部材４０８と、弾性部材４１０と、操作部材４１２と、加圧部材４１４とを含む。
【０１６３】
アプリケータ４０２は、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）のアパーチャーの軸方向に沿って、底部部材４０４および荷重発生部材４０６を相対移動可能に保持する。より具体的には、アプリケータ４０２は、内面にねじ溝が設けてある円筒状の部材である。このアプリケータ４０２のねじ溝が設けてある内面の径は、サンプル容器の径と略一致もしくはそれより幾分かは大きく設計される。
【０１６４】
底部部材４０４は、アプリケータ４０２の重力下側に螺合される、円筒状の部材からなる。この底部部材４０４の上面は、平坦になっており、後述するようにサンプルを含むサンプル容器が配置される。
【０１６５】
荷重発生部材４０６は、アプリケータ４０２の重力上側に螺合される、略円筒状の部材からなる。この荷重発生部材４０６の下面は、平坦になっており、後述するように加圧部材４１４と接して、重力下側に荷重を与える。また、荷重発生部材４０６の上面には、後述する嵌合部材４０８と連結するための凹部４０６ａが形成されている。図２０および図２１には、その一例として、凹部４０６ａおよび嵌合部材４０８が六角形の断面形状を有する構成を示す。
【０１６６】
操作部材４１２は、荷重発生部材４０６の重力上側に配置され、２段の軸径を有する円筒部材からなる。操作部材４１２の軸径の大きな第１円筒部４１２ａには、ユーザによる回転操作が容易となるように、滑り止めとして、ローレット加工が施されている。一方、操作部材４１２の軸径の小さな第２円筒部４１２ｂは、アプリケータ４０２の内径より小さい軸径を有しており、この表面には、ねじ溝が形成されている。この第２円筒部４１２ｂの重力下側には、嵌合部材４０８が螺合されている。さらに、第２円筒部４１２ｂの周囲には、弾性部材４１０としてコイルスプリングが配置されている。この弾性部材４１０は、第１円筒部４１２ａと嵌合部材４０８との間の相対距離に応じて圧縮される。そして、この弾性部材４１０の圧縮量に応じた反発力が、第１円筒部４１２ａと嵌合部材４０８との間に発生する。
【０１６７】
加圧部材４１４は、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）と荷重発生部材４０６との間に介挿され、荷重発生部材４０６が発生する重力下側への荷重を受けて、その荷重をサンプル容器に装填されているサンプルＳＭＰに与える。より具体的には、加圧部材４１４は、軸径の大きな第１円筒部４１４ａと、軸径の小さな第２円筒部４１４ｂとからなる。第１円筒部４１４ａは、その上面が荷重発生部材４０６の底面と接触するように配置されている。また、第２円筒部４１４ｂの径は、筒状部材４の内径と略等しくなるように設計されている。なお、第２円筒部４１４ｂの底部の先端部は、加圧部材４１４が回転することでサンプルＳＭＰが均一化されるように、テーパ状に形成することが好ましい。
【０１６８】
次に、図２０および図２１に示すサンプル装填装置４００Ａを用いて、サンプルＳＭＰをサンプル容器に装填する手順について説明する。
【０１６９】
まず、サンプル容器を用意する。このサンプル容器を作成する場合には、筒状部材４の底面に底膜６を装着する。
【０１７０】
続いて、アプリケータ４０２の底部側に底部部材４０４を装着（螺合）する。そして、底部部材４０４の上面の中央部にサンプル容器を配置する。そして、測定対象のサンプルＳＭＰをサンプル容器に入れる。なお、測定対象のサンプルＳＭＰをサンプル容器に入れる前は、底部部材４０４をアプリケータ４０２の奥まで（より上側になるように）装着しておくことが好ましい。これは、サンプルＳＭＰをより容易にサンプル容器へ入れることためである。
