JP2013174548A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の複数の位置における特性値を順次測定する場合に適した測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】測定装置は、第１のパルス光に応答してテラヘルツ光を発生する照射部と、照射部から照射されて測定対象物に入射した後のテラヘルツ光を受光するとともに、第２のパルス光に応答して活性化される検出部と、第１のパルス光と第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部と、検出部から出力される検出信号を収集する処理部とを含む。処理部は、同期部により検出されたタイミングを基準として、検出信号から時間波形データを算出する手段と、測定対象物のうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する手段とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、テラヘルツ領域における測定装置および測定方法に関する。

近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ光を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ光は、主として、周波数が約０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３ｍｍ）の電磁波である。このようなテラヘルツ光の応用の一例として、さまざまな材料の物性を評価する技術が提案されている。

テラヘルツ光が存在する遠赤外領域（テラヘルツ領域）の吸収スペクトルは、原子間の振動状態や分子間相互作用（代表的に、ファンデルワールス力）などの低エネルギーの相互作用を反映している。このようなテラヘルツ領域での測定を、医薬品、高分子材料、ナノ材料、有機発光材料といった分野に適用することが期待されている。

このようなテラヘルツ領域での測定方法としては、典型的には、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectroscopy）が採用される。テラヘルツ時間領域分光法では、測定対象物を透過または反射したテラヘルツ光の時間波形データを取得し、この時間波形データからテラヘルツ領域でのスペクトルが算出される。そのため、テラヘルツ時間領域分光法では、測定精度を高めるためには、時間波形データの測定開始タイミングを適切に設定する必要がある。

例えば、特開２００９−３００１０９号公報（特許文献１）には、測定精度を向上させ得る光学遅延装置が開示されている。この光学遅延装置は、入射されるパルス光の光路長が短縮される方向又は延長される方向へ移動可能な可動ステージの移動方向に沿って配される等間隔の目盛りを検出したことを示すパルス信号に同期させて、テラヘルツ波検出部からパルス光のパルス間隔ごとに出力される信号を取り込むようにしている。

また、特開２００６−２６６９０８号公報（特許文献２）には、１回の時間遅延動作でノイズ成分を低減するための複数の時系列波形を得るテラヘルツパルス光測定装置が開示されている。

また、特表２００８−５１０９８０号公報（特許文献３）には、テラヘルツ時間領域分光法における複数のサンプル点にわたるインパルス波形平均化による散乱関連特性を抑制する方法が開示されている。

特開２００９−３００１０９号公報 特開２００６−２６６９０８号公報 特表２００８−５１０９８０号公報

テラヘルツ光を用いて測定される測定対象物は、含有されている成分が未知であったり、複数の成分が含まれていたりする場合がある。このような場合には、測定対象物の複数の位置にテラヘルツ光を照射してその特性値を順次測定する必要がある。

本発明の目的は、測定対象物の複数の位置における特性値を順次測定する場合に適した測定装置および測定方法を提供することである。

本発明のある局面に従う測定装置は、第１のパルス光に応答してテラヘルツ光を発生する照射部と、照射部から照射されて測定対象物に入射した後のテラヘルツ光を受光するとともに、第２のパルス光に応答して活性化される検出部と、第１のパルス光と第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部と、検出部から出力される検出信号を収集する処理部とを含む。処理部は、同期部により検出されたタイミングを基準として、検出信号から時間波形データを算出する手段と、測定対象物のうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する手段とを含む。

好ましくは、処理部は、互いに近似した複数の時間波形データから対応する特性値を算出する手段をさらに含む。

好ましくは、処理部は、時間波形データについての相関係数に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する。

好ましくは、処理部は、同期部により検出されたタイミングからピーク値が生じるまでの時間に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する。

好ましくは、処理部は、測定対象物についての測定結果に対して、互いに近似した時間波形データが算出された部分をオーバラップ表示する手段をさらに含む。

好ましくは、測定装置は、第１のパルス光を発生する光源と、光源が発生するパルス光の一部から第２のパルス光を発生する変換部と、光源から変換部までの光路上において往復運動することで、光路長を時間的に伸張する遅延部とをさらに含み、同期部は、遅延部が往復運動する経路上に配置された位置検出センサーを含む。

さらに好ましくは、測定装置は、テラヘルツ光が測定対象物に入射する位置を変化させる移動部をさらに含む。

さらに好ましくは、処理部は、遅延部による往復運動を継続した状態で、テラヘルツ光が測定対象物に入射する位置を連続的に変化させることで、測定対象物をトレースする。

本発明のある局面に従う測定方法は、第１のパルス光を発生してテラヘルツ光を測定対象物に入射させるステップと、第２のパルス光を発生して測定対象物に入射した後のテラヘルツ光を受光させるステップと、第１のパルス光と第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングをトリガーとして検出信号の収集を開始するステップと、収集された検出信号から時間波形データを算出するステップと、測定対象物のうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定するステップとを含む。

本発明によれば、測定対象物の複数の位置における特性値を順次測定する場合に適した測定装置および測定方法を実現できる。

本発明の実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置の概略構成図である。 図１に示すテラヘルツ領域測定装置の遅延ステージのより詳細な構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に従う演算装置の概略のハードウェア構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置によるサンプルの面測定の概要を示す模式図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置の制御構造を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置におけるグループ判別に係る処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置を用いた測定手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従う測定装置を用いた解析手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従う測定装置を用いて特性値を測定したサンプルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置を用いたサンプルの面測定の手順を示す図である。 図９に示すサンプルから測定された時間波形データの一例を示す図である。 図９に示すサンプルから測定された各グループを代表する時間波形データの一例を示す図である。 図９に示すサンプルのグループ分け処理の結果を示す図である。 図９に示すサンプルから測定されたグループ別の測定データの一例を示す図である。 図９に示すサンプルから測定されたグループ別の吸収スペクトルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に従う測定装置を用いたサンプルの面測定の手順の変形例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．概要＞
本実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置１（以下「測定装置１」とも記す）は、テラヘルツ光を用いて測定対象物（以下「サンプルＳＭＰ」とも記す）の特性値（典型的には、吸収スペクトル、複素屈折率のスペクトル、複素誘電率のスペクトルといった光学特性）を測定する。サンプルＳＭＰは、テラヘルツ光が入射する範囲に比較してより広い測定面を有しているものとする。測定装置１は、サンプルＳＭＰの複数の位置にテラヘルツ光を照射して、その特性値を示す時間波形データをそれぞれ算出する。

より具体的には、測定装置１は、第１のパルス光に応答してテラヘルツ光を発生する照射部と、照射部から照射されてサンプルＳＭＰに入射した後のテラヘルツ光を受光するとともに、第２のパルス光に応答して活性化される検出部とを含む。そして、測定装置１は、第１のパルス光と第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部を有しており、当該同期部により検出されたタイミングを基準として、検出信号から時間波形データをそれぞれ算出する。これにより、サンプルＳＭＰの複数の位置についてそれぞれ算出される時間波形データの間で、その基準タイミングを互いに同一にできる。

測定装置１は、基準タイミングが互いに同一である複数の時間波形データについて、互いに近似しているか否かを評価する。そして、測定装置１は、サンプルＳＭＰのうち互いに近似した時間波形データが算出された部分、すなわち同一の特性値を有していると考えられる部分を特定する。

このように同一の特性値を有していると考えられる部分を特定することで、例えば、サンプルＳＭＰに含まれている成分の数を判断することができ、あるいは、対応する時間波形データの間で統計的な処理を用いて測定精度を高めることができる。

