JP2015155843A - テラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のテラヘルツ波を好適に分離して検出可能なテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体を提供する。【解決手段】テラヘルツ波計測装置１は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段１００と、テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段２３０と、偏光状態変化手段で偏光状態が変化されたテラヘルツ波を分離する分離手段２５０と、分離手段で分離されたテラヘルツ波の各々を検出する検出手段３１０，３２０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば被計測物で反射又は透過されたテラヘルツ波を検出することで各種計測を実行可能なテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。

近年、テラヘルツ波イメージングの研究開発が活発化しており、非破壊検査等への応用に期待が寄せられている。非破壊検査は、例えば特許文献１されている技術により実現される。具体的には、特許文献１では、塗装膜において反射された複数のテラヘルツ波が検出される時間差に基づいて、塗装膜の厚みを測定するという技術が提案されている。

他方、特許文献２では、電場変化部（フォトニック結晶板）によってテラヘルツ波の偏光状態を変化させることで、複屈折による偏光回転をキャンセルするという技術が提案されている。

特許第４０４６１５８号 特開２０１０−２２１４号公報

測定試料の厚みを測定する場合には、反射された複数のテラヘルツ波を分離して検出することが求められる。しかしながら、測定試料の厚みがテラヘルツ波のパルス幅に対して一定以上小さくなってしまうと（例えば、測定試料の厚みがテラヘルツ波の半値幅よりも小さくなると）、複数のテラヘルツ波の分離が難しくなってしまう。これに対し、上述した特許文献１及び２に記載されている技術は、測定試料の深さ方向の分解能を高める効果を発揮するものではなく、結果として複数のテラヘルツ波を分離できず、厚み測定ができないという技術的問題点が生じてしまう。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、複数のテラヘルツ波を好適に分離して検出可能なテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するテラヘルツ波計測装置は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段とを備える。

上記課題を解決するテラヘルツ波計測方法は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とを備える。

上記課題を解決するコンピュータプログラムは、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。

上記課題を解決する記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。

第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成を示す概略図である。 サンプルの積層構造と共に各界面における反射光を示す側面図である。 テラヘルツ波の偏光状態の変化を示す変遷図である。 比較例に係るテラヘルツ波計測装置において検出される信号を示す波形図である。 第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第２テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図である。 第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第１テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図である。 第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成を示す概略図である。

＜１＞
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段とを備える。

本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、その動作時には、出射手段からテラヘルツ波が出射される。テラヘルツ波とは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０^１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。出射手段は、例えば光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photo Conductive Antenna）や共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）等として構成される発生素子を含んで構成されており、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する。なお、ここでの「偏光の揃った」とは、直線偏光に揃えられた状態であっても、円偏光に揃えられた状態でもよく、時間的、空間的に概略均一であればよい（即ち、偏光がランダムでなければよい）趣旨である。

出射されたテラヘルツ波は、偏光状態変化手段により偏光状態が変化される。偏光状態変化手段は、例えば角度を調整可能な１／４波長板等の光学部材として構成される。偏光状態変化手段によれば、例えば被計測物の相異なる界面で反射されることにより生じた位相差の異なる複数のテラヘルツ波の各々について、その偏光状態を調整できる。偏光状態変化手段は、例えば後述する分離手段におけるテラヘルツ波の分離が適切に行えるように偏光状態を変化させる。

偏光状態が変化されたテラヘルツ波は、例えば偏光状態の違い（言い換えれば、位相差）に応じて分離手段により分離される。即ち、偏光状態の異なる複数のテラヘルツ波が生じている場合、それらが少なくとも２つのテラヘルツ波として分離されることになる。テラヘルツ波の分離は、例えば偏光子を用いて複数のテラヘルツ波を夫々相異なる方向に反射又は透過させることで実現できる。或いは、複数のテラヘルツの一方のみを出射する状態と他方のみを出射する状態を切替えて、時間軸上で分離させてもよい。

