JP6214201B2 - 画像取得装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電磁波を用いて被検体の情報を取得する画像取得装置などに関する。特には、例えば、ミリ波からテラヘルツ波領域（３０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚ）のうちの任意の周波数帯域を有する電磁波（以下、テラヘルツ波とも呼ぶ）を用いて被検体の画像（画像情報）を取得する置画像取得装置等に関する。
天体観測分野において、検出すべき被検体からのテラヘルツ波は極めて微弱であるので、例えば、使用する検出装置を冷却して高感度を得ている。地上における応用では、煩わしい冷却装置を使用しない場合、被検体をアクティブに照射しないで観測するには検出装置の感度は充分とは言えない。従って、被検体をテラヘルツ波で照射する必要があり、被検体からの反射波または透過波が検出装置で検出される。検出装置は、被検体表面を走査するプローブであったり、単一のセンサであったり、センサアレイとスイッチで構成される装置であったりする。センサアレイと結像レンズが用いられる場合、焦点面アレイと呼ばれている。
３００Ｋ（１ＴＨｚに相当）の黒体から発せられる単位波長かつ単位立体角あたりのパワーは、およそ１０−１９Ｗ／Ｈｚである。１００ＧＨｚの帯域幅でフィルタリングされるとき、ピクセルあたりに到達するエネルギは１０ｐＷ程度である。テラヘルツ波帯のセンサで最も優れたものでも、室温で４ｐＷ／√Ｈｚ以下のＮＥＰ（ノイズ等価パワー）しか有さない。１ｋＨｚの走査帯域幅を用いたとして、入力パワーが１２６ｐＷであるとき、上記センサは１のＳ／Ｎ比を達成するだけである。上記条件で１ＴＨｚの黒体を測定するとき、Ｓ／Ｎ比は８＊１０−２である。殆どの場合、Ｓ／Ｎ比は低すぎて背景のノイズから信号を抽出できない。よって、Ｓ／Ｎ比を上げるためには、被検体をテラヘルツ波で照射することが必要である。すなわち、アクティブ照明によるイメージングが必要である。事情は光学的な写真と同じで、太陽光かフラッシュなどの人工光かその両方で被写体を照射する必要がある。この様に、テラヘルツ波検出装置の感度は室温程度では非常に弱く、多くの応用では、被検体を照射しないで観測するのは困難である。
特許文献１は、プローブとテラヘルツ分光計について提案している。プローブは、基板上に集積された光伝導素子とその反対側の面に配置されたレンズからなり、各レンズは基板を介して１つの光伝導素子の電極と対向している。レーザー光が各電極に集光されて、一方の電極は発光に用いられ、他方の電極は検出に用いられる。発光用電極にレーザー光が照射されると、テラヘルツ波が基板に放射されてレンズへと導かれる。レンズ作用で、テラヘルツ波は被検体の所定の位置に集光される。一方、テラヘルツ波は被検体で反射され、検出用電極に対向するレンズで集光されて、基板を透過して該電極に達する。検出用電極にレーザー光が照射されているとき、電極間の抵抗率が低下して、テラヘルツ波照射による電気信号が電極で検出される。両レンズの光軸の角度関係により、テラヘルツ波がレンズを経て被検体に照射される位置と、検出用レンズで集光される反射波が来る被検体の位置とは対応している。プローブは、イメージ形成のために被検体表面に沿って走査可能である。しかし、様々な位置を走査する為には多くの時間を要し、フレームレートを大きくすることができない。代わりに、発光及び検出用の電極とレンズの組をアレイ化すれば、機械的な走査をしなくても高いフレームレートで被検体のイメージを形成できる。この場合、基板を透過する電磁波を集光するために、各電極に対してレンズを必要とする。効果的にするには、エアリーディスクの計算によれば、レンズ径はレンズで集光される光の数波長分より大きくなければならない。例えば、１ＴＨｚのテラヘルツ波であれば、波長は３００μｍであって、集光素子として有効であるためにはレンズの直径は１ｍｍ以上でなければならない。発光及び検出用の電極の各組に対して２つのレンズが必要なので、検出エレメント間の距離、すなわち、画素間の距離も光の数波長分でなければならない。よって、画像形成における水平解像度は、使用光の波長の数倍となる。
非特許文献１は、プリズムにおけるテラヘルツ波パルスの発生について報告している。ここでは、バルクのＧａＡｓプリズムにＩｎＡｓのエピタキシャル層を配置したものにレーザーパルスを照射して、フォトデンバー効果でテラヘルツ波を発生している。ハイパワーのテラヘルツ波を発生するには、ＩｎＡｓのエピタキシャル層において、レーザー光で生じるダイポールの向きを特定の方向にする必要があり、これにはプリズムは重要な役割を果たす。場合によっては、テラヘルツ波のレンズによる集光は不必要になり得る。この場合も、問題は集光素子のサイズで、それはテラヘルツ波の数波長分以上である必要がある。他の問題は、ＧａＡｓプリズムの幅で、テラヘルツ波の波長が３００μｍ程度のとき７００μｍ以上必要である。結局、システムの物理的規模が問題となる。また、システムの電磁波発生面は清浄にする必要があり、したがって、被検体に近接ないし接触させる必要がある被検体イメージング用には使えない。
