(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定するための空隙配置構造体であって、
互いに対向する一対の主面と、該一対の主面を貫通するように形成された複数の空隙部とを有し、
所定の間隔で整列配置された少なくとも２つの前記空隙部を有する同一形状の単位構造体が、前記主面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる空隙配置構造体であり、
前記単位構造体は、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、
前記主面を平面視したときの前記単位構造体の全体形状が、前記空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、空隙配置構造体。
【請求項２】
前記仮想面が、前記電磁波の偏光方向に対して垂直な面である、請求項１に記載の空隙配置構造体。
【請求項３】
前記第１の空隙部は、前記仮想面に対して鏡映対称とならない形状を有する、請求項２に記載の空隙配置構造体。
【請求項４】
前記単位構造体に含まれる前記空隙部の総数に対して、前記第１の空隙部の数が５０％より多い、請求項１〜３のいずれかに記載の空隙配置構造体。
【請求項５】
前記単位構造体に含まれる前記空隙部の総数に対して、前記第１の空隙部の数が７５％以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の空隙配置構造体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の空隙配置構造体に被測定物を保持する工程と、
前記被測定物が保持された前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された該電磁波の特性を検出する工程と、
前記電磁波の特性によって、前記被測定物の有無または量を算出する工程と、
を備える、被測定物の測定方法。
【請求項７】
前記電磁波が前記空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から照射される、請求項６に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定するための空隙配置構造体、および、それを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体（複数の空隙を有する構造体）に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過スペクトルを解析して被測定物の特性を検出する測定方法が用いられている。具体的には、例えば、金属メッシュフィルタに付着したタンパク質などの被測定物に、テラヘルツ波を照射して透過スペクトルを解析する手法が挙げられる。【０００３】
このような電磁波を用いた透過スペクトルの解析手法の従来技術として、例えば、特許文献１（特開２００８−１８５５５２号公報）には、被測定物が保持された空隙領域を有する空隙配置構造体（具体的には、メッシュ状の導体板）に向かって、空隙配置構造体の主面に対して斜めの方向から電磁波を照射して、空隙配置構造体を透過した電磁波を測定し、測定値の周波数特性に生じたディップ波形の位置が、被測定物の存在により移動することに基づいて被測定物の特性を検出する測定方法が開示されている。【０００４】
また、特許文献２（国際公開第２０１１／０２７６４２号）には、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対象とならない形状の空隙を有する空隙配置構造体を用いて、空隙配置構造体の主面に垂直な方向から照射し、散乱された電磁波の周波数特性から被測定物の特性を測定する方法が開示されている。この方法では、空隙配置構造体の主面に垂直な方向から電磁波を照射するため、電磁波を斜め方向から照射する場合の入射角度のバラツキによる測定誤差を抑制でき、測定感度を向上させることができるという利点がある。【０００５】
しかしながら、これらの方法よりもさらに感度が向上し、再現性も高い測定方法の提供が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８５５５２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０２７６４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高い測定感度と再現性を有する被測定物の有無または量の測定を可能とする、空隙配置構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定するための空隙配置構造体であって、
互いに対向する一対の主面と、該一対の主面を貫通するように形成された複数の空隙部とを有し、
所定の間隔で整列配置された少なくとも２つの前記空隙部を有する同一形状の単位構造体が、前記主面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる空隙配置構造体であり、
前記単位構造体は、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、
