JP5218679B2 - 被測定物の特性を測定する方法および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の特性を測定するために、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、該空隙配置構造体を透過した電磁波を検出して被測定物の特性を測定する方法、および、それに用いる測定装置に関する。

従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過スペクトルを解析して被測定物の特性を測定する測定方法が用いられている。具体的には、例えば、被測定物であるタンパク質などが付着した金属メッシュに、テラヘルツ波を照射して透過スペクトルを解析する手法が挙げられる。

特開２００７−０１０３６６号公報（特許文献１）および特開２００７−１６３１８１号公報（特許文献２）には、空隙領域を有する空隙配置構造体（例えば、金属メッシュ）と、空隙配置構造体上の被測定物と、被測定物に向かって電磁波を照射する電磁波照射部と、空隙配置構造体を透過した電磁波を測定する検出部とで構成され、被測定物の存在により周波数特性が変化することに基づいて被測定物の特性を測定する方法が開示されている。

特開２００８−１８５５５２号公報（特許文献３）には、電磁波照射部から空隙配置構造体に向かって照射される電磁波が、空隙領域を含む平面に対して傾斜して入射され、測定値の周波数特性に生じたディップ波形の周波数シフトに注目して被測定物の特性を測定する方法が開示されている。

特許文献１〜３に開示された被測定物の特性を測定する具体的な方法においては、被測定物が存在する場合の周波数特性とは別に、基準として被測定物が存在しない場合（空隙配置構造体のみを配した場合）の周波数特性が測定されている（例えば、特許文献３の図９）。また、空隙配置構造体も配置しない場合（バックグラウンド）の周波数特性が測定されている場合もある。すなわち、これらの方法は、被測定物の特性を基準からの変化量として測定する方法であることを意味している。

特開２００７−０１０３６６号公報 特開２００７−１６３１８１号公報 特開２００８−１８５５５２号公報

かかる従来の測定方法においては、被測定物の量が微量になると、周波数特性の変化も僅かとなるため、基準となる空隙配置構造体自体の周波数特性のばらつき（例えば金属メッシュの寸法ばらつき）が大きな誤差要因となる。

また、一般に、ある試料Ａの周波数特性を得るには、予め基準となる空隙配置構造体自体の周波数特性を測定しておく作業が必要であり、測定回数が増え、それを用いて被測定物の測定値を較正する作業にも時間を要する。さらに、全体として測定作業が長くなると、測定環境の経時変化の影響が大きくなるため、得られた結果における誤差が大きくなる恐れがある。

したがって、本発明は、被測定物の量が微量である場合にも、良好な測定感度と高い再現性を有する被測定物の特性を測定する方法、および、それに用いる測定装置を提供することを目的とする。

（１） 主面に垂直な方向に貫通した少なくとも２つの空隙部を有する空隙配置構造体に、被測定物を保持し、
前記被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法であって、
前記空隙配置構造体は、前記空隙部が前記空隙配置構造体の主面上の少なくとも一方向に周期的に配列された格子状構造を有し、
前記周波数特性として、第１の周波数特性および第２の周波数特性が検出され、
前記第１の周波数特性においてはディップ波形が出現し、
前記第２の周波数特性においてはディップ波形が出現しないか、あるいは、第１の周波数特性におけるディップ波形の深さよりも小さい深さを有するディップ波形が出現し、
前記第１の周波数特性と前記第２の周波数特性との関係に基づいて、被測定物の特性を測定することを特徴とする測定方法。

（２） 上記第１の周波数特性および上記第２の周波数特性から、下記式（１）により求められる差スペクトルＳを用いて被測定物の特性を測定する、上記（１）に記載の測定方法。（式（１）中、Ｔｙは第１の周波数特性における電磁波の透過率、Ｔｘは第２の周波数特性における電磁波の透過率、ａ〜ｄは各々独立の定数である。）

（３） 上記差スペクトルＳの特定のピーク値を、予め様々な量の被測定物を測定して得られた差スペクトルＳの特定のピーク値を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出する、上記（２）に記載の測定方法。

（４） 上記第１の周波数特性に出現するディップ波形は、上記空隙配置構造体のＴＥ１１モード様共振により生じたものである、上記（１）に記載の測定方法。

（５） 上記電磁波が直線偏光の電磁波であり、
上記空隙配置構造体の主面が上記電磁波の偏光方向と平行とならない位置にある場合において、上記空隙配置構造体を透過した上記電磁波の周波数特性を上記第１の周波数特性として検出し、
上記空隙配置構造体の主面が上記電磁波の偏光方向と平行となる位置にある場合において、上記空隙配置構造体を透過した上記電磁波の周波数特性を上記第２の周波数特性として検出する、上記（１）に記載の測定方法。

（６） 上記空隙配置構造体に直線偏光の電磁波である第１の電磁波および第２の電磁波を互いに偏光方向が異なるように照射し、
上記空隙配置構造体を透過した第１の電磁波の周波数特性を上記第１の周波数特性として検出し、上記空隙配置構造体を透過した第２の電磁波の周波数特性を上記第２の周波数特性として検出する、上記（１）に記載の測定方法。

（７） 上記第１の電磁波および上記第２の電磁波は、
上記第１の電磁波の進行方向と上記第２の電磁波の進行方向が同じであり、
第１の電磁波の偏光方向が、上記進行方向に垂直な１つの方向であり、
第２の電磁波の偏光方向が、上記進行方向および上記第１の電磁波の偏光方向の両者に対して垂直な方向となるように、
空隙配置構造体に照射される、上記（６）に記載の測定方法。

（８） 上記空隙配置構造体は、上記空隙部が縦横に正方格子状に周期的に配列されたものであり、
上記空隙配置構造体は、上記進行方向に垂直な平面に投影したときに、上記空隙部の縦横の配列方向の一方が上記第１の電磁波の偏光方向と一致し、他方が上記第２の電磁波の偏光方向と一致するように配置される、上記（７）に記載の測定方法。

（９） 上記空隙配置構造体は、その主面が上記進行方向に対して垂直となる位置から、上記空隙配置構造体の重心を通り上記第２の電磁波の偏光方向と平行な軸を回転軸として一定角度回転させて配置される、上記（７）に記載の測定方法。

（１０） 上記空隙配置構造体に、上記空隙配置構造体の主面に対して所定の第１の方向から電磁波を照射したときの、上記空隙配置構造体の周波数特性を上記第１の周波数特性として検出し、
上記空隙配置構造体に、上記空隙配置構造体の主面に対して上記第１の方向と異なる第２の方向から電磁波を照射したときの、上記空隙配置構造体の周波数特性を上記第２の周波数特性として検出する、上記（１）に記載の測定方法。

（１１） 上記第２の方向は、上記空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向である、上記（１０）に記載の測定方法。

（１２） 上記第１の方向から照射される電磁波および上記第２の方向から照射される電磁波は、直線偏光の電磁波である、上記（１０）に記載の測定方法。

（１３） 上記空隙配置構造体は、上記空隙部が縦横の配列方向に正方格子状に周期的に配列されたものであり、
上記第１の周波数特性が検出される際に、上記空隙配置構造体が、その主面が電磁波の進行方向と垂直となる配置から、上記電磁波の偏光方向と平行でない所定の回転軸を中心に所定の角度で回転された状態で、且つ、上記空隙配置構造体を上記電磁波の進行方向に垂直な平面に投影したときに、上記空隙部の縦横の配列方向の一方が上記電磁波の偏光方向と一致する状態で配置される、上記（１２）に記載の測定方法。

（１４） 上記（７）に記載の測定方法に用いられる測定装置。
（１５） 上記空隙配置構造体に互いに偏光方向が異なる前記第１の電磁波および前記第２の電磁波を照射するための電磁波照射部を有する、上記（１４）に記載の測定装置。

（１６） 上記電磁波照射部は、上記第１の電磁波および上記第２の電磁波を照射するために、直線偏光の電磁波の偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調することのできる偏光変調部を備える、上記（１４）に記載の測定装置。

（１７） 上記（１１）に記載の測定方法に用いられる測定装置。
（１８） 上記空隙配置構造体の位置を制御することのできる位置制御機構を備える、上記（１７）に記載の測定装置。

（１９） 上記位置制御機構は回転機能を有する、上記（１８）に記載の測定装置。
（２０） 上記被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射するための電磁波照射部、および、
該電磁波照射部から照射された電磁波を、上記第１の周波数特性を得るための第１の電磁波と、上記第２の周波数特性を得るための第２の電磁波とに分波することのできる分波器を備える、上記（１７）に記載の測定装置。

（２１） 複数の光源、および／または、複数の検出器を備える、上記（１７）に記載の測定装置。

本発明の測定方法によれば、空隙配置構造体自体の周波数特性のばらつき（例えば、空隙配置構造体間の寸法ばらつき）などの被測定物が存在しない場合における周波数特性のばらつきの影響を排除もしくは低減できる。このため、被測定物の量が微量である場合にも、被測定物の特性を良好な測定感度と高い再現性をもって測定することができる。

また、基準として、被測定物が存在しない場合の空隙配置構造体の周波数特性を測定する必要がないため、測定回数を少なくでき、測定値の較正作業も簡略化される。したがって、測定作業が単純になり、且つ、測定に要する時間が短縮されるので測定環境の経時変化などによる誤差の影響も低減される。

