(57)【要約】  ２つの波長の異なるレーザを用いて波長可変遠赤外光を発生させるｉｓ−ＴＰＧ法では、同時に、１つのレーザ光のみで、ブロードな波長で出力の不安定の遠赤外光（ＴＰＧ光）もわずかに発生させてしまう。発生したｉｓ−ＴＰＧ光とＴＰＧ光は、試料を透過した後に、検出用非線形光学結晶中で近赤外光に変換されて、検出器で観測される。このＴＰＧ光によってｉｓ−ＴＰＧ光の信号光出力が不安定になってしまう。そこで、ＴＰＧ光を試料直前でスリット等（フィルタ）により除去して、検出用非線形光学結晶に導入しないようにする。この際、ｉｓ−ＴＰＧ光の周波数を変化させるときに、出射方向が変化することを利用して、ｉｓ−ＴＰＧ光のみが透過するようにフィルタを周波数に合わせて移動させる（図１Ｃ参照）。
2019038823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠赤外光を発生する波長可変遠赤外光源と、
前記波長可変遠赤外光源から出力される遠赤外光に含まれる狭帯域遠赤外光を試料に照射する照明光学系と、
前記狭帯域遠赤外光と同時に発生する広帯域遠赤外光を除去するフィルタと、
前記試料を透過した光を検出する光検出系と、を備える、遠赤外分光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光検出系は、前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を近赤外光に変換して検出する、遠赤外分光装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記光検出系は、
前記波長可変遠赤外光源から出力されるポンプ光に基づいて、前記狭帯域遠赤外光を前記近赤外光に変換する非線形光学結晶と、
前記近赤外光を検出する光検出器と、
を含む、遠赤外分光装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記フィルタを載置し、前記フィルタの空間的位置を変更させるフィルタ用ステージと、
前記試料を載置し、前記試料の空間的位置を変更させる試料用ステージと、
前記フィルタ用ステージおよび前記試料用ステージの動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記狭帯域遠赤外光の周波数の変更に伴う前記狭帯域遠赤外光の出射角度の変化に応じて、前記フィルタ用ステージおよび前記試料用ステージの少なくとも一方を動作させ、前記フィルタおよび前記試料の少なくとも一方の空間的位置を変更して前記狭帯域遠赤外光のみを前記フィルタが透過させるように構成される、遠赤外分光装置。
【請求項５】
請求項２において、さらに、
前記遠赤外分光装置の設置面に対して所定方向にのみ前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を集光する遠赤外光学系を備え、
前記光検出系は、前記所定方向にのみ集光した前記狭帯域遠赤外光を前記近赤外光に変換する、遠赤外分光装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記光検出系は、さらに、前記近赤外光を所定の一方向にのみ拡大する光学要素を備え、前記所定の一方向にのみ拡大された前記近赤外光を検出する、遠赤外分光装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記光検出系は、さらに、前記所定の一方向にのみ拡大された前記近赤外光を、前記所定の一方向と直交する方向に関して結像する近赤外結像学系を含む、遠赤外分光装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記光検出系は、前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を検出する遠赤外光検出器を含む、遠赤外分光装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記光検出系は、さらに、前記狭帯域遠赤外光の前記試料における像を前記遠赤外光検出器に結像する遠赤外光結像光学系を含む、遠赤外分光装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記光検出系は、さらに、前記遠赤外光結像光学系を載置し、前記遠赤外光結像光学系の空間的位置を変更させる遠赤外光結像光学系用ステージと、前記遠赤外光検出器を載置し、前記遠赤外光検出器の空間的位置を変更させる遠赤外光検出器用ステージと、を含み、
さらに、前記遠赤外光結像光学系用ステージ、および前記遠赤外光検出器用ステージの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記狭帯域遠赤外光の周波数の変更に伴う前記狭帯域遠赤外光の出射角度の変化に応じて、前記遠赤外光結像光学系用ステージおよび前記遠赤外光検出器用ステージの少なくとも一方を動作させ、前記遠赤外光結像光学系および前記遠赤外光検出器の少なくとも一方の空間的位置を変更して前記狭帯域遠赤外光を前記遠赤外光検出器に取り込むように構成される、遠赤外分光装置。
【請求項１１】
請求項９において、さらに、
前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を拡散させる光拡散部材と、
前記試料または前記光拡散部材を移動または回転させる機構と、
を備える、遠赤外分光装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記フィルタを載置し、前記フィルタの空間的位置を変更させるフィルタ用ステージと、
前記試料を載置し、前記試料の空間的位置を変更させる試料用ステージと、をさらに備え、
前記制御部は、前記狭帯域遠赤外光の周波数の変更に伴う前記狭帯域遠赤外光の出射角度の変化に応じて、前記フィルタ用ステージ、前記試料用ステージ、前記遠赤外光結像光学系用ステージ、および前記遠赤外光検出器用ステージの少なくとも一つを動作させ、前記フィルタ、前記試料、前記遠赤外光結像光学系、および前記遠赤外光検出器の少なくとも一つの空間的位置を変更して、前記狭帯域遠赤外光のみを前記フィルタが透過させるとともに、前記狭帯域遠赤外光を前記遠赤外光検出器に取り込むように構成される、遠赤外分光装置。
【請求項１３】
波長可変遠赤外光源を用いて、遠赤外光を発生させることと、
フィルタを用いて、前記遠赤外光に含まれる広帯域遠赤外光を除去することと、
照射光学系を用いて、前記遠赤外光に含まれる狭帯域遠赤外光のみを試料に照射することと、
光検出系を用いて、前記試料を透過した光を検出することと、