特許文献２は、高周波検出装置について提案している。発光用光伝導素子の電極を１つのレーザー光が照射し、他のレーザー光が検出用光伝導素子の電極を照射する。テラヘルツ波はアンテナから放射され、被検体からのテラヘルツ波が同アンテナを介して装置に導入されて検出される。テラヘルツ波は基板に対して垂直に伝播し、基板内を伝播しない。よって、レンズの如き集光素子は必要とされない。しかし、放射波も検出波も同じアンテナを用いるので、装置においてそれらは分離されなければならない。この作業は遅延ライン、特には機械的な遅延ラインで行われる。従って、遅延ラインの存在により実時間のイメージングが妨げられる。
M.B., Johnston, et al. Generation of high-power terahertz pulses in a prism. s.l. :Optics Letters, 2002. 27(21)
以上の様に、従来の提案では、テラヘルツ波帯でアクティブ照明によるイメージングが可能である。しかし、得られる解像度には限度があった。また、被検体から離れてイメージングする必要があった。また、遅延ラインを含むので、レスポンスが遅かった。本発明の目的は、テラヘルツ波などの電磁波のアクティブ照明によるイメージングなどの情報取得をするものであって、その波長と同程度のオーダーの解像度を達成できる画像取得装置を提供することである。
本発明に係る第１の画像取得装置は、複数の発生部と複数の検出部とが設けられた基板を有し前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置である。そして、前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向して配置されている第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含む。
また、本発明に係る第２の画像取得装置は、複数の発生部が設けられた第１の基板と、複数の検出部が設けられた第２の基板とを有し、前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置である。そして、前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向している第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含む。さらに、前記第１の基板と前記第２の基板の一方の基板には、該基板を厚さ方向に貫いている複数のチャンネルが形成されており、前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記一方の基板の前記複数のチャンネルのそれぞれが、前記他方の基板の前記複数の発生部または前記複数の検出部と対向するように重なっている。
また、本発明に係る第３の画像取得装置は、複数の発生部が設けられた第１の基板と、複数の検出部が設けられた第２の基板とを有し、前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置である。そして、前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向している第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含む。さらに、前記第１の基板と前記第２の基板の一方の基板には、該基板を厚さ方向に貫いている複数のチャンネルが形成されており、他方の基板には、複数の柱状部が形成されており、前記複数の柱状部のそれぞれの上面には、前記複数の発生部または前記複数の検出部がそれぞれ設けられており、前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記複数の柱状部のそれぞれが前記複数のチャンネルに嵌り込むように重なっている。
本発明によれば、０.１ＴＨｚから１０ＴＨｚの間の周波数の成分を含むテラヘルツ波などの電磁波の発生部と検出部を共に備えるので、この波長帯におけるアクティブ照明によるイメージング等の情報取得に適する。発生部と検出部が電気的デバイスであるので、放射が基板中を伝播するのを無くすことができる。これは、例えば、発生部と基板の間に金属反射体を設けることで可能となり、レンズなどの集光素子が不要となる。発生部と検出部のサイズは、基本的に、アンテナのサイズで制限されるのみであり、使用波長と同等或いはそれ以下のサイズにできる。従って、隣り合う検出部間ないし発生部と検出部間の距離はレンズを使うものより格段に小さくできて、水平解像度が向上する。また、装置と被検体の間でレーザー光（励起光）を使う必要がないので、被検体に近接ないし接触して使え、電磁波の照射と検出がほぼ同時にできる。
