JP2007309857A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の情報の取得時間を比較的短くできる測定装置及び方法である。
【解決手段】測定装置は、光路切り替え手段8、20と、電磁波供給手段1、2、9と、遅延手段4と、検出手段1、3、9と、処理手段5を有する。光路切り替え手段は、被測定物7のある光路を含む複数光路A、Bから択一的に選択される光路を切り替える。電磁波供給手段は、選択光路に電磁波11を供給する。遅延手段4は、サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせる。検出手段は、電磁波11と遅延手段4からのサンプリングパルスを受けて電磁波11の電場強度の時間波形を検出する。処理手段4は、検出された電場強度の時間波形を処理して被測定物7の情報を取得する。検出手段が、複数光路を経た電磁波の電場強度の時間波形を検出できる様に、遅延手段によるサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、光路切り替え手段による選択光路の切り替えタイミングを設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、被測定物の複素誘電率などの情報を取得する測定装置及び測定方法に関する。特に、30GHz乃至30THzのミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む周波数帯（本明細書では、テラヘルツ帯とも呼ぶ）の電磁波を用いて被測定物の情報（典型的には、当該電磁波帯に対する複素誘電率などの物性）を取得する測定装置及び測定方法に関する。

従来のテラヘルツ（THz）帯の複素誘電率を測定する方法は次の通りである。すなわち、検出光路に被測定物を挿入した状態と検出光路から被測定物を取り除いた状態とで、夫々得られる透過パルス光または反射パルス光の電場強度の時系列波形に基づいて、複素誘電率を算出する（特許文献1参照）。そのため、複素誘電率を算出するのに少なくとも2回、所定の範囲で遅延器を掃引させて遅延時間を変化させ電場強度の時系列波形を計測する必要がある。

テラヘルツ帯の電磁波を用いているのは、光とは異なり、テラヘルツ時間領域分光法(Terahertz Time-Domain Spectroscopy、THz-TDS)を用いることで、被測定物の振幅情報と位相情報を同時に取得できるからである。こうして、複素誘電率などの被測定物の当該電磁波に対する物性を求めることができる。
特開2002−98634号公報

上記従来技術において、複素誘電率を精度良く算出するためには、電磁波の電場強度の時系列データの数を増やすことが有効である。そのため、遅延器で掃引させる距離を長くすることが行なわれるが、掃引させる距離に比例して計測時間も長くなる。従来の方法では、複素誘電率を算出するのに少なくとも2回（検出光路に被測定物を挿入した時と取り除いた時）、遅延器を掃引させて電場強度の時系列波形を計測する必要がある。従って、複素誘電率を計測するのに時間がかかりやすい。

上記課題に鑑み、本発明の測定装置は、光路切り替え手段と、電磁波供給手段と、遅延手段と、電磁波検出手段と、処理手段を有する。前記光路切り替え手段は、被測定物が配置されるべき少なくとも1つの光路を含む複数の光路のうちから択一的に選択される光路を切り替えるためのものである。前記電磁波供給手段は、前記選択される光路に電磁波（典型的には、テラヘルツ帯の電磁波である）を供給するためのものである。前記遅延手段は、サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせるためのものである。前記電磁波検出手段は、前記選択される光路を経た電磁波と前記遅延手段からのサンプリングパルスを受けて前記選択される光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を検出するためのものである。前記処理手段は、前記電磁波検出手段で検出される前記電場強度の時系列波形を処理して被測定物の情報を取得するためのものである。

そして、前記選択される光路を経た電磁波と前記遅延手段からのサンプリングパルスを前記電磁波検出手段が受けて前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、次の様にする。すなわち、前記遅延手段によるサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、前記光路切り替え手段による前記選択される光路の切り替えのタイミングを設定する。

また、上記課題に鑑み、本発明の測定方法は、以下の第1乃至第4のステップを含む。第1のステップでは、被測定物が配置された少なくとも1つの光路を含む複数の光路のうちから択一的に選択される光路に電磁波（典型的には、テラヘルツ帯の電磁波である）を供給する。第2のステップでは、サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせる。第3のステップでは、前記選択される光路を経た電磁波と前記可変に遅延時間を生じさせられるサンプリングパルスを受けて前記選択される光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を検出する。第4のステップでは、前記検出される電場強度の時系列波形を処理して被測定物の情報を取得する。そして、前記第3のステップにおいて前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、次の様にする。すなわち、前記第2のステップでのサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、前記第1のステップでの前記選択される光路の切り替えのタイミングを設定する。