＜Ｂ．装置構成＞
本実施の形態に従う測定装置１は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectroscopy）を用いて、サンプルＳＭＰの特性値を測定する。以下では、典型例として、テラヘルツ光をサンプルＳＭＰに入射させ、その透過光から特性値を示す時間波形データを取得する構成について説明する。なお、サンプルＳＭＰ表面で反射した反射光から特性値を示す時間波形データを取得する構成を採用してもよい。

図１は、本発明の実施の形態に従うテラヘルツ領域測定装置１の概略構成図である。図１を参照して、測定装置１は、演算装置２と、信号処理部４と、パルス光源１０と、ビームスプリッタ１４と、ライトチョッパー３２と、エミッタユニット２０と、検出ユニット４０と、ミラー４５，４６，４７，４８，４９と、軸外し放物面ミラー５０，５２，５４，５６と、サンプル台５８と、ＢＢＯ（Beta Barium Borate）結晶４２と、光センサー６０と、発振器６２と、遅延ステージ７０と、位置検出センサー８０とを含む。

パルス光源１０は、エミッタユニット２０および検出ユニット４０を駆動するためのパルス光Ｌ１を発生する。より具体的には、パルス光源１０は、フェムト秒（１０^−１５秒）オーダのパルス幅をもつパルス光Ｌ１（波長：１．５５μｍ）を発生し照射するレーザ光源である。なお、パルス光源１０におけるパルス光Ｌ１の発振周期は、数１０ＭＨｚ（数１０ｎ秒周期）オーダとすることが好ましい。

パルス光源１０から照射されたパルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ１４に入射すると、ライトチョッパー３２へ向かうパルス光Ｌ２と、遅延ステージ７０へ向かうパルス光Ｌ３とに分離される。パルス光Ｌ２は、エミッタユニット２０へ導かれて、エミッタユニット２０を励起するためのポンプ光として利用される。パルス光Ｌ３は、検出ユニット４０へ導かれて、検出ユニット４０を励起するためのプローブ光として利用される。

パルス光Ｌ２は、ライトチョッパー３２によって予め定められた周波数でオン／オフ変調される。すなわち、ライトチョッパー３２の回転周波数に応じて、パルス光Ｌ２は、時間的に遮断と透過とが繰り返される。この変調されたパルス光Ｌ２は、エミッタユニット２０へ入射する。

このライトチョッパー３２によるパルス光Ｌ２の変調は、測定ノイズを低減することを目的としており、後述するように、ライトチョッパー３２の回転周波数に対応する周波数を有するリファレンス信号と検出ユニット４０から出力される検出信号との間で積和計算することで、本来の測定値を取得する。すなわち、時間的に変調したテラヘルツ光を用いて測定を行なうことで、テラヘルツ光の測定過程や伝搬過程において侵入する雑音成分の影響を抑制する。

エミッタユニット２０は、パルス光Ｌ２に応答してテラヘルツ光を発生する照射部である。このエミッタユニット２０から発生したテラヘルツ光は、サンプル台５８に配置されたサンプルＳＭＰへ入射する。より具体的には、エミッタユニット２０から放射されるテラヘルツ光は、軸外し放物面ミラー５０および５２によって、サンプル台５８上に配置されたサンプルＳＭＰの所定位置へ導かれる。軸外し放物面ミラー５２は、テラヘルツ光をサンプル台５８上の所定位置に集光させる。

サンプルＳＭＰを透過したテラヘルツ光は、軸外し放物面ミラー５４および５６によって、検出ユニット４０へ導かれる。軸外し放物面ミラー５６は、テラヘルツ光を検出ユニット４０の受光位置に集光させる。

エミッタユニット２０は、パルス光とテラヘルツ光との変換作用を生じるデバイスであれば任意の構成を採用できる。例えば、4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate（ＤＡＳＴ）などの非線形光学結晶を用いることができる。あるいは、基板上に形成された平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとからなる光伝導スイッチを採用してもよい。光伝導スイッチとしては、ＧａＡｓ基板でＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させて得られるＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチを用いることができる。あるいは、ＩｎＡｓやＩｎＳｂからなる半導体を用いることができる。

サンプル台５８は、ＸＹステージとなっており、テラヘルツ光がサンプルＳＭＰに入射する位置を変化させる移動部に相当する。後述するように、サンプル台５８は、演算装置２からの指令に従って、テラヘルツ光をサンプルＳＭＰの異なる位置に入射させて、サンプルＳＭＰの面測定を行なう。

一方、ビームスプリッタ１４で分離されたパルス光Ｌ３は、ミラー４５，４６，４７，４８，４９を順次伝搬して、検出ユニット４０へ導かれる。

パルス光Ｌ３の伝搬経路上のミラー４６および４７は、遅延ステージ７０に配置されている。遅延ステージ７０は、図示しない駆動機構によって、紙面上下方向に往復運動するように構成されている。遅延ステージ７０の往復運動によって、ミラー４６および４７の位置が紙面上下方向に時間的に変化する。すなわち、遅延ステージ７０は、パルス光源１０からＢＢＯ結晶４２までの光路上において往復運動することで、光路長を時間的に伸張する遅延部に相当する。

遅延ステージ７０が往復運動する所定位置に位置検出センサー８０が配置されており、遅延ステージ７０が予め定められた位置に一致したタイミングで、測定開始信号を出力する。この位置検出センサー８０の詳細については、後述する。

遅延ステージ７０の駆動機構としては、リニアモータやボールネジ機構を採用することができる。遅延ステージ７０によって所定の遅延時間（光路差）が与えられたパルス光Ｌ４は、ＢＢＯ結晶４２へ入射し、その波長が変換される。ＢＢＯ結晶４２によって波長変換が行なわれたパルス光Ｌ５は、検出ユニット４０へ導かれる。パルス光Ｌ５は、検出ユニット４０の構造に応じた適切な波長（本例では、波長：７８０ｎｍ）を有する光である。すなわち、ＢＢＯ結晶４２は、パルス光源１０が発生するパルス光の一部からパルス光Ｌ５を発生する変換部である。

検出ユニット４０は、エミッタユニット２０から照射されてサンプルＳＭＰを透過した後のテラヘルツ光を受光する。このとき、検出ユニット４０は、パルス光Ｌ５に応答して活性化される。すなわち、パルス光Ｌ５が入射している期間において、検出ユニット４０は、受光しているテラヘルツ光の光量（強度）を示す検出信号を出力する。この検出信号は、信号処理部４へ出力される。

検出ユニット４０は、一方面にテラヘルツ光を受光し、他方面にパルス光Ｌ５を受光することで、電気信号である検出信号を出力する。この検出信号は、本来的に、テラヘルツ光の強度とパルス光Ｌ５の強度との積に応じた値となるが、パルス光Ｌ５のオン時の強度は一定とみなすことができるので、検出信号は、実質的にテラヘルツ光の強度を示すものとなる。

検出ユニット４０としては、パルス光とテラヘルツ光との変換作用を生じるデバイスであれば任意の構成を採用できる。一例として、基板上に形成された平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとからなる光伝導スイッチを採用することができる。エミッタユニット２０と同様に、ＺｎＴｅなどの電気光学結晶を採用することもできる。あるいは、熱型の光強度検出器であるボロメータを採用することもできる。

光センサー６０は、ライトチョッパー３２のオン／オフタイミングを光学的に検出し、その検出結果を発振器６２へ出力する。発振器６２は、光センサー６０からの検出結果に従って、ライトチョッパー３２の回転周波数（パルス光Ｌ２の変調周波数）に対応するリファレンス信号を生成する。