を含む、遠赤外分光方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記光検出系は、前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を近赤外光に変換して検出する、遠赤外分光方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記光検出系は、遠赤外光検出器を用いて、前記試料を透過した前記狭帯域遠赤外光を検出する、遠赤外分光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、遠赤外分光装置、および遠赤外分光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠赤外領域はテラヘルツ波とも呼ばれ、物質への透過性と、物質固有の吸収スペクトルを得られる。そのため、可視光や赤外光で透過性の低い物質や、遮蔽物に包まれた物質に遠赤外光を照射して吸収スペクトルを得ることにより、対象物質を分析することができるのではないかと期待されている（例えば、特許文献１や非特許文献１および２参照）。【０００３】
この分野の技術として、例えば、時間領域分光（ＴＤＳ：Time Domain Spectroscopy）法が知られており、医薬品の成分の同定や有効成分の定量分析などを行うことができる。しかし、時間領域分光法は、測光のダイナミックレンジが狭いという課題がある。これに対し、遠赤外分光に基づく分析方法において、測定光のピークパワーが強ければ、厚さが数ｍｍのタブレット状のサンプルを解析できる可能性がある。ピークパワーが強い状態が測光する方法として、例えば、ｉｓ−ＴＰＧ（injection-seeded THz Parametric Generator）法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５２４０５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】テラヘルツテクノロジーフォーラム編  テラヘルツ技術総覧，ｐ．４２６−４５６，発行所  （有）エヌジーティー，２００７年１１月２９日発行
【非特許文献２】四方他，テラヘルツ波の発生と制御，電子情報通信学会論文誌Ｃ，  Ｖｏｌ．  Ｊ８５−Ｃ，  Ｎｏ．２，  ｐ．５２−６３（２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遠赤外分光器の産業用途に関しては、医薬品中に含まれる有効成分の定量分析に期待がある。医薬品中に含まれる有効成分を定量分析する際には、高精度の定量測定が要求される。このように高精度で定量測定を実施するためには、遠赤外分光器中で得られる検出光の信号強度が、短時間及び長時間にわたって安定して得られることが重要である。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、遠赤外分光分析において、検出光強度の安定性を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本実施形態は、一例として、遠赤外光を発生する波長可変遠赤外光源と、波長可変遠赤外光源から出力される遠赤外光に含まれる狭帯域遠赤外光を試料に照射する照明光学系と、狭帯域遠赤外光と同時に発生する広帯域遠赤外光を除去するフィルタと、試料を透過した光を検出する光検出系と、を備える、遠赤外分光装置を提供する。【０００８】
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではないことを理解する必要がある。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、遠赤外分光分析において、検出光強度の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】検出光の出力安定のための技術的工夫を施していない遠赤外分光装置の構成例を示す上面図である。
【図１Ｂ】第１の実施形態による遠赤外分光装置の構成例を示す側面図である。
【図１Ｃ】第１の実施形態による遠赤外分光装置の構成例を示す上面図である。
【図１Ｄ】各実施形態における、ｉｓ−ＴＰＧ光の出射角度θを示す図である。
【図２Ａ】第２の実施形態による遠赤外分光装置の側面図である。
【図２Ｂ】第２の実施形態による遠赤外分光装置の上面図である。
【図２Ｃ】遠赤外光のスポット形状とポンプ光のスポットの関係を説明するための図である。
【図３】第３の実施形態の遠赤外分光装置における検出光学系の構成例を示す図である。
【図４Ａ】第３の実施形態の遠赤外分光装置における検出光学系の構成例を示す側面図である。
【図４Ｂ】第３の実施形態の遠赤外分光装置における検出光学系の構成例を示す上面図である。
【図５Ａ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の構成例を示す側面図である。
【図５Ｂ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の構成例を示す上面図である。
【図５Ｃ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の遠赤外光結像光学系の構成例を示す図である。
【図５Ｄ】第５の実施形態の変形例による遠赤外分光装置の構成例を示す側面図である。
【図６Ａ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の遠赤外光結像光学系１９０の変形例１の構成を示す図である。
【図６Ｂ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の遠赤外光結像光学系１９０の変形例２の構成を示す図である。
【図６Ｃ】第５の実施形態による遠赤外分光装置の遠赤外光結像光学系１９０の変形例３の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示による実施形態は、試料中の化学物質の成分含有量の定量分析や定性分析、あるいは、異物の検査等の検査工程において、遠赤外領域の光を用いて試料の分析を行う遠赤外分光装置及びそれを用いた分光方法に関する。
以下、図面を用いて説明する。
【００１２】
（１）遠赤外領域の光を用いた撮像装置についての考察
図１Ａは、検出光の出力安定のための技術的工夫を施していない遠赤外領域の光を用いた遠赤外分光装置の構成例を示す上面図である。本発明者らは、通常の遠赤外領域の光を用いた遠赤外分光装置について検証を重ねた結果、今まで報告されていない様々な課題があることを発見した。以下、これらの課題について論ずる。
