JPH08320254A - テラヘルツのイメージ化の方法と装置 - Google Patents
テラヘルツのイメージ化の方法と装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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- G—PHYSICS
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- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テラヘルツの周波数レンジ内での信号により
物体のイメージを生成する方法と装置を提供する。 【解決手段】 特定の材料および物体は、材料または物
体を通過し照明する信号中のテラヘルツ遷移の周波数依
存の吸収、分散、および反射によりにより特徴付けする
ことができる。本発明のテラヘルツイメージ化システム
は、物体を通って伝播した送信信号を集め、次いでこれ
らの信号中に含まれた情報を物体上の各点または「ピク
セル」に対して処理することで時間領域内の周波数依存
を分析する。これは、異なる材料、化学構造、あるいは
環境間を区別できる、非侵略的なイメージ化技術であ
る。
物体のイメージを生成する方法と装置を提供する。 【解決手段】 特定の材料および物体は、材料または物
体を通過し照明する信号中のテラヘルツ遷移の周波数依
存の吸収、分散、および反射によりにより特徴付けする
ことができる。本発明のテラヘルツイメージ化システム
は、物体を通って伝播した送信信号を集め、次いでこれ
らの信号中に含まれた情報を物体上の各点または「ピク
セル」に対して処理することで時間領域内の周波数依存
を分析する。これは、異なる材料、化学構造、あるいは
環境間を区別できる、非侵略的なイメージ化技術であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、テラヘルツの周波
数レンジにおける分光法に関し、より詳しくは、この周
波数レンジ内での信号で物体のイメージを生成するため
の方法と装置に関するものである。
数レンジにおける分光法に関し、より詳しくは、この周
波数レンジ内での信号で物体のイメージを生成するため
の方法と装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】テラヘルツの時間領域
の分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）は遠赤外線スペクトル領域
における非常に強力な分光法上の技術である。テラヘル
ツの放射は、Ｐ．Ｓｍｉｔｈなどの、ＩＥＥＥ Ｊ ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏ
ｌ．２４．Ｎｏ．２、第２５５−２６０頁（１９８
８）、およびＮ．Ｋａｔｚｅｎｅｌｌｅｎｂｏｇｅｎな
どの、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．５
８、Ｎｏ．３、第２２２−２２４頁（１９９１）に記載
された光伝導性のダイポールアンテナのような、光学的
にゲートされた送信機および受信機を使用して発生およ
び検知される。これらの技術によれば、テラヘルツの分
光法は、合理的に良好な信号対ノイズ比（約１０4 ま
で）を提供し、また冷却された検出器のような特別に熱
的に安定な装置なしに実施することができ、コンパクト
なシステムを実現でき、また集積回路技術と互換性のあ
る送信機と検出器を提供するものである。
の分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）は遠赤外線スペクトル領域
における非常に強力な分光法上の技術である。テラヘル
ツの放射は、Ｐ．Ｓｍｉｔｈなどの、ＩＥＥＥ Ｊ ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏ
ｌ．２４．Ｎｏ．２、第２５５−２６０頁（１９８
８）、およびＮ．Ｋａｔｚｅｎｅｌｌｅｎｂｏｇｅｎな
どの、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．５
８、Ｎｏ．３、第２２２−２２４頁（１９９１）に記載
された光伝導性のダイポールアンテナのような、光学的
にゲートされた送信機および受信機を使用して発生およ
び検知される。これらの技術によれば、テラヘルツの分
