JP2013167649A - テラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査環境などの変化にも対応し得る、汎用性の高い新規な検査装置を提供する。
【解決手段】 テラヘルツ波検出部１０４と、前記テラヘルツ波検出部で取得される信号を用いて、テラヘルツ波に関する第１の応答信号を成形する波形成形部１０５と、第１の測定条件を取得する測定条件取得部１０８と、測定条件に対応した第２の応答信号を記憶している応答信号記憶部１０９と、前記第２の応答信号を、前記応答信号記憶部から選択する選択部１１０と、前記第２の応答信号による逆畳込み演算を、前記第１の応答信号に対して行う信号処理部１０６とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、テラヘルツ波を用いて、測定物の検査を行う検査装置及び検査方法に関するものである。

テラヘルツ波とは、０．０３ＴＨｚから３０ＴＨｚのうち、任意の周波数帯域を有する電磁波である。テラヘルツ波帯域には、生体分子をはじめとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が存在する。このような特徴を活かして、非破壊にて物質の分析や同定を行う検査技術が開発されている。また、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術や、高速な通信技術への応用が期待されている。

このようなイメージング技術として、測定物の深さ方向の情報を取得する装置が開示されている。この装置は、測定物からのテラヘルツ反射波形に対し、テラヘルツ波の完全反射波形によって逆畳み込み演算を行い、スパイク状の時間波形を導出するものである。ここでは、フロッピー（登録商標）内部のイメージングの例を示しているが、スパイク状の時間波形を用いて屈折率界面を決定することで、分解能の向上を目指している。尚、テラヘルツ波の完全反射波形として、ほぼ損失がゼロの状態で反射するミラーあるいは他の物体により置き換えることにより測定したテラヘルツ波を用いている形態を開示している（特許文献１）。

特開平１１−１０８８４５号公報（第２図）

上記特許文献１に開示された装置を、測定物を長時間検査するような検査装置に適用すると、以下に示すような課題が想定される。すなわち、テラヘルツ波光源のゆらぎや、温度や湿度等の検査環境の経時変化によって、テラヘルツ波の完全反射波形が変化することが考慮されておらず、このゆらぎ等によって測定精度が低くなる可能性がある。

具体的には、上記装置の場合、テラヘルツ波の完全反射波形が正しく選択されていないと、スパイク状の時間波形が、測定物の状態を正しく反映したものではなくなる恐れがある。その結果、検査自体の信頼性が低下する要因となり得る。

そして、このような検査環境の経時変化を抑制するために、検査環境を一定にする手段（例えば、検査環境を真空にする手段や、所定のガスに置換する手段等）を適用することが考えられる。

ただし、この形態では、検査環境を外部環境から隔離する必要があるため、測定物の形状や検査環境が制限され、装置の汎用性が損なわれることが想像できる。

また、上記特許文献１に開示された想定では、テラヘルツ波の完全反射波形として、ほぼ損失がゼロの状態で反射するミラーあるいは他の物体により置き換えることにより測定している。上記検査環境を一定にする手段の適用を回避するため、このミラーと測定物を逐次切り替え、テラヘルツ波の完全反射波形を更新する形態が考えられる。ただし、この一連の動作のために、検査に要する時間が余分に必要となる。そのため、検査装置の適用箇所を制限する要因となり、装置の汎用性を損なわれることが想像できる。

以上のように、テラヘルツ波の検査装置は、検査環境などの変化にも対応し得る、汎用性の高い新規な検査装置を提供することを目的とする。

第１の本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査装置は、テラヘルツ波発生部と、該テラヘルツ波発生部から測定物に照射されたパルス状のテラヘルツ波を、該測定物を介して検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部で取得される信号を用いて、テラヘルツ波の時間波形である第１の応答信号を成形する波形成形部と、前記第１の応答信号を変化し得る第１の測定条件を取得する測定条件取得部と、第２の測定条件と関連付けられている第２の応答信号を記憶する応答信号記憶部と、前記第１の測定条件を用いて、前記応答信号記憶部から前記第２の応答信号を選択する選択部と、前記第２の応答信号による逆畳み込み演算を、前記第１の応答信号に対して行う信号処理部と、を有することを特徴とする。

第２の本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査方法は、測定物に照射されたパルス状のテラヘルツ波を、該測定物を介して検出することによって時間波形である第１の応答信号を成形する工程と、前記第１の応答信号を変化し得る測定条件を取得する工程と、を有し、取得された前記測定条件に対応した第２の応答信号を用いて、前記第１の応答信号に対する畳み込み演算を行うことを特徴とする。

第１の本発明に係る検査装置によれば、検査環境などの変化にも対応し得る、汎用性の高い新規な検査装置を提供することができる。

実施形態１の検査装置の構成を説明するための模式図である。 実施例１の検査装置の動作を説明するためのフロー図である。 実施例１の検査装置の各部の波形を示した図である。 実施例２の検査装置の動作を説明するためのフロー図である。 実施例２の検査装置の各部の波形を示した図である。 実施形態３の比較装置の構成を説明するための図である。 実施例３の検査装置の動作を説明するためのフロー図である。 実施例３の検査装置の各部の波形を示した図である。 実施形態４の比較検査装置の構成を説明するための模式図である。 実施例４の検査装置の動作を説明するためのフロー図である。 実施例４の検査装置の各部の波形を示した図である。 実施例４の出力部１０７の画像構築結果を示す図である。 第２の応答信号の割り当て方法を説明する図である。 実施形態３の理想的な状態からの差異を検査する装置を説明する図である。 相関情報を説明するための図である。 実施例５の出力部１０７の画像構築結果を示す図である。 実施例５の検査装置の厚さ分解能を説明する図である。

