JP2017156111A - 電磁波照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させる。
【解決手段】電磁波照射装置（１）において、プリズム（１１）は、第１面（１１ａ）と第２面（１１ｂ）と第３面（１１ｃ）とを有する。第１面（１１ａ）に入射し照射対象（１００）と相互作用した電磁波は、第２面（１１ｂ）から出射される。第１ミラー（１３）および第２ミラー（１４）は、第２面（１１ｂ）から出射された電磁波を第３面（１１ｃ）に入射させる。そして、第３面（１１ｃ）に入射した電磁波は、照射対象（１００）と相互作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に電磁波を照射する電磁波照射装置に関する。

従来から、電磁波を用いて測定対象を測定するための様々な方法が知られている。これらの測定方法の代表例としては、全反射減衰（Attenuated Total Reflection，ＡＴＲ）法等の分光分析方法を挙げることができる。

これらの測定方法では、測定対象（対象物）の表面に電磁波（例えば光）を照射し、反射（全反射）された電磁波（換言すれば、測定対象と相互作用した電磁波）が検出される。そして、反射された電磁波のスペクトルを分析することにより、測定対象に対する所定の測定が行われる。近年、これらの測定方法の改良のための様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、固体被測定物を導波路基板に密着させ、波長２００〜８８０ｎｍの光を、導波路基板と固体被測定物との界面において複数回反射させる測定装置が開示されている。

また、特許文献２には、調節機構が不要なＡＴＲプリズムを用いた測定装置が開示されている。特許文献２の装置では、異なる波長を発する各光源、および当該異なる波長を検出する検出器がそれぞれ、異なるプリズムの入射面および出射面に貼り付けられている。

また、特許文献３には、測定誤差の低減および構成の容易化を目的とした測定装置が開示されている。特許文献３の装置では、光路を往復させる（すなわち、光の往路と復路とを同じ光路とする）ために、プリズムの光学部品の底辺となす２つの角の値が、入射角と同じ値となるように構成されている。

また、特許文献４には、測定対象において反射された光を出射する光導波路を用いて、当該光の光吸収スペクトル等を高感度に測定するための測定装置が開示されている。特許文献４の装置では、光導波路の外側に光移送手段が配置されることにより、光導波路のある対の出射点からの出射光を、少なくとも１回、光導波路の他の対の入射点から再入射させている。

特開２０１３−２２１９１４号公報（２０１３年１０月２８日公開） 特開平８−２０１２７８号公報（１９９６年８月９日公開） 特開平８−１９３８１４号公報（１９９６年７月３０日公開） 特許第４５１６８０３号公報（２０１０年５月２１日公開）

一般的に、電磁波が測定対象に対して相互作用する回数（以下、「測定対象における電磁波の相互作用回数」とも称する）が多くなるにつれて、測定精度が向上することが知られている。従って、測定精度の向上のためには、測定対象における電磁波の相互作用回数を多くすることが好ましい。

しかし、特許文献１の測定装置は、固体被測定物の界面全体において電磁波を複数回反射させるように構成されているものの、当該固体被測定物内の特定の位置において電磁波を複数回反射させるようには構成されていない。

また、特許文献２の測定装置では、光源から発せられる各波長の光は、測定対象において１回しか反射されない。

また、特許文献３の測定装置では、光路が往復しているため、プリズムの底部に設けられた測定面（測定対象）において、光は高々２回しか反射されない。

また、特許文献４の測定装置は、測定対象における電磁波の反射回数を任意に設定できるものの、比較的複雑な構成を備えた光移送手段を設けることが必要となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成によって、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能な電磁波照射装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁波照射装置は、電磁波を導波する電磁波導入部と、対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、当該配置面とは異なる第１面、第２面、および第３面を有しており、上記第１面には、上記電磁波源から照射された上記電磁波が入射し、上記第１面に入射し上記対象物と相互作用した上記電磁波は、上記第２面から出射され、上記反射面は、上記第２面から出射された上記電磁波を上記第３面に入射させ、上記第３面に入射した上記電磁波は、上記対象物と相互作用する。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁波照射装置は、電磁波を導波する電磁波導入部と、対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、当該配置面とは異なる第１面および第２面を有しており、上記第１面および上記第２面は、上記電磁波が入射および出射される面であり、上記反射面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、上記第１面の法線、上記第２面の法線、上記配置面の法線、上記反射面の法線、および上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸のうちの少なくとも１つが、単一の面内に含まれないように、上記第１面、上記第２面、上記反射面、および上記光軸の位置関係が規定されている。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電磁波照射装置は、電磁波を導波する電磁波導入部と、対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、上記電磁波の一部を反射するとともに、当該電磁波の一部を透過させる光学面を有する少なくとも１つの光学部材と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、上記電磁波を透過するとともに上記光学面と対向する第１面および第２面を有しており、上記光学面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸と、上記第１面、上記第２面、上記配置面、および上記光学面のそれぞれの法線とが、単一の面内に含まれるように、上記第１面、上記第２面、および上記光学面の位置関係が規定されている。

本発明の一態様に係る電磁波照射装置によれば、簡単な構成によって、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能となるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る電磁波照射装置の構成を示す斜視図である。 （ａ）は、電磁波のパルスの周期と当該電磁波の光路長との関係についての、第１の構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第１の構成の、別の例を示す図であり、（ｃ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第１の構成の、さらに別の例を示す図であり、（ｄ）は、電磁波のパルスの周期と当該電磁波の光路長との関係についての、第２の構成の一例を示す図であり、（ｅ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第２の構成の、別の例を示す図である。 比較例の電磁波照射装置の構成を示す図である。 （ａ）は、実施形態１の電磁波照射装置による照射対象の測定結果を示す図であり、（ｂ）は、比較例の電磁波照射装置による照射対象の測定結果を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２に係る電磁波照射装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の電磁波照射装置の構成を示す上面図である。 本発明の実施形態３に係る電磁波照射装置の構成を示す側面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態４に係る電磁波照射装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、照射対象に対して電磁波および第２電磁波が照射される（相互作用する）様子を示す図である。 本発明の実施形態５に係る電磁波照射装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態５に係る電磁波照射装置を光ピンセットとして用いる原理を説明するための図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１〜図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、「相互作用」とは、「対象物に照射した電磁波の一部を当該対象物に吸収させて当該対象物の状態を変化させるととともに、当該電磁波の残りを当該対象物において反射させる」現象を総称的に表す用語であると理解されてよい。

（電磁波照射装置１の構成）
図１は、本実施形態の電磁波照射装置１の構成を示す斜視図である。電磁波照射装置１は、照射対象１００（対象物）に対して電磁波を照射する（相互作用させる）装置である。図１に示すように、電磁波照射装置１は、プリズム１１（電磁波導入部）、電磁波源１２、第１ミラー１３（反射部材）、第２ミラー１４（反射部材）、および検出器１５を備える。

プリズム１１は、電磁波を導波する。本実施形態において、プリズム１１は、四角錐の頂点付近が切断された形状として形成されている。換言すれば、プリズム１１は、略四角錐台状の形状を有している。

プリズム１１は、（ｉ）配置面１１ｅと、（ｉｉ）配置面１１ｅとは異なる第１面１１ａ、第２面１１ｂ、第３面１１ｃ、および第４面１１ｄと、を有する。

配置面１１ｅは、上記四角錐の底面である。配置面１１ｅには、照射対象１００が、当該配置面１１ｅに接するように配置される。すなわち、配置面１１ｅは、プリズム１１における、照射対象１００を配置するための面である。

なお、本実施形態において、配置面１１ｅは、鉛直方向（重力方向）に対して垂直である。すなわち、配置面１１ｅは、水平な面として設けられている。但し、配置面１１ｅは、照射対象１００を安定して配置することができれば、傾斜面（鉛直方向に対して垂直でない面）として設けられてもよい。