本発明の一例では、複数の電気的な電磁波発生部と複数の電気的な電磁波検出部が、ほぼ共通の面上に平坦な形態で配列されて、隣り合う検出部間又は発生部と検出部間の距離が短くなっている（例えば、電磁波の波長の２倍以下）。これにより、発生部と検出部が配列された側と対向して置かれる被検体に電磁波を照射して、該被検体で反射された電磁波を検出部により高い解像度で検出することができる。効率的に電磁波を発生部から放射して、効率的に電磁波を検出部に取り入れるために、発生部と検出部において、それぞれ、アンテナと対向して設けられた金属反射体は重要な機能を果たす。複数の発生部と複数の検出部は、どの様な形態で配列されてもよく、後述の実施例で説明される１つの発生部と１つの検出部を対応させて交互に配列する形態は一例である。他の例としては、１つの発生部と複数の検出部を対応させて配列する形態、複数の発生部と１つの検出部を対応させて配列する形態、などがある。
以下、本発明の画像取得装置の実施例を説明する。図１は第１の実施例の装置の斜視図であり、図７はその断面図である。装置は基板１００を備え、基板は、例えば、半導体基板であり、シリコン、ＧａＡs、ＩｎＰ、その他の半導体材料からなる。基板には、電磁波放射用の複数のアンテナ１０１ａ、１０１ｂ、・・・と電磁波検出用の複数のアンテナ１０２ａ、１０２ｂ、・・・が集積化されている。各放射用アンテナの部分について、電磁波発生部の中核的要素である電気的発振素子１０３がアンテナ１０１及び配線１０５を介して集積電子回路１０７に接続されている。発振素子１０３は電磁波を発生し、電磁波はアンテナ１０１により放射される。各検出用アンテナの部分について、電磁波検出部の中核的要素である電気的検出素子１０４が、アンテナ１０２により捉えられた電磁波を電気信号に変換し、電気信号は、電気配線１０６で伝送されて集積電子回路１０８で処理される。なお、本明細書において、電気的電磁波発生素子又は電気的電磁波検出素子とは、励起光を照射することではなく電気的な制御で、電磁波を発生又は検出する（電流注入型の）素子であると定義する。
検出用アンテナを介する電磁波を検出するための電気的検出素子１０４としては種々のものを使用することができる。例えば、整流素子がある。整流素子は、作り易く１ＴＨｚ以上の周波数で動作できる。この中で、ショットキーバリアダイオードが、テラヘルツ波帯で機能し室温で動作するので好ましい。ショットキーバリアダイオードの一例として、次の様なものがある。例えば、アンテナを構成するλ／２ダイポールアンテナのストライプ状の２つの金属膜が、非導電性基板における低キャリア濃度半導体と高キャリア濃度半導体とにそれぞれ接する。２つの金属膜はそれぞれショットキー金属、オーミック金属である。ショットキーバリアダイオードは、ショットキー金属、低キャリア濃度半導体、高キャリア濃度半導体、オーミック金属から構成される。故に、２つの金属膜はλ／２ダイポールアンテナをなすとともに、ショットキーバリアダイオード素子の電極にもなる。金属膜の伸長方向は、電磁波の共振方向であり、上記のλは、検出したい電磁波の波長であって、真空中のものではなく、基板に依存する波長圧縮率が掛けられた後の実効波長である。
ミリ波帯からテラヘルツ帯までの電気的検出素子としては、熱型検出素子や量子型検出素子もある。熱型検出素子としては、マイクロボロメータ（a-Si、VOxなど）、焦電素子（LiTaO３、TGSなど）、ゴーレイセルなどがある。こうした熱型検出素子は、電磁波のエネルギによる物性変化を熱に変換し、温度変化を熱起電力、抵抗などに変換の上、検出する素子である。量子型検出素子としては、真性半導体素子（MCT（HgCdTe）光伝導素子など）や不純物半導体素子などがある。こうした量子型検出素子は、電磁波をフォトンとして捕らえ、バンドギャップの小さい半導体の光起電力或いは抵抗変化を検出する素子である。被検体を照射する電磁波を発生する電気的発振素子１０３としては、負性抵抗素子がある。その一例として、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）がある。１ＴＨｚ程度で機能し室温で動作する素子である。電源は、負性抵抗素子の駆動に必要な電流を供給し、動作点電圧を調整する。動作点は、典型的には、負性抵抗領域から選択される。電磁波発生部は、例えば、電磁波発振用の金属パターニングによるパッチアンテナとＲＴＤを含む。ＲＴＤは、例えば、InP基板上のInGaAs／InAlAs、InGaAs／AlAsによる多重量子井戸構造とn-InGaAsによる電気的接点層を伴って構成される。多重量子井戸構造としては、例えば三重障壁構造を用いる。より具体的には、AlAs／InGaAs／InAlAs／InGaAs／AlAsの半導体多層膜構造で構成する。このうち、InGaAsは井戸層、格子整合するInAlAsや非整合のAlAsは障壁層である。これらの層は意図的にキャリアドープを行わないアンドープとしておく。