(57)【要約】【課題】サンプルの内部界面の粗さの測定ないし評価を高精度に実施することができる粗さ評価装置ないし方法を提供する。【解決手段】粗さ評価装置は、電磁波パルス２を発生する発生手段１と、電磁波パルスが照射されたサンプル４からの電磁波パルス５を検出する検出手段７と、時間波形算出手段８と、処理手段９を有する。時間波形算出手段８は、検出手段により検出されるサンプルからの電磁波パルスの時間波形を算出する。処理手段９は、電磁波パルスの時間波形における内部界面に対応する部分である粗さ評価用パルスを電磁波パルスの時間波形から抽出して内部界面の粗さ情報を取得する。【選択図】図１
2013200299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波パルスを発生する発生手段と、前記電磁波パルスが照射されたサンプルからの電磁波パルスを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されるサンプルからの前記電磁波パルスの時間波形を算出するための時間波形算出手段と、前記電磁波パルスの時間波形からサンプルの内部界面の粗さ情報を取得する処理手段と、を有し、
前記処理手段は、前記電磁波パルスの時間波形における前記内部界面に対応する部分である粗さ評価用パルスを前記電磁波パルスの時間波形から抽出して前記内部界面の粗さ情報を取得することを特徴とする粗さ評価装置。
【請求項２】
粗さ情報を取得する対象である前記内部界面以外の面で反射される前記電磁波パルスの一部を抽出して、前記電磁波パルスが通過する物質の屈折率または吸収係数または形状を取得することを特徴とする請求項１に記載の粗さ評価装置。
【請求項３】
前記処理手段は、前記内部界面以外の物質の影響を補正するように前記粗さ評価用パルスを処理することを特徴とする請求項１または２に記載の粗さ評価装置。
【請求項４】
前記電磁波パルスが通過する物質の屈折率または吸収係数または形状の情報を予め保持しているデータベースを有し、前記処理手段は前記データベースを用いて前記内部界面以外の物質の影響を補正するように前記粗さ評価用パルスを処理することを特徴とする請求項１に記載の粗さ評価装置。
【請求項５】
前記補正は、前記電磁波パルスが通過する物質の屈折率または吸収係数または形状を用いることを特徴とする請求項３または４に記載の粗さ評価装置。
【請求項６】
前記処理手段は、粗さ評価用パルスのスペクトルを利用して、前記内部界面の粗さ情報を取得することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の粗さ評価装置。
【請求項７】
前記処理手段は、粗さ評価用パルスのスペクトルを参照データと比較して前記内部界面の粗さを評価する機能を備え、
前記参照データは、前記内部界面の粗さと前記電磁波パルスのスペクトルとの関係を保持することを特徴とする請求項６に記載の粗さ評価装置。
【請求項８】
前記処理手段における補正は、前記粗さ評価用パルスのスペクトルを、前記内部界面以外の物質の吸収係数スペクトルを用いて補正することを特徴とする請求項６または７に記載の粗さ評価装置。
【請求項９】
前記検出手段は、複数の角度でサンプルに入射またはサンプルから反射された前記電磁波パルスを検出し、
前記処理手段は、粗さ評価用パルスの反射角度分布を利用して、前記内部界面の粗さ情報を取得することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の粗さ評価装置。
【請求項１０】
前記処理手段は、粗さ評価用パルスの反射角度分布を参照データと比較して前記内部界面の粗さを評価する機能を備え、
前記参照データは、前記内部界面の粗さと前記電磁波パルスの反射角度分布との関係を保持することを特徴とする請求項９に記載の粗さ評価装置。
【請求項１１】
前記処理手段における補正は、前記粗さ評価用パルスの反射角度分布における反射角度を、前記内部界面以外の物質の屈折率または形状または吸収係数を用いて補正することを特徴とする請求項９または１０に記載の粗さ評価装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載の粗さ評価装置を含み、
前記処理手段は、サンプルの前記内部界面の粗さ情報とともに、粗さ以外の情報をも取得することを特徴とする物体評価装置。