本発明の測定方法の一例の概要を説明するための模式図である。 （ａ）は、本発明で用いられる空隙配置構造体の一例を示す斜視図である。（ｂ）は、空隙配置構造体の格子構造を説明するための模式図である。 実施形態１の測定方法および測定装置の一例を示す模式図である。 実施形態２の測定方法および測定装置の一例を示す模式図である。（ａ）は第１の電磁波を照射する場合、（ｂ）は第２の電磁波を照射する場合を示す。 実施形態２の測定方法および測定装置の別の例を示す模式図である。（ａ）は第１の電磁波を照射する場合、（ｂ）は第２の電磁波を照射する場合を示す。 実施形態３の測定方法および測定装置の一例を示す模式図である。 実施形態３における空隙配置構造体と電磁波の方向との位置関係を示す模式図である。 実施形態３における空隙配置構造体と電磁波の方向との位置関係を示す別の模式図である。 実施形態４の測定方法および測定装置の一例を示す模式図である。 実施形態４における空隙配置構造体と電磁波の方向との位置関係を示す模式図である。 実施形態５の測定方法および測定装置の一例を示す模式図である。 実施例のシミュレーション計算のモデルを説明するための模式図である。 比較例１でモデルとした従来の測定方法および測定装置の一例を説明するための模式図である。 実施例１における透過率スペクトルＴｙおよび透過率スペクトルＴｘを示す図である。 実施例１における差スペクトルＳを示す図である。 比較例１における透過率スペクトルＴ_Refおよび透過率スペクトルＴ_Samを示す図である。 比較例１における差スペクトルＳ_OLDを示す図である。 実施例１の差スペクトルＳ（図１５）と比較例１の差スペクトルＳ_OLD（図１７）とを併せて示す図である。 実施例２における各条件での透過率スペクトルを示す図である。 図１９に示す透過率スペクトルにおいて、誘電体フィルムの厚みが５μｍ（Ｔｙ₀₅とＴｘ₀₅）、１０μｍ（Ｔｙ₁₀とＴｘ₁₀）、２０μｍ（Ｔｙ₂₀とＴｘ₂₀）の場合の各々の差スペクトルＳを示す図である。 図２０の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図２０のピークにおける差スペクトルの値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフである。 実施例３で用いた金属メッシュの孔の形状を示す図である。 実施例３における各条件での透過率スペクトルを示す図である。 図２３に示す透過率スペクトルにおいて、誘電体フィルムの厚みが０ｎｍ（Ｔｙ₀とＴｘ₀）、１００ｎｍ（Ｔｙ₁₀₀とＴｘ₁₀₀）、２００ｎｍ（Ｔｙ₂₀₀とＴｘ₂₀₀）、３００ｎｍ（Ｔｙ₃₀₀とＴｘ₃₀₀）の場合の各々の差スペクトルＳを示す図である。 図２４の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図２４のピークにおける差スペクトルの値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフである。 実施例４における各透過率スペクトルを示す図である。 図２６に示す透過率スペクトルにおいて、金属メッシュ−１を用いた場合（Ｔｙ₁とＴｘ₁）、金属メッシュ−２を用いた場合（Ｔｙ₂とＴｘ₂）の各々の差スペクトルＳを示す図である。 比較例２における各透過率スペクトルを示す図である。 図２８に示す透過率スペクトルにおいて、Ｔ_RefとＴ_sam1、Ｔ_RefとＴ_sam2の差スペクトルＳ_OLDを示す図である。 実施例５における透過率スペクトルＴｔおよび透過率スペクトルＴｖを示す図である。 実施例５における差スペクトルＳを示す図である。 実施例５の差スペクトルＳ（図３１）と比較例１の差スペクトルＳ_OLD（図１７）とを併せて示す図である。 実施例６における各条件での透過率スペクトルを示す図である。 図３３に示す透過率スペクトルにおいて、誘電体フィルムの厚みが５μｍ（Ｔｔ₀₅とＴｖ₀₅）、１０μｍ（Ｔｔ₁₀とＴｖ₁₀）、２０μｍ（Ｔｔ₂₀とＴｖ₂₀）の場合の各々の差スペクトルＳを示す図である。 図３４の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図３４のピークにおける差スペクトルの値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフである。 実施例７における各条件での透過率スペクトルを示す図である。 図３６に示す透過率スペクトルにおいて、誘電体フィルムの厚みが０ｎｍ（Ｔｔ₀とＴｖ₀）、１００ｎｍ（Ｔｔ₁₀₀とＴｖ₁₀₀）、２００ｎｍ（Ｔｔ₂₀₀とＴｖ₂₀₀）、３００ｎｍ（Ｔｔ₃₀₀とＴｖ₃₀₀）の場合の各々の差スペクトルＳを示す図である。 図３７の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図３７のピークにおける差スペクトルの値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフである。 実施例８における各透過率スペクトルを示す図である。 図３９に示す透過率スペクトルにおいて、金属メッシュ−１を用いた場合（Ｔｔ₁とＴｖ₁）、金属メッシュ−２を用いた場合（Ｔｔ₂とＴｖ₂）の各々の差スペクトルＳを示す図である。 本発明において定義されるディップ波形の深さの説明図である。

本発明は、主面に垂直な方向に貫通した少なくとも２つの空隙部を有する空隙配置構造体に、被測定物を保持し、上記被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、上記空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法に関する。

本発明の測定方法で用いられる電磁波は、特に限定されないが、好ましくは２０ＧＨｚ〜１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波である。具体的な電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源として、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、短光パルスレーザを光源として、光伝導アンテナに自由電子を励起し、光伝導アンテナに印加した電圧によって瞬時に電流が発生することによって生じるテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、高圧水銀ランプや高温セラミックから発せられるテラヘルツ波が挙げられる。

本発明の測定方法の一例の概要を図１を用いて説明する。図１は、本発明の測定方法に用いられる測定装置２の全体構造と、測定装置２における空隙配置構造体１の配置を模式的に示す図である。図１に示すように、この測定装置２は、電磁波を発生して照射する電磁波照射部２１と、空隙配置構造体１を透過した電磁波を検出する検出部２２とを備えている。また、電磁波照射部２１の動作を制御する照射制御部２３、検出部２２の検出結果を解析する解析処理部２４、および、解析処理部２４の解析結果を表示する表示部２５を備えている。なお、照射制御部２３は、検出のタイミングを同期させる目的で、解析処理部２４に接続されていても良い。

上記のような測定装置２において、電磁波照射部２１は、照射制御部２３の制御の下、電磁波を発生し、放射する。電磁波照射部２１から放射された電磁波は、空隙配置構造体１に照射され、空隙配置構造体１で散乱した電磁波が検出部２２で検出される。検出部２２において検波された電磁波は、電気信号として解析処理部２４に転送され、例えば透過率の周波数特性（透過率スペクトル）として目視できる形式で表示部２５に表示される。

本発明で用いられる空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した少なくとも２つの空隙部が上記主面上の少なくとも一方向に周期的に配置された構造体である。ただし、空隙配置構造体の全体にわたって空隙部が周期的に配置されている必要はなく、少なくとも一部において空隙部が周期的に配置されていればよい。好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられ、より好ましくは空隙部が縦方向および横方向に規則的に配列（方形配列）された２次元周期構造体が用いられる。

空隙部が方形配列された２次元周期構造体としては、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図２（ａ）に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の空隙部１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図２（ｂ）中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。空隙部は正方形に限定されず、例えば長方形や円や楕円などでもよい。また方形配列であれば、２つの配列方向の間隔は等しくなくてもよく、例えば長方形配列でもよい。

空隙配置構造体の空隙部の形状や寸法は、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、前方散乱した電磁波を検出する場合、図２（ａ）に示す空隙配置構造体１では、図２（ｂ）にｓで示される空隙部の格子間隔が、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の格子間隔ｓがこの範囲以外になると、散乱が生じにくくなる場合がある。また、空隙部の孔サイズとしては、図２（ｂ）にｄで示される空隙部の孔サイズが、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の孔サイズがこの範囲以外になると、前方散乱する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。

また、空隙配置構造体の厚みは、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、前方散乱した電磁波を検出する場合、測定に用いる電磁波の波長の数倍以下であることが好ましい。構造体の厚みがこの範囲よりも大きくなると、前方散乱する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。

本発明の測定方法は、上述のような測定方法において、周波数特性として、複数の周波数特性（第１の周波数特性および第２の周波数特性）を検出することを特徴とする。ここで、第１の周波数特性は、その周波数特性においてディップ波形が出現するものであり、これに対して、第２の周波数特性は、その周波数特性においてディップ波形が出現しないか、あるいは、第１の周波数特性におけるディップ波形の深さよりも小さい深さを有するディップ波形が出現するものである。第２の周波数特性は、ディップ波形が実質的に出現しないものであることが好ましく、ディップ波形が出現する場合であっても、その深さが第１の周波数特性におけるディップ波形の深さより１ポイント以上小さい深さのディップ波形が出現するものであることが好ましい。

ここで、ディップ波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の透過率）が相対的に大きくなる周波数範囲において、散乱を伴う構造体の周波数特性（例えば、透過率スペクトル）に部分的に見られる谷型（下に凸）の部分の波形である。

また、図４１を用いてディップ波形の深さ（Ｄ）を定義する。まず、ディップよりも低周波側のピークにおける周波数ｆ_peak1での透過率（極大値）をＴ_peak1、ディップより高周波側のピークにおける周波数ｆ_peak2での透過率（極大値）をＴ_peak2、ディップにおける周波数ｆｘでの透過率（極小値）をＴ_dipとする。また、Ｔ_peak1とＴ_peak2を結ぶ直線とｆｘの交点をＴ’とする。そして、Ｔ’とＴ_dipの差［Ｔ’−Ｔ_dip］がディップ波形の深さ（Ｄ）と定義される。

ディップ波形は、空隙配置構造体における入射する電磁波に対する空間対称性を破ることによって、生じさせることが出来る。例えば、入射する電磁波の進行方向に対して、空隙配置構造体の主面を垂直な配置からずらす（傾ける）ことで、ディップ波形を生じさせることができる。また、空隙配置構造体の空隙部の形状を、空隙配置構造体に照射される電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならないような形状とすることによっても、ディップ波形を生じさせることができる。さらに、空隙配置構造体の空隙部の配列形状が、空間対称性を持たないように、空隙配置構造体を配置することによっても、ディップ波形を生じさせることができる。

第１の周波数特性にディップ波形を出現させるための条件としては、空隙配置構造体のＴＥ１１モード様共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）により生じたものであることが好ましい。あるいは、空隙配置構造体のＴＥ１０モード様共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）の減少により生じたものであることが好ましい。第１の周波数特性に出現するディップ波形がシャープとなり、被測定物の測定感度が向上するからである。

空隙配置構造体のＴＥ１１モード様共振（またはＴＥ１０モード様共振の減少）によりディップ波形を生じさせるための条件の一例としては、空隙配置構造体をその主面が第１の電磁波の偏光方向に対して平行とならないように配置することが挙げられる。この条件は、言い換えれば、空隙配置構造体を、その主面が第１の電磁波の進行方向に対して垂直となる位置から、第１の電磁波の偏光方向と平行でない所定の回転軸を中心として一定角度回転させた状態で配置することである。

より具体的な配置としては、後述するように、第１の電磁波の進行方向と第２の電磁波の進行方向が同じ方向（Ｚ軸方向）であり、第１の電磁波の偏光方向が、Ｚ軸方向に垂直な１つの方向（Ｙ軸方向）であり、第２の電磁波の偏光方向がＺ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）である場合に、空隙配置構造体は、その主面がＺ軸方向に対して垂直（Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して平行）となる配置から、空隙配置構造体の重心を通る上記Ｘ軸方向と平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として一定角度回転させて配置することが好ましい。

