(57)【要約】【課題】  本発明は、テラヘルツ分光測定において、検出感度と位置分解能の高い測定装置および方法を提供するものである。【解決手段】  本発明はテラヘルツ波分光測定装置に関し、周波数可変のテラヘルツ波５を試料２の任意の場所に照射し、反射テラヘルツ波６などを検出してテラヘルツスペクトルを得る装置を提供するものであり、その結果を解析することにより、試料の物性や組成を調べることができる。測定結果は測定周波数ごとのテラヘルツイメージング画像としても得られる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を用いた測定に関し、範囲を限定することもできるテラヘルツ波周波数掃引、または少なくとも一つ以上の任意の単一周波数を指定したテラヘルツ波を照射する機能を有し、被測定試料における、少なくとも反射テラヘルツ波のスペクトルから物性同定および組成分析することを特徴とする測定装置および方法。
【請求項２】
テラヘルツ波を用いた測定に関し、範囲を指定することもできるテラヘルツ波周波数の掃引、または少なくとも一つ以上の任意の単一周波数を指定したテラヘルツ波を照射する機能、およびテラヘルツ波照射位置走査の機能を有し、被測定試料における、少なくとも反射テラヘルツ波を測定することにより、被測定試料中の位置および周波数スペクトルの情報から、それぞれの位置の物性同定および組成分析することを特徴とする測定装置および方法。
【請求項３】
請求項１および２において、照射テラヘルツ波の反射波あるいは透過波あるいは散乱波を、集光する構造を持つことを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コヒーレントテラヘルツ波による物性測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の物性あるいは組成測定法としては、有機物分析では主にＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析装置）、ＬＣ−ＭＳ（液体クロマトグラフ質量分析計）、ＮＭＲ（核磁気共鳴法）、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）などが用いられ、無機分析では主にＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析装置）、ＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析装置）、ＦＬＡＡ（フレームレス原子吸光分析装置）などが用いられる。また、表面の局所分析ではＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）やＸＰＳ（ＥＳＣＡ）（Ｘ線光電子分光分析装置）なども用いられている。しかしながら、これらはいずれも高真空装置や遮光ユニットなどの大掛かりな装置が必要であり、簡便とは言えない。【０００３】  生体を構成する分子やガス分子など、各種分子の固有振動周波数はテラヘルツ帯に存在する。このテラヘルツ領域での吸収スペクトルを測定すれば、物質の同定や組成分析に用いることができる。波長可変テラヘルツ分光光源として、例えば半導体ＧａＰ結晶内のポラリトンモードを利用したテラヘルツ波発生装置が知られている。すなわち、ＧａＰ結晶にポンプ光およびシグナル光を、角度位相整合条件を満たすように微小角度をつけて入射し、差周波発生によりコヒーレントなテラヘルツ波を発生する。ポンプ光およびシグナル光をインジェクションシーディング技術、あるいはエタロン挿入などによって線幅を狭くすることにより、得られるテラヘルツ波の線幅も狭く、更に大出力が得られ、分光装置に適する光源となる。このようなテラヘルツ波発生装置を用いた分光計測装置は非破壊測定であり、任意の測定対象を高分解能、かつ広い周波数帯域に渡って吸収スペクトルを得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  テラヘルツ透過スペクトルを測定する場合、たとえば透過率が小さい物質を測定するには、試料厚さを薄くするなどして、透過率を調整する必要があり、面倒である。すなわち、試料の１部を切り出したり、薄くするなどの加工が難しい場合には、テラヘルツ透過率測定を適用するのは難しい。【０００５】  また、例えば生体組織などでは、場所によって物質や組成が異なっている情報が、病変部の検出などに重要である。特定の点での物性や組成検出が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  周波数可変のテラヘルツ波を試料に照射し、その反射波などを検出器により受信する。テラヘルツ波反射率の周波数依存性を測定することにより、物質に固有の反射率スペクトルから物性を調べる。同時に場所を走査させて、特定の場所の物性および組成を調べる。
【発明の効果】
【０００７】  本発明はテラヘルツ波分光測定装置に関し、任意の場所に、任意のテラヘルツ波長を試料に照射し、反射波スペクトルなどを検出してテラヘルツスペクトルを得る装置を提供するものであり、その結果を解析することにより、試料の物性や組成を調べることができる。測定結果は周波数ごとのテラヘルツイメージング画像としても得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  簡易かつ高精度な物性分析装置として利用できる。
【実施例１】