【０１７１】
続いて、加圧部材４１４をサンプル容器（サンプルＳＭＰを含む）の重力上側に配置する。このとき、加圧部材４１４の第２円筒部４１４ｂがサンプル容器の筒状部材４のアパーチャーに沿って挿入される。なお、サンプルＳＭＰの厚みを均一化するため、その表面を軽くならすことが好ましい。
【０１７２】
続いて、サンプル容器と加圧部材４１４との間の位置関係を保ったまま、アプリケータ４０２の上部側から荷重発生部材４０６を装着（螺合）する。このとき、底部部材４０４および加圧部材４１４を全体としてアプリケータ４０２の底部側に移動させてもよい。
【０１７３】
底部部材４０４および加圧部材４１４によって、サンプル容器に対して加圧ができる状態にセットされると、ユーザが操作をするための部材が組み立てられる。より具体的には、操作部材４１２の第２円筒部４１２ｂに弾性部材４１０であるコイルスプリングを貫通させた後、第２円筒部４１２ｂに嵌合部材４０８を螺合する。このとき、嵌合部材４０８は、その底面側が第２円筒部４１２ｂの底面（端面）と一致する位置に螺合される。
【０１７４】
このとき、コイルスプリングは、その自然長が第１円筒部４１２ａの下面と嵌合部材４０８の上面との間の距離より長くなるように選択されている。そのため、コイルスプリングは、嵌合部材４０８によって所定長さまで圧縮される。この所定長さは、既知であるので、ばね定数などから、第１円筒部４１２ａの下面と嵌合部材４０８の上面との間に生じる弾性力を正確に測定できる。
【０１７５】
ユーザは、この操作部材４１２、弾性部材４１０および嵌合部材４０８からなる冶具（以下、加圧冶具とも称す）を用いて、サンプルを加圧する。すなわち、ユーザは、加圧冶具の先端にある嵌合部材４０８を、荷重発生部材４０６の上面に形成された凹部４０６ａに挿入し、操作部材４１２を回転させる。このとき、弾性部材４１０の伸張力によって、操作部材４１２と嵌合部材４０８とは一体になって回転する。
【０１７６】
ユーザが加圧冶具を回転させると、それによって回転される荷重発生部材４０６はアプリケータ４０２に対して下側に順次移動する。そして、荷重発生部材４０６が加圧部材４１４と接触した後は、荷重発生部材４０６（加圧部材４１４）と底部部材４０４との距離に応じて発生する荷重がサンプルＳＭＰに与えられる。サンプルＳＭＰが圧縮されるにつれて、サンプルＳＭＰからの反発力が大きくなって、加圧しにくくなる。この結果、サンプルＳＭＰから重力上側に向けて、ユーザが与えている作用力に対する反作用力（垂直抗力）が大きくなる。
【０１７７】
この反作用力は、加圧冶具の嵌合部材４０８に伝えられる。サンプルＳＭＰに対する荷重が大きくなるについて、サンプルＳＭＰからの反発力も大きくなる。その結果、サンプルＳＭＰに対する荷重が所定値に達すると、コイルスプリングが嵌合部材４０８に与える伸張力とサンプルＳＭＰからの反発力とが均衡する。サンプルＳＭＰに対してさらに大きな荷重を与えようとすると、サンプルＳＭＰからの反発力が大きくなる。その結果、操作部材４１２と嵌合部材４０８との間に摩擦力がなくなるので、両者の間の一体性が喪失する。その結果、操作部材４１２を回転させても、嵌合部材４０８、すなわち荷重発生部材４０６は、回転しないという状態に至る。すなわち、嵌合部材４０８が静止した状態で、操作部材４１２だけが回転（空回り）することになる。
【０１７８】
ユーザがさらに操作部材４１２を回転させると、嵌合部材４０８との螺合によって、操作部材４１２と嵌合部材４０８との距離が短くなり、コイルスプリングがより一層圧縮される。そして、コイルスプリングからの伸張力がサンプルＳＭＰからの反発力を再度上回ると、操作部材４１２と嵌合部材４０８とは再度一体化して、サンプルＳＭＰに対してさらに大きな荷重を与えることになる。
