(57)【要約】【課題】  複数の界面を備える測定物において、複数の界面から反射された反射パルス信号が畳重している場合においても、測定物の物性に関する測定精度の低下を抑制することを目的とする。【解決手段】  測定物の物性を測定する測定装置は、遅延光学部の光路長を変化させて検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、位置調整部により第１の反射部または第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの平行領域が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得する波形取得部と、第１の取得波形と第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、を有する。【選択図】  図１
2013170899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波パルスを測定物に照射して測定物の物性を測定する測定装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光または電磁波パルスの光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物と前記集光位置との位置を、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記焦点深度は、集光された電磁波パルスにおける焦点位置から光軸方向の前後に０．５ミリメートルの領域とすることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記波形形成部は、前記第１、第２の取得波形における前記第１、第２の反射部から反射された電磁波である第１、第２の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第１、第２の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記波形取得部は、前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とは別に１以上の時間波形を取得し、前記第１の取得波形と前記第２の取得波形と前記１以上の時間波形に基づき前記波形形成部は測定波形を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第２の集光位置は、測定物における前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方に電磁波パルスの焦点深度が位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記位置調整部は、位置を固定された測定物に対して電磁波パルスの集光する集光位置を移動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記位置調整部は、電磁波パルスの光軸に平行に移動させる測定物を保持するステージであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
電磁波パルスは、３０ＧＨｚから３０ＴＨｚの周波数帯域の一部を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光の光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物と前記集光位置との相対的な位置を、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部と、を有し、測定物の物性を測定する測定装置における測定方法であって、
前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得し、
前記第１、第２の取得波形における前記第１の反射部から反射された第１の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整して第１、第２の調整波形とし、前記第１、第２の調整波形を加算して測定波形を形成することを特徴とする測定方法。
【請求項１０】
抽出された前記測定波形をフーリエ変換して測定物のスペクトルを取得することを特徴とする請求項９に記載の測定方法。
【請求項１１】
測定物のトモグラフィー像を取得するトモグラフィー装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物に対して、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するようにして、前記集光位置における電磁波パルスの光軸に平行に移動させる位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を可変にして前記検出部で検出した電磁波パルスに関する情報から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を取得し、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
測定物を保持し、測定物と電磁波パルスの位置を相対的に移動させる移動可能なステージと、
前記ステージの位置と前記波形形成部が形成する前記測定波形とに基づき測定物のトモグラフィー像を構成する像構成部と、を有することを特徴とするトモグラフィー装置。
【請求項１２】
前記波形形成部は、前記第１、第２の取得波形における前記第１、第２の反射部から反射された電磁波である第１、第２の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第１、第２の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項１１に記載のトモグラフィー装置。
【請求項１３】
電磁波パルスを測定物に照射して測定物の物性を測定する測定装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光または電磁波パルスの光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物と前記集光位置との位置を、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて前記第１の取得波形とは波形の異なる第２の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１４】