光法は、合理的に良好な信号対ノイズ比（約１０4 ま
で）を提供し、また冷却された検出器のような特別に熱
的に安定な装置なしに実施することができ、コンパクト
なシステムを実現でき、また集積回路技術と互換性のあ
る送信機と検出器を提供するものである。
【０００３】テラヘルツ時間領域分光法を使用した多く
の研究が固体、液体、およびガス上で実施されている。
いくつかの研究においては、半導体および超電導体にお
いてキャリアにより影響されるテラヘルツ信号のスペク
トルを分析されている。他の研究においては、水蒸気お
よびＮ2 Ｏガス上での時間領域分光法が実施されてい
る。その他の研究においては、液相において化学化合物
のテラヘルツ時間領域分光法が報告されている。これら
の全ての研究においては、その均質な領域に関するスペ
クトル情報を提供するために、テラヘルツ信号は単一の
照明された体積領域（通常は直径２５ｍｍ）において検
査対象の物質を通ってテラヘルツ信号が送信される。
の研究が固体、液体、およびガス上で実施されている。
いくつかの研究においては、半導体および超電導体にお
いてキャリアにより影響されるテラヘルツ信号のスペク
トルを分析されている。他の研究においては、水蒸気お
よびＮ2 Ｏガス上での時間領域分光法が実施されてい
る。その他の研究においては、液相において化学化合物
のテラヘルツ時間領域分光法が報告されている。これら
の全ての研究においては、その均質な領域に関するスペ
クトル情報を提供するために、テラヘルツ信号は単一の
照明された体積領域（通常は直径２５ｍｍ）において検
査対象の物質を通ってテラヘルツ信号が送信される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、時間領域分
光法および、より詳しくは、テラヘルツ信号は、物体上
の別個の（空間的に分離された）ポイントを通って伝播
する個々の信号を集めまたこれらの信号を処理して物体
のイメージを生成することによる、物体をイメージ化す
るために使用することができることを見出だした。別個
のポイントにおいて物体上の信号源に焦点し、また伝播
方向を横断するパターンで物体を同時横断でソースと検
出器を走査することも可能である。さらに、ソースが全
体の物体を実質的に平行なビームで覆うようにして、次
いで物体を走査する検出器によりサンプリングさせるこ
とも可能である。当然のことであるが、他の実施の形態
においては、焦点された送信機と受信機を実質的に固定
された位置において保持しながら、略横断する方向で物
体を変換（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）することも可能であ
る。
光法および、より詳しくは、テラヘルツ信号は、物体上
の別個の（空間的に分離された）ポイントを通って伝播
する個々の信号を集めまたこれらの信号を処理して物体
のイメージを生成することによる、物体をイメージ化す
るために使用することができることを見出だした。別個
のポイントにおいて物体上の信号源に焦点し、また伝播
方向を横断するパターンで物体を同時横断でソースと検
出器を走査することも可能である。さらに、ソースが全
体の物体を実質的に平行なビームで覆うようにして、次
いで物体を走査する検出器によりサンプリングさせるこ
とも可能である。当然のことであるが、他の実施の形態
においては、焦点された送信機と受信機を実質的に固定
された位置において保持しながら、略横断する方向で物
体を変換（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）することも可能であ
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。本発明による図１のＴＨ
ｚイメージ化システムは、繰り返しの、フェムトセカン
ドの持続時間の、光パルスのソース１、広いスペクトル
帯域幅を有する光学的にゲートされたＴＨｚ遷移の送信
機２、レンズおよび／または鏡からなるイメージ化光学
系３、調査されるべき物体４、時間ゲートされた検出器
あるいは検出器アレイ５、ＴＨｚ周波数の遷移を音響的
な（Ｈｚ）レンジまで一時的にヘテロダインしてこれら
を電子技術により処理できるようにするために送信機上
と検出器上との間のフェムト秒でゲートするパルスの間
の遅延を数Ｈｚから数百Ｈｚの速度で変化させることが
できる走査遅延部６、時間領域データを処理して所望の
