WO2012029629A1 - 被測定物の特性を測定する方法、および平板状の周期的構造体 - Google Patents

Abstract

　本発明は、平板状の周期的構造体（１）に被測定物を保持し、前記周期的構造体（１）に直線偏光の電磁波を照射し、前記周期的構造体（１）で前方散乱または後方散乱された電磁波の変化に基づいて被測定物の特性を測定する測定方法であって、前記周期的構造体（１）は、同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部（１１）を有しており、前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である、測定方法である。

Description

被測定物の特性を測定する方法、および平板状の周期的構造体

　本発明は、物質の特性を分析するために、平板状の周期的構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された平板状の周期的構造体に電磁波を照射し、散乱された電磁波を検出して被測定物の特性を測定する方法、および、それに用いる平板状の周期的構造体に関する。

　従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体（空隙を有する複数の単位構造体からなる平板状の周期的構造体）に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過スペクトルを解析して被測定物の特性を検出する測定方法が用いられている。具体的には、例えば、金属メッシュフィルタに付着したタンパク質などの被測定物に、テラヘルツ波を照射して透過スペクトルを解析する手法が挙げられる。

　このような電磁波を用いた透過スペクトルの解析手法の従来技術として、特許文献１（特開２００８－１８５５５２号公報）には、被測定物が保持された空隙領域を有する空隙配置構造体（具体的には、メッシュ状の導体板）に向かって、空隙配置構造体の主面に垂直な方向に対して斜めの方向から電磁波を照射して、空隙配置構造体を透過した電磁波を測定し、測定値の周波数特性に生じたディップ波形の位置が、被測定物の存在により移動することに基づいて被測定物の特性を検出する測定方法が開示されている。

特開２００８－１８５５５２号公報

　従来技術のように、空隙配置構造体（平板状の周期的構造体）に向かって照射される電磁波が、空隙配置構造体の主面に対して傾斜して入射される測定方法においては、周波数特性に生じたディップ波形等がブロードな波形であるため、被測定物の存在量が微量になった場合、ディップ波形等の位置の移動の検出が困難になるという問題があった。

　また、このような従来の方法では、電磁波の入射角度のばらつきがディップ波形等のばらつきの要因となるため、被測定物の存在量が微量になった場合、検出が困難になるという問題があった。

　本発明は上記の事情に鑑み、向上した測定感度と高い再現性を有する、被測定物の特性を測定する方法、ならびに、それに用いられる平板状の周期的構造体を提供することを目的とする。

　本発明は、平板状の周期的構造体に被測定物を保持し、
　前記周期的構造体に直線偏光の電磁波を照射し、
　前記周期的構造体で前方散乱または後方散乱された電磁波を検出し、
　前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定する測定方法であって、
　前記周期的構造体は、同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
　前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部を有しており、
　前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
　前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、測定方法である。

　前記単位構造体の前記電磁波の偏光面での断面形状は、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることが好ましい。

　前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記周期的構造体のＴＥ１１１モード様共振により生じたものであることが好ましい。

　前記単位構造体の前記被測定物が保持される側とは反対側の主面上に、突起部を有することが好ましい。

　また、前記単位構造体の空隙部の前記基準面での断面形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であってもよい。

　この場合、前記周期的構造体に照射される前記電磁波は、平面波であることが好ましい。また、前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の位相が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。また、前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の振幅が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。

　また、本発明は、上記の測定方法に用いられる平板状の周期的構造体であって、
　同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
　前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部を有しており、
　前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
　前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、平板状の周期的構造体にも関する。

　本発明においては、電磁波を、上記平板状の周期的構造体の基準面に対して垂直な方向から照射することにより、電磁波を基準面に対して斜めに入射する場合と比べて、電磁波の入射角度のばらつきによる測定のばらつきが抑えられ、被測定物の測定感度が向上する。

　また、本発明に用いられる平板状の周期的構造体の空隙部の構造を、前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、平板状の周期的構造体のＴＥ１１１モード様共振により生じるような構造とした場合、従来の平板状の周期的構造体に斜め方向から電磁波を照射した場合に比べて、帯域幅が狭くシャープなディップ波形またはピーク波形が得られる。また、平板状の周期的構造体のＴＥ１１０モード様共振によりディップ波形またはピーク波形が生じる場合と比べて、周期的構造体に被測定物が保持される前後における、ディップ波形またはピーク波形の周波数シフト量が大きくなる。したがって、より高い測定感度を有する被測定物の測定方法を提供することが可能になる。

　また、単位構造体の空隙部の基準面での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合、周期的構造体に照射される電磁波として平面波を用いることにより、透過率スペクトルのディップ波形（または、反射率スペクトルのピーク波形）が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できる。

