(57)【要約】【課題】断層像の画質を向上させ得るテラヘルツ合焦方法、テラヘルツ合焦装置及びテラヘルツ合焦プログラムを提案する。【解決手段】テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出し、算出される移動距離を用いて層の一方の界面から他方の界面に合焦させる。【選択図】図５
2011085412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、上記層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出する算出ステップと、
上記算出ステップで算出される移動距離を用いて、上記層の一方の界面から他方の界面に合焦させる合焦ステップと
を有するテラヘルツ合焦方法。
【請求項２】
上記合焦ステップでは、
上記層の一方の界面に対応するテラヘルツ波の振動電場の強度を示す時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点をトリガとして、テラヘルツ波の検出素子に対するプローブ光の到達時間の可変を停止させた後、上記他方の界面に合焦させる
請求項１に記載のテラヘルツ合焦方法。
【請求項３】
上記算出ステップでは、
上記層における屈折率と、該層の一方の界面及び他方の界面それぞれに対応するテラヘルツ波の振動電場の強度を示す時間波形の出現時間差とに基づいて、層における厚みを求める
請求項２に記載のテラヘルツ合焦方法。
【請求項４】
上記算出ステップでは、
上記層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角及び集光角とを用いて、上記層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出する
請求項２に記載のテラヘルツ合焦方法。
【請求項５】
テラヘルツ波の媒質との界面の面方向を測定領域ごとに走査する走査ステップをさらに有し、
上記取得ステップでは、
上記測定領域ごとに、当該測定領域の奥行き方向の層における焦点の移動距離を算出する
請求項２に記載のテラヘルツ合焦方法。
【請求項６】
発生素子から発生されるテラヘルツ波を、サンプルが配される面に向けて集めるレンズと、
上記レンズによって集められるテラヘルツ波の焦点を上記面の法線方向に移動させる移動手段と、
上記テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、上記レンズを経たテラヘルツ波の入射角とを用いて、上記層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出する算出手段と、
上記算出手段で算出される移動距離を用いて、上記層の一方の界面から他方の界面に合焦するよう上記移動手段を制御する制御手段と
を有するテラヘルツ合焦装置。
【請求項７】
コンピュータに対して、
テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、上記層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出すること、
算出される移動距離を用いて、上記層の一方の界面から他方の界面に焦点を合わせること
を実行させるテラヘルツ合焦プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、おおよそ０．１×１０１２［Hz］〜１００×１０１２［Hz］帯域の電磁波（テラヘルツ波）を用いる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、テラヘルツ波を発生又は検出するものとして、テラヘルツ時間領域分光法（THz-TDS：Terahertz Time-Domain Spectoroscopy）がある。このテラヘルツ時間領域分光法は、工業、医療、バイオ、農業又はセキュリティなどの様々な技術分野において注目されている。
【０００３】
このテラヘルツ時間領域分光法では、超短レーザー光源から１００フェトム秒程度のパルス光がポンプ光及びプローブ光に分光され、ポンプ光はテラヘルツ波発生素子に集光される。これによりテラヘルツ波発生素子ではサブピコ秒程度の電流が生成され、当該時間微分に比例したテラヘルツ波が発生する。
【０００４】
このテラヘルツ波はサンプルを経由してテラヘルツ波検出素子に与えられ、このときにテラヘルツ波検出素子に対してプローブ光が照射されると、キャリアが生成され、テラヘルツ波の電場によって加速されて電気信号となる。
【０００５】