本発明によれば、数少ない回数（例えば、1回）のサンプリングパルスの遅延時間の変化工程、或いは遅延手段でサンプリングパルスの遅延時間を高速に変化させることにより、前記複数の光路を経る電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる。そのため、被測定物の情報（例えば、複素誘電率）の取得時間を比較的短くすることができる。

以下に、本発明の実施形態を説明する。本発明の一実施形態である図1に示す様な測定装置は、次の如く構成されている。

光路切り替え手段8は、平行移動可能な一対のミラー20を含む。光路切り替え手段8の複数の光路は、被測定物のない1つの光路Aと、被測定物7が配置されるべき1つの光路Bを含み、一対のミラー20の移動により、電磁波11が伝播する光路AまたはBが択一的に選択される。前記電磁波供給手段は、レーザ1とビームスプリッタ9とTHz発生器2を含む。前記遅延手段は遅延器4を含む。前記電磁波検出手段は、レーザ1とビームスプリッタ9とTHz検出器3を含む。前記処理手段は演算処理部5を含む。

本実施形態では、前記選択される光路AまたはBを経た電磁波11と遅延器4からのサンプリングパルスをTHz検出器3が受けて、前記複数の光路A、Bを経た電磁波11の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、次の如くなっている。すなわち、遅延器4のステージの掃引によるサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、光路切り替え手段8による前記選択される光路AまたはBの切り替えのタイミングが設定される。演算処理部5は、THz検出器3で検出された前記複数の光路A、Bを経た電磁波11の電場強度の時系列波形に基づいて、例えば、被測定物7の複素誘電率を算出する。複素誘電率の他にも、単純に被測定物の存否、或いは、予めデータベースを作っておいて被測定物の同定や濃度などの情報を得ることもできる。

光路切り替え手段8は、被測定物のない光路と被測定物のある複数の光路の間で前記選択される光路を切り替える構成にもできる。この場合、被測定物のない光路を含む複数の光路を切り替えることで、複数の被測定物の情報を得ることができる。

光路切り替え手段8により選択光路を切り替えるタイミングとしては、次の様な態様がある。第1に、後述の実施例1や実施例3の様に、設定された時間範囲にわたる遅延器4による遅延時間の変化（掃引）工程内で、選択光路を切り替える態様がある。また、後述の実施例2の様に、設定された時間範囲にわたる遅延器4による遅延時間の変化（掃引）工程が少なくとも1回終了する毎に、複数の光路のうちで選択光路を切り替えることもできる。この場合、設定された時間範囲の往路または復路として遅延時間の変化工程を実行し、往路の遅延時間の変化工程と復路の遅延時間の変化工程を合わせた2回の変化工程が終了する毎に、選択光路を切り替える方法がある。或いは、往路と復路の遅延時間の各変化工程が終了する毎に、複数の光路のうちで選択光路を切り替える方法を採ることもできる。

光路切り替え手段8は、少なくとも1つの光路の光路長を調整するための光路長調整手段である光路差発生器6を備えてもよい。こうすれば、例えば、切り替える光路毎に、夫々固定の光路差を発生する光路差発生器を備えることで、別々の光路の電場強度を、遅延器4のステージの位置が異なっていても、同じ波形の位置で測定できる。

次の様な測定方法を実行できるのであれば、測定装置の構成は上記実施形態のものに限られない。その測定方法とは、以下の第1乃至第4のステップを含むものである。第1のステップでは、被測定物が配置された少なくとも1つの光路を含む複数の光路のうちから択一的に選択される光路に電磁波を供給する。第2のステップでは、サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせる。第3のステップでは、選択光路を経た電磁波と前記可変に遅延時間を生じさせられるサンプリングパルスを受けて選択光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を検出する。第4のステップでは、前記検出された電場強度の時系列波形を処理して被測定物の情報を取得する。そして、第3のステップにおいて前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、次の様にする。すなわち、第2のステップでのサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、第1のステップでの前記選択される光路の切り替えのタイミングを設定する。