【０００９】  テラヘルツ発生は例えば、ＹＡＧレーザおよびＹＡＧレーザ励起のオプティカル・パラメトリック発振器（ＯＰＯ）から得られる２つの励起レーザ光を、角度位相整合条件を満たすように非線形光学結晶であるＧａＰ結晶に照射して、テラヘルツを発生させる方法などがある。この方法では０．３から７．３ＴＨｚの範囲で、任意のテラヘルツ波が大出力で得られている。【００１０】  図１に示すように、コヒーレントで単一周波数の照射テラヘルツ波５が、テラヘルツ波発生装置１より供給される。このビームはもともと直径３ｍｍ程度のほぼ円形であるが、レンズ系により更に集光させることもでき、直径３００μｍ程度が得られる。このテラヘルツ波発生装置１は、任意の周波数を選択可能、あるいは任意の速度で周波数掃引可能である。【００１１】  試料２は照射テラヘルツ波に対して４５°傾けて設置されたＸ−Ｚステージ３に固定されており、照射テラヘルツ波５は試料２によって反射され、反射テラヘルツ波６となる。照射テラヘルツ波５と試料２上の反射面とのなす角度は、ほぼ０°からほぼ９０°まで設定することが可能である。このとき試料２の反射面の凹凸が、照射テラヘルツ波２の波長程度になると散乱の影響が大きくなり効率が落ちるので、試料表面にテラヘルツ波の吸収が少なく、光学的フラットな材料を接着させてもよい。反射テラヘルツ波６は、検出器４によってその強度を測定される。【００１２】  試料２を固定したＸ−Ｚステージ３が動くことにより、試料２上のテラヘルツ波照射点が移動し、その点ごとの反射率が測定できる。これにより２次元の反射テラヘルツ画像を得ることができる。レンズ系は試料上で焦点を結ぶように設計すれば、解像度を上げることができる。【００１３】  テラヘルツ波周波数を変化させて、その周波数ごとに２次元テラヘルツ画像を得れば、試料中のどの部位に、何の物質がどの程度あるか判別することができる。このとき、さまざまな物質のテラヘルツスペクトルパターンをあらかじめ記憶させておき、測定結果と比較してもよい。【００１４】  テラヘルツ波の周波数変化は、全波長自動掃引あるいは、特定の周波数について選択的に照射させることもできる。例えば、ある試料についてスペクトル測定を行い、その微分係数が０となる周波数のみを選択して、測定するよう設定する。このとき、テラヘルツスペクトルは照射する周波数でピークあるいはディップとなるので、特徴的な周波数のみを効率的に測定できることになる。【００１５】  もちろん、このとき図２に示すように、試料２の後ろに検出器４を配置することもできる。この構成にすれば、透過テラヘルツ画像が得られ、反射テラヘルツ画像と同様に、試料の部位それぞれの物性を調べることができる。このときＸ−Ｚステージはテラヘルツ波を透過する材料で作成されているか、あるいは試料の裏面だけ、中空になっていてもよい。もちろん、反射テラヘルツ画像と透過テラヘルツ画像を同時に測定してもよい。
【実施例２】
【００１６】  図３に示すように、試料２に照射されるハーフミラー透過テラヘルツ波２１上にハーフミラー２０を設置する。ハーフミラー透過テラヘルツ波２１は、ハーフミラー２０で約半分の強度が透過し、試料２に照射される。このとき実施例１と同様に、レンズ系により照射点を更に絞ることもできる。レンズ系の焦点が試料上にくるようにすれば、その焦点の大きさが解像度となる。但し、ピンホールや集光ホーン等によりスポット系を更に小さくすることもでき、更に解像度を上げられる。試料２で反射した光は再びハーフミラー２０に戻り、約半分の強度が反射され、検出器４に導かれる。試料をＸ−Ｚステージ３によりハーフミラー透過テラヘルツ波２１に垂直な面内で動かせば、試料２上のテラヘルツ照射点が変化し、各点でのテラヘルツ波の反射率が測定できる。
【実施例３】
【００１７】  図４に示すように、試料２の近くに集光ミラー３０を配置する。試料２に照射された照射テラヘルツ波５により、反射テラヘルツ波６および散乱テラヘルツ波３１が発生する。特に生体組織など試料表面に凹凸のある場合などは、その多くが散乱テラヘルツ波となる。反射テラヘルツ波６は集光ミラーで更に反射し、検出器４に導入される。同時に散乱テラヘルツ波３１も集光ミラー３０で反射させ、検出器４に集光させることにより、高感度な測定を可能にする。このとき、反射テラヘルツ波６が直接検出器４に導入される配置としてもよい。【００１８】  図５に示すような、積分球状の集光系を用いてもよい。内面がテラヘルツ波を高効率に反射する素材からなる密閉容器４０の、極微小に設けられたテラヘルツ波入射口４１より照射テラヘルツ波５が入射し、テラヘルツ波出射口４３より出射され、試料２表面に照射される。この時生じる反射テラヘルツ波６および散乱テラヘルツ波３１は再び密閉容器４０にテラヘルツ波出射口４３より戻り、直接あるいは密閉空間４０内で反射された後、微小な検出器口４２より検出器４に導入される。この場合、反射テラヘルツ波６および散乱テラヘルツ波３１のほとんどが検出器４にいたるので、非常に高感度となる。このとき、反射テラヘルツ波６が直接検出器４に導入される配置としてもよい。【００１９】  これらの手法は特に表面に凹凸の多い、生体組織などの測定に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  実施例１における反射テラヘルツ画像測定装置の構成を示す図である。
【図２】  実施例１における透過テラヘルツ画像測定装置の構成を示す図である。
【図３】  実施例２における反射テラヘルツ画像測定装置の構成を示す図である。
【図４】  実施例３における反射および散乱テラヘルツ画像測定装置の構成を示す図である。
【図５】  実施例３における反射および散乱テラヘルツ画像測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】        １…テラヘルツ波発生装置
２…試料
３…Ｘ−Ｚステージ
４…テラヘルツ検出器
５…照射テラヘルツ波
６…反射テラヘルツ波
１０…透過テラヘルツ波
２０…ハーフミラー
２１…ハーフミラー透過テラヘルツ波
２２…試料反射テラヘルツ波
２３…ハーフミラー再反射波
３０…集光ミラー
３１…散乱テラヘルツ波
４０…密閉容器
４１…テラヘルツ波入射口
４２…検出器口
４３…テラヘルツ波出射口
【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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