JP7823737B2 - 誘電分光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、人又は動物を対象とする非侵襲な成分濃度測定に使用される誘電分光測定装置に関するものである。

高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となる。このため、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。

非侵襲な成分濃度測定装置として、誘電分光法を利用する装置が提案されている。誘電分光法は、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分（例えばグルコース分子）と水の相互作用を利用して電磁波を吸収させ、電磁波の振幅及び位相を観測する。しかし、グルコースと電磁波の相互作用が小さく、また生体に安全に照射しうる電磁波の強度に制限があるため、生体の血糖値測定においては十分な効果をあげるにいたっていない。

従来の装置としては、マイクロ波からミリ波帯の電磁波を測定対象に照射する同軸型プローブを用いた装置がある（特許文献１参照）。特許文献１に開示された同軸型プローブを用いた成分濃度測定装置の構成例を図６に示す。成分濃度測定装置は、試料側の端部が開放端となっている同軸型プローブ１００と、電子校正モジュール１０１と、ベクトルネットワークアナライザ（Vector Network Analyzer：以下ＶＮＡ）１０２とから構成される。

図６の例では、背景成分及び対象成分が混合されてなる溶液における対象成分の濃度を測定する。非特許文献１にも記載されているように、図６の構成は、複素誘電率を測定する構成として一般的であり、開放型の同軸型プローブ１００は液体の測定に適している。ＶＮＡ１０２は、無限遠境界を前提として、同軸型プローブ１００で得られた反射信号から複素誘電率を計算する。具体的には、同軸型プローブ１００から試料に電場を印加する。ＶＮＡ１０２は、試料により反射される反射波の反射係数と位相を周波数領域で測定して複素誘電率を計算する。この方法は、周波数領域反射法と呼ばれる。

また、試料にパルス状の電場を印加して、試料により反射される反射波の波形の時間変化から複素誘電率を求める方法もある。パルス状の電場を印加する場合には、反射係数の代わりに透過係数を測定してもよい。反射波の波形の時間変化から複素誘電率を求める方法は、時間領域反射測定法または時間領域透過測定法と呼ばれる。
周波数領域反射法では、反射係数と位相スペクトルを得るために、印加する電場の周波数を掃引する。測定したスペクトルから複素誘電率は、次のように計算できる。

ここで、ε^*は試料の誘電率、ε_i ^*（ｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）は標準試料の誘電率である。ρ^*は複素反射係数であり、測定で得られた反射係数をΓ_i、位相をφ_iとするとき、以下の式（２）で表される。

ρ_iはそれぞれ標準試料の測定結果に対応し、ρ^*は試料の測定結果である。典型的な測定では、同軸型プローブ１００を空気中に設置した状態（オープン状態）を標準試料Ａとし、同軸型プローブ１００を短絡した状態（ショート状態）を標準試料Ｂとし、誘電率が既知である標準溶液試料を標準試料Ｃとする。同軸型プローブ１００を短絡するときは終端部分でインダクタンスが生じないように終端する必要がある。

以上のように、成分濃度測定装置は、観測される電磁波の周波数に対応する信号の振幅や位相から、誘電緩和スペクトルを算出する。一般的にはCole-Cole式に基づき誘電緩和スペクトルを緩和カーブの線形結合として表現し、複素誘電率を算出する。生体成分の計測においては、例えば血液中に含まれるグルコースやコレステロール等の血液成分の量と複素誘電率との間に相間があるので、血液成分の量の変化に対応した電気信号（振幅、位相）が得られる。複素誘電率変化と成分濃度との相間を予め測定することによって検量モデルを構築し、計測した誘電緩和スペクトルの変化から成分濃度の検量を行う。なお、反射係数変化と成分濃度との相間を予め測定することで、反射係数の変化から成分濃度の検量を行うことも可能である。

入射電圧と反射電圧を測定することで反射係数を算出する反射測定器においては、環境温度の変動や測定ケーブルに印加される振動や応力によって、反射係数のドリフト誤差が発生することが知られている。一般には、図６に示したように電子校正モジュール１０１を同軸型プローブ１００に接続し、電子校正モジュール１０１の逐次校正機能を利用することにより、ＶＮＡ１０２や測定ケーブルに生じる変動を測定毎に自動的に再校正する。このような逐次校正機能により、ケーブルの不安定性やシステムのドリフト誤差を低減することができる（特許文献２参照）。

