(57)【要約】【課題】  本発明は、位相の変化量を用いずに検体の情報を精度良く取得できる情報取得装置を提供することを目的とする。【解決手段】  情報取得装置１００は、テラヘルツ波２１０を反射する反射面２０４を有する反射部材１１２と板状部材１１０との間に配置された検体１１１に対して、板状部材を介してテラヘルツ波を照射して検体の情報を取得する情報取得装置において、検体にテラヘルツ波２１０を照射する照射部１１７と、検体からのテラヘルツ波２１５を検出する検出部１０２と、検出部の検出結果から取得した時間波形のうち、板状部材と検体との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形、及び、検体と反射部材の反射面との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形を少なくとも用いて検体の情報を取得する情報取得部１０７と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を反射する反射面を有する反射部材と板状部材との間に配置された検体に対して、前記板状部材を介してテラヘルツ波を照射して前記検体の情報を取得する情報取得装置において、
前記検体にテラヘルツ波を照射する照射部と、
前記検体からのテラヘルツ波を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果から取得した時間波形のうち、前記板状部材と前記検体との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形、及び、前記検体と前記反射部材の前記反射面との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形を少なくとも用いて前記検体の情報を取得する情報取得部と、を有する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記情報取得部は、前記板状部材と前記検体との前記界面で反射したテラヘルツ波の前記時間波形、及び、前記検体と前記反射部材の前記反射面との前記界面で反射したテラヘルツ波の前記時間波形をそれぞれフーリエ変換して得られる強度スペクトルを少なくとも用いて前記検体の情報を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記反射面は、前記照射部からのテラヘルツ波に対する反射率スペクトルが９０％以上である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報取得装置。
【請求項４】
前記反射部材は、前記照射部からのテラヘルツ波に対する反射率スペクトルが９０％以上の導電性部材を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項５】
前記反射部材は、基板の表面に前記照射部からのテラヘルツ波に対する反射率スペクトルが９０％以上の導電性膜を形成することによって前記反射面が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記情報取得部は、前記板状部材の表面で反射したテラヘルツ波の強度スペクトルと前記板状部材と前記検体との前記界面で反射したテラヘルツ波の強度スペクトルとの比、及び、前記板状部材の厚み、前記板状部材の吸収係数スペクトルから前記板状部材と前記検体との前記界面の反射率スペクトルを取得し、前記反射率スペクトルを用いて、前記検体の情報を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記情報取得部は、前記板状部材において前記板状部材と前記反射部材との間に前記検体が配置されていない非配置領域にテラヘルツ波を照射して得られた、前記板状部材の表面で反射したテラヘルツ波の時間波形が検出された時刻と前記板状部材の裏面で反射したテラヘルツ波の時間波形が検出された時刻との時間差から前記板状部材の厚みを取得する
ことを特徴とする請求項６に記載の情報取得装置。
【請求項８】
前記照射部は、前記板状部材において前記板状部材と前記反射部材との間に前記検体が配置されていない非配置領域、及び、前記板状部材と前記反射部材との間に前記検体が配置されている配置領域にテラヘルツ波を照射して、
前記情報取得部は、前記配置領域において前記板状部材と前記検体との前記界面で反射したテラヘルツ波の強度スペクトルと前記非配置領域において前記板状部材の裏面で反射したテラヘルツ波の強度スペクトルとの比、前記板状部材の表面の反射率スペクトル、および、前記板状部材の吸収係数スペクトルから、前記板状部材と前記検体との前記界面の反射率スペクトルを取得し、前記反射率スペクトルを用いて、前記検体の情報を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項９】
前記情報取得部は、前記検体の情報として前記検体の光学特性を取得する
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１０】
テラヘルツ波は、パルス波である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１１】
前記板状部材は、複素屈折率が既知である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１２】
前記板状部材は、表面に反射防止膜を備える
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１３】
前記検体は、プラスチックであり、
前記情報取得部は、前記検体の情報を取得して、取得した前記検体の情報に基づいて、前記プラスチックの種類及び前記プラスチックに添加されている添加剤の種類を判別する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
前記検体は、生体組織であり、
前記情報取得部は、前記検体の情報を取得して、取得した前記検体の情報に基づいて前記検体中に含まれる自由水と結合水とを識別する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１５】
テラヘルツ波を反射する反射面を有する反射部材と板状部材との間に配置された検体に対して、前記板状部材を介してテラヘルツ波を照射して前記検体の情報を取得する情報取得方法において、
前記検体にテラヘルツ波を照射する照射ステップと、
前記検体からのテラヘルツ波を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの検出結果から取得した時間波形のうち、前記板状部材と前記検体との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形、及び、前記検体と前記反射部材の前記反射面との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形を少なくとも用いて前記検体の情報を取得する情報取得ステップと、を有する、
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の情報取得方法をコンピュータで実行するためのプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプログラムを記憶した
ことを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて検体の情報を取得する情報取得装置および情報取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のうち少なくとも一部の周波数帯域を有する電磁波である。テラヘルツ波を用いた分光法として、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：ＴＨｚ−Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が知られている。これは、超短パルスが検出器に到達するタイミングを変化させながらテラヘルツ波を検出することにより、テラヘルツ波の時間波形を取得する方法である。
【０００３】
このようなＴＨｚ−ＴＤＳ法を応用して、検体の情報の取得や、取得した検体の情報を用いてイメージングを行う装置等が開発されている。イメージング装置としては、検体の表面や内部の界面からの反射波を検出する反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置が用いられる。
【０００４】
