JP2018010012A - Measurement object information acquisition device and method for the acquisition - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement object information acquisition device which can easily and correctly observe information on a measurement object.SOLUTION: The measurement object information acquisition is for acquiring a time waveform by a time-domain spectroscopy and acquiring information on a measurement object, and includes: a terahertz wave generation unit 101; a detection unit 102 for detecting a terahertz wave from the measurement object; a waveform acquisition unit for acquiring the time waveform of a terahertz wave by output from the detection unit; a housing 106 containing at least a part of a propagation path of a terahertz wave from the generation unit to the detection unit; a window unit 107 in the housing, the window unit having a permeability for a terahertz wave; and a mechanism 105 which moves in relative positions between the window unit and the parallel propagation region of a terahertz wave from the generation unit so that the propagation distance of the terahertz wave will change. The terahertz wave is emitted to the measurement object through the window unit, and information on the measurement object with the change compensated of the propagation distance of a terahertz wave generated by the movement of the reflective part of the measurement object outside or inside the parallel propagation region is acquired based on the time waveform acquired by the waveform acquisition unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、テラヘルツ波を用いて測定物の物性或いは構造の情報を取得する装置及びその取得方法等に関する。特には、時間領域でのテラヘルツ波を測定する装置(THz-TDS装置、THz-Time Domain Spectroscopy装置)の原理を用いた形態に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for acquiring physical property or structure information of a measurement object using a terahertz wave, an acquisition method thereof, and the like. In particular, the present invention relates to a configuration using the principle of a device (THz-TDS device, THz-Time Domain Spectroscopy device) that measures terahertz waves in the time domain.

テラヘルツ波は、典型的には0.03THz以上30THz以下の範囲のうちの任意の周波数帯域の成分を有する電磁波である。この様な周波数帯域には、生体分子を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。この特徴を活かして、非破壊にて物質の分析や同定等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。さらに、物質内部の可視化を行うトモグラフィ装置への適用が注目されている。この装置では、テラヘルツ波の透過性という特徴を活かし、数100μmから数10mm程度の深さでの内部構造の可視化が期待されている。 The terahertz wave is an electromagnetic wave having a component in an arbitrary frequency band in a range of 0.03 THz to 30 THz. In such a frequency band, there are many characteristic absorptions derived from the structures and states of various substances including biomolecules. Taking advantage of this feature, inspection techniques for non-destructive analysis and identification of substances have been developed. In addition, it is expected to be applied to safe imaging technology that replaces X-rays and high-speed communication technology. Furthermore, application to a tomography apparatus that visualizes the inside of a substance has attracted attention. This device is expected to visualize the internal structure at a depth of several hundreds of μm to several tens of mm, taking advantage of the characteristic of terahertz wave transmission.

この領域の電磁波は、大気の水分に関する特徴的な吸収が多く存在している。そのため、この大気の影響を軽減するために、テラヘルツ波が伝搬する部分を大気から隔離し、テラヘルツ波が伝搬する部分の雰囲気を調整する装置形態が多く用いられる。特許文献1は、調整された雰囲気の状態を崩さずに様々な測定物を測定するため、大気からの隔離に用いた筐体の一部にテラヘルツ波が透過する測定窓を設け、その窓に測定物を設置する装置形態を開示している。 Electromagnetic waves in this region have many characteristic absorptions related to atmospheric moisture. Therefore, in order to reduce the influence of the atmosphere, a device configuration is often used in which a portion where the terahertz wave propagates is isolated from the atmosphere and the atmosphere of the portion where the terahertz wave propagates is adjusted. In Patent Document 1, a measurement window that transmits terahertz waves is provided in a part of the casing used for isolation from the atmosphere in order to measure various measured objects without destroying the state of the adjusted atmosphere. An apparatus configuration for installing a measurement object is disclosed.

国際公開WO03/058212号公報International Publication No. WO03 / 058212

特許文献1の技術のように反射測定系を内包する筐体の一部に設けた測定窓に測定物を設置する形態は、テラヘルツ波の焦点位置に対して測定物の位置が固定化される。このため、テラヘルツ波の焦点位置と測定物の相対的な位置調整が難しい構成である。例えば、本発明の説明にも用いる図10(b)の光学配置において、これまでの本発明者の検討の結果、次のような現象が確認されている。図10(b)において、測定物の第1の界面1018と第2の界面1019から反射されるテラヘルツ波パルスの時間間隔から測定物の光学的な距離を測定する場合を考える。ここで、2つの界面が平行伝搬領域1022に収まっている場合と、いずれかの界面が集光過程領域1021に存在している場合では、装置が取得する光学的な距離は変化する。言い換えると、テラヘルツ波の焦点位置に対する測定物の位置によって、測定物の光学的な厚みの測定値が変化してしまう可能性がある。 As in the technique of Patent Document 1, the measurement object is fixed to the focal position of the terahertz wave in the form in which the measurement object is installed in the measurement window provided in a part of the housing containing the reflection measurement system. . For this reason, it is difficult to adjust the relative position of the focus position of the terahertz wave and the measurement object. For example, in the optical arrangement of FIG. 10 (b) that is also used in the description of the present invention, the following phenomenon has been confirmed as a result of the examination of the present inventors so far. In FIG. 10B, consider a case where the optical distance of the measurement object is measured from the time interval of the terahertz wave pulse reflected from the first interface 1018 and the second interface 1019 of the measurement object. Here, when the two interfaces are within the parallel propagation region 1022 and when one of the interfaces is in the light condensing process region 1021, the optical distance acquired by the apparatus changes. In other words, the measured value of the optical thickness of the measurement object may change depending on the position of the measurement object with respect to the focal position of the terahertz wave.

ここで平行伝搬領域1022はテラヘルツ波が平行に伝搬する領域で、この領域は波動光学的に焦点深度に相当する。本明細書では、この平行伝搬領域1022を焦点位置とも呼ぶ。また、集光過程領域1021は、テラヘルツ波が集光する過程の領域と定義している。 Here, the parallel propagation region 1022 is a region in which terahertz waves propagate in parallel, and this region corresponds to the depth of focus in terms of wave optics. In this specification, the parallel propagation region 1022 is also referred to as a focal position. The condensing process region 1021 is defined as a region in the process of collecting the terahertz wave.

この現象を勘案すると、特許文献1のように、装置筐体に設置される測定物について、テラヘルツ波の焦点位置に対する測定物の位置が固定化される装置形態では、次のようになる。すなわち、測定物の表面或いは内部の構造を観察する際、場所によって光学的な距離の測定値が変化する恐れがあり、測定物の正確な構造観察が難しくなることがある。その結果、内部構造を取得する装置の測定の信頼性が低下する可能性がある。本明細書では、このテラヘルツ波の焦点位置によって変化する光学的な距離を、二次的な伝搬距離と呼ぶ。 In consideration of this phenomenon, as in Patent Document 1, in the apparatus configuration in which the position of the measurement object with respect to the focal position of the terahertz wave is fixed with respect to the measurement object installed in the apparatus housing, it is as follows. That is, when observing the surface or the internal structure of the measurement object, the optical distance measurement value may change depending on the location, and it may be difficult to accurately observe the structure of the measurement object. As a result, the measurement reliability of the device that acquires the internal structure may be reduced. In this specification, the optical distance that changes depending on the focal position of the terahertz wave is referred to as a secondary propagation distance.

上記課題に鑑み、時間領域分光法を用いて時間波形を取得し、測定物の情報を取得する本発明の情報取得装置は、テラヘルツ波を発生する発生部と、前記測定物からのテラヘルツ波を検出する検出部と、前記検出部の出力を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得する波形取得部と、前記発生部から前記検出部に至るテラヘルツ波の伝搬経路の少なくとも一部を内包する筐体と、前記発生部からのテラヘルツ波に対する透過性を有し、前記筐体に配置されている窓部と、テラヘルツ波の伝搬距離が変化するように、前記窓部と前記発生部からのテラヘルツ波の平行伝搬領域との相対的な位置を移動する移動機構と、を有し、前記発生部からのテラヘルツ波が、前記窓部を介して前記測定物に照射されるように構成されており、前記波形取得部で取得した時間波形に基づいて、前記測定物の反射部が前記平行伝搬領域内外を移動することによって発生するテラヘルツ波の伝搬距離の変化が補償された前記測定物の情報を取得するIn view of the above problems, acquires a time waveform with a time-domain spectroscopy, the information acquisition device of the present invention for obtaining information of the measurement object comprises a generator for generating a terahertz wave, a terahertz wave from the measurement object A detection unit that detects, a waveform acquisition unit that acquires a time waveform of a terahertz wave using the output of the detection unit, and a housing that includes at least a part of a propagation path of the terahertz wave from the generation unit to the detection unit And a terahertz wave from the window and the generator so as to change the propagation distance of the terahertz wave from the window disposed in the housing. A moving mechanism that moves the relative position of the parallel propagation region, and the terahertz wave from the generation unit is configured to be irradiated to the measurement object through the window , In the waveform acquisition unit Based on the obtained the time waveform, to obtain the information of said measured object change in the propagation distance of the terahertz wave is compensated reflecting portion is generated by moving the parallel propagation region and outside the of the measurement object.

また、上記課題に鑑み、電磁波パルスの伝搬経路の少なくとも一部を内包する筐体に移動可能に配置された測定窓を介して電磁波パルスを測定物に照射し、前記測定物の物性或いは構造の情報を取得する本発明の情報取得方法は、次のステップを有する。電磁波パルスを発生するステップ。電磁波パルスで照射された前記測定窓からの電磁波パルスの時間波形を取得するステップ。電磁波パルスで照射された前記測定物からの電磁波パルスの時間波形を取得するステップ。物性データベースより、再構成波形の構築に用いる物質の物性の情報を取得するステップ。電磁波パルスの焦点位置と前記測定窓との相対的な位置の情報より電磁波パルスの二次的な伝搬距離の変化を算出するステップ。前記測定物からの電磁波パルスの前記時間波形を比較対象とし、前記測定窓からの電磁波パルスの前記時間波形と前記二次的な伝搬距離の変化と前記物性の情報とを用いて前記再構成波形を構築し最適化するステップ。   Further, in view of the above problems, an electromagnetic wave pulse is irradiated to a measurement object through a measurement window that is movably disposed in a housing that contains at least a part of the propagation path of the electromagnetic wave pulse, and the physical properties or structure of the measurement object The information acquisition method of the present invention for acquiring information includes the following steps. Generating electromagnetic pulses. Obtaining a time waveform of the electromagnetic wave pulse from the measurement window irradiated with the electromagnetic wave pulse; Obtaining a time waveform of an electromagnetic wave pulse from the measurement object irradiated with the electromagnetic wave pulse; Obtaining physical property information of a substance used for constructing a reconstructed waveform from a physical property database; Calculating a secondary propagation distance change of the electromagnetic wave pulse from information on a relative position between the focal position of the electromagnetic wave pulse and the measurement window; Using the time waveform of the electromagnetic wave pulse from the measurement object, the time waveform of the electromagnetic wave pulse from the measurement window, the change in the secondary propagation distance, and the physical property information as the reconstructed waveform Steps to build and optimize.

本発明に依れば、装置は、電磁波パルスの伝搬経路の少なくとも一部を内包する筐体に対して移動可能な測定窓を用いるので、筐体内の雰囲気の変動を抑制した状態でテラヘルツ波の焦点位置と測定物との位置の調整が可能になる。この結果、測定物の物性或いは構造の正確な観察が容易となり、測定の信頼性が向上する。 According to the present invention, since the apparatus uses a measurement window that is movable with respect to the housing that contains at least a part of the propagation path of the electromagnetic wave pulse, the terahertz wave is suppressed in a state in which the variation in the atmosphere in the housing is suppressed. It is possible to adjust the position of the focal point and the measurement object. As a result, accurate observation of the physical properties or structure of the measurement object is facilitated, and measurement reliability is improved.

実施形態1と2で説明する本発明の装置の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a device of the present invention described in the first and second embodiments. 実施形態1の測定窓部の構成を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a measurement window unit according to the first embodiment. 実施形態1の測定窓部の変形例を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the measurement window portion of the first embodiment. 実施形態3の測定窓部の変形例を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining a modification of the measurement window part of the third embodiment. 実施形態4の素子を保持する測定窓部の構成を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a measurement window unit that holds an element according to a fourth embodiment. 実施形態5のプローブの構成を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of a probe according to a fifth embodiment. 実施形態2の装置の動作フロー例を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation flow of the apparatus of the second embodiment. 実施形態2の装置の動作を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the apparatus according to the second embodiment. 波形再構築部で用いる伝達行列を説明するための図。The figure for demonstrating the transfer matrix used in a waveform reconstruction part. 従来技術の課題及び伝搬距離データベースに格納されるデータを説明する図。The figure explaining the problem of a prior art, and the data stored in a propagation distance database. 実施形態2の表示部の表示方法の例を説明する図。10A and 10B are diagrams illustrating an example of a display method of a display unit according to the second embodiment. 実施形態1の測定窓部の変形例を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the measurement window portion of the first embodiment. 実施形態3の測定窓部の変形例を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining a modification of the measurement window part of the third embodiment.

本発明の測定物の物性或いは構造を取得する装置とその取得方法は、従来装置において筐体に固定されていた測定窓を移動可能にしている所が特徴である。その結果、電磁波の焦点位置を、観察したい測定物の位置に対して調整することが可能となり、測定物の物性或いは構造の正確な観察を容易にするものである。 The apparatus and method for acquiring the physical properties or structure of the measurement object according to the present invention is characterized in that the measurement window fixed to the housing in the conventional apparatus is movable. As a result, it is possible to adjust the focal position of the electromagnetic wave with respect to the position of the measurement object to be observed, thereby facilitating accurate observation of the physical properties or structure of the measurement object.

本発明では、測定物で反射される電磁波パルスにより測定物の物性や構造を観測する。使用する電磁波パルスは、測定物に対して或る程度の透過性を有していればよい。ここで、測定物の反射部間の間隔が数100μmから数10mm程度の大きさで、かつ反射部や反射部に至るまでの物性も取得したい場合、テラヘルツ波パルスを用いることが好適である。テラヘルツ波パルスは、0.03THz以上30THz以下の範囲のうち、任意の周波数帯域の成分を有する。そして、この波長帯には、生体分子を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。テラヘルツ波パルスが有する透過性と分析性を利用することで、本発明の装置と方法は、測定物の構造に関する情報だけではなく物理的な特性も取得できるという効果を奏する。そのため本明細書では、例えば、細胞が異常細胞(がん細胞など)であるか否かの情報も、「測定物の物性或いは構造の情報」に含まれる。 In the present invention, the physical properties and structure of the measurement object are observed by the electromagnetic wave pulse reflected by the measurement object. The electromagnetic wave pulse to be used only needs to have a certain degree of transparency with respect to the measurement object. Here, when the distance between the reflection parts of the measurement object is about several hundred μm to several tens of mm and it is desired to obtain physical properties from the reflection part to the reflection part, it is preferable to use a terahertz wave pulse. The terahertz wave pulse has a component in an arbitrary frequency band within a range of 0.03 THz to 30 THz. In this wavelength band, there are many characteristic absorptions derived from structures and states of various substances including biomolecules. By utilizing the transmissivity and analytical properties of the terahertz wave pulse, the apparatus and method of the present invention have an effect that not only information on the structure of the measurement object but also physical characteristics can be acquired. Therefore, in this specification, for example, information on whether or not a cell is an abnormal cell (such as a cancer cell) is also included in “information on physical properties or structure of measurement object”.