なお、配置面１１ｅには、特定の種類の分子を吸着する吸着層が設けられていてもよい。また、配置面１１ｅには、金属膜が設けられていてもよい。この場合、電磁波照射装置１により、金属膜の表面プラズモン共鳴を測定してもよい。これにより、照射対象１００の濃度を高分解能に測定したり、金属膜上の吸着層と照射対象１００との相互作用を観察することができる。

プリズム１１は、電磁波の入射面および出射面の組を２組有する。具体的には、プリズム１１は、（ｉ）第１面１１ａ（入射面）と第２面１１ｂ（出射面）との組、および、（ｉｉ）第３面１１ｃ（入射面）と第４面１１ｄ（出射面）との組を有する。

プリズム１１において、（ｉ）第１面１１ａおよび第２面１１ｂ、および、（ｉｉ）第３面１１ｃおよび第４面１１ｄ、の少なくとも一方は、配置面１１ｅに対して同じ角度をなすことが好ましい。

例えば、第１面１１ａおよび第２面１１ｂが配置面１１ｅに対して同じ角度をなす場合において、電磁波を第１面に垂直に入射させた場合、電磁波を第２面に垂直に出射させることができる。

それゆえ、第１面１１ａおよび第２面１１ｂにおける電磁波の反射ロスを低減することが可能となる。また、後述する第１ミラー１３（反射部材）および第２ミラー１４（反射部材）の設置を容易化することもでき、光学系の設計が容易となるという利点も得られる。

電磁波源１２は、配置面１１ｅに配置された照射対象１００に電磁波を照射する。本実施形態では、電磁波が周期Ｔを有するパルスである場合を例示して説明を行う。但し、本発明の他の態様において、照射対象１００に照射される電磁波は、連続波（ＣＷ，Continuous Wave）であってもよい。

なお、電磁波の種類は特に限定されない。一例として、電磁波は、Ｘ線、紫外光、可視光、赤外光、テラヘルツ波、またはミリ波等であってよい。なお、電磁波が発散光である場合、電磁波源１２の前方にレンズを設置して、電磁波を平行光または収束光等に変換してもよい。

プリズム１１において、第１面１１ａには、電磁波源１２から照射された電磁波が入射する。第１面１１ａに入射し照射対象１００と相互作用した電磁波は、第２面１１ｂから出射される。

第１ミラー１３および第２ミラー１４は、電磁波を反射することにより、第２面１１ｂから出射された電磁波を第３面１１ｃに入射させる。第１ミラー１３および第２ミラー１４は、反射部材と称されてもよい。ここで、反射部材とは、照射対象１００に電磁波を複数回照射するための反射面を有する光学部材であると理解されてよい。

具体的には、第１ミラー１３は、第２面１１ｂから出射された電磁波を、第２ミラー１４に向けて反射させる。加えて、第２ミラー１４は、当該電磁波を、第３面１１ｃに向かうように反射させる。

このように、第１ミラー１３および第２ミラー１４は、複数の方向に導波する電磁波のそれぞれを反射するように設けられている。

続いて、第３面１１ｃに入射し照射対象１００と相互作用した電磁波は、第４面１１ｄから出射される。電磁波は、同一の照射対象１００と相互作用しているのであれば、当該照射対象１００上における照射位置が相互作用ごとに異なっていてもよい。

検出器１５は、第４面１１ｄから出射された電磁波を検出する。例えば、検出器１５は、第４面１１ｄから出射された電磁波の強度を検出してよい。これにより、照射対象１００による電磁波の吸収（相互作用）の程度を測定することができる。なお、本実施形態において、照射対象１００は、電磁波が配置面１１ｅで相互作用する時のビームスポットの径の１０倍程度またはそれ以下の径を有し、粒子状である。

（パルスの周期Ｔと光路長Ｌとの関係）
電磁波源１２から出射される電磁波のパルスの周期Ｔと、電磁波が照射対象１００と１度相互作用してから次に相互作用するまでの光路長（距離）Ｌとの関係について、２通りの構成が考えられる。なお、以下の説明では、光速をｃとして表す。

図２の（ａ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第１の構成の一例を示す図である。図２の（ｂ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第１の構成の、別の例を示す図である。図２の（ｃ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第１の構成の、さらに別の例を示す図である。図２の（ｄ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第２の構成の一例を示す図である。図２の（ｅ）は、周期Ｔと光路長Ｌとの関係についての第２の構成の、別の例を示す図である。図２の（ａ）から（ｅ）において、グラフの横軸は、電磁波源１２から検出器１５までの光路上における位置である。また、グラフの縦軸は、電磁波の強度である。なお、図２の（ａ）から（ｅ）には、電磁波源１２から検出器１５までの光路における照射対象１００の位置も、併せて示されている。

（第１の構成）
第１の構成では、図２の（ａ）に示すように、以下の式（１−１）、すなわち、
Ｎ×ｃ×Ｔ≠Ｌ …（１−１）
が満たされる。ここで、Ｎは任意の自然数である。

この式（１−１）は、「電磁波源１２から検出器１５までの光路を電磁波が通過するために要する時間内で、Ｔの整数倍が、Ｌ／ｃと一致しない」ことを意味していると理解されてもよい。

また、第１の構成では、図２の（ｂ）に示すように、以下の式（１−２）、すなわち、
ｃ×Ｔ≠Ｍ×Ｌ …（１−２）
が満たされてもよい。ここで、ＭはＭ０以下の任意の自然数である。なお、Ｍ０とは、１つのパルスが照射対象１００と相互作用する回数である。

この式（１−２）は、「１つのパルスが電磁波源１２から検出器１５までの光路を電磁波が通過するために要する時間内で、Ｔが、Ｌ／ｃの整数倍と一致しない」ことを意味していると理解されてもよい。

また、第１の構成では、図２の（ｃ）に示すように、以下の式（１−３）、すなわち、
ｃ×Ｔ＞Ｍ０×Ｌ …（１−３）
が満たされてもよい。

この式（１−３）は、「１つのパルスが電磁波源１２から検出器１５までの光路を電磁波が通過するために要する時間より、Ｔが大きい」ことを意味していると理解されてもよい。

（第２の構成）
他方、第２の構成では、図２の（ｄ）に示すように、以下の式（２−１）、すなわち、
Ｎ×ｃ×Ｔ＝Ｌ …（２−１）
が満たされる。

この式（２−１）は、「電磁波源１２から検出器１５までの光路を電磁波が通過するために要する時間内で、Ｔの整数倍がＬ／ｃと一致する」ことを意味していると理解されてもよい。

また、第２の構成では、図２の（ｅ）に示すように、以下の式（２−２）、すなわち、
ｃ×Ｔ＝Ｍ×Ｌ …（２−２）
が満たされてもよい。ここで、ＭはＭ０以下の任意の自然数である。

この式（２−２）は、「１つのパルスが電磁波源１２から検出器１５までの光路を電磁波が通過するために要する時間内で、Ｔが、Ｌ／ｃの整数倍と一致する」ことを意味していると理解されてもよい。

（比較例）
続いて、本実施形態の電磁波照射装置１の効果をより具体的に説明するために、比較例の電磁波照射装置を考える。図３は、比較例の電磁波照射装置の構成を示す図である。以下、電磁波照射装置１との区別のために、比較例の電磁波照射装置を電磁波照射装置９と称する。