反射系のＴＨｚ−ＴＤＳ装置は、特許文献１に記載されているように、検体を板状部材と接触させて、その板状部材を介してテラヘルツ波を検体に照射する方法が用いられる。板状部材を用いることで、検体を平坦にできる。また、テラヘルツ波の照射位置毎に板状部材の表面で反射したテラヘルツ波の測定が可能なため、テラヘルツ波の強度の変動を規格化することができ、広範囲の測定を行うイメージングに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、検体の情報を取得するために、板状部材と検体との界面で反射したテラヘルツ波の位相の変化量を用いている。この位相の変化量は、テラヘルツ波が板状部材の内部を伝搬することによって生じる位相差に比べて非常に小さいことがある。
【０００７】
そのため、検体の情報の取得の精度を向上するためには、位相差の補正のための各照射位置の板状部材の厚みを高精度に把握することや、測定に公差１μｍ以内の平行度の高い板状部材を使用して測定する等の条件がある。しかし、これらの条件を満たして、テラヘルツ波が板状部材を伝搬することによって生じる位相差を完全に取り除くことは容易ではない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、位相の変化量を用いずに検体の情報を取得できる情報取得装置および情報取得方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての情報取得装置は、テラヘルツ波を反射する反射面を有する反射部材と板状部材との間に配置された検体に対して、前記板状部材を介してテラヘルツ波を照射して前記検体の情報を取得する情報取得装置において、前記検体にテラヘルツ波を照射する照射部と、前記検体からのテラヘルツ波を検出する検出部と、前記検出部の検出結果から取得した時間波形のうち、前記板状部材と前記検体との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形、及び、前記検体と前記反射部材の前記反射面との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形を少なくとも用いて前記検体の情報を取得する情報取得部と、を有する、ことを特徴とする情報取得装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一側面としての情報取得装置および情報取得方法によれば、位相の変化量を用いずに検体の情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の情報取得装置の構成図。
【図２】第１の実施形態のテラヘルツ波の反射と時間波形を説明する図。
【図３】第１の実施形態における情報取得方法を説明するフローチャート。
【図４】第２の実施形態のテラヘルツ波の反射と時間波形を説明する図。
【図５】第２の実施形態における情報取得方法を説明するフローチャート。
【図６】第３の実施形態における情報取得方法を説明するフローチャート。
【図７】第４の実施形態における情報取得方法を説明するフローチャート。
【図８】第５の実施形態における情報取得方法を説明するフローチャート。
【図９】第６の実施形態の板状部材を説明する図。
【図１０】第１の実施例で取得したテラヘルツ波の時間波形。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
本実施形態の情報取得装置１００（以下、「装置１００」と呼ぶ）について、図１を参照して説明する。図１は、装置１００の構成図である。装置１００は、テラヘルツ波を用いて検体１１１の情報を取得して、それを基に検体１１１の画像を形成するイメージング装置である。本実施形態では、検体１１１の情報として光学特性を求める。
【００１３】
なお、本明細書における「検体の情報」は、検体中の物体の形状、及び、検体中の所定の光学特性を有する領域の形状等を含む検体の形状、検体の光学特性を含む。本明細書の「光学特性」は、検体の複素振幅反射率、複素屈折率、複素誘電率、反射率、屈折率、吸収係数、誘電率、電気伝導率等を有する。
【００１４】
装置１００は、パルス状のテラヘルツ波（入射パルス）２１０を検体１１１に照射し、反射したテラヘルツ波２１５を検出して時間波形を取得する測定機構１２０を有する。また、装置１００は、制御部１０５、波形取得部１０６、情報取得部１０７、画像形成部１０８、および、記憶部１１９を有する。
【００１５】
まず、測定機構１２０について説明する。測定機構１２０は、検出部１０２、光学遅延部１０３、光源１０４、走査ステージ１０９、ビームスプリッター１１３、レンズ１１４、および、照射部１１７、を有する。照射部１１７は、パルス状のテラヘルツ波２１０を発生させる発生部１０１と、発生したテラヘルツ波２１０を検体１１１に導く放物面ミラー１１５と平面ミラー１１６とを有する。
【００１６】
光源１０４は、超短パルスレーザ１３０（以下「レーザ１３０」と呼ぶことがある）を出力するパルスレーザ光源である。なお、光源１０４から出力されるレーザ１３０は、フェムト秒レーザである。本明細書の「超短パルスレーザ」は、パルス幅が数１００ｆｓ以下のパルス光で、特に、パルス幅が１ｆｓ以上１００ｆｓ以下のレーザ１３０をフェムト秒レーザと呼ぶ。
【００１７】
発生部１０１は、パルス状のテラヘルツ波２１０を発生する部分である。光源１０４から出射されるレーザ１３０がビームスプリッター１１３で２つに分けられ、その一方が発生部１０１に照射されると、入射パルス２１０としてのパルス波が発生する。発生部１０１で発生したパルス状のテラヘルツ波２１０は、放物面ミラー１１５および平面ミラー１１６で反射して、検体１１１に照射される。このとき、テラヘルツ波２１０は、板状部材１１０を介して検体１１１に照射される。
【００１８】
発生部１０１において、テラヘルツ波２１０を発生させる方法には、瞬時電流を利用する方法やキャリヤのバンド間遷移を利用する方法等がある。瞬時電流を利用する方法としては、半導体や有機結晶、非線形光学結晶にレーザ１３０を照射してテラヘルツ波２１０を発生させる手法等が挙げられる。また、半導体薄膜上に金属電極でアンテナパターンを形成した光伝導素子に電界を印加して、レーザ１３０を照射する手法等も適用できる。バンド間遷移を利用する手法としては、半導体量子井戸構造を用いる手法等がある。
【００１９】
検体１１１は、板状部材１１０と反射部材１１２との間に配置される。より詳細には、検体１１１は、テラヘルツ波２１０が板状部材１１０を介して検体１１１に照射された後、反射部材１１２に到達するように配置されている。この場合、検体１１１と板状部材１１０との間、及び、検体１１１と反射部材１１２との間は、空気が含まれないように接触していることが望ましい。
【００２０】
検体１１１と板状部材１１０との界面に空気が入り、両者を十分に接触させることが難しい場合は、検体１１１又は板状部材１１０の複素屈折率スペクトルと近い複素屈折率スペクトルを持つマッチング液を間に塗布することで、両者の密着性を改善しても良い。同様に、検体１１１と反射部材１１２との界面の密着性を向上させるために、検体１１１又は反射部材１１２の複素屈折率スペクトルと近い複素屈折率スペクトルを持つマッチング液を両者の間に塗布しても良い。マッチング液の層の厚さは、検体１１１に照射するテラヘルツ波２１０の波長に対して十分に薄く、波長の２０分の１以下であることが望ましい。板状部材１１０や反射部材１１２の詳細は後述する。
【００２１】
板状部材１１０を介して検体１１１に照射されたテラヘルツ波２１０の反射波であるテラヘルツ波（反射パルス）２１５は、検体１１１で反射して検出部１０２で検出される。検出部１０２の検出方法としては、光伝導素子を用いてテラヘルツ波２１５の振幅に応じた電流を検出する手法や、直交偏光子と電気光学結晶を用いて電気光学効果を用いて電場を検出する手法等が挙げられる。また、直交偏光子と磁気光学結晶を用いて磁場を検出する手法も適用できる。検出部１０２に入射するテラヘルツ波２１５は、検出部１０２に焦点を結ぶことで単位面積あたりの強度を増やし、検出感度を高めることができる。
【００２２】
光学遅延部１０３は、テラヘルツ波２１５が検出部１０２で検出されるタイミングを調整する部分である。具体的には、検出部１０２に入力されるレーザ１３０と、発生部１０１に入力されるレーザ１３０との相対的な光路長を変化させる。光路長を調整する方法としては、折り返し光学系と可動部とを用いて物理的に光路長を変える方法がある。また、伝播経路中の屈折率等を変化させることで光路長を変化させる方法等も適用できる。
【００２３】
本実施形態では、光学遅延部１０３は折り返し光学系と可動部とを有し、これらを用いて、レーザ１３０が、光源１０４から発生部１０１に到達するまでの光路長を調整する。具体的には、光源１０４と発生部１０１との間に光学遅延部１０３を設け、光源１０４と発生部１０１との間を伝搬するレーザ１３０の光路長を調整する。この方法に限らず、検出部１０２に入力されるレーザ１３０の経路上に光学遅延部１０３を設け、検出部１０２に入力されるレーザ１３０の光路長を変化させても良い。
【００２４】