前記波形形成部は、前記第１、第２の取得波形における前記第１、第２の反射部から反射された電磁波である第１、第２の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第１、第２の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項１３に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いて物性を測定する測定装置及び測定方法、トモグラフィー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波帯からテラヘルツ帯、特に０．０３ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数帯域の電磁波であるテラヘルツ波に代表されるように、所定の電磁波の周波数帯域には、生体分子を始めとする物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収スペクトルが存在する。
【０００３】
このような特徴を活かして、所定の周波数帯域の電磁波を用いて非破壊にて物質の分析や同定などを行う検査技術が開発されており、またＸ線に替わるイメージング技術や高速な通信技術への応用が期待されている。さらに、測定物内部の屈折率界面からの反射テラヘルツ波パルスを用いて、測定物内部の可視化を行うトモグラフィー装置への適用が注目されている。このテラヘルツ波パルスを用いたトモグラフィー装置では、テラヘルツ波の透過性を活かして、数１００μｍから数１０ｍｍ程度の深さの内部構造の可視化が期待されている。
【０００４】
このようなトモグラフィー装置で用いられることの多い時間領域分光法では、フェムト秒オーダのパルス幅を有する超短パルス光（以下、励起光とも呼ぶ）を用いて、電磁波パルスのサンプリング計測を行う。電磁波パルスのサンプリング計測では、電磁波パルスを発生する発生部と電磁波パルスを検出する検出部に夫々到達する励起光の光路長差を調整しながらサンプリングすることで実現される。このとき、光路長差は折り返し光学系を有するステージを励起光の光路（伝搬経路）に挿入し、励起光の折り返し量によって調整される方法等が知られている。また、発生部又は検出部には半導体薄膜に微小間隙を有するアンテナ電極パターンを設けた光伝導素子を用いる方法が知られている。
【０００５】
特許文献１には、このような時間領域分光法の原理を用いて、測定物の界面から反射される複数の電磁波パルスの間隔の変化より、塗装膜の厚みを算出する測定装置が開示されている。また、各電磁波パルスにおける反射パルスをそれぞれ時間軸上で切り出してからフーリエ変換することで、切り出した反射パルス毎の周波数スペクトルを取得し、各反射パルスの周波数スペクトルの比より吸収スペクトルを算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８６１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、検出された反射パルスの時間波形からある界面の反射パルスの信号を切り出して物性を取得する場合には、十分な測定時間長が確保できずに分解能が粗くなり、測定物の物性に関して測定精度が低下してしまうことがある。というのも、測定物の分解能は、検出された電磁波パルスの時間長に依存するためである。
【０００８】
そこで本発明は、測定物における複数の界面から電磁波が反射される場合であっても、測定物の物性に関する測定精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の測定装置は以下の構成を有する。
【００１０】
即ち、電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光または電磁波パルスの光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物と前記集光位置との位置を、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得する波形取得部と、前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、を有する。
【００１１】
また、本発明の測定方法は以下の構成を特徴とする。
【００１２】
即ち、電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光の光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物と前記集光位置との相対的な位置を、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部と、を有し、前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得し、前記第１、第２の取得波形における前記第１の反射部から反射された第１の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整して第１、第２の調整波形とし、前記第１、第２の調整波形を加算して測定波形を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のトモグラフィー装置は以下の構成を有する。
【００１４】
即ち、電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、第１の反射部と第２の反射部とを備える測定物に対して、前記第１の反射部または前記第２の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するようにして、前記集光位置における電磁波パルスの光軸に平行に移動させる位置調整部と、前記遅延光学部の光路長を可変にして前記検出部で検出した電磁波パルスに関する情報から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第１の反射部または前記第２の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第１の集光位置にて第１の取得波形を取得し、前記第１の集光位置とは異なる第２の集光位置にて第２の取得波形を取得する波形取得部と、前記第１の取得波形と前記第２の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、測定物を保持し、測定物と電磁波パルスの位置を相対的に移動させる移動可能なステージと、前記ステージの位置と前記波形形成部が形成する前記測定波形とに基づき測定物のトモグラフィー像を構成する像構成部と、を有する。
【発明の効果】
【００１５】
測定物の複数の界面から電磁波が反射される場合であっても、測定物の物性に関する測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る物性測定装置の概略構成図。
