JP2007010366A

JP2007010366A - 一体型構造体、測定装置、方法およびプログラム

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Publication number: JP2007010366A
Application number: JP2005188839A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Kato; 英志加藤; Akimichi Kawase; 晃道川瀬; Yuichi Ogawa; 雄一小川; Shinichiro Hayashi; 伸一郎林; Yoshinori Tsukamoto; 義則塚本
Original assignee: Advantest Corp; Mizkan Group Corp; RIKEN
Current assignee: Advantest Corp; Mizkan Group Corp; RIKEN
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP4724822B2

Abstract

【課題】電磁波が照射されることによって測定される被測定物を有利に取り扱う。
【解決手段】ＸＹ平面において導体板１０の導体で囲まれた空隙部（開口）１２がＸ方向およびＹ方向に配列された格子１の空隙部１２の内部に、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物２０が配置（充填）されている充填格子２。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁波を照射して測定する被測定物の取り扱いに関する。

従来より、テラヘルツ波を被測定物に照射した際の透過率に基づき、被測定物を分析することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、金属板に孔をあけたものに電磁波を照射した際の透過率も知られている（例えば、非特許文献１を参照）。さらに、金属板に孔をあけたものを位相差板として利用することも知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００４−１０８９０５号公報特開２００４−１１７７０３号公報 K.F. Renk and L. Genzel "Interference Filters and Fabry-PerotInterferometers for the Far Infrared", APPLIED OPTICS, Vol. 1, No. 5, 1962年9月

しかしながら、上記のような先行技術は、電磁波が照射される被測定物をどのように取り扱えば有利かということを開示していない。

そこで、本発明は、電磁波が照射されることによって測定される被測定物を有利に取り扱うことを課題とする。

本発明にかかる一体型構造体は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを備えるように構成される。

上記のように構成された一体型構造体によれば、被測定物が、電磁波を照射することにより特性が測定される。空隙配置構造体が、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置されている。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記被測定物が前記空隙部の内部に配置されているようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記被測定物が配置されている配置部材を備え、前記配置部材は前記空隙配置構造体の表面に配置されているようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記空隙配置構造体が、同一形状の前記空隙部が所定の方向に一定の間隔で配置されているようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記空隙配置構造体は、導体を貫通する開口が縦方向および横方向に配列された二次元格子であるようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記空隙配置構造体は、前記導体が配置される基部を有するようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記基部に前記導体が印刷されるようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分と、前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分とを有するようにしてもよい。

また、本発明にかかる一体型構造体は、前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上あるようにしてもよい。

本発明にかかる測定装置は、一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段とを備えるように構成される。

上記のように構成された測定装置によれば、第一電磁波照射手段は、一体型構造体に第一電磁波を照射する。第一電磁波検出手段は、照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する。第二電磁波照射手段は、前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する。第二電磁波検出手段は、照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する。特性測定手段は、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する。

本発明にかかる測定装置は、一体型構造体における配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、前記非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段とを備えるように構成される。

上記のように構成された測定装置によれば、第一電磁波照射手段は、一体型構造体における配置部分に第一電磁波を照射する。第一電磁波検出手段は、照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する。第二電磁波照射手段は、前記非配置部分に第二電磁波を照射する。第二電磁波検出手段は、照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する。特性測定手段は、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する。

本発明にかかる測定装置は、一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出手段と、前記電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段とを備えるように構成される。

上記のように構成された測定装置によれば、電磁波照射手段は、一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する。電磁波検出手段は、照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する。特性測定手段は、前記電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する。

また、本発明にかかる測定装置は、前記特性測定手段が、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、電磁波の透過率を測定する透過率測定手段と、測定された前記透過率に基づき、前記被測定物の屈折率を導出する屈折率導出手段とを有するようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、前記屈折率導出手段が、周波数Ａにおける前記第一電磁波検出手段の検出結果に基づき測定された透過率と、周波数Ｂにおける前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき測定された透過率とが等しい場合に、前記被測定物の屈折率をＡおよびＢに基づき導出するようにしてもよい。