以下、本発明を実施しするための形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態１：検査装置）
本実施形態は、第１の本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査装置の一形態を示したものである。

該検査装置は、テラヘルツ波発生部と、該テラヘルツ波発生部から測定物に照射されたテラヘルツ波を、該測定物を介して検出するためのテラヘルツ波検出部とを含み構成される。前記テラヘルツ波検出部で取得される信号を用いて、テラヘルツ波に関する第１の応答信号を成形する波形成形部を備え、且つ第１の測定条件を取得する測定条件取得部と、測定条件と関連付けられている第２の応答信号を記憶している応答信号記憶部とを有する。

更に、前記第１の測定条件を用いて、前記応答信号記憶部から前記第２の応答信号を選択する選択部と、前記第２の応答信号による逆畳込み演算を、前記第１の応答信号に対して行う信号処理部とを有する。ここで、第２の応答信号を選択する際には、前記第１の測定条件に最も近い第２の測定条件に対応した応答信号を選択することができる。

斯かる構成により、検査環境の変化に基づく信号の変化を抑制あるいは低減した検査装置の提供が可能となる。なお、照射されたテラヘルツ波を測定物を介して検出するとは、透過波あるいは反射波など対象物による影響を受けた後のテラヘルツ波を検出するという意味である。尚、この対象物は、固体、気体、液体を含む。

以下、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の概略構成図である。図１のように、本実施形態のテラヘルツ波検査装置は次のように構成する。

テラヘルツ波検査装置は、主に、測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形を構築する部分と、得られたテラヘルツ波の時間波形を処理する部分に大別される。テラヘルツ波の時間波形を構築する部分は、トリガ信号発生部１０１、テラヘルツ波発生部１０２、遅延部１０３、テラヘルツ波検出部１０４、波形成形部１０５で構成する。テラヘルツ波の時間波形を処理する部分は、信号処理部１０６、出力部１０７、測定条件取得部１０８、応答信号記憶部１０９、応答信号選択部１１０、相関情報記憶部１１２、応答信号調整部１１３で構成する。

テラヘルツ波の時間波形を構築する部分は、パルス状のテラヘルツ波を測定物１１１に照射し、測定物１１１からのテラヘルツ波を検出する動作を行う。この一連の動作は、いわゆるテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ，Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が適用できる。各部の動作を簡単に説明する。

トリガ信号発生部１０１は、後述するテラヘルツ波発生部１０２とテラヘルツ波検出部１０４を動作させるトリガ信号を発生する。トリガ信号は、テラヘルツ波発生部１０２及びテラヘルツ波検出部１０４を構成するデバイスを動作させる信号である。そのため、トリガ信号の種類や特性は、このデバイスの動作原理に応じて適宜選択される。トリガ信号の種類は、光信号と電気信号がある。例えば、光信号として、光ダイオードのような光電変換デバイスを動作させる信号が適用できる。また、電気信号として、トランジスタのような半導体デバイスを動作させる信号が適用できる。また、電気信号として、システムを駆動するＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ− Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｏｇｉｃ）信号が適用できる。本発明では、このトリガ信号は、断続的或いは周期的な特性を有している。

テラヘルツ波発生部１０２は、上述したトリガ信号によってテラヘルツ波を発生する部分である。テラヘルツ波の時間波形はパルス形状である。このようなテラヘルツ波を発生する手法は、これまで開示されている種々の手法が適用できる。例えば、この手法として、瞬時電流を利用する手法と、利得構造を利用する手法がある。瞬時電流を利用する手法として、鏡面研磨した半導体や有機結晶の表面からテラヘルツ波を発生する手法や、半導体薄膜上に金属電極でアンテナパターンを形成した光伝導素子が適用できる。また、ＰＩＮダイオードが適用できる。利得構造を利用する手法として、半導体量子井戸構造を用いる手法が適用できる。

遅延部１０３は、テラヘルツ波発生部１０２に到達するトリガ信号に対する、テラヘルツ波検出部１０４に到達するトリガ信号の遅延時間を調整する部分である。遅延時間の調整は、光学長を直接調整する手法と実効的な光学長を調整する手法がある。直接調整する手法としては、折り返し光学系と稼動部を用いる方法がある。実効的な光学長を調整する手法としては、トリガ信号が伝搬する経路中の時定数を変化させる方法がある。

テラヘルツ波検出部１０４は、遅延部１０３で遅延時間が調整されたトリガ信号によってテラヘルツ波を検出する部分である。テラヘルツ波に対し実時間で応答する半導体デバイスは、未だ実用化には至らない。そのためＴＨｚ−ＴＤＳでは、トリガ信号が入力された時点でのテラヘルツ波の瞬間的な強度信号を取得し、このトリガ信号によってテラヘルツ波の時間波形をサンプリングする。このようなテラヘルツ波検出部１０４としては、光伝導による電界強度に対応した電流を検出する手法、電気光学効果を用いて電場を検出する手法、磁気光学効果を用いて磁場を検出する手法がある。光伝導による電流を検出する手法としては、光伝導素子が適用できる。電気光学効果を用いて電場を検出する手法としては、直交偏光子と電気光学結晶を使った手法が適用できる。磁気光学効果を用いて磁場を検出する手法としては、直交偏光子と磁気光学結晶を使った手法が適用できる。

