(57)【要約】【課題】  反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減するための技術を提供する。【解決手段】  テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置で用いる板状物体１００であって、テラヘルツ波が入射する第１の面１３０と、第１の面と対向しており測定時にサンプルを接触させる第２の面１３１と、を有するサンプル接触部１２１と、第１の面と、第１の面と対向している第３の面１２０と、を有する分離部１１３と、を有し、分離部は、前記測定装置により分離部にテラヘルツ波を照射して取得した時間波形が、第１の面で反射したテラヘルツ波の時間波形のみを含む、又は、第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と第３の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差が第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と第２の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差より長くなるように構成されている。【選択図】  図１
2016050856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置で用いる板状物体であって、
テラヘルツ波が入射する第１の面と、前記第１の面と対向しており測定時にサンプルを接触させる第２の面と、を有するサンプル接触部と、
前記第１の面と、前記第１の面と対向している第３の面と、を有する分離部と、を有し、
前記分離部は、前記測定装置により前記分離部にテラヘルツ波を照射して取得した時間波形が、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の時間波形のみを含む、又は、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第３の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差が前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第２の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差より長くなるように構成されている
ことを特徴とする板状物体。
【請求項２】
前記第１の面と前記第３の面との間隔は、前記第１の面と前記第２の面との間隔より長い
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物体。
【請求項３】
前記第１の面と前記第３の面との前記間隔は、前記第１の面と前記第２の面との前記間隔の２倍以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の板状物体。
【請求項４】
前記第３の面は、前記第１の面と異なる傾きを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物体。
【請求項５】
前記第１の面と前記第３の面とがなす角θｅｄｇｅは、前記第１の面に入射するテラヘルツ波の入射角をθ１、前記第１の面の垂線と前記第１の面に入射した後のテラヘルツ波の伝搬方向とがなす角をθ２、前記第３の面と前記第３の面に入射するテラヘルツ波とがなす角をθＡ、屈折率をｎＷとすると、
【数１】
2016050856.tif 000026
【数２】
2016050856.tif 000027
を満たす
ことを特徴とする請求項４に記載の板状物体。
【請求項６】
前記第１の面と前記第３の面とがなす角θｅｄｇｅは、前記第１の面に入射するテラヘルツ波の入射角をθ１、前記第１の面の垂線と前記第１の面に入射した後のテラヘルツ波の伝搬方向とがなす角をθ２、前記第３の面と前記第３の面に入射するテラヘルツ波とがなす角をθＡ、屈折率をｎＷとすると、
【数３】
2016050856.tif 000028
【数４】
2016050856.tif 000029
を満たす
ことを特徴とする請求項４に記載の板状物体。
【請求項７】
前記第１の面と前記第３の面とがなす角θｅｄｇｅは、前記第１の面に入射するテラヘルツ波の入射角θ１が９０°の場合、屈折率をｎＷとすると、
【数５】
2016050856.tif 000030
を満たす
ことを特徴とする請求項４に記載の板状物体。
【請求項８】
前記第３の面上に、前記テラヘルツ波を吸収する吸収材料または反射防止膜が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物体。
【請求項９】
前記第１の面と前記第２の面との前記間隔は、光学長で０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の板状物体。
【請求項１０】
前記第１の面及び前記第２の面からなり、前記測定装置による測定時は前記第２の面に標準サンプルを接触させる標準サンプル接触部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の板状物体。
【請求項１１】
テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置であって、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の板状物体を介してサンプルにテラヘルツ波を照射する照射部と、
前記サンプルで反射したテラヘルツ波を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得する取得部と、を有する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
前記照射部からのテラヘルツ波の照射位置を変更する変更部を更に有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記変更部は、前記板状物体と前記サンプルとを支持する支持部である
ことを特徴とする請求項１２に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記取得部が取得した前記時間波形を用いて前記サンプルの情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部が取得した情報を用いて前記サンプルの画像を形成する形成部と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１１乃至１３にいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１５】
サンプルの情報を取得する情報取得方法であって、
板状物体のサンプル接触部に前記サンプルが配置されている状態で、前記板状物体を介して前記サンプルにテラヘルツ波を照射する第１の照射ステップと、
前記板状物体又は前記サンプルで反射したテラヘルツ波を検出する第１の検出ステップと、
前記第１の検出ステップの検出結果を用いて第１の時間波形を取得する第１の波形取得ステップと、
前記板状物体の分離部にテラヘルツ波を照射する第２の照射ステップと、
前記板状物体で反射したテラヘルツ波を検出する第２の検出ステップと、
前記第２の検出ステップの検出結果を用いて第２の時間波形を取得する第２の波形取得ステップと、
前記第１の時間波形と前記第２の時間波形とを用いて、前記サンプルの情報を取得する情報取得ステップと、を有し、