しかしながら、従来の構成では、ＶＮＡ１０２から電子校正モジュール１０１までのシステム変動要因は校正できるが、同軸型プローブ１００に起因するドリフト誤差を校正することが困難であった。そのため、測定精度を維持するためには同軸型プローブ１００の端面での複数回の標準試料の測定が必要であり、試料温度の変化や乾燥により、測定再現性や測定精度が得られないという課題があった。

特開２００５－６９７７９号公報 特開平７－１９８７６７号公報

Andrew P.Gregory，and Robert N.Clarke，"A Review of RF and Microwave Techniques for Dielectric Measurements on Polar Liquids"，IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，Vol.13，No.4，Aug.2006

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同軸型プローブに起因するドリフト誤差を低減することが可能な誘電分光測定装置を提供することを目的とする。

本発明の誘電分光測定装置は、センサ部と、前記センサ部と接続された反射測定器の校正を行うように構成された校正部とを備え、前記センサ部は、対象の試料と接する側の端部が開放端となっている同軸線路構造のアンテナ部と、空気と接する側の端部が開放端となっている同軸線路構造のオープン部と、先端部において中心導体とグランドとが導通している同軸線路構造のショート部と、信号線路を終端するように構成されたロード部と、前記アンテナ部と前記オープン部と前記ショート部と前記ロード部のうちいずれか１つを前記反射測定器のポートに選択的に接続するように構成されたスイッチとが同一の基板の上に形成され、前記校正部は、前記スイッチを制御して、前記ショート部と前記オープン部と前記ロード部を順番に前記反射測定器のポートに接続してそれぞれ反射測定を行い、反射測定の結果に基づいて前記反射測定器の校正を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、アンテナ部とショート部とオープン部とロード部とを同一の基板上に集積するので、同軸型プローブに起因するドリフト誤差を低減することができる。また、本発明では、反射測定器の校正を随時行うことが容易となる。その結果、本発明では、環境変動や試料の時間経過に伴う状態変化によるドリフト誤差を低減しつつ広帯域なデータ取得を行うことができる。

図１は、本発明の実施例に係る誘電分光測定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施例に係るセンサ部の断面図である。 図３は、本発明の実施例に係るセンサ部の分解斜視図である。 図４は、本発明の実施例に係るセンサ部の別の例を示す断面図である。 図５は、本発明の実施例に係る反射測定器を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。 図６は、従来の成分濃度測定装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例は、上記の課題に対して、ドリフト誤差を逐次的に校正しながら、高い精度で誘電分光測定を行うものである。図１に本実施例に係る誘電分光測定装置の構成を示す。誘電分光測定装置は、センサ部１と、反射測定器２とから構成される。反射測定器には例えばベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）が用いられる。

センサ部１は、誘電体基板１０と、同軸型プローブ１１と、スイッチ１２と、ロード部１３と、スイッチ１４と、ＲＦコネクタ１５と、制御コネクタ１６，１７とを備えている。

図２はセンサ部１の断面図、図３はセンサ部１の分解斜視図である。同軸型プローブ１１とスイッチ１２，１４とロード部１３とＲＦコネクタ１５と制御コネクタ１６，１７とは、誘電体基板１０上に実装される。
同軸型プローブ１１は、複数の同軸型のプローブ部を備えている。プローブ部としては、少なくとも１つのアンテナ部１１０と、オープン部１１１と、ショート部１１２とがある。

マイクロ波やミリ波帯の高周波（Radio Frequency：ＲＦ）技術では、集積回路（Integrated Circuit：ＩＣ）とアンテナやセンサとの間における挿入損失を低減するために、ＩＣとアンテナとセンサとを同一の誘電体基板に集積する構成が知られており、信号線や電源線の配置を最適化し、基板面積を低減するために、多層配線基板が活用されている。多層配線基板の層間にＲＦ信号を伝送するための構造として、基板を貫通するビアやスルーホールが用いられる。

特許第６７７１３７２号公報には、導体層と絶縁体層とが交互に積層された多層配線基板の最上層から最下層まで垂直に貫通して形成された高周波信号ビアの周囲に複数のグランドビアを設けた疑似同軸線路構造が開示されている。本実施例では、この疑似同軸線路構造を採用してアンテナ部１１０とオープン部１１１とショート部１１２とを形成する。

