JP2004279352A - テラヘルツ光を用いた測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過測定及び反射測定の両方を行う。しかも、コスト及び占有空間を低減する。
【解決手段】照射光学系３１〜３５は、互いに異なる位置に配置される反射測定用対象物１及び透過測定用対象物２のいずれか一方に選択的に、テラヘルツ光発生器３から発生したテラヘルツパルス光を導く。受光光学系４１〜４５は、照射光学系の選択状態に応じて、対象物２を反射したテラヘルツパルス光及び対象物３を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、テラヘルツ光検出器４に導く。切替ステージ５によって、放物面鏡３２，４２を矢印Ｃの方向に移動させることで、反射測定と透過測定とを切り替える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テラヘルツパルス光を用いたテラヘルツ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テラヘルツ光は、周波数がおおよそ０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の電磁波である。従来から、テラヘルツパルス光を用いた種々のテラヘルツ光を用いた測定装置（例えば、分光装置、誘電率測定装置、検査装置、イメージ化装置など）が提供されている。このような従来のテラヘルツ光を用いた測定装置では、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出するもの（説明の便宜上、「透過測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）と、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する装置（説明の便宜上、「反射測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）とが、それぞれ別々の装置として提供されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、半導体の電気特性評価装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置が具体的に開示されている。また、特許文献１では、具体的な構成の開示はないが、半導体の電気特性評価装置を反射測定用テラヘルツ光装置として構成し得る旨も、言及されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置と、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された反射測定用テラヘルツ光装置が、それぞれ別々の装置として開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９８６３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対象物によっては、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定を行う方が好ましいものや、当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定を行う方が好ましいものもある。また、同一の対象物であっても、例えば、その性質等を観察する上で、透過測定及び反射測定の両方を行うことが好ましい場合もある。
【０００７】
しかしながら、前記従来のテラヘルツ光を用いた測定装置は、透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置のうちのいずれかとして構成されているだけであった。このため、透過測定及び反射測定の両方を行う場合には、それぞれ別々の装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置の両方を用意しなければならなかった。したがって、両装置全体としての価格が著しく増大するとともに、両装置全体としての占有空間が大きくなる欠点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、互いに異なる位置に配置される反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、切替機構と、を備えたものである。そして、この第１の態様では、前記照射光学系は可動の第１の反射光学素子を含み、前記受光光学系は可動の第２の反射光学素子を含む。前記切替機構は、（ａ）前記第１の反射光学素子が、前記照射光学系の光軸上にあって前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を前記反射測定用対象物に導く第１の位置に位置するとともに、前記第２の反射光学素子が、前記受光光学系の光軸上にあって前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光を前記テラヘルツ光検出器に導く第２の位置に位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記第１の反射光学素子が、前記第１の位置に位置するときと同じ姿勢で、前記照射光学系の光軸上にあって前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を前記透過測定用対象物に導く第３の位置に位置するとともに、前記第２の反射光学素子が、前記第２の位置に位置するときと同じ姿勢で、前記受光光学系の光軸上にあって前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光を前記テラヘルツ光検出器に導く第４の位置に位置する第２の切替状態とに、択一的に切り替えるものである。
【００１０】
本発明の第２の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、互いに異なる位置に配置される反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、切替機構と、を備えたものである。そして、この第２の態様では、前記照射光学系は、可動の第１の反射光学素子及び固定の第２の反射光学素子を含む。前記受光光学系は、可動の第３の反射光学素子及び固定の第４の反射光学素子を含む。前記切替機構は、（ａ）前記第１の反射光学素子が前記照射光学系の光軸上の第１の位置に位置するとともに、前記第３の反射光学素子が前記受光光学系の光路から退避した第３の位置に位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記第１の反射光学素子が前記照射光学系の光路から退避した第２の位置に位置するとともに、前記第３の反射光学素子が前記受光光学系の光軸上の第４の位置に位置する第２の切替状態とに、択一的に切り替えるものである。前記照射光学系は、前記第１の反射光学素子が前記第１の位置に位置する場合には、前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を、前記第１の反射光学素子を経由しかつ前記第２の反射光学素子を経由することなく前記反射測定用対象物（又は前記透過測定用対象物）に選択的に導くとともに、前記第１の反射光学素子が前記第２の位置に位置する場合には、前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を、前記第２の反射光学素子を経由しかつ前記第１の反射光学素子を経由することなく前記透過測定用対象物（又は前記反射測定用対象物）に選択的に導く。前記受光光学系は、前記第３の反射光学素子が前記第３の位置に位置する場合には、前記反射測定用対象物を反射した（又は前記透過測定用対象物を透過した）テラヘルツパルス光を、前記第４の反射光学素子を経由しかつ前記第３の反射光学素子を経由することなく前記テラヘルツ光検出器に導くとともに、前記第３の反射光学素子が前記第４の位置に位置する場合には、前記透過測定用対象物を透過した（又は前記反射測定用対象物を反射した）テラヘルツパルス光を、前記第３の反射光学素子を経由しかつ前記第４の反射光学素子を経由することなく前記テラヘルツ光検出器に導く。
