JP2016028230A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テラヘルツ波の集光位置と試料との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の状態の相違の影響を低減する。【解決手段】 被測定物１８０からのテラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置１００であって、テラヘルツ波を整形して、被測定物の第１の面及び第２の面に照射する照射部１０１と、照射部で整形されたテラヘルツ波の測定領域の位置情報を取得する位置情報取得部１０５と、位置情報取得部で取得した前記測定領域の位置情報に基づいて、照射部で整形されたテラヘルツ波の集光位置と被測定物との被測定物の深さ方向における相対位置を調整する位置調整部１０４と、を有し、位置情報取得部は、位置調整部によって調整された第１の面及び第２の面の前記深さ方向における位置と、第１の面及び第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビームの伝搬形状と、の関係を表す関係情報を用いて、前記測定領域の位置情報を取得する。【選択図】 図１

Description

本発明は、テラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置及び測定方法に関する。

テラヘルツ波は、典型的には０．０３ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲のうち、任意の周波数帯域の成分を有する電磁波である。テラヘルツ波を用いた分光法として、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：ＴＨｚ−Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が知られている。これは、超短パルスが検出器に到達するタイミングを変化させながらテラヘルツ波を検出することにより、テラヘルツ波の時間波形を測定する方法である。

テラヘルツ波の時間波形から試料の物性等の情報を取得する場合、基準となる参照面で反射したテラヘルツ波の信号（参照信号）と、試料の測定面で反射したテラヘルツ波の信号（測定信号）とを取得する。そして、参照信号に対する測定信号の変化より試料の情報を求める。

参照信号及び測定信号それぞれから取得されるテラヘルツ波の時間波形には、テラヘルツ波の強度変化の情報に加えて位相変化の情報が含まれるため、参照面と測定面との深さ方向における位置ずれが、試料の情報の取得の精度に影響する。そこで、特許文献１は、平行平板状の試料について、テラヘルツ波が最初に到達する面を参照面、情報を取得したい面を測定面として、各面で反射したテラヘルツ波を参照信号、測定信号として用いる方法を開示している。この方法では、試料の形状を利用して参照面に対する測定面の位置を固定することで、位置ずれの影響を抑制している。

参照面及び測定面の深さ方向の位置が異なる場合、各面に照射されるテラヘルツ波の状態も異なっている。例えば、各面に照射されるテラヘルツ波のビーム径は厳密には異なっている。そのため、テラヘルツ波の時間波形には、参照面と測定面の情報の他に、テラヘルツ波の状態の相違による影響が重畳し、テラヘルツ波の状態によって参照面や測定面からのテラヘルツ波の強度や検出される時刻の時間差が変化していることがある。その結果、取得した測定面の情報には、テラヘルツ波の状態の相違も含まれることがあった。

特許文献２では、このようなテラヘルツ波の状態の相違による影響のうち、参照面及び測定面で反射したテラヘルツ波それぞれの時間波形が検出される時刻間の時間差の変動を抑制する方法が開示されている。具体的には、参照面からのテラヘルツ波が検出される時刻と、測定面からのテラヘルツ波が検出される時刻との時間差が一定となる領域内に参照面と測定面とを配置することにより、時間波形の測定の精度を向上している。この方法で参照面と測定面の深さ方向の位置を調整すれば、テラヘルツ波の時間波形の測定精度が向上して、測定面の情報の取得精度も向上する。

特開２００４−１９８２５０号公報 特開２０１４−１９２５号公報

医療診断等のために、より高い精度で時間波形を測定取得したい場合には、深さ方向の位置が異なることによって生じるテラヘルツ波の状態の相違の影響をより小さくすることが求められる。

本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、テラヘルツ波の集光位置と試料との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる測定装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての測定装置は、被測定物にテラヘルツ波を照射して、前記被測定物からのテラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置であって、テラヘルツ波を整形して、前記被測定物の第１の面及び第２の面に照射する照射部と、前記照射部で整形されたテラヘルツ波の測定領域の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部で取得した前記測定領域の位置情報に基づいて、前記照射部で整形されたテラヘルツ波の集光位置と前記被測定物との前記被測定物の深さ方向における相対位置を調整する位置調整部と、を有し、前記位置情報取得部は、前記位置調整部によって調整された前記第１の面及び前記第２の面の前記深さ方向における位置と、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビームの伝搬形状と、の関係を表す関係情報を用いて、前記測定領域の位置情報を取得することを特徴とする。

本発明の一側面としての測定装置によれば、テラヘルツ波の集光位置と試料との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

第１の実施形態の測定装置の構成を説明する図。 第１の実施形態の関係情報を説明する図。 第１の実施形態の測定方法のフローチャート。 第２の実施形態の測定装置の構成を説明する図。 第５の実施形態の測定方法のフローチャート。 第２の実施形態の関係情報を説明する図。 第２の実施形態の測定方法のフローチャート。 第４の実施形態の測定方法のフローチャート。 第３の実施形態の測定装置の構成を説明する図。 第３の実施形態の第１の面と第２の面との間隔と測定精度との関係を説明する図。 第６の実施形態の部材の変形例を説明する図。 第１の実施形態のビーム径を取得するための部材の構成を説明する図。 第３の実施形態の測定方法のフローチャート。 第７の実施形態のイメージング装置の構成を説明する図。 第２の実施形態の測定領域の取得方法のフローチャート。 第７の実施形態のイメージング装置の画像取得方法のフローチャート。

（第１の実施形態）
本実施形態の測定装置１００（以下、「装置１００」と呼ぶ）について図１を参照して説明する。図１は、装置１００の構成を説明する図である。装置１００は、ＴＤＳ法を用いてテラヘルツ波の時間波形を測定する装置である。装置１００は、発生部１０１、検出部１０２、分析部１０３、位置調整部１０４、位置情報取得部１０５（以下、「取得部１０５」と呼ぶ）、関係情報出力部１０７（以下、「出力部１０７」と呼ぶ）、時間差調整部１３０、光源１４０、照射部１５０、を有する。

装置１００は、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータを有し、このコンピュータが、分析部１０３、位置調整部１０４、取得部１０５、出力部１０７、及び、時間差調整部１３０などの機能を有する。コンピュータは、汎用のコンピュータで構成してもよいし、ボードコンピュータやＡＳＩＣのような専用のハードウェアで構成しもてよい。また、コンピュータが有する一部の機能を、別のコンピュータ、又は、論理回路などのハードウェアで代替することもできる。

光源１４０は、テラヘルツ波を発生、検出に用いる光（励起光）を出力する。光源１４０から出力される光は、超短パルスレーザである。光は、ビームスプリッタ１４３で、発生部１０１に入射するポンプ光１４１と検出部１０２に入射するプローブ光１４２とに分岐される。ポンプ光１４１は、ビームスプリッタ１４３からミラー１４４を介して発生部１０１に入射する。プローブ光１４２は、調整部１３０とミラー１４５、１４６とを介して検出部１０２に入射する。なお、本構成に限らず、ポンプ光を出力する光源とプローブ光を出力する光源とを別々に設けたり、ポンプ光１４１が調整部１３０を通る構成にしたりしてもよい。