情報を抽出するためにデジタル信号プロセッサとＡ／Ｄ
変換器を含むデジタル信号処理ユニット７、並びにイメ
ージを見るためのディスプレイ８を含んでいる。
発明の実施の形態を説明する。本発明による図１のＴＨ
ｚイメージ化システムは、繰り返しの、フェムトセカン
ドの持続時間の、光パルスのソース１、広いスペクトル
帯域幅を有する光学的にゲートされたＴＨｚ遷移の送信
機２、レンズおよび／または鏡からなるイメージ化光学
系３、調査されるべき物体４、時間ゲートされた検出器
あるいは検出器アレイ５、ＴＨｚ周波数の遷移を音響的
な（Ｈｚ）レンジまで一時的にヘテロダインしてこれら
を電子技術により処理できるようにするために送信機上
と検出器上との間のフェムト秒でゲートするパルスの間
の遅延を数Ｈｚから数百Ｈｚの速度で変化させることが
できる走査遅延部６、時間領域データを処理して所望の
情報を抽出するためにデジタル信号プロセッサとＡ／Ｄ
変換器を含むデジタル信号処理ユニット７、並びにイメ
ージを見るためのディスプレイ８を含んでいる。
【０００６】特定の材料と物体は、材料または物体を通
過するテラヘルツ遷移の周波数依存性の吸収、分散、お
よび反射により特徴付けすることができる。本発明のテ
ラヘルツイメージ化システムは、物体を通って電波する
送信信号を集め、次いでこれらの信号中に含まれた情報
をその物体上の各ポイントまたは「ピクセル」に対して
処理することにより、時間領域においてこの周波数依存
性を分析する。これは、異なる材料、化学構造、あるい
は環境（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）間を区別できる、非
侵略的なイメージ化技術である。この技術は、生体組織
の生化学的なイメージ化、「安全なＸ線」、化学反応分
析、環境上および汚染上の制御、材料検査、欠陥検出、
半導体ウェハー内のドーピングの非接触性のマッピン
グ、レーザ結晶内のドーピングと欠陥のプロフィール
化、および包装検査などに限定されない用途を有してい
る。
過するテラヘルツ遷移の周波数依存性の吸収、分散、お
よび反射により特徴付けすることができる。本発明のテ
ラヘルツイメージ化システムは、物体を通って電波する
送信信号を集め、次いでこれらの信号中に含まれた情報
をその物体上の各ポイントまたは「ピクセル」に対して
処理することにより、時間領域においてこの周波数依存
性を分析する。これは、異なる材料、化学構造、あるい
は環境（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）間を区別できる、非
侵略的なイメージ化技術である。この技術は、生体組織
の生化学的なイメージ化、「安全なＸ線」、化学反応分
析、環境上および汚染上の制御、材料検査、欠陥検出、
半導体ウェハー内のドーピングの非接触性のマッピン
グ、レーザ結晶内のドーピングと欠陥のプロフィール
化、および包装検査などに限定されない用途を有してい
る。
【０００７】典型的なテラヘルツ送信機は、６２０ｎｍ
の回りで動作するモードロックされた色素レーザあるい
は８００ｎｍの回りで動作するモードロックされたＴ
ｉ：サファイアないしＣｒ：ＬｉＳＡＦレーザのいずれ
かからの１００ｆｓのレーザパルスにより照明された後
に１ＴＨｚに集中された電磁放射の単一のサイクルを放
出する。テラヘルツ遷移の持続期間が短いために、スペ
クトルは広帯域であり、典型的には１００ＧＨｚ以下か
ら数ＴＨｚまで延在している。
の回りで動作するモードロックされた色素レーザあるい
は８００ｎｍの回りで動作するモードロックされたＴ
ｉ：サファイアないしＣｒ：ＬｉＳＡＦレーザのいずれ
かからの１００ｆｓのレーザパルスにより照明された後
に１ＴＨｚに集中された電磁放射の単一のサイクルを放
出する。テラヘルツ遷移の持続期間が短いために、スペ
クトルは広帯域であり、典型的には１００ＧＨｚ以下か
ら数ＴＨｚまで延在している。
【０００８】この時点では、ＴＨｚ帯域幅の電気信号の
測定および処理をすることができる電子回路はない。光
学およびＴＨｚパルスの繰り返し特性（典型的には〜１
００ＭＨｚ繰り返し速度）に基づくサンプリング技術
は、サンプリングウインドウが測定されるべきいずれか
のＴＨｚ遷移よりも短い場合においてＴＨｚ波形を測定
するために使用できる。典型的な光伝導サンプリングゲ
ートは０．５ｐｓより短いサンプリング時間を有し、ま
たよって、２ＴＨｚ以上の周波数遷移を測定することが
できる。サンプリング技術においては速い電子回路は必
