(57)【要約】【課題】生体分子など電磁波吸収の比較的大きな検体等において、検体の深さ方向における屈折率分布や誘電率分布を算出することが困難であったことを克服する技術を提供する。【解決手段】電磁波計測を用いて検体の少なくとも一部の屈折率を算出する屈折率算出方法は、検体の構造からの第一の散乱波を計測する工程１００と、屈折率算出用物質１１１が検体の表面に配置された構造からの第二の散乱波を計測する工程１１０と、第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較する工程１２２と少なくとも含む。算出用物質１１１には、例えば湿潤物質を用いる。【選択図】図１
2013217909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波計測を用いて検体の少なくとも一部の屈折率を算出する方法であって、
前記検体の構造からの第一の散乱波を計測する工程と、
屈折率の算出用物質が前記検体の表面に配置された構造からの第二の散乱波を計測する工程と、
前記第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする屈折率算出方法。
【請求項２】
前記算出用物質は、厚さまたは屈折率が既知であることを特徴とする請求項１に記載の屈折率算出方法。
【請求項３】
前記算出用物質は、前記検体に作用して少なくともその一部の屈折率を変化させる物質であることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率算出方法。
【請求項４】
前記第一、第二の散乱波の位相回転を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の屈折率算出方法。
【請求項５】
前記第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較する工程において、
前記第一、第二の散乱波の対応部分の強度比を、それぞれの関係する界面におけるフレネルロスの強度比と比較することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の屈折率算出方法。
【請求項６】
前記第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較する工程において、
前記第一、第二の散乱波の対応部分の振幅比を、それぞれの関係する界面におけるフレネルロスの振幅比と比較することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の屈折率算出方法。
【請求項７】
前記散乱波の対応部分の振幅の符号から、算出した屈折率の解を選択することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の屈折率算出方法。
【請求項８】
前記散乱波は反射波であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の屈折率算出方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の屈折率算出方法によって算出された前記検体の屈折率より、屈折率の算出された前記検体の部分の厚さを算出することを特徴とする厚さ算出方法。
【請求項１０】
電磁波計測を用いて検体の少なくとも一部の屈折率を算出する装置であって、
検体に照射する電磁波を発生する電磁波発生手段と、
検体からの電磁波を検出する電磁波検出手段と、
前記電磁波発生手段における電磁波発生時と前記電磁波検出手段における電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延手段と、
前記電磁波検出手段からの信号を処理する信号処理手段と、を有し、
前記信号処理手段は、前記電磁波検出手段により計測された、検体の構造からの第一の散乱波及び屈折率算出用物質が前記検体の表面に配置された構造からの第二の散乱波の対応部分の強度を比較することにより検体の少なくとも一部の屈折率を算出することを特徴とする屈折率算出装置。
【請求項１１】
前記屈折率算出用物質を検体に塗布する塗布手段を有すること特徴とする請求項１０に記載の屈折率算出装置。
【請求項１２】