上述した様に、本明細書では、テラヘルツ波パルスが集光される時のビーム形状を次のように定義している。すなわち、集光手段1020で集光されたテラヘルツ波パルスのビーム形状について、図10(b)のように集光過程領域1021と平行伝搬領域1022に分けて考える。平行伝搬領域1022はテラヘルツ波が平行に伝搬する領域で、この領域は波動光学的に焦点深度に相当する。本明細書では、この平行伝搬領域1022を焦点位置とも呼ぶ。また、集光過程領域1021は、テラヘルツ波が集光する過程の領域と定義している。さらに、テラヘルツ波パルスの焦点位置と測定物との相対的な位置変化に伴うテラヘルツ波パルスの伝搬距離の変化を、単に伝搬距離の変化と呼ぶ。これに加え、上述したように、測定する領域がテラヘルツ波パルスの焦点位置からずれることにより生ずるテラヘルツ波パルスの光学的な伝搬距離の変化を、二次的な伝搬距離の変化と呼ぶこともある。こうした用語の定義に基づき、本発明を説明する。 As described above, in this specification, the beam shape when the terahertz wave pulse is condensed is defined as follows. That is, the beam shape of the terahertz wave pulse condensed by the condensing means 1020 is considered by dividing it into a condensing process region 1021 and a parallel propagation region 1022 as shown in FIG. 10 (b). The parallel propagation region 1022 is a region where terahertz waves propagate in parallel, and this region corresponds to the depth of focus in terms of wave optics. In this specification, the parallel propagation region 1022 is also referred to as a focal position. The condensing process region 1021 is defined as a region in the process of collecting the terahertz wave. Further, a change in the propagation distance of the terahertz wave pulse accompanying a change in the relative position between the focal position of the terahertz wave pulse and the measurement object is simply referred to as a change in the propagation distance. In addition to this, as described above, the change in the optical propagation distance of the terahertz wave pulse caused by the measurement region deviating from the focal position of the terahertz wave pulse is sometimes referred to as a secondary change in the propagation distance. . Based on the definitions of these terms, the present invention will be described.

以下に、本発明の実施形態のより詳細な説明を行う。ここでは、電磁波パルスとしてテラヘルツ波パルスを用いて説明する。
(実施形態1)
本発明の思想を実施し得る形態について、図面を参照して説明する。図1を用いて本実施形態における測定物の物性或いは構造を取得する装置の構成を説明する。本装置は、テラヘルツ波パルスを扱う部分として、テラヘルツ波パルスT1を発生する発生部101と測定物108からのテラヘルツ波パルスT2を検出する検出部102を有する。
In the following, a more detailed description of embodiments of the present invention will be given. Here, description will be made using a terahertz wave pulse as the electromagnetic wave pulse.
(Embodiment 1)
The form which can implement the idea of the present invention is explained with reference to drawings. The configuration of an apparatus for acquiring the physical properties or structure of a measurement object in this embodiment will be described with reference to FIG. This apparatus includes a generation unit 101 that generates a terahertz wave pulse T 1 and a detection unit 102 that detects a terahertz wave pulse T 2 from a measurement object 108 as a part that handles the terahertz wave pulse.

テラヘルツ波パルスT2の時間波形は、時間領域分光法(Time Domain Spectroscopy method)を用いて時間波形が取得される。この時間波形を取得するために、装置は次の構成を少なくとも有する。装置は、テラヘルツ波パルスを発生、検出するために用いる励起光を出力する光源103を有する。装置は、光源103から検出部102に至る励起光L2の光路長を調整する遅延光学部104を有する。装置は、遅延光学部104で定義される励起光L2の光路長の変化と検出部102の出力を参照して、テラヘルツ波パルスT2の時間波形を取得する波形取得部109を有する。また、装置は、発生部101からテラヘルツ波パルスT1を発生させるために用いる駆動部105を有する。駆動部105は、電圧または電流源である。ロックインアンプを用いた変復調技術で検出部102からの信号を検出する場合、駆動部105は信号を変調する機能を有していてもよい。これまで述べた装置の各部の構成は、結果的にテラヘルツ波パルスT2の時間波形が取得できる構成であればよい。例えば、本出願人による特許出願の特願2012-047462に各部の構成の詳細が記載されている。尚、図1において、Mは反射ミラーであり、B.S.はビームスプリッタである。 Time waveform of the terahertz wave pulse T 2 are, the time waveform by using a time-domain spectroscopy (Time Domain Spectroscopy method) are obtained. In order to acquire this time waveform, the apparatus has at least the following configuration. The apparatus has a light source 103 that outputs excitation light used to generate and detect terahertz wave pulses. The apparatus includes a delay optical unit 104 that adjusts the optical path length of the excitation light L 2 from the light source 103 to the detection unit 102. The apparatus includes a waveform acquisition unit 109 that acquires the time waveform of the terahertz wave pulse T 2 with reference to the change in the optical path length of the excitation light L 2 defined by the delay optical unit 104 and the output of the detection unit 102. In addition, the apparatus includes a driving unit 105 used for generating the terahertz wave pulse T 1 from the generating unit 101. The drive unit 105 is a voltage or current source. When the signal from the detection unit 102 is detected by a modulation / demodulation technique using a lock-in amplifier, the drive unit 105 may have a function of modulating the signal. The configuration of each part of the apparatus described so far may be a configuration that can acquire the time waveform of the terahertz wave pulse T 2 as a result. For example, details of the configuration of each part are described in Japanese Patent Application No. 2012-047462 filed by the present applicant. In FIG. 1, M is a reflecting mirror, and BS is a beam splitter.

本実施形態の装置について、以下の構成が従来の装置構成と異なる点である。図1において、装置は、測定物に照射する電磁波パルスを発生する発生部101から検出部102に至るテラヘルツ波パルスの伝搬経路の少なくとも一部を含み、伝搬経路を取り巻く雰囲気を調整可能とする筐体106を有する。この筐体106の一部には測定窓部107が移動可能に設けられる。測定窓部107は、テラヘルツ波パルスの伝搬経路中にあって、テラヘルツ波パルスの伝搬距離を変化させる部分である。詳細には、測定窓部107は、テラヘルツ波パルスの伝搬経路中にあり、発生部101から検出部102に至るテラヘルツ波パルスの伝搬経路を変化させるために移動可能な測定窓の構成を含む部分である。測定物108は、測定窓部107を挟んで、筐体の中のテラヘルツ波パルスの伝搬経路とは反対側に配置される。これらの構成により、装置は、筐体106の雰囲気を維持したまま、テラヘルツ波の焦点位置に対し、筐体106の外側にある測定物108の位置を調整することができる。測定窓は、着脱可能に設けられても良く、ユーザーが用意することもできる。 About the apparatus of this embodiment, the following structures differ from the conventional apparatus structure. In FIG. 1, the apparatus includes at least a part of a propagation path of a terahertz wave pulse from the generation unit 101 that generates an electromagnetic wave pulse to irradiate a measurement object to the detection unit 102, and can adjust an atmosphere surrounding the propagation path. It has a body 106. A measurement window 107 is movably provided in a part of the casing 106. The measurement window 107 is a part that is in the propagation path of the terahertz wave pulse and changes the propagation distance of the terahertz wave pulse. Specifically, the measurement window 107 is in the propagation path of the terahertz wave pulse, and includes a configuration of a measurement window movable to change the propagation path of the terahertz wave pulse from the generation unit 101 to the detection unit 102 It is. The measurement object 108 is disposed on the opposite side of the measurement window 107 from the propagation path of the terahertz wave pulse in the housing. With these configurations, the apparatus can adjust the position of the measurement object 108 outside the housing 106 with respect to the focal position of the terahertz wave while maintaining the atmosphere of the housing 106. The measurement window may be provided so as to be detachable, or can be prepared by the user.

次に、各部の詳細について説明する。
図2は、測定窓部107の一実施形態を説明する図である。図2(a)は測定窓部107の斜視図、図2(b)は図2(a)に示した測定窓部107のAA’部分の断面図である。図2に示すように、測定窓部107は、筐体106の一部に形成される。そして、測定窓部107は、測定窓201、測定窓筐体202、封止部204、アクチュエータ205で構成される。測定窓201は、測定窓部107において測定物108を支持し、テラヘルツ波パルスT1が測定物108に入射する部分である。また、測定窓201は、筐体106で調整された雰囲気の変動を抑制するための蓋の役目も果たす。測定物108は測定窓201と密着することで、測定物108と測定窓201の界面が測定窓201の形状に沿って整形される。言い換えると、測定物108の形状を、測定に適した形に再整形することができる。その結果、測定物108の形状に由来するテラヘルツ波パルスの散乱や干渉を抑制し、測定精度を改善することができる。
Next, the detail of each part is demonstrated.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the measurement window 107. 2A is a perspective view of the measurement window 107, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the AA ′ portion of the measurement window 107 shown in FIG. 2A. As shown in FIG. 2, the measurement window 107 is formed in a part of the housing 106. The measurement window unit 107 includes a measurement window 201, a measurement window housing 202, a sealing unit 204, and an actuator 205. The measurement window 201 is a part where the measurement object 108 is supported by the measurement window 107 and the terahertz wave pulse T 1 is incident on the measurement object 108. The measurement window 201 also serves as a lid for suppressing fluctuations in the atmosphere adjusted by the housing 106. The measurement object 108 is in close contact with the measurement window 201, so that the interface between the measurement object 108 and the measurement window 201 is shaped along the shape of the measurement window 201. In other words, the shape of the measurement object 108 can be reshaped into a shape suitable for measurement. As a result, it is possible to suppress the scattering and interference of the terahertz wave pulse derived from the shape of the measurement object 108 and improve the measurement accuracy.

測定窓201は、テラヘルツ波パルスの伝搬経路中に配置されるので、テラヘルツ波パルスに対して透過性の優れた材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、テフロン(登録商標)、シクロオレフィンポリマーのような樹脂が適用できる。樹脂材料について、多孔質化した形態も適用できる。また、高抵抗シリコン、CVD(Chemical Vapor Deposition)ダイヤモンド、Zカットの石英のような基板材料が適用できる。測定窓201の平面度は、テラヘルツ波パルスが構造を認識できない程度が望ましい。具体的には、使用するテラヘルツ波パルスの実効的な波長λ(典型的にはテラヘルツ波パルスが有するスペクトルの中心波長)に対し、1/100λ〜1/20λ程度の平面度が望ましい。例えば、λが100μmの場合、測定窓201の平面度は、1〜5μm程度有することが望ましい。この条件の場合、測定窓201からのテラヘルツ波パルスに対する散乱の影響が抑制できる。さらに、測定窓201の平面度は、伝搬距離データベース111に格納される測定分解能にも依る。例えば、テラヘルツ波パルスの伝搬距離の変化が、テラヘルツ波パルスT1の焦点位置と測定窓部107との相対的な位置について100μmの測定能で測定されている場合、平面度は、この測定能より小さい値が望ましい。さらに、装置の仕様として測定誤差が定義されている場合、平面度は、この測定誤差より小さい値が望ましい。 Since the measurement window 201 is disposed in the propagation path of the terahertz wave pulse, a material having excellent permeability to the terahertz wave pulse is preferable. For example, a resin such as polyethylene, Teflon (registered trademark), or a cycloolefin polymer can be applied. A porous form can also be applied to the resin material. Further, substrate materials such as high-resistance silicon, CVD (Chemical Vapor Deposition) diamond, and Z-cut quartz can be applied. The flatness of the measurement window 201 is desirably such that the terahertz wave pulse cannot recognize the structure. Specifically, the flatness of about 1 / 100λ to 1 / 20λ is desirable with respect to the effective wavelength λ of the terahertz wave pulse to be used (typically the center wavelength of the spectrum of the terahertz wave pulse). For example, when λ is 100 μm, the flatness of the measurement window 201 is desirably about 1 to 5 μm. Under this condition, the influence of scattering on the terahertz wave pulse from the measurement window 201 can be suppressed. Further, the flatness of the measurement window 201 also depends on the measurement resolution stored in the propagation distance database 111. For example, if the change in the propagation distance of the terahertz wave pulses are measured by the measurement capability of 100μm for the relative position between the focus position of the terahertz wave pulse T 1 and the measuring window section 107, flatness, the measurement capability A smaller value is desirable. Further, when a measurement error is defined as the specification of the apparatus, the flatness is desirably a value smaller than this measurement error.

また、測定窓201は、測定物108と接触する部分の界面が明確であることが望ましい。そのため、測定物108の物性に応じて、測定窓201の複素屈折率ncom(本明細書の下記の式では、複素屈折率を上波付きnで示すが、文章中では、上波付きnを単にncomで表す)が調整できる機能が付加されていてもよい。例えば、測定窓201の全部または一部に屈折率調整用に液体が浸潤できる構成を有している形態が考えられる。詳細には、テラヘルツ波パルスT1に対して透過率が高いポリプロピレン、ポリスルホン、ナイロン、ポリエーテルスルホンの粒状ないしスポンジ状構造体からなる多孔質材料が測定窓201として適用できる。そして、屈折率調整用の材料として、水、生理食塩水、油、イオン水、ホルマリン、リン酸緩衝液、アルコール、細胞培養培地、糖、ホルモン、タンパク質、アミノ酸等が適用できる。これらの材料は、使用するテラヘルツ波パルスに対し透明であることが望ましい。また、これらの材料を単体で使用してもよいし、複数の材料を混合して用いても構わない。以上の説明では、測定窓201は、測定物108と分けて説明しているが、測定物108が測定窓201を兼ねていてもよい。 In addition, it is desirable that the measurement window 201 has a clear interface at a portion in contact with the measurement object 108. Therefore, depending on the physical properties of the measured object 108, the complex refractive index n com of the measurement window 201 (in the following formula of this specification, the complex refractive index is indicated by n with an over-wave, but in the text, with an over-wave n (Represented simply by n com ) may be added. For example, a configuration in which a liquid can be infiltrated into the whole or a part of the measurement window 201 for adjusting the refractive index can be considered. Specifically, a porous material made of a granular or sponge-like structure of polypropylene, polysulfone, nylon, or polyethersulfone having a high transmittance with respect to the terahertz wave pulse T 1 can be used as the measurement window 201. As materials for adjusting the refractive index, water, physiological saline, oil, ionic water, formalin, phosphate buffer, alcohol, cell culture medium, sugar, hormone, protein, amino acid, and the like can be applied. These materials are desirably transparent to the terahertz wave pulse used. In addition, these materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used. In the above description, the measurement window 201 is described separately from the measurement object 108, but the measurement object 108 may also serve as the measurement window 201.

測定窓筐体202は、測定窓201を支持し測定窓201を移動することでテラヘルツ波パルスの伝搬距離を変化させる部分である。テラヘルツ波パルスを測定窓201に到達させるために、測定窓筐体202には、開口部が設けられ、開口部に測定窓201が支持される。図2(b)のように、本実施形態では、開口部として測定窓筐体202に凹部203が加工されている。これは、測定窓201の部分に入射し反射するテラヘルツ波パルスの一部が、測定窓筐体202によって遮られることを防止するためである。 The measurement window housing 202 is a part that supports the measurement window 201 and changes the propagation distance of the terahertz wave pulse by moving the measurement window 201. In order to allow the terahertz wave pulse to reach the measurement window 201, the measurement window housing 202 is provided with an opening, and the measurement window 201 is supported by the opening. As shown in FIG. 2 (b), in this embodiment, a recess 203 is processed in the measurement window housing 202 as an opening. This is to prevent a part of the terahertz wave pulse incident on and reflected from the measurement window 201 from being blocked by the measurement window casing 202.

測定窓筐体202は、アクチュエータ205を介して筐体106に配置されている。図2において、測定窓筐体202は、筐体106の表面に対し法線方向に移動する。図2では、モーターによりロッドを伸縮させる形態のアクチュエータ205を適用した測定窓107の形態を示している。アクチュエータ205のモーターとして、ステッピングモーター、リニアモーター、ピエゾモーター等を用いたアクチュエータが適用できる。好ましくは、ロッドの回転力が測定窓筐体202に伝達して測定窓筐体202が移動方向に対して回転しないように、非回転式のロッド構成がよい。図2では、アクチュエータ205を2つ用いているが、使用する数はこれに限らない。 The measurement window housing 202 is disposed on the housing 106 via the actuator 205. In FIG. 2, the measurement window housing 202 moves in the normal direction with respect to the surface of the housing 106. FIG. 2 shows a form of the measurement window 107 to which the actuator 205 having a form in which the rod is expanded and contracted by a motor is applied. As a motor of the actuator 205, an actuator using a stepping motor, a linear motor, a piezo motor, or the like can be applied. Preferably, a non-rotating rod configuration is preferable so that the rotational force of the rod is transmitted to the measurement window casing 202 and the measurement window casing 202 does not rotate with respect to the moving direction. Although two actuators 205 are used in FIG. 2, the number used is not limited to this.

