(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
30GHz〜30THzの周波数領域の内、少なくとも該周波数領域の一部を含む電磁波を用いて対象物である検体に関する情報を取得するための装置であって、
不純物がドープされ誘電率の実部が前記電磁波に対して負である半導体の導電体部と、
前記電磁波を発生させて前記導電体部に結合させる結合手段と、
前記電磁波を前記導電体部に相互作用させた後に検出する検出手段と、
を備えており、
前記導電体部の表面には、回折格子が形成されており、
前記導電体部は、前記電磁波の前記回折格子への入射角と前記検体の屈折率と要求される感度を考慮して不純物ドープ量を設定して前記電磁波に対する誘電率を調整して感度を最適化した半導体であり、
前記検出手段は、前記導電体部の表面における表面プラズモン共鳴の発生状態の、前記検体を前記導電体部上又はその近傍に配置したことによる変化を検出し、
前記結合手段と前記検出手段とは、前記導電体部に対して同じ側に配置され、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記情報を取得することを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記結合手段は、前記導電体部の形成された主面に対して一定の入射角を保って前記電磁波を照射して前記導電体部に結合させ、
前記検出手段は、前記導電体部により一定の反射角で反射された電磁波を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記結合手段は、前記導電体部の形成された主面に対して複数の入射角で前記電磁波を照射して前記導電体部に結合させ、
前記検出手段は、入射角に対応して複数の反射角で前記導電体部により反射された電磁波を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記回折格子は、２次元アレイ状の格子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記導電体部を含む電磁波を伝播させるための伝送路を備えて、前記結合手段と前記検出手段は、それぞれ、前記伝送路に電磁波を結合する手段と前記伝送路からの電磁波を検出する手段であることを特徴とする請求項１または４に記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記検体を前記導電体部上又はその近傍に保持するための検体保持部として、検体の供給を制御できる流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にミリ波からテラヘルツ波領域（30GHz〜30THz）内の周波数領域を含む電磁波を用いて対象検体について物性等の情報を得るためのセンシング装置、およびセンシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波からテラヘルツ波領域（30GHz〜30THz）にかけた電磁波（以下、テラヘルツ波とも言う）を用いた非破壊なセンシング技術が開発されてきている。この周波数帯の電磁波の応用分野として、X線に代わる安全な透視検査装置を用いてイメージングを行う技術が開発されている。また、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて結合状態などの物性を調べる分光技術、生体分子の解析技術、キヤリア濃度や移動度を評価する技術なども開発されている。
【０００３】
また、従来、THz発生手段の一例として、基板上に成膜した光伝導膜に、電極を兼ねたアンテナを備えた光伝導素子が好適に用いられている（特許文献1参照）。その構成例を図9に示す。基板130は、例えば、放射線処理したシリコン・オン・サファイア構造であり、光伝導材料であるシリコン膜がサファイア基板上に成膜されたものになっている。一般には、光伝導膜として、GaAs基板に低温で成長したLT-GaAsが用いられることも多い。基板表面に形成されたダイポールアンテナ138は、1対のダイポール給電線138aおよび138b、一対のダイポール腕部139aおよび139bからなる。光パルスは間隙133に集光され、間隙133間に電圧が印加されていればTHzパルスが発生する。間隙133間に電圧を印加せずに光電流を検出すれば、THzパルスの検出を行うことができる。ここでは、検出器132として構成されており、電流増幅器134で光電流を検出している。基板レンズ136は、基板130に閉じ込まる電磁波のスラブモード（基板モード）から自由空間への放射モードに結合させる役割とともに、空間での電磁波伝播モードの放射角を制御する役割を有する。この様な空間伝播のTHz波を用いて、対象物体との相互作用により物体の調査を行うことができる。