前記主面を平面視したときの前記単位構造体の全体形状が、前記空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、空隙配置構造体である。【０００９】
前記仮想面が、前記電磁波の偏光方向に対して垂直な面であることが好ましい。また、前記第１の空隙部は、前記仮想面に対して鏡映対称とならない形状を有することが好ましい。【００１０】
前記単位構造体に含まれる前記空隙部の総数に対して、前記第１の空隙部の数が５０％より多いことが好ましい。【００１１】
前記単位構造体に含まれる前記空隙部の総数に対して、前記第１の空隙部の数が７５％以上であることがより好ましい。【００１２】
また、本発明は、上記の空隙配置構造体に被測定物を保持する工程と、
前記被測定物が保持された前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された該電磁波の特性を検出する工程と、
前記電磁波の特性によって、前記被測定物の有無または量を算出する工程と、
を備える、被測定物の測定方法にも関する。【００１３】
前記電磁波は、前記空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から照射されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の空隙配置構造体は、それを構成する単位構造体中に、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、空隙配置構造体の主面を平面視したときの単位構造体の全体形状が、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることにより、電磁波が照射されたときに空隙配置構造体の表面の電流密度の小さな箇所の比率を減らすことができ、特に空隙部の内壁の電流密度を増大させることができる。このため、被測定物が空隙配置構造体に付着したときの散乱電磁波の特性変化を増大させることができ、測定感度を向上させることができる。【００１５】
また、仮想面が、電磁波の偏光方向に対して垂直な面であり、第１の空隙部が、その仮想面に対して鏡映対称とならない形状を有する場合、電磁波を、空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から照射することができるため、電磁波を斜めに入射する場合と比べて、電磁波の入射角度のばらつきによる測定誤差が低減もしくは排除され、被測定物の測定感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来例の空隙配置構造体を構成する単位構造体を示す斜視図である。
【図２】空隙配置構造体の設置状態の一例を説明するための模式断面図である。
【図３】従来例の空隙配置構造体の透過率スペクトルを示す図である。
【図４】従来例の空隙配置構造体の電流密度分布を示す図である。
【図５】実施例１の空隙配置構造体を構成する単位構造体を示す斜視図である。
【図６】実施例１の空隙配置構造体の透過率スペクトルを示す図である。
【図７】実施例１の空隙配置構造体の電流密度分布を示す図である。
【図８】比較例１の空隙配置構造体を構成する単位構造体を示す斜視図である。
【図９】比較例１の空隙配置構造体の透過率スペクトルを示す図である。
【図１０】比較例２の空隙配置構造体を構成する単位構造体を示す斜視図である。
【図１１】比較例２の空隙配置構造体の透過率スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例２の空隙配置構造体を構成する単位構造体を示す斜視図である。
【図１３】実施例２の空隙配置構造体の透過率スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明の空隙配置構造体が用いられる測定方法の一例を説明するための模式図である。
【図１５】空隙配置構造体の全体構成を説明するための模式図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の空隙配置構造体が用いられる測定方法の一例を図１４を用いて説明する。図１４は、測定に用いられる測定装置の全体構造を模式的に示す図である。この測定装置は、レーザ２（例えば、短光パルスレーザ）から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波（例えば、２０ＧＨｚ〜１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波）パルスを利用するものである。
【００１８】
図１４の構成において、レーザ２から出射したレーザ光を、ハーフミラー２０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子７１に照射され、もう一方は、複数のミラー２１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ２６を経て受信側の光伝導素子７２に照射される。光伝導素子７１、７２としては、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ２としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子７１のギャップ部には、電源３により適切なバイアス電圧が印加されている。