プローブ光がテラヘルツ波検出素子に到達するタイミングをずらすことによって、テラヘルツ波の振幅電場の時間波形を測定し、該時間波形をフーリエ変換することによってテラヘルツ波のスペクトルを得ることができる。
【０００６】
ところで、空港の税関などの荷物、あるいは人間の衣服や体内にある禁止薬物等を検査するため、テラヘルツ時間領域分光法を用いたイメージングが検討されている。また、サンプルが非破壊の状態で検査可能となるため、組織やＩＣの内部検査又は成形品の欠陥検査等への応用が検討されている。
【０００７】
このような応用では断層像を取得することが重要事項の１つとなる。この断層像を取得する手法として、サンプルから反射されるテラヘルツ波信号がサンプルの深さに対して実際に測定されるためその結果を用いて断層像を取得するといった手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００６−５１６７２２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１の取得手法では、サンプルの深さが深くなるほど、当該位置で実測されるテラヘルツ波信号の信号量が乏しくなるため、断層像の画質が劣化するという問題がある。
【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、断層像の画質を向上させ得るテラヘルツ合焦方法、テラヘルツ合焦装置及びテラヘルツ合焦プログラムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため本発明は、テラヘルツ合焦方法であって、テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出する算出ステップと、算出ステップで算出される移動距離を用いて、層の一方の界面から他方の界面に合焦させる合焦ステップとを有する。
【００１２】
また本発明は、テラヘルツ合焦装置であって、発生素子から発生されるテラヘルツ波を、サンプルが配される面に向けて集めるレンズと、レンズによって集められるテラヘルツ波の焦点を面の法線方向に移動させる移動手段と、テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、レンズを経たテラヘルツ波の入射角とを用いて、層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出する算出手段と、算出手段で算出される移動距離を用いて、層の一方の界面から他方の界面に合焦するよう移動手段を制御する制御手段とを有する。
【００１３】
また本発明は、テラヘルツ合焦プログラムであって、コンピュータに対して、テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、層における焦点の奥行き方向の移動距離を算出すること、算出される移動距離を用いて、層の一方の界面から他方の界面に焦点を合わせることを実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、テラヘルツ波の媒質との界面よりも奥行き方向の層における屈折率及び厚みと、該界面に対するテラヘルツ波の入射角とを用いて、層における焦点の奥行き方向の移動距離が算出される。このため、測定すべき界面がサンプル内の奥行き方向の深部界面であったとしても、当該層での屈折角を考慮して測定すべき界面に焦点が正確に位置する移動距離を得ることができる。この結果、測定すべき界面で反射するテラヘルツ波の振動電場の強度が鋭敏に捉えられ、当該断層像の画質が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】テラヘルツ分光装置を示す概略図である。
【図２】テラヘルツ波のサンプリングの説明に供する概略図である。
【図３】コンピュータの構成を示すブロック図である。
【図４】光の屈折角の説明に供する概略図である。
【図５】焦点の移動前後におけるテラヘルツ波の状態を示す概略図である。
【図６】界面に対する焦点位置の離れ度合いと、当該焦点のサイズとの関係を示す概略図である。
【図７】複数層でなるサンプルの表面に合焦される場合に観測される各界面でのテラヘルツ波の時間波形を示す概略図である。
【図８】ステージの移動タイミングと、テラヘルツ波の時間波形との関係を示す概略図である。
【図９】断層像生成処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
＜１．実施の形態＞
［１−１．テラヘルツ分光装置の構成］
［１−２．コンピュータの具体的な構成］
［１−３．測定モードの具体的処理内容］
［１−４．断層像生成処理手順］
［１−５．効果等］
＜２．他の実施の形態＞
【００１７】
＜１．実施の形態＞