【００１１】
本発明の第３の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、切替機構と、を備えたものである。この第３の態様では、前記照射光学系は固定の第１の反射光学素子を含み、前記受光光学系は固定の第２の反射光学素子を含む。前記切替機構は、（ａ）前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光が前記第１の反射光学素子を経由して前記反射測定用対象物に照射し、かつ、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光が前記第２の反射光学素子を経由して前記テラヘルツ光検出器に導かれる位置に、前記照射光学系及び前記受光光学系のうちの反射測定専用の光学系並びに前記反射測定用対象物が位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光が前記第１の反射光学素子を経由して前記透過測定用対象物を照射し、かつ、前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光が前記第２の反射光学素子を経由して前記テラヘルツ光検出器に導かれる位置に、前記照射光学系及び前記受光光学系のうちの透過測定専用の光学系並びに前記透過測定用対象物が位置する第２の切替状態とに、前記反射測定専用の光学系及び前記透過測定専用の光学系を着脱することなく、択一的に切り替えるものである。
【００１２】
本発明の第４の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記第１及び第２の切替状態のいずれにおいても、前記テラヘルツ光発生器から前記テラヘルツ光検出器までのテラヘルツパルス光の光路長が略等しいものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツ光を用いた測定装置について、図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。理解を容易にするため、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。また、Ｙ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｙ方向、その反対の向きを−Ｙ方向と呼び、Ｘ軸方向及びＺ軸方向についても同様とする。ＸＹ平面が水平面、Ｚ軸方向が鉛直方向、＋Ｚ方向が上方向となっている。図２は、図１中のＡ矢視の概略図である。図３は、図１中のＢ矢視の概略図である。図４は、図３に対応する変形例を示す図である。図５は、図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定用試料２を保持する試料ホルダ等を示す外観図である。
【００１６】
本実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、測定対象物としての試料１，２の複素誘電率等を測定する測定装置として構成され、課題を解決するための手段の欄で説明した第１の態様による測定装置の具体例である。
【００１７】
本実施の形態による測定装置は、互いに異なる位置に配置される反射測定用試料１及び透過測定用試料２のいずれか一方に選択的に、テラヘルツ光発生器３から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、該照射光学系の選択状態に応じて、反射測定用試料１を反射したテラヘルツパルス光及び透過測定用試料２を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、テラヘルツ光検出器４に導く受光光学系と、反射測定と透過測定とを切り替えるための切替機構としての切替ステージ５と、を備えている。
【００１８】
本実施の形態では、前記照射光学系は、図１乃至図３に示すように、放物面鏡３１，３２及び平面鏡３３〜３５で構成されている。前記受光光学系は、図１乃至図３に示すように、放物面鏡４１，４２及び平面鏡４３〜４５で構成されている。本実施の形態では、切替ステージ５は、一軸のステージであり、図１中の矢印Ｃで示すようにＸ軸方向に移動可能となっている。放物面鏡３２，４２はそれぞれ、切替ステージ５に搭載され、−Ｘ側の図１中の実線で示す位置と＋Ｘ側の図１中の破線で示す位置とに位置し得るようになっている。放物面鏡３２，４２はいずれの位置においても同じ姿勢を保っている。放物面鏡３２は、前述した第１の態様における可動の第１の反射光学素子に相当している。放物面鏡４２は、前述した第１の態様における可動の第２の反射光学素子に相当している。
【００１９】
また、本実施の形態による測定装置は、テラヘルツ光発生器３にポンプパルス光Ｌ２を供給するとともに、テラヘルツ光検出器４にプローブパルス光（サンプリング光）Ｌ３を供給する光学系も、備えている。この光学系は、レーザ光源１１、ビームスプリッタ１２、集光レンズ１４、可動鏡（平行折り返しミラー）１５、平面鏡１７，１８，２０及び集光レンズ２１で構成されている。この光学系、テラヘルツ光発生器３、テラヘルツ光検出器４、前記照射光学系及び前記受光光学系は、筐体６内に収容されている。
【００２０】
図１に示すように、筐体６内には、真空引き可能なチャンバー７が形成されている。図１において、７ａ，７ｂはこのチャンバー７の壁部を示し、壁部７ａを示すラインと壁部７ｂを示すラインとの間がチャンバー７内の領域である。図面には示していないが、壁部７ａには、真空ポンプ（図示せず）等と接続可能な接続口を有し、当該真空ポンプ等によってチャンバー７を真空引きしたりパージしたりできるようになっている。筐体６内の領域のうちチャンバー７外の領域は、大気領域である。なお、図２及び図３からも理解できるように、筐体６を形成する部材の一部とチャンバー７を形成する部材の一部とは、共通化されている。
【００２１】
さらに、本実施の形態による測定装置は、後述する電気系の要素５１〜５６等も備えている。
【００２２】
まず、反射測定用試料１について反射測定を行う場合の本実施の形態による測定装置の動作について、説明する。
【００２３】
この場合、コンピュータ等からなる制御・演算処理部５４により切替ステージ５が制御されて、放物面鏡３２，４２が図１中の実線で示す位置に位置する（第１の切替状態）。すなわち、放物面鏡３２が前記照射光学系の光軸上のａ点の位置（前述した第１の態様における第１の位置に相当）に位置するとともに、放物面鏡４２が前記受光光学系の光軸上のｂ点の位置（前述した第１の態様における第２の位置に相当）に位置する。本実施の形態では、ａ点は、放物面鏡３１のＸ軸方向に延びる射出光軸と平面鏡３３のＹ軸方向に延びる入射光軸との交点となっている。ｂ点は、平面鏡４３のＹ軸方向に延びる射出光軸と放物面鏡４１のＸ軸方向に延びる入射光軸との交点となっている。
【００２４】
図１に示すように、パルス光発生部としてのレーザ光源１１から発生された例えばフェムト秒パルス光（数十フェムト秒のパルス幅の近赤外光）Ｌ１が、ビームスプリッタ１２で２つに分割されて、それぞれポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３になる。
【００２５】
ポンプパルス光Ｌ２は、チャンバー７の壁部７ａに設けられた窓１３及び集光レンズ１４を経て、ダイポールアンテナ等の光伝導アンテナなどからなるテラヘルツ光発生器３に入射する。集光レンズ１４は、効率良くテラヘルツパルス光を発生させるために設けることが好ましい。なお、テラヘルツ光発生器３として、光伝導アンテナに代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよい。バイアス電圧印加部５６からのバイアス電圧が、テラヘルツ光発生器３に印加されている。なお、本実施の形態では、バイアス電圧印加部５６は、テラヘルツ光検出のＳＮ比を向上するために、パルス状に変調されたバイアス電圧を出力するとともに、後述するロックイン増幅のための参照信号（バイアス電圧に同期した信号）を出力する。本実施の形態では、テラヘルツ光発生器３は、バイアス電圧が印加されている状態で、ポンプパルス光Ｌ２が入射されることにより励起されて、テラヘルツパルス光Ｌ４を発生する。