【０１７９】
したがって、サンプル装填装置４００Ａを用いてサンプルＳＭＰをサンプル容器に装填する場合には、操作部材４１２を回転させてゆき、操作部材４１２が空回りをし始めたところで操作を止めると、弾性部材４１０が発生する弾性力（反発力）に相当する力でサンプルＳＭＰを圧縮することになる。なお、操作部材４１２が空回りをし始めたことは、ユーザの感触によって知ることができる。
【０１８０】
なお、操作部材４１２の空回りによって、コイルスプリングがより圧縮されたとしても、操作後に、操作部材４１２の第２円筒部４１２ｂと嵌合部材４０８との距離（コイルスプリングの長さ）を再測定することで、実際にサンプルＳＭＰに与えられた荷重を算出することができる。
【０１８１】
このように、サンプル装填装置４００Ａにおいては、操作部材４１２、弾性部材４１０および嵌合部材４０８からなる加圧冶具が、サンプル容器に対する加圧部材４１４による荷重を予め定められた値に制限する荷重制限機構として機能する。
【０１８２】
上述のように、サンプル装填装置４００Ａにおいては、コイルスプリングの自由長をＬ、コイルスプリングの圧縮時の長さ（第１円筒部４１２ａの下面と嵌合部材４０８の上面との距離）をｌ、コイルスプリングのばね定数をｋとすると、サンプルＳＭＰへ与えられる荷重Ｎは、Ｎ＝ｋ（Ｌ−ｌ）と表すことができる。
【０１８３】
たとえば、ばね定数ｋ＝０．５Ｎ／ｍｍ（０．０５ｋｇ／ｍｍ）、自由長Ｌ＝２０ｍｍ、圧縮時の長さｌ＝１２ｍｍとすると、荷重Ｎ＝０．５×（２０−１２）＝４Ｎと計算できる。さらに、サンプル容器のアパーチャーの直径が３ｍｍであれば、サンプルＳＭＰに対して与えられる応力は、４Ｎ／（１．５×１．５×π）＝０．５７Ｎ／ｍｍ２となる。
【０１８４】
このように、サンプル装填装置４００Ａでは、操作部材４１２および嵌合部材４０８を連結する伸張力と、サンプルＳＭＰからの反発力と、の間の力のバランスに応じてその挙動を変化させる機構を採用することで、第１円筒部４１２ａの下面と嵌合部材４０８の上面との間に生じる弾性力に基づいて、サンプルＳＭＰに与える荷重を正確に評価できる。すなわち、弾性部材４１０が発生する弾性力とサンプルＳＭＰからの反発力との間のバランスが崩れたときに、ユーザが与える力の逃げ道を設けた構成を採用することで、サンプルＳＭＰに与える荷重を正確に設定できる。
【０１８５】
なお、上述のような機構は、嵌合部材４０８が第２円筒部４１２ｂの軸方向に変動できる自由度を設けておけばよいので、嵌合部材４０８の水平の断面形状などは任意に設定することができる。たとえば、嵌合部材４０８を小判型（楕円状）に形成した上で、その中心部にねじ溝を形成した構成や、中心部にねじ溝を形成した上で、外周側に留めピンを形成した構成を採用してもよい。
【０１８６】
（サンプル装填装置（その２）の構成）
上述のサンプル装填装置４００Ａでは、弾性部材４１０が発生する弾性力とサンプルＳＭＰからの反発力との間のバランスが崩れた場合であっても、ユーザが操作部材４１２の回転を継続すると、さらに弾性部材４１０が発生する弾性力が増大する。これに対して、以下では、弾性部材が発生する弾性力とサンプルＳＭＰからの反発力との間のバランスが崩れた場合には、それ以上、サンプルＳＭＰに荷重がかからない構成について例示する。
【０１８７】
図２２は、この発明の実施の形態に従うサンプル装填装置４００Ｂの断面構造図である。図２３は、図２２に示すサンプル装填装置４００Ｂの組立分解図である。
【０１８８】
