WO2006051728A1 - 測定装置 - Google Patents

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WO2006051728A1
WO2006051728A1 PCT/JP2005/020124 JP2005020124W WO2006051728A1 WO 2006051728 A1 WO2006051728 A1 WO 2006051728A1 JP 2005020124 W JP2005020124 W JP 2005020124W WO 2006051728 A1 WO2006051728 A1 WO 2006051728A1
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WO
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terahertz
sample
light
pulse light
optical path
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Application number
PCT/JP2005/020124
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English (en)
French (fr)
Inventor
Naoki Tsumura
Kazushiro Fukushima
Original Assignee
Tochigi Nikon Corporation
Nikon Corporation
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Publication date
Application filed by Tochigi Nikon Corporation, Nikon Corporation filed Critical Tochigi Nikon Corporation
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Priority to US11/666,078 priority patent/US7847931B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • G01N21/3586—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation by Terahertz time domain spectroscopy [THz-TDS]
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation

Definitions

  • the present invention relates to a measuring apparatus using terahertz light such as a terahertz spectrometer.
  • a first condensing optical system that emits terahertz pulsed light generated by a terahertz light generator, and the light is emitted after being condensed by the first condensing optical system.
  • a second condensing optical system for condensing the terahertz pulsed light on the terahertz photodetector, and the sample is in the vicinity of the condensing position of the terahertz pulsed light by the first condensing optical system.
  • a terahertz pulse light transmitted through the sample is detected by the terahertz photodetector (for example, Patent Documents 1 and 2 below).
  • the first condensing optical system is a terahertz pulse light generated by a terahertz light generator. Is composed of a first parabolic mirror that converts the parallel light beam into a focal point, and a second parabolic mirror that focuses the parallel light beam on the focal point.
  • the second condensing optical system includes a third parabolic mirror that converts the terahertz pulse light that is collected after being condensed by the second parabolic mirror into a parallel light beam, and the parallel light beam. It consists of a fourth parabolic mirror that focuses light on a terahertz photodetector.
  • the terahertz light generator is placed at the focal point of the first parabolic mirror and the terahertz light detector is placed at the focal point of the fourth parabolic mirror.
  • the positional relationship is fixed.
  • the conventional measuring apparatus is set so that the terahertz pulsed light is focused on the effective light receiving region of the terahertz photodetector in the best focused state in the absence of the sample.
  • the first and second condensing optical systems described above are used. It is common. This is because the wavelength of the terahertz light is long (for example, the wavelength at a frequency of 1 THz is about 300 m), so that the diffraction effect acts greatly and the terahertz light having a small diameter This is because the parallel light cannot be made.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-75251
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-212110
  • the terahertz photodetector when the sample is arranged in the vicinity of the condensing position of the first condensing optical system, the terahertz photodetector is used because of the thickness and refractive index of the sample. It was found that the condensing state of the terahertz pulse light with respect to was reduced, and V, in other words, out of focus.
  • FIG. 1 schematically shows the state of the terahertz pulse light in the vicinity of the second and third parabolic mirrors 102 and 103 in the conventional measuring apparatus in the absence of the sample 100.
  • FIG. 2 schematically shows the state of the terahertz pulse light in the vicinity of the second and third parabolic mirrors 102 and 103 in the conventional measuring apparatus when the sample 100 is arranged.
  • the appearance of the terahertz pulse light after point A in Fig. 1 is also indicated by a dotted line.
  • a terahertz pulsed beam of parallel light from a first parabolic mirror (not shown) is incident on the second parabolic mirror 102, and the second parabolic mirror 102 receives the second parabolic mirror 102.
  • the light is reflected by the object mirror 102 and collected at point A in FIGS.
  • Point A is the focal point of the second parabolic mirror 102 and coincides with the focal point of the third parabolic mirror 103.
  • the terahertz pulse light condensed at the point A becomes a divergent light beam that also emits the point A force and is incident on the third parabolic mirror 103. Then, it is reflected by the third parabolic mirror 103 and becomes a parallel light beam. This parallel light beam is reflected by a fourth parabolic mirror (not shown) and ideally collected by a terahertz photodetector (not shown) placed at the focal point of the fourth parabolic mirror. Lighted.
  • the sample 100 is arranged in the vicinity of the point A (in the example shown in FIG. 2, the sample 100 is arranged so that its front surface coincides with the point A. ), Since the terahertz pulse light reflected by the second parabolic mirror 102 is refracted by the sample 100, the terahertz pulse light transmitted through the sample 100 is apparently shifted from the point A to the point B Departure
  • the divergent light beam is the same as the divergent light beam, and is incident on the third parabolic mirror 103. Since the point B is deviated from the point A (the focal point of the third parabolic mirror 103), the terahertz pulse light reflected by the parabolic mirror 103 does not become a parallel light flux.
  • the terahertz pulse light subsequently reflected by the fourth parabolic mirror cannot be ideally focused on the focal point of the fourth parabolic mirror, and therefore, the fourth The condensing state of the terahertz pulse light with respect to the terahertz photodetector arranged at the focal point of the object mirror is reduced, and V, in other words, out of focus occurs.
  • the incident state of the terahertz pulse light to the effective light receiving region of the terahertz detector changes between the case where there is no sample and the case where the sample is arranged.
  • the change of the incident state is different for each wavelength component of the terahertz pulse light.
  • a detector having a small effective light receiving area such as a photoconductive antenna using a dipole antenna, is used as a terahertz photodetector.
  • the SN ratio is lowered due to a change in the condensing state of the terahertz light with respect to the terahertz photodetector, and the spectral characteristics obtained by the measurement are the original spectral characteristics. Characteristic power changes. For this reason, in the conventional measuring apparatus, the measurement error increases due to the thickness and refractive index of the sample.
  • the thickness of the sample Out-of-focus blur caused by the refractive index is a major factor in measurement error.
  • the detection signal obtained with the sample placed is compared with the detection signal obtained with the reference sample (e.g., a glass plate) placed in place of the sample.
  • the reference sample e.g., a glass plate
  • the thickness and refractive index of the sample as the original measurement target and the reference sample are different, so that there is no difference between the original sample and the reference sample.
  • the incidence of Terahertz pulse light on the effective light receiving area of the Rutz detector will change. Therefore, even when spectroscopic measurement is performed using a reference sample, measurement errors increase due to the thickness and refractive index of the sample.
  • a measuring apparatus using terahertz pulsed light includes a terahertz light generator that generates terahertz pulsed light and a terahertz pulsed light that detects terahertz pulsed light.
  • a Hertz light detector a first condensing optical system that condenses the terahertz pulse light generated by the terahertz light generator, and the first condensing optical system that diverges and then diverges
  • a second condensing optical system for condensing the terahertz pulsed light on the terahertz photodetector, and the sample is arranged near the condensing position of the terahertz pulsed light by the first condensing optical system
  • At least one of the first and second condensing optical systems includes at least one optical element having a positive or negative refractive power, and the terahertz photodetector is transmitted through the sample.
  • it further includes a position adjusting mechanism for adjusting the position of at least one optical element in the optical axis direction, and a control unit for controlling the position adjusting mechanism.
  • the control unit controls the position adjustment mechanism in a direction in which the terahertz pulse light transmitted through the sample is focused on the terahertz photodetector. I prefer to do it.
  • control unit preferably controls the position adjusting mechanism according to the thickness and refractive index of the sample.
  • the control unit is configured to focus the terahertz pulse light transmitted through the sample on the terahertz photodetector. In the case where there is no sample, it is preferable to control the position adjusting mechanism so that the terahertz pulsed light is focused on the terahertz light detector.
  • the terahertz light generator in the measurement apparatus according to the first aspect, generates terahertz pulse light in response to the pump noise light incident on the terahertz light generator.
  • the detector detects the terahertz pulse light in response to the probe pulse light incident thereon, so that the optical path length of the optical path of the pump pulse light and the optical path length of the optical path of the probe pulse light can be changed relatively. It is preferable to further include an optical path length variable section.
  • the terahertz light generator in the measurement device according to any one of the second to fourth aspects, generates terahertz pulse light in response to the pump pulse light incident thereon.
  • the terahertz light detector detects the terahertz pulse light in response to the probe noise light incident on the terahertz light detector, and compares the optical path length of the pump pulse light path with the optical path length of the probe pulse light path. It is preferable to provide an optical path length variable section that can be changed as desired.
  • the optical path length of the optical path of the pump pulse light and the optical path length of the optical path of the probe pulse light are relative to each other by the optical path length variable unit in the absence of the sample.
  • the time-series waveform acquisition unit and the first Based on the time difference between the peak of the time series waveform obtained by the time series waveform acquisition unit and the peak of the time series waveform obtained by the second time series waveform acquisition unit, the movement amount of at least one optical element It is preferable that the control unit further controls the position adjusting mechanism according to the amount of movement obtained by the calculation unit.
  • the reference sample is arranged in the vicinity of the condensing position of the terahertz pulse light by the first condensing optical system instead of the sample. Therefore, based on the detection signal from the Terahertz photodetector obtained by relatively changing the optical path length of the pump pulse light and the optical path length of the probe pulse light by the optical path length variable unit, A first time-series waveform acquisition unit that obtains a time-series waveform of the electric field strength of the terahertz pulse light incident on the terahertz light detector, and the position where the sample is collected by the first condensing optical system.
  • the detection signal from the terahertz light detector obtained by relatively changing the optical path length of the pump pulse light path and the optical path length of the probe pulse light path by the optical path length variable section in the state of being arranged in the vicinity.
  • the second time-series waveform acquisition unit that obtains the time-series waveform of the electric field strength of the terahertz pulse light to be emitted, and the time-series waveform peak and second time-series waveform obtained by the first time-series waveform acquisition unit
  • a calculation unit that calculates a movement amount of at least one optical element based on a time difference from the peak of the time-series waveform obtained by the unit, and the control unit according to the movement amount obtained by the calculation unit. It is preferable to control the position adjusting mechanism.
  • the control unit comprises: (i) The sample is a terahertz pulse by the first focusing optical system.
  • a terahertz light detector obtained by relatively changing the optical path length of the optical path of the pump pulse light and the optical path length of the probe pulse light by the optical path length variable section while being arranged near the light condensing position.
  • the detection signal from is monitored, and based on the monitoring results, the optical path length variable unit fixes the optical path length of each optical path to an optical path length that maximizes the detection signal,
  • the control unit transmits the terahertz pulse light that diverges without being transmitted through the sample after being condensed by the first condensing optical system.
  • the amount of deviation between the divergence point and the divergence point of the terahertz pulse light that diverges through the sample after being collected by the first condensing optical system is calculated based on the thickness and refractive index of the sample. It is preferable to control the position adjustment mechanism in accordance with the amount of deviation.
  • the control unit includes the rear focal point of the first condensing optical system and the second concentrator, regardless of whether or not the sample is present. It is preferable to control the position adjustment mechanism so that the front focal point of the optical optical system is aligned.
  • the control unit in the measuring apparatus according to the first aspect, is configured such that the specimen The position adjustment mechanism is adjusted so that at least one optical element is positioned at a predetermined first position when the sample is not in the vicinity, and at least one optical element is moved to the first position when the sample is near the focusing position.
  • the position adjustment mechanism is adjusted so that it is located at the second position where the position force of the terahertz detector is shifted.
  • the terahertz pulse light is detected and the first position is
  • the output result is output, the terahertz pulse light is detected and the second detection result is output in a state where the sample is in the vicinity of the condensing position and at least one optical element is positioned in the second position.
  • the control unit positions at least one optical element at the predetermined first position when the sample is not near the condensing position.
  • Adjust the position adjustment mechanism so that, when the sample is near the focusing position, adjust the position adjustment mechanism so that at least one optical element is positioned at the second position shifted by the first position force.
  • the position adjustment mechanism is adjusted so that at least one optical element is positioned at the third position, which is displaced by the first position, when the sample is near the condensing position.
  • At least one optical element in the vicinity of the focusing position and the second Spectral data generator that detects the terahertz pulse light and outputs the second detection result while generating the spectral data of the sample based on the first detection result and the second detection result. Is preferably further provided.
  • the control unit preferably obtains the amount of deviation of the second position of the first positional force based on the thickness and refractive index of the sample. Good.
  • the control unit obtains the amount of deviation of the second position of the first positional force based on the thickness and refractive index of the sample, and is used for reference. Based on the thickness and refractive index of the sample, it is preferable to determine the amount of displacement of the third position of the first position force.
  • the terahertz light generator is a terahertz light generating means
  • the terahertz light detector is a terahertz light detecting means
  • the first condensing optical system is a first condensing optical system means
  • the condensing optical system is the second condensing optical system means
  • the control section is the control means
  • the optical path length variable section is the optical path length variable means
  • the first time series waveform acquisition section is the first time series.
  • the waveform acquisition unit, the second time series waveform acquisition unit may be replaced with the second time series waveform acquisition unit
  • the calculation unit may be replaced with the calculation unit
  • the spectral data generation unit may be replaced with the spectral data generation unit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the state of terahertz pulse light in the vicinity of second and third parabolic mirrors in a conventional measurement apparatus when there is no sample.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the state of terahertz pulse light in the vicinity of the second and third parabolic mirrors in a conventional measuring apparatus when a sample is arranged.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state of a terahertz pulse light beam near the sample in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart showing an operation in the first measurement mode of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic flowchart showing an operation in the second measurement mode of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart showing an operation in the third measurement mode of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic flowchart showing an operation in the fourth measurement mode of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic flowchart showing an operation in the fifth measurement mode of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic flowchart following FIG. 9.
  • FIG. 11 is a diagram showing examples of a time series waveform obtained by reference measurement and a time series waveform obtained by sample preliminary measurement.
  • FIG. 12 is a schematic flowchart showing an operation in a sixth measurement mode of the measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic flowchart showing the operation in the seventh measurement mode of the measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic diagram schematically showing a measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. It is a chart.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the state of the terahertz pulse light beam near the sample 100 in FIG.
  • the point A is the divergence point of the divergent light beam of the terahertz pulse light incident on the third parabolic mirror 103 when the sample 100 is not present.
  • Point B is the apparent divergence point of the divergent light flux of the terahertz pulse light (transmitted light that has passed through the sample 100) that enters the third parabolic mirror 103 when the sample 100 is disposed.
  • Equation 4 The distance d in FIG. 2 is expressed by the following equations 2 and 3.
  • ⁇ D is given by Equation 4 below.
  • Equation 6 Equation 6 below. If we take the limit of ⁇ ⁇ 0 in Equation 6, the deviation ⁇ L is as shown in Equation 7 below.
  • Equation 7 It is established as it is
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the measuring apparatus is configured as a terahertz spectrometer, particularly a time series conversion terahertz spectrometer.
  • a time-series conversion terahertz spectrometer the time-series waveform of the electric field of the terahertz pulse light that has passed through the sample is measured, and the time-series waveform is Fourier transformed to measure the spectral characteristics of the sample.