要なく、また大ポールアンテナ内の平均の光電流だけが
計測される。サンプリング範囲と同様に、Ｔｈｚ波形と
検出器のゲートパルスの間の遅延は約１０−１００Ｈｚ
の速度でゆっくりと走査される。よって、各サンプリン
グのパルスは、サンプルから全体のＴＨｚ波形が再構築
されるまでＴＨｚパルスをいくらか異なる時間において
サンプリングする。これにより、ＴＨｚ波形のｋＨｚレ
ンジへの「一時的な変換」がなされて、電子回路による
処理が容易となる。このようなサンプリング技術は、等
価時間サンプリング（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ−Ｔｉｍｅ
−Ｓａｍｐｌｉｎｇ）として知られているが、通常のデ
ジタルサンプリングのオシロスコープを使用しても良
い。この等時性のサンプリング技術は、ピコ秒の光学的
サンプリングに対してＫ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅｎなどに
よりＩＥＥＥ Ｊ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２、第１９８〜２２
０頁（１９８８において）説明されている。
測定および処理をすることができる電子回路はない。光
学およびＴＨｚパルスの繰り返し特性（典型的には〜１
００ＭＨｚ繰り返し速度）に基づくサンプリング技術
は、サンプリングウインドウが測定されるべきいずれか
のＴＨｚ遷移よりも短い場合においてＴＨｚ波形を測定
するために使用できる。典型的な光伝導サンプリングゲ
ートは０．５ｐｓより短いサンプリング時間を有し、ま
たよって、２ＴＨｚ以上の周波数遷移を測定することが
できる。サンプリング技術においては速い電子回路は必
要なく、また大ポールアンテナ内の平均の光電流だけが
計測される。サンプリング範囲と同様に、Ｔｈｚ波形と
検出器のゲートパルスの間の遅延は約１０−１００Ｈｚ
の速度でゆっくりと走査される。よって、各サンプリン
グのパルスは、サンプルから全体のＴＨｚ波形が再構築
されるまでＴＨｚパルスをいくらか異なる時間において
サンプリングする。これにより、ＴＨｚ波形のｋＨｚレ
ンジへの「一時的な変換」がなされて、電子回路による
処理が容易となる。このようなサンプリング技術は、等
価時間サンプリング（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ−Ｔｉｍｅ
−Ｓａｍｐｌｉｎｇ）として知られているが、通常のデ
ジタルサンプリングのオシロスコープを使用しても良
い。この等時性のサンプリング技術は、ピコ秒の光学的
サンプリングに対してＫ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅｎなどに
よりＩＥＥＥ Ｊ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２、第１９８〜２２
０頁（１９８８において）説明されている。
【０００９】ほとんどではないが、多くの化合物はこれ
らＴＨｚ遷移によりカバーされる周波数範囲内で非常に
強い周波数依存性の吸収または反射を示す。同様に、分
子および化学化合物は、少なくともガス相において、ま
た特定の結晶ではイオンにおても、ＴＨｚスペクトル領
域における強力でシャープな吸収ラインを有する。吸収
ラインは、水分子のような検査中の材料や環境の特性で
あり、また分子の「指紋」として機能する。各化学物質
はよって、そのサンプルの化学組成および環境を識別す
る特徴的なＴＨｚ波形を有する。完全に不透明な材料あ
るいは高電気導電性の材料もある。
らＴＨｚ遷移によりカバーされる周波数範囲内で非常に
強い周波数依存性の吸収または反射を示す。同様に、分
子および化学化合物は、少なくともガス相において、ま
た特定の結晶ではイオンにおても、ＴＨｚスペクトル領
域における強力でシャープな吸収ラインを有する。吸収
ラインは、水分子のような検査中の材料や環境の特性で
あり、また分子の「指紋」として機能する。各化学物質
はよって、そのサンプルの化学組成および環境を識別す
る特徴的なＴＨｚ波形を有する。完全に不透明な材料あ
るいは高電気導電性の材料もある。
【００１０】本発明のＴＨｚイメージ化システムにおい
ては、上記したスペクトルを計算ないし直接計測する必
要がない。その代わり、会話認識および処理と類似した
方法で、関連する情報が時間領域データから直ちに抽出
することができる。図２と図３は入力ＴＨｚ波形（ダッ