分離されたテラヘルツ波は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成された検出手段において夫々検出される。検出手段は、分離された複数のテラヘルツ波の各々に対応するように複数設けられてもよいし、１つの検出手段で複数のテラヘルツ波を検出可能に構成されてもよい。なお、検出手段で検出されたテラヘルツ波は、電気信号に変換され各種計測に利用される。具体的には、複数のテラヘルツ波のピーク幅に基づいて、被計測物の厚みの計測等が行える。

以上説明したように、本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置によれば、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。特に本実施形態では、テラヘルツ波の分離を偏光状態の違い等により実現できるため、例えば複数のテラヘルツのパルス間隔が狭く、ピーク位置が重なってしまうような場合であっても、好適に分離が行える。

＜２＞
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の一態様では、前記出射手段は、被計測物に向けて前記テラヘルツ波を出射し、前記分離手段は、前記被計測物で反射された前記テラヘルツ波を分離し、前記偏光状態変化手段は、前記出射手段と前記被計測物との間、又は前記被計測物と前記分離手段との間の少なくとも一方に配置されている。

この態様によれば、出射手段から出射されたテラヘルツ波は被計測物に向けて出射され、被計測物で反射（散乱）されたテラヘルツ波が分離手段で分離される。このようにして分離した複数のテラヘルツ波を検出すれば、被計測物の形状や性質等を計測することができる。

ここで特に、本実施形態に係る偏光状態変化手段は、出射手段と被計測物との間、又は被計測物と分離手段との間の少なくとも一方に配置されている。これにより、例えば偏光状態変化手段が出射手段と被計測物との間に配置される場合、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、偏光状態変化手段において偏光状態が変化されてから被計測物に照射されることになる。他方で、偏光状態変化手段が被計測物と分離手段との間に配置される場合、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、被計測物において反射された後に偏光状態変化手段において偏光状態が変化される。

以上のように、偏光状態変化手段の配置位置により、テラヘルツ波の偏光状態が変化されるタイミングは変化することになる。しかしながら、偏光状態変化手段をいずれの位置に配置しても、テラヘルツ波に対する効果（即ち、偏光状態を変化させる効果）は変わらない。よって、装置構成等の各種仕様や設計事項に応じて、適宜偏光状態変化手段の配置位置を決定できる。

＜３＞
上述の如く被計測物で反射されたテラヘルツ波を分離する態様では、前記被計測物は、互いに屈折率の異なる第１層、第２層及び第３層が前記出射手段側から見て順に積層された積層構造を有しており、前記分離手段は、前記第１層及び前記第２層の界面で反射された前記テラヘルツ波と、前記第２層及び前記第３層の界面で反射された前記テラヘルツ波とを分離してもよい。

この場合、被計測物は、互いに屈折率の異なる第１層、第２層及び第３層を有している。そして、これら３つの層は、出射手段側から見て第１層、第２層、第３層の順で積層されている。よって、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、先ず第１層に入射し、その後第２層に入射され、最後に第３層に入射される。なお、被計測物の３つの層は互いに接するように構成されており、第１層及び第２層との界面、第２層と第３層との界面が存在する。

本実施形態に係る分離手段では、被計測物から反射されたテラヘルツ波について、第１層及び第２層との界面で反射されたテラヘルツ波と、第２層と第３層との界面で反射されたテラヘルツ波とが互いに分離される。よって、第１層及び第２層との界面で反射されたテラヘルツ波と、第２層と第３層との界面で反射されたテラヘルツ波とを別々に検出することが可能となる。
＜４＞
上述の如く積層構造を有する被計測物にテラヘルツ波を照射する態様では、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々のピーク位置の差分に基づいて、前記第２層の厚みを測定する測定手段を更に備えてもよい。

この場合、測定手段により、第１層及び第２層との界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置、第２層と第３層との界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置の差分に基づいて、第２層の厚みが測定される。例えば、２つのテラヘルツ波のピーク値の差分から得られる光学的な厚みを、屈折率で除することにより物理的な厚みを得ることができる。

なお、本実施形態では、例えば偏光状態の違いによりテラヘルツ波を分離できるため、２つの界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置が極めて近い場合にも、各々のテラヘルツ波を適切に検出できる。従って、第２層の厚みが極めて薄い場合であっても、好適に厚み計測が行える。