【００２６】
一方、プローブパルス光Ｌ３は、光路長可変用光学素子としての２枚もしくは３枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡（平行折り返しミラー）１５、平面鏡１７，１８、チャンバー７の壁部７ａに設けられた窓１９、平面鏡２０及び集光レンズ２１を経て、ダイポールアンテナ等の光伝導アンテナなどからなるテラヘルツ光検出器４へ導かれる。集光レンズ２１は、効率良くテラヘルツパルス光を検出するために設けることが好ましい。なお、テラヘルツ光検出器４として、光伝導アンテナに代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光検出器を用いてもよい。
【００２７】
プローブパルス光Ｌ３の光路上に配置された可動鏡１５は、制御・演算処理部５４による制御下で、一軸のステージ１６により図１中の矢印Ｄで示すようにＸ軸方向に移動可能となっている。可動鏡１５の移動量に応じて、プローブパルス光Ｌ３の光路長が変わる。テラヘルツ光発生器３から発生したテラヘルツパルス光がテラヘルツ光検出器４に到達している期間とプローブパルス光Ｌ３がテラヘルツ光検出器４に到達するタイミングを一致させる必要がある。また、いわゆるポンプ−プローブ法により、テラヘルツパルス光の時系列波形を得るためには、前記期間内におけるプローブパルス光Ｌ３のタイミングを変える必要がある。このため、本実施の形態では、光路長可変部として可動鏡１５及びステージ１６が設けられているのである。
【００２８】
反射測定では、テラヘルツ光発生器３から発生した拡散光束のテラヘルツパルス光Ｌ４は、放物面鏡３１を経て平行光束に変換されて＋Ｘ方向に進行した後、ａ点に位置する放物面鏡３２によって、その光軸が＋Ｙ方向に折り曲げられるとともに収束光束となる。そして、この収束光束となったテラヘルツパルス光は、平面鏡３３及び後述する窓６１を経て集光位置に集光される。図１及び図２に示すように、テラヘルツパルス光Ｌ４の光軸は、テラヘルツ光発生器３から平面鏡３３までの間では同一水平面内にあるが、平面鏡３３の向きが図示のように設定されることにより、平面鏡３３と前記集光位置との間では上側に立ち上げられている。なお、放物面鏡３１，３２の代わりに、楕円鏡等の曲面鏡を用いてもよい。
【００２９】
ａ点に位置する放物面鏡３２及び平面鏡３３によるテラヘルツパルス光Ｌ４の集光位置には、図２に示すように、試料１を保持するホルダとしての試料載置台となる筐体６の上面部により、下面が水平面となるように保持された試料１の当該下面の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。筐体６の上面部のこの箇所には、テラヘルツパルス光を透過させる窓６１が形成されている。筐体６の上面部のこの箇所に試料１を単に載置するだけで、試料１が重力で保持される。もっとも、本発明では、試料１を保持する試料ホルダは、このような構成に限定されるものではなく、例えば、クリップを利用した周知の試料ホルダを用いてもよい。なお、試料１の局所的な情報ではなく、例えば試料１の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光Ｌ４を局所的に集光することなく試料１の下面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。
【００３０】
試料１の下面の測定部位で反射されたテラヘルツパルス光は、図１及び図２に示すように、拡散光束となり、窓６１を経て平面鏡４３で反射されてその光軸が＋Ｙ方向に折り曲げられる。その後、このテラヘルツパルス光は、ｂ点に位置する放物面鏡４２を経て平行光に変換されて＋Ｘ方向に進行した後、放物面鏡４１により光軸が−Ｙ方向に折り曲げられてテラヘルツ光検出器４に集光され、テラヘルツ光検出器４によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。試料１を反射したテラヘルツパルス光の光軸は、平面鏡４３の向きが図示のように設定されることにより、前記集光位置と平面鏡４３との間では下側に立ち下げられているが、平面鏡４３とテラヘルツ光検出器４との間では同一水平面内にある。なお、放物面鏡４１，４２の代わりに、楕円鏡等の曲面鏡を用いてもよい。
【００３１】
テラヘルツ光検出器４で得られた電流信号は、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料１で反射したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。
【００３２】
レーザ光源１１から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ１の繰り返し周期は、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーである。したがって、このフェムト秒パルス光で励起されるテラヘルツ光発生器３からのテラヘルツパルス光Ｌ４も、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーの繰り返しで放射される。本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光が繰り返してテラヘルツ光検出器４に到来することを利用して、ポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３との間に時間遅延を設けてテラヘルツパルス光の波形を計測する、いわゆるポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器３を作動させるポンプパルス光Ｌ２に対して、テラヘルツ光検出器４を作動させるタイミングを遅延時間τだけ遅らせることにより、時間τだけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光の電場強度をテラヘルツ光検出器４で測定できる。言い換えれば、プローブパルス光Ｌ３は、テラヘルツ光検出器４に対してゲートをかけていることになる。また、可動鏡１５を徐々に移動させることは、遅延時間τを徐々に変えることにほかならない。可動鏡１５及びステージ１６によってゲートをかけるタイミングをずらしながら、繰り返しテラヘルツ光検出器４に到来するテラヘルツパルス光の各遅延時間τごとの時点の電場強度を検出器４から電気信号として順次得ることによって、試料１を反射したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を計測することができる。
【００３３】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）の計測時には、制御・演算処理部５４が、ステージ１６に制御信号を与えて、前記遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器５３からのデータを制御・演算処理部５４内の図示しないメモリに順次格納する。これによって、最終的に、試料１を反射したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。
【００３４】
このような時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを、図２中の窓６１上に試料１として参照試料（例えば、金属ミラーなどの、屈折率等が既知である部材）を載置した場合と観測試料（例えば、ウエハ等）を載置した場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、観測試料の所望の特性（情報）を求め、これを液晶等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、観測試料の複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、観測試料についてのみ時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００３５】
次に、透過測定用試料２について透過測定を行う場合の本実施の形態による測定装置の動作について、説明する。