  • the femtosecond pulsed light L 1 from the femtosecond pulsed light source 1 is split into two pulsed lights L 2 and L 3 by the beam splitter 2.
  • One pulsed light L2 divided by the beam splitter 2 excites the optical switch element such as a photoconductive antenna using a dipole antenna or the like, or the terahertz light generator 3 such as a crystal, and this generator 3 becomes pump pulse light (pulse excitation light) for generating terahertz pulse light.
  • This pump pulse light L2 is guided to the terahertz light generator 3.
  • the terahertz light generator 3 is excited and emits terahertz pulse light L4.
  • the bias voltage is not shown by the bias power supply. Marked 3
  • the other pulsed light L3 divided by the beam splitter 2 becomes probe pulsed light that determines the timing for detecting the terahertz pulsed light.
  • This probe pulse light L3 is guided to the terahertz light detector 6 through the movable mirror 4 formed by combining two or three plane mirrors, and further through the plane mirror 5.
  • an optical switch element using a dipole antenna is used as the terahertz photodetector 6, but it is not necessarily limited to this.
  • the movable mirror 4 arranged on the optical path of the probe pulsed light L3 is moved in the left-right direction in FIG. 4 by the stage 8 as a moving mechanism for changing the optical path length under the control of the control / arithmetic processing unit 7. It is possible. Depending on the amount of movement of the movable mirror 4, the optical path length of the probe pulsed light L3 changes, and the time for the probe nose light L3 to reach the terahertz light detector 6 is delayed. That is, in the present embodiment, the movable mirror 4 and the optical path length variable stage (delay stage) 8 can change the optical path length of the probe pulse light L3 relative to the optical path length of the pump pulse light L2.
  • the optical path length variable part is configured.
  • the generation period of the terahertz pulse light generated from the terahertz light generator 3 and the timing at which the probe pulse light L3 reaches the terahertz light detector 6 must be matched. Also, in order to obtain a time-series waveform of terahertz pulse light by the so-called pump-probe method, the terahertz pulse light generated from the terahertz light generator 3 reaches the terahertz light detector 6. Therefore, it is necessary to change the timing of the probe noise light L3 within the period. For this reason, in the present embodiment, the optical path length variable portion is provided.
  • the Rutsuparusu light L4 to Terra generated by Ruth light generator 3 to Terra generally light in the frequency domain from 0. 1 X 10 1 2 to 100 X 10 12 Hertz is preferred.
  • This terahertz pulsed light L4 is condensed at a condensing position through a parabolic mirror 9 and a condensing lens 10 as an optical element having a positive refractive power (in this embodiment, a transmitted optical element).
  • the parabolic mirror 9 converts the terahertz pulse light L4 into a parallel light beam, and the condensing lens 10 condenses the terahertz pulse light L4 that has become the parallel light beam at the focal point.
  • the parabolic mirror 9 and the condensing lens 10 constitute a first condensing optical system that condenses the terahertz pulse light generated from the terahertz light generator 3. Yes. Condensed light In the vicinity of the focal point of the sample 10, the measurement site of the sample 100 as the measurement object is arranged. However, in the case of a reference measurement, which will be described later, the sample 100 is not arranged and a reference sample (not shown) is arranged.
  • the Terahertz light L5 transmitted through the sample 100 is converted into a parallel light beam by the condensing lens 11 as a transmission optical element having a positive refracting power that initially becomes a divergent light beam, and is further emitted.
  • the object mirror 12 focuses the light on the effective light receiving region of the terahertz light detector 6.
  • the condensing lens 11 and the parabolic mirror 12 collect the terahertz pulsed light L5 that diverges after being condensed by the first condensing optical system in the terahertz photodetector 6. This constitutes the second condensing optical system that emits light.
  • Examples of materials constituting the transmissive optical elements (in the present embodiment, the collecting lenses 10 and 11) included in the first and second focusing optical systems include polyethylene, polymethylpentene, Examples include quartz, sapphire, silicon, gallium arsenide, MgO, Ge, and diamond. These materials are preferable because of their relatively high transmittance of terahertz pulsed light.
  • a stage 13 is provided as a position adjustment mechanism that adjusts the position of the condenser lens 11 in the optical axis direction.
  • the terahertz pulsed light L5 transmitted through the condensing lens 11 is always substantially a parallel light beam even if there is a deviation. As a result, there is no out-of-focus blur that does not cause a decrease in the condensed state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz light detector 6.
  • the terahertz pulsed light L5 collected on the terahertz light detector 6 is detected by the terahertz light detector 6 and converted into an electric signal.
  • This electric signal is supplied to a control / arithmetic processing unit 7 including an amplifier, an AZD converter, a computer, etc., and is amplified, AZD converted, etc., and is taken into the internal memory as a detection signal of the electric field intensity of the terahertz pulse light.
  • the femtosecond pulse light source L1 emitted from the femtosecond pulse light source 1 has a repetition period of several The order is from 100 kHz to 100 MHz. Therefore, the terahertz pulsed light L4 emitted from the terahertz light generator 3 is also emitted repeatedly in the order of several kHz to 100 MHz. With the current terahertz light detector 6, it is impossible to instantaneously measure the waveform of this terahertz pulse light as it is.
  • the pump pulse light L2 and the probe pulse light L3 are used.
  • the so-called pump-probe method is used to measure the waveform of the terahertz pulsed light L5 with a time delay.
  • the terahertz by the probe pulse light is used.
  • the timing for operating the photodetector 6 is delayed only by time.
  • the electric field strength of the terahertz pulsed light L5 at a point delayed only by time can be measured by the terahertz light detector 6.
  • the probe light L3 is gated with respect to the terahertz photodetector 6. Moreover, gradually moving the movable mirror 4 is nothing but changing the delay time ⁇ gradually. While shifting the gate timing by the optical path length variable section, the electric field strength at each point of time of each delay time of the recurring terahertz pulsed light L5 can be sequentially obtained as an electric signal from the terahertz light detector 6. The time-series waveform ⁇ ( ⁇ ) of the electric field strength of the terahertz pulse light L5 can be measured.
  • the control / arithmetic processing unit 7 when measuring the time-series waveform ⁇ ( ⁇ ) of the electric field strength of the terahertz pulse light, the control / arithmetic processing unit 7 gives a control signal to the stage 8 to calculate the delay time.
  • the data obtained by amplifying and AZD converting the electrical signal from the terahertz photodetector 6 is sequentially stored in a memory (not shown) in the control / arithmetic processing unit 7 while being gradually changed. According to this
  • the entire data indicating the time series waveform ⁇ ( ⁇ ) of the electric field intensity of the terahertz pulse light L5 is stored in the memory.
  • Data indicating such a time series waveform ⁇ ( ⁇ ) is obtained when the sample 100 is arranged at the position shown in FIG. 4, when the sample 100 is not arranged, or instead of the sample 100, a reference sample (for example, a glass plate or the like). ) Is obtained when placed.
  • the control processing unit 7 obtains spectral data of the sample 100 based on these data, Display on the display 14 of the panel or CRT.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs the first to fifth measurements shown in FIGS. 5 to 9 in response to a command from the input unit 15 including a keyboard or other operating device. Realize mode operation.
  • control / arithmetic processing unit 7 may be configured so as to realize any one of the first to fifth measurement modes or only two or more measurement modes.
  • the reference measurement is performed in a state where the sample 100 is not present (a state where nothing is arranged between the condenser lenses 10 and 11), and when the refractive index n of the sample 100 is known, This is a measurement mode for obtaining 100 spectral data.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart showing the operation in the first measurement mode.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation. First, a display that prompts the measurer to input the thickness D and refractive index n of the sample 100 is displayed on the display unit 14, and when they are input from the input unit 15 (step S1), the process proceeds to step S2. The thickness D of the sample 100 is measured in advance.
  • step S2 the control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 to position the condenser lens 11 at the reference position.
  • This reference position is a position where the front focal point of the condensing lens 11 coincides with the rear focal point of the condensing lens 10, and in the case where the sample 100 is not present, the combination of the terahertz pulse light with respect to the terahertz photodetector 6 is obtained. This is the position where the focus state is improved.
  • the reference position is stored in advance in the memory of the control / arithmetic processing unit 7.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs reference measurement without the sample 100 (step S 3). That is, the control / arithmetic processing unit 7 gives the detection signal from the terahertz light detector 6 while giving the control signal to the stage 8 and gradually changing the delay time ⁇ as described above without the sample 100. The signal data is taken into the internal memory. As a result, a time-series waveform of the electric field strength of the terahertz pulsed light L5 is obtained.
  • control / calculation processing unit 7 calculates the shift amount ⁇ L represented by Equation 7 as the amount of movement of the condenser lens 11 according to Equation 7 (Step S4). At this time, the thickness D and refractive index n of the sample 100 input in step S1 are used.
  • control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 to start the step from the reference position. Move the condenser lens 11 in the direction to move away from the installation position force of the sample 100 by the movement amount (deviation ⁇ L) obtained in step S4, and stop the condenser lens 11 at that position (step S 5).
  • the focal force sample 100 of the condenser lens 11 is placed at the position shown in FIG. Terahertz light coincides with the apparent divergence point of L5.
  • the terahertz pulsed light L5 becomes a parallel light beam by the condenser lens 11 and enters the parabolic mirror 12 in a state where the sample 100 is arranged at the position shown in FIG.
  • the position of the focus lens 11 can be said to be a position where the front focal point of the condenser lens 11 coincides with the rear focal point of the condenser lens 10 when the sample 100 is present.
  • step S5 After the position adjustment of the condenser lens 11 in step S5, the collected state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz photodetector 6 when the sample 100 is arranged at the position shown in FIG.
  • the condensing state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz light detector 6 is the same. As a result, a good in-focus state can be maintained.
  • This state is the in-focus state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz light detector 6 when the condenser lens 11 is located at the reference position and is located at the position shown in FIG. It goes without saying that it will be better than.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs sample measurement in a state where the sample 100 is arranged at the position shown in FIG. 4 (step S 6). That is, the control processing unit 7 applies the control signal to the stage 8 and gradually changes the delay time ⁇ as described above with the sample 100 placed at the position shown in FIG.
  • the time series waveform of the electric field strength of the terahertz pulsed light L5 is acquired by taking the data of the detection signal from the rutz light detector 6 into the internal memory.
  • the control / arithmetic processing unit 7 performs Fourier transform on the reference time-series waveform obtained in step S 3 and the time-series waveform obtained in step S 6, respectively. For each wavelength component obtained by Fourier transform, spectral data is created by dividing the time-series waveform component obtained in step S6 by the time-series waveform component obtained in step S3 (step S7). Thereafter, the control processing unit 7 displays this spectral data on the display unit 14 and ends the first measurement mode. [0053] In the first measurement mode, whether the reference measurement in step S3 or the sample measurement in step S6 is performed, the condensing state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz photodetector 6 is the same. Thus, the in-focus state is good. Therefore, measurement errors due to the thickness D and refractive power n of the sample 100 can be reduced.
  • the second measurement mode is a measurement mode for obtaining spectral data of the sample 100 when the reference measurement is performed in the state without the sample 100 and the refractive index n of the sample 100 is unknown.
  • FIG. 6 is a schematic flowchart showing the operation in the second measurement mode.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation. First, a display prompting the measurer to input the thickness D of the sample 100 is displayed on the display unit 14, and when it is input from the input unit 15 (step S11), the stage 13 is controlled to control the condenser lens 11 Is positioned at the reference position (step S12).
  • control / arithmetic processing unit 7 performs reference measurement in the absence of the sample 100 as in step S3 described above, and obtains a time-series waveform of the electric field strength of the terahertz pulsed light L5 (step S 13).
  • control processing unit 7 performs the sample preliminary measurement similar to the sample measurement in step S6 described above with the condenser lens 11 positioned at the reference position (step S14). That is, the control / arithmetic processing unit 7 has a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light L5 in a state where the condenser lens 11 is located at the reference position and the sample 100 is disposed at the position shown in FIG. To get.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a time-series waveform obtained by the reference measurement in step S13 and a time-series waveform obtained by the sample preliminary measurement in step S14.
  • the thickness of the sample 100 is D
  • the refractive index of the sample 100 is n
  • the time difference between the peaks of both time series waveforms is ⁇ t and the speed of light is c, as shown in Fig. 11, Equation 8 below holds.
  • step S14 the control processing unit 7 obtains the time difference ⁇ t between the peaks of each time series waveform obtained in steps S13 and 14, and uses this time difference ⁇ t to obtain the sample.
  • a refractive index n of 100 is calculated according to Equation 8 (step S15).
  • the thickness D of the sample 100 input in step S11 is used.
  • the control / calculation processing unit 7 calculates the shift amount ⁇ L represented by Expression 7 as the movement amount of the condenser lens 11 according to Expression 7 (Step S 16). At this time, the thickness D of the sample 100 input in step S11 and the refractive index n of the sample 100 calculated in step S15 are used.
  • control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 so that the condenser lens 11 of the sample 100 is moved from the reference position by the movement amount (shift amount ⁇ L) obtained in step S16.
  • the lens 11 is moved away from the installation position, and the condenser lens 11 is stopped at that position (step S17).
  • the light state is the same as the condensing state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz light detector 6 when the condensing lens 11 is located at the reference position and the sample 100 is not present, and the in-focus state is good. Can be maintained.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs the processes of steps S18 to S20 similar to the above-described steps S6 to S8, and ends the second measurement mode.
  • the spectral data in step S19 is created using the reference time series waveform obtained in the reference measurement in step S13 and the time series waveform obtained in the sample measurement in step S18, and the sample preparation measurement in step S14. Do not use the time series waveform obtained in.
  • the terahertz light detector of the terahertz pulsed light L5 is used in both the reference measurement in step S13 and the sample measurement in step S18.
  • the condensing states for 6 are in the same good focus state as each other. Therefore, measurement errors due to the thickness D and refractive power n of the sample 100 can be reduced.
  • the reference measurement is performed in a state where the reference sample is arranged, and when the refractive index n of the sample 100 and the refractive index n 'of the reference sample are known, the measurement of the sample 100 is performed.
  • This is a measurement mode for obtaining spectroscopic data.
  • FIG. 7 is a schematic flow chart showing the operation of the third measurement mode.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation when the third measurement mode is commanded from the input unit 15. First, the thickness of the sample 100, the refractive index n, and the thickness of the reference sample D ′ And a display prompting the input of the refractive index n ′ are displayed on the display unit 14, and when they are input from the input unit 15 (step S21), the stage 13 is controlled to position the condenser lens 11 at the reference position. (Step S22).
  • the control / calculation processing unit 7 calculates a deviation amount ⁇ L 'related to the reference sample expressed by the following equation 9 as the moving amount of the condenser lens 11 according to the equation 9 (step S23). ). At this time, the thickness D ′ and the refractive index n ′ of the reference sample input in step S21 are used. Equation 9 is a rewrite of Equation 7 according to the reference sample.