走査ステージ１０９は、検体１１１に対するテラヘルツ波２１０の照射位置を変更する位置変更部である。本実施形態では、走査ステージ１０９は、板状部材１１０と検体１１１と反射部材１１２とを保持している。走査ステージ１０９の移動に伴って板状部材１１０、検体１１１、および、反射部材１１２が移動して、テラヘルツ波２１０の照射位置を変更する。なお、照射位置を変更する手段はこれに限らず、板状部材１１０、検体１１１、および、反射部材１１２と照射部１１７との相対位置が変更できれば良い。
【００２５】
続いて、装置１００のその他の構成について説明する。装置１００は、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータを有し、このコンピュータが制御部１０５、波形取得部１０６、情報取得部１０７、画像形成部１０８、および、記憶部１１９などの機能を有する。
【００２６】
制御部１０５は、測定機構１２０の各構成の制御を行う。例えば、光学遅延部１０３の制御を行う。また、各照射位置における時間波形の構築が完了した時点で、次の（別の）位置に入射パルス２１０が照射されるよう、走査ステージ１０９を移動する機構を備える。
【００２７】
波形取得部１０６は、テラヘルツ波２１５の時間波形を取得する部分である。光学遅延部１０３による調整量と検出部１０２の出力から時間波形を取得する。
【００２８】
情報取得部１０７は、各照射位置における検体１１１の情報を取得する。本実施形態では、時間波形取得部１０６で取得した板状部材１１０、検体１１１、および、反射部材１１２それぞれで反射したテラヘルツ波Ａ、Ｂ、Ｃ（２１１、２１２、２１３）の時間波形を少なくとも用いて、検体１１１の光学特性を求める。情報取得方法については後述する。
【００２９】
画像形成部１０８は、走査ステージ１０９を走査することによって変更されたテラヘルツ波２１０の照射位置の位置情報と、各照射位置における検体１１１の光学特性とを用いてイメージング画像を生成する部分である。得られた画像は、画像形成部１０８と接続されている表示部（不図示）に表示することができる。
【００３０】
記憶部１１９は、検出部１０２の検出結果、波形取得部１０６が取得した反射パルス２１５の時間波形、情報取得部１０７が取得した試料１１１の情報、および、画像形成部１０８が形成した画像等を記憶する。また、記憶部１１９には、図３のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで各処理が行われる、図３の各ステップについては、後述する。
【００３１】
板状部材１１０と反射部材１１２について、詳細を説明する。板状部材１１０は、入射パルス２１０に対して透過性が高い材料を用いる。具体的には、ｚ面でカットした水晶や、サファイア、高抵抗シリコン、シクロオレフィンポリマー樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂等が望ましいがこれらに限るものではない。
【００３２】
板状部材１１０は、複素屈折率スペクトルが既知の材料を用いる。複素屈折率スペクトルは、文献中に与えられている代表的な値を用いる他、透過型のＴＨｚ−ＴＤＳ法等を用いて測定しておくことができる。複素屈折率スペクトルの測定は、検体１１１の測定前に予め行っておくことが望ましい。
【００３３】
反射部材１１２は、入射パルス２１０を反射する反射面２０４を有する。反射面２０４は、導電性部材を用いて形成する。導電性部材は、入射パルス２１０を垂直入射した場合の反射率スペクトルＲＣが、検体１１１の屈折率に依らずに、検体１１１に照射する入射パルス２１０全てに対して９０％以上の導電性部材を用いることが望ましく、反射率ＲＣが１００％に近いほど良い。
【００３４】
具体的には、金、銀、アルミニウム等の金属や、不純物をドープした半導体、水銀等の液体金属等が挙げられる。反射部材１１２が上述の材料を有していても良いし、平坦な板状の基板の表面に上述の材料を含む導電性膜を形成しても良い。薄膜の形成には、真空蒸着法等の方法を用いることができる。また、テラヘルツ波２１０を斜方から検体１１１に照射し、反射部材１１２と検体１１１との界面で全反射する構成にしても良い。検体１１１は、反射部材１１２の反射面２０４側に配置される。
【００３５】
ここからは、上述の方法で得られたテラヘルツ波２１５の時間波形を用いて検体の情報を取得する方法について、図２を参照して詳細に説明する。本実施形態では、板状部材１１０の複素屈折率スペクトル、各照射位置における検体１１１の厚みが既知である場合を想定している。検体１１１の厚みが既知でない場合については、後述の別の実施形態で説明する。
【００３６】
まず、装置１００で検体１１１の測定を行った際の反射の様子を説明する。図２（ａ）は検体１１１に入射パルス２１０を照射した場合の模式図であり、図２（ｂ）は反射パルス２１５の時間波形を示した図である。ここでは説明の簡略化の為、板状部材１１０への入射パルス２１０の入射は垂直入射とし、入射角、偏光、板状部材１１０及び検体１１１内での多重反射は考慮しないものとする。なお、板状部材１１０へのテラヘルツ波の入射角は、少なくとも入射するテラヘルツ波が界面Ａ（２０１）、界面Ｂ（２０２）で全反射しない範囲である必要がある。
【００３７】
板状部材１１０を介して検体１１１に照射された入射パルス２１０は、板状部材１１０の表面（界面Ａ）２０１で反射して、反射パルスＡ（２１１）が得られる。界面Ａ（２０１）を透過した入射パルス２１０の一部は板状部材１１０中を伝搬した後、板状部材１１０と検体１１１との界面Ｂ（２０２）で反射して反射パルスＢ（２１２）が得られる。なお、板状部材１１０の表面２０１とは、照射部１１７から照射されたテラヘルツ波（入射パルス）２１０が最初に到達する面のことであり、それと対向する面を裏面とする。検体１１１及び反射部材１１２についても同様である。
【００３８】
さらに、界面Ｂ（２０２）を透過した入射パルス２１０は、検体１１１中で吸収されながら伝搬した後、検体１１１と反射部材１１２の反射面２０４との界面Ｃ（２０３）において高い反射率で反射され、反射パルスＣ（２１３）が得られる。これらの反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）は、検出部１０２に到達して検出される。
【００３９】
なお、本明細書では、板状部材１１０と検体１１１との間にマッチング液が塗布されている場合でも、板状部材１１０と検体１１１とが界面Ｂ（２０２）を形成しているとする。また、検体１１１と反射部材１１２との間にマッチング液が塗布されている場合でも、検体１１１と反射部材１１２の反射面２０４とが界面Ｃ（２０３）を形成しているとする。
【００４０】
また、時間波形の測定精度を向上するために、発生部１０１で発生したテラヘルツ波２１０が、任意の位置で焦点を結べるような共焦点機構を備えていることが望ましい。または、板状部材１１０の表面（界面Ａ）２０１から反射部材１１２の裏面までの厚さが、テラヘルツ波２１０の焦点深度の範囲内であることが望ましい。
【００４１】
波形取得部１０６は、検出部１０２の検出結果を用いて時間波形を取得する。ここで取得した時間波形を図２（ｂ）に示す。検出部１０２で検出された反射パルスＡ〜Ｃ（２０１〜２０３）は、テラヘルツ波２１０、２１５の伝搬距離と伝搬した物質中の屈折率に応じて時間遅延が生じている。そのため、図２（ｂ）のように、各反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）は、検出部１０２で検出されるタイミングが異なる。
【００４２】
ここからは、情報取得部１０７が、得られた時間波形から検体１１１の情報を取得する方法について説明する。
【００４３】
波形取得部１０６は、検出部１０２が反射パルス２１５を検出した検出結果を用いて、図２（ｂ）に示したような反射パルスＡ〜Ｃ（２１２〜２１３）を含んだ時間波形を取得する。取得した時間波形は、情報取得部１０７に出力される。情報取得部１０７は、反射パルス２１５の時間波形から反射パルスＡ〜Ｃ（２１２〜２１３）それぞれに該当する時間波形を分離して、各々をフーリエ変換する。その結果、振幅スペクトルが得られ、さらに各振幅スペクトルを二乗して強度スペクトルが得られる。
【００４４】
なお、情報取得部１０７が、界面Ａ（２０１）及び界面Ｂ（２０２）それぞれの反射パルスＡ（２１１）及び反射パルスＢ（２１２）の分離を容易に行うことができるように、板状部材１１０の厚さを調整しておくと良い。例えば、反射パルスＡ（２１１）及び反射パルスＢ（２１２）のパルス幅がそれぞれ３００ｆｓである場合は、時間波形上で各々のパルスが重畳しないように、パルス間の時間差が少なくとも１ｐｓ以上であれば良い。すなわち、垂直入射の場合、板状部材１１０の屈折率が２である場合は、板状部材１１０の厚みは７５μｍ以上であれば良い。
【００４５】