【００３６】
この場合、制御・演算処理部５４により切替ステージ５が制御されて、放物面鏡３２，４２が、図１中の実線で示す位置に位置するときとそれぞれ同じ姿勢で、図１中の破線で示す位置に位置する（第２の切替状態）。すなわち、放物面鏡３２がａ点に位置するときと同じ姿勢で前記照射光学系の光軸上のａ’点の位置（前述した第１の態様における第３の位置に相当）に位置するとともに、放物面鏡４２がｂ点に位置するときと同じ姿勢で前記受光光学系の光軸上のｂ’点の位置（前述した第１の態様における第４の位置に相当）に位置する。本実施の形態では、ａ’点は、放物面鏡３１のＸ軸方向に延びる射出光軸と平面鏡３４のＹ軸方向に延びる入射光軸との交点となっている。ｂ’点は、平面鏡４４のＹ軸方向に延びる射出光軸と放物面鏡４１のＸ軸方向に延びる入射光軸との交点となっている。なお、本実施の形態では、点ａ，ｂ，ｂ’，ａ’が同一水平面内において長方形を形成する位置関係にあるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３７】
透過測定の場合も、前述した反射測定の場合と同様に、レーザ光源１１からのフェムト秒パルス光Ｌ１に基づくポンプパルス光Ｌ２及びプローブパルス光Ｌ３が、テラヘルツ光発生器３及びテラヘルツ光検出器４にそれぞれ供給される。
【００３８】
透過測定では、テラヘルツ光発生器３から発生した拡散光束のテラヘルツパルス光Ｌ４は、放物面鏡３１を経て平行光束に変換されて＋Ｘ方向に進行した後、ａ’点に位置する放物面鏡３２によって、その光軸が＋Ｙ方向に折り曲げられるとともに収束光束となる。そして、この収束光束となったテラヘルツパルス光は、平面鏡３４，３５及び後述する窓６２を経て集光位置に集光される。図１及び図３に示すように、テラヘルツパルス光の光軸は、テラヘルツ光発生器３から平面鏡３４までの間では同一水平面内にあるが、平面鏡３４，３５の向きが図示のように設定されることにより、平面鏡３４と前記集光位置との間では上側に立ち上げられた後に＋Ｙ方向に延びている。
【００３９】
ａ’点に位置する放物面鏡３２及び平面鏡３４，３５によるテラヘルツパルス光Ｌ４の集光位置には、透過測定用試料２を保持するホルダである試料ホルダ７１（図５参照、図１及び図３では省略）により、両面がＸＺ平面と平行となるように保持された試料２の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。なお、試料２の局所的な情報ではなく、例えば試料２の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光を局所的に集光することなく試料２の面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。
【００４０】
ここで、試料ホルダ７１とこれに関連する筐体６の構造について、説明する。図１及び図５に示すように、筐体６の上部には、外部上方に開口した凹部８０が形成されている。この凹部８０の壁部は前記チャンバー７の壁部７ｂで構成され、凹部８０はチャンバー７の外側から凹んでいる。図１において、壁部７ｂを示すラインにより囲まれた領域は、凹部８０内の領域であり、大気領域である。前記窓６２，６３は、図３及び図５に示すように、凹部８０を挟んで対向するように、この壁部７ｂに設けられている。これにより、前記窓６２，６３は、筐体６の外部に臨んでいる。
【００４１】
前記試料ホルダ７１は、図５に示すように、凹部８０に着脱可能に構成されている。本実施の形態では、試料ホルダ７１は、保持板７２と、試料２を保持板７２との間に挟持する板ばね状のクリップ７３と、保持板７２の上端に設けられた係合板７４と、係合板７４の上部に設けられた取手７５と、から構成されている。係合板７４は、図５に示すように、凹部８０の上部開口部付近に形成された段部（図３では省略）に係合するようになっており、保持板７２を凹部８０内に挿入して係合板７４を前記段部に係合させると、保持板７２とクリップ７３とに保持された試料２が、ａ’点に位置する放物面鏡３２によるテラヘルツパルス光の前述した集光位置に位置するようになっている。保持板７２の中央付近には、テラヘルツパルス光を妨げないように、開口７２ａが形成されている。
【００４２】
試料２を透過したテラヘルツパルス光は、図１及び図３に示すように、拡散光束となり、窓６３を経て平面鏡４５で反射されてその光軸が下側に折り曲げられ、更に平面鏡４４で反射されて＋Ｙ方向に折り曲げられる。その後、このテラヘルツパルス光は、ｂ’点に位置する放物面鏡４２を経て平行光に変換されて＋Ｘ方向に進行した後、放物面鏡４１により光軸が−Ｙ方向に折り曲げられてテラヘルツ光検出器４に集光され、テラヘルツ光検出器４によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。試料２を透過したテラヘルツパルス光の光軸は、平面鏡４５，４４の向きが図示のように設定されることにより、前記集光位置と平面鏡４５との間ではＹ軸方向に延び、平面鏡４５と平面鏡４４との間では下側に立ち下げられ、平面鏡４４とテラヘルツ光検出器４との間では同一水平面内にある。
【００４３】
透過測定の場合も、前述した反射測定の場合と同様に、テラヘルツ光検出器４で得られた電流信号は、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料を透過したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。そして、透過測定の場合も、前述した反射測定の場合と同様に、ポンプ−プローブ法により、最終的に、試料２を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ’（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。
【００４４】
このような時系列波形Ｅ’（τ）を示すデータを、試料２を図１に示す位置に置いた場合と置かない場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、試料２の所望の特性（情報）を求め、これを液晶等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、試料２の複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、試料２ついて時系列波形Ｅ’（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００４５】
前述したように、本実施の形態では、可動の放物面鏡３２は、ａ点に位置するときに、放物面鏡３１により平行光束に変換されたテラヘルツパルス光を反射測定用試料１に集光し、ａ’点に位置するときに、放物面鏡３１により平行光束に変換されたテラヘルツパルス光を透過測定用試料２に集光する。したがって、ａ点から試料１までの光軸の光路長とａ’点から試料２までの光軸の光路長とが等しくなるように設定されている。また、放物面鏡４２は、ｂ点に位置するときに、試料１を反射した拡散光束のテラヘルツパルス光を平行光束に変換して放物面鏡４１に与え、ｂ’点に位置するときに、試料２を透過した拡散光束のテラヘルツパルス光を平行光束に変換して放物面鏡４１に与える。したがって、ｂ点から試料１までの光軸の光路長とｂ’点から試料２までの光軸の光路長とが等しくなるように設定されている。これらの光路長の関係の設定は、図２及び図３に示すように、試料１の近傍に平面鏡３３，４３を配置するとともに、試料２の近傍に平面鏡３４，３５，４４，４５を配置することによって、実現されている。
【００４６】
なお、本実施の形態では、図３に示すように、平面鏡３４，３５間の光軸及び平面鏡４４，４５間の光軸がＺ軸方向に対して傾けられている。しかしながら、図４に示すように、平面鏡３４，３５，４４，４５の傾きと位置を適宜設定することで、前述した光路長の関係を満たした上で、平面鏡３４，３５間の光軸及び平面鏡４４，４５間の光軸をＺ軸方向と一致させてもよい。図３と図４との比較からわかるように、平面鏡３４，３５間の光軸及び平面鏡４４，４５間の光軸の傾きを任意に設定するとともに、平面鏡３４，３５，４４，４５の向き及び位置をその傾きに合わせて設定することで、ａ’点から試料２までの光路長及び試料２からｂ’点までの光路長を変えることなく、試料２のＺ軸方向の高さを任意に設定することができる。