前記屈折率算出用物質を検体の上に配置する配置手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の屈折率算出装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれかに記載の屈折率算出装置を含み、前記検体の断層像ないし３次元像を取得することを特徴とするトモグラフィックイメージング装置。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれか１項に記載の屈折率算出方法において用いられる屈折率算出用物質であって、前記検体の表面に配置されことで少なくともその一部の屈折率を変化させることを特徴とする物質。
【請求項１５】
前記検体に染み込むことで少なくともその一部の屈折率を変化させることを特徴とする請求項１４に記載の物質。
【請求項１６】
前記検体から発せられる物質を遮断することで少なくともその一部の屈折率を変化させることを特徴とする請求項１４に記載の物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体の屈折率ないし誘電率などで照射電磁波の伝播状態の変化が起こることを利用して検体の屈折率と厚さの少なくとも一方の情報を取得する算出方法及び装置、屈折率算出用物質、トモグラフィ装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
光領域で広く行われてきた屈折率算出は、最近では、ミリ波及びテラヘルツ波（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数帯域の電磁波（以後、単にテラヘルツ波とも呼ぶ）でも重要と考えられている。これは、この周波数帯域において、検体の屈折率や誘電率といった物性が光とは異なる性質を有しており、こうした特有の性質をトモグラフィ装置などにおける物性の同定に利用できるためである。例えば、生体分子や医薬品などの固有の吸収スペクトルがこの周波数帯域に多数存在する。この周波数帯域における屈折率の算出方法としては、典型的には、次の様な方法が用いられてきた。
【０００３】
その一つとして、この周波数帯域の電磁波を検体に照射し、その反射波の波形を、検体がない場合などにおける元の波形と比較する等して、屈折率を算出する方法が知られている（特許文献１参照）。この方法によれば、検体の深さ方向における屈折率のマッピングが可能であるため、トモグラフィ画像の形成における重要なアルゴリズムの一つとなっている。
【０００４】
また、こうしたアルゴリズムの基礎として、反射波の波形を比較するための比較元の波形が重要である。先の例では入射波の波形を用いているが、光学システムや検体に応じて様々なバリエーションを考えることができる。例えば、全反射減衰（ＡＴＲ）分光法と呼ばれる光学システムで用いるＡＴＲプリズムの表面におけるフレネル反射波形を比較元の波形として利用する方法が知られている（非特許文献１参照）。ＡＴＲプリズムと検体が密着するＡＴＲ分光法の光学システムでは、ＡＴＲプリズムの屈折率の影響を除去することができるため、検体の屈折率を高感度に取得することができるという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８８４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｄ．Ｗｏｏｌａｒｄ，Ｗ．Ｌｏｅｒｏｐ，Ｍ．Ｓｈｕｒ著、大森、廣瀬  訳、”テラヘルツセンシングテクノロジー  ｖｏｌ．１”エヌ・ティー・エス出版（２００６）、第８章、２８９頁
【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、ミリ波及びテラヘルツ波（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数帯域においては水の吸収が無視できない。故に、生体分子など電磁波吸収の比較的大きな検体に対しては、電磁波吸収を無視するという近似を用いる特許文献１のアルゴリズムを適用することは困難であった。これは、反射波と比較元の波形との間において、フレネルロスと吸収ロスとを区別できないことに起因する。したがって、検体次第では、従来の方法では検体の深さ方向における屈折率分布や誘電率分布を算出することは困難であった。
【０００８】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、生体物質などの電磁波吸収の比較的大きな検体においても、深さ方向における屈折率や誘電率のマッピングなどを行うことを可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の屈折率算出方法は、電磁波計測を用いて検体の少なくとも一部の屈折率を算出する方法であって、前記検体の構造からの第一の散乱波を計測する工程と、屈折率の算出用物質が前記検体の表面に配置された構造からの第二の散乱波を計測する工程と、前記第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較する工程と、を少なくとも含む。
