JPH1090174A - 物品の検査方法とその装置 - Google