発生部１０１は、ポンプ光１４１が入射するとパルス状のテラヘルツ波である入力パルス１１４を発生する。発生したテラヘルツ波は、０．０３ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲のうち任意の周波数帯域の成分を有する。入力パルス１１４は典型的に数１０から数１００フェムト秒のパルス幅を有している。発生部１０１は、光伝導素子や非線形光学結晶を用いた発生素子等が適用できる。これに限らず、発生部１０１は、ポンプ光１４１の入射により入力パルス１１４が発生すればよく、この目的を実現できる既知の技術が適用できる。

発生した入力パルス１１４は、照射部１５０によって、試料１０８と部材１０９とを有する被測定物１８０の第１の面１１０と第２の面１１１とに照射される。ここで、部材１０９は、２つの対向する平面を有する板状部材で、一方の面に試料１０８が配置される。

部材１０９の２つの対向する面それぞれの平面度は、注目する周波数又は周波数領域における試料１０８の情報の誤差が、指定された精度を満たす範囲内に納まる程度であることが望ましいが、２つの面は、凹凸が無く平らであるほど良い。また、２つの対向する面の平行度も、注目する周波数又は周波数領域における試料１０８の情報の誤差が、指定された精度を満たす範囲内に納まる程度であることが望ましいが、２つの面が平行であるほどよい。なお、２つの対向する面は、注目する周波数又は周波数領域の電磁波の波長が短くなるほど、平面で、且つ、互いに平行であることが求められる。

照射部１５０は、入力パルス１１４のビームの伝搬形状を整形して、入力パルス１１４を任意の集光位置に集光する。入力パルス１１４は、照射部１５０によって被測定物１８０に導かれる。照射部１５０は、複数のミラー１１８、１１９、１２０を有する。詳細には、入力パルス１１４は、ミラー（１１８、１１９、１２０）を介してビーム形状が整形され、被測定物１８０の第１の面１１０及び第２の面１１１に照射される。

ここで、図１（ｂ）を参照して、照射部１５０として集光レンズを用いた場合に入力パルス１１４が整形される様子について説明する。テラヘルツ波は波長が長いため、照射部１５０で整形された入力パルス１１４は、図１（ｂ）に示したように、数ｍｍ程度の焦点深度１１２と焦点深度１１２に到達するまでの集光過程領域１６０とを有する。焦点深度１１２内には集光位置１６１があり、集光位置１６１において入力パルス１１４のビーム径が最も小さくなる。

なお、焦点深度１１２は、平行光として伝搬しているとみなせる領域である。ここで、「焦点深度」は、テラヘルツ波（入力パルス）１１４のビーム径を絞った場合に、最も小さいビーム径（集光位置１６１におけるビーム径）をｗとすると、入力パルス１１４のビーム径がｗ×√２以下になる範囲と定義する。

第１の面１１０及び第２の面１１１は、部材１０９の厚み方向の異なる位置に配置される。本実施形態では、第１の面１１０は部材１０９の表面、第２の面１１１は部材１０９の裏面である。第１の面１１０は、入力パルス１１４が最初に入射する面であり、本実施形態ではこれを参照面とする。第２の面１１１は、試料１０８と部材１０９との界面であり、本実施形態ではこれを測定面とする。なお、ここでは、第１の面１１０と第２の面１１１とは隣りあっているが、第１の面１１０と第２の面１１１との間に異なる面があってもよい。

入力パルス１１４が、第１の面１１０及び第２の面１１１に照射されると、各面で反射したテラヘルツ波（出力パルス）１１５が観測される。特に、出力パルス１１５のうち、照射された入力パルス１１４が第１の面１１０で反射したテラヘルツ波を第１のパルス１１６、第２の面１１１で反射したテラヘルツ波を第２のパルス１１７と呼ぶ。

出力パルス１１５は、ミラー１２０、１２１、１２２を介して検出部１０２に入力される。検出部１０２は、出力パルス１１５を検出する部分である。検出部１０２としては、上述の光伝導素子、電気光学効果を用いて電場を検出する手法、磁気光学効果を用いて磁場を検出する手法が適用できる。検出部１０２は、プローブ光１４２により出力パルス１１５を検出できれば良く、この目的を実現できる既知の技術が適用できる。検出部１０２が出力パルス１１５を検出するタイミングは、時間差調整部１３０によって調整される。

時間差調整部１３０は、検出部１０２に到達するプローブ光１４２と出力パルス１１５との時間差を調整する。本実施形態の時間差調整部１３０は、プローブ光１４２を反射して折り返すミラー１３１を移動してプローブ光１４２の光路長を変更する。これにより、ビームスプリッタ１４３から発生部１０１までのポンプ光１４１の光路長と、ビームスプリッタ１４３から検出部１０２までのプローブ光１４２の光路長と、の光路長差を変更し、出力パルス１１５のサンプリング計測を可能にする。なお、時間差調整部１３０の形態はこれに限らず、検出部１０２における検出のタイミングを調整できれば良い。時間差調整部１３０は、不図示の制御部によって制御される。

位置調整部１０４は、被測定物１８０と照射部１５０で整形されたテラヘルツ波の集光位置１６１との被測定物１８０の深さ方向（以下、単に「深さ方向」と呼ぶことがある）における相対位置を調整する。具体的には、第１の面１１０及び第２の面１１１と、照射部１５０で整形されたテラヘルツ波の集光位置１６１との相対位置を調整する。位置調整部１０４は、部材１０９を支持するステージで、ステージを動かして部材１０９を移動することにより、試料１０８を一体に移動する。これにより、第１の面１１０及び第２の面１１１を移動して、相対位置を調整する。

相対位置の調整は、テラヘルツ波の集光位置１６１を動かして行ってもよい。詳細には、発生部１０１、検出部１０２、テラヘルツ波を整形するミラー類（１１８、１１９、１２０、１２１、１２２）を一体に移動して、集光位置１６１を変更する。また、ミラー類の一部をレンズに置き換え、レンズの位置を移動することで集光位置１６１を移動してもよい。例えば、レンズによりテラヘルツ波を集光してから被測定物１８０に照射して収集する系に置き換え、レンズと被測定物１８０との間隔を調整することで集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整する。

なお、本実施形態のように平行平板である部材１０９を用いる場合、「被測定物の深さ方向」は、部材１０９の表面から表面と対向する面（裏面）に向かう高さ方向であり、部材１０９の厚さ方向と同様である。位置調整部１０４は、移動ステージに限らず、被測定物１８０と照射部１５０で整形されたテラヘルツ波の集光位置１６１と深さ方向における相対位置を変更できればよい。

取得部１０５は、焦点深度１１２に含まれる測定領域１１３の位置情報を取得する。測定領域１１３とは、第１のパルス１１６と第２のパルス１１７の強度、間隔等の変化のようなテラヘルツ波の状態の相違による影響を無視或いは相殺できるとみなせる領域である。測定領域１１３は、焦点深度１１２内にあり、測定領域１１３内で測定した測定結果は、測定者が定める精度を達成することを保証できる精度保証領域である。

取得部１０５は、出力部１０７が出力する関係情報を用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。測定領域１１３の位置情報の取得に関する詳細は後述する。測定領域１１３の位置情報は、ある位置を基準として測定領域１１３の範囲を表す情報、測定領域１１３の深さ方向における中心の位置を表す情報等があげられるが、これに限らない。