【請求項１３】
前記処理手段は、取得された前記内部界面の粗さ情報を用いて、前記内部界面が前記電磁波パルスに与える影響を補正して粗さ以外の情報を取得することを特徴とする請求項１２に記載の物体評価装置。
【請求項１４】
請求項１から１１の何れか１項に記載の粗さ評価装置を含み、
前記処理手段は、サンプルの前記内部界面の粗さ情報とともに、粗さ以外の情報も取得して皮膚の状態を評価する物体評価装置であって、
前記電磁波パルスはテラヘルツ波帯の周波数を含み、
前記内部界面の粗さと前記電磁波パルスのスペクトルとの関係、または、前記内部界面の粗さと前記電磁波パルスの反射角度分布との関係を保持する参照データは皮膚の健康状態や疾病に関する測定データを含み、
前記参照データと前記取得されたデータを比較して皮膚の状態を推定することを特徴とする物体評価装置。
【請求項１５】
前記処理手段は、取得された前記内部界面の粗さ情報を用いて、前記内部界面が前記電磁波パルスに与える影響を補正して粗さ以外の情報を取得することを特徴とする請求項１４に記載の物体評価装置。
【請求項１６】
電磁波パルスを用いてサンプルの内部界面の粗さ情報を取得する粗さ評価方法であって、
サンプルに前記電磁波を照射するステップと、
サンプルからの前記電磁波パルスを検出して時間波形を算出するステップと、
前記電磁波パルスの時間波形における前記内部界面に対応する部分である粗さ評価用パルスを前記電磁波パルスの時間波形から抽出するステップと、
前記粗さ評価用パルスからサンプルの前記内部界面の粗さ情報を取得するステップと、
を有することを特徴とする粗さ評価方法。
【請求項１７】
前記粗さ情報を取得するステップの前に、前記内部界面以外の物質の影響を補正するように粗さ評価用パルスを処理するステップをさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の粗さ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波パルスを用いて物体形状、特には物体の粗さを測定する粗さ評価装置に関する。さらには、電磁波パルスを用いて物体の情報を取得する物体評価装置、電磁波パルスを用いて物体の粗さを測定する粗さ評価方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いて物体の表面粗さを測定するために様々な装置が開発されている。このような装置の応用先は、加工物の評価や医用分野など多岐にわたっている。非特許文献１は、電磁波の反射スペクトルを用いて金属の表面粗さを評価する装置を提案している。本非特許文献１では、電磁波の波長に対して表面粗さの大きさが十分小さい時に良い近似となる下記式Ｆを用いて、金属の表面粗さを評価している。
Ｒｒｏｕｇｈ＝Ｒｓｍｏｏｔｈｅｘｐ［−（４πσｋｃｏｓθ）２］    （式Ｆ）
ここで、Ｒｒｏｕｇｈ：粗面で正反射したときの反射率、Ｒｓｍｏｏｔｈ：鏡面で正反射したときの反射率、σ：表面粗さ（ｒｍｓ）、ｋ：波数、θ：電磁波の入射方向である。式Ｆによると、周波数もしくは粗さが大きくなるほど正反射成分が小さくなることが分かる。周波数スペクトル上で、測定データと式Ｆの曲線をフィッティングすることにより、表面粗さσを求めることができる。ここでは、１ＴＨｚ近辺の周波数領域の電磁波を用いて、例えば大きさ１６μｍ程度の表面粗さを評価している。
【０００３】
また、特許文献１は、電磁波を用いてサンプルの物性を評価する装置に関し、電磁波の透過角度分布を用いてサンプルの粗さを評価する装置を開示している。本装置の一例は、複数の電磁波検出部を備えて、サンプルを透過した電磁波を複数の角度において検出できるように構成されている。サンプルの粗さが大きいほど電磁波の角度分布が広がる傾向にあることを利用して、こうして得られた電磁波の角度分布から、サンプルの粗さを評価する。透過配置だけでなく、反射配置でも、同様に反射角度分布から粗さを評価できることが知られている。