JP2009075069A - テラヘルツ波に関する情報を取得するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 設定された領域におけるサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することができる装置の提供。
【解決手段】 １４は、発生部１２が発生させたテラヘルツ波１０がサンプル１９を透過したテラヘルツ波１１を検出するための検出部１３が検出するタイミングを変化させるための遅延部である。
１５は、前記遅延部１０４を用いて得る、前記透過したテラヘルツ波の時間波形を取得するための波形取得部である。
前記記憶部１６が予め記憶しているサンプル１９に関する情報に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記検出部１３が前記透過したテラヘルツ波を検出するように前記遅延部１４、２４を制御する。
そして、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形を取得する。
【選択図】 図１７

Description

本発明は、サンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための装置及び方法に関する。

テラヘルツ波とは、０．０３ＴＨｚから３０ＴＨｚのうち、任意の周波数帯域を有する電磁波である。テラヘルツ波帯域には、生体分子をはじめとして、様々な物質の構造や状態に由来する、特徴的な吸収が存在する。このような特徴を活かして、非破壊にて物質の分析や同定を行う検査技術が開発されている。また、Ｘ線に替わる、安全な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。

また、テラヘルツ波の特徴として、サンプルに対する程よい透過性がある。例えば、このような透過性の性質を利用して、多層膜の膜厚を測定する技術が開示されている（特許文献１）。特許文献１は、テラヘルツ波の複数のパルス応答より、多層膜の膜厚を換算するものである。このパルス応答は、テラヘルツ波の時間応答波形を、プローブ光によってサンプリングして取得する。このような取得方法は、すべての測定時間領域に渡ってサンプリングを行うものである。

近年、このようなテラヘルツ波の透過性を利用した適用先として、錠剤の品質を非破壊で測定する技術や検査する技術が注目されている。例えば、糖衣錠やフィルムコーティング錠等のコーティング膜厚を測定、検査する技術への適用が期待される。これらのコーティング膜厚は、錠剤の崩壊性や溶解性に影響する。また、錠剤は、粉末状の薬剤と添加剤を混合して成形する。そのため、添加剤に対する薬剤の含有量の均一性を測定、検査する技術への適用が期待される。

これらの特性は、錠剤の薬効に直接影響する。そのため、錠剤の品質を維持管理する技術が重要となる。現在、この品質を維持管理するため、作製された錠剤の一部を抜き取り、破壊検査を行っている。
特開２００４−２８６１８号公報

特許文献１において、多層膜の膜厚を測定する時間を短くする手法が求められている。

また、薬剤の品質管理を行う場合、抜き取り検査よりも、作製工程において、この状態を常時検査することが将来的に望まれる。このような工程検査を行うためには、サンプルを非破壊に測定、検査する方法が望ましいが、未だ確立されていない。特に、錠剤の工程検査は、短時間に大量のサンプルを扱うという観点から、より短時間で状態を監視する手法が好ましい。

本発明の目的は、設定された領域におけるサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することができる装置の提供である。また、前記領域における前記時間波形を用いることにより、サンプルに関する情報（膜厚など）を取得するまでの時間を、時間波形の全領域を取得する場合に比べて、短くすることのできる装置の提供である。

上記課題に鑑み、本発明のテラヘルツ波検出装置は、次の構成を有する。サンプルからのテラヘルツ波を検出する検出部と、サンプルの標準となる内部情報を予め記憶する情報記憶部を有する。検出部に入射するプローブ光のポンプ光に対する遅延時間を変化させて検出部が動作するタイミングを調整する遅延光学部を有する。前記情報記憶部の標準となる情報に基づいて測定したい測定領域を定め、前記測定領域に前記遅延時間を調整する遅延時間調整部を有する。前記検出部の出力及び前記遅延時間調整部による前記遅延時間の調整量に基づいてサンプルの内部情報を再構築する処理部を有する。

本発明のテラヘルツ波検出方法は、以下のステップ（ａ）から（ｅ）を有する。
（ａ）サンプルの標準となる内部情報を予め記憶する情報記憶ステップ
（ｂ）検出ステップでテラヘルツ波を検出するタイミングを、プローブ光のポンプ光に対する遅延時間によって調整する遅延光学ステップ
（ｃ）情報記憶ステップの標準となる情報に基づいて測定したい測定領域を定め、前記測定領域に遅延光学ステップにおける遅延時間を調整する遅延時間調整ステップ
（ｄ）サンプルからのテラヘルツ波を検出する検出ステップ
（ｅ）検出ステップにおける出力と遅延時間調整ステップにおける調整量に基づいてサンプルの内部情報を再構築する処理ステップ

本発明の検査システムは、以下の構成を有する。サンプルからのテラヘルツ波を検出する検出部と、サンプルの標準となる内部情報を予め記憶する情報記憶部を有する。前記検出部に入射するプローブ光のポンプ光に対する遅延時間を調整する遅延光学部を有する。前記情報記憶部の標準となる情報に基づいて測定したい測定領域を定め、前記測定領域にプローブ光の前記遅延時間を調節する遅延時間調整部を有する。前記検出部の出力及び前記遅延時間調整部による前記遅延時間の調節量に基づいてサンプルの内部情報を再構築する処理部を有する。前記処理部によって得られたサンプルの内部情報と、前記情報記憶部に記憶されているサンプルの標準となる内部情報を比較する比較部を有する。前記比較部の比較結果に応じて、前記サンプルのスクリーニングまたは前記サンプルの作製条件の調整を行う機器制御部を有する。

別の本発明に係るサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための装置は、
テラヘルツ波を発生させるための発生部と、
前記発生部が発生させたテラヘルツ波がサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出するための検出部と、
前記検出部が検出するタイミングを変化させるための遅延部と、
サンプルに関する情報を予め記憶する記憶部と、
前記遅延部を用いて得る、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得するための波形取得部と、を有し、
前記記憶部が予め記憶しているサンプルに関する情報に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記検出部が前記テラヘルツ波を検出するように、前記遅延部を制御し、
前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することを特徴とする。

別の本発明に係るサンプルを透過或いは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための方法は、
テラヘルツ波を発生し、
前記テラヘルツ波がサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出し、
前記検出するタイミングを変化させることにより、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得し、
予め取得したサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出するように、前記タイミングを変化し、
前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することを特徴とする。

本発明によれば、サンプルの標準となる内部情報に関する測定基準を予め情報記憶部に記憶させておき、該測定基準に基づいて検出部に到達するテラヘルツ波の到達時間を予測する。本発明では遅延時間調整部が、検出部を動作させるプローブ光の遅延時間をテラヘルツ波の到達時間に対応するように不連続に切り替えて遅延時間を調整する。そのため、サンプルの内部情報取得に必要なテラヘルツ波（例えば、反射テラヘルツ波のパルスのピーク）を効率よく検出できる。検出部の出力と遅延時間調整部の調整量に基づいて、処理部がサンプルの内部情報を演算して再構築する。測定基準に基づき、必要な箇所のみ検出する形態であるため、サンプルの内部情報を効率よく取得することができる。

本実施形態に係る装置及び方法について、図面を参照して説明する。尚、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、これを排除するものではない。

（テラヘルツ波に関する情報を取得するための装置）
本実施形態に係る装置について、図１７を用いて説明する。ここで、図１７は、サンプルを透過したテラヘルツ波に関する情報を取得するための装置である。なお、本発明は、反射に限定されるものではなく、実施例１や図１のように、透過したテラヘルツ波に関する情報を取得する装置であってもよい。