＜５＞
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波を相異なる方向に出射することで分離する。

この態様によれば、分離手段は、例えばワイヤグリッド偏光子等を含んで構成され、偏光状態の相異なるテラヘルツ波を相異なる方向に出射する。分離手段は、例えば一方のテラヘルツ波を反射すると共に、他方のテラヘルツ波を透過させる。これにより、一方のテラヘルツ波と他方のテラヘルツとは相異なる光路をたどることになり、結果として複数のテラヘルツ波を分離することができる。

＜６＞
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波の一方を出射する状態及び他方を出射する状態を相互に切り替えて分離する。

この態様によれば、分離手段により、偏光状態の相異なるテラヘルツ波の一方を出射する状態と、他方を出射する状態とが選択的に実現される。これにより、一方のテラヘルツ波を出射する状態においては、検出手段で一方のテラヘルツ波を検出することが可能である。また、他方のテラヘルツ波を出射する状態においては、検出手段で他方のテラヘルツ波を検出することが可能である。このように本態様では、複数のテラヘルツ波を時間軸上で分離することが可能である。

＜７＞
本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とを備える。

本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法によれば、上述したテラヘルツ波計測装置と同様に、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。

なお、本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法においても、上述した本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜８＞
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。

本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述したテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法と同様に、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。

なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜９＞
本実施形態に係る記録媒体は、上述した本実施形態に係るコンピュータプログラムが記録されている。

本実施形態に係る記録媒体によれば、記録されたコンピュータプログラムを実行することにより、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。

以下では、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下では、本発明のテラヘルツ波計測装置が、テラヘルツ波を利用して測定対象物の厚みを計測する装置に適用された場合について説明する。

＜第１実施例＞
初めに、図１を参照しながら、第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置１の構成について説明する。ここに図１は、第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成を示す概略図である。

図１において、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１は、テラヘルツ波を測定対象物であるサンプル５００に照射すると共に、サンプル５００において反射されたテラヘルツ波を検出するものとして構成されている。

具体的には、テラヘルツ波計測装置１は、エルビウムドープファイバーレーザ１０と、ファイバービームスプリッタ２０及び３０と、テラヘルツ波発生素子１００と、コリメートレンズ２１０と、対物レンズ２２０と、１／４波長板２３０と、ミラー２４０と、偏光子２５０と、集光レンズ２６０及び２７０と、第１テラヘルツ波検出素子３１０と、第２テラヘルツ波検出素子３２０と、光学遅延機構４００とを備えて構成されている。

エルビウムドープファイバーレーザ１０は、テラヘルツ波素子を発生させるためのレーザ光を出射するものとして構成されている。エルビウムドープファイバーレーザ１０から出射されたレーザ光は、ファイバービームスプリッタ２０に入射される。

ファイバービームスプリッタ２０は、入射された光を分離して、テラヘルツ波発生素子１００及び光学遅延機構４００の各々に向けて出射する。ファイバービームスプリッタ３０は、入射された光を分離して、第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０の各々に向けて出射する。

テラヘルツ波発生素子１００は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成されており、入射されるレーザ光に応じてテラヘルツ波を発生させる。テラヘルツ波発生素子１００は、本発明の「出射手段」の一例であり、偏光状態の揃ったテラヘルツ波を出射する。

コリメートレンズ２１０は、テラヘルツ波発生素子１００から出射されたテラヘルツ波を平行光としてサンプル方向に導く。

対物レンズ２２０は、コリメートレンズ２１０から（即ち、テラヘルツ波発生素子１００側から）入射されたテラヘルツ波を集光してサンプル５００に照射する。また、対物レンズ２２０は、サンプル５００で反射されたテラヘルツ波を平行光として１／４に向けて（即ち、第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０側に）出射する。

１／４波長板２３０は、例えば複屈折結晶により構成されており、入射したテラヘルツ波に対して所定の位相差を与えて出射する。このため、１／４波長板２３０を通過したテラヘルツ波は偏光状態が変化する。１／４波長板２３０は、本発明の「偏光状態変化手段」の一例である。