［１−１．テラヘルツ分光装置の構成］
図１において、本実施の形態によるテラヘルツ分光装置１０の全体構成を示す。このテラヘルツ分光装置１０は、超短レーザー１１、ビームスプリッタ１２、光学遅延部１３、テラヘルツ波発生素子１４、サンプルステージ１５、テラヘルツ波検出素子１６及びコンピュータ１７を含む構成とされる。
【００１８】
超短レーザー１１は、例えば、１００［fs］程度のパルス幅、数十［MHz］程度の繰り返し周期、７８０［nm］程度の中心波長をもつパルス光を出射する。具体的な超短レーザー１１として、例えば、フェトム秒パルスレーザーチタンやサファイアレーザーなどがある。
【００１９】
ビームスプリッタ１２は、超短レーザー１１から出射されるパルス光をポンプ光と、プローブ光とに分離する。
【００２０】
光学遅延ステージ１３は、ビームスプリッタ１２から到来するプローブ光を反射鏡ＲＯＰに導く鏡１３Ａを有し、該鏡１３Ａを、ビームスプリッタ１２，反射鏡ＲＯＰに対して近づく方向又は離れる方向に所定速度で移動させる。この結果、テラヘルツ波検出素子１６に対するプローブ光の光路長が可変され、到達タイミングが遅延される。
【００２１】
テラヘルツ波発生素子１４は、ビームスプリッタ１２を介して到来するポンプ光により励起されるキャリア（電子と正孔）に基づいてテラヘルツ波を発生する。具体的なテラヘルツ波発生素子１４として、例えば、光伝導アンテナやＺｎＴｅ等の非線形光学結晶などがある。
【００２２】
ちなみに光伝導アンテナは、半絶縁性ガリウム砒素等でなる半導体基板と、半導体基板の一方の面に配される電極と、その電極に形成されるギャップ間に電圧を印加する印加部とを構成要素とするものである。この光伝導アンテナでは、ポンプ光の照射により半導体基板に生成されるキャリアがギャップ間電圧で加速され、このときギャップ間に電流が流れることでテラヘルツ波が発生する。
【００２３】
テラヘルツ波発生素子１４から放射されるテラヘルツ波は、対物レンズＯＰ１によって、サンプルステージ１５に設けられる無色透明のサンプル配置板ＢＤのサンプル配置面に対して鋭角な入射角となる状態で集められる。対物レンズＯＰ１には例えば半球レンズが用いられる。半球レンズが用いられた場合、その非球面はテラヘルツ波発生素子１４の構成要素である半導体基板の一面（パルス光が集光される面とは逆側の面）に対向される。
【００２４】
サンプルステージ１５は、サンプル配置面の方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）と、該サンプル配置面の法線方向（ｚ軸方向）に移動可能とされ、コンピュータ１７の制御にしたがって、テラヘルツ波の焦点がサンプルＳＰＬの特定部位に位置される。
【００２５】
サンプルＳＰＬの特定部位において反射するテラヘルツ波は、対物レンズＯＰ２によって平行な光線の束としてテラヘルツ波検出素子１６に導かれる。対物レンズＯＰ２には、例えば半球レンズが用いられる。
【００２６】
テラヘルツ波検出素子１６は、図２に示すように、テラヘルツ波の振動電場の強度を、光学遅延ステージ１３によって可変されるプローブ光の到達タイミングごとにサンプリングし、該振動電場の強度における時間波形を計測する。
【００２７】
具体的なテラヘルツ波検出素子１６として、テラヘルツ波発生素子１４と同様に、光伝導アンテナやＺｎＴｅ等の非線形光学結晶等がある。ただし、テラヘルツ波検出素子１６として採用される光伝導アンテナの場合、上述の印加部が電流計に変更される。
【００２８】
なお、このテラヘルツ分光装置１０では信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させるため、ポンプ光に対して光チョッパーで変調を施し、参照信号をロックインアンプに入力することで同期検波が行われる。
【００２９】
［１−２．コンピュータの構成］
次に、コンピュータ１７の具体的な構成について説明する。このコンピュータ１７は、図３に示すように、制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)２１に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。
【００３０】
具体的にはＲＯＭ(Read Only Memory)２２、ＣＰＵ２１のワークメモリとなるＲＡＭ(Random Access Memory)２３、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部２４、インターフェイス部２５、表示部２６及び記憶部２７がバス２８を介して接続される。
【００３１】