１２は、テラヘルツ波を発生させるための発生部である。また、１３は、前記発生部１２が発生させたテラヘルツ波１０がサンプル１９を透過したテラヘルツ波１１を検出するための検出部である。なお、発生部１２及び検出部１３の詳細については、後述する実施例１で説明する。

１４は、前記検出部１３が検出するタイミングを変化させるための遅延部である。前記遅延部１４は、図１７（ａ）のように、発生されたテラヘルツ波１０が伝搬する距離を変えるために、発生部１２と前記検出部１３の間隔を変えるように構成することができる。例えば、前記発生部１２を動かすステージを設け、該ステージを動かして前記発生部１２と検出部１３の間隔を変えることにより、テラヘルツ波１０が伝搬する距離を変えることができる。

ここで、図１７（ｂ）の遅延部２４のように、発生されたテラヘルツ波１０が伝搬する速度を変えるために、伝搬する領域の屈折率を変えるように構成することもできる。例えば、サンプルを透過するテラヘルツ波に屈性率を有する部材（誘電体など）を近付けることで、前記伝搬する領域の屈折率を変えることができる。

これらにより、テラヘルツ波が前記検出部１３に到達する時間を遅延することができる。

また、後述するように、遅延部は、テラヘルツ波を発生させるタイミングあるいは検出するタイミングの少なくとも一方を変化させることにより構成することもできる。この一例として、光学的に遅延するための光軸方向に移動するミラー（図１では、遅延光学部１０４に相当）がある。このとき、発生部１２及び検出部１３にレーザー（光）を照射するためのレーザー部（図１の１０１に相当）を用いる。また、レーザー部が照射するレーザーを分割するためのビームスプリッターを用いる。ビームスプリッターで分割されたレーザーはそれぞれ、発生部１２と検出部１３に照射される。検出部１３に照射されるレーザーは遅延部（上記光軸方向に移動するミラー）を通過する。

さらに、遅延部は、電気的に遅延するように構成することもできる。例えば、検出したテラヘルツ波の信号とのミキシングをするために発生させる信号の時間を遅延することにより構成することができる。

１６は、サンプル１９に関する情報を予め記憶する記憶部である。ここで、前記記憶部１６が予め記憶しているサンプル１９に関する情報は、予め取得したサンプルを透過したテラヘルツ波の時間波形であることが好ましい。また、サンプル１９に関する情報とは、例えば、サンプルの大きさ（厚さ）、屈折率、透過率、反射率、吸収率などである。さらに、これらから導出することが可能な、サンプル１９の物性、結晶構造、組成などの、例えば水分の含有量でも良い。ただし、こられに限定されるものではなく、実施例で具体的に説明する。

１５は、前記遅延部１０４を用いて得る、前記テラヘルツ波の時間波形を取得するための波形取得部（図１では、処理部１０７に相当）である。ここで、前記波形取得部１５は、前記検出部１３が検出したテラヘルツ波を、前記遅延部１４、２４が変化させる前記タイミングに基づいてサンプリングすることにより、前記透過したテラヘルツ波の時間波形を取得することができる。

前記記憶部１６が予め記憶しているサンプル１９に関する情報に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記検出部１３が前記テラヘルツ波を検出するように、前記遅延部１４、２４を制御する。前記制御は、前記波形取得部１５が行っても良い。そして、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形を取得することができる。これにより、サンプル１９に関する情報を取得することができる。また、前記領域の時間波形を求めることにより、サンプル１９に関する情報を取得するまでの時間を、時間波形の全領域を取得する場合に比べて短くすることができる。

ここで、前記時間波形に関する領域として、前記時間波形が有するパルス（例えば、図２の（１）、（２）、（３）、（４））が考えられる。また、前記時間波形に関する領域として、前記パルスが有するピークも考えられる。さらに、パルスの勾配の絶対値が大きい箇所なども考えられる。

前記パルスは前記透過したテラヘルツ波の時間波形の中でも特徴的な領域であるため、該パルスを取得することにより、サンプルに関する情報を知ることができる。例えば、パルスどうしの間隔からサンプル１９の厚みを導出することができる。ただし、前記領域は、前記パルスに限定されるものではなく、前記透過したテラヘルツ波の時間波形のうち取得したい任意の領域を設定すれば良い。

（サンプルに関する情報あるいはサンプルの状態を取得）
前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形から、サンプルに関する情報を取得することができる。サンプルに関する情報とは、例えば、サンプルの大きさ（厚さ）、屈折率、透過率、反射率、吸収率などである。これらから、サンプルの物性、結晶構造、組成などの、例えば水分の含有量を導出することができる。

また、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形（あるいは前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形が有するパルス）と、前記記憶部が予め記憶している情報（例えば、予め取得しておいたサンプルを透過したテラヘルツ波の時間波形が有するパルス）とを比較することが好ましい。これにより、サンプルの状態を導出することができる。

ここで、サンプルの状態とは、予め取得している情報（上記時間波形が有するパルスなど）に対するサンプルの物性、結晶構造、組成などの差異のことである。

なお、サンプルに関する情報やサンプルの状態については、これらに限定されるものではなく、実施例１で具体的に説明する。

（測定回数をカウントして積算処理）
サンプルを測定した回数を計数し、前記測定した前記検出部が検出したテラヘルツ波を積算し、前記積算した値と前記回数とを用いて前記テラヘルツ波の平均的な強度を求めることが好ましい。これらの詳細については、後述する実施例６で説明する。

（ファイバレーザ）
パルスレーザを発生するためのファイバレーザを有することが好ましい。レーザの発振媒質に光ファイバを用いることができる。

また、前記発生部が、前記パルスレーザを照射することによりテラヘルツ波を発生するための光伝導素子であることが好ましい。さらに、前記検出部が、前記パルスレーザを照射することによりテラヘルツ波を検出するための光伝導素子であることが好ましい。光伝導素子には、低温成長させたＧａＡｓやＩｎＧａＡｓを用いることができる。

なお、前記ファイバレーザの詳細については、後述する実施例７で説明する。

（テラヘルツ波に関する情報を取得するための方法）
別の本実施形態に係るサンプルを透過或いは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための方法について説明する。

まず、テラヘルツ波を発生する。

次に、前記テラヘルツ波がサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出する。ここで、前記反射したテラヘルツ波が、コーティング膜で被膜されたサンプルの屈折率界面で反射したパルスであることが好ましい。なお、前記コーティング膜の詳細については、後述する実施例１や図２などで説明する。

また、前記検出するタイミングを変化させることにより、前記テラヘルツ波の時間波形を取得する。

また、前記時間波形に関する領域が、予め取得したサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形に基づいて設定される。そして、前記領域で、前記透過したテラヘルツ波を検出するように前記タイミングを変化する。これにより、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形を取得することができる。

ここで、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形から、サンプルに関する情報を取得することができる。サンプルに関する情報とは、例えば、サンプルの大きさ（厚さ）、屈折率、透過率、反射率、吸収率などである。これらから、サンプルの物性、結晶構造、組成などの、例えば水分の含有量を導出することができる。

また、前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形（あるいは前記領域における前記透過したテラヘルツ波の時間波形が有するパルス）と、予め取得したサンプルを透過したテラヘルツ波の時間波形が有するパルスとを比較することが好ましい。これにより、サンプルの状態を導出することができる。

ここで、サンプルの状態とは、予め取得している情報（上記時間波形が有するパルスなど）に対するサンプルの物性、結晶構造、組成などの差異のことである。

なお、サンプルに関する情報やサンプルの状態については、これらに限定されるものではなく、また、実施例１で更に具体的に説明する。

本発明では、内部情報が推測できるサンプルを対象としている。そして、この内部情報を標準情報とし、測定基準としている。例えば、この標準情報に基づいた測定基準を参照し、サンプルの深さ方向の測定領域（例えば屈折率界面近傍、コンタミが発生しやすい領域、所望の物性を有する材料など）を選択する。この選択した領域のみ測定を行い、測定箇所について標準情報を更新して、再構築を行うものである。