電磁波照射装置９は、電磁波照射装置１と同様に、照射対象１００に対して電磁波を照射する装置である。図３において、電磁波の進行方向に対する照射対象１００の長さをＸとする。なお、全反射している電磁波において、電磁波の進行方向とは、照射対象１００と基板（以下に述べる配置面９１ｅ）との界面に平行な方向である。照射対象１００が粒子である場合には、Ｘは粒子の直径であると理解されてよい。

図３に示すように、電磁波照射装置９は、電磁波源（不図示）、導波路型プリズム９１、および検出器（不図示）を備える。導波路型プリズム９１は、配置面９１ｅと、上側反射面９１ｆと、入射面９１ａおよび出射面９１ｂとを有する。複数の照射対象１００はそれぞれ、配置面９１ｅの異なる位置に配置されている。

上側反射面９１ｆは、配置面９１ｅと平行な面であり、配置面９１ｅから距離Ｄ１だけ離隔している。入射面９１ａから入射した電磁波は、配置面９１ｅおよび上側反射面９１ｆで反射されながら出射面９１ｂへ導波され、出射面９１ｂから出射される。配置面９１ｅにおける、電磁波が相互作用する点同士の間隔をＤ２とする。

現実的には、配置面９１ｅと上側反射面９１ｆとの距離Ｄ１の下限値は、電磁波の波長の１０倍程度である。従って、距離Ｄ２も、現実的には電磁波の波長の１０倍以上となる。

ＸがＤ２以下である場合、電磁波が相互作用する配置面９１ｅ上の位置ごとに、異なる照射対象１００に電磁波が照射されることとなる。その結果、他の照射対象１００と相互作用した電磁波がノイズとなり、特定の照射対象１００と相互作用した電磁波のみを選択的に検出することができなくなる。

例えば、電磁波がλ＝５００ｎｍの可視光である場合において、Ｘ≦５μｍである場合には、ノイズが発生してしまう。また例えば、電磁波がλ＝１０μｍの赤外線である場合において、Ｘ≦１００μｍである場合には、ノイズが発生してしまう。

また、測定対象である照射対象１００を１つだけ配置面９１ｅに配置した場合、上記のノイズは発生しない。しかし、その場合においても、測定対象において電磁波が相互作用する回数が少ないため、吸収ピーク（後述の図４を参照）が十分に増幅されない。

（電磁波照射装置１の効果）
続いて、図４を参照し、本実施形態の電磁波照射装置１および比較例の電磁波照射装置９を用いて、照射対象１００による電磁波の吸収を測定する例を以下に説明する。

図４の（ａ）は、電磁波照射装置１による照射対象１００の測定結果を示すグラフである。図４の（ｂ）は、電磁波照射装置９による照射対象１００の測定結果を示すグラフである。図４の（ａ）および（ｂ）において、横軸は電磁波の周波数または波長であり、縦軸は照射対象１００の電磁波の反射率である。

また、図４の（ａ）および（ｂ）において、照射対象１００における相互作用回数が１回である場合のスペクトルを実線、２回である場合のスペクトルを長破線、３回である場合のスペクトルを破線で示している。

電磁波照射装置９では、図４の（ｂ）に示すように、相互作用回数が２回または３回に増加しても、特定の吸収ピークが増幅されることはなく、相互作用回数と同じ数の吸収ピークが別個に現れる。

これは、電磁波が複数の照射対象１００に照射され、当該複数の照射対象１００において相互作用するためである。従って、電磁波照射装置９では、照射対象１００ごとに電磁波の吸収特性にバラツキが存在する場合、特定の吸収ピークを増幅することができない。

一方、電磁波照射装置１では、図４の（ａ）に示すように、相互作用回数の増加に伴い、特定の吸収ピークが増幅される。これは、電磁波が同一の照射対象１００に照射されているためである。

このように、電磁波照射装置１では、電磁波を複数回（少なくとも２回）、同一の照射対象１００において相互作用させることができる。このため、簡単な構成により（比較的複雑な構成を備えた光移送手段を設けることなく）同一の照射対象１００における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能となる。

従って、電磁波照射装置１によれば、照射対象１００ごとに電磁波の吸収特性にバラツキが存在する場合であっても、特定の吸収ピークを増幅することができる。なお、本実施形態では、電磁波源１２から出射される電磁波はパルスであるため、検出器１５において検出されたパルス電磁波をフーリエ変換することで、図４に示したスペクトル（周波数スペクトルまたは波長スペクトル）を容易に得ることができる。

なお、照射対象１００の長さＸが、電磁波の波長の１０倍以下である場合には、照射対象１００において電磁波を全反射させて、当該電磁波を測定するのが好ましい。本明細書は特に、長さＸが電磁波の波長の１０倍以下である照射対象１００において、当該電磁波を全反射させることよって、当該電磁波を照射対象１００に複数回相互作用させることが可能な電磁波照射装置の構成を開示するものである。

但し、照射対象１００における電磁波の反射の態様は、全反射に限定されなくともよい。例えば、照射対象１００において電磁波を透過・反射・散乱（乱反射）させることにより、当該電磁波を照射対象１００に複数回相互作用させてもよい。

なお、上述した例では、照射対象１００による電磁波の吸収を検出する場合について説明したが、電磁波の散乱または蛍光等を検出する場合においても、照射対象１００における相互作用回数を増加させることで、検出器１５において検出される信号を増幅することができる。この場合、検出器１５は、配置面１１ｅの、照射対象１００が配置されている側に配置されていてもよい。

なお、同一の照射対象１００における電磁波の相互作用回数をさらに増加させるために、第１ミラー１３および第２ミラー１４に加え、付加的なミラー（反射部材）を設けてもよい。

（第１の構成による効果）
また、上述した第１の構成の場合、照射対象１００に複数の電磁波のパルスが同時に照射されない。すなわち、ある電磁波のパルスの、照射対象１００に対する１回目の相互作用は、そのパルス以前のパルスの２回目の相互作用と同時になることはない。

また、ある電磁波のパルスの、照射対象１００に対する２回目の相互作用は、そのパルス以後のパルスの１回目の相互作用と同時になることはない。従って、対象物へ１つのパルスを照射した結果である検出結果（例：上述の図４の吸収ピーク）が、他のパルスによる影響を受けることを防止することができる。

（第２の構成による効果）
逆に、上述した第２の構成の場合、照射対象１００に複数の電磁波のパルスを同時に相互作用させることができる。すなわち、ある電磁波のパルスの、照射対象１００に対する１回目の相互作用は、そのパルス以前のパルスの２回目の相互作用と同時になる。また、ある電磁波のパルスの、照射対象１００に対する２回目の相互作用は、そのパルス以後のパルスの１回目の相互作用と同時になる。従って、対象物に１つのパルスを相互作用させた結果である検出結果に、他のパルスによる影響を及ぼすことができる。

〔変形例〕
上述した電磁波照射装置１は、電磁波の入射面および出射面の組を２組有するプリズム１１を備える。しかし、本発明の一態様に係る電磁波照射装置が備えるプリズムは、電磁波の入射面および出射面の組を、より多く有していてもよい。

上記プリズムの形状の例として、例えば、四角錐以外の多角錐（例えば、六角錐、八角錐等）の頂点付近が切断された形状が挙げられる。すなわち、プリズムは、例えば略六角錐台または略八角錐台の形状を有するように形成されてよい。

また、上記プリズムの形状は、例えば球の一部が切断された形状であってもよい。この場合、プリズムの球面のうち、電磁波が通過する領域が入射面または出射面となり、球の切断面が配置面となる。

また、上記プリズムは、ダブ（Dove）プリズムであってもよい。この場合において、例えば、電磁波を水平方向に照射して第１面に入射させた場合、電磁波を第２面から水平方向に出射させることができる。ここで、水平方向とは、鉛直方向に対して垂直である仮想的な平面と平行な方向を意味する。