こうした発振素子は次の作製方法で作製することができる。まず、ＩｎＰ基板上に、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法などによって、次の層をエピタキシャル成長する。すなわち、順に、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓによる共鳴トンネルダイオードをエピタキシャル成長する。ＩｎＰ基板としてｎ型の導電性基板を選択する場合は、ｎ−ＩｎＧａＡｓからエピタキシャル成長すればよい。つぎに、共鳴トンネルダイオードを円形のメサ状にエッチングを行う。エッチングにはＥＢ（電子線）リソグラフィとＩＣＰ（誘導性結合プラズマ）によるドライエッチングを用いる。フォトリソグラフィを用いてもよい。続いて、エッチングされた面に、リフトオフ法により接地金属を形成する。共鳴トンネルダイオードにおける側壁の保護のためのパッシベーションを成膜してもよい。さらに絶縁体で埋め込みを行い、リフトオフ法によりＴｉ／Ｐｄ／Ａｕパターニングを形成する。最後に、リフトオフ法により、抵抗体となる部分にビスマスパターニングを行い、形成したビスマススルーホールによってＴｉ／Ｐｄ／Ａｕと接地金属とを接続して発振素子は完成する。なお、電気的発振素子１０３としては、サブバンド間でのキャリアの遷移により電磁波（テラヘルツ波）を発生させる活性層を有する素子を使用することもできる。その一例として、量子カスケードレーザー（ＱＣＬ）がある。
電磁波発生部において、放射用アンテナ１０１が電磁波を基板１００中に放射しないために、アンテナ１０１とバルクの基板１００との間に金属のグランドプレーン１０９が設けられている。また、電磁波検出部において、基板１００の方向に向かう電磁波が基板を貫通しないようにする為に、検出部の凹部の底に金属反射体１１０が設けられている。グランドプレーン１０９と反射体１１０は、金属蒸着、フォトリソグラフィとエッチング、金属蒸着とリフトオフなどで作製可能である。製造コストを下げるために、グランドプレーンと反射体を同じプロセスの工程で作るとよい。その結果、両者を同じ金属材料で形成できる。また、作製プロセスにおいて、同じ層とできて、同じ工程でエッチングされる。フォトリソグラフィのマスクで決められる形状が異なるのみとなる。
発生部と検出部のアンテナを機械的に支持する為に、アンテナとグランドプレーン及びアンテナと反射体の間に誘電体が設けられる。基板の周りの媒体を伝播する電磁波と誘電体中を伝播する電磁波の相互作用を良好にするために、誘電体の誘電率ないし透磁率は基板の周りの媒体のそれに近い必要がある。例えば、基板が空気で囲まれている場合、誘電体の比透磁率は空気の比透磁率である１に近い必要がある。誘電体としては、例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）があり、その比透磁率はテラヘルツ波帯で２.４に近い。製造を簡素化し製造コストを下げるために、発生部と検出部の誘電体部を同じ製造工程で処理するとよい。これにより、発生部の誘電体部を構成する材料と検出部の誘電体部を構成する材料が同じになり、両者が同じ工程、（例えば、同じ蒸着工程とベーキング工程とパターニング工程）で作製される。同様に、製造を簡素化し製造コストを下げるために、発生部のアンテナと検出部のアンテナと両者の電気配線を同じ製造工程で形成するとよい。なぜなら、これらは全て金属からなる基板上の層であるからである。これにより、発生部のアンテナと検出部のアンテナと両者の電気配線は同じ金属で形成することができる。
図２は、プローブ２０１中に集積化された第１の実施例の装置であり、人の大腿２０２の皮膚のイメージを採るために接触型の画像取得装置として使用されている。ここでは、発生部と検出部のアレイが被検体に対向するように用いられている。被検体は、接触可能な生体の組織であり得る。例えば、外科手術により露出した生体組織である。テラヘルツ波は癌組織と正常組織を識別できるので、このプローブは患者の癌の存在を調べるのに使用できる。また、このプローブは被検体に接触して使用できる。この場合、装置の発生部のアレイからテラヘルツ波が放射され、その一部が被検体で反射される。この反射波は装置の検出部のアレイで検出される。この接触型では、窓部を持つ薄い部材が被検体と装置の間に挟まれて、装置が汚染されない様にするとよい。窓部材はテラヘルツ波に対して透明な部材である。窓部材の材料の誘電率は、アンテナと基板の間の誘電体部の誘電率に出来るだけ近いのがよい。これにより、両者間のインターフェースにおけるインピーダンス不整合が防止できる。また、これらの物質の誘電率は被検体の誘電率とは異なるのがよい。これにより、被検体と窓部材とのインターフェースで、大きな反射率が確保できて、検出部に大きなエネルギが返ってきて、大きなＳ／Ｎ比が得られる。また、本実施例の接触型の画像取得装置では、装置の水平解像度は隣り合う検出部間の距離で決まり、光学部材が存在しないので光学部材には依存しない。