本発明では、これらの測定結果と、選択した測定領域の標準情報より、テラヘルツ波の時間応答波形を再構築することもできる。この応答波形を用いて、サンプルの分光分析やイメージングを行う。また、この応答波形と、基準となるサンプルの標準情報を比較することで、サンプルのスクリーニングや装置の調整を行うものである。

以下、より具体的な実施例について、図面を参照して説明する。

（実施例１：反射型）
本実施例は、本発明のテラヘルツ波検出装置に関する一形態を示したものである。図１は、本発明のテラヘルツ波検出装置に関する一構成例を示したものである。図１のように、本実施例のテラヘルツ波検出装置は、レーザ部１０１、発生部１０２、検出部１０３、遅延光学部１０４、遅延時間調整部１０５、情報記憶部１０６、処理部１０７で構成する。また、図１では、サンプル１０９は、搬送部１０８によって搬送されている態様を示している。ただし、サンプル１０９は、搬送されている必要は必ずしもない。

レーザ部１０１は、発生部１０２及び検出部１０３をレーザ光によって駆動する部分である。以後、発生部１０２を駆動するレーザ光をポンプ光、検出部１０３を駆動するレーザ光をプローブ光と呼ぶこともある。本実施例では、レーザ部１０１は、パルス幅５０ｆｓｅｃ、中心波長８００ｎｍ、繰り返し周波数７６ＭＨｚのチタンサファイアレーザを用いる。

発生部１０２は、レーザ部１０１から入射されるポンプ光によって、テラヘルツ波を発生する部分である。本実施例では、発生部１０２として、半導体薄膜上に、アンテナパターンを形成した光伝導素子を用いる。具体的には、半導体薄膜として、半絶縁性のガリウムヒ素（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板（比抵抗；＞１×１０７Ω・ｃｍ）に対し、分子ビーム低温エピタキシャル成長（２５０°Ｃ）によって形成した低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）を用いる。そして、金（Ａｕ）からなる中心に５μｍのギャップを有するダイポールアンテナ（アンテナ長３０μｍ、導体幅１０μｍ）を、ＬＴ−ＧａＡｓ上に形成する。テラヘルツ波を発生する場合は、このギャップ間に１０Ｖのバイアスを印加した状態で、ポンプ光を照射する。この結果、半値幅２００ｆｓｅｃ程度のパルス状のテラヘルツ波が発生する。尚、アンテナ形状はこれに限定されない。例えば、広帯域アンテナとして一般的なボウタイアンテナやスパイラルアンテナを用いてもよい。また、半導体薄膜もこれに限るものではなく、例えば、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）等の半導体材料を用いてもよい。また、半導体材料そのものを発生部１０２として用いてもよい。例えば、鏡面研磨したＧａＡｓ表面にポンプ光を照射し、この時発生する瞬時電流の時間変化によってテラヘルツ波を発生する。また、ＤＡＳＴ（４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ Ｔｏｓｙｌａｔｅ）結晶などの有機結晶を用いてもよい。

検出部１０３は、レーザ部１０１から入射されるプローブ光によって、テラヘルツ波を検出する部分である。検出部１０３では、テラヘルツ波が入射するタイミングで、プローブ光を照射し、発生する電流を検出する。このような構成によって、テラヘルツ波が得られる。検出部１０３としては、発生部１０２と同様の半導体薄膜上にアンテナパターンを形成した光伝導素子等が使用される。

遅延光学部１０４は、上記ポンプ光に対するプローブ光の遅延間隔（遅延時間）を、光学的に調整する部分である。遅延時間を変更しながら検出部１０３で検出されるテラヘルツ波を測定することにより、いわゆるテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ，Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が行われる。遅延時間を変化させ、処理部１０７によって遅延間隔毎の検出部１０３から得られるテラヘルツ波の応答をプロットすることで、テラヘルツ波の時間応答を取得することができる。図１では、簡略化のため、ＴＨｚ−ＴＤＳに必要なチョッパーなどの記載は省略している。本実施例では、図１のように、サンプル１０９に対し、反射型の光学系を有している。

本実施例では、このＴＨｚ−ＴＤＳに対し、遅延時間調整部１０５及び情報記憶部１０６をさらに有していることが特徴である。

情報記憶部１０６は、サンプル１０９の内部情報を標準情報として、予め記憶しておく部分である。例えば、サンプル１０９内部に関する屈折率界面の位置や、テラヘルツ波の応答波形が記憶されている。ここで記憶されている情報は、サンプル１０９を作製する際の仕様から得られるものである。また、標準となるサンプルや、サンプル群から任意に選択されたサンプルの時間応答波形を事前に測定（プレ測定とも呼ぶ）し、この測定結果を標準情報としてもよい。例えば、この時間応答波形の反射波形から屈折率界面の位置を割り出し、物性を取得する。

遅延時間調整部１０５は、遅延光学部１０４の制御を担う部分である。ここでは、情報記憶部１０６に記憶されたサンプルの内部の標準情報を参照し、屈折率界面など、深さ方向の所定の測定領域からのテラヘルツ波を検出するためにプローブ光の遅延時間を調整する。検出したい測定領域が、非連続的に存在する場合、プローブ光の遅延時間は非連続的に変化させられる。そして、非連続的に存在する測定領域においてのみ遅延時間を連続的に変化させることで、測定領域に関するテラヘルツ波を検出する。すなわち、既知のサンプルの内部情報に基づいてテラヘルツ波が検出部１０３に到達する時間を予測し、検出部１０３を動作させるプローブ光の遅延時間の調整を行っている。

このようにして検出部１０３から得られたテラヘルツ波の信号は、遅延光学部１０４を非連続的に変化させたために、時間軸の概念が一部失われている（図２（検出部の信号））。例えば、図２のように、遅延光学部１０４の遅延時間を、遅延時間調整部によってｔ１→ｔ２→ｔ３→ｔ４と非連続に選択し、各遅延時間におけるテラヘルツ波の応答（１）（２）（３）（４）を取得する。そのため、測定領域間の時間情報が欠落している。本実施例では、この欠落部分を補正するために、処理部１０７を用いる。例えば、処理部１０７では、遅延時間調整部１０５によって行った遅延時間の調整量を参照し、検出部１０３から得られたテラヘルツ波の応答を、実際のテラヘルツ波の時間応答に再構築する（図２（処理部の動作））。より具体的には、各遅延時間におけるテラヘルツ波の応答（１）（２）（３）（４）の時間間隔を調整し、サンプルの内部情報に対応したテラヘルツ波の応答を取得する。