本発明の測定方法の概要を説明するための模式図である。 本発明の平板状の周期的構造体の一例の斜視図である。 図２に示す本発明の平板状の周期的構造体の一例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 電磁界シミュレーションの条件を説明するための模式図である。（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図である。 図２に示す本発明の周期的構造体１の透過率の周波数特性（シミュレーション計算）を示すグラフである。 図２に示す本発明の周期的構造体１の反射率の周波数特性（シミュレーション計算）を示すグラフである。 図２に示す本発明の周期的構造体１の透過率の周波数特性を示すグラフである。 図２に示す本発明の周期的構造体１のポリエチレン膜密着前後の透過率の周波数特性を示すグラフである。図７と同じポリエチレン膜密着前の周波数特性を破線で、ポリエチレン膜密着後の周波数特性を実線で示す。 図２に示す本発明の周期的構造体１（図３に示す単位構造体からなる）におけるＴＥ１１１モード共振での電界ベクトルの分布を示す模式図である。（ａ）はＸＺ観測面、（ｂ）はＸＹ観測面、（ｃ）はＹＺ観測面の図である。 図２に示す本発明の周期的構造体１（図３に示す単位構造体からなる）におけるＴＥ１１０モード共振での電界ベクトルの分布を示す模式図である。（ａ）はＸＺ観測面、（ｂ）はＸＹ観測面、（ｃ）はＹＺ観測面の図である。 （従来の）平板状の周期的構造体を説明するための模式図である。 従来の測定方法におけるポリエチレン膜密着前後の透過率の周波数特性を示すグラフである。 本発明の平板状の周期的構造体の一例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 図１３に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性を示すグラフである。 本発明の平板状の周期的構造体の別の例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 図１５に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性を示すグラフである。 本発明における透過率の周波数特性の特徴を説明するための模式図である。 図３（小型突起）または図１３（大型突起）に示す単位構造体からなる周期的構造体について、突起部の厚みを変化させたときのディップ周波数における透過率変化を示すグラフである。 従来の平板状の周期的構造体における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の平板状の周期的構造体の別の例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 図１９に示す従来の単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２０に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示すグラフである。 本発明の平板状の周期的構造体の別の例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 図１９に示す従来の単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２２に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示すグラフである。 従来の平板状の周期的構造体の別の例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の平板状の周期的構造体の別の例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。 図２５に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２６に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示すグラフである。 図１３に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実測結果）を示すグラフである。 実施例５で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図である。 図２８に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実測結果）を示すグラフである。 実施例６で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図である。 図３０に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実測結果）を示すグラフである。 図２８に示す単位構造体の正面図である。 図３２に示す単位構造体について、ＴＥ１０モード様共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。 図３２に示す単位構造体について、ＴＥ１１モード様共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。 図３２に示す単位構造体から構成される周期的構造体について、ＴＥ１１モード様共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。 図３５の回路図で表現される等価回路を用いたシミュレーション計算により得られた、等価回路の出力波形（周期的構造体の透過率の周波数特性）を示すグラフであり、入射電磁波の位相に関する結果である。 図３５の回路図で表現される等価回路を用いたシミュレーション計算により得られた、等価回路の出力波形（周期的構造体の透過率の周波数特性）を示すグラフであり、入射電磁波の振幅に関する結果である。

　まず、本発明の測定方法の一例の概略を図１を用いて説明する。図１は、本発明の測定方法に用いられる測定装置の全体構造を模式的に示す図である。この測定装置は、レーザ２（例えば、短光パルスレーザ）から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波（例えば、２０ＧＨｚ～１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波）パルスを利用するものである。

　図１の構成において、レーザ２から出射したレーザ光を、ハーフミラー２０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子７１に照射され、もう一方は、複数のミラー２１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ２６を経て受信側の光伝導素子７２に照射される。光伝導素子７１、７２としては、ＬＴ－ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ２としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子７１のギャップ部には、電源３により適切なバイアス電圧が印加されている。

　発生した電磁波は放物面ミラー２２で平行ビームにされ、放物面ミラー２３によって、平板状の周期的構造体１に照射される。平板状の周期的構造体１を透過したテラヘルツ波は、放物面ミラー２４，２５によって光伝導素子７２で受信される。光伝導素子７２で受信された電磁波信号は、アンプ６で増幅されたのちロックインアンプ４で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）５でフーリエ変換などの信号処理された後に、平板状の周期的構造体１の透過率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ４で取得するために、発振器８の信号で発生側の光伝導素子７１のギャップに印加する電源３からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ乃至３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。

　以上に説明した測定方法は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ－ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。

　図１では、散乱が透過である場合、すなわち電磁波の透過率を測定する場合を示しているが、本発明において「散乱」とは、前方散乱の一形態である透過や、後方散乱の一形態である反射などを含む広義の概念を意味し、好ましくは透過や反射である。さらに好ましくは、０次方向の透過や０次方向の反射である。

　なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｄ（本明細書では空隙部の間隔）、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
　　ｄ（ｓｉｎ　ｉ　－ｓｉｎ　θ）＝ｎλ　…（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｄおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ　ｉ－　ｓｉｎ　θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。

　このような、本発明の測定方法で用いられる電磁波は、平板状の周期的構造体の構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であれば特に限定されず、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等のいずれも使用することができ、その周波数も特に限定されるものではないが、好ましくは１ＧＨｚ～１ＰＨｚであり、さらに好ましくは２０ＧＨｚ～１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波である。また、本発明で用いられる電磁波は、通常、直線偏光の電磁波である。具体的な電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源として、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外線や、半導体レーザから出射される可視光や光伝導アンテナから放射される電磁波が挙げられる。