  • control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 to move the condenser lens 11 to the reference sample from the reference position by the movement amount (deviation amount ⁇ L ') obtained in step S23. Move the mounting position force of the sample 100 in the direction of moving away, and stop the condenser lens 11 at that position (step 24).
  • control processing unit 7 performs reference measurement with the reference sample placed in place of the sample 100 at the position of the sample 100 shown in Fig. 4, and the electric field of the terahertz pulsed light L5.
  • a time series waveform of intensity is acquired (step S25).
  • the control / arithmetic processing unit 7 calculates a value A L represented by the following expression 10 as a moving amount of the condenser lens 11 (step S26).
  • the thickness D and refractive index n of the sample 100 input in step S21, and the thickness D ′ and refractive index n ′ of the reference sample are used.
  • This movement amount AL is based on the fact that the condenser lens 11 is currently located at a position separated by a deviation amount ⁇ L ′ with respect to the reference position force reference sample in step S9. This is the amount of movement from the current position necessary to position the condenser lens 11 at a position separated from the sample 100 by the amount of deviation ⁇ L.
  • the control processing unit 7 controls the stage 13 to move the condenser lens 11 from the current position by the movement amount AL obtained in step S26, and the condenser lens 11 is moved at that position. Stop (step 27). At this time, if AL is positive, the condensing lens 11 is moved in a direction to move away from the installation position force of the sample 100, and if AL is negative, it is moved in the reverse direction. Thereafter, the control / arithmetic processing unit 7 performs the processing of steps S28 to S30 similar to the above-described steps S6 to S8, and ends the third measurement mode.
  • the spectral data in step S29 is created using the reference time series waveform obtained by the reference measurement in step S25 and the time series waveform obtained by the sample measurement in step S28.
  • a reference sample is used in the reference measurement.
  • the terahertz light detector for the terahertz pulse light L5 is used.
  • the condensing states for 6 are in the same good focus state as each other. Therefore, measurement errors due to the thickness D and refractive power n of the sample 100 and the thickness D ′ and refractive power n of the reference sample can be reduced.
  • the reference measurement is performed in a state where the reference sample is arranged, and when the refractive index n of the sample 100 is unknown and the refractive index n 'of the reference sample is known, This is a measurement mode for obtaining spectroscopic data of sample 100.
  • FIG. 8 is a schematic flowchart showing the operation in the fourth measurement mode.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation. First, a display prompting the measurer to input the thickness D of the sample 100 and the thickness D ′ and the refractive index n ′ of the reference sample is displayed on the display unit 14, and these are input from the input unit 15 (step S31). Then, the stage 13 is controlled to position the condenser lens 11 at the reference position (step S32).
  • control / calculation processing unit 7 calculates the deviation amount ⁇ L ′ related to the reference sample represented by Expression 9 as the movement amount of the condenser lens 11 according to Expression 9 (Step S33). At this time, the thickness D ′ and the refractive index n ′ of the reference sample input in step S31 are used.
  • control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 to move the condenser lens 11 to the reference sample by the amount of movement (deviation amount ⁇ L ') obtained in step S33 from the reference position.
  • the sample lens 100 is moved in the direction to move away from the sample 100, and the condenser lens 11 is stopped at that position (step 34).
  • control processing unit 7 performs reference measurement with the reference sample placed in place of the sample 100 at the position of the sample 100 shown in FIG. 4, and the electric field of the terahertz pulsed light L5 is measured. An intensity time-series waveform is acquired (step S35).
  • control / arithmetic processing unit 7 performs a sample preliminary measurement similar to the sample measurement in step S6 described above, with the condenser lens 11 positioned at the position adjusted in step S34. (Step S36).
  • control / arithmetic processing unit 7 generates a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light L5 in a state where the condenser lens 11 is located at the position and the sample 100 is disposed at the position shown in FIG. get.
  • the control / arithmetic processing unit 7 obtains a time difference ⁇ t ′ between the peak of the time series waveform obtained in step S35 and the peak of the time series waveform obtained in step S36.
  • the refractive index n of the sample 100 is calculated according to the following equation 11 (step S37).
  • the thickness D of the sample 100, the thickness D ′ of the reference sample, and the refractive index n ′ input in step S31 are used.
  • Equation 11 is the speed of light.
  • control / calculation processing unit 7 calculates the value A L represented by Expression 10 as the movement amount of the condenser lens 11 (step S38).
  • the thickness D of the sample 100 inputted in step S31, the thickness D ′ and the refractive index n ′ of the reference sample, and the refractive index n of the sample 100 calculated in step S37 are used.
  • control processing unit 7 controls the stage 13 to move the condenser lens 11 from the current position by the movement amount AL obtained in step S38, and at that position, the condenser lens Stop 11 (step 39). At this time, if A L is positive, the condensing lens 11 is moved in a direction in which the sample 100 is placed away, and if A L is negative, it is moved in the opposite direction.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs the processing of Steps S40 to S42 similar to Steps S6 to S8 described above, and ends the fourth measurement mode.
  • the spectral data in step S41 is created using the reference time-series waveform obtained in the reference measurement in step S35 and the time-series waveform obtained in the sample measurement in step S40, and the sample preliminary measurement in step S36. Do not use the time-series waveform obtained in the constant.
  • a reference sample is used in the reference measurement.
  • both the reference measurement in step S25 and the sample measurement in step S28 The condensing state of the rutznols light L5 with respect to the terahertz light detector 6 is in the same excellent focus state. Therefore, the thickness of sample 100 Measurement error due to the D and refractive power n and the reference sample thickness D 'and refractive power n can be reduced.
  • the reference measurement is performed with the reference sample arranged, and the refractive index n of the sample 100 and the refractive index n 'of the reference sample are unknown, This is a measurement mode for obtaining spectroscopic data.
  • 9 and 10 are schematic flowcharts showing the operation in the fifth measurement mode.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation when the fifth measurement mode is commanded from the input unit 15. First, a display prompting the operator to input the thickness D of the sample 100 and the thickness D ′ of the reference sample is displayed on the display unit 14, and when they are input from the input unit 15 (step S51), the stage 13 is controlled. Then, the condenser lens 11 is positioned at the reference position (step S52).
  • control / arithmetic processing unit 7 performs a preliminary measurement similar to the reference measurement in step S3 described above (step S53). That is, the control processing unit 7 acquires a time-series waveform of the electric field strength of the terahertz pulsed light L5 without the sample 100.
  • control 'arithmetic processing unit 7 performs the reference sample preliminary measurement similar to the reference measurement in step S25 described above while the condenser lens 11 is located at the reference position (step S54). ). In other words, the control / arithmetic processing unit 7 performs the terahertz pulse light in a state where the condenser lens 11 is located at the reference position and the reference sample is arranged instead of the sample 100 at the position of the sample 100 shown in FIG. Get time series waveform of L5 electric field strength.
  • control / arithmetic processing unit 7 obtains a time difference ⁇ t "between the peak of the time series waveform obtained in step S53 and the peak of the time series waveform obtained in step S54.
  • the refractive index n ′ of the reference sample is calculated according to the following equation 12 (step S55).
  • the thickness D ′ of the reference sample input in step S51 is used.
  • Equation 12 c is the speed of light.
  • control 'calculation processing unit 7 calculates the shift amount ⁇ L' related to the reference sample represented by Expression 9 as the movement amount of the condenser lens 11 according to Expression 9 (Step S56). At this time, the thickness D ′ of the reference sample input in step S51 and the reference calculated in step S55. The refractive index n ′ of the sample is used.
  • control / arithmetic processing unit 7 controls the stage 13 so that the condenser lens 11 is referred to the reference sample by the amount of movement (deviation amount ⁇ L ') obtained in step S56 from the reference position. Then, the sample 100 is moved in the direction in which the sample 100 is moved away, and the condenser lens 11 is stopped at that position (step 57).
  • control processing unit 7 performs reference measurement with the reference sample placed in place of the sample 100 at the position of the sample 100 shown in Fig. 4, and the electric field of the terahertz pulsed light L5.
  • An intensity time series waveform is acquired (step S58).
  • control / arithmetic processing unit 7 performs a sample preliminary measurement similar to the sample measurement in step S6 described above while the condenser lens 11 is positioned at the position adjusted in step S57. (Step S59). That is, the control / arithmetic processing unit 7 generates a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light L5 in a state where the condenser lens 11 is located at the position and the sample 100 is disposed at the position shown in FIG. get.
  • the control / arithmetic processing unit 7 obtains a time difference ⁇ t ′ between the peak of the time series waveform obtained in step S58 and the peak of the time series waveform obtained in step S59. Then, using this time difference ⁇ t, the refractive index n of the sample 100 is calculated according to Equation 11 (step S60). At this time, the thickness D of the sample 100 and the thickness D ′ of the reference sample input in step S31 and the refractive index n of the reference sample calculated in step S55 are used.
  • control / calculation processing unit 7 calculates the value A L represented by Expression 10 as the movement amount of the condenser lens 11 (step S61).
  • the thickness D of the sample 100 and the thickness D ′ of the reference sample input in step S51, the refractive index n of the sample 100 calculated in step S60, and the refraction of the reference sample calculated in step S55. Use the rate n.
  • control processing unit 7 controls the stage 13 to move the condenser lens 11 from the current position by the movement amount AL obtained in step S61, and at that position the condenser lens Stop 11 (step 62). At this time, if A L is positive, the condensing lens 11 is moved in a direction in which the sample 100 is placed away, and if A L is negative, it is moved in the opposite direction.
  • control / arithmetic processing unit 7 performs the processing of steps S63 to S65 similar to the above-described steps S6 to S8, and ends the fifth measurement mode.
  • the spectroscopy in step S64 The data is created using the reference time series waveform obtained by the reference measurement in step S58 and the time series waveform obtained by the sample measurement in step S63.
  • a reference sample is used in the reference measurement.
  • both the reference measurement in step S25 and the sample measurement in step S28 The condensing state of the rutznols light L5 with respect to the terahertz light detector 6 is in the same excellent focus state. Therefore, measurement errors due to the thickness D and refractive power n of the sample 100 and the thickness D ′ and refractive power n of the reference sample can be reduced.
  • measurement errors caused by the thickness D and refractive power n of the sample 100 can be reduced.
  • the measurement error due to the thickness D and refractive power n of sample 100 is reduced.
  • the transmission optical element adjusts the position in order to reduce the measurement error in this way, the light from the terahertz light generator 3 to the terahertz light detector 6 can be adjusted even if the position is adjusted.
  • the path length does not change at all, the reference measurement and sample measurement can be performed with the same optical path length, and there is no influence on the acquisition of the time series waveform of terahertz pulse light by the pump probe method.
  • the position adjusting mechanism (the stage 13 in this embodiment) is small and inexpensive can be obtained.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are schematic flowcharts showing the operations in the sixth and seventh measurement modes of the measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, respectively.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that, in the first embodiment, the control 'arithmetic processing unit 7 performs the first to fifth measurements shown in Figs.
  • the control / arithmetic processing unit 7 is configured to perform the sixth and seventh measurement modes shown in FIGS. 12 to 13. It is only a point.
  • the control / arithmetic processing unit 7 may be configured so that only one of the sixth and seventh measurement modes is shifted.
  • the amount of movement of the condenser lens 11 is obtained in advance by calculation, and the position of the condenser lens 11 is adjusted.
  • the detection signal of the terahertz light detector 6 is improved as the in-focus state of the terahertz pulsed light L5 with respect to the terahertz light detector 6 without performing such calculation is improved.
  • the position of the condenser lens 11 is adjusted by taking advantage of the fact that it becomes larger.
  • the sixth measurement mode is a measurement mode in which the spectroscopic data of the sample 100 is obtained when the reference measurement is performed with the sample 100 intact.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation when the sixth measurement mode is commanded from the input unit 15. As shown in FIG. 12, first, the processes of steps S71 and S72, which are the same as steps S2 and S3, respectively, are performed.
  • control / arithmetic processing unit 7 gives a control signal to the optical path length varying stage 8 in a state where the sample 100 is arranged at the position shown in FIG. 4, and gradually increases the delay time.
  • the detection signal from the terahertz light detector 6 is monitored (step S73), and based on the monitoring result, the optical path is reached at the position where the detection signal from the terahertz light detector 6 is the largest.
  • the length of changeable stage 8 is fixed (step S74).
  • control / arithmetic processing unit 7 gives a control signal to the stage 13 in a state where the sample 100 is arranged at the position shown in FIG.
  • the detection signal from the photodetector 6 is monitored (step S75), and based on the monitoring result, the condenser lens 11 is fixed at a position where the detection signal of the terahertz photodetector 6 is the largest (step S). 76).
  • the control / arithmetic processing unit 7 performs the processing of steps S77 to S79 similar to the above-described steps S6 to S8, and ends the sixth measurement mode.
  • the spectral data in step S78 is created using the reference time series waveform obtained in the reference measurement in step S72 and the time series waveform obtained in the sample measurement in step S77.
  • step S72 Since the detection signal of the terahertz light detector 6 increases as the in-focus state of the terahertz pulse light L5 with respect to the terahertz light detector 6 becomes better, the reference of step S72 is performed in the sixth measurement mode. In both the measurement and the sample measurement in step S77, the condensing state of the terahertz pulse light L5 with respect to the terahertz light detector 6 is in the same excellent focus state. Therefore, measurement errors caused by the thickness D and refractive power n of the sample 100 can be reduced.
  • the seventh measurement mode is a measurement mode for obtaining spectral data of the sample 100 when the reference measurement is performed in a state where the reference sample is arranged.
  • the control / arithmetic processing unit 7 starts its operation. As shown in FIG. 13, first, the stage 13 is controlled to place the condenser lens 11 at the reference position (step S81).
  • control / arithmetic processing unit 7 gives a control signal to the optical path length variable stage 8 in a state where the reference sample is arranged in place of the sample 100 at the position of the sample 100 shown in FIG. Then, while gradually changing the delay time ⁇ , the detection signal from the terahertz light detector 6 is monitored (step S82), and the detection of the terahertz light detector 6 is performed based on the monitoring result.
  • the optical path length variable stage 8 is fixed at the position where the signal becomes the largest (step S83).
  • control / arithmetic processing unit 7 gives a control signal to the stage 13 in a state where the reference sample is arranged as it is, and changes the position of the condenser lens 11 while changing the position of the condensing lens 11.
  • the detection signal from the output device 6 is monitored (step S84), and based on the monitoring result, the condenser lens 11 is fixed at the position where the detection signal of the terahertz light detector 6 is the largest (step S85). .
  • control / arithmetic processing unit 7 performs reference measurement with the reference sample placed as it is, and obtains a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light L5 (step S86).
  • control / arithmetic processing unit 7 performs the processing of steps S87 to S93 similar to the above-described steps S73 to S79, and ends the seventh measurement mode.