また、本発明にかかる測定装置は、周波数特性調整部材を備え、前記周波数Ｂの近傍において、前記透過率の周波数に対する傾きが、前記周波数特性調整部材が無い場合よりも大きくなるようにしてもよい。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射工程と、照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出工程と、前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射工程と、照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出工程と、前記第一電磁波検出工程の検出結果および前記第二電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程とを備えた測定方法である。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射工程と、照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出工程と、前記一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射工程と、照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出工程と、前記第一電磁波検出工程の検出結果および前記第二電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程とを備えた測定方法である。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体であって、前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上ある一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射工程と、照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出工程と、前記電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程とを備えた測定方法である。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、前記一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明は、電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体であって、前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上ある一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出手段と、を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる格子（空隙配置構造体）１の斜視図である。格子（空隙配置構造体）１は、導体板１０を有する。導体板１０は、例えば金属板である。導体板１０の厚みの方向は、Ｚ方向である。導体板１０には、空隙部（開口）１２が開けられている。空隙部１２はＺ方向に導体板１０を貫通する。空隙部１２は、ＸＹ平面において開口する。空隙部１２は、縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）に配列されている。すなわち、格子１は、二次元格子である。

図２は、第一の実施形態にかかる格子（空隙配置構造体）１のＸＹ平面図（図２（ａ））および充填格子（一体型構造体）２のＸＹ平面図（図２（ｂ））である。

図２（ａ）を参照して、格子（空隙配置構造体）１は、ＸＹ平面において、空隙部（開口）１２が二方向（Ｘ方向およびＹ方向）に配列されている。空隙部１２は、正方形の開口であり、Ｘ方向およびＹ方向の一辺の長さ（アパーチャー：aperture）はともに等しい（ａであるとする）。また、空隙部１２のＸ方向のピッチおよびＹ方向のピッチ（pitch）はともに等しい（ｐであるとする）。なお、aおよびpが数十ミクロン程度なので、格子１は、いわゆるメッシュであるともいえる。

図２（ｂ）を参照して、充填格子（一体型構造体）２は、格子１の空隙部１２の内部に被測定物２０が配置されているものである。被測定物２０は、電磁波を照射することにより特性（例えば、電磁波の透過率、屈折率など）が測定されるものである。被測定物２０は、例えば、油脂、生体分子（ＤＮＡなど）などである。被測定物２０が油脂のようなものであれば、空隙部１２に被測定物２０を充填すれば（空隙部１２に隙間があいていてもよい）、空隙部１２に被測定物２０を配置したことになる。

図３は、格子１の空隙部１２の一つの近傍を表示した平面図である。空隙部１２は、ＸＹ平面において、導体板１０の一部である導体１４で囲まれているものといえる。このような空隙部１２がＸ方向およびＹ方向に配列されている。

図４は、充填格子（一体型構造体）４のＸＹ平面図である。充填格子４は、格子１の空隙部１２に被測定物２０が配置されていない非配置部分４ａと、格子１の空隙部１２に被測定物２０が配置されている配置部分４ｂとを有する。

なお、図１７に示すように、非配置部分４ａに、配置部分４ｂに配置された被測定物とは異なる別の被測定物を配置することも考えられる。図１７（ａ）は、非配置部分４ａに別の被測定物を配置した場合の充填格子４のＸＹ平面図である。非配置部分４ａには被測定物２０ａが、配置部分４ｂには被測定物２０ｂが配置されている。

また、図１７（ｂ）に示すように、充填格子４に三種類の被測定物を配置してもよい。図１７（ｂ）は、三種類の被測定物を配置した充填格子４のＸＹ平面図である。すなわち、第一配置部分４ｃには被測定物２０ａが、第二配置部分４ｄには被測定物２０ｂが、第三配置部分４ｅには被測定物２０ｃが配置されている。このように、充填格子４に三種類以上の被測定物を配置してもよい。

図５は、格子１の変形例について説明するためのＸＹ平面図である。図５（ａ）は、空隙部１２が一方向（Ｘ方向）にしか配列されていない。すなわち、一次元に配列されたものである。図５（ｂ）は、空隙部１２がＸ方向、Ｙ１方向およびＹ２方向（Ｙ方向ではない）に配列されている。どちらも、格子１として使用できる。ただし、図５に示すように同一形状（同じ形かつ同じ大きさ）の空隙部１２が所定のピッチ（または間隔）で配置されていることを要する。また、格子１の空隙部１２は正方形でなくてもよく、円形でもよいし、三角形や四角形でも可能である。すなわち、二次元的な図形であればよい。さらに、図１４に示すように、空隙部１２が一個だけの場合も格子１として使用できる。