検出ユニット４０から出力される検出信号、発振器６２から出力されるリファレンス信号、および位置検出センサー８０から出力される測定開始信号は、信号処理部４へ入力される。信号処理部４は、検出信号およびリファレンス信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換し、その変換後のデジタルデータを演算装置２へ出力する。信号処理部４は、典型的には、汎用的なＡ／Ｄ変換ボードで構成することもできる。測定開始信号は、デジタルデータ収集の開始トリガーとして用いられる。すなわち、測定開始信号が入力されると、信号処理部４の内部バッファへのＡ／Ｄ変換後のデジタルデータの蓄積が開始される。

演算装置２は、信号処理部４から出力される値を取り込んで、サンプルＳＭＰの特性値を示す時間波形データを算出する。すなわち、信号処理部４および演算装置２は、検出ユニット４０から出力される検出信号（生データ）を収集する。

より具体的には、演算装置２は、ライトチョッパー３２の回転周波数に対応するリファレンス信号と検出信号とを積和計算（位相検波計算）することにより、遅延ステージ７０の各位置に対応する時間波形データを算出する。さらに、演算装置２は、算出された時間波形データに対して離散フーリエ変換などを行なうことで、周波数領域の特性値（例えば、振幅スペクトルおよび位相スペクトル）を算出する。なお、算出された時間波形データは、その時間軸が伸張されているので、離散フーリエ変換などの演算処理においては、この時間軸を実時間に補正した上で、演算処理が実行される。

＜Ｃ．遅延ステージ＞
本実施の形態に従う測定装置１は、遅延ステージ７０を用いることで、サンプルＳＭＰを透過したテラヘルツ光の時間波形データの測定をより容易化する。すなわち、テラヘルツ光の発生に用いられるパルス光Ｌ２のパルス幅は、フェムト（１０^−１５）秒オーダであるため、時間波形をそのまま測定することは非常に困難である。そこで、検出ユニット４０を活性化するタイミング（位相）を時間的に変化させつつ複数回にわけて測定することで、時間軸を伸張した時間波形データを取得する。

上述したように、検出ユニット４０は、テラヘルツ光およびパルス光Ｌ５がともに入射したタイミングで検出信号を出力するので、テラヘルツ光に対するパルス光Ｌ５の位相をずらすことで、対応する位相におけるテラヘルツ光の光量（強度）を測定できる。

すなわち、遅延ステージ７０が所定速度で紙面上下方向に往復運動することで、ミラー４６および４７の位置が変化し、これによってビームスプリッタ１４から検出ユニット４０までの伝搬経路長が時間的に変化する。この遅延ステージ７０の位置変化に応じて、パルス光Ｌ２によって発生するテラヘルツ光が検出ユニット４０に入射するタイミングと、パルス光Ｌ５が検出ユニット４０に入射するタイミングとの間の時間差（遅延時間）が時間的に変化する。一般的にパルス光Ｌ５のパルス幅（１０^−１５秒オーダ）に比較して、テラヘルツ光のパルス幅はより長いので、パルス光Ｌ５の位相を周期毎に順次ずらすことで、特定タイミングにおけるテラヘルツ光の強度を測定できる。

具体的な一例として、パルス光源１０が５０ＭＨｚの発振周波数（発振周期２０ｎ秒）でパルス光Ｌ１を発生し、遅延ステージ７０が１ｍｍ／秒で移動する場合を考える。この遅延ステージ７０の移動によって、パルス光Ｌ５の伝搬経路長は、２×１ｍｍ／秒で変化することになる。ここで、パルス光Ｌ５の伝搬経路は、遅延ステージ７０の往復分に相当することになる。測定周期（隣接する測定点の時間間隔）を４０ｎｓ（４０×１０^−９秒）とすると、テラヘルツ光に対するパルス光Ｌ５の位相は、ある測定点とこれに続く測定点との間で、２．６７×１０^−１９秒だけずれることになる。この場合には、テラヘルツ光の時間波形データを２．６７×１０^−１９秒間隔でサンプリング測定できることを意味する。

＜Ｄ．同期部＞
本実施の形態に従う測定装置１は、サンプルＳＭＰのうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する。そのため、算出される時間波形データの間で、測定条件を互いに同一とするための構成が採用される。より具体的には、テラヘルツ光を発生するためのパルス光Ｌ２と検出ユニット４０を活性化するためのパルス光Ｌ５との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出し、この検出されたタイミングを基準（開始トリガー）として、検出信号およびレファレンス信号の生データの取り込みが開始される。このように取り込まれた生データを用いて、積和計算（位相検波計算）が行なわれることで、各測定における時間波形データが算出される。共通のタイミングを基準（開始トリガー）とすることで、時間波形データ同士の比較や複数の時間波形データについての統計処理を行なうことができる。

図１に示す測定装置１においては、遅延ステージ７０が、テラヘルツ光を発生するためのパルス光Ｌ２と検出ユニット４０を活性化するためのパルス光Ｌ５との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部を構成する。

図２は、図１に示すテラヘルツ領域測定装置１の遅延ステージ７０のより詳細な構成を示す模式図である。図２（ａ）を参照して、コーナーリフレクターであるミラー４６および４７（図１）が設けられた遅延ステージ７０は、リニアステージレール８１上にスライド可能に配置されたリニアステージ可動子８２と連結されている。リニアステージ可動子８２がスライドすることにより、遅延ステージ７０が往復運動することになる。遅延ステージ７０が紙面左方向に移動することで、入射光から反射光へ至る光路に光路差が追加される。

リニアステージ可動子８２には、センサー検出板８３が配置されている。センサー検出板８３を検出するための、原点センサー８５、往路トリガーセンサー８６、および復路トリガーセンサー８７が、リニアステージ可動子８２の移動方向（スライド方向）に沿って配置されている。これらのセンサーは、センサー検出板８３（リニアステージ可動子８２）が対応する位置に到達すると、オフからオンの状態へ遷移する。この状態遷移が測定開始信号として利用される。図１に示す位置検出センサー８０としては、往路トリガーセンサー８６および復路トリガーセンサー８７を含む。位置検出センサー８０は、センサー検出板８３の通過による透過光の遮断を検出する光学センサーなどを用いることができる。あるいは、センサー検出板８３を用いることなく、リニアステージ可動子８２と連結されたパルス発生器からのパルス数に基づいて位置を検出するようにしてもよい。

図２（ｂ）は、原点センサー８５、往路トリガーセンサー８６、および復路トリガーセンサー８７の位置関係を示す図である。

まず、本実施の形態に従う測定装置１における時間波形データの算出手順についての理解を容易化するため、一般的な時間波形データの算出手順について説明する。

一般的な時間波形データの算出手順としては、ライトチョッパー３２の回転周波数に対応するリファレンス信号と検出信号とを積和計算する位相検波回路が採用される。この位相検波回路は、遅延ステージ７０の位置に依存することなく、時間波形データの算出処理を連続的に実行する。

演算装置２は、遅延ステージ７０の移動開始タイミングを基準にして、位相検波回路から出力される位相検波データ（光強度）を周期的に収集することで、一つの時間波形データを算出する。具体的には、まず、位置再現性を確保するため、原点センサー８５を用いて遅延ステージ７０を初期化する。初期化後、遅延ステージ７０は、初期位置Ｐ０１への移動を開始する。演算装置２は、遅延ステージ７０を初期位置Ｐ０１から移動位置Ｐ００へ一定速度で移動させる。遅延ステージ７０の初期位置Ｐ０１から移動位置Ｐ００への移動中、演算装置２は、位相検波回路から出力される位相検波データを周期的に収集することで、一つの時間波形データを算出する。遅延ステージ７０が移動位置Ｐ００へ到達すると、初期位置Ｐ０１へ戻される。なお、遅延ステージ７０が初期位置Ｐ０１へ戻る過程においては、位相検波データの収集は行なわれない。