本実施例に係るテラヘルツ検出装置の動作について説明する。図１において、発生部１０２から発生したテラヘルツ波パルスは、サンプル１０９に照射する。この時のサンプル１０９の構造は、図２の構造と仮定する。尚、動作説明の都合上、ここでは、サンプル１０９の構造は、コーティング膜２０２の厚みを３００μｍ（ｄ１及びｄ３）、粉体２０１の厚みを３ｍｍ（ｄ２）と仮定して説明する。また、動作説明を簡略化するため各材料の屈折率は１と仮定し、これらの材料の屈折率による波長短縮効果（伝搬長変化）は考慮していない。サンプル１０９に入射したテラヘルツ波は、例えば、サンプル１０９に存在する屈折率界面で反射する。図２のサンプル１０９では、サンプル１０９を構成するコーティング膜２０２の表面と、コーティング膜２０２と粉体２０１の屈折率界面でテラヘルツ波が反射する。これらの反射波は、テラヘルツ波が反射位置に応じて、ある時間差でもって検出部１０３に入射する。図１では、コーティング膜２０２の表面からの反射パルスを（１）、コーティング膜２０２と粉体２０１の界面からの反射パルスを（２）とする。ここで、説明を簡単にするために、コーティング膜２０２と粉体２０１の界面からの反射パルス（３）とコーティング膜２０２と外部との界面からの反射パルス（４）の記載は省略している。上述したように、コーティング膜２０２の膜厚を３００μｍと仮定すると、反射パルス（１）と（２）の時間差は、およそ２ピコ秒（ｐｓｅｃ）となる。

情報記憶部１０６には、サンプル１０９内部に関する情報が標準情報として、予め記憶されている。上述したように、この標準情報は、サンプルを作製する際の仕様や、任意に選択されたサンプルのプレ測定から得られている。例えば、反射パルス（１）及び反射パルス（２）が発生する時間軸上の位置や、各反射パルスの強度やパルス幅などが記憶されている。例えば、情報記憶部１０６に、反射パルスが発生する時間軸上の位置が記憶されている場合、次のように設定される。尚、反射パルス（１）の位置は、装置の測定系の設定で変化するが、ここでは５ｐｓｅｃと仮定している。
反射パルス（１）・・・ｔ１＝５ｐｓｅｃ
反射パルス（２）・・・ｔ２＝７ｐｓｅｃ
反射パルス（３）・・・ｔ３＝２７ｐｓｅｃ
反射パルス（４）・・・ｔ４＝２９ｐｓｅｃ
そして、各反射パルスの時間軸上の位置は、遅延時間調整部１０５の遅延時間を決定する測定基準として用いる。また、後述するように、本装置を、サンプル１０９のスクリーニングに用いる場合、これらの標準情報を比較のための情報として用いることもある。

従来のＴＨｚ−ＴＤＳでは、これらの反射パルス（１）から（４）に至る応答波形を連続的に取得するものである。しかし、本実施例では、遅延時間調整部１０５が、情報記憶部１０６に標準情報として記憶されている反射パルス（１）及び（２）の時間間隔を参照し、遅延光学部１０４を制御する。例えば、反射パルス（１）と（２）の時間間隔は２ｐｓｅｃの場合、遅延光学部１０４は、光学長を０．６ｍｍ調整する。同様に、反射パルス（２）と（３）は、６．０ｍｍ、反射パルス（３）と（４）は、０．６ｍｍ調整する。

例えば、まず、遅延時間調整部１０５は、情報記憶部１０６に記憶される標準情報より得られる測定基準を参照し、反射パルス（１）が発生する遅延時間を取得する。ここでは、遅延時間調整部１０５は、情報記憶部１０６より反射パルス（１）の遅延時間として５ｐｓｅｃを取得する。そして、遅延時間調整部１０５は、遅延光学部１０４を動かすことで、プローブ光が検出部１０３に到達する距離を変え、所望の遅延時間を装置に与える。この測定位置において、反射パルス（１）を測定するために、遅延光学部１０４は、プローブ光の遅延時間を連続的に変化させる。例えば、パルス幅１ｐｓｅｃの波形を取得したい場合、およそ０．３ｍｍ遅延光学部１０４を移動する。尚、ここで連続的とは、遅延光学部１０４を所定間隔で、目的の距離まで動かすことをいう。例えば、所定間隔を１００μｍとした時、遅延光学部１０４は、０．３ｍｍ移動するまで一定の速度で動く。処理部１０７は、この連続的に変化する遅延時間に対する、検出部１０３の信号をプロットし、反射パルス（１）に相当する応答波形を取得する。

その後、遅延時間調整部１０５は、情報記憶部１０６に記憶される標準情報より得られる測定基準を参照し、反射パルス（２）が発生する遅延時間を取得する。ここでは、遅延時間調整部１０５は、情報記憶部１０６より反射パルス（２）の遅延時間として７ｐｓｅｃを取得する。そして、遅延時間調整部１０５は、再び反射パルス（２）が発生する遅延時間となるように、遅延光学部１０４を０．６ｍｍ動かし、反射パルス（２）の測定動作を開始する。

このように、本実施例では、遅延光学部１０４が、遅延時間調整部１０５によって、非連続的に調整される工程を含む。処理部１０７で得られるテラヘルツ波の応答波形は、図１５（ａ）のように、反射パルス（１）及び（２）が連続的に出現している時間波形となる。上述したように、この応答波形は、各反射パルスのパルス間隔の情報が欠落している。そのため、図１５（ｂ）のように、処理部１０７は、遅延時間調整部１０５が行った非連続的な遅延時間の測定基準を参照し、各測定基準の時間差を、反射パルス（１）と反射パルス（２）に与え、応答波形を再構築する。ここでは、反射パルス（１）と反射パルス（２）の間に、遅延光学部１０４の移動分にあたる２ｐｓｅｃの時間間隔を与える。

このように、本実施例では、情報記憶部１０６によって、大まかな測定位置を指定し、所定の測定位置のみテラヘルツ波の応答を取得する手法を用いている。このことによって、従来のＴＨｚ−ＴＤＳで行われているように全測定時間に渡って連続的にテラヘルツ波の測定を行う必要がないため、各測定基準の時間差分の測定時間を短縮することが容易となる。

図２は、サンプル１０９として、錠剤を想定した時の、サンプル１０９の断面図と、動作を示したものである。図２のように、サンプル１０９は、粉体２０１を固めたもののまわりに、コーティング膜２０２で被膜された形態である。粉体２０１は、粉末状の薬剤と添加剤を混合し、固めたものである。コーティング膜２０２として、例えば白糖、水溶性高分子や不溶性高分子などがある。場合によっては、コーティング膜２０２がない形態（裸錠）もある。本実施例では糖でコーティングした糖衣錠を想定する。この時、コーティング膜２０２の厚みｄ１及びｄ３は数１０〜数１００μｍ、粉体の厚みｄ２は数ｍｍである場合が多い。図２のように、サンプル１０９に照射したテラヘルツ波は、コーティング膜２０２の表面で反射した反射パルス（１）となる。また、コーティング膜２０２と粉体２０１の界面で反射した反射パルス（２）及び（３）、そして再びコーティング膜２０２の表面で反射した反射パルス（４）といった屈折率界面で反射する。一般的に、可視光やＸ線等の短波長による測定では、この屈折率界面は、明瞭に区別することが難しい。一般的に薬剤の粒径は数１０μｍであり、屈折率界面の粉体２０１の粒径分布に従って界面の形状が複雑に変化するためである。ところが、この粒径の値はテラヘルツ波の波長に比べ、等価か或いは十分小さい。つまり、テラヘルツ波の波長が適度に大きいため、短波長の測定程、界面の形状を明確に検出することはない。つまり、短波長にとって、不明瞭な界面の形状も、テラヘルツ波にとっては、比較的明瞭な界面の形状として認識できる。また、テラヘルツ波は、粉体２０１に対して適度な透過性を有しているため、短波長による測定に比べ粉体の界面の情報を取得するのに適している。

本実施例では、これらの界面の情報が情報記憶部１０６に記憶されており、遅延時間調整部１０５では、（１）、（２）、（３）、（４）の箇所を選択し、順次測定を行う。例えば、各パルスを、時間軸に換算して２ｐｓｅｃ分の波形を取得する場合、合計で８ｐｓｅｃ分の測定時間が必要となる。ただし、検出部１０３によって検出された応答は、図２のように、界面の情報を逐次測定しているため、厚みの情報は正確に反映されていない。本実施例では、処理部１０７によって、遅延時間調整部１０５により調整されたプローブ光の遅延時間の調整量を換算し、応答波形に反映させる。この結果、正確な膜厚（ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’）を計測することができる。