このように、電磁波による種々の粗さ評価装置が一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，３４，１９２７（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の装置では、粗さを評価するための電磁波が物体から影響を受ける場合、粗さの測定精度が低下する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の粗さ評価装置は、電磁波パルスを発生する発生手段と、前記電磁波パルスが照射されたサンプルからの電磁波パルスを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されるサンプルからの前記電磁波パルスの時間波形を算出するための時間波形算出手段と、前記電磁波パルスの時間波形からサンプルの内部界面の粗さ情報を取得する処理手段と、を備える。そして、前記処理手段は、前記電磁波パルスの時間波形における前記内部界面に対応する部分を前記電磁波パルスの時間波形から抽出して前記内部界面の粗さ情報を取得する。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、電磁波パルスを用いてサンプルの内部界面の粗さ情報を取得する本発明の粗さ評価方法は、以下のステップを有する。すなわち、サンプルに前記電磁波を照射するステップと、サンプルからの前記電磁波パルスを検出して時間波形を算出するステップと、前記電磁波パルスの時間波形における前記内部界面に対応する部分を前記電磁波パルスの時間波形から抽出するステップと、前記抽出した時間波形の部分からサンプルの前記内部界面の粗さ情報を取得するステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面である粗さ評価装置ないし方法では、粗さを評価するための電磁波から評価対象部位に対応する部分の情報を抽出するので、粗さの測定ないし評価を高精度に実施できる。また、粗さを評価するための電磁波に物体が及ぼす影響を補正する構成とする場合、粗さの測定ないし評価をさらに高精度に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による粗さ評価装置の実施形態１の構成例を示す図。
【図２】本発明による粗さ評価装置の実施形態１の構成例を示す図。
【図３】本発明による粗さ評価装置の実施形態１の構成例を示す図。
【図４】本発明による処理方法を説明するためのサンプル付近の構造例を示す図。
【図５】本発明による処理方法を説明するための処理フローの例を示す図。
【図６】反射強度分布の例を示すグラフ。
【図７】サンプル表面による反射角度の変化の例を示す図。
【図８】サンプル表面による反射角度の変化の例を示すグラフ。
【図９】本発明による処理方法を説明するためのサンプル付近の構造例を示す図。
【図１０】本発明による物体評価装置の実施形態３の構成例を示す図。
【図１１】皮膚の表皮−真皮界面の様子を示す模式図。
【図１２】本発明による処理方法を説明するための処理フローの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の粗さ評価装置ないし方法及び物体評価装置は、サンプル（測定対象物）の内部界面の粗さ情報の取得に際し、サンプルからの電磁波パルスの時間波形における内部界面に対応する部分を該電磁波パルスの時間波形から抽出することを特徴とする。また、内部界面の粗さを評価するための電磁波に他の物体が及ぼす影響を補正する構成とすることもできる。電磁波が物体から受ける影響としては、例えば物体の内部界面の粗さを測定する際に物体の表層を通過することによる屈折、散乱、吸収、フレネルロス、表面での反射パルスと内部界面での反射パルスの時間的な重なりなどがある。以上の考え方に基づき、本発明の粗さ評価装置ないし方法は上記課題を解決するための手段のところで述べた様な基本的な構成を有する。この粗さ評価装置を含み、処理手段が、サンプルの内部界面の粗さ情報とともに、粗さ以外の情報も取得する様に構成することで物体評価装置を構成することができる。この場合、処理手段は、取得された内部界面の粗さ情報を用いて、内部界面が電磁波パルスに与える影響を補正して粗さ以外の情報を取得する様に構成できる。また、粗さ評価装置を含み、処理手段が、サンプルの内部界面の粗さ情報とともに、粗さ以外の情報も取得して皮膚の状態を評価する物体評価装置を構成することもできる。この場合、処理手段は、電磁波パルスの時間波形における内部界面に対応する部分の粗さ情報を参照データと比較して内部界面の粗さを取得する機能を備える。参照データは、内部界面の粗さと電磁波パルスのスペクトルとの関係或いは内部界面の粗さと電磁波パルスの反射角度分布との関係を保持する。そして、電磁波パルスはテラヘルツ波帯の周波数成分を含み、参照データは皮膚の健康状態や疾病に関する測定データを含み、参照データと前記取得されたデータを比較して皮膚の状態を推定する。