接触型の他に、装置を被検体から離して使うこともできる。例えば、手術により露出した生体組織は敏感な状態であるので、そうするのがよい。ただし、装置を被検体の表面に接触させず被検体から少し離す場合、接触させる場合と比べて、取得されるイメージの水平解像度や質は少し低下することになる。
第２の実施例を説明する。発生部と検出部を高性能にする為に、それぞれを異なる半導体で作製する必要がある場合もある。例えば、局所的エピタキシーを用いて単一の基板上に異なる半導体を積層することが可能ではあるが、同一基板上に異種半導体を組み合わせて積層することは経済的観点から見て困難である場合もある。したがって、発生部と検出部に対して異種の半導体を使うことを可能にする、より一般的な方法が求められる。第２実施例はこうした要求に答えるものである。図３は分解図を示し、図４は組み合わせた後の構造を示し、図８はその断面図を示す。
図３に示す様に、第２の実施例は、複数の発生部３０１ａ、３０１ｂ、・・・が形成された一方の第１の基板３００を備える。発生部は第１の実施例で述べたものと同様である。各発生部は、発振素子、電子回路、発振素子と電子回路を繋ぐ電気配線、アンテナ、グランドプレーン、アンテナとグランドプレーンの間にあってアンテナを支える誘電体部を有する。また、複数の検出部３０３ａ、３０３ｂ、・・・が形成された他方の第２の基板３０２を備える。検出部も第１の実施例で述べたものと同様である。各検出部は、電子回路、アンテナ、アンテナと電子回路を繋ぐ電気配線、反射体、アンテナと反射体の間にあってアンテナを支える誘電体部を有する。また、検出部基板３０２は複数のチャンネル３０４ａ、３０４ｂ、・・・を備える。ここでは、基板を厚さ方向に貫く貫通開口である。チャンネルは、空洞のままでよいし、材料が充填されてもよい。発生部基板と検出部基板は組み合わされる。これらの基板は、ウェハボンディング、例えば、ダイレクトボンディング、接着剤ボンディング、表面活性化ボンディング、その他のウェハボンディング技術を用いて組み合わされる。或いは、外部圧力で互いに押し付けて組み合わせることもできる。
第２の実施例では、２つの基板が組み合わせられるときに、検出部基板のチャンネル３０４が発生部基板の発生部３０１とそれぞれ揃えられる。その結果、発生部からの電磁波は検出部基板のチャンネル３０４を通る。発生部からの電磁波が検出部基板中を伝播して検出部と直に干渉するのを防ぐために、チャンネルの側壁を金属層で被覆するのが好ましい。チャンネル３０４と発生部のアンテナとの間のインピーダンス不整合を防ぐために、このアンテナと検出部基板との間の材料の誘電率は、チャンネルを充填する材料の誘電率と近いのが好ましい。また、装置を接触型で使う場合、２つの基板の誘電率は被検体の誘電率と異なるのがよい。これにより、検出部３０３に大きな電磁波エネルギが返ってくる。
発生部からチャンネルを通って伝播する電磁波の伝播効率を良くするために、チャンネルの断面積が発生部側では小さく開放側では大きいのがよい。検出部基板がシリコンから形成されている場合、チャンネルは異方性エッチャント（例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）やＫＯＨでエッチングされるのがよい。また、マイクロローディング効果を用いて、円形断面形状のチャンネルをエッチングで形成することができる。様々なエッチング技術を組み合わせて種々の断面のチャンネルを形成することもできる。チャンネルのアスペクト比は発生部のアンテナのサイズや検出部基板の厚さに依存する。アンテナの設計や電磁波の周波数によっては、チャンネルのアスペクト比が、発生部から放射された電磁波の適切な伝播にとって大きすぎる場合もあり得る。これを解決する為に、組み合わせの前に検出部基板を薄くしてもよい。例えば、検出部基板を５０μｍ程度、または１００μｍ以下に薄くしてもよい。
適用によっては、発生部と検出部の位置を交換してもよい。つまり、発生部からの電磁波が被検体で反射され、チャンネルを伝播して検出部に達する構成にしてもよい。
第３の実施例を説明する。第２の実施例のチャンネルの存在が、或る場合には、障害になることもある。例えば、チャンネルを伝播する電磁波が、物理的な非連続性により、チャンネルと外部空間との境界で一部反射されることがある。このことにより、外部空間に放射されるエネルギが、チャンネルのない場合に比べて、少なくなることがある。第３の実施例はこうした問題点を解決する構成を備える。図５は分解図を示し、図６は組み合わせた後の構造を示し、図９はその断面図を示す。