以上の動作を、従来のＴＨｚ−ＴＤＳで行った場合、およそ数１００ｐｓｅｃ分の測定時間が必要となる。これに対し、本実施例の構成では、おおまかな測定位置を指定し、その位置での波形応答のみを取得し、再構築するという構成であるため、数ｐｓｅｃ分の測定時間で糖衣錠（サンプル）の内部情報を取得することができる。そのため、従来の方式に比べ、測定の高速化が容易となる。

尚、本実施例では、サンプル１０９の深さ方向の膜厚に関して述べたがこれに限らない。従来のＴＨｚ−ＴＤＳで示されているように、選択された測定位置における、テラヘルツ波の強度や遅延情報を利用して、物性の変化、結晶構造の違い、混合比率、組成、粉体の密度、所望の物性を有する材料なども測定できる。例えば、物性の取得方法として、反射パルスの強度と遅延時間より、複素屈折率を求め、そこから所望の物性を換算する。この物性の変化を測定する態様も可能である。また、テラヘルツ波領域の指紋スペクトルの違いを検証することで、結晶構造の違いを判定することも可能である。また、取得された指紋スペクトルが、複数の物質に関する指紋スペクトルから構成されると仮定し、スペクトルを分離するような演算、もしくは各スペクトルの強度や広がりから混合比率を予測することも可能である。または、サンプルの厚みや濃度に従う各スペクトルの検量線を用いて判断する形態でもよい。透過率や反射率、またはこれらのスペクトル情報によって、粉体の密度を検証することも可能である。同様の方法によって、物質がどのような分子の集合体であるかといった組成の検証も可能である。これらの方法は、目的に従って適宜組み合わせたり、選択したりする。

尚、本実施例では、サンプル１０９として錠剤を示したが、この限りでない。物質の内部情報を効率的に取得し得るサンプルであればよい。

（実施例２：透過型）
本実施例は、本発明のテラヘルツ波検出装置に関する一形態を示したものである。より具体的には、実施例１のテラヘルツ波検出装置に関する変形例である。尚、上記実施例と共通する部分の説明は省略する。

図３は、本実施例におけるテラヘルツ波検出装置に関する一構成例を示したものである。図３のように、本実施例のテラヘルツ波検出装置は、テラヘルツ波の伝播経路が、サンプル１０９に対して、透過型の光学配置となっている。

本実施例に係るテラヘルツ波検出装置の動作について説明する。尚、動作の説明において、共通する部分の説明は省略する。ここで、サンプル１０９は、実施例１と同じものを仮定する。すなわち、サンプル１０９の構造は、コーティング膜２０２の厚みを３００μｍ、粉体２０１の厚みを３ｍｍと仮定している。また、また、動作説明を簡略化するため各材料の屈折率は１と仮定し、これらの材料の屈折率による波長短縮効果（伝搬長変化）は考慮していない。ここで、検出部１０３で検出する透過パルスは、図１６で示した透過パルスを想定する。図１６のように、透過パルス（１）は、サンプル１０９を透過するパルスである。透過パルス（２）と透過パルス（３）は、コーティング膜２０２の表面と、コーティング膜２０２と粉体２０１の界面で一度反射したパルスである。透過パルス（４）は、コーティング膜２０２の表面間で一度反射したパルスである。

例えば、情報記憶部１０６は、これらの透過パルスが発生する時間軸上の位置が記憶されている。尚、透過パルスには、上述した以外のパルスも存在する。例えば、界面で２回反射した透過パルスや上述した界面と異なる界面で反射した透過パルス等がある。検出部１０３は、検査に必要とした透過パルスに加え、これらのパルスが時間軸上で混ざった形で羅列して検出する。本実施例では、情報記憶部１０６で予め記憶する時間軸上の位置を限定することで、検査に用いないパルスをフィルタリングして検査を行うことができるので、検査効率があがる。

本実施例では、透過パルスの時間軸上の位置を次のように設定している。尚、透過パルス（１）の位置は、装置の測定系の設定で変化するが、ここでは５ｐｓｅｃと仮定している。
透過パルス（１）・・・ｔ１＝５ｐｓｅｃ
透過パルス（２）・・・ｔ２＝７ｐｓｅｃ
透過パルス（３）・・・ｔ３＝２７ｐｓｅｃ
透過パルス（４）・・・ｔ４＝２９ｐｓｅｃ
各透過パルスの時間軸上の位置は、遅延時間調整部１０５の遅延時間を決定する測定基準として用いる。これらの遅延時間に対する遅延光学部１０４の調整量は、次のようになる。
透過パルス（１）から（２）・・・０．６ｍｍ
透過パルス（２）から（３）・・・６．０ｍｍ
透過パルス（３）から（４）・・・０．６ｍｍ
このような光学配置をとることによって、テラヘルツ波は、サンプル１０９内部を透過する形態となる。そのため、サンプル１０９を伝播するテラヘルツ波は、サンプル１０９の深さ方向の大まかな特性が反映された応答となる。例えば、サンプル１０９として、図２に示した薬剤を仮定すると、最初の透過パルス（１）の吸光度より、サンプル１０９全体の密度、テラヘルツ波の吸収量、組成などを見積もることができる。また、位相シフト量（もしくは時間遅延量）をモニタすることで、サンプル１０９全体の厚みを見積もることができる。

このように、透過型の配置をとることで、被測定物の全体的な特性を簡易に見積もることが可能となる。

（実施例３：比較部）
図４は、本発明の検査システムに関する形態を示したものである。図４のように、本実施例の検査システムは、実施例１に係るテラヘルツ波検出装置の構成に、比較部４１０及び機器制御部４１１を加えた構成となる。尚、実施例１と共通する部分の説明は省略する。

比較部４１０は、処理部１０７によって取得されたサンプル１０９の内部情報と、情報記憶部１０６に予め記憶されているサンプル１０９の標準となる内部情報を参照する。そして、実測によって得られた処理部１０７の信号と、情報記憶部１０６の情報との差異を監視し、所望の状態のサンプル１０９が得られているか判断する。

例えば、サンプル１０９として、糖衣錠を想定した場合、情報記憶部１０６には、糖衣錠の厚みと、コーティング膜と錠剤の界面の情報（厚みなど）が記憶されている。この情報は、サンプル１０９の作製条件から取得する。また、リファレンスとなるサンプル１０９を選択し、このサンプル１０９に対するテラヘルツ波による測定データを標準となる内部情報として用いてもよい。比較部４１０では、この情報記憶部１０６の情報に対し、誤差の許容範囲を設定する。比較部４１０が、サンプル１０９のコーティング膜厚の監視を行う場合、対象となる患部に所望量の薬効成分が到達する範囲で、コーティング膜厚の許容誤差範囲を設定する。尚、本実施例では、この許容誤差範囲を比較部４１０で設定しているが、設定する場所はここに限らない。例えば、情報記憶部１０６において、サンプル１０９の情報と共に、この許容誤差範囲を提供する形態でも構わない。

また、本実施例では、比較する情報は、必ずしもテラヘルツ波の応答波形である必要はない。例えば、所定の測定領域のテラヘルツ波の強度だけを比較対照とすることもでき、測定箇所の強度が設定した許容誤差範囲に収まっているかを監視する形態も可能である。より具体的には、図２における各パルスの頂点の信号強度を測定するものである。この測定箇所の信号強度の変化より、テラヘルツ波の応答波形の時間的な位置を推定するものである。このように測定箇所の強度のみ、測定及び検査対象とする形態は、これまで述べた実施例にも適用できる。