【０００４】
上記構成は、空間に置かれた検体をセンシングするための例であるが、光伝導素子として機能する半導体薄膜と、発生した電磁波を伝播させる伝送路を1つの基板上に集積化させた小型の機能デバイスも提案されている（非特許文献1参照）。図10にその平面図を示す。基板160上に形成した高周波伝送路165および163の一部に、LT-GaAsで構成した光伝導素子のエピタキシャル層だけの薄膜を転写した構造164を備える。この構成ではSi基板160上に絶縁体樹脂を挟む様に形成したマイクロストリップ線路があり、線路の一部にギャップを生じさせて、そのギャップ下部にのみLT-GaAs薄膜を配置した構造164となっている。基板160表面側より、空間伝播によってレーザ光を金属ライン161および165のギャップに照射して、発生したTHz電磁波を伝送路に伝播させるような駆動を行っている。その伝送路上において、調べたい検体167を共鳴構造としてのフィルタ領域166に塗布した場合に、伝播状態の変化をEO結晶を用いて部分162より検出することで検体167の物性を調べることができる。この様な伝送路を用いた方式では検体とテラヘルツ波との相互作用の割合が増えるため、上記の空間伝播の方式に比べて検体量を減らすことができる。
【特許文献１】特開平10-104171号公報
【非特許文献１】AppliedPhysics Letters, vol.80, p.154,2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献1に開示された方法は、検体に対するテラヘルツ波の伝播状態の変化量が小さい。従って、上記の空間伝播の方式に比べれば検体量を減らせるものの、まだ比較的多くの検体量を必要とする場合があり、感度を向上させるには電磁波の強度を強くする必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明のセンシング装置は、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数領域を含む電磁波を用いて対象物である検体に関する情報（物性、存否、変化など）を取得するための装置である。そして、不純物がドープされ誘電率の実部が前記電磁波に対して負である半導体の導電体部と、前記電磁波を発生させて前記導電体部に結合させる結合手段と、前記電磁波を前記導電体部に相互作用させた後に検出する検出手段を少なくとも備えている。更に、前記導電体部の表面には、回折格子が形成されており、前記導電体部は、前記電磁波の前記回折格子への入射角と前記検体の屈折率と要求される感度を考慮して不純物ドープ量を設定して前記電磁波に対する誘電率を調整して感度を最適化した半導体であり、前記検出手段は、前記導電体部の表面における表面プラズモン共鳴の発生状態の、前記検体を前記導電体部上又はその近傍に配置したことによる変化を検出し、前記結合手段と前記検出手段とは、前記導電体部に対して同じ側に配置され、前記検出手段の検出結果に基づいて前記情報を取得する。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明のセンシング方法は、30GHz〜30THzの周波数領域内の周波数領域を含む電磁波を用いて対象物である検体に関する情報を取得するためのセンシング方法である。そして、その一部または近傍に周期的構造が配置された導電体部の近傍に検体を保持し、導電体部に電磁波を結合させて相互作用させ、前記相互作用させた後の電磁波を検出する。更に、この検出に基づいて、検体が保持された部分の近傍に表面プラズモン共鳴が発生する条件の検体による変化を検出して、検体に関する情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周期的構造を用いるので、電磁波を効率良く結合させ、また検体との相互作用も増大させることができて、比較的少量の検体でも感度を向上させられるセンシング装置及びセンシング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の原理を説明し、そして本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００１０】