　本発明において、被測定物の特性を測定するとは、被測定物となる化合物の定量や誘電率等の各種の定性などを行うことであり、例えば、溶液中等の微量の被測定物の含有量を測定する場合や、被測定物の同定を行う場合が挙げられる。具体的には、例えば、被測定物の溶解した溶液に平板状の周期的構造体を浸漬し、被測定物を平板状の周期的構造体の表面に付着させた後に溶媒や余分な被測定物を洗浄し、平板状の周期的構造体を乾燥してから、上述のような測定装置を用いて被測定物の特性を測定する方法が挙げられる。またポリマーなどで構成されたシート状の基材に被測定物を付着させ、シート状の基材に平板状の周期的構造体を密着させてから、上述のような測定装置を用いて被測定物の特性を測定する方法が挙げられる。

　本発明において用いられる平板状の周期的構造体とは、同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部を有している。ここで、空隙部は、その全てが周期的に配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよい。

　本発明において、「同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる」とは、各々の単位構造体内の同じ位置の点（例えば、各々の単位構造体の重心）が１つの基準面に含まれるように、各単位構造体が連結されてなるものである。したがって、周期的構造体を構成する各単位構造体内の任意の１点を結べば基準面が決定される。通常は、例えば、単位構造体の一方の主面の少なくとも一部が平坦な面であり、この面が基準面となるように全ての単位構造体が連結されることで、周期的構造体が構成されている。

　平板状の周期的構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられる。具体的には、少なくとも１つの配列方向に規則的に配列された空隙部を有する構造体などが挙げられる。

　従来の２次元周期構造体としては、例えば、図１１（ａ）に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された平板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図１１（ａ）に示す平板状の周期的構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の空隙部１１が、図中の縦方向と横方向に等しい間隔で設けられた構造体である。なお、図１１（ａ）、（ｂ）は説明のためのみに用いられる図であり、本発明の平板状の周期的構造体において単位構造体に設けられる突起部等は省略している。

　本発明において、上記電磁波は、上記周期的構造体の基準面に対して垂直な方向から照射される。

　本発明においては、周期的構造体を構成する単位構造体の形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴としている。

　このような単位構造体の形状の一形態としては、周期的構造体を構成する単位構造体の電磁波の偏光面での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状が挙げられる。これは、単位構造体の電磁波の偏光面（それに平行な複数の面を含む）における断面形状が、全て仮想面に対して鏡映対称となるような場合は除かれることを意味する。すなわち、本発明においては、単位構造体の少なくとも一部は、電磁波の偏光面（それに平行な複数の面を含む）における断面形状が、仮想面に対して鏡映対称とならない必要がある。

　具体的には、例えば、単位構造体の厚みが一様でなく、仮想面に対して対称に分布していない場合などが挙げられる。ここで、単位構造体の厚みとは、前記周期的構造体の基準面に垂直な方向における長さを意味する。より具体的には、単位構造体の一部に突起部を有するような態様が挙げられる。なお、周期的構造体（単位構造体）の一方の面全体に被測定物が保持される場合は、被測定物が保持される位置によって測定結果のばらつきが生じないようにするため、単位構造体の被測定物が保持される面は平らな面とし、被測定物が保持される側とは反対側の主面上にのみ突起部を有することが好ましい。

　このような単位構造体の形状は、さらに、個々の単位構造体における空隙部を導波管とみなした場合に、電磁波を照射することによりＴＥ１１１モード様共振を生じるような形状であることが好ましい。ここで、ＴＥ１１１モード様共振には、ＴＥ１１１モードの共振およびＴＥ１１１モードに類似したモードの共振が含まれる。空隙部の形状が、ＴＥ１１１モード様共振を生じるような形状であることにより、前方散乱した電磁波の周波数特性における鋭いディップ波形、または、後方散乱した電磁波の周波数特性における鋭いピーク波形を得ることができるという利点がある。また、周期的構造体に被測定物が保持される前後における、ディップ波形またはピーク波形の周波数シフト量が大きくなるため、被測定物の測定感度を向上させることができる。

　ここで、ディップ波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の透過率）が相対的に大きくなる周波数範囲において、平板状の周期的構造体の周波数特性（例えば、透過率スペクトル）に部分的に見られる谷型（下に凸）の部分の波形である。また、ピーク波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の反射率）が相対的に小さくなる周波数範囲において、平板状の周期的構造体の周波数特性（例えば、反射率スペクトル）に部分的に見られる山型（上に凸）の波形である。

　単位構造体の形状がＴＥ１１１モード様共振を生じるような形状である場合、空隙部の形状は、個々の空隙部を導波管とみなした場合に、電磁波を照射することによりＴＥ１１０モード様共振を生じないような形状であることが好ましい。ここで、ＴＥ１１０モード様共振には、ＴＥ１１０モードの共振およびＴＥ１１０モードに類似したモードの共振が含まれる。空隙部の上記基準面に投影された投影像もしくは基準面での断面形状（２次元形状）が、電磁波の偏光方向に垂直な仮想面に対して鏡映対称な形状である場合には、ＴＥ１１０モード様共振は生じない。ＴＥ１１０モード様共振を生じないことにより、上記ＴＥ１１１モード様共振により生じたディップ波形またはピーク波形に基づく測定のノイズとなる要因を減らすことができる。