同様の手順で、初期位置Ｐ０１からの動作が繰り返される。
しかしながら、上述したような一般的な時間波形データの算出手順では、以下のような不利益がある。

遅延ステージ７０を比較的低速で動作させる場合には、測定毎の時間波形データの開始点はずれることなく一致し得る。しかしながら、遅延ステージ７０を比較的高速で動作させた場合には、光強度を測定できる期間が短くなり、それに伴って、その測定期間の長さに対する遅延ステージ７０の動作開始タイミングのバラツキによる影響が大きくなる。その結果、測定毎に算出される時間波形データに現れるピーク位置にずれを生じることとなる。

したがって、上述したような一般的な時間波形データの算出手順では、遅延ステージ７０の動作速度を高めて測定時間を短縮化しようとすると、時間波形データの時間軸再現性が悪化する。その結果、時間波形データ同士を比較したり積算したりすることができない。

そこで、本実施の形態に従う測定装置１は、検出信号およびレファレンス信号を生データとして取り込み、その後、必要な処理を行なう構成を採用する。この生データの取り込み開始を示す測定開始信号としては、遅延ステージ７０に取り付けた位置検出センサー８０（往路トリガーセンサー８６および復路トリガーセンサー８７）からの信号を用いる。すなわち、パルス光Ｌ２とパルス光Ｌ５との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部は、遅延ステージ７０が往復運動する経路上に配置された位置検出センサー８０を含む。

より具体的には、図２（ｂ）に示すように、往路トリガーセンサー８６は、初期位置Ｐ０１から移動位置Ｐ００側へ所定距離だけ離れた位置に設けられ、復路トリガーセンサー８７は、移動位置Ｐ００から初期位置Ｐ０１側へ所定距離だけ離れた位置に設けられる。

遅延ステージ７０が初期位置Ｐ０１から移動位置Ｐ００へ移動する場合には、往路トリガーセンサー８６からの信号が測定開始信号として用いられる。また、遅延ステージ７０が移動位置Ｐ００から初期位置Ｐ０１へ移動する場合には、復路トリガーセンサー８７からの信号が測定開始信号として用いられる。それぞれの信号（測定開始信号）は、信号処理部４（典型的には、Ａ／Ｄ変換ボード）の外部トリガーとして入力される。Ａ／Ｄ変換ボードは、この外部トリガーに応じて、検出信号およびレファレンス信号の取り込みを開始する。

このように、検出信号およびレファレンス信号の生データを取込むことで、測定開始から終了までのすべての検出信号を時間波形データの算出に使用できるので、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise）比を向上させることができる。

また、位置検出センサー８０（往路トリガーセンサー８６および復路トリガーセンサー８７）からの信号を測定開始信号とすることで、遅延ステージ７０の移動速度を高めても、時間軸再現性が維持された時間波形データを算出できる。

すなわち、遅延ステージ７０を比較的高速で動作させるとともに、往路での測定（初期位置Ｐ０１から移動位置Ｐ００への移動）と、復路での測定（移動位置Ｐ００から初期位置Ｐ０１への移動）との両方で、時間再現性のある時間波形データをそれぞれで算出できる。このように、遅延ステージ７０の往路および復路の両方で時間波形データを算出できるので、サンプルＳＭＰの面測定を短時間で行なうことができる。

なお、往路において算出された時間波形データと復路において算出された時間波形データとの間の時間差は一定であるので、それぞれの経路において取り込まれた生データに対して、既知のオフセット時間で補正することで、時間軸を一致させることができる。

＜Ｅ．演算装置＞
次に、本実施の形態に従う演算装置２について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に従う演算装置２の概略のハードウェア構成を示す模式図である。図３を参照して、演算装置２は、代表的にコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２００と、ＣＰＵ２００でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ２１２と、ＣＰＵ２００で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２１０とを含む。また、ハードディスク２１０には、後述するような処理を実現するためのプログラムが予め記憶されており、このようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１４によって、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）２１４ａなどから読取られる。

ＣＰＵ２００は、キーボードやマウスなどからなる入力部２０８を介してユーザなどからの指示を受け取るとともに、プログラムの実行によって測定される測定結果などをディスプレイ２０４などへ出力する。また、ＣＰＵ２００は、インターフェイス部２０６を介して、サンプル台５８および遅延ステージ７０などとの間でデータ通信を行なう。

信号処理部４を汎用的なＡ／Ｄ変換ボードで構成する場合には、バス２０２を介して、ＣＰＵ２００と直接的に接続されるようにしてもよい。

なお、機能の一部または全部を専用のハードウェアで実現してもよい。
＜Ｆ．面測定＞
本実施の形態に従う測定装置２は、サンプルＳＭＰの面測定に好適である。より具体的には、ＸＹステージであるサンプル台５８上に配置されたサンプルＳＭＰをＸ軸方向およびＹ軸方向に適宜移動させつつ、サンプルＳＭＰの複数の位置（以下「測定ポイント」とも記す）についての特性値を測定する。以下、このような面測定を行なう場合の制御構造および制御手順を典型例として説明する。

図４は、本発明の実施の形態に従う測定装置１によるサンプルＳＭＰの面測定の概要を示す模式図である。図４に示すように、サンプルＳＭＰの測定面に対して、テラヘルツ光が入射する測定ポイントをＸ軸方向およびＹ軸方向に順次移動させて、測定を行なう。

上述したように、検出信号（時間波形データ）の測定には、遅延ステージ７０を少なくとも一方向に移動させる必要があるため、原則として、サンプルＳＭＰの測定面の各測定ポイントにおいて、テラヘルツ光が入射している状態を保持したまま、遅延ステージ７０を移動させて検出信号を測定することになる。そのため、サンプルＳＭＰの面測定に要する総測定時間は、おおよそ以下のようになる。

（総測定時間）＝（各測定ポイントでの測定時間＋次の測定ポイントへの移動時間）×測定ポイント数
そのため、総測定時間を短縮化するため、各サンプル点で静止することなく、サンプルＳＭＰの測定面の走査を連続的に行ないつつ、検出信号を測定してもよい。すなわち、遅延ステージ７０による往復運動を継続した状態で、テラヘルツ光がサンプルＳＭＰへ入射する位置を連続的に変化させることで、サンプルＳＭＰをトレースしてもよい。この場合には、測定された検出信号に関連付けられる測定ポイントを、当該測定された検出信号の開始タイミングから終了タイミングまでの軌跡の中心位置などに関連付けることで、各サンプル点で静止させた場合と同様の処理を適用できる。

あるいは、粗密の複数段階で測定ポイントを設定してもよい。すなわち、最初の面測定においては、比較的広い間隔で測定ポイントを設定した上で、検出信号を測定し、次の面測定においては、重点的に調査すべき範囲を特定して、その範囲内に比較的狭い間隔で測定ポイントを設定した上で、検出信号を再度測定する。このような方法を採用することで、測定時間を短縮しつつ、サンプルＳＭＰの必要な範囲についての情報を確実に測定できる。

＜Ｇ．制御構造＞
次に、本実施の形態に従う測定装置１の制御構造について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に従う測定装置１の制御構造を示すブロック図である。図５に示すブロックのうち信号処理部４を除く各ブロックは、典型的には、演算装置２のＣＰＵ２００がメモリ２１２やハードディスク２１０などのハードウェアリソースを使用してプログラムを実行することで実現される。

図５を参照して、測定装置１は、その制御構造として、バッファ１００と、位相検波モジュール１０６と、時間波形データ格納部１０８と、サンプル台制御モジュール１１２と、グループ判別モジュール１１４と、統計処理モジュール１２０と、周波数変換モジュール１２２と、特性値算出モジュール１２４とを含む。