なお、これまで格子１に被測定物２０を配置する例として、格子１の空隙部１２に被測定物２０を配置したものを説明してきた。しかし、格子１に被測定物２０を配置する方法は、これに限定されない。例えば、格子１の表面に被測定物２０を配置することが考えられる。

図１８は、格子１の表面に被測定物２０を配置した一体型構造体７のＸＹ平面図（図１８（ａ））およびｂ−ｂ断面図（図１８（ｂ））である。一体型構造体７は、シート（配置部材）１５を有する。シート１５は、格子１の表面に載せられている。図１８（ａ）を参照すると、シート１５が格子１の空隙部１２を覆い隠して見えないようにしている状態であることがわかる。また、図１８（ｂ）を参照すると、シート１５の裏面は格子１の表面に接しており、シート１５の表面には被測定物２０（例えばＤＮＡであり、Ｙ字状の図形として図示している）が配置（例えば、固定）されている。シート１５は、例えば、ＤＮＡのハイブリダイゼーションに用いられるナイロン膜である。被測定物２０であるＤＮＡは、ナイロン膜であるシート１５にしみこませることにより、シート１５に固定できる。

図６は、第一の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）２の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。測定装置は、放射制御部３２、電磁波照射部（第一電磁波照射手段および第二電磁波照射手段）３４、電磁波検出部（第一電磁波検出手段および第二電磁波検出手段）３６、特性測定部４０を備える。

放射制御部３２は、電磁波のパワーＰ１、電磁波の周波数ｆを指定して、電磁波照射部３４に電磁波を放射させる。指定したパワーＰ１および周波数ｆは、特性測定部４０の透過率測定部４２にも与えられる。

電磁波照射部（第一電磁波照射手段および第二電磁波照射手段）３４は、パワーＰ１および周波数ｆの電磁波を放射する。放射された電磁波は格子１または充填格子２に照射される。あるいは、放射された電磁波は充填格子４の非配置部分４ａまたは配置部分４ｂに照射される。

ここで、充填格子２に照射される電磁波を第一電磁波といい、格子１に照射される電磁波を第二電磁波という。また、配置部分４ｂに照射される電磁波を第一電磁波といい、非配置部分４ａに照射される電磁波を第二電磁波という。

電磁波検出部（第一電磁波検出手段および第二電磁波検出手段）３６は、格子１または充填格子２もしくは充填格子４を透過した電磁波を検出し、パワーＰ２を測定し、特性測定部４０の透過率測定部４２に与える。なお、透過した電磁波ではなく反射した電磁波を検出することも考えられる。

すなわち、照射された第一電磁波に対する充填格子２による応答（例えば、透過、反射）である第一応答電磁波および照射された第二電磁波に対する格子１による応答（例えば、透過、反射）である第二応答電磁波を検出すればよい。または、照射された第一電磁波に対する配置部分４ｂによる応答（例えば、透過、反射）である第一応答電磁波および照射された第二電磁波に対する非配置部分４ａによる応答（例えば、透過、反射）である第二応答電磁波を検出すればよい。

特性測定部４０は、電磁波検出部３６の検出結果に基づき、被測定物２０の特性を測定する。特性測定部４０は、透過率測定部４２、透過率記録部４４、屈折率導出部４６を有する。

透過率測定部４２は、電磁波検出部３６の検出結果に基づき、電磁波の透過率を測定する。すなわち、充填格子２および格子１の電磁波の透過率を測定する。または、配置部分４ｂおよび非配置部分４ａの電磁波の透過率を測定する。透過率は、Ｐ２／Ｐ１により求められる。ただし、反射が無視できない場合は、厚さの異なる同一物について、Ｐ２を測定してやれば、反射の影響をキャンセルできる。これについては周知なので詳細には説明をしない。

透過率記録部４４は、透過率測定部４２が測定した透過率を電磁波の周波数に対応づけて記録する。

屈折率導出部４６は、測定された透過率に基づき、被測定物２０の屈折率を導出する。すなわち、周波数Ａにおける第一応答電磁波の検出結果に基づき測定された透過率と、周波数Ｂにおける第二応答電磁波の検出結果に基づき測定された透過率とが等しい場合に、被測定物２０の屈折率をＡおよびＢに基づき導出する。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