図２２および図２３を参照して、サンプル装填装置４００Ｂは、底部部材４３２と、アプリケータ４３４と、荷重発生部材４４０と、弾性部材４４２と、操作部材４４４と、加圧部材４３６と、ロック部材４４６とを含む。
【０１８９】
アプリケータ４３４は、荷重発生部材４４０を、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）のアパーチャーの軸方向に沿って相対移動可能に保持する。より具体的には、アプリケータ４３４は、内面にねじ溝が設けてある円筒状の部材である。このアプリケータ４３４のねじ溝が設けてある内面の径は、サンプル容器の径と略一致もしくはそれより幾分かは大きく設計される。また、アプリケータ４３４の外表面にもねじ溝が設けてあり、後述するように底部部材４３２と螺合する。
【０１９０】
底部部材４３２は、アプリケータ４３４の外側に形成されたねじ溝に対して螺合される、凹状の部材からなる。この底部部材４３２の上面は、平坦になっており、サンプルを含むサンプル容器が配置される。なお、底部部材４３２の上面には、サンプル容器の回転を規制するための内ねじが設けられている。
【０１９１】
荷重発生部材４４０は、アプリケータ４０２の内側に形成されたねじ溝と重力上側で螺合される。より具体的には、荷重発生部材４４０は、軸径が最小の第１円筒部４４０ａと、その径が第１円筒部４４０ａより大きな第２円筒部４４０ｂと、軸径が最大の第３円筒部４４０ｃとを含む。第１円筒部４４０ａには、操作部材４４４が貫通するように配置される。第２円筒部４４０ｂには、弾性部材４４２としてコイルスプリングが貫通するように配置される。第３円筒部４４０ｃの底面は、加圧部材４３６の上面と接触する。
【０１９２】
加圧部材４３６は、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）と荷重発生部材４４０との間に介挿され、荷重発生部材４４０が発生する重力下側の荷重を受けて、その荷重をサンプル容器に装填されているサンプルＳＭＰに与える。より具体的には、加圧部材４３６は、軸径の大きな第１円筒部４３６ａと、軸径の小さな第２円筒部４３６ｂとからなる。第１円筒部４３６ａは、その上面が荷重発生部材４４０の底面と接触するように配置されている。また、第２円筒部４３６ｂの径は、サンプル容器の筒状部材４の内径と略等しくなるように設計されている。なお、第２円筒部４３６ｂの底部の先端部は、加圧部材４３６が回転することでサンプルＳＭＰが均一化されるように、テーパ状に形成することが好ましい。
【０１９３】
操作部材４４４は、荷重発生部材４４０の第１円筒部４４０ａを貫通するように構成された円筒部材からなる。そして、第１円筒部４４０ａに挿入された操作部材４４４は、第１円筒部４４０ａの上部に設けられたロック部材４４６によって、重力上側への移動を規制される。
【０１９４】
ロック部材４４６は、典型的には、いわゆるＥリングによって構成される。すなわち、第１円筒部４４０ａには、第１円筒部４４０ａに操作部材４４４が挿入されたときに、操作部材４４４の上面と略一致する位置に、切欠部が設けられており、この切欠部に嵌合するように、ツメを有するリング状部材が装着される。これにより、操作部材４４４は、第１円筒部４４０ａに対して回転可能に構成されるとともに、重力上側への移動を規制される。
【０１９５】
次に、図２２および図２３に示すサンプル装填装置４００Ｂを用いて、サンプルＳＭＰをサンプル容器に装填する手順について説明する。
【０１９６】
まず、上述のサンプル装填装置４００Ａを用いた場合と同様に、サンプル容器を用意する。続いて、アプリケータ４３４の底部側に底部部材４３２を装着する。そして、底部部材４３２の上面の中央部にサンプル容器を配置する。