【００１３】
ｉｓ−ＴＰＧ法では、遠赤外光を発生させる際に、高パルスエネルギーのポンプ光１１５および単一波長のシード光１２５の２つのレーザ光を発生用非線形光学結晶１３０に導入して、単一波長のパルス状の波長可変遠赤外光（ｉｓ−ＴＰＧ光）２５０をパラメトリック発生させる。このときシード光１２５の波長を変化させ、さらに発生用非線形光学結晶１３０へのシード光１２５の入射角をシード光入射角調整機構１２１で調整すれば、発生するｉｓ−ＴＰＧ光の周波数を変えることができる。一方で、高いパルスエネルギーを持つポンプ光１１５のみで、波長が広帯域の遠赤外光（ＴＰＧ光）もわずかだが発生する。
【００１４】
発生したｉｓ−ＴＰＧ光およびＴＰＧ光は、試料２００を透過した後に、検出用非線形光学結晶１３２中で近赤外光（検出光）３００に変換されて、光検出器２９０で観測される。ＴＰＧ光は周波数を制御していないため、その出力は不安定であり、さらにＴＰＧ光由来で発生する近赤外光の出力も同様に不安定である。このＴＰＧ光の不安定さは、検出光３００の出力に影響与え、検出光の出力が不安定になってしまうという課題を生じさせる。特に、ｉｓ−ＴＰＧ光の発生効率が低下している周波数では、ＴＰＧ光がより多く発生してしまい、ｉｓ−ＴＰＧ光の出力の安定性を悪化させてしまう。
【００１５】
一方、環境温度の変化に伴い、光学系を設置しているベースが伸縮することがある。このベースの伸縮によって、光学系の光軸が変化してしまい、波長可変遠赤外光２５０や検出光３００の発生効率が変化してしまい、これにより、検出光３００出力が安定しないという課題もある。
【００１６】
また、分析対象の試料による透過吸収スペクトルを観測する場合、波長可変遠赤外光２５０が、試料２００表面または内部で試料２００の持つ粒子によって散乱され、散乱光が生成されることがある。この散乱光によるスペックルノイズが原因で、検出光３００の出力が、試料の測定位置や測定対象物の粒子径、屈折率、遠赤外光の波長によって変化してしまい、検出光の出力が安定しないとい課題もある。
以下、各実施形態において、検出光の出力を安定させる各手法について詳細に説明する。
【００１７】
（２）第１の実施形態
図１ＢからＤは、第１の実施形態による遠赤外分光装置の全体構成例を説明するための図である。図１Ｂは、当該遠赤外分光装置の側面図である。図１Ｃは、当該遠赤外分光装置の上面図である。図１Ｄは、各実施形態（第１の実施形態に限られない）における、ｉｓ−ＴＰＧ光の出射角度θを示す図である。
＜遠赤外光装置の概要＞
【００１８】
図１ＢおよびＣに示される遠赤外分光装置は、試料２００を透過した光を用いて試料２００の吸収スペクトルを測定する装置である。当該遠赤外光分光装置は、例えば、波長可変遠赤外光源１００と、照明光学系１５０と、ＴＰＧ光除去スリット２０５と、ＴＰＧ光除去スリット２０５を載置するＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６と、試料２００を載置する試料移動用自動ステージ２０２と、遠赤外光学系１７０と、波長可変遠赤外光源１００で生成されたポンプ光と遠赤外光学系１７０からの波長可変遠赤外光２５０とを用いて近赤外光を生成（波長可変遠赤外光２５０を近赤外光に変換）する検出用非線形光学結晶１３２と、遠赤外光学系１７０からの波長可変遠赤外光２５０を検出用非線形光学結晶１３２に導入するＳｉフプリズム１４２と、波長可変遠赤外光２５０を変換して得られた近赤外光を検出する光検出器２９０と、光検出器２９０によって検出された光（例えば、近赤外光）から試料２００による吸収スペクトルを算出する処理を少なくとも実行する信号処理部４００と、試料移動用自動ステージ２０２の動作を制御すると共に、光検出器２９０から受け取った検出信号の表示する処理を少なくとも実行する制御部５００と、を備える。なお、遠赤外光学系１７０と、Ｓｉプリズム１４２と、検出用非線形光学結晶１３２と、光検出器２９０とを合わせて、光検出系、あるいは検出光学系と言うこともできる。
【００１９】
波長可変遠赤外光源１００は、ポンプ光のパルスレーザ光源１１０と、波長可変レーザ光源１２０と、発生用非線形光学結晶１３０と、パルスレーザ光源１１０から出射された光を２つに分割するハーフミラー１２７と、シード光１２５の発生用非線形光学結晶１３０への入射角を調整するシード光入射角調整機構１２１と、遠赤外光を取り出すためのＳｉプリズム１４０と、遠赤外光以外の余分な光を捕獲するダンパー２４０と、を備える。波長可変遠赤外光源１００としては、例えば、ｉｓ−ＴＰＧ法と呼ばれる遠赤外光源が用いられる。ｉｓ−ＴＰＧ法による遠赤外光源によれば、遠赤外光発生用の発生用非線形光学結晶１３０に、波長が異なるレーザ光であるポンプ光１１５およびシード光１２５を入射させて差周波発生あるいはパラメトリック発生によって遠赤外光を発生させることができる。この手法で発生する遠赤外光のことを、以下ではｉｓ−ＴＰＧ光（狭帯域遠赤外光）と呼ぶことにする。
【００２０】
例えば、発生用非線形光学結晶１３０としてＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いることができ、ポンプ光１１５のパルスレーザ光源１１０として、短パルスのＱスイッチＹＡＧレーザを用いることができる。波長可変レーザ光源１２０からの光をシード光１２５として非線形光学結晶１３０に入れると、パラメトリック発生によって遠赤外光を得ることができる。そして、例えば、発生用非線形光学結晶１３０にＳｉプリズム１４０を取り付ければ、発生した遠赤外光を効率よく取り出すことができる。ここで、例えば、シード光１２５の波長を１０６６ｎｍ〜１０７６ｎｍ程度の間で変化させ、また、発生用非線形光学結晶１３０への入射角を調整すれば、発生する遠赤外光（ｉｓ−ＴＰＧ光）の周波数を０．５ＴＨｚ〜３ＴＨｚ程度の範囲で変えることができる。発生する遠赤外光の周波数をωＴ、ポンプ光およびシード光の周波数をそれぞれωＰ、ωＳとすると、次の（式１）の関係が成り立っている。なお、波長を変化させるとは、ωＳを変化させることを意味する。
ωＴ＝ωｐ−ωｓ  ・・・  （式１）
【００２１】
また、遠赤外光、ポンプ光、シード光の波数ベクトルをそれぞれｋＴ、ｋＰ、ｋＳとすると、これらの間には次の式２の関係がある。なお、入射角を変化させるとは、ｋＳを変化させることを意味する。
ｋＴ＝ｋＰ＋ｋＳ  ・・・  （式２）
【００２２】
図１Ｃに示すように、シード光１２５の波長を挿引して遠赤外光の波長を変化させる場合、発生するｉｓ−ＴＰＧ光の出射角度θは、（式２）に従って変化する。
【００２３】