また、このように空隙配置構造体を第１の電磁波の進行方向および偏光方向に対して傾ける以外にも、空隙配置構造体の空隙部の形状を、第１の電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状とすることにより、ＴＥ１１モード様共振によるディップ波形を生じさせることができる。この場合は、空隙配置構造体を第１の電磁波の進行方向に垂直に配置しても、ＴＥ１１モード様共振によるディップ波形が生じる。

かかる空隙部の形状としては、周期的構造体の空隙部を形成する部分に、突起部または切欠部を有する形状が挙げられる。この場合、周期的構造体の空隙部を形成する部分のうち、ＴＥ１１モード様共振が生じた際に電界強度が相対的に強くなる位置に突起部を有するか、あるいは、電界強度が相対的に弱くなる位置に切欠部を有することが好ましい。また、周期的構造体の主面に垂直な方向から見た空隙部の形状を、台形、凸型、凹型、多角形、または、星型などとし、第１の電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならないように空隙配置構造体を配置してもよい。

第２の周波数特性にディップ波形を生じさせないためには、このようなディップ波形を生じる条件以外の条件を選択すればよい。例えば、空隙配置構造体を、その主面が第２の電磁波の偏光方向に対して平行となるように配置すればよく、特に、電磁波の進行方向に対して垂直となるように配置することが好ましい。また、そのような配置において、第２の電磁波の偏光面（偏光方向と進行方向とを含む面）と空隙配置構造体の主面との両者に直交する仮想面に対して鏡映対称となるような形状の空隙部を有する空隙配置構造体を使用することで、第２の周波数特性にディップ波形を生じさせないようにすることができる。

また、本発明の測定方法においては、上記第１の周波数特性および第２の周波数特性から、上記式（１）により求められる差スペクトルＳを用いて被測定物の特性を測定することが好ましい。差スペクトルＳを用いて被測定物の特性を測定するとは、例えば、差スペクトルＳのピーク値やピークが表れる周波数の変化、差スペクトルの形状の変化に基づいて、被測定物の特性を測定することが挙げられる。

従来のように基準となる空隙配置構造体のみの周波数特性を測定して、それを用いた校正を行うよりも、このような差スペクトルＳを用いた方が空隙配置構造体自体の周波数特性のバラツキなどの被測定物が存在しない場合の周波数特性のばらつきによる影響が少なくなり、被測定物の測定感度を向上させることができる。原理の詳細は不明であるが、差スぺクトルＳでは第１、第２の周波数特性への空隙配置構造体自体の寸法ばらつきの影響が低減されることが実験的に確かめられた。

後述の実施例４では、図２６のディップ波形付近において、孔サイズが１８４μｍの波形Ｔｙ₂および波形Ｔｘ₂は、孔サイズが１８０μｍの波形Ｔｙ₁および波形Ｔｘ₁が左上方向へ０．０１４ＴＨｚと０．０２８％シフトされた波形となっている。すなわち、孔サイズが大きくなると、ピーク周波数が低下すると同時に透過率が増大している。両者の差をとると周波数の変化は維持されるが、透過率の変化は相殺されて小さくなる。

本発明において、被測定物の量を測定する場合は、上記差スペクトルＳの特定のピーク値を、予め様々な量の被測定物を測定して得られた差スペクトルＳの特定のピーク値を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出することが好ましい。

上記第１の周波数特性および第２の周波数特性を検出するための方法の一例としては、空隙配置構造体に、直線偏光の電磁波である第１の電磁波および第２の電磁波を互いに偏光方向が異なるように照射し、空隙配置構造体を透過した第１の電磁波の周波数特性を第１の周波数特性として検出し、空隙配置構造体を透過した第２の電磁波の周波数特性を第２の周波数特性として検出する方法を用いることができる。

直線偏光の電磁波である第１の電磁波および第２の電磁波は、無偏光、円偏光などの光源から出射された電磁波が偏光子を通過した後の直線偏光の電磁波であってもよく、偏光光源から出射された直線偏光の電磁波であってもよい。

また、第１の電磁波および第２の電磁波を照射する手順としては、まず第１の電磁波あるいは第２の電磁波の一方を照射し周波数特性を検出した後に、他方の電磁波を照射して周波数特性を検出してもよく、測定の効率性の観点からは、第１の電磁波あるいは第２の電磁波を同時に照射し、各々の電磁波の周波数特性（第１の周波数特性および第２の周波数特性）を同時に測定することが好ましい。

さらに、第１の電磁波および第２の電磁波は、別々の光源から供給されるものであっても、単一の光源から供給されるものであってもよい。単一の光源から第１の電磁波および第２の電磁波を供給する方法としては、例えば、単一の光源から照射された電磁波を直線偏光子に通すことで直線偏光の電磁波とし、偏光変調器などを用いて直線偏光の電磁波の偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調して、第１の電磁波および第２の電磁波とする方法が挙げられる。直線偏光の電磁波の偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調し、空隙配置構造体を透過した電磁波を、この変調周波数よりも小さな周波数で掃引することにより、第１の周波数特性および第２の周波数特性を検出することができる。

本発明の方法においては、第１の電磁波の進行方向と第２の電磁波の進行方向が同じ方向（Ｚ軸方向）であり、第１の電磁波の偏光方向が、Ｚ軸方向に垂直な１つの方向（Ｙ軸方向）であり、第２の電磁波の偏光方向がＺ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）となるように、空隙配置構造体に照射されることが好ましい（図２参照）。このように第１の電磁波および第２の電磁波を照射し、空隙部が縦横に正方格子状に周期的に配列された空隙配置構造体を後述のように適切に配置すれば、第１の周波数特性に出現するディップ波形がシャープとなり、被測定物の測定感度が向上するからである。

上記空隙配置構造体は、上記第１の電磁波および第２の電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）に対して、その主面が垂直となるように配置されてもよく、垂直とならないように（斜めに）配置されてもよい。空隙配置構造体が、空隙部が縦横に正方格子状に周期的に配列されたものである場合は、該空隙配置構造体は、上記Ｚ軸に垂直な平面に投影したときに、上記空隙部の縦横の配列方向の一方が上記Ｘ軸方向と一致し、他方が上記Ｙ軸方向と一致するように配置されることが好ましい。

さらに、上記空隙配置構造体が斜めに配置される場合においては、その主面が上記Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して平行（Ｚ軸に対して垂直）となる配置から、ある特定の軸を回転軸として一定角度回転させて配置されるが、空隙配置構造体の重心を通る上記Ｘ軸方向と平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として一定角度回転させて配置されることが好ましい。かかる配置とした場合には、第１の周波数特性に出現するディップ波形がシャープとなり、被測定物の測定感度がさらに向上するからである。

（測定装置）
本発明は、上記の測定方法に用いられる測定装置にも関し、上記空隙配置構造体は、直線偏光の電磁波である第１の電磁波および第２の電磁波を互いに偏光方向が異なるように照射するための電磁波照射部を有することが好ましい。この場合、さらに電磁波照射部と、該空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する検出器との間に干渉計を配置することができる。

電磁波照射部は、第１の電磁波および第２の電磁波を照射するために、直線偏光の電磁波を偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調することのできる偏光変調部を備えることが好ましい。直線偏光の電磁波の偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調し、この変調周波数よりも小さな周波数で掃引して、第１の周波数特性および第２の周波数特性を検出することにより、測定（掃引）回数を少なくでき、測定値の較正作業も簡略化されるので測定作業が単純になり、且つ、測定に要する時間が短縮されるので測定環境の経時変化などによる誤差の影響も低減される、といった利点があるからである。

なお、本発明において、被測定物の特性を測定するとは、被測定物となる化合物の定量や各種の定性などを行うことであり、例えば、溶液中等の微量の被測定物の含有量を測定する場合や、被測定物の同定を行う場合が挙げられる。具体的には、例えば、被測定物の溶解した溶液に空隙配置構造体を浸漬し、被測定物を空隙配置構造体の表面に付着させた後に溶媒や余分な被測定物を洗浄し、空隙配置構造体を乾燥してから、上述のような測定装置を用いて被測定物の特性を測定する方法が挙げられる。

本発明において、空隙配置構造体に被測定物を保持する方法としては、種々公知の方法を使用することができ、例えば、空隙配置構造体に直接付着させてもよく、支持膜等を介して付着させてもよい。測定感度を向上させ、測定のばらつきを抑えることにより再現性の高い測定を行う観点からは、空隙配置構造体の表面に直接被測定物を付着させることが好ましい。

空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる場合としては、空隙配置構造体の表面と被測定物との間で直接的に化学結合等が形成される場合だけでなく、予め表面にホスト分子が結合された空隙配置構造体に対して、該ホスト分子に被測定物が結合されるような場合も含まれる。化学結合としては、共有結合（例えば、金属―チオール基間の共有結合など）、ファンデルワールス結合、イオン結合、金属結合、水素結合などが挙げられ、好ましくは共有結合である。また、ホスト分子とは、被測定物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と被測定物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。

空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる場合、少なくとも一部の表面が導体で形成された空隙配置構造体を用いることが好ましい。空隙配置構造体１の少なくとも一部の表面とは、例えば、図２（ａ）に示す主面１０ａ、側面１０ｂ、空隙部側面１１ａのうちいずれかの一部の表面である。

ここで、導体とは、電気を通す物体（物質）のことであり、金属だけでなく半導体も含まれる。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくは金である。金、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がチオール基（−ＳＨ基）を有する場合に該チオール基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がヒドロキシ基（―ＯＨ）やカルボキシル基（―ＣＯＯＨ）を有する場合に該官能基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ₂など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられる。

また、空隙配置構造体に支持膜等を介して被測定物を付着させる方法としては、例えば、空隙配置構造体の表面にポリアミド樹脂等の支持膜を貼付して被測定物を該支持膜に付着させる方法や、支持膜に換えて気密または液密な容器を用いて、流体または流体に分散させた物質を測定する方法が挙げられる。

（実施形態１）
図３は、本実施形態の測定方法および測定装置の一例を説明するための模式図である。図３に示す測定方法および測定装置では、直線偏光の電磁波の偏光状態を偏光変調器によって２つの異なった偏光状態に変調し、後述する干渉計においてこの変調周波数よりも小さな周波数で掃引して、第１の周波数特性および第２の周波数特性が検出される。図３に示す測定装置の構成のうち偏光変調器およびファンクションジェネレータ（ＦＧ）以外の構成を有する装置としては、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ-ＩＲ）などを用いることができる。以下に図３に示す測定方法および測定装置の詳細を説明する。