波形成形部１０５は、テラヘルツ波検出部１０４で検出された瞬間的な信号より、テラヘルツ波の時間波形を構築する部分である。本発明では、波形成形部１０５で得られたテラヘルツ波の時間波形を、第１の応答信号と呼ぶこともある。

以上述べたテラヘルツ波の時間波形を構築する部分は、測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形が取得するという目的が達成できれば、テラヘルツ波発生部１０２やテラヘルツ波検出部１０４の素子構成、及びこれを含む光学系の配置は任意に設定できる。

次に、得られたテラヘルツ波の時間波形を処理する部分について説明する。各部の動作を簡単に説明する。

信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、後述する第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う部分である。第１の応答信号をｙ（ｔ）、第２の応答信号をｈ（ｔ）とすると、信号処理部１０６は、以下に示す（１）式より第１の応答信号ｙ（ｔ）から第２の応答信号ｈ（ｔ）の影響を抑制した信号ｘ（ｔ）を演算するものである。見方を変えると、波形成形部１０５で取得される測定物１１１からの第１の応答信号ｙ（ｔ）は、ｘ（ｔ）という信号が第２の応答信号ｈ（ｔ）によって変化した信号であると定義している。

尚、（１）式では、第２の応答信号ｈ（ｔ）は、一つであるが、複数ある態様でもよい。この場合、（２）式のように、第１の応答信号ｙ（ｔ）は、ｘ（ｔ）という信号が複数の要因によって変化した信号であると定義する。

出力部１０７は、ユーザーインターフェースにあたる部分であり、信号処理部１０６の演算結果ｘ（ｔ）を、適宜加工してユーザーに提示する。場合によっては、出力部１０７は、演算結果を利用して他の装置の動作を制御する。

測定条件取得部１０８は、本検査装置の測定条件（第１の測定条件）を取得する部分である。測定条件は、測定物１１１からの第１の応答信号を変化し得る情報である。例えば、測定条件としては、テラヘルツ波検査装置の測定環境、測定物１１１の物性に関連する情報、測定物１１１の構造に関連する情報等がある。テラヘルツ波検査装置の測定環境としては、温度、湿度、テラヘルツ波発生部１０２のパワーのゆらぎ等がある。物性に関連する情報としては、測定物１１１の屈折率及び屈折率分布、混合比率、導電率等の物性分布、混合物の分散状態等がある。構造に関連する情報としては、作製工程や作製条件から想定されるような測定物１１１の内部構造がある。

応答信号記憶部１０９は、予め定められた測定条件（第２の測定条件）における第２の応答信号が記憶されている部分である。

応答信号選択部１１０は、測定条件取得部１０８で得られる第１の測定条件を参照し、応答信号記憶部１０９に記憶されている第２の応答信号を取得する部分である。具体的には、応答信号選択部１１０は、参照する第１の測定条件に最も近い第２の測定条件を選択し、第２の測定条件に対応した第２の応答信号を取得する。第１の測定条件が１種類の時には、対象となる第１の測定条件に最も近い第２の測定条件を選択し、第２の応答信号を取得する。第１の測定条件が複数種類ある時には、多項目のマトリクス表を利用して選択する。多項目のマトリクス表を用いて第２の応答信号を取得する場合には、応答信号選択部１１０は、複数の第１の測定条件に対し項目の重み付けを行い、各項目について第１の測定条件に最も近い第２の測定条件を選択する。そして、応答信号選択部１１０は、マトリクス表から第２の応答信号を取得する。また、第１の測定条件が複数種類ある時には、上述したように、複数の要因によって第１の応答信号が構成されているとみなし、順次第１の測定条件に最も近い第２の測定条件を選択し、第２の測定条件に対応する第２の応答信号を取得する。この場合、信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、複数の第２の応答信号によって順次逆畳み込み演算を行う。

なお、図１に記載している相関情報記憶部１１２と応答信号調整部１１３は必要に応じて設けられるものであり、本発明においては必須のものではない。

相関情報記憶部１１２と応答信号調整部１１３とを用いる場合には、以下のような適用形態がある。

具体的には、前記応答信号記憶部１０９から抽出された前記第２の応答信号を、この相関情報記憶部１１２と応答信号調整部１１３によって微調整し、この微調整された信号を第２の応答信号として信号処理部１０６に与えるのである。応答信号記憶部１０９に記憶される第２の応答信号は、第２の測定条件に対応付けられている。本来、この第２の応答信号は、第１の測定条件が取り得るすべての測定条件に対応付けられていることが好ましいが、実際には、離散的な第２の測定条件に対応付けられている場合がある。尚、ここで用いたすべての測定条件とは、隣接する第２の測定条件間に対応した第２の応答信号が同一の信号となる状態のことと定義する。つまり、すべての第１の測定条件に対して、第２の応答信号が網羅的に割り当てることが可能な状態を指す。そして、離散的な測定条件とは、隣接する第２の測定条件間に対応した第２の応答信号が異なっている状態のことと定義する。図１５（ａ）に、離散的な第２の測定条件に対応した第２の応答信号の例を示す。図１５（ａ）は、第２の応答信号について、測定条件毎の吸光度と位相状態を示したもので、複数の第２の測定条件（測定条件１から測定条件３）の周波数特性はそれぞれ異なっている。