得られた波長可変遠赤外光（ｉｓ−ＴＰＧ光）は、照明光学系１５０を用いて試料２００上に照明される。試料２００を透過した遠赤外光（ｉｓ−ＴＰＧ光）は、検出用非線形光学結晶１３２で波長１０６６ｎｍ〜１０７６ｎｍ付近の近赤外光（検出光３００）に波長変換される。その変換された近赤外光は、近赤外光に感度を有する光検出器２９０で光電変換され、検出信号として検出される。近赤外光用の光検出器（センサ）２９０は、複数の受光素子が１次元配列に並んだ受光素子（１Ｄアレイ検出器）でもよいし、又は、複数の受光素子が２次元配列に並んだ受光素子（２Ｄアレイ検出器）でもよい。近赤外用の１Ｄアレイ検出器及び２Ｄアレイ検出器は、比較的入手が容易であり、応答速度も速く、常温で使用できる。したがって、これらの検出器は産業応用に適している。
【００２４】
＜ＴＰＧ光の作用とそれを除去するための技術的工夫＞
一方、波長可変遠赤外光源１００では、発生用非線形光学結晶１３０中でポンプ光１１５のみで発生するブロードな周波数帯域をもつ遠赤外光（ＴＰＧ光（広帯域遠赤外光））もわずかながら発生している。従って、図１Ａのような構成を採用すると、発生したＴＰＧ光は、ｉｓ−ＴＰＧ光とともに照明光学系１５０、試料２００、および遠赤外光学系１７０を透過する。そして、これらを透過したＴＰＧ光とｉｓ−ＴＰＧ光は、検出用非線形光学結晶１３２に導入され、検出用ポンプ光２３５とともに、ブロードな周波数をもつ近赤外光に波長変換され、上記光検出器２９０で検出されてしまう。この信号は、ｉｓ−ＴＰＧ光によって生成される検出信号に対して、ノイズとなるため、検出信号の安定性に影響を与える。また、ＴＰＧ光は、その出力が不安定であるため、ｉｓ−ＴＰＧ光の検出用非線形光学結晶１３２中での変換効率が不安定になり、検出光３００の出力が安定して観測できなくなるという課題がある。特に、発生用非線形光学結晶１３０でのｉｓ−ＴＰＧ光の発生効率が低い周波数帯域、検出用非線形光学結晶１３２での近赤外光への変換効率の悪い周波数帯域、あるいは試料２００での吸収が強く透過する遠赤外光が弱くなってしまうような周波数（これらの周波数帯域の一例として、１ＴＨｚ以下の周波数帯域、３ＴＨｚより高い周波数帯域が挙げられる）では、ＴＰＧ光由来の近赤外光の発生が優先的に起こり、検出光３００の出力が一層不安定になる。また、ＴＰＧ光が近赤外光に変換されることで、ポンプ光１１５のエネルギーが使われてしまうことで、エネルギー保存則的に、ｉｓ−ＴＰＧ光から近赤外光への波長変換が効率よく行えない。このため、図１Ａのような構成を有する遠赤外光分光装置では、近赤外光への変換効率が良くない周波数帯域（上述のように、例えば、１ＴＨｚ以下の周波数帯域、３ＴＨｚより高い周波数帯域）を避けて検出光を観測するようにしている。しかしながら、近赤外光への変換効率が良くない周波数帯域の光は、例えば、１ＴＨｚ以下の周波数の光の場合は物質（例えば、試料）の透過性が良い。また、分光する場合には、光の周波数帯が高い方が様々なピークの光を検出することができるため、分析に有利となる。従って、例えば、３ＴＨｚより高い周波数の光を用いることができると分析の効率を向上させることができるようになる。そこで、本実施形態は、近赤外光への変換効率が良くない周波数帯域であるために使用することを避けていた周波数帯域を使えるようにする工夫、つまりＴＰＧ光を除去する手段を提供する。
【００２５】
ここで、ｉｓ−ＴＰＧ光は、上記（式２）に示されるように、遠赤外光の周波数に応じた角度でプリズム１４０から出射するが、ＴＰＧ光は、ポンプ光１１５の存在によって発生する成分のため、シード光１２５の波長を変化させても、ＴＰＧ光の出射角度は変化しない。また、出射角度が互いに異なるｉｓ−ＴＰＧ光とＴＰＧ光とを遠赤外光用集光レンズ１５６で試料２００に集光すると、その集光スポットがｉｓ−ＴＰＧ光とＴＰＧ光では空間的に異なってくる。そこで、試料２００の直前にＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６に設置したＴＰＧ光除去スリット２０５を用いて、ＴＰＧ光のみ除去する。なお、ＴＰＧ光は、ｉｓ−ＴＰＧ光は同じ偏光を持つため、偏光子などで除去することができないことや、時間的にもほぼ同じパルス状の光が発生することから、本方式のように空間的に除去することが好ましいと考えられる。ＴＰＧ光の除去方法は、上述のスリットの他に、アイリス、ピンホール、ナイフエッジ等（これらを総称して「ＴＰＧ光除去フィルタ」あるいは「広帯域赤外光除去フィルタ」などと言うことができる）でもよい。なお、スリットの幅や、アイリスの開口とピンホールの大きさは、ｉｓ−ＴＰＧの光を除去しない程度で、可能な限り小さくすることが望ましい。さらに、スリット等の材質は、遠赤外光を吸収できるような樹脂や反射するような金属でもよい。
【００２６】
次に、シード光１２５の波長を変えてｉｓ−ＴＰＧ光の周波数を変化させた場合、焦点距離ｆの遠赤外光用集光レンズ１５６によって試料２００に集光されるため、そのビームスポットの変異量Δｙは（式３）に従って変化する。
Δｙ＝ｆΔθ’  ・・・  （式３）
【００２７】
（式３）において、ｆは遠赤外光用集光レンズ１５６の焦点距離を表している。遠赤外光の出射角θ’は、遠赤外光の波長によって変化する。例えば、ｆ＝１００ｍｍのレンズを用い、ωＴを１ＴＨｚから３ＴＨｚに変化させたときには、Δθ’＝θ’（１ＴＨｚ）−θ’（３ＴＨｚ）＝３．５度（０．５８ｒａｄ）変化し、Δｙ＝５．８ｍｍとなる。
【００２８】
そして、ＴＰＧ光成分を遮蔽するＴＰＧ光除去スリット２０５を周波数毎にＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６を（式３）に従って移動させると、常に所望の周波数のｉｓ−ＴＰＧ光のみを取り出すことができる。また、この時、試料２００も同時に試料移動用自動ステージ２０２により移動すると、試料２００に照射されるｉｓ−ＴＰＧ光の位置が変わらず（制御部５００が、異なる周波数によるｉｓ−ＴＰＧ光のそれぞれが試料２００の同じ位置に当たるように試料移動用自動ステージ２０２の移動を制御する）、全ての周波数で、試料２００の同じ位置を計測することができる。
【００２９】
以上のようにすることにより、ＴＰＧ光は検出用非線形光学結晶１３２に導入されない。ｉｓ−ＴＰＧ光のみが検出用非線形光学結晶１３２に導入される。このため、ｉｓ−ＴＰＧ光のみを波長変換することができ、安定な出力の検出光３００を得ることができる。また、波長変換の際に、ＴＰＧ光を近赤外に変換することにポンプ光２３５のエネルギーを使うことがなくなる。このため、ｉｓ−ＴＰＧ光の変換効率を上昇させることができ、遠赤外光の出力の弱い周波数帯域でも検出光を観測できるようになり、検出可能な周波数帯域を広げるという効果もある。
【００３０】
＜変形例＞
（i）照明光学系として結像光学系を用いる場合について