アンテナ部１１０は、試料と接する側（図２上側）の端部が開放端となっている疑似同軸線路構造をしている。具体的には、アンテナ部１１０において、多層配線基板２１の最上層の絶縁体層２２の上面には導体からなるランド１１００が形成され、最下層の絶縁体層２５の下面には導体からなるランド１１０１が形成されている。ランド１１００とランド１１０１は、導体層２６～３０の積層方向に沿って各絶縁体層２２～２５を垂直に貫通する導体である高周波信号ビア１１０２によって接続されている。

ランド１１００と同層で、且つランド１１００よりも外側の領域には、グランド導体となる導体層２６が形成されている。ランド１１００と導体層２６との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１０３によって隔てられている。同様に、ランド１１０１と同層で、且つランド１１０１よりも外側の領域には、グランド導体となる導体層３０が形成されている。ランド１１０１と導体層３０との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１０４によって隔てられている。なお、本発明では、センサ部１を上方（試料側）から見た場合を平面視とする。

多層配線基板２１の内部には、グランド導体となる導体層２７～２９が複数層形成されている。アンテナ部１１０において、導体層２７～２９が形成されている層には、導体が無く誘電体が充填された領域である平面視円形の導体除去領域１１０５がある。高周波信号ビア１１０２は、導体除去領域１１０３～１１０５の中心を通っている。アンテナ部１１０において、各導体層２６～３０は、貫通ビア（スルーホール）１１０６によって電気的に接続されている。

絶縁体層２２～２５と、絶縁体層２２～２５を垂直に貫通する高周波信号ビア１１０２と、高周波信号ビア１１０２の周囲の導体層２６～３０と、導体層２６～３０を接続する貫通ビア１１０６とは、疑似同軸線路を構成している。図３に図示するように高周波信号ビア１１０２と導体除去領域１１０３～１１０５は円形状となっており、高周波信号ビア１１０２の直径と周囲を取り囲む導体除去領域１１０３～１１０５の直径と絶縁体層の誘電体の誘電率とによって、測定する試料に応じて疑似同軸線路のインピーダンスを設計することができる。

次に、オープン部１１１は、空気と接する側（図２上側）の端部が開放端となっている疑似同軸線路構造をしている。オープン部１１１において、多層配線基板２１の最上層の導体層２６と絶縁体層２２には、下層の絶縁体層２３と導体層２７と高周波信号ビア１１１２が空気中に露出するように平面視円形の除去領域である開口部１１１０（凹部）が形成されている。最下層の絶縁体層２５の下面には導体からなるランド１１１１が形成されている。導体層２６～３０の積層方向に沿って各絶縁体層２３～２５を垂直に貫通する導体である高周波信号ビア１１１２がランド１１１１と接続されるように形成されている。なお、開口部１１１０は、下層の絶縁体層２３と導体層２７と高周波信号ビア１１１２が空気中に露出すればよく形状は円形でなくともよい。

ランド１１０１と導体層３０との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１１３によって隔てられている。高周波信号ビア１１１２と導体層２７との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１１４によって隔てられている。オープン部１１１において、導体層２８，２９が形成されている層には、導体が無く絶縁体（誘電体）が充填された領域である平面視円形の導体除去領域１１１５がある。高周波信号ビア１１１２は、導体除去領域１１１３～１１１５の中心を通っている。オープン部１１１において、各導体層２７～３０は、貫通ビア１１１６によって電気的に接続されている。

絶縁体層２３～２５と、絶縁体層２３～２５を垂直に貫通する高周波信号ビア１１１２と、高周波信号ビア１１１２の周囲の導体層２７～３０と、導体層２７～３０を接続する貫通ビア１１１６とは、疑似同軸線路を構成している。
オープン部１１１においては、入射した信号が同位相でほぼ全反射される。なお、開口部１１１０に外部からの水や埃などの混入を防止する遮蔽キャップを備えてもよい。

次に、ショート部１１２は、先端部において中心導体（高周波信号ビア）とグランドとが導通している疑似同軸線路構造をしている。具体的には、ショート部１１２において、最下層の絶縁体層２５の下面には導体からなるランド１１２０が形成されている。導体層２６とランド１１２０は、導体層２６～３０の積層方向に沿って絶縁体層２２～２５を垂直に貫通する導体である高周波信号ビア１１２１によって接続されている。