また、検体１１１の情報を取得するために時間波形をフーリエ変換した場合、周波数分解能は、分離して得られた時間波形が時間軸方向に長いほど向上する。そのため、板状部材１１０の厚みが厚い程、時間波形における反射パルス２１１〜２１３同士の間隔は広がり、長い時間領域を含む形で時間波形が分離できるので、フーリエ変換後の周波数分解能が向上する。
【００４６】
入射パルス２１０の強度スペクトルをＩ１、反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）の強度スペクトルをＩＡ、ＩＢ、ＩＣとすると、（１）〜（３）式のような関係式が得られる。ここで、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣはそれぞれ界面Ａ、Ｂ、Ｃ（２０１、２０２、２０３）における反射率スペクトルである。また、αｗは板状部材１１０の吸収係数スペクトル、ｄｗ１は板状部材１１０の厚さ、αｓａｍは検体１１１の吸収係数スペクトル、ｄｓａｍは検体１１１の厚さである。
ＩＡ＝ＲＡＩ１・・・（１）
ＩＢ＝ＲＢ（１−ＲＡ）２ｅｘｐ（−２αｗｄｗ１）Ｉ１・・・（２）
ＩＣ＝ＲＣ（１−ＲＢ）２（１−ＲＡ）２ｅｘｐ（−２αｗｄｗ１）ｅｘｐ（−２αｓａｍｄｓａｍ）Ｉ・・・（３）
【００４７】
ここで、反射率スペクトルＲＡ、ＲＢ、ＲＣは、各界面を形成する各物質の複素屈折率スペクトルを用いて（４）〜（６）式で表わされる。なお、板状部材１１０、検体１１１、反射部材１１２の反射面２０４の複素屈折率スペクトルの実部（屈折率スペクトル）のそれぞれは、ｎｗ、ｎｓａｍ、ｎｍで表す。また、板状部材１１０、検体１１１、反射部材１１２の反射面２０４の複素屈折率スペクトルの虚部（消衰係数スペクトル）のそれぞれは、κｗ、κｓａｍ、κｍとする。
【００４８】
【数１】
2015083964.tif 000003
【００４９】
【数２】
2015083964.tif 000004
【００５０】
【数３】
2015083964.tif 000005
【００５１】
反射部材１１２の反射面２０４の屈折率スペクトルｎｍ及び消衰係数スペクトルκｍは、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍ及び消衰係数スペクトルκｓａｍに比べて非常に大きい。そのため、反射率スペクトルＲＣは検体１１１の複素屈折率スペクトルに依らず１に近い一定の値とみなす事ができる。
【００５２】
（１）、（２）式より板状部材１１０と検体１１１との界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを表す（７）式が得られる。なお、界面Ａ（２０１）における反射率スペクトルをＲＡ、板状部材１１０の吸収係数スペクトルをαｗ、板状部材１１０の厚みをｄｗ１とする。
【００５３】
【数４】
2015083964.tif 000006
【００５４】
（７）式より、界面Ａ（２０１）における反射率スペクトルＲＡ、板状部材１１０の吸収係数スペクトルαｗ、板状部材１１０の厚みｄｗ１が分かれば、界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを求められることが分かる。また、（２）、（３）式より、（８）式が得られる。（８）式より、検体１１１の厚みｄｓａｍは既知であれば、反射率スペクトルＲＢが分かれば、検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍを求めることができる。
【００５５】
【数５】
2015083964.tif 000007
【００５６】
ここで、光速はｃ、周波数はｆとする。検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍを求めると、（８）式より検体１１１の消衰係数スペクトルκｓａｍを求めることができる。さらに（５）式より、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを取得できる。
【００５７】
また、検体１１１の複素誘電率スペクトルの実部である誘電率スペクトルε１と虚部である誘電損失スペクトルε２と、複素屈折率スペクトルの実部である屈折率スペクトルｎｓａｍと虚部である消減係数スペクトルκｓａｍとの間に（９）式の関係が成り立つ。この（９）式を用いて検体１１１の複素誘電率スペクトルε〜を取得できる。
【００５８】
【数６】
2015083964.tif 000008
【００５９】
ここで、検体１１１の厚さは、時間波形上で反射パルスＢ（２１２）と反射パルスＣ（２１３）とを分離できる程度に厚く、検体１１１中を伝搬した反射パルスＣ（２１３）を信号として取得できる範囲である必要がある。そのため、（１０）式の範囲内であることが望ましい。
【００６０】
【数７】
2015083964.tif 000009
【００６１】
なお、（１０）式において、光速はｃ、照射するテラヘルツパルスのパルス幅はΔｔ、入射するテラヘルツ波の強度のＳ／Ｎ比はＳＮＲで表すものとする。検体１１１の厚みは、板状部材１１０と反射部材１１２との間に高さが一定の部材または複数の高さが同一の部材を挟んで空間を作り、その空間に検体１１１を配置することにより求めることができる。検体１１１は、板状部材１１０および反射部材１１２それぞれと接するように配置されるため、部材の高さを検体１１１の厚みとすることができるためである。また、検体１１１の厚みは、高さが既知の容器（不図示）に検体１１１を入れ、該容器を板状部材１１０と反射部材１１２とで挟む等の方法で取得することもできる。ただし、これらの方法に限られるものではない。取得した検体１１１の厚みは、記憶部１１９に記憶され、必要な時に情報取得部１０７に出力される。
【００６２】
上述のように、検体１１１の厚みｄｓａｍが既知である場合、情報取得部１０７は、板状部材１１０の厚みｄｗ１が分かれば（７）式より界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢが取得できる。その結果、検体１１１の光学特性を求めることができる。
【００６３】
ここで、板状部材１１０の厚みｄｗ１が測定精度に与える影響について述べる。例えば、板状部材１１０の任意の一点の厚みを、マイクロメータ等を用いて測定して、その値を（７）式のｄｗとして用いる場合について考える。図３に、検体１１１の光学特性を取得するためのフローチャートを示す。
【００６４】
装置１００が測定を開始すると、制御部１０５が、走査ステージ１０９に命令を送り、テラヘルツ波が検体１１１に照射されるように走査ステージ１０９を移動させる（Ｓ３０１）。その後、照射部１１７が、板状部材１１０を介してテラヘルツ波を検体１１１に照射し、反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）を含む反射パルス２１５を検出部１０２が検出する。波形取得部１０６は、検出部１０２の検出結果を用いて時間波形を取得する（Ｓ３０２）。情報相特部１０７は、取得した時間波形から反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）に該当する時間波形を分離して（Ｓ３０３）、各々をフーリエ変換することによって強度スペクトルＩＡ、ＩＢ、ＩＣを得る（Ｓ３０４）。
【００６５】
その後、情報取得部１０７は、（７）式から、界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを求める（Ｓ３０５）。情報取得部１０７は、記憶部１１９から検体１１１の厚みｄｓａｍの情報を取得し、（８）式から検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍ、及び、検体１１１の消衰係数スペクトルκｓａｍを求める（Ｓ３０６）。さらに、情報取得部１０７は、（５）式より、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを取得し（Ｓ３０７）、続いて、（９）式より検体１１１の複素誘電率スペクトルε〜を取得する（Ｓ３０８）。
【００６６】
上述のような方法で取得した検体１１１の光学特性は、照射位置の位置情報と関連付けられて画像形成部１０８に転送される。画像形成部１０８は、照射位置と検体１１１の光学特性とを用いて画像を形成する（Ｓ３０９）。画像形成が終了したら、測定領域の全ての測定点の測定が終了したかを確認し（Ｓ３１０）、終了していない場合にはＳ３０１に戻って走査ステージ１０９を移動して別の測定点の時間波形を取得する。全ての測定点における時間波形の取得が終了している場合は、装置１００は測定を終了する。
【００６７】