上記測定方法の具体例として、次のものがある。すなわち、発生器2からの電磁波11を検出器3で検出する際に、遅延器4を掃引させつつ光路切り替え手段8により選択光路を切り替えて、複数光路を経た電磁波の電場強度を同時並行的に測定し、演算処理部5で複素誘電率などを算出する方法がある。これによれば、一度の遅延器4の掃引によって被測定物7の複素誘電率などを測定できる。また、次の様な測定方法の例も可能である。すなわち、発生器2からの電磁波を検出器3で検出する際に、遅延器4を高速で繰り返し掃引させ、掃引させる度に、光路切り替え手段8により選択光路を順次切り替えて各光路を経た電磁波の電場強度を測定する。そして、演算処理部5で各光路毎に波形を積算して各光路を経た電磁波の電場強度の時間波形を算出し、この電磁波の電場強度の時間波形から複素誘電率などを算出する。これによれば、遅延器4の高速掃引によっての被測定物7の物性などの情報を取得できる。

上記測定装置ないし方法によれば、一度の遅延系の掃引で被測定物がある光路とない光路の両方の時系列波形を測定できるため、測定環境条件が全く同じ状態で被測定物の複素誘電率などを求めることができる。また、計測時間も、被測定物が1つのときには従来の約半分の時間に短縮することができる。光路を複数用意し、遅延系を掃引させながら高速に光路を切り替えることにより、一度に複数の被測定物の複素誘電率などを算出することもできる。これに対して、従来の技術では、1回の電場強度の時系列波形を計測するのにも時間がかかるため、2回計測するとなると、時間の経過とともにレーザの強度や温湿度などに変動が生じることもあり、測定環境条件が変動してしまう懸念がある。

こうして、本実施形態の測定装置及び測定方法では、数少ない回数（例えば、一度）或いは高速の遅延器の掃引で複素誘電率などを計測するため、同一測定条件で短時間に複素誘電率などを求めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の更に具体的な実施例を説明する。

（実施例1）
図1は本発明の第1の実施例を示す概略図である。本実施例では、図1に示す様に、レーザ1からのレーザ光をビームスプリッタ9で2つに分割し、一方をTHz発生器2に照射し、もう一方をTHz検出器3に照射する。前記一方のレーザ光が照射されたTHz発生器2で発生したTHzパルス11はレンズ10で集光された後、光路切り替え手段8内で選択される検出光路を通ってTHz検出器3に入射される。遅延器4を掃引して前記もう一方のレーザ光（サンプリングパルス）の遅延時間を変化させることにより、選択された検出光路を経たTHz波の電場強度の時系列波形を取得することができる。

ここで、光路切り替え手段8により、被測定物7のない検出光路（図1のA）が選択されているとする。このとき遅延器4を掃引させて得られたTHz波の電場強度の時系列波形のうちTHzパルスの部分を拡大したものを、図2に示す。この時系列波形全体を取得したときのパラメータは、データ取得のサンプリング時間が100msであり、遅延器4のステージの移動速度は0.03(mm/秒)、ステージの移動距離は12mmである。従って、遅延器4のステージが12mm移動する間に400秒かかり、そのときに得られるデータ数は4000点となる。なお、図2の横軸の時間におけるサンプリング間隔は、上記サンプリング時間で移動するステージの距離が0.03(mm/秒)×0.1（秒）=3（μm）であるため、1(ps)に相当する。

図3は、被測定物7のない検出光路の場合（図1のA）における、遅延器4のステージの位置とサンプリング時間の関係を示すものである。サンプリング時間が0.0（秒）のときのステージの位置を0.0（μm）とすると、次の様になることを意味している。すなわち、サンプリング時間が0.1（秒）であってステージの位置が3.0（μm）のときのTHz波の電場強度をサンプリングし、サンプリング時間が0.2（秒）であってステージの位置が6.0（μm）のときのTHz波の電場強度をサンプリングするといった関係がある。

次に、光路切り替え手段8内で、被測定物7のある検出光路（図1のB）が選択されているとする。この光路切り替えは、例えば、図1に示す一対のミラー20をアクチュエータで平行移動することにより行うことができる。この時、検出光路上に配置された光路差発生器6により、被測定物7のない検出光路（図1のA）と被測定物7のある検出光路（図1のB）の光路長が等しくなる様にしておく。光路差発生器6としては、光路切り替え手段8内に図4に示す様な可動のミラー12を配置すればよい。