【図２】実施形態２に係る物性測定装置の概略構成図。
【図３】実施形態１に係る物性測定装置の測定動作を示すフローチャート。
【図４】（ａ）テラヘルツ波パルスのビーム形状と測定物との位置関係について説明するための図。（ｂ）測定物から得られたテラヘルツ波パルスの時間波形について説明するための図。
【図５】（ａ）集光位置と電磁波パルスの時間間隔の関係を説明する図。（ｂ）集光位置と電磁波パルスについての実験結果を示した図。
【図６】（ａ）実施形態１における波形取得部が取得した第１の取得波形と第２の取得波形を説明する図。（ｂ）波形調整部において調整された調整波形を説明する図。（ｃ）抽出された測定波形を説明する図。
【図７】実施形態３に係る物性測定装置の概略構成図。
【図８】実施形態４に係る物性測定装置の概略構成図。
【図９】実施形態３に係る物性測定装置の測定動作を示すフローチャート。
【図１０】（ａ）測定物としての皮膚の模式図。（ｂ）測定物として癌組織を含む皮膚の模式図。
【図１１】（ａ）は癌組織を含む皮膚の概略図。（ｂ）は癌組織を含む皮膚の測定後のトモグラフィー像を示した図。
【図１２】癌組織を含む皮膚の補正後のトモグラフィー像を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施形態１］
以下、本実施形態の物性測定装置について図面に基づき説明する。
【００１８】
（物性測定装置の全体構成）
図１は、本実施形態における物性測定装置１の概略構成図である。
【００１９】
物性測定装置１は、光源１０３と、波形取得部１０５と、電磁波パルスを発生、検出する発生検出部１０１と、電磁波パルスを整形し集光する集光部１０２とを有し、測定物の物性を測定する。光源１０３は、発生検出部１０１で電磁波パルスを発生、検出させるための励起光（レーザー光）を出力し、照射する。
【００２０】
また、物性測定装置１は、波形取得部１０５、集光位置調整部１０６、波形調整部１０７、波形形成部１０８、分析部１０９を有する。
【００２１】
波形取得部１０５は、検出部により検出された検出結果に基づき測定物から反射された反射パルスの時間波形を取得する。集光位置調整部１０６は、測定物に対し電磁波パルスが集光する位置を移動させて調節する。波形調整部１０７では、波形取得部１０５で取得した時間波形の時間軸上の位置を移動させて調整する。波形形成部１０８では、集光位置の変化に伴い波形調整部１０７から出力される時間波形を参照し、調整された調整波形を加算することで、所望の界面からの時間波形（抽出波形）を形成する。分析部１０９は、波形形成部１０８で得られた時間波形に基づき、測定物の分析を行う。以下、各構成要素についてさらに詳しく説明する。
【００２２】
（光源）
光源１０３は、発生検出部１０１に向けて励起光（レーザー光）を発振する。光源１０３から出力されるレーザー光は、数１０フェムト秒のパルス幅を有する。発生検出部１０１を構成する光伝導素子は、励起光の照射によりキャリヤを半導体薄膜に励起することでテラヘルツ波を発振する。
【００２３】
また、図１に示すように、光源１０３から出力した励起光は、ビームスプリッタによりＬ１とＬ２の光路に分岐される。ここでは、光路Ｌ１を通る励起光は発生検出部１０１に照射され、テラヘルツ波パルスの発生用の励起光として利用される。一方、光路Ｌ２を通る励起光は後述する遅延光学部１０４を介して発生検出部１０１に照射され、テラヘルツ波パルスの検出用の励起光として利用される。光源１０３から出力する励起光の波長は、使用する光伝導素子の半導体膜の吸収波長により決定している。
【００２４】
尚、光源１０３として励起光Ｌ１とＬ２を出力する二つのレーザー源を用いてもよい。また、光源１０３の波長やパルス幅、レーザーの繰り返し周波数は、必要とされる装置スペックにより適宜選択すれば良い。
【００２５】
（遅延光学部）
遅延光学部１０４は、励起光の光路長を調整し、発生検出部１０１に到達する励起光Ｌ１とＬ２の光路長差を調整する。即ち、本実施形態では励起光の光路長を長くして発生検出部への到達を遅延させるように構成されている。
【００２６】
また、テラヘルツ波パルスを実時間で検出することは難しいため、テラヘルツ時間領域分光法では、発生検出部１０１に照射される励起光Ｌ１とＬ２の光路長差を所定量ずつ変化させて、テラヘルツ波パルスのサンプリング計測を行う。これには、励起光の光路長を直接調整する手法と、実効的な光路長を調整する手法等がある。
【００２７】
光路長を直接調整する手法としては、励起光を折り返す折り返し光学系を折り返し方向に動かすことで調整する手法である。また、実効的な光路長を調整する手法としては、励起光が伝搬する光路長の時定数を変化させることで調整する手法である。本実施形態では、このどちらの方法を用いても良い。
【００２８】
（発生検出部）
発生検出部は、特に３０ＧＨｚから３０ＴＨｚの周波数帯域の一部を含む電磁波（テラヘルツ波とも呼ぶ）の発生部と検出部の機能を兼ねる光伝導素子から構成される。発生検出部１０１は、励起光を照射されて電磁波パルスであるテラヘルツ波パルスを発振し、また、測定物から反射される電磁波パルスであるテラヘルツ波パルス（反射パルス）を検出する。
【００２９】
ここで、発生検出部１０１におけるテラヘルツ波パルスの検出方法として、テラヘルツ波の電界強度を光伝導素子から出力される電流（瞬間電流）により検出する。電流を検出するための素子として、半導体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が適用できる。また、電気光学効果を用いてアンテナパターンの電場を検出する方法や磁気光学効果を用いてアンテナパターンの磁場を検出する方法も適用できる。
【００３０】
テラヘルツ波パルスの発生原理として、半導体や非線形結晶の表面に励起光を照射してテラヘルツ波を発振する。光伝導素子を利用する場合には、光伝導素子の電極に電界を印加した状態で光伝導素子に励起光を照射し、テラヘルツ波を発生させる。非線形光学結晶の電気光学効果を利用する場合、励起光が照射した結果、結晶に発生した分極によりテラヘルツ波が発生する。また、瞬時電流を利用する形態の場合、ＰＩＮダイオード構造が適用できる。また、キャリヤのバンド間遷移を利用する手法等も適用できる。
【００３１】
尚、テラヘルツ波の発生部と検出部とが別々に設けることも可能である。また、テラヘルツ波の発生部分と検出部分が有する励起光の吸収波長によっては、光路Ｌ１またはＬ２の途中に波長変換素子を介在させてもよい。
【００３２】
（整形部）
整形部１０２は、テラヘルツ波パルスのビーム形状を調整し、集光する。即ち、ビーム形状を調整してテラヘルツ波パルスの焦点位置を光軸上で移動させることができる。
【００３３】