本実施形態では、画像形成部１０８が画像を形成した後に、全ての測定点を測定したかを確認しているが、これに限らず、Ｓ３０３からＳ３０８の検体１１１の情報の取得と、Ｓ３１０の確認及び走査ステージ１０９の移動とを並行して行っても良い。具体的には、Ｓ３０２で時間波形を取得した後、情報取得部１０７は、その時間波形を用いて検体１１１の情報を取得する。それと並行して、制御部１０５が、時間波形の取得が完了した信号を受け取り、必要があれば走査ステージ１０９に命令を送って照射位置を移動する。このような構成にする事で、情報取得部１０７における検体１１１の光学特性の取得と、測定点の移動及び時間波形の測定とを同時に行う事ができ測定時間が短縮できる。
【００６８】
また、検体１１１の情報として取得したい光学特性を予め設定しておき、設定した光学特性以外の光学特性を求めるステップを省略しても良い。例えば、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを求めたい場合、ステップＳ３０８の複素誘電率スペクトルε〜を取得するステップは省略できる。また、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを求めたい場合、屈折率スペクトルｎｓａｍを取得するための式を求めておき、吸収係数スペクトルαｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍの値を介さずに検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを取得しても良い。
【００６９】
本実施形態では、入射パルス２１０の照射位置を変更して、各測定点のける試料１１１の情報を用いて画像を取得している。そのため、板状部材１１０の任意の一点の厚みを取得していても、照射位置における板状部材の厚みを正確に把握できず、誤差が生じているものと考えられる。また、板状部材の厚みを測定した任意の一点についても、測定誤差が生じることがある。
【００７０】
すなわち、ステップＳ３０５で界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを取得に用いたｄｗ１と実際の各照射位置における板状部材１１０の厚みとの間には誤差Δｄｗがある。したがって、入射パルス２１０は、実際には板状部材１１０の内部を誤差Δｄｗの分だけ長く又は短く伝搬していることになる。
【００７１】
ここで、板状部材１１０の吸収係数スペクトルαｗが１ｃｍ−１程度であり、測定精度として１％程度の誤差を許容するものとすると、誤差Δｄｗは５０μｍ程度までなら、所望の測定精度を満たすことができると見積もれる。すなわち、誤差Δｄｗが５０μｍ程度までであれば、誤差Δｄｗがあることによって生じる影響は（１１）式のようにみなすことができる。
【００７２】
【数８】
2015083964.tif 000010
【００７３】
従来の方法では、同じ条件で検体１１１の情報を取得しようとする場合、１μｍ程度の誤差Δｄｗであっても、精度の良い測定は容易ではなかった。それに対して、本実施形態では、誤差Δｄｗに対する許容範囲が広く、板状部材１１０の厚さを高精度に把握しておく必要がない。
【００７４】
また、標準的な工作機械で切削により板状部材１１０を作成した場合の平行度は公差１０μｍ程度であり、許容できる誤差５０μｍよりも小さい。そのため、板状部材１１０の厚みの違いが測定精度に与える影響が小さく、平行度が標準的な機械加工の精度であれば、各照射位置について板状部材１１０の厚みを高精度に取得しておく必要がない。
【００７５】
装置１００は、板状部材１１０と検体１１１との界面Ｂ（２０２）で反射したテラヘルツ波の時間波形、及び検体１１１と反射部材１１２との界面Ｃ（２０３）で反射したテラヘルツ波の時間波形から得た強度スペクトルＩＢ、ＩＣを用いて検体１１１の情報を取得する。強度スペクトルから求められる検体１１１中を伝搬するテラヘルツ波の強度の減衰量と、検体１１１の厚みと、から板状部材１１０と検体１１１との界面の反射率スペクトルＲＢを求め、それを用いて検体１１１の情報を取得できる。したがって、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる位相の変化量を用いずに検体の光学特性を取得できる。これにより、板状部材１１０と検体１１１との界面Ｂ（２０２）における位相の変化量を用いて検体の光学特性を取得する場合と比較して、板状部材１１０の厚みの影響を受けにくい。また、板状部材１１０の厚みが一定でない場合でも、精度良い測定が可能である。
【００７６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の情報取得装置について説明する。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。本実施形態は、情報取得装置の構成は第１の実施形態と同様であるが、検体１１１の情報を取得する方法が異なる。すなわち、本実施形態の記憶部１１９は、図５のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで、各処理が行われる。図４（ａ）に検体１１１付近の拡大図を示す。
【００７７】
図４（ａ）に示す通り、本実施形態の板状部材１１０は、板状部材１１０と反射部材１１２との間に検体１１１が配置されている配置領域４０１と、反射部材１１２および検体１１１が配置されていない非配置領域４０２とを有する。そして、配置領域４０１内にテラヘルツ波を照射して得られる反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）に加え、非配置領域４０２内にテラヘルツ波を照射して界面Ａ（２０１）、Ｂ（２０２）からの反射パルスＤ（４１１）及びＥ（４１２）を測定する事が望ましい。この場合、反射パルスＤ及びＥの測定は、配置領域４０１の測定前又は測定後、測定中等のいずれかに少なくとも一回行えば良い。
【００７８】
なお、図４（ａ）の例では、非配置領域４０２において板状部材１１０の裏面には物質が配置されておらず空気となっているが、ここに空気以外の複素屈折率スペクトルが既知の物体を配置しても良い。また、非配置領域４０２にも反射部材１１２を設けて界面Ｃ（２０３）を形成しても良く、板状部材１１０と反射部材１１２との間に空気や複素屈折率スペクトルが既知の物体が充填しても良い。
【００７９】
このような構成により、検体１１１が、生体のように水分が蒸発すると乾燥して光学特性が変化してしまうものであっても、非配置領域４０２に油等を充填すれば乾燥を防止できる。
【００８０】
図５は、本実施形態において検体１１１の光学特性の取得方法のフローチャートである。本実施形態では、始めに非配置領域４０２にテラヘルツ波を照射して時間波形を取得する（Ｓ５０１）。続いて、反射パルスＤ（４１１）が検出された時刻と反射パルスＥ（４１２）が検出された時刻との時間差ｔＤＥより、（１２）式を用いて非配置領域４０２における板状部材１１０の厚みｄｗ２を取得する（Ｓ５０２）。
【００８１】
【数９】
2015083964.tif 000011
【００８２】
各反射パルスが検出された時刻及び時間差を求める方法は、ピーク位置や間隔を正確に算出するための様々な方法が知られている。代表的な方法には、デコンボルーションや、波形に最も近い曲線を回帰によって求める方法、ピーク波形にフーリエ変換を施した後に位相の時間変化を調べる方法等があり、場合に応じて適切な手法を選択する。ここでは、単純に各反射パルスに対応する時間波形の最大値が検出された時刻から時間差ｔＤＥを求める。
【００８３】
その後、反射パルスＤ（４１１）及びＥ（４１２）を時間波形上で分離し（Ｓ５０３）、各々をフーリエ変換して振幅スペクトルを取得し、各振幅スペクトルを二乗して強度スペクトルＩＤ、ＩＥを得る（Ｓ５０４）。
【００８４】
この時、入射するテラヘルツパルスの強度をＩ２とすると（１３）式及び（１４）式のような関係式が得られる。
ＩＤ＝ＲＡＩ２・・・（１３）
ＩＥ＝ＲＡ（１−ＲＡ）２ｅｘｐ（−２αｗｄｗ２）Ｉ２・・・（１４）
【００８５】
非配置領域４０２の測定が終了したら、制御部１０５は、入射パルス２１０が配置領域４０１内に照射されるように走査ステージ１０９を移動する（Ｓ５０５）。そして、照射部１１７から配置領域４０１内の測定点に入射パルス２１０を照射して、検出部１０２が反射パルス２１５を検出する、波形取得部１０６は、検出部１０２の検出結果を用いて時間波形を取得する（Ｓ５０６）。
【００８６】
測定精度を向上するために積算回数を増やす場合は、配置領域４０１の測定時と非配置領域４０２の測定時とで、入射パルス２１０の強度が変化してしまう事がある。そのため、本実施形態では。入射パルスの強度Ｉ１及びＩ２が異なっていると仮定する。そのような場合でも反射パルスＤ（４１１）及びＥ（４１２）の強度スペクトルＩＤ、ＩＥを取得すれば、入射パルス２１０の強度の変動をキャンセルした界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを求めることができる。反射率スペクトルＲＢは、（１）、（２）、（１３）、（１４）式より次の（１５）式で表わされる。
【００８７】
【数１０】