出力部１０７は、関係情報を記憶している記憶媒体で、取得部１０５に関係情報を出力する。出力部１０７は、装置１００の内部にある記憶媒体、又は、外付けの記憶媒体、又は、インターネットによって装置１００に関係情報を出力する装置１００の外部にある記憶媒体であり、予め取得された関係情報が記憶されている。

関係情報は、第１の面１１０と第２の面１１１の位置と、第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の強度又はビームの伝搬形状との関係を表すグラフ、表等である。具体例としては、第１の面１１０及び第２の面１１１の位置を変化させた場合の、出力パルス１１５の時間波形の強度の尖頭値（以下、「強度の尖頭値」とも呼ぶ）の変化の情報、又は、出力パルス１１５のビーム径の変化の情報等が挙げられる。

取得部１０５は、出力部１０７から測定領域１１３の位置情報を取得して、それを位置調整部１０４に出力する。位置調整部１０４は、取得部１０５が取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、第１の面１１０及び第２の面１１１が測定領域１１３に納まるように被測定物１８０を移動する。第１の面１１０及び第２の面１１１の位置の調整が完了したら、装置１００は、出力パルス１１５の時間波形を測定する。

分析部１０３は、出力パルス１１５の時間波形に含まれる第１のパルス１１６の時間波形と第２のパルス１１７の時間波形とを用いて、測定面である第２の面１１１の情報を取得する。詳細には、出力パルス１１５の時間波形における、第１のパルス１１６の時間波形に対する第２のパルス１１７の時間波形の変化から第２の面１１１に隣接する試料１０８の情報を取得する。言い換えると、第１のパルス１１６を参照信号とし、第２のパルス１１７を測定信号として、両者のパルスの比より試料１０８の情報を取得する。

ここで、本明細書の「試料の情報」とは、時間波形から取得した「スペクトル」と、試料の「物性」との少なくとも一つを含むと定義する。なお、本明細書の「スペクトル」は、横軸を周波数とする光学特性のスペクトルのことで、時間波形をフーリエ変換して得られるテラヘルツ波の振幅スペクトル、位相スペクトルを含む。また、強度スペクトル、反射率スペクトル、屈折率スペクトル、誘電率スペクトル、複素反射率スペクトルや複素屈折率スペクトル、複素誘電率スペクトル、複素導電率スペクトル等も含む。試料の「物性」は、任意の１つ又は複数の周波数における、試料の複素振幅反射率、複素屈折率、複素誘電率、反射率、屈折率、吸収係数、誘電率、電気伝導率を含むと定義する。

図２を参照して、測定領域１１３の位置情報の取得方法について説明する。図２は、本実施形態の関係情報を表す図である。ここでは、関係情報として、第１の面１１０及び第２の面１１１の深さ方向の位置と、第１のパルス１１６のビーム径及び第２のパルス１１７のビーム径と、の関係を用いる。図２の横軸は、第１の面１１０及び第２の面１１１の深さ方向の位置に関する情報で、任意の位置をゼロとして、その位置からの距離を示している。縦軸は、第１の面１１０及び第２の面１１１の深さ方向に異なる複数の位置それぞれにおける第１のパルス１１６と第２のパルス１１７のビーム径の値である。出力部１０７は、このビーム径に関する情報を関係情報として記憶している。

一般的に、第１の面１１０及び第２の面１１１におけるビーム径を直接測定することは困難である。そのため、第１の面１１０、第２の面１１１それぞれで反射した第１のパルス１１６、第２のパルス１１７それぞれのビーム径を求め、これを第１の面１１０、第２の面１１１におけるビーム径とする。

この関係情報は、例えば次のように求めることができる。図１２に示したように部材１０９の表面及び裏面それぞれに、テラヘルツ波を反射する第１の反射部材１２４７と第２の反射部材１２４８とを設ける。そして、第１の反射部材１２４７で反射したテラヘルツ波及び第２の反射部材１２４８で反射したテラヘルツ波それぞれの強度を検出部１０２で検出する。このとき、ナイフエッジ法により、検出部１０２に入射するテラヘルツ波（出力パルス１１５）を遮る量を変えながら検出部１０２でテラヘルツ波を検出する。これにより、出力の変化から、第１の面１１０、第２の面１１１それぞれで反射したテラヘルツ波１１６、１７７のビーム径を求めることができる。位置調整部１０４が、深さ方向に沿って部材１０９の位置を変化させながら、上述の方法で深さ方向に異なる複数の位置それぞれにおける第１のパルス１１６のビーム径及び第２のパルス１１７のビーム径をそれぞれプロットすることで関係情報を取得できる。

取得部１０５は、この関係情報より、測定領域１１３の位置情報を取得する。具体的には、取得部１０５は、第１のパルス１１６のビーム径の軌跡２４２においてビーム径が最小になる位置（第１の位置）２４４を求め、第２のパルス１１７のビーム径の軌跡２４３においてビーム径が最小になる位置（第２の位置）２４５を求める。そして、取得部１０５は、第１の位置２４４と第２の位置２４５との中間位置２４６を求め、中間位置２４６を測定領域１１３の位置情報とする。

位置調整部１０４は、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、部材１０９の中心を中間位置２４６に配置する。これにより、第１の面１１０及び第２の面１１１の配置位置は、中間位置２４６から等距離となる。よって、第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置が異なることによって生じるテラヘルツ波の状態の相違の影響が同程度となる。すなわち、位置調整部１０４は、第１の面１１０と第２の面１１１とを、状態の相違の影響を無視できる測定領域１１３に配置できる。

図３は、本実施形態の測定方法を説明するフローチャートである。本実施形態では、関係情報は、装置１００を用いて予め取得しておき、出力部１０７に記憶してあるものを用いる。装置１００の動作が開始されると、取得部１０５は、出力部１０７にある関係情報を参照して測定領域１１３の位置情報を取得する（Ｓ３０１）。本実施形態では、上述のように、関係情報を用いて第１の位置２４４と第２の位置２４５との中間位置２４６を取得し、これを測定領域１１３の位置情報とする。そして、取得部１０５は、取得した位置情報に基づいて、第１の面１１０及び第２の面１１１を移動する位置を位置調整部１０４に出力する（Ｓ３０２）。ここでは、第１の面１１０と第２の面１１１が、中間位置２４６から等距離となる位置を取得部１０５より出力する。

位置調整部１０４は、取得部１０５が出力した第１の面１１０及び第２の面１１１の位置を参照して、第１の面１１０と第２の面１１１の移動を行う（Ｓ３０３）。第１の面１１０及び第２の面１１１の移動が完了したら、装置１００は出力パルス１１５の時間波形の測定を開始する（Ｓ３０４）。分析部１０３は、この測定結果を用いて、試料１０８の情報を取得する。

なお、これまでの説明では、ビーム径の情報を関係情報として用いる例を示したが、図６に示したような、パルスの強度の尖頭値の情報を関係情報として用いることもできる。この場合、第１のパルス１１６の強度が最大となる位置と第２のパルス１１７の強度が最大となる位置との中間位置を取得して、これを測定領域１１３の位置情報とすればよい。