このため、プリズムとしてダブプリズムを利用することにより、第１ミラー２３および第２ミラー２４（すなわち反射部材）の設置を容易化することが可能となる。また、反射部材の反射面とプリズムとの組立誤差を低減することも可能となる。

上述した実施形態では、電磁波照射装置１は、照射対象１００による電磁波の吸収、散乱、または蛍光等を測定する測定装置であった。

但し、本発明の一態様に係る電磁波照射装置は、照射対象１００に所定の作用を生じさせる装置（以下、作用装置と称する）であってもよい。ここで、「作用させる」とは、照射対象１００に電磁波を照射することにより、照射対象１００に光または熱のエネルギーを与えることである。

この点から、電磁波照射装置１において、検出器１５は必須の構成要素ではないことが理解される。なお、作用装置としての電磁波照射装置の構成については、後述の実施形態４において述べる。

また、電磁波照射装置１を作用装置として使用する場合、上述した第２の構成によれば、第１の構成と比較して、照射対象１００に対して、より多くの電磁波パルスを照射することができるので、照射対象１００により多くのエネルギーを与えることが可能となる。

なお、電磁波照射装置１において検出器１５が設けられない場合には、第４面１１ｄから電磁波を必ずしも出射させなくともよい。このため、電磁波照射装置１において、第４面１１ｄも必須の構成要素ではない。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（電磁波照射装置２の構成）
図５の（ａ）は、本実施形態の電磁波照射装置２の構成を示す斜視図である。図５の（ａ）に示すように、電磁波照射装置２は、プリズム２１（電磁波導入部）、電磁波源１２、第１ミラー２３（反射部材）、第２ミラー２４（反射部材）、および検出器１５を備える。

なお、本実施形態では、電磁波源１２から出射され、照射対象１００に照射される電磁波は、連続波またはパルスのいずれであってもよい。

プリズム２１は、電磁波を導波する。プリズム２１は、配置面２１ｅと、配置面２１ｅとは異なる第１面２１ａおよび第２面２１ｂとを有する。第１面２１ａおよび第２面２１ｂは、１組の入／出射面である。すなわち、第１面２１ａおよび第２面２１ｂは、いずれも入射面および出射面の両方として機能する面である。

第１ミラー２３および第２ミラー２４は、第１面２１ａまたは第２面２１ｂの一方から出射された電磁波を反射することにより、当該電磁波を照射対象１００と相互作用させて第１面２１ａまたは第２面２１ｂの他方から出射させる。

具体的には、第１ミラー２３は、第２面２１ｂから出射された電磁波を当該第２面２１ｂへ向けて反射することにより、当該電磁波を照射対象１００と相互作用させて、第１面２１ａから出射させる。

また、第２ミラー２４は、第１面２１ａから出射された電磁波を当該第１面２１ａへ向けて反射することにより、当該電磁波を照射対象１００と相互作用させて、第２面２１ｂから出射させる。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示された電磁波照射装置２の構成を示す上面図である。図５の（ｂ）に示されるように、電磁波照射装置２では、第１ミラー２３の法線が、電磁波の光軸に平行にならないように配置されている。

但し、電磁波照射装置２における第１ミラーの配置は、これに限定されない。本実施形態では、第１面２１ａの法線、第２面２１ｂの法線、配置面２１ｅの法線、第１ミラー２３の法線、第２ミラー２４の法線、および、第１面２１ａへ入射する電磁波の光軸のうちの少なくとも１つが、単一の面内に含まれないように、第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第１ミラー２３、第２ミラー２４、および上記光軸の位置関係が規定されていればよい。

当該位置関係が規定されることにより、図５の（ｂ）に示すように、電磁波は第１ミラー２３および第２ミラー２４の間を往復する時に、照射対象１００の同じ位置において相互作用するのではなく、第１ミラー２３および第２ミラー２４の間を往復する毎に、照射対象１００のわずかに異なる位置において相互作用することとなる。

照射対象１００のサイズが予め分かっている場合、電磁波が相互作用する位置が同一の照射対象１００から外れてしまう直前で当該電磁波を検出できるよう、第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第１ミラー２３、および第２ミラー２４の少なくともいずれかの傾き、ならびに、第１ミラー２３および第２ミラー２４の少なくともいずれかのサイズを調整することができる。これにより、照射対象１００に複数回照射された電磁波を検出できる。

電磁波照射装置２における、電磁波の光路（経路）は、以下の（１）〜（５）の通りである。

（１）はじめに、電磁波源１２から出射された電磁波は、第１面２１ａへ入射する。（２）電磁波は、照射対象１００において相互作用し、第２面２１ｂから出射される。（３）電磁波は、第１ミラー２３において反射され、第２面２１ｂから第２ミラー２４へ向かう光路とはわずかに異なる光路で第２面２１ｂへ入射する。（４）電磁波は、照射対象１００において再び反射され、第１面２１ａから出射される。（５）電磁波は、第２ミラー２４において反射され、第１面２１ａから第１ミラー２３へ向かう光路とはわずかに異なる光路で第１面２１ａへ入射する。

以降、電磁波が検出器１５により検出されるまで、上記（２）〜（５）が繰り返される。そして、上記（２）および（４）において、電磁波は、同一の照射対象１００において相互作用する。

（電磁波照射装置２の効果）
上記の構成によれば、電磁波照射装置１と同様、同一の照射対象に電磁波を複数回（本実施形態の場合は少なくとも３回）相互作用させることができる。また、照射対象１００への電磁波の相互作用回数を増加させる場合にも、例えば第１ミラー（反射部材）の反射面の角度を調整すればよい。

このため、第１ミラー２３および第２ミラー２４以外のミラー（反射部材）を追加する必要がないため、装置を簡単化（小型化）することができる。また、例えば反射面の角度の調整という容易な操作により、照射対象１００への電磁波の相互作用回数を調整することができる。

〔変形例〕
また、上述したように、電磁波照射装置２では、第１ミラー２３と第２ミラー２４とが、照射対象１００に電磁波を複数回相互作用させるために電磁波を反射する反射面としての役割を果たしていた。

しかし、第１面２１ａまたは第２面２１ｂの少なくとも一部を、反射面としてもよい。一例として、第１面２１ａおよび第２面２１ｂの、それぞれの少なくとも一部に公知のミラーコーティングを施すことにより、第１面２１ａおよび第２面２１ｂを反射面とすることができる。この場合、当該ミラーコーティングによって形成された反射膜が反射部材であると理解されてよい。

例えば、電磁波源１２から出射された電磁波が最初にプリズム２１に入射する面が第１面２１ａである場合、第２面２１ｂを反射面としてもよい。また、電磁波源１２から出射された電磁波が最初にプリズム２１に入射する面が第２面２１ｂである場合、第１面２１ａを反射面としてもよい。

また、第１面２１ａに部分的にミラーコーティングを施してもよい。この場合、電磁波源１２から出射された電磁波は、最初に、第１面２１ａのミラーコーティングが施されていない部分を通過する。そして、当該電磁波を、第２ミラー２４または第２面２１ｂで反射させた後、第１面２１ａのミラーコーティングが施された部分で反射する構成させることができる。

これにより、第１ミラー２３または第２ミラー２４の一方または両方を省略し、電磁波照射装置２の部材点数を削減できるので、電磁波照射装置２の構成をさらに容易化することが可能となる。

なお、上述した電磁波照射装置２では、検出器１５は、第２面２１ｂから出射された電磁波を検出するように配置されている。しかし、検出器１５は、第１面２１ａから出射される電磁波を検出するように配置されてもよい。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（電磁波照射装置２Ａの構成）
図６は、本実施形態の電磁波照射装置２Ａの構成を示す側面図である。図６に示すように、電磁波照射装置２Ａは、プリズム２１、電磁波源１２、第１ミラー２３Ａ（光学部材）、第２ミラー２４Ａ（光学部材）、および検出器１５を備える。なお、本実施形態においては、電磁波源１２から出射され、照射対象１００に照射される（相互作用させる）電磁波は、連続波またはパルスのいずれであってもよい。