2015083964.tif 000012
【００８８】
ここで、板状部材１１０は、テラヘルツ波に対して高透過性で、αｗが１ｃｍ−１程度の材料であるとする。この場合、測定精度として１％程度の誤差を許容するのであれば、第１の実施形態と同様に、配置領域４０１における板状部材１１０の厚みｄｗ１と非配置領域４０２における板状部材１１０の厚みｄｗ２との差は５０μｍ程度までなら無視できる。すなわち、（１５）式の右辺の、板状部材１１０によるテラヘルツ波の吸収の効果は、次の（１６）式のようにみなすことができる。
【００８９】
【数１１】
2015083964.tif 000013
【００９０】
そのため、第１の実施形態と同様に、板状部材１１０が標準的な機械加工の精度で作成されていれば、板状部材１１０の厚みが、検体１１１の情報の取得精度に与える影響は小さい。そのため、先行文献１のような方法で検体１１１の情報を取得する場合に比べて、板状部材１１０の厚さの違いが測定精度に与える影響が軽微であると言える。そこで、情報取得部１０７は、（１５）、（１６）式を用いて反射率スペクトルＲＢを取得する（Ｓ５０９）。
【００９１】
その後、情報取得部１０７は、第１の実施形態と同様の方法で、求めた反射率スペクトルＲＢを用いて検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍを求める（Ｓ５１０）。さらに、情報取得部１０７は、検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍや複素誘電率スペクトルε〜を取得する（Ｓ５１１、Ｓ５１２）。その後、画像形成部１０８は、取得した各種光学特性に基づいて、画像を形成し（Ｓ５１３）、その後、制御部１０５が、全ての測定点の測定が完了したかを確認する（Ｓ５１４）。測定が完了していない場合には、ステップＳ５０５に戻って前述の動作を繰り返す。
【００９２】
このように、本実施形態の装置１００によれば、検体１１１の厚みと検体１１１中を伝搬するテラヘルツ波の強度の減衰量から板状部材１１０の検体１１１との界面の反射率スペクトルＲＢを求め、それを用いて検体１１１の情報を取得できる。すなわち、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる位相の変化量を用いずに検体の光学特性を取得できる。
【００９３】
また、板状部材１１０の厚みが未知の場合でも、非配置領域４０２を少なくとも一回測定して得られた時間波形から板状部材１１０の厚みを求め、検体１１１の情報を取得できる。この時、板状部材１１０の平行度が標準的な機械加工によって起こる程度の誤差であれば、照射位置ごとに板状部材１１０の厚みが異なる場合でも、検体１１１の情報を精度良く取得することができる。
【００９４】
なお、本実施形態では、情報取得部１０７は、（１５）式を用いて反射率スペクトルＲＢを求めているが、（１２）式を用いて板状部材１１０の厚みを求めた後は、第１の実施形態の（７）式を用いて反射率スペクトルＲＢを用いても良い。
【００９５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態として、検体１１１の厚さが未知である場合の検体１１１の情報の取得方法について説明する。本実施形態の情報取得装置の構成は第１の実施形態の装置１００と同様である。本実施形態の装置１００の記憶部１１９には、図６のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで、各処理が行われる。
【００９６】
図６は、本実施形態において検体１１１の光学特性を取得する為のフローチャートである。図６において、反射率スペクトルＲＢを取得するまでの動作（Ｓ６０１〜Ｓ６０５）は、第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ６０５の反射率スペクトルＲＢの取得を行ったら、情報取得部１０７は、検体１１１はテラヘルツ波の吸収が無い、すなわち消衰係数がゼロであると仮定して、（５）式に基づいて仮の検体１１１の屈折率スペクトルを求める（Ｓ６０６）。続いて、情報取得部１０７は、仮の検体１１１の屈折率スペクトルと図２（ｂ）における反射パルスＢ（２１２）、Ｃ（２１３）の時間差とを用いて、（１７）式より仮の検体１１１の厚みを取得する（Ｓ６０７）。なお、光速はｃ、時間波形上における反射パルスＢ（２１２）の時間波形と反射パルスＣ（２１３）の時間波形との時間差はｔＢＣである。
【００９７】
【数１２】
2015083964.tif 000014
【００９８】
次に情報取得部１０７は、仮の検体１１１の厚みを用いて、第一の実施形態と同様に（８）式から検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍを求め（Ｓ６０８）る。この消衰係数スペクトルκｓａｍを用いて再度検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを求める（Ｓ６０９）。さらに、ステップＳ６０６で取得した仮の屈折率スペクトルをＳ６０９で取得した屈折率スペクトルｎｓａｍに置き換えて計算を行う。計算は、検体１１１の複素屈折率スペクトル（屈折率スペクトルｎｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍ）及び検体１１１の厚みの値が収束するまで順次繰り返し行う。
【００９９】
検体１１１の複素屈折率スペクトルと厚みの値が収束したことをＳ６１０で確認したら、情報取得部１０７は、収束した複素屈折率スペクトルおよび検体１１１の厚みｄｓａｍを用いて、第１の実施形態のステップＳ３０８〜Ｓ３１０と同様の動作を行う。これにより、情報取得部１０７は、検体１１１の情報を取得する。
【０１００】
以上の構成によれば、装置１００は、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる位相の変化量を用いずに検体の光学特性を取得できる。また、照射位置ごとの検体１１１の厚みが未知であっても、収束計算を利用することにより、検体１１１の厚み及び検体１１１の情報を取得することができる。
【０１０１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態として、検体１１１の厚さが未知である場合に検体１１１の情報を取得方法について、第３の実施形態と異なる方法を説明する。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。本実施形態の情報取得装置の構成は、第１の実施形態の装置１００と同様である。本実施形態の装置１００の記憶部１１９には、図７のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで、各処理が行われる。
【０１０２】
本実施形態では、第二の実施形態と同様に、板状部材１１０は、配置領域４０１と非配置領域４０２とを有する。測定機構１２０は、配置領域４０１に入射パルス２１０を照射して反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）の時間波形（図４（ｂ））を取得する。さらに、非配置領域４０２に入射パルス２１０を照射して反射パルスＤ（４１１）、Ｅ（４１２）の時間波形（図４（ｃ））を取得する。反射パルスＤ（４１１）、Ｅ（４１２）の測定は、配置領域４０１を測定する前に少なくとも一回測定しておくことが望ましい。
【０１０３】
図７に、本実施形態における検体１１１の光学特性を取得する方法のフローチャートを示す。まず、第２の実施形態と同様の手順で界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを取得する（Ｓ７０１〜Ｓ７０９）。次に、情報取得部１０７は、検体１１１はテラヘルツ波の吸収が無い、すなわち消衰係数がゼロであると仮定して、（５）式に基づいて仮の検体１１１の屈折率スペクトルを求める（Ｓ７１０）。続いて、仮の検体１１１の屈折率スペクトル及び図４（ｂ）における反射パルスＢ（２１２）の時間波形と反射パルスＣ（２１３）の時間波形との時間差を用いて、仮の検体１１１の厚みを取得する（Ｓ７１１）。その後、情報取得部１０７は、（８）式から検体１１１の吸収係数スペクトルαｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍを求め（Ｓ７１２）、この消衰係数スペクトルκｓａｍを用いて再度検体１１１の屈折率スペクトルｎｓａｍを求める（Ｓ７１３）。
【０１０４】
続いて、情報取得部１０７は、ステップＳ７１３で求めた屈折率スペクトルｎｓａｍの値を、ステップＳ７１１で用いた仮の屈折率スペクトルと置き換えて、ステップＳ７１１〜Ｓ７１３の計算を行う。この計算は、検体１１１の厚み及び複素屈折率スペクトル（屈折率スペクトルｎｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍ）の値が収束するまで繰り返し行う。