本実施形態では、照明光学系１５０は結像光学系を構成していない。このため、試料２００の直前にＴＰＧ光除去スリット２０５を配置しているが、その位置は、遠赤外光の光路上であればどこでもよく、それぞれの位置で、周波数に合わせてＴＰＧ光除去スリット２０５を移動させることになる。一方、照明光学系１５０に結像光学系を用いる場合は、遠赤外光用集光レンズ１５６によってｉｓ−ＴＰＧ光もＴＰＧ光も同じ位置に集光されるため、ＴＰＧ光を除去するためのＴＰＧ光除去スリット２０５をレンズ１５２の直前に配置するのが好ましい。
【００３１】
（ii）信号処理部による処理について
光検出器２９０の持つノイズ、装置内部の可視光や近赤外光の散乱光などによるノイズ等、および検出用非線形光学結晶１３２のみで発生するＴＰＧ成分によるＳ／Ｎの低下を防ぐことが望ましい。このため、信号処理部４００は、測定した信号（検出した信号）から遠赤外光を遮断した際の信号強度を差し引いて処理するようにしてもよい。また、検出器の大きさに対して、検出光が小さい場合、信号処理部４００は、検出器上の検出光が存在する特定の範囲を積分した値を検出光強度として、制御部５００に送るようにしてもよい。さらに、周波数を挿引した場合、検出光のビーム位置は変化するため、信号処理部４００は、その処理する信号の範囲を追従するようにしてもよい。検出光と同様に、ノイズ成分も位置によって強度が異なるため、周波数毎に対応した範囲のノイズを測定する必要がある。
【００３２】
（３）第２の実施形態
図２は、本開示の第２の実施形態による遠赤外分光装置の全体構成例を示す図である。図２Ａは、第２の実施形態による遠赤外分光装置の側面図である。図２Ｂは、第２の実施形態による遠赤外分光装置の上面図である。図２Ｃは、遠赤外光のスポット形状とポンプ光のスポットの関係を説明するための図である。以下に説明するように、第２の実施形態によれば、温度変化に対して検出光の出力が長期的に安定することができ、産業用途に適した遠赤外分光装置を提供することが可能となる。
【００３３】
＜環境温度変化による光軸の角度変化への対応＞
本実施形態では、照明光学系１５０や遠赤外光学系１７０、およびパルスレーザ光源１１０や波長可変レーザ光源１２０は全てｙｚ平面にあるベース板に設置している。このため、環境温度が変化すると、ベース板の熱膨張によるたわみ等が原因で、パルスレーザ光源１１０や波長可変レーザ光源１２０からのレーザ光の光軸が変化してしまう（特にｘ方向で変化）。例えば、温度変動があった場合、光学素子マウントの特性上、地面に対して垂直方向（ｘ方向）における変動が大きい。このような状況において、遠赤外光をレンズによって等方的に検出用非線形光学結晶１３２に集光してしまうと、環境温度の変化によってｘ方向に光軸がずれ、検出用非線形光学結晶１３２の中でポンプ光２３５と波長可変遠赤外光２５０とのカップリング条件が変化し、検出光の発生効率が変化して検出光の出力が変わってしまう。特に、ポンプ光２３５の光軸の角度が上流側（例えば、波長可変遠赤外光源１００の内部や近辺）で変化してしまうと、パルスレーザ光源１１０から検出用非線形光学結晶１３２までの光路長が数ｍあるため、光軸の角度変化が検出用非線形光学結晶１３２内でのポンプ光２３５と波長可変遠赤外光２５０との光の重なり具合に影響を与えてしまい、検出光３００の発生効率を変化させてしまう。その結果、検出光３００出力が長期的に安定しない。
【００３４】
そこで、垂直方向（ｘ方向）のポンプ光２３５のビーム位置ずれに対して鈍感になるように、波長可変遠赤外光２５０を検出用非線形光学結晶１３２に導入する際に、第１の実施形態で用いる等方凸レンズ１７９の代わりに遠赤外光シリンドリカルレンズ１８０を用いて、波長可変遠赤外光２５０をｘ方向には集光せずに、ｙ方向にのみ集光する。このとき、検出用非線形光学結晶１３２およびＳｉフプリズム１４２に導入される波長可変遠赤外光２５０の検出用非線形光学結晶１３２上での遠赤外光のスポット径２５１は、ｘ方向で結晶の大きさより数倍の大きさを持つように設定するのが好ましい。このようにすることにより、遠赤外光のスポット径２５１のｘ方向の範囲でポンプ光２３５が動いても近赤外光への変換効率が大きく変わることなく、長期的に安定して検出光の出力を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、ポンプ光２３５のビーム径をｘ方向に引き伸ばして、波長可変遠赤外光２５０のビームを等方的なレンズを用いて集光してもよいが、その場合は、結晶の損傷が心配されることと、ポンプ光２３５に対する波長可変遠赤外光２５０のカップリング条件が悪化することが想定されるため、本実施形態による構成例を採用することが望ましい。
【００３６】
＜変形例（光検出器）＞
検出光３００は、１Ｄアレイ検出器や２Ｄアレイ検出器で構成される光検出器２９０によって測定される。上述のような遠赤外光シリンドリカルレンズ１８０を用いることにより、検出光３００の出力を安定させることは可能であるが、ビームの位置は動くので、これに対応するために、検出光のビーム位置変動に合わせて光検出器２９０を移動できるように自動ステージに光検出器２９０を搭載してもよい。あるいは、検出用非線形光学結晶１３２の中で発生した近赤外光の像を、レンズを用いて光検出器２９０に結像して、常に同じ位置に検出光の形成されるようにしても良い。
【００３７】
（４）第３の実施形態
第３の実施形態による遠赤外分光装置は、検出光学系の構成のみ第１の実施形態による遠赤外分光装置とは異なり、その他の構成は同様である。図３は、第３の実施形態の遠赤外分光装置における検出光学系の構成例を示す図である。ただし、図３では、検出用非線形光学結晶１３２以降の構成（ミラー２４１およびダンパー２４０は省略）が示されている。
【００３８】
＜検出光学系の構成＞
当該検出光学系は、検出用非線形光学結晶１３２と、凹シリンドリカルレンズ２７０と、ＮＤフィルタ２７５と、ＮＤフィルタ２７５を回転させる回転自動ステージ２７６と、光検出器（アレイ検出器）２９０と、を備える。当該検出光学系は、第１および第２の実施形態と同様に、検出用非線形光学結晶１３２を用いて、波長可変遠赤外光２５０とポンプ光２３５を用いてパラメトリック的に近赤外光を発生させることで、高感度に遠赤外光を検出することが可能となる。ただし、第３の実施形態による検出光学系では、近赤外の検出光の出力は高いため、ポンプ光２３５をミラー２４１で分離した後に、ＮＤフィルタ２７５などによって光検出器２９０の信号が飽和しないように適切に減光したのち、光検出器２９０に導入される。検出光強度は、試料２００の遠赤外光の吸光度によって異なるため、ＮＤフィルタ２７５は、濃度が異なる複数のＮＤフィルタを備える必要がある。そこで、濃度が異なる複数のＮＤフィルタ（高すぎる輝度の光を減衰させるために用いるＮＤフィルタが試料によって異なる）を回転自動ステージ２７６等に搭載して、切り替えて使用することにより、様々な種類の試料を精度よく分析することができるようになる。なお、ＮＤフィルタ２７５は、１枚のフィルタで濃度が徐々に変化していくものを用いてもよい。濃度の低いＮＤフィルタ２７５を用いる場合、ＮＤフィルタ２７５の裏面反射光が再度表面で反射され、光検出器２９０に導入され、検出光３００と干渉してしまうことがある。これを防ぐために、ＮＤフィルタ２７５の一面あるいは両面にＡＲコートを施すようにしてもよい。