整形部１０２は、テラヘルツ波パルスのビーム形状を調整し集光する集光部５である二つのレンズ５ａ、５ｂと、二つのレンズ５ａ、５ｂと発生検出部１０１とを内包する窓つきの筐体８とで構成されている。ただし、テラヘルツ波パルスを測定物に対して集光できる構成であれば、この構成に限定されず、窓付きの筺体はなくても良い。整形部１０２は、集光部５である二つのレンズによってテラヘルツ波パルスを焦点位置に集光する。ただし、集光部５は一つのレンズや、三つ以上のレンズから構成されるとしても良い。また、整形部１０２は、テラヘルツ波パルスの伝搬方向（光軸方向）と平行な方向に窓側のレンズを移動させる移動手段であるアクチュエータ２５を備える。
【００３４】
窓側のレンズ５ｂの位置を調整することで、テラヘルツ波の集光する位置を調整することが可能である。また、整形部１０２が発生検出部１０１を内包する場合、整形部１０２自体がテラヘルツ波パルスの伝搬方向に動く機構を有してもよい。ここで、集光部５はレンズではなくミラーで構成するとしても良い。
【００３５】
尚、集光部５で集光したテラヘルツ波パルスのビーム形状は、詳しくは後述するテラヘルツ波パルスが集光する過程の領域（以下、集光過程領域Ａ）と、焦点深度に相当するテラヘルツ波パルスが平行に伝搬すると見なせる領域（以下、平行領域Ｂ）とに大別できる。
【００３６】
（波形取得部）
波形取得部１０５は、遅延光学部の光路長を変化させて発生検出部１０１において検出されるテラヘルツ波パルスに関する信号に基づきテラヘルツ波パルスの時間波形を取得する。というのも、テラヘルツ波パルスは一般にピコ秒以下のパルス幅を有するパルス波形であるため、実時間での取得が困難である。そのため、テラヘルツ波パルスのパルス幅よりも短いパルス幅を測定できる光サンプリング計測を行う。
【００３７】
本実施形態のように光伝導素子を用いる場合、光サンプリング計測に用いるパルス光として光源１０３から照射される励起光を用いる。本実施形態の励起光は、フェムト秒のパルス幅を有するパルス光であり、テラヘルツ波パルスのサンプリング計測は、遅延光学部の光路長を変化させて、発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波パルスと励起光Ｌ２との光路長差を調整して行う。
【００３８】
また、波形取得部１０５では、発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波パルスの遅延光学部１０４の光路長の調整量と、その調整量における発生検出部１０１にて得られた反射テラヘルツパルスの検出信号とを用いて、テラヘルツ波パルスの時間波形を構築する。第１の反射部と第２の反射部のように複数の界面を備える測定物の場合、波形取得部で構築されるテラヘルツ波パルスの時間波形は、図４（ｂ）のように第１の反射部からの第１の反射パルス信号と、第２の反射部からの第２の反射パルス信号とを含んでいる。
【００３９】
（集光位置調整部）
集光位置調整部１０６は、テラヘルツ波パルスの焦点（集光位置）をテラヘルツ波パルスの光軸に略沿う方向に移動させ、所望の位置に焦点を合わせる位置調整部である。例えば、集光位置調整部１０６により、発振するテラヘルツ波パルスの集光位置を第１の集光位置Ｐ１から第２の集光位置Ｐ２へと移動させて調整することができる。
【００４０】
第１の集光位置Ｐ１と第２の集光位置Ｐ２は焦点として一点で表されるが、焦点が合っていると見なせる領域、即ち、焦点深度に相当する平行領域がある。テラヘルツ波パルスの集光位置は、測定物の位置を固定したまま集光部５のレンズを移動させることにより、テラヘルツ波パルスの集光位置を調整する。尚、アクチュエータ７により測定物の位置を集光位置におけるテラヘルツ波の光軸に略沿う方向に移動することで、測定物における集光位置を調整するように構成しても良い。
【００４１】
（分析部）
分析部１０９は、予め測定された物性情報を記憶する記憶部と、この記憶部に格納された物性情報と測定し得られた物性情報とを比較する比較部とを備えて、着目した測定物の反射部の物性を分析する。例えば、テラヘルツ波の反射パルスの基準情報からの変化をモニタすることで、測定物の屈折率分布や吸収係数を取得できる。または、周波数スペクトルや時間波形の変化について、予め用意された測定物に関するデータベースと比較することで、測定物の物性の分析を行うことも可能である。
【００４２】
（物性測定装置による測定物の測定方法）
図４を用いて、集光部で集光されたテラヘルツ波パルスのビーム形状と測定物の反射部との関係について説明する。図４（ａ）は、テラヘルツ波パルスのビーム形状と測定物との位置関係について説明するための図である。図４（ｂ）は、測定物から得られたテラヘルツ波パルスの時間波形について説明するための図である。
【００４３】
図に示すように、テラヘルツ波パルスは大きく分けて二つの領域を備えているものと見なせる。即ち、テラヘルツ波パルスが集光する過程の領域を集光過程領域Ａ（以下、領域Ａ）、テラヘルツ波パルスが平行に伝搬すると見なせる領域を平行領域Ｂ（以下、領域Ｂ）と呼ぶ。ここで、平行領域Ｂは波動光学的に焦点深度に相当する。
【００４４】
第１の反射部と第２の反射部の間隔（空間的な距離）をｔ、第１の反射部と第２の反射部間における平均的な屈折率をｎとすると、第１の反射部から第２の反射部に伝播するテラヘルツ波パルスの光路長はｔ×ｎに近似する。一方、集光位置調整部１０６によって第１の反射部から第２の反射部に集光位置が移動する時、集光位置の移動量はｔ／ｎに近似する。尚、本実施形態では説明を簡略化するために、平行領域の移動量と集光位置の移動量は等価とする。
【００４５】
ここで、測定物の反射部が平行領域（領域Ｂ）を移動する場合には、電磁波パルスの焦点が合っているものと見なせるので、発生検出部１０１に到達する反射パルス波のビーム形状はほとんど変化せず、平行領域において反射部の移動に伴う電磁波パルスの光学的な移動距離は、反射部との相対的な移動距離にほぼ比例する。
【００４６】
一方、測定物における反射部が集光過程領域Ａ（領域Ａ）を移動する場合、電磁波パルスの焦点を外れているので、発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波のビーム形状は、反射部の移動距離にビーム径の拡大、縮小に伴う角度成分が加わる。このときの反射部の光学的な移動距離は、平行領域における光学的な移動距離に比較して長くなる。また、光学的な移動距離は、テラヘルツ波パルスの伝搬時間に換算することができる。波形取得部１０５で取得される時間波形は、測定物の第１の反射部と第２の反射部からの反射パルスを検出しているが、各反射部が電磁波パルスのどちらの領域に存在するかにより、図４（ｂ）における第１、第２の反射部から反射されるそれぞれの反射パルスの時間差である時間間隔Δｔが変化する。この時間間隔Δｔを変化させて得られた第１、第２の取得波形に基づいて、所定の反射パルスの時間波形を抽出したものが、本実施形態における測定波形となる。
【００４７】