【０１０５】
検体１１１の複素屈折率スペクトル及び厚みの値が収束したことをステップＳ７１４で確認したら、それ以降は第１の実施形態のステップＳ３０８〜Ｓ３１０と同様の動作を行う。これにより、情報取得部１０７は、検体１１１の情報を取得できる。
【０１０６】
以上の構成によれば、本実施形態の装置１００は、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる位相の変化量を用いずに、検体１１１の情報を取得できる。また、検体１１１の厚みが未知であっても、非配置領域４０２の測定と収束計算を併用する事により、検体１１１の厚み及び検体１１１の情報を取得できる。したがって、平面方向のイメージングを行う場合に板状部材１１０の厚みや検体１１１の厚みが一定でなくても、そのばらつきを許容し、検体１１１の光学特性を精度良く取得できる。
【０１０７】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。本実施形態の情報取得装置の構成は、第１の実施形態の装置１００と同様である。本実施形態では、前述の各実施形態に記載の情報取得方法に、測定精度をさらに向上するための工程を追加する。具体的には、前述の各実施形態に記載の方法で取得した検体１１１の情報や厚み等を用いて時間波形の再構成を行い、再構成によって得られた時間波形と測定によって得られた時間波形との比較を行う。そして、２つの時間波形の差分が小さくなるように検体１１１の情報や厚み等を変更することにより、取得した情報の精度を向上させる。本実施形態の装置１００の記憶部１１９には、図８のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで、各処理が行われる。
【０１０８】
まず、波形取得部１０６が、検出部１０２が反射パルス２１５を検出した検出結果を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得する（Ｓ８０１）。情報取得部１０７は、取得した時間波形から前述の第１から第４の実施形態に記載の方法で検体１１１の情報や厚みｄｓａｍ等を取得する（Ｓ８０２）。その後、情報取得部１０７は、取得した検体１１１の情報や厚みｄｓａｍを用いて、時間波形を再構成する（Ｓ８０３）。ここでは、検体１１１の複素屈折率スペクトル（屈折率スペクトルｎｓａｍと消衰係数スペクトルκｓａｍ）と厚みｄｓａｍを用いて時間波形を再構成する。
【０１０９】
次に、情報取得部１０７は、再構成によって得られた時間波形と測定によって得られた時間波形とを比較し、その差分を検出する（Ｓ８０４）。比較する対象は、例えば、反射パルスＢに対する反射パルスＣ（２１３）の遅延時間や、各反射パルス（２１１〜２１３のピーク値や形状等が挙げられるが、これらに限られるものではない。次にステップＳ８０５に進み、２つの時間波形の間の差分が収束したかを判断する。差分が収束していない場合は、情報取得部１０７は、検体１１１の複素屈折率スペクトル及び厚みｄｓａｍの少なくとも１つについて、その差分が減少するように設定し（Ｓ８０６）、ステップＳ８０３に戻って時間波形の再構成及び比較を行う（Ｓ８０４）。
【０１１０】
情報取得部１０７は、再構成された時間波形と測定された時間波形との差分が収束するまで、上述のステップＳ８０３〜Ｓ８０６の動作を行う。ステップＳ８０５で差分が収束したことを確認したら、ステップ８０７に進む。以降のステップＳ８０７〜Ｓ８０９は、第１の実施形態のステップＳ３０８〜Ｓ３１０と同様である。
【０１１１】
本実施形態の情報取得装置によれば、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる位相の変化量を用いずに検体の光学特性を取得できる。また、時間波形の再構成と測定によって得られた時間波形とを比較し、両者の差が小さくなるように収束計算を行う事により、検体１１１の情報をさらに精度良く取得できる。また、周波数分解能の高い検体１１１の光学特性を取得する事ができる。
【０１１２】
（第６の実施形態）
第６の実施形態として、板状部材１１０の変形例である板状部材９１０について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の板状部材９１０の構成図である。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。情報取得装置の構成は、第１の実施形態と同様である。
【０１１３】
本実施形態の板状部材９１０は、その表面、すなわち界面Ａ（２０１）に反射防止膜９０１を備えている。反射防止膜９０１の材料及び構造は、板状部材１１０の屈折率を鑑み、適切な屈折率と厚みを持った層が少なくとも２層以上積層された多層膜でも良いし、テラヘルツ波２１０の波長以下の微細な凹凸構造からなる構造体でも良い。
【０１１４】
板状部材１１０を上述のような板状部材９１０に変更することで、板状部材９１０の表面でテラヘルツ波２１０が反射するのを抑え、検体１１１により強度の高いテラヘルツ波２１０を照射することができる。また、板状部材９１０内での多重反射を軽減することができる。そのため、検体１１１の情報をより精度良く求めることができる。
【０１１５】
（第７の実施形態）
第７の実施形態では、装置１００を用いて材料の判別を行う。材料の判別とは、具体的には、プラスチック材料の種類による判別、同一のプラスチック材料に含有される添加剤の違いに応じた判別等のことで、例えば、プラスチックのリサイクル、プラスチックの製造工程のモニタリング等のために利用できる。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
【０１１６】
リサイクルを行うためのプラスチックの判別を例に取り説明する。プラスチックのリサイクルにおいては、プラスチック材料の種類の違いに応じて分別する事に留まらず、同一種類のプラスチック材料であっても、添加剤の違いに応じて分別することが必要な場合がある。これは、プラスチック材料が同一であっても、添加剤の違いによる分別を行わずにリサイクルをすると、元の物性を発現できないことがあるためである。そのため、リサイクルのための処理を行っても、リサイクル後の使用用途によっては再利用することができないことがある。
【０１１７】
プラスチックに含まれている添加剤の量は微小であるため、プラスチックの光学特性等の情報を高精度に取得することが求められる。そこで、プラスチックを検体１１１として装置１００で情報を取得すれば、プラスチックの情報を高精度に取得する事ができる。その結果を用いて、プラスチック材料の分別、及び、同一材料における添加剤の違いに応じた分別を行うことができる。
【０１１８】
（第８の実施形態）
第８の実施形態では、装置１００を用いて生体組織、食品、及び、薬剤等に含まれる水分の結合状態の違いを識別する。本実施形態では、上述したような生体組織、食品、及び、薬剤等、水分を含む物質を検体１１１として用いる。このような検体１１１中の水分には、その物質のバルク中に含まれる水と同様の物性を示す自由水と、物質と弱く水素結合している結合水と、がある。自由水と結合水とは、結合状態が異なるため、その結合状態の違いに応じて物質中での働きが異なる。また、検体１１１の状態に応じて自由水および結合水の含有量が異なることがある。
【０１１９】
例えば、生体組織中であれば、癌細胞における自由水と結合水との割合と、正常細胞における自由水と結合水との割合と、は異なる。そのため、水の結合状態の違いを識別できれば、自由水と結合水の含有量の違い等の組成の違いから生体組織中の癌細胞を識別できる可能性がある。また、食品においては、自由水は微生物の繁殖に利用される。それに対し、結合水は食品の成分であるタンパク質や炭水化物と結合しており、微生物の繁殖には利用されないことが分かっている。また、薬剤、特に軟膏剤においては、自由水の割合が多いとすぐに乾燥してしまい、品質劣化につながる。
【０１２０】
水の結合状態の識別に関わる情報の一部は、テラヘルツ波の周波数帯域、特に１．２ＴＨｚ以下の周波数帯域に含まれている。水の結合状態の識別に関わる情報とは、例えば、１．２ＴＨｚ以下の周波数帯域の複素誘電率等が挙げられる。そのため、装置１００を用いて検体１１１の情報を取得することにより、その検体１１１の情報を用いて水の結合状態の識別を行うことができる。装置１００は、位相の変化量を用いずに、検体１１１の情報を高精度に取得できるため、水の結合状態の識別に有用である。
【０１２１】
（実施例１）
第１の実施形態について、より詳細に説明する。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。情報取得装置の構成は、第１の実施形態の装置１００と同様である。
【０１２２】