ランド１１２０と導体層３０との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１２２によって隔てられている。ショート部１１２において、導体層２７～２９が形成されている層には、導体が無く絶縁体（誘電体）が充填された領域である平面視円形の導体除去領域１１２３がある。高周波信号ビア１１２１は、導体除去領域１１２２，１１２３の中心を通っている。ショート部１１２において、各導体層２６～３０は、貫通ビア１１２４によって電気的に接続されている。

絶縁体層２２～２５と、絶縁体層２２～２５を垂直に貫通する高周波信号ビア１１２１と、高周波信号ビア１１２１の周囲の導体層２６～３０と、導体層２６～３０を接続する貫通ビア１１２４とは、疑似同軸線路を構成している。
ショート部１１２においては、入射した信号の位相が反転され、ほぼ全反射される。

以上のように多層配線基板２１に形成された同軸型プローブ１１が誘電体基板１０上に実装される。誘電体基板１０の上面には、導体からなる信号線路４０～４２と、信号線路４０～４２と一体で成形される導体からなるパッド４３～４５と、グランド導体となる導体層４６とが形成されている。

信号線路４０～４２と導体層４６との間は、それぞれ導体の無い導体除去領域４７～４９によって隔てられている。また、パッド４３～４５と導体層４６との間は、それぞれ導体の無い平面視円形の導体除去領域５０～５２によって隔てられている。誘電体基板１０の下面には、グランド導体となる導体層５３が形成されている。

ランド１１０１とパッド４３との間、ランド１１１１とパッド４４との間、ランド１１２０とパッド４５との間、導体層３０と導体層４６との間は、半田５４によって接続される。こうして、同軸型プローブ１１が誘電体基板１０上に実装される。半田５４はボール状でもよい。

誘電体基板１０上に形成されたロード部１３は、信号線路１３０とグランド導体１３１間に形成された抵抗体１３２によって構成され、信号線路１３０を終端する。ロード部１３からの反射が小さいほどよい。このため、信号線路１３０のインピーダンスと整合するように抵抗体１３２の抵抗値を選択する。

さらに、誘電体基板１０上にはスイッチ１２，１４とＲＦコネクタ１５と制御コネクタ１６，１７とが実装されている。アンテナ部１１０と接続された信号線路４０と、オープン部１１１と接続された信号線路４１と、ショート部１１２と接続された信号線路４２は、それぞれスイッチ１２の選択端子と接続されている。これにより、アンテナ部１１０とオープン部１１１とショート部１１２のうちいずれか１つをスイッチ１２によって選択することができる。

ロード部１３の信号線路１３０はスイッチ１４の一方の選択端子と接続されている。スイッチ１４の他方の選択端子はスイッチ１２の入力端子と接続されている。スイッチ１４の入力端子はＲＦコネクタ１５と接続されている。スイッチ１２の制御端子は制御コネクタ１６と接続され、スイッチ１４の制御端子は制御コネクタ１７と接続されている。なお、本実施例では、スイッチを２つ利用する例を示したが、１入力４出力スイッチを１つ利用してアンテナ部１１０とオープン部１１１とショート部１１２とロード部１３を選択するように構成してもよい。また、制御コネクタにはスイッチ１２，１４へ供給する電源線が含まれても良い。

なお、本発明において同軸型プローブ１１を多層配線基板２１に形成することは必須の構成要件ではない。すなわち、多層配線基板２１と誘電体基板１０は同一基板でもよい。この場合は、半田などによる異種基板実装が不要となる。

校正標準となるオープン標準器とショート標準器とロード標準器とを利用したＶＮＡの１ポート校正方法は、ＳＯＬ校正として知られている。ＳＯＬ校正では、オープン標準器とショート標準器とロード標準器の３つの標準器をＶＮＡの出力ポートに接続して校正データの測定を行う。この校正データにより校正対象となる出力ポートを用いた反射測定において測定系の周波数応答反射トラッキング、方向性、ソース・マッチを排除することができる（特開２００７－２８５８９０号公報参照）。