【０１９７】
続いて、加圧部材４３６をサンプル容器（サンプルＳＭＰを含む）の重力上側に配置する。すなわち、加圧部材４３６の第２円筒部４３６ｂがサンプル容器の筒状部材４のアパーチャーに沿って挿入される。このとき、サンプルＳＭＰの厚みを均一化するため、その表面を軽くならすことが好ましい。
【０１９８】
続いて、サンプル容器と加圧部材４３６との間の位置関係を保ったまま、アプリケータ４３４の上部側から加圧冶具を装着する。この加圧冶具は、操作部材４４４、弾性部材４４２および荷重発生部材４４０からなる。すなわち、荷重発生部材４４０の第２円筒部４４０ｂに弾性部材４４２を挿入し、さらに、第１円筒部４４０ａに操作部材４４４を挿入する。そして、操作部材４４４の上面側にロック部材４４６を装着する。このとき、弾性部材４４２（コイルスプリング）の自然長は、第２円筒部４４０ｂの軸方向の長さより長くなるように設計されており、第１円筒部４４０ａに操作部材４４４を挿入することで、操作部材４４４の底面と第３円筒部４４０ｃの上面との間でコイルスプリングが圧縮される。これにより、コイルスプリングからは、予め定められた伸張力が発生する。
【０１９９】
ユーザが操作部材４４４を回転させると、弾性部材４４２が発生する伸張力（による摩擦力）によって、荷重発生部材４４０は操作部材４４４と一体となって回転する。この回転に伴って、荷重発生部材４４０はアプリケータ４３４に対して下側に順次移動する。そして、荷重発生部材４４０が加圧部材４３６と接触した後は、荷重発生部材４４０と底部部材４３２との距離によって発生する荷重がサンプルＳＭＰに与えられる。サンプルＳＭＰが圧縮されるにつれて、サンプルＳＭＰからの反発力が大きくなって、加圧しにくくなる。この結果、サンプルＳＭＰから重力上側に向けて、ユーザが与えている作用力に対する反作用力（垂直抗力）が大きくなる。
【０２００】
この反作用力は、加圧冶具の荷重発生部材４４０に伝えられる。サンプルＳＭＰに対する荷重が大きくなるについて、サンプルＳＭＰからの反発力も大きくなる。その結果、サンプルＳＭＰに対する荷重が所定値に達すると、コイルスプリングが操作部材４４４から荷重発生部材４４０に与える伸張力とサンプルＳＭＰからの反発力とが均衡する。サンプルＳＭＰに対してさらに大きな荷重を与えようとすると、サンプルＳＭＰからの反発力が大きくなる。その結果、操作部材４４４と荷重発生部材４４０との間に弾性力（摩擦力）がなくなるので、一体性を喪失する。その結果、操作部材４４４を回転させても、荷重発生部材４４０は、回転しなくなる。すなわち、荷重発生部材４４０が静止した状態で、操作部材４４４だけが空回りすることになる。
【０２０１】
サンプル装填装置４００Ｂでは、操作部材４４４の空回りが継続しても、コイルスプリングからの伸張力は増大しないので、サンプルＳＭＰへ与えられる荷重は、弾性部材４４２（コイルスプリング）の自然長と第２円筒部４４０ｂの軸方向の長さとの関係によって定まる一定値を超えることがない。
【０２０２】
上述のように、弾性部材４４２が発生する弾性力とサンプルＳＭＰからの反発力との間のバランスが崩れたときに、ユーザが与える力の逃げ道を設けた構成を採用することで、サンプルＳＭＰに与える荷重を正確に設定できる。
【０２０３】
（サンプル装填装置（その３）の構成）
次に、弾性部材（コイルスプリング）の圧縮量を固定値に制限することによって、サンプルＳＭＰに印加される荷重を所定値（設計値）に制限する構成について例示する。
【０２０４】
図２４は、この発明の実施の形態に従うサンプル装填装置４００Ｃの断面構造図である。図２５は、図２４に示すサンプル装填装置４００Ｃの組立分解図である。