ＲＯＭ２２には、各種の処理を実行するためのプログラムが格納される。インターフェイス部２５は、超短レーザー１１と、サンプルステージ１５と、テラヘルツ検出素子１５と、光学遅延部１６（時間遅延ステージ１３Ｂ）とに接続される。
【００３２】
表示部２６には、液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ又はプラズマディスプレイ等が適用される。また記憶部２７には、ＨＤ（Hard Disk）に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＣＦ（Compact Flash）メモリ等のように可搬型メモリが適用されてもよい。
【００３３】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納される複数のプログラムのうち、操作入力部２４から与えられる命令に対応するプログラムをＲＡＭ２３に展開し、該展開したプログラムにしたがって、表示部２６及び記憶部２７を適宜制御する。
【００３４】
またＣＰＵ２１は、展開したプログラムにしたがって、インターフェイス部２５を介して超短レーザー１１、サンプルステージ１５、テラヘルツ検出素子１５又は時間遅延ステージ１３Ｂを適宜制御するようになされている。
【００３５】
［１−３．測定モードの具体的処理内容］
ＣＰＵ２１は、測定モードの実行命令を操作入力部２４から受けた場合、当該測定モードに対応するプログラムをＲＡＭ２３に展開する。
【００３６】
この場合、ＣＰＵ２１は、測定モードに対応するプログラムにしたがって、図３に示したように、基準界面走査部３１、移動距離算出部３２、深部界面合焦部３３、サンプル計測部３４及び画像処理部３５として機能する。
【００３７】
基準界面走査部３１は、テラヘルツ波の媒質との界面（以下、これを基準界面とも呼ぶ）を走査する。具体的にはサンプルステージ１５が、基準界面の方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に対して１又は複数の画素に相当する測定領域を単位として初期位置から所定の順序で走査される。
【００３８】
移動距離算出部３２は、基準界面走査部３１によって走査される測定領域ごとに、テラヘルツ波の媒質との界面（以下、これを基準界面とも呼ぶ）よりも奥行き方向に存在する界面（以下、これを深部界面とも呼ぶ）に対する焦点の移動距離を算出する。この実施の形態では、サンプルステージ１５によって焦点が移動されるため、当該焦点の移動距離はサンプルステージ１５のｚ軸方向の移動距離である。
【００３９】
この移動距離は、図４に示すように、層の厚みをｅとし、層の屈折率をｎとし、光の入射角をθとし、レンズを経た光の集光角をαとし、入射角θに対応する屈折角をθ０とし、入射角θ及び集光角αに対応する屈折角をθ１とすると、次式
【００４０】
【数１】
2011085412.tif 000003
【００４１】
によって算出される。なお、屈折角θ０，θ１は、
【００４２】
【数２】
2011085412.tif 000004
【００４３】
で定義される。
【００４４】
入射角θが０[°]の場合、（１）式は、次式
【００４５】
【数３】
2011085412.tif 000005
【００４６】
となる。
【００４７】
なお、深部界面が複数ある場合、基準界面からｉ（ｉ＝２，３，４，……）番目の深部界面と、（ｉ−１）番目の界面との層ごとに（１）式が適用され、該層における焦点の移動距離ｄが算出される。
【００４８】
ここで、実験結果を図５及び図６に示す。図５は、サンプル配置板ＢＤにおけるサンプル配置面とは逆の面（基準界面）に合焦する場合（図５（Ａ））と、該サンプル配置面とサンプルＳＰＬとの界面（深部界面）に合焦する場合（図５（Ｂ））におけるテラヘルツ波の状態を示したものである。また図６は、サンプル配置板ＢＤとサンプルＳＰＬとの界面に対する焦点位置の離れ度合いと、当該焦点のサイズとの関係をグラフとして示したものである。ちなみに図６における破線は、テラヘルツ波検出素子１６で検出されるテラヘルツ波の振動電場の強度（信号量）を示している。
【００４９】
この実験では、サンプル配置板ＢＤ（図１）の厚みが２０[ｍｍ]、該サンプル配置板ＢＤの屈折率が２、テラヘルツ波の入射角θが４０[°]、該テラヘルツ波の集光角αが１１．３[°]の各条件とされた。この条件下では、移動距離ｄは（１）式により８．７[ｍｍ]（図５）として算出される。
【００５０】
図５及び図６からも明らかなように、（１）式では単に入射角θに対応する屈折角θ０のみならず、該入射角θに集光角α（テラヘルツ波の発散）を加味した屈折角をθ１が考慮されるため、収差による焦点の歪み量が除かれる。
【００５１】