【００１０】
また、電磁波計測を用いて検体の少なくとも一部の屈折率を算出する本発明の屈折率算出装置は、検体に照射する電磁波を発生する電磁波発生手段と、検体からの電磁波を検出する電磁波検出手段と、前記電磁波発生手段における電磁波発生時と前記電磁波検出手段における電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延手段と、前記電磁波検出手段からの信号を処理する信号処理手段と、を有する。そして、前記信号処理手段は、前記電磁波検出手段により計測された、検体の構造からの第一の散乱波及び屈折率算出用物質が前記検体の表面に配置された構造からの第二の散乱波の対応部分の強度を比較することにより検体の少なくとも一部の屈折率を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記の如く屈折率算出用物質を用いるので、検体の表層の第一層だけではなく、深さ方向における第二層やそれ以降の屈折率や誘電率の情報を推定ないし取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る屈折率算出アルゴリズムのフローチャートを示す図。
【図２】実施形態１に係る検体と屈折率算出用物質との配置関係を示す図。
【図３】実施形態２に係る屈折率算出アルゴリズムのフローチャートを示す図。
【図４】実施形態３に係る検体と屈折率算出用物質の構成を示す図。
【図５】実施形態３に係る検体と屈折率算出用物質の構成を示す図。
【図６】実施例１に係る屈折率算出方法を説明する図。
【図７】実施例２に係るトモグラフィ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、散乱波の比較元の波形として、検体内部の電磁波構造（照射される電磁波の伝播状態に影響を与える構造）に微小変化を与えた場合の波形を用いる。そのために、装置として構成する場合は、屈折率算出用物質を検体の表層に塗布ないし配置し、トモグラフィ等を行う装置構成となっている。算出用物質は、検体に作用し、検体内部の屈折率を微小に変化させる物質のことである。例えば、生体などの表層から内部に浸透する、ワセリン、尿素軟膏などの水分ないし油分を含む物質や、経皮吸収薬のドラッグデリバリーに用いるナノカプセル等の湿潤物質を用いる。液体には限られず、ミスト状態や気化させたものでもよい。検体が生体であれば、代謝にもとづいて生体表面から絶えず水蒸気などが発せられているため、これに蓋をするようなガラス、プラスチックなどの遮断物質を算出用物質に用いても、検体内部の屈折率を微小に変化させることができる。こうした遮断物質は、適当な配置手段により検体の上に配置することができる。THz透過性のある石英やポリエチレン、テフロン（登録商標）、ポリオレフィン等が好ましい。
【００１４】
以下、図を用いて本発明の実施形態ないし実施例を説明する。
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態に係る電磁波計測を用いる屈折率算出方法、屈折率算出用物質などについて、図１、図２を用いて説明する。図１は本実施形態に係る屈折率算出アルゴリズムのフローチャートである。図２は検体（第一層１０１と第二層１０２を含む）と屈折率算出用物質１１１との配置関係を示す。
【００１６】
本実施形態のアルゴリズムでは、検体構造からの散乱波を計測する工程１００と、屈折率算出用物質１１１を検体の表面に配置した構造からの散乱波を計測する工程１１０とを含む。散乱波とは、透過波、正反射波、拡散反射波などを含む。これらの工程は並列して行ってもよいし、シリアルに行ってもよい。算出用物質１１１としての湿潤物質の乾きが遅い場合は、工程１００、工程１１０の順で進めればよい。いずれにせよ、本アルゴリズムにはこうした２つのデータが必要であり、工程１００で得られた散乱波を第一の散乱波、工程１１０で得られた散乱波を第二の散乱波とする。これらのデータの解析は以下のように進める。
【００１７】
はじめに、検体の第一層１０１の屈折率の算出を行う。そのためには、本アルゴリズムは第一または第二の散乱波の位相因子（位相回転）を補正する工程１２１を含む。これは、算出用物質１１１による位相ズレを補正するためのもので、算出用物質１１１の厚さd111または屈折率n111は既知であるので、どちらかの散乱波振幅にExp（j・n111・k0・d111）を掛けるなどでよく、容易である。ここで、jは虚数単位、k0は電磁波の真空中の波数である。また、既知の厚さd111と屈折率n111の一方を用いて、他方を求めることができる。