  • the spectral data in step S92 is created using the reference time series waveform obtained by the reference measurement in step S86 and the time series waveform obtained by the sample measurement in step S91.
  • the reference sample is used in the reference measurement.
  • the present embodiment also provides the same advantages as those of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. 14, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
  • This embodiment is basically different from the first embodiment in that the stage 13 adjusts the position of the condenser lens 11 in the optical axis direction in the first embodiment. On the other hand, in the present embodiment, the stage 13 adjusts the position of the condenser lens 10 in the optical axis direction only.
  • control / arithmetic processing unit 7 is configured to perform each measurement mode corresponding to the first to fifth measurement modes described above, but instead, You may comprise so that each measurement mode corresponded to the 6th and 7th measurement mode mentioned above may be performed.
  • the condenser lens 11 should be read as the condenser lens 10 in the description of the first to seventh measurement modes described above.
  • the reference position of the condenser lens 10 is a position where the rear focal point of the condenser lens 10 coincides with the front focal point of the condenser lens 11.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 15, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
  • This embodiment is fundamentally different from the first embodiment, in this embodiment, a parabolic mirror 21 is used instead of the condenser lens 10, and accordingly, The only point is that plane mirrors 22 to 25 are added and the elements are arranged as shown in FIG.
  • the parabolic mirror 21 condenses the terahertz pulsed light L4 that is a parallel light beam incident from the parabolic mirror 9.
  • the parabolic mirrors 9 and 21 constitute a first condensing optical system that condenses the terahertz pulse light generated from the terahertz light generator 3.
  • the measurement site of the sample 100 is arranged near the focal point of the parabolic mirror 21.
  • control / arithmetic processing unit 7 is configured to perform each measurement mode corresponding to the first to fifth measurement modes described above, but instead, You may comprise so that each measurement mode corresponded to the 6th and 7th measurement mode mentioned above may be performed.
  • the reference position of the condenser lens 11 is a position where the front focal point of the condenser lens 11 coincides with the focal point of the parabolic mirror 21.
  • the present embodiment also provides the same advantages as those of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
  • This embodiment is basically different from the first embodiment in that (i) in the first embodiment, the stage 13 adjusts the position of the condenser lens 11 in the optical axis direction. In contrast, in the present embodiment, the stage 13 adjusts the position of the condenser lens 10 in the optical axis direction as in the third embodiment, and (ii In this embodiment, a parabolic mirror 31 is used in place of the condensing lens 11, and plane mirrors 32 and 33 are added accordingly, and each element is arranged as shown in FIG. Only.
  • the parabolic mirrors 31 and 12 include the first condensing optical system (in the present embodiment, the parabolic mirrors 9 and 12).
  • a second condensing optical system for condensing the terahertz pulsed light L5, which is diverged after being condensed by the condensing lens 10), to the terahertz photodetector 6 is configured.
  • control / arithmetic processing unit 7 is configured to perform each measurement mode corresponding to the first to fifth measurement modes described above, but instead, You may comprise so that each measurement mode corresponded to the 6th and 7th measurement mode mentioned above may be performed.
  • the condenser lens 11 should be read as the condenser lens 10 in the description of the first to seventh measurement modes described above.
  • the reference position of the condenser lens 10 is a position where the rear focal point of the condenser lens 10 coincides with the focal point of the parabolic mirror 31.
  • the present embodiment also provides the same advantages as those of the first embodiment.
  • the positive or negative is relatively small between the condenser lens 11 and the installation position of the sample 100 or between the condenser lens 11 and the parabolic mirror 12.
  • a transmissive optical element having a refractive power for example, a convex lens or a concave lens
  • the light of the transmitted optical element that has been added at the stage 13 is used.
  • the axial position may be adjusted.
  • the second condensing optical system is replaced with an ellipsoidal mirror and a positive or negative comparative mirror instead of the condensing lens 11 and the parabolic mirror 12.
  • the optical axis direction of the transmissive optical element is adjusted with the stage 13 instead of the transmission optical element having a small refractive power (for example, a convex lens or a concave lens). The position may be adjusted.
  • the ellipsoidal mirror is disposed such that the first focal point of the ellipsoidal mirror is located at a position shifted from the rear focal point of the condenser lens 10 in the optical axis direction, and the transmission optical element is arranged. May be disposed between the first focal point and the ellipsoidal mirror, and the effective light receiving region of the terahertz light detector 6 may be disposed at the second focal point of the elliptical mirror.
  • each of the above-described embodiments is an example in which the present invention is applied to a time-series conversion terahertz spectrometer.
  • the present invention is not limited to other terahertz spectrometers or terahertz light. It can also be applied to other measuring devices used. [0135] While various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

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Abstract

　テラヘルツパルス光を利用した測定装置は、テラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生器と、テラヘルツパルス光を検出するテラヘルツ光検出器と、テラヘルツ光発生器から発生したテラヘルツパルス光を集光させる第１の集光光学系と、第１の集光光学系により集光された後に発散するテラヘルツパルス光をテラヘルツ光検出器に集光させる第２の集光光学系とを備え、試料が第１の集光光学系によるテラヘルツパルス光の集光位置付近に配置され、第１及び第２の集光光学系のうちの少なくとも一方の集光光学系は、正又は負の屈折力を有する少なくとも１つの光学素子を含み、テラヘルツ光検出器が試料を透過したテラヘルツパルス光を検出するとき、少なくとも１つの光学素子の光軸方向の位置を調整する位置調整機構と、位置調整機構を制御する制御部とをさらに備える。

Description

明 細 書
測定装置
技術分野
[0001] 本発明は、テラへルツ分光装置などのテラへルツ光を用いた測定装置に関するも のである。
背景技術
[0002] 従来から、テラへルツ光発生器カゝら発生したテラへルツパルス光^^光させる第 1 の集光光学系と、前記第 1の集光光学系により集光された後に発散するテラへルツ パルス光をテラへルツ光検出器に集光させる第 2の集光光学系と、を備え、試料が前 記第 1の集光光学系による前記テラへルツパルス光の集光位置付近に配置されて、 前記試料を透過したテラへルツパルス光が前記テラへルツ光検出器により検出され る測定装置が提供されている (例えば、下記特許文献 1, 2)。
[0003] このような従来の測定装置では、特許文献 1, 2に開示されているように、前記第 1 の集光光学系は、テラへルツ光発生器カゝら発生したテラへルツパルス光を平行光束 にする第 1の放物面鏡と、この平行光束を焦点に集光させる第 2の放物面鏡とから構 成されている。また、前記第 2の集光光学系は、第 2の放物面鏡で集光された後に発 散するテラへルツパルス光を平行光束にする第 3の放物面鏡と、この平行光束をテラ ヘルツ光検出器に集光させる第 4の放物面鏡とから構成されている。そして、装置の 製造時に、テラへルツ光発生器は第 1の放物面鏡の焦点に配置され、テラへルツ光 検出器は第 4の放物面鏡の焦点に配置されて、これらの位置関係が固定されている 。すなわち、従来の測定装置では、試料がない状態において、テラへルツパルス光 が最も良い合焦状態でテラへルツ光検出器の有効受光領域に集光するように、設定 されている。
[0004] このように、テラへルツ分光装置などのテラへルツ光を用いた測定装置では、試料 の小領域について透過測定を行う場合、前述した第 1及び第 2の集光光学系を用い るのが一般的である。これは、テラへルツ光の波長が長いため（例えば、周波数 1TH zの場合の波長は約 300 m)、回折効果が大きく作用し、小さな径のテラへルツ光 の平行光を作ることができな 、ためである。
[0005] 特許文献 1 :特開 2003— 75251号公報
特許文献 2：特開 2004— 212110号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかしながら、前記従来の測定装置では、試料を前記第 1の集光光学系の集光位 置付近に配置すると、当該試料の持つ厚みと屈折率のために、テラへルツ光検出器 に対するテラへルツパルス光の集光状態が低下し、 V、わばピントのボケが生ずること が、判明した。
[0007] ここで、試料 100がない場合の、前記従来の測定装置における第 2及び第 3の放物 面鏡 102, 103の付近のテラへルツパルス光の様子を、図 1に模式的に示す。また、 試料 100を配置した場合の、前記従来の測定装置における第 2及び第 3の放物面鏡 102, 103の付近のテラへルツパルス光の様子を、図 2に模式的に示す。なお、両者 の比較を容易にするため、図 2中には、図 1中の点 Aの後のテラへルツパルス光の様 子も点線で示している。
[0008] 図 1及び図 2に示すように、第 1の放物面鏡（図示せず)からの平行光束のテラヘル ッパルス光が第 2の放物面鏡 102に入射され、第 2の放物面鏡 102により反射されて 図 1及び図 2中の点 Aに集光される。点 Aは第 2の放物面鏡 102の焦点であり、第 3 の放物面鏡 103の焦点と一致して 、る。
[0009] 図 1に示すように試料 100がな 、場合、点 Aに集光されたテラへルツパルス光は、 点 A力も発した発散光束となって、第 3の放物面鏡 103に入射され、第 3の放物面鏡 103により反射されて平行光束となる。この平行光束は、第 4の放物面鏡（図示せず） で反射され、第 4の放物面鏡の焦点に配置されたテラへルツ光検出器（図示せず）に 理想的に集光される。
[0010] 一方、図 2に示すように試料 100が点 A付近に配置されている（図 2に示す例では、 試料 100は、その前側の面が点 Aと一致するように配置されている）場合、第 2の放 物面鏡 102で反射されたテラへルツパルス光が試料 100により屈折されるため、試料 100を透過したテラへルツパルス光は、見かけ上、点 Aからずれた点 Bカゝら発した発 散光束と同じ発散光束となって、第 3の放物面鏡 103に入射される。点 Bは点 A (第 3 の放物面鏡 103の焦点）からずれているので、放物面鏡 103により反射されたテラへ ルツパルス光は、平行光束にならない。このため、その後に第 4の放物面鏡により反 射されたテラへルツパルス光は、第 4の放物面鏡の焦点に理想的に集光し得ず、し たがって、第 4の放物面鏡の焦点に配置されたテラへルツ光検出器に対するテラへ ルツパルス光の集光状態が低下し、 V、わばピントのボケが生ずる。