図７は、第一の実施形態にかかる測定装置の動作を示すフローチャートである。図８は、被測定物２０の屈折率の決定法を説明するためのグラフである。

なお、格子１および充填格子２の散乱および吸収は無視できるものとする。例えば、格子１および充填格子２の材質がそのような条件を満たすものである。または、格子１および充填格子２の厚さがそのような条件を満たすものである。

一般的に、強度がI₀の入射波が物質中をxだけ進行した点での強度をI(x)とすると、入射波の減衰（吸収）は、I(x)
= I₀exp^-αxのように表せる。

上記の式のα（材質によって定まる）かx（厚さ）が非常に小さい場合に吸収が無視できる。

まず、格子１（または非配置部分４ａ）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置して、電磁波照射部３４から所定の帯域の第二電磁波を放射する。電磁波検出部３６は、透過した電磁波（第二応答電磁波）を検出する。そして、透過率測定部４２が格子１（または非配置部分４ａ）の透過率を測定する（Ｓ１０）。透過率は、Ｐ２／Ｐ１により求められる。測定された透過率は第二電磁波の周波数に対応付けられて透過率記録部４４に記録される。ただし、測定装置は屈折率n₀（例えば、１）の空気中で使用するものとする。

図８に示す例では、所定の帯域として０THzを超えて６THz（テラヘルツ）までの帯域をとり、格子１（または非配置部分４ａ）の透過率を測定したグラフＧ１が図示されている。このグラフＧ１は、Ｔ_n0(f)と表現できる。すなわち、透過率Tは、屈折率n₀および周波数fの関数である。

次に、充填格子２（または配置部分４ｂ）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置して、電磁波照射部３４から周波数Ａの第一電磁波を放射する。電磁波検出部３６は、透過した電磁波（第一応答電磁波）を検出する。そして、透過率測定部４２が充填格子２（または配置部分４ｂ）の透過率を測定する（Ｓ１２）。透過率は、Ｐ２／Ｐ１により求められる。

図８に示す例では、周波数Ａ＝１THzとして、充填格子２（または配置部分４ｂ）の透過率＝４０％を得る（グラフＧ２）。このグラフＧ２は、Ｔ_nx(A)と表現できる。すなわち、周波数Ａにおける充填格子２（または配置部分４ｂ）の透過率T_nxは、被測定物２０の屈折率n_xおよび周波数Ａ（＝１THz）の関数である。

次に、屈折率導出部４６が、透過率記録部４４の記録内容および透過率測定部４２の測定した充填格子２（または配置部分４ｂ）の透過率に基づき、対応周波数Ｂを決定する（Ｓ１４）。すなわち、図８を参照して、屈折率導出部４６が、周波数Ａ（＝１THz）における電磁波検出部３６の検出結果（グラフＧ２）に基づき測定された透過率（＝４０％）と、対応周波数Ｂにおける電磁波検出部３６の検出結果に基づき測定された透過率とが等しくなるような、対応周波数Ｂを決定する。対応周波数Ｂは3.4THzとなる。

これは、Ｔ_n0(B) = Ｔ_nx(A)ということを意味する。

最後に、屈折率導出部４６が、被測定物２０の屈折率を導出する（Ｓ１６）。すなわち、被測定物２０の屈折率＝Ｂ／Ａとして、被測定物２０の屈折率n_xを導出する。図８に示す例では、屈折率n_x＝3.4THz／１THz＝3.4となる。これは、Ｂ＝n_x・Ａということを用いて、被測定物２０の屈折率n_xを導出したものである。

なお、図１７（ａ）に示す充填格子４を利用する場合も同様に、電磁波を照射して、非配置部分４ａおよび配置部分４ｂの透過率の測定を行う。この場合、特性測定部４０は、被測定物２０ａおよび被測定物２０ｂの透過率の差を測定できる。また、図１７（ｂ）に示す充填格子４を利用する場合は、電磁波を照射して、第一配置部分４ｃの透過率の測定、第二配置部分４ｄの透過率の測定、および、第三配置部分４ｅの透過率の測定を行う。この場合、特性測定部４０は、被測定物２０ａ、２０ｂ、２０ｃの透過率の差を測定できる。

第一の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）２によれば、被測定物２０を有利に取り扱うことができる。例えば、充填格子２の空隙部１２の内部に配置されている被測定物２０の特性（例えば、屈折率）を容易に測定できる。

第一の実施形態にかかる測定装置によれば、充填格子（一体型構造体）２および格子（空隙配置構造体）１における電磁波の透過率を測定することにより、被測定物２０の特性（例えば、屈折率）を容易に測定できる。