【００１９】
発生した電磁波は放物面ミラー２２で平行ビームにされ、放物面ミラー２３によって、空隙配置構造体１に照射される。空隙配置構造体１を透過したテラヘルツ波は、放物面ミラー２４，２５によって光伝導素子７２で受信される。光伝導素子７２で受信された電磁波信号は、アンプ６で増幅されたのちロックインアンプ４で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）５でフーリエ変換などの信号処理された後に、空隙配置構造体１の透過率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ４で取得するために、発振器８の信号で発生側の光伝導素子７１のギャップに印加する電源３からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ〜３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２０】
以上に説明した測定方法は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。
【００２１】
図１４では、散乱が透過である場合、すなわち電磁波の透過率を測定する場合を示しているが、本発明において「散乱」とは、前方散乱の一形態である透過や、後方散乱の一形態である反射などを含む広義の概念を意味し、好ましくは透過や反射である。さらに好ましくは、０次方向の透過や０次方向の反射である。
【００２２】
なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｄ（本明細書では空隙部の間隔）、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
ｄ（ｓｉｎ  ｉ  −ｓｉｎ  θ）＝ｎλ  …（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｄおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ  ｉ−  ｓｉｎ  θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
【００２３】
このような測定方法で用いられる電磁波は、空隙配置構造体の構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であれば特に限定されず、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等のいずれも使用することができ、その周波数も特に限定されるものではないが、好ましくは１ＧＨｚ〜１ＰＨｚであり、さらに好ましくは２０ＧＨｚ〜１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波である。また、本発明で用いられる電磁波は、通常、直線偏光の電磁波である。具体的な電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源として、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外線や、半導体レーザから出射される可視光や光伝導アンテナから放射される電磁波が挙げられる。
【００２４】
本発明の空隙配置構造体に照射される電磁波は、平面波であることが好ましい。具体的には、光源から出射された電磁波は、放物面ミラー、レンズ、などにより平面波（平行光）に変換された後に、空隙配置構造体に照射されることが好ましい。
【００２５】
また、電磁波は、前記空隙配置構造体の主面内おける前記電磁波の位相が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。言い換えれば、前記空隙配置構造体の主面のうち前記電磁波が照射される部分の全ての位置（点）において、前記電磁波の位相が実質的に等しいことが好ましい。位相が等しい方が、透過率スペクトルのディップ波形（または、反射率スペクトルのピーク波形）が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できるためである。
【００２６】
また、電磁波は、前記空隙配置構造体の主面内おける前記電磁波の振幅が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。振幅が等しい方が、透過率スペクトルのディップ波形（または、反射率スペクトルのピーク波形）が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できるためである。
【００２７】
本発明の空隙配置構造体を用いた場合、電磁波は、空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から照射することができる。この場合、電磁波の入射角度のバラツキによる測定誤差が低減もしくは排除されるため、測定感度が向上する。
【００２８】
本発明において、被測定物の有無または量を測定するとは、被測定物となる化合物の有無の検出や定量などを行うことであり、例えば、溶液中等の微量の被測定物の含有量を測定する場合が挙げられる。具体的には、例えば、被測定物の溶解した溶液に空隙配置構造体を浸漬し、被測定物を空隙配置構造体の表面に付着させた後に溶媒や余分な被測定物を洗浄し、空隙配置構造体を乾燥してから、上述のような測定装置を用いて被測定物の有無または量を測定する方法が挙げられる。