第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａは、電磁波の一部を反射するとともに、当該電磁波の一部を透過するハーフミラーである。第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａは、複数の方向に導波する電磁波のそれぞれに関して、上記電磁波の一部を反射するとともに、当該電磁波の一部を透過させる光学面を有している。

なお、本実施形態のプリズム２１において、第１面２１ａは、第２ミラー２４Ａと対向している。また、第２面２１ｂは、第１ミラー２３Ａと対向している。

第１ミラー２３Ａは、第２面２１ｂから出射された電磁波の一部を当該第２面２１ｂへ向けて反射することにより、当該電磁波を照射対象１００と相互作用させて、第１面２１ａから出射させる。また、第１ミラー２３Ａは、第２面２１ｂから出射された電磁波の一部を透過し、当該電磁波を検出器１５へ向かわせる。

一方、第２ミラー２４は、第１面２１ａから出射された電磁波の一部を当該第１面２１ａへ向けて反射することにより、当該電磁波を照射対象１００と相互作用させて、第２面２１ｂから出射させる。また、第２ミラー２４Ａは、電磁波源１２から出射された電磁波の一部を透過し、当該電磁波を第１面２１ａへ向かわせる。

電磁波照射装置２Ａにおいて、第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第１ミラー２３Ａ、および第２ミラー２４Ａの位置関係は、それぞれの法線が電磁波源１２から出射される電磁波の光軸に平行であるように規定されていることが好ましい。これにより、電磁波が第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａの間を往復する時に、照射対象１００の同じ位置において電磁波を相互作用させることができる。

このように、本実施形態の電磁波照射装置２Ａでは、（ｉ）第１面２１ａへ入射する電磁波の光軸と、（ｉｉ）第１面２１ａ、第２面２１ｂ、配置面２１ｅ、第１ミラー２３Ａ、および第２ミラー２４Ａのそれぞれの法線とが、単一の面内に含まれるように、第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第１ミラー２３Ａ、および第２ミラー２４Ａの位置関係が規定されていればよい。

当該位置関係が規定されることにより、電磁波は第１ミラー２３および第２ミラー２４の間を往復する時に、照射対象１００の同じ位置において相互作用する。

電磁波源１２から照射対象１００に一度照射された電磁波の一部は、そのまま第１ミラー２３Ａを透過して検出器１５により検出される。第１ミラー２３Ａを透過しなかった電磁波は第１ミラー２３Ａで反射され、照射対象１００、第２ミラー２４Ａ、照射対象１００の順で反射された後、一部の電磁波が第１ミラー２３Ａから透過して検出される。第１ミラー２３Ａを透過しなかった残りの電磁波は、第１ミラー２３Ａと第２ミラー２４Ａとの間でさらに往復を繰り返す。

ここで、プリズム２１に入射する前の電磁波の強度をＩ０とする。また、第１ミラー２３Ａにおける電磁波の透過率および反射率をそれぞれ、ｔ１およびｒ１とする。また、第２ミラー２４Ａにおける電磁波の透過率および反射率をそれぞれ、ｔ２およびｒ２とする。また、プリズム２１と照射対象１００との界面における反射率をＲとする。

この場合、検出器１５において検出される電磁波の強度Ｉは、以下の式（Ｘ）、すなわち、
Ｉ＝Ｉ０×（ｔ１×Ｒ×ｔ２＋ｔ１×Ｒ×ｒ２×Ｒ×ｒ１×Ｒ×ｔ２＋…）
＝Ｉ０×ｔ１×Ｒ×ｔ２（１＋Ｒ^２×ｒ２×ｒ１＋…）
＝Ｉ０×ｔ１×Ｒ×ｔ２／（１−Ｒ^２×ｒ２×ｒ１） …（Ｘ）
によって表される。

なお、式（Ｘ）の導出においては、簡単のために、プリズム２１の第１面２１ａおよび第２面２１ｂでは、電磁波は１００％透過するものとした。従って、式（Ｘ）に基づいて、上述の反射率Ｒを算出することができる。

このように、第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａによって電磁波の一部を透過させた場合には、上述の反射率Ｒに基づいて、電磁波と照射対象１００との相互作用を測定することが可能である。

（電磁波照射装置２Ａの効果）
電磁波照射装置２Ａによれば、上述の電磁波照射装置１と同様、同一の照射対象１００の同じ位置において、電磁波を複数回（本実施形態の場合は少なくとも３回）相互作用させることができる。また、相互作用回数を増加させる場合にも、第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａ以外の光学部材を追加する必要がないため、電磁波照射装置２Ａを簡単化（小型化）することができる。

また、電磁波照射装置２Ａでは、各部材（例えば、第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第１ミラー２３Ａ、および第２ミラー２４Ａ）を照射対象１００に対して対称となるように構成してもよい。電磁波照射装置２Ａをそのように構成した場合、装置の光学的な調整が容易になる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（電磁波照射装置３の構成）
図７の（ａ）は、本実施形態に係る電磁波照射装置３の構成を示す斜視図である。図７の（ｂ）は、照射対象１００に対して電磁波および第２電磁波が照射される様子を示す図である。

図７の（ａ）に示すように、電磁波照射装置３は、（ｉ）照射対象１００に第２電磁波が照射される点、および、（ｉｉ）検出器１５が省略されている点で、電磁波照射装置２と相違する。なお、本実施形態では、第２電磁波との区別のため、照射対象１００の測定のために照射される電磁波を第１電磁波と記す。第１電磁波および第２電磁波ともに、照射対象１００に照射されることで、当該照射対象１００と相互作用する。

第２電磁波は、照射対象１００に対してどのような方向から照射されてもよい。例えば図７の（ａ）に示すように、照射対象１００に対してプリズム２１の側からであってもよく、照射対象１００に対してプリズム２１の逆側からであってもよく、第１面２１ａまたは第２面２１ｂからであってもよい。

第２電磁波の波長は、第１電磁波と異なっていてもよく、同じであってもよい。後者の場合、電磁波源１２から出射される電磁波を、例えばビームスプリッタを用いて、第１電磁波と第２電磁波とに分岐させてもよい。この場合、第１電磁波および第２電磁波の波長およびパルス周期は、それぞれ等しくなる。

なお、電磁波源１２から出射される電磁波を分岐させた後、第１電磁波の光路と第２電磁波の光路とを、それぞれ別の光路とすることもできる。例えば、上述の図１のプリズム１１において、第１電磁波を第１面１１ａから入射させ、第２電磁波を第３面１１ｃから入射させることもできる。

また、上述の図５のプリズム２１において、第１電磁波を第１面２１ａから入射させ、第２電磁波を第２面２１ｂから入射させることで、第１電磁波と第２電磁波とを互いに逆向きに進行させることもできる。さらに、電磁波が照射対象１００に１度相互作用してから次に相互作用するまでの光路以外の光路を、上述の別の光路とすることもできる。

また、第２電磁波は、電磁波源１２とは別の電磁波源（不図示）から出射されてもよい。なお、第２電磁波は、連続波またはパルスのいずれであってもよい。

また、図７の（ｂ）に示すように、第２電磁波は、第１電磁波が照射対象１００に照射される範囲を含むように、照射対象１００に照射されることが好ましい。例えば、第２電磁波は、照射対象１００の全体に照射されてもよい。また、第２電磁波は、照射対象１００の全体に加え、別の照射対象にも照射されてもよい。