まず、光源（白色光源でも波長可変レーザーでも良い）から出射した電磁波は直線偏光子に導入される（なお、光源の直線偏光度が高い場合には、直線偏光子は無くても良い）。直線偏光子から出射した電磁波は直線偏光となり、強度Ｐ₀（ν）となる。なお、νは波長の逆数である波数を示す。

次に、電磁波は、光弾性変調器（ＰＥＭ：Ｐｈｏｔｏ―Ｅｌａｓｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などに代表される偏光変調器に導入される。偏光変調器には外部信号（例えば、ファンクションジェネレータで発生させた電圧）が周波数ｆｍで与えられており、偏光変調器を出射した電磁波は２つの偏光方向に周波数２ｆｍで変調される。ここでは２つの偏光方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ。

この偏光変調器の特性を表わす値として、生成する２つの偏光方向の位相差に相当するΔ₀（ν）を指定する。理想的な偏光変調器は、全ての波数に対して９０°異なる偏光を生成し、Δ₀（ν）＝０．５である。偏光変調器から出射した電磁波を試料に導入すると、２つの偏光方向それぞれに対する透過率Ｔｙ（偏光方向がＹ軸方向の電磁波の透過率）、Ｔｘ（偏光方向がＸ軸方向の電磁波の透過率）に関する情報が含まれた強度Ｐ_OUT（ν，ｔ）となる。Ｐ_OUT（ν，ｔ）はベッセル関数を用いて下記式（２）で記載できる。なお、ｔは干渉計の走査に要する時間、Ｊ₀は零次ベッセル関数、Ｊ_2kは偶数次ベッセル関数である。

干渉計を周波数ｆｍより十分遅い周波数で走査した場合（走査速度をｕとする）、Ｔｙ、Ｔｘに関する情報が含まれたインターフェログラムＦ（ｘ，ｔ）が検出器で検出される。ここで、ｘ＝２ｕｔである。インターフェログラムＦ（ｘ，ｔ）は下記式（３）で記載できる。

検出器の出力信号を２つに分け、一方は周波数２ｆｍを中心とするバンドパスフィルター（ＢＰＦ）を通じてロックイン検出（ＬＩＡ）する。ロックイン検出における参照信号は周波数２ｆｍである。バンドパスフィルターとロックイン検出によって、４次以降のベッセル関数は無視でき、これをフーリエ変換（ＦＴ）したものを、信号Ｓ_AC（ν）と呼ぶ。もう一方の出力信号は、ローパスフィルター（ＬＰＦ）を通じてフーリエ変換（ＦＴ）し、これを信号Ｓ_DC（ν）と呼ぶ。なお、理想的には、解析部における２つのパスは、ゲインが等しく、位相差が生じない。Ｓ_AC（ν）およびＳ_DC（ν）は下記式（４）で記載できる。

２つの信号Ｓ_AC（ν）と信号Ｓ_DC（ν）の比をＳ（ν）とすると、Ｓ（ν）は式（５）：
Ｓ（ν）＝Ｓ_AC（ν）／Ｓ_DC（ν） ・・・（５）
で示される。

なお、上記式（５）において、理想的な偏光変調器を想定した場合（Δ₀（ν）＝０．５）の近似式は、式（６）：
Ｓ＝｛０．９７Ｔｘ−０．９７Ｔｙ）｝／｛０．６９６Ｔｘ＋１．３０４Ｔｙ）｝ ・・・（６）
で示される。これは、a＝０．９７、ｂ＝−０．９７、ｃ＝０．６９６、ｄ＝１．３０４と置いたときの式（１）に等しい。

以上より、偏光変調器によって電磁波の偏光方向をスイッチングさせながらインターフェログラムを測定し、これを解析部で解析することにより、１つのインターフェログラムから差スペクトルＳ（ν）を得ることができる。そして、例えば、予め様々な被測定物量に対してＳ（ν）を測定し、Ｓ（ν）のピーク値を求めて検量線を得ておき、実際の本測定結果における値を検量線と比較することにより、被測定物の量などを算出することができる。

図３に示す測定装置において、干渉計としては、例えば、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計などを用いることができる。干渉計を有する場合の光源としては、高圧水銀ランプや高温セラミックスなどを用いることができる。直線偏光子としては、ワイヤーグリッドなどを用いることができる。偏光変調器としては光弾性変調器（ＰＥＭ）などを用いることができる。検出器としては、例えば、シリコンボロメータ、ゲルマニウムボロメータなどのボロメータや焦電センサなどを用いることができる。

また、図３に示す測定装置においては、直線偏光子を光源と試料部の間に配したが、直線偏光子を試料部と検出部の間に配してもよい。例えば、この場合は、光源から照射される無偏光や円偏光の電磁波は、試料部の空隙配置構造体を透過した後に２つに分割し、それぞれ直線偏光子を通して、例えば、偏光方向の異なる２つの直線偏光の電磁波に分離され、分離されたぞれぞれの電磁波の周波数特性（第１の周波数特性および第２の周波数特性）を検出することができる。

なお、図３は、干渉計を試料部と検出器の間に配した場合の装置構成を示しているが、干渉計は光源と試料部の間に配しても良い。

また、光源や検出器に周波数掃引機能があれば、干渉計を有さない測定装置であってもよい。干渉計を有さない測定装置では、電磁波の光源として異なる波長を持った２つのレーザー光による差周波混合によって生じたレーザー光や、動作温度や印加電流などを制御することで出射波長を調整できる量子カスケードレーザー、互いに僅かに波長が異なる複数のレーザー（例えば、出射波長が固定された量子カスケードレーザー）を備えた測定装置を用いることができる。

図３に示す測定装置において、通常は、偏光変調器で偏光が制御され、干渉計掃引または周波数掃引で周波数に関する情報が得られる。偏光変調器を備えているので、一度の掃引でＴｙとＴｘの両者の情報が得られる。即ち、１つのインターフェログラムから差スペクトルを得ることができる。

一方、次に説明する実施形態２の測定装置は、偏光変調器などの偏光に関する変調機能を備えていない。この場合、実施形態１と異なり、ＴｙとＴｘそれぞれについて一回の掃引が必要になるが、従来技術よりも掃引回数は少ない。

（実施形態２）
図４は本発明の測定方法および測定装置の別の例を説明するための模式図である。実施形態２は、偏光変調器に代表される高速偏光制御機能を備えていない点が実施形態１と異なる。空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数特性の検出に関して、第１の周波数特性と、第２の周波数特性を測定し、式（１）を用いて差スペクトルＳ（ν）を得る点は実施形態１と同じである。

図４で示す測定方法および測定装置では、第１の測定状態（図４（ａ））によって第１の電磁波に関する周波数特性を測定し、次に光源あるいは直線偏光子を調節して第２の測定状態（図４（ｂ））を設定し、第２の電磁波に関する周波数特性を測定する。以下に図４に示す測定方法および測定装置の詳細を説明する。

光源（白色光源でも波長可変レーザーでも良い）から出射した電磁波は直線偏光子に導入される（なお、光源の直線偏光度が高い場合には、直線偏光子は無くても良い）。直線偏光子から出射した電磁波は直線偏光となり、試料が保持された空隙配置構造体に照射され、空隙配置構造体を透過した電磁波を、検出して第１の電磁波に対する周波数特性を測定する。ここでは第１の電磁波の偏光方向をＹ軸方向と呼び、このときの周波数特性をＴｙとする。次に、光源から出射する電磁波の偏光方向または直線偏光子を調節して、好ましくは第１の測定状態に対して直交する偏光方向を選択し、同様に第２の電磁波に対する周波数特性を測定する。ここでは、第２の電磁波の偏光方向をＸ軸方向と呼び、このときの周波数特性をＴｘとする。得られたＴｙとＴｘについて、上記式（１）（または式（６））から差スペクトルＳ（ν）を得ることができる。そして、例えば、予め様々な被測定物量に対してＳ（ν）を測定し、Ｓ（ν）のピーク値を求めて検量線を得ておき、実際の本測定結果における値を検量線と比較することにより、被測定物量を算出することができる。

図４に示す測定装置において、干渉計としては、例えば、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計などを用いることができる。光源としては、高圧水銀ランプや高温セラミックスや、異なる波長を持った２つのレーザー光による差周波混合によって生じたレーザー光や、動作温度や印加電流などで出射波長を可変な量子カスケードレーザーや、僅かに波長を異ならせたレーザー（例えば、出射波長が固定された量子カスケードレーザー）を複数備えたもの、などを用いることができる。検出器としては、例えば、シリコンボロメータ、ゲルマニウムボロメータなどのボロメータや焦電センサなどを用いることができる。

なお、図４は、干渉計を試料部と検出器の間に配した場合の装置構成を示しているが、干渉計は光源と試料部の間に配しても良い。また、図５のように、光源や検出器に周波数掃引機能があれば、干渉計は有していなくてもよく、干渉計を有しない場合は、電磁波の光源として異なる波長を持った２つのレーザー光による差周波混合によって生じたレーザー光や、動作温度や印加電流を制御することで出射波長を調整できる量子カスケードレーザーや、互いに僅かに波長を異ならせた複数のレーザー（例えば、出射波長が固定された量子カスケードレーザー）などを、電磁波を出射する光源として用いることができる。図５に示す測定装置においては、高い消光比を示すワイヤーグリッドなどの直線偏光子を光源と試料部の間に配して、試料に入射する電磁波の直線偏光の消光比を高くすることが好ましい。

図４の測定装置において、光源は特に限定されず、光源あるいは直線偏光子を制御することによって、第１の電磁波と第２の電磁波を生成し、ＴｙとＴｘを別々に測定する。差スペクトルはＴｙとＴｘの測定結果をコンピュータにより計算処理して求める。

図３と図４のいずれの装置であっても、空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数特性を検出することができる。

実施形態１および２としては、上記したように周波数掃引型の測定装置を用いた測定方法を示したが、本発明の測定方法においては、時間領域テラヘルツ分光装置（ＴＨｚ―ＴＤＳ）やオシロスコープなどの、時間掃引型の測定装置を用いてもよい。この場合も、空隙配置構造体を透過した電磁波の応答を時間領域において測定してインパルス応答を求め、コンピュータでフーリエ変換して周波数特性に変換することにより実施形態１および２の測定方法と同様の測定を行うことができる。