【００４７】
本実施の形態では、前述した光路長の関係を有し、かつ、点ａ，ａ’間の光路長と点ｂ，ｂ’間の光路長とが等しいので、反射測定及び透過測定のいずれの場合にも、テラヘルツ光発生器３からテラヘルツ光検出器４までのテラヘルツパルス光の光路長が等しくなっている。このため、ステージ１６のストロークは前述したポンプ−プローブ法を実現するのに必要な最低限のストロークですみ、ステージ１６を小型化することができるので、好ましい。本発明では、テラヘルツ光発生器３からテラヘルツ光検出器４までの光路長は、反射測定と透過測定とで異なっていてもよいが、その光路長差に応じた分だけステージ１６のストロークを大きくしなければならず、必ずしも好ましくない。
【００４８】
この点について説明する。今、ビームスプリッタ１２からテラヘルツ光発生器３までのポンプパルス光の光路長をｒ１とし、テラヘルツ光発生器３からテラヘルツ光検出器４までのテラヘルツパルス光の光路長をｒ２とし、ビームスプリッタ１２からテラヘルツ光検出器４までのプローブパルス光の光路長をｒ３とする。反射測定と透過測定とを切り替えて行うためには、反射測定の場合にも透過測定の場合にも、ｒ１＋ｒ２≒ｒ３を満たすようにする。これは、テラヘルツ光発生器３から発生したテラヘルツパルス光がテラヘルツ光検出器４に到達している期間とプローブパルス光Ｌ３がテラヘルツ光検出器４に到達するタイミングを一致させるためである。したがって、ｒ１＋ｒ２≒ｒ３を満たすためには、ｒ２が反射測定と透過測定とで異なれば、その分だけｒ３を調整する必要が生じ、反射測定と透過測定とでステージ１６を移動させる必要がある。よって、ステージ１６のストロークを大きくしなければならない。これに対し、本実施の形態のようにｒ２が反射測定と透過測定とで等しければ、反射測定及び透過測定のいずれの場合にも、ステージ１６を同一の位置で使用できるので（すなわち、ｒ３を調整することなく）、ｒ１＋ｒ２≒ｒ３を容易に満たすことができる。よって、ステージ１６のストロークが小さくて済むのである。
【００４９】
本実施の形態によれば、先の動作説明からわかるように、１台の装置で、試料１で反射されたテラヘルツパルス光による反射測定、及び、試料２を透過したテラヘルツパルス光による透過測定の両方を行うことできる。したがって、装置全体の低価格化を図ることができるとともに、装置全体として占有空間を抑えることができる。特に、本実施の形態では、１組のテラヘルツ光発生器３及びテラヘルツ光検出器４が、反射測定及び透過測定で兼用されているので、テラヘルツ光発生器３及びテラヘルツ光検出器４は非常に高価であることから、これらを２組設ける場合に比べて、著しく低価格化を図ることができる。また、本実施の形態では、４つの放物面鏡３１，３２，４１，４２が反射測定と透過測定とで兼用されているので、放物面鏡も非常に高価であることから、これらを２組設ける場合に比べて、著しく低価格化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、前述したように、ステージ１６のストロークが小さくてすむので、ステージ１６を小型化することができ、この点からも装置の占有空間を抑えることができる。
【００５１】
なお、反射測定用試料１及び平面鏡３３，４３の配置と、透過測定用試料２及び平面鏡３４，３５，４４，４５の配置とを、入れ替えてもよい。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００５２】
［第２の実施の形態］
【００５３】
図６は、本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。ただし、図６では、電気系の構成要素（図１中の要素５１〜５６に相当する構成要素）は省略している。この点は、後述する図７乃至図１１についても同様である。図６において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態は、課題を解決するための手段の欄で説明した第１の態様の他の具体例である。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００５５】
本実施の形態では、図６に示すように、図１中の放物面鏡３２，４２に代えて、それらの位置において、平面鏡１３２，１４２がそれぞれ切替ステージ５に搭載されている。本実施の形態では、平面鏡１３２が前述した第１の態様における可動の第１の反射光学素子に相当し、平面鏡１４２が前述した第１の態様における可動の第２の反射光学素子に相当している。
【００５６】
前記第１の実施の形態では、テラヘルツ光発生器３が放物面鏡３１の焦点に位置し、テラヘルツ光発生器３からの拡散光束のテラヘルツパルス光が放物面鏡３１によって平行光束に変換されている。これに対し、本実施の形態では、テラヘルツ光発生器３が放物面鏡３１の焦点外の位置に配置され、テラヘルツ光発生器３からの拡散光束のテラヘルツパルス光は、放物面鏡３１によって光軸を＋Ｘ軸方向とする収束光束となる。そして、この収束光束となったテラヘルツパルス光は、平面鏡１３２が図６中のａ点に位置するときは反射測定用試料１に集光し、平面鏡１３２が図６中のａ’点に位置するときは透過測定用試料２に集光するようになっている。換言すると、平面鏡１３２がａ点に位置する場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料１とが共役となり、平面鏡１３２がａ’点に位置する場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料２とが共役となっている。
【００５７】
したがって、本実施の形態では、ａ点から試料１までの光軸の光路長は、ａ点からａ’点を経由した試料２までの光軸の光路長と等しくされている。すなわち、ａ点から試料１までの光軸の光路長は、ａ’点から試料２までの光軸の光路長より、ａ点からａ’点までの光路長だけ長くされている。
【００５８】
また、前記第１の実施の形態では、テラヘルツ光検出器４が放物面鏡４１の焦点に位置し、試料１又は試料２からの拡散光束のテラヘルツパルス光が、放物面鏡４２によって平行光束に変換された後に、放物面鏡４１によってテラヘルツ光検出器４に集光されている。これに対し、本実施の形態では、テラヘルツ光検出器４が放物面鏡４１の焦点外の位置に配置され、試料１又は試料２からの拡散光束のテラヘルツパルス光が、平面鏡１４２によって反射された後に、拡散光束のまま放物面鏡４１に入射し、放物面鏡４１によってテラヘルツ光検出器４に集光するようになっている。換言すると、平面鏡１４２がｂ点に位置する場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料１とが共役となり、平面鏡１４２がｂ’点に位置する場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料２とが共役となっている。
【００５９】
したがって、本実施の形態では、試料２からｂ’点までの光軸の光路長は、試料１からｂ点を経由したｂ’点までの光軸の光路長と等しくされている。すなわち、ｂ’点から試料２までの光軸の光路長は、ｂ点から試料１までの光軸の光路長より、ｂ点からｂ’点までの光路長だけ長くされている。
【００６０】
図面表記の便宜上、図６では、図１の場合と同様に、試料１のＹ軸方向の位置がａ点とｂ点との間のＹ軸方向の中心と一致するとともに、試料２のＹ軸方向の位置がａ’点とｂ’点との間のＹ軸方向の中心と一致するかのように、示している。しかしながら、本実施の形態では、ａ点から試料１までの光軸の光路長をａ点からａ’点を経由した試料２までの光軸の光路長と等しくするとともに、試料２からｂ’点までの光軸の光路長を試料１からｂ点を経由したｂ’点までの光軸の光路長と等しくするために、実際には、例えば、試料１、平面鏡３３，４３は＋Ｙ方向へ所定距離だけ移動した位置に配置されるとともに、試料２及び平面鏡３４，３５，４４，４５は−Ｙ方向へ所定距離だけ移動した位置に配置される。
【００６１】
なお、本実施の形態においても、反射測定及び透過測定のいずれの場合にも、テラヘルツ光発生器３からテラヘルツ光検出器４までのテラヘルツパルス光の光路長が等しくなっている。この点は、後述する各実施の形態についても、同様である。