したがって、（１）式により算出される移動距離は、サンプル配置板ＢＤを経たテラヘルツ波の焦点がサンプル配置面とサンプルＳＰＬとの界面に対して正確に位置するものとして算出される。この結果、基準界面よりも奥行き方向にある深部界面で反射するテラヘルツ波の振動電場の強度が最も鋭敏に捉えられることになる。
【００５２】
なお、サンプル配置板ＢＤの厚みｅと屈折率ｎと、対物レンズＯＰ１を経たテラヘルツ波の入射角θ及び集光角αの各パラメータは、移動距離ｄの算出に要する情報（以下、これを距離算出用情報とも呼ぶ）として取得され記憶部２７に記憶される。また、サンプルＳＰＬ自体が複数の層を構成し、当該各層の厚みと屈折率が既知である場合には、それらパラメータも距離算出用情報として取得される。
【００５３】
パラメータの取得手法は、例えば、表示部２６に入力画面を表示し、操作入力部２４から入力させる手法や、サンプルステージ１５にセットされるサンプル配置板ＢＤに貼り付けられるバーコードから取得する手法を適用可能である。また、予めパラメータが記憶されたＲＯＭ２２又は記憶部２７から読み出して取得する手法や、予めパラメータが記憶された他の装置からネットワークを介して取得する手法が適用可能である。ただし、パラメータの取得手法はこれら例示に限定されない。
【００５４】
ところで、サンプルＳＰＬ自体が複数の層として構成されていると、該層における厚みや屈折率が既知でない場合が多い。この場合、サンプル配置板ＢＤとサンプルＳＰＬとの界面と、該サンプルＳＰＬ内における界面との層や、サンプルＳＰＬ内における２つの界面間の層の移動距離が（１）式を用いて算出できないことになる。
【００５５】
しかしながら、この実施の形態における移動距離算出部３２では、サンプルＳＰＬ自体が構成する複数の層の厚みや屈折率が既知でない場合であっても、（１）式を用いて、サンプルＳＰＬ内における２つの深部界面間の層などの移動距離が算出される。
【００５６】
具体的には、サンプルＳＰＬ自体が構成する複数の層の厚みや屈折率が既知でない場合、移動距離算出部３２は、まず、層の種類と屈折率とが対応付けられたデータベースを用いて、サンプルＳＰＬにおける層の種類からその屈折率を検出する。データベースと、サンプルＳＰＬにおける層の種類の取得手法は、例えば上述のパラメータ取得手法と同じ手法が用いられる。
【００５７】
一般に、サンプルＳＰＬ自体がなす複数の層の屈折率が既知でない場合であっても、それら層の種類は既知となる。例えば、サンプルＳＰＬが生体から切り出した組織である場合、その切り出した組織の層の種類は上皮組織層、結合組織層又は筋組織層等といったように既知となる。またサンプルＳＰＬが半導体である場合、その半導体の層の種類は基板層、Ｐ層又はＮ層等といったように既知となる。また、この層の種類に応じてその層の屈折率が固有となることも知られている。したがって、層の種類から層の屈折率が検出可能となる。
【００５８】
次に、移動距離算出部３２は、例えばサンプル配置板ＢＤの裏面に合焦された状態において観測される時間波形の出現時間差を検出し、該出現時間差と、その出現時間差に相当する層の屈折率とから層の厚みを検出する。
【００５９】
例えば図７に示すように、サンプルＳＰＬが２つの層ＬＹ１，ＬＹ２で構成される場合、各層の界面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対応する時間波形が観測される。これら時間波形の出現時間差Δｔａ，Δｔｂは、層ＬＹ１，ＬＹ２の厚みと、該層ＬＹ１，ＬＹ２での屈折率に一定の関係が成立するものである。したがって、出現時間差Δｔａ，Δｔｂと、対応する層ＬＹ１，ＬＹ２の屈折率とから層の厚みが検出可能となる。
【００６０】
最後に、移動距離算出部３２は、検出した層の厚み及び屈折率と、他の距離算出用情報（入射角、集光角）と、（１）式とを用いて移動距離を算出するようになされている。この結果、サンプル配置板ＢＤとサンプルＳＰＬとの深部界面のほかに、サンプルＳＰＬ内部における深部界面に対するテラヘルツ波の振動電場の強度を鋭敏に捉えることが可能となる。
【００６１】
深部界面合焦部３３は、基準界面に対して基準界面走査部３１が測定領域を変えるごとに、当該測定領域に対応する奥行き方向の全ての深部界面を所定の順序で測定対象の界面として焦点を合わせる。
【００６２】
ここで具体的な合焦手法の一例を図７を用いて説明する。基準界面走査部３１によって基準界面Ｂ１のある測定領域に焦点が走査された場合、深部界面合焦部３３は、その測定領域に対して観測される時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点をトリガとして、光学遅延ステージ１３を停止させる。
【００６３】