【００１２】
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態１である粗さ評価装置ないし方法について、図１を参照して説明する。
図１において、発生手段１により発生した電磁波パルス２は照射光学系３によってサンプル４に照射される。サンプル４からの反射電磁波パルス５は、受光光学系６によって検出手段７に入射する。検出手段７で検出された反射電磁波パルス５の情報を使用して、時間波形算出手段８は反射電磁波パルス５の電界強度の時間波形を算出する。処理手段９はこの時間波形を処理して、サンプル４の内部の界面の粗さ情報を取得する。ここで、検出手段７には、サンプル４の内部界面によって反射されるパルス（粗さを評価したい面により反射されるパルス；以後、粗さ評価用パルスとも称する）と、その界面以外の面から反射されるパルスとが、パルス列となって入射している。粗さ評価用パルスは界面の粗さ情報を含んでいるため、この粗さ評価用パルスを利用して粗さを評価することができる。界面の粗さの評価方法について、次に説明する。
【００１３】
粗さの評価方法としては、反射電磁波パルス５の反射角度分布から求める方法や、反射電磁波パルス５のスペクトルから求める方法がある。反射電磁波パルス５の反射角度分布から求める方法の場合、複数の角度でサンプル４から反射される反射電磁波パルス５を検出できる構成とする。具体的には、複数の受光光学系６や検出手段７あるいは複数の発生手段１や照射光学系３を設ける。もしくは、サンプル４の測定箇所付近を軸にして、発生手段１や照射光学系３、あるいはサンプル４、あるいは受光光学系６と検出手段７を回転できるような構成とすればよい。なお、図２では、例として、受光光学系と検出手段の組を、受光光学系２６、２６’と検出手段２７、２７’の如く２組有する装置構成を示している。他の部分（２０番台の数字で示す）は図１と同様である。この様に、本実施形態では、検出手段は、複数の角度でサンプルに入射した電磁波パルス（例えば、サンプルの測定箇所付近を軸にしてサンプルを回転する構成の場合）または複数の角度でサンプルから反射された電磁波パルスを検出する。そして、処理手段は、電磁波パルスの反射角度分布から内部界面の粗さ情報を取得する。
【００１４】
内部界面からの電磁波パルスの反射成分である反射電磁波パルス５のスペクトルから求める方法では、サンプル４から反射される反射電磁波パルス５を検出する角度は１つでよいので、より単純な構成とできることがメリットである。ただし、粗さ評価用パルスと物体表面で反射したパルスが時間的に重なって検出されると、粗さ評価用パルスのスペクトルの測定精度が低下してしまうことに注意が必要である。このような重なりは、これら２つのパルスの時間間隔がパルスのパルス幅（ＦＷＨＭ）程度以下となるような場合に顕著に現れる。この他に、空気中の水分やサンプルでの電磁波の吸収などによりパルスピークより遅れて数１０ｐｓの範囲にわたって信号が現れることもある。
【００１５】
粗さの算出ないし取得方法について説明する。粗さの評価は、反射電磁波パルスの反射角度分布やスペクトルの関係を示す理論式を用いる。そして、参照データ３０（図３に記載。図３に記載の他の部分（３０番台の数字で示す）は図１と同様である）と実測データ（電磁波パルスの時間波形における内部界面に対応する部分の粗さ情報の実測データ）を比較して、行うことができる。参照データ３０は、予め内部界面の粗さの異なる複数のサンプルに対して反射電磁波パルスの反射角度分布やスペクトルを測定して得たデータ（内部界面の粗さと電磁波パルスのスペクトルまたは反射角度分布との関係のデータ）である。一例として、実測データと参照データ３０の一致度を算出し、最も一致度の高い参照データ３０が紐付けられる粗さ情報の値をサンプル４の粗さとすることができる。
【００１６】