図４のように、本実施例では、サンプル１０９は複数あり、各サンプルは搬送部１０８によって次々と搬送される。比較部４１０では、これらのサンプル１０９に対し、処理部１０７から得られるサンプル１０９の測定データと、情報記憶部１０６の標準となる情報を比較し、測定データが、許容誤差範囲に収まっているか監視する。そして、比較部４１０は、この許容誤差範囲からはずれる特性を示したサンプル１０９を不良品として判断する。機器制御部４１１は、比較部４１０の比較結果を受けて、装置の制御を行う部分である。例えば、搬送部１０８によって搬送されるサンプル１０９のスクリーニングを行う場合、不良品と判断されたサンプル１０９を排除する動作を行うように制御する。排除するサンプル１０９は、不良品と判断されたサンプル１０９だけでもよいし、不良品と判断された近傍のサンプル１０９群であってもよい。また、機器制御部４１１は、比較部４１０の結果を受けて、サンプル１０９の作製工程の作製条件を望ましい条件にフィードバックさせる形態でもよい。例えば、サンプル１０９として糖衣錠を想定した場合、コーティング膜厚の膜厚の調整を行う。また、コーティング膜と錠剤の界面の物性が、薬剤と添加剤の混合比率が変化する、或いは薬剤の結晶構造が変化するなどして、許容誤差を超える場合、これらの作製条件の調整を行う。

このような構成を有することで、非破壊に被測定物内部の検査を行うことができる。また、実施例１と同様に、基準となるサンプル内部の情報を参照して、測定範囲を限定して、テラヘルツ波の応答を再構成する形態であるため、高速な測定が容易となる。特に、薬剤の検査システムとして好適に用いられる。

また、本実施例では、テラヘルツ波による検査部分は、反射型の構成であるが、これに限らない。例えば、実施例２で示した透過型の構成でもよい。この構成では、上述したようにサンプルの全体的な特性を簡易に見積もることができる。そのため、例えば、テラヘルツ波の吸収量や位相シフトより、サンプルの異物の混入やクラックの有無を調べるといった、１次スクリーニングの機能を付加することもできる。その後、マクロな構造欠陥がないことが確認されたサンプルのみ、内部の検査を行えばよいので、より効率良く検査を行うことが可能となる。

（実施例４：複数の遅延光学部）
本実施例は、上述したテラヘルツ波検出装置に関する一変形例を示したものである。具体的には、テラヘルツ波を取得するための光学系に関するものである。尚、上記実施例と共通する部分の説明は省略する。

図５は、これまで説明してきた装置に関し、遅延光学部１０４の別の形態を示した図である。図５のように、本実施例の遅延光学部１０４は、複数の遅延光学部５０４ａ、５０４ｂから構成される。そして、各遅延光学部は、遅延時間調整部１０５によって選択された、測定位置に、それぞれ調整されている。

例えば、上記実施例で述べたように、サンプル１０９から伝搬するテラヘルツ波が、パルス（１）及び（２）を有している場合を考える。これまでの実施例では、遅延時間調整部１０５によって、各パルスに対応する位置に遅延光学部１０４を順次移動していた。本実施例では、図５のように、反射パルス（１）に対応する位置に遅延光学部５０４ａ、及び反射パルス（２）に対応する位置に遅延光学部５０４ｂをそれぞれ割り当ててテラヘルツ波の応答を計測するものである。

ここで、２つの遅延光学部は、定められた光学長を確保できればよく、前記２つの遅延光学部の位置関係に関しては、特に限定されるものではない。

尚、本実施例では、サンプル１０９から伝搬するテラヘルツ波の各反射パルスに、それぞれ遅延光学部を対応させていたが、この形態に限らない。例えば、テラヘルツ波のパルスを、複数のパルス群として設定し、各反射パルス群に対して、遅延光学部を割り当てる形態でもよい。この場合、遅延時間調整部１０５は、各反射パルス群に対し、観測位置を設定し、割り当てられた遅延光学部を順次移動する動作を行う。

このように、複数の遅延光学部を用い、並列して動作させることによって、テラヘルツ波の応答を測定する時間を短縮することができる。そのため、本発明の装置を、より高速に動作することが可能となる。また、図１０のように、各遅延光学部に対し、複数の検出部を割り当てる構成も可能である。この場合、単一の検出部で処理する形態に比べ、各反射パルスを測定するための待機時間が軽減するため、装置の高速化が容易となる。

（実施例５：複数の検出部）
本実施例は、上述したテラヘルツ波検出装置に関する一変形例を示す。具体的には、検出部１０３の配置に関するものである。尚、上記実施例と共通する部分の説明は省略する。

図９は、これまで説明してきた装置に関し、検出部１０３の別の形態を示した図である。図９のように、本実施例の検出部１０３が複数であることを特徴とする。

例えば、サンプル１０９内部の状態によって、サンプル１０９を伝搬するテラヘルツ波の各パルスの伝搬方向が異なる場合を想定する。具体的には、テラヘルツ波のパルス（１）と（２）の伝搬方向が異なる場合を想定する。サンプル１０９の複数の屈折率界面が、テラヘルツ波の入射方向に対して異なる角度を有する場合、テラヘルツ波のパルス（１）と（２）の伝搬方向が異なる。検出部１０３にとって、最も感度よくテラヘルツ波を取得できる配置は、テラヘルツ波の伝搬経路中に検出部１０３を配置する構成である。ここで、感度のよい配置とは、検出部１０３が検出するテラヘルツ波の強度が最も強くなる配置のことをいう。伝搬方向が異なるパルスが存在すると、例えば、パルス（１）に対しては感度がよいが、パルス（２）に対しては検出部１０３に到達するテラヘルツ波の強度が小さくなり、検出感度が低下するという現象が生じることがある。そのため、各パルスにとって、最も感度よくテラヘルツ波を取得できる位置に、複数の検出部９０３ａ、９０３ｂを配置する。本実施例では、パルス（１）に検出部９０３ａを割り当て、パルス（２）に検出部９０３ｂを割り当てる。そして、遅延光学部１０４によって選択された観測位置に対応して、光路切替部９１４によって、プローブ光（１）と（２）を検出部９０３ａと９０３ｂにそれぞれ割り当てるものである。そして、各パルスにとって、最も感度のよい配置で、測定及び検査を行うものである。

尚、実施例４でも述べたが、本実施例では、サンプル１０９から伝搬するテラヘルツ波の各パルスに、それぞれ検出部を対応させていたが、この形態に限らない。例えば、テラヘルツ波のパルスについて、伝搬方向がほぼ同じパルスを、一つのパルス群として設定してもよい。この時、各検出部は、各パルス群に割り当てられる。

このような構成をとることで、各パルスの伝搬方向に対し、検出部を最適化できるので、検出感度の向上が期待できる。また、図１０のように、光路切替部９１４の替わりに、実施例４で述べた複数の遅延光学部を使用する形態でもよい。この時、各遅延光学部は、伝搬方向がほぼ同じパルスが割り当てられている。この場合、単一の遅延光学部１０４で処理する形態に比べ、各パルスを測定するための待機時間が軽減するため、装置の高速化が容易となる。

（実施例６：測定回数をカウントして積算処理）
本実施例は、上述したテラヘルツ波検出装置に関する一変形例を示す。具体的には、テラヘルツ波の取得方法に関するものである。尚、上記実施例と共通する部分の説明は省略する。