【００３９】
＜測定時間の短縮＞
ＮＤフィルタ２７５の切り替え回数が多いと近赤外光を測定する時間が長くなってしまうことがある。しかし、産業用途的には、測定時間を短くすることが重要であるため、複数のＮＤフィルタ２７５の切り替え回数はできるだけ少ない方が良い。ＮＤフィルタ２７５の切り替え回数を少なくするためには、光検出器２９０が検出する信号が飽和しないようにすることが重要となってくる。そこで、本発明者らは、検出光３００のビーム中心のエネルギー密度を落とすために検出光３００のビーム径を調整することを考えた。
【００４０】
例えば、光検出器２９０に導入される検出光３００のビーム径は、検出用非線形光学結晶１３２に導入されるポンプ光２３５のビーム径にならって、直径１〜２ｍｍ程度になっている。このサイズのビーム径は検出光３００の中心のエネルギー密度は高くなってしまっている。そこで、本発明者らは、凹シリンドリカルレンズ２７０を検出用非線形光学結晶１３２とＮＤフィルタ２７５との間に挿入し、ｘ’方向にビーム径を拡大することにより、検出光３００ビーム中心のエネルギー密度を落とし、光検出器２９０の信号が飽和しにくくすることに成功した。このようにすると、ＮＤフィルタ２７５の濃度を頻繁に変化させなくとも、広いエネルギー範囲の検出光３００を観測することが可能となる。なお、本実施形態では凹シリンドリカルレンズ２７０を用いたが、ホモジナイザ等を用いてトップハットビームにしてビーム中心のエネルギー密度を低くしてもよい。
【００４１】
＜ポンプ光の分離とビーム径拡大の方向との関係＞
光検出器２９０に検出光３００を導入する前に、ポンプ光２３５の光を空間的に分離する必要がある。例えば、凹シリンドリカルレンズの代わりに等方的な凹レンズを用いたとすると、ｙ’方向にもビーム径を拡大してしまう。このため、ポンプ光２３５と検出光３００とを分離しにくくなってしまう。従って、ｘ’方向にビームを引き伸ばすことが重要となる。
【００４２】
一方、ポンプ光２３５を分離した後に、検出光３００を等方的に広げてもよい。ただし、この場合、検出可能な周波数が光検出器２９０のｙ’方向の大きさによって限定されてしまう。従って、上記理由を併せて考えても、本遠赤外分光分析手法においては、凹シリンドリカルレンズ２７０を用いてｘ’方向にのみ検出光を広げることが重要である。
【００４３】
（５）第４の実施形態
第４の実施形態による遠赤外分光装置は、検出光学系の構成のみ第１の実施形態による遠赤外分光装置とは異なり、その他の構成は同様である。図４は、第４の実施形態の遠赤外分光装置における検出光学系の構成例を示す図である。図４Ａは当該検出光学系の側面図であり、図４Ｂは当該検出光学系の上面図である。ただし、図４では、検出用非線形光学結晶１３２以降の構成（ミラー２４１およびダンパー２４０は省略）が示されている。
【００４４】
＜検出光学系の構成＞
当該検出光学系は、検出用非線形光学結晶１３２と、凹シリンドリカルレンズ２７０と、検出光３００の集光位置を矯正する検出光結像光学系２７１と、ＮＤフィルタ２７５と、ＮＤフィルタ２７５を回転させる回転自動ステージ２７６と、光検出器（アレイ検出器）２９０と、を備える。
【００４５】
当該検出光学系では、光検出器２９０に強度の強いポンプ光２３５が入らないように、ミラー２４１（図４には図示せず。図１Ｂなど参照）によってポンプ光２３５をカットする。そのためには、ポンプ光２３５からわずかに異なる角度で発生する検出光３００が空間的に分離できるように、ミラー２４１を検出用非線形光学結晶１３２から数十ｃｍ離すことが必要になる。この際、検出用非線形光学結晶１３２から光検出器２９０までの距離もそれ以上に離れたところに配置するため、光検出器２９０のｙ’方向の大きさによって、検出可能な周波数が制限されてしまうという課題がある。この課題を解決するために、本発明者らは、ポンプ光２３５を分離した後に、検出光３００の検出用非線形光学結晶１３２直後の像のｙ’方向のみ検出光結像光学系２７１によって光検出器２９０上に結像する構成を採用した。このようにすることによって、シード光１２５の周波数変化に合わせて波長可変遠赤外光２５０の周波数および検出光３００の周波数が変化したときにも、検出光３００の光検出器２９０上のビーム位置がずれることなく、同じ位置で観測することが可能となる。このため、第３の実施形態とは異なり、光検出器２９０のｙ’方向の大きさが、検出可能な周波数を制限してしまうことはない。第４の実施形態によれば、従来から用いられている２Ｄアレイセンサをｘ’方向の１Ｄアレイセンサに交換することができ、産業用途的には低コストで検出することができる。
【００４６】
なお、第３の実施形態のように、ダイナミックレンジを確保するためには、ｘ’方向にビーム径を拡大する必要があるため、検出光結像光学系２７１はｙ’方向のみの結像系にすることが重要である。
【００４７】
（６）第５の実施形態
第１から第４の実施形態の遠赤外分光装置では、光検出系において、波長可変遠赤外光２５０を近赤外光に変換しているが、本実施形態の遠赤外分光装置では、光検出系において、波長可変遠赤外光２５０を変換せずにそのまま検出する構成が採用される。また、第１から第４の実施形態は、光学系による検出光３００の出力の不安定さを解決するが、本実施形態では、試料２００表面または内部の散乱光による検出光の出力の不安定さを解消する。
【００４８】
＜散乱光による影響＞
透過吸収スペクトルを観測する際、波長が数十から数百μｍの波長可変遠赤外光２５０が試料２００上に集光される。このため、試料２００に含まれる粒子がそれと同等またはそれ以上の直径を持つ場合、試料２００上に集光された波長可変遠赤外光２５０が試料２００の表面または内部で強く散乱することがある。例えば、医薬品の錠剤中には遠赤外光と同等またはそれ以上の直径をもつ粒子を含んでいることが多い。
【００４９】