前記板状物体は、テラヘルツ波が入射する第１の面と前記第１の面と対向しており測定時にサンプルを接触させる第２の面と、を有する前記サンプル接触部と、前記第１の面と、前記第１の面と対向している第３の面と、を有する分離部と、を有し、前記分離部は、前記測定装置により前記分離部にテラヘルツ波を照射して取得した時間波形が、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の時間波形のみを含む、又は、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第３の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差が前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第２の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差より長くなるように構成されており、
前記情報取得ステップは、
前記第１の時間波形と前記第２の時間波形とを用いて、前記第１の時間波形から前記板状物体の前記第１の面で反射したテラヘルツ波の時間波形を差し引いた第３の時間波形を取得する第３の取得ステップと、
前記第１の時間波形と前記第３の時間波形とを用いて、前記サンプルの情報を取得する情報取得ステップと、を有する
ことを特徴とする情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置で用いる板状物体、及び、これを用いた測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のうち少なくとも一部の周波数帯域（テラヘルツ波帯）の電磁波である。近年、このテラヘルツ波を用いた非破壊なセンシング技術が開発されている。その応用分野として、Ｘ線に代わる安全な透視検査装置でイメージングを行う技術、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて分子の結合状態などのサンプルの情報を調べる分光技術等が開発されている。
【０００３】
このように、テラヘルツ波は様々な応用分野への適用が期待されており、サンプルの形態も様々である。サンプルの形態によっては板状物体とサンプルとを密着させた状態で板状物体越しにテラヘルツ波を照射して取得した時間波形からサンプルの情報を取得することになる。例えば、人体の組織状態を調査する場合、テラヘルツ波の散乱要因となる表面の凹凸を抑制するために板状物体を使って表面を平らにした上で反射測定を行うことが望ましい。非特許文献１では、板状物体表面で反射したテラヘルツ波、及び、板状物体とサンプルとの界面で反射したテラヘルツ波を検出して、その検出結果を利用して板状物体に密着したサンプルの複素屈折率スペクトルを取得する方法を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐ．Ｕ．Ｊｅｐｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，（２００７），１５，１４７１７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テラヘルツ波を板状物体越しにサンプルに照射して、サンプルで反射した時間波形を測定することにより、サンプルの情報を取得する場合、時間波形に混在している板状物体の情報を分離する必要がある。しかしながら、非特許文献１の方法では、板状物体越しにサンプルの複素屈折率スペクトル等の情報を得ることができるが、取得したサンプルの情報に板状物体の情報が混在すると情報の取得精度が低下することがあった。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての板状部材は、テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置で用いる板状物体であって、テラヘルツ波が入射する第１の面と、前記第１の面と対向しており測定時にサンプルを接触させる第２の面と、を有するサンプル接触部と、前記第１の面と、前記第１の面と対向している第３の面と、を有する分離部と、を有し、前記分離部は、前記測定装置により前記分離部にテラヘルツ波を照射して取得した時間波形が、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の時間波形のみを含む、又は、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第３の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差が前記第１の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻と前記第２の面で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差より長くなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面としての板状部材によれば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の板状物体の全体図。
【図２】第１の実施形態のテラヘルツ波の時間波形を説明する図。
【図３】本発明における板状物体を用いた情報取得方法のフローチャート。
【図４】第１の実施形態の測定装置の構成図。
【図５】第２の実施形態の板状物体の全体図。
【図６】第２の実施形態の、第３の面とテラヘルツ波の入射方向とが同一な場合の板状物体の傾斜とテラヘルツ波の入射角との関係を説明する図。
【図７】第３の実施形態の板状物体の全体図。
【図８】実施例１の時間波形を示す図。
【図９】実施例１で取得した屈折率スペクトル及び吸収係数スペクトル。
【図１０】実施例２で取得した屈折率スペクトル。
【図１１】実施例２のサンプルを示す図。
【図１２】第２の実施形態の、第３の面とテラヘルツ波の入射方向とが同一でない場合の板状物体の傾斜とテラヘルツ波の入射角との関係を説明する図。
【図１３】第２の実施形態の、テラヘルツ波の入射方向と第１の面との関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以降の実施形態は、サンプルで反射したテラヘルツ波の時間波形を測定して、サンプルの情報を取得する測定装置において、サンプルの情報の取得精度を向上することを目的とする。測定装置は、サンプルで反射したテラヘルツ波の時間波形を取得する反射型のテラヘルツ時間領域分光（ＴＨｚ−ＴＤＳ：ＴＨｚ  Ｔｉｍｅ―Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置である。
【００１１】
なお、ここで「サンプルの情報」とは、サンプル中の物体の形状、及び、サンプル中の所定の光学特性を有する領域の形状、サンプルの光学特性を含む。本明細書の「光学特性」は、サンプルの複素振幅反射率、複素屈折率、複素誘電率、反射率、屈折率、吸収係数、誘電率、電気伝導率等を含むと定義する。
【００１２】
測定装置を用いて板状物体と接触しているサンプルの時間波形を用いて、サンプルの情報を取得することができる。サンプルの情報を取得する場合、取得した時間波形内に現れる、板状物体の表面（第１の面）で反射したテラヘルツ波（第１反射パルス）と板状物体とサンプルとの界面（第２の面）で反射したテラヘルツ波（第２反射パルス）とを分離して利用する。しかし、第１反射パルスの成分は、そのパルスピーク以降、時間とともに減衰するが、完全に減衰しきらず、第２反射パルスの検出時にもその残留成分が存在している。
【００１３】