シュされた）とドープされたシリコンサンプル（図２）
および水蒸気（図３）を通る伝播後の波形である。
ては、上記したスペクトルを計算ないし直接計測する必
要がない。その代わり、会話認識および処理と類似した
方法で、関連する情報が時間領域データから直ちに抽出
することができる。図２と図３は入力ＴＨｚ波形（ダッ
シュされた）とドープされたシリコンサンプル（図２）
および水蒸気（図３）を通る伝播後の波形である。
【００１１】デジタル信号プロセッサは、ＴＨｚビーム
により照明されたスポットにおける特定の材料を決定す
るために、送信されたＴＨｚ波形（シリコンに対しては
特定の波形と変化および減衰、水蒸気の場合には特徴的
な周波数のリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ））の特徴的な
形状を認識することができる。これは、前もってＤＳＰ
にこれらの特別の波形をトレーニング（あるいはロー
ド）する必要がある。このような工程は当業者には自明
であり、省略する。
により照明されたスポットにおける特定の材料を決定す
るために、送信されたＴＨｚ波形（シリコンに対しては
特定の波形と変化および減衰、水蒸気の場合には特徴的
な周波数のリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ））の特徴的な
形状を認識することができる。これは、前もってＤＳＰ
にこれらの特別の波形をトレーニング（あるいはロー
ド）する必要がある。このような工程は当業者には自明
であり、省略する。
【００１２】図１の送信機、受信機、および光学系に対
する図４に示した特別な実施の形態では、送信機からの
ＴＨｚビームは０．３−０．５ｍｍの拡散制限されたス
ポットに焦点される。これは１ＴＨｚ放射に対する拡散
制限されたスポットサイズである、またこの技術で可能
な最良の空間的な分解に近いものである。このスポット
は次いで単一のＴＨｚ検出器上でイメージ化される。サ
ンプルはＴＨｚビームの焦平面内に位置され、また２つ
の直交する、モータ駆動の変換ステージを使用したジグ
ザグパターン内のｘとｙ内で走査される（ｘとｙの矢印
により絵で示した）。
する図４に示した特別な実施の形態では、送信機からの
ＴＨｚビームは０．３−０．５ｍｍの拡散制限されたス
ポットに焦点される。これは１ＴＨｚ放射に対する拡散
制限されたスポットサイズである、またこの技術で可能
な最良の空間的な分解に近いものである。このスポット
は次いで単一のＴＨｚ検出器上でイメージ化される。サ
ンプルはＴＨｚビームの焦平面内に位置され、また２つ
の直交する、モータ駆動の変換ステージを使用したジグ
ザグパターン内のｘとｙ内で走査される（ｘとｙの矢印
により絵で示した）。
【００１３】送信機と検出器のゲートしたパルスの間の
遅延は、１０Ｈｚ走査遅延ラインにより連続的に走査さ
れる。走査ラインの振幅は調節することができ、またデ
ータ獲得の時間ウインドウを決定する１ｍｍの振幅は、
６．９ｐｓの時間ウインドウに対応する。光伝導のダイ
ポール検出器内で発生する平均の光電流は電流−電圧変
換器により計測され、また次いでＡ／Ｄ変換器とＤＳＰ
プロセッサカードに供給される。ここで、Ａ／Ｄ変換器
としては５０ｋＨｚ変換速度ができるものを、またＤＳ
Ｐプロセッサとしては各秒において１００ＦＦＴの速度
で波形をフーリエ変換できるものを、それぞれ使用し
た。よって、このシステムによれば、各ＴＨｚ波形のＦ
ＦＴスペクトルを１０Ｈｚ走査速度に同期して容易に得
ることができる。
遅延は、１０Ｈｚ走査遅延ラインにより連続的に走査さ
れる。走査ラインの振幅は調節することができ、またデ
ータ獲得の時間ウインドウを決定する１ｍｍの振幅は、
６．９ｐｓの時間ウインドウに対応する。光伝導のダイ
ポール検出器内で発生する平均の光電流は電流−電圧変
換器により計測され、また次いでＡ／Ｄ変換器とＤＳＰ
プロセッサカードに供給される。ここで、Ａ／Ｄ変換器
としては５０ｋＨｚ変換速度ができるものを、またＤＳ
Ｐプロセッサとしては各秒において１００ＦＦＴの速度
で波形をフーリエ変換できるものを、それぞれ使用し
た。よって、このシステムによれば、各ＴＨｚ波形のＦ
ＦＴスペクトルを１０Ｈｚ走査速度に同期して容易に得
ることができる。
【００１４】この実施した例において、ＦＦＴスペクト
ルはディスプレイのスクリーン上に色付けされたドット
として表現され、ＴＨｚスペクトルの周波数成分は視覚