そして深部界面合焦部３３は、基準界面Ｂ１と、サンプル配置板ＢＤとサンプルＳＰＬとの深部界面Ｂ２との層ＬＹ１に対して移動距離算出部３２が算出した移動距離だけサンプルステージ１５を移動させた後、光学遅延ステージ１３を再駆動する。
【００６４】
この結果、図８に示すように、基準界面Ｂ１の合焦時においてその基準界面Ｂ１よりも奥行き方向にある非合焦の深部界面Ｂ２に対するテラヘルツ波の時間波形のサンプリング結果がテラヘルツ波検出素子１６で得られる前に、該深部界面Ｂ２に合焦されることとなる。
【００６５】
また深部界面合焦部３３は、深部界面Ｂ２に対するに対して観測される時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点を検出すると、深部界面Ｂ２の場合と同じように光学遅延ステージ１３及びサンプルステージ１５を制御し、次の深部界面Ｂ３に合焦させる。
【００６６】
そして深部界面合焦部３３は、深部界面Ｂ３に対するに対して観測される時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点を検出すると、光学遅延ステージ１３を停止させた後に、基準界面Ｂ１に合焦するようサンプルステージ１５を移動させる。この後、次の測定領域に焦点が位置するよう基準界面走査部３１によって走査される。
【００６７】
なおこの実施の形態では、基準界面に対して焦点が合うときのサンプルステージ１５におけるｚ軸方向のステージ位置が初期のステージ位置とされ、このステージ位置の位置情報は記憶部２７に記憶される。
【００６８】
サンプル計測部３４は、図２に示したように、テラヘルツ波検出素子１６で検出されるサンプリング結果を用いてテラヘルツ波の時間波形を計測する。またサンプル計測部３４は、計測した時間波形を用いて所定の解析処理を実行し、解析処理結果をデータとして記憶部２７に記憶する。
【００６９】
この解析処理には、例えば、計測対象の時間波形と、当該計測波形に対する参照波形とのスペクトル比から吸収スペクトルを求める等といった処理が適用される。なお、遠赤外光を用いたフーリエ分光法と比べた場合、Ｓ／Ｎ比が高く、また振幅情報と位相情報とを同時に得ることができるので、サンプルＳＰＬに関する情報を高い精度で得ることが可能である。
【００７０】
画像処理部３５は、基準界面走査部３１によって走査される基準界面の各測定領域でのテラヘルツ波の時間波形と、当該測定領域に対応する深部界面でのテラヘルツ波の時間波形とを用いてサンプルＳＰＬの断層像を生成する。例えば、各測定領域でのテラヘルツ波の時間波形のスペクトルが表示画像の対応する画素として色付けて表現される。
【００７１】
また画像処理部３５は、生成した断層像を表示部２６に表示し、操作入力部２４から記憶命令が与えられる場合等には適宜その断層像のデータを記憶部２７に記憶するようにされている。
【００７２】
［１−４．断層像生成処理手順］
次に、断層像生成処理手順について図９に示すフローチャートを用いて説明する。すなわちＣＰＵ２１は、例えば操作入力部２４から測定モードの実行命令を受けた場合、この断層像生成処理手順を開始し、ステップＳＰ１に進む。
【００７３】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ１では、サンプル配置板ＢＤにおけるサンプル配置面とは逆の面（基準界面）に合焦させ、ステップＳＰ２に進んで、基準界面のうち初期の走査点とされる測定領域に合焦させ、ステップＳＰ３に進む。
【００７４】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ３では、基準界面からｉ番目の深部界面と、（ｉ−１）番目の深部界面と層での焦点の移動距離（サンプルステージ１５の移動距離）を算出し、ステップＳＰ４に進む。
【００７５】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ４では、測定領域に対するテラヘルツ波の時間波形の計測を開始し、次のステップＳＰ５において、該時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点を検出するまで計測し続ける。
【００７６】
ＣＰＵ２１は、ゼロクロスを経た時点を検出すると、ステップＳＰ６に進んで、現在の測定領域に対応する奥行き方向の全ての深部界面から計測結果を得たか否かを判定し、得ていない場合にはステップＳＰ７に進む。
【００７７】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ７では、光学遅延ステージ１３の移動を停止するとともに、測定すべき深部界面に合焦するようステップＳＰ３で算出した移動距離を用いてサンプルステージ１５をｚ軸方向へ移動させ、ステップＳＰ８に進む。