物性の取得精度を低下させる要因となる第２反射パルスに含まれる第１反射パルスの残留成分を除くため、第１反射パルスと第２反射パルスとを、時間的または空間的に分離した時間波形を利用する。第１反射パルスと第２反射パルスとを、時間的または空間的に分離した時間波形の取得のため、第１反射パルスと第２反射パルスを同一時間波形内で取得する部位と、第１反射パルスのみを取得する部位とを有する板状物体が以降の実施形態である。
【００１４】
前述したように、板状物体表面からの反射波である第１反射パルスの成分は、パルスピーク以降、時間とともに減衰する。しかし、板状物体が薄く、第１反射パルスと第２反射パルスが時間的に近いと、第１反射パルスの減衰成分の強度が強く、第２反射パルスの形状に影響を与える場合がある。そのため、板状物体は、第１反射パルスの残留成分が第２反射パルスの形状に影響を与えない程度の厚みを有しつつ、薄いことが望ましい。
【００１５】
板状物体越しの時間波形の取得において薄い板状物体を使用する理由は、テラヘルツ波の焦点深度と関係がある。以降の実施形態においては、板状物体表面からの第１反射パルスを参照信号として、板状物体とサンプルとの界面からの第２反射パルスに含まれるサンプルの物性を得る手法をとる。高精度な物性取得のためには、第１反射パルスおよび第２反射パルスが生じる界面それぞれが、テラヘルツ波が平行に伝搬するとみなせる領域である焦点深度内に存在する必要がある。つまり、板状物体の厚さは、板状物体両面が焦点深度内の領域に収まる程度である必要がある。
【００１６】
焦点深度は、集光点となるビームウエストにおけるビーム径、集光前のビーム径、集光レンズの焦点距離により決まる。テラヘルツ波で、例えば生体組織のような光学特性の分布が不均一なサンプルの画像を取得する際は、集光点のビーム径は１ｍｍ程度以下が望ましい。その場合、例えば、集光前のビーム径が１インチ（２０．４ｍｍ）、焦点距離が５インチ（１０２ｍｍ）である反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置では、焦点深度は１〜２ｍｍ程度となる。集光前のビーム径をより小さくするまたは集光レンズの焦点距離を長くすることで、焦点深度はより長く数ｍｍ程度に調整できる。
【００１７】
焦点深度内であれば板状物体を厚くすることも可能であるが、板状物体が厚いほど第２反射パルスに含まれる板状物体の光学特性の影響が大きくなる。また、板状物体が厚いほど、第１反射パルスと第２反射パルスとの空間的なずれが大きくなるため、それぞれの検出器への入射位置にずれが生じて情報の取得精度が悪くなる。また、板状物体を厚くするほど、第１反射パルスの検出時刻と第２反射パルスの検出時刻との時間間隔が大きくなる。情報の取得において、第１反射パルスと第２反射パルスそれぞれのデータ点数を同じにする必要があるため、全体的な時間波形取の掃引時間が長くなり、結果として測定時間が長くなる。板状物体に密着させたサンプルの２次元イメージング像を取得したい場合や、時間により劣化しやすいサンプルを測定する場合を考えると、測定時間は短い方が良い。
【００１８】
以上のことから、板状物体の厚さは焦点深度以下、最大でも数ミリ程度の薄いものであることが望ましい。具体的には、一般的な反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置の光学系における焦点深度の調整を考慮すると、光学長にして０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下が望ましい。以下、第１反射パルスと第２反射パルスとを、時間的または空間的に分離した時間波形の取得のため、第１反射パルスと第２反射パルスを同一時間波形内で取得する部位と、第１反射パルスのみを取得する部位とを有する板状物体について、具体的に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の板状物体１００（以下、「物体１００」と呼ぶ）について図１を参照して説明する。図１は、板状物体１００の全体図である。板状物体１００の材質は、テラヘルツ波を良く透過し、物性が安定で既知なものが良い。具体的には、石英基板や単結晶のシリコン板等が挙げられる。物体１００は、サンプル接触部１２１（以下、「接触部１２１」と呼ぶ）と標準サンプル接触部１２２（以下、「接触部１２２」と呼ぶ）と分離部１１３とを有する。
【００２０】
接触部１２１は、サンプル１２５を接触させる領域である。接触部１２２は、標準サンプル１２６を接触させる領域である。接触部１２１、１２２は、テラヘルツ波が入射する第１の面１３０と、サンプル１２５および標準サンプル１２６と接触させる第２の面１３１とを有する。第１の面１３０と第２の面１３１とは対向している。標準サンプル１２６には、物性が既知な個体、液体、または気体を用いる。標準サンプル１２６で反射したテラヘルツ波１０４の時間波形もサンプル１２５の情報の取得に用いる。詳細は後述する。
【００２１】
接触部１２１および領域１２３の物体１００の厚さは均一であり、接触するサンプル１２５と標準サンプル１２６は、第２の面１３１と隙間なく密着していることが望ましい。サンプル１２５または標準サンプル１２６と第２の面１３１とを密着させることが難しい場合には、物体１００またはサンプル１２５または標準サンプル１２６と屈折率が近いマッチング液を界面に塗布することにより、密着性を改善させてもよい。本明細書では、第２の面１３１とサンプル１２５及び標準サンプル１２６との間にマッチング液が塗布されている場合でも、両者は接触しているものとする。物体１００を大気中に保持して測定する場合、標準サンプル１２６として大気を用いても良いが、大気の湿度、温度は周辺環境で変化しやすく不安定である。そのため、情報の取得精度をさらに向上させるためには、標準サンプル１２６として物性が安定で既知なものが望ましい。
【００２２】
分離部１１３は、第１反射パルスと第２反射パルスとを分離するための領域である。本実施形態では、第１反射パルスと第２反射パルスとを時間的に分離するために、接触部１２１および接触部１２２と比較して、物体１００が厚い構造を有する。具体的には、分離部１１３は、第１の面１３０と、第１の面１３０と対向する第３の面１２０と、を有し、第１の面１３０と第３の面１２０との間隔が、第１の面１３０と第２の面１３１との間隔より大きくなるように構成されている。
【００２３】
その結果、第１の面１３０で反射したテラヘルツ波の検出時刻と第３の面１２０で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差が、第１の面１３０で反射したテラヘルツ波の検出時刻と第２の面１３１で反射したテラヘルツ波の検出時刻との時間差より長くなる。そのため、時間波形の時間軸の長さによっては、分離部１１３にテラヘルツ波を照射して取得した時間波形は、第１の面１３０で反射したテラヘルツ波の時間波形のみを含むようになる。
【００２４】
以下、物体１００を用いてテラヘルツ波の反射測定の測定結果を用いて、サンプル１２５の情報として複素屈折率を算出する過程を説明する。時間波形の測定においては、物体１００のサンプル１２５が配置される面と対向する面側からテラヘルツ波を入射する。なお、本明細書では、物体１００のサンプル１２５が配置される面（第２の面）１３１を物体１００の裏面、それと対向する面すなわちテラヘルツ波が最初に到達する面（第１の面）１３０を物体１００の表面と呼ぶことがある。
【００２５】