開始トリガーとしての測定開始信号が信号処理部４へ入力されて、信号処理部４がリファレンス信号および検出信号（デジタルデータ）のそれぞれの出力を開始すると、バッファ１００は、それらのデジタルデータを格納する。より具体的には、バッファ１００は、リファレンス信号格納領域１０２と、検出信号格納領域１０４とを含み、それぞれの信号の時間波形データを格納する。

位相検波モジュール１０６は、リファレンス信号格納領域１０２に格納されたリファレンス信号と、検出信号格納領域１０４に格納された検出信号との積和計算（位相検波計算）を実行することにより、サンプルＳＭＰの測定ポイントの特性値を示す時間波形データを算出する。上述したように、位相検波モジュール１０６に入力されるリファレンス信号および検出信号は、開始トリガーの入力タイミングを基準とした時系列データとなる。すなわち、位相検波モジュール１０６は、同期部として機能する位置検出センサー８０により検出されたタイミングを基準として、検出信号から時間波形データを算出する。

サンプル台制御モジュール１１２は、サンプル台５８へ位置指令を与えて、サンプルＳＭＰ上に測定ポイントを適宜設定する。サンプル台制御モジュール１１２は、測定ポイントを示す座標値（ｘ，ｙ）を時間波形データ格納部１０８へ出力する。

時間波形データ格納部１０８は、位相検波モジュール１０６によって算出された時間波形データを、設定されている測定ポイントの座標値と関連付けて格納する。すなわち、時間波形データ格納部１０８には、測定ポイントの座標値（ｘ，ｙ）と関連付けられた時間波形データ１１０（以下「ｆ（ｔ：ｘ，ｙ）」とも記す）が格納される。

グループ判別モジュール１１４は、サンプルＳＭＰに設定される複数の測定ポイントの各々について算出された時間波形データ１１０に対して、その時間波形の近似性などに基づいてグループ分け処理を行なう。すなわち、グループ判別モジュール１１４は、サンプルＳＭＰのうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する。そして、グループ判別モジュール１１４は、サンプルＳＭＰの測定ポイントの各々がいずれのグループに属するのかを示すグループ区分情報を統計処理モジュール１２０へ出力する。

より具体的には、グループ判別モジュール１１４は、相関係数算出モジュール１１６と、ピーク時間算出モジュール１１８とを含む。

相関係数算出モジュール１１６は、時間波形データについての相関係数を算出する。ピーク時間算出モジュール１１８は、同期部として機能する位置検出センサー８０により検出されたタイミングからピーク値が生じるまでの時間（ピーク時間）を算出する。グループ判別モジュール１１４は、時間波形データについての相関係数、および／または、ピーク時間に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する。これらの処理について、図６を参照して、より詳細に説明する。

図６は、本発明の実施の形態に従う測定装置１におけるグループ判別に係る処理を説明するための図である。図６を参照して、相関係数算出モジュール１１６は、２つの時間波形データの波形全体についての相関係数を算出する。ピーク時間算出モジュール１１８は、各時間波形データについて、開始トリガーが与えられたタイミングから最初のピークが現れるまでの時間を算出する。

図５に戻って、統計処理モジュール１２０は、グループ判別モジュール１１４からのグループ区別情報に基づいて、同一のグループに属する時間波形データ１１０について統計処理を行なう。より具体的には、統計処理モジュール１２０は、同一のグループに属する時間波形データ１１０の間で平均化処理を行なって、当該グループの特性値を示す時間波形データを算出する。すなわち、統計処理モジュール１２０は、グループ別に、各グループを代表する時間波形データを出力する。

周波数変換モジュール１２２は、統計処理モジュール１２０から出力される時間波形データに対して、周波数変換を行なって、周波数領域の情報を生成する。典型的には、周波数変換モジュール１２２は、時間波形データに対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）を行なって、振幅スペクトルおよび位相スペクトルを算出する。

特性値算出モジュール１２４は、周波数変換モジュール１２２で算出された振幅スペクトルおよび位相スペクトルに基づいて、各グループの特性値を算出する。より具体的には、特性値算出モジュール１２４は、算出された振幅スペクトルに基づいて、対応するグルールの吸収スペクトルを算出する。あるいは、特性値算出モジュール１２４は、算出された振幅スペクトルおよび位相スペクトルに基づいて、サンプルＳＭＰの厚みを用いて、複素屈折率および／または複素誘電率のスペクトルを算出する。特性値算出モジュール１２４は、算出されたそれぞれの測定結果を出力する。

すなわち、統計処理モジュール１２０、周波数変換モジュール１２２、および特性値算出モジュール１２４は、互いに近似した複数の時間波形データから対応するグループについての特性値を算出する。

＜Ｈ．測定手順および解析手順＞
次に、本実施の形態に従う測定装置１を用いた測定手順および解析手順について説明する。

図７は、本発明の実施の形態に従う測定装置１を用いた測定手順を示すフローチャートである。図８は、本発明の実施の形態に従う測定装置を用いた解析手順を示すフローチャートである。図７および図８に示す測定手順および解析手順についての理解を容易にするため、一例として、図９に示すようなサンプルＳＭＰに対する実際の測定結果と併せてその内容を説明する。

（ｈ１：サンプルＳＭＰの一例）
図９は、本発明の実施の形態に従う測定装置１を用いて特性値を測定したサンプルＳＭＰの一例を示す図である。図９に示すように、サンプルＳＭＰの一例として、ポリエチレンをベースとして、Ｄ−マルトース、Ｄ−ラクトース、Ｌ−グルタミン酸をそれぞれ重量比２５％で混合して錠剤化したものを用いた。ベースのポリエチレンのみの錠剤を含めて４種類を図９に示すように配置し、ポリエチレンの袋で覆い、かつ各錠剤間をホッチキスで止めたものを用いた。

（ｈ２：測定処理）
図１０は、本発明の実施の形態に従う測定装置１を用いたサンプルＳＭＰの面測定の手順を示す図である。図１０に示すように、測定ポイントをＸ軸に沿って順次更新（移動）するとともに、測定ポイントの更新が完了すると即座に遅延ステージ７０の往復運動を開始し、往路および復路のそれぞれで算出された時間波形データを用いて、対応する測定ポイントの特性値を算出する。すなわち、サンプル台５８（ＸＹステージ）を目的の測定ポイントまで移動させた後に停止させ、当該測定ポイントにおける時間波形データの測定（Ａ／Ｄ測定）を行なう。この場合、遅延ステージ７０の一動作（往路または復路）で１つの測定ポイントについての時間波形データが取得される。

サンプルＳＭＰの測定面におけるテラヘルツ光の入射位置は、上述の図４に示すように変化するものとする。

これらの手順は、図７のステップＳ１００〜Ｓ１２６として示される。すなわち、演算装置２は、測定開始の指令を受けると、サンプル台５８へ位置指令を与えて、サンプルＳＭＰを第１番目の測定ポイントへ移動させる（ステップＳ１００）。これにより、サンプルＳＭＰの第１番目の測定ポイントへテラヘルツ光が入射するようになる。このとき、演算装置２は、必要に応じて、パルス光源１０を起動してパルス光Ｌ１の発生を開始させる。すなわち、演算装置２は、パルス光を発生してテラヘルツ光をサンプルＳＭＰに入射させるとともに、パルス光を発生してサンプルＳＭＰに入射した後のテラヘルツ光を受光させる。