試料２００上に集光された遠赤外光の一部が試料２００の表面又は内部で散乱する場合、遠赤外光は空間的にランダムな強度分布（スペックルノイズ）を持つことになる。遠赤外光がスペックルノイズを含む場合、遠赤外光とポンプ光２３５を検出用非線形光学結晶１３２によって近赤外光に波長変換すると、変換して得られる近赤外光もそのスペックルノイズを継承することになる。また、試料２００の位置を変化させると、スペックルノイズも変化するため、検出光の出力も変化してしまう。さらに、検出用非線形光学結晶１３２は遠赤外光を近赤外光に変換できる偏光角の範囲（偏光に対する許容範囲）を持っているが、散乱により偏光がその許容範囲を逸脱して回転してしまうと、対象の遠赤外光は波長変換されなくなってしまうため、観測（検出）できなくなってしまう。また、スペックルノイズは、試料２００の位置だけでなく、試料２００の粒子径や屈折率、遠赤外光の波長によっても変化するため、吸収スペクトルの観測に大きな影響を与える。
【００５０】
試料２００を透過した光を観測する場合、透過光の情報だけでは、試料による吸収か散乱を区別することができない。そのため、試料２００による吸収量を正確に検出し、分析するためには、散乱光を検出する必要がある。
そこで、第５の実施形態による遠赤外分光装置は、以上のような散乱光を効率的に検出することを可能とする構成を備えている。
【００５１】
＜遠赤外分光装置の構成＞
図５は、第５の実施形態による、遠赤外分光装置の構成例を示す図である。図５Ａは当該遠赤外分光装置の側面図（ただし、発生用非線形光学結晶１３０以降の構成のみ示す）であり、図５Ｂは当該遠赤外分光装置の上面図である。図５Ｃは、遠赤外光結像光学系の構成例を示す図である。また、図５Ｄは、第５の実施形態の変形例による遠赤外分光装置の構成例を示す側面図（ただし、発生用非線形光学結晶１３０以降の構成のみ示す）である。
【００５２】
（i）基本構成
第５の実施形態による遠赤外分析装置は、例えば、波長可変遠赤外光源１００と、照明光学系１５０と、ＴＰＧ光除去スリット２０５と、ＴＰＧ光除去スリット２０５を載置するＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６と、試料２００を載置する試料移動用自動ステージ２０２と、試料２００を透過する波長可変遠赤外光２５０を結像する遠赤外光結像光学系１９０と、遠赤外光結像光学系１９０を載置する遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃと、遠赤外光結像光学系１９０によって結像された波長可変遠赤外光２５０を検出する遠赤外光検出器２９５と、遠赤外光検出器２９５を載置する遠赤外光検出器用自動ステージ２９６と、を備える。なお、遠赤外光結像光学系１９０と、遠赤外光検出器２９５とを合わせて、光検出系、あるいは検出光学系と言うこともできる。
【００５３】
図５ＡおよびＢに示されるように、第５の実施形態では、第１から第４の実施形態とは異なり、試料２００からの散乱光を効率的に検出することを可能にするために、試料２００上で集光された遠赤外光を近赤外光に波長変換せずに、遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃに設置した遠赤外光結像光学系１９０を用いて遠赤外光検出器２９５に結像し、遠赤外光を直接検出するような構成が採られている。当該構成において、波長可変遠赤外光２５０の周波数を変化させるときには、遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃおよび遠赤外光検出器用自動ステージ２９６を用いて、ＴＰＧ光除去スリット２０５および試料２００と共に遠赤外光結像光学系１９０および遠赤外光検出器２９５をｙ方向に移動させ、効率良く波長可変遠赤外光２５０を遠赤外光検出器２９５に取り込む。より詳細には、波長可変遠赤外光２５０の周波数を変化させる場合、シード光１２５の発生用非線形光学結晶１３０への入射角およびシード光１２５の波長を調整することになるため、試料移動用自動ステージ２０２、ＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６、遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃ、および遠赤外光検出器用自動ステージ２９６の少なくとも１つの位置を制御部５００によって調整（ステージを移動させて載置している構成要素の空間的位置を変更）する。これにより、フィルタ（ＴＰＧ光除去スリット２０５）によってＴＰＧ光を精度よくカットすると共に、試料２００の同一箇所に遠赤外光（ｉｓ−ＴＰＧ光）を集光することできるようになる。さらに、試料２００を透過した波長可変遠赤外光２５０（ｉｓ−ＴＰＧ光）を遠赤外光結像光学系１９０で精度よく遠赤外光検出器２９５上に結像させて効率的に波長可変遠赤外光２５０を検出できるようにすることができるようになる。
【００５４】
図５Ｃに示されるように、遠赤外光結像光学系１９０は遠赤外光用レンズ１９１および１９２の組み合わせを備え、試料２００上に集光された波長可変遠赤外光２５０をコリメートした後、遠赤外光検出器２９５に集光することが可能なように構成される。このような構成を採ることにより、前方散乱光を高効率に観測することができるようになる。
【００５５】
一方、波長可変遠赤外光２５０を検出する遠赤外光用の遠赤外光検出器２９５として、例えば、受光素子が１つのパイロエレクトリックセンサやボロメータを用いてもよいし、受光素子が１次元配列に並んだ受光素子（１Ｄアレイ検出器）や複数の受光素子が２次元配列に並んだ受光素子（２Ｄアレイ検出器）を用いてもよい。また、遠赤外光検出器２９５から出力される信号は、非常に弱いため、ロックインアンプ検出が適していると考えられる。
【００５６】
（ii）変形例
図５Ｄは、第５の実施形態の変形例による遠赤外分光装置の構成例を示す側面図（ただし、発生用非線形光学結晶１３０以降の構成のみ示す）。当該変形例による遠赤外分光装置は、図５ＡおよびＢに示される構成に加えて、散乱光によって出現するスペックルノイズの影響を受けないようにするために、拡散板（拡散部材）２１０を備えている。当該拡散板２１０は、遠赤外光軸上、例えば、試料２００と遠赤外光結像光学系１９０の間に挿入される。拡散板２１０を高速に移動又は回転させることによりスペックルノイズを除去することができる（散乱光の全てを検出することはできないため、散乱光によって現れる時間的・空間的なランダムなノイズ（スペックノイズ）を、拡散板を回転させることで時間的に平均化して観測できる）が、第５の実施形態においても当該構成を採用することにより効果を期待することができると考えられる。なお、拡散板２１０の代わりに試料２００を光速に移動又は回転させる機構を備えていてもよい。
【００５７】
＜遠赤外光結像光学系の変形例＞
図５Ｃは、遠赤外光結像光学系１９０の基本構成を示すが、図６は、遠赤外光結像光学系１９０の変形例の構成を示している。図６ＡからＣは遠赤外光結像光学系１９０の変形例１から３の構成を示す図である。
【００５８】