接触部１２２にパルス状のテラヘルツ波（入射波）１０１（Ｅｉ０）を入射し、反射波１０４（ＥＯ０）を得る。反射波１０４は、物体１００の表面で反射した反射波１０２（ＥＯ０１）、物体１００と標準サンプル１２６との界面で一度反射して戻ってきた反射波１０３（ＥＯ０２）、および、不図示だが同様に物体１００内を二度以上反射して戻ってきた反射波群を含む。取得した時間波形は図２（ａ）のようになる。このような接触部１２２を測定して得られた時間波形は、後述する情報の取得に使用するが、接触部１２１にサンプル１２５を密着させる前に物体１００単体にテラヘルツ波を照射して、物体１００で反射したテラヘルツ波の時間波形で代替しても良い。
【００２６】
次に、サンプル１２５を密着させた接触部１２１に入射波１０５（Ｅｉ１）を照射し、反射波１０８（ＥＯ１）を得る。反射波１０８は、物体１００の表面からの反射波１０６（ＥＯ１１）、物体１００とサンプル１２５との界面で一度反射して戻ってきた反射波１０７（ＥＯ１２）、および、不図示だが同様に物体１００内を二度以上反射して戻ってきた反射波群を含む。取得した時間波形は図２（ｂ）のようになる。
【００２７】
さらに、分離部１１３に、入射波１０９（Ｅｉ２）を照射し、反射波１１２（ＥＯ２）を得る。分離部１１３は、物体１００の表面からの反射波１１０（ＥＯ２１）の残留成分が物体１００裏面からの反射波１１１（ＥＯ２２）に重ならないほど、接触部１２１、１２２と比較して十分厚い構造である。そのため、図２（ｃ）に示すように、接触部１２１、１２２と同様の測定点数で同様の時間領域だけ時間波形を取得した場合に、反射波１１１（ＥＯ２２）が時間波形に現れず、物体１００の表面からの反射波１１０（ＥＯ２１）のみが得られる。
【００２８】
サンプル１２５のテラヘルツ波の照射位置付近における物体１００からサンプル１２５への複素振幅反射率ｒ〜ＷＳａは、反射波１０８から反射波１０６および反射波１０７に由来する部分をそれぞれ切り出して比較することで求められる。その際、同様に反射波１０４から反射波１０２および反射波１０３に由来する部分もそれぞれ切り出して利用することで、物体１００越しにテラヘルツ波を照射して測定したことにより生じる影響を取り除く。具体的には、反射波１０７が厚さｄの物体１００内を往復したことで生じる反射波１０６との位相差や、反射波１０６が検出部に入射する位置と反射波１０７が検出部に入射する位置のずれ等がある。
【００２９】
本明細書において、式中の「ｒ〜」や後述する式に記載の「ｎ〜」は、複素数であることを意味する。
【００３０】
反射波１０８から、反射波１０６部分と反射波１０７部分を切り出す場合、反射波１０６の残留成分が反射波１０７に含まれたまま切り出すと情報の取得精度が悪くなる。同様に、反射波１０４から、反射波１０２部分と反射波１０３部分を切り出す場合、反射波１０２の残留成分が反射波１０３に含まれたまま切り出すと情報の取得精度が悪くなる。そのため、物体１００の表面からの反射波１０２、１０６の残留成分を除去するために反射波１１２を使う。一連の具体的な過程を図３に示す。
【００３１】
反射波１１２のピーク強度を反射波１０２のピーク強度で規格化し（Ｓ３０２）、さらにピークの時間位置を合わせる（Ｓ３０３）。その後、反射波１０４の時間波形から規格化した反射波１１２を差し引き（Ｓ３０４）、反射波１０３の時間波形から残留成分を除去した反射波１１４（ＥＯ０３）部分を切り出す（Ｓ３０５）。反射波１０２は、規格化した反射波１１２を差し引く前の反射波１０４の時間波形から別途切り出す（Ｓ３０１）。
【００３２】
同様に、反射波１１２のピーク強度を反射波１０６のピーク強度で規格化し（Ｓ３０６）、さらにピークの時間位置を合わせる（Ｓ３０７）。その後、反射波１０８から規格化した反射波１１２を差し引き（Ｓ３０８）、反射波１０７の時間波形から残留成分を除去した反射波１１５（ＥＯ１３）を切り出す（Ｓ３０９）。反射波１０６は、規格化した反射波１１２を差し引く前の反射波１０８の時間波形から別途切り出す（Ｓ３１０）。
【００３３】
切り出した時間波形のそれぞれは、切り出しの開始点と終了点との信号が減衰しておらず、開始点の信号の強度と終了点の信号の強度とが異なる場合、後の信号処理でフーリエ変換すると低周波成分としてスペクトルに現れる。これを防ぐため、同じ時間波形を並べた場合に切り出しの開始点と終了点とが円滑につながるように、窓関数を利用して切り出しの開始点と終了点を減衰させることが望ましい。
【００３４】
ここまでで得られた、接触部１２１における反射波１０６と反射波１１５、および、接触部１２２における反射波１０４と反射波１１４を、それぞれフーリエ変換する。取得したそれぞれのフーリエ変換信号を用いて、複素振幅反射率ｒ〜ＷＳａは（１）式のように表わされる。（１）式は接触部１２１、１２２それぞれにおける物体１００の厚さｄの差が無視できるほど小さい場合に適用される。Ｆ［Ｅ＊］は、時間波形Ｅ＊のフーリエ変換を表す。例えば、Ｆ［ＥＯ１１］は、反射波１０８から切り出した物体１００の表面からの反射波１０６（ＥＯ１１）の時間波形のフーリエ変換の信号である。
【００３５】
【数１】
2016050856.tif 000003
【００３６】
右辺のｒ〜ＷＳｔは板状物体から標準サンプル１２６に向かう際の複素振幅反射率であり、物体１００の複素屈折率ｎ〜Ｗと標準サンプル１２６の複素屈折率ｎ〜Ｓｔから、（２）式より与えられる。
【００３７】
【数２】
2016050856.tif 000004
【００３８】
接触部１２２に何も密着させず大気中で測定した場合、物体１００から標準サンプル１２６に向かう際の複素振幅反射率ｒ〜ＷＡは、物体１００の複素屈折率ｎ〜Ｗを用いて（３）式より与えられる。この際、（１）式のｒ〜ＷＳｔをｒ〜ＷＡに置き換えることでｒ〜ＷＳａが得られる。
【００３９】
【数３】
2016050856.tif 000005
【００４０】
こうして求めた物体１００から第２の面１３１に密着したサンプル１２５への複素振幅反射率ｒ〜ＷＳａと板状物体の複素屈折率ｎ〜Ｗとから、サンプル１２５自体の複素屈折率ｎ〜Ｓａが求まる。
【００４１】
【数４】
2016050856.tif 000006
【００４２】
本実施形態の物体１００を利用した測定では、物体１００を支持する支持部４０７を有する反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置４００を使用する。支持部４０７またはテラヘルツ波光学系を移動させる機構を加えることで、接触部１２１に密着したサンプル１２５内の複数点で複素屈折率が得られる。このような機構で複素屈折率に分布がある不均一なサンプルを測定した場合、複素屈折率の値の分布を表わす画像を取得できる。この際、光源４０１が出力するレーザの強度変調等を要因とするテラヘルツ波の強度変調は、接触部１２１で得られる反射波１０６の強度変調として得られる。そのため、接触部１２２と分離部１１３の測定は測定点毎に必要とせず１回測定すれば十分である。
【００４３】
さまざまなサンプルの種類と光学特性等の情報とを含むデータベースを用意すれば、データベースを参照することで接触部１２１に接触させたサンプル１２５の予測、及び、サンプル１２５内の複数点で測定して取得した画像の色分けをすることが可能になる。データベースは事前に取得しておくが、複素屈折率が得られる手法であれば、測定方法は板状物体越しの反射測定であっても、サンプル単層または物体１００に挟まれたサンプルの透過測定でも良い。
【００４４】
本実施形態で測定対象となるサンプル１２５は、液体、固体、気体のいずれも含む。液体は接触部１２１に気泡が混入しないよう滴下し、必要であれば蓋等により蒸散を防ぐ。固体は熱接着や、接着剤使用など各サンプルに適した方法で密着させる。気体は蓋等の利用により封入して拡散を防ぐ。
【００４５】
また、物体１００は、サンプル１２５として生体組織を用いる測定に適用できる。サンプル１２５としての生体組織とは、例えば、生体から組織を切り出し薄膜化した切片または生体から切り出した組織をホルマリン等により固定後パラフィン包埋したブロック等である。さらに、生体内プローブの先端に本実施形態の物体１００の形状を組み込めば、動物や人等の生体の一部（皮膚や内臓の表面等）を生体が生きている状態（ｉｎ−ｖｉｖｏ）で測定することも可能である。