前記相関情報記憶部１１２は、応答信号記憶部１０９に記憶されている第２の応答信号の相関情報が定義され記憶されている部分である。相関情報記憶部１１２は、複数の第２の応答信号から、第１の測定条件における第２の応答信号を予測する機能を有する。

この予測する手法として、第１の測定条件周辺の測定条件（応答信号記憶部１０９に記憶されている第２の測定条件に相当）に対応する第２の応答信号から傾向を予測する手法や、計算によって第１の測定条件における第２の応答信号を求める手法がある。

傾向を予測する手法としては、図１５（ｂ）のように、第２の応答信号の特徴点に関する検量線を引いて予測する手法がある。計算によって求める手法としては、測定条件に関する関係式やシミュレーションを併用し、記憶されている第２の応答信号の変化を求める手法が考えられる。

応答信号調整部１１３は、相関情報記憶部１１２で記憶されている相関情報から、応答信号選択部１１０で得られた第２の応答信号を第１の測定条件に適合するように微調整する部分である。例えば、相関情報が図１５（ｂ）のような検量線によって与えられている場合、これらの検量線に沿って、吸光度の値と周波数、そして位相反転が生ずる周波数を微調整する。応答信号調整部１１３は、この微調整した第２の応答信号を信号処理部１０６に与える。記述のように前記相関情報記憶部１１２と前記応答信号調整部１１３とは本発明においては必要に応じて設けられるものである。

次に、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の動作を説明する。

測定物１１１が、検査を行う位置に配置される。この配置方法は、測定物１１１が動く場合と検査装置が動く場合がある。測定物１１１が動く場合は、測定物１１１が所定の場所に配置されるように位置や姿勢を操作する場合と、ベルトコンベアのような搬送機構によって複数の測定物１１１が順次所定の場所に流れてくる場合がある。また、検査装置が動く場合は、テラヘルツ波の出射方向が駆動機構によって変化する場合と、検査装置の一部または全部が所定の位置に動く場合がある。

テラヘルツ波検査装置は、テラヘルツ波の波形観測を開始し、波形成形部１０５は、測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形を構築する（第１の応答信号）。測定条件取得部１０８は、テラヘルツ波の波形観測時の測定条件を監視する（第１の測定条件）。応答信号選択部１１０は、応答信号記憶部１０９に記憶されている複数の測定条件より、第１の測定条件に最も近い測定条件を選択する（第２の測定条件）。そして、応答信号選択部１１０は、第２の測定条件に対応する応答信号を取得する（第２の応答信号）。ここで取得されている応答信号を直接用いて、前記信号処理部１０６で演算することができる。

あるいは、応答信号調整部１１３において、相関情報記憶部１１２に記憶される相関情報を用いて、第２の測定条件を第１の測定条件に適合させる際の、第２の応答信号の調整量を決定する。そして、応答信号調整部１１３は、この調整量を用いて第２の応答信号を微調整する。そして、この微調整された応答信号を用いて前記信号処理部１０６で演算することもできる。

ここでいう演算とは、信号処理部１０６により行なわれるものであり、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行うことを意味する。出力部１０７は、この演算結果をユーザーに提示し、テラヘルツ波検査装置は測定物１１１の検査を終了する。

このように、本実施形態では、測定条件が経時変化しても、変化に応じて第２の応答信号を微調整する。その結果、演算結果は、測定条件が経時変化の影響を抑制したものとなる。このことより、本発明のテラヘルツ波検査装置によれば、テラヘルツ波検査装置を長時間動作させても、測定条件の変化を補償し、テラヘルツ波検査装置の汎用性が高めることができる。

（実施形態２：検査方法）
第２の本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査方法は、以下の工程を有することを特徴とする。

具体的には、測定物に照射されたテラヘルツ波を、該測定物を介して検出することによって第１の応答信号となる波形を成形する工程１を有する。更に、測定条件を取得する工程２とを備え、取得された前記測定条件に対応した第２の応答信号を用いて、前記第１の応答信号に対する畳み込み演算を行うことを特徴とする。前記工程１は、例えば、上述の実施形態１において説明した、テラヘルツ波検出部１０４と波形形成部１０５とを用いて行なわれる。前記工程２は、例えば、前記測定条件取得部１０８、応答信号記憶部１０９、応答信号選択部１１０、信号処理部１０６とにより実行される。

勿論、前記第２の応答信号を前記測定条件に応じて調整した後、前記逆畳み込み演算を行うことも可能である。

なお、本実施形態に係る検査方法は、下記実施例１にて詳述している。

（実施形態３：比較検査装置）
本実施形態は、本発明のテラヘルツ波検査装置に関する一形態を示したものである。具体的には、本実施形態は、上述したテラヘルツ波検査装置の変形例に関するものである。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。

図６は、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の概略構成図である。図６のように、本実施形態のテラヘルツ波検査装置は、上述した測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形を構築する部分と、得られたテラヘルツ波の時間波形を処理する部分を有している。これらの構成に加え、本実施形態のテラヘルツ波検査装置は、比較部６１４と比較情報記憶部６１５を有している。