【０２０５】
図２４および図２５を参照して、サンプル装填装置４００Ｃは、底部部材４６２と、アプリケータ４６６と、弾性部材４７０と、操作部材４７２と、加圧部材４６８とを含む。
【０２０６】
アプリケータ４６６は、操作部材４７２を、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）のアパーチャーの軸方向に沿って相対移動可能に保持する。より具体的には、アプリケータ４６６は、内面にねじ溝が設けてある円筒状の部材である。このアプリケータ４６６のねじ溝が設けてある内面の径は、サンプル容器の径と略一致もしくはそれより幾分かは大きく設計される。また、アプリケータ４６６の外表面にもねじ溝が設けてあり、後述するように底部部材４６２と螺合する。
【０２０７】
底部部材４６２は、アプリケータ４６６の外側に形成されたねじ溝に対して螺合される、凹状の部材からなる。この底部部材４６２の上面は、平坦になっており、サンプルを含むサンプル容器が配置される。なお、底部部材４６２の上面には、サンプル容器の回転を規制するための内ねじが設けられている。
【０２０８】
操作部材４７２は、ユーザ操作によって回転力が与えられる第１円筒部４７２ａと、アプリケータ４６６の内側に形成されたねじ溝と螺合される第２円筒部４７２ｂとからなる。また、第２円筒部４７２ｂの底面側には、弾性部材４７０を収納する凹部が形成されている。
【０２０９】
加圧部材４６８は、サンプル容器（筒状部材４および底膜６）と弾性部材４７０との間に介挿される。そして、弾性部材４７０が発生する重力下側への伸張力を受けて、その荷重をサンプル容器に装填されているサンプルＳＭＰに与える。より具体的には、加圧部材４６８は、軸径の大きな第１円筒部４６８ａと、軸径の小さな第２円筒部４６８ｂとからなる。第１円筒部４６８ａは、その上面が弾性部材４７０（弾性部材４７０）の端面と接触するように配置されている。また、第２円筒部４６８ｂの径は、サンプル容器の筒状部材４の内径と略等しくなるように設計されている。なお、第２円筒部４６８ｂの底部の先端部は、加圧部材４６８が回転することでサンプルＳＭＰが均一化されるように、テーパ状に形成することが好ましい。
【０２１０】
次に、図２４および図２５に示すサンプル装填装置４００Ｃを用いて、サンプルＳＭＰをサンプル容器に装填する手順について説明する。
【０２１１】
まず、上述のサンプル装填装置４００Ａを用いた場合と同様に、サンプル容器を用意する。続いて、アプリケータ４６６の底部側に底部部材４６２を装着する。そして、底部部材４６２の上面の中央部にサンプル容器を配置する。
【０２１２】
続いて、加圧部材４６８をサンプル容器（サンプルＳＭＰを含む）の重力上側に配置する。すなわち、加圧部材４６８の第２円筒部４６８ｂがサンプル容器の筒状部材４のアパーチャーに沿って挿入される。このとき、サンプルＳＭＰの厚みを均一化するため、その表面を軽くならすことが好ましい。
【０２１３】
続いて、サンプル容器と加圧部材４６８との間の位置関係を保ったまま、アプリケータ４６６の上部側から弾性部材４４２（コイルスプリング）を挿入し、さらに、操作部材４７２をアプリケータ４６６に装着する。
【０２１４】
ユーザが操作部材４７２を回転させると、操作部材４７２自体が重力下側に移動する。そして、操作部材４７２の底面が弾性部材４７０と接触した後も、ユーザによる操作部材４７２の回転操作が継続されると、弾性部材４７０は重力下側に押し下げられる。さらに、ユーザによる操作部材４７２の回転操作が継続されると、弾性部材４７０は徐々に圧縮されて、その圧縮量に応じた伸張力がサンプルＳＭＰへ印加される。