（実施形態３）
本実施形態は、本発明の測定方法において、前記空隙配置構造体に、前記空隙配置構造体の主面に対して所定の第１の方向から電磁波を照射したときの、前記空隙配置構造体の周波数特性を前記第１の周波数特性として検出し、
前記空隙配置構造体に、前記空隙配置構造体の主面に対して前記第１の方向と異なる第２の方向から電磁波を照射したときの、前記空隙配置構造体の周波数特性を前記第２の周波数特性として検出する場合の一例である。

図６に、本実施形態の測定装置の一例を示す。本実施形態に用いられる測定装置は、空隙配置構造体の位置を制御することのできる位置制御機構を備えている。位置制御機構は、空隙配置構造体を上記回転軸を中心に回転させることのできる回転機能を有することが好ましい。回転機能とは、例えば、空隙配置構造体を一定速度で回転させたり、周期的に往復回転させることのできる機能である。

なお、図６に示す測定装置は、干渉計を試料部と検出器の間に有する装置であるが、干渉計は、例えば、光源と試料部の間に配しても良い。また、光源や検出器に周波数掃引機能があれば、干渉計は無くてもよい（後述の実施形態４、５についても同様）。

図６に示されるように、光源（例えば、白色光源、波長可変レーザー）から出射した電磁波は直線偏光子に導入される（なお、光源の直線偏光度が高い場合には、直線偏光子は無くても良い）。直線偏光子から出射した電磁波は、強度Ｐ₀（ν）の直線偏光となり、試料部に照射される。試料部には、空隙配置構造体のみ、あるいは、被測定物が付着した空隙配置構造体が配置されている。なお、νは波長の逆数である波数である。

試料部の空隙配置構造体は回転ステージに連結されており、位置制御機構によって電磁波の進行方向および偏光方向に対する位置が制御される。該位置制御機構によって、空隙配置構造体は、（１）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行となる位置（電磁波の進行方向に対して垂直となる位置を含む）、あるいは、（２）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行とならない位置に配置される。

上記（１）および（２）に関して、図７および図８を用いて電磁波と空隙配置構造体との位置関係を説明する。図７および図８において、光源より発せられた直線偏光の電磁波の偏光方向ＥはＹ軸方向であり、進行方向はＺ軸方向とする。

（１） 電磁波の偏光方向と平行となる位置
空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行となる位置とは、空隙配置構造体１の主面が電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）に対して垂直（ＸＹ平面に対して平行）となる位置（図７（ａ）、（ｂ））、あるいは、この位置から電磁波の偏光方向Ｅと平行な軸（例えば、Ｙ軸）を回転軸として所定の角度回転された位置（図示されていない）である。この場合に得られる周波数特性（第２の周波数特性）においては、通常、ディップ波形が生じない。なお、照射される電磁波が直線偏光の電磁波でない場合でも、第２の周波数特性においては、通常、ディップ波形が生じないか、または、ディップ波形が小さい。

（２） 電磁波の偏光方向と平行とならない位置
空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行とならない位置とは、上記（１）の位置以外の位置である。すなわち、空隙配置構造体１の主面が電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）に対して垂直となる位置（図７（ａ）、（ｂ））から、電磁波の偏光方向と平行でない回転軸を中心にして所定の角度（０°以外）回転された位置である。一例としては、空隙配置構造体１を、図７の位置から、電磁波の偏光方向Ｅ（Ｙ軸方向）と進行方向（Ｚ軸方向）とに対して垂直な軸（Ｘ軸）を回転軸１２として角度θだけ回転させた位置（図８（ａ）、（ｂ））が挙げられる。この場合に得られる周波数特性（第１の周波数特性）においては、通常、ディップ波形が生じる。

本実施形態においては、位置制御機構によって、空隙配置構造体は、（１）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行となる位置（電磁波の進行方向に対して垂直となる位置を含む）と、（２）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と平行とならない位置との間を周期的に往復する。

より具体的に、位置制御機構が、空隙配置構造体が設けられた回転ステージを回転させる機能（回転機能）を有している場合の一例を説明する。回転ステージに設置された空隙配置構造体は、かかる回転機能を有する位置制御機構によって、（１）その主面が電磁波の進行方向に対して垂直となる位置（図７に示す位置）から、（２）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と角度θをなす位置（図８に示す位置）へ回転し、その後、逆方向の回転により、図８に示す位置から図７に示す位置へ戻る。位置制御機構には、例えば、外部信号（例えば、信号発生器ＦＧで発生させた電圧）が周波数ｆｍで与えられており、外部信号の１周期（時間にしてｆｍの逆数）の間に、上記往復回転の１周期が行われる。

直線偏光子から出射した電磁波を試料に導入すると、（１）空隙配置構造体の主面が電磁波の進行方向に対して垂直となる位置（図７に示す位置）と、（２）空隙配置構造体の主面が電磁波の偏光方向と角度θをなす位置（図８に示す位置）との各々における透過率（Ｔｖ、Ｔｔ）に関する情報が含まれた強度Ｐ_OUT（ν，ｔ）となり、Ｐ_OUT（ν，ｔ）はベッセル関数を用いて上記式（２）のＴｘをＴｖ、ＴｙをＴｔで置き換えた下記式（２’）で記載出来る。なお、ｔは干渉計の走査に要する時間、Ｊ₀は零次ベッセル関数、Ｊ_2kは偶数次ベッセル関数、Δは入射角度の変調度合いを表す変数である。

干渉計を周波数ｆｍより十分遅い周波数で走査した場合（走査速度をuとする）、Ｔｖ、Ｔｔに関する情報が含まれたインターフェログラムＦ（ｘ，ｔ）が検出器で検出される。ここで、ｘ＝２ｕｔである。インターフェログラムＦ（ｘ，ｔ）は下記式（３）で表される。

検出器の出力信号を２つに分け、一方は周波数ｆｍを中心とするバンドパスフィルター（ＢＰＦ）を通じてロックイン検出（ＬＩＡ）する。ロックイン検出における参照信号の周波数はｆｍである。バンドパスフィルターとロックイン検出によって、４次以降のベッセル関数は無視でき、これをフーリエ変換（ＦＴ）したものを、信号Ｓ_AC（ν）と呼ぶ。もう一方は、ローパスフィルターＬＰＦを通じてフーリエ変換（ＦＴ）し、信号Ｓ_DC（ν）と呼ぶ。なお、理想的には、解析部における２つのパスのゲインは等しく、該２つのパスは位相差を生じない。Ｓ_AC（ν）およびＳ_DC（ν）は下記式（４’）で記載できる。

２つの信号Ｓ_AC（ν）と信号Ｓ_DC（ν）の比をＳ（ν）とすると、Ｓ（ν）は式５：
Ｓ（ν）＝Ｓ_AC（ν）／Ｓ_DC（ν） ・・・（５）
で示される。

以上より、位置制御器によって電磁波に対する空隙配置構造体の方向をスイッチングさせながらインターフェログラムを測定し、これを解析部で解析することにより、１つのインターフェログラムから差スペクトルＳ（ν）を得ることができる。そして、例えば、予め様々な被測定物量に対してＳ（ν）を測定し、Ｓ（ν）のピーク値を求めて検量線を得ておき、実際の本測定結果における値を検量線と比較することにより、被測定物の量などを算出することが出来る。

（実施形態４）
本実施形態で用いられる測定装置は、被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射するための電磁波照射部、および、該電磁波照射部から照射された電磁波を、第１の周波数特性を得るための第１の電磁波と、第２の周波数特性を得るための第２の電磁波とに分波することのできる分波器を備えている。

なお、本実施形態は、空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から直線偏光の電磁波を照射したときの、空隙配置構造体の周波数特性（第２の周波数特性）と、空隙配置構造体の主面に対して垂直でない方向から直線偏光の電磁波を照射したときの、空隙配置構造体の周波数特性（第１の周波数特性）を測定し、それらの差スペクトルから被測定物の特性を測定する方法である点では、実施形態３と同様である。

図９に、本実施形態の装置構成の一例を示す。図９に示されるように、光源から出射した電磁波は干渉計を通過後、直線偏光子に導入される。なお、光源の直線偏光度が高い場合には、直線偏光子は無くても良い。直線偏光子から出射した電磁波は直線偏光（Ｙ軸と平行）となり、分波器によって２つの経路に分けられる。なお、分波器によって直線偏光を等分する場合は、解析が容易である点で有利である。

分波器によって分けられた２つの経路をそれぞれ経路１、経路２と呼ぶ。図１０に示すように、経路１は、空隙配置構造体１の主面（ＸＹ平面に平行な面）に対して垂直な方向であり、経路１を通って透過した電磁波は検出器１で検出される。一方、経路２は、空隙配置構造体１の主面に対して垂直でない方向（斜め方向）であり、経路２を通って透過した電磁波は検出器２で検出される。ここでは、入射される電磁波の偏光方向Ｅと、空隙配置構造体の回転軸の方向が一致していないことが重要である。

本実施例において検出器１で検出される周波数特性は、実施形態３のＴｖと等価である。また、検出器２で検出される周波数特性は、実施形態３のＴｔと等価である。従って、実施形態３と同様にして差スペクトルＳを得ることができ、被測定物の特性を測定することが出来る。なお、本実施形態の場合、１度の周波数掃引または干渉計の掃引で周波数特性ＴｖとＴｔが得られるという利点がある。

（実施形態５）
本実施形態に用いられる測定装置は、複数の光源、および／または、複数の検出器を備えている。

なお、本実施形態は、空隙配置構造体の主面に対して垂直な方向から直線偏光の電磁波を照射したときの、空隙配置構造体の周波数特性（第２の周波数特性）と、空隙配置構造体の主面に対して垂直でない方向から直線偏光の電磁波を照射したときの、空隙配置構造体の周波数特性（第１の周波数特性）を測定し、それらの差スペクトルから被測定物の特性を測定する方法である点では、実施形態３および４と同様である。

図１１に、本実施形態の装置構成の一例を示す。図１１は、干渉計、直線偏光子を２つの経路で共有した例であるが、光源毎に干渉計や直線偏光子を備えていても良い。また、測定装置の精度を高める為、光源同士のパワーや周波数などや、検出器同士の感度などを同期させることが望ましい。

図１１に示されるように、光源１と光源２から出射した電磁波は干渉計を通過後、直線偏光子に導入される。なお、光源の直線偏光度が高い場合には、直線偏光子は無くても良い。直線偏光子から出射した電磁波は直線偏光（Ｙ軸と平行）となる。

ここで、経路１は、実施形態４と同様に、空隙配置構造体１の主面（ＸＹ平面に平行な面）に対して垂直な方向であり、経路１を通って透過した電磁波は検出器１で検出される。一方、経路２は、空隙配置構造体１の主面に対して垂直でない方向（斜め方向）であり、経路２を通って透過した電磁波は検出器２で検出される（図１０）。ここでは、入射される電磁波の偏光方向Ｅと、空隙配置構造体の回転軸の方向が一致していないことが重要である。