本実施形態では、第１の集光位置Ｐ１からの電磁波波パルスの時間波形を第１の取得波形と呼ぶ。また、第２の集光位置Ｐ２からの電磁波パルスの時間波形を第２の取得波形と呼ぶ。本実施形態では説明上、二つの集光位置から反射される電磁波パルスの時間波形を用いて説明するが、これらの時間波形は集光位置の数だけ複数ある。詳細には、第１の取得波形と第２の取得波形は、時間波形の測定時における集光位置が異なることを示したものである。
【００４８】
第１の取得波形や第２の取得波形に含まれる第１の反射パルスと第２の反射パルスの時間間隔Δｔは、測定物の反射部が集光過程領域か平行領域に当たるかで異なる。言い換えると、集光位置調整部１０６によって、テラヘルツ波パルスの集光位置が変化すると、時間間隔Δｔが変化する。時間間隔Δｔの変化としては、以下に説明する三つの状態が考えられる。
【００４９】
一つ目の状態として、測定物の第１の反射部と第２の反射部が集光過程領域（領域Ａ）に収まり、第１、第２の反射部がこの領域内に収まるようにして測定物に対する集光位置が変化する状態である（以下、集光過程領域Ａとも呼ぶ）。この状態では、図４（ｂ）における時間間隔Δｔの変化は小さい。
集光位置が図１に示すように第１の集光位置Ｐ１から第２の集光位置Ｐ２に変化させると、時間間隔Δｔは、各集光位置における光路長の変化量の差分を反映した分だけ変わる。つまり、発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波パルスのビーム径の拡大、縮小に伴ってテラヘルツ波パルスの光路長は小さく変化する。
【００５０】
二つ目の状態として、測定物の第１の反射部と第２の反射部が平行領域（領域Ｂ）に収まり、第１、第２の反射部がこの領域内に収まるようにして測定物に対する集光位置が変化する状態である（以下、平行領域Ｂとも呼ぶ）。この状態では、第１、第２の反射部の光学的な移動距離は、共に物理的な移動距離にほぼ比例するため、時間間隔Δｔの変化はほとんどない。
【００５１】
三つ目の状態として、測定物の第１の反射部と第２の反射部が、集光過程領域Ａと平行領域Ｂにまたがり、即ち、第１、第２の反射部の一方のみが平行領域の領域内に収まるように、測定物に対する集光位置が変化する状態である。
【００５２】
以下、第１、第２の反射部が集光過程領域Ａと平行領域Ｂにまたがって存在している状態を混在領域Ａ＋Ｂと呼ぶ。集光過程領域Ａに位置する反射部からの反射パルスの時間軸上の位置は、反射部の物理的な移動量に加え、上述したように発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波パルスのビーム径の拡大、縮小に伴う光路長の変化量が反映される。一方、平行領域Ｂにある反射部からの反射パルスの時間軸上の位置は、反射部の物理的な移動量が反映される。この結果、ビーム形状の変化に伴う光路長の変化量が、図４（ｂ）における時間間隔Δｔに直接作用する。本実施形態では、混在領域Ａ＋Ｂにある測定物を対象にし、時間間隔Δｔの変化を利用して着目する反射部からの反射パルスを形成する。
【００５３】
（テラヘルツ波パルスの集光位置の調整）
以下、テラヘルツ波パルスの集光位置Ｚと、反射パルスの時間間隔Δｔについて説明する。図５（ａ）は、テラヘルツ波パルスの集光位置Ｚと反射パルスの時間間隔Δｔの関係を示した概念図である。第１の反射部と第２の反射部の両方が集光過程領域Ａまたは平行領域Ｂの一方に位置する場合、時間間隔Δｔは集光位置Ｚに対してほとんど依存しないで、時間間隔Δｔは集光位置Ｚを変化させても略一定となる。
【００５４】
一方で、第１の反射部と第２の反射部が混在領域Ａ＋Ｂにあるとき、集光位置Ｚが変わると時間間隔Δｔはそれに伴い変化する。即ち、焦点位置Ｚの値が大きくなると時間間隔Δｔについても長くなり、小さくなると時間間隔Δｔについては短くなる。ここで、集光位置Ｚが大きくなる方向とは、より焦点距離が長くなる方向であり、図１におけるＰ１からＰ２に向かう方向である。
【００５５】
図５（ｂ）は、集光位置Ｚの変化に対する反射パルスの時間間隔Δｔの変化を実験した結果を示した図である。空気層を介したポリエチレンと石英を測定物として、集光位置Ｚの変化に対する最表面と最裏面からの反射パルスの時間間隔Δｔの変化をプロットした。測定物の最表面と最裏面との距離に相当する厚みは約１．１ｍｍである。
【００５６】
図５（ｂ）の実験結果から、集光位置Ｚの変化に対する第１の反射パルスと第２の反射パルスの時間間隔Δｔの変化は、図５（ａ）と同様の傾向を示すことが確認された。つまり、測定物が混在領域Ａ＋Ｂに位置するとき、集光位置Ｚの変化に対する時間間隔Δｔの変化は大きくなる。これに対し、集光過程領域Ａ、または平行領域Ｂに位置するときでは、時間間隔Δｔの変化は混在領域Ａ＋Ｂに比べて小さくなる。
【００５７】
尚、図５（ｂ）の実験結果によれば、集光過程領域Ａにおいて焦点位置Ｚを変化させると、時間間隔Δｔについても変化している。これは、発生検出部１０１に到達するテラヘルツ波パルスのビーム形状の変化に伴う光路長の変化量の差分が反映されたものである。
【００５８】
本実施形態では、集光位置に対し第１の反射パルスと第２の反射パルスの時間間隔が変化する現象を利用して、着目する反射部からの反射パルスの時間波形を形成する。つまり、測定物の第１、第２の反射部が混在領域Ａ＋Ｂに存在するか、若しくは第１、第２の反射部が共に集光過程領域に存在するようにテラヘルツ波パルスの集光位置を調整する。ここでより好ましくは、第１の反射部と第２の反射部が混在領域に存在するように調整する。これについて詳しくは後述する。
【００５９】
平行領域Ｂ、混在領域Ａ＋Ｂ、集光過程領域Ａは次のように決められる。平行領域Ｂは所謂焦点深度に相当し、テラヘルツ波が平行に伝わると見なせる領域である。平行領域Ｂでは、テラヘルツ波パルスの集光位置の変化に対し、第１の反射パルスと第２の反射パルスの時間間隔Δｔが変化しないため、時間間隔Δｔが変化し始める集光位置は平行領域Ｂと混在領域Ａ＋Ｂの境界となる。また、混在領域Ａ＋Ｂと集光過程領域Ａでは、集光位置の変化に対する時間間隔Δｔの変化量が異なるので、変化量が異なる位置を混在領域Ａ＋Ｂと集光過程領域Ａの境界となる。
【００６０】
測定物に焦点が合う光軸上の限界範囲である焦点深度は、ｎλ／２（ＮＡ）２に近似することが一般的に知られている。ここで、λは電磁波の波長、ｎは屈折率、ＮＡは光学系の開口数である。テラヘルツ波パルスの焦点深度は一般に０．１〜１０ｍｍの範囲であり、本実施形態の構成ではおよそ１ｍｍとなる。
【００６１】
尚、本実施形態では平行領域Ｂよりも電磁波パルスの発振方向の上流側の領域を集光過程領域Ａとして図示し説明したが、平行領域Ｂの電磁波パルスの発振方向の下流側の領域に測定物の第一の反射部または第二の反射部を含む場合でも、混在領域Ａ＋Ｂとすることも可能である。
【００６２】
また、予め装置の平行領域Ｂ、集光過程領域Ａの境界を作成し、装置に記憶させておいても良い。また、測定物毎に平行領域Ｂ、混在領域Ａ＋Ｂ、集光過程領域Ａの境界を測定前に作成するようにしても良い。