【００４６】
図４に本実施形態の物体１００を支持する支持部４０７を有し、生体組織を含めた様々なサンプルの測定が可能な反射型の測定装置４００（以下、「装置４００」と呼ぶ）の構成を示す。装置４００の構成は一般的なＴＨｚ−ＴＤＳ装置の構成と同様である。装置４００は、光源４０１、照射部４２０、支持部４０７、検出部４０９、ミラー対４１０、遅延ステージ４１１制御部４１５、アンプ４１６、ロックインアンプ４１７、時間波形取得部４１８、情報取得部４１９、及び、画像形成部４２０を有する。照射部４２０は、電源４０５と、発生部４０４と、放物面鏡４０６と、を有する。
【００４７】
光源４０１が出力した１００ｆｓｅｃ程度以下のパルス幅を持つフェムト秒レーザを、ハーフミラー４０２で分岐し、一方はレンズ４０３で集光して発生部４０４に照射する。発生部４０４にフェムト秒レーザが入射すると、テラヘルツ波が発生する。発生部４０４には、光伝導素子を用いた。発生部４０４のバイアス電圧は電源４０５により変調されており、これにより変調されたテラヘルツ波は、放物面鏡４０６により支持部４０７に導かれる。
【００４８】
支持部４０７は、サンプル１２５及び板状物体１００を支持する部分である。また、板状部１００支持した状態で移動することにより、板状物体１００及び板状物体１００と接触しているサンプル１２５等に対するテラヘルツ波の入射位置を変更する変更部としての機能も有する。図１に示したように、テラへルツ波は、物体１００を介してサンプル１２５に照射される。サンプル１２５で反射したテラヘルツ波は、放物面鏡４０８によりテラヘルツ波の検出部４０９としての光伝導素子に照射される。
【００４９】
一方、分岐された他方のフェムト秒レーザは、固定のミラー対４１０と可動式の遅延ステージ４１１に搭載されたミラー対４１２で反射した遅延制御された後、ミラー４１３、レンズ４１４で集光されて、検出部４０９に照射される。遅延ステージ４１１の制御信号は、制御部４１５から出力されている。このような構成により、検出部４０９でテラヘルツ波が検出される。
【００５０】
検出部４０９の検出結果であるテラヘルツ波による信号は、アンプ４１６、ロックインアンプ４１７を通して検出され、その信号から時間波形取得部４１８が時間波形を取得する。情報取得部４１９は、取得した時間波形を用いて上述のような処理を行うことにより、サンプル１２５の情報を取得する。画像形成部４２０は、取得したサンプル１２５の情報を用いて、画像データを形成する。データベースを利用する場合は、画像形成部４２０でデータベースを利用した２次元画像の判別を行う。
【００５１】
上述のように、本実施形態の物体１００を用いて測定を行えば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できるようになる。その結果、サンプルの情報の取得精度を向上できる。これにより、例えば生体の正常組織と異常組織のように情報差が小さいために異なる状態間の判別が困難なサンプルであっても、高精度な情報取得が可能になり、高精度な状態判別が可能となることが期待できる。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の板状物体５００（以下、「物体５００」と呼ぶ）について、図５を用いて説明する。図５は、物体５００の全体図である。物体５００の材質は、テラヘルツ波を良く透過し、物性が安定で既知なものが良い。第１の実施形態の物体１００と同様に、接触部１２１と接触部１２２を有する。第１の実施形態では、第１反射パルスと第２反射パルスとを時間的に分離するために物体１００が厚い分離部１１３を有していた。本実施形態では、第１反射パルスと第２反射パルスとを空間的に分離するための分離部５１３を有する。
【００５３】
以下、物体５００を用いてテラヘルツ波反射測定の結果を用いて、サンプル１２５の情報として複素屈折率を取得する過程を説明する。
【００５４】
接触部１２１、１２２では、物体５００の表面（第１の面）１３０からそれぞれ入射波５０１（Ｅｉ０）、５０５（Ｅｉ１）を照射することで、２つの界面からのパルスを含む反射波５０４（ＥＯ０）、５０８（ＥＯ１）を得る。時間波形はそれぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）のようになる。接触部１２２を測定して得られた時間波形またはデータは、接触部１２１にサンプル１２５を密着させる前に物体５００単体の測定で得たもので代替しても良い。
【００５５】
分離部５１３は、テラヘルツ波が入射する第１の面１３０と対向する側が傾斜構造である。この傾斜構造は、第３の面５２０を有し、第２反射パルス５１２を第１反射パルス５１０から空間的に分離する。第３の面５２０は、第１の面１３０と傾きが異なる平面又は曲面であればよい。本実施形態では、第３の面５２０を第１の面１３０と傾きが異なる傾斜面とした場合について説明する。
【００５６】
第１の面１３０から入射した入射波５０９（Ｅｉ２）のうち、第１の面１３０を透過した成分は、物体５００の傾斜構造と大気との界面を透過する透過波５１１（ＥＯ２２）以外は第３の面５２０で反射し、さらに、物体５００の表面と大気との界面へと向かう。このとき、物体５００の表面と大気との界面に対する反射波の入射角が全反射角以上であれば、反射波は物体５００の端まで物体５００内で全反射を繰り返す反射波５１２（ＥＯ２２）となる。これにより物体５００内を伝搬するテラヘルツ波を物体５００内に閉じ込めることができる。この結果、分離部５１３に入射波５０９（Ｅｉ２）を照射して得られる反射波５１３（ＥＯ２）には、物体５００表面からの反射波５１０（ＥＯ２１）のみが観測され、時間波形は図２（ｃ）のようになる。
【００５７】
以上、得られた３つの反射波ＥＯ０、ＥＯ１、ＥＯ２から、接触部１２１に密着したサンプル１２５の複素屈折率を算出する手順は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
本実施形態の第３の面５２０の傾斜角と入射角θ１との関係について図６及び図１２を参照して説明する。ここで、物体５００の第１の面１３０にテラヘルツ波を入射する場合、その入射方向には３つの場合が考えられる。１つは、第１の面１３０に対してテラヘルツ波が垂直に入射する場合、すなわち、入射角θ１が９０°の場合である。その他２つの場合については、図１３を参照して説明する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）において、第３の面５２０の傾斜角がθｅｄｇｅである分離部５１３に、入射角θ１で第１の面１３０に入射したテラヘルツ波（入射波）５０９の物体５００内での屈折角をθ２とする。また、物体５００内を伝搬する伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角をθＡとする。なお、屈折角θ２は、第１の面１３０から入射して物体５００内で屈折した後のテラヘルツ波の伝搬方向と第１の面１３０の垂線とがなす角のことである。図１３（ａ）は、角θＡが（Ａ）式で表わされる場合である。また、図１３（ｂ）は角θＡが（Ｂ）式で表わされる場合である。なお、図５は、角θＡが（Ａ）式で表わされる場合を示している。
【００５９】
【数５】
2016050856.tif 000007
【００６０】
【数６】
2016050856.tif 000008
【００６１】
なお、本明細書における「テラヘルツ波の入射角（θ１）」とは、入射波５０９の光軸と物体５００の第１の面１３０の垂線とがなす角であると定義する。また、「第３の面５２０の傾斜角θｅｄｇｅ」は、第１の面１３０と第３の面５２０とがなす角のうち物体５００側の角であると定義する。