第３の実施例では、複数の検出部５０３ａ、５０３ｂ、・・・と複数のチャンネル５０４ａ、５０４ｂ、・・・が形成された第１の基板５０２を備える。第１の基板５０２は第２の実施例の基板３０２と類似する。第２の基板５０１も備える。第２の基板５０１は、複数の柱状部５０５ａ、５０５ｂ、・・・を備える。各柱状部の頂上面には、第１の実施例の発生部と類似した発生部５０１ａ、５０１ｂ、・・・がある。柱状部の形状は、第１の基板５０２のチャンネル５０４ａ、５０４ｂ、・・・に柱状部が嵌り込むようなものである。検出部基板５０２がシリコンで形成されている場合、柱状部は、例えば、フォトリソグラフィとＤＲＩＥ（deep-reactive-ion-etching）で形成できる。この場合、柱状部の側壁は垂直にできて、同様にフォトリソグラフィとＤＲＩＥで側壁が垂直にされたチャンネルに嵌り込み得る。これとは異なって、柱状部の側壁が傾斜していてもよい。この場合、柱状部の側壁に電気配線を形成することができる。傾斜側壁はフォトリソグラフィとＴＭＡＨやＫＯＨによる異方性エッチングで形成できる。傾斜側壁上の電気配線の作成は、金属蒸着及びスプレーコーティングとマスクレスフォトリソグラフィによるフォトリソグラフィで行うことができる。傾斜側壁により、柱状部上に配置された発生部は、簡単に外部壁に結合できる。発生部の電気配線６０６が柱状部の側壁上に形成されない場合、電気配線は一部柱状部上に、一部検出部基板５０２上に形成されねばならない。ここでは、チャンネル内に柱状部を嵌め込む必要から、柱状部の頂上面と検出部基板の頂上面との間にギャップが必要である。よって、電気配線６０６の連続性の為に、柱状部の頂上面と検出部基板の頂上面との間のギャップを架橋する様に絶縁体部６０７が設けられとよい。絶縁体部６０７は、標準的なスピンコーティングやスプレーコーティングで形成できる。この蒸着の後に、直接的なフォトリソグラフィによるパターニング（蒸着材料自身が感光性である場合）が行われる。或いは、フォトレジストのマスクとケミカルまたはフィジカルエッチング（例えば、酸素プラズマエッチング）を用いるフォトリソグラフィクパターニングが行われる。
代わりに、絶縁体の部分６０７は、マイクロディスペンシングにより直接的に蒸着することもできる。この場合、配線６０６がその後、例えば、標準的な金属蒸着とフォトリソグラフィ技術によるエッチングで形成される。ここでも、適用によっては、発生部と検出部の位置を交換してもよい。つまり、発生部からの電磁波が被検体で反射され、チャンネル内の柱状部の頂上面上の検出部に達する構成にしてもよい。
１００・・・基板、１０１・・・発生部のアンテナ、１０２・・・検出部のアンテナ、１０３・・・発振素子（発生部）、１０４・・・検出素子（検出部）、１０９・・・発生部の金属反射体（グランドプレーン）、１１０・・・検出部の金属反射体
Claims (24)
- 複数の発生部と複数の検出部とが設けられた基板を有し、前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置であって、
前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、
前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向して配置されている第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含む、
ことを特徴とする画像取得装置。 - 複数の発生部が設けられた第１の基板と、複数の検出部が設けられた第２の基板とを有し、前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置であって、
前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、
前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向している第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含み、
前記第１の基板と前記第２の基板の一方の基板には、該基板を厚さ方向に貫いている複数のチャンネルが形成されており、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記一方の基板の前記複数のチャンネルのそれぞれが、前記他方の基板の前記複数の発生部または前記複数の検出部と対向するように重なっている、
ことを特徴とする画像取得装置。 - 前記チャンネルは、前記発生部の誘電体部の材料を含む材料で充填されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。 - 前記チャンネルの側壁は金属で被覆されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。 - 複数の発生部が設けられた第１の基板と、複数の検出部が設けられた第２の基板とを有し、前記複数の発生部から放射された電磁波が被検体で反射されて前記複数の検出部により検出されることで被検体の画像を取得する画像取得装置であって、