本実施形態の測定方法は、第１の面１１０からの第１のパルス１１６と、第２の面１１１からの第２のパルス１１７の関係情報を参照し、各面でのテラヘルツ波の状態の相違の影響が同程度である領域を測定領域１１３として、その位置情報を取得する。そして、第１の面１１０及び第２の面１１１が、測定領域１１３内に配置されるように深さ方向の位置を調整するため、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。すなわち、テラヘルツ波の集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

また、予め、位置調整部１０４で第１の面１１０と第２の面１１１と集光位置１６１との深さ方向の相対位置を変更しながら関係情報を取得しておき、それを用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。そのため、位置調整部１０４の位置決めの精度を含めた関係情報を用いて第１の面１１０及び第２の面１１１を配置する領域を決定でき、関係情報を用いない場合より、第１の面１１０と第２の面１１１とをより正確に測定領域１１３内に配置できる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、測定領域１１３を決定するために、これまで説明した関係情報に加え、精度情報を用いている。図４を参照して、本実施形態の測定装置４００（以下、「装置４００」と呼ぶ）の構成を説明する。装置４００は、第１の実施形態の装置１００の構成に加えて、精度情報出力部４０６（以下、「出力部４０６」と呼ぶ）を有する。なお、上述の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

出力部４０６は、精度情報を出力する部分で、装置４００の内部或いは外部にある記憶媒体である。また、外付けの記憶媒体等でも良い。本実施形態の取得部１０５は、出力部１０７にある関係情報と共に、出力部４０６にある精度情報を用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。

出力部４０６は、精度情報として、第１の面１１０と第２の面１１１を配置する位置によって両者の間に生じる強度の尖頭値の変動の許容値を用いる。これは、許容値は、測定者が許容値を直接選択、決定しても良いし、測定者が測定に必要な精度を決定すれば、出力部４０６がその精度を満たすために必要な許容値を取得する構成でもよい。その場合、出力部４０６は、測定者が指定した精度から、許容値を算出したり、予め取得した精度と許容値との関係を示すグラフ、表等を用いて許容値を取得したりすればよい。精度情報は、変動の許容値に限定されず、指定の精度そのものなどでも良い。

指定の精度として、尖頭値の変動だけでなく、最終的に評価したい物性の測定分解能を用いてもよい。例えば、物性として屈折率を取得する場合、測定分解能として読み取りたい屈折率値の差を精度として用いる。この場合、出力部４０６は、測定者が指定した精度から許容値を算出したり、予め取得した精度と許容値との関係を示すグラフ、表等を用いて許容値を取得したりする。

測定領域１１３の位置情報の取得について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の関係情報を表す図で、第１の面１１０及び第２の面１１１の位置と第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の強度との関係を表している。図６のグラフの横軸は、第１の面１１０及び第２の面１１１の深さ方向の位置に関する情報である。ここでは、位置調整部１０４の位置を把握するために位置調整部１０４が有している目盛りの値を示している。これは、任意の位置をゼロとして、その位置からの位置調整部１０４の移動距離を示している。縦軸は、第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の強度の尖頭値である。つまり、図６は、第１の面１１０及び第２の面１１１の位置の変化による第１のパルス１１６と第２のパルス１１７の強度の尖頭値の変化を表している。

図６によると、第１のパルス１１６の強度の尖頭値の軌跡６３６の極値と、第２のパルス１１７の強度の尖頭値の軌跡６３７の極値とは、異なる位置にある。ここで、軌跡６３６、６３７それぞれの極値において、第１のパルス１１６、第２のパルス１１７それぞれの強度が最大となる。これは、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄが固定値であり、また、横軸が第１の面１１０の位置を表しているためである。つまり、第２の面１１１の位置は、第１の面１１０の位置の移動に追従して変化し、第２の面１１１の位置は、基準とした第１の面１１０の位置から間隔ｄを加えて間接的に求めることができる。

このことから、軌跡６３６の極値の位置と、軌跡６３７の極値の位置との差は、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄから換算される実効的な距離となる。ここで、実効的な距離とは、電磁波が検知する距離であり、第１の面１１０と第２の面１１１の間に介在する物体の物性によって変化する。このことから、間隔ｄが変化すると、極値の位置も変化することがわかる。

本実施形態では、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄは部材１０９の厚みで決められる。そして、位置調整部１０４は部材１０９の位置を調整する構成とする場合、部材１０９の移動に伴って第１の面１１０と第２の面１１１とが移動する。つまり、図６の横軸は、位置調整部１０４が有する位置情報と読み替えてもよい。詳細には、部材１０９がある位置にある時の第１のパルスの強度の尖頭値６３６と第２のパルスの強度の尖頭値６３７をプロットしたものである。

部材１０９は、厚み（間隔ｄ）が０．５ｍｍのＺカットの石英を用いる。部材１０９の表面、裏面それぞれを第１の面１１０、第２の面１１１として、検出部１０２が第１のパルスの強度及び第２のパルスの強度を検出し、それぞれの強度の尖頭値の軌跡６３６、６３７を表した情報である。なお、検出部１０２は第１のパルス１１６と第２のパルス１１７の信号を電流値として検出する。この時、第１のパルスの強度の尖頭値の軌跡６３６の極値の位置と、第２のパルスの強度の尖頭値の軌跡６３７の極値の位置との差は約０．３６ｍｍであり、石英の屈折率（約１．４）を用いると０．５ｍｍとなる。これは、使用した部材１０９の厚みと一致する。

測定領域１１３の決め方を説明する。測定領域１１３は、例えば関係情報に加えて、指定された測定精度に関する精度情報を用いて決定される。発明者らの検討によると、例えば、試料１０８の屈折率を０．０１の精度で求める場合、第１のパルス１１６の強度の尖頭値と第２のパルス１１７の強度の尖頭値との差は、１％以内に収める必要がある。言い換えると、第１の面１１０と第２の面１１１を配置する位置によって両者の間に生じる強度の尖頭値の変動を１％以内に収める必要がある。本実施形態では、この変動の許容値を精度情報とする。

ここで、第１のパルスの強度の尖頭値に対する所望の精度を満たす第１の領域６３８は、軌跡の極値の変化が１％以内の領域となるので、第１の面１１０の位置が−０．２７２ｍｍ以上０．２１２ｍｍ以下の領域となる。同じく、第２のパルスの強度の尖頭値に対する所望の精度を満たす第２の領域６３９は、−０．５７５ｍｍ以上−０．０９０ｍｍ以下の領域となる。

第１の領域６３８と第２の領域６３９とが重なる重複領域６４０は、−０．２７２ｍｍ以上−０．０９０ｍｍ以下となる。ここで、図６の横軸は、位置調整部１０４が有する目盛りの値である。すなわち、位置調整部１０４の移動範囲が、基準とした位置から−０．２７２ｍｍ以上−０．０９０以下であれば、強度の尖頭値の変動を１％以内にできる。そこで、位置調整部１０４がこの範囲内を移動する場合に第１の面１１０及び第２の面１１１が配置される領域を測定領域１１３とする。