また、これらのアクチュエータ205は、測定窓部107の移動方向に対して、測定窓201の傾きを調整する傾斜調整機構として用いることができる。詳細には、3つのアクチュエータ205を用いると、測定窓筐体202と測定窓201の傾きを移動方向に対してピッチ軸、ヨー軸について調整することができる。この傾斜調整機構により測定窓部107からのテラヘルツ波パルスT2の反射角度を調整することができる。そのため、測定窓部107が筐体106に固定されている形態に比較して、テラヘルツ波のアライメントを正確に行うことができ、装置の測定精度が向上する。 Further, these actuators 205 can be used as an inclination adjustment mechanism that adjusts the inclination of the measurement window 201 with respect to the moving direction of the measurement window 107. Specifically, when three actuators 205 are used, the inclinations of the measurement window casing 202 and the measurement window 201 can be adjusted with respect to the movement direction with respect to the pitch axis and the yaw axis. With this tilt adjustment mechanism, the reflection angle of the terahertz wave pulse T 2 from the measurement window 107 can be adjusted. Therefore, compared to a configuration in which the measurement window 107 is fixed to the housing 106, terahertz wave alignment can be performed accurately, and the measurement accuracy of the apparatus is improved.

テラヘルツ波のアライメントを正確に行うことができると、測定物の測定精度が向上する理由を、一例を挙げて説明する。これは、本出願人による前記特許出願のものである。電磁波パルスを測定物に照射して時間領域分光法により少なくとも第1の反射部と第2の反射部を備える測定物の物性を取得する場合を考える。波形取得部で第1のパルスを取得する位置に、時間差を換算した光路長差を遅延部で調整し、時間領域分光法により少なくとも第1のパルスと第2のパルスを含む時間波形を取得する。また、相対位置監視部で監視された測定窓部の調整量と前記取得した時間波形を記憶する。そして、測定物に対する電磁波パルスの集光位置を微動する。こうして、記憶した前記調整量と前記時間波形の変化より電磁波パルスの集光位置である平行伝搬領域が測定物の第1の反射部に重なる位置を算出して、電磁波パルスの集光位置を測定物の第1の反射部に移動する。電磁波パルスの集光位置である平行伝搬領域が測定物の第1の反射部と重なる時の時間波形より第1のパルスを取得し、集光位置の移動に要する測定窓の調整量Z1と第1のパルスを取得する位置における遅延部による光路長差D1とを取得する。次に、電磁波パルスの集光位置を測定物の第2の反射部に移動し、電磁波パルスの集光位置である平行伝搬領域が測定物の第2の反射部と重なる時の時間波形より第2のパルスを取得する。そして、集光位置の移動に要する測定窓部の調整量Z2と第2のパルスを取得する位置における遅延部による光路長差D2とを取得する。この後、調整量の変化量|Z2-Z1|と前記光路長差の変化量|D2-D1|とに基づいて、測定物の第1の反射部と第2の反射部に挟まれる領域の厚みと屈折率を算出する。こうすれば、測定物の各反射部に挟まれる領域の大きさが電磁波パルスの平行伝搬領域の大きさに近い場合でも、各反射部の位置を精度良く特定でき、第1の反射部と第2の反射部に挟まれる領域の厚みと屈折率の検出精度を向上させられる。電磁波パルスとしてテラヘルツ波パルスを用いる場合、このテラヘルツ波パルスの透過性を利用することで、数100μmから数10mm程度の深さでの内部構造の可視化や物性の特定が可能になる。 The reason why the measurement accuracy of the measurement object is improved if the terahertz wave alignment can be accurately performed will be described with an example. This is that of the above-mentioned patent application by the present applicant. Consider a case in which an electromagnetic wave pulse is irradiated on a measurement object, and physical properties of the measurement object including at least a first reflection part and a second reflection part are acquired by time domain spectroscopy. At the position where the waveform acquisition unit acquires the first pulse, the optical path length difference obtained by converting the time difference is adjusted by the delay unit, and a time waveform including at least the first pulse and the second pulse is acquired by time domain spectroscopy. . The adjustment amount of the measurement window monitored by the relative position monitoring unit and the acquired time waveform are stored. Then, the focusing position of the electromagnetic wave pulse with respect to the measurement object is finely moved. In this way, the position where the parallel propagation region, which is the condensing position of the electromagnetic wave pulse, overlaps the first reflecting part of the measurement object is calculated from the stored adjustment amount and the change in the time waveform, and the condensing position of the electromagnetic wave pulse is measured. Move to the first reflective part of the object. Obtain the first pulse from the time waveform when the parallel propagation region, which is the condensing position of the electromagnetic wave pulse, overlaps the first reflecting part of the object to be measured, and the adjustment amount Z 1 of the measurement window required for moving the condensing position acquiring an optical path length difference D 1 by the delay unit in a position for obtaining the first pulse. Next, the converging position of the electromagnetic wave pulse is moved to the second reflecting part of the object to be measured, and the parallel propagation region that is the condensing position of the electromagnetic wave pulse is overlapped with the second reflecting part of the object to be measured. Get 2 pulses. Then, to obtain an optical path length difference D 2 by the delay unit at a position acquired adjustment amount Z 2 of the measuring window section required for the movement of the focusing position and the second pulse. After that, based on the adjustment amount change amount | Z 2 −Z 1 | and the optical path length difference change amount | D 2 −D 1 |, the first reflection portion and the second reflection portion of the measurement object The thickness and refractive index of the sandwiched region are calculated. In this way, even when the size of the region sandwiched between the reflecting portions of the measurement object is close to the size of the parallel propagation region of the electromagnetic wave pulse, the position of each reflecting portion can be accurately identified, and the first reflecting portion and the first reflecting portion can be identified. It is possible to improve the detection accuracy of the thickness and refractive index of the region sandwiched between the two reflecting portions. When a terahertz wave pulse is used as the electromagnetic wave pulse, the internal structure can be visualized and the physical properties can be identified at a depth of about several hundreds μm to several tens of mm by using the transparency of the terahertz wave pulse.

図2の説明に戻る。封止部204は、筐体106と測定窓筐体202の隙間に配置される。封止部204は、筐体106で調整された雰囲気の変動を抑制するために用いる。封止部204は、筐体106と測定窓筐体202が接触する部分に設けられるので、フッ素樹脂、ニトリルゴム、シリコンゴムや高分子量ポリエチレンのような低摩擦な材料が好適である。また、潤滑材が含まれた金属や樹脂も適用できる。 Returning to the description of FIG. The sealing unit 204 is disposed in a gap between the housing 106 and the measurement window housing 202. The sealing portion 204 is used to suppress a change in atmosphere adjusted by the housing 106. Since the sealing portion 204 is provided at a portion where the housing 106 and the measurement window housing 202 are in contact with each other, a low friction material such as fluororesin, nitrile rubber, silicon rubber, or high molecular weight polyethylene is preferable. A metal or resin containing a lubricant can also be applied.

図3は、測定窓部107の変形例を説明する図である。図2で説明した測定窓部107と異なる点は、測定窓筐体202の移動に用いるアクチュエータの配置である。詳細には、図2のアクチュエータ205は筐体106の内側にあり、筐体106に固定されていたが、図3のアクチュエータ305は、筐体106の外側にある。アクチュエータ305は、押付部材307を備えている。アクチュエータ305は、押付部材307を測定窓筐体202に押付けることで、アクチュエータ305の力を測定窓筐体202に伝達する。その結果、測定窓筐体202は移動する。図3(b)は、図3(a)のAA’の断面図である。図示のように、測定窓部107は、伸縮部306を有している。伸縮部306の片端は、筐体106に設けられた固定部309に接続される。伸縮部306は、例えば引張コイルバネが適用できる。測定窓筐体202は、伸縮部306の引っ張る力によって伸縮部306を介して筐体106に配置される。より詳細には、アクチュエータ305から加えられる力と、伸縮部306が測定窓筐体202を持ち上げる力のバランスによって測定窓筐体202は移動し、任意の位置に配置される。 FIG. 3 is a diagram for explaining a modified example of the measurement window unit 107. A difference from the measurement window 107 described with reference to FIG. 2 is an arrangement of actuators used for moving the measurement window casing 202. Specifically, the actuator 205 in FIG. 2 is inside the housing 106 and is fixed to the housing 106, but the actuator 305 in FIG. 3 is outside the housing 106. The actuator 305 includes a pressing member 307. The actuator 305 transmits the force of the actuator 305 to the measurement window casing 202 by pressing the pressing member 307 against the measurement window casing 202. As a result, the measurement window housing 202 moves. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along AA ′ in FIG. As shown in the figure, the measurement window 107 has an expansion / contraction part 306. One end of the elastic part 306 is connected to a fixing part 309 provided in the housing 106. For example, a tension coil spring can be applied to the stretchable portion 306. The measurement window casing 202 is disposed on the casing 106 via the expansion / contraction section 306 by the pulling force of the expansion / contraction section 306. More specifically, the measurement window housing 202 moves and is arranged at an arbitrary position by a balance between the force applied from the actuator 305 and the force by which the expansion / contraction part 306 lifts the measurement window housing 202.

図3(c)は、図3(b)の変形例である。具体的には、測定窓筐体202を筐体106に配置する部分の構成が異なる。図3(c)のように、測定窓筐体202は、伸縮部306とガイドねじ308によって筐体106に固定される。詳細には、ガイドねじ308は、筐体106に設けられたガイド穴310の深さ方向に沿って移動可能で、伸縮部306の力で測定窓筐体202は筐体106に固定される。伸縮部306は、例えば、圧縮コイルバネや皿バネが適用できる。伸縮部306は、測定窓筐体202とガイド穴310の間に配置され、ガイドねじ308は伸縮部306の中心部分に挿入される。 FIG. 3 (c) is a modification of FIG. 3 (b). Specifically, the configuration of the portion where the measurement window casing 202 is arranged in the casing 106 is different. As shown in FIG. 3 (c), the measurement window housing 202 is fixed to the housing 106 by an extendable portion 306 and a guide screw 308. Specifically, the guide screw 308 is movable along the depth direction of the guide hole 310 provided in the housing 106, and the measurement window housing 202 is fixed to the housing 106 by the force of the extendable part 306. For example, a compression coil spring or a disc spring can be applied to the expansion / contraction part 306. The expansion / contraction part 306 is disposed between the measurement window casing 202 and the guide hole 310, and the guide screw 308 is inserted into the central part of the expansion / contraction part 306.

一般に、モーターを有するアクチュエータは構成が大きくなるが、図3の構成では、このアクチュエータを筐体106の外部に配置することができる。そのため、筐体106内部に配置される部品が占有する領域を小さくできるので、筐体106内部の体積を小さくできる。この結果、筐体106内部の雰囲気の調整に要する時間が短縮でき、装置の小型化も容易になる。また、測定窓部107に伸縮部306を用いることで、外部からの振動を吸収することができる。不要な振動が生じると、測定窓部107の位置が変動し、テラヘルツ波パルスの伝搬距離が変動してしまい、テラヘルツ波パルスの時間波形の取得時に測定精度が低下する場合がある。この不要な振動を吸収することで、装置の測定精度を安定にできる。 In general, the configuration of an actuator having a motor is large, but in the configuration of FIG. 3, this actuator can be arranged outside the housing 106. Therefore, the area occupied by the components arranged inside the housing 106 can be reduced, and the volume inside the housing 106 can be reduced. As a result, the time required for adjusting the atmosphere inside the housing 106 can be shortened, and the apparatus can be easily downsized. Further, by using the expansion / contraction part 306 for the measurement window part 107, it is possible to absorb vibration from the outside. When unnecessary vibration occurs, the position of the measurement window 107 changes, the propagation distance of the terahertz wave pulse changes, and the measurement accuracy may decrease when acquiring the time waveform of the terahertz wave pulse. By absorbing this unnecessary vibration, the measurement accuracy of the apparatus can be stabilized.

図2の測定窓部107の構成では、傾斜調整機構として測定窓筐体202を支持するアクチュエータ205を用いている。これに対し、図3の測定窓部107の構成では、傾斜調整機構として筐体106の外部に設けられたアクチュエータ305を用いる。詳細には、アクチュエータ305は押付部材307の傾斜を調整する機構を有し、押付部材307の傾斜を保持したまま測定窓筐体202に押付部材307を押し付けることで、テラヘルツ波パルスT2の反射角度の調整を行うことができる。 In the configuration of the measurement window 107 in FIG. 2, an actuator 205 that supports the measurement window housing 202 is used as the tilt adjustment mechanism. On the other hand, in the configuration of the measurement window 107 in FIG. 3, an actuator 305 provided outside the housing 106 is used as the tilt adjustment mechanism. In particular, the actuator 305 has a mechanism for adjusting the inclination of the pressing member 307, by pressing the pressing member 307 to the measurement Madokatamitai 202 while maintaining the inclination of the pressing member 307, the reflection of the terahertz wave pulse T 2 The angle can be adjusted.

図2や図3の構成では、測定窓部107の移動方向に対して、測定窓201の傾きを調整する傾斜調整機構として、測定窓筐体202を移動するために用いるアクチュエータ205、305を利用している。しかし、測定窓部107は、この傾斜調整機構を独立して有していてもよい。例えば、図12は、測定窓部107において傾斜調整機構を独立させた形態の例を示したものである。尚、図12の測定窓部107では、測定窓筐体202の移動に必要な構成が省略されているが、実際には、これまで説明した測定窓部107の移動に必要な機構が適用できる。 2 and 3, the actuators 205 and 305 used to move the measurement window housing 202 are used as an inclination adjustment mechanism for adjusting the inclination of the measurement window 201 with respect to the movement direction of the measurement window 107. doing. However, the measurement window 107 may have this tilt adjustment mechanism independently. For example, FIG. 12 shows an example of a form in which the tilt adjustment mechanism is made independent in the measurement window unit 107. In FIG. 12, the configuration necessary for moving the measurement window casing 202 is omitted in the measurement window 107, but in reality, the mechanism necessary for moving the measurement window 107 described above can be applied. .

図12(a)は測定窓部107の上面図、(b)は測定窓部107のAA’断面図、(c)は測定窓部107のBB’断面図である。これまでの測定窓部107と異なる点は、測定窓201の傾斜を調整するための傾き調整板1209を有している点である。詳細には、図12(b)のように、傾き調整板1209は測定窓筐体202に対してガイドねじ308で固定されている。傾き調整板1209は、ガイド穴310を有し、ガイドねじ308はガイド穴310の深さ方向に移動する。伸縮部306は、傾き調整板1209とガイドねじ308の端部の間に配置される。ガイドねじ308は、伸縮部306の中心部分に挿入され、傾き調整板1209は伸縮部306の力によって測定窓筐体202に押付けられる。伸縮部306は、圧縮バネや皿バネが適用できる。封止部1204は、傾き調整板1209と測定窓筐体202の間に挿入され、筐体106で調整された雰囲気が変動することを抑制する。封止部1204は、Oリングが適用できる。好ましくは、封止部1204は傾き調整板1209から加えられる力によって変形するので、封止部1204に用いる材料は、硬度の小さい材料がよい。その結果、傾き調整板1209の傾斜に沿って封止部1204が変形するので、封止状態が保たれ雰囲気の変動が小さくなる。 12A is a top view of the measurement window 107, FIG. 12B is an AA ′ sectional view of the measurement window 107, and FIG. 12C is a BB ′ sectional view of the measurement window 107. The difference from the conventional measurement window unit 107 is that an inclination adjustment plate 1209 for adjusting the inclination of the measurement window 201 is provided. Specifically, as shown in FIG. 12B, the inclination adjustment plate 1209 is fixed to the measurement window housing 202 with a guide screw 308. The tilt adjustment plate 1209 has a guide hole 310, and the guide screw 308 moves in the depth direction of the guide hole 310. The expansion / contraction part 306 is disposed between the end of the inclination adjusting plate 1209 and the guide screw 308. The guide screw 308 is inserted into the central portion of the expansion / contraction part 306, and the tilt adjustment plate 1209 is pressed against the measurement window housing 202 by the force of the expansion / contraction part 306. A compression spring or a disc spring can be applied to the expansion / contraction part 306. The sealing unit 1204 is inserted between the inclination adjustment plate 1209 and the measurement window casing 202, and suppresses fluctuation of the atmosphere adjusted by the casing 106. An O-ring can be applied to the sealing portion 1204. Preferably, since the sealing portion 1204 is deformed by a force applied from the inclination adjusting plate 1209, the material used for the sealing portion 1204 is preferably a material with low hardness. As a result, since the sealing portion 1204 is deformed along the inclination of the inclination adjusting plate 1209, the sealing state is maintained and the variation in the atmosphere is reduced.