【００７８】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ８では、光学遅延ステージ１３の移動を再開させ、ステップＳＰ４に戻って、ステップＳＰ７で合焦された深部界面に対するテラヘルツ波の時間波形の計測を開始する。
【００７９】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ４〜ステップＳＰ８の処理ループを経ることで、現在の測定領域に対応する奥行き方向の全ての深部界面から計測結果を得ると、ステップＳＰ９に進む。
【００８０】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ９では、基準界面を走査し終えたか否かを判定し、し終えていない場合にはステップＳＰ１０に進んで、該基準界面における次の走査点とされる測定領域に合焦させた後、ステップＳＰ３に戻って上述の処理を繰り返す。
【００８１】
これに対してＣＰＵ２１は、ステップＳＰ３〜ステップＳＰ９の処理ループを経ることで、基準界面を走査し終えると、最後のステップＳＰ１１に進む。
【００８２】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ１１では、基準界面の各測定領域でのテラヘルツ波の時間波形と、当該測定領域に対応する深部界面でのテラヘルツ波の時間波形とを用いてサンプルＳＰＬの断層像を生成し、この後、この断層像生成処理手順を終了する。
【００８３】
［１−５．効果等］
以上の構成において、このテラヘルツ分光装置１０は、基準界面よりも奥行き方向の層（例えば図７ではＬＹ１，ＬＹ２）における焦点の奥行き方向の移動距離を算出し、該移動距離を用いて、層の一方の界面から他方の界面に合焦させる（図５参照）。
【００８４】
この焦点の移動距離の算出には、層における屈折率ｎ及び厚みｅと、該基準界面に対するテラヘルツ波の入射角θとが用いられる（図４参照）。
【００８５】
したがってテラヘルツ分光装置１０は、測定すべき界面がサンプルＳＰＬ内の奥行き方向の深部界面であったとしても、当該層での屈折角を考慮して測定すべき界面に焦点が正確に位置する移動距離を得ることができる。この結果、このテラヘルツ分光装置１０では、測定すべき界面で反射するテラヘルツ波の振動電場の強度が最も鋭敏に捉えられるため（図６参照）、当該断層像の画質が向上される。
【００８６】
この実施の形態における移動距離の算出には、層における屈折率ｎ及び厚みｅと、該基準界面に対するテラヘルツ波の入射角θのほかに、集光角αも考慮される（図４参照）。
【００８７】
したがってテラヘルツ分光装置１０は、収差による焦点の歪み量を除いた状態で、測定すべき界面に焦点が正確に位置する移動距離を得ることができる。この結果、このテラヘルツ分光装置１０は、測定すべき界面で反射するテラヘルツ波の振動電場の強度を、より一段と鋭敏に捉えることができる。
【００８８】
なお、層間距離が小さすぎて反射が両者から識別できない場合には、屈折率に対する平均値により光学遅延ステージ１３に対する遅延線を補正し、その遅延線に応じてｚステージを移動させることも可能である。
【００８９】
またこのテラヘルツ分光装置１０は、層の一方の界面から他方の界面に合焦させる場合、光学遅延ステージ１３を一旦停止させた後、一方の界面から他方の界面に合焦させるようになされている。この光学遅延ステージ１３を停止させるタイミングは、一方の界面に対応するテラヘルツ波の振動電場の強度を示す時間波形のピークを経てからゼロクロスを経た時点がトリガとされる（図８参照）。
【００９０】
したがって、移動前の界面Ｂ１の合焦時においてその界面Ｂ１よりも奥行き方向にある移動先の界面Ｂ２に対するテラヘルツ波の時間波形のサンプリング結果がテラヘルツ波検出素子１６で得られる前に、該移動先の界面Ｂ２に合焦される。
【００９１】
移動前の界面Ｂ１の合焦時において移動先の界面Ｂ２で反射するテラヘルツ波の時間波形は、断層像の生成過程ではノイズとなるものである。このテラヘルツ分光装置１０は、当該テラヘルツ波の時間波形がテラヘルツ波検出素子１６でサンプリングされることを未然に防ぐため、断層像の生成過程でのノイズ成分量を低減することができ、この結果、当該断層像の画質を向上させることが可能となる。
【００９２】
ところで、サンプルＳＰＬ自体が複数の層として構成されていると、該層における厚みが既知でない場合が多い。しかしながらこのテラヘルツ分光装置１０では、層ＬＹ１における屈折率と、該層ＬＹ１の一方の界面Ｂ１及び他方の界面Ｂ２それぞれに対応するテラヘルツ波の振動電場の強度を示す時間波形の出現時間差Δｔａに基づいて、層ＬＹ１における厚みが求められる（図７参照）。
【００９３】