すなわち、測定領域１１３の大きさは、第１の面１１０と第２の面１１１の間隔ｄと重複領域６４０の範囲とを加えた値０．６２２ｍｍとなる。取得部１０５は、測定領域１１３の位置情報として、重複領域６４０（−０．２７２ｍｍ以上−０．０９０ｍｍ以下の任意の値を出力する。そして、位置調整部１０４は、取得部１０５の出力を参照し、部材１０９の位置を調整し、間接的に第１の面１１０と第２の面１１１を測定領域１１３内に配置する。

本実施形態の装置４００は、測定領域１１３を決める際に、必要とする測定精度に関する精度情報を用いて測定領域１１３の位置情報を取得している。測定領域１１３は、その境界が定められている。このため、測定装置の精度の保証が容易となる。また、装置４００は、第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の尖頭値の軌跡（６３６、６３７）の情報と、精度情報を用いて、測定領域１１３を動的に決定している。このため、測定装置は、測定精度の変化に容易に対応できる。

図７は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。装置１００は、動作が開始されると、取得部１０５は、出力部１０７にある関係情報と出力部４０６にある精度情報とを用いて、測定領域１１３の位置情報を取得する（Ｓ７０１）。

その後、取得部１０５は、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、第１の面１１０及び第２の面１１１を配置する位置を位置調整部１０４に出力する（Ｓ７０２）。位置調整部１０４は、取得部１０５が出力した第１の面１１０と第２の面１１１の位置を参照して、第１の面１１０と第２の面１１１の移動を行う（Ｓ７０３）。第１の面１１０と第２の面１１１の移動が完了した後、装置１００は、出力パルス１１５の時間波形の測定を行う（Ｓ７０４）。

図１５は、取得部１０５が、測定領域１１３の位置情報を取得するステップＳ７０１の詳細な動作フローを説明するフローチャートである。

取得部１０５が、測定領域１１３の情報を取得するステップ（Ｓ７０１）は次のステップを有する。まず、取得部１０５は、関係情報と精度情報とを取得し、これらを用いて所望の測定精度を満たす第１の領域６３８の位置情報を取得する（Ｓ１５０１）。次に、取得部１０５は、関係情報と精度情報を参照し、所望の測定精度を満たす第２の領域６３９の位置情報を取得する（Ｓ１５０２）。そして、取得部１０５は、第１の領域６３８と第２の領域６３９とが重なる重複領域６４０の位置情報を取得する（Ｓ１５０３）。その後、前述のステップＳ７０２に進み、取得部１０５は、測定領域１１３である重複領域６４０の位置情報に基づいて、測定領域１１３内に収まるような第１の面１１０と第２の面１１１を配置する位置を出力する。

この測定方法は、測定領域１１３を決める際に、必要とする測定精度に関する精度情報を用いて測定領域１１３の範囲を定めている。取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、被測定物１８０の位置を調整することで、テラヘルツ波の集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

また、所望の測定精度を満たすための測定領域１１３が非常に狭い又は測定領域１１３が存在しないために、第１の面１１０と第２の面１１１とを測定領域１１３内に配置できない場合がある。このような場合でも、本実施形態のように関係情報と精度情報とを用いて測定領域１１３の位置情報を取得すれば、測定領域１１３内で測定できないことを予め知ることができ、ユーザは、不必要な測定や精度の低い測定を行うことを回避できる。さらに、位置調整部１０４で第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置を変更しながら関係情報を予め取得しておき、それを用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。そのため、位置調整部１０４の位置決めの精度を含めた関係情報を用いることができ、関係情報を用いない場合より、第１の面１１０と第２の面１１１とをより正確に測定領域１１３内に配置できる。

第１の実施形態では、測定領域１１３としてテラヘルツ波の状態の相違の影響が同程度である領域を選定しているが、本実施形態では、さらに、測定者が求める測定精度が達成される条件を加えて測定領域１１３の範囲を決定している。このため、必要な精度での測定が可能な領域を測定領域１１３として取得でき、測定精度が保証される。さらに、関係情報と精度情報とを用いて、測定領域１１３を動的に決定しているため、測定者が求める測定精度が変化しても、容易に対応できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の測定装置９００（以下、「装置９００」と呼ぶ）について説明する。本実施形態では、精度情報を参照して第１の面１１０と第２の面１１１の間隔を決めている点が、これまでの実施形態と異なる。なお、これまでの説明と共通する部分は、説明を省略する。

装置９００の構成について、図９を参照して説明する。図９は装置９００の構成図である。装置９００は、精度情報出力部９０６（以下、「出力部９０６」と呼ぶ）を有する。出力部９０６は、精度情報を用いて、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄを決定する。詳細には、必要な測定精度に応じた部材１０９の厚みを求め、間隔ｄとする。

図１０は、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄと、測定精度と、の関係を表す図である。出力部９０６は、精度情報としてこの関係図を有しており、この関係図を用いて間隔ｄを決定する。図１０の横軸は、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄであり、縦軸は、各間隔ｄにおける第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の強度の尖頭値の変動の大きさ（精度）である。

図１０から、間隔ｄが大きくなると、変動の大きさもほぼ線形に大きくなることが分かる。第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の強度の尖頭値の変動が大きくなると、時間波形の測定精度が低下するため、例えば試料１０８の情報として屈折率を求めてもその精度は低下する。

出力部９０６は、測定領域１１３を取得する前に、図１０のような精度情報を用いて、装置９００が必要とする精度に応じた間隔を求める。求めた間隔以下の厚みの部材１０９を選択することで、間接的に第１の面１１０と第２の面１１１の間隔を調整できる。例えば、必要な測定精度を満たすための精度が１％以内である場合は、部材１０９は厚みｄが０．６ｍｍ以下とすれば良い。ただし、試料１０８の情報を取得するために、出力パルス１１５の時間波形から第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７の時間波形をそれぞれ切り出す必要がある場合、部材１０９は、切り出しが可能な程度の厚みを有するように選択することが望ましい。

図１３は、本実施形態の測定方法を説明するフローチャートである。ここでは、第１の実施形態の測定方法を組み合わせて測定を行う方法を説明する。関係情報としては、入力パルス１１４のビーム径に関する情報を用いる。

本実施形態の測定方法は、まず、出力部９０６にある精度情報を参照し、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔ｄを決定する（Ｓ１３０１）。そして、取得部１０５が、出力部１０７にある関係情報より、第１のパルス１１６に関する第１の極値２４４と第２のパルス１１７に関する第２の極値２４５とを取得する（Ｓ１３０２）。そして、第１の極値２４４と第２の極値２４５との中間位置２４６を測定領域１１３の位置情報として求める（Ｓ１３０３）。

続いて、取得部１０５が、ステップＳ１１０３で取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、第１の面１１０と第２の面１１１の位置を出力する（Ｓ１３０４）。ここでは、取得部１０５が、第１の面１１０と第２の面１１１が、測定領域１１３の中心位置（中間位置２４６）から等距離となる位置を出力する。関係情報の横軸が部材１０９の位置である場合、中間位置２４６を出力すると、結果的に、第１の面１１０と第２の面１１１は、測定領域１１３の中心位置から等距離となる位置に配置される。