参照データ３０の取得時と粗さ評価測定時との間で、電磁波パルス２がサンプル４において通過する物体の形状や複素屈折率などが変化するような場合は、その変化を検知し、参照データ３０（或いは、後述する様に、実測データ）を補正することが必要である。この変化を検知するには、粗さを評価する面以外で反射するパルスなどを利用することができる。また、参照データが、界面以外の物質の影響を含んでいないデータである場合も、処理手段は、内部界面以外の物質の影響を補正するように、実測電磁波パルスの時間波形における内部界面に対応する部分を処理するのが望ましい。
【００１７】
この補正方法について次に説明する。まず、反射角度分布を用いて内部界面の粗さを算出するケースについて説明する。図４のようなサンプル４０に電磁波パルス４３が入射する場合を考える。サンプル４０は第１の物体４１と第２の物体４２からなる。空気と第１の物体４１の界面を表面４６、第１の物体４１と第２の物体４２の界面を内部界面４７とする。電磁波パルス４３の反射波のうち、表面４６で反射されたものを表面反射パルス４４、内部界面４７で反射されたものを内部界面反射パルス４５とする。第１の物体４１の屈折率が変化する場合、図５に示すような処理フローにしたがって、粗さ評価を行うことができる。屈折率が変化する要因としては、サンプル自体が時系列変化する場合や、サンプルを走査してイメージングを行なう場合などがある。ここでは、理解を容易にするために、電磁波パルス４３がサンプル４０の表面４６に垂直入射している場合を考える。また、反射角度分布の参照データを図６に示すように有しているが、粗さ評価時には、参照データ取得時と比べて第１の物体４１の屈折率が変化しているとする。参照データは、内部界面４７の粗さが異なる複数の標準サンプルに対して測定された反射角度分布データ群を持っているものとする。
【００１８】
以下、図５の処理フローについて説明する。
（ステップ１）
まず、表面４６によって反射される表面反射パルス４４を検出時間波形から抽出する。表面反射パルス４４と内部界面反射パルス４５が時間的に十分離れている場合は、単純に時間軸上の或る時刻で分離すればよい。表面反射パルス４４と内部界面反射パルス４５が互いに重なり部分を持つ場合は、回帰分析やウェーブレット変換などの分析手法を用いて互いの影響が小さくなるように分離することが望ましい。例として、電磁波パルス４３のパルス幅（ＦＷＨＭ）は３００ｆｓとする。この場合、表面４６と内部界面４７の間隔が光路長で約５０μｍ（往復で１００μｍに相当）以下であると、それぞれの反射パルス（４４、４５）の重なりが大きくなるため、前述の分離手法の利用が望まれる。
【００１９】
このようにして抽出された表面反射パルス４４から下記式A、式Bによって第１の物体４１の複素屈折率を算出する（ＴＥＲＡＨＥＲＴＺ
ＳＥＮＳＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌｕｍｅ １（Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を参照した）。
【００２０】
【数１】
2013200299.tif 000003
【００２１】
ここで、ｎｓ（ω）：対象物体（ここでは第１の物体４１）の複素屈折率、εs（ω）：対象物体の複素誘電率、ε１(ω)：入射側物体（ここでは空気）の複素誘電率、ｒ（ω）：複素反射率、θｉ：電磁波の入射角、ω：電磁波の角周波数である。
【００２２】
（ステップ２）
図７を参照して説明する。図７に記載の７０番台の数字で示す各部分は図４に記載の４０番台の数字で示す各部分と同様である。第１の物体７１の屈折率を使い、サンプル７０の外部に出射する内部界面反射パルス７５の角度を補正する。内部界面反射パルス７５の一部の成分は表面７６に対して内部界面７７側から斜めに入射するので、電磁波の入射角と出射角の関係を表すスネルの式に屈折率を代入して出射角を求める。図７中の点線は、第１の物体７１の屈折率が変化した時の内部界面反射パルス７５の出射角度の変化の例を示している。参照データ取得時の屈折率n１が粗さ評価時にはｎ１’に変化したとすると、それぞれの時点におけるスネルの式（式C、式D）から式Eのような関係を導くことができる。
【００２３】
【数２】
2013200299.tif 000004
【００２４】