　ただし、空隙部を後述のＴＥ１１０モード様共振を生じるような形状として、ＴＥ１１０モード様共振により生じるディップ波形またはピーク波形と、上記ＴＥ１１１モード様共振により生じるディップ波形またはピーク波形との両者に基づいて被測定物の測定を行うことも、被測定物の種類によっては望ましい場合が考えられ、このような測定方法も本発明の範囲に含まれる。

　上記単位構造体の形状の別の形態としては、単位構造体の空隙部の２次元形状（基準面での断面形状）が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合が挙げられる。なお、「基準面」の用語は、上記と同じ意味で用いており、単位構造体が配列される方向を含む面である。この場合、個々の空隙部を導波管とみなした場合に、電磁波を照射することによりＴＥ１１０モード様共振が生じる。このようなＴＥ１１０モード様共振を生じる空隙部の２次元形状としては、例えば、台形、凸型、凹型、正多角形以外の多角形、奇数角を有する正多角形（正三角形、正五角形など）、星型が挙げられる。

　このようなＴＥ１１０モード様共振を生じる空隙部を有する単位構造体からなる周期的構造体に照射される前記電磁波は、平面波であることが好ましい。具体的には、光源から出射された電磁波は、放物面ミラー、レンズ、などにより平面波（平行光）に変換された後に、周期的構造体に照射されることが好ましい。

　また、前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の位相が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。言い換えれば、前記周期的構造体の主面のうち前記電磁波が照射される部分の全ての位置（点）において、前記電磁波の位相が実質的に等しいことが好ましい。位相が等しい方が、透過率スペクトルのディップ波形（または、反射率スペクトルのピーク波形）が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できるためである。

　また、前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の振幅が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しいことが好ましい。振幅が等しい方が、透過率スペクトルのディップ波形（または、反射率スペクトルのピーク波形）が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できるためである。

　なお、例えば、周期的構造体（単位構造体）のＴＥ１１１モード様共振やＴＥ１１０モード様共振等による電界強度が相対的に強い部分の表面を、被測定物との結合性が高い物質で被覆することにより、被測定物を選択的に保持させて、前方散乱された電磁波の周波数特性におけるディップ波形、または、後方散乱された電磁波の周波数特性におけるピーク波形の被測定物による変化の割合を大きくすることが可能である。

　また、単位構造体の空隙部の寸法は、測定方法や、平板状の周期的構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、前方散乱した電磁波を検出する場合、空隙部が図１１（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された平板状の周期的構造体１では、図１１（ｂ）にｓで示される空隙部の格子間隔が、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の格子間隔ｓがこの範囲以外になると、散乱が生じにくくなる場合がある。また、空隙部の孔サイズとしては、図１１（ｂ）にｄで示される空隙部の孔サイズが、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の孔サイズがこの範囲以外になると、透過（前方散乱）する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。

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

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

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

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

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

　また、支持膜等を介して付着させる場合として、具体的には、平板状の周期的構造体の表面にポリアミド樹脂等の支持膜を貼付して被測定物を該支持膜に付着させる方法や、支持膜に換えて、気密または液密な容器を用いて、流体または流体に分散させた物質を測定する方法が挙げられる。

　本発明の測定方法においては、上述のようにして求められる平板状の周期的構造体において分散した電磁波の周波数特性に関する、少なくとも１つのパラメータに基づいて、被測定物の特性が測定される。例えば、平板状の周期的構造体１において前方分散（透過）した電磁波の周波数特性に生じたディップ波形や、後方分散（反射）した電磁波の周波数特性に生じたピーク波形などが、被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定することができる。

　次に、図２および図３に示されるような、周期的構造体１を構成する単位構造体の一部に突起部１０１を付加した平板状の周期的構造体を例にして、ＦＤＴＤ法（Finite-difference　time-domain　method：時間領域差分法）による電磁界シミュレーションを行った。その結果から、本発明の作用を説明する。

　図２に、本発明の平板状の周期的構造体１の斜視図を示す。図３は、図２に示す本発明の平板状の周期的構造体の一例における単位構造体の模式図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。全体の形状は、厚み６０μｍのＡｕ製の平板に、寸法１８０×１８０μｍの正方形状の貫通穴（空隙部）が形成され、その空隙部がピッチ２５４μｍで正方格子状に周期的に配置された構造であり、それに突起部１０１が設けられている。突起部１０１の寸法は、縦２０μｍ×横２０μｍ×厚み４０μｍの直方体状である。

　なお、図中、Ｚは照射される電磁波の進行方向、Ｘは電磁波の偏光方向（電界方向）を示し、Ｙは磁界方向（Ｘ，Ｚに垂直な方向）である（本発明の図面において、以下同様）。

　次に、図４を用いて電磁界シミュレーションの条件を説明する。ＦＤＴＤ法による電磁界シミュレーションの条件は、図２に示されるように、周期的構造体１の単位構造体（２５４×２５４×６０μｍ）の突起部１０１を有する主面を入射面、その反対面を検出面とし、それら以外の面を周期境界とした。また、基本単位をＸＹＺ方向の寸法が全て５μｍのユニットセルに分割した。さらに、周期的構造体の材料はＡｕとした。