前記複数の発生部のそれぞれは、発振素子、前記発振素子と接続している第１のアンテナ、前記第１のアンテナと対向している第１の反射体、及び前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている第１の誘電体部を含み、
前記複数の検出部のそれぞれは、検出素子、前記検出素子と接続している第２のアンテナ、前記第２のアンテナと対向している第２の反射体、及び前記第２のアンテナと前記第２の反射体との間に配置されている第２の誘電体部を含み、
前記第１の基板と前記第２の基板の一方の基板には、該基板を厚さ方向に貫いている複数のチャンネルが形成されており、他方の基板には、複数の柱状部が形成されており、
前記複数の柱状部のそれぞれの上面には、前記複数の発生部または前記複数の検出部がそれぞれ設けられており、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記複数の柱状部のそれぞれが前記複数のチャンネルに嵌り込むように重なっている、
ことを特徴とする画像取得装置。 - 前記複数の柱状部の上面と前記一方の基板の上面との間を架橋する絶縁体部を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の画像取得装置。 - 前記一方の基板の厚さは、１００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記複数のチャンネルのそれぞれは、ＫＯＨまたはＴＭＡＨでエッチングされて形成されている、
ことを特徴とする請求項２から７の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記複数の検出部のうち隣り合う検出部同士の間または前記複数の発生部と前記複数の検出部のうち隣り合う発生部と検出部との間の距離は、前記電磁波の波長の２倍以下である、
ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記電磁波は、０.１ＴＨｚから１０ＴＨｚの間の周波数の成分を含む、
ことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記第１の反射体と前記第２の反射体とは、同じ材料を含む、
ことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記第１の誘電体部と前記第２の誘電体部とは、同じ材料を含む、
ことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、同じ材料を含む、
ことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記発振素子は負性抵抗素子を含む、
ことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記発振素子は共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）を含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の画像取得装置。 - 前記発振素子は量子カスケードレーザー（ＱＣＬ）を含む、
ことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記検出素子は整流素子を含む、
ことを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記整流素子はショットキーバリアダイオードである、
ことを特徴とする請求項１７に記載の画像取得装置。 - 前記第２のアンテナは、前記ショットキーバリアダイオードのショットキー電極になる部分及びオーミック電極になる部分を含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の画像取得装置。 - 前記発振素子は、前記第１のアンテナと前記第１の反射体との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記複数の発生部のそれぞれからの電磁波は、前記基板の上側に放射される、
ことを特徴とする請求項１から２０の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記発振素子に電圧を供給する電源と、
前記検出素子と接続しており、前記検出素子からの信号を処理する回路と、を更に有する、
ことを特徴とする請求項１から２１の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記発生部は、パッチアンテナを含む、
ことを特徴とする請求項１から２２の何れか１項に記載の画像取得装置。 - 前記アンテナは、金属部を含む、
ことを特徴とする請求項１から２３の何れか１項に記載の画像取得装置。
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