本実施例において検出器１で検出される周波数特性は、実施形態３のＴｖと等価である。また、検出器２で検出される周波数特性は、実施形態３のＴｔと等価である。従って、実施形態３と同様にして差スペクトルＳを得ることができ、被測定物の特性を測定することが出来る。すなわち、差スペクトルＳは上記式（１）のＴｘをＴｖ、ＴｙをＴｔに置き換えた下記式（１’）で定義される。なお、νは波長の逆数である波数であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは任意の定数である。

本実施形態の場合、１回の周波数掃引または干渉計の掃引で周波数特性ＴｖとＴｔが得られるという利点がある。

注記１：
本発明の測定方法は、空隙配置構造体を透過（前方散乱）した電磁波の周波数特性を検出する場合だけでなく、空隙配置構造体で反射（後方散乱）された電磁波の周波数特性を検出する場合にも応用することが可能である。なお、透過スペクトルの周波数特性におけるディップ波形は反射スペクトルにおいてはピーク波形となる。上記式（１）において適当な定数を選ぶと透過スペクトルの差スペクトルＳと同様に反射スペクトルの差スペクトルＳを上に凸なピーク波形とすることが出来る。これを用いて演算処理を共通化してもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図１２に示すように、４６０μｍの間隔を空けて配置されたポート３１，３２の間に空隙配置構造体（金属メッシュ）１が設置されたモデルについて、図１２のＸ軸方向（紙面に垂直な方向）とＹ軸方向に周期境界条件を与え、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

なお、ポート３１と金属メッシュ１の重心との距離は２３０μｍとし、また、ポート３２と金属メッシュ１の重心との距離は２３０μｍとした。両ポート３１および３２は、１．３ｍｍ四方の主面を有する厚さ６０μｍの板状体である。ポート３１は、電磁波を出射する部材であり、金属メッシュ１に照射される電磁波の強度を測定する部材を兼ねている。ポート３２は、金属メッシュを透過した電磁波の強度を測定する部材である。金属メッシュ１は、その主面が電磁波の進行方向（Ｚ軸方向）に対して垂直となる状態（θ＝０°）から、金属メッシュ１の重心を通りＸ軸に平行な直線である回転軸１２を中心に回転させて配置した。金属メッシュを回転させる角度（図１２に示されるθ）は９°に設定した。

本実施例において、空隙配置構造体のモデルは、図２（ａ）、（ｂ）の模式図に示すような正方格子配列した正方形の孔を有し、全体が銅で形成された金属メッシュとした。この金属メッシュの格子間隔（図２（ｂ）のｓ）は２６０μｍ、孔サイズ（図２（ｂ）のｄ）は１８０μｍ、厚みは６０μｍとし、全体の形状は１．３ｍｍ四方の板状体とした。また、被測定物のモデルは、比誘電率２．４、誘電正接０、厚み５μｍ、１．３ｍｍ四方の板状体誘電体フィルムとした。

本実施例では、図３を用いて説明した上述の装置構成を想定してシミュレーション計算を行った。すなわち、図３の試料部において、空隙配置構造体の光源側（図１２のポート３１側）に誘電体フィルムを密着させた状態で、進行方向が図１２のＺ軸方向であり偏光方向が図１２のＹ軸方向である電磁波（第１の電磁波）を照射した場合に、金属メッシュを透過する電磁波の周波数特性（Ｔｙ）を第１の周波数特性として計算した。また、進行方向が図１２のＺ軸方向であり偏光方向が図１２のＸ軸方向である電磁波（第２の電磁波）を照射した場合に、金属メッシュを透過する電磁波の周波数特性（Ｔｘ）を第２の周波数特性として計算した。図１４に、Ｔｙと、Ｔｘの計算結果を示す。

さらに、図１４のＴｙ（第１の周波数特性）とＴｘ（第２の周波数特性）の差スペクトルＳを図１５に示す。差スペクトルＳは上記式（６）によって求めた。

図１５の０．９３ＴＨｚ付近に現れる正のピークは、被測定物の特性を示すものである。例えば、予め様々な被測定物量に対してＳ（ν）を測定し、Ｓ（ν）のピーク値を求めて検量線を得ておき、実際の本測定結果における値を検量線と比較することにより、被測定物の量などを算出することができる。

（比較例１）
図１３は、比較例１でモデルとした従来の測定方法および測定装置の一例を説明するための模式図である。かかる測定装置の構成は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ-ＩＲ）などに代表される従来の分光測定装置の構成である。図１３に示す測定装置は干渉計を有しており、該干渉計は試料部と検出器の間に配置されている。

比較例１においては、金属メッシュに照射される電磁波の偏光方向を図１２におけるＹ軸方向のみとし、ポート３１，３２で検出される電磁波の偏光方向もＹ軸方向に設定して、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

まず、図１３の試料部に何も配しない状態での周波数特性（Ｂａｃｋ_R）と、図１３の試料部に金属メッシュのみを配した場合の周波数特性（Ｒｅｆ）を計算した。さらに、ＲｅｆをＢａｃｋ_Rで除して、金属メッシュのみを配した場合の透過率スペクトル（Ｔ_Ref）を求めた。計算結果を図１６に示す。

同様にして、図１３の試料部に何も配置しない場合の周波数特性（Ｂａｃｋ_S）と、図１３の試料部に誘電体フィルムを密着させた金属メッシュを配した場合の周波数特性（Ｓａｍ）を計算した。さらに、ＳａｍをＢａｃｋ_Sで除して誘電体フィルムを密着させた金属メッシュを配した場合の透過率スペクトル（Ｔ_Sam）を求めた。計算結果を図１６に示す。

図１６におけるＴ_RefとＴ_Samとの比較から、被測定物（誘電体フィルム）の有無により、周波数特性が変化することが分かる。さらに、図１６のＴ_RefとＴ_Samの従来法における差スペクトルＳ_OLDを図１７に示す。従来法の差スペクトルＳ_OLDは下記式（７）：
Ｓ_OLD＝（Ｔ_Ref−Ｔ_Sam）／（Ｔ_Ref＋Ｔ_Sam） ・・・（７）
によって求めたものである。

（実施例１と比較例１の比較）
実施例１の差スペクトルＳ（図１５）と比較例１の差スペクトルＳ_OLD（図１７）を比較するために、両スペクトルを併せて図１８に示す。図１８に示されるように、実施例１の差スペクトルＳと比較例１の差スペクトルＳ_OLDにおいては、共に０．９３ＴＨｚ付近に正のピーク波形が現れており、実施例１で得た差スペクトルＳにおいても従来法（比較例１）で得た差スペクトルＳ_OLDと同様に被測定物の測定が可能であり、実施例１のピーク値は比較例１のピーク値より高くなっていることが分かる。

（実施例２）
誘電体フィルムの厚さを５、１０、２０μｍとした以外は、実施例１と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

図１９に、各厚み（５、１０、２０μｍ）の誘電体フィルムを用いた場合について、Ｔｙ（第１の周波数特性）およびＴｘ（第２の周波数特性）の計算結果を示す。図１９においては、誘電体フィルムの厚さが５μｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₀₅およびＴｘ₀₅とし、誘電体フィルムの厚みが１０μｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₁₀およびＴｘ₁₀、誘電体フィルムの厚みが２０μｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₂₀およびＴｘ₂₀として示す。

さらに、図１９において、各厚さ（５、１０、２０μｍ）の誘電体フィルムを用いた場合おける第１の電磁波の透過率スペクトル（Ｔｙ）と第２の電磁波の透過率スペクトル（Ｔｘ）の差スペクトル（図１９に示すＴｙ₀₅とＴｘ₀₅、Ｔｙ₁₀とＴｘ₁₀、Ｔｙ₂₀とＴｘ₂₀の各々の差スペクトルＳ）を図２０に示す。各々の差スペクトルＳは上記式（６）によって求めたものである。図２０より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）に応じて、横軸の周波数に対するピークの位置や、ピークの値が変化していることが分かる。

さらに、図２０の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図２０の差スペクトルにおけるピーク値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフを図２１に示す。図２１より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク値との関係、または、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク周波数との関係から、被測定物の量を求めるための検量線が得られることが分かる。

（実施例３）
誘電体フィルムの誘電正接を０．０１とし、厚さを０（フィルムなし）、１００、２００、３００ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

ただし、金属メッシュとして、図２２に示す様な各々の空隙部（１８μｍ四方）の一辺の中央に２μｍ四方の突起を有するものをモデルとした。該金属メッシュの格子間隔（図２（ｂ）のｓ）は２６μｍ、厚みは６μｍとし、全体の形状は０．１３ｍｍ四方の板状体とした。また、図１２に示されるポート３１と金属メッシュ１の重心との距離は２３μｍとし、また、ポート３２と金属メッシュ１の重心との距離は２３μｍとした。両ポート３１および３２は、０．１３ｍｍ四方の主面を有する厚さ６μｍの板状体とした。

図２３に、各厚み（０、１００、２００、３００ｎｍ）の誘電体フィルムを用いた場合について、ＴｙおよびＴｘの計算結果を示す。図２３においては、誘電体フィルムの厚さが０ｎｍのとき（誘電体フィルムを配しない場合）のＴｙおよびＴｘをＴｙ₀およびＴｘ₀とし、誘電体フィルムの厚さが１００ｎｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₁₀₀およびＴｘ₁₀₀とし、誘電体フィルムの厚みが２００ｎｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₂₀₀およびＴｘ₂₀₀とし、誘電体フィルムの厚みが３００ｎｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₃₀₀およびＴｘ₃₀₀として示す。

さらに、図２３において、各厚さ（０、１００、２００、３００ｎｍ）の誘電体フィルムを用いた場合おける第１の電磁波の透過率スペクトルと第２の電磁波の透過率スペクトルの差スペクトルを図２４に示す。各々の差スペクトルＳは上記式（６）によって求めたものである。図２４より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）に応じて、横軸の周波数に対するピークの位置や、ピークの値が変化していることが分かる。

さらに、図２４の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図２４の差スペクトルにおけるピーク値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフを図２５に示す。図２５より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク値との関係、または、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク周波数との関係から、被測定物の量を求めるための検量線が得られることが分かる。