【００６２】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、前記第１の実施の形態では４つの放物面鏡３１，３２，４１，４２を要していたのに対し、本実施の形態では、２つの放物面鏡３１，４１で済む。したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態に比べてより低価格化を図ることができる。
【００６３】
［第３の実施の形態］
【００６４】
図７は、本発明の第３の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。図７において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６５】
本実施の形態は、課題を解決するための手段の欄で説明した第２の態様の具体例である。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００６６】
本実施の形態では、図７に示すように、図１におけるａ’点に位置した放物面鏡３２に相当する固定の放物面鏡２３２がａ’点に設けられ、図１におけるｂ点に位置した放物面鏡４２に相当する固定の放物面鏡２４２がｂ点に設けられている。放物面鏡２３２は、固定の第２の反射光学素子に相当している。放物面鏡２４２は、固定の第４の反射光学素子に相当している。
【００６７】
また、本実施の形態では、図７に示すように、図１中のＸ軸方向に移動可能な切替ステージ５に代えて、矢印Ｅで示すようにＹ軸方向に移動可能な一軸の切替ステージ１０５が切替機構として設けられている。本実施の形態では、放物面鏡３２，４２はそれぞれ、切替ステージ１０５に搭載され、＋Ｙ側の図７中の実線で示す位置と−Ｙ側の図７中の破線で示す位置とに位置し得るようになっている。すなわち、放物面鏡３２（可動の第１の反射光学素子に相当）は、ａ点の位置（第１の位置に相当）と、その位置から−Ｙ側に所定距離離れてテラヘルツパルス光の光路から退避した位置（第２の位置に相当）とに、位置し得るようになっている。放物面鏡４２（可動の第２の反射光学素子に相当）は、ｂ’点の位置（第４の位置に相当）と、その位置から＋Ｙ側に所定距離離れてテラヘルツパルス光の光路から退避した位置（第３の位置に相当）とに、位置し得るようになっている。
【００６８】
本実施の形態では、反射測定用試料１について反射測定を行う場合には、放物面鏡３２，４２が図７中の実線で示す位置に位置させられる。一方、透過測定用試料２について透過測定を行う場合には、放物面鏡３２，４２が図７中の破線で示す位置に位置させられる。
【００６９】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７０】
また、本実施の形態では、放物面鏡３２の図７中の破線の位置や放物面鏡４２の実線の位置は、放物面鏡３２，４２がテラヘルツパルス光の光路から退避していれさえいれば、その精度を高める必要はない。したがって、放物面鏡３２の位置調整は切替ステージ１０５が＋Ｙ側に移動したａ点の状態でのみ行えば良く、放物面鏡４２の位置調整は切替ステージ１０５が−Ｙ側に移動したｂ’点の状態でのみ行えば良い。このため、本実施の形態によれば、切替ステージ１０５として移動方向のａ点及びｂ’点の再現性さえ良ければよく、移動放物面鏡の位置調整の精度を高めることができる。
【００７１】
さらに、前記第１の実施の形態では、図１に示すような上側からの平面視で、切替ステージ５が平面鏡３４，３５，４４，４５と重なる位置を通過するため、平面鏡３４，３５，４４，４５のベース等に対して取り付けるための取り付け部材を、切替ステージ５と衝突しない位置に配置する必要がある。このため、当該取り付け部材の構造や配置が複雑化する。これに対し、本実施の形態では、図７に示すような上側からの平面視で、切替ステージ５が平面鏡３４，３５，４４，４５等と重ならない。したがって、本実施の形態によれば、前記取り付け部材等の構造や配置が簡単となる。
【００７２】
なお、放物面鏡３１，３２，２３２，４１，４２，２４２に代えて、楕円鏡等の曲面鏡を用いてもよい。
【００７３】
また、第１の実施の形態を変形して第２の実施の形態を得たのと同様の方法で、本実施の形態を変形してもよい。この場合には、放物面鏡３２，２３２，４２，２４２がそれぞれ平面鏡で置き換えられる。また、放物面鏡３２に代わる平面鏡がａ点に位置する場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料１とが共役となり、放物面鏡３２に代わる平面鏡がテラヘルツパルス光の光路から退避している場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料２とが共役となるように、設定される。さらに、放物面鏡４２に代わる平面鏡がテラヘルツパルス光の光路から退避している場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料１とが共役となり、放物面鏡４２に代わる平面鏡がｂ’点に位置する場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料２とが共役となるように、設定される。この点は、後述する第４の実施の形態についても同様である。
【００７４】
［第４の実施の形態］
【００７５】
図８は、本発明の第４の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。図８において、図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７６】
本実施の形態は、課題を解決するための手段の欄で説明した第２の態様の他の具体例である。本実施の形態が前記第３の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００７７】
本実施の形態では、切替機構として、図７中の切替ステージ１０５に代えて、回転機構２０５，２０６が設けられている点のみである。
【００７８】
回転機構２０５は、Ｚ軸方向に延びる回転軸２０５ａと、この回転軸２０５ａと共にその軸回りに回転される部材２０５ｂとを有している。放物面鏡３２は、部材２０５ｂに搭載され、前記第３の実施の形態と同様に、ａ点の位置と、透過測定時のテラヘルツパルス光の有効な光路から退避した位置とに、位置し得るようになっている。
【００７９】
回転機構２０６は、回転機構２０５と同様に、Ｚ軸方向に延びる回転軸２０６ａと、この回転軸２０６ａと共にその軸回りに回転される部材２０６ｂとを有している。放物面鏡４２は、部材２０６ｂに搭載され、前記第３の実施の形態と同様に、ｂ’点の位置と、反射測定時のテラヘルツパルス光の有効な光路から退避した位置とに、位置し得るようになっている。
【００８０】
本実施の形態によっても、前記第３の態様と同様の利点が得られる。また、回転機構２０５，２０６は、直線移動機構のステージに比べて、グリース等を用いない可動機構を実現し易く、かつ気密構造が得易い。このため、回転機構２０５，２０６は、真空中で用いるのに都合が良い。なお、チャンバー７内でグリース等を用いると、チャンバー７内を真空に引いたときに、グリース等の粒子が飛散してチャンバー７内が汚染されてしまう。
【００８１】
なお、図８の例では、放物面鏡３２，４２が、退避時に、照射光学系及び受光光学系からなる全体の系の内側に位置するように回転している。しかし、回転軸２０５ａ，２０６ａを部材２０５ｂ，２０６ｂのそれぞれ反対側に位置するように配置し、放物面鏡３２，４２が前記全体の系の外側に位置するように回転させてもよい。
【００８２】
［第５の実施の形態］
【００８３】
図９は、本発明の第５の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。図９において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８４】
本実施の形態は、課題を解決するための手段の欄で説明した第３の態様の具体例である。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００８５】