各部の動作を簡単に説明する。

比較部６１４は、信号処理部１０６の演算結果と、後述する比較情報記憶部６１５の情報を比較する部分である。比較部６１４の比較方法は、ある基準値に対しての程度を比較する方法や、形状を比較する方法がある。例えば、基準値に対して程度を比較する場合は、強度の総量や平均値が基準値に対して超えているかどうかを比較する方法がある。また、信号処理部１０６の演算結果の波形について、基準を超える部分（例えば強度や傾き）があるかどうかを比較する方法がある。形状を比較する場合は、信号処理部１０６の演算結果の波形が、一致しているかどうかを比較する方法がある。この時、完全に一致していなくても、ある範囲に収まっているかを比較する方法もある。また、波形の特徴的な形が存在するかどうかを比較する方法がある。これらの比較は、時間領域と周波数領域いずれかで行う。

比較情報記憶部６１５は、上述した比較方法に用いる情報を提供する部分である。この情報は、ユーザーが定義する。

次に、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の動作を説明する。尚、これまでの説明と共通する動作についての説明は省略する。

本実施形態のテラヘルツ波検査装置は、測定物１１１に関し、理想的な状態からの差異を検査するものである。そこで、応答信号記憶部１０９は、測定物１１１に関し、理想的な状態の応答信号が記憶されている（第２の応答信号）。ここで、測定物１１１に関する理想的な状態は、ユーザーが想定する上述した検査装置の測定環境や、測定物１１１の物性に関連する情報と構造に関連する情報から求められる。つまり、本実施例におけるテラヘルツ波検査装置は、例えば、測定物１１１内部に異物が混入する等、ユーザーが想定し得ない状況を検査することになる。前記比較情報記憶部に、前記測定物の理想的な状態に関する情報が備わっていれば、前記信号処理部（１０６）の演算結果と当該情報とを比較部で比較することにより測定対象物の理想的な状態からのずれが分かる。

応答信号調整部１１３は、第２の応答信号を測定条件取得部１０８の第１の測定条件に合わせて微調整する。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う。比較部６１４は、比較情報記憶部６１５に記憶されている判断基準に従って、演算結果を比較、判断する。出力部１０７は、この比較結果をユーザーに提示し、テラヘルツ波検査装置は測定物１１１の検査を終了する。

波形成形部１０５と応答信号調整部１１３が同じ信号を信号処理部１０６に入力する場合、信号処理部１０６の出力はデルタ関数に近似する。この状態は、実際の測定結果と、測定条件から想定される結果が同じであることから、測定物１１１は、ユーザーが想定した理想的な状態とみなすことができる。デルタ関数の時間軸上の平均強度は、ほぼノイズレベルとなる。例えば、上述したように測定物１１１内部に異物が混入していると、信号処理部１０６の出力結果はデルタ関数にならない。つまり、時間軸上の平均強度は、ノイズレベル以上の固有の値となる。この信号と逆畳み込み演算の結果を比較することで、信号比を大きくすることが可能となり、検査の信頼性を向上できる。このように、本実施形態に係る発明によれば、理想的な状態の出力をデルタ関数に近似させることができる。そのため、周波数毎の信号強度は、ほぼノイズレベルとなる。この信号と逆畳み込み演算の結果を比較することで、信号比を大きくすることが可能となり、検査の信頼性を向上できるという効果を奏する。

なお、本実施形態に係る発明においても、上述の実施形態１と同様、図６における相関情報記憶部１１２と応答信号調整部１１３とは必要に応じて用いられるものである。

（実施形態４：イメージング検査装置）
本実施形態は、本発明のテラヘルツ波検査装置に関する一形態を示したものである。具体的には、本実施形態は、上述したテラヘルツ波検査装置の変形例に関するものである。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。

図９は、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の概略構成図である。図９のように、本実施形態のテラヘルツ波検査装置は、上述した測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形を構築する部分と、得られたテラヘルツ波の時間波形を処理する部分を有している。これらの構成に加え、本実施形態のテラヘルツ波検査装置は、ステージ９１６を有している。

各部の動作を簡単に説明する。

ステージ９１６は、テラヘルツ波が測定物１１１に照射する位置を相対的に動かすステージである。ステージ９１６は、測定物１１１に照射する位置を、線方向、面方向、これらの方向に深さ方向を組み合わせた方向に動かす。図９において、線方向とは、照射位置が、紙面に垂直な面に対し直線的に動く方向を指す。また、面方向とは、照射位置が、紙面に垂直な面の方向に動く方向を指す。深さ方向とは、照射位置が、紙面に対して平行な方向に動く方向を指す。

次に、本実施形態のテラヘルツ波検査装置の動作を説明する。尚、これまでの説明と共通する動作についての説明は省略する。

測定物１１１は、ステージ９１６に配置される。測定開始すると、ステージ９１６は、測定物１１１を所定の位置に移動する。波形成形部１０５は、測定物１１１からのテラヘルツ波の時間波形を構築する（第１の応答信号）。測定条件取得部１０８は、テラヘルツ波の波形観測時の測定条件を監視する（第１の測定条件）。応答信号調整部１１３は、選択された第２の応答信号について、第１の測定条件の状態に適合するように微調整する。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う。