ミラー２４０は、テラヘルツ波に対する反射率が高い材料を含んで構成されており、１／４波長板２３０から出射されたテラヘルツ波を、偏光子２５０に向けて反射する。

偏光子２５０は、例えばワイヤグリッド偏光子として構成されており、一の偏光状態であるテラヘルツ波を透過すると共に、他の偏光状態であるテラヘルツ波を反射する。このため、偏光子２５０に入射されたテラヘルツ波のうち、一の偏光状態であるテラヘルツ波は集光レンズ２６０に向けて（即ち、第１テラヘルツ波検出素子３１０に向けて）出射される。他方、偏光子２５０に入射されたテラヘルツ波のうち、他の偏光状態であるテラヘルツ波は集光レンズ２７０に向けて（即ち、第２テラヘルツ波検出素子３２０に向けて）出射される。偏光子２５０は、本発明の「分離手段」の一例である。

集光レンズ２６０及び２７０は、偏光子２５０において分離されたテラヘルツの各々を集光して、第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０に夫々照射する。

第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成されており、テラヘルツ波を検出して電気信号に変換し、図示せぬ処理部等に出力する。なお、第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０には、光学遅延機構４００及びビームファイバースプリッタ３０を介してレーザ光が入射されている。第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０は夫々、本発明の「検出手段」の一例である。

光学遅延機構４００は、例えば内部のミラーの位置を変化させることで、入射されたテラヘルツ波に任意の遅延を生じさせて出射する。これにより、テラヘルツ波発生素子１００に入射されるレーザ光と、第１テラヘルツ波検出素子３１０及び第２テラヘルツ波検出素子３２０に入射されるレーザ光とには遅延が生じる。

次に、図２を参照して、サンプル５００の積層構造及びサンプル５００におけるテラヘルツ波の反射について具体的に説明する。ここに図２は、サンプルの積層構造と共に各界面における反射光を示す側面図である。

図２において、サンプル５００は、テラヘルツ波の入射方向から見て順に、第１層５１０、第２層５２０、第３層５３０を有して構成されている。なお、第１層５１０の屈折率はｎ１であり、第２層５２０の屈折率はｎ２であり、第３層５３０の屈折率はｎ３である。即ち、第１層５１０、第２層５２０、及び第３層５３０は、互いに屈折率の異なる層として構成されている。

このようなサンプル５００においては、第１層５１０と第２層５２０との界面（以下、適宜「第１界面」と称する）、及び第２層５２０と第３層５３０との界面（以下、適宜「第２界面」と称する）においてテラヘルツ波の反射が生ずると考えられる。そして、第１界面で反射されたテラヘルツ波には、第１層５１０の屈折率ｎ１、及び第２層５２０の屈折率ｎ２に応じた位相差δ１が発生する。同様に、第２界面で反射されたテラヘルツ波には、第２層５２０の屈折率ｎ２、及び第３層５３０の屈折率ｎ３に応じた位相差δ２が発生する。従って、第１界面で反射されたテラヘルツ波と、第２界面で反射されたテラヘルツ波とは互いに異なる偏光状態となる。

次に、図３を参照して、テラヘルツ波の偏光状態の変化について具体的に説明する。ここに図３は、テラヘルツ波の偏光状態の変化を示す変遷図である。

図３（ａ）に示すように、テラヘルツ波発生素子１００では直線偏光のテラヘルツ波が発生される。このテラヘルツ波は、サンプル５００の各界面で反射されることにより、異なる偏光状態を有する２つのテラヘルツ波となる。具体的には、第１界面で反射されたテラヘルツ波は、δ１の位相ずれにより、図３（ｂ）に示すような偏光状態となる。他方、第２界面で反射されたテラヘルツ波は、δ２の位相ずれにより、図３（ｃ）に示すような偏光状態となる。

サンプル５００で反射されたテラヘルツ波は更に、１／４波長板２３０においても位相差が与えられる。このため、サンプル５００の反射によって異なる偏光状態となった２つのテラヘルツ波は、夫々偏光状態が偏光される。具体的には、第１界面で反射されたテラヘルツ波は、図３（ｄ）に示すような偏光状態（即ち、直線偏光）となる。他方、第２界面で反射されたテラヘルツ波は、図３（ｅ）に示すような偏光状態となる。