また、図12(c)のように、傾き調整板1209は、ねじブッシュ1211と調整ねじ1210を有している。調整ねじ1210の端部は測定窓筐体202に突き当てられている。調整ねじ1210の押し込み量で測定窓筐体202と傾き調整板1209の距離を調整する。図12(a)の測定窓部107の構成では、3つの調整ねじ1210を用い、測定窓201の傾きを移動方向に対してピッチ軸、ヨー軸について調整することができる。この傾斜調整機構により測定窓部107からのテラヘルツ波パルスT2の反射角度を調整することができる。そのため、測定窓部107が筐体106に固定されている形態に比較して、テラヘルツ波のアライメントを正確に行うことができ、装置の測定精度が向上する。 Further, as shown in FIG. 12C, the inclination adjusting plate 1209 has a screw bushing 1211 and an adjusting screw 1210. The end of the adjustment screw 1210 is abutted against the measurement window housing 202. The distance between the measurement window casing 202 and the tilt adjustment plate 1209 is adjusted by the amount of pressing of the adjustment screw 1210. In the configuration of the measurement window unit 107 in FIG. 12A, the three adjustment screws 1210 can be used to adjust the inclination of the measurement window 201 with respect to the movement direction with respect to the pitch axis and the yaw axis. With this tilt adjustment mechanism, the reflection angle of the terahertz wave pulse T 2 from the measurement window 107 can be adjusted. Therefore, compared to a configuration in which the measurement window 107 is fixed to the housing 106, terahertz wave alignment can be performed accurately, and the measurement accuracy of the apparatus is improved.

本実施形態の装置に依れば、装置は、雰囲気を調整する筐体106に対して移動可能な測定窓部107を有するので、調整された雰囲気の変動を抑制した状態でテラヘルツ波の焦点位置と測定物108との位置の調整が可能になる。この結果、テラヘルツ波パルスが平行に伝搬する平行伝搬領域1022(図10(b)参照)で測定できるため、測定物の表面或いは内部構造の正確な観察が容易となり、装置の信頼性が向上する。 According to the apparatus of the present embodiment, since the apparatus has the measurement window 107 that is movable with respect to the casing 106 that adjusts the atmosphere, the focal position of the terahertz wave is suppressed in a state where the adjusted atmosphere is suppressed. And the position of the measured object 108 can be adjusted. As a result, measurement can be performed in the parallel propagation region 1022 (see FIG. 10B) where the terahertz wave pulse propagates in parallel, which facilitates accurate observation of the surface or internal structure of the measurement object and improves the reliability of the apparatus. .

(実施形態2)
測定物108の物性を取得する手法として、伝達行列を用いてテラヘルツ波パルスの応答を演算により再構成する手法がある(例えば、Proceedings of SPIE, Vol.5692,241-254 (2005)参照)。本実施形態における測定物情報取得装置は、実施形態1の装置について、伝達行列を用いて測定物108の物性を取得する装置に適用したものである。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
(Embodiment 2)
As a technique for acquiring the physical properties of the measured object 108, there is a technique for reconstructing the response of a terahertz wave pulse by using a transfer matrix (see, for example, Proceedings of SPIE, Vol. 5692, 241-254 (2005)). The measurement object information acquisition apparatus according to the present embodiment is an application of the apparatus according to the first embodiment to an apparatus that acquires physical properties of the measurement object 108 using a transfer matrix. In addition, the description of the part which is common in the above description is abbreviate | omitted.

図1を用いて、本実施形態の装置の説明を行う。本実施形態の装置は、実施形態1の装置の構成に対して、次の構成が加わる。相対位置監視部110は、テラヘルツ波パルスT1の焦点位置と測定窓部107との相対的な位置を監視する部分である。伝搬距離データベース111は、テラヘルツ波パルスの伝搬経路に存在する光学系の配置の変化に起因するテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の、前記相対的な位置に対する変化dLの演算に用いる情報を出力する部分である。より詳細には、測定窓部107を構成する測定窓201とテラヘルツ波パルスT1の焦点位置の配置関係がテラヘルツ波パルスの伝搬距離に及ぼす影響が記憶されている。 The apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. The apparatus of the present embodiment has the following configuration added to the configuration of the apparatus of the first embodiment. The relative position monitoring unit 110 is a part that monitors the relative position between the focal position of the terahertz wave pulse T 1 and the measurement window unit 107. The propagation distance database 111 includes information used for calculating the change dL of the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse caused by the change in the arrangement of the optical system existing in the propagation path of the terahertz wave pulse with respect to the relative position. This is the output part. More specifically, the influence of the positional relationship between the focal position of the measuring window 201 and the terahertz wave pulse T 1 constituting the measuring window section 107 on the propagation distance of the terahertz wave pulses are stored.

図10は、伝搬距離データベース111に格納されるデータ例を説明する図である。図10(b)は、伝搬距離データベース111に格納されるデータを説明するための図である。図10(b)において、測定窓201は、外部との境界に屈折率が変化する界面を有し、ここでは、第1の界面1018と第2の界面1019と呼ぶ。テラヘルツ波パルスは、集光手段1020により測定窓201に集光される。この時、集光手段1020と測定窓201の間隔を相対位置1023と定義する。測定窓201から反射されたテラヘルツ波パルスの時間波形を測定すると、第1の界面1018と第2の界面1019からの反射波が観測できる。この反射波の時間間隔Δtは、図10(b)では測定窓201の光学的な距離を反映した値である。「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたが、テラヘルツ波パルスの焦点位置と測定窓201の配置関係によって、この観測される測定窓201の光学的な距離(二次的な伝搬距離)は変化することが確かめられている。 FIG. 10 is a diagram for explaining an example of data stored in the propagation distance database 111. FIG. 10 (b) is a diagram for explaining data stored in the propagation distance database 111. FIG. In FIG. 10 (b), the measurement window 201 has an interface whose refractive index changes at the boundary with the outside, and is here referred to as a first interface 1018 and a second interface 1019. The terahertz wave pulse is condensed on the measurement window 201 by the condensing means 1020. At this time, the interval between the light collecting means 1020 and the measurement window 201 is defined as a relative position 1023. When the time waveform of the terahertz wave pulse reflected from the measurement window 201 is measured, reflected waves from the first interface 1018 and the second interface 1019 can be observed. The time interval Δt of the reflected wave is a value reflecting the optical distance of the measurement window 201 in FIG. 10 (b). As described in the section of “Problems to be Solved by the Invention”, the optical distance (secondary propagation distance) of the measurement window 201 to be observed depends on the positional relationship between the focal position of the terahertz wave pulse and the measurement window 201. ) Has been confirmed to change.

図10(a)は、相対位置1021を変化させた時、測定窓201から反射したテラヘルツ波パルスの時間間隔Δtをプロットしたグラフである。伝搬距離データベース111には、これらの情報が、使用される材料毎に記憶されている。図10(a)で示したグラフは、測定窓201として厚み30μmの多孔質フィルムを用いた場合の情報をグラフにプロットしたものである。グラフに記載されるテラヘルツ波パルスの時間間隔Δtは、光速cと測定窓201の物性値を用いることで、テラヘルツ波パルスの伝搬距離に変換できる。ここで、図10(b)のように、測定窓201の第1の界面1018が集光過程領域1021にあり、第2の界面1019が焦点位置に相当する平行伝搬領域1022にある状態を測定窓201の初期位置として、0mmと定義している。この位置は測定者が定める。例えば、初期位置を、基準として0mmに換算しているが、相対位置1023の実測値を換算せずにプロットしてもよい。図10(a)のグラフによると、相対位置1023が大きくなるに従い、テラヘルツ波パルスの時間間隔Δtは小さくなり、相対位置1023が1mmを超えると時間間隔Δtは、ほぼ一定値を示すことが確認された。そして、相対位置1023が1.6mmを超えると、時間間隔Δtが再び大きくなる傾向が確認された。この結果より、例えば、焦点位置に相当する平行伝搬領域1022は、相対位置1023について1.0mmから1.6mmと定義できる。言い換えると、ここで示した例の場合、焦点位置に相当する平行伝搬領域1022は、測定窓201の内部について0.6mm程度の領域を有していることが分かる。測定窓201の物性が既知である場合、自由空間における領域に換算することができる。このように、同じ形状の物質でも、テラヘルツ波パルスの焦点位置と測定対象物の配置位置の関係によって、テラヘルツ波パルスの光学的な伝搬距離が変化する。詳細には、テラヘルツ波パルスの焦点位置に測定対象物がある場合、テラヘルツ波パルスの光学的な伝搬距離は、測定対象物の物性に依る。しかし、テラヘルツ波パルスの焦点位置から測定対象物がずれている場合、テラヘルツ波パルスの光学的な伝搬距離は、測定対象物の物性の他に、光学系由来の変化分(二次的な伝搬距離に相当)が追加される。つまり、テラヘルツ波パルスの焦点位置と測定物の配置位置によって、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離は変化することが分かる。 FIG. 10A is a graph plotting the time interval Δt of the terahertz wave pulse reflected from the measurement window 201 when the relative position 1021 is changed. In the propagation distance database 111, these pieces of information are stored for each material used. The graph shown in FIG. 10 (a) is a plot of information when a 30 μm thick porous film is used as the measurement window 201. The time interval Δt of the terahertz wave pulse described in the graph can be converted into the propagation distance of the terahertz wave pulse by using the light velocity c and the physical property value of the measurement window 201. Here, as shown in FIG. 10 (b), the state where the first interface 1018 of the measurement window 201 is in the condensing process region 1021 and the second interface 1019 is in the parallel propagation region 1022 corresponding to the focal position is measured. The initial position of the window 201 is defined as 0 mm. This position is determined by the measurer. For example, the initial position is converted to 0 mm as a reference, but the measured value of the relative position 1023 may be plotted without conversion. According to the graph of FIG. 10 (a), as the relative position 1023 increases, the time interval Δt of the terahertz wave pulse decreases, and when the relative position 1023 exceeds 1 mm, the time interval Δt shows a substantially constant value. It was done. And when relative position 1023 exceeded 1.6 mm, the tendency for time interval (DELTA) t to become large again was confirmed. From this result, for example, the parallel propagation region 1022 corresponding to the focal position can be defined as 1.0 mm to 1.6 mm with respect to the relative position 1023. In other words, in the case of the example shown here, it can be seen that the parallel propagation region 1022 corresponding to the focal position has a region of about 0.6 mm inside the measurement window 201. When the physical property of the measurement window 201 is known, it can be converted into a region in free space. As described above, even with a material having the same shape, the optical propagation distance of the terahertz wave pulse changes depending on the relationship between the focal position of the terahertz wave pulse and the position where the measurement object is arranged. Specifically, when the measurement target is at the focal position of the terahertz wave pulse, the optical propagation distance of the terahertz wave pulse depends on the physical properties of the measurement target. However, when the object to be measured is displaced from the focal position of the terahertz wave pulse, the optical propagation distance of the terahertz wave pulse is not only the physical properties of the object to be measured, but also the change caused by the optical system (secondary propagation). Equivalent to distance) is added. That is, it can be seen that the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse varies depending on the focal position of the terahertz wave pulse and the position of the measurement object.

尚、ここで示した伝搬距離データベース111に格納されるデータは、或る厚みのデータであるが、汎用性を高めるため次のようなデータ形式でもよい。例えば、複数の厚みの材料に関する実測データより、材料の厚みの変化に対する反射テラヘルツ波パルスの時間間隔の変化や、材料が感じる平行伝搬領域1022の大きさの変化の傾向を演算してもよい。このような伝搬距離データベース111を用いることで、伝搬距離データベース111が適用できる範囲を広げることができるので、装置や方法の汎用性が広がる。 The data stored in the propagation distance database 111 shown here is data of a certain thickness, but the following data format may be used in order to improve versatility. For example, the trend of the change in the time interval of the reflected terahertz wave pulse with respect to the change in the thickness of the material or the change in the size of the parallel propagation region 1022 felt by the material may be calculated from the actual measurement data regarding the material having a plurality of thicknesses. By using such a propagation distance database 111, the range in which the propagation distance database 111 can be applied can be expanded, so the versatility of the apparatus and method is expanded.

また、波形取得部109が取得するテラヘルツ波パルスの時間波形について、大気(自由空間)に存在する反射界面の移動に伴うテラヘルツ波パルスの時間波形の尖頭値の位置変化が伝搬距離データベース111に格納されていてもよい。このデータを活用すると、例えば、2つの反射界面の尖頭値の位置の差分を求めることで、或る相対位置1023におけるテラヘルツ波パルスの時間間隔Δtが演算できる。そして、この反射界面の間隔を維持した状態で、相対位置1023が変化するように使用するデータを選択し、逐次同様の演算を行うことで図10(a)に近似したグラフを取得することができる。このグラフは、複素屈折率ncomが1で、測定者が定めた厚みの材料について、テラヘルツ波パルスの焦点位置の変化に対する伝搬距離の変化をプロットしていることに相当する。このデータを利用して、任意の複素屈折率ncomを乗算することで、伝搬距離データベース111は任意の厚みと複素屈折率ncomの材料に関するテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化を出力することができる。このような伝搬距離データベース111を用いることで、伝搬距離データベース111が適用できる範囲を広げることができるので、装置や方法の汎用性が広がる。 In addition, regarding the time waveform of the terahertz wave pulse acquired by the waveform acquisition unit 109, the position change of the peak value of the time waveform of the terahertz wave pulse accompanying the movement of the reflection interface existing in the atmosphere (free space) is stored in the propagation distance database 111. It may be stored. Utilizing this data, for example, by calculating the difference between the peak values of the two reflection interfaces, the time interval Δt of the terahertz wave pulse at a certain relative position 1023 can be calculated. Then, in a state where the spacing between the reflective interfaces is maintained, it is possible to select data to be used so that the relative position 1023 changes, and to obtain a graph approximated to FIG. it can. This graph corresponds to plotting the change in the propagation distance with respect to the change in the focal position of the terahertz wave pulse for a material having a complex refractive index n com of 1 and a thickness determined by the measurer. By using this data and multiplying by an arbitrary complex refractive index n com , the propagation distance database 111 shows a change in secondary propagation distance of a terahertz wave pulse for a material of an arbitrary thickness and a complex refractive index n com. Can be output. By using such a propagation distance database 111, the range in which the propagation distance database 111 can be applied can be expanded, so the versatility of the apparatus and method is expanded.

測定窓201に配置された測定物108の測定を行う場合、測定物108の観察したい箇所が、焦点位置にあると、テラヘルツ波パルスを平行ビームとみなすことができるので光学距離の測定精度が維持できる。しかし、測定物108の観察したい箇所の一部が集光伝搬領域1021に存在すると、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離が変化する。既述した様に、この二次的な伝搬距離の変化を、測定物の物性ではなく光学系に由来する変化と定義し、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLと表す。このようなテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLは、測定条件によって測定誤差を招く原因となることがあるため、対処することが望ましい。後述する本発明の方法では、この誤差を抑制する方法が含まれている。 When measuring the measurement object 108 arranged in the measurement window 201, if the point to be observed of the measurement object 108 is at the focal position, the terahertz wave pulse can be regarded as a parallel beam, so that the measurement accuracy of the optical distance is maintained. it can. However, when a part of the measurement object 108 to be observed exists in the condensing propagation region 1021, the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse changes. As described above, this change in the secondary propagation distance is defined as a change originating from the optical system rather than the physical property of the measurement object, and expressed as a change dL in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse. Such a change dL in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse may cause a measurement error depending on the measurement conditions, so it is desirable to deal with it. The method of the present invention described later includes a method for suppressing this error.