このように、第１電磁波が照射対象１００に照射される範囲を含むように第２電磁波を照射することにより、第２電磁波の照射による影響を、より確実に照射対象１００に及ぼすことができる。また、第１電磁波および第２電磁波以外に、さらに別の電磁波が照射対象１００に照射されてもよい。

（電磁波照射装置３の効果）
電磁波照射装置３を測定装置として用いる場合、第２電磁波が照射されている状態の照射対象１００に対して第１電磁波が照射される。このため、照射対象１００へ第２電磁波が照射されたことによる影響を、第１電磁波によって検出することができる。

例えば、第１電磁波の波長と第２電磁波の波長とが異なる場合、第２電磁波により励起状態となった照射対象１００を、第１電磁波により検出することができる。

また、第１電磁波の波長と第２電磁波の波長とが同じである場合、第２電磁波の強度を第１電磁波の強度と比較して十分に高くすることで、電磁波照射装置３を、第２電磁波をポンプ光とし、第１電磁波をプローブ光とするポンププローブ分光法を実行するための装置として用いることが可能である。

また、電磁波照射装置３を、上述の作用装置として用いる場合、照射対象１００に第２電磁波が照射されている（照射対象１００に第２電磁波を相互作用させている）状態において、当該照射対象１００に第１電磁波を照射する（当該照射対象１００に第１電磁波を相互作用させる）ことができる。

これにより、第１電磁波および第２電磁波（２種類の電磁波）の和周波および差周波に対応するエネルギーを照射対象１００に与えることができる。すなわち、照射対象１００に非線形効果を発生させることができる。この場合、第１電磁波および第２電磁波は、ともにパルスであることが好ましい。

以下、３通りの実施例として、（実施例４−１）〜（実施例４−３）を順に説明する。

（実施例４−１）
本実施例では、第１電磁波および第２電磁波は、電磁波源１２から出射された電磁波が分岐されたものである。この場合、第１電磁波および第２電磁波の波長およびパルス周期はそれぞれ等しい。

ここで、第１電磁波が照射対象１００と１度相互作用してから次に相互作用するまでの光路長をＬ１とする。また、第２電磁波が照射対象１００と１度相互作用してから次に相互作用するまでの光路長をＬ２とする。また、第１電磁波および第２電磁波が照射対象１００に照射される（照射対象１００と相互作用する）回数をＮとする。

電磁波源１２から出射された電磁波は、一度分岐された後、同じ光路において再び合波され、検出器１５まで同じ光路をたどる。従って、同じ光路において再び合波された後には、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌとなる。

ここで、電磁波源１２から出射された電磁波が第１電磁波と第２電磁波とに分岐されてから再び合波されるまでの、第１電磁波および第２電磁波の光路長を、ΔＬ１およびΔＬ２としてそれぞれ表す。なお、当該第１電磁波の光路には、第１電磁波を遅延させる遅延ステージが設けられている。従って、遅延ステージによって光路長ΔＬ１を変化させることができる。

そして、電磁波源１２から出射された１組の第１電磁波および第２電磁波のパルスの組が、照射対象１００とＮ回相互作用した後、次の組の第１電磁波および第２電磁波のパルスの組が、当該照射対象１００と相互作用する。この組では、上記遅延ステージにより光路長ΔＬ１を変化させる。このため、ポンプ光（第２電磁波）が照射対象１００と相互作用してから、プローブ光（第１電磁波）が当該照射対象１００と相互作用するまでの時間が前の組における当該時間とは異なる長さになる。したがって、プローブ光によって、ポンプ光が当該照射対象１００と相互作用してから所定の時間が経過した後の、照射対象１００の状態を検出できる。

ここで、第１電磁波および第２電磁波のパルスの周期をＴとする。この場合、以下の式（３）、すなわち、
０＜Ｎ×Ｌ／ｃ／Ｔ＜１ …（３）
が満たされることが好ましい。

上述の式（３）は、光路長Ｎ×Ｌに対応する光路において、存在するパルスの個数が１つのみであることを意味する。

従って、式（３）が満たされることにより、第１電磁波および第２電磁波が同じ照射対象１００と相互作用する時間差を一定に保ちつつ、当該同じ照射対象１００に第１電磁波を複数回相互作用させることができる。このため、照射対象１００に同時に相互作用させる第１電磁波のパルスの数だけ信号強度を向上させ、検出信号（例：検出される第１電磁波の周波数スペクトル）のＳＮ比を増加させることが可能となる。

このように、照射対象１００にポンプ光を相互作用させてから、当該照射対象１００にプローブ光を相互作用させるまでの時間を少しずつ変えることで、ポンプ光の相互作用による照射対象１００の物性の時間的な変化を測定することができる。さらに、検出信号をフーリエ変換することにより、スペクトル（分光情報）を得ることができる。

なお、本実施例では、電磁波源１２から出射された電磁波は、一度分岐された後、同じ光路において再び合波され、検出器１５まで同じ光路をたどるとした。

しかし、光路長がＬ１＝Ｌ２＝Ｌであれば、電磁波源１２から出射された電磁波を、一度分岐させた後、例えば上述の図１のプリズム１１において、第１電磁波を第１面１１ａから入射させ、第２電磁波を第３面１１ｃから入射させてもよい。

また、電磁波源１２から出射された電磁波を、一度分岐させた後、例えば上述の図５のプリズム２１において、第１電磁波を第１面２１ａから入射させ、第２電磁波を第２面２１ｂから入射させることで、第１電磁波と第２電磁波とを互いに逆向きに進行させてもよい。

（実施例４−２）
本実施例では、第１電磁波および第２電磁波は、互いに異なる電磁波源から出射される電磁波である。第１電磁波および第２電磁波は、互いに異なる波長および周期を有していてよい。第１電磁波および第２電磁波は、互いに異なる光路を経由して、同じ照射対象１００に複数回照射される。

第１電磁波が周期Ｔ１を有するパルスであり、第２電磁波が周期Ｔ２を有するパルスである場合を考える。この場合、以下の式（４）、すなわち、
Ｌ１／ｃ／Ｔ１＝Ｌ２／ｃ／Ｔ２ …（４）
が満たされることが好ましい。上述の式（４）が満たされることにより、第１電磁波と第２電磁波とが、常に同じ時間差で同じ照射対象１００に複数回照射される。すなわち、第１電磁波と第２電磁波とを、常に同じ時間差で同じ照射対象１００に複数回相互作用させることができる。

このため、例えば第１電磁波と第２電磁波とを同じタイミングで照射対象１００に相互作用するように設定しておけば、第２電磁波が相互作用した照射対象１００の状態を、第１電磁波により検出することができる。加えて、同時に照射対象１００に相互作用する第１電磁波のパルスの数だけ信号強度を向上させ、検出信号のＳＮ比を増加させることが可能となる。

また、第１電磁波と第２電磁波とが同じタイミングで照射対象１００に相互作用するように設定しておけば、第１電磁波と第２電磁波との和周波または差周波に対応するエネルギーを照射対象１００に与えることができる。すなわち、照射対象１００に非線形効果を発生させることができる。

また、上述の（実施例４−１）と同様、第１電磁波の光路に、当該第１電磁波を遅延させる遅延ステージを設けておけば、ポンプブローブ分光法を適用することもできる。

（実施例４−３）
本実施例では、第１電磁波と第２電磁波は、互いに異なる電磁波源から出射される電磁波であり、異なる光路をとる。上述の図７に示されるように、第２電磁波は、照射対象１００に一度だけ照射される（相互作用する）。