（実施例４）
本実施例では、金属メッシュの寸法（孔サイズ）のばらつきによる測定への影響を調べるためのシミュレーション計算を行った。

金属メッシュの孔サイズ（図２（ｂ）のｄ）を１８０μｍのもの（金属メッシュ−１）と、１８４μｍのもの（金属メッシュ−２）の２種類とした以外は、実施例１と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。なお、金属メッシュ−１に対して金属メッシュ−２の孔サイズは２．２％異なっている計算になる。本実施例におけるシミュレーション計算では、偏光方向がＹ軸方向の場合（第１の電磁波）と、Ｘ軸方向の場合（第２の電磁波）の２種類の電磁波について、金属メッシュを透過した電磁波の周波数特性（第１の周波数特性および第２の周波数特性）を計算した。

図２６に、金属メッシュ−１（孔サイズ：１８０μｍ）、金属メッシュ−２（孔サイズ：１８４μｍ）の各々を用いた場合における、偏光方向がＹ軸方向の電磁波（第１の電磁波）の透過率スペクトルおよび偏光方向がＸ軸方向の電磁波（第２の電磁波）の透過率スペクトルの計算結果を示す。図２６においては、金属メッシュの孔サイズが１８０μｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₁およびＴｘ₁とし、金属メッシュの孔サイズが１８４μｍのときのＴｙおよびＴｘをＴｙ₂およびＴｘ₂として示している。

図２６における比較において、被測定物（誘電体フィルム）は同じであっても、金属メッシュ自身の周波数特性（孔サイズの大きさ）の違いによって、被測定物を付与した場合の周波数特性は異なることが分かる。このような金属メッシュの孔サイズの変化は金属メッシュの作製工程において誤差として生じる可能性があり、このような孔サイズの誤差が測定の誤差につながる可能性が示唆される。しかし、差スペクトルＳを求めることにより、このような孔サイズなどの金属メッシュ自体の誤差に起因した測定誤差が生じる問題は解決する。

図２６において、金属メッシュ−１および金属メッシュ−２を用いた場合における第１の電磁波の透過率スペクトルと第２の電磁波の透過率スペクトルの差スペクトルＳを図２７に示す。差スペクトルＳは上記式（６）によって求めた。図２７に示すように、被測定物が同じものである場合、金属メッシュ自体の周波数特性（孔サイズの大きさ）が異なっていても、差スペクトルＳはピークの周波数が変化するだけでピークの値は同じ値となることが分かる。したがって、このような差スペクトルのピーク値に基づいて被測定物の定量等を行えば、空隙配置構造体自体の製造上生じる誤差等による周波数特性のばらつき（例えば、孔サイズ、格子間隔、厚さ、全体形状のばらつき）の影響を排除することができる。

（比較例２）
従来の測定方法における金属メッシュ寸法（孔サイズ）のばらつきによる影響を調べるためのシミュレーション計算を行った。

上記実施例４で用いたものと同様の金属メッシュ−１（孔サイズ：１８０μｍ）を２枚と金属メッシュ−２（孔サイズ：１８４μｍ）を１枚用意し、１枚の金属メッシュ−１と１枚の金属メッシュ−２のそれぞれについて、その主面に実施例１で用いたものと同様の誘電体フィルムを密着させたものを準備した。

比較例１と同様に、金属メッシュに照射される電磁波の偏光方向を図１２におけるＹ軸方向のみとし、ポート３１，３２で検出される電磁波の偏光方向もＹ軸方向に設定して、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

まず、図１３の試料部に何も配しない場合を想定した周波数特性（バックグラウンド１：Ｂａｃｋ_R）と、図１３の試料部に金属メッシュ−１のみを配した場合の周波数特性（Ｒｅｆ）を計算し、ＲｅｆをＢａｃｋ_Rで除して、金属メッシュ−１のみを配した場合の透過率スペクトルを求めた。得られた透過率スペクトルを図２８にＴ_Refとして示す。

同様にして、図１３の試料部に何も配しない場合の周波数特性（バックグラウンド２：Ｂａｃｋ_S1）と、誘電体フィルムを密着させた金属メッシュ−１を配した場合の周波数特性（Ｓａｍ１）とを計算し、Ｓａｍ１をＢａｃｋ_S1で除して、誘電体フィルムを密着させた金属メッシュ−１の透過率スペクトルを求めた。得られた透過率スペクトルを図２８にＴ_Sam1として示す。

同様にして、図１３の試料部に何も配しない場合の周波数特性（バックグラウンド３：Ｂａｃｋ_S2）と、誘電体フィルムを密着させた金属メッシュ−２を配した場合の周波数特性（Ｓａｍ２）とを計算し、Ｓａｍ２をＢａｃｋ_S2で除して、誘電体フィルムを密着させた金属メッシュ−２の透過率スペクトルを求めた。得られた透過率スペクトルを図２８にＴ_Sam2として示す。

図２８のＴ_Sam1とＴ_Sam2との比較において、被測定物は同じであっても、金属メッシュ自身の周波数特性（孔サイズの大きさ）の違いによって、被測定物を付与した場合の周波数特性も異なることが分かる。

さらに、図２８のＴ_RefとＴ_Sam1の従来法における差スペクトルＳ_OLDを図２９に（ａ）として示す。また、図２８のＴ_RefとＴ_Sam2の従来法における差スペクトルＳ_OLDを図２９に（ｂ）として示す。従来法の差スペクトルＳ_OLDは上記式（７）によって求めたものである。図２９に示すように、被測定物は同じであっても、金属メッシュ自身の周波数特性（孔サイズの大きさ）の違いによって、被測定物を付与した場合の周波数特性は、ピークの周波数およびピーク値が共に異なるものとなってしまうことが分かる。

（実施例５）
本実施例では、図６を用いて説明した上述の実施形態３の装置構成を想定したシミュレーション計算を行った。本実施例において、空隙配置構造体に照射される電磁波は１種類である。該電磁波の進行方向は図７および図８のＺ軸方向であり、偏光方向は図７および図８のＹ軸方向である。各ポートで検出される電磁波の偏光方向も図１２のＹ軸方向に設定した。

そして、図７に示されるように金属メッシュの主面が電磁波の進行方向に対して垂直となるように空隙配置構造体を配置した場合における透過率スペクトル（Ｔｖ）を第２の周波数特性とした。一方、図８に示されるように、空隙配置構造体を図７の位置から回転軸１２（Ｘ軸）を中心に回転させた場合における透過率スペクトル（Ｔｔ）を第１の周波数特性とした。このとき、空隙配置構造体の回転角度θは９°とした。

上記以外は実施例１と同様にして、実施例１と同様の金属メッシュおよび被測定物をモデルとして、周波数特性のシミュレーション計算を行った。

図３０に、ＴｔおよびＴｖの計算結果を示す。さらに、図３０のＴｔとＴｖの差スペクトルＳを図３１に示す。差スペクトルＳは、上記式（１’）において、ａ＝０．９７、ｂ＝−０．９７、ｃ＝０．６９６、ｄ＝１．３０４とした式（６’）：
Ｓ＝｛０．９７Ｔｖ−０．９７Ｔｔ）｝／｛０．６９６Ｔｖ＋１．３０４Ｔｔ）｝ ・・・（６’）
によって求めたものである。

図３１の０．９３ＴＨｚ付近に現れる正のピークは、被測定物の特性を示すものであり、例えば、予め様々な被測定物量に対してＳ（ν）を測定し、Ｓ（ν）のピーク値を求めて検量線を得ておき、実際の本測定結果における値を検量線と比較することにより、被測定物量を算出することができる。

実施例５の差スペクトルＳ（図３１）と上記比較例１の差スペクトルＳ_OLD（図１７）を比較するために、両スペクトルを併せて図３２に示す。図３２に示されるように、実施例５の差スペクトルＳと比較例１の差スペクトルＳ_OLDにおいては、共に０．９３ＴＨｚ付近に正のピーク波形が現れており、実施例５で得た差スペクトルＳにおいても従来法（比較例１）で得た差スペクトルＳ_OLDと同様に被測定物の測定が可能であり、実施例５のピーク値は比較例１のピーク値より高くなっていることが分かる。

（実施例６）
誘電体フィルムの厚さを５、１０、２０μｍとした以外は、実施例５と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

図３３に、各厚み（５、１０、２０μｍ）の誘電体フィルムを用いた場合について、ＴｔおよびＴｖの計算結果を示す。図３３においては、誘電体フィルムの厚さが５μｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₀₅およびＴｖ₀₅とし、誘電体フィルムの厚みが１０μｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₁₀およびＴｖ₁₀とし、誘電体フィルムの厚みが２０μｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₂₀およびＴｖ₂₀として示す。

さらに、図３３において、各厚さ（５、１０、２０μｍ）の誘電体フィルムを用いた場合おけるＴｔとＴｖの差スペクトル（図３３に示すＴｔ₀₅とＴｖ₀₅、Ｔｔ₁₀とＴｖ₁₀、Ｔｔ₂₀とＴｖ₂₀の各々の差スペクトルＳ）を図３４に示す。各々の差スペクトルＳは、上記式（６’）によって求めたものである。図３４より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）に応じて、横軸の周波数に対するピークの位置や、ピークの値が変化していることが分かる。

さらに、図３４の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図３４の差スペクトルにおけるピーク値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフを図３５に示す。図３５より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク値との関係、または、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク周波数との関係から、被測定物の量を求めるための検量線が得られることが分かる。

（実施例７）
誘電体フィルムの誘電正接を０．０１とし、厚さを０（フィルムなし）、１００、２００、３００ｎｍとした以外は、実施例５と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。

ただし、金属メッシュとして、図２２に示す様な各々の空隙部に突起を有するものをモデルとした。該金属メッシュの格子間隔（図２（ｂ）のｓ）は２６μｍ、厚みは６μｍとし、全体の形状は０．１３ｍｍ四方の板状体とした。また、図１２に示されるポート３１と金属メッシュ１の重心との距離は２３μｍとし、また、ポート３２と金属メッシュ１の重心との距離は２３μｍとした。両ポート３１および３２は、０．１３ｍｍ四方の主面を有する厚さ６μｍの板状体とした。

図３６に、各厚み（０、１００、２００、３００ｎｍ）の誘電体フィルムを用いた場合について、ＴｔおよびＴｖの計算結果を示す。図３６においては、誘電体フィルムの厚さが０ｎｍのとき（誘電体フィルムを配しない場合）のＴｔおよびＴｖをＴｔ₀およびＴｖ₀とし、誘電体フィルムの厚さが１００ｎｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₁₀₀およびＴｖ₁₀₀とし、誘電体フィルムの厚みが２００ｎｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₂₀₀およびＴｖ₂₀₀とし、誘電体フィルムの厚みが３００ｎｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₃₀₀およびＴｖ₃₀₀として示す。