【００２９】
（空隙配置構造体）
本発明の空隙配置構造体は、互いに対向する一対の主面と、該一対の主面を貫通するように形成された複数の空隙部とを有する。また、該空隙配置構造体は、所定の間隔で整列配置された少なくとも２つの空隙部を有する同一形状の単位構造体が、空隙配置構造体の主面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体である。
【００３０】
ここで、単位構造体において空隙部が「所定の間隔で整列配置された」とは、空隙部の全てが周期的に一定の間隔で配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよいことを意味する。また、「同一形状の単位構造体が、空隙配置構造体の主面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる」とは、例えば、単位構造体の一方の主面が結合されることで、空隙配置構造体の１つ主面が形成されていることを意味する。例えば、単位構造体が空隙配置構造体の主面方向に正方格子状や三角格子状に周期的に配置されてなる空隙配置構造体が挙げられる。
【００３１】
そして、本発明の空隙配置構造体は、単位構造体が、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、空隙配置構造体の主面を平面視したときの単位構造体の全体形状が、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする。
【００３２】
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられる。具体的には、少なくとも１つの配列方向に規則的に配列された空隙部を有する構造体などが挙げられる。
【００３３】
２次元周期構造体としては、例えば、図１５（ａ）、（ｂ）に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された平板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図１５（ａ）、（ｂ）に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の空隙部１１が、図中の縦方向と横方向に等しい間隔で設けられた構造体である。なお、図１５（ａ）、（ｂ）は２次元周期構造体（空隙配置構造体の全体構成）の説明のためのみに用いられる図であり、空隙部の形状の詳細（空隙部に設けられる突起部など）は省略されている。
【００３４】
（単位構造体）
本発明において、「単位構造体」とは、空隙配置構造体を構成する周期的に最小の構成単位を意味し、少なくとも２つの空隙部を含む構造体である。
【００３５】
本発明においては、上記のとおり、（ｉ）単位構造体は、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、（ｉｉ）空隙配置構造体の主面を平面視したときの単位構造体の全体形状が、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状である。ここでいう単位構造体の「全体形状」とは、空隙部の開口形状とその配置でもって規定される形状である。
【００３６】
上記（ｉ）の条件は、単位構造体が、第１の空隙部を複数有するが、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部も少なくとも１つは有することを意味し、単位構造体の空隙部が全て同じ形状（同じ向き）の空隙部（第１の空隙部）のみである場合は除かれることを意味する。なお、ここでいう、異なる形状には、他の形状を異なる向きで配置したものも含まれる。また、単位構造体に含まれる空隙部の種類は、２種類（第１の空隙部、第２の空隙部）のみに限定されない。
【００３７】
また、上記（ｉ）および（ｉｉ）において、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面は、電磁波を照射した際に、電磁波の偏光方向に対して垂直な面である。
【００３８】
第１の空隙部の形状は、特に限定されないが、空隙配置構造体の主面と直交し、電磁波の偏光方向に対して垂直な所定の仮想面に対して、鏡映対称とならない形状であることが好ましい。この場合、電磁波を、空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から照射しても測定が可能であり、電磁波を斜めに入射する場合と比べて、電磁波の入射角度のばらつきによる測定誤差が低減もしくは排除され、被測定物の測定感度が向上する。仮想面に対して鏡映対称とならない空隙部の２次元形状としては、例えば、台形、凸型、凹型、正多角形以外の多角形、奇数角を有する正多角形（正三角形、正五角形など）、星型が挙げられる。
【００３９】
前記単位構造体に含まれる前記空隙部の総数に対して、前記第１の空隙部の数が５０％より多いことが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。この場合、空隙配置構造体の透過率スペクトルに生じるディップ波形等がシャープになる傾向にある。