図６のように、本実施例の装置は、テラヘルツ波の応答を測定した回数を記録するカウンタ部６１２をさらに有している構成である。本実施例では、カウンタ部６１２は、測定する回数を設定し、この測定回数に至るまで測定したサンプル１０９の数をカウントする。これまで述べた構成では、搬送部１０８を搬送されるサンプル１０９について、一つのサンプル１０９に対し１回の測定を行っている。仮に、搬送部１０８で搬送される複数のサンプル１０９が、同じものである場合、各サンプル１０９から得られる測定結果は、ほぼ同じものである。本実施例では、処理部１０７は、これらの複数の測定結果に対し、カウンタ部６１２に記録する測定回数分だけ積算処理を行い、平均的な測定結果を取得する。つまり、ここでは、サンプル１０９個々の測定結果ではなく、複数のサンプル１０９群の平均的な測定結果を取得している。測定形態は、隣り合うサンプル１０９を連続的に測定する形態でもよいし、ある個数間隔毎に離散的に測定する形態でもよい。

尚、図６では、処理部１０７は、測定するサンプル１０９の個数によって積算処理を行っているが、この形態に限らない。例えば、図７のように、測定時間を区切るカウンタ部７１２によって、定められた測定時間内に検出部１０３で測定されたデータを積算する形態でもよい。

また、これまでの述べた実施例では、個々のサンプル１０９に対し、テラヘルツ波を順次照射する形態を示してきたが、この限りではない。例えば、図８のように、テラヘルツ波の照射領域を広げ、複数のサンプル１０９に対し、一括して照射する形態でもよい。

このように、複数の被測定物の応答を積算する構成を有することで、測定系や測定環境に依存するノイズの影響を軽減でき、信号の検出精度の向上が期待できる。

（実施例７：ファイバレーザ）
本実施例は、本発明のテラヘルツ波検出装置に関する一形態を示したものである。具体的には、レーザ部１０１の変形例に関するものである。尚、上記実施例と共通する部分の説明は省略する。

これまでの実施例では、レーザ部１０１としてチタンサファイアレーザを用いていたが、本実施例ではファイバレーザを用いる。

ファイバレーザは、ほぼ光ファイバによって構成される、小型で安定な超短パルスレーザ源である。ファイバレーザの構成例を図１１に示す。図１１のように、ファイバレーザは、以下の構成要素を含み実現される。
フェムト秒ファイバレーザ１１０１
１／２波長板１１０２及び１１０６
増幅部１１０３
アイソレータ１１０４
分散補償部１１０５
偏光ビームスプリッタ１１０７
高効率波長変換素子であるＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔ
ｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）１１０８
グリーンカットフィルタ１１０９
ダイクロイックミラー１１１０
フェムト秒ファイバレーザ１１０１は、レーザの発振媒質に光ファイバーを使用したものである。中心波長１５５８ｎｍ、平均強度５ｍＷ、パルス幅３００ｆｓｅｃ、繰り返し周波数４８ＭＨｚである。このようなファイバ型のフェムト秒ファイバレーザ１１０１は、固体レーザに比べ、小型で安定である。１／２波長板１１０２及び１１０６は、偏光を調節するために用いる。増幅部１１０３は、フェムト秒ファイバレーザ１１０１の光パルスの強度を増幅する部分である。増幅部１１０３において強度が増幅された光パルスは、分散補償部１１０５において短パルス化される。ＰＰＬＮ１１０８は、短パルス化された光パルスに関し、２次高調波成分である７８０ｎｍの成分を発生させる部分である。その後、グリーンカットフィルタ１１０９及びダイクロイックミラー１１１０を用いて、基準波成分１５５０ｎｍとともに、高調波成分７８０ｎｍを所望の分岐比において出力する。この高調波成分は、ＬＴ−ＧａＡｓの吸収波長に相当し、本実施例では、光伝導素子の励起光として使用する。尚、光伝導素子に用いる半導体薄膜としてＩｎＧａＡｓを用いる場合、キャリヤを励起する励起光として基準波成分を用いることもできる。この場合、高調波を生成、取り出す光学系は省略することも可能である。

以下に、増幅部１１０３及び分散補償部１１０５に関するより詳細な説明をする。

図１２に、増幅部１１０３の一構成例を示す。図１２のように、増幅部１１０３は、以下の構成要素により実現される。
３つのレーザダイオード（図中ＬＤと記載）
シングルモードファイバ１２０１
ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重方式）カプラ１２０２及び１２０５
偏波コントローラ１２０３
Ｅｒ（エルビウム）添加ファイバ１２０４
偏光ビームコンバイナ１２０６
シングルモードファイバ１２０１は、波長１．５６μｍに対し、２次群速度分散−２１．４ｐｓ２／ｋｍ、モードフィールド径９．３μｍ、非線形係数１．８９Ｗ−１ｋｍ−１であり、ファイバの長さは４．５ｍである。Ｅｒ添加ファイバ１２０４は、波長１．５６μｍに対し、２次群速度分散６．４４ｐｓ２／ｋｍ、モードフィールド径８．０μｍ、非線形係数２．５５Ｗ−１ｋｍ−１であり、ファイバの長さは６．０ｍである。３つのＬＤは、波長１４８０ｎｍ、強度４００ｍＷとする。図１２のように、ＬＤの一つを前方励起用、二つを後方励起用に用いる。

フェムト秒ファイバレーザ１１０１から入射した光パルスのパルス幅は、シングルモードファイバ１２０１内で、群速度分散の影響により、伸張される。これにより、光パルスのピーク強度が一時的に抑える。その結果、光パルスが、Ｅｒ添加ファイバ１２０４中を伝搬する際の過剰な非線形効果を抑制することができるため、効率的なエネルギー増幅が可能になる。この構成によれば、光パルスの平均強度は、約２０ｄＢを見込むことができる。

図１３に、分散補償部１１０５の一構成例を示す。分散補償部１１０５は、増幅部１１０３で生じた分散特性とは、逆の分散特性を有している。増幅部１１０３から出力される光パルスは、Ｅｒ添加ファイバ１２０４中で生じる自己位相変調の影響で帯域が大きく広がる傾向がある。そこで、分散補償部１１０５では、各波長における分散を補償することにより、フェムト秒ファイバレーザ１１０１のパルス幅よりも短いパルスを取得する。図１３のように、本実施例では、分散保証部１１０５として、分散補償用ファイバ１３０１を用いる。具体的には、分散補償用ファイバ１３０１として、大口径フォトニッククリスタルファイバを用いる。本実施例で用いる分散補償用ファイバ１３０１は、波長１．５６μｍに対し、２次群速度分散−３０．３ｐｓ２／ｋｍ、モードフィールド径２６μｍ、非線形係数０．１８２Ｗ−１ｋｍ−１であり、ファイバの長さは０．４２ｍである。この構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約５５ｆｓｅｃ、平均強度は約２８０ｍＷを見込むことができる。

上述したように、光伝導素子の半導体薄膜としてＬＴ−ＧａＡｓを用いる場合、ＰＰＬＮ１１０８によって第２高調波を生成し、励起光とする。ＰＰＬＮ１１０８では、この高調波成分（７８０ｎｍ）に加え、基準波成分（１５５０ｎｍ）が出力されるため、ダイクロイックミラー１１１０を用いて分離する。また、ＰＰＬＮ１１０８では、第２高調波に加え、第３高調波である緑色光もわずかに生成さえるため、グリーンカットフィルタ１１０９によって除去する構成とする。このような構成によれば、７８０ｎｍ帯の光パルスのパルス幅は約５８ｆｓｅｃ、平均強度は約６０ｍＷを見込むことができる。また、１５５０ｎｍ帯の光パルスのパルス幅は約６４ｆｓｅｃ、平均強度は約１７０ｍＷを見込むことができる。