第一の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）４によれば、格子１を利用しなくても（充填格子２を格子１に差し替えなくても）、被測定物２０の特性（例えば、屈折率）を測定できる。

図９は、格子１（または非配置部分４ａ）の透過率を測定したグラフＧ１の、アパーチャーａおよびピッチｐに対する変化を説明するための図である。ａおよびｐが小さいと（グラフＧ１−１）、傾きが小さく、ａおよびｐが大きいと（グラフＧ１−２）、傾きが大きい。

対応周波数Ｂの最大値は、透過率が極大値をとる周波数Ｆ１（グラフＧ１−１）、周波数Ｆ２（グラフＧ１−２）である。対応周波数Ｂの最大値が大きい程、より大きな屈折率を測定できる。よって、ａおよびｐが小さいと（グラフＧ１−１）、広い範囲の屈折率を測定できる。逆に、ａおよびｐが大きいと（グラフＧ１−２）、高精度に屈折率を測定できる。屈折率がわずかに異なっても、透過率が大きく変化するからである。

よって、広い範囲の屈折率を測定したいならばアパーチャーａおよびピッチｐを小さくした充填格子２、４を利用するとよい。高精度に屈折率を測定したいならばアパーチャーａおよびピッチｐを大きくした充填格子２、４を利用するとよい。

第二の実施形態
第二の実施形態は、格子（周波数特性調整部材）６を、格子１および充填格子２に平行に配置して使用する（または充填格子４に平行に配置して使用する）点が第一の実施形態と異なる。

図１０は、第二の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）２の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。第二の実施形態にかかる測定装置は、格子（周波数特性調整部材）６のみが第一の実施形態と異なる。他の部分は第一の実施形態と同様であり説明を省略する。

格子（周波数特性調整部材）６は、格子１と同じものでよい。ただし、充填格子２の被測定物２０（または充填格子４の配置部分４ｂ）と、格子６とが重なりあっていることを要する。しかも、格子６と、格子１、充填格子２および充填格子４との間隔ｄ＝（λ／２）・ｎ（ただし、ｎは自然数）であることを要する。なお、λは対応周波数Ｂに対応する電磁波の波長である。なお、格子６は格子１と同じ形状であってもよいが、上記の要件を満たし、しかも電磁波を一部透過かつ一部を反射するならば、別の形状であってもかまわない。

図１１は、格子６を格子１（または充填格子４の非配置部分４ａ）に平行に配置したときの透過率のグラフＧ１および格子６を配置しないときの透過率のグラフＧ１’を示す図である。格子６を格子１に平行に配置したときは対応周波数Ｂにおいて共振が成立するので、対応周波数Ｂの近傍部分における透過率の周波数に対する傾きが、格子６を配置しないときよりも大きくなる。

すなわち、格子６を格子１に平行に配置したときの透過率のグラフＧ１は、波打った線になる。言換えれば、格子６を格子１に平行に配置した構成はファブリペローエタロン共振器と同等の構造なので、透過率のグラフＧ１は、周期的に透過量のピークをもつ。ここで、被測定物２０として屈折率のわずかに異なる試料、例えば、DNAの１本鎖、2本鎖や構造の異なる数種類のタンパク質を考える。このような被測定物２０の透過率をそれぞれ測定する。屈折率がわずかに異なるだけなので、格子６を配置しなければ、透過率もわずかにしか異ならない。しかし、格子６を配置すれば、わずかな屈折率の違いでも、透過率が大きく異なる。よって、被測定物２０のそれぞれについて異なる透過率が得られるため、DNAの結合状態やタンパク質の構造の違いを判別できる。ここで、DNAの１本鎖を図１７（ａ）に示す非配置部分４ａに被測定物２０ａとして、DNAの2本鎖を図１７（ａ）に示す配置部分４ｂに被測定物２０ｂとして配置すれば、DNAの１本鎖の透過率と2本鎖の透過率が得られる。

なお、第二の実施形態の動作は第一の実施形態と同様である。ただし、格子１（または非配置部分４ａ）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置するかわりに、格子１および格子６（または非配置部分４ａおよび格子６）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置する。さらに、充填格子２（または配置部分４ｂ）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置するかわりに、充填格子２および格子６（または配置部分４ｂおよび格子６）を電磁波照射部３４および電磁波検出部３６の間に配置する。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態に比べて高精度に被測定物２０の屈折率を測定できる。よって、被測定物２０として屈折率のわずかに異なる試料、例えば、DNAの１本鎖、2本鎖や構造の異なる数種類のタンパク質を使用しても、DNAの結合状態やタンパク質の構造の違いを判別できる。