第２電磁波がパルスである場合、第１電磁波が最初に照射対象１００に照射された（相互作用した）時点と同時に、第２電磁波を当該照射対象１００に相互作用させるように設定してもよい。この場合、２回目以降に照射対象１００に相互作用する第１電磁波によって、第２電磁波が相互作用してから一定時間後の照射対象１００の状態が検出される。すなわち、検出器１５において検出される第１電磁波によって、第２電磁波が相互作用してから一定時間おきの情報を積算して、照射対象１００の状態を検出できる。

また、第２電磁波が連続波である場合、常に第２電磁波が照射対象１００に照射されている（常に第２電磁波が照射対象１００に相互作用している）状態で、第１電磁波が照射対象１００に相互作用する。このため、第２電磁波が相互作用している状態の照射対象１００の情報を、第１電磁波によって得ることができる。具体的には、当該情報は、同時に照射される第１電磁波のパルスの数だけ信号強度を向上させ、検出信号のＳＮ比を増加させて得ることが可能である。

〔実施形態５〕
本発明の実施形態５について、図８および図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（電磁波照射装置４の構成）
図８は、本実施形態に係る電磁波照射装置４の構成を示す斜視図である。電磁波照射装置４は、電磁波照射装置２と比較して、検出器１５が省略されている点で相違する。

電磁波照射装置４は、照射対象１００に対して電磁波を照射することで、照射対象１００に所定の作用を生じさせる装置（すなわち、作用装置）である。電磁波照射装置４は、照射対象１００を例えば熱分解または光分解するための装置として用いられてよい。また、電磁波照射装置４は、光ピンセットとして用いられてもよい。

電磁波照射装置４では、他の実施形態の電磁波照射装置と同様、電磁波を照射対象１００において複数回相互作用させることができるので、当該相互作用の回数分、多くのエネルギーを照射対象１００に与えることができる。

なお、電磁波照射装置４を光ピンセットとして用いる場合、電磁波は、照射対象１００の複数の点に照射されてもよい。

以下、電磁波照射装置４を光ピンセットとして用いる原理について説明する。ただし、簡単のため、照射対象１００とプリズム２１との摩擦、および照射対象１００の溶媒における粘性などについては考慮しない。

図９は、電磁波照射装置４を光ピンセットとして用いる原理を説明するための図である。図９に示されるように、電磁波が照射対象１００に１回だけ照射される（１回だけ相互作用する）場合、照射対象１００には、例えば＋ｘ方向の運動量が与えられる。電磁波が照射対象１００に複数回照射される（複数回相互作用する）場合には、電磁波がそれぞれの照射において照射対象１００に与える運動量を総合して考慮する必要がある。

電磁波照射装置４においては、電磁波が相互作用する回ごとに、＋ｘ方向の運動量と−ｘ方向の運動量とが照射対象１００に対して交互に与えられる。このため、照射対象１００は、電磁波の相互作用回数が奇数であれば＋ｘ方向に移動し、相互作用回数が偶数であればほとんど移動しない。より詳細には、相互作用回数が偶数であり、かつ、上記複数の点が、照射対象１００の重心（中心点）に対して対称（点対称）な点である場合、照射対象１００を固定することができる。一方、上記複数の点が、照射対象１００の重心に対して非対称な点である場合、複数の点の非対称性を調整することにより、照射対象１００を所望の方向へ移動させることができる。

ここで、上記複数の点（照射点）が照射対象１００の重心に対して対称とは、例えば、当該複数の点が、照射対象１００の重心を原点として、図９のｙ方向に対称であることを意味する。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る電磁波照射装置（１）は、電磁波を導波する電磁波導入部（プリズム１１）と、対象物（照射対象１００）に上記電磁波を照射する電磁波源（１２）と、上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材（第１ミラー１３および第２ミラー１４）と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面（１１ｅ）と、当該配置面とは異なる第１面（１１ａ）、第２面（１１ｂ）、および第３面（１１ｃ）を有しており、上記第１面には、上記電磁波源から照射された上記電磁波が入射し、上記第１面に入射し上記対象物と相互作用した上記電磁波は、上記第２面から出射され、上記反射面は、上記第２面から出射された上記電磁波を上記第３面に入射させ、上記第３面に入射した上記電磁波は、上記対象物と相互作用する。

上記の構成によれば、比較的複雑な構成を備えた光移送手段を設けることなく、電磁波を複数回（少なくとも２回）、対象物において相互作用させることができる。すなわち、簡単な構成により、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様２に係る電磁波照射装置は、上記態様１において、上記電磁波導入部は、多角錐のプリズムであり、上記第１面および上記第２面は、上記配置面に対して同じ角度をなしてよい。

上記の構成によれば、電磁波を第１面に垂直に入射させた場合、電磁波を第２面に垂直に出射させることができる。それゆえ、第１面および第２面における電磁波の反射ロスを低減することが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様３に係る電磁波照射装置は、上記態様１において、上記電磁波導入部は、ダブプリズムであってよい。

上記の構成によれば、電磁波を水平方向に照射して第１面に入射させた場合、当該電磁波を第２面から水平方向に出射させることができるので、反射面の設置を容易化することが可能となるという効果を奏する。また、反射面と電磁波導入部との組立誤差が低減されるという利点も得られる。

本発明の態様４に係る電磁波照射装置（２）は、電磁波を導波する電磁波導入部（プリズム２１）と、対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材（第１ミラー２３および第２ミラー２４）と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面（２１ｅ）と、当該配置面とは異なる第１面（２１ａ）および第２面（２１ｂ）を有しており、上記第１面および上記第２面は、上記電磁波が入射および出射される面であり、上記反射面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、上記第１面の法線、上記第２面の法線、上記配置面の法線、上記反射面の法線、および上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸のうちの少なくとも１つが、単一の面内に含まれないように、上記第１面、上記第２面、上記反射面、および上記光軸の位置関係が規定されている。

上記の構成によれば、比較的複雑な構成を備えた光移送手段を設けることなく、電磁波を複数回（少なくとも３回）、対象物において相互作用させることができる。加えて、例えば反射面の法線を電磁波の光軸に平行でないようにした場合には、反射面の角度を調整するという簡単な操作によって、対象物における電磁波の相互作用回数を調整することもできる。それゆえ、簡単な構成により、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様５に係る電磁波照射装置（２Ａ）は、電磁波を導波する電磁波導入部と、対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、上記電磁波の一部を反射するとともに、当該電磁波の一部を透過させる光学面を有する少なくとも１つの光学部材（第１ミラー２３Ａおよび第２ミラー２４Ａ）と、を備えており、上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、上記電磁波を透過するとともに上記光学面と対向する第１面および第２面を有しており、上記光学面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸と、上記第１面、上記第２面、上記配置面、および上記光学面のそれぞれの法線とが、単一の面内に含まれるように、上記第１面、上記第２面、および上記光学面の位置関係が規定されていることを特徴とする電磁波照射装置。

上記の構成によれば、上述の態様４と同様に、比較的複雑な構成を備えた光移送手段を設けることなく、電磁波を複数回（少なくとも３回）、対象物において相互作用させることができる。それゆえ、簡単な構成により、対象物における電磁波の相互作用回数を増加させることが可能となるという効果を奏する。また、対象物の同じ位置に電磁波を相互作用させることが可能となる。