　電磁波は、平面波（直線偏光波）を構造体の主面に対して垂直に入射し、単位構造体において突起部１０１が付加された側の空隙部の一辺と、入射電磁波の偏光方向（電界方向）Ｘが直交するように入射した。また、平板状の周期的構造体からの散乱波の検出は、前方散乱（構造体の透過波）を検出することとし、平面波の波源とは逆側に設けた検出面２２１で透過した電磁波が検出されるものとした。周期的構造体１と検出面２２１との間の距離は２００μｍとした。

　図５に、図２に示す本発明の周期的構造体１の透過率の周波数特性を示す。
　同様に、平面波の波源と同じ側に設けた検出面２２２で、後方散乱（反射）した電磁波を検出する場合の、電磁界シミュレーションを行った。図６に、図２に示す本発明の周期的構造体１の反射率の周波数特性を示す。

　図５、図６から、０．９２ＴＨｚと１．１７ＴＨｚ付近の周波数に、前方散乱された電磁波の周波数特性（透過率スペクトル）に生じるディップ波形、または、後方散乱された電磁波の周波数特性（反射率スペクトル）に生じるピーク波形が、それぞれ２つずつ生じていることがわかる。高周波側のディップ波形（ピーク波形）はＴＥ１１１モード共振により生じたものであり、低周波側のディップ波形（ピーク波形）はＴＥ１１０モード共振により生じたものである。本発明では、前者を測定することにより被測定物の測定感度を向上させることを特徴とするものである。

　図７に、図２に示す本発明の周期的構造体１の透過率の周波数特性を示す。また、図８に、図２に示す本発明の周期的構造体１のポリエチレン膜（被測定物）密着前後の透過率の周波数特性を示す。図７と同じポリエチレン膜密着前の周波数特性を破線で、ポリエチレン膜密着後の周波数特性を実線で示す。なお、ポリエチレン膜は、厚み１０μｍ、誘電率２．４、ｔａｎδ＝０．０１とした。

　図８に示されるようにＴＥ１１１モード様共振により生じる高周波側のディップ波形は、ポリエチレン膜密着前後の周波数変化量が５４ＧＨｚ（１０８３－１０２９ＧＨｚ）であり、ＴＥ１１０モード様共振により生じる低周波側のディップ波形の変化量は約２０ＧＨｚ（９１１．２０２－８９１．２４８ＧＨｚ）である。このことから、ＴＥ１１１モード様共振により生じる高周波側のディップ波形を用いて、ＴＥ１１０モード様共振により生じる低周波側のディップ波形を用いた場合よりも高感度な被測定物の測定が可能であることがわかる。

　図９に、図２に示す本発明の周期的構造体１（図３に示す単位構造体からなる）におけるＴＥ１１１モード共振での電界ベクトルの分布を示す。（ａ）はＸＺ観測面、（ｂ）はＸＹ観測面、（ｃ）はＹＺ観測面の図である。また、図１０に、図２に示す本発明の周期的構造体１（図３に示す単位構造体からなる）におけるＴＥ１１０モード共振での電界ベクトルの分布を示す模式図である。（ａ）はＸＺ観測面、（ｂ）はＸＹ観測面、（ｃ）はＹＺ観測面の図である。図中の三角形の鋭利な先端（一番角度の小さな頂点）の方向が電界ベクトルの方向を示す。なお、黒色の三角形は電界ベクトルが比較的大きい（電界強度が相対的に強い）部分を示し、白色の三角形は電界ベクトルが相対的に小さい部分を示している。

　図９、図１０に示されるように、ＴＥ１１１モード共振による電界分布（図９）は、ＴＥ１１０モード共振による電界分布（図１０）と比べてＺ方向（電磁波の進行方向）に一様でない分布を有している（特に、図９の（ａ）および図１０の（ａ）参照）。

　比較のために、図１１に示すような従来の周期的構造体を用いて、周期的構造体１を電磁波の照射方向に対して斜めに配置した場合の透過率の周波数特性を示す。なお、周期的構造体１は、電磁波の進行方向Ｚに対して、その主面が垂直となる位置から、図１１のＹ軸を中心に９°回転させた状態で設置した。図１２にポリエチレン膜密着前の透過率を実線、密着後の透過率を破線線で示す。このとき、ディップ波形の周波数変化量は、２１ＧＨｚ（９３１－９１０ＧＨｚ）であった。なお、シミュレーション計算は、突起部を有しない以外は、上述のＦＤＴＤ法によるシミュレーション計算と同様にして行った。

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

　（実施例１）
　図１３に示されるような（大突起を有する）単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体を用いた以外は、上記と同様にしてＦＤＴＤ法によるシミュレーション計算を行った。得られた透過率の周波数特性を図１４に示す。１．１ＴＨｚ付近にＴＥ１１１モード共振により生じたディップ波形が見られる。０．９６ＴＨｚ付近に見られるディップ波形はＴＥ１１０モード様共振により生じたものである。

　同様にして図１５に示されるような（小突起を両面に有する）単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体についてシミュレーション計算をおこなった。得られた透過率の周波数特性を図１６に示す。

　図１７に示されるように、本発明に用いられる平板状の周期的構造体の単位構造体の構造を、前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、平板状の周期的構造体のＴＥ１１１モード様共振により生じるような構造とした場合、従来の平板状の周期的構造体に斜め方向から電磁波を照射した場合に比べて、帯域幅が狭くシャープなディップ波形またはピーク波形が得られる。