（i）変形例１
変形例１（図６Ａ）は、遠赤外光結像光学系１９０に楕円鏡１９３を適用した例である。変形例１も、上述の基本構成と同様に、波長可変遠赤外光２５０の周波数を変化させるときには、ＴＰＧ光除去スリット２０５および試料２００と共に、遠赤外光結像光学系１９０と遠赤外光検出器２９５をｙ方向に移動させて、効率良く波長可変遠赤外光２５０を光検出器に取り込むようにするのが好ましい。
【００５９】
（ii）変形例２
上述の基本構成を用いると、観測が難しい広角に広がる散乱光をより多く捕集することができるが、図６Ｂに示されるように、変形例１（図６Ａ）の遠赤外光結像光学系に遠赤外光用レンズ１９４を追加することにより、前方散乱光を検出することができるようになる。
【００６０】
（iii）変形例３
変形例３による遠赤外光結像光学系１９０は、図６Ｃに示されるように、複合放物面鏡（Winston cone）１９５を２つ組み合わせた構成を備えている。このような構成を採る場合でも、上述の基本構成と同様に、波長可変遠赤外光２５０の周波数を変化させるときには、ＴＰＧ光除去スリット２０５および試料２００と共に、遠赤外光結像光学系１９０と遠赤外光検出器２９５をｙ方向に移動させて、効率良く波長可変遠赤外光２５０を遠赤外光検出器２９５に取り込むことが望ましい。このような構成を採用することにより、広角に広がる散乱光と前方散乱光を効率よく捕集することができるようになる。
【００６１】
（７）まとめ
（i）本実施形態は、ｉｓ−ＴＰＧ法を用いた遠赤外分光装置における検出光強度の短時間・長時間の安定性及び、試料の粒子径や屈折率等に依存しない検出光強度の安定性を向上させる技術を提供する。
【００６２】
（ii）本実施形態では、ＴＰＧ光を試料２００の直前でＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６に設置したフィルタ（例えば、ＴＰＧ光除去スリット２０５）によって除去して、ＴＰＧ光が検出用非線形光学結晶１３２に導入されないようにしている。波長可変遠赤外光２５０の波長を変えると、その遠赤外光の発生方向が変化するので、ＴＰＧ光除去スリット２０５の位置をＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ２０６によって移動させて、ｉｓ−ＴＰＧ光のみが透過し、ＴＰＧ光を除去することが好ましい。
【００６３】
また、環境温度が変化すると遠赤外分光装置を載置した光学系ベースが温度変化によって変形（伸縮）する場合がある（載置平面の変化）。この場合、検出用非線形光学結晶１３２に導入されるポンプ光２３５の光軸が光学系ベースに対して主に垂直方向（図２Ｃ中のｘ方向）に変化してしまうことがある。そこで、波長可変遠赤外光２５０を検出用非線形光学結晶１３２に導入する際、遠赤外光シリンドリカルレンズ１８０を用いて集光し、ポンプ光２３５のビームシフト量より、波長可変遠赤外光２５０のビーム径を十分に大きくする。このようにすることにより、ポンプ光２３５がｘ方向にビームシフトしても、検出光３００の発生効率が変化しにくいという効果を期待することができる。
【００６４】
さらに、試料２００の表面または内部の散乱光の影響によってスペックルノイズが発生し、検出光３００の出力が安定しないことがある。この影響を低減するために、検出用非線形光学結晶１３２を用いずに、波長可変遠赤外光２５０を遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃに設置した遠赤外光結像光学系１９０と遠赤外光検出器用自動ステージ２９６に設置した遠赤外光検出器２９５を用いて検出する。ｉｓ−ＴＰＧ光の周波数を変化させるときは、効率よく観測できるように、遠赤外光結像光学系１９０と遠赤外光検出器２９５の位置を、周波数に合わせて、少なくとも一方向に遠赤外光結像光学系用自動ステージ１７８ｃおよび遠赤外光検出器用自動ステージ２９６の少なくとも一方を用いて移動させる。
【００６５】
（iii）以上のようにすることにより、短時間及び長時間の検出光の出力安定性が増し、遠赤外分光器の定量測定精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００    波長可変遠赤外光源
１１０    パルスレーザ光源
１２０    波長可変レーザ光源
１２１    シード光入射角調整機構
１１５    ポンプ光
１２５    シード光
１２７    ハーフミラー
１３０    発生用非線形光学結晶
１３２    検出用非線形光学結晶
１４０，  １４２    Ｓｉプリズム
１５０    照明光学系
１５６    遠赤外光用集光レンズ
１７０    遠赤外光学系
１７８ｃ    遠赤外光結像光学系用自動ステージ
１８０    遠赤外光シリンドリカルレンズ
１９０    遠赤外光結像光学系
１９１，１９２，１９４    遠赤外光用レンズ
１９３    楕円鏡
１９５    複合放物面鏡（Winston cone）
２００    試料
２０２    試料移動用自動ステージ
２０５    ＴＰＧ光除去スリット
２０６    ＴＰＧ光除去スリット移動用自動ステージ
２１０    拡散板
２３５    検出用ポンプ光
２５０    波長可変遠赤外光
２５１    遠赤外光のスポット径
２７０    凹シリンドリカルレンズ
２７１    検出光結像光学系
２７５    ＮＤフィルタ
２９０    光検出器
２９５    遠赤外光検出器
２９６    遠赤外光検出器用自動ステージ
３００    検出光
４００    信号処理部
５００    制御部
【図１Ａ】
2019038823.tif 000003
【図１Ｂ】
2019038823.tif 000004
【図１Ｃ】
2019038823.tif 000005
【図１Ｄ】
2019038823.tif 000006
【図２Ａ】
2019038823.tif 000007
【図２Ｂ】
2019038823.tif 000008
【図２Ｃ】
2019038823.tif 000009
【図３】
2019038823.tif 000010
【図４Ａ】
2019038823.tif 000011
【図４Ｂ】
2019038823.tif 000012
【図５Ａ】
2019038823.tif 000013
【図５Ｂ】
2019038823.tif 000014
【図５Ｃ】
2019038823.tif 000015
【図５Ｄ】
2019038823.tif 000016
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【国際調査報告】
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