続いて、演算装置２は、信号処理部４へ制御指令を与えて、信号処理部４によるＡ／Ｄ変換を開始させる（ステップＳ１０２）。続いて、演算装置２は、遅延ステージ７０へ往路側の移動の開始指令を与える（ステップＳ１０４）。これにより、演算装置２が往路側への移動を開始する。この状態において、演算装置２および信号処理部４は、測定開始信号（開始トリガー）の入力待ちになる。

信号処理部４は、往路トリガーセンサー８６（図２）からの測定開始信号（開始トリガー）が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１０６）。往路トリガーセンサー８６からの測定開始信号が入力されていない場合（ステップＳ１０６においてＮＯの場合）、ステップＳ１０６以下の処理が繰り返される。

これに対して、往路トリガーセンサー８６からの測定開始信号が入力された場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳの場合）、信号処理部４は、検出信号およびリファレンス信号のＡ／Ｄ変換後のデジタルデータ（生データ）の内部バッファへの蓄積を開始するとともに、演算装置２は、当該生データの収集を開始する（ステップＳ１０８）。遅延ステージ７０の往路における生データの収集が完了すると、演算装置２は、サンプル台５８へ位置指令を与えて、サンプルＳＭＰを第２番目の測定ポイントへ移動させる（ステップＳ１１０）。これにより、サンプルＳＭＰの第２番目の測定ポイントへテラヘルツ光が入射するようになる。

このサンプルＳＭＰの移動と並行して、演算装置２は、ステップＳ１０８において収集した検出信号とリファレンス信号とを積和計算（位相検波計算）することにより、往路についての時間波形データを算出する（ステップＳ１１２）。

続いて、演算装置２は、信号処理部４へ制御指令を与えて、信号処理部４によるＡ／Ｄ変換を開始させる（ステップＳ１１４）。続いて、演算装置２は、遅延ステージ７０へ復路側の移動の開始指令を与える（ステップＳ１１６）。これにより、演算装置２が復路側への移動を開始する。この状態において、演算装置２および信号処理部４は、測定開始信号（開始トリガー）の入力待ちになる。

信号処理部４は、復路トリガーセンサー８７（図２）からの測定開始信号（開始トリガー）が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１１８）。復路トリガーセンサー８７からの測定開始信号が入力されていない場合（ステップＳ１１８においてＮＯの場合）、ステップＳ１１８以下の処理が繰り返される。

これに対して、復路トリガーセンサー８７からの測定開始信号が入力された場合（ステップＳ１１８においてＹＥＳの場合）、信号処理部４は、検出信号およびリファレンス信号のＡ／Ｄ変換後のデジタルデータ（生データ）の内部バッファへの蓄積を開始するとともに、演算装置２は、当該生データの収集を開始する（ステップＳ１２０）。遅延ステージ７０の復路における生データの収集が完了すると、演算装置２は、サンプルＳＭＰのすべての測定ポイントについての測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１２２）。測定が完了していない測定ポイントがある場合（ステップＳ１２２においてＮＯの場合）には、演算装置２は、サンプル台５８へ位置指令を与えて、サンプルＳＭＰを次の測定ポイントへ移動させる（ステップＳ１２４）。そして、ステップＳ１０２以下の処理が繰り返される。

このサンプルＳＭＰの移動と並行して、演算装置２は、ステップＳ１２０において収集した検出信号とリファレンス信号とを積和計算（位相検波計算）することにより、復路についての時間波形データを算出する（ステップＳ１２６）。

すべての測定ポイントについての測定が完了した場合（ステップＳ１２２においてＹＥＳの場合）には、サンプルＳＭＰに対する測定処理は完了し、後述する解析処理が開始される。

このように、演算装置２は、テラヘルツ光を発生するためのパルス光とテラヘルツ光を受光するためのパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングをトリガーとして検出信号の収集を開始する。

図１１は、図９に示すサンプルＳＭＰから測定された時間波形データの一例を示す図である。図１１（ａ）には、サンプルＳＭＰの各測定ポイントにおける時間波形データをイメージ化した図を示し、図１１（ｂ）には、ある測定ポイントの時間波形データを示す。

このように、サンプルＳＭＰのＸＹ平面上の各測定ポイントについて、時間波形データが算出される。すなわち、演算装置２は、収集された検出信号から時間波形データを算出する。

（ｈ３：解析処理）
演算装置２は、解析処理として、まずグループ分け処理を実行する。本実施の形態においては、一例として、時間波形データについての相関係数、または、位置検出センサー８０により検出されたタイミングからピーク値が生じるまでの時間（ピーク時間）に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する。

図８を参照して、演算装置２は、グループ分け処理に使用されるパラメータを判断する（ステップＳ１２８）。ピーク値がグループ分け処理に使用されることが選択されると（ステップＳ１２８において「ピーク値」）、ステップＳ１３０〜Ｓ１３８の処理が実行される。これに対して、相関係数がグループ分け処理に使用されることが選択されると（ステップＳ１２８において「相関係数」）、ステップＳ１４０〜Ｓ１４８の処理が実行される。

ピーク値に基づくグループ分け処理が選択された場合には、演算装置２は、算出した各時間波形データについて、開始トリガーが与えられてからピーク値が生じるまでの時間（ピーク時間）を算出する（ステップＳ１３０）。演算装置２は、任意の測定ポイントを注目ポイントに設定し（ステップＳ１３２）、当該注目ポイントの時間波形データとほぼ同一のピーク時間を有する時間波形データが測定された測定ポイントを、注目ポイントと同一のグループに属すると判断する（ステップＳ１３４）。ステップＳ１３４の処理が完了すると、演算装置２は、いずれのグループにも属していない測定ポイントのうち、未だに注目ポイントに設定されていないものがあるか否かを判断する（ステップＳ１３６）。未だに注目ポイントに設定されていないものがある場合（ステップＳ１３６においてＹＥＳの場合）には、演算装置２は、新たな測定ポイントを注目ポイントに設定し（ステップＳ１３８）、ステップＳ１３４以下の処理を再度実行する。

これに対して、いずれのグループにも属していない測定ポイントのすべてが注目ポイントに設定済みである場合（ステップＳ１３６においてＮＯの場合）には、グループ分け処理は終了する。

一方、相関係数に基づくグループ分け処理が選択された場合には、演算装置２は、任意の測定ポイントを注目ポイントに設定し（ステップＳ１４０）、当該注目ポイントの時間波形データと他の測定ポイントの時間波形データとの間の相関係数をそれぞれ算出する（ステップＳ１４２）。演算装置２は、ステップＳ１４２において算出された相関係数が相対的に高い測定ポイントを、注目ポイントと同一のグループに属すると判断する（ステップＳ１４４）。ステップＳ１４４の処理が完了すると、演算装置２は、いずれのグループにも属していない測定ポイントのうち、未だに注目ポイントに設定されていないものがあるか否かを判断する（ステップＳ１４６）。未だに注目ポイントに設定されていないものがある場合（ステップＳ１４６においてＹＥＳの場合）には、演算装置２は、新たな測定ポイントを注目ポイントに設定し（ステップＳ１４８）、ステップＳ１４２以下の処理を再度実行する。

これに対して、いずれのグループにも属していない測定ポイントのすべてが注目ポイントに設定済みである場合（ステップＳ１４６においてＮＯの場合）には、グループ分け処理は終了する。

図１２は、図９に示すサンプルＳＭＰから測定された各グループを代表する時間波形データの一例を示す図である。図１３は、図９に示すサンプルＳＭＰのグループ分け処理の結果を示す図である。

図９に示すサンプルＳＭＰには４種類の成分が含まれているので、図１２に示すように、それぞれの成分を代表する時間波形データが選択され、それぞれの時間波形データに近似した時間波形データを有する部分が同一のグループに区分けされる。