【００６３】
（取得した反射パルスの波形の調整）
波形調整部１０７は、取得した第１の取得波形と第２の取得波形を調整する。各時間波形に含まれる第１の反射パルスの時間軸上の位置を、基準時間位置Ｔｒｅｆに位置するように、それぞれの時間波形の位置を移動する。ここで、基準時間位置Ｔｒｅｆは、操作者若しくは装置により予め設定された時間軸上の位置である。
【００６４】
時間波形の移動は、時間波形に含まれる第１の反射パルスに相当する時間軸上の位置（図４（ｂ）におけるｔ１）を、基準時間位置Ｔｒｅｆに位置するように移動させる。尚、第１の取得波形の第１の反射パルスの位置を基準時間位置Ｔｒｅｆと定義した後、第１の取得波形が含む第１の反射パルスと第２の取得波形が含む第１の反射パルスの相関が最大となるように、波形調整部１０７は、第２の取得波形の時間軸上の位置を調整する等しても良い。
【００６５】
その後、上述した基準時間位置へと時間軸上の位置の調整を行った第１の取得波形を、第１の調整波形として出力する。同様にして基準時間位置へと時間軸上の位置の調整を行った第２の取得波形を、第２の調整波形として出力する。
【００６６】
（反射パルスの時間波形の抽出）
波形形成部１０８は、第１の調整波形と第２の調整波形を加算して抽出波形を取得する。測定物の第１の反射部と第２の反射部が混在領域Ａ＋Ｂに位置する場合に、第１の取得波形と第２の取得波形に含まれるそれぞれの第１、第２の反射パルスの時間間隔Δｔは変化する。波形調整部１０７において、各時間波形の第１の反射パルスの時間軸上の位置を基準時間位置Ｔｒｅｆに調整した場合、第１の調整波形の第２の反射パルスの時間軸上の位置と、第２の調整波形の第２の反射パルスの時間軸上の位置は異なる位置となる。
【００６７】
そのため、第１の調整波形と第２の調整波形を加算して得られた測定波形では、第２の反射パルスの信号成分が抑制された時間波形となる。尚、上述した一連の時間波形の取得・調整を第１、第２の時間波形とは別に１以上の時間波形、第３、第４・・・の時間波形と複数回繰り返し加算することで、第２の反射パルスの信号成分をより弱めて、高精度に第１の反射パルスの時間波形を測定波形として形成することができる。即ち、所望の界面、ここでは第１の反射部から反射される反射パルスの時間波形を精度良く形成することができる。
【００６８】
図６は、波形取得部１０５から波形形成部１０８に至るテラヘルツ波パルスの時間波形を説明する図である。図６（ａ）は、本実施形態における波形取得部１０５が取得した第１の取得波形と第２の取得波形を説明する図である。第１の取得波形はテラヘルツ波パルスの集光位置が第１の集光位置Ｐ１にある時の時間波形である。第２の取得波形はテラヘルツ波パルスの集光位置が第２の集光位置Ｐ２にある時の時間波形である。
【００６９】
図より、テラヘルツ波パルスが第２の集光位置Ｐ２にあるとき、測定物の反射部は整形部１０２に対して近づくために光路長は短くなる。第２の取得波形に含まれる第１の反射パルスと第２の反射パルスの時間軸上の位置は、第１の取得波形に比べて図の左側にシフトする。言い換えると、測定物の反射部が相対的に近づくことで、各反射部からのテラヘルツ波パルスの光路長が短くなる。
【００７０】
第１の反射部が集光過程領域にあり、第２の反射部が平行領域にある混在領域に位置する場合、第１の取得波形と第２の取得波形とを比較したときの互いの第１の反射パルスの時間の差Δｔ１と、互いの第２の反射パルスの時間の差Δｔ２は異なる。第１の反射部が集光過程領域Ａにある時、発生検出部１０１に到達する反射テラヘルツ波パルスのビーム形状の変化に起因する光路長の変化分だけ、Δｔ１はΔｔ２よりも大きくなる。
【００７１】
図６（ｂ）は、波形調整部１０７における調整波形を説明する図である。第１、第２の取得波形の位置を右側にシフトする。このとき、第１の反射パルスの位置が基準時間位置Ｔｒｅｆになるように時間軸上の波形位置を調整して図に示す第１の調整波形を得る。同様に、第２の取得波形の時間軸上の波形位置も波形調整部により調整して図に示す第２の調整波形を得る。このようにして各時間波形の第１の反射パルスの時間軸上の位置が基準時間位置Ｔｒｅｆに揃うとき、第１、第２の調整波形における第２の反射パルスの時間軸上の位置はそれぞれ異なる位置となる。
【００７２】
図６（ｃ）は、波形形成部１０８において抽出された測定波形を説明する図である。
【００７３】
波形形成部１０８では、第１の調整波形と第２の調整波形が加算された時間波形が抽出される。この抽出された測定波形では、第１の反射パルスに関する信号は強め合う一方で、第２の反射パルスに関する信号は弱め合う。つまり、第１の反射パルスと第２の反射パルスの信号の強度比を変化させて、第１の反射パルスに関する信号を形成することができる。つまり、複数の界面から反射されたテラヘルツ波の反射パルスの存在下であっても、着目する反射部からのテラヘルツ波の反射パルスを十分な時間長を維持した状態で、抽出することが可能となる。
【００７４】
（本実施形態の物性測定装置の測定方法）
以下、物性測定装置における測定物の測定方法について説明する。図３は、本実施形態の物性測定装置に関する測定動作のフローチャートである。
【００７５】
測定物の物性の測定が開始すると、まず整形部１０２を用いて測定物が備える第１、第２の反射部から第１の反射パルスを取得できる位置に、テラヘルツ波パルスの集光位置を調整する（Ｓ１）。ここで、第１の反射パルスを取得できる位置とは、テラヘルツ波パルスにおける平行領域Ｂが、少なくとも測定物の第１、第２の反射部の一方に位置するような任意の位置（混在領域Ａ＋Ｂ）を指す。即ち、図１に示す第１の集光位置Ｐ１に電磁波パルスを集光する。
【００７６】
その後、波形取得部１０５により時間領域分光法を用いて測定物から反射された反射パルスの時間波形を取得する（Ｓ２）。即ち、遅延光学部の光路長を変化させて検出部で検出したテラヘルツ波パルスに関する信号から反射されるテラヘルツ波パルスの時間波形（第１の取得波形）を取得する。
【００７７】
物性測定装置１は、第１の取得波形が取得されると波形調整部１０７により第１の取得波形の第１の反射パルスの時間軸上の位置を基準位置である基準時間位置Ｔｒｅｆに位置するように、第１の取得波形の時間位置を移動して調整波形（第１の調整波形）を得る（Ｓ３）。さらに、得られた調整波形を記憶する（Ｓ４）。
【００７８】
その後、テラヘルツ波パルスの集光位置を移動させて、さらに時間波形を取得するか否かを判断する（Ｓ５）。本実施形態では、既に第１、第２の調整波形が記憶されていた場合には、集光位置を移動させることなく、記憶された第１、第２の調整波形を加算して測定波形の抽出を行う（Ｓ７）。
【００７９】