説明を簡単にするために、今、被測定物7が図1のBの検出光路にないものとする。サンプリング時間は先程と同じ100msとするが、最初に説明した被測定物7がない場合（図1のA）の遅延器4のステージの位置とは異なるステージの位置で、THz波の電場強度をサンプリングすることを考える。これには、例えば、最初に説明した被測定物7がない場合（図1のA）にサンプリングしたときの遅延器4のステージの位置の間隔の中間の位置でサンプリングすればよい。これは、次の様にサンプリングを行なうことを意味する。すなわち、図5の様に、サンプリング時間が0.05（秒）で遅延器4のステージの位置が1.5（μm）のときのTHz波の電場強度をサンプリングし、次にサンプリング時間が0.15（秒）でステージの位置が4.5（μm）のときのTHz波の電場強度をサンプリングする。図3と図5を同じ時間軸で比較すると、図6の様な関係になる。

遅延器4のステージを掃引させながら、図6に示す位置にステージが来たときに、検出すべき光路が選択されている様に、光路切り替え手段8内で選択光路を高速に切り替えて、THz波の電場強度をサンプリングしていく。こうすると、図7に示す様なデータを取得することができる。ただし、このときのサンプリング時間は、光路切り替え手段8内で光路を高速に切り替えないときのサンプリング時間の半分の時間の50msとしている。図7の黒丸は被測定物7のない光路（図1のA）を経た電磁波のデータであり、白丸は被測定物7のあるはずの光路（図1のB）を経た電磁波のデータである。なお、図7において波形が1つであるのは、被測定物7のあるはずの光路（図1のB）が選択されていても、実際には被測定物7がないときの波形を表示しているからである。ただし、被測定物7がないときの波形は、図1のAとBの様に光路が異なっていても、同じであるとしている。

先程は、被測定物7のある検出光路（図1のB）が選択されているとき、被測定物7のない検出光路（図1のA）と被測定物7のある検出光路（図1のB）の光路長が等しくなる様に光路切り替え手段8内の光路差発生器6を調整し設定した。今度は、被測定物7のある検出光路（図1のB）の方が、被測定物7のない検出光路（図1のA）よりΔL=1.5(μm)だけ長くなる様に設定しておく。これは、遅延器4のステージの移動速度である30(μm/秒)に、両光路のサンプリング時間のずれである0.05(秒)を掛けた値である。

この様にする理由を次に述べる。図1のAとBで光路長が等しい場合、図7で示す様に図1のAとBで波形の測定点（サンプリングする横軸の時間）が異なり、波形やサンプリング間隔によっては、同一の波形であっても違う波形として測定されてしまうことがあり得る。そこで、こうしたことがない様に図1のAとBを経た電磁波の波形の測定点を一致させる必要がある。

被測定物7のある検出光路（図1のB）の方が、被測定物7のない検出光路（図1のA）よりΔL=1.5(μm)だけ長くなる様に設定することにより、図1のAとBを経た電磁波の波形の測定点を一致させることができる。具体的には、遅延器4のステージが或る位置にきたときに、被測定物7のない検出光路（図1のA）を経たTHz波の電場強度をサンプリングしたデータと、以下のデータの波形の測定点が一致する。すなわち、遅延器4のステージが、被測定物7のない検出光路（図1のA）でサンプリングした時点から1.5(μm)移動したときに、被測定物7のある検出光路（図1のB）を経たTHz波の電場強度をサンプリングしたデータの波形の測定点が一致する。これは、両検出光路に上記の光路差を設けることが、サンプリングする時間をΔｔ（0.05(秒)）だけシフトさせることに相当することを意味する。この結果、遅延器4のステージを1回移動させるだけで、同一の測定点での波形を2つ（図1のAの検出光路を経たTHz波の波形と図1のBの検出光路を経たTHz波の波形）取り込むことが可能になる。

図8は、両検出光路に光路差ΔL=1.5(μm)があるときに遅延器4のステージを掃引して得られた測定データを、切り替えた光路毎に分けてプロットしたものである。(a)の図は被測定物7のない光路（図1のA）に切り変わっているときに取得した波形データであり、(b)の図は被測定物7のある光路（図1のB）に切り替わっているときに取得した波形データである。同一の測定点での波形が得られていることが分かる。