第三の実施形態
第三の実施形態は、充填格子（一体型構造体）８が、基部１１を有し、導体１４が基部１１に印刷されている点が第一の実施形態と異なる。

図１２は、第三の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）８の平面図である。充填格子８は、基部１１、導体１４および被測定物２０を備える。基部１１は、照射される電磁波の周波数帯域において、電磁波の透過率が高く、かつほぼ一定であることを要する。基部１１は、紙または薄いプラスチック(例えばOHPシート)であることが好ましい。導体１４は基部１１に印刷される。導体１４により形成された空隙部１２に被測定物２０が配置（あるいは充填）される。

図１３は、充填格子８の導体１４の拡大斜視図である。なお、図示の便宜上、被測定物２０を省略して図示している。導体１４により空隙部１２が形成されている。より詳しくは、ＸＹ平面において導体１４により空隙部１２が囲まれている。かかる空隙部１２に被測定物２０が配置（あるいは充填）されると、ＸＹ平面において導体１４により被測定物２０が囲まれることになる。なお、空隙部１２が縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）に配列されていることは第一の実施形態と同様である。また、空隙部１２が配置されていれば（例えば、図５および図１４参照）、縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）に配列されていなくてもよい。

第三の実施形態にかかる測定装置およびその動作は第一の実施形態と同様である。

第三の実施形態にかかる充填格子８によれば、被測定物２０を有利に取り扱うことができる。例えば、被測定物２０の屈折率を容易に測定できる。

第四の実施形態
第四の実施形態にかかる測定装置は、充填格子４にテラヘルツ波を照射し、二次元走査を行う点で第一の実施形態と異なる。

図１５は、第四の実施形態にかかる充填格子４の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。第四の実施形態にかかる測定装置は、充填格子４、電磁波照射部３０、Ｘ−Ｙステージ５０、電磁波検出部６０、制御・演算部７０、放物面ミラー８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、ミラー９０を備える。

電磁波照射部３０、テラヘルツ波を放射する。Ｘ−Ｙステージ５０は、充填格子４をＸ方向およびＹ方向に移動させる。電磁波検出部６０は、充填格子４を透過したテラヘルツ波を検出する。制御・演算部７０は、Ｘ−Ｙステージ５０を制御し、かつ、電磁波検出部６０の検出結果に基づき、充填格子４の被測定物２０の特性（例えば、透過率、屈折率など）を演算する。

放物面ミラー８０ａは、ミラー９０から与えられたテラヘルツ波を反射して放物面ミラー８０ｂに与える。放物面ミラー８０ｂは、放物面ミラー８０ａから与えられたテラヘルツ波を反射して充填格子４に照射する。テラヘルツ波は、充填格子４上の一点（「焦点」という）に照射される。放物面ミラー８０ｃは、充填格子４を透過したテラヘルツ波を反射して放物面ミラー８０ｄに与える。放物面ミラー８０ｄは、放物面ミラー８０ｃから与えられたテラヘルツ波を反射して電磁波検出部６０に与える。ミラー９０は、電磁波照射部３０の放射したテラヘルツ波を反射して、放物面ミラー８０ａに与える。

なお、図示しないディスプレイを制御・演算部７０に接続して、屈折率および透過率を表示することもできる。また、画像処理（屈折率または吸収率が大きい程に白く、小さい程に黒く）を施してディスプレイに表示してもよい。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

電磁波照射部３０により放射されたテラヘルツ波は、ミラー９０および放物面ミラー８０ａ、８０ｂにより反射され、充填格子４に照射される。ここで、Ｘ−Ｙステージ５０は、制御・演算部７０の制御を受け、充填格子４の空隙部１２（被測定物２０が配置されているものも、いないものもある）の各々がテラヘルツ波を受けるように、すなわち焦点が空隙部１２にあうように、Ｘ方向およびＹ方向に移動させる。すなわち、二次元走査させる。充填格子４の空隙部１２を透過したテラヘルツ波は放物面ミラー８０ｃ、８０ｄにより反射され、電磁波検出部６０に与えられる。電磁波検出部６０は、充填格子４を透過したテラヘルツ波を検出する。制御・演算部７０は、電磁波検出部６０の検出結果に基づき、充填格子４の被測定物２０の特性（例えば、透過率、屈折率など）を演算する。演算法は、第一、第二および第三の実施形態と同様であり説明を省略する。