【００６２】
図６は、分離部５１３を拡大した図で、角θＡが（Ａ）式で表わされる場合の様子を示している。分離部５１３の第３の面５２０の傾斜角θｅｄｇｅとテラヘルツ波の入射角θ１との関係により、図６（ａ）に示したケース１と、図６（ｂ）に示したケース２と、がある。ケース１は、全反射を開始する面が物体５００の裏面（第２の面）１３１側であるケースである。ケース２は、全反射を開始する面が物体５００の表面（第１の面）１３０であるケースである。
【００６３】
ケース１では、入射波５０９（Ｅｉ２）は、第１の面１３０に入射した後、屈折して物体５００内を伝搬し、第３の面５２０で反射する。この際、一部は第３の面５２０を透過する透過波６０３（Ｅｉ３２）となる。第３の面５３０で反射したテラヘルツ波は、第２の面１３１で反射して、物体５００内で全反射する反射波６０４（Ｅｉ３３）となる。ケース２では、入射波５０９（Ｅｉ２）は、第１の面１３０に入射した後、屈折して物体５００内を伝搬し、第３の面５２０で反射する。この際、一部は第３の面５２０を透過する透過波６０７（Ｅｉ４２）となる。第３の面５３０で反射したテラヘルツ波は、第１の面１３０で反射して、物体５００内で全反射する反射波６０８（Ｅｉ４３）となる。
【００６４】
入射波５０９（Ｅｉ２）の入射角をθ１、入射波５０９の物体５００内での屈折角をθ２、物体５００の表面を透過したテラヘルツ波が第３の面５２０に入射した場合の第３の面５２０と大気との界面における入射角、屈折角をθ３、θ４とする。ケース１では、第３の面５２０で反射したテラヘルツ波が第２の面１３１に入射した場合の第２の面１３１と大気との界面での入射角をθ５とする。また、ケース２では、第３の面５２０で反射したテラヘルツ波が第１の面１３０に入射した場合の第１の面１３０と大気との界面での入射角をθ５とする。入射波５０９は、傾斜角θｅｄｇｅと入射角θ３とが、（５）式の関係にある場合はケース１、（６）式の関係にある場合はケース２のように伝搬する。（５）式および（６）式それぞれの両辺が等しくなる場合は、第３の面５２０と大気との界面で反射した反射波は物体５００の裏面と平行に進む。
【００６５】
【数７】
2016050856.tif 000009
【００６６】
【数８】
2016050856.tif 000010
【００６７】
テラヘルツ波を物体５００内に閉じ込めるには、ケース１、ケース２どちらの場合でも、入射角θ５が全反射角以上であれば良い。ケース１とケース２それぞれにおける、傾斜角θｅｄｇｅと入射角θ５、入射角θ３の関係は、（７）式と（８）式で表わされる。
【００６８】
【数９】
2016050856.tif 000011
【００６９】
【数１０】
2016050856.tif 000012
【００７０】
また、どちらのケースでも入射角θ３と屈折角θ２、屈折角θ２と入射角θ１との関係は、それぞれ（９）式と（１０）式で表わされ、全反射条件は（１１）式である。ここで、大気の屈折率を１、物体５００の屈折率をｎＷとしている。
【００７１】
【数１１】
2016050856.tif 000013
【００７２】
【数１２】
2016050856.tif 000014
【００７３】
【数１３】
2016050856.tif 000015
【００７４】
以上のことから、全反射条件を傾斜角θｅｄｇｅと入射角θ１のみで表わすと、ケース１では（１２）式、ケース２では（１３）式になる。
【００７５】
【数１４】
2016050856.tif 000016
【００７６】
【数１５】
2016050856.tif 000017
【００７７】
２つのケースを合わせると、本実施形態では、テラヘルツ波の入射角θ１と第３の面５２０の傾斜角θｅｄｇｅとが（１４）式の条件を満たすことが望ましい。
【００７８】
【数１６】
2016050856.tif 000018
【００７９】
実際に、入射角を１５度、屈折率ｎＷとしてｚ−ｃｕｔ石英の２．１１を入れ込むと傾斜角θｅｄｇｅは（１５）式に示す範囲であれば良い。
【００８０】
【数１７】
2016050856.tif 000019
【００８１】
以上、物体５００内の伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角θＡが（Ａ）式で表わされる場合について説明した。ここからは、物体５００内の伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角θＡが（Ｂ）式で表わされる場合について、図１２を参照して説明する。これは、図５において、テラヘルツ波の入射方向を固定して物体５００の向きを左右反対に配置した場合、または、物体５００の配置を固定してテラヘルツ波の入射方向を反対にした場合に相当する。
【００８２】
物体５００内の伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角θＡが（Ｂ）式で表わされる場合においても、全反射を開始する面の違いにより２つのケースに分けられる。ここでは、２つのケースをケース３とケース４と呼ぶ。ケース３は、図１２（ａ）で表わされるように、全反射を開始する面が物体５００の裏面（第２の面）１３１側であるケースである。ケース４は、図１２（ｂ）で表わされるように物体５００の表面（第１の面）１３０であるケースである。
【００８３】
ケース３では、入射波５０９（Ｅｉ２）は、第１の面１３０に入射した後、屈折して物体５００内を伝搬し、第３の面５２０で反射する。この際、一部は第３の面５２０を透過する透過波１２０３（Ｅｉ５２）となる。第３の面５２０で反射したテラヘルツ波は、第２の面１３１で反射して、物体５００内で全反射する反射波１２０４（Ｅｉ５３）となる。ケース４では、入射波５０９（Ｅｉ２）は、第１の面１３０に入射した後、屈折して物体５００内を伝搬し、第３の面５２０で反射する。この際、一部は第３の面５２０を透過する透過波１２０７（Ｅｉ６２）となる。第３の面５３０で反射したテラヘルツ波は、第１の面１３０で反射して、物体５００内で全反射する反射波１２０８（Ｅｉ６３）となる。
【００８４】
前述のケース１、２の場合と同様に、θｅｄｇｅとθ３が（５）式の関係にある場合はケース３、（６）式の関係にある場合はケース４となる。式の両辺が等しくなる場合は、第３の面５２０と大気との界面の反射波は、第２の面１３１と平行に進み、物体５００を往復するまで反射しない。物体５００内の伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角θＡが（Ｂ）式で表わされる場合でも、前述した手順と同様の手順により全反射条件を求めることができる。ケース３、４における全反射条件を、θｅｄｇｅとθ１のみで表わすと、それぞれ（１６）式と（１７）式になる。
【００８５】
【数１８】
2016050856.tif 000020
【００８６】
【数１９】
2016050856.tif 000021
【００８７】
ケース３、４を合わせると、物体５００内の伝搬波１３０１と第３の面５２０とがなす角θＡが（Ｂ）式で表わされる場合は、テラヘルツ波の入射角θ１と傾斜構造の傾斜角θｅｄｇｅとが（１８）式の条件を満たすことが望ましい。
【００８８】
【数２０】
2016050856.tif 000022
【００８９】
実際に、入射角を１５度、屈折率ｎＷとしてｚ−ｃｕｔ石英の２．１１を入れ込むと傾斜角θｅｄｇｅは（１９）式に示す範囲であれば良い。
【００９０】
【数２１】
2016050856.tif 000023
【００９１】