位置調整部１０４は、取得部１０５の出力を参照して、被測定物１８０を移動して、第１の面１１０と第２の面１１１の位置を調整する（Ｓ１３０５）。その後、装置９００は出力パルス１１５の時間波形の測定を行う（Ｓ１３０６）。なお。取得部１０５は、中間位置２４６の位置情報を関係情報として出力し、それに基づいて、位置調整部１０４が、第１の面１１０と第２の面１１１との中心を中間位置２４６に移動するだけでもよい。

本実施形態では、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、テラヘルツ波の集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整して、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

また、必要な測定精度に応じて第１の面１１０と第２の面１１１の間隔を予め決定する。そのため、測定精度が保証できない位置に第１の面１１０と第２の面１１１とが配置されることを防止でき、装置９００の動作が安定化する。また、位置調整部１０４で第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置を変更しながら関係情報を予め取得しておき、それを用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。そのため、位置調整部１０４の位置決めの精度を含めた関係情報を用いることができ、関係情報を用いない場合より、第１の面１１０と第２の面１１１とをより正確に測定領域１１３内に配置できる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、取得部１０５が出力する第１の面１１０と第２の面１１１の位置の決め方に関する変形例について、図８を参照して説明する。本実施形態の測定装置は、第２の実施形態の装置４００と同様の構成である。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。

図８は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。本実施形態では、関係情報として、図６で示したような、第１の面１１０及び第２の面１１１の深さ方向の位置と、パルスの強度の尖頭値との関係を表す情報を用いる。

まず、取得部１０５が、第２の実施形態で説明したように、図６のような関係情報と、精度情報を用いて測定領域１１３の位置情報を取得する（Ｓ８０１）。これにより、所望の測定精度を満たすことができる領域があるかを確認する。そして、取得部１０５が、出力部１０７にある関係情報より、第１のパルス１１６の強度の尖頭値の軌跡６３６の極値と、第２のパルス１１７の強度の尖頭値の軌跡６３７の極値と、を取得する。そして、各パルスの極値の中間位置を求め、これを測定領域１１３の中心位置とする（Ｓ８０２）。

そして、第１の面１１０と第２の面１１１とが、測定領域１１３の中心位置から等距離となる位置を取得部１０５より出力する（Ｓ８０３）。位置調整部１０４は、取得部１０５の出力を参照して、第１の面１１０と第２の面１１１を移動する（Ｓ８０４）。図６の場合、関係情報の横軸が部材１０９の位置である場合、各パルスの極値の中間位置を出力すると、結果的に、第１の面１１０と第２の面１１１は、測定領域１１３の中心位置から等距離となる位置に配置される。移動が終了したら、装置４００は出力パルス１１５の時間波形の測定を行う（Ｓ８０５）。

本実施形態では、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、テラヘルツ波の集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整し、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

また、本実施形態の測定方法は、測定領域１１３の中心位置から等距離となる位置に第１の面１１０と第２の面１１１を配置する。このため、測定領域１１３が決まると第１の面１１０と第２の面１１１が一意に定まるため、第１の面１１０と第２の面１１１を配置するまでの時間が短縮できる。また、位置調整部１０４で第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置を変更しながら関係情報を予め取得しておき、それを用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。そのため、位置調整部１０４の位置決めの精度を含めた関係情報を用いることができ、関係情報を用いない場合より、第１の面１１０と第２の面１１１とをより正確に測定領域１１３内に配置できる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態では、測定方法の変形例を示す。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。

図５は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。これまでの測定方法では、関係情報は、予め取得して出力部１０７に格納されている情報を用いていた。本実施形態では、この関係情報を測定装置で取得する関係情報取得ステップを有する所がこれまでの実施形態と異なる。本実施形態の測定装置は、第２の実施形態の装置４００を用いる。

ステップＳ５０１において、装置４００は、関係情報を測定し、測定結果を出力部１０７に記録する関係情報取得ステップを行う。具体的には、関係情報として出力パルスの強度の尖頭値の変化を用いる場合、位置調整部１０４を用いて部材１０９又は被測定物１８０の深さ方向の位置を変えながら、検出部１０２で第１のパルス１１６及び第２のパルス１１７それぞれを検出する。そして、深さ方向に異なる複数の位置それぞれにおける第１のパルス１１６と第２のパルス１１７との強度の尖頭値を記録する。また、パルスのビーム径を用いる場合、図１２で説明したような部材１０９を用いて、部材１０９の深さ方向の位置を変更しながら、各位置における入力パルス１１４のビーム径を記録する。これにより、関係情報が作成される。

ステップＳ５０２では、Ｓ５０１で取得した関係情報を用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。測定領域１１３の位置情報の取得方法は、別の実施形態に記載の種々の豊富尾を用いることができる。その後、取得部１０５は、上述の実施形態と同様に、測定領域１１３の位置情報に基づいて第１の面１１０と第２の面１１１の位置を出力し（Ｓ５０３）、それに従い、位置調整部１０４が、第１の面１１０と第２の面１１１の位置を調整する（Ｓ５０４）。その後、装置４００は出力パルス１１５の時間波形を測定する（Ｓ５０５）。

本実施形態では、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、テラヘルツ波の集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整し、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。

また、本実施形態の測定方法は、関係情報を動的に取得できるので、測定装置の測定条件の変化に対し容易に対応できる。すなわち、時間波形の測定を開始する前に関係情報を取得するため、実際の時間波形の測定と近い状態で取得した関係情報を用いることができる。そのため、測定装置の状態や測定環境等の変化の影響を含めて測定領域１１３を決定できるため、時間波形の測定をより高い精度で行うことができる。

さらに、位置調整部１０４で第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置を変更しながら関係情報を予め取得しておき、それを用いて測定領域１１３の位置情報を取得する。そのため、位置調整部１０４の位置決めの精度を含めた関係情報を用いることができ、関係情報を用いない場合より、第１の面１１０と第２の面１１１とをより正確に測定領域１１３内に配置できる。

（第６の実施形態）
本実施形態では、上述の実施形態の部材１０９の変形例１〜４を説明する。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。ここでは、部材のうち、最初にテラヘルツ波が到達する面を表面、それと対向する面を裏面として、部材１０９の表面を第１の面１１０、部材１０９の裏面を第２の面１１１として説明するが、これに限らず、第２の面は試料１０８の内部の界面であっても良い。

部材１０９の変形例１〜４としての部材１１０１〜１１０４は、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔を調整できる部材である。部材１１０１〜１１０４のそれぞれは、間隔調整部１１３４を有している。間隔調整部１１３４は、各部材１１０１〜１１０４の表面と裏面との間隔を制御するための部分で、部材の構成によってその構成は異なる。各部材１１０１〜１１０４の構成について詳細に説明する。

図１１（ａ）に示した部材１１０１は、端面が斜めに切られている第１の部材１１２３と第２の部材１１２４とを有する。第１の部材１１２３は、部材１１０１の裏面を形成し、第２の部材１１２４は、部材１１０１の表面を形成する。

第１の部材１１２３及び第２の部材１１２４の斜めに切られた面は、互いに対向して接しており、接合面の境界に沿って、第１の部材１１２３と第２の部材１１２４とは移動可能である。調整部１１３４は、第１の部材１１２３と第２の部材１１２４とを移動するためのアクチュエータ及びコントローラであり、間隔調整部１１３４により、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔を調整する。