本発明では、例えば、金属や半導体に形成した回折格子を用いてテラヘルツ波を所望の領域に結合、伝播させることで、結合効率を向上させるとともに、表面プラズモン共鳴を発生させて検体の物性などの情報を感度良く検出する様にしている。
【００１１】
表面プラズモン共鳴とは、金属等の導電体（誘電率ε1）とその他の媒質（誘電率ε2）が面で接しているとき、その界面にエバネッセント波が局在する場合に起こる次の様な現象である。すなわち、例えば、x軸方向に次式（1）の関係が満たされた場合に、（1）式で示す波数Kxを持つ導電体中のキャリアの粗密波が電磁波と共鳴して伝播する現象である。
Kx=ω/c×√[ε1ε2／（ε1＋ε2）]  （1）
ここで、ωは電磁波の角周波数、cは真空中の光速である。
【００１２】
この表面プラズモンが発生する場合には表面付近に電力が集中し（増強効果）、その近傍においた誘電体の状態を敏感に検知することができ、表面プラズモンセンサとして可視光から近赤外領域において化学センサとして実用化されている。
【００１３】
本発明では、これをテラヘルツ帯（30GHz〜30THz）のセンサとして利用するもので、典型的には、伝送路状に形成した導電体表面に表面プラズモンを発生させるために、導電体表面に回折格子を設けてエバネッセント波を発生させる。導電体としては、不純物がドープされたSi、GaAs、InAsなどの半導体が好適に用いられる。
【００１４】
波数ｋiを持つ電磁波が、格子ピッチΛの回折格子（周期的構造）に入射角θで入射した場合、m次回折光がエバネッセント波となって表面プラズモン共鳴を起こすことが可能であり、そのとき次の関係を満たせばよい。
Kx＝ki・sinθ＋m・2π/Λ    （2）
【００１５】
したがって、入射するテラヘルツ波の波長、入射角に対して、表面プラズモンを発生させる回折格子ピッチ（周期的構造のピッチ）を（2）式より決定することができる。ただし、入射するテラヘルツ波は、導電体の面に対して垂直の電界成分を含む電磁波でなければならない。すなわち、好ましくは、p偏光（テラヘルツ波の入射と反射が作る面に平行な電界成分を持つ電磁波）であることがよい。
【００１６】
ここで、導電体表面において、伝播光ではなくエバネッセント波が存在するためには、一般に導電体の誘電率の実部が、使用する電磁波に対して負、すなわち導電体のプラズマ周波数以下の周波数の電磁波である必要がある。テラヘルツ帯では金属の誘電率の実部は-1×105〜-1×106であることが知られているので、使用することができる。一方、半導体においては不純物ドープすることで可変な自由キャリアを導入することができ、ドルーデの式に基づけばその誘電率の実部は、次式で表される。
【００１７】
【数３】
0004726212.tif 000002
【００１８】
ただし、ε∞は背景誘電率、γ-1は現象論的緩和時間である。プラズマ周波数ωpは自由キャリア濃度ne、有効質量meff、真空の誘電率ε0を用いて、次式で表される。
【００１９】
【数４】
0004726212.tif 000003
【００２０】
（3）、（4）の関係から半導体ドープ量を制御すれば、テラヘルツ領域において誘電率の実部を負にすることができることが分かる。テラヘルツ帯の場合は、ドルーデ分散から、周波数にもよるが、キャリア濃度がおよそ1017cm-3以上の半導体の場合には誘電率の実部が負となって表面プラズモンが発生し得る。
【００２１】
ところで、表面プラズモンセンサとして用いるときに、回折格子（周期的構造）を伴う場合の入射角θにおける誘電率ε2の媒質の屈折率をnaとしたときの共鳴条件の角度変化の感度の式は、次式で表される。
【００２２】
【数５】
0004726212.tif 000004
【００２３】