ステージ９１６は、測定物１１１を次の検査位置まで動かし、再び検査を行う。所定の領域の検査が終了すると、出力部１０７は、検査結果を画像化し、ユーザーに提示する。

ここで、応答信号記憶部１０９に記憶される情報（第２の応答信号）が、測定物１１１の物性に関連する情報、測定物１１１の構造に関連する情報等、測定物１１１自体の情報である場合、次に示す態様が取り得る。図１３のように、測定物１１１を複数の検査領域Ａａｂ（ａ及びｂは整数）に区切り、各領域について第２の応答信号を割り当てる。このような構成によると、より詳細に測定物１１１の検査が可能となる。例えば、図１３に示した錠剤（粉体１３１７をコーティング膜１３１８で覆ったもの）では、表面がある曲面を有する形状である。このような形状について、細かく検査領域を定義することで、形状全体を包括して第２の応答信号を割り当てるよりも、形状の変化がテラヘルツ波の波形に及ぼす影響を抑制することを可能となる。このような構成によると、物性分布や形状の変化といった測定物固有の測定条件の変化に応じて、細かく対応することができる。そのため、検査の信頼性を向上できる。このように、前記テラヘルツ波が前記測定物に照射する位置を相対的に動かすステージ（９１６）を設けておけば、画像取得過程における測定条件の経時変化の影響を抑制できるため、更に検査装置の汎用性を改善できるという効果を奏する。

図１３に示したように、前記測定物について複数の検査領域（１３１９）を設定し、各検査領域について、前記第２の応答信号を定義することもできる。斯かる場合、物性分布や形状の変化といった測定物固有の測定条件の変化に応じて、細かく対応することができるので、検査の信頼性を向上できるという効果を奏する。

また、実施形態３で示したように、測定物１１１に関し、理想的な状態からの差異を検査する態様である場合、次のような検査方法も可能である。図１４において、測定物１１１（ここでは錠剤）内部に異物１４２０がない状態を理想的な状態とする。この時、通常のイメージング検査であると、図１４（ｂ）のように、異物１４２０を含めた測定物１１１内部の構造が出力部１０７から提示される。この時、多くの場合、異物１４２０の有無の判断は、画像をみたユーザーが判断する必要がある。ただし、上述したように、理想的な状態からの差異を検査する形態にすると、出力部１０７から提示される画像は、理想的な状態からの差分、すなわち図１４（ｃ）のように、異物１４２０のみ提示することも可能となる。このような構成によると、ユーザーが判断する負荷を軽減することもできる。

このように、本実施形態の構成は、イメージング検査を可能とするものである。この構成によると、画像取得過程における測定条件の経時変化の影響を抑制できるため、更に検査装置の汎用性を改善できる。

なお、本実施形態に係る発明においても、上述の実施形態１と同様、図６における相関情報記憶部１１２と応答信号調整部１１３とは必要に応じて用いられるものである。

（実施例１）
本実施例は、実施形態１に示す測定環境の経時的な変化を抑制するテラヘルツ波検査装置に関するものである。

測定物１１１は、テラヘルツ波を完全に反射するミラーである。測定条件取得部１０８は、検査時の温度と湿度を監視する。応答信号記憶部１０９は、ある環境下（温度と湿度）における水蒸気のスペクトルの情報が記憶されている。

図２は、本テラヘルツ波検査装置の動作フロー図である。図２のように、検査を開始すると、波形成形部１０５は、テラヘルツ波の時間波形を構築する（Ｓ２０１、第１の応答信号）。この時の時間波形は、図３（ａ）に示す。図３（ａ）のように、テラヘルツ波の時間波形は、水蒸気による振動成分が重畳されている。次に、測定条件取得部１０８は、時間波形取得時の温度と湿度を監視する（Ｓ２０２、第１の測定条件）。応答信号選択部１１０は、第１の測定条件に最も近い測定条件下（第２の測定条件）の応答信号（第２の応答信号）を取得する（Ｓ２０３）。この時の第２の応答信号は、図３（ｂ）に示す。応答信号調整部１１３は、第１の測定条件に適合するように、図３（ｂ）の強度やピークの位置を微調整する（Ｓ２０４）。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う（Ｓ２０５）。この時の演算結果は、図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）のように、演算結果は、水蒸気の影響を抑制した時間波形となっている。

本実施例によると、測定物１１１の検査において、大気中の水蒸気の影響を抑制した検査が可能となる。そのため、従来必要とされていた環境を調整する手段がいらなくなり、自由空間内での検査が可能となる。環境を調整する手段がいらなくなるので、装置の小型化、低価格化が容易となる。そして、自由空間内での検査を可能にするため、本実施例の装置は、装置の汎用性を向上することが可能となる。

（実施例２）
本実施例は、実施形態１に示す測定物１１１内部の物質の構成比率の変化を抑制するテラヘルツ波検査装置に関するものである。

測定物１１１は、ポリエチレンとＤＣＨＣＬ（デオキシシチジン塩酸塩）の混合物をペレットにしたものである。測定条件取得部１０８は、ポリエチレンの量を監視する。ポリエチレンの量は、混合前の使用量から取得される。応答信号記憶部１０９は、ある質量下におけるポリエチレンのスペクトルの情報が記憶されている。

図４は、本テラヘルツ波検査装置の動作フロー図である。図４のように、検査を開始すると、波形成形部１０５は、テラヘルツ波の時間波形を構築する（Ｓ４０１、第１の応答信号）。この時の時間波形は、図５（ａ）に示す。図５（ａ）は、ポリエチレンとＤＣＨＣＬの情報が重畳されている。次に、測定条件取得部１０８は、ペレット作製に用いられたポリエチレンの使用量を監視する（Ｓ４０２、第１の測定条件）。この使用量が変化すると、材料の構成比率は変化する。応答信号選択部１１０は、第１の測定条件に最も近い測定条件下（第２の測定条件）の応答信号（第２の応答信号）を取得する（Ｓ４０３）。この時の第２の応答信号は、図５（ｂ）に示す。応答信号調整部１１３は、第１の測定条件に適合するように、図５（ｂ）の強度や位相を微調整する（Ｓ４０４）。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う（Ｓ４０５）。この時の演算結果は、図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）のように、演算結果は、ポリエチレンの影響を抑制した時間波形となっており、パルスが生ずる位置や、強度が変化している。