図1の説明に戻る。物性データベース112は、物質の識別名と物質の物性の情報が記憶される部分である。記憶される物性として、例えば、複素屈折率ncom、吸収係数α、透過率や反射率が挙げられる。好ましくは、測定する周波数領域における物性の周波数分布が記憶されているとよい。 Returning to the description of FIG. The physical property database 112 is a part in which the identification name of the substance and information on the physical property of the substance are stored. Examples of the physical properties to be stored include a complex refractive index n com , an absorption coefficient α, a transmittance, and a reflectance. Preferably, a frequency distribution of physical properties in a frequency region to be measured is stored.

波形取得部109は、上述した実施形態1と同じである。波形取得部109は、測定物108からの測定波形Emeas(t)を出力する。波形再構築部113は、伝搬距離データベース111から得られるテラヘルツ波パルスの伝搬距離の変化dLと、物性データベース112に格納された物性情報を用いて、再構成波形Erec(t)を構築する部分である。詳細には、測定窓部107からのテラヘルツ波の完全反射波形を参照波形Eref(t)とする。この参照波形Eref(t)と伝搬距離データベース111と物性データベース112の情報を利用して、測定波形Emeas(t)に近似した再構成波形Erec(t)を演算・構築する。この演算は、電磁波の伝搬を伝達行列として表現し、伝達行列の最適化により再構成波形Erec(t)の演算を行う。この再構成波形Erec(t)の最適化によって得られた伝達行列の変数の値を利用して、測定物108の物性を取得する。 The waveform acquisition unit 109 is the same as that of the first embodiment described above. The waveform acquisition unit 109 outputs the measurement waveform E meas (t) from the measurement object 108. The waveform reconstruction unit 113 is a part for constructing a reconstructed waveform E rec (t) using the change dL of the propagation distance of the terahertz wave pulse obtained from the propagation distance database 111 and the physical property information stored in the physical property database 112. It is. Specifically, the complete reflection waveform of the terahertz wave from the measurement window unit 107 is set as a reference waveform E ref (t). Using this reference waveform E ref (t), information in the propagation distance database 111 and the physical property database 112, a reconstructed waveform E rec (t) approximated to the measured waveform E meas (t) is calculated and constructed. This calculation expresses the propagation of electromagnetic waves as a transfer matrix, and calculates the reconstructed waveform E rec (t) by optimizing the transfer matrix. The physical property of the measured object 108 is acquired using the value of the variable of the transfer matrix obtained by optimizing the reconstructed waveform E rec (t).

図を用いて、波形再構築部113の動作を説明する。図9は、波形再構築部113で用いる伝達行列を説明するための図である。図9(a)は、物体の層に対する伝達行列を説明する図である。図9(b)は、物体と物体の界面に対する伝達行列を説明する図である。図9(c)は、複数の層と界面で構成される形態の伝達行列を説明する図である。ここで、m番目の層に対する伝達行列をA(m)とし、m番目の界面に対する伝達行列をB(m)とする。そして、m層の伝達行列をMとする。また、図において、E(+)は進行波、E(-)は後退波を示す。波形再構築部113で用いる伝達行列Mの説明にあたり、物体の複素屈折率ncomと吸収係数αを次のように定義する。 The operation of the waveform reconstruction unit 113 will be described with reference to the drawing. FIG. 9 is a diagram for explaining a transfer matrix used in the waveform reconstructing unit 113. FIG. 9 (a) is a diagram for explaining a transfer matrix for an object layer. FIG. 9 (b) is a diagram for explaining a transfer matrix for the interface between objects. FIG. 9 (c) is a diagram for explaining a transfer matrix in the form of a plurality of layers and interfaces. Here, the transfer matrix for the mth layer is A (m), and the transfer matrix for the mth interface is B (m) . Let M be the transfer matrix of the m layer. In the figure, E (+) indicates a traveling wave, and E (-) indicates a backward wave. In describing the transfer matrix M used in the waveform reconstruction unit 113, the complex refractive index n com and the absorption coefficient α of the object are defined as follows.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

ここで、nは屈折率、κは消衰係数、cは光速、νは周波数、kは波数である。また、波数kは次式(3)で表される。 Here, n is the refractive index, κ is the extinction coefficient, c is the speed of light, ν is the frequency, and k is the wave number. The wave number k is expressed by the following equation (3).

Figure 2018010012
Figure 2018010012

この時、進行波E(+)と後退波E(-)は次式のように定義される。 At this time, the traveling wave E (+) and the backward wave E (−) are defined as follows.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

ここで、tは時間、xは位置ベクトルである。 Here, t is time and x is a position vector.

図9を用いて、本実施形態で使用する伝達行列の説明を行う。測定物は複数層を有していると仮定している。測定物についてm番目の層の伝達行列を説明する図9(a)において、m番目の層の厚みをdmとする。そして、m番目の層の屈折率、波数、吸収係数をncom−m、km、αmと表現する。E(+)’とE(-)’は、層を伝播した後の進行波と後退波である。図9(a)において、電磁波がE(+)(ν)からE(+)’(ν)に伝搬する方向を基準とすると、E(+)’とE(-)’は次式となる。 A transfer matrix used in the present embodiment will be described with reference to FIG. The measurement object is assumed to have multiple layers. In FIG. 9 (a) illustrating the transfer matrix of the mth layer for the measurement object, the thickness of the mth layer is dm. Then, the refractive index of the m-th layer, the wave number, representing the absorption coefficient n com-m, k m, and alpha m. E (+) 'and E (-) ' are forward and backward waves after propagating through the layer. In Fig. 9 (a), E (+) 'and E (-) ' are given by the following equation, based on the propagation direction of electromagnetic waves from E (+) (ν) to E (+) '(ν) .

Figure 2018010012
Figure 2018010012

この時、図9(a)においてm番目の層の伝達行列をA(m)とすると、式(5)、(6)よりA(m)は次のように表現される。 At this time, if the transfer matrix of the m-th layer is A (m) in FIG. 9 (a), A (m) is expressed as follows from equations (5) and (6).

Figure 2018010012
Figure 2018010012

式(7)から分かるように、伝達行列A(m)は、層を伝播する際の電磁波の減衰と位相変化を表している。図9(b)は、測定物についてm番目の界面の伝達行列を説明する図である。詳細には、層mから層m+1の間にある界面をm番目の境界とする。図において、m番目の界面の伝達行列をB(m)とする。この時、層mから層m+1の方向に電磁波が伝搬する場合、m番目の境界における複素振幅透過率tm,m+1と、複素振幅反射率rm,m+1は次式で表される。 As can be seen from Equation (7), the transfer matrix A (m) represents the attenuation and phase change of the electromagnetic wave when propagating through the layer. FIG. 9 (b) is a diagram illustrating the transfer matrix of the mth interface for the measurement object. Specifically, the interface between the layer m and the layer m + 1 is defined as the mth boundary. In the figure, the transfer matrix of the mth interface is B (m) . At this time, when the electromagnetic wave propagates from the layer m to the layer m + 1, the complex amplitude transmittance t m, m + 1 and the complex amplitude reflectivity r m, m + 1 at the mth boundary are as follows: expressed.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

Figure 2018010012
Figure 2018010012

この時、図9(b)のE(+)、E(-)、E(+)’、E(-)’の関係は次式となる。 At this time, the relationship between E (+) , E (−) , E (+) ′, and E (−) ′ in FIG.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

また、図9(b)においてm番目の界面の伝達行列をB(m)とすると、式(10)、(11)よりB(m)は次のように表現される。 Further, in FIG. 9 (b), if the transfer matrix at the m-th interface is B (m) , B (m) is expressed as follows from equations (10) and (11).

Figure 2018010012
Figure 2018010012

式(12)は、式(8)、(9)を用いて次のように変形できる。 Equation (12) can be modified as follows using equations (8) and (9).

Figure 2018010012
Figure 2018010012

式(13)のように、m番目の界面の伝達行列B(m)は、界面を介して接する材料の複素屈折率で簡単に表すことができる。図9(c)のように、測定物が複数の層から形成される時の伝達行列をMとする場合、伝達行列Mは、各層と各界面の伝達行列の積として表現される。 As shown in Equation (13), the transfer matrix B (m) of the m-th interface can be simply expressed by the complex refractive index of the material in contact with the interface. As shown in FIG. 9 (c), when the transfer matrix when the measurement object is formed of a plurality of layers is M, the transfer matrix M is expressed as a product of the transfer matrix of each layer and each interface.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

この結果、進行波E(+)と後退波E(-)は、伝達行列Mを用いて次のように表すことができる。 As a result, the traveling wave E (+) and the backward wave E (−) can be expressed as follows using the transfer matrix M.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

上述したように、波形再構築部113は、測定窓部107からのテラヘルツ波の完全反射波形を参照波形Eref(t)とし、参照波形Eref(t)を用いて測定波形Emeas(t)に近似した再構成波形Erec(t)を演算する。装置構成が、図1に示したような測定物108からの反射テラヘルツ波パルスを測定する形態の場合、進行波E(+)は参照波形Eref(t)の周波数領域の情報となる。そして、後退波E(-)は、再構成波形Erec(t)の周波数領域の情報となる。本実施形態では、後退波E(-)の周波数領域の情報を時間領域の情報に変換し、測定波形Emeas(t)との比較を行い、伝達行列Mの最適化を行う。詳細には、各層の複素屈折率と厚みを最適化する。伝達行列の最適化を行う際、測定物108の表面或いは内部構造の一部が既知である場合、この既知情報について、物性データベース112を参照して取得してもよい。また、測定物108の表面或いは内部構造の情報について、候補が存在する場合、その候補の物性情報を参照して、最適化されるパラメータの範囲を制限してもよい。 As described above, the waveform reconstruction unit 113 measures the full reflection waveform of a terahertz wave with a reference waveform E ref (t) from the window portion 107, the reference waveform E ref (t) measured waveform E meas (t using The reconstructed waveform E rec (t) approximated to) is calculated. When the apparatus configuration is such that the reflected terahertz wave pulse from the measurement object 108 is measured as shown in FIG. 1, the traveling wave E (+) is information in the frequency domain of the reference waveform E ref (t). The backward wave E (−) is information in the frequency domain of the reconstructed waveform E rec (t). In this embodiment, the frequency domain information of the backward wave E (−) is converted into time domain information, compared with the measured waveform E meas (t), and the transfer matrix M is optimized. Specifically, the complex refractive index and thickness of each layer are optimized. When the transfer matrix is optimized, if the surface or part of the internal structure of the measurement object 108 is known, this known information may be acquired with reference to the physical property database 112. In addition, when there are candidates for information on the surface or internal structure of the measurement object 108, the range of parameters to be optimized may be limited with reference to the physical property information of the candidates.

上述したように、テラヘルツ波パルスの焦点位置と測定対象物の配置位置の関係によって、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離が変化する。例えば、図9(c)において、伝達行列A(1)に相当する部分の物性とA(2)に相当する部分の物性が同じでも、テラヘルツ波パルスの焦点位置によって、テラヘルツ波パルスの伝搬距離は変化する。例えば、伝達行列A(1)に相当する部分にテラヘルツ波パルスの焦点が存在し、伝達行列A(2)に相当する部分は焦点からずれている場合を考える。この場合、伝達行列A(2)に相当する部分のテラヘルツ波パルスの伝搬距離は、伝達行列A(1)に相当する部分の伝搬距離よりも長くなる。この効果を無視して各部分の物性を求めると、伝達行列A(1)に相当する部分と伝達行列A(2)に相当する部分の物性は、同じ材料でも異なる結果として算出される可能性がある。本実施形態の波形再構築部113では、この影響を抑制するため、次に示す層に関する伝達行列C(m)を伝達行列A(m)と共に適宜組み合わせて使用する。 As described above, the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse changes depending on the relationship between the focal position of the terahertz wave pulse and the arrangement position of the measurement object. For example, in FIG. 9 (c), even if the physical properties of the portion corresponding to the transfer matrix A (1) and the physical properties of the portion corresponding to A (2) are the same, the propagation distance of the terahertz wave pulse depends on the focal position of the terahertz wave pulse. Will change. For example, consider a case where the focus of the terahertz wave pulse exists in a portion corresponding to the transfer matrix A (1) and the portion corresponding to the transfer matrix A (2) is deviated from the focus. In this case, the propagation distance of the portion corresponding to the transfer matrix A (2) is longer than the propagation distance of the portion corresponding to the transfer matrix A (1) . If the physical properties of each part are calculated ignoring this effect, the physical properties of the part corresponding to the transfer matrix A (1) and the part corresponding to the transfer matrix A (2) may be calculated as different results even for the same material. There is. In order to suppress this influence, the waveform reconstruction unit 113 of the present embodiment uses a transfer matrix C (m) related to the following layers in combination with the transfer matrix A (m) as appropriate.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

伝達行列A(m)との違いは、時間領域におけるテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化を、周波数領域における位相の変化φmとしている点である。位相変化φmは次式で表される。 The difference from the transfer matrix A (m) is that the change in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse in the time domain is the phase change φ m in the frequency domain. The phase change φ m is expressed by the following equation.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

dLmはm層目の材料におけるテラヘルツ波パルスの光路長変化である。テラヘルツ波パルスの全体の二次的な伝搬距離の変化dLは、次式のように各層における光路長変化dLmを加算した形として表現できる。 dL m is the optical path length change of the terahertz wave pulse in the m-th layer material. The total secondary propagation distance change dL of the terahertz wave pulse can be expressed by adding the optical path length change dL m in each layer as in the following equation.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

波形再構築部113は、相対位置監視部110の出力を参照し、伝搬距離データベース111に格納されたデータを用いて各層のテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLmを演算する。式(17)で使用されるdLmは、伝達行列C(m)に相当する材料の条件によって、次のように選択することができる。伝達行列C(m)に相当する材料が既知或いは推定できる場合、図10(a)のような、予め測定された実測データを活用してテラヘルツ波パルスの光路長変化を求める。 The waveform reconstruction unit 113 refers to the output of the relative position monitoring unit 110, and calculates the secondary propagation distance change dL m of the terahertz wave pulse of each layer using the data stored in the propagation distance database 111. The dL m used in the equation (17) can be selected as follows depending on the material conditions corresponding to the transfer matrix C (m) . When the material corresponding to the transfer matrix C (m) is known or can be estimated, the change in the optical path length of the terahertz wave pulse is obtained by utilizing the actually measured data as shown in FIG. 10 (a).

Figure 2018010012
Figure 2018010012

ここで、dLmaterial_mはm層目の既知或いは推定された材料におけるテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化の値である。テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLmaterial_mは、伝搬距離データベース111の情報を用いて波形再構築部113で演算される。望ましくは、dLmaterial_mは、実際の測定データを用いる(すなわち測定物と同じ物性と形状の材料の測定結果)。伝搬距離データベース111のデータの測定条件(例えば材料の厚み)と伝達行列C(m)で分析する際の測定条件が大きく異なる場合、次の様にできる。すなわち、上述の如く、dLmaterial_mは、伝搬距離データベース111に格納される複数の測定条件下での測定データより推定された値を用いることもできる。実際の測定データを使用することで、波形再構築113の計算量を制限することで最適化の速度を速めると共に、装置の信頼性を高めることができる。 Here, dL material_m is a value of a change in secondary propagation distance of the terahertz wave pulse in the known or estimated material of the m-th layer. The secondary propagation distance change dL material_m of the terahertz wave pulse is calculated by the waveform reconstruction unit 113 using information in the propagation distance database 111. Desirably, dL material_m uses actual measurement data (that is, measurement results of a material having the same physical properties and shape as the measurement object). When the measurement conditions of the data in the propagation distance database 111 (for example, the thickness of the material) and the measurement conditions at the time of analysis with the transfer matrix C (m) are greatly different, the following can be performed. That is, as described above, the value estimated from the measurement data under a plurality of measurement conditions stored in the propagation distance database 111 can be used as the dL material_m . By using the actual measurement data, it is possible to increase the speed of optimization by limiting the calculation amount of the waveform reconstruction 113, and to improve the reliability of the apparatus.