[0011] その結果、試料がない場合と試料が配置された場合とでは、テラへルツ検出器の 有効受光領域に対するテラへルツパルス光の入射状況が変化してしまう。このとき、 テラへルツパルス光の各波長成分毎にその入射状況の変化の様子も異なる。このよ うな傾向は、テラへルツ光検出器として、ダイポールアンテナ等を用いた光伝導アン テナなどの、有効受光領域の小さい検出器を用いた場合に、大きくなる。
[0012] したがって、前記従来の測定装置では、テラへルツ光検出器に対するテラへルツパ ルス光の集光状態の変化によって、 SN比が低下したり、測定により得られる分光特 性が本来の分光特性力 変化したりする。このため、前記従来の測定装置では、試 料の持つ厚みと屈折率に起因して、測定誤差が大きくなる。
[0013] 例えば、分光測定を行う場合、一般的に、試料を配置した状態で得た検出信号を 試料がない状態で得た検出信号 (リファレンス信号)と比較するため、試料の持つ厚 みと屈折率に起因するピントのボケが、測定誤差の大きな要因となる。また、分光測 定を行う場合、試料を配置した状態で得た検出信号を、当該試料に代えて参照用試 料 (例えば、ガラス板等)を配置した状態で得た検出信号と比較する場合もある。この 場合にも、本来の測定の対象としての試料と参照用試料とで厚みや屈折率が異なる こと〖こよって、本来の試料を配置した場合と参照用試料を配置した場合とで、テラへ ルツ検出器の有効受光領域に対するテラへルツパルス光の入射状況が変化してし まう。よって、参照用試料を用いて分光測定を行う場合にも、試料の持つ厚みと屈折 率に起因して、測定誤差が大きくなる。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明の第 1の態様によると、テラへルツパルス光を利用した測定装置は、テラへ ルツパルス光を発生するテラへルツ光発生器と、テラへルツパルス光を検出するテラ ヘルツ光検出器と、テラへルツ光発生器カゝら発生したテラへルツパルス光を集光させ る第 1の集光光学系と、第 1の集光光学系により集光された後に発散するテラへルツ パルス光をテラへルツ光検出器に集光させる第 2の集光光学系とを備え、試料が第 1 の集光光学系によるテラへルツパルス光の集光位置付近に配置され、第 1及び第 2 の集光光学系のうちの少なくとも一方の集光光学系は、正又は負の屈折力を有する 少なくとも 1つの光学素子を含み、テラへルツ光検出器が試料を透過したテラへルツ パルス光を検出するとき、少なくとも 1つの光学素子の光軸方向の位置を調整する位 置調整機構と、位置調整機構を制御する制御部とをさらに備える。
本発明の第 2の態様によると、第 1の態様の測定装置において、制御部は、試料を 透過したテラへルツパルス光がテラへルツ光検出器に合焦する方向に位置調整機 構を制御するのが好まし 、。
本発明の第 3の態様によると、第 1又は 2の態様の測定装置において、制御部は、 試料の厚みと屈折率とに応じて位置調整機構を制御するのが好ましい。
本発明の第 4の態様によると、第 1〜3のいずれかの態様の測定装置において、制 御部は、試料を透過したテラへルツパルス光のテラへルツ光検出器に対する合焦状 態力 試料がな 、場合のテラへルツ光検出器に対するテラへルツパルス光の合焦状 態と同じになるように、位置調整機構を制御するのが好ま 、。
本発明の第 5の態様によると、第 1の態様の測定装置において、テラへルツ光発生 器は、自身に入射されるポンプノ ルス光に応答してテラへルツパルス光を発生し、テ ラヘルツ光検出器は、自身に入射されるプローブパルス光に応答してテラへルツパ ルス光を検出し、ポンプパルス光の光路の光路長とプローブパルス光の光路の光路 長とを相対的に変え得るようにする光路長可変部をさらに備えるのが好ましい。
本発明の第 6の態様によると、第 2〜4のいずれかの態様の測定装置において、テ ラヘルツ光発生器は、自身に入射されるポンプパルス光に応答してテラへルツパル ス光を発生し、テラへルツ光検出器は、自身に入射されるプローブノ ルス光に応答し てテラへルツパルス光を検出し、ポンプパルス光の光路の光路長とプローブパルス 光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする光路長可変部を備えるのが好ま しい。 本発明の第 7の態様によると、第 6の態様の測定装置において、試料がない状態で 、光路長可変部によりポンプパルス光の光路の光路長とプローブパルス光の光路の 光路長とを相対的に変えながら得られるテラへルツ光検出器力 の検出信号に基づ V、て、テラへルツ光検出器に入射するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形 を得る第 1の時系列波形取得部と、試料が第 1の集光光学系によるテラへルツパルス 光の集光位置付近に配置された状態で、光路長可変部によりポンプパルス光の光 路の光路長とプローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得られるテ ラヘルツ光検出器からの検出信号に基づいて、テラへルツ光検出器に入射するテラ ヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る第 2の時系列波形取得部と、第 1の 時系列波形取得部により得られた時系列波形のピークと第 2の時系列波形取得部に より得られた時系列波形のピークとの間の時間差に基づいて、少なくとも 1つの光学 素子の移動量を演算する演算部とをさらに備え、制御部は、演算部により得られた移 動量に従って位置調整機構を制御するのが好ま ヽ。
本発明の第 8の態様によると、第 6の態様の測定装置において、試料の代わりに参 照用試料が第 1の集光光学系によるテラへルツパルス光の集光位置付近に配置され た状態で、光路長可変部によりポンプパルス光の光路の光路長とプローブパルス光 の光路の光路長とを相対的に変えながら得られるテラへルツ光検出器からの検出信 号に基づ 、て、テラへルツ光検出器に入射するテラへルツパルス光の電場強度の時 系列波形を得る第 1の時系列波形取得部と、試料が第 1の集光光学系によるテラへ ルツパルス光の集光位置付近に配置された状態で、光路長可変部によりポンプパル ス光の光路の光路長とプローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得 られるテラへルツ光検出器からの検出信号に基づいて、テラへルツ光検出器に入射 するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る第 2の時系列波形取得部と 、第 1の時系列波形取得部により得られた時系列波形のピークと第 2の時系列波形 取得部により得られた時系列波形のピークとの間の時間差に基づいて、少なくとも 1 つの光学素子の移動量を演算する演算部とをさらに備え、制御部は、演算部により 得られた移動量に従って位置調整機構を制御するのが好ましい。
本発明の第 9の態様によると、第 5の態様の測定装置において、制御部は、 (i)試料が第 1の集光光学系によるテラへルツパルス
光の集光位置付近に配置された状態で、光路長可変部によりポンプパルス光の光 路の光路長とプローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得られるテ ラヘルツ光検出器からの検出信号をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、光路長 可変部により各光路の光路長を当該検出信号が最大となるような光路長に固定し、
(ii)この固定状態において、位置調整機構により光学素子を移動させながら得られる テラへルツ光検出器からの検出信号をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、当該 検出信号が最大となるような位置に光学素子が位置するように位置調整機構を制御 するのが好ましい。
本発明の第 10の態様によると、第 3の態様の測定装置において、制御部は、第 1の 集光光学系により集光された後に試料を透過しな 、で発散するテラへルツパルス光 の発散点と、第 1の集光光学系により集光された後に試料を透過して発散するテラへ ルツパルス光の発散点とのずれ量を、試料の厚みと屈折率とに基づき演算し、演算 したずれ量に応じて位置調整機構を制御するのが好ましい。
本発明の第 11の態様によると、第 1の態様の測定装置において、制御部は、試料 がある場合およびない場合いずれにおいても、第 1の集光光学系の後側焦点と第 2 の集光光学系の前側焦点とがー致するように位置調整機構を制御するのが好ましい 本発明の第 12の態様によると、第 1の態様の測定装置において、制御部は、試料 が集光位置付近にない場合に、少なくとも 1つの光学素子を所定の第 1の位置に位 置するように位置調整機構を調整し、試料が集光位置付近にある場合に、少なくとも 1つの光学素子を第 1の位置力 ずれた第 2の位置に位置するように位置調整機構 を調整し、テラへルツ光検出器は、試料が集光位置付近にない状態でかつ少なくと も 1つの光学素子が第 1の位置に位置する状態で、テラへルツパルス光を検出して 第 1の検出結果を出力し、試料が集光位置付近にある状態でかつ少なくとも 1つの光 学素子が第 2の位置に位置する状態で、テラへルツパルス光を検出して第 2の検出 結果を出力し、第 1の検出結果と第 2の検出結果に基づき、試料の分光データを生 成する分光データ生成部をさらに備えるのが好ま 、。 本発明の第 13の態様によると、第 1の態様の測定装置において、制御部は、試料 が集光位置付近にない場合に、少なくとも 1つの光学素子を所定の第 1の位置に位 置するように位置調整機構を調整し、試料が集光位置付近にある場合に、少なくとも 1つの光学素子を第 1の位置力 ずれた第 2の位置に位置するように位置調整機構 を調整し、参照用試料が集光位置付近にある場合に、少なくとも 1つの光学素子を第 1の位置カゝらずれた第 3の位置に位置するように位置調整機構を調整し、テラへルツ 光検出器は、参照用試料が集光位置付近にある状態でかつ少なくとも 1つの光学素 子が第 3の位置に位置する状態で、テラへルツパルス光を検出して第 1の検出結果 を出力し、試料が集光位置付近にある状態でかつ少なくとも 1つの光学素子が第 2の 位置に位置する状態で、テラへルツパルス光を検出して第 2の検出結果を出力し、 第 1の検出結果と第 2の検出結果に基づき、試料の分光データを生成する分光デー タ生成部をさらに備えるのが好ましい。
本発明の第 14の態様によると、第 12の態様の測定装置において、制御部は、試料 の厚みと屈折率に基づき、第 1の位置力もの第 2の位置のずれ量を求めるのが好まし い。
本発明の第 15の態様によると、第 13の態様の測定装置において、制御部は、試料 の厚みと屈折率に基づき、第 1の位置力 の第 2の位置のずれ量を求め、参照用試 料の厚みと屈折率に基づき、第 1の位置力もの第 3の位置のずれ量を求めるのが好 ましい。
上記テラへルツ光発生器はテラへルツ光発生手段と、テラへルツ光検出器はテラ ヘルツ光検出手段と、第 1の集光光学系は第 1の集光光学系手段と、第 2の集光光 学系は第 2の集光光学系手段と、制御部は制御手段と、光路長可変部は光路長可 変手段と、第 1の時系列波形取得部は第 1の時系列波形取得手段と、第 2の時系列 波形取得部は第 2の時系列波形取得手段と、演算部は演算手段と、分光データ生 成部は分光データ生成手段と置き換えてもよ 、。
発明の効果
本発明によれば、試料の持つ厚みと屈折率に起因する測定誤差を低減することが できる。 図面の簡単な説明
[図 1]試料がない場合の、従来の測定装置における第 2及び第 3の放物面鏡の付近 のテラへルツパルス光の様子を模式的に示す図である。
[図 2]試料を配置した場合の、従来の測定装置における第 2及び第 3の放物面鏡の 付近のテラへルツパルス光の様子を模式的に示す図である。
[図 3]図 2中の試料付近のテラへルツパルス光の光線の様子を示す図である。
[図 4]本発明の第 1の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図である
[図 5]本発明の第 1の実施の形態による測定装置の第 1の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 6]本発明の第 1の実施の形態による測定装置の第 2の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 7]本発明の第 1の実施の形態による測定装置の第 3の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 8]本発明の第 1の実施の形態による測定装置の第 4の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 9]本発明の第 1の実施の形態による測定装置の第 5の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 10]図 9に引き続く概略フローチャートである。
[図 11]リファレンス測定で得られる時系列波形及び試料予備測定で得られる時系列 波形の例を示す図である。
[図 12]本発明の第 2の実施の形態による測定装置の第 6の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 13]本発明の第 2の実施の形態による測定装置の第 7の測定モードの動作を示す 概略フローチャートである。
[図 14]本発明の第 3の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図であ る。
[図 15]図 15は、本発明の第 4の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構 成図である。
[図 16]本発明の第 5の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図であ る。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明による測定装置について、図面を参照して説明する。
[0018] [第 1の実施の形態]
本発明の第 1の実施の形態の説明に先立って、本実施の形態における測定誤差 低減の原理の理解を容易にするために、図 3を参照して、図 2中の点 Aと点 Bとの間 の距離（点 A, B間のずれ量） S Lを求めておく。図 3は、図 2中の試料 100付近のテ ラヘルツパルス光の光線の様子を示す図である。先の説明からわ力るように、点 Aは 、試料 100がない場合に第 3の放物面鏡 103に入射するテラへルツパルス光の発散 光束の発散点である。点 Bは、試料 100を配置した場合に第 3の放物面鏡 103に入 射するテラへルツパルス光 (試料 100を透過した透過光）の発散光束の見かけ上の 発散点である。
[0019] 今、図 3に示すように、試料 100が真空中に設置され、試料 100の屈折率が n、試 料 100の厚みが Dであるものとする。そして、この試料 100に点 A力 入射角度 Θで 入射する光線を考える。この光線は、点 Aで屈折した後、点 Cで試料 100から出射す る。図 3に示すように、試料 100の後側の面における光軸上の点を E、 ZBACを 0 '、 点 Bと点 Eとの間の距離を δ D、点 Cと点 Eとの間の距離を dとする。点 A, Bは光軸上 にある。スネルの法則に従って、 ZCBE= Θとなる。
[0020] 図 3からわかるように、点 A, B間のずれ量 δ Lは、下記の式 1で与えられる。
6 L=D- δ Ό (式 1)
[0021] また、図 2中の距離 dは、下記の式 2及び式 3によりそれぞれ表される。式 2及び式 3 力も、 δ Dは下記の式 4で与えられる。
6 Dtan 0 =d (式 2)
Dtan Q ' =d (式 3)
δ D=D (tan 0 ' /tan Θ )
= D (sin 0 ' -cos 0 ) / (sin 0 -cos 0 ' ) (式 4) [0022] また、スネルの法則から、下記の式 5が成立する。
sin Θ ' = (sin θ ) /η (式 5)
[0023] 式 4及び式 5を式 1に代入すると、下記の式 6を得る。式 6において Θ→0の極限をと ると、ずれ量 δ Lは下記の式 7で示す通りとなる。
6 L=D (l - (l/n) - (cos 0 /cos 0 ' ) ) (式 6)
6 L=D (l - l/n) (式 7)
[0024] 図 2及び図 3に示す例では、試料 100は、その前側の面が点 Aと一致するように配 置されている力 試料 100がその位置力も前後にずれても、式 7はそのまま成立する
[0025] 以上を一般ィ匕すると、テラへルツパルス光が集光されることでその後に発散光束と なる状況において、試料 100がない場合の発散光束の発散点 Aと、試料 100魏光 位置付近に配置した場合の発散光束の見かけ上の発散点 Bとの間のずれ量 δ Lは、 式 7で与えられること力 わかる。
[0026] 図 4は、本発明の第 1の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図で ある。
[0027] 本実施の形態による測定装置は、テラへルツ分光装置、特に、時系列変換テラへ ルツ分光装置として構成されている。この時系列変換テラへルツ分光装置では、試 料を透過したテラへルツパルス光の電場の時系列波形を測定し、この時系列波形を フーリエ変換することにより、試料の分光特性を測定する。
[0028] 本実施の形態による測定装置では、図 4に示すように、フェムト秒パルス光源 1から フェムト秒パルス光 L1が、ビームスプリッタ 2で 2つのパルス光 L2, L3に分割される。
[0029] ビームスプリッタ 2で分割された一方のパルス光 L2は、ダイポールアンテナ等を用 いた光伝導アンテナ等の光スィッチ素子又は ΕΟ結晶などのテラへルツ光発生器 3を 励起してこの発生器 3にテラへルツパルス光を発生させるための、ポンプパルス光（ パルス励起光）となる。このポンプパルス光 L2は、テラへルツ光発生器 3へ導かれる 。その結果、ポンプパルス光 L2に応答して、テラへルツ光発生器 3が励起されてテラ ヘルツパルス光 L4を放射する。なお、テラへルツ光発生器 3として光スィッチ素子を 用いる場合には、図示しな ヽバイアス電源によりバイアス電圧がテラへルツ光発生器 3に印カロされる。
[0030] ビームスプリッタ 2で分割された他方のパルス光 L3は、テラへルツパルス光を検出 するタイミングを定めるプローブパルス光となる。このプローブパルス光 L3は、 2枚も しくは 3枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡 4、更には平面鏡 5を経て、テラへ ルツ光検出器 6へ導かれる。本実施の形態では、テラへルツ光検出器 6として、ダイ ポールアンテナを用いた光スィッチ素子が用いられて 、るが、必ずしもこれに限定さ れるものではない。
[0031] プローブパルス光 L3の光路上に配置された可動鏡 4は、制御.演算処理部 7による 制御下で、光路長可変用の移動機構としてのステージ 8により図 4中の左右方向に 移動可能となっている。可動鏡 4の移動量に応じて、プローブパルス光 L3の光路長 が変わり、プローブノ ルス光 L3がテラへルツ光検出器 6へ到達する時間が遅延する 。すなわち、本実施の形態では、可動鏡 4及び光路長可変用ステージ (遅延ステー ジ） 8が、プローブパルス光 L3の光路長をポンプパルス光 L2の光路長に対して相対 的に変え得るようにする光路長可変部を構成している。テラへルツ光発生器 3から発 生するテラへルツパルス光の発生期間とプローブパルス光 L3がテラへルツ光検出器 6に到達するタイミングを一致させる必要がある。また、いわゆるポンプープローブ法 により、テラへルツパルス光の時系列波形を得るためには、テラへルツ光発生器 3か ら発生したテラへルツパルス光がテラへルツ光検出器 6に到達して 、る期間内にお けるプローブノ ルス光 L3のタイミングを変える必要がある。このため、本実施の形態 では、前記光路長可変部が設けられている。