　図１８に、図３（小型突起）または図１３（大型突起）に示す単位構造体からなる周期的構造体について、突起部の厚みを変化させたときディップ周波数における透過率変化を示す。図１８から分かるように、大型突起または小型突起の厚みが一定範囲内にある場合に、ディップ波形における透過率変化が大きくなることが分かる。なお、突起の厚みが０μｍ（突起がない）ときの透過率を１００％とし、それに対する透過率の減少量をマイナス表示で示している。

　（実施例２）
　図１９に示されるような従来の平板状の周期的構造体と、図２０に示されるような（図１９に加えてさらに大突起を有する）単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体とについて、実施例１と同様の方法で、シミュレーション計算をおこなった。図２１に、図１９に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２０に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示す。図２１の結果から、図２０に示されるように、Ｚ方向の突起を有することにより、単位構造体の電磁波の偏光面（ＸＺ面）での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合にのみ、ＴＥ１１１モード様共振により生じるディップ波形が生じることがわかる。

　同様に、図１９に示されるような従来の平板状の周期的構造体と、図２２に示されるような（図１９に加えてさらに小突起を有する）単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体とについてシミュレーション計算をおこなった。図２３に、図１９に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２２に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示す。図２３の結果から、図２２に示されるように、Ｚ方向の突起を有することにより、単位構造体の電磁波の偏光面（ＸＺ面）での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合にのみ、ＴＥ１１１モード様共振により生じるディップ波形が生じることがわかる。

　（実施例３）
　図２４に示されるような従来の平板状の周期的構造体と、図２５に示されるような（図２４に加えてさらに大突起を有する）単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体とについて、実施例１と同様の方法で、シミュレーション計算をおこなった。図２６に、図２４に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（破線）、および、図２５に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性（実線）を示す。図２６の結果から、図２５に示されるように、Ｚ方向の突起を有することにより、単位構造体の電磁波の偏光面（ＸＺ面）での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合にのみ、ＴＥ１１１モード様共振により生じるディップ波形が生じることがわかる。

　（実施例４）
　図１３に示すような単位構造体からなる平板状の周期的構造体を実際に作製し、それに電磁波を照射したときの周波数特性を評価した。以下に、その周期的構造体の作製手順を示す。

　平滑面を有する導体板（材質：Ｃｕ）を用意し、その片面に設けた感光性樹脂層をフォトリソグラフィーでパターニングし、図１１に示すような形状に対応するフォトマスクを形成した。得られた導体板をＮｉ電界メッキ浴中に配置し通電することで、マスクのない導体板が露出した部分に、図１１に示すような形状のＮｉメッキ膜を形成した。フォトマスクを除去した後、さらに、図１３の突起部１０１に対応する形状の別のフォトマスクを設けることにより、突起部１０１の形状のＮｉメッキ膜を形成した。導体板に残る硬化樹脂分を溶剤にて除去し、導体板からＮｉメッキ構造体を剥離することで、図１３に示すような単位構造体からなる平板状の周期的構造体を得た。

　得られたＮｉ製の平板状の構造体に対して、無電界Ａｕメッキを行うことで、Ａｕで被覆された周期的構造体を得た。

　上記のようにして作製した平板状の周期的構造体を用いて、図１に示す装置構成で、上記実施例１のシミュレーションの条件と同様の条件において、周期的構造体の主面に対して垂直な方向から電磁波を照射した時に前方散乱した電磁波（周期的構造体を透過した電磁波）の周波数特性を実際に測定した。

　図２７に、以上のようにして図１３に示す周期的構造体について実際に測定した周波数特性を示す。図２７の結果から、図１４のシミュレーション計算結果と同様に、図１３に示す単位構造体からなる周期的構造体に、平板状の周期的構造体の主面（基準面）に対して垂直な方向から電磁波を照射することにより、ＴＥ１１１モード様共振に由来するディップ波形が生じることがわかる。

　（実施例５）
　本実施例は、単位構造体の空隙部の２次元形状（単位構造体が配列される面である基準面での断面形状）が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称でない場合に関する実施例である。図２８に、本実施例で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図を示す。図２８に示す単位構造体の空隙部は、空隙部側面の１つの中央部付近に突起部１０１が配置されている形状（凹状）である。この図２８に示す単位構造体から構成される平板状の周期的構造体を実際に作製し、それに電磁波を照射したときの周波数特性を実際に測定した。次に、その周期的構造体の作製手順を説明する。

　まず、３００ｍｍ角の平滑面を有する導体板（材質：Ｃｕ）を用意し、その片面に感光性樹脂層を厚み１００μｍで塗布・乾燥した。周期的構造体の空隙部以外の部分に相当するフォトマスクを用意し、空隙部に相当する部分をＵＶ硬化させた。非硬化樹脂分をリンスで除去し、導体板を露出させた。このようにして得られた導体板をＮｉ電界メッキ浴中に配置し通電することで、硬化した感光性樹脂層が形成されておらず導体板が露出した部分のみに、Ｎｉメッキ膜を厚み２０μｍで形成した。メッキ後、導体板に残る硬化樹脂分を溶剤にて除去し、導体板からＮｉメッキ構造体を剥離することで、図２８に示す単位構造体が正方格子配列（格子間隔は２６０μｍ）された厚み２０μｍのＮｉ製の平板状の周期的構造体を得た。周期的構造体の法線方向から見た単位構造体の寸法は２６０×２６０μｍであり、１８０×１８０μｍの空隙部を有し、該空隙部の一側面の中央部に突起部１０１（２０×２０×２０μｍの立方体状）を有している。さらに、得られたＮｉ製の平板状の構造体に対して、無電界Ａｕメッキを行うことで、Ａｕで被覆された周期的構造体（金属メッシュ）を得た。