また、伝搬距離データベース111に格納されるデータとして、大気(自由空間)における二次的な伝搬距離の変化を使用する場合、dLmは次式で表される。 When using a secondary change in propagation distance in the atmosphere (free space) as data stored in the propagation distance database 111, dL m is expressed by the following equation.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

ここで、dLair_mはm層目の材料について、大気(自由空間)を想定した時のテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化の値である。実際には、上述したようにdLair_mは、伝達行列C(m)で使用される厚みdmを用いて算出される。テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化は、最適化の過程で出力される伝達行列のパラメータを利用して推定することで、様々な形態の材料に適用できる。その結果、装置の汎用性が高まる。 Here, dL air_m is the value of the change in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse when the atmosphere (free space) is assumed for the m-th layer material. Actually, as described above, dL air — m is calculated using the thickness dm used in the transfer matrix C (m) . The change in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse can be applied to various forms of materials by estimating using the parameters of the transfer matrix output in the optimization process. As a result, the versatility of the device is increased.

以上のように、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の補正が必要な箇所は、伝達行列A(m)の替わりに伝達行列C(m)を使用する。例えば、2層構造の測定物108について、測定窓201に密着した状態で測定を行い、かつ測定窓201で装置の光学系に由来するテラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化を加味する必要がある場合、式(14)は次式のように変化する。 As described above, the transfer matrix C (m) is used in place of the transfer matrix A (m) at a location where the correction of the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse is necessary. For example, a measurement object 108 having a two-layer structure is measured in close contact with the measurement window 201, and a change in the secondary propagation distance of the terahertz wave pulse derived from the optical system of the apparatus is added to the measurement window 201. If necessary, equation (14) changes as:

Figure 2018010012
Figure 2018010012

ここで、m=1は測定窓201に相当し、m=2,3は測定物108内部の構造に相当する。また、生体など吸収の大きな材料や材料に十分な厚みがある場合のように、材料からの後退波が無視できる場合、式(15)は次式のように表される。 Here, m = 1 corresponds to the measurement window 201, and m = 2, 3 corresponds to the structure inside the measurement object 108. Further, when the backward wave from the material can be ignored as in the case of a material having a large absorption such as a living body or a material having a sufficient thickness, the equation (15) is expressed as the following equation.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

さらに、材料の境界が電磁波を反射する鏡面とみなせる場合、式(14)は次式のように表される。ここで、鏡面はm層に存在する。 Further, when the material boundary can be regarded as a mirror surface that reflects electromagnetic waves, the equation (14) is expressed as the following equation. Here, the mirror surface exists in the m layer.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

伝達行列I(省略しているが、式(14)のA(m)の後にある)は単位行列である。そして、この伝達行列M’’を使用して式(15)は次のように表される。 The transfer matrix I (omitted, but after A (m) in Equation (14)) is a unit matrix. Then, using this transfer matrix M ″, equation (15) is expressed as follows.

Figure 2018010012
Figure 2018010012

式(24)の意味するところは、材料の鏡面において電磁波は完全反射するので、進行波と後退波は同じとみなす。その結果、鏡面に相当する部分の界面に関する伝達行列B(m)の効果は、E’(-)=E’(+)とすることで含まれるため、m層目の伝達行列B(m)は、無視することができる。 The meaning of equation (24) is that the electromagnetic wave is completely reflected on the mirror surface of the material, so that the traveling wave and the backward wave are regarded as the same. As a result, the effect of the transfer matrix B (m) on the interface corresponding to the mirror surface is included by setting E ' (-) = E' (+ ). Can be ignored.

以上のような伝達行列を用いて、波形再構築部113は、伝達行列の最適化を行い、測定波形Emeas(t)に近似した再構成波形Erec(t)を演算する。詳細には、周波数領域の情報を時間領域に変換して、測定波形Emeas(t)と再構成波形Erec(t)の比較を行う。ここで、伝達行列の初期値は、物性データベース112を参照して決定する。例えば、物性の候補が選定されている場合、その物性値を初期値として入力する。また、物性データベース112で示された候補材料を参照し、最適化を行う伝達行列の各変数の範囲を決定することもできる。このような工程を経ることで、波形再構築部113が再構成波形Erec(t)を演算する際、伝達行列の各変数が異常値に集束することを防止し、装置の信頼性を高めることができる。 Using the transfer matrix as described above, the waveform reconstruction unit 113 optimizes the transfer matrix and calculates a reconstructed waveform E rec (t) approximate to the measured waveform E meas (t). Specifically, the frequency domain information is converted into the time domain, and the measured waveform E meas (t) is compared with the reconstructed waveform E rec (t). Here, the initial value of the transfer matrix is determined with reference to the physical property database 112. For example, when a physical property candidate is selected, the physical property value is input as an initial value. Further, the range of each variable of the transfer matrix to be optimized can be determined by referring to the candidate material shown in the physical property database 112. Through these steps, when the waveform reconstruction unit 113 calculates the reconstructed waveform E rec (t), each variable of the transfer matrix is prevented from converging to an abnormal value, and the reliability of the apparatus is improved. be able to.

表示部114は、波形再構築部113の演算結果を受けて、演算結果を表示する部分である。表示方法は、演算に用いた変数を利用して、測定物108の物性を表示する。また、物性データベース112に格納された物性データと波形再構築部113の演算結果を比較して、測定物108の特定を行ってもよい。また、装置が、測定物108のトモグラフィ像を取得する装置形態の場合、トモグラフィ像に分布する物性に従って色分けして表示してもよい。表示部114は、ユーザーインターフェースに相当する部分であり、測定者の要望に沿って構築されるため、表示形態はこれらに限るものではない。 The display unit 114 is a part that receives the calculation result of the waveform reconstruction unit 113 and displays the calculation result. The display method displays the physical properties of the measured object 108 using the variables used in the calculation. Further, the measurement object 108 may be specified by comparing the physical property data stored in the physical property database 112 and the calculation result of the waveform reconstruction unit 113. Further, in the case where the apparatus is in the form of an apparatus that acquires a tomographic image of the measurement object 108, it may be displayed in different colors according to the physical properties distributed in the tomographic image. The display unit 114 is a part corresponding to the user interface, and is constructed in accordance with the demands of the measurer. Therefore, the display form is not limited to these.

本実施形態の装置に依れば、参照波形Eref(t)と物性データベース112の物性情報より、装置が測定する測定波形Emeas(t)に近似した再構成波形Erec(t)を構築する際に、テラヘルツ波パルスの伝搬距離の変化dLを加味している。その結果、再構成波形Erec(t)の演算の精度が改善される。 According to the apparatus of the present embodiment, the reconstructed waveform E rec (t) approximated to the measurement waveform E meas (t) measured by the apparatus is constructed from the reference waveform E ref (t) and the physical property information of the physical property database 112. In this case, the propagation distance change dL of the terahertz wave pulse is taken into consideration. As a result, the accuracy of calculation of the reconstructed waveform E rec (t) is improved.

図面を参照して本装置の方法を説明する。図7は、本装置の動作フロー例を示した図である。図8は、本装置の動作を説明する図である。装置の動作が開始すると、波形取得部109は、遅延光学部104の調整量と検出部102の出力を参照し、測定窓部107からの参照波形Eref(t)を取得する(S701)。波形取得部109は、取得した参照波形Eref(t)をフーリエ変換し、周波数情報Eref(ν)に変換して波形再構築部113に出力する(S702)。この時、測定窓部107を構成する測定窓201は、図8(a)のように、テラヘルツ波パルスを反射する反射体801に置き換えられている。そのため、反射体801に入射するテラヘルツ波パルスT1と反射体801からのテラヘルツ波パルスT2は同じである。また、図8では、相対位置監視部110としてダイヤルゲージを使用している。非接触で相対位置を監視したい場合、レーザー変位系等が適用できる。相対位置監視部110は、参照波形Eref(t)を取得した時の測定窓部107の位置(図8の例では測定窓筐体202の位置)を測定窓部107の初期位置Lrefとして光路長データベース111に出力する(S703)。S701からS703の工程で得られるデータは測定毎に測定する必要はなく、事前に取得されていてもよい。 The method of the apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an operation flow of the apparatus. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of this apparatus. When the operation of the apparatus is started, the waveform acquisition unit 109 refers to the adjustment amount of the delay optical unit 104 and the output of the detection unit 102, and acquires the reference waveform E ref (t) from the measurement window unit 107 (S701). The waveform acquisition unit 109 performs Fourier transform on the acquired reference waveform E ref (t), converts it to frequency information E ref (ν), and outputs it to the waveform reconstruction unit 113 (S702). At this time, the measurement window 201 constituting the measurement window unit 107 is replaced with a reflector 801 that reflects the terahertz wave pulse as shown in FIG. 8 (a). Therefore, the terahertz wave pulse T 1 incident on the reflector 801 and the terahertz wave pulse T 2 from the reflector 801 are the same. In FIG. 8, a dial gauge is used as the relative position monitoring unit 110. When it is desired to monitor the relative position without contact, a laser displacement system or the like can be applied. The relative position monitoring unit 110 uses the position of the measurement window 107 when the reference waveform E ref (t) is acquired (the position of the measurement window housing 202 in the example of FIG. 8) as the initial position L ref of the measurement window 107. The data is output to the optical path length database 111 (S703). Data obtained in the steps S701 to S703 need not be measured for each measurement, and may be acquired in advance.

図8(b)のように、測定窓部107には反射体801の替わりに測定窓201が設置される。そして、測定物108は、測定窓部107に対し、テラヘルツ波パルスの伝搬経路とは反対側に配置される。詳細には、測定物108は測定窓201に密着して配置される。この結果、テラヘルツ波パルスT2は、測定窓201や測定物108の情報を加味した時間波形となる。測定者は、測定窓201の形態や性状、そして測定物108で観察したい場所に応じて、テラヘルツ波パルスT1の焦点位置を調整する。詳細には、図8(b)の場合、測定窓部107を構成する測定窓筐体202の位置を調整することで測定窓201や測定物108に対するテラヘルツ波パルスT1の焦点位置を調整する。相対位置監視部110は、テラヘルツ波パルスT1の焦点位置調整後の測定窓部107の位置Lmeas(図8の例では測定窓筐体202の位置)を光路長データベース111に出力する(S704)。測定窓部107の移動に伴うテラヘルツ波パルスの伝搬距離の変化分は、Lref-Lmeasとテラヘルツ波パルスT1の入射角度の情報から換算できる。 As shown in FIG. 8B, a measurement window 201 is installed in the measurement window unit 107 instead of the reflector 801. The measurement object 108 is disposed on the opposite side of the measurement window 107 from the propagation path of the terahertz wave pulse. Specifically, the measurement object 108 is disposed in close contact with the measurement window 201. As a result, the terahertz wave pulse T 2 has a time waveform that takes into account the information of the measurement window 201 and the measurement object 108. The measurer adjusts the focal position of the terahertz wave pulse T 1 in accordance with the shape and properties of the measurement window 201 and the place where the measurement object 108 is desired to be observed. In particular, the case of FIG. 8 (b), adjusting the focal position of the terahertz wave pulse T 1 for measuring window 201 and workpiece 108 by adjusting the position of the measuring Madokatamitai 202 constituting the measuring window 107 . The relative position monitoring unit 110 (in the example of FIG. 8 the position of the measurement Madokatamitai 202) position L meas the measuring window 107 after the focus position adjustment of the terahertz wave pulses T 1 and outputs to the optical path length database 111 (S704 ). The change in the propagation distance of the terahertz wave pulse accompanying the movement of the measurement window 107 can be converted from information on the incident angles of L ref -L meas and the terahertz wave pulse T 1 .

波形取得部109は、遅延光学部104の調整量と検出部102の出力を参照し、測定窓201を介した測定物108からの測定波形Emeas(t)を取得する(S705)。波形取得部109は、取得した測定波形Emeas(t)をフーリエ変換し、周波数情報Emeas(ν)に変換して波形再構築部113に出力する(S706)。再構成波形Erec(t)を構築するにあたり、波形再構築部113は、測定物108の構造を定義する(S707)。より詳細には、測定窓201と測定物108を1つの測定対象とみなし、波形再構築部113が使用する伝達行列Mを定義する。波形再構築部113は、各伝達行列のパラメータについて、既知部分のパラメータを物性データベース112より取得する(S708)。ここで、使用するパラメータについて既知ではないが、或る程度材料が絞られている場合、物性データベース112を参照して、パラメータの領域を設定することもできる。測定対象を構成する物性が、未知である場合、測定者は未知のパラメータの初期値を設定する。 The waveform acquisition unit 109 acquires the measurement waveform E meas (t) from the measurement object 108 through the measurement window 201 with reference to the adjustment amount of the delay optical unit 104 and the output of the detection unit 102 (S705). The waveform acquisition unit 109 performs a Fourier transform on the acquired measurement waveform E meas (t), converts it to frequency information E meas (ν), and outputs it to the waveform reconstruction unit 113 (S706). In constructing the reconstructed waveform E rec (t), the waveform reconstructing unit 113 defines the structure of the measurement object 108 (S707). More specifically, the measurement window 201 and the measurement object 108 are regarded as one measurement object, and the transfer matrix M used by the waveform reconstruction unit 113 is defined. The waveform reconstructing unit 113 acquires parameters of known parts from the physical property database 112 for the parameters of each transfer matrix (S708). Here, although the parameters to be used are not known, when the material is narrowed down to some extent, the parameter area can be set with reference to the physical property database 112. When the physical properties constituting the measurement target are unknown, the measurer sets initial values of unknown parameters.

波形再構築部113は、相対位置監視部110から出力される測定窓部107の位置情報を参照し、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLを演算する(S709)。そして、波形再構築部113は、伝達行列の各パラメータを用いて時間領域の再構成波形Erec(t)を計算する(S710)。そして、波形再構築部113は、測定波形Emeas(t)を比較対象とし、参照波形Eref(t)と二次的な伝搬距離の変化dLと物性値を用いて再構成波形Erec(t)の最適化を行う(S711)。詳細には、波形の再構成に用いる伝達行列の各パラメータの最適化を行う。 The waveform reconstruction unit 113 refers to the position information of the measurement window unit 107 output from the relative position monitoring unit 110, and calculates the secondary propagation distance change dL of the terahertz wave pulse (S709). Then, the waveform reconstructing unit 113 calculates the reconstructed waveform E rec (t) in the time domain using each parameter of the transfer matrix (S710). Then, the waveform reconstruction unit 113 uses the measurement waveform E meas (t) as a comparison target, and uses the reference waveform E ref (t), the secondary propagation distance change dL, and the physical property value to reconstruct the waveform E rec ( t) is optimized (S711). Specifically, the parameters of the transfer matrix used for waveform reconstruction are optimized.

装置や測定者が、再構成波形Erec(t)の最適化の計算が再度必要と判断した場合、再びS707に戻る。例えば、測定波形Emeas(t)と再構成波形Erec(t)の一致度が低く、異なる構造の伝達行列Mを試してみる必要がある場合、再計算を行う。また、伝達行列の計算結果に異常値が含まれる場合、再計算を試みる。 When the apparatus or the measurer determines that the calculation of optimization of the reconstructed waveform E rec (t) is necessary again, the process returns to S707. For example, when the coincidence between the measured waveform E meas (t) and the reconstructed waveform E rec (t) is low and it is necessary to try a transfer matrix M having a different structure, recalculation is performed. If an abnormal value is included in the calculation result of the transfer matrix, recalculation is attempted.

本方法に依れば、再構成波形Erec(t)の最適化を行う際に、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLを考慮して最適化を行っている。その結果、再構成波形Erec(t)の最適化の精度が向上する。 According to this method, when the reconstructed waveform E rec (t) is optimized, the optimization is performed in consideration of the secondary propagation distance change dL of the terahertz wave pulse. As a result, the accuracy of optimization of the reconstructed waveform E rec (t) is improved.