また、物体５００の第１の面１３０にテラヘルツ波が垂直に入射する場合についても同様に、全反射を開始する面の違いから２つのケースに分けられる。ここでは、物体５００の裏面（第２の面）１３１側である場合をケース５、物体５００の表面（第１の面）１３０である場合をケース６と呼ぶ。垂直入射の場合は、傾斜角θｅｄｇｅが４５°より大きいと場合にケース５、傾斜角θｅｄｇｅが４５°より小さい場合にケース６となる。傾斜角θｅｄｇｅが４５°に等しい場合は、第３の面５２０と大気との界面での反射波は、第２の面１３１と平行に進み、物体５００を往復するまで反射しない。ケース５、６を合わせると、第１の面１３０にテラヘルツ波が垂直に入射する場合は、傾斜角θｅｄｇｅは（Ｃ）式を満たすことが望ましい。
【００９２】
【数２２】
2016050856.tif 000024
【００９３】
上述のように、本実施形態の物体５００を用いて測定を行えば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できるようになる。その結果、サンプルの情報の取得精度を向上できる。これにより、例えば生体の正常組織と異常組織のように光学特性の差が小さいために異なる状態間の判別が困難なサンプルであっても、高精度な情報取得が可能になり、高精度な状態判別が可能となることが期待できる。
【００９４】
また、物体５００は作製する際に板状の部材の先端を斜めに削れば良いため、第１の実施形態の物体１００を作製する場合に比べて作製が容易で、低コストである。物体５００の厚さやテラヘルツ波のビーム径によっては、テラヘルツ波を物体５００内に閉じ込めるために物体１００の分離部１１３が第３の面を有する構成が必要となる場合もあるが、本実施形態はそのような場合にも適用できる。
【００９５】
（第３の実施形態）
本実施形態の板状物体７００（以下、「物体７００」と呼ぶ）について図７を用いて説明する。図７は、物体７００の全体図である。物体７００は、第１及び第２の実施形態と同様に、接触部１２１と接触部１２２を有する。第１及び第２の実施形態の板状物体には、それぞれ分離部１１３、５１３を設け、第１反射パルスと第２反射パルスとを、時間的または空間的に分離していた。本実施形態では、物体７００の表面で反射した第１反射パルスのみを得るための分離部７１３として、接触部１２１、１２２と同一平面上にテラヘルツ波を吸収する吸収材料７２１を塗布して第２反射パルスを発生させないようにする領域を有する。
【００９６】
物体７００を用いてテラヘルツ波反射測定の測定結果を用いてサンプル１２５の情報として複素屈折率を算出する過程を説明する。接触部１２１、１２２では、第１及び第２の実施形態と同様に、物体７００の表面からそれぞれ入射波７０１（Ｅｉ０）、７０５（Ｅｉ１）を照射することで、２つの界面からの反射波を含む反射波７０４（ＥＯ０）、７０８（ＥＯ１）を得る。時間波形は、それぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）のようになる。接触部１２２を測定して得られた時間波形またはそこから得られるデータは、接触部１２１にサンプル１２５を密着させる前に物体７００単体の測定で得たもので代替しても良い。
【００９７】
分離部７１３は、入射波が入射する物体７７００の表面と対向する面、すなわち物体７００の裏面に、吸収材料７２１が塗布された構造である。吸収材料７２１は、入射波７０９の周波数帯のテラヘルツ波を吸収する材料で、例えば室温動作のテラヘルツ検出材料として開発されているカーボンナノチューブや金属ナノチューブの薄膜等が使用できる。分離部７１３に照射した入射波７０９（Ｅｉ２）のうち、物体７００と吸収材料７２１との界面からの反射波７１１（ＥＯ２１）の強度ＩＯ２１は、（１６）式のように表わされる。ここで、入射波７０９の強度をＩｉ２、大気から物体７００への複素振幅透過率をｔａｗ、物体７００と吸収材料７２１との界面における複素振幅反射率をｒｗｂ、物体７００から大気への複素振幅透過率をｔｗａとする。
【００９８】
【数２３】
2016050856.tif 000025
【００９９】
物体７００は、透過性が高く吸収がない材料とすると、吸収材料７２１による吸収の影響はｒｗｂに含まれ、この成分により反射波７１１の振幅強度は影響を受ける。そのため、吸収材料７２１が、反射波７１１が反射波７１０（ＥＯ２１）のノイズレベル以下になる程テラヘルツ波を強く吸収する材料である場合、反射波７１２（ＥＯ２）の時間波形に反射波７１１は観測されない。結果として、反射波７１２には物体７００表面で反射した反射波７１０のみが現れ、図２（ｃ）のような時間波形が得られる。
【０１００】
以上、得られた３つの反射波から接触部１２１に密着したサンプル１２５の複素屈折率を算出する手順は第１の実施形態と同様である。
【０１０１】
また、分離部７１３の物体７００の裏面には、吸収材料７２１の他にテラヘルツ波の反射防止膜を塗布しても良い。反射防止膜では、吸収ではなく光の干渉を利用するが、第２反射パルスの発生を抑制するという点で同様の効果が得られ、吸収材料７２１を塗布した場合と同様に図２（ｃ）のような時間波形が得られる。
【０１０２】
本実施形態の物体７００を用いて測定を行えば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できるようになる。その結果、サンプルの情報の取得精度を向上できる。これにより、例えば生体の正常組織と異常組織のように光学特性の差が小さいために異なる状態間の判別が困難なサンプルであっても、高精度な情報取得が可能になり、高精度な状態判別が可能となることが期待できる。
【０１０３】
（実施例１）
実施例１として、第１の実施形態に記載の物体１００を用いてサンプル１２５の情報を取得する方法について、より具体的に説明する。本実施例では、物体１００としてｚ−ｃｕｔの石英板、サンプル１２５として純水（比抵抗約１８ＭΩ・ｃｍ、有機物量３ｐｐｂ）、標準サンプル１２６としては大気を用いた。石英板の厚さは接触部１２１、１２２で１ｍｍ、分離部１１３で６ｍｍである。
【０１０４】
図８（ａ）は、反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置である装置４００による測定で実際に得られた接触部１２２における反射波１０４の時間波形である。また、図８（ｂ）は装置４００で測定した接触部１２１における反射波１０８の時間波形、図８（ｃ）は装置４００で測定した分離部１１３における反射波１１２の時間波形である。入射波は、物体１００の表面、すなわちサンプル１２５が接触している面と対向する面から入射した。
【０１０５】
図８（ａ）に示した接触部１２２における時間波形では３つの反射波８０１〜８０３が観測されている。反射波８０１、８０２はそれぞれ大気／石英界面、石英／大気界面からの反射波であり、反射波８０３は物体１００内で３回反射した反射波のものである。図８（ｂ）に示した接触部１２１における時間波形では、主に２つの反射波８０４、８０５が観測されており、それぞれ大気／石英界面、石英／純水界面からの反射波である。接触部１２２と同様に、物体１００内の多重反射による３つめの反射波も存在するが、時間波形上観測できない程度になっている。これは、石英板と大気との屈折率差（Δｎ〜１．１＠１ＴＨｚ）と比較して石英板と純水の屈折率差（Δｎ〜０．０１＠１  ＴＨｚ）が小さく、純水による吸収もあるためである。図８（ｃ）に示した分離部１１３における時間波形では、石英／大気界面からの反射波８０６のみが得られている。
【０１０６】
本実施例は、第１の実施形態で説明した手順に従い、分離部１１３で取得した時間波形を用いて、反射波８０２と反射波８０５とから、大気／石英界面の残留成分を引いた時間波形を取得した。取得した時間波形を用いて、サンプル１２５の情報として屈折率スペクトルと吸収係数スペクトルとを用いた。図９（ａ）は屈折率スペクトル、図９（ｂ）は吸収係数スペクトルである。比較として、各スペクトルには、残留成分除去を行った場合のスペクトルを実線、残留成分除去を行わなかった場合のスペクトルを点線で示した。