【００１８】
次に、一番目の層１０１に関する第一、第二の散乱波の強度を比較する工程１２２を含む。第一、第二の散乱波には必ず同じ界面に由来する対応部分の散乱波（例えばR1, R0-1’）が存在し、これより検体の第一層１０１の入射側の表面を選択して強度比（例えばR1 /R0-1’）を取得する。この強度比は近似的には、式１に示す様に、関係する界面におけるフレネルロスの比と等しい。
【００１９】
【数１】
2013217909.tif 000003
【００２０】
検体の第一層１０１の屈折率n101を求める工程１２３では、こうした関係を用いて屈折率を算出する。ただし、n101 >>κ101として虚部のκ101はいったん無視することにする。ここでは強度比を用いたが、時間領域波形などを用いて振幅比を取得すると、強度比の場合の重解から真の解を精度よく選ぶことができる。散乱波が反射波の場合、位相反転の関係を解の算出に用いることもできる。また、この時点で、検体の第一層の厚さd101は、求めたn101と計測した光学的距離（第一の散乱波R1のピーク位置と第二の散乱波R1-2のピーク位置との間隔のこと）との関係より容易に求めることができる。つまり、本実施形態の屈折率算出方法によって算出された検体の屈折率より、屈折率の算出された検体の部分の厚さを算出することができるので、本実施形態は厚さ算出方法として捉えることもできる。
【００２１】
算出用物質１１１による検体内部の屈折率の微小変化δnが有限な場合（判断１２４においてｎｏ）は、検体の第二層１０２の屈折率の算出へ進むループ（検体第ｍ＋１層へ進むループ）１２５に入る。算出用物質１１１は例えば湿潤物質であり、少なくとも第一層１０１には浸透するため、屈折率の微小変化を与えるから、少なくとも第二層１０２へは進めることになる。検体の第二層１０２の屈折率の算出を行う。そのためには、本アルゴリズムは第一または第二の散乱波の位相因子を補正する工程１２１を含む。これは、算出用物質１１１による屈折率の微小変化δnを求め、さらにこれを補正するためのものである。微小変化δnは、第一の散乱波R1のピーク位置と第二の散乱波R1-2のピーク位置との間隔及び第二の散乱波R0-1’ のピーク位置と第三の散乱波R1’-2’ のピーク位置との間隔を比較することから分かる。そして、どちらかの散乱波振幅にExp（j・δn101・k0・d101）を掛けるなどを試行し、同じ界面に由来する対応部分の散乱波（例えばR1-2, R1’-2’）の位相差がゼロとなるようにδnを求めればよい。
【００２２】
次に、二番目の層１０２に関する第一、第二の散乱波の強度を比較する工程１２２を含む。第一、第二の散乱波には必ず同じ界面に由来する散乱波（例えばR1-2, R1’-2’）が存在し、これより検体の第二層１０２の入射側の表面を選択して強度比（例えばR1-2 / R1’-2’）を取得する。この強度比は近似的に、式２に示す様に、関係する界面におけるフレネルロスの比と等しい。
【００２３】
【数２】
2013217909.tif 000004
【００２４】
式２において、検体の第一層１０１における吸収による散乱波振幅の減衰Exp（−2κ101・k0・d101）が分母、分子それぞれで相殺しているため、フレネルロスと吸収ロスとが切り分けられている。検体の第二層１０２の屈折率n102を求める工程１２３では、こうした関係を用いて屈折率を算出する。ここでも同様にn102 >>κ102として虚部のκ102はいったん無視することにする。なお、この時点で、検体の第一層１０１におけるκ101は復元することができる。例えば、第一の散乱波における第一層１０１の表面（例えばR1）と裏面（例えばR1-2）に由来する散乱波の強度比はn101、n102、κ101の関数になっているが、この時点ではn101、n102 は既知であるため、κ101は求めることできる。したがって、いったん無視したκは、次の層の屈折率算出が終わった時点で必要に応じて復元することができる。本実施形態では、これを繰り返して検体第ｍ層まで屈折率を順次求めることができる。検体第ｍ層の屈折率の微小変化δnがゼロあるいは小さい場合、検体第ｍ＋１層１０２の屈折率の算出へ進まない判断１２４を行う。最後に、検体第ｍ層までの屈折率をマッピングしてトモグラフィ画像の形成を行う工程１３０を経て、本アルゴリズムは終了する。尚、本アルゴリズムは、算出用物質１１１による影響が検体の表面側で大きいこと（n111 >δn101 >δn102 >δn103 …）が望ましい。算出用物質１１１が、例えば、湿潤物質であればこの仮定は成立する。こうした方法は、図２のように、検体（第一層１０１と第二層１０２を含む）構造における第一の散乱波を取得し、さらに同検体の表面に屈折率算出用物質１１１を配置手段で配置した構造における第二の散乱波を取得すれば実施できる。