第四の実施形態によれば、充填格子４の空隙部１２の各々の透過率、屈折率が測定できるので、充填格子４の被測定物２０の特性を詳細かつ精密に測定することができる。

なお、上記の実施形態において、格子１（非配置部分４ａ）および充填格子２（配置部分４ｂ）の透過率を計測すると、透過率が極大値をとる周波数が移動することがわかる。図１６は、格子１および充填格子２によって透過率が極大値をとる周波数の移動を示す図である。図１６に示すように、透過率が極大値をとる周波数Ｆａ（格子１：グラフGa）がＦｂ（充填格子２：グラフGb）に移動する。これにより、被測定物２０が何であるか（これも被測定物２０の特性の一種）を特定するようなこともできる。また、被測定物２０の空隙部１２への充填の具合によって、透過率の特性が変化する。これにより、充填の具合（つまりすぎかといったことなど）を特定するようなこともできる。

なお、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分（例えば、特性測定部４０）を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の実施形態を実現できる。

なお、上記のような格子１および充填格子２を用いた屈折率測定は、格子１の機構的なサイズを適切に設計することでどのような周波数においても測定可能である。特に周波数がミリ波帯〜テラヘルツ帯(周波数:100GHｚ〜10THz、波長:3mm〜30μm)においては、被測定物２０を配置（例えば、充填）する際に必要とされる被測定物２０の量が少量で済むという点が有利である。

より詳細には、上記の帯域よりも周波数が低い帯域と比べた場合は、格子１のサイズを小さくでき、少量の被測定物２０で済んでしまう。上記の帯域よりも周波数が高い帯域（波長が光のように短い（すなわち、1μm以下）近赤外領域）と比べた場合は、被測定物２０を配置または充填することが容易である。

産業応用の観点からも、ミリ波帯〜テラヘルツ帯で、上記のような測定方法を適用すると、小型のDNAチップやタンパクチップなどを容易に製造でき、生体高分子の相互作用測定などに適用できるものと思われる。生体高分子の相互作用測定には近赤外領域で表面プラズモン共鳴現象を利用し、センサーの微小な屈折率の変化を検出する分析装置が開発されているが、流路系を用いてセンサーに液体試料を流し続けるため大量の試料を要する、装置が大型、高価である等の欠点がある。

本発明の第一の実施形態にかかる格子（空隙配置構造体）１の斜視図である。第一の実施形態にかかる格子（空隙配置構造体）１のＸＹ平面図（図２（ａ））および充填格子（一体型構造体）２のＸＹ平面図（図２（ｂ））である。格子１の空隙部１２の一つの近傍を表示した平面図である。充填格子（一体型構造体）４のＸＹ平面図である。格子１の定義について説明するためのＸＹ平面図である。第一の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）２の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。第一の実施形態にかかる測定装置の動作を示すフローチャートである。被測定物２０の屈折率の決定法を説明するためのグラフである。格子１（または非配置部分４ａ）の透過率を測定したグラフＧ１の、アパーチャーａおよびピッチｐに対する変化を説明するための図である。第二の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）２の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。格子６を格子１（または充填格子４の非配置部分４ａ）に平行に配置したときの透過率のグラフＧ１および格子６を配置しないときの透過率のグラフＧ１’を示す図である。第三の実施形態にかかる充填格子（一体型構造体）８の平面図である。充填格子８の導体１４の拡大斜視図である。空隙部１２が一個だけの場合の格子１のＸＹ平面図である。第四の実施形態にかかる充填格子４の被測定物２０の屈折率を測定するための測定装置の構成を示す図である。格子１および充填格子２によって透過率が極大値をとる周波数の移動を示す図である。非配置部分４ａに別の被測定物を配置した場合の充填格子４のＸＹ平面図（図１７（ａ））、および三種類の被測定物を配置した充填格子４のＸＹ平面図（図１７（ｂ））である。格子１の表面に被測定物２０を配置したもののＸＹ平面図である。