可能な（虹色の）スペクトルとして表現される。つま
り、テラヘルツスペクトルは視覚可能なスペクトル上に
マッピングされ、検査中の物体を通って伝播した周波数
成分だけが表示された色に寄与するようになる。
ルはディスプレイのスクリーン上に色付けされたドット
として表現され、ＴＨｚスペクトルの周波数成分は視覚
可能な（虹色の）スペクトルとして表現される。つま
り、テラヘルツスペクトルは視覚可能なスペクトル上に
マッピングされ、検査中の物体を通って伝播した周波数
成分だけが表示された色に寄与するようになる。
【００１５】ＤＳＰがこのシステムにおいて使用されて
いるので、受信したテラヘルツ信号と特定の要素、化合
物などに関連している蓄積されたパターンの間のたたみ
込み（相関）を計算することにより時間領域技術を利用
することも可能である。受信した信号に最も近く合致し
た信号が走査された物体のポイントを識別するもので
る。
いるので、受信したテラヘルツ信号と特定の要素、化合
物などに関連している蓄積されたパターンの間のたたみ
込み（相関）を計算することにより時間領域技術を利用
することも可能である。受信した信号に最も近く合致し
た信号が走査された物体のポイントを識別するもので
る。
【００１６】実験による他の例においては、ＤＳＰプロ
セッサは特定の分子の特性である特定の吸収ラインを探
し、この吸収パターンに特定の色と強度を割り当てる。
各走査の後、サンプルは１つの「ピクセル」だけ移動さ
れ（好ましくは）、また表示はこの特定のピクセルに対
して更新される。上記のシステムでは、５０×５０にイ
メージが獲得され、また丁度４分にわたって表示され
る。
セッサは特定の分子の特性である特定の吸収ラインを探
し、この吸収パターンに特定の色と強度を割り当てる。
各走査の後、サンプルは１つの「ピクセル」だけ移動さ
れ（好ましくは）、また表示はこの特定のピクセルに対
して更新される。上記のシステムでは、５０×５０にイ
メージが獲得され、また丁度４分にわたって表示され
る。
【００１７】図８は、上記で得られたＴＨｚイメージに
対する予備的な結果を示したものである。
対する予備的な結果を示したものである。
【００１８】図１のイメージ化システムの送信機、受信
機、および光学系に対する図５に示した他の実施の形態
においては、サンプルは静止したままであり、またＴＨ
ｚビームはサンプルを横切って走査される。これは、鏡
によりＴＨｚビームを機械的に操舵することにより、ま
たはＴＨｚビームを光学的に操舵すること（この場合、
光学ビームの操舵がＴＨｚビームの操舵となる）により
行うことができる。
機、および光学系に対する図５に示した他の実施の形態
においては、サンプルは静止したままであり、またＴＨ
ｚビームはサンプルを横切って走査される。これは、鏡
によりＴＨｚビームを機械的に操舵することにより、ま
たはＴＨｚビームを光学的に操舵すること（この場合、
光学ビームの操舵がＴＨｚビームの操舵となる）により
行うことができる。
【００１９】図１のイメージ化システムの送信機、受信
機、および光学系に対する図６に示した実施の形態にお
いては、図７に示された焦平面ＴＨｚ検出器アレイを使
用して、全体のサンプルに対するＴＨｚ波形が同時に獲
得される。よって、全体のサンプルはＴＨｚビームによ
り投光照明され、またサンプルはレンズシステムを使用
して焦平面検出器アレイ上にイメージ化される。投光照
明によって照明が個々のポイントのソースからの平行ビ
ームとして現れる。
機、および光学系に対する図６に示した実施の形態にお
いては、図７に示された焦平面ＴＨｚ検出器アレイを使
用して、全体のサンプルに対するＴＨｚ波形が同時に獲
得される。よって、全体のサンプルはＴＨｚビームによ
り投光照明され、またサンプルはレンズシステムを使用
して焦平面検出器アレイ上にイメージ化される。投光照
明によって照明が個々のポイントのソースからの平行ビ
ームとして現れる。
【００２０】焦平面ＴＨｚ検出器アレイは、ゲートする
時間がピコ秒以下となるように低温度（ＬＴ）ＧａＡｓ
または照射損傷されたサファイア上のシリコン（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ；ＳＯＳ）上でリソ
グラフ的に規定された、ＴＨｚダイポールアンテナ（こ
の場合には各側上で５０μｍ）の２次元的なアレイから
構成される。組み合わされたフィンガー接点を使用した
ＭＳＭ光伝導性のスイッチがアンテナチップの間に規定
される。組み合わされた光伝導性のＭＳＭスイッチのサ