本実施例によると、測定物１１１の検査において、特定の物質の影響を抑制する。そのため、所望の材料のみの検査が可能となり、装置の汎用性を向上することができる。

（実施例３）
本実施例は、実施形態３に示す測定物１１１の経時的な構造変化を抑制し、測定物１１１内部の異物の検査を行うテラヘルツ波検査装置に関するものである。

測定物１１１は、周期的に屈折率が変化するフォトニック結晶である。測定条件取得部１０８は、作製プロセスのプロセス条件を監視する。応答信号記憶部１０９は、あるプロセス条件下におけるフォトニック結晶のスペクトルの情報が記憶されている。

図７は、本テラヘルツ波検査装置の動作フロー図である。図７のように、検査を開始すると、波形成形部１０５は、テラヘルツ波の時間波形を構築する（Ｓ７０１、第１の応答信号）。

この時の時間波形は、図８（ａ）に示す。図８（ａ）において、上段（ａ−１）の時間波形は、欠陥のないフォトニック結晶からの信号であり、下段（ａ−２）の時間波形は、欠陥のある（一部の周期構造が崩れている）フォトニック結晶からの信号である。図８（ａ）のように、これらの波形には、フォトニックバンドギャップに起因する振動成分が存在している。次に、測定条件取得部１０８は、このフォトニック結晶作製時のプロセス条件を監視する（Ｓ７０２、第１の測定条件）。応答信号選択部１１０は、第１の測定条件に最も近い測定条件下（第２の測定条件）の応答信号（第２の応答信号）を取得する（Ｓ７０３）。この時取得される第２の応答信号は、プロセス条件から予測される構造に関する情報である。この時の第２の応答信号は、図８（ｂ）に示す。応答信号調整部１１３は、第１の測定条件に適合するように、図８（ｂ）のバンド端の位置や強度を微調整する（Ｓ７０４）。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う（Ｓ７０５）。この時の演算結果は、図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）のように、フォトニック結晶の構造に欠陥がない場合は、デルタ関数状の信号が出力され（図８（ｃ−１））、構造に欠陥がある場合は、連続的な信号が出力されている（図８（ｃ−２））。

次に、これらの信号について、平均的な強度信号を算出する。欠陥がない時の波形の平均的な強度は、０．０００５であり、欠陥ある時の平均的な強度は、０．６である。比較情報記憶部６１５は、ある基準となる強度信号を設定している。本実施例では０．１とする。比較部６１４は、基準となる強度値と、図８（ｃ）の波形の平均的な強度の比較を行う（Ｓ７０６）。基準となる強度値と比較して、演算結果の平均的な強度が小さい時は異物なしと判断する（Ｓ７０７（ａ））。また、基準となる強度値と比較して、演算結果の平均的な強度が大きい時は、異物があると判断する（Ｓ７０７（ｂ））。

本実施例によると、異物がある場合とない場合の信号比が３桁以上ある。このため、異物の検出感度を向上することが容易となる。

（実施例４）
本実施例は、実施形態４に示す測定環境の経時的な変化を抑制するテラヘルツ波検査装置に関するものである。特に、本実施例は、イメージング検査装置に関するものである。

測定物１１１は、厚み９０μｍの紙である。測定条件取得部１０８は、検査時の温度と湿度を監視する。応答信号記憶部１０９は、ある環境下（温度と湿度）におけるテラヘルツ波を完全に反射するミラーからの応答信号が記憶されている。

図１０は、本テラヘルツ波検査装置の動作フロー図である。図１０のように、検査を開始すると、ステージ９１６は、測定物１１１を検査開始点まで移動する（Ｓ１００１）。波形成形部１０５は、移動した場所におけるテラヘルツ波の時間波形を構築する（Ｓ１００２、第１の応答信号）。この時の時間波形は、図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）のように、テラヘルツ波の時間波形は、紙の界面による反射と、水蒸気による振動成分が重畳されている。次に、測定条件取得部１０８は、時間波形取得時の温度と湿度を監視する（Ｓ１００３、第１の測定条件）。応答信号選択部１１０は、第１の測定条件に最も近い測定条件下（第２の測定条件）の応答信号（第２の応答信号）を取得する（Ｓ１００４）。この時の第２の応答信号は、図１１（ｂ）に示す。応答信号調整部１１３は、第１の測定条件に適合するように、図１１（ｂ）の時間波形をフーリエ変換し、周波数軸上の強度やピークを微調整する（Ｓ１００５）。信号処理部１０６は、第１の応答信号に対し、第２の応答信号によって逆畳み込み演算を行う（Ｓ１００６）。この時の演算結果は、図１１（ｃ）に示す。図１１（ｃ）において、演算結果は、水蒸気の影響を抑制し、紙の反射界面からの応答のみを反映した時間波形となっている。次に、ステージ９１６は、測定物１１１を次の検査位置まで移動する。