計算された伝達行列の各パラメータを利用して測定物108を照合する場合、再構成波形Erec(t)の構築に用いた物性値と、物性データベース112に格納された物質の物性値を比較して、測定物108を構成する物質を決定する(S712)。この方法に依れば、テラヘルツ波パルスの二次的な伝搬距離の変化dLを考慮した再構成波形Erec(t)から物性値を求める。そのため、二次的な伝搬距離の変化dLを考慮しない形態と比較して求まる物性値の精度が向上する。その結果、物性値の比較により測定物108を構成する物質を決定する際の精度が改善する。すなわち、再構成波形の構築に用いた物性値と物性データベースに格納された物質の物性の情報を比較して、測定物を構成する物質を決定する際の精度が改善する。 When collating the measured object 108 using each parameter of the calculated transfer matrix, compare the physical property value used to construct the reconstructed waveform E rec (t) with the physical property value of the substance stored in the physical property database 112 Then, the substance constituting the measurement object 108 is determined (S712). According to this method, the physical property value is obtained from the reconstructed waveform E rec (t) in consideration of the secondary propagation distance change dL of the terahertz wave pulse. For this reason, the accuracy of the physical property value obtained is improved as compared with a form in which the secondary propagation distance change dL is not taken into consideration. As a result, the accuracy in determining the substance constituting the measurement object 108 by comparing the physical property values is improved. That is, the accuracy in determining the substance constituting the measurement object is improved by comparing the physical property value used for constructing the reconstructed waveform with the physical property information stored in the physical property database.

以上の工程で出力された結果は、表示部113によって測定者に提示される。尚、これまでの説明では、波形取得部109や波形再構築部113で得られるテラヘルツ波パルスT2の時間波形は、Aスキャンのトモグラフィ像に相当する。本実施形態の場合、Bスキャンのトモグラフィ像(断層像)や3次元のトモグラフィ像を取得したい場合、テラヘルツ波パルスT1を測定物108に対して走査することで実現できる。詳細には、これらの像は、測定窓部107の移動方向に対して法線方向のベクトルを含む面について、1次元方向または2次元方向にテラヘルツ波パルスT1を走査することで実現できる。表示部113では、これらの像も表示する。 The results output in the above steps are presented to the measurer by the display unit 113. In the description so far, the time waveform of the terahertz wave pulse T 2 obtained by the waveform acquisition unit 109 and the waveform reconstruction unit 113 corresponds to an A-scan tomographic image. In the case of this embodiment, when it is desired to obtain a B-scan tomographic image (tomographic image) or a three-dimensional tomographic image, it can be realized by scanning the measurement object 108 with the terahertz wave pulse T 1 . Specifically, these images can be realized by scanning the terahertz wave pulse T 1 in a one-dimensional direction or a two-dimensional direction on a plane including a vector normal to the moving direction of the measurement window 107. The display unit 113 also displays these images.

図11(a)は、測定物とそのトモグラフィ像の模式図である。ここでは、Bスキャンのトモグラフィ像を示している。波形取得部109から得られる時間波形を可視化すると、測定物を構成する各部位の物性の違いより、テラヘルツ波パルスの伝搬速度が変化するため、各部位におけるテラヘルツ波パルスの伝搬長が異なる。図11では、測定物として癌組織、表皮、真皮で構成される皮膚の例を示している。この結果、波形取得部109の情報を可視化すると、図11(a)のトモグラフィ像のように、測定物の断面構造と比較して、界面の位置が部分的に変化する。この時、波形再構成部113において、第1の特徴領域1124、第2の特徴領域1125、第3の特徴領域1126を測定物108の構造として定義し、伝達行列の最適化を行うことで、各領域の物性を決定することができる。ここで、図11では、特徴領域として表皮の最表面と表皮と真皮の界面で挟まれる領域を第1の特徴領域1124としている。また、癌組織の最表面と癌組織と真皮の界面で挟まれる領域を第2の特徴領域1125としている。また、表皮と真皮の界面と真皮と皮下組織の界面で挟まれる領域を第3の特徴領域1126としている。表示部113では、図11(b)のように、各特徴領域の物性を参照して、トモグラフィ像の各特徴領域の大きさを調整し、測定物に近い像を取得する。この時、各特徴領域の物性に応じて、特徴領域の表示形態を変化させて提示する。例えば、特徴領域毎に色を変化させることができる。 FIG. 11 (a) is a schematic diagram of a measurement object and its tomographic image. Here, a B-scan tomographic image is shown. Visualizing the time waveform obtained from the waveform acquisition unit 109 changes the propagation speed of the terahertz wave pulse due to the difference in physical properties of each part constituting the measurement object, so that the propagation length of the terahertz wave pulse in each part differs. FIG. 11 shows an example of skin composed of cancer tissue, epidermis, and dermis as a measurement object. As a result, when the information of the waveform acquisition unit 109 is visualized, the position of the interface partially changes compared to the cross-sectional structure of the measurement object, as in the tomographic image of FIG. 11 (a). At this time, in the waveform reconstruction unit 113, the first feature region 1124, the second feature region 1125, and the third feature region 1126 are defined as the structure of the measurement object 108, and by optimizing the transfer matrix, The physical properties of each region can be determined. Here, in FIG. 11, a region sandwiched between the outermost surface of the epidermis and the interface between the epidermis and the dermis is defined as a first feature region 1124 as the feature region. A region sandwiched between the outermost surface of the cancer tissue and the interface between the cancer tissue and the dermis is a second feature region 1125. A region sandwiched between the interface between the epidermis and the dermis and the interface between the dermis and the subcutaneous tissue is defined as a third feature region 1126. As shown in FIG. 11B, the display unit 113 refers to the physical properties of each feature region, adjusts the size of each feature region of the tomography image, and acquires an image close to the measurement object. At this time, according to the physical properties of each feature area, the display form of the feature area is changed and presented. For example, the color can be changed for each feature region.

(実施形態3)
本発明の思想を実施し得る他の形態について、図面を参照して説明する。具体的には、測定窓部107の変形例である。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
(Embodiment 3)
Another embodiment in which the idea of the present invention can be implemented will be described with reference to the drawings. Specifically, this is a modification of the measurement window 107. Descriptions of parts common to the above description are omitted.

実施形態1で説明した測定窓部107は、測定窓部107を構成する測定窓筐体202に測定窓201が固定される形態である。このため、実施形態2のように、多次元のトモグラフィ像を取得するためには、測定窓201に設置された測定物108に対し、テラヘルツ波パルスT1を走査する必要がある。本実施形態では、この形態に対し、測定窓部107に設置される測定物108自体を動かし、多次元のトモグラフィ像を取得し得る測定窓部107を提供する。 The measurement window unit 107 described in the first embodiment is a form in which the measurement window 201 is fixed to the measurement window housing 202 constituting the measurement window unit 107. Therefore, as in the second embodiment, in order to acquire a multidimensional tomographic image, it is necessary to scan the terahertz wave pulse T 1 on the measurement object 108 installed in the measurement window 201. In the present embodiment, a measurement window 107 capable of acquiring a multidimensional tomographic image by moving the measurement object 108 installed in the measurement window 107 is provided in this embodiment.

図4に本実施形態の測定窓部107の構成を示す。これまでの測定窓部107の構成と異なる箇所は、測定窓筐体202が第1の測定窓筐体407と第2の測定窓筐体408で構成される所である。第1の測定窓筐体407は、測定窓201をテラヘルツ波パルスの伝搬距離を変化させる方向に移動する部分である。図4では、第1の測定窓筐体407は、アクチュエータ205により支持されているが、実施形態1の図3で説明したように伸縮部306やガイドねじ308で支持する形態でもよい。この場合、筐体106外部に設けられたアクチュエータ305で第1の測定窓筐体407は移動する。第2の測定窓筐体408は、測定窓201を支持し、第1の測定窓筐体407の上に配置される。第2の測定窓筐体408は、不図示のステージによって、テラヘルツ波パルスの伝搬距離が変化する方向に対して法線方向のベクトルを含む面について、1次元方向または2次元方向に走査される。このことによって、スキャンのトモグラフィ像(断層像)や3次元のトモグラフィ像といった多次元のトモグラフィ像が取得できる。尚、ここで説明した不図示のステージは、図3のアクチュエータ305を兼ねていてもよい。詳細には、不図示のステージの一部が第2の測定窓筐体408を含み構成され、このステージは、測定窓部107の移動方向と、測定窓部107の移動方向に対して法線方向のベクトルを含む面の方向に動くことができる。 FIG. 4 shows the configuration of the measurement window 107 of the present embodiment. The difference from the configuration of the measurement window unit 107 so far is that the measurement window casing 202 is configured by a first measurement window casing 407 and a second measurement window casing 408. The first measurement window casing 407 is a part that moves the measurement window 201 in a direction in which the propagation distance of the terahertz wave pulse is changed. In FIG. 4, the first measurement window casing 407 is supported by the actuator 205. However, as described with reference to FIG. In this case, the first measurement window housing 407 is moved by the actuator 305 provided outside the housing 106. The second measurement window casing 408 supports the measurement window 201 and is disposed on the first measurement window casing 407. Second measurement window casing 408 is scanned in a one-dimensional direction or a two-dimensional direction by a stage (not shown) with respect to a plane including a vector in the normal direction with respect to the direction in which the propagation distance of the terahertz wave pulse changes. . As a result, a multidimensional tomographic image such as a tomographic image (tomographic image) of a scan or a three-dimensional tomographic image can be acquired. The stage (not shown) described here may also serve as the actuator 305 in FIG. Specifically, a part of the stage (not shown) includes the second measurement window casing 408, and this stage is normal to the moving direction of the measuring window 107 and the moving direction of the measuring window 107. Can move in the direction of the plane containing the direction vector.

図13は、本実施形態で説明した測定窓部107のさらなる変形例である。図13の測定窓部107は、図12で説明した傾き調整板1209が第2の測定窓筐体408の上に配置されている。このことによって、測定窓部107は、測定窓201の傾きの調整が可能である。 FIG. 13 is a further modification of the measurement window 107 described in the present embodiment. In the measurement window portion 107 of FIG. 13, the tilt adjustment plate 1209 described in FIG. 12 is disposed on the second measurement window casing 408. As a result, the measurement window 107 can adjust the inclination of the measurement window 201.

本実施形態の測定窓201は、テラヘルツ波パルスの伝搬距離が変化する方向に対して法線方向のベクトルを含む面について、1次元方向または2次元方向に走査される。その結果、テラヘルツ波パルスに対して、測定点が相対的に移動するので多次元のトモグラフィ像が取得できる。測定窓201の移動により、テラヘルツ波パルスの測定点の移動を実現することで、測定点の移動機構を装置の筐体106の外に配置することができる。その結果、筐体106内部の体積を小さくすることができ、測定環境の調整に要する時間が短縮できる。このことから、装置の小型化や測定環境の安定化が容易となる。 The measurement window 201 of this embodiment is scanned in a one-dimensional direction or a two-dimensional direction with respect to a plane including a vector in the normal direction with respect to the direction in which the propagation distance of the terahertz wave pulse changes. As a result, since the measurement point moves relative to the terahertz wave pulse, a multidimensional tomographic image can be acquired. By realizing the movement of the measurement point of the terahertz wave pulse by the movement of the measurement window 201, the measurement point moving mechanism can be arranged outside the housing 106 of the apparatus. As a result, the volume inside the housing 106 can be reduced, and the time required for adjusting the measurement environment can be shortened. This facilitates downsizing the apparatus and stabilizing the measurement environment.

(実施形態4)
本発明の思想を実施し得る他の形態について、図面を参照して説明する。具体的には、これまで説明した測定窓部107の機構を発生部101や検出部102に適用している。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
(Embodiment 4)
Another embodiment in which the idea of the present invention can be implemented will be described with reference to the drawings. Specifically, the mechanism of the measurement window unit 107 described so far is applied to the generation unit 101 and the detection unit 102. In addition, the description of the part which is common in the above description is abbreviate | omitted.

図5に本実施形態の測定窓部107の構造を示す。測定窓509は、テラヘルツ波パルスを素子510に集光させるための部材である。多くの場合、半球レンズや超半球レンズが適用される。素子510は測定窓509に密着して配置されている。図5(b)に素子510の構成例を示す。素子510は、アンテナ電極511と給電電極512が半導体基板514上に形成された素子である。本素子は、光伝導素子とも呼ばれる。半導体基板514として例えば、低温成長したガリウムヒ素(LT-GaAs)やインジウムガリウムヒ素(LT-InGaAs)が適用できる。半導体基板514の材料はこれに限るものではなく、テラヘルツ波を発生または検出し得る既知の材料が適用できる。アンテナ電極511や給電電極512の形状や大きさは、使用するテラヘルツ波パルスの波長やスペクトル形状に応じて適宜設計される。半球レンズや超半球レンズは、テラヘルツ波に対して損失や分散の小さい材料が望ましい。例えば、高抵抗シリコンが適用できる。尚、テラヘルツ波を発生、検出し得る素子であれば、これに限るものではない。 FIG. 5 shows the structure of the measurement window 107 of the present embodiment. The measurement window 509 is a member for condensing the terahertz wave pulse on the element 510. In many cases, a hemispherical lens or a super hemispherical lens is applied. The element 510 is disposed in close contact with the measurement window 509. FIG. 5B shows a configuration example of the element 510. The element 510 is an element in which an antenna electrode 511 and a feeding electrode 512 are formed on a semiconductor substrate 514. This element is also called a photoconductive element. As the semiconductor substrate 514, for example, gallium arsenide (LT-GaAs) or indium gallium arsenide (LT-InGaAs) grown at a low temperature can be used. The material of the semiconductor substrate 514 is not limited to this, and a known material that can generate or detect a terahertz wave can be applied. The shape and size of the antenna electrode 511 and the feeding electrode 512 are appropriately designed according to the wavelength and spectrum shape of the terahertz wave pulse to be used. The hemispherical lens and the super hemispherical lens are preferably made of a material having small loss and dispersion with respect to the terahertz wave. For example, high resistance silicon can be applied. The element is not limited to this as long as the element can generate and detect a terahertz wave.

図5において、測定窓509は第2の測定窓筐体508に支持されている。そして、第1の測定窓筐体507は、伸縮部306によって筐体106に支持されている。また、第1の測定窓筐体507と第2の測定窓筐体508は密着して配置される。実施形態3で説明したように、第1の測定窓筐体507は、テラヘルツ波パルスの伝搬距離が変化する方向に測定窓509や素子510を移動させる部分である。第2の測定窓筐体508は、テラヘルツ波パルスの伝搬距離が変化する方向に対して法線方向のベクトルを含む面について、測定窓509や素子510を1次元方向または2次元方向に移動させる部分である。第2の測定窓筐体508には、図示のようにアクチュエータ305が接続され、第1の測定窓筐体507と第2の測定窓筐体508を動かすための力を印加する。 In FIG. 5, the measurement window 509 is supported by the second measurement window housing 508. The first measurement window housing 507 is supported by the housing 106 by the extendable part 306. Further, the first measurement window casing 507 and the second measurement window casing 508 are arranged in close contact with each other. As described in the third embodiment, the first measurement window casing 507 is a part that moves the measurement window 509 and the element 510 in the direction in which the propagation distance of the terahertz wave pulse changes. The second measurement window casing 508 moves the measurement window 509 and the element 510 in a one-dimensional direction or a two-dimensional direction with respect to a plane including a vector normal to the direction in which the propagation distance of the terahertz wave pulse changes. Part. An actuator 305 is connected to the second measurement window casing 508 as shown in the figure, and a force for moving the first measurement window casing 507 and the second measurement window casing 508 is applied.