また、図１１（ｂ）に示したような部材１１０２を用いることもできる。部材１１０２は、変形部材１１２５を用いて構成されている。変形部材１１２５は、外部からエネルギーを加えることにより変形する部材である。例えば、ゴムのように伸縮が容易な樹脂や、熱等を加えて一時的に伸縮性を付与させた樹脂等でもよい。第１の固定部１１２６と第２の固定部１１２７とは、変形部材１１２５の変形を固定するための部材である。変形部材１１２５の表面、裏面それぞれを、第１の面１１０、第２の面１１１とすると、間隔調整部１１３４により第１の固定部１１２６と第２の固定部１１２７の距離を調整することで、変形部材１１２５を面内方向に変形させる。その結果、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔を調整できる。

図１１（ｃ）に示した部材１１０３は、第１の部材１１２８と第２の部材１１２９との間に、変形部材１１３０を挟んでいる。第１の部材１１２８が第２の面を形成し、第２の部材１１２９が第１の面１１０を形成する。第１の部材１１２８と第２の部材１１２９とは、高抵抗シリコン、オレフィン系樹脂のような、テラヘルツ波に対して透過性がある材料を用いることが望ましい。

変形部材１１３０は、第１の部材１１２８と第２の部材１１２９の材料として上述した樹脂のいずれかでもよいし、テラヘルツ波の透過性に優れたオイルを第１の部材１１２８と第２の部材１１２９との間に充填させてもよい。間隔調整部１１３４により、第１の部材１１２８と第２の部材１１２９との間隔を変化させ、変形部材１１３０を厚み方向に変形させることで、第１の面１１０と第２の面１１１との間隔を調整する。

図１１（ｄ）に示した部材１１０４は、第１の部材１１３１と第２の部材１１３２との間に調整部材１１３３を配置している。調整部材１１３３は、屈折率を変更可能な部材で、例えば、配向により屈折率が変化する液晶材料等が利用できる。第１の部材１１３１と第２の部材１１３２には、屈折率を変化させるための電極が備え付けられている。そのため、本実施形態の間隔調整部１１３４は、屈折率を変化させるための制御信号を出力する部分となる。なお、第１の部材１１３１は第２の面１１１を形成し、第２の部材１１３２は第１の面１１１を形成する。

間隔調整部１１３４が制御信号を出力すると、第１の部材１１３１及び第２の部材１１３２が調整部材１４３３に電圧を印加する。それにより、調整部材１１３３の屈折率が変化する。電磁波が伝搬する領域の屈折率が変化すると、電磁波の伝搬速度が変化するため、第１の部材１１３１と第２の部材１１３２との間の屈折率が変化すると、第１の面１１０と第２の面１１１との実効的な間隔を調整できる。

第３の実施形態では、精度情報を用いて、所望の測定精度を満たすために適した第１の面１１０と第２の面１１１との間隔を求め、その間隔を満たす厚みの部材を選択していた。本実施形態に記載の部材１１０１〜１１０４を用いれば、その厚みを容易に調整できる。また、実際に出力パルス１１５の時間波形を測定した後に、測定精度をさらに向上するために部材の厚みを変更したい場合にも、厚みを容易に調整することが可能となる。なお、第１の面１１０と第２の面１１１の間隔を変化させる構成はこれに限らない。

（第７の実施形態）
第７の実施形態の測定装置１４００（以下、「装置１４００」と呼ぶ）について、図１４を参照して説明する。装置１４００は、取得した試料の情報の分布を可視化するイメージング装置である。なお、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。

図１４（ａ）は、本実施形態の装置１４００の構成を示したものである。上述の実施形態の装置と異なる部分は、被測定物１８０に対する入力パルス１１４の照射位置を変更するための位置変更部１４４９を有する点である。詳細には、第１の面１１０と第２の面１１１との面内方向に対し、入力パルス１１４の照射位置を移動する。

本実施形態では、位置変更部１４４９は、位置調整部１０４と接続しており、部材１０９と試料１０８とを含む被測定物１８０を動かす態様となっている。ただし、位置変更部１４４９は、入力パルス１１４を走査する態様でもよい。例えば、発生部１０１と検出部１０２とミラー（１１８〜１２２）とを一体に動かすことで、入力パルス１１４を走査できる。このような構成によって、装置１４００は、第２の面１１１の物性の分布を可視化することができる。

また、第２の面１１１は必ずしも部材１０９と試料１０８との界面になくてもよい。例えば、図１４（ｂ）のように、試料１４０８の内部の屈折率界面１４１１、１４５１を第２の面とすることもできる。ここでは、界面１４１１を第２の面とする。この時、第１の面１４１０と第２の面１４１１との間には複数の界面が存在する可能性がある。すなわち、第１の面１４１０が参照面を形成するための部材１０９で構成される場合、部材１０９と試料１４０８との界面（第３の面）１４５０や試料１４０８の内部にある屈折率界面（第４の面）１４５１等が存在する。

このような試料１４０８に入力パルス１４１０を照射すると、各面から反射したパルスが混在する出力パルス１４１５が得られる。例えば、出力パルス１４１５のうち、第１の面１４１０で反射した第１のパルス１４１６を参照信号とし、第２の面１４１１、第３の面１４５０、第４の面１４５１それぞれで反射したパルス列１４１７を測定信号として分析する。その結果、試料１４０８の内部構造を可視化できる。

そして、入力パルス１４１４を第１の面１４１０の面内方向に１次元的に走査すると、断層像が取得できる。そして、入力パルス１４１４を２次元方向に走査すると、試料１４０８の物性を反映した３次元構造が取得できる。

図１６は、装置１４００を用いて試料１０８の画像を取得する画像取得方法のフローチャートである。取得部１０５は、上述の実施形態で説明したいずれかの方法で、測定領域１１３の位置情報を取得し（Ｓ３０１）、参照面である第１の面１１０及び測定面である第２の面１１１の深さ方向の位置を出力する（Ｓ３０２）。位置調整部１０４が、取得部１０５が取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、被測定物１８０を移動して、第１の面１１０と第２の面１１１との深さ方向の位置を調整する（Ｓ３０３）。その後、検出部１０２が出力パルス１１５を検出して、出力パルス１１５の時間波形を測定する（Ｓ３０４）。

続いて、ステップＳ１６０５では、分析部１０３が、取得した時間波形を用いて、試料１０８の情報を取得する。その後、不図示の制御部が画像を取得した測定範囲内の全ての測定点の測定が終了したかを確認し（Ｓ１６０６）、測定が終了していればステップＳ１６０７に進み、試料１０８の画像を形成する。全ての測定点の測定が終了していない場合には、ステップＳ１６０８に進み、測定範囲内の別の測定点に入力パルス１１４が照射されるように、位置変更部１４４９が被測定物１８０を面内方向に移動して、照射位置を移動する。その後、ステップＳ３０４に戻り、全ての測定点の測定が終了するまで各ステップを行う。