式Eによると、例えば屈折率が２．２のときに電磁波の一部が角度２０度で物体外に出射していたとすると、屈折率が２に変化した場合にはその電磁波は角度１８度で出射する。図６のグラフの横軸（θ１）を式Eにしたがってθ１’に置き換えることにより、角度を補正することができる。サンプル７０を走査するなどによりサンプル表面形状が得られる場合には、その表面形状により表面の法線ベクトルが決まることを考慮して、前述のスネルの式を適用すればよい。これにより、反射角度を補正することができる。また、吸収係数が変化する場合は、第１の物体７１での内部界面反射パルス７５の光路長を算出し、吸収の影響を算出して参照データ取得時の内部界面反射パルス７５の強度から該吸収分を除去すればよい。つまり、反射角度分布における電界強度から吸収分を除けばよい。なお、本ステップで用いる屈折率や吸収係数に関しては、電磁波パルスに含まれる波長の主要な一部のみに対応するものを利用してもよい。電磁波パルスに含まれる波長全体についての屈折率や吸収係数を利用しても勿論よい。
【００２５】
（ステップ３）
粗さの評価に使用するために、時間波形上で内部界面反射パルス４５を表面反射パルス４４から切り離して抽出する。ステップ１で触れたように、それぞれのパルスが互いに重なり部分を持つ場合は、回帰分析やウェーブレット変換などの分析手法を用いて互いの影響が小さくなるように分離することが望ましい。
（ステップ４）
内部界面反射パルス４５の強度を取得する。例えば、時間波形上のピーク電界強度を、複数の反射角度において取得する。
【００２６】
（ステップ５）
ステップ４で得られた複数の反射角度における内部界面反射パルス４５のピーク電界強度を、ステップ２で補正された参照データと比較し、もっとも一致度の高いデータから、内部界面４７の粗さを判定する。このような処理フローによって、第１の物体４１が内部界面反射パルス４５に及ぼす影響を低減できる。反射角度分布に表面屈折が与える影響を、より具体的な例で以下に示す。図８は、表面による屈折の影響があるときと無いときの反射角度分布の一例を示す。なお、本図は特許文献（特許第０３２７６５７７号）に記載の理論式をもとに、表面屈折の影響があるケースと無いケースを比較した反射角度分布の理論曲線の一例である。ここで、物体の屈折率を１．７、電磁波の波長を３００μｍ、Ｒｒｍｓ／ｍを３００μｍ（Ｒｒｍｓ：界面の粗さの二乗平均平方根粗さ、ｍ：界面の傾斜角分布の二乗平均平方根）としている。図８から分かるように、表面屈折の影響によって反射角度分布は広がる。この広がりの程度は第１の物体４１の屈折率によるので、その値に応じた補正をかけることが望ましい。ここでは、参照データを補正したが、逆に、測定データを参照データ取得時の条件のものに補正して、補正された測定データと参照データを比較してもよい。
【００２７】
なお、ここでは第１の物体４１の複素屈折率を表面反射パルス４４から算出したが、予め第１の物体４１の複素屈折率をデータベースとして有していてもよい。第１の物体４１の表面４６の形状を加味して反射角度を補正するケースでは、第１の物体４１の表面４６の形状を予めデータベースとして有していてもよい。
【００２８】
次に、スペクトルを用いて内部界面の粗さを算出するケースについて、内部界面以外の物質の影響を補正する方法を説明する。想定するサンプルは、図４と同様とする。図１２に示した処理フローに沿って、以下説明する。図５の処理フローと同様な部分は説明を割愛する。
【００２９】
（ステップ１）
図５のステップ１と同様である。ただし、ここでは吸収係数スペクトルが分かればよい。
（ステップ２）
このステップでは、事前に取得している参照データ（粗さと反射電磁波パルスのスペクトルの関係を保持）を補正する。具体的には、ステップ１において取得されている第１の物質４１の吸収係数スペクトルを用いて、参照データのスペクトルの電界強度から光路長分の吸収量を除去する。なお、本ステップで用いる吸収係数に関しては、電磁波パルスに含まれる波長の主要な一部のみに対応するものを利用してもよい。電磁波パルスに含まれる波長全体についての吸収係数を利用しても勿論よい。
（ステップ３）
図５のステップ３と同様である。
（ステップ４）
内部界面反射パルス４５のスペクトルを取得する。
（ステップ５）
ステップ４で得られた内部界面反射パルス４５のスペクトルを、ステップ２で補正された参照データと比較し、もっとも一致度の高いデータから、内部界面４７の粗さを判定する。
【００３０】