次に、図４から図６を参照して、偏光状態の違いによるテラヘルツ波の分離について詳細に説明する。ここに図４は、比較例に係るテラヘルツ波計測装置において検出される信号を示す波形図である。また図５は、第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第２テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図であり、図６は、第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第１テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図である。

図４に示すように、テラヘルツ波を分離せずに検出する比較例では、第１界面で反射されたテラヘルツ波（実線）と、第２界面で反射されたテラヘルツ波（破線）とが近接して検出される。このような場合、パルスの半値幅よりも各テラヘルツ波のピーク位置が近接していると、検出後に各テラヘルツ波を分離することは難しい。よって、パルス幅が広いテラヘルツ波を利用する場合や、厚みの薄い被計測物を計測する場合には、検出前に各テラヘルツ波を分離することが望まれる。

これに対し本実施例では、１／４波長板２３０を通過した結果、図３（ｄ）に示す偏光状態であるテラヘルツ波、及び図３（ｅ）に示す偏光状態であるテラヘルツ波が、偏光子２５０に入射される。ここで特に、偏光子２５０が透過するテラヘルツの偏光方向は、図３（ｄ）中に破線で示す方向（即ち、第１界面で反射されたテラヘルツ波の偏光方向と直行する方向）となるように設定されている。このため、第１界面で反射されたテラヘルツ波は、偏光子２５０でほぼ全て反射される。言い換えれば、第１界面で反射されたテラヘルツ波は、偏光子２５０を殆ど透過しない。一方で、第２界面で反射されたテラヘルツ波は、比較的偏光子２５０が透過する偏光方向に近い偏光状態を有している。このため、第２界面で反射されたテラヘルツ波は、その大半が偏光子２５０を透過し、ごく一部が反射される。

図５において、上述の結果、偏光子２５０の反射方向（即ち、第２テラヘルツ波検出素子３２０方向）には、第１界面で反射されたテラヘルツ波のほぼ全てと、第２界面で反射されたテラヘルツ波のごく一部が導かれる。よって、第２テラヘルツ波検出素子３２０の出力から、第１界面で反射されたテラヘルツ波（実線）のピークを得ることができる。

図６において、他方の偏光子２５０の透過方向（即ち、第１テラヘルツ波検出素子３１０方向）には、第１界面で反射されたテラヘルツ波は殆ど透過されず、第２界面で反射されたテラヘルツ波の大半が導かれる。よって、第１テラヘルツ波検出素子３１０の出力から、第２界面で反射されたテラヘルツ波（破線）のピークを得ることができる。

以上の結果、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１によれば、第１界面で反射されたテラヘルツ波と、第２界面で反射されたテラヘルツ波とを好適に分離して検出できる。なお、検出された各テラヘルツ波のピーク位置からは、演算処理により第２層５２０の厚みが算出される。具体的には、第１界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置をｘ、第２界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置をｙとすると、第２層５２０の光学的な厚みｄ１は以下の数式（１）で求められる。

ｄ１＝ｙ−ｘ ・・・（１）
そして更に、第２層５２０の屈折率ｎ２を利用すれば、以下の数式（２）により、第２層５２０の物理的な厚みｄ２を求めることができる。

ｄ２＝（ｙ−ｘ）／ｎ２ ・・・（２）
以上説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１によれば、偏光状態の違いを利用してテラヘルツ波を分離して検出し、被計測物の厚みを好適に計測できる。

なお、上述した実施例では、２つのテラヘルツ波を分離する場合について説明したが、例えば複数の偏光子２５０を設けることにより、３つ以上のテラヘルツ波を分離することも可能である。この場合、テラヘルツ波検出素子を３つ以上配置してもよい。

＜第２実施例＞
次に、図７を参照しながら、第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置２の構成について説明する。ここに図７は、第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成を示す概略図である。なお、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて一部の構成が異なるのみであり、その他の点については概ね同様である。このため、以下では既に説明した第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図７において、第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置２では、テラヘルツ波検出素子が１つしか設けられていない。即ち、第１テラヘルツ波検出素子３１０だけが設けられており、図１で示した第２テラヘルツ波検出素子３２０は設けられていない。