　実施例４と同様にして、上記金属メッシュに対して、その主面に垂直な方向から電磁波を照射した時に、周期的構造体を透過した電磁波の透過率スペクトルを、ＴＨｚ－ＴＤＳを用いて測定した。

　なお、測定は、電磁波として平行光束を照射した場合と、集光光束を照射した場合の各々について行った。平行光束（平面波）を照射する場合、実験に用いたＴＨｚ－ＴＤＳにおいて、光軸（電磁波の進行方向）に垂直な面を規定すると、光源から照射される電磁波の該面内の位相は揃っている。したがって、金属メッシュを光軸に対して垂直に設置した場合、金属メッシュ主面に照射される電磁波が平面波であれば、周期的構造体の主面内での位相は等しくなり、各々の空隙部に照射される電磁波の位相は等しくなる。

　周波数特性の測定結果を図２９に示す。図２９において、実線は平行光束を照射した場合の周波数特性を示し、破線は集光光束を照射した場合の周波数特性を示す。図２９に示されるように、平行光束を照射した場合の周波数特性（実線）におけるディップ波形は、集光光束を照射した場合の周波数特性（破線）におけるディップ波形よりも、帯域幅が狭くシャープなものとなっている。このことから、集光光束を照射するよりも平行光束を照射する方が、透過率スペクトルのディップ波形が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できることが分かる。

　（実施例６）
　本実施例は、単位構造体の空隙部の２次元形状（単位構造体が配列される面である基準面での断面形状）が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称でない場合に関する別の実施例である。図３０に、本実施例で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図を示す。図３０に示す単位構造体においては、空隙部の形状（周期的構造体の主面に垂直な方向から見た形状）が台形状である。このように単位構造体の空隙部の形状を台形状（上底１６０μｍ、下底２００μｍ、高さ１８０μｍ）とした以外は、実施例５と同様の方法で周期的構造体を作製し、実施例５と同様の方法で周波数特性を測定した。

　周波数特性の測定結果を図３１に示す。図３１において、実線は平行光束を照射した場合の周波数特性を示し、破線は集光光束を照射した場合の周波数特性を示す。図３１に示されるように、平行光束を照射した場合の周波数特性（実線）におけるディップ波形は、集光光束を照射した場合の周波数特性（破線）におけるディップ波形よりも、帯域幅が狭くシャープなものとなっている。このことから、集光光束を照射するよりも平行光束を照射する方が、透過率スペクトルのディップ波形が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できることが分かる。

　（実施例７）
　本実施例では、実施例５と同様の図２８に示す単位構造体からなる周期的構造体について、等価回路を用いたシミュレーション計算を行った。図３２は、図２８に示す単位構造体の正面図である。図３３は、図３２に示す単位構造体について、ＴＥ１０モード様（擬似ＴＥ１０モード）共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。また、図３４は、図３２に示す単位構造体について、ＴＥ１１モード様（擬似ＴＥ１１モード）共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。

　図３５は、図２８および図３２に示す単位構造体が正方格子状に９個（縦に３個、横に３個）配列されてなる周期的構造体（金属メッシュ）について、等価回路で表現した回路図である。図３５において、１つの単位構造体に相当する部分９ｂは、図３３に示す等価回路（擬似ＴＥ１０モード共振が生じている場合）と図３４に示す等価回路（擬似ＴＥ１１モード共振が生じている場合）とを組合せた回路から構成されている。図３５の等価回路には位相遅延回路９ａが設けられており、スイッチを切り替えることで信号の位相を変えることができる。位相を変えることで、擬似ＴＥ１０モードの等価回路（異なる位相の電磁波が入力された場合）と擬似ＴＥ１１モードの等価回路（同位相の電磁波が入力された場合）を切り替えることができる。

　Ｍｉｃｒｏｎｅｔ社製回路シミュレータ（ｃｉｒｃｕｉｔｖｉｅｗｅｒ４．０）を用いて、図３５に示す等価回路の出力を計算した。尚、ソフトウェアがテラヘルツ帯で動作しない為、各回路パラメータを０．８ＧＨｚ近傍にディップ波形が現れるように設定した。すなわち、図３３、図３４に示す等価回路のコイル（Ｌ１及びＬ３）の値、コンデンサ容量（Ｃ、Ｃ１、Ｃ３）の値を、それぞれ、Ｌ１＝１６．５ｎＨ、Ｌ３＝１８ｎＨ、Ｃ＝０．９３ｐＦ、Ｃ１＝０．９３ｐＦ、Ｃ３＝０．８ｐＦに設定した。周波数分解能は２４０ｋＨｚとした。計算した等価回路の出力波形（透過率の周波数特性に相当）を図３６に示す。