【００４０】
空隙部の寸法は、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、前方散乱した電磁波を検出する場合、空隙部が図１５（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１では、図１５（ｂ）にｓで示される空隙部の格子間隔が、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の格子間隔ｓがこの範囲以外になると、散乱が生じにくくなる場合がある。また、空隙部の孔サイズとしては、図１５（ｂ）にｄで示される空隙部の孔サイズが、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の孔サイズがこの範囲以外になると、透過（前方散乱）する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００４１】
空隙配置構造体の平均的な厚みは、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、前方散乱した電磁波を検出する場合、測定に用いる電磁波の波長の数倍以下であることが好ましい。構造体の平均的な厚みがこの範囲よりも大きくなると、前方散乱する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００４２】
本発明において、空隙配置構造体に被測定物を保持する方法としては、種々公知の方法を使用することができ、例えば、空隙配置構造体に直接付着させてもよく、支持膜等を介して付着させてもよい。測定感度を向上させ、測定のばらつきを抑えることにより再現性の高い測定を行う観点からは、空隙配置構造体の表面に直接被測定物を付着させることが好ましい。
【００４３】
空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる場合としては、空隙配置構造体の表面と被測定物との間で直接的に化学結合等が形成される場合だけでなく、予め表面にホスト分子が結合された空隙配置構造体に対して、該ホスト分子に被測定物が結合されるような場合も含まれる。化学結合としては、共有結合（例えば、金属―チオール基間の共有結合など）、ファンデルワールス結合、イオン結合、金属結合、水素結合などが挙げられ、好ましくは共有結合である。また、ホスト分子とは、被測定物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と被測定物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。
【００４４】
空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる場合、少なくとも一部の表面が導体で形成された空隙配置構造体を用いることが好ましい。ここで、導体とは、電気を通す物体（物質）のことであり、金属だけでなく半導体も含まれる。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくは金、ニッケルである。金、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がチオール基（−ＳＨ基）を有する場合に該チオール基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がヒドロキシ基（−ＯＨ）やカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する場合に該官能基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ2など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられる。
【００４５】
なお、例えば、空隙配置構造体の電流密度が相対的に強い部分（空隙部の内壁など）の表面を、被測定物との結合性が高い物質で被覆することにより、被測定物を選択的に保持させて、前方散乱された電磁波の周波数特性におけるディップ波形、または、後方散乱された電磁波の周波数特性におけるピーク波形の被測定物による変化の割合を大きくすることが可能である。
【００４６】
上述のようにして求められる空隙配置構造体の周波数特性に関する少なくとも１つのパラメータに基づいて、被測定物の特性を測定することができる。例えば、空隙配置構造体において前方散乱（透過）した電磁波の周波数特性に生じたディップ波形や、後方散乱（反射）した電磁波の周波数特性に生じたピーク波形などが、被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定することができる。
【００４７】