したがって、入射角θと導電体の誘電率ε1との関係で感度の最適化を行えばよいことが分かる。金属を用いた場合には、ε1が非常に大きいため、naだけに依存する式となる。一方、半導体であれば上記の様にε1を制御し得るため、（5）式より最適なキャリアドープ量を設定することができる。
【００２４】
この様に、本発明においては、伝送路などを構成する導電体の一部または近傍に周期的な構造を形成して、例えば、電磁波の特定の入射角或いは特定の周波数において表面プラズモン共鳴が発生する様に設計して構成したことを特徴とする。また、その周期的な構造の近傍に検体を配置することで、検体の誘電率等の物性定数による変化を共鳴状態の変化として検出して、従来よりも少量の検体で感度を向上させることを特徴としている。また、回折格子（周期的構造）を用いた共鳴状態の場合には外部から入射したテラヘルツ波を効率良く結合させることができるため、外部に発振源を設ける構成も可能である。こうした場合、結合効率を高くするために上記非特許文献1の様に光伝導素子を集積化させる方式にする必要が無いので、作製工程が多くコストが増大するという課題が解決される。
【００２５】
本発明による回折格子型の表面プラズモンセンサの一実施形態を図1に示す。本実施形態では、基板1として表面に酸化層（不図示）を形成した熱酸化Siを用い、表面には幅1mmのAu線路2を形成してある。このAu線路2には、ピッチが200μmで深さが100μmの回折格子15が形成されている。テラヘルツセンシング系は時分解スペクトル(TDS)法を用いている。ここでは、チタンサファイアを用いたフェムト秒レーザ7からの光をハーフミラー9によって2つに分け、一方をポンプ光としてLT-GaAsによる光伝導スイッチ素子4に照射し、もう一方はプローブ光として同様の光伝導スイッチ素子5に照射することで構成する。光伝導スイッチ素子4からはテラヘルツパルスが発生し、レンズ6a、6bでビーム調整後にAu伝送路2に入射角θで照射され、反射角θで反射したテラヘルツ波はレンズ6c、6dで検出用光伝導スイッチ素子5に導いて検出する。プローブ光側の光については遅延光学系8で遅延量を変化させることで、テラヘルツパルス波形を計測することができる。なお、10、11、12はミラーである。
【００２６】
このとき、検体3の屈折率を1.5（通常、ここで検査しようとしている有機系の検体は、屈折率が1.5から2.0程度であるものが多い）とすれば、金属の誘電率の実部ε1は非常に大きいため、上記（1）式の右辺はω/c√ε2≒ωna/cで近似される。そして、入射角を20°とすれば上記（2）式の条件からm=−1次モードであれば、約745GHzのときに表面プラズモン共鳴が起こる。この場合、検体3の誘電率が変化すれば、おおよそ1/√（Δε）の割合で共鳴周波数がシフトすることになる。この割合については、必ずしも感度が高くないが、指紋スペクトル付近であれば、検体3のΔεが大きく変動することを利用すればよい。指紋スペクトル近傍でない場合には、半導体を用いてε1とε2が近い値になる様にキヤリアドープ量を制御すれば、（1）、（2）式から分かる様に共鳴周波数ωの変化を大きくして、より感度を向上させることが可能である。
【００２７】
図2は、テラヘルツ測定系での取得時間波形をフーリエ変換したスペクトルである。テラヘルツパルスを用いたTDS系では一度に広帯域測定が可能であり、表面プラズモン共鳴で吸収されたエネルギーはスペクトル上のディップとなって現れる。この周波数は検体3の誘電率に依存する値であるため、テラヘルツTDSにより検体の誘電率を知ることができる。
【００２８】
この表面プラズモン共鳴周波数ついては、検体の誘電率、導電体の材料、電磁波の入射角、回折格子ピッチなどで検体の吸収スペクトル近傍に設定して、感度が最適になる様に調整することができる。センシングに用いるテラヘルツについても、フェムト秒レーザ励起のパルス形状のものを用いる以外にも、次の様なものがある。1つは、2台のレーザを同一の光伝導スイッチ素子に同時に照射して、波長の差からビートとなる単一周波数の連続波を発生させる方法である。また、非線形光学結晶を用いたパラメトリック発振によるコヒーレントテラヘルツ光源を利用する方法、半導体量子井戸構造に電流注入することで発振するテラヘルツCW光源を利用する方法もある。センサとなる伝送路などについても、基板裏面から入射させたり、基板伝送路に伝播させたりと様々な形態が可能である。その具体例は、以下の実施例において説明する。