一方、第２の調整波形が記憶されておらず、テラヘルツ波パルスの集光位置を変える場合には、集光位置調整部１０６により集光位置を調整する（Ｓ６）。ここで、本実施形態では、第２の集光位置Ｐ２へと移動させる。ここで、第２の集光位置Ｐ２は、第１の集光位置Ｐ１に対して所定の距離を移動させる。本実施形態の物性測定装置１では、図５に示すように領域Ａ＋Ｂは焦点位置Ｚが−０．５ミリメートルから０．５ミリメートル、即ち前後０．５ミリメートルとなるため、この範囲で移動させている。
【００８０】
尚、あらかじめ集光位置が動く領域を定め、この領域内でランダムに集光位置を定めてもよい。また、集光位置の移動の可否は、予め定めた２以上の測定回数、例えば１０００回測定したかどうかで判断しても良い。
【００８１】
その後、第２の集光位置Ｐ２で、第１の取得波形とは波形の異なる第２の取得波形を第１の取得波形と同様に取得し、さらに第２の調整波形を得る。
【００８２】
最終的に、所定の測定回数に到達すると、記憶された第１、第２の調整波形を加算して測定波形の形成（抽出）を行い（Ｓ７）、終了する。
【００８３】
ここで、周波数分解能は、時間領域分光法により得られた時間波形の時間長に依存する。さらに、反射パルスのピーク信号位置よりも時間的に後ろに位置する時間波形の波形についても、周波数分解能の精度を高める上では、重要な情報となる。本実施形態では上述した時間波形の処理を行うことにより、複数の界面から反射されたテラヘルツ波の反射パルスの存在化であっても、周波数分解能を低下させることなく、着目する反射部の反射パルスの時間波形を形成することができる。また、特に界面の距離が近く、第１、第２の反射パルス信号が重なって取得される場合であっても、本実施形態は着目する反射部の反射パルスの時間波形を形成することが可能である。
【００８４】
尚、本実施形態では電磁波パルスとしてテラヘルツ波パルスを用いる。このテラヘルツ波パルスの透過性を利用することで、１００μｍ〜１００ｍｍ程度の深さの測定物の内部構造の物性の特定が容易にできる。また、抽出波形をフーリエ変換して、スペクトルの形状や基準情報からの変化を利用して測定物の物性を取得することができる。
【００８５】
また、第１の反射部は第２の反射部よりも発生検出部１０１に近い位置としているが、遠い位置を第１の反射部としても良い。また、測定物は第１の反射部と第２の反射部の他に反射部を有していてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では電磁波パルスとしてテラヘルツ波を用いて説明したが、テラヘルツ帯域の電磁波に限定されず、マイクロ波、遠赤外領域の周波数帯域の電磁波パルスを用いても良い。
【００８７】
また、少なくとも第１の反射部と第２の反射部の間隔は、テラヘルツ波パルスが構造として認識できる大きさ、使用する波長λの１／２０λから１／１００λ程度の実効的な大きさを超える値であることが望ましい。使用する波長λとしては、テラヘルツ波パルスが占有する周波数スペクトルのうち、有効な最長波長を指す。特に、本実施形態では、最適な最長波長として、周波数パワースペクトルについて最大パワーに対し半分となる波長を指す。
【００８８】
［実施形態２］
本実施形態は、テラヘルツ波の発振素子と検出素子とを別個に設ける構成であることを特徴とし、実施形態１とはテラヘルツ波パルスを発生検出する部分の構成が異なる。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態１と共通する部分の説明については省略する。
【００８９】
図２は、本実施形態における物性測定装置の概略構成図である。
【００９０】
本実施形態では、テラヘルツ波の発生検出部１０１として、発生素子１０１ａと検出素子１０１ｂの二つの素子を別個に設け、整形部としてはミラーを用いている。テラヘルツ波の発生素子１０１ａと検出素子１０１ｂの二つを別々に備えることで、テラヘルツ素子の選択の自由度を高められる。これにより、発生素子１０１ａにテラヘルツ波パルスの出力効率が高い素子を選択し、検出素子１０１ｂには検出感度の高い素子を用いるという使い分けが可能になる。
【００９１】
また、本実施形態における整形部１０２は、四つのミラーを用いてテラヘルツ波パルスを測定物に集光する。ここで、検出素子１０１ｂと発生素子１０１ａとを別に設けているため、測定物に入射するテラヘルツ波パルスの入射角度を可変にすることができる。テラヘルツ波パルスの入射角度を調整可能にすると、測定物に対する入射角度を小さくすることで測定物表面の情報を測定対象とし、逆に、入射角度を大きくすることで測定物の深い領域の情報を測定対象にするといった、測定領域を選択することが可能になる。また、テラヘルツ波パルスの入射角度によっては、特定の反射部からのテラヘルツ波パルスを避けることも可能となる。
【００９２】
［実施形態３］
本実施形態は、実施形態１における物性測定装置をトモグラフィー装置に適用し、かつ測定物を固定するステージをテラヘルツ波パルスの光軸方向に対して平行に移動可能としたことを特徴とする。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態１と共通する部分の説明については省略する。
【００９３】
図７は、本実施形態におけるトモグラフィー装置の概略構成図である。
【００９４】
テラヘルツ波パルスの時間波形の時間軸は、距離に換算することが可能である。このことから、テラヘルツ波パルスの時間波形は、トモグラフィー像におけるＡスキャン像として捉えることができる。さらに、テラヘルツ波パルスが伝搬する光軸を、テラヘルツ波パルスが測定物に入射する方向に対して垂直方向に走査して測定することで、Ｂスキャン像や３次元のトモグラフィー像を取得することができる。
【００９５】
本実施形態におけるトモグラフィー装置１は、測定物と測定物に入射するテラヘルツ波パルスの位置を相対的に移動させる移動可能な測定物保持部である移動可能なステージ６を有する。また、移動可能なステージ６の位置と波形取得部から出力される時間波形とを対応させて、測定物のトモグラフィー像を構成する像構成部７０２を有する。また、得られたトモグラフィー像から特徴領域を形成する特徴領域抽出部７０３を有し、特徴領域抽出部７０３で抽出した領域の物性を取得する。
【００９６】
移動可能なステージ６は、測定物を保持し、テラヘルツ波パルスの光軸方向（照射方向）に対して平行に移動させることができる。像構成部７０２は、移動可能なステージ６の位置と波形取得部１０５の測定波形の信号とに基づき、トモグラフィー像を構成する。また、遅延光学部１０４の光路長差を固定した状態で移動可能なステージ６を２次元に走査することでＣスキャンのトモグラフィー像が構成できる。像構成部７０２では、構成した３次元のトモグラフィー像から、ＢスキャンやＣスキャンのトモグラフィー像を再構成して出力することもできる。
【００９７】
特徴領域抽出部７０３は、像構成部７０２で構成したトモグラフィー像より特徴領域を形成する。特徴領域抽出部７０３は測定物が取得したトモグラフィー像を参照して注目する領域を選択する。尚、装置がＢスキャンやＣスキャンのトモグラフィー像を参照して、反射部の界面が不連続となる位置を自動的に検出してもよい。また、検出した不連続点よりトモグラフィー像の境界を作成し、境界情報を参照して取得した画像をいくつかの構成要素に分解して提示することも可能である。