前記第１の実施の形態では、放物面鏡３２，４２を移動させて透過測定と反射測定との切り替えを行っている。これに対し、本実施の形態では、図９に示すように、放物面鏡３２，４２をＸ軸方向の所定の位置で固定させて、試料１用の試料ホルダ（図示せず）、試料２用の試料ホルダ（図示せず）、平面鏡３３，４３（照射光学系及び受光光学系のうちの反射測定専用の光学系に相当）及び平面鏡３４，３５，４４，４５（照射光学系及び受光光学系のうちの透過測定専用の光学系に相当）を移動させることで、透過測定と反射測定との切り替えを行うように、構成されている。
【００８６】
本実施の形態では、放物面鏡３２は、固定の第１の反射光学素子に相当している。放物面鏡４２は、固定の第２の反射光学素子に相当している。
【００８７】
本実施の形態では、図９に示すように、図１中のＸ軸方向に移動可能な切替ステージ５に代えて、矢印Ｆで示すようにＸ軸方向に移動可能な一軸の切替ステージ３０５が切替機構として設けられている。切替ステージ３０５には、試料１用の試料ホルダ（図示せず）、試料２用の試料ホルダ（図示せず）、平面鏡３３，４３及び平面鏡３４，３５，４４，４５が、搭載されている。
【００８８】
図９中のＧ矢視の概略図は図２と同様となり、図９中のＨ矢視の概略図は図３又は図４と同様となる。
【００８９】
切替ステージ３０５は、図９中の実線で示す位置と図９中の破線で示す位置とに位置し得るようになっている。すなわち、切替ステージ３０５は、（ａ）平面鏡３３のＹ軸方向に延びる入射光軸と放物面鏡３２のＹ軸方向に延びる射出光軸とが一致するとともに、平面鏡４３のＹ軸方向に延びる射出光軸と放物面鏡４２のＹ軸方向に延びる入射光軸とが一致する位置と、（ｂ）平面鏡３４のＹ軸方向に延びる入射光軸と放物面鏡３２のＹ軸方向に延びる射出光軸とが一致するとともに、平面鏡４５のＹ軸方向に延びる射出光軸と放物面鏡４２のＹ軸方向に延びる入射光軸とが一致する位置とに位置し得るようになっている。反射測定の場合には、切替ステージ３０５は図９中の実線で示す位置に位置させられ、透過測定の場合には、切替ステージ３０５は図９中の破線で示す位置に位置させられる。
【００９０】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００９１】
［第６の実施の形態］
【００９２】
図１０は、本発明の第６の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。図１０において、図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００９３】
本実施の形態は、課題を解決するための手段の欄で説明した第３の態様の他の具体例である。本実施の形態が前記第５の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００９４】
本実施の形態では、図１０に示すように、図９中の放物面鏡３２，４２に代えて、それらの位置に、平面鏡３３２，３４２が設けられている。
【００９５】
前記第５の実施の形態では、テラヘルツ光発生器３が放物面鏡３１の焦点に位置し、テラヘルツ光発生器３からの拡散光束のテラヘルツパルス光が放物面鏡３１によって平行光束に変換されている。これに対し、本実施の形態では、テラヘルツ光発生器３が放物面鏡３１の焦点外の位置に配置され、テラヘルツ光発生器３からの拡散光束のテラヘルツパルス光は、放物面鏡３１によって光軸を＋Ｘ軸方向とする収束光束となる。そして、この収束光束となったテラヘルツパルス光は、平面鏡３３２により＋Ｙ軸方向に曲げられ、切替ステージ３０５が図１０中の実線で示す位置に位置するときは反射測定用試料１に集光し、切替ステージ３０５が図１０中の破線で示す位置に位置するときは透過測定用試料２に集光するようになっている。換言すると、切替ステージ３０５が図１０中の実線で示す位置に位置する場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料１とが共役となり、切替ステージ３０５が図１０中の破線で示す位置に位置する場合には、放物面鏡３１に関してテラヘルツ光発生器３と試料２とが共役となっている。なお、本実施の形態においても、前記第５の実施の形態と同じく、切替ステージ３０５が図１０中の実線で示す位置に位置する場合の、平面鏡３３２から試料１までの光軸の光路長と、切替ステージ３０５が図１０中の破線で示す位置に位置する場合の、平面鏡３３２から試料２までの光軸の光路長とは、等しい。
【００９６】
また、前記第５の実施の形態では、テラヘルツ光検出器４が放物面鏡４１の焦点に位置し、試料１又は試料２からの拡散光束のテラヘルツパルス光が、放物面鏡４２によって平行光束に変換された後に、放物面鏡４１によってテラヘルツ光検出器４に集光されている。これに対し、本実施の形態では、テラヘルツ光検出器４が放物面鏡４１の焦点外の位置に配置され、試料１又は試料２からの拡散光束のテラヘルツパルス光が、平面鏡３４２によって反射された後に、拡散光束のまま放物面鏡４１に入射し、放物面鏡４１によってテラヘルツ光検出器４に集光するようになっている。換言すると、切替ステージ３０５が図１０中の実線で示す位置に位置する場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料１とが共役となり、切替ステージ３０５が図１０中の破線で示す位置に位置する場合には、放物面鏡４１に関してテラヘルツ光検出器４と試料２とが共役となっている。なお、本実施の形態においても、前記第５の実施の形態と同じく、切替ステージ３０５が図１０中の実線で示す位置に位置する場合の、平面鏡３４２から試料１までの光軸の光路長と、切替ステージ３０５が図１０中の破線で示す位置に位置する場合の、平面鏡３４２から試料２までの光軸の光路長とは、等しい。
【００９７】
本実施の形態によれば、前記第５の実施の形態と同様の利点が得られる。また、前記第５の実施の形態では４つの放物面鏡３１，３２，４１，４２を要していたのに対し、本実施の形態では、２つの放物面鏡３１，４１で済む。したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態に比べてより低価格化を図ることができる。
【００９８】
［第７の実施の形態］
【００９９】
図１１は、本発明の第７の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。図１１において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１００】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、平面鏡９１，９２を追加して、レーザ光源１１の配置を変更した点のみである。
【０１０１】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、前記第１の実施の形態では、レーザ光源１１が−Ｘ側に突出しているのに対し、レーザ光源１１が−Ｘ側に突出していないので、より装置の小型化を図ることができる。
【０１０２】
前記第２乃至第６の実施の形態についても、本実施の形態と同様のレーザ光源１１の配置を採用してもよいことは、言うまでもない。
【０１０３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０４】
例えば、前記各実施の形態は、本発明をテラヘルツ光を用いた複素誘電率等の測定装置に適用した例であったが、本発明は、テラヘルツ光を用いた他の種々のテラヘルツ光を用いた測定装置に適用することができる。
【０１０５】
また、前記各実施の形態では、テラヘルツ光発生器３として、光伝導アンテナを用いる代わりに、電気光学結晶を用いてもよい。また、テラヘルツ光検出器４として、光伝導アンテナを用いる代わりに、電気光学結晶を用いてもよい。この場合、例えば、テラヘルツパルス光が試料１，２の２次元領域をそれぞれ照射するようにし、プローブパルス光を偏光子で偏光させて電気光学結晶の２次元領域を照射し、電気光学結晶を通過したプローブパルス光を検光子で検光した後にＣＣＤカメラで受光するようにしてもよい。この場合、ＣＣＤカメラによりテラヘルツパルス光の試料反射像又は試料透過像に相当する像を得ることができる。このとき、ＣＣＤカメラは、大気領域に配置してもよい。このように、本発明は、イメージ化装置にも適用することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のＡ矢視の概略図である。