以上説明したような粗さ測定装置ないし方法によって、粗さを評価するための電磁波に物体が及ぼす影響を補正することができ、粗さの測定を高精度に実施することができる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態２は、評価粗さの情報を利用して、物体内部の粗さ評価面以外の情報を補正することを特徴とする物体評価装置に関する。内部界面の評価には実施形態１に記載の装置と方法を使うことができる。実施形態１と重複する部分の説明は省略する。図９は、本実施形態における処理手法を説明するための図である。図９に記載の１００番台の数字で示す各部分は図４に記載の４０番台の数字で示す各部分と同様である。図９は、図４のサンプルに第３の物体１０８が付け加わったサンプル１００に電磁波パルス１０３が入射した場合の図で、第３の面１１０によって第３の反射パルス１０９が生じている。図９では、第３の反射パルス１０９は第２の面１０７（粗さを評価する面とする）の影響を受けている。例えば、第２の面１０７による散乱にともなう電磁波透過強度の低下やスペクトルの変化の影響を受ける。そこで、第３の面１１０の形状や第３の物体１０８の物性を高精度に評価するために、第２の面１０７の粗さの影響を除去することが望ましい。
【００３２】
或る面に対する電磁波の入射光強度Ｉは、透過光強度Ｔ、散乱光強度Ｓ、反射光強度Ｒの和と等しい。そのため、第２の面１０７の反射・散乱の状況が実施形態１のような手法により分かれば、この面における透過光強度を算出することが可能である。図９の例では第３の面１１０によって反射される電磁波パルス１０９は第２の面１０７を２回透過する。
この場合、上記の補正を２回行えばよい。
【００３３】
以上に説明したような物体評価装置によって、物体評価時に内部界面の粗さの影響を補正することが可能となるため、物体（例えば第３の面１１０の形状や第３の物体１０８の物性）の評価を高精度に実施できる。こうして、粗さ評価装置を含み、処理手段が、サンプルの所定の内部界面の粗さ情報とともに、この粗さ以外の情報をも取得する物体評価装置を実現することができる。
【００３４】
（実施形態３）
実施形態３は、実施形態１、２で説明したような粗さ評価装置の機能を組み込んだ物体評価装置に関する。図１０に、本実施形態における物体評価装置の構成例を示す。この物体評価装置は、３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ程度の周波数領域の電磁波成分を含むテラヘルツ波を利用するＴＨｚ−ＴＤＳ（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置である。
【００３５】
図１０において、励起光パルス発生部８０は励起光パルス８１を出射する。励起光パルス発生部８０としては、ファイバレーザなどを使用することができ、励起光パルス８１はここでは波長１．５μｍ帯、パルス時間幅（パワー表示での半値全幅）３０ｆｓ程度のパルスレーザとする。励起光パルス８１はビームスプリッタ８２で二手に分けられる。一方の励起光パルス８１は電磁波パルス発生素子８３へ入射し、もう一方の励起光パルス８１は第二次高調波発生部８７へ入射する。電磁波パルス発生素子８３は光伝導素子とシリコン半球レンズからなる。光伝導素子は、励起光パルス８１を吸収して光励起キャリアを発生する光伝導層と、光伝導層に電界を印加するための電極と、発生した電磁波パルス８４を放射するためのアンテナからなる。電磁波パルス８４は、光励起キャリアが電界によって加速されることによって発生する。電磁波パルス８４は、光伝導素子が形成された基板の裏面方向に強く放射されるため、基板裏面にシリコン半球レンズを接して配置して、空間への放射パワーを高めている。ここでは励起光パルス８１の波長を１．５μｍ帯としたので、光伝導層としては、この波長の励起光を吸収して光励起キャリアを発生できる低温成長ＩｎＧａＡｓを使えばよい。電圧源９１は光伝導素子の電極へ電圧を印加する。
【００３６】
上記説明の構成とすれば、パルス時間幅（半値全幅）数１００ｆｓ、周波数領域で数ＴＨz程度までの電磁波パルス８４を放射させることが一般に可能である。空間に放射された電磁波パルス８４は、レンズやミラー等の光学素子によってサンプル８５へと集光される。サンプル８５から反射した電磁波パルス８４は、光学素子によって電磁波パルス検出素子８６に入射する。電磁波パルス検出素子８６はサンプル８５から２つの異なる角度で反射する電磁波パルス８４を検出できるように配置されている。
【００３７】