【００２５】
（実施形態２）
実施形態２に係る電磁波計測を用いる屈折率算出方法、屈折率算出用物質などについて、図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係る屈折率算出アルゴリズムのフローチャートである。本実施形態は、実施形態１の変形例を示すものである。例えば、屈折率算出アルゴリズムにバリエーションが考えられるが、図３のようなアルゴリズムを採用してもよい。算出用物質１１１による検体内部の屈折率の微小変化δnが主に考慮された実施形態１の方法に加えて、本実施形態では検体内部の層厚の微小変化δdも考慮する。実施形態１との違いは工程２２１、２２６である。
【００２６】
第一または第二の散乱波の位相因子を補正する工程２２１では、算出用物質１１１による層厚の微小変化δdも求め、さらにこれを補正する。そのために、どちらかの散乱波振幅にExp（j・δn101・k0・（d101+δd101））を掛けるなどを試行し、同じ界面に由来する散乱波（例えばR1-2, R1’-2’）の位相差がゼロとなるようにδnとδdの組を求めればよい。ただし、この工程では、δnとδdの組しか求めることができない。よって、暫定のδn（これは実施形態１で説明した様にして求める）を用いて工程１２２、１２３を進める。その後、検体第ｍ−１層に関する散乱波を解析する工程２２６を含む。これはδnを別の方法で決定するもので、この場合、第二の散乱波における第一層１０１’の表面（例えばR0-1’）のフレネルロスは次の式３で表されるため、こうした関係を用いてδnを算出する。
【００２７】
【数３】
2013217909.tif 000005
【００２８】
この工程２２６では、桁落ちしないようにκ101を無視せずにδn101は再帰的に解くとよい。κ101の求め方は上述のとおりである。算出用物質１１１が、例えば、水のように生体物質と誘電的性質が近い物質の場合、δnは比較的小さくなりδdは無視できないものと考えられる。本実施形態は、こうした場合に有効である。
【００２９】
（実施形態３）
実施形態３に係る電磁波計測を用いる屈折率算出方法、屈折率算出用物質などについて、図４、図５を用いて説明する。図４、図５は検体と屈折率算出用物質との配置関係を示す図である。
【００３０】
本実施形態は、実施形態１の変形例を示すものである。例えば、検体と屈折率算出用物質の配置にバリエーションが考えられる。図４のように、第一層１０１、第二層１０２の検体構造の表面に何らかの層１１２を介して算出用物質１１１が配置された場合でも、未知の層１１２を含めて拡張された未知の検体と考えれば、実施形態１のアルゴリズムをそのまま用いることができる。湿潤物質１１１の場合、層１１２は、浸透の促進効果を持たせてもよい。図５のように、第一層１０１、第二層１０２の検体構造の表面に厚みの異なる算出用物質１１１が配置された場合、どちらかを比較参照元の波形のための構造とすることも考えられる。湿潤物質１１１の場合、厚さによる浸透深さの差が出ることが考えられる。したがって、図５中Sampleと書かれている方を、湿潤物質１１１を含めて拡張された未知の検体と考えれば、実施形態１のアルゴリズムをそのまま用いることができる。ただし、このためには、算出用物質１１１の厚さの差δd111または屈折率n111が既知であることが条件である。
【００３１】
さらに具体的な屈折率算出方法、屈折率算出用物質、トモグラフィ装置などについて、以下の実施例において説明する。
（実施例１）
実施例１に係る屈折率算出方法、屈折率算出用物質等について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、本実施例に係る検体を示す断層像である。図６（ｂ）は、本実施例に係る検体と屈折率算出用物質からの反射波の時間波形を表すものである。
【００３２】
本実施例では、豚の皮膚切片を検体として用いる。豚の皮膚には表皮（角質を含む）１０１と真皮１０２が存在し、人に類似しているとされている。また、散乱波の波形の計測には、テラヘルツ時間領域分光システム（THz−TDS）を用いる。テラヘルツ波は、強度最大の周波数が0.5 THz、帯域が約4THzの電磁波パルスを使用する。光学システムは、一般的な反射系を用いており、検体からの反射波が取得できるようになっている。本実施例では、算出用物質１１１として、ワセリンを含有するクリームを用いる。算出用物質１１１は検体の一部分だけに塗ってもよい。こうすると、上述の第一の散乱波と第二の散乱波を得ることができる。
【００３３】