ここで、ディップ波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の透過率）が相対的に大きくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、透過率スペクトル）に部分的に見られる谷型（下に凸）の部分の波形である。また、ピーク波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の反射率）が相対的に小さくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、反射率スペクトル）に部分的に見られる山型（上に凸）の波形である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下で参照する図中等において、Ｚは照射される電磁波の進行方向、Ｙは電磁波の偏光方向（電界方向）を示し、Ｘは磁界方向（Ｘ，Ｚに垂直な方向）を示す。また、図１、５、８、１０および１２において、符号以外の数値は、各部の寸法を表示しており、その単位はｍｍである。【００４９】
（従来例）
従来例の空隙配置構造体として、図１の斜視図に示す単位構造を、Ｘ軸とＹ軸方向に周期的に配置したものを使用した。図１に示す単位構造体は、１つの空隙部１１を有し、ディップ波形を生成するために、空隙部１１の形状はＹ軸方向に対して（ＸＺ面と平行な面に対して）鏡映対称性を持たないように設計されている。なお、導体の厚み（Ｚ方向）は２０μｍであり、材質は完全導体である。【００５０】
従来例の空隙配置構造体について、透過率スペクトルを求めた。具体的には、図２に示すように、２つのポート９１，９２間に空隙配置構造体１を配置し、ポート９１からＹ軸方向に偏光した平面波を、空隙配置構造体１の主面に垂直に入射（θ＝０）したときの、ポート９２で観測される透過率スペクトルを、ＦＤＴＤ法（Finite-difference  time-domain  method：時間領域差分法）による計算により求めた。なお、空隙配置構造体１とポート９１，９２との間の距離は６００μｍとした。得られた透過率スペクトルを図３に示す。【００５１】
図３より、周波数０．９１７１７４ＴＨｚ（９１７．１７４ＧＨｚ）にシャープなディップ波形を生成できることが分かる。なお、図３に示されるディップ波形の変化に注目して、被測定物の特性を測定できることが知られている（例えば、特許文献３参照）。【００５２】
また、図３においてディップ波形が現れる周波数（０．９１７１７４ＴＨｚ）に対する任意の時間における、空隙配置構造体の電流密度分布を図４に示す。図１に示す単位構造体からなる空隙配置構造体は、Ｙ軸方向に隣接する空隙部間の導体部分において、周波数０．９１７１７４ＴＨｚで変調する電荷の分布が、Ｙ軸方向に対して鏡映対称性を持たないように設計されている。なお、図４は、ある任意の時間における電流密度分布を示しているが、どの時間においても、電流密度の分布はＹ軸方向に対して鏡映対称性を持たない。【００５３】
（実施例１）
実施例１の空隙配置構造体として、図５の斜視図に示す単位構造体を、Ｘ軸とＹ軸方向に周期的に配置したものを使用した。図５に示す単位構造体では、４つの空隙部のうち右下の第２の空隙部１１ｂのみが図１に示した空隙部１１と上下が逆転した形状となっており、他の３つの第１の空隙部１１ａは図１と同様の形状である。このように、図５に示す単位構造体は、全体形状がＹ軸方向に対して（ＸＺ面と平行な面に対して）鏡映対称性を持たないように設計されている。なお、導体の厚み（Ｚ方向）は２０μｍであり、材質は完全導体である。【００５４】
実施例１の空隙配置構造体について、透過率スペクトルを上記従来例と同様にして求めた。得られた透過率スペクトルを図６に示す。図６より、周波数０．９１７６９４ＴＨｚ（９１７．６９４ＧＨｚ）にシャープなディップ波形を生成できることが分かる。【００５５】
また、図６においてディップ波形が現れる周波数（０．９１７６９４ＴＨｚ）に対する任意の時間における、空隙配置構造体の電流密度分布を図７に示す。図５に示す単位構造体は、Ｙ軸方向に隣接する空隙部間の導体部分において、周波数０．９１７６９４ＴＨｚで変調する電荷の分布が、Ｙ軸方向に対して鏡映対称性を持たないように設計されている。なお、図７は、ある任意の時間における電流密度分布を示しているが、どの時間においても、電流密度の分布はＹ軸方向に対して鏡映対称性を持たない。【００５６】
図７を図４と比較すると、図７における空隙配置構造体の表面を流れる電流の密度（特に、各空隙部の内壁（例えば、各空隙部の内壁の斜視方向から見て左上のコーナー部分）の電流密度）が、図４の場合よりも大きくなっていることが分かる。【００５７】
このように、本発明の空隙配置構造体は、単位構造体中に、少なくとも１つの他と同一形状（同じ向き）でない空隙部を有することにより、電磁波を照射したときの空隙配置構造体の表面の電流密度分布が大きく変化する(図４および図７参照）。これにより、空隙配置構造体の表面の電流密度の小さな箇所（図中の黒が濃い箇所）の比率を減らすことができ、特に空隙部の内壁の電流密度を増大させることができる（図中の黒が薄い箇所）。このため、被測定物が空隙配置構造体に付着したとき（特に空隙部の内壁に付着したとき）の散乱電磁波の特性変化を増大させることができ、測定感度を向上させることができる。【００５８】
（比較例１）
比較例１の空隙配置構造体として、図８の斜視図に示す単位構造体を、Ｘ軸とＹ軸方向に周期的に配置したものを使用した。図８に示す単位構造体では、２つの空隙部のうち下側の第２の空隙部１１ｂが図１に示した空隙部１１と上下が逆転した形状となっており、他の第１の空隙部１１ａは図１と同様の形状である。このように、図８に示す単位構造体は、Ｙ軸方向に対して（ＸＺ面と平行な面に対して）鏡映対称性を持つように設計されている。なお、導体の厚み（Ｚ方向）は２０μｍであり、材質は完全導体である。【００５９】