図１３には、図１２に示す時間波形データの各々を基準として算出された相関係数をイメージ化した図を示す。図１３に示すスケールは、相関係数の大きさを意味する。さらに、図１３に示すように、同一のグループに属する領域が他の領域と区別可能な態様で表示されてもよい。すなわち、演算装置２は、サンプルＳＭＰのうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する。

さらに、図１３に示すように、演算装置２は、サンプルＳＭＰについての測定結果に対して、互いに近似した時間波形データが算出された部分（図１３の□表示）をディスプレイ上などでオーバラップ表示してもよい。

以上のようにグループ分け処理が完了すると、各グループに属する時間波形データに対して統計処理が行なわれた後、ステップＳ１５０〜Ｓ１６０に示すように、特性値の算出処理が実行される。

図８を参照して、演算装置２は、サンプルＳＭＰの第１番目のグループに属する時間波形データの間で平均化処理を行ない（ステップＳ１５０）、続いて、平均化後の時間波形データに対して周波数変換処理（典型的には、離散フーリエ変換処理）を行ない、振幅スペクトルおよび位相スペクトルを算出する（ステップＳ１５２）。

続いて、演算装置２は、ステップＳ１５２において算出された振幅スペクトルから吸収スペクトルを算出する（ステップＳ１５４）。さらに、演算装置２は、サンプルＳＭＰの厚みを用いて、ステップＳ１５２において算出された振幅スペクトルおよび位相スペクトルから、サンプルＳＭＰの複素屈折率および／または複素誘電率のスペクトルを算出する（ステップＳ１５６）。

続いて、演算装置２は、サンプルＳＭＰのすべてのグループについて特性値の算出が完了したか否かを判断する（ステップＳ１５８）。特性値の算出が完了していないグループがある場合（ステップＳ１５８においてＮＯの場合）には、演算装置２は、次のグループを選択し、ステップＳ１５０以下の処理を再度実行する。

これに対して、すべてのグループについての特性値の算出が完了した場合（ステップＳ１５８においてＹＥＳの場合）には、算出したそれぞれのグループについての特性値を出力（ステップＳ１６０）し、処理は終了する。

図１４は、図９に示すサンプルＳＭＰから測定されたグループ別の測定データの一例を示す図である。図１４（ａ）は、グループ内で平均化した時間波形データを示し、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す平均化した時間波形データから算出された振幅スペクトルを示し、図１４（ｃ）に示す平均化した時間波形データから算出された位相スペクトルを示す。

図１５は、図９に示すサンプルＳＭＰから測定されたグループ別の吸収スペクトルの一例を示す図である。

図１４および図１５に示すように、同一のグループに属する時間波形データを統計処理することで、よりノイズの少ない測定結果を得ることができる。

＜Ｉ．測定手順の変形例＞
上述の図１０に示すフローチャートにおいては、サンプル台５８（ＸＹステージ）を目的の測定ポイントまで移動させた後に停止させ、当該測定ポイントにおける時間波形データの測定（Ａ／Ｄ測定）を行なう測定手順について説明した。これに対して、サンプル台５８（ＸＹステージ）をいずれかの軸（典型的には、Ｘ軸）に沿って更新（移動）させながら、時間波形データの測定（Ａ／Ｄ測定）を行なってもよい。すなわち、測定ポイントの更新と時間波形データの測定とを並行して行う。このような測定方法を採用することで、総測定時間をより短縮化できる。この場合にも、遅延ステージ７０の一動作（往路または復路）で１つの測定ポイント（厳密には、測定中も移動しているので、ある測定ポイントを中心とする所定範囲）についての時間波形データが取得される。

図１６は、本発明の実施の形態に従う測定装置１を用いたサンプルＳＭＰの面測定の手順の変形例を示す図である。図１６を参照して、演算装置２は、測定開始の指令を受けると、サンプル台５８へ位置指令を与えて、サンプルＳＭＰの第１番目の測定ポイントへ移動を指示する（ステップＳ２００）。これにより、サンプル台５８は、Ｘ軸についての測定範囲内での移動を開始する。このとき演算装置２は、必要に応じて、パルス光源１０を起動してパルス光Ｌ１の発生を開始させる。

続いて、演算装置２は、信号処理部４へ制御指令を与えて、信号処理部４によるＡ／Ｄ変換を開始させる（ステップＳ２０２）。この状態において、演算装置２および信号処理部４は、測定開始信号（開始トリガー）の入力待ちになる。

続いて、演算装置２は、サンプルＳＭＰが第１番目の測定ポイントへ到着したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。サンプルＳＭＰが第１番目の測定ポイントへ到着していない場合（ステップＳ２０４においてＮＯの場合）、ステップＳ２０４の処理が繰り返される。

これに対して、サンプルＳＭＰが第１番目の測定ポイントへ到着した場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳの場合）、演算装置２は、遅延ステージ７０へ往路側の移動の開始指令を与える（ステップＳ２０６）。これにより、演算装置２が往路側への移動を開始する。なお、サンプルＳＭＰ（サンプル台５８）は、第１番目の測定ポイントへ到着した後も、第１番目の測定ポイントへ留まることなく移動を継続している。

信号処理部４は、往路トリガーセンサー８６（図２）からの測定開始信号（開始トリガー）が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２０８）。往路トリガーセンサー８６からの測定開始信号が入力されていない場合（ステップＳ２０８においてＮＯの場合）、ステップＳ２０８以下の処理が繰り返される。

これに対して、往路トリガーセンサー８６からの測定開始信号が入力された場合（ステップＳ２０８においてＹＥＳの場合）、信号処理部４は、検出信号およびリファレンス信号のＡ／Ｄ変換後のデジタルデータ（生データ）の内部バッファへの蓄積を開始するとともに、演算装置２は、当該生データの収集を開始する（ステップＳ２１０）。遅延ステージ７０の往路における生データの収集が完了すると、演算装置２は、サンプルＳＭＰが第２番目の測定ポイントへ到着したか否かを判断する（ステップＳ２１２）。

このサンプルＳＭＰが第２番目の測定ポイントへ到着したか否かの判断と並行して、演算装置２は、ステップＳ２１０において収集した検出信号とリファレンス信号とを積和計算（位相検波計算）することにより、往路についての時間波形データを算出する（ステップＳ２１４）。

サンプルＳＭＰが第２番目の測定ポイントへ到着していない場合（ステップＳ２１２においてＮＯの場合）、ステップＳ２１２の処理が繰り返される。

これに対して、サンプルＳＭＰが第２番目の測定ポイントへ到着した場合（ステップＳ２１２においてＹＥＳの場合）、演算装置２は、遅延ステージ７０へ復路側の移動の開始指令を与える（ステップＳ２１６）。これにより、演算装置２が復路側への移動を開始する。なお、サンプルＳＭＰ（サンプル台５８）は、第２番目の測定ポイントへ到着した後も、第２番目の測定ポイントへ留まることなく移動を継続している。

信号処理部４は、復路トリガーセンサー８７（図２）からの測定開始信号（開始トリガー）が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２１８）。復路トリガーセンサー８７からの測定開始信号が入力されていない場合（ステップＳ２１８においてＮＯの場合）、ステップＳ２１８以下の処理が繰り返される。

これに対して、復路トリガーセンサー８７からの測定開始信号が入力された場合（ステップＳ２１８においてＹＥＳの場合）、信号処理部４は、検出信号およびリファレンス信号のＡ／Ｄ変換後のデジタルデータ（生データ）の内部バッファへの蓄積を開始するとともに、演算装置２は、当該生データの収集を開始する（ステップＳ２２０）。遅延ステージ７０の往路における生データの収集が完了すると、演算装置２は、サンプルＳＭＰのすべての測定ポイントについての測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ２２２）。