[0032] テラへルツ光発生器 3で発生するテラへルツパルス光 L4としては、概ね 0. 1 X 101 2から 100 X 1012ヘルツまでの周波数領域の光が望ましい。このテラへルツパルス光 L4は、放物面鏡 9及び正の屈折力を有する光学素子 (本実施の形態では、透過光 学素子）としての集光レンズ 10を経て、集光位置に集光される。放物面鏡 9は、テラ ヘルツパルス光 L4を平行光束に変換し、集光レンズ 10は、その焦点に、平行光束と なったテラへルツパルス光 L4を集光させる。
[0033] 本実施の形態では、放物面鏡 9及び集光レンズ 10が、テラへルツ光発生器 3から 発生したテラへルツパルス光を集光させる第 1の集光光学系を構成している。集光レ ンズ 10の焦点付近には、測定対象物としての試料 100の測定部位が配置される。た だし、後述するリファレンス測定等の際には、試料 100が配置されな力つたり、参照用 試料 (図示せず)が配置されたりする。
[0034] 試料 100を透過等したテラへルツノ ルス光 L5は、当初は発散光束となる力 正の 屈折力を有する透過光学素子としての集光レンズ 11により平行光束に変換され、更 に、放物面鏡 12によりテラへルツ光検出器 6の有効受光領域に集光される。本実施 の形態では、集光レンズ 11及び放物面鏡 12が、前記第 1の集光光学系により集光さ れた後に発散するテラへルツパルス光 L5をテラへルツ光検出器 6に集光させる第 2 の集光光学系を、構成している。
[0035] 前記第 1及び第 2の集光光学系に含まれる透過光学素子 (本実施の形態では、集 光レンズ 10, 11)を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリメチルペンテ ン、石英、サファイア、シリコン、ガリウム砒素、 MgO、 Ge、ダイヤモンドなどを挙げる ことができる。これらの材料はテラへルツパルス光の透過率が比較的高いので、好ま しい。
[0036] そして、本実施の形態では、集光レンズ 11の光軸方向の位置を調整する位置調整 機構として、ステージ 13が設けられている。後に詳述するが、本実施の形態では、制 御 ·演算処理部 7による制御下で、集光レンズ 11の光軸方向の位置が調整されること で、試料 100を配置した場合、試料 100を配置しない場合、試料 100に代えて参照 用試料を配置した場合の 、ずれの場合であっても、集光レンズ 11を透過したテラへ ルツパルス光 L5は、常に実質的に平行光束となる。これにより、テラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の集光状態が低下することがなぐピントのボケが 生じない。
[0037] テラへルツ光検出器 6に集光されたテラへルツパルス光 L5は、テラへルツ光検出 器 6により検出されて電気信号に変換される。この電気信号は、増幅器や AZD変換 器やコンピュータ等からなる制御 ·演算処理部 7に供給され、増幅や AZD変換等が なされてテラへルツパルス光の電場強度の検出信号として内部メモリ内に取り込まれ る。
[0038] フェムト秒パルス光源 1から放射されるフェムト秒パルス光 L1の繰り返し周期は、数 kHzから 100MHzオーダーである。したがって、テラへルツ光発生器 3から放射され るテラへルツパルス光 L4も、数 kHzから 100MHzオーダーの繰り返しで放射される 。現在のテラへルツ光検出部 6では、このテラへルツパルス光の波形を瞬時に、その 形状のまま計測することは不可能である。
[0039] したがって、本実施の形態では、同じ波形のテラへルツパルス光 L5が数 kHzから 1 OOMHzオーダーの繰り返しで到来することを利用して、ポンプパルス光 L2とプロ一 ブパルス光 L3との間に時間遅延を設けてテラへルツパルス光 L5の波形を計測する 、いわゆるポンプープローブ法を採用している。
[0040] すなわち、ポンプパルス光 L2により作動されたテラへルツ光発光器 3から発生した テラへルツパルス光がテラへルツ光検出器 6に到達するタイミングに対して、プローブ パルス光によりテラへルツ光検出器 6を作動させるタイミングを時間てだけ遅らせる。 これににより、時間てだけ遅れた時点でのテラへルツパルス光 L5の電場強度をテラ ヘルツ光検出器 6で測定できる。
[0041] 言い換えれば、プローブ光 L3は、テラへルツ光検出器 6に対してゲートをかけてい ることになる。また、可動鏡 4を徐々に移動させることは、遅延時間 τを徐々に変える ことにほかならない。前記光路長可変部によってゲートをかけるタイミングをずらしな がら、繰り返し到来するテラへルツパルス光 L5の各遅延時間てごとの時点の電場強 度をテラへルツ光検出器 6から電気信号として順次得ることによって、テラへルツパル ス光 L5の電場強度の時系列波形 Ε ( τ )を計測することができる。
[0042] 本実施の形態では、テラへルツパルス光の電場強度の時系列波形 Ε ( τ )の計測 時には、制御 ·演算処理部 7が、ステージ 8に制御信号を与えて、前記遅延時間てを 徐々に変化させながら、テラへルツ光検出器 6から電気信号を増幅及び AZD変換 したデータを制御 ·演算処理部 7内の図示しないメモリに順次格納する。これによつて
、最終的に、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形 Ε ( τ )を示すデータ 全体をメモリに格納する。このような時系列波形 Ε ( τ )を示すデータを、試料 100を 図 4に示す位置に配置した場合と、試料 100を配置しない場合又は試料 100に代え て参照用試料 (例えば、ガラス板等)を配置した場合について取得する。制御'演算 処理部 7は、これらのデータに基づいて、試料 100の分光データを求め、これを液晶 パネルや CRT等の表示部 14に表示させる。
[0043] 本実施の形態では、制御 ·演算処理部 7は、キーボード又はその他の操作器等から なる入力部 15からの指令に応じて、図 5〜図 9に示す第 1〜第 5の測定モードの動作 を実現する。もっとも、本発明では、第 1〜第 5の測定モードのうちのいずれか 1つ又 は 2つ以上の測定モードのみを実現するように、制御 ·演算処理部 7を構成してもよ ヽ
[0044] 第 1の測定モードは、リファレンス測定を試料 100がない状態 (集光レンズ 10, 11 間に何も配置しない状態)で行い、試料 100の屈折率 nが既知である場合に、試料 1 00の分光データを得る測定モードである。図 5は、第 1の測定モードの動作を示す概 略フローチャートである。
[0045] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 1の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。まず、測定者に試料 100の厚み Dと屈折率 nの入力を促す表示を表示 部 14に表示させ、入力部 15からそれらが入力される (ステップ S1)と、ステップ S2へ 移行する。なお、試料 100の厚み Dは、予め計測しておく。
[0046] ステップ S2において、制御.演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、集光レンズ 1 1を基準位置に位置させる。この基準位置は、集光レンズ 11の前側焦点が集光レン ズ 10の後側焦点と一致する位置であり、試料 100がな 、場合にテラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光の合焦状態が良くなる位置である。基準位置は、予め 制御 ·演算処理部 7のメモリに記憶させておく。
[0047] 次に、制御 ·演算処理部 7は、試料 100がない状態でリファレンス測定を行う（ステツ プ S3)。すなわち、制御 ·演算処理部 7は、試料 100がない状態で、前述したようにス テージ 8に制御信号を与えて前記遅延時間 τを徐々に変化させながらテラへルツ光 検出器 6からの検出信号のデータを内部メモリに取り込んでいく。これにより、テラへ ルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する。
[0048] 次いで、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 7で表されるずれ 量 δ Lを、式 7に従って演算する (ステップ S4)。このとき、ステップ S1で入力された試 料 100の厚み D及び屈折率 nを用いる。
[0049] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、前記基準位置から、ステツ プ S4で得た移動量 (ずれ量 δ L)だけ、集光レンズ 11を試料 100の設置位置力ゝら遠 ざ力る方向へ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停止させる (ステップ S 5)。前 述した図 1〜図 3に関連した説明から理解できるように、集光レンズ 11がこの位置に 位置すると、集光レンズ 11の焦点力 試料 100を図 4に示す位置に配置した状態に おけるテラへルツノ ルス光 L5の見かけ上の発散点と一致する。これにより、試料 100 を図 4に示す位置に配置した状態で、テラへルツパルス光 L5は集光レンズ 11によつ て平行光束となって、放物面鏡 12に入射する。なお、この焦点レンズ 11の位置は、 試料 100がある状態での、集光レンズ 11の前側焦点が集光レンズ 10の後側焦点と 一致する位置といえる。
[0050] したがって、ステップ S5の集光レンズ 11の位置調整後では、試料 100を図 4に示 す位置に配置した場合のテラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の集 光状態は、集光レンズ 11が前記基準位置に位置して 、て試料 100がな 、場合のテ ラヘルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の集光状態と同様となる。これに より、良好な合焦状態を維持することができる。この状態が、集光レンズ 11が前記基 準位置に位置して 、て試料 100力図 4に示す位置に配置された場合のテラへルツ光 検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の合焦状態に比べて良くなることは、言うま でもない。
[0051] 引き続いて、制御 ·演算処理部 7は、試料 100が図 4に示す位置に配置された状態 で試料測定を行う（ステップ S6)。すなわち、制御'演算処理部 7は、試料 100が図 4 に示す位置に配置された状態で、前述したようにステージ 8に制御信号を与えて前 記遅延時間 τを徐々に変化させながらテラへルツ光検出器 6からの検出信号のデー タを内部メモリに取り込んでいくことで、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列 波形を取得する。
[0052] 次に、制御 ·演算処理部 7は、ステップ S3で得た参照用時系列波形及びステップ S 6で得た時系列波形をそれぞれフーリエ変換する。フーリエ変換により得られた各波 長成分毎に、ステップ S6で得た時系列波形の成分をステップ S3で得た時系列波形 の成分で除算することで、分光データを作成する (ステップ S7)。その後、制御'演算 処理部 7は、この分光データを表示部 14に表示させ、第 1の測定モードを終了する。 [0053] この第 1の測定モードでは、ステップ S3のリファレンス測定においてもステップ S6の 試料測定にぉ 、ても、テラへルツパルス光 L5のテラへルツ光検出器 6に対する集光 状態は、互いに同じように良好な合焦状態となる。したがって、試料 100の厚み D及 び屈折力 nに起因する測定誤差を低減することができる。
[0054] 第 2の測定モードは、リファレンス測定を試料 100がな 、状態で行!ヽ、試料 100の 屈折率 nが未知である場合に、試料 100の分光データを得る測定モードである。図 6 は、第 2の測定モードの動作を示す概略フローチャートである。
[0055] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 2の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。まず、測定者に試料 100の厚み Dの入力を促す表示を表示部 14に表 示させ、入力部 15からそれが入力される (ステップ S11)と、ステージ 13を制御して、 集光レンズ 11を前記基準位置に位置させる (ステップ S 12)。
[0056] 次に、制御 ·演算処理部 7は、前述したステップ S3と同じく試料 100がない状態でリ ファレンス測定を行 ヽ、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する (ステップ S 13)。
[0057] 次いで、制御'演算処理部 7は、集光レンズ 11が前記基準位置に位置した状態の ままで、前述したステップ S6の試料測定と同様の試料予備測定を行う（ステップ S14 )。すなわち、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11が前記基準位置に位置しかつ試 料 100が図 4に示す位置に配置された状態で、テラへルツパルス光 L5の電場強度 の時系列波形を取得する。
[0058] 図 11は、ステップ S13のリファレンス測定で得られる時系列波形及びステップ S14 の試料予備測定で得られる時系列波形の例を示す図である。既に説明したように試 料 100の厚みを D、試料 100の屈折率を nとし、更に、図 11に示すように両時系列波 形のピーク間の時間差を δ t、光速を cとすると、下記の式 8が成立する。
n= ( 6 t/D) -c + l (式 8)
[0059] ステップ S 14の後に、制御.演算処理部 7は、ステップ S 13, 14で得られた各時系 列波形のピーク間の時間差 δ tを求め、この時間差 δ tを用いて、試料 100の屈折率 nを式 8に従って算出する (ステップ S15)。このとき、ステップ S 11で入力された試料 100の厚み Dを用いる。 [0060] 次いで、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 7で表されるずれ 量 δ Lを、式 7に従って演算する（ステップ S 16)。このとき、ステップ S 11で入力され た試料 100の厚み D、及び、ステップ S15で算出された試料 100の屈折率 nを用いる
[0061] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、前記基準位置から、ステツ プ S 16で得た移動量（ずれ量 δ L)だけ、集光レンズ 11を試料 100の設置位置から 遠ざ力る方向へ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停止させる (ステップ S17) 。集光レンズ 11がこの位置に位置すると、前述したステップ S5の場合と同様に、試料 100を図 4に示す位置に配置した場合のテラへルツ光検出器 6に対するテラへルツ パルス光 L5の集光状態は、集光レンズ 11が前記基準位置に位置していて試料 100 がない場合のテラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の集光状態と同 様となり、良好な合焦状態を維持することができる。
[0062] 引き続いて、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S6〜S8と同様のステップ S1 8〜S20の処理を行い、第 2の測定モードを終了する。なお、ステップ S19における 分光データの作成は、ステップ S 13のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び 、ステップ S18の試料測定で得た時系列波形を用いて行い、ステップ S14の試料予 備測定で得た時系列波形は用いな 、。
[0063] この第 2の測定モードでは、前記第 1の測定モードと同様に、ステップ S13のリファ レンス測定においてもステップ S 18の試料測定においても、テラへルツパルス光 L5 のテラへルツ光検出器 6に対する集光状態は、互いに同じように良好な合焦状態と なる。したがって、試料 100の厚み D及び屈折力 nに起因する測定誤差を低減するこ とがでさる。
[0064] 第 3の測定モードは、リファレンス測定を参照用試料を配置した状態で行 、、試料 1 00の屈折率 n及び参照用試料の屈折率 n'が既知である場合に、試料 100の分光デ ータを得る測定モードである。図 7は、第 3の測定モードの動作を示す概略フローチ ヤートである。
[0065] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 3の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。まず、測定者に試料 100の厚み Dと屈折率 n及び参照用試料の厚み D' と屈折率 n'の入力を促す表示を表示部 14に表示させ、入力部 15からそれらが入力 される (ステップ S21)と、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を前記基準位置に位 置させる（ステップ S22)。
[0066] 次に、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、下記の式 9で表される 参照用試料に関するずれ量 δ L'を、式 9に従って演算する (ステップ S23)。このとき 、ステップ S21で入力された参照用試料の厚み D'及び屈折率 n'を用いる。なお、式 9は、式 7を参照用試料に合わせて書き換えたものである。
6 L' =D' (1 - 1/η' ) (式 9)
[0067] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、前記基準位置から、ステツ プ S23で得た移動量 (ずれ量 δ L' )だけ、集光レンズ 11を参照用試料や試料 100の 設置位置力 遠ざ力る方向へ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停止させる（ ステップ 24)。
[0068] 引き続いて、制御.演算処理部 7は、参照用試料が図 4に示す試料 100の位置に 試料 100の代わりに配置された状態でリファレンス測定を行 ヽ、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する (ステップ S25)。