図６（ａ）はTHz−TDSによって取得した豚の皮膚のトモグラフィ画像である。図において横方向（x, y）は皮膚に沿った方向、縦方向（z）は深さ方向を表す。このトモグラフィ画像は大きくは３つの階層に分かれており、上から空気、表皮、真皮といった順に並んでいる。本実施例では、図６（ａ）におけるｘｙアドレス（0,6）のポイントにおいて、皮膚そのものからの反射波のデータを取得している。また、ｘｙアドレス（2,4）のポイント付近の領域において、ワセリンを厚さ0.35
mmだけ塗布した皮膚からの反射波のデータを取得している。図６（ｂ）はこれらの時間波形を表しており、それぞれをSample、Ref.としている。それぞれの波形にはピークが存在し、これらは、各界面の情報を示すものである。そして、各界面の情報は表１のとおりである。
【００３４】
表１
テラヘルツ時間領域分光システムで取得した検体の各界面のデータ
深さ（Sample）  振幅（Sample）  深さ（Ref.）  振幅（Ref.）
ワセリン表面                                    0.657          0.671
表皮表面        1.382          -4.057            1.696          0.661
真皮表面        1.661          2.893            2.062          0.809
＊深さはｍｍが単位の光学的距離
【００３５】
例えば、Sampleには、深さ方向のポイント1.382において振幅−4.057のピークが存在する。Sampleには表皮表面と真皮表面（真皮と表皮の界面）が存在するため、理想的にはピークは２つである。Ref.にはワセリン表面、表皮表面（表皮とワセリンの界面）、真皮表面（真皮と表皮の界面）が存在するため、理想的にはピークは３つである。図６（ｂ）にはそれ以外の余計なピークが観測されているが、トモグラフィ画像における横方向の連続性などからゴーストかどうかは判断することができる。本実施例では、単純にピーク検出を用いる。こうして用意したデータに、本発明の上記アルゴリズムを適用する。
【００３６】
まず、ワセリンによる位相因子のズレの補正を行いnワセリンを算出する。本実施例では
（1.696-0.657）=2×nワセリン×0.35
を用いる。これより、nワセリン=1.44である。右辺の2は往路パスと復路のパスのカウントである。つぎに、n表皮を求めるため、Sample、Ref.の表皮表面の振幅比を、上記式１の右辺の平方根と比較する。その結果、n表皮=1.37が容易に算出される。振幅比の場合では符号情報が含まれるため、強度比の場合より算出は容易になる。すなわち、２つの散乱波の対応部分の振幅の符号から、算出した屈折率の解を選択することができる。d表皮 = 0.10 mmも求められる。
【００３７】
つづいて、表皮においてワセリンの湿潤による位相因子のズレの補正を行い、δn表皮を算出する。本実施例では、
（2.062-1.696）-（1.661-1.382）=2×δn表皮 ×0.10mm
を用いる。δn表皮=0.43である。または、（1.661-1.382）/（2.062-1.696）=n表皮/（n表皮+δn表皮）を用いても同じことである。
【００３８】
つぎに、n真皮を求めるため、Sample、Ref.の真皮表面の振幅比を、上記式２の右辺の平方根と比較する。その結果、n真皮=1.99が容易に算出される。本アルゴリズムを適用した結果、算出した情報は表２のとおりである。はじめに述べたとおり、表皮１０１だけではなく、真皮１０２の屈折率も算出できている。真皮１０２より下の層が存在すれば、もちろん、不明と表示している項目の算出も可能である。
【００３９】
表２
算出した検体の界面のデータ
厚み（Sample）  屈折率（Sample）  厚み（Ref.）  屈折率（Ref.）
ワセリン                                          既知          1.44
表皮            0.10            1.37              0.10          1.79
真皮            不明            1.99              不明          不明
＊深さはｍｍが単位の光学的距離
【００４０】
本実施例では、一例として時間波形を用いたが、これに限ることはなく、例えばインターフェログラムなどの波形を用いてもよい。したがって、THz-TDSには限定されない。インターフェログラムを用いる場合、散乱波の振幅比ではなく強度比の比較が必要になるが、重解の算出には様々な方法が考えられる。例えば、データベースなどを用いて選択式にする方法、超音波や光を用いるような別の装置等で厚さなど補助情報を与える方法などが考えられる。もちろん、公知のアルゴリズムを併用してもよい。