　図３６において、グラフ中の実線は、９個の単位構造体を有する周期的構造体に相当する等価回路の全体に同位相の電磁波が入力された場合における、等価回路（擬似ＴＥ１１モードの等価回路）の出力波形の計算結果を示す。破線は、図３５に示す等価回路の上段、中段、下段にそれぞれの間で０．５５ｒａｄずつ位相差を有するように信号を入力した場合における、等価回路（擬似ＴＥ１０モードの等価回路）の出力波形の計算結果を示す。

　図３６に示される結果から、隣接する空隙部に入力される信号の位相が等しい（周期的構造体の主面内おける電磁波の位相が等しい）方が、透過率スペクトル中のディップ波形が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できることが分かる。

　（実施例８）
　実施例７で説明した図３５に示す等価回路には、抵抗９１、抵抗９２、抵抗９３が設けられており、抵抗値を変えることで信号の振幅を変化させることができる。本実施例では、Ｍｉｃｒｏｎｅｔ社製回路シミュレータ（ｃｉｒｃｕｉｔｖｉｅｗｅｒ４．０）を用いて、振幅を変化させた場合の等価回路の出力を計算した。尚、ソフトウェアがテラヘルツ帯で動作しない為、各回路パラメータを１．２７ＧＨｚ近傍にディップ波形が現れるように設定した。すなわち、図３４に示す等価回路のコイル（Ｌ１及びＬ３）の値、コンデンサ容量（Ｃ、Ｃ１、Ｃ３）の値を、それぞれ、Ｌ１＝１６．５ｎＨ、Ｌ３＝１８．０ｎＨ、Ｃ＝０．９３ｐＦ、Ｃ１＝０．９３ｐＦ、Ｃ３＝１．２ｐＦに設定した周波数分解能は１２０ｋＨｚとした。計算した等価回路の出力波形を図３７に示す。

　図３７において、グラフ中の実線は９個の孔の等価回路に同位相かつ同振幅の電磁波が入力された場合における、等価回路の出力波形の計算結果を示す。破線は、図３５に示す等価回路の上段、中段、下段にそれぞれの間で電磁波の振幅が異なるように同位相の信号を入力した場合における、等価回路の出力波形の計算結果を示す。

　図３７に示される結果から、隣接する空隙部に入力される信号の振幅が等しい（周期的構造体の主面内おける電磁波の振幅が等しい）方が、透過率スペクトル中のディップ波形が鋭くなり、被測定物の特性を高感度に測定できることが分かる。

　なお、上述の実施例に示した形状の単位構造体に限らず、他にも本発明の条件を満たす形状（例えば、凸形、正五角形、星型）の単位構造体からなる周期的構造体を用いれば、上記実施例と同様の効果を得ることができる。また、上述の実施例では、単位構造体が周期的構造体の主面方向に正方格子状に周期的に配置（正方格子配列）された構造体を用いているが、例えば、単位構造体が三角格子状に配置された周期的構造体においても、単位構造体が本発明の条件を満たす形状であれば、同様の結果を得ることができる。

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

　１　平板状の周期的構造体、１０ａ　主面、１０ｂ　側面、１０１　突起部、１１　空隙部、１１ａ　空隙部側面、２　レーザ、２０　ハーフミラー、２１　ミラー、２２，２３，２４，２５　放物面ミラー、２６　時間遅延ステージ、３　電源、４　ロックインアンプ、５　ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、６　アンプ、７１，７２　光電導素子、８　発振器、９ａ　位相遅延回路、９１，９２，９３　抵抗。

Claims (9)

1. 　平板状の周期的構造体（１）に被測定物を保持し、
   　前記周期的構造体（１）に直線偏光の電磁波を照射し、
   　前記周期的構造体（１）で前方散乱または後方散乱された電磁波を検出し、
   　前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定する測定方法であって、
   　前記周期的構造体（１）は、同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
   　前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部（１１）を有しており、
   　前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
   　前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、測定方法。
2. 　前記単位構造体の前記電磁波の偏光面での断面形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である、請求項１に記載の測定方法。
3. 　前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記周期的構造体（１）のＴＥ１１１モード様共振により生じたものである、請求項２に記載の測定方法。
4. 　前記単位構造体の前記被測定物が保持される側とは反対側の主面（１０ａ）上に、突起部（１０１）を有する、請求項２に記載の測定方法。
5. 　前記単位構造体の空隙部の前記基準面での断面形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である、請求項１に記載の測定方法。
6. 　前記周期的構造体（１）に照射される前記電磁波が平面波である、請求項５に記載の測定方法。
7. 　前記電磁波は、前記周期的構造体（１）の主面内おける前記電磁波の位相が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しい、請求項５記載の測定方法。
8. 　前記電磁波は、前記周期的構造体（１）の主面内おける前記電磁波の振幅が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しい、請求項５に記載の測定方法。
9. 　請求項１に記載の測定方法に用いられる平板状の周期的構造体（１）であって、
   　同一形状の単位構造体が、１つの基準面の方向に２次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
   　前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも１つの空隙部（１１）を有しており、
   　前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
   　前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、平板状の周期的構造体（１）。

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