これまで、被測定物7が図1のBの検出光路にないとして説明していたが、ここで被測定物7を図1のBの検出光路上に置いて、遅延器4のステージを掃引する。そして、THz検出器3で得られた測定データを演算処理部5で、切り替えた光路毎に分けてグラフにプロットする。上述した様に、被測定物7のある検出光路（図1のB）の方が、被測定物7のない検出光路（図1のA）より光路長がΔL=1.5(μm)だけ長い。そのため、一度の遅延器4のステージの掃引で、被測定物7のない光路（図1のA）のTHz波の電場強度の時系列波形と、被測定物7のある光路（図1のB）のTHz波の電場強度の時系列波形の両方を、波形の全く同じポイントで同時に取得することができる。このとき得られる被測定物7のある光路（図1のB）のTHz波の電場強度の時系列波形は、被測定物7のあるべき光路に実際に被測定物7が置かれているので、被測定物7のない光路のTHz波の電場強度の時系列波形とは異なるものとなる。

こうして、被測定物7ありとなしの2つのTHz波の電場強度の時系列波形が得られたので、演算処理部5でデータ処理することによって、例えば、複素誘電率を求めることができる。複素誘電率の求め方は以下の通りである。

まず、被測定物7の複素屈折率を下の式（1）とすると、空気→試料の複素振幅透過率は下の式（2）となり、試料→空気の複素振幅透過率は下の式（3）となる。

試料→空気の複素振幅反射率は、次式で表わされる。

一般にTHz波の電場強度の時系列波形E(t)とそのフーリエ変換から算出される振幅|E(ω)|と位相θとの関係は、次式で定義される。

従って、被測定物7ありとなしの2つのTHz波の電場強度の時系列波形のフーリエ変換を夫々E_sam(ω)、E_ref(ω)とすると、次の様になる。

全体での複素振幅透過率t(ω)は次式で定義される。

j回反射で透過してきたテラヘルツ波の複素振幅透過率（理論値）をt_j(ω)とすれば、全体での複素振幅透過率t(ω)は、次式となる。

一般に、j（≧0）回反射の場合の複素振幅透過率は下の式（10）となるので、全体での複素振幅透過率は下の式（11）となる。

ここで、次の等比級数の公式を用いる。

ただし、初項aと公比rは次の通りである。

よって、次式（15）が成り立つ。

式（15）を、測定で得られた複素振幅透過率と比較することで、n,κを求める。式（15）をn,κの独立な2式に分離することは困難であるので、逐次近似法を用いる。すなわち、次式（16）という式を求め、逐次近似でn,κを求める。なお、式（15）を式（16）に変換する方法としては、絶対値と偏角に分離する方法などを用いればよい。

式（16）によってn,κが求まれば、次式（17）から複素誘電率ε＝ε₁＋iε₂を算出することができる。

（実施例2）
図9は本発明の第2の実施例を示す概略図である。本実施例でも、図9に示す様に、レーザ1をビームスプリッタ9で2つに分割し、一方をTHz発生器2に照射し、もう一方をTHz検出器3に照射する。THz発生器2から発生するTHzパルス11はレンズ10で集光された後、光路切り替え手段8内に設置されたガルバノミラー13を通ってTHz検出器3に入射される。実施例1と同様、遅延器4を掃引することにより、THz波の電場強度の時系列波形を取得することができる。光路切り替え手段8内のガルバノミラー13の角度を変化させることによって、検出光路Aと検出光路B間で光路の切り替えが行われる。どちらの検出光路が選択されても、THzパルス11は放物面鏡などのミラー21によってTHz検出器3に集められる様になっている。

今、ガルバノミラー13を制御することにより、被測定物7のない検出光路（図9のA）が選択されているとする。

このとき、遅延器4を掃引させてTHz検出器3で得られるTHz波の電場強度の時系列波形のうちTHzパルスの部分を拡大したものは図2と同じものになる。時系列波形全体を取得したときのパラメータは、実施例1と同様、データ取得のサンプリング間隔が100msであり、遅延器4のステージの移動速度が0.03(mm/秒)、ステージの移動距離が12mmである。従って、遅延器4のステージが12mm移動する間に400秒かかり、そのときに得られるデータ数は4000点となる。

被測定物7のない場合（図9のA）における、遅延器4のステージの位置とサンプリング時間の関係は図3と同じである。この図3の意味は実施例1のところで説明した通りである。