本実施例では、反射測定器２の校正部２００は、制御コネクタ１６，１７を介してスイッチ１２，１４に制御信号を出力する。これにより、校正部２００は、ショート部１１２とオープン部１１１とロード部１３のうちいずれか１つがＲＦコネクタ１５を介して反射測定器２のポートに接続されるようにスイッチ１２，１４を切り替える。校正部２００は、ショート部１１２とオープン部１１１とロード部１３を順番に反射測定器２のポートに接続してそれぞれ反射測定を行う。そして、校正部２００は、反射測定の結果から校正係数（反射測定器２に存在する誤差回路のＳパラメータ）を算出する。こうして、校正係数を算出することにより、反射測定器２の測定誤差を取り除いた反射係数を算定することが可能となる。ＳＯＬ校正による校正係数の算出方法は周知の技術である。

アンテナ部１１０の開放端が試料と接している状態で、ＶＮＡ２の測定部２０１は、アンテナ部１１０がＲＦコネクタ１５を介してＶＮＡ２のポートに接続されるようにスイッチ１２，１４を切り替える。測定部２０１は、アンテナ部１１０から試料に電場を印加し、試料により反射される反射波の反射電圧の振幅と位相、ＶＮＡにて計測された入射電圧に基づいて、反射係数を算定する。この時、事前にアンテナ部において、標準試料である短絡状態（ショート状態）、開放状態（オープン状態）、誘電率が既知の試料の反射係数を計測しておき、それらの反射係数を利用して、試料の複素誘電率を算出する。上記のとおり、反射波の波形の時間変化に基づいて複素誘電率を算出してもよい。

また、図４に図示するように、同軸型プローブ１１は、ショート部１１２とオープン部１１１とロード部１３に加えて、標準試料部１１４を備えても良い。この場合、スイッチ１２がアンテナ部１１０とオープン部１１１とショート部１１２と標準試料部１１４のうちいずれか１つを選択できるようにする。

標準試料部１１４において、最上層の導体層２６には、絶縁体層２２が露出するように、導体のない平面視円形の導体除去領域１１４０が形成されている。最下層の絶縁体層２５の下面には導体からなるランド１１４１が形成されている。導体層２６～３０の積層方向に沿って各絶縁体層２３～２５を垂直に貫通する導体である高周波信号ビア１１４２がランド１１４１と接続されるように形成されている。

ランド１１４１と導体層３０との間は、導体のない平面視円形の導体除去領域１１４３によって隔てられている。標準試料部１１４において、導体層２７～２９が形成されている層には、導体が無く絶縁体（誘電体）が充填された領域である平面視円形の導体除去領域１１４４がある。高周波信号ビア１１４２は、導体除去領域１１４４の中心を通っている。標準試料部１１４において、各導体層２７～３０は、貫通ビア１１４５によって電気的に接続されている。

誘電体基板１０の上面には、信号線路４０～４２とパッド４３～４５と導体層４６に加えて、パッド５５と、パッド５５と一体で成形される信号線路（不図示）が形成される。ランド１１４１とパッド５５との間は、半田５４によって接続される。パッド５５と一体で成形される信号線路は、スイッチ１２の選択端子と接続されている。これにより、アンテナ部１１０とオープン部１１１とショート部１１２と標準試料部１１４のうちいずれか１つをスイッチ１２によって選択することができる。

標準試料部１１４を用いる場合は、アンテナ部１１０とショート部１１２とオープン部１１１と標準試料部１１４で得られた反射係数と事前に測定した誘電体基板の誘電率から試料の複素誘電率を算出することができる。なお、標準試料部１１４については、オープン部１１１と同様に開口部を設けて、所望の誘電体試料を充填しても良い。誘電体試料としては、例えば、アルミナなどのセラミックス、純水などの液体、ポリイミドなどのポリマーでもよい。

以上のように、本実施例では、アンテナ部１１０とショート部１１２とオープン部１１１とロード部１３とを同一基板上に集積するため、同軸型プローブに起因するドリフト誤差を低減することができる。同一基板上であることから、アンテナ部１１０とショート部１１２とオープン部１１１の温度差が低減し、校正精度を高めることができる。また、本実施例では、反射測定器２の校正を随時行うことが容易となる。校正は、例えば一定時間毎に行うようにしてもよいし、ユーザからの指示に従って行うようにしてもよい。その結果、本実施例では、環境変動や試料の時間経過に伴う状態変化によるドリフト誤差を低減しつつ広帯域なデータ取得を行うことができる。