比較例１の空隙配置構造体について、透過率スペクトルを上記従来例と同様にして求めた。得られた透過率スペクトルを図９に示す。図９より、比較例１ではディップ波形が生じないことが分かる。【００６０】
（比較例２）
比較例２では、空隙配置構造体として、図１０の斜視図に示す単位構造体を、Ｘ軸とＹ軸方向に周期的に配置したものを使用した。図１０に示す単位構造体では、４つの空隙部のうち左下および右上の２つの第２の空隙部１１ｂが、図１に示した空隙部１１と上下が逆転した形状となっており、他の２つの第１の空隙部１１ａは図１と同様の形状である。このように、図１０に示す単位構造体は、Ｙ軸方向に対して（ＸＺ面と平行な面に対して）鏡映対称性を持つように設計されている。なお、導体の厚み（Ｚ方向）は２０μｍであり、材質は完全導体である。【００６１】
比較例２の空隙配置構造体について、透過率スペクトルを上記従来例と同様にして求めた。得られた透過率スペクトルを図１１に示す。図１１より、比較例２では、ディップ波形が０．９ＴＨｚ付近にわずかに生じるだけであることが分かる。このことから、単位構造体中に、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含む場合であっても、単位構造体の全体形状が、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称である場合は、透過スペクトルにディップ波形が生じにくいと考えられる。【００６２】
（実施例２）
実施例２の空隙配置構造体として、図１２の斜視図に示す単位構造体を、Ｘ軸とＹ軸方向に周期的に配置したものを使用した。図１２に示す単位構造体では、９つの空隙部のうち右下の第２の空隙部１１ｂのみが、図１に示した空隙部１１と上下が逆転した形状となっており、他の８つの第１の空隙部１１ａは図１と同様の形状である。このように、図１２に示す単位構造体は、ディップ波形を生成するために、Ｙ軸方向に対して（ＸＺ面と平行な面に対して）鏡映対称性を持たないように設計されている。なお、導体の厚み（Ｚ方向）は２０μｍであり、材質は完全導体である。【００６３】
実施例２の空隙配置構造体について、透過率スペクトルを上記従来例と同様にして求めた。得られた透過率スペクトルを図１３に示す。図１３より、周波数０．９１７３６２ＴＨｚ（９１７．３６２ＧＨｚ）にシャープなディップ波形を生成できることが分かる。【００６４】
以上の結果から、透過率スペクトルのディップ波形については、図１１（比較例２）、図６（実施例１）、図１３（実施例２）、図３（従来例）の順にシャープになっていることから、単位構造体に含まれる空隙部の全数に対して、同形状の空隙部（上記第１の空隙部）の割合が、２／４である場合、３／４である場合、８／９である場合、１／１である場合の順に、ディップ波形はシャープになることが分かる。【００６５】
一方で、図４(従来例）と図７（実施例１）の比較から、単位構造体に含まれる空隙部の全数に対して、同形状の空隙部（上記第１の空隙部）の割合がある程度減少した方が、電流密度の小さな箇所（図中の黒が濃い箇所）の比率が減少し、特に空隙部の内壁の電流密度が増大する傾向にあることが分かる。【００６６】
したがって、単位構造体中における空隙部の全数に対する上記第１の空隙部の割合を、１００％よりも適度に減少させることで、被測定物が空隙配置構造体の表面に付着したときの散乱電磁波の特性変化を増大させつつ、透過スペクトルに生じるディップ波形もシャープになるため、総合的な測定感度を向上させることができる。すなわち、単位構造体中に、第１の空隙部と、該第１の空隙部とは異なる形状を有する第２の空隙部とを含み、かつ、単位構造体の全体形状が、空隙配置構造体の主面と直交する所定の仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることにより、測定感度を向上させることができる。【００６７】
今回開示された実施の形態および実施例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て請求の範囲によって示され、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】
【００６８】
１  空隙配置構造体、１０ａ  主面、１１空隙部、１１ａ  第１の空隙部、１１ｂ  第２の空隙部、２  レーザ、２０  ハーフミラー、２１  ミラー、２２，２３，２４，２５  放物面ミラー、２６  時間遅延ステージ、３  電源、４  ロックインアンプ、５  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、６  アンプ、７１，７２  光電導素子、８  発振器、９１，９２  ポート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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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４】
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【図７】
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