【実施例】
【００２９】
（実施例1）
本発明による第1の実施例は、図1の斜視図に示す様なテラヘルツTDS系において、導電体部2に回折格子15を形成した伝送路の表面からテラヘルツ波を入射し、表面からの反射波を検出して伝送路上の検体3の物性を測定するものである。
【００３０】
ここでは、テラヘルツの発生、検出には一般的な手法を用いている。すなわち、光伝導スイッチ素子4、5は、半絶縁性GaAs基板上に1.5μm厚のノンドープ低温成長LT-GaAs層を分子ビームエピタキシー(MBE)成長させ、その表面にAuGe/Ni/Au電極によりダイポール状のアンテナ兼バイアス供給構造を作製したものである。フェムト秒レーザ7は、パルス幅がおよそ120fsec、繰り返周波数が76MHzであり、その光を光伝導スイッチ素子4に照射することでフーリエ周波数としては0.1〜2.5THz程度までカバーする広帯域パルスを発生することができる。そのときのフーリエスペクトルを図2に示す。観測される1THz近傍のディップは、導電体部2の表面で表面プラズモン共鳴してエネルギーが奪われて検出器に観測されない周波数を示している。
【００３１】
この実施例では、上記実施形態のところで述べた様に、Auを導電体部として用い、ピッチ200μmの回折格子を熱酸化Si1上に形成して、表面プラズモンセンサチップを作製している。図1に示す様に、本実施例の回折格子15を形成した伝送路では、一定方向に或る程度の方向性があるので、テラヘルツ波をほぼその一定方向に沿って伝送路に入射させる。そして、相互作用した反射波は、入射箇所からほぼ結合長隔たった或る程度決まった所からほぼ前記入射させた方向に沿って反射されてくる。
【００３２】
本実施例では、検体3としては、生体関連分子として例えばDNAを用いたDNAセンサとして検討したが、これに限るものではない。DNAの場合は、1本鎖と2本鎖では誘電率が変化することが知られており、共鳴周波数の違いからハイブリダイゼーションしたかどうかが判定できるので、ラベルフリーのDNAセンサとして用いることができる。DNA以外にも、アミノ酸、たんぱく質、糖質などを持ち、特定の検出物質と特異的に結合する物質の相互反応（抗原抗体反応、レセプタとリガンド相互作用、酵素と基質の相互作用など）による結合状態や構造異性体の違いなどを検出することもできる。特に、対象となる周波数において分光スペクトルが大きく変化する所謂指紋スペクトルがある場合には、誘電率が大きく変化するために感度を向上させることができる。
【００３３】
また、表面プラズモンを用いたセンサでは導電体表面への電場増強効果があるため、水溶液などの通常ではテラヘルツ波の減衰が大きい物質がある場合でも、感度を向上させることができる。さらに、すでに述べた様に、感度を向上させるために導電体としてキャリアドープした半導体を用いても良い。
【００３４】
上に説明した実施例1では、検体情報取得手段は、導電体部2の形成された主面に対して一定の入射角を保って電磁波を照射して導電体部2に結合させる結合手段と、導電体部2により一定の反射角で反射された電磁波を検出する検出手段とを含んで構成されている。結合手段は符号4、6a、6bなどで示される要素から成り、検出手段は符号5、6c、6dなどで示される要素から成る。また、検体保持部近傍に、導電体部2を含む電磁波を伝播させるための伝送路を備えて、前記結合手段と前記検出手段は、それぞれ、伝送路に電磁波を結合する手段と伝送路からの電磁波を検出する手段となっている。また、表面プラズモン共鳴の発生状態の変化を、電磁波の共鳴周波数の変動として検出するセンシング方法を採用している。
【００３５】
上記の実施例1によれば、テラヘルツ波を効率良く結合させ、また検体との相互作用も増大させて少量の検体で感度を向上させることができる。そのため、センシング装置全体を小型、低消費電力とすることができる。
【００３６】
(実施例2)