板状部材１１０は、ｚ面でカットした水晶（ｚ−ｃｕｔ水晶）を材料に用いて作成した。ｚ−ｃｕｔ水晶は、吸収が無視できる程度にテラヘルツ波に対して透明な材料である。板状部材１１０の厚みは約１ｍｍ、平行度は標準的な機械加工精度の１０μｍのものを使用した。また、ｚ−ｃｕｔ水晶のテラヘルツ領域における複素屈折率スペクトルは、予め別の測定装置で取得した。
【０１２３】
検体１１１には、グリセリンを用いた。反射部材１１２は、Ｓｉウエハー上に導電性材料である反射面２０４としての金薄膜を蒸着したものを用いた。板状部材１１０上に厚みが１ｍｍの枠を配置し、枠内にグリセリンを滴下して満たした。最後に、反射部材１１２を枠上に配置し、板状部材１１０と反射部材１１２と枠とに囲まれた領域がグリセリンで満たされている状態にした。
【０１２４】
発生部１０１で発生したテラヘルツ波２１０は、ｚ−ｃｕｔ水晶を用いて作成した板状部材１１０を介して、検体１１１であるグリセリンに照射した。入射パルス２１０の照射位置は、制御部１０５が走査ステージ１０９を移動させることにより調整した。照射位置毎に、光学遅延部１０３を１μｍずつ移動しながら、検出部１０２で反射パルス２１５を検出した。その際、検出部１０２は、反射パルス２１５を合計１６３８４点検出し、遅延時間にして１０９ｐｓ程度のテラヘルツ波を検出した。波形取得部１０６は、検出部１０２の検出結果から時間波形を取得した。
【０１２５】
図１０は、本実施例の検体１１１の時間波形を示す。反射パルスＡ（２１１）は、板状部材１１０であるｚ−ｃｕｔ水晶の表面（界面Ａ）２０１での反射波、反射パルスＢ（２１２）は、板状部材１１０と検体１１１との界面Ｂ（２０２）での反射波である。反射パルスＣ（２１３）は、検体１１１と反射面２０４との界面Ｃ（２０３）での反射波である。
【０１２６】
続いて、情報取得部１０７は、得られた反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）それぞれを時間波形上で分離した。分離の際は、時間波形上で反射パルスのピーク値を中心に２０４８点毎、遅延時間にして約１３．６ｐｓ毎に切り出しを行った。切り出した時間波形をそれぞれフーリエ変換して得られた振幅スペクトルを二乗することで、各反射パルスＡ〜Ｃ（２１１〜２１３）に対応した強度スペクトルＩＡ、ＩＢ、ＩＣを得た。
【０１２７】
界面Ａ（２０１）での反射率ＲＡは、板状部材１１０としてのｚ−ｃｕｔ水晶の複素屈折率スペクトルから事前に得られており、０．１ＴＨｚ以上４ＴＨｚ以下の周波数帯において０．１２７程度であった。また、ｚ−ｃｕｔ水晶の吸収は、０．１［ｃｍ−１］程度で、かつ、板状部材１１０の厚みのばらつきは１０μｍ程度であった。そのため、（７）式における厚みのばらつきの影響は無視することができる。したがって（７）式を用いて界面Ｂ（２０２）における反射率スペクトルＲＢを取得した。その結果、０．１ＴＨｚ以上３ＴＨｚ以下の周波数帯において、０．００６〜０．０４の範囲の値が得られた。
【０１２８】
情報取得部１０７は、反射率スペクトルＲＢを用いて（８）式より、グリセリンのテラヘルツ領域における吸収係数αｓａｍを求めた。吸収係数スペクトルαｓａｍは、高周波側に向けて概ね単調に増加し、０．１ＴＨｚ以上２ＴＨｚ以下の周波数帯において１０〜２００［ｃｍ−１］の範囲であった。なお、２ＴＨｚより高周波側の吸収係数スペクトルαｓａｍは、グリセリンの吸収による減衰のため、信号を確認できなかった。
【０１２９】
また、情報取得部１０７は、吸収係数スペクトルαｓａｍから複素屈折率スペクトルの虚部である消衰係数スペクトルκｓａｍを取得し、（５）式よりグリセリンの複素屈折率スペクトルの実部である屈折率スペクトルｎｓａｍを取得した。屈折率スペクトルｎｓａｍは、０．１ＴＨｚ以上２ＴＨｚ以下の周波数帯において、概ね単調に減少し１．７〜２．０の範囲の値を得た。また、（９）式を用いて０．１〜２ＴＨｚにおける複素誘電率スペクトルε〜を取得した。
【０１３０】
（実施例２）
上述の実施形態について、より詳細に説明する。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。情報取得装置の構成及び情報取得方法は、第１の実施形態と同様である。
【０１３１】
板状部材１１０は、実施例１と同様にｚ−ｃｕｔ水晶を用いた。検体１１１として、添加剤の異なる４種のＡＢＳ樹脂板を用いた。それぞれのＡＢＳ樹脂板の寸法は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍである。検体１１１が固体である場合には、板状部材１１０と検体１１１との間（界面Ｂ）２０２、反射部材１１２と検体１１１との間（界面Ｃ）２０３に空気が入ってしまい、正確に測定できないことがある。そのような場合は、界面にテラヘルツ波に対して吸収が少なく蒸発しにくい液体を塗布し貼り合わせる方法がある。本実施例では、リノール酸を３μｌ滴下し、界面Ｂ（２０２）、界面Ｃ（２０３）に空気が入らないようにした。
【０１３２】
ここで、リノール酸の厚さは、目安として照射するテラヘルツ波の波長の１／２０以下の厚さであれば、測定結果に影響を与えない。本実施形態では、板状部材１１０と検体１１１と反射部材１１２とを重ね合わせた後のリノール酸の厚さは、１０μｍ以下であった。
【０１３３】
プラスチックは、同じ原料の樹脂板であっても添加剤に違いによりテラヘルツ波領域の屈折率スペクトルが異なる。本実施例の４種のＡＢＳ樹脂板の０．５ＴＨｚ以上３ＴＨｚ以下における屈折率は、１．６２〜１．６８の範囲内で、添加剤の違いによる屈折率差は０．００２程度である。これらを見分けるためには、屈折率の測定誤差を±０．００１以下にする必要があり一般的に高精度な測定を要する。
【０１３４】
本実施例の情報取得装置によれば、位相の変化量を用いずに検体の情報を取得できるため、テラヘルツ波が板状部材１１０を伝搬することによって生じる測定誤差を低減できる。そのため、同一のプラスチック材料における添加剤の違いを判別する装置として有用である。
【０１３５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１３６】
例えば、本明細書において、屈折率スペクトルや消衰係数スペクトルのようなスペクトルとは、複数の周波数における光学特性を示すもので、上述の実施形態では各種光学特性のスペクトルを検体の情報として取得している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、任意の周波数について検体の情報を求めても良い。
【０１３７】
また、遅延光学部１０３は光源１０４から発生部１０１までの超短パルスレーザの光路長を変更しているが、光源１０４から検出部１０２までの光路長を変更する構成でも良い。
【０１３８】
なお、本発明は例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能である。また、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、一つの機器からなる装置に適用しても良い。
【０１３９】
また、本発明はソフトウェアのプログラムをシステム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによって前述した実施形態の機能が達成される場合を含む。この場合、供給されるプログラムは実施形態で図に示したフローチャートに対応したコンピュータプログラムである。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。
【０１４０】
つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。
【０１４１】
コンピュータプログラムを供給するためのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ等でも良い。また、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ）などでも良い。
【０１４２】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムをハードディスク等の記憶媒体にダウンロードすることが挙げられる。この場合、ダウンロードされるプログラムは、圧縮され自動インストール機能を含むファイルであっても良い。また、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１４３】
１０２  検出部
１０７  情報取得部
１１０  板状部材
１１２  反射部材
１１７  照射部
２０４  反射面
２１０  テラヘルツ波（入射パルス）
２１５  テラヘルツ波（反射パルス）
【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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