イズは大体１０μｍ方形である。各アンテナ／ＭＳＭ要
素はＴＨｚイメージピクセルを構成する。ＭＳＭ光伝導
性スイッチは、チップの全体の領域を被覆するビームか
らの短い光学パルスによりゲートされ、またマイクロレ
ンズアレイを使用したＭＳＭ検出器上に焦点される。マ
イクロレンズアレイとゲートパルスは、ＴＨｚ放射（ビ
ームスプリッタを備えた）と同じ側、あるいは反対側
（この場合、ＴＨｚビームはそれがアンテナにより検出
される前にチップ基板を通って移動する）から来る。読
み出されたエネルギーの１ｐＪだけが各ＭＳＭゲートに
対して必要であり、これにより１０ｎＪ光パルスが１０
０×１００の焦平面アレイをゲートすることができる。
アンテナチップは、検出された光電流をチップを保持す
る各アンテナパッド上で１つの接点が下側において他の
チップと、またＤＳＰプロセッサと、半田バンプ接続
（ｓｏｌｄｅｒ ｂｕｍｐ−ｂｏｎｄ）される。好まし
くは、下側の半田バンプにより接触したチップはＣＣＤ
アレイであり、これによりビデオカメラのように全ての
ピクセルは順次読み出すことができる。光発生された電
荷は、多くの光パルスにおいて、電荷が読み出される前
に、ＣＣＤアレイ内で蓄積される。
時間がピコ秒以下となるように低温度（ＬＴ）ＧａＡｓ
または照射損傷されたサファイア上のシリコン（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ；ＳＯＳ）上でリソ
グラフ的に規定された、ＴＨｚダイポールアンテナ（こ
の場合には各側上で５０μｍ）の２次元的なアレイから
構成される。組み合わされたフィンガー接点を使用した
ＭＳＭ光伝導性のスイッチがアンテナチップの間に規定
される。組み合わされた光伝導性のＭＳＭスイッチのサ
イズは大体１０μｍ方形である。各アンテナ／ＭＳＭ要
素はＴＨｚイメージピクセルを構成する。ＭＳＭ光伝導
性スイッチは、チップの全体の領域を被覆するビームか
らの短い光学パルスによりゲートされ、またマイクロレ
ンズアレイを使用したＭＳＭ検出器上に焦点される。マ
イクロレンズアレイとゲートパルスは、ＴＨｚ放射（ビ
ームスプリッタを備えた）と同じ側、あるいは反対側
（この場合、ＴＨｚビームはそれがアンテナにより検出
される前にチップ基板を通って移動する）から来る。読
み出されたエネルギーの１ｐＪだけが各ＭＳＭゲートに
対して必要であり、これにより１０ｎＪ光パルスが１０
０×１００の焦平面アレイをゲートすることができる。
アンテナチップは、検出された光電流をチップを保持す
る各アンテナパッド上で１つの接点が下側において他の
チップと、またＤＳＰプロセッサと、半田バンプ接続
（ｓｏｌｄｅｒ ｂｕｍｐ−ｂｏｎｄ）される。好まし
くは、下側の半田バンプにより接触したチップはＣＣＤ
アレイであり、これによりビデオカメラのように全ての
ピクセルは順次読み出すことができる。光発生された電
荷は、多くの光パルスにおいて、電荷が読み出される前
に、ＣＣＤアレイ内で蓄積される。
【図１】本発明の原理による例示的なテラヘルツイメー
ジ化システムの簡略化されたブロック図である。
ジ化システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】既知の材料を通る伝播後における入力テラヘル
ツ波形と出力波形の間の比較の説明図である。
ツ波形と出力波形の間の比較の説明図である。
【図３】既知の材料を通る伝播後における入力テラヘル
ツ波形と出力波形の間の比較の説明図である。
ツ波形と出力波形の間の比較の説明図である。
【図４】図１のシステムにより走査されるべき物体に対
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
【図５】図１のシステムにより走査されるべき物体に対
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
【図６】図１のシステムにより走査されるべき物体に対
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
する所望量の走査を保証するための例示的な実施の形態
の説明図である。
【図７】図６の実施の形態において有用な例示的なテラ
ヘルツ焦平面アレイの一部の説明図である。
ヘルツ焦平面アレイの一部の説明図である。
【図８】例示したテラヘルツイメージ化システムにより
生成された半導体デュアルインラインパッケージ化され