以上の構成によって、素子510の位置は、測定窓部107を介して調整することが可能になる。尚、図5の構成の測定窓509は必ずしも必要はなく、素子510が測定窓509を兼ねていてもよい。本実施形態の構成に依れば、発生部と検出部のいずれか一方または両方は、筐体に対し、筐体の中の前記電磁波パルスの伝搬経路とは反対側に配置される。この様に、発生部101と検出部102のうちの少なくとも一方を筐体106の外に配置することができるため、筐体106内部の体積を小さくできる。この結果、筐体106内部の雰囲気の調整に要する時間が短縮でき、装置の小型化も容易になる。 With the above configuration, the position of the element 510 can be adjusted via the measurement window 107. Note that the measurement window 509 having the configuration of FIG. 5 is not necessarily required, and the element 510 may also serve as the measurement window 509. According to the configuration of the present embodiment, either or both of the generation unit and the detection unit are arranged on the opposite side of the housing from the propagation path of the electromagnetic wave pulse. In this manner, since at least one of the generation unit 101 and the detection unit 102 can be disposed outside the housing 106, the volume inside the housing 106 can be reduced. As a result, the time required for adjusting the atmosphere inside the housing 106 can be shortened, and the apparatus can be easily downsized.

(実施形態5)
本発明の思想を実施し得る他の形態について、図面を参照して説明する。具体的には、実施形態1で説明した装置の変形例であり、本装置をプローブ化した形態を開示するものである。すなわち、本実施形態は、測定物を測定するためのプローブであり電磁波パルスを導波させる導波部をさらに有し、プローブは、その端部に前記測定窓部を備えている。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
(Embodiment 5)
Another embodiment in which the idea of the present invention can be implemented will be described with reference to the drawings. Specifically, it is a modification of the apparatus described in the first embodiment, and discloses a form in which this apparatus is formed into a probe. That is, this embodiment is a probe for measuring an object to be measured, and further includes a waveguide section for guiding an electromagnetic wave pulse, and the probe includes the measurement window section at an end thereof. In addition, the description of the part which is common in the above description is abbreviate | omitted.

図6に本実施形態のプローブ化した装置の構成を示す。図6(a)は、プローブ618の先端部分の構成を示した図である。プローブ618の先端部分は、測定窓部607、筐体606、被膜部615で構成される。測定窓部607は、これまでの実施形態で説明したものと同じ構成である。ただし、測定窓部607を構成する材料は、プローブ618の使用環境により適宜選択される。測定窓部607の位置の調整は、これまで説明したように、筐体606内部に配置されたアクチュエータか、図6(b)、(c)に示すように、プローブ618自身を測定物108に押付ける形態がある。図6(b)は、第1の界面618と第2の界面619を有する測定物108に対し、テラヘルツ波パルスT1の焦点を第1の界面618に調整している形態を示している。この状態から、テラヘルツ波パルスT1の焦点位置を第2の界面619に調整する場合、図6(c)のように、プローブ618を測定物108に押付ける過程で測定窓部607を筐体606内部に移動させる。このことで、テラヘルツ波パルスT1の焦点の移動を可能とする。 FIG. 6 shows the configuration of the probed apparatus of this embodiment. FIG. 6 (a) is a diagram showing the configuration of the tip portion of the probe 618. FIG. The distal end portion of the probe 618 includes a measurement window portion 607, a housing 606, and a coating portion 615. The measurement window 607 has the same configuration as that described in the above embodiments. However, the material constituting the measurement window 607 is appropriately selected depending on the use environment of the probe 618. As described above, the position of the measurement window 607 can be adjusted by using the actuator arranged inside the housing 606 or the probe 618 itself as the measurement object 108 as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c). There is a form of pressing. FIG. 6B shows a form in which the focal point of the terahertz wave pulse T 1 is adjusted to the first interface 618 with respect to the measurement object 108 having the first interface 618 and the second interface 619. In this state, when adjusting the focal position of the terahertz wave pulse T 1 to the second interface 619, the measurement window 607 is mounted in the process of pressing the probe 618 against the measurement object 108 as shown in FIG. Move inside 606. This is to allow for movement of the focal point of the terahertz wave pulse T 1.

筐体606は、測定窓部607を支持し得る強度をもつ材料で構成する。被覆部615が十分な強度と剛性を有する場合、被覆部615が筐体606を兼ねてもよい。 The housing 606 is made of a material having strength that can support the measurement window 607. When the covering portion 615 has sufficient strength and rigidity, the covering portion 615 may also serve as the housing 606.

図6のように被覆部615は、テラヘルツ波パルスを導波させる導波部616を内包している。導波部616は、既知の導波路の形態が適用できる。例えば同軸導波路や、中空ファイバが適用できる。導波部616を構成する材料は、可能な限りテラヘルツ波に対する損失や分散が小さいものが好ましい。図6(a)では、導波部616の先端の形状によって、テラヘルツ波パルスの伝搬方向を調整する例を示している。ただし、テラヘルツ波パルスの伝搬方向の調整はこの形態に限るものではなく、筐体606内部に配置された光学素子(ミラーやレンズ)を使用してもよい。 As shown in FIG. 6, the covering portion 615 includes a waveguide portion 616 that guides the terahertz wave pulse. A known waveguide form can be applied to the waveguide unit 616. For example, a coaxial waveguide or a hollow fiber can be applied. The material constituting the waveguide 616 is preferably a material having as little loss and dispersion as possible with respect to the terahertz wave. FIG. 6 (a) shows an example in which the propagation direction of the terahertz wave pulse is adjusted by the shape of the tip of the waveguide 616. However, the adjustment of the propagation direction of the terahertz wave pulse is not limited to this form, and an optical element (mirror or lens) arranged inside the housing 606 may be used.

本実施形態の装置に依れば、プローブ618の先端に測定窓部607を備えているため、測定窓部607に接している測定物108の表面或いは内部に結ばれるテラヘルツ波の焦点位置を可変にできる。その結果、焦点位置を測定物108の測定したい位置に移動することが容易となるため、測定物108の構造観察を正確に行うことができる。 According to the apparatus of the present embodiment, since the measurement window 607 is provided at the tip of the probe 618, the focal position of the terahertz wave connected to the surface or inside of the measurement object 108 in contact with the measurement window 607 can be changed. Can be. As a result, since it becomes easy to move the focal position to a position where the measurement object 108 is desired to be measured, the structure of the measurement object 108 can be accurately observed.

本発明の一側面は、電磁波パルスにより、電磁波パルスの伝搬経路の少なくとも一部を含み伝搬経路を取り巻く雰囲気を調整する筐体に移動可能に設けられた測定窓部に配置された測定物の表面或いは内部の構造の情報を取得する測定物情報取得方法でもある。この方法は、上記課題を解決するための手段の項で述べたステップを有する。本発明によれば、この測定物の情報を取得するためのコンピュータに、上述の測定物情報取得方法のステップを実行させるプログラムを提供することができる。すなわち、各機能を具現化したソフトウエアの測定物情報取得用プログラムのコードを記録した記憶媒体をシステム或いは装置に提供してもよい。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによって、前述した実施形態の機能を実現することができる。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどを用いることができる。或いは、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることもできる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれている。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれてもよい。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含むものである。 One aspect of the present invention is the surface of an object to be measured disposed in a measurement window portion that is movably provided in a casing that adjusts an atmosphere surrounding the propagation path including at least a part of the propagation path of the electromagnetic pulse by an electromagnetic pulse. Or it is also a measurement object information acquisition method which acquires the information of an internal structure. This method has the steps described in the section for solving the above-mentioned problems. According to the present invention, it is possible to provide a program for causing a computer for acquiring information on the measurement object to execute the steps of the above-described measurement object information acquisition method. That is, a storage medium in which a code of a software measurement object information acquisition program that implements each function may be provided to a system or an apparatus. The functions of the above-described embodiments can be realized by the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reading out and executing the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention. As a storage medium for supplying such a program code, for example, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or the like can be used. Alternatively, a CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like can be used. The functions of the above-described embodiments are not only realized by executing the program code read by the computer. This includes the case where the OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. ing. Further, the program code read from the storage medium may be written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. Thereafter, the CPU of the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. It is a waste.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

101・・発生部、102・・検出部、103・・光源、104・・遅延光学部、105・・駆動部、106・・筐体、107・・測定窓部、108・・測定物、109・・波形取得部、110・・相対位置監視部、111・・伝搬距離データベース、112・・物性データベース、113・・波形再構成部、114・・表示部 101 ... Generation unit 102 ... Detection unit 103 ... Light source 104 ... Delay optics unit 105 ... Drive unit 106 ... Case 107 ... Measurement window 108 ... Measurement object 109・ ・ Waveform acquisition unit, 110 ・ ・ Relative position monitoring unit, 111 ・ ・ Propagation distance database, 112 ・ ・ Physical property database, 113 ・ ・ Waveform reconstruction unit, 114 ・ ・ Display unit

Claims (16)

時間領域分光法を用いて時間波形を取得し、測定物の情報を取得する情報取得装置であって、
テラヘルツ波を発生する発生部と、
前記測定物からのテラヘルツ波を検出する検出部と、
前記検出部の出力を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得する波形取得部と、
前記発生部から前記検出部に至るテラヘルツ波の伝搬経路の少なくとも一部を内包し、前記伝搬経路中に配置されている測定窓を有する筐体と、
前記発生部からのテラヘルツ波に対する透過性を有し、前記筐体に配置されている窓部と、
テラヘルツ波の伝搬距離が変化するように、前記窓部と前記発生部からのテラヘルツ波の平行伝搬領域との相対的な位置を移動する移動機構と、を有し、
前記発生部からのテラヘルツ波が、前記窓部を介して前記測定物に照射されるように構成されており、
前記波形取得部で取得した時間波形に基づいて、前記測定物の反射部が前記平行伝搬領域内外を移動することによって発生するテラヘルツ波の伝搬距離の変化が補償された前記測定物の情報を取得する
ことを特徴とする情報取得装置。
An information acquisition device that acquires a time waveform using time domain spectroscopy and acquires information on a measurement object,
A generator that generates terahertz waves ;
A detection unit for detecting terahertz waves from the measurement object;
A waveform acquisition unit that acquires a time waveform of a terahertz wave using the output of the detection unit;
A housing including a measurement window disposed in the propagation path, including at least a part of the propagation path of the terahertz wave from the generation unit to the detection unit;
A window having transparency to the terahertz wave from the generator, and disposed in the housing;
A moving mechanism for moving a relative position between the window and the parallel propagation region of the terahertz wave from the generation unit so that the propagation distance of the terahertz wave changes ,
The terahertz wave from the generating unit is configured to irradiate the measurement object through the window unit ,
Based on the time waveform acquired by the waveform acquisition unit, acquires information on the measurement object in which a change in the propagation distance of the terahertz wave generated by the reflection unit of the measurement object moving in and out of the parallel propagation region is compensated An information acquisition apparatus characterized by:
前記測定物の反射部が前記平行伝搬領域内に位置するように前記相対的な位置を移動した状態で取得した前記検出部の出力を参照して、前記測定物からのテラヘルツ波の時間波形を取得するThe time waveform of the terahertz wave from the measurement object is obtained by referring to the output of the detection unit acquired with the relative position moved so that the reflection part of the measurement object is located in the parallel propagation region. get
ことを特徴とする請求項1に記載の情報取得装置。The information acquisition apparatus according to claim 1.
前記平行伝搬領域と前記窓部との相対的な位置と、前記発生部から前記検出部に至るテラヘルツ波の伝搬距離との関係に関する情報を記憶する伝搬距離データベースを有するA propagation distance database for storing information on a relationship between a relative position between the parallel propagation region and the window and a propagation distance of the terahertz wave from the generation unit to the detection unit
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の情報取得装置。The information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the information acquisition apparatus is an information acquisition apparatus.
前記平行伝搬領域と前記窓部との相対的な位置を監視する相対位置監視部と
質の識別名と該物質の物性の情報が記憶される物性データベースと、
前記窓部からのテラヘルツ波の前記波形取得部で取得される時間波形と、前記伝搬距離データベースから取得した前記相対的な位置に対するテラヘルツ波の伝搬距離の変化と、前記物性データベースに格納された物性の情報と、を用いて、前記測定物からのテラヘルツ波の時間波形再構成波形を構築する波形再構築部と、をさらに有する、
ことを特徴とする請求項に記載の情報取得装置。
A relative position monitoring unit that monitors a relative position between the parallel propagation region and the window ;
And Properties database information of the physical properties of the object substance of the distinguished name and the material is stored,
The time waveform acquired by the waveform acquisition unit of the terahertz wave from the window, the change in the propagation distance of the terahertz wave with respect to the relative position acquired from the propagation distance database, and the physical properties stored in the physical property database information and, with further having a waveform reconstruction unit for constructing the reconstruction wave time waveform of the terahertz wave from the measurement object,
The information acquisition apparatus according to claim 3 .
前記窓部を支持する支持部と、A support part for supporting the window part;
前記支持部と前記筐体との間に配置されている封止部と、を有するA sealing portion disposed between the support portion and the housing.
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情報取得装置。The information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the information acquisition apparatus is an information acquisition apparatus.
記封部は、前記窓部の前記測定物を配置する面の面内方向において、前記筐体と前記窓部との間に配置されている
ことを特徴とする請求項に記載の情報取得装置。
Before Kifu stop portion, in the plane direction of the surface to place the measurement of the window, according to claim 5, characterized in that it is disposed between the housing and the window Information acquisition device.
前記封止部は、前記筐体及び前記窓部と接しているThe sealing portion is in contact with the casing and the window portion.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の情報取得装置。The information acquisition apparatus according to claim 5, wherein the information acquisition apparatus is an information acquisition apparatus.
前記支持部は、前記封止部と接している状態で移動する
ことを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載の情報取得装置。
The information acquisition apparatus according to claim 5 , wherein the support portion moves while being in contact with the sealing portion.
前記窓部を前記測定物の厚さ方向に移動するアクチュエータを有する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の情報取得装置。
Information acquiring apparatus according to any one of claims 1 8, characterized in that it comprises an actuator for moving said window portion in the thickness direction of the measured object.
前記発生部及び前記検出部は、前記筐体内に配置されている
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の情報取得装置。
The generating unit and the detection unit, the information acquiring apparatus according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is arranged in the housing.
前記窓部の傾きを調整する傾斜調整機構を有する、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の情報取得装置。
Having an inclination adjusting mechanism for adjusting the inclination of the window portion ;
Information acquiring apparatus according to claim 1, any one of 10, characterized in that.
前記移動機構は、The moving mechanism is
テラヘルツ波の伝搬距離が変化するように、前記窓部を移動可能な第1のステージと、A first stage capable of moving the window so that the propagation distance of the terahertz wave changes;
前記第1のステージ上に配置されており、前記測定物の面内方向に移動可能であって、前記窓部を支持する第2のステージと、を有するA second stage disposed on the first stage, movable in an in-plane direction of the object to be measured, and supporting the window portion.
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の情報取得装置。The information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the information acquisition apparatus is an information acquisition apparatus.
端部に前記窓部が配置されているプローブと、
前記プローブの内部に配置されており、前記発生部から前記窓部に至るテラヘルツ波の伝搬経路及び前記窓部から前記検出部に至るテラヘルツ波の伝搬経路の少なくとも一方に配置されている導波部と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の情報取得装置。
A probe in which the window is disposed at an end;
A waveguide unit disposed in the probe and disposed in at least one of a terahertz wave propagation path from the generation unit to the window unit and a terahertz wave propagation path from the window unit to the detection unit When the information acquisition apparatus according to claim 1, any one of 12, further comprising a.
テラヘルツ波は、0.03THz以上30THz以下の範囲のうちの任意の周波数帯域の成分を有するテラヘルツ波パルスである、
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の情報取得装置。
The terahertz wave is a terahertz wave pulse having a component in an arbitrary frequency band within a range of 0.03 THz to 30 THz.
Information acquiring apparatus according to any one of claims 1 to 13, characterized in that.
前記窓部は、前記テラヘルツ波パルスが構造を認識できない程度に平坦化されている
ことを特徴とする請求項14に記載の情報取得装置。
The information acquisition apparatus according to claim 14 , wherein the window is flattened so that the terahertz wave pulse cannot recognize a structure.
前記窓部の平面度は、前記発生部からのテラヘルツ波の中心波長をλとすると、1/100λ以上1/20λ以下である
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の情報取得装置。
Flatness of the window portion, the When the center wavelength of the terahertz wave from the generator lambda, according to any one of claims 1 to 15, characterized in that 1 / 20Ramuda less than 1 / 100Ramuda Information acquisition device.
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