【図３】図１中のＢ矢視の概略図である。
【図４】図３に対応する変形例を示す図である。
【図５】図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定用試料を保持する試料ホルダ等を示す外観図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 反射測定用試料
２ 透過測定用試料
３ テラヘルツ光発生器
４ テラヘルツ光検出器
５，１０５，３０５ 切替ステージ
６ 筐体
１１ レーザ光源
３１，３２，４２，４３，２３２，２４２ 放物面鏡
３４〜３５，４３〜４５，１３２，１４２，３３２，３４２ 平面鏡
２０５，２０６ 回転機構

Claims (4)

1. テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、
   テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、
   互いに異なる位置に配置される反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、
   前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、
   切替機構と、
   を備え、
   前記照射光学系は可動の第１の反射光学素子を含み、
   前記受光光学系は可動の第２の反射光学素子を含み、
   前記切替機構は、（ａ）前記第１の反射光学素子が、前記照射光学系の光軸上にあって前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を前記反射測定用対象物に導く第１の位置に位置するとともに、前記第２の反射光学素子が、前記受光光学系の光軸上にあって前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光を前記テラヘルツ光検出器に導く第２の位置に位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記第１の反射光学素子が、前記第１の位置に位置するときと同じ姿勢で、前記照射光学系の光軸上にあって前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を前記透過測定用対象物に導く第３の位置に位置するとともに、前記第２の反射光学素子が、前記第２の位置に位置するときと同じ姿勢で、前記受光光学系の光軸上にあって前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光を前記テラヘルツ光検出器に導く第４の位置に位置する第２の切替状態とに、択一的に切り替える、
   ことを特徴とするテラヘルツ光を用いた測定装置。
2. テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、
   テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、
   互いに異なる位置に配置される反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、
   前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、
   切替機構と、
   を備え、
   前記照射光学系は、可動の第１の反射光学素子及び固定の第２の反射光学素子を含み、
   前記受光光学系は、可動の第３の反射光学素子及び固定の第４の反射光学素子を含み、
   前記切替機構は、（ａ）前記第１の反射光学素子が前記照射光学系の光軸上の第１の位置に位置するとともに、前記第３の反射光学素子が前記受光光学系の光路から退避した第３の位置に位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記第１の反射光学素子が前記照射光学系の光路から退避した第２の位置に位置するとともに、前記第３の反射光学素子が前記受光光学系の光軸上の第４の位置に位置する第２の切替状態とに、択一的に切り替え、
   前記照射光学系は、前記第１の反射光学素子が前記第１の位置に位置する場合には、前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を、前記第１の反射光学素子を経由しかつ前記第２の反射光学素子を経由することなく前記反射測定用対象物（又は前記透過測定用対象物）に選択的に導くとともに、前記第１の反射光学素子が前記第２の位置に位置する場合には、前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光を、前記第２の反射光学素子を経由しかつ前記第１の反射光学素子を経由することなく前記透過測定用対象物（又は前記反射測定用対象物）に選択的に導き、
   前記受光光学系は、前記第３の反射光学素子が前記第３の位置に位置する場合には、前記反射測定用対象物を反射した（又は前記透過測定用対象物を透過した）テラヘルツパルス光を、前記第４の反射光学素子を経由しかつ前記第３の反射光学素子を経由することなく前記テラヘルツ光検出器に導くとともに、前記第３の反射光学素子が前記第４の位置に位置する場合には、前記透過測定用対象物を透過した（又は前記反射測定用対象物を反射した）テラヘルツパルス光を、前記第３の反射光学素子を経由しかつ前記第４の反射光学素子を経由することなく前記テラヘルツ光検出器に導く、
   ことを特徴とするテラヘルツ光を用いた測定装置。
3. テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、
   テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、
   反射測定用対象物及び透過測定用対象物のいずれか一方に選択的に、前記テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を導く照射光学系と、
   前記照射光学系の選択状態に応じて、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光及び前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光のいずれか一方を選択的に、前記テラヘルツ光検出器に導く受光光学系と、
   切替機構と、
   を備え、
   前記照射光学系は固定の第１の反射光学素子を含み、
   前記受光光学系は固定の第２の反射光学素子を含み、
   前記切替機構は、（ａ）前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光が前記第１の反射光学素子を経由して前記反射測定用対象物に照射し、かつ、前記反射測定用対象物を反射したテラヘルツパルス光が前記第２の反射光学素子を経由して前記テラヘルツ光検出器に導かれる位置に、前記照射光学系及び前記受光光学系のうちの反射測定専用の光学系並びに前記反射測定用対象物が位置する第１の切替状態と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生器からのテラヘルツパルス光が前記第１の反射光学素子を経由して前記透過測定用対象物を照射し、かつ、前記透過測定用対象物を透過したテラヘルツパルス光が前記第２の反射光学素子を経由して前記テラヘルツ光検出器に導かれる位置に、前記照射光学系及び前記受光光学系のうちの透過測定専用の光学系並びに前記透過測定用対象物が位置する第２の切替状態とに、前記反射測定専用の光学系及び前記透過測定専用の光学系を着脱することなく、択一的に切り替える、
   ことを特徴とするテラヘルツ光を用いた測定装置。
4. 前記第１及び第２の切替状態のいずれにおいても、前記テラヘルツ光発生器から前記テラヘルツ光検出器までのテラヘルツパルス光の光路長が略等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。

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