なお、センサ部１と反射測定器２とを接続するＲＦコネクタ１５としては、使用周波数に適した高周波コネクタを選択すればよい。
誘電体基板１０上のマイクロストリップ線路（信号線路や制御線路）は、例えば導体幅が１００～３００μｍ、間隔が５０μｍの金属材料からなる。金属材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等がある。

多層配線基板２１は、例えばサイズが数ｃｍ×数ｃｍ角で、厚さが１０～５００μｍである。絶縁体層２２～２５（誘電体）の材料としては、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）、Ｍｅｇｔｒｏｎ６（登録商標）、テフロン（登録商標）、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、ポリイミド、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）等がある。

本実施例では、同軸型プローブ１１に１つのアンテナ部１１０を形成しているが、複数のアンテナ部１１０を形成し、それぞれのアンテナ部１１０の形状を異なるように形成してもよい。これにより、対象の試料に応じて使用するアンテナ部１１０を選択することができる。
高周波信号ビア１１０２は、例えばサイズがφ０．１～０．５ｍｍである。アンテナ部１１０の円状の外径（高周波信号ビアの中心から周囲の導体層との距離）は０．２～２．０ｍｍである。ランド１１００は、例えばサイズがφ０．３～１．０ｍｍである。金属材料としては、Ａｕ、Ｃｕ等がある。

本実施例で説明した反射測定器２の校正部２００と測定部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図５に示す。

コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、通信装置３０３と、送信器３０２と、受信器３０４と、方向性結合器３０５と、電源３０６と、変圧器３０７と、レギュレータ３０８とを備えている。送信器３０２と受信器３０４は、方向性結合器３０５を介してセンサ部１と接続される。送信器３０２において生成されたマイクロ波帯の電磁波が測定試料に照射される。測定試料から反射した信号は、センサ部１から方向性結合器３０５を介して、受信器３０４に入力され、デジタル信号に変換された後に、ＣＰＵ３００において読み込まれる。ＣＰＵ３００は、センサ部１に制御信号を出力して、スイッチ１２，１４を制御することにより、アンテナ部１１０、ショート部１１２、オープン部１１１、ロード部１３からの反射信号を順次読み取っていく。

このようなコンピュータにおいて、本発明の誘電分光測定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した制御や演算処理を実行する。処理によって求められた反射係数や誘電率は、ＣＰＵ３００と接続された通信装置３０３によって外部のコンピュータへ送信される。送信器３０２としては、例えば、位相同期回路を用いた周波数シンセサイザが用いられる。受信器３０４としては、例えば、ダブルバランス型ミキサが用いられる。方向性結合器３０５の代わりにサーキュレータを用いても良い。

図５の例では、ダイレクトコンバージョン方式の送受信構成例を示したが、送信周波数がわずかに異なる送信器を追加して、低ＩＦ（Intermediate Frequency）方式の送受信構成を採用してもよい。電源３０６は、各装置へ電力を供給する。変圧器３０７としては、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータが用いられる。レギュレータ３０８は、変圧器３０７からの入力電圧を所望の電圧に変換する。レギュレータ３０８としては、低い入出力間電位差でも動作するリニアレギュレータが用いられる。電源３０６としては、リチウムイオンバッテリーなどが用いられる。

本発明は、同軸型プローブを用いる誘電分光測定装置に適用することができる。

１…センサ部、２…反射測定器、１０…誘電体基板、１１…同軸型プローブ、１２，１４…スイッチ、１３…ロード部、１５…ＲＦコネクタ、１６，１７…制御コネクタ、２１…多層配線基板、２２～２５…絶縁体層、２６～３０，４６，５３…導体層、４０～４２，１３０…信号線路、４３～４５，５５…パッド、１１００，１１０１，１１１１，１１２０，１１４１…ランド、１１０…アンテナ部、１１１…オープン部、１１２…ショート部、１１４…標準試料部、２００…校正部、２０１…測定部、１１０２，１１１２，１１２１，１１４２…高周波信号ビア、１１０６，１１１６，１１２４，１１４５…貫通ビア、１１１０…開口部。