ビームスプリッタ８２で分けられて第二次高調波発生部８７へ入射したもう一方の励起光パルス８１は、第二次高調波変換過程によって波長０．８μｍ帯のパルスレーザとなる。
第二次高調波変換素子としてはＰＰＬＮ結晶（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）などを使用できる。他の非線形過程で生ずる波長や、波長変換されずに出射してくる１．５μｍ帯の波長のレーザは、ダイクロイックミラー等によって励起光パルス８１から排除される。０．８μｍ帯の波長に変換された励起光パルス８１は、励起光遅延系８８を通過して電磁波パルス検出素子８６へと入射する。電磁波パルス検出素子８６としては、電磁波パルス発生素子８３と同じような構成の素子を２つ並べたものを使用することができる。２つの素子に対応して、励起光パルス８１もさらに二手に分けられそれぞれの素子へ入射する。検出側では、第二次高調波発生部８７で生成される波長０．８μｍ帯の励起光パルス８１を吸収するために、光伝導層には低温成長ＧａＡｓが好適に用いられる。光伝導層で発生した光励起キャリアは電磁波パルス８４の電界によって加速され、電極間に電流を生じさせる。電流は電流電圧変換部８９によって電圧に変換される。この電圧値は、光電流が流れている時間内の電磁波パルス８４の電界強度を反映している。励起光遅延系８８によって励起光パルス８１の遅延時間を掃引することで、電磁波パルス８４の電界強度の時間波形を再構成することができる。処理部９０では、電磁波パルス発生素子８３の電圧や励起光遅延系８８による遅延時間を制御したり、実施形態１や２で説明したような粗さ評価方法や物体評価方法を用いて物体を評価したりする。また、電磁波パルス８４の時間波形やその周波数成分からサンプル８５の情報（複素屈折率や形状など）を取得し、表示部９２に表示する。サンプル８５の測定箇所を走査することで、トモグラフィックイメージングなどを行うことも可能である。以上のような物体評価装置によって、物体の同定やイメージングなどを高精度に行うことが可能となる。
【００３８】
このような物体評価装置は、例えばヒトの皮膚の評価などに応用できる。ヒトの皮膚の表皮−真皮界面は凹凸形状をしている。これは、界面の表面積を増やして栄養や酸素を多く伝達したり、突起により変位を感じ易くして触覚を鋭敏にしたりするなどといった効果をもたらすためと言われている。この表皮−真皮界面の凹凸形状は、湿疹などの疾病や健康状態により変化することが一般に知られている（図１１参照）。図１１（ａ）は通常の状態の皮膚、図１１（ｂ）は疾病（ここでは乾癬）状態の皮膚の模式図である。ここで、１１１、１１１’は表皮、１１２、１１２’は真皮、１１３、１１３’は表皮−真皮界面を示す。表皮−真皮界面の変化を利用して、例えば、皮膚の疾病に応じた参照データベースを構築しておき、検査対象の皮膚の測定データと比較して疾病を推定するなどの応用が考えられる。
【００３９】
このような応用にはテラヘルツ波帯の電磁波が適していると考えられる。なぜならば、上記の皮膚程度の構造（１０μｍ〜１ｍｍのオーダー）を判別できる奥行き分解能を持つためにはテラヘルツ波帯以上の周波数であることが望ましいからである。また、皮膚表面のより細かい凹凸形状や各細胞による散乱の影響を低減するためには、テラヘルツ波帯以下の周波数であることが望ましいからである。もちろん、それ以外の周波数の電磁波を用いてもよい。
複数の周波数の電磁波や超音波といった様々な測定手法を同時に用いて疾病の推定などを行うことも可能である。
【００４０】
本物体評価装置は内視鏡としても応用できる。この場合、電磁波パルスの導波部分（励起光パルスの導波部分でもよい）を導波ファイバに置き換えるなどにより、体内の観察位置に電磁波パルスを導く構成などが考えられる。このように、本実施形態の物体評価装置は、医療、美容の分野や、その他にも工業製品検査などの分野などで利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１・・発生手段、２、５・・電磁波パルス、４・・サンプル、７・・検出手段、８・・時間波形算出手段、９・・処理手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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