【０２１５】
このとき、第１円筒部４７２ａの外径は、アプリケータ４６６の内径より大きく設計されており、操作部材４７２は、アプリケータ４６６の軸方向に沿って重力下側に移動できる範囲は、第１円筒部４７２ａの底面側がアプリケータ４６６の上面側に接触するまでに規制される。したがって、サンプルＳＭＰに印加される荷重は、操作部材４７２がアプリケータ４６６の上面に接触した状態での、コイルスプリングの圧縮量に応じた値に固定される。
【０２１６】
なお、厳密に言えば、サンプルＳＭＰの厚さがゼロの場合に比較して、サンプルＳＭＰの厚さが有意な値である場合には、コイルスプリングの圧縮量が変化する。そのため、コイルスプリングの圧縮値の長さは、サンプルＳＭＰの厚さを無視できる程度に、十分に大きいことが好ましい。
【０２１７】
上述のように、弾性部材４７０の圧縮量を規制することで、サンプルＳＭＰに与える荷重を正確に設定できる。
【０２１８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２１９】
２  演算装置、４，４Ａ  筒状部材、６，６Ａ  底膜、１２  信号処理部、１４  発振器、２０  レーザ光源、２２  バンドパスフィルタ、２４  λ／２波長板、２６  ビームスプリッタ、２８  エミッタユニット、２８ａ  収束レンズ、２８ｂ  光伝導スイッチ、２８ｃ  レンズ、３０ａ，３０ｂ，６０ａ，６０ｂ  放物面ミラー、４０，４２，４４，４６，４８，５４，５６  ミラー、５０  遅延ステージ、５２  遅延ステージ駆動機構、５８  検出ユニット、５８ａ  収束レンズ、５８ｂ  光伝導スイッチ、５８ｃ  レンズ、６０ａ  放物面ミラー、６０ｂ  放物面ミラー、７０  サンプル交換機構、７２  サンプル台、７２ａ  押え板、７３  切欠部、７３ａ  貫通孔、７４  駆動機構、７４ａ  回転支持部、７４ｂ  モータ、７８  ホルダー、１００  テラヘルツ領域測定装置（測定装置）、１２１  掛算器、１２２  低域通過フィルタ、２０２  サンプル台、２０４  ホルダー孔、２０６  インターフェイス部、２０８  入力部、２１０  ハードディスク部（ＨＤＤ）、２１２  メモリ部、２１４  ＣＤ−ＲＯＭドライブ、２１４ａ  ＣＤ−ＲＯＭ、２１６  ＦＤドライブ、２１６ａ  フレキシブルディスク、３００  デプスゲージ、３０２  ロッド、４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ  サンプル装填装置、４０２  アプリケータ、４０４  底部部材、４０６  荷重発生部材、４０６ａ  凹部、４０８  嵌合部材、４１０  弾性部材、４１２  操作部材、４１２ａ  第１円筒部、４１２ｂ  第２円筒部、４１４  加圧部材、４１４ａ  第１円筒部、４１４ｂ  第２円筒部、４３２  底部部材、４３４  アプリケータ、４３６  加圧部材、４３６ａ  第１円筒部、４３６ｂ  第２円筒部、４４０  荷重発生部材、４４０ａ  第１円筒部、４４０ｂ  第２円筒部、４４０ｃ  第３円筒部、４４２  弾性部材、４４４  操作部材、４４６  ロック部材、４６２  底部部材、４６６  アプリケータ、４６８  加圧部材、４６８ａ  第１円筒部、４６８ｂ  第２円筒部、４７０  弾性部材、４７２  操作部材、４７２ａ  第１円筒部、４７２ｂ  第２円筒部、ＳＭＰ  サンプル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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