Claims (5)

1. センサ装置と、
   前記センサ装置と接続された反射測定器の校正を行うように構成された校正部とを備え、
   前記センサ装置は、
   べース基板の上に形成され、対象の試料と接する側の一端部が開放端となっている第１の同軸線路構造を含むアンテナ部と、
   前記ベース基板の上に形成され、空気と接する側の一端部が開放端となっている第２の同軸線路構造を含むオープン部と、
   前記ベース基板の上に形成され、前記試料により近い側の一端部において中心導体とグランドとが導通している第３の同軸線路構造を含むショート部と、
   前記ベース基板の上に形成された第１の信号線路と、
   前記第１の信号線路を終端するように構成されたロード部と、
   前記アンテナ部と前記オープン部と前記ショート部と前記ロード部のうちいずれか１つを前記反射測定器のポートに選択的に接続するように構成されたスイッチとを有し、
   前記校正部は、前記スイッチを制御して、前記ショート部と前記オープン部と前記ロード部を順番に前記反射測定器のポートに接続してそれぞれ前記反射測定器に反射測定を行わせ、反射測定の結果に基づいて前記反射測定器の校正を行うことを特徴とする誘電分光測定装置。
2. 請求項１記載の誘電分光測定装置において、
   前記反射測定器に設けられ、前記スイッチを介して前記アンテナ部を前記ポートに接続し、前記アンテナ部から前記試料に電場を印加して、前記試料で反射され前記アンテナ部で受信した反射波に基づいて前記試料の複素誘電率を算出するように構成された測定装置をさらに備えることを特徴とする誘電分光測定装置。
3. 請求項１記載の誘電分光測定装置において、
   前記アンテナ部は、
   複数の絶縁体層と、選択的に形成された複数の導体層とが交互に積層された多層配線基板と、
   前記多層配線基板の前記試料側の表面に形成されたランドと、
   前記多層配線基板の積層方向に沿って前記多層配線基板を貫通し、一端部が前記ランドと接続された高周波信号ビアと、
   前記ベース基板の上に形成され、前記試料と反対側の前記高周波信号ビアの他端部と前記スイッチとを接続する第２の信号線路と、
   前記多層配線基板中に形成され、前記複数の導体層を互いに接続する貫通ビアとから構成され、
   前記ランドと周囲の前記複数の導体層、および前記高周波信号ビアと周囲の前記複数の導体層とは、それぞれ導体が無い平面視円形の領域によって隔てられていることを特徴とする誘電分光測定装置。
4. 請求項１記載の誘電分光測定装置において、
   前記オープン部は、
   複数の絶縁体層と、選択的に形成された複数の導体層とが交互に積層された多層配線基板と、
   前記多層配線基板の積層方向に沿って前記多層配線基板を貫通する高周波信号ビアと、
   前記ベース基板の上に形成され、前記試料と反対側の前記高周波信号ビアの一端部と前記スイッチとを接続する第３の信号線路と、
   前記多層配線基板中に形成され、前記複数の導体層を互いに接続する貫通ビアとから構成され、
   前記高周波信号ビアと周囲の前記複数の導体層とは、導体が無い平面視円形の領域によって隔てられ、
   前記多層配線基板は、前記試料側の表面に形成された開口部を有し、前記開口部において、前記多層配線基板の前記試料側の絶縁体層の表面と前記高周波信号ビアの他端部とその周囲の導体層の一部とが空気中に露出していることを特徴とする誘電分光測定装置。
5. 請求項１記載の誘電分光測定装置において、
   前記ショート部は、
   複数の絶縁体層と、選択的に形成された複数の導体層とが交互に積層された多層配線基板と、
   前記多層配線基板の積層方向に沿って前記多層配線基板を貫通し、一端部が前記多層配線基板の前記試料側の表面に形成された前記導体層と接続された高周波信号ビアと、
   前記ベース基板の上に形成され、前記試料と反対側の前記高周波信号ビアの他端部と前記スイッチとを接続する第４の信号線路と、
   前記多層配線基板中に形成され、前記複数の導体層を互いに接続する貫通ビアとから構成され、
   前記高周波信号ビアと周囲の前記複数の導体層とは、導体が無い平面視円形の領域によって隔てられていることを特徴とする誘電分光測定装置。