【０１０７】
図９（ａ）、図９（ｂ）のどちらにおいても、残留除去を行っていない場合のスペクトルには、周波数に対して周期的な振動成分が現れており、正確なスペクトル形状を表していないと思われる。過去に報告されているテラヘルツ波領域の水のスペクトルは、屈折率スペクトルは高周波になるほど減少し、吸収係数スペクトルは高周波になるほど増加し、両スペクトルとも特徴的なピークは見られない。残留成分除去を行った場合のスペクトルでは、振動成分が抑制され、より正確に水のスペクトル形状を表していると思われる。つまり、第１の実施形態によれば、反射型の測定装置で測定した時間波形から板状物体の情報をより容易に低減でき、結果として物体１００と接触しているサンプル１１５の情報を、より高精度に取得できる。
【０１０８】
これらのスペクトルの比較から、スペクトルに現れる振動成分の主要因は、接触部１２２の物体１００／大気界面からの反射波と接触部１２１の物体１００／純水界面からの反射波に含まれる大気／物体１００界面からの反射波の残留成分であることが分かる。残留成分は、大気／物体１００界面で反射した様々な波長を含む反射波の減衰成分によるものであり、時間とともに減衰するものの常に存在するものである。
【０１０９】
図３に示した手順により、接触部１２１および接触部１２２それぞれで取得した時間波形からの各界面での反射波を分離する。この際、大気／物体１００界面からの第１反射パルスは、物体１００／純水界面または物体１００／大気界面からの第２反射パルスの直前で切り出す。第２反射パルスを分離する際の時間間隔は、フーリエ変換信号におけるデータ点数を一致させるために第１反射パルスを分離する際の時間間隔と同じにする。そのため、分離部１１３における物体１００の厚さは、第１反射パルスを分離する際の時間間隔の２倍以上、より望ましくは３倍以上あればよい。すなわち、物体１００の表面と物体１００の裏面との間隔本実施例では、分離部１１３における物体１００の厚さを６ｍｍとしたが、接触部１２１、１２２における物体１００の厚さが約１ｍｍであるため、実際は約２〜３ｍｍ程度で十分である。
【０１１０】
また、比抵抗や有機物量等の値が同一の純水であれば、テラヘルツ波領域のスペクトルは一致すると考えられる。そのため、比抵抗や有機物量等の値が同一の純水のスペクトルを、物体１００を用いてより精度良く取得しておき、そのスペクトルを基準スペクトルとして使用する構成とすることもできる。装置４００を用いて取得した時間波形から得られるサンプルのスペクトルは、同一の装置４００で測定しても、測定毎に変動する場合がある。これは、光源４０１、発生部４０４、検出部４０９、及び、レーザの光路やテラヘルツ波の伝搬経路に存在するミラー等の光学系の状態が、温度及び湿度等の周辺環境の変化の影響を受けるためである。また、装置４００の調整を行う技術者の調整技術による影響等も考えられる。
【０１１１】
そのため、測定開始時、又は、測定を行う毎に、純水のスペクトルを取得して、取得した純水のスペクトルと基準スペクトルとを比較することで、変動の影響を除去すれば、装置４００による測定の精度をより向上することができる。
【０１１２】
上述のように、本実施例の物体１００を用いて測定を行えば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できるようになる。その結果、サンプルの情報の取得精度を向上できる。
【０１１３】
（実施例２）
実施例２として、第１の実施形態に記載の物体１００を用いてサンプル１２５の情報を取得する例について、より具体的に説明する。本実施例では、物体１００としてｚ−ｃｕｔの石英板、サンプル１２５としてラットの生組織切片、標準サンプル１２６として大気を用いた。石英板の厚さは接触部１２１、１２２で１ｍｍ、領域１１３で６ｍｍとした。
【０１１４】
第１の実施形態に記載の手順で、サンプル１２５の情報として屈折率スペクトルを取得した。図１０（ａ）に、サンプル１２５として正常なラット脳の切片を用いて取得した屈折率スペクトルを示した。
【０１１５】
実施例１と同様に、残留成分除去を行わなかった場合に存在していた振動成分が、残留除去を行った場合には抑制されていることが分かる。動物の生組織は水を多く含むため、得られる屈折率スペクトルおよび吸収係数スペクトルの値や形状は純水と比較的近いと考えられる。実際に、テラヘルツ領域における動物生組織のスペクトルは純水と似ており、特徴的ピークは観測されないことが報告されている。屈折率スペクトルの低周波側の落ち込みは、サンプル１２５の形状によるものであると考えられる。装置４００の入射波のビーム径は、０．５ＴＨｚ以下で３ｍｍ以上となり、低周波ほど急激に増大する。低周波のビーム径の大きい領域では、ラット生組織切片の存在しない大気領域が含まれるため、その影響がスペクトルの形状に反映されている。
【０１１６】
さらに、図１０（ｂ）に、脳腫瘍のあるラット脳の同一切片内における正常領域１１０１と腫瘍領域１１０２とを測定した得られた屈折率スペクトルをそれぞれ示す。図１１は、実際の脳腫瘍のあるラット脳の切片の写真である。正常領域１１０１内の円形で示した領域１１０３内の５点、腫瘍領域１１０２内の５点を測定した。図１０（ｂ）に測定結果から取得した屈折率スペクトルを示した。屈折率スペクトルは、測定結果の平均値であり、誤差バーはその標準偏差である。
【０１１７】
正常領域１１０１の屈折率スペクトルと腫瘍領域１１０２の屈折率スペクトルとの間には、０．８ＴＨｚ以上１．３ＴＨｚ以下の周波数帯域で、約０．０２以上０．０４以下の有意な屈折率差Δｎが観測されている。このことから、腫瘍領域１１０２では正常領域１１０１と比較して屈折率が高いことが分かる。腫瘍領域１１０２と正常領域１１０１それぞれにおける水分量の差や細胞密度の違いが、屈折率差の主な要因と考えられる。パルス残留成分の除去による情報の取得精度の向上の効果も含めて、測定に用いた装置４００および上述のサンプル準備条件では、屈折率差０．０２が０．８ＴＨｚ以上１．５ＴＨｚ以下の周波数帯域で観測可能である。
【０１１８】
パルス残留成分の除去処理をしない場合、腫瘍領域１１０２と正常領域１１０１それぞれのスペクトル形状が個別に変化する。そのため、これらの僅かな屈折率差の観測精度は低下する。以上のことから、物体１００を用いることにより、取得した時間波形から物体１００の情報を低減することが容易になり、結果としてサンプル１２５の情報の取得精度を向上できる。すなわち、物体１００に接触させたサンプル１２５について、より精度の高いスペクトル測定が可能になり、光学特性の差が微小な異なる状態間の判別が可能となる。
【０１１９】
上述のように、本実施例の物体１００を用いて測定を行えば、反射型の測定装置で測定した時間波形に混在している板状物体の情報をより容易に低減できるようになる。その結果、サンプルの情報の取得精度を向上できる。
【０１２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。その要旨の範囲内で種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１００  板状物体
１１３  分離部
１２０  第３の面
１２１  サンプル接触部
１３０  第１の面
１３１  第２の面
【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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【図１３】
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