場合によっては、図１４に示すような、高非線形ファイバを用いたパルス圧縮を行うことも可能である。図１４（ａ）は、１５５０ｎｍ帯の光パルスを圧縮する構成図を示している。また、図１４（ｂ）は、７８０ｎｍ帯の光パルスを圧縮する構成図を示している。尚、これらの構成はあくまで一形態であり、パルス圧縮を行う手法はこれに限定されない。

図１４（ａ）では、１５５０ｎｍ帯のパルス圧縮を行うために、シングルモードファイバ１４０１及び高非線形ファイバ１４０２を用いる。シングルモードファイバ１４０１は、波長１．５６μｍに対し、２次群速度分散−２１．４ｐｓ２／ｋｍ、非線形係数１．８９Ｗ−１ｋｍ−１であり、ファイバの長さは０．１１５ｍである。高非線形ファイバ１４０２は、波長１．５６μｍに対し、２次群速度分散−１４．６ｐｓ２／ｋｍ、非線形係数４．５３Ｗ−１ｋｍ−１であり、ファイバの長さは０．０４ｍである。また、ファイバから出力された光パルスは、レンズ中での分散によるパルス広がりを避けるために法物面鏡を用いてコリメートする。このような構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約２２ｆｓｅｃ、平均強度は約１２０ｍＷを見込むことができる。

図１４（ｂ）では、７８０ｎｍ帯のパルス圧縮を行うために、高非線形ファイバ１４０２とチャープミラー１４０３を用いる。チャープミラー１４０３は負分散のチャープミラーであり、ミラーを１回反射する毎に、およそ−３５ｆｓ２の分散が加えられる。光パルスを、チャープミラー１４０３間に複数回反射させることで、パルス圧縮を行う。ここでは、高非線形ファイバ１４０２を１ｍ用いる。このような構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約３７ｆｓｅｃ、平均強度は約３０ｍＷを見込むことができる。本実施例では、この光パルスを光伝導素子の励起光として使用する。尚、ファイバレーザの具体的な構成や各パラメータは、これに限るものではなく、種々の目的に則して、適宜選択される。

また、本実施例では、発生部１０２として光伝導素子を用いている。上述したように、電極を有しない半導体基板や有機結晶を用いることで、電極構造によるテラヘルツ波の帯域の制限を抑制でき、より広帯域（狭パルス幅）の応答波形が期待できる。具体的には、発生部１０２として、ＤＡＳＴ結晶（４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ Ｔｏｓｙｌａｔｅ）と、検出部１０３としてＬＴ−ＧａＡｓによる光伝導素子を用いる。この時、ファイバレーザからプローブ光として１５５０ｎｍ帯の光、及びプローブ光として７８０ｎｍの光を照射することで、半値幅２００ｆｓ程度（帯域〜７．５ＴＨｚ程度）のテラヘルツ波を発生できる。

このように、レーザ部１０１として、ファイバレーザを用いることで、装置の安定化、小型化、低価格が期待できる。

実施例１における装置の概略構成図。 錠剤を例とした内部情報を取得する動作を説明する図。 実施例２における装置の概略構成図。 実施例３における装置の概略構成図。 本発明における装置の遅延光学部の一形態例。 実施例６における装置の一部の概略構成図。 実施例６における装置の一部の概略構成図。 テラヘルツ波の照射形態例を説明する図。 実施例５における装置の一部の概略構成図。 実施例５における装置の一部の概略構成図。 ファイバレーザの構成を説明する図。 ファイバレーザの増幅部を説明する図。 ファイバレーザの分散補償部を説明する図。 パルス圧縮を行う構成を説明する図。 実施例１の装置の動作を説明する図。 実施例２における透過パルス波の伝搬経路の一例を示した図。 本実施形態に係る装置を説明するための模式図。

符号の説明

１０１ レーザ部
１０２ 発生部
１０３ ９０３ａ ９０３ｂ １００３ａ １００３ｂ 検出部
１０４ ５０４ａ ５０４ｂ 遅延光学部
１０５ 遅延時間調整部
１０６ 情報記憶部
１０７ 処理部
１０８ 搬送部
１０９ サンプル
２０１ 粉体
２０２ コーティング膜
４１０ 比較部
４１１ 機器制御部
６１２ ７１２ カウンタ部
８１３ 照射領域
１１０１ フェムト秒ファイバレーザ
１１０２ １１０６ １／２波長板
１１０３ 増幅部
１１０４ アイソレータ
１１０５ 分散補償部
１１０７ 偏光ビームスプリッタ
１１０８ ＰＰＬＮ
１１０９ グリーンカットフィルタ
１１１０ ダイクロイックミラー
１２０１ シングルモードファイバ
１２０２ １２０５ ＷＤＭカップラ
１２０３ 偏光コントローラ
１２０４ Ｅｒ添加ファイバ
１２０６ 偏光ビームコンバイナ
１３０１ 分散補償用ファイバ
１４０１ シングルモードファイバ
１４０２ 高非線形ファイバ
１４０３ チャープミラー

Claims (12)

1. サンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための装置であって、
   テラヘルツ波を発生させるための発生部と、
   前記発生部が発生させたテラヘルツ波がサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出するための検出部と、
   前記検出部が検出するタイミングを変化させるための遅延部と、
   サンプルに関する情報を予め記憶する記憶部と、
   前記遅延部を用いて得る、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得するための波形取得部と、を有し、
   前記記憶部が予め記憶しているサンプルに関する情報に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記検出部が前記テラヘルツ波を検出するように、前記遅延部を制御し、
   前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することを特徴とする装置。
2. 前記記憶部が予め記憶しているサンプルに関する情報は、予め前記波形取得部が取得したサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記領域は、前記時間波形が有するパルスであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記波形取得部は、前記検出部が検出したテラヘルツ波を、前記遅延部が変化させる前記タイミングに基づいてサンプリングすることにより、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記遅延部は、前記テラヘルツ波を発生させるタイミングあるいは検出するタイミングの少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形から、サンプルに関する情報を取得することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形と、前記記憶部が予め記憶している情報とを比較し、サンプルの状態を導出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
8. サンプルを測定した回数を計数し、前記測定した前記検出部が検出したテラヘルツ波を積算し、前記積算した値と前記回数とを用いて前記テラヘルツ波の平均的な強度を求めることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. パルスレーザを発生するためのファイバレーザを有し、
   前記発生部が、前記パルスレーザを照射することによりテラヘルツ波を発生するための光伝導素子で、
   前記検出部が、前記パルスレーザを照射することによりテラヘルツ波を検出するための光伝導素子であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. サンプルを透過或いは反射したテラヘルツ波に関する情報を取得するための方法であって、
    テラヘルツ波を発生し、
    前記テラヘルツ波がサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出し、
    前記検出するタイミングを変化させることにより、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得し、
    予め取得したサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形に基づいて設定される前記時間波形に関する領域で、前記透過あるいは反射したテラヘルツ波を検出するように、前記タイミングを変化し、
    前記領域における前記透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形を取得することを特徴とする方法。
11. 前記領域で検出したテラヘルツ波が有するパルスと、予め取得したサンプルを透過あるいは反射したテラヘルツ波の時間波形が有するパルスとを比較し、サンプルの状態を導出することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記反射したテラヘルツ波が、コーティング膜で被膜されたサンプルの屈折率界面で反射したパルスであることを特徴とする請求項１０あるいは１１に記載の方法。

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