たチップのイメージを示した説明図である。
生成された半導体デュアルインラインパッケージ化され
たチップのイメージを示した説明図である。
１ ソース ２ 送信機 ３ 光学系 ６ 走査遅延部 ７ デジタル信号処理ユニット
Claims (5)
- 【請求項１】 物体イメージ化する方法であって、 前記物体上の特定のポイントにおいて高速度パルスのシ
ーケンスを伝送するステップ、 前記物体を通る伝播の後に前記信号を検知するステッ
プ、 前記信号が前記物体上の複数の空間的に別個の領域を通
過するように前記物体を変換するステップ、及び前記物
体のイメージを生成するために受信した信号中に含まれ
ている時間領域内のスペクトル情報を分析するステップ
を含む物体をイメージ化する方法。 - 【請求項２】 前記分析するステップが特定のポイント
における物体の構成特性を識別することを含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】 前記信号が１００ＧＨｚから２０ＴＨｚ
の周波数レンジ内である請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 物体をイメージ化するための装置であっ
て、 高速度パルス信号のソース、 前記信号が前記物体の特定の領域上に焦点されるように
するためのイメージ化光学手段、 前記物体を通る伝播の後の前記信号を受信するための検
出器、 前記信号が前記物体上の複数の空間的に別個の領域を通
過するように前記物体を変換するための手段、および前
記物体のイメージを生成するために受信した信号中に含
まれている時間領域内のスペクトル情報を分析するため
の前記検出器に接続された手段を含む物体をイメージ化
するための装置。 - 【請求項５】 前記分析するための手段が特定のポイン
トにおいて物体の構成特性を識別すつための手段をさら
に含む請求項４記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/388933 | 1995-02-15 | ||
| US08/388,933 US5623145A (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Method and apparatus for terahertz imaging |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320254A true JPH08320254A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3387721B2 JP3387721B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=23536141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02718396A Expired - Lifetime JP3387721B2 (ja) | 1995-02-15 | 1996-02-15 | テラヘルツのイメージ化の方法と装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5623145A (ja) |
| EP (1) | EP0727671B1 (ja) |
| JP (1) | JP3387721B2 (ja) |
| DE (1) | DE69630065T2 (ja) |
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| JP2013508709A (ja) * | 2009-10-22 | 2013-03-07 | トヨタ モーター ヨーロッパ ナームロゼ フェンノートシャップ／ソシエテ アノニム | 位相情報を用いたサブミリ波レーダー |
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| JP2013104804A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Seiko Epson Corp | 半導体短パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置 |
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