また、第１テラヘルツ波検出素子３１０の前段には、偏光子２５０ｂが設けられている。偏光子２５０ｂは、透過するテラヘルツ波の偏光方向を調整可能に構成されている。

なお、第２実施例に係る１／４波長板２３０は、サンプル５００に対する往路側に設けられている。即ち、１／４波長板２３０は、サンプル５００に照射される前のテラヘルツ波に位相差を生じさせるものとして設けられている。ただし、１／４波長板２３０の配置位置は、その機能に影響を与えることはない。即ち、第１実施例のように１／４波長板２３０がサンプル５００で反射されたテラヘルツ波の偏光状態を変化させる場合であっても、或いは第２実施例のように１／４波長板２３０がサンプル５００で反射される前のテラヘルツ波の偏光状態を変化させる場合であっても、テラヘルツ波の分離への寄与は同様である。なお、サンプル５００への照射前及び照射後の両方において、１／４波長板２３０を通過させるように構成してもよい。

第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置２の動作時には、先ず第１界面で反射されたテラヘルツ波が偏光子２５０ｂを殆ど透過するように、１／４波長板２３０及び偏光子２５０の角度が調整される。この場合、第１界面で反射されたテラヘルツ波と偏光状態の異なる第２界面で反射されたテラヘルツ波は、１／４波長板を殆ど透過しない。よって、第１テラヘルツ波検出素子３１０では、第１界面で反射されたテラヘルツ波のピークを好適に検出できる。

続いて、第２界面で反射されたテラヘルツ波が偏光子２５０ｂを殆ど透過するように、１／４波長板２３０及び偏光子２５０の角度が調整される。この場合、第２界面で反射されたテラヘルツ波と偏光状態の異なる第１界面で反射されたテラヘルツ波は、１／４波長板を殆ど透過しない。よって、第１テラヘルツ波検出素子３１０では、第２界面で反射されたテラヘルツ波のピークを好適に検出できる。

以上のように、第２実施例に係るテラヘルツ波計測装置２においても、第１実施例に係るテラヘルツ波計測装置１と同様に、偏光状態の異なるテラヘルツ波を好適に分離して検出することができる。従って、検出された各テラヘルツ波のピーク位置に基づき、サンプル５００の厚みを好適に計測することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１，２ テラヘルツ波計測装置
１０ エルビウムドープファイバーレーザ
２０，３０ ファイバービームスプリッタ
１００ テラヘルツ波発生素子
２１０ コリメートレンズ
２２０ 対物レンズ
２３０ １／４波長板
２４０ ミラー
２５０ 偏光子
２６０、２７０ 集光レンズ
３１０ 第１テラヘルツ波検出素子
３２０ 第２テラヘルツ波検出素子
４００ 光学遅延機構
５００ サンプル

Claims (9)

1. 偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段と、
   前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、
   前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、
   前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段と
   を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。
2. 前記出射手段は、被計測物に向けて前記テラヘルツ波を出射し、
   前記分離手段は、前記被計測物で反射された前記テラヘルツ波を分離し、
   前記偏光状態変化手段は、前記出射手段と前記被計測物との間、又は前記被計測物と前記分離手段との間の少なくとも一方に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
3. 前記被計測物は、互いに屈折率の異なる第１層、第２層及び第３層が前記出射手段側から順に積層された積層構造を有しており、
   前記分離手段は、前記第１層及び前記第２層の界面で反射された前記テラヘルツ波と、前記第２層及び前記第３層の界面で反射された前記テラヘルツ波とを分離する
   ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波計測装置。
4. 前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々のピーク位置の差分に基づいて、前記第２層の厚みを測定する測定手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波計測装置。
5. 前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波を相異なる方向に出射することで分離することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
6. 前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波の一方を出射する状態及び他方を出射する状態を相互に切り替えて分離することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
7. 偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、
   前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、
   前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程と
   を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測方法。
8. 偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、
   前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、
   前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程と
   をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
9. 請求項８に記載のコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。

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