次に、ガルバノミラー13を制御することにより、被測定物7のある検出光路（図9のB）が選択されているとする。この時、検出光路上に配置された光路差発生器6により、被測定物7のない検出光路（図9のA）と被測定物7のある検出光路（図9のB）の光路長が等しくなる様にしておく。このことは実施例1のところで述べたことと同様である。光路差発生器6としては、光路長を変化させる物質（空気とは異なる媒体）を被測定物7のある検出光路（図9のB）上に置くなどすればよい。

これ以降の光路差発生器6の設定の仕方やデータの測定方法、被測定物7の複素誘電率の算出方法などは実施例1と同じである。

なお、本実施例では、光路切り替え手段8内に角度を変化できるガルバノミラー13を設置して光路を切り替えたが、光路を切り替えることができれば他の手段を用いてもよい。例えば、ガルバノミラー13の代わりに他の機械式光スイッチ（メカニカル光スイッチ、MEMS光スイッチ、光導波路光スイッチ）や電気光学効果等を利用した電子式光スイッチなどを光路切り替え手段8内に設置して使用してもよい。

（実施例3）
図1を用いて本発明の第3の実施例を説明する。図1の様に、レーザ1をビームスプリッタ9で2つに分割し、一方をTHz発生器2に照射し、もう一方をTHz検出器3に照射する。THz発生器2から発生するTHzパルス11はレンズ10で集光された後、光路切り替え手段8内で選択される検出光路を通ってTHz検出器3に入射される様になっている。遅延器4のステージを掃引することにより、THz波の電場強度の時系列波形を取得することができる。

今、遅延器4のステージを高速で繰り返し掃引させ、掃引させる度に光路切り替え手段8内で、被測定物7のない検出光路（図1のA）と被測定物7のある検出光路（図1のB）を順次切り替えて、各光路を経た電磁波の電場強度をTHz検出器3で測定する。

ここで高速の意味について具体的に説明する。実施例1では、遅延器4を掃引する際、電磁波の電場強度の時間波形の1ポイントの測定に数十ms程度の積分時間を設けていたので、100msのデータ取得時間を必要としており、波形全体の測定に400秒を要していた。それに対し本実施例では、信号を積分せずに高速に取得するため、典型的には1ポイントのデータ取得時間を1msにすると、4秒で終了する。しかしながら、Ｓ／Ｎ比の問題があるため、例えば10回掃引して、40秒でデータを積算する。積算するためには、精密な位置決めを必要とし、遅延器4のステージにはμmオーダーのエンコーダを用いた精密位置決め制御が必須となる。

光路切り替え手段8で検出光路を切り替えるタイミングは、遅延器4のステージが1往復する毎に切り替える。または、往路は被測定物7のない検出光路（図1のA）に切り替え、復路は被測定物7のある検出光路（図1のB）に切り替えてもよい。ただしこの場合は、被測定物7のない検出光路（図1のA）と被測定物7のある検出光路（図1のB）との間で、測定した電磁波の電場強度の時間波形の時間の向きが異なる。そのため、演算処理部5でデータ処理する際に、測定した電磁波の電場強度の時間波形の一方において、時間の向きが正しい向きになる様にデータを並び替える必要がある。

この様にして高速掃引させて得られる電磁波の電場強度の時間波形そのものは、実施例1の方法によって得られる電磁波の電場強度の時間波形より振幅が小さくＳ／Ｎ比が悪い。そのため、繰り返し、同じステージ位置で電磁波の電場強度の時間波形を測定し、各光路毎に波形を積算する。こうすることによって波形の振幅が大きくなるとともに、ノイズの影響が平均化されてＳ／Ｎ比が向上する。

こうして、光路毎に積算して得られた時間波形、すなわち被測定物7のない検出光路（図1のA）で積算して得られた時間波形と、被測定物7のある検出光路（図1のB）で積算して得られた時間波形とが得られる。これらの時間波形を演算処理部5でデータ処理することによって、被測定物7の複素誘電率などを求めることができる。複素誘電率の算出方法は実施例1に示した方法と同じである。

本実施例では、遅延器4の高速掃引の過程において時間波形を別々に得るのであるが、後段の演算処理部5での処理の負担を少なくするためにも、複数の検出光路間の光路長の調整（ここでは、同じにする）をするのが好ましい。