本発明による第2の実施例を図3の断面図に示す。本実施例では、テラヘルツ波に対して透明な基板31の裏面からテラヘルツ波を入射（37で示す）、反射（38で示す）させて測定するものである。その基板としては高抵抗Si基板が好適に用いられるが、それ以外にも、アルミナ、AlN、ガラスセラミックなどのセラミック材料、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、オレフィンなどの樹脂材料などでもよい。また、本実施例では、基板31の表面に回折格子36を形成しておいて、その表面に導電体32としてAuを蒸着等により形成する。さらに、その表面には、平坦化するためとレセプタ34が固着し易くするために活性材料33を形成している。回折格子については実施例1と同様である。
【００３７】
測定については、単一波長テラヘルツ光源を用いて、入射角／反射角を変化させる方式を用いる。そのときの角度と反射強度の関係を示した模式図が図4である。テラヘルツ波が一定周波数の場合、（2）式を満たす入射角θのときに表面プラズモン共鳴が発生し、ディップが生じる。このディップが生じる角度の変化によって、検体の物性などについて検出することができる。検体35を供給するとき、レセプタ34と反応するリガンドがあると吸着され、表面の誘電率が変動するため、表面プラズモンが発生する条件が変化する。こうして、ディップの位置が変化するために検出ができる。
【００３８】
上記構成は、特定のリガンドがあるか否かを判定するラベルフリーセンサチップとして機能させることができ、指紋スペクトルがこのテラヘルツ波の領域にある場合に、光領域の表面プラズモン共鳴(SPR)センサよりも高感度にすることができる。
【００３９】
また、検出に関して反射光を観測しているが、図3に示す様に、検体側より先鋭プローブ39を近づけてプラズモン共鳴の有無をテラヘルツ近接場光の強度で調べることもできる。この場合、テラヘルツ波の波長より短い微小領域の状態を観測することもできる。
【００４０】
上に説明した実施例2では、検体情報取得手段は、導電体部32の形成された主面に対して複数の入射角で電磁波を照射して導電体部32に結合させる結合手段と、入射角に対応して複数の反射角で導電体部32により反射された電磁波を検出する検出手段とを含んで構成されている。また、表面プラズモン共鳴の発生状態の変化を、導電体部の形成された主面に対する電磁波の入射角の共鳴条件の変動として検出するセンシング方法を採用している。
【００４１】
本実施例でも、テラヘルツ波を効率良く結合させ、また検体との相互作用も増大させて少量の検体で感度を向上させることができ、そのため、センシング装置全体を小型、低消費電力とすることができる。
【００４２】
（実施例3）
本発明による第3の実施例は、図5の様に光伝導スイッチ素子54a、54bが集積され、テラヘルツの単一伝送線路52上の一部に回折格子51が設けられたものである。
【００４３】
光伝導スイッチ素子54a、54bは、基板50の一部の領域にLT-GaAs薄膜層を転写して、電極53a、53bおよび伝送線路を兼ねた電極52を介する電界印加、電流検出によりテラヘルツ波の発生、検出を行う。テラヘルツの発生、検出を含めたセンシング系の原理は実施例1と同様で、本実施例はテラヘルツ波発生部、検出部が同一基板上に集積されたものである。
【００４４】
平面図である図5(a)と断面図である図5
(b)で示した様に、電極53ｂと電極52のギャップ部にフェムト秒レーザ光57をポンプ光として照射し、この電極間に電圧を印加しておけばテラヘルツパルスが発生する。これは、単一線路となっている伝送路52を符号59で示す様に伝播し、もう一方の光伝送素子54aに到達して、同様にフェムト秒レーザ光58をプローブ光として照射すればテラヘルツ波を検出できる。表面カバーの部材55は、光とテラヘルツ波に対して透明なオレフィン樹脂などを用いるが、その他の材料でも良い。また、部材55の光照射の部分に窓を設けても良い。本実施例では、部材55と基板50との間には、検体を供給するための流路56が形成されており、検体を必要なときに供給し、また排出することもできる。
【００４５】
本実施例の構成は、（2）式で入射角θが90°のときに相当し、所望の周波数で表面プラズモン共鳴が発生する様に設計している。流路56で供給した検体の物性に応じて共鳴周波数が変化するために、実施例1のような抗原抗体反応等の特異的結合について検出することができる。また、液体の誘電率を評価する等の化学センサとして用いることもできる。
【００４６】
(実施例4)