符号の説明

１格子（空隙配置構造体）
１０導体板
１１基部
１２空隙部（開口）
１４導体
２充填格子（一体型構造体）
２０被測定物
４充填格子（一体型構造体）
４ａ非配置部分
４ｂ配置部分
６格子（周波数特性調整部材）
８充填格子（一体型構造体）
３２放射制御部
３４電磁波照射部（第一電磁波照射手段および第二電磁波照射手段）
３６電磁波検出部（第一電磁波検出手段および第二電磁波検出手段）
４０特性測定部
４２透過率測定部
４４透過率記録部
４６屈折率導出部

Claims

電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、
所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体と、
を備えた一体型構造体。
請求項１に記載の一体型構造体であって、
前記被測定物が前記空隙部の内部に配置されている、
一体型構造体。
請求項１に記載の一体型構造体であって、
前記被測定物が配置されている配置部材を備え、
前記配置部材は前記空隙配置構造体の表面に配置されている、
一体型構造体。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の一体型構造体であって、
前記空隙配置構造体は、同一形状の前記空隙部が所定の方向に一定の間隔で配置されている、
一体型構造体。
請求項４に記載の一体型構造体であって、
前記空隙配置構造体は、導体を貫通する開口が縦方向および横方向に配列された二次元格子である、
一体型構造体。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の一体型構造体であって、
前記空隙配置構造体は、前記導体が配置される基部を有する、
一体型構造体。
請求項６に記載の一体型構造体であって、
前記基部に前記導体が印刷される、
一体型構造体。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の一体型構造体であって、
前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分と、
前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分と、
を有する一体型構造体。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の一体型構造体であって、
前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上ある、
一体型構造体。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、
照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、
前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、
照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、
前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段と、
を備えた測定装置。
請求項８に記載の一体型構造体における配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、
照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、
前記非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、
照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、
前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段と、
を備えた測定装置。
請求項９に記載の一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、
照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出手段と、
前記電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定手段と、
を備えた測定装置。
請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記特性測定手段が、
前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、電磁波の透過率を測定する透過率測定手段と、
測定された前記透過率に基づき、前記被測定物の屈折率を導出する屈折率導出手段と、
を有する測定装置。
請求項１３に記載の測定装置であって、
前記屈折率導出手段は、周波数Ａにおける前記第一電磁波検出手段の検出結果に基づき測定された透過率と、周波数Ｂにおける前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき測定された透過率とが等しい場合に、前記被測定物の屈折率をＡおよびＢに基づき導出する、
測定装置。
請求項１４に記載の測定装置であって、
周波数特性調整部材を備え、
前記周波数Ｂの近傍において、前記透過率の周波数に対する傾きが、前記周波数特性調整部材が無い場合よりも大きくなる、測定装置。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射工程と、
照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出工程と、
前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射工程と、
照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出工程と、
前記第一電磁波検出工程の検出結果および前記第二電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程と、
を備えた測定方法。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射工程と、
照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出工程と、
前記一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射工程と、
照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出工程と、
前記第一電磁波検出工程の検出結果および前記第二電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程と、
を備えた測定方法。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体であって、前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上ある一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射工程と、
照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出工程と、
前記電磁波検出工程の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定工程と、
を備えた測定方法。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、
照射された前記第一電磁波に対する前記一体型構造体による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、
前記空隙部に前記被測定物が配置されていない前記空隙配置構造体に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、
照射された前記第二電磁波に対する前記空隙配置構造体による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、
を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されている配置部分に第一電磁波を照射する第一電磁波照射手段と、
照射された前記第一電磁波に対する前記配置部分による応答である第一応答電磁波を検出する第一電磁波検出手段と、
前記一体型構造体における前記空隙部に前記被測定物が配置されていない非配置部分に第二電磁波を照射する第二電磁波照射手段と、
照射された前記第二電磁波に対する前記非配置部分による応答である第二応答電磁波を検出する第二電磁波検出手段と、
を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第一電磁波検出手段の検出結果および前記第二電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
電磁波を照射することにより特性が測定される被測定物と、所定の平面において導体で囲まれた空隙部が配置された空隙配置構造体とを有する一体型構造体であって、前記空隙部に配置された前記被測定物が二種類以上ある一体型構造体における各々の種類の前記被測定物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、
照射された前記電磁波に対する前記一体型構造体による応答である応答電磁波を検出する電磁波検出手段と、
を備えた測定装置における測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記電磁波検出手段の検出結果に基づき、前記被測定物の特性を測定する特性測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。