本実施形態では、照射位置の移動を測定ステップＳ３０４の後に入れているが、測定領域１１３の情報を取得するステップＳ３０１の前にあってもよい。また、ステップＳ１６０８で照射位置を移動した後にステップＳ３０１に戻って再び測定領域１１３の位置情報を取得しても良い。

装置１４００は、測定領域１１３の位置情報を取得し、取得した測定領域１１３の位置情報に基づいて、テラヘルツ波集光位置１６１と被測定物１８０との深さ方向の相対位置を調整する。これにより、テラヘルツ波の時間波形に含まれるテラヘルツ波の状態の相違の影響を低減できる。その結果、テラヘルツ波の時間波形を測定精度が従来よりも向上するため、試料の情報をより精度良く取得でき、テラヘルツ波による試料の物性の取得精度の低下を抑制された画像を取得できる。

イメージングのために位置変更部１４４９が被測定物１８０を面内方向に移動する場合、移動の際に面内方向と異なる方向（例えば深さ方向）に微小であるが位置ずれが生じることがある。しかし、予め位置ずれの範囲を取得しておけば、取得した測定領域１１３の位置情報と位置ずれの範囲とを用いて、位置ずれが発生しても測定領域１１３内に収まるように第１の面１１０及び第２の面１１１を配置する位置を決定できる。そのため、面内方向と異なる方向への位置ずれによって、第１の面１１０及び第２の面１１１が測定領域１１３内から出てしまい、測定精度が低下する恐れを低減できる。

以上、本発明の実施形態と実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態と実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、取得部１０５は、第１の面１１０及び第２の面１１１を配置する位置を出力している。しかし、これに限らず、測定領域１１３内に第１の面１１０及び第２の面１１１が収まるように集光位置１６１と被測定物１８０との相対位置を調整するための位置情報を出力できればよい。例えば、第１の面１１０と第２の面１１１との距離を予め取得しておき、第１の面１１０と第２の面１１１との中間位置を配置する位置又は領域を出力してもよい。また、第１の面１１０、第２の面１１１のどちらか一方について配置位置又は配置する領域を出力したりしてもよい。

１００ 測定装置
１０４ 位置調整部
１０５ 位置情報取得部
１１０ 第１の面
１１１ 第２の面
１６１ 集光位置
１１３ 測定領域（精度保証領域）
１５０ 照射部
１８０ 被測定物

Claims (14)

1. 被測定物にテラヘルツ波を照射して、前記被測定物からのテラヘルツ波の時間波形を測定する測定装置であって、
   テラヘルツ波を整形して、前記被測定物の第１の面及び第２の面に照射する照射部と、
   前記照射部で整形されたテラヘルツ波の測定領域の位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記位置情報取得部で取得した前記測定領域の位置情報に基づいて、前記照射部で整形されたテラヘルツ波の集光位置と前記被測定物との前記被測定物の深さ方向における相対位置を調整する位置調整部と、
   を有し、
   前記位置情報取得部は、前記位置調整部によって調整された前記第１の面及び前記第２の面の前記深さ方向における位置と、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビームの伝搬形状と、の関係を表す関係情報を用いて、前記測定領域の位置情報を取得する
   ことを特徴とする測定装置。
2. 前記被測定物からのテラヘルツ波を検出する検出部を有し、
   前記関係情報は、前記第１の面及び前記第２の面の前記深さ方向における位置を前記位置調整部で変化させながら、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波を前記検出部が検出することにより、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビーム径を取得することによって取得された情報である
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記測定領域の位置情報は、前記第１の面で反射したテラヘルツ波の強度が最大となる前記深さ方向の位置と前記第２の面で反射したテラヘルツ波の強度が最大となる前記深さ方向の位置との中間位置、又は、前記第１の面で反射したテラヘルツ波のビーム径が最小となる前記深さ方向の位置と前記第２の面で反射したテラヘルツ波のビーム径が最小となる前記深さ方向の位置との中間位置を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 指定された精度及び前記精度を満たすための条件の少なくとも一方を精度情報として出力する精度情報出力部を更に有し、
   前記位置情報取得部は、前記関係情報と前記精度情報とを用いて、前記測定領域の位置情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記関係情報は、前記第１の面及び前記第２の面の前記深さ方向における位置を変化させながら、前記第１の面及び前記第２の面それぞれにおけるテラヘルツ波の強度を取得することによって取得され、
   前記位置情報取得部は、前記関係情報と前記精度情報とを用いて、前記第１の面におけるテラヘルツ波の強度が前記精度を満たす第１の領域と、前記第２の面で反射するテラヘルツ波が前記精度を満たす第２の領域と、を求め、前記第１の領域と前記第２の領域とが重なる重複領域の位置情報を含む前記測定領域の位置情報を取得する
   ことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記精度情報出力部は、前記精度情報として、指定された精度を満たす前記第１の面と前記第２の面との間隔を出力する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の測定装置。
7. 前記被測定物は、試料と、前記試料を支持する板状部材と、を有し、
   前記第１の面は、前記板状部材の前記照射部で整形されたテラヘルツ波が最初に到達する面で、
   前記第２の面は、前記第１の面と対向し且つ前記試料が配置される面である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記被測定物は、試料と、前記試料を支持する板状部材と、を有し、
   前記第１の面は、前記板状部材の前記照射部で整形されたテラヘルツ波が最初に到達する面で、
   前記第２の面は、前記第１の面と対向している面に配置されている前記試料の内部の界面である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記板状部材の厚みを調整する間隔調整部を更に有する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の測定装置。
10. テラヘルツ波の時間波形を用いて前記被測定物の情報を取得する分析部を更に有する
    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測定装置。
11. 請求項１０に記載の測定装置と、
    前記照射部で整形されたテラヘルツ波の集光位置と前記被測定物との前記第１の面の面内方向における相対位置を変更する位置変更部を更に有し、
    前記分析部で取得した前記試料の情報を用いて前記試料の画像を形成する
    ことを特徴とするイメージング装置。
12. 被測定物にテラヘルツ波を照射して、前記被測定物からのテラヘルツ波の時間波形を測定する測定方法であって、
    テラヘルツ波を整形して、前記被測定物の第１の面及び第２の面に照射する照射ステップと、前記照射ステップで整形されたテラヘルツ波の測定領域の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
    前記位置情報取得ステップで取得した前記測定領域の位置情報に基づいて、前記照射部で整形されたテラヘルツ波の集光位置と前記被測定物との前記被測定物の深さ方向における相対位置を調整する位置調整ステップと、を有し、
    前記位置情報取得ステップでは、前記第１の面及び前記第２の面の前記深さ方向における位置と、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビームの伝搬形状と、の関係を表す関係情報を用いて、前記測定領域の位置情報を取得する
    ことを特徴とする測定方法。
13. 前記相対位置を変更させながら前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波を検出することにより、前記第１の面及び前記第２の面それぞれで反射したテラヘルツ波の強度又はビームの伝搬形状を取得して、前記関係情報を取得する関係情報取得ステップ、を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載に測定方法。
14. 前記位置調整部ステップで前記相対位置を調整した状態で、前記被測定物にテラヘルツ波を照射する照射ステップと、
    前記被測定物で反射した前記照射ステップで照射したテラへルツ波を検出する検出ステップと、を有する
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の測定方法。

Images