さらに、図３６において、各厚さ（０、１００、２００、３００ｎｍ）の誘電体フィルムを用いた場合におけるＴｔとＴｖの差スペクトルを図３７に示す。各々の差スペクトルＳは上記式（６’）によって求めたものである。図３７より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）に応じて、横軸の周波数に対するピークの位置や、ピークの値が変化していることが分かる。

さらに、図３７の誘電体フィルムの厚みを横軸に、図３７の差スペクトルにおけるピーク値およびピーク周波数の２種類を縦軸にプロットしたグラフを図３８に示す。図３８より、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク値との関係、または、誘電体フィルムの厚み（被測定物の量）と差スペクトルのピーク周波数との関係から、被測定物の量を求めるための検量線が得られることが分かる。

（実施例８）
本実施例では、金属メッシュの寸法（孔サイズ）のばらつきによる測定への影響を調べるためのシミュレーション計算を行った。

金属メッシュの孔サイズ（図２（ｂ）のｄ）を１８０μｍのもの（金属メッシュ−１）と、１８４μｍのもの（金属メッシュ−２）の２種類とした以外は、実施例５と同様にして、電磁界シミュレーターＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐｅｓ（ＣＳＴ社製）を用いて周波数特性のシミュレーション計算を行った。なお、金属メッシュ−１に対して金属メッシュ−２の孔サイズは２．２％異なっている計算になる。

図３９に、金属メッシュ−１（孔サイズ：１８０μｍ）、金属メッシュ−２（孔サイズ：１８４μｍ）の各々を用いた場合における、ＴｔおよびＴｖの計算結果を示す。図３９においては、金属メッシュの孔サイズが１８０μｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₁およびＴｖ₁とし、金属メッシュの孔サイズが１８４μｍのときのＴｔおよびＴｖをＴｔ₂およびＴｖ₂として示している。

図３９における比較において、被測定物（誘電体フィルム）は同じであっても、金属メッシュ自身の周波数特性（孔サイズの大きさ）の違いによって、被測定物を付与した場合の周波数特性は異なることが分かる。このような金属メッシュの孔サイズの変化は金属メッシュの作製工程において誤差として生じる可能性があり、このような孔サイズの誤差が測定の誤差につながる可能性が示唆される。しかし、差スペクトルＳを求めることにより、このような孔サイズなどの金属メッシュ自体の誤差に起因した測定誤差が生じる問題は解決する。

図３９において、金属メッシュ−１および金属メッシュ−２を用いた場合におけるＴｔとＴｖの差スペクトルＳを図４０に示す。差スペクトルＳは上記式（６’）によって求めた。図４０に示すように、被測定物が同じものである場合、金属メッシュ自体の周波数特性（孔サイズの大きさ）が異なっていても、差スペクトルＳはピークの周波数が変化するだけでピークの値は同じ値となることが分かる。

これに対して、従来の測定方法である上記比較例２においては、図２９に示されるように、被測定物は同じであっても、空隙配置構造体自体の周波数特性（孔サイズの大きさなど）の違いによって、被測定物を付与した場合の周波数特性が異なるものとなってしまう。したがって、本発明の測定方法においては、空隙配置構造体の製造工程において生じる誤差等による空隙配置構造体自体の周波数特性のばらつき（例えば、孔サイズ、格子間隔、厚さ、全体形状のばらつき）の影響を排除出来ることが分かる。

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

１ 空隙配置構造体、１０ａ 主面、１０ｂ 側面、１１ 空隙部、１１ａ 空隙部側面、１２ 回転軸、２ 測定装置、２１ 電磁波照射部、２２ 検出部、２３ 照射制御部、２４ 解析処理部、２５ 表示部、３１，３２ ポート。

Claims (21)

1. 主面に垂直な方向に貫通した少なくとも２つの空隙部（１１）を有する空隙配置構造体（１）に、被測定物を保持し、
   前記被測定物が保持された空隙配置構造体（１）に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体（１）を透過した電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法であって、
   前記空隙配置構造体（１）は、前記空隙部（１１）が前記空隙配置構造体（１）の主面上の少なくとも一方向に周期的に配列された格子状構造を有し、
   前記周波数特性として、第１の周波数特性および第２の周波数特性が検出され、
   前記第１の周波数特性においてはディップ波形が出現し、
   前記第２の周波数特性においてはディップ波形が出現しないか、あるいは、第１の周波数特性におけるディップ波形の深さよりも小さい深さを有するディップ波形が出現し、
   前記第１の周波数特性と前記第２の周波数特性との関係に基づいて、被測定物の特性を測定することを特徴とする測定方法。
2. 前記第１の周波数特性および前記第２の周波数特性から、下記式（１）により求められる差スペクトルＳを用いて被測定物の特性を測定する、請求の範囲第１項に記載の測定方法。
   

   

   （式（１）中、Ｔｙは第１の周波数特性における電磁波の透過率、Ｔｘは第２の周波数特性における電磁波の透過率、ａ〜ｄは各々独立の定数である。）
3. 前記差スペクトルＳの特定のピーク値を、予め様々な量の被測定物を測定して得られた差スペクトルＳの特定のピーク値を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出する、請求の範囲第２項に記載の測定方法。
4. 前記第１の周波数特性に出現するディップ波形は、前記空隙配置構造体（１）のＴＥ１１モード様共振により生じたものである、請求の範囲第１項に記載の測定方法。
5. 前記電磁波が直線偏光の電磁波であり、
   前記空隙配置構造体（１）の主面が前記電磁波の偏光方向と平行とならない位置にある場合において、前記空隙配置構造体（１）を透過した前記電磁波の周波数特性を前記第１の周波数特性として検出し、
   前記空隙配置構造体（１）の主面が前記電磁波の偏光方向と平行となる位置にある場合において、前記空隙配置構造体（１）を透過した前記電磁波の周波数特性を前記第２の周波数特性として検出する、請求の範囲第１項に記載の測定方法。
6. 前記空隙配置構造体（１）に、直線偏光の電磁波である第１の電磁波および第２の電磁波を互いに偏光方向が異なるように照射し、
   前記空隙配置構造体（１）を透過した第１の電磁波の周波数特性を前記第１の周波数特性として検出し、前記空隙配置構造体（１）を透過した第２の電磁波の周波数特性を前記第２の周波数特性として検出する、請求の範囲第１項に記載の測定方法。
7. 前記第１の電磁波および前記第２の電磁波は、
   前記第１の電磁波の進行方向と前記第２の電磁波の進行方向が同じであり、
   第１の電磁波の偏光方向が、前記進行方向に垂直な１つの方向であり、
   第２の電磁波の偏光方向が、前記進行方向および前記第１の電磁波の偏光方向の両者に対して垂直な方向となるように、
   空隙配置構造体（１）に照射される、請求の範囲第６項に記載の測定方法。
8. 前記空隙配置構造体（１）は、前記空隙部（１１）が縦横に正方格子状に周期的に配列されたものであり、
   前記空隙配置構造体（１）は、前記進行方向に垂直な平面に投影したときに、前記空隙部（１１）の縦横の配列方向の一方が前記第１の電磁波の偏光方向と一致し、他方が前記第２の電磁波の偏光方向と一致するように配置される、請求の範囲第７項に記載の測定方法。
9. 前記空隙配置構造体（１）は、その主面が前記進行方向に対して垂直となる位置から、前記空隙配置構造体（１）の重心を通り前記第２の電磁波の偏光方向と平行な軸を回転軸（１２）として一定角度回転させて配置される、請求の範囲第７項に記載の測定方法。
10. 前記空隙配置構造体（１）に、前記空隙配置構造体（１）の主面に対して所定の第１の方向から電磁波を照射したときの、前記空隙配置構造体（１）の周波数特性を前記第１の周波数特性として検出し、
    前記空隙配置構造体（１）に、前記空隙配置構造体（１）の主面に対して前記第１の方向と異なる第２の方向から電磁波を照射したときの、前記空隙配置構造体（１）の周波数特性を前記第２の周波数特性として検出する、請求の範囲第１項に記載の測定方法。
11. 前記第２の方向は、前記空隙配置構造体（１）の主面に対して垂直な方向である、請求の範囲第１０項に記載の測定方法。
12. 前記第１の方向から照射される電磁波および前記第２の方向から照射される電磁波は、直線偏光の電磁波である、請求の範囲第１０項に記載の測定方法。
13. 前記空隙配置構造体（１）は、前記空隙部（１１）が縦横の配列方向に正方格子状に周期的に配列されたものであり、
    前記第１の周波数特性が検出される際に、前記空隙配置構造体（１）が、その主面が電磁波の進行方向と垂直となる配置から、前記電磁波の偏光方向と平行でない所定の回転軸（１２）を中心に所定の角度で回転された状態で、且つ、前記空隙配置構造体（１）を前記電磁波の進行方向に垂直な平面に投影したときに、前記空隙部（１１）の縦横の配列方向の一方が前記電磁波の偏光方向と一致する状態で配置される、請求の範囲第１２項に記載の測定方法。
14. 請求の範囲第７項に記載の測定方法に用いられる測定装置。
15. 前記空隙配置構造体（１）に互いに偏光方向が異なる前記第１の電磁波および前記第２の電磁波を照射するための電磁波照射部（２１）を有する、請求の範囲第１４項に記載の測定装置。
16. 前記電磁波照射部（２１）は、前記第１の電磁波および前記第２の電磁波を照射するために、直線偏光の電磁波の偏光状態を２つの異なった偏光状態に変調することのできる偏光変調部を備える、請求の範囲第１４項に記載の測定装置。
17. 請求の範囲第１１項に記載の測定方法に用いられる測定装置。
18. 前記空隙配置構造体（１）の位置を制御することのできる位置制御機構を備える、請求の範囲第１７項に記載の測定装置。
19. 前記位置制御機構は回転機能を有する、請求の範囲第１８項に記載の測定装置。
20. 前記被測定物が保持された空隙配置構造体（１）に電磁波を照射するための電磁波照射部（２１）、および、
    該電磁波照射部（２１）から照射された電磁波を、前記第１の周波数特性を得るための第１の電磁波と、前記第２の周波数特性を得るための第２の電磁波とに分波することのできる分波器を備える、請求の範囲第１７項に記載の測定装置。
21. 複数の光源、および／または、複数の検出器を備える、請求の範囲第１７項に記載の測定装置。

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