本発明の態様６に係る電磁波照射装置は、上記態様４において、上記第１面または上記第２面の少なくとも一部が、上記反射面であることが好ましい。

上記の構成によれば、電磁波照射装置の部材点数を削減できるので、装置構成をさらに簡単化することが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様７に係る電磁波照射装置は、上記態様１から６のいずれか１つにおいて、上記電磁波は、周期Ｔを有するパルスであり、上記電磁波の経路において、当該電磁波が上記対象物と１度相互作用してから次に相互作用するまでの距離をＬとして、ｃを光速、Ｎを任意の自然数、Ｍ０を１つの上記パルスが上記対象物と相互作用する回数、ＭをＭ０以下の任意の自然数として、以下の式（１−１）、式（１−２）、または式（１−３）、
Ｎ×ｃ×Ｔ≠Ｌ …（１−１）
ｃ×Ｔ≠Ｍ×Ｌ …（１−２）
ｃ×Ｔ＞Ｍ０×Ｌ …（１−３）
のいずれかが満たされてよい。

上記の構成によれば、対象物に複数の電磁波のパルスが同時に照射されない。すなわち、複数の電磁波のパルスが対象物に同時に相互作用しない。従って、対象物に１つのパルスを相互作用させた結果（例：検出結果）が、他のパルスによる影響を受けることを防止することが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様８に係る電磁波照射装置は、上記態様１から６のいずれか１つにおいて、上記電磁波は、周期Ｔを有するパルスであり、上記電磁波の経路において、当該電磁波が上記対象物と１度相互作用してから次に相互作用するまでの距離をＬとして、ｃを光速、Ｎを任意の自然数、Ｍ０を１つの上記パルスが上記対象物と相互作用する回数、ＭをＭ０以下の任意の自然数として、以下の式（２−１）または式（２−２）、
Ｎ×ｃ×Ｔ＝Ｌ …（２−１）
ｃ×Ｔ＝Ｍ×Ｌ …（２−２）
のいずれかが満たされてよい。

上記の構成によれば、対象物に複数の電磁波のパルスを同時に照射させることができる。すなわち、複数の電磁波のパルスが対象物に同時に相互作用する。従って、対象物へ１つのパルスを相互作用させた結果（例：検出結果）に、他のパルスによる影響を及ぼすことが可能となるという効果を奏する。また、対象物に電磁波を相互作用させることによってエネルギーを与える場合には、当該対象物にさらに多くのエネルギーを与えることも可能となる。

本発明の態様９に係る電磁波照射装置は、上記態様１から８のいずれか１つにおいて、上記対象物には、上記電磁波とは異なる第２電磁波が照射されることが好ましい。

上記の構成によれば、例えば、対象物へ第２電磁波が照射された（第２電磁波を対象物に相互作用させた）ことによる影響を、第１電磁波によって検出することが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様１０に係る電磁波照射装置は、上記態様９において、上記第２電磁波は、上記電磁波が上記対象物に照射される範囲を含むように、当該対象物に照射されることが好ましい。

上記の構成によれば、第２電磁波の照射（第２電磁波の相互作用）による影響を、より確実に対象物に及ぼすことが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様１１に係る電磁波照射装置は、上記態様１から１０のいずれか１つにおいて、上記電磁波は、上記対象物の複数の点に照射され、上記複数の点は、上記対象物の中心点に対して対称であってよい。

上記の構成によれば、電磁波照射装置を光ピンセットとして用いる場合に、対象物を固定することが可能となるという効果を奏する。

本発明の態様１２に係る電磁波照射装置は、上記態様１から１０のいずれか１つにおいて、上記電磁波は、上記対象物の複数の点に照射され、上記複数の点は、上記対象物の中心点に対して非対称であってよい。

上記の構成によれば、電磁波照射装置を光ピンセットとして用いる場合に、対象物を移動することが可能となるという効果を奏する。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１，２，２Ａ，３，４ 電磁波照射装置
１１，２１ プリズム（電磁波導入部）
１１ａ，２１ａ 第１面
１１ｂ，２１ｂ 第２面
１１ｃ 第３面
１１ｄ 第４面
１１ｅ，２１ｅ 配置面
１２ 電磁波源
１３，２３ 第１ミラー（反射部材）
１４，２４ 第２ミラー（反射部材）
２３Ａ 第１ミラー（光学部材）
２４Ａ 第２ミラー（光学部材）
１００ 照射対象（対象物）

Claims (8)

1. 電磁波を導波する電磁波導入部と、
   対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、
   上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材と、を備えており、
   上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、当該配置面とは異なる第１面、第２面、および第３面を有しており、
   上記第１面には、上記電磁波源から照射された上記電磁波が入射し、
   上記第１面に入射し上記対象物と相互作用した上記電磁波は、上記第２面から出射され、
   上記反射面は、上記第２面から出射された上記電磁波を上記第３面に入射させ、
   上記第３面に入射した上記電磁波は、上記対象物と相互作用することを特徴とする電磁波照射装置。
2. 電磁波を導波する電磁波導入部と、
   対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、
   上記電磁波を反射する反射面を有する反射部材と、を備えており、
   上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、当該配置面とは異なる第１面および第２面を有しており、
   上記第１面および上記第２面は、上記電磁波が入射および出射される面であり、
   上記反射面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、
   上記第１面の法線、上記第２面の法線、上記配置面の法線、上記反射面の法線、および上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸のうちの少なくとも１つが、単一の面内に含まれないように、上記第１面、上記第２面、上記反射面、および上記光軸の位置関係が規定されていることを特徴とする電磁波照射装置。
3. 電磁波を導波する電磁波導入部と、
   対象物に上記電磁波を照射する電磁波源と、
   上記電磁波の一部を反射するとともに、当該電磁波の一部を透過させる光学面を有する少なくとも１つの光学部材と、を備えており、
   上記電磁波導入部は、上記対象物を配置するための配置面と、上記電磁波を透過するとともに上記光学面と対向する第１面および第２面を有しており、
   上記光学面は、上記第１面または上記第２面の一方から出射された上記電磁波を反射することにより、当該電磁波を上記対象物と相互作用させて上記第１面または上記第２面の他方から出射させ、
   上記第１面へ入射する上記電磁波の光軸と、上記第１面、上記第２面、上記配置面、および上記光学面のそれぞれの法線とが、単一の面内に含まれるように、上記第１面、上記第２面、および上記光学面の位置関係が規定されていることを特徴とする電磁波照射装置。
4. 上記第１面または上記第２面の少なくとも一部が、上記反射面であることを特徴とする請求項２に記載の電磁波照射装置。
5. 上記電磁波は、周期Ｔを有するパルスであり、
   上記電磁波の経路において、当該電磁波が上記対象物と１度相互作用してから次に相互作用するまでの距離をＬとして、
   ｃを光速、Ｎを任意の自然数、Ｍ０を１つの上記パルスが上記対象物と相互作用する回数、ＭをＭ０以下の任意の自然数として、
   以下の式（１−１）、式（１−２）、または式（１−３）、
   Ｎ×ｃ×Ｔ≠Ｌ …（１−１）
   ｃ×Ｔ≠Ｍ×Ｌ …（１−２）
   ｃ×Ｔ＞Ｍ０×Ｌ …（１−３）
   のいずれかが満たされることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁波照射装置。
6. 上記電磁波は、周期Ｔを有するパルスであり、
   上記電磁波の経路において、当該電磁波が上記対象物と１度相互作用してから次に相互作用するまでの距離をＬとして、
   ｃを光速、Ｎを任意の自然数、Ｍ０を１つの上記パルスが上記対象物と相互作用する回数、ＭをＭ０以下の任意の自然数として、
   以下の式（２−１）または式（２−２）、
   Ｎ×ｃ×Ｔ＝Ｌ …（２−１）
   ｃ×Ｔ＝Ｍ×Ｌ …（２−２）
   のいずれかが満たされることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁波照射装置。
7. 上記対象物には、上記電磁波とは異なる第２電磁波が照射されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電磁波照射装置。
8. 上記第２電磁波は、上記電磁波が上記対象物に照射される範囲を含むように、当該対象物に照射されることを特徴とする請求項７に記載の電磁波照射装置。

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