【００４１】
また、光学システムとしては、透過系や、角度を持たせた反射系でもよい。その場合、フレネルの式を用いて式１、２を適宜書き換えればよい。その詳細は、省略するが、透過系の場合、例えば、次の様になる。検体の第一層１０１及び第二層１０２を透過してきたパルス、或いは、第一層１０１と第二層１０２の界面で反射され空気と第一層１０１の界面で反射されて透過してきたパルスなどを含む散乱波を第一の散乱波とする。また、算出用物質１１１と検体の第一層１０１及び第二層１０２を透過してきたパルス、算出用物質１１１と第一層１０１の界面で反射され空気と算出用物質１１１の界面で反射されて透過してきたパルスを含む散乱波を第二の散乱波とする。或いは第一層１０１と第二層１０２の界面で反射され算出用物質１１１と第一層１０１の界面で反射されて透過してきたパルスなどを含む散乱波を第二の散乱波とする。こうした２つの散乱波において同じ界面を含む複数の面を経て透過してきたパルスについて、適当な界面を選択して強度比を取得し、上記適宜書き換えたフレネルの式やパルス間の計測光学的距離等を用いて上述の如く処理する。こうすれば、透過光を利用して検体の層の屈折率などを算出することができる。
【００４２】
（実施例２）
上述の屈折率算出方法、屈折率算出用物質を用いて構成した屈折率算出装置及びテラヘルツ時間領域分光システム（THz-TDS）によるトモグラフィックイメージング装置の例を図７に示す。
【００４３】
この様な分光システム自体は、従来から知られているものと基本的に同じである。この分光システムは、短パルスレーザ７００と、ハーフミラー７１０と、光遅延系（遅延手段）７２０と、電磁波発生素子（電磁波発生手段）７３０と、電磁波検出素子（電磁波検出手段）７４０とを主要な要素として備える。ポンプ光７１１、プローブ光７１２は、それぞれ電磁波発生素子７３０と電磁波検出素子７４０を照射する。電圧源７３１で電圧が印加されている電磁波発生素子７３０から発生したテラヘルツ波は、テラヘルツガイド７１３、７１５によって検体７５０に導かれる。検体７５０の内部情報を含むテラヘルツ波は、テラヘルツガイド７１４、７１６によって導かれて電磁波検出素子７４０で検出される。このとき、電流計７４１の検出電流の値は、テラヘルツ波の振幅に比例する。時間分解を行う（つまり電磁波の時間波形を取得する）には、プローブ光７１２側の光路長を変化させる光遅延系７２０を動かすなど、ポンプ光とプローブ光との照射タイミングを制御すればよい。すなわち、電磁波発生素子７３０における電磁波発生時と電磁波検出素子７４０における電磁波検出時との間の遅延時間を調整する。これはトモグラフィにおける深さ方向のスキャンとなる。
【００４４】
本装置を用いて、検体内部に材料の不連続部があれば、取得する信号において、不連続部に相当する時間位置に反射エコーパルスが現れ、検体７５０を１次元でスキャンすれば断層像が得られる。２次元スキャンすれば図６（a）のような３次元像を得ることができる。実施例１のような信号処理の実施が可能なPCなどの解析システム（信号処理手段）７７０と接続すれば、検体内部の屈折率のマッピングが可能である。さらには、屈折率算出用物質を制御性良く検体に塗布することのできる塗布手段の装置７６０を備えていてもよい。以上の様に、図７の装置は、検体に照射する電磁波を発生する電磁波発生手段、検体からの電磁波を検出する電磁波検出手段、電磁波発生手段における電磁波発生時と電磁波検出手段における電磁波検出時との間の遅延時間を調整する遅延手段を含む。また、電磁波検出手段からの信号を処理する信号処理手段を有する屈折率算出装置を含む。そして、信号処理手段は、電磁波検出手段により計測された第一、第二の散乱波の対応部分の強度を比較することにより検体の少なくとも一部の屈折率を算出する処理を含む処理を実行する。
【００４５】
このように本発明による屈折率算出方法、屈折率算出用物質などを用いて、トモグラフィックイメージング装置や屈折率算出装置等を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１・・・検体の第一層、１０２・・・検体の第二層、１１１・・・屈折率算出用物質
【図１】
2013217909.tif 000006
【図２】
2013217909.tif 000007
【図３】
2013217909.tif 000008
【図４】
2013217909.tif 000009
【図５】
2013217909.tif 000010
【図６】
2013217909.tif 000011
【図７】
2013217909.tif 000012