本発明の測定装置ないし方法の実施形態及び実施例を説明する全体図。 検出される電磁波の電場強度の時間波形であるテラヘルツパルスの拡大図。 被測定物のない検出光路（図1のA）の場合での遅延器のステージの位置とサンプリング時間の関係を示す図。 図1の実施例中の光路差発生器の例の詳細図。 被測定物のある検出光路（図1のB）の場合（ただし簡単のため被測定物はないと仮定している）での遅延器のステージの位置とサンプリング時間の関係を示す図。 図3と図5を同一時間軸において合成した図。 高速に光路を切り替えて得られた実験データの例を示す図。 検出光路間に光路差があるときに遅延器のステージを掃引して得られた測定データの例を、切り替えた光路毎に分けてプロットした図。 光路切り替え手段内にガルバノミラーを用いた測定装置ないし方法の実施例を説明する全体図。

符号の説明

1…電磁波供給手段、電磁波検出手段（レーザ）
2…電磁波供給手段（THz発生器）
3…電磁波検出手段（THz検出器）
4…時間遅延手段（遅延器）
5…処理手段（演算処理部）
6、12…光路長調整手段（光路差発生器、ミラー）
7…被測定物
8、13、20…光路切り替え手段（ガルバノミラー、ミラー）
9…電磁波供給手段、電磁波検出手段（ビームスプリッタ）
11…電磁波（THzパルス）

Claims (9)

1. 被測定物が配置されるべき少なくとも1つの光路を含む複数の光路のうちから択一的に選択される光路を切り替えるための光路切り替え手段と、
   前記選択される光路に電磁波を供給するための電磁波供給手段と、
   サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせるための遅延手段と、
   前記選択される光路を経た電磁波と前記遅延手段からのサンプリングパルスを受けて前記選択される光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を検出するための電磁波検出手段と、
   前記電磁波検出手段で検出される前記電場強度の時系列波形を処理して被測定物の情報を取得するための処理手段と、
   を有し、
   前記選択される光路を経た電磁波と前記遅延手段からのサンプリングパルスを前記電磁波検出手段が受けて前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、前記遅延手段によるサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、前記光路切り替え手段による前記選択される光路の切り替えのタイミングを設定することを特徴とする測定装置。
2. 前記処理手段は、前記検出された前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形に基づいて被測定物の複素誘電率を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
3. 前記光路切り替え手段は、被測定物のない光路と被測定物のある1つ以上の光路の間で前記選択される光路を切り替えるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の測定装置。
4. 前記光路切り替え手段は、設定された時間範囲にわたる前記遅延手段による遅延時間の変化工程内で、前記複数の光路のうちで前記選択される光路を切り替えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の測定装置。
5. 前記光路切り替え手段は、設定された時間範囲にわたる前記遅延手段による遅延時間の変化工程が少なくとも1回終了する毎に、前記複数の光路のうちで前記選択される光路を切り替えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の測定装置。
6. 前記遅延手段は、前記設定された時間範囲の往路または復路として遅延時間の変化工程を実行し、前記光路切り替え手段は、前記往路の遅延時間の変化工程と前記復路の遅延時間の変化工程を合わせた2回の変化工程が終了する毎に、或いは前記往路と前記復路の遅延時間の各変化工程が終了する毎に、前記複数の光路のうちで前記選択される光路を切り替えることを特徴とする請求項5に記載の測定装置。
7. 前記光路切り替え手段が、少なくとも1つの光路の光路長を調整するための光路長調整手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の測定装置。
8. 前記電磁波がテラヘルツ帯の電磁波であることを特徴とする請求項1及至7に記載の測定装置。
9. 被測定物が配置された少なくとも1つの光路を含む複数の光路のうちから択一的に選択される光路に電磁波を供給する第1のステップと、
   サンプリングパルスに可変に遅延時間を生じさせる第2のステップと、
   前記選択される光路を経た電磁波と前記可変に遅延時間を生じさせられるサンプリングパルスを受けて前記選択される光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を検出する第3のステップと、
   前記検出される電場強度の時系列波形を処理して被測定物の情報を取得する第4のステップと、
   を含み、
   前記第3のステップにおいて前記複数の光路を経た電磁波の電場強度の時系列波形を夫々検出できる様に、前記第2のステップでのサンプリングパルスの遅延時間の変化に応じて、前記第1のステップでの前記選択される光路の切り替えのタイミングを設定することを特徴とする測定方法。