本発明による第4の実施例は、図6(a)の様に円環状に回折格子が形成されているものである。図6(a)のA-A’断面図は図6(b)の様になっている。本実施例では、実施例1の様に高抵抗Siなどの透明基板61の一方の面に回折格子62と導電体部63が形成され、中央部に符号64で示す様に検体を配置する。回折格子62とは反対側の面からテラヘルツ波を照射し、表面プラズモンが誘起されると中央部に伝播し、別の導電体部65によるスルーホールにより検出器66に導かれる。本実施例では、図6(a)の面内では複数方向に対して対応可能である。
【００４７】
本実施例では、表面プラズモンが中央部で強くなること、検出器66が集積化されていてテラヘルツ波の入射（67で示す）も垂直入射（θ＝0°）であるということで、光学系が簡易化されるとともに高感度化される。
【００４８】
（実施例5）
本発明による第5の実施例は、平面図である図7(a)の様に2次元アレイ状の格子71を形成したものである。この場合、図7(a)のA-A’の断面構造は図7(b)の様に実施例1と同様であるが、実施例1のような伝送線路の構造ではなく、4角形の基板70に全面的に格子71を形成してある。A-A’断面図の図7(b)の様に金属或いは半導体層72に格子71を形成し、検体を符号73で示す様に配置して測定する。本実施例は、広い面積を太いビーム径のテラヘルツ波で照射して比較的大きな検体73を測定する場合に利用することができる。
【００４９】
図7の構成では、2次元アレイ状の格子71の2方向のピッチはそれぞれ同じに設定されているが、2次元アレイ状の格子は方向によってピッチを異ならせてもよい。その場合、例えば、各方向で共鳴周波数が異なる様にできる。したがって、異なる周波数位置に吸収スペクトルを有する様な検体の測定を、各方向で異なる周波数のテラヘルツ波を入射させて、それぞれの反射波を検出することで実行できて、検体の物性などの情報をより詳しく検出できる。
【００５０】
(実施例6)
本発明による第6の実施例は、図8の様に基板80の裏面に回折格子81を形成し、反対側の表面に半導体層82を形成したものである。基板80としては高抵抗Si基板などを用いて、その表面にドーピング濃度n＝1×1018cm-3のSi層82を化学気相成膜（CVD）で数μmの膜厚で成膜したものである。この場合、半導体層82を平坦にできるため膜質の向上が可能である。したがって、例えば、リガンド86と結合するレセプタ87を均一に吸着させることが容易になる。
【００５１】
本実施例では、例えば、テラヘルツ連続波を符号84で示す様に入射させ、その角度を変化させながら反射テラヘルツ波85の強度を測定することで、実施例2と同様な方法で検体の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるセンシング装置の実施形態と実施例1を説明する斜視図。
【図２】実施例1のセンシング装置における出力の例を示す図。
【図３】本発明によるセンシング装置の実施例2を説明する断面図。
【図４】実施例2のセンシング装置における出力の例を示す図。
【図５】本発明によるセンシング装置の実施例3を説明する平面図および断面図。
【図６】本発明によるセンシング装置の実施例4を説明する平面図および断面図。
【図７】本発明によるセンシング装置の実施例5を説明する平面図および断面図。
【図８】本発明によるセンシング装置の実施例6を説明する断面図。
【図９】従来のテラヘルツ発生部の例を説明する斜視図。
【図１０】テラヘルツ伝送路の従来例を説明する平面図。
【符号の説明】
【００５３】
2、32、52、63、72、82‥導電体部
3、34、35、64、73、86、87‥検体
4、6a、6b、54b‥結合手段
5、6c、6d、54a、66‥検出手段
4、5、54a、54b‥光伝導スイッチ素子
6a、6b、6c、6d‥レンズ
15、36、51、62、71、81‥周期的構造（回折格子）
34、87‥レセプタ
35、86‥リガンド
37、38、59、67、84、85‥電磁波（テラヘルツ波）
56‥検体保持部（流路）
66‥検出器
【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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