したがってこのテラヘルツ分光装置１０は、サンプルＳＰＬ自体が構成する複数の層の厚みが既知でない場合であっても、（１）式を用いて、サンプルＳＰＬ内における２つの深部界面間の層などの移動距離を算出することができる。
【００９４】
以上の構成によれば、基準界面よりも奥行き方向の層での屈折角を考慮して測定すべき界面に焦点が正確に位置する移動距離が算出できるようにしたことにより、該測定すべき界面で反射するテラヘルツ波の振動電場の強度を鋭敏に捉えることが可能となる。かくして、断層像の画質を向上し得るテラヘルツ分光装置１０が実現される。
【００９５】
＜２．他の実施の形態＞
上述の実施の形態では、サンプルステージ１５の移動によって焦点位置が可変された。しかしながら焦点可変手法は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、対物レンズＯＰ１に対するステージの移動によって焦点位置を可変する焦点可変手法が適用可能である。この焦点可変手法が適用される場合、上述の（１）式により算出される移動距離は、対物レンズＯＰ１に対するステージの移動距離となる。
【００９６】
また、別例として、サンプルステージ１５と対物レンズＯＰ１に対するステージとの双方の移動によって焦点位置を可変する焦点可変手法が適用可能である。この焦点可変手法が適用される場合、上述の（１）式により算出される移動距離は、サンプルステージ１５と対物レンズＯＰ１に対するステージとの一方又は双方に割り当てられる。
【００９７】
ちなみにステージの駆動手段は、電磁方式のリニアモータ，ステッピングモータや、ピエゾアクチュエータ，ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などがある。
【００９８】
上述の実施の形態では、サンプルＳＰＬに対してサンプル配置板ＢＤを介してテラヘルツ波が照射された。サンプル配置板ＢＤが省略された形態であってもよい。ちなみにこの形態では、上述の基準界面はサンプルＳＰＬの表面となる。
【００９９】
上述の実施の形態では、サンプルＳＰＬにおける層の屈折率が既知でない場合、その屈折率については、層の種類と屈折率との対応付けたデータベースを参照することにより取得された。しかしながら層の屈折率はテラヘルツ波の実測波形から取得するようにしてもよい。
【０１００】
例えば、当該層の一方の界面と他方の界面とでそれぞれ反射するテラヘルツ波の時間波形のスペクトルから、Kramers-Kronig変換を用いて屈折率を求めることにより取得することができる。このように実測波形から層の屈折率を得るようにすれば、層の種類が分からない場合であっても、サンプルＳＰＬにおけるある深部界面から他の深部界面までの層での焦点の移動距離を（１）式を用いて算出することができる。
【０１０１】
上述の実施の形態では、基準界面で走査すべき測定領域が変更されるたびに、当該測定領域に対応する奥行き方向の深部界面に対する焦点の移動距離が算出され、その移動距離を用いて焦点を移動した深部界面に対してテラヘルツ波が計測された。
【０１０２】
しかしながらテラヘルツ波の計測タイミングについては、基準界面で走査すべき測定領域が変更されるたびに実行する必要はない。例えば、観察する深さ位置を固定としたままサンプルをスキャンして２次元イメージを先に取得し、その後、奥行き方向の像を蓄積するようにしてもよい。具体的には、基準界面で走査すべき測定領域の全てが走査し終えた後に、各測定領域で算出された移動距離を用いて深部界面に対して所定の順序で焦点を移動し、該焦点でのテラヘルツ波を計測する。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、工業、医療、バイオ、農業、セキュリティ又は情報通信・エレクトロニクスなどの産業上において利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０……テラヘルツ分光装置、１１……超短レーザー、１２……ビームスプリッタ、１３……光学遅延ステージ、１４……テラヘルツ波発生素子、１５……サンプルステージ、１６……テラヘルツ波検出素子、１７……コンピュータ、２１……ＣＰＵ、２２……ＲＯＭ、２３……ＲＡＭ、２４……操作入力部、２５……インターフェイス、２６……表示部、２７……記憶部、３１……基準界面走査部、３２……移動距離算出部、３３……深部界面合焦部、３４……サンプル計測部、３５……画像処理部、ＢＤ……サンプル配置板、ＯＰ１，ＯＰ２……対物レンズ、ＳＰＬ……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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