[0069] 次に、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、下記の式 10で表され る値 A Lを演算する（ステップ S26)。このとき、ステップ S21で入力された試料 100の 厚み D及び屈折率 n、並びに、参照用試料の厚み D'及び屈折率 n'を用いる。この 移動量 A Lは、現在はステップ S9によって集光レンズ 11が前記基準位置力 参照 用試料に関するずれ量 δ L'だけ離れた位置に位置していることを考慮したものであ り、前記基準位置から試料 100に関するずれ量 δ Lだけ離れた位置に集光レンズ 11 を位置させるのに必要な、現在位置からの移動量である。
A L= 6 L- 6 L'
=D- (l - l/n) -D' - (1 - 1/η' ) (式 10)
[0070] 次いで、制御'演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を現在位置 から、ステップ S26で得た移動量 A Lだけ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停 止させる（ステップ 27)。このとき、 A Lが正であれば、集光レンズ 11を試料 100の設 置位置力 遠ざ力る方向へ移動させ、 A Lが負であれば、逆方向へ移動させる。 [0071] その後、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S6〜S8と同様のステップ S28〜 S30の処理を行い、第 3の測定モードを終了する。なお、ステップ S29における分光 データの作成は、ステップ S25のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び、ス テツプ S28の試料測定で得た時系列波形を用いて行う。
[0072] この第 3の測定モードでは、リファレンス測定において参照用試料を用いているが、 ステップ S25のリファレンス測定においてもステップ S28の試料測定においても、テラ ヘルツパルス光 L5のテラへルツ光検出器 6に対する集光状態は、互いに同じように 良好な合焦状態となる。したがって、試料 100の厚み D及び屈折力 nや参照試料の 厚み D'及び屈折力 n に起因する測定誤差を低減することができる。
[0073] 第 4の測定モードは、リファレンス測定を参照用試料を配置した状態で行 、、試料 1 00の屈折率 nが未知であり参照用試料の屈折率 n'が既知である場合に、試料 100 の分光データを得る測定モードである。図 8は、第 4の測定モードの動作を示す概略 フローチャートである。
[0074] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 4の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。まず、測定者に試料 100の厚み D及び参照用試料の厚み D'と屈折率 n 'の入力を促す表示を表示部 14に表示させ、入力部 15からそれらが入力される (ス テツプ S31)と、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を前記基準位置に位置させる (ステップ S32)。
[0075] 次に、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 9で表される参照用 試料に関するずれ量 δ L'を、式 9に従って演算する (ステップ S33)。このとき、ステツ プ S31で入力された参照用試料の厚み D'及び屈折率 n'を用いる。
[0076] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、前記基準位置から、ステツ プ S33で得た移動量 (ずれ量 δ L' )だけ、集光レンズ 11を参照用試料や試料 100の 設置位置力 遠ざ力る方向へ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停止させる（ ステップ 34)。
[0077] 引き続いて、制御.演算処理部 7は、参照用試料が図 4に示す試料 100の位置に 試料 100の代わりに配置された状態でリファレンス測定を行 ヽ、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する (ステップ S35)。 [0078] 次に、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11がステップ S34で調整された位置に位 置した状態のままで、前述したステップ S6の試料測定と同様の試料予備測定を行う（ ステップ S36)。すなわち、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11がその位置に位置 しかつ試料 100が図 4に示す位置に配置された状態で、テラへルツパルス光 L5の電 場強度の時系列波形を取得する。
[0079] 次いで、制御.演算処理部 7は、ステップ S35で得られた時系列波形のピークとステ ップ S36で得られた時系列波形のピークとの間の時間差 δ t'を求め、この時間差 δ t ，を用いて、試料 100の屈折率 nを下記の式 11に従って算出する（ステップ S37)。こ のとき、ステップ S31で入力された試料 100の厚み D及び参照用試料の厚み D'と屈 折率 n'を用いる。なお、式 11において、 cは光速である。
n= ( ( 6 t' -c+ (n' - l) -D' ) /D) + l (式 11)
[0080] 引き続いて、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 10で表され る値 A Lを演算する（ステップ S38)。このとき、ステップ S31で入力された試料 100の 厚み D並びに参照用試料の厚み D'及び屈折率 n'と、ステップ S37で算出された試 料 100の屈折率 nを用いる。
[0081] 次に、制御'演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を現在位置か ら、ステップ S38で得た移動量 A Lだけ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停 止させる（ステップ 39)。このとき、 A Lが正であれば、集光レンズ 11を試料 100の設 置位置力 遠ざ力る方向へ移動させ、 A Lが負であれば、逆方向へ移動させる。
[0082] その後、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S6〜S8と同様のステップ S40〜 S42の処理を行い、第 4の測定モードを終了する。なお、ステップ S41における分光 データの作成は、ステップ S35のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び、ス テツプ S40の試料測定で得た時系列波形を用いて行 、、ステップ S36の試料予備測 定で得た時系列波形は用いな 、。
[0083] この第 4の測定モードでは、リファレンス測定において参照用試料を用いているが、 前記第 3の測定モードと同様に、ステップ S25のリファレンス測定においてもステップ S28の試料測定においても、テラへルツノ ルス光 L5のテラへルツ光検出器 6に対す る集光状態は、互いに同じように良好な合焦状態となる。したがって、試料 100の厚 み D及び屈折力 nや参照試料の厚み D'及び屈折力 n に起因する測定誤差を低減 することができる。
[0084] 第 5の測定モードは、リファレンス測定を参照用試料を配置した状態で行 、、試料 1 00の屈折率 n及び参照用試料の屈折率 n'が未知である場合に、試料 100の分光デ ータを得る測定モードである。図 9及び図 10は、第 5の測定モードの動作を示す概略 フローチャートである。
[0085] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 5の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。まず、測定者に試料 100の厚み D及び参照用試料の厚み D'の入力を 促す表示を表示部 14に表示させ、入力部 15からそれらが入力される (ステップ S51) と、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を前記基準位置に位置させる (ステップ S5 2)。
[0086] 次に、制御 ·演算処理部 7は、前述したステップ S3のリファレンス測定と同様の予備 測定を行う（ステップ S53)。すなわち、制御'演算処理部 7は、試料 100がない状態 で、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する。
[0087] 次いで、制御'演算処理部 7は、集光レンズ 11が前記基準位置に位置した状態の ままで、前述したステップ S25のリファレンス測定と同様の参照用試料予備測定を行 う（ステップ S54)。すなわち、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11が前記基準位置 に位置しかつ参照用試料が図 4に示す試料 100の位置に試料 100の代わりに配置 された状態で、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する。
[0088] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステップ S53で得られた時系列波形のピークとステ ップ S54で得られた時系列波形のピークとの間の時間差 δ t"を求め、この時間差 δ t "を用いて、参照用試料の屈折率 n'を下記の式 12に従って算出する (ステップ S55) 。このとき、ステップ S51で入力された参照用試料の厚み D'を用いる。なお、式 12に おいて、 cは光速である。
n' = ( ( 6 tVD' ) -c) + l (式 12)
[0089] 次に、制御'演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 9で表される参照用 試料に関するずれ量 δ L'を、式 9に従って演算する (ステップ S56)。このとき、ステツ プ S51で入力された参照用試料の厚み D'、及び、ステップ S55で算出された参照 用試料の屈折率 n'を用いる。
[0090] その後、制御 ·演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、前記基準位置から、ステツ プ S56で得た移動量 (ずれ量 δ L' )だけ、集光レンズ 11を参照用試料や試料 100の 設置位置力 遠ざ力る方向へ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停止させる（ ステップ 57)。
[0091] 引き続いて、制御.演算処理部 7は、参照用試料が図 4に示す試料 100の位置に 試料 100の代わりに配置された状態でリファレンス測定を行 ヽ、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する (ステップ S58)。
[0092] 次に、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11がステップ S57で調整された位置に位 置した状態のままで、前述したステップ S6の試料測定と同様の試料予備測定を行う（ ステップ S59)。すなわち、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11がその位置に位置 しかつ試料 100が図 4に示す位置に配置された状態で、テラへルツパルス光 L5の電 場強度の時系列波形を取得する。
[0093] 次 、で、制御 ·演算処理部 7は、ステップ S58で得られた時系列波形のピークとステ ップ S59で得られた時系列波形のピークとの間の時間差 δ t'を求め、この時間差 δ t ，を用いて、試料 100の屈折率 nを式 11に従って算出する (ステップ S60)。このとき、 ステップ S31で入力された試料 100の厚み D及び参照用試料の厚み D'、並びに、ス テツプ S55で算出された参照用試料の屈折率 n，を用いる。
[0094] 引き続いて、制御 ·演算処理部 7は、集光レンズ 11の移動量として、式 10で表され る値 A Lを演算する（ステップ S61)。このとき、ステップ S51で入力された試料 100の 厚み D及び参照用試料の厚み D'と、ステップ S60で算出された試料 100の屈折率 n 、並びに、ステップ S55で算出された参照用試料の屈折率 n，を用いる。
[0095] 次に、制御'演算処理部 7は、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を現在位置か ら、ステップ S61で得た移動量 A Lだけ移動させて、その位置で集光レンズ 11を停 止させる（ステップ 62)。このとき、 A Lが正であれば、集光レンズ 11を試料 100の設 置位置力 遠ざ力る方向へ移動させ、 A Lが負であれば、逆方向へ移動させる。
[0096] その後、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S6〜S8と同様のステップ S63〜 S65の処理を行い、第 5の測定モードを終了する。なお、ステップ S64における分光 データの作成は、ステップ S58のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び、ス テツプ S63の試料測定で得た時系列波形を用いて行う。
[0097] この第 5の測定モードでは、リファレンス測定において参照用試料を用いているが、 前記第 3の測定モードと同様に、ステップ S25のリファレンス測定においてもステップ S28の試料測定においても、テラへルツノ ルス光 L5のテラへルツ光検出器 6に対す る集光状態は、互いに同じように良好な合焦状態となる。したがって、試料 100の厚 み D及び屈折力 nや参照試料の厚み D'及び屈折力 n に起因する測定誤差を低減 することができる。
[0098] 以上説明したように、本実施の形態によれば、試料 100の厚み D及び屈折力 nに起 因する測定誤差を低減することができる。
[0099] また、本実施の形態では、前述したように、試料 100の厚み D及び屈折力 nに起因 する、テラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の集光状態の低下 (い わば、ピントのボケ)を、前記第 1及び第 2の集光光学系のうちの透過光学素子である 集光レンズ 11の光軸方向の位置を調整することによって、防止し、これにより、試料 1 00の厚み D及び屈折力 nに起因する測定誤差を低減している。
[0100] このように測定誤差低減のために位置調整するものが透過光学素子であるので、 その位置調整を行っても、テラへルツ光発生器 3からテラへルツ光検出器 6までの光 路長は全く変化せず、リファレンス測定も試料測定も同じ光路長で行うことができ、ポ ンプープローブ法によるテラへルツパルス光の時系列波形の取得に全く影響がない
。したがって、ポンプープローブ法によるテラへルツパルス光の時系列波形の取得に 際して、可動鏡 4の位置を変えていくときに、リファレンス測定と試料測定とで全く同じ ようにすることができ、測定誤差低減のための位置調整に連動した量のオフセットを 可動鏡の位置に与えるような必要がなくなるという、利点が得られる。
[0101] さらに、本実施の形態によれば、測定誤差低減のために位置調整するものが集光 レンズ 11のみであるため、多数の光学素子をブロックとして位置調整を行うような場 合に比べて、位置調整機構 (本実施の形態では、ステージ 13)が小型でかつ安価と なるという、利点も得られる。
[0102] [第 2の実施の形態] 図 12及び図 13は、本発明の第 2の実施の形態による測定装置の第 6及び第 7の測 定モードの動作をそれぞれ示す概略フローチャートである。
[0103] 本実施の形態が前記第 1の実施の形態と異なる所は、前記第 1の実施の形態では 、制御'演算処理部 7が図 5〜図 9に示す第 1〜第 5の測定モードを行うように構成さ れているのに対し、本実施の形態では、制御 ·演算処理部 7が図 12〜図 13に示す 第 6及び第 7の測定モードを行うように構成されている点のみである。なお、本発明で は、第 6及び第 7の測定モードの 、ずれか一方のみを行うように制御 ·演算処理部 7 を構成してもよい。
[0104] 前記第 1の実施の形態では、前述したように、演算により集光レンズ 11の移動量を 予め求めて集光レンズ 11の位置調整を行うようにした。これに対し、本実施の形態で は、このような演算を行うことなぐテラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の合焦状態が良いほどテラへルツ光検出器 6の検出信号が大きくなるということを 利用して、集光レンズ 11の位置調整を行う。
[0105] 第 6の測定モードは、リファレンス測定を試料 100がな ヽ状態で行う場合に、試料 1 00の分光データを得る測定モードである。
[0106] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 6の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。図 12に示すように、まず、前述したステップ S2, S3とそれぞれ同じステ ップ S71, S72の処理を行う。
[0107] 次に、制御 ·演算処理部 7は、試料 100が図 4に示す位置に配置された状態で、光 路長可変用ステージ 8に制御信号を与えて、前記遅延時間てを徐々に変化させなが ら、テラへルツ光検出器 6からの検出信号をモニタし (ステップ S73)、そのモニタ結 果に基づいて、テラへルツ光検出器 6の検出信号が最も大きくなる位置に光路長可 変用ステージ 8を固定する (ステップ S 74)。
[0108] 次いで、制御 ·演算処理部 7は、試料 100が図 4に示す位置に配置された状態で、 ステージ 13に制御信号を与えて、集光レンズ 11の位置を変化させながら、テラヘル ッ光検出器 6からの検出信号をモニタし (ステップ S75)、そのモニタ結果に基づいて 、テラへルツ光検出器 6の検出信号が最も大きくなる位置に集光レンズ 11を固定す る（ステップ S 76)。 [0109] その後、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S6〜S8と同様のステップ S77〜 S79の処理を行い、第 6の測定モードを終了する。なお、ステップ S78における分光 データの作成は、ステップ S72のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び、ス テツプ S77の試料測定で得た時系列波形を用いて行う。
[0110] テラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の合焦状態が良いほどテラ ヘルツ光検出器 6の検出信号が大きくなるので、前記第 6の測定モードでは、ステツ プ S72のリファレンス測定においてもステップ S77の試料測定においても、テラヘル ッパルス光 L5のテラへルツ光検出器 6に対する集光状態は、互いに同じように良好 な合焦状態となる。したがって、試料 100の厚み D及び屈折力 nに起因する測定誤 差を低減することができる。
[0111] 第 7の測定モードは、リファレンス測定を参照用試料を配置した状態で行う場合に、 試料 100の分光データを得る測定モードである。