このすべての測定ポイントについての測定が完了したか否かの判断と並行して、演算装置２は、ステップＳ２２０において収集した検出信号とリファレンス信号とを積和計算（位相検波計算）することにより、復路についての時間波形データを算出する（ステップＳ２２４）。

測定が完了していない測定ポイントがある場合（ステップＳ２２２においてＮＯの場合）には、ステップＳ２０４以下の処理が繰り返される。なお、ステップＳ２０４においては、次の測定ポイントへ到着したか否かが判断される。

すべての測定ポイントについての測定が完了した場合（ステップＳ２２２においてＹＥＳの場合）には、サンプルＳＭＰに対する測定処理は完了し、上述した解析処理が開始される。

このように、演算装置２は、テラヘルツ光を発生するためのパルス光とテラヘルツ光を受光するためのパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングをトリガーとして検出信号の収集を開始する。

＜Ｊ．光学系の変形例＞
上述の説明においては、遅延ステージ７０を往復運動させて光路差を設けることで、時間軸を伸張する方法について例示したが、これ以外の構成を採用してもよい。

例えば、特開２０１１−２４２１８０号公報に記載されているような、モード同期周波数がわずかに異なる２台のレーザ光源を用いる構成を採用することもできる。この場合、時間原点信号（開始トリガー）を出力するＳＦＧ相互相関測定部が上述の同期部として機能する。

また、偏心した反射体をパルス光の経路上に設け、当該反射体を回転することで経路長を時間的に変化させるような構成を採用することもできる。この場合には、反射体の回転角度から遅延時間（光路差）が一意に算出できるので、反射体の回転角度を検出するエンコーダなどが上述の同期部として機能する。

＜Ｋ．利点＞
本実施の形態に従う測定装置１は、信号処理部４（典型的には、Ａ／Ｄ変換ボード）を用いて、検出信号およびリファレンス信号の生信号を収集し、収集後に両者の積和計算（位相検波計算）することにより、各測定ポイントに対応する時間波形データを算出する。この際、信号処理部４は、遅延ステージ７０に設けられた位置検出センサー８０からの測定開始信号をハード的な開始トリガーとしてデータ収集処理を開始する。

このような構成を採用することで、測定開始信号を受け取ってから検出信号およびリファレンス信号の収集を開始するまでの時間のばらつきを低減できる。そのため、複数の測定ポイントについてそれぞれ算出された時間波形データの間で統計的な処理を適用することができる。また、任意の間隔およびデータ数の時間波形データを取得することができる。さらに、測定開始から終了までのすべてのデータを積和計算に用いることができるので、算出される時間波形データのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本実施の形態に従う測定装置１では、遅延ステージ７０の往路および復路に、それぞれ往路トリガーセンサー８６および復路トリガーセンサー８７を設け、それぞれのセンサーから測定開始信号を発生させるため、構造を簡単化できる。特開２００９−３００１０９号公報（特許文献１）に開示される光学遅延装置のように、遅延ステージの一定間隔ごとに目盛りを設けるとともに、当該目盛りを検出するような複雑な機構を必要としない。

本実施の形態に従う測定装置１は、サンプルＳＭＰのある測定ポイントについての時間波形データと近似している時間波形データを有する測定ポイントを、相関係数やピーク時間などに基づいてグループ化する。そして、測定装置１は、同一グループに属する測定ポイントについての時間波形データ同士を統計化処理（平均化処理）した上で、各グループについての特性値を算出する。

このように、グループ内で時間波形データを統計化処理するので、より測定精度の高い結果を得ることができる。また、グループ分けされた測定ポイントの情報から以下のような点を評価することもできる。

例えば、複数種類の成分を混合した錠剤などのサンプルなどについてみれば、その成分の分布状況や混ざり具合などを評価できる。また、測定ポイントの分布状況から、対応する成分の粒子径などを評価できる。さらに、未知のサンプルに含まれる成分の数などを評価できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ テラヘルツ領域測定装置（測定装置）、２ 演算装置、４ 信号処理部、１０ パルス光源、１４ ビームスプリッタ、２０ エミッタユニット、３２ ライトチョッパー、４０ 検出ユニット、４２ ＢＢＯ結晶、４５，４６，４７，４８，４９ ミラー、５０，５２，５４，５６ 放物面ミラー、５８ サンプル台、６０ 光センサー、６２ 発振器、７０ 遅延ステージ、８０ 位置検出センサー、８１ リニアステージレール、８２ リニアステージ可動子、８３ センサー検出板、８５ 原点センサー、８６ 往路トリガーセンサー、８７ 復路トリガーセンサー、１００ バッファ、１０２ リファレンス信号格納領域、１０４ 検出信号格納領域、１０６ 位相検波モジュール、１０８ 時間波形データ格納部、１１０ 時間波形データ、１１２ サンプル台制御モジュール、１１４ グループ判別モジュール、１１６ 相関係数算出モジュール、１１８ ピーク時間算出モジュール、１２０ 統計処理モジュール、１２２ 周波数変換モジュール、１２４ 特性値算出モジュール、２００ ＣＰＵ、２０２ バス、２０４ ディスプレイ、２０６ インターフェイス部、２０８ 入力部、２１０ ハードディスク、２１２ メモリ、２１４ ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＳＭＰ サンプル

Claims (9)

1. 第１のパルス光に応答してテラヘルツ光を発生する照射部と、
   前記照射部から照射されて測定対象物に入射した後のテラヘルツ光を受光するとともに、第２のパルス光に応答して活性化される検出部と、
   前記第１のパルス光と前記第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングを検出する同期部と、
   前記検出部から出力される検出信号を収集する処理部とを備え、
   前記処理部は、
   前記同期部により検出されたタイミングを基準として、前記検出信号から時間波形データを算出する手段と、
   前記測定対象物のうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定する手段とを含む、測定装置。
2. 前記処理部は、互いに近似した複数の時間波形データから対応する特性値を算出する手段をさらに含む、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記処理部は、時間波形データについての相関係数に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記処理部は、前記同期部により検出されたタイミングからピーク値が生じるまでの時間に基づいて、互いに近似した時間波形データを決定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記処理部は、前記測定対象物についての測定結果に対して、互いに近似した時間波形データが算出された部分をオーバラップ表示する手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記第１のパルス光を発生する光源と、
   前記光源が発生するパルス光の一部から第２のパルス光を発生する変換部と、
   前記光源から前記変換部までの光路上において往復運動することで、光路長を時間的に伸張する遅延部とをさらに備え、
   前記同期部は、前記遅延部が往復運動する経路上に配置された位置検出センサーを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記テラヘルツ光が前記測定対象物に入射する位置を変化させる移動部をさらに備える、請求項６に記載の測定装置。
8. 前記処理部は、前記遅延部による往復運動を継続した状態で、前記テラヘルツ光が前記測定対象物を入射する位置を連続的に変化させることで、前記測定対象物をトレースする、請求項７に記載の測定装置。
9. 第１のパルス光を発生してテラヘルツ光を測定対象物に入射させるステップと、
   第２のパルス光を発生して前記測定対象物に入射した後のテラヘルツ光を受光させるステップと、
   前記第１のパルス光と前記第２のパルス光との間の時間差が予め定められた値になったタイミングをトリガーとして検出信号の収集を開始するステップと、
   収集された検出信号から時間波形データを算出するステップと、
   前記測定対象物のうち互いに近似した時間波形データが算出された部分を特定するステップとを含む、測定方法。