【００９８】
本実施形態のトモグラフィー装置１の一連の測定動作について図に基づき説明する。本実施形態では、測定物として皮膚を用いで説明する。ただし、測定物は皮膚に限るものではなく、さまざまな物質の測定が可能である。
【００９９】
図１０（ａ）は、本実施形態の測定物として用いる皮膚の模式図である。典型的な皮膚の構造として、表皮は厚み数１００μｍであり、真皮は厚み数ｍｍである。表皮は、主として表皮細胞、色素細胞、ランゲルハンス細胞で構成され、最表面に厚み数１０μｍの角質がある。真皮は、主としてコラーゲンやエラスチンで構成されている。
【０１００】
本実施形態のトモグラフィー装置１は、主に表皮と真皮、真皮と皮下組織の境界を対象として画像化する。また、図１０（ｂ）は、皮膚に癌細胞が存在する場合の模式図である。癌組織は、健康な組織に比較して含水率が高いことが知られている。そのため、含水率の違いを画像化することで癌組織の識別を行うこともできる。皮膚に代表されるような生体を測定物として用いる場合、可視光や赤外線は生体に対する吸収や散乱が大きいため、深さ方向して数ｍｍから数１０ｍｍの領域のトモグラフィー像を、数１０μｍから数１００μｍの精度で取得することは難しい。このようなトモグラフィー像は、テラヘルツ波の透過性を利用し、かつテラヘルツ波をパルス形状にして測定分解能を向上させた装置形態によって得ることができる。
【０１０１】
図９は、本実施形態のトモグラフィー装置における測定動作の制御を示したフローチャートである。
【０１０２】
測定動作を開始すると、トモグラフィー像の取得を行う（Ｓ２０１）。移動可能なステージ６を移動させることでテラヘルツ波パルスの観測点を移動させ、各観測点において、波形取得部１０５によりテラヘルツ波パルスの時間波形を取得する。
【０１０３】
図１１は、本実施形態のトモグラフィー装置により得られた測定物を示す図である。図１１（ａ）は癌組織を含む皮膚の概略図であり、（ｂ）は癌組織を含む皮膚の測定後のトモグラフィー像を示した図である。画像構成部７０２は、移動可能なステージ６で決められた観測点の位置と観測点におけるテラヘルツ波パルスの時間波形を用いてトモグラフィー像を構築する測定物を構成する各部位の物性の違いより、テラヘルツ波パルスの伝搬速度が変化するため、各部位の光学長が異なる。この結果、図１０（ａ）のトモグラフィー像のように、測定物の断面構造と比較して、界面の位置が部分的に変化する。
【０１０４】
構築したトモグラフィー像について、特徴領域抽出部７０３は特徴領域を選択する（Ｓ２０２）。例えば、図１２（ａ）では、特徴領域として表皮の最表面と表皮と真皮の界面で挟まれる領域を第１の特徴領域としている。また、癌組織の最表面と癌組織と真皮の界面で挟まれる領域を第２の特徴領域としている。また、表皮と真皮の界面と真皮と皮下組織の界面で挟まれる領域を第３の特徴領域としている。
【０１０５】
トモグラフィー装置は、図７の移動可能なステージ６とアクチュエータ６ａを用いてテラヘルツ波パルスによる観測領域を、着目する特徴領域に移動する（Ｓ２０３）。
【０１０６】
さらに、実施形態１で用いた測定動作の工程Ｓ１からＳ７（図３）を用いて、着目する特徴領域を構成する界面（反射部）からのテラヘルツ波パルスを抽出し、時間波形の分析により物性を分析する（Ｓ２０４）。例えば、観測領域が第２の特徴領域を対象としている場合、癌組織の最表面からの時間波形を抽出し、大気と癌組織の情報を含んだ物性の分析を行う。その後、癌組織と真皮の界面からの時間波形を抽出し、癌組織と真皮の情報を含んだ物性の分析を行う。その後、両者の分析結果を利用して癌組織の物性を抽出する。ここでは、２つの界面の分析結果を利用しているが、使用する界面の数は単数でも複数でもよい。単数の場合、界面自体の物性を分析することになるが、例えば、着目する界面の物性が変化したかの監視などに適用することができる。
【０１０７】
本実施形態のトモグラフィー装置に依れば、取得した測定物のトモグラフィー像に関し、波形形成部が形成する測定波形を用いて着目する特徴領域の物性を測定している。そのため、測定物内部の構造の影響を抑制した状態で、着目する特徴領域の分析を行うことができるという効果を奏する。
【０１０８】
また、本実施形態のトモグラフィー像取得方法に依れば、取得した測定物のトモグラフィー像について、抽出した反射部からの時間波形を用いて着目する特徴領域の物性を測定している。そのため、測定物内部の構造の影響を抑制した状態で、着目する特徴領域の分析を行うことができるという効果を奏する。
【０１０９】
［実施形態４］
本実施形態は取得した物性情報を利用して、トモグラフィー像を補正する補正部を有することを特徴とし、その他の構成としては、実施形態３と略同じ構成である。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態３と共通する構成についての説明は省略する。
【０１１０】
図８は、本実施形態におけるトモグラフィー装置の概略構成図である。本実施形態のトモグラフィー装置１は、取得した特徴領域の物性情報を利用して、トモグラフィー像を補正する補正部８０１を有している。分析部１０９で取得した物性情報を参照し、各特徴領域の厚みを調整する。
【０１１１】
まず本実施形態におけるトモグラフィー装置は、前述してきた測定方法により、測定物の着目する特徴領域の物性を分析する。その後、補正部８０１を用いて取得された特徴領域の界面の物性情報を用いてトモグラフィー像を補正する。
【０１１２】
図１２は本実施形態のトモグラフィー装置により、補正されたトモグラフィー像を示した図である。図１２は、図１１で得られたトモグラフィー像を補正した結果である。本実施形態のトモグラフィー装置は、取得したトモグラフィー像の光学長を調整する。トモグラフィー像の光学長の調整によって、測定物に近い像を取得する。このとき、各特徴領域の物性に応じて、特徴領域の表示形態を変化させて提示する。
【０１１３】
抽出した反射部からの時間波形を用いて取得された特徴領域の物性情報を利用して、取得した測定物のトモグラフィー像の補正を行う。この補正量を可視化することで、測定物内部の物性情報の分布が容易に取得できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  物性測定装置
５  集光部
１０１  発生検出部
１０３  光源
１０５  波形取得部
１０７  波形調整部
１０８  波形形成部
１０９  分析部
【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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