これら一連の動作は、画像を形成する領域に渡って行われる。そして、すべての検査が終了した時、出力部１０７は、検査結果より画像を構築し、ユーザーに提示する（Ｓ１００７）。図１２に、出力部１０７が提示する画像の構築例を示す。図１２は、紙の厚み方向の断層像であり、紙の界面が確認できる。また、図１１（ｃ）のパルス幅を、距離に換算すると、およそ３０μｍを超える厚さ分解能を有していることが確認できる。

本実施例によると、測定物１１１の検査において、大気中の水蒸気の影響を抑制したイメージング検査が可能となる。そのため、従来必要とされていた環境を調整する手段がいらなくなり、自由空間内での検査が可能となる。環境を調整する手段がいらなくなるので、装置の小型化、低価格化が容易となる。そして、自由空間内での検査を可能にするため、本実施例の装置は、装置の汎用性を向上することが可能となる。また、第２の応答信号として、テラヘルツ波の完全反射波形を用いることで、図１１（ａ）の状態に比較して、図１１（ｃ）のように、テラヘルツ波の時間分解能を向上することができる。

（実施例５）
本実施例は、実施形態４に示す測定環境の経時的な変化を抑制するテラヘルツ波検査装置に関するものである。特に、本実施例は、イメージング検査装置に関するものである。より詳しくは、実施例４が測定物１１１として紙を測定している例であるのに対し、ここでは、テフロン（登録商標）シートを測定する例を示している。そのため、実施例４と共通する部分の説明は省略する。

測定物１１１は、厚み２５μｍのテフロン（登録商標）シートである。測定条件取得部１０８は、検査時の温度と湿度を監視する。応答信号記憶部１０９は、ある環境下（温度と湿度）におけるテラヘルツ波を完全に反射するミラーからの応答信号が記憶されている。以下、測定を開始し、検査結果をユーザに提示するまでの工程は、実施例４と共通するので説明を省略する。

図１６は、テフロン（登録商標）シートの厚み方向の断層像であり、テフロン（登録商標）の界面が確認できる。図１６の時間情報をテフロン（登録商標）の屈折率を考慮して距離に換算すると、界面間の距離はおよそ２５μｍである。図１７は、厚みを変えたテフロン（登録商標）シートについて、測定結果より界面間の距離をプロットしたものである。図１７において、横軸はテフロン（登録商標）シートの実測の膜厚であり、縦軸は測定より得られた膜厚である。図１７に記載されている直線は理想直線である。例えば、実測の膜厚と測定から得られた膜厚が等しい場合、この理想直線に測定結果がプロットされる。図１７によると、５μｍから３０μｍの厚さを有するテフロン（登録商標）シートを測定した所、測定結果は、ほぼ理想直線にプロットされており、正確に膜厚を計測していることが確認できる。このことより、本発明の検査装置は、少なくとも５μｍ程度の厚さ分解能を有していることが確認できる。

本実施例によると、測定物１１１の検査において、大気中の水蒸気の影響を抑制したイメージング検査が可能となる。そのため、従来必要とされていた環境を調整する手段がいらなくなり、自由空間内での検査が可能となる。環境を調整する手段がいらなくなるので、装置の小型化、低価格化が容易となる。そして、自由空間内での検査を可能にするため、本実施例の装置は、装置の汎用性を向上することが可能となる。

１０１ トリガ信号発生部
１０２ テラヘルツ波発生部
１０３ 遅延部
１０４ テラヘルツ波検出部
１０５ 波形成形部
１０６ 信号処理部
１０７ 出力部
１０８ 測定条件取得部
１０９ 応答信号記憶部
１１０ 応答信号選択部
１１１ 測定物
１１２ 相関情報記憶部
１１３ 応答信号調整部
６１４ 比較部
６１５ 比較情報記憶部
９１６ ステージ
１３１７ 粉体
１３１８ コーティング膜
１３１９ 複数の検査領域
１４２０ 異物

Claims (8)

1. テラヘルツ波を用いた検査装置であって、
   テラヘルツ波発生部と、
   該テラヘルツ波発生部から測定物に照射されたパルス状のテラヘルツ波を、該測定物を介して検出するテラヘルツ波検出部と、
   前記テラヘルツ波検出部で取得される信号を用いて、テラヘルツ波の時間波形である第１の応答信号を成形する波形成形部と、
   前記第１の応答信号を変化し得る第１の測定条件を取得する測定条件取得部と、
   第２の測定条件と関連付けられている第２の応答信号を記憶する応答信号記憶部と、
   前記第１の測定条件を用いて、前記応答信号記憶部から前記第２の応答信号を選択する選択部と、
   前記第２の応答信号による逆畳み込み演算を、前記第１の応答信号に対して行う信号処理部と、を有することを特徴とする検査装置。
2. テラヘルツ時間領域分光法を用いることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記テラヘルツ波発生部からのテラヘルツ波を前記測定物上に集光する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記第２の応答信号は、前記第１の測定条件に最も近い前記第２の測定条件に対応した応答信号であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記測定条件は、該検査装置の測定環境であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記測定条件は、前記測定物の物性に関連する情報であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置。
7. 前記測定条件は、前記測定物の構造に関連する情報であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置。
8. テラヘルツ波を用いた検査方法であって、
   測定物に照射されたパルス状のテラヘルツ波を、該測定物を介して検出することによって時間波形である第１の応答信号を成形する工程と、
   前記第１の応答信号を変化し得る測定条件を取得する工程と、を有し、
   取得された前記測定条件に対応した第２の応答信号を用いて、前記第１の応答信号に対する畳み込み演算を行うことを特徴とする検査方法。

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