[0112] 制御 ·演算処理部 7は、入力部 15から第 7の測定モードが指令されると、その動作 を開始する。図 13に示すように、まず、ステージ 13を制御して、集光レンズ 11を前記 基準位置に位置させる (ステップ S81)。
[0113] 次に、制御 ·演算処理部 7は、参照用試料が図 4に示す試料 100の位置に試料 10 0の代わりに配置された状態で、光路長可変用ステージ 8に制御信号を与えて、前記 遅延時間 τを徐々に変化させながら、テラへルツ光検出器 6からの検出信号をモ- タし (ステップ S82)、そのモニタ結果に基づいて、テラへルツ光検出器 6の検出信号 が最も大きくなる位置に光路長可変用ステージ 8を固定する (ステップ S83)。
[0114] 次いで、制御 ·演算処理部 7は、参照用試料がそのまま配置された状態で、ステー ジ 13に制御信号を与えて、集光レンズ 11の位置を変化させながら、テラへルツ光検 出器 6からの検出信号をモニタし (ステップ S84)、そのモニタ結果に基づいて、テラ ヘルツ光検出器 6の検出信号が最も大きくなる位置に集光レンズ 11を固定する (ステ ップ S85)。
[0115] その後、制御 ·演算処理部 7は、参照用試料がそのまま配置された状態でリファレン ス測定を行い、テラへルツパルス光 L5の電場強度の時系列波形を取得する (ステツ プ S86)。 [0116] 次に、制御.演算処理部 7は、前述したステップ S73〜S79と同様のステップ S87〜 S93の処理を行い、第 7の測定モードを終了する。なお、ステップ S92における分光 データの作成は、ステップ S86のリファレンス測定で得た参照時系列波形、及び、ス テツプ S91の試料測定で得た時系列波形を用いて行う。
[0117] この第 7の測定モードでは、リファレンス測定において参照用試料を用いているが、 テラへルツ光検出器 6に対するテラへルツパルス光 L5の合焦状態が良いほどテラへ ルツ光検出器 6の検出信号が大きくなるので、ステップ S86のリファレンス測定におい てもステップ S91の試料測定にお!、ても、テラへルツパルス光 L5のテラへルツ光検 出器 6に対する集光状態は、互いに同じように良好な合焦状態となる。したがって、 試料 100の厚み D及び屈折力 nや参照試料の厚み D'及び屈折力 n'に起因する測 定誤差を低減することができる。
[0118] 本実施の形態によっても、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる。
[0119] [第 3の実施の形態]
図 14は、本発明の第 3の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図 である。図 14において、図 4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し 、その重複する説明は省略する。
[0120] 本実施の形態が前記第 1の実施の形態と基本的に異なる所は、前記第 1の実施の 形態では、ステージ 13が集光レンズ 11の光軸方向位置を調整するようになって 、る のに対し、本実施の形態では、ステージ 13が集光レンズ 10の光軸方向位置を調整 するようになって!/、る点のみである。
[0121] なお、本実施の形態では、制御 ·演算処理部 7は、前述した第 1〜第 5の測定モー ドに相当する各測定モードを行うように構成されているが、その代わりに、前述した第 6及び第 7の測定モードに相当する各測定モードを行うように構成してもよい。本実施 の形態の場合は、前述した第 1〜第 7の測定モードの説明において、集光レンズ 11 を集光レンズ 10と読み替えられたい。なお、本実施の形態では、集光レンズ 10の基 準位置は、集光レンズ 10の後側焦点が集光レンズ 11の前側焦点と一致する位置と なる。
[0122] 本実施の形態によっても、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる。 [0123] [第 4の実施の形態]
図 15は、本発明の第 4の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図 である。図 15において、図 4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し 、その重複する説明は省略する。
[0124] 本実施の形態が前記第 1の実施の形態と基本的に異なる所は、本実施の形態では 、集光レンズ 10の代わりに放物面鏡 21が用いられ、これに伴って、平面鏡 22〜25 が追加され、各要素が図 15に示すように配置されている点のみである。放物面鏡 21 は、放物面鏡 9から入射された平行光束となったテラへルツパルス光 L4を集光させる 。本実施の形態では、放物面鏡 9, 21が、テラへルツ光発生器 3から発生したテラへ ルツパルス光を集光させる第 1の集光光学系を構成して ヽる。試料 100の測定部位 は、放物面鏡 21の焦点付近に配置される。
[0125] なお、本実施の形態では、制御 ·演算処理部 7は、前述した第 1〜第 5の測定モー ドに相当する各測定モードを行うように構成されているが、その代わりに、前述した第 6及び第 7の測定モードに相当する各測定モードを行うように構成してもよい。なお、 本実施の形態では、集光レンズ 11の基準位置は、集光レンズ 11の前側焦点が放物 面鏡 21の焦点と一致する位置となる。
[0126] 本実施の形態によっても、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる。
[0127] [第 5の実施の形態]
図 16は、本発明の第 5の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図 である。図 16において、図 4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し 、その重複する説明は省略する。
[0128] 本実施の形態が前記第 1の実施の形態と基本的に異なる所は、（i)前記第 1の実施 の形態では、ステージ 13が集光レンズ 11の光軸方向位置を調整するようになってい るのに対し、本実施の形態では、前記第 3の実施の形態と同様にステージ 13が集光 レンズ 10の光軸方向位置を調整するようになっている点と、（ii)本実施の形態では、 集光レンズ 11の代わりに放物面鏡 31が用いられ、これに伴って、平面鏡 32, 33が 追加され、各要素が図 16に示すように配置されている点のみである。本実施の形態 では、放物面鏡 31, 12が、第 1の集光光学系（本実施の形態では、放物面鏡 9及び 集光レンズ 10)により集光された後に発散するテラへルツパルス光 L5をテラへルツ 光検出器 6に集光させる第 2の集光光学系を、構成している。
[0129] なお、本実施の形態では、制御 ·演算処理部 7は、前述した第 1〜第 5の測定モー ドに相当する各測定モードを行うように構成されているが、その代わりに、前述した第 6及び第 7の測定モードに相当する各測定モードを行うように構成してもよい。本実施 の形態の場合は、前述した第 1〜第 7の測定モードの説明において、集光レンズ 11 を集光レンズ 10と読み替えられたい。なお、本実施の形態では、集光レンズ 10の基 準位置は、集光レンズ 10の後側焦点が放物面鏡 31の焦点と一致する位置となる。
[0130] 本実施の形態によっても、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる。
[0131] 以上、本発明の各実施の形態について説明した力 本発明はこれらの実施の形態 に限定されるものではない。
[0132] 例えば、前記第 1の実施の形態において、集光レンズ 11と試料 100の設置位置と の間又は集光レンズ 11と放物面鏡 12との間に、正又は負の比較的小さい屈折力を 有する透過光学素子 (例えば、凸レンズ又は凹レンズ)を追加し、ステージ 13で集光 レンズ 11の光軸方向位置を調整する代わりに、ステージ 13で前記追カ卩した透過光 学素子の光軸方向位置を調整するようにしてもよい。
[0133] また、例えば、第 1の実施の形態において、前記第 2の集光光学系を、集光レンズ 1 1及び放物面鏡 12の代わりに、楕円面鏡及び正又は負の比較的小さい屈折力を有 する透過光学素子 (例えば、凸レンズ又は凹レンズ)で構成し、ステージ 13で集光レ ンズ 11の光軸方向位置を調整する代わりに、ステージ 13で前記透過光学素子の光 軸方向位置を調整するようにしてもよい。この場合、例えば、前記楕円面鏡の第 1焦 点が前記集光レンズ 10の後側焦点から光軸方向へずれた位置に位置するように前 記楕円面鏡を配置し、前記透過光学素子を前記第 1焦点と前記楕円面鏡との間に 配置し、テラへルツ光検出器 6の有効受光領域を前記楕円面鏡の第 2焦点に配置す ればよい。
[0134] また、前述した各実施の形態は、本発明を時系列変換テラへルツ分光装置に適用 した例であるが、本発明は、他のテラへルツ分光装置や、テラへルツ光を用いたその 他の測定装置にも適用することができる。 [0135] 上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容 に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態 様も本発明の範囲内に含まれる。
[0136] 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願 2004年第 325264号（2004年 11月 9日出願）

Claims

請求の範囲
[1] テラへルツパルス光を利用した測定装置であって、
テラへルツパルス光を発生するテラへルツ光発生器と、
テラへルツパルス光を検出するテラへルツ光検出器と、
前記テラへルツ光発生器カゝら発生したテラへルツパルス光を集光させる第 1の集光 光学系と、
前記第 1の集光光学系により集光された後に発散するテラへルツパルス光を前記 テラへルツ光検出器に集光させる第 2の集光光学系とを備え、
試料が前記第 1の集光光学系による前記テラへルツパルス光の集光位置付近に配 置され、
前記第 1及び第 2の集光光学系のうちの少なくとも一方の集光光学系は、正又は負 の屈折力を有する少なくとも 1つの光学素子を含み、
前記テラへルツ光検出器が前記試料を透過したテラへルツパルス光を検出すると き、前記少なくとも 1つの光学素子の光軸方向の位置を調整する位置調整機構と、 前記位置調整機構を制御する制御部とをさらに備える。
[2] 請求項 1記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料を透過したテラへルツパルス光が前記テラへルツ光検出 器に合焦する方向に前記位置調整機構を制御する。
[3] 請求項 1又は 2記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料の厚みと屈折率とに応じて前記位置調整機構を制御する
[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料を透過したテラへルツパルス光の前記テラへルツ光検出 器に対する合焦状態が、前記試料がな 、場合の前記テラへルツ光検出器に対する テラへルツパルス光の合焦状態と同じになるように、前記位置調整機構を制御する。
[5] 請求項 1記載の測定装置において、
前記テラへルツ光発生器は、自身に入射されるポンプパルス光に応答してテラへ ルツパルス光を発生し、 前記テラへルツ光検出器は、自身に入射されるプローブパルス光に応答してテラ ヘルツパルス光を検出し、
前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを 相対的に変え得るようにする光路長可変部をさらに備える。
[6] 請求項 2〜4の 、ずれかに記載の測定装置にお 、て、
前記テラへルツ光発生器は、自身に入射されるポンプパルス光に応答してテラへ ルツパルス光を発生し、
前記テラへルツ光検出器は、自身に入射されるプローブパルス光に応答してテラ ヘルツパルス光を検出し、
前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを 相対的に変え得るようにする光路長可変部を備える。
[7] 請求項 6記載の測定装置において、
前記試料がな!、状態で、前記光路長可変部により前記ポンプパルス光の前記光路 の光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得られる 前記テラへルツ光検出器からの検出信号に基づいて、前記テラへルツ光検出器に 入射するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る第 1の時系列波形取 得部と、
前記試料が前記第 1の集光光学系による前記テラへルツパルス光の集光位置付近 に配置された状態で、前記光路長可変部により前記ポンプパルス光の前記光路の 光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得られる前 記テラへルツ光検出器からの検出信号に基づいて、前記テラへルツ光検出器に入 射するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る第 2の時系列波形取得 部と、
前記第 1の時系列波形取得部により得られた時系列波形のピークと前記第 2の時 系列波形取得部により得られた時系列波形のピークとの間の時間差に基づ 、て、前 記少なくとも 1つの光学素子の移動量を演算する演算部とをさらに備え、
前記制御部は、前記演算部により得られた移動量に従って前記位置調整機構を制 御する。
[8] 請求項 6記載の測定装置において、
前記試料の代わりに参照用試料が前記第 1の集光光学系による前記テラへルツパ ルス光の集光位置付近に配置された状態で、前記光路長可変部により前記ポンプ パルス光の前記光路の光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的 に変えながら得られる前記テラへルツ光検出器力 の検出信号に基づいて、前記テ ラヘルツ光検出器に入射するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る 第 1の時系列波形取得部と、
前記試料が前記第 1の集光光学系による前記テラへルツパルス光の集光位置付近 に配置された状態で、前記光路長可変部により前記ポンプパルス光の前記光路の 光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変えながら得られる前 記テラへルツ光検出器からの検出信号に基づいて、前記テラへルツ光検出器に入 射するテラへルツパルス光の電場強度の時系列波形を得る第 2の時系列波形取得 部と、
前記第 1の時系列波形取得部により得られた時系列波形のピークと前記第 2の時 系列波形取得部により得られた時系列波形のピークとの間の時間差に基づ 、て、前 記少なくとも 1つの光学素子の移動量を演算する演算部とをさらに備え、
前記制御部は、前記演算部により得られた移動量に従って前記位置調整機構を制 御する。
[9] 請求項 5記載の測定装置において、
前記制御部は、
(i)前記試料が前記第 1の集光光学系による前記テラへルツパルス
光の集光位置付近に配置された状態で、前記光路長可変部により前記ポンプパル ス光の前記光路の光路長と前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変 えながら得られる前記テラへルツ光検出器からの検出信号をモニタし、そのモニタ結 果に基づいて、前記光路長可変部により前記各光路の光路長を当該検出信号が最 大となるような光路長に固定し、
(ii)この固定状態において、前記位置調整機構により前記光学素子を移動させなが ら得られる前記テラへルツ光検出器力 の検出信号をモニタし、そのモニタ結果に基 づいて、当該検出信号が最大となるような位置に前記光学素子が位置するように前 記位置調整機構を制御する。
[10] 請求項 3記載の測定装置において、
前記制御部は、前記第 1の集光光学系により集光された後に前記試料を透過しな いで発散するテラへルツパルス光の発散点と、前記第 1の集光光学系により集光され た後に前記試料を透過して発散するテラへルツパルス光の発散点とのずれ量を、前 記試料の厚みと屈折率とに基づき演算し、前記演算したずれ量に応じて前記位置調 整機構を制御する。
[11] 請求項 1記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料がある場合およびない場合いずれにおいても、前記第 1 の集光光学系の後側焦点と前記第 2の集光光学系の前側焦点とがー致するように前 記位置調整機構を制御する。
[12] 請求項 1記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料が前記集光位置付近にない場合に、前記少なくとも 1つ の光学素子を所定の第 1の位置に位置するように前記位置調整機構を調整し、前記 試料が前記集光位置付近にある場合に、前記少なくとも 1つの光学素子を前記第 1 の位置力 ずれた第 2の位置に位置するように前記位置調整機構を調整し、 前記テラへルツ光検出器は、前記試料が前記集光位置付近にな!ヽ状態でかつ前 記少なくとも 1つの光学素子が前記第 1の位置に位置する状態で、前記テラへルツパ ルス光を検出して第 1の検出結果を出力し、前記試料が前記集光位置付近にある状 態でかつ前記少なくとも 1つの光学素子が前記第 2の位置に位置する状態で、前記 テラへルツパルス光を検出して第 2の検出結果を出力し、
前記第 1の検出結果と前記第 2の検出結果に基づき、前記試料の分光データを生 成する分光データ生成部をさらに備える。
[13] 請求項 1記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料が前記集光位置付近にない場合に、前記少なくとも 1つ の光学素子を所定の第 1の位置に位置するように前記位置調整機構を調整し、前記 試料が前記集光位置付近にある場合に、前記少なくとも 1つの光学素子を前記第 1 の位置力 ずれた第 2の位置に位置するように前記位置調整機構を調整し、参照用 試料が前記集光位置付近にある場合に、前記少なくとも 1つの光学素子を前記第 1 の位置力 ずれた第 3の位置に位置するように前記位置調整機構を調整し、 前記テラへルツ光検出器は、前記参照用試料が前記集光位置付近にある状態で かつ前記少なくとも 1つの光学素子が前記第 3の位置に位置する状態で、前記テラ ヘルツパルス光を検出して第 1の検出結果を出力し、前記試料が前記集光位置付近 にある状態でかつ前記少なくとも 1つの光学素子が前記第 2の位置に位置する状態 で、前記テラへルツパルス光を検出して第 2の検出結果を出力し、
前記第 1の検出結果と前記第 2の検出結果に基づき、前記試料の分光データを生 成する分光データ生成部をさらに備える。
[14] 請求項 12記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料の厚みと屈折率に基づき、前記第 1の位置からの前記第 2の位置のずれ量を求める。
[15] 請求項 13記載の測定装置において、
前記制御部は、前記試料の厚みと屈折率に基づき、前記第 1の位置からの前記第 2の位置のずれ量を求め、前記参照用試料の厚みと屈折率に基づき、前記第 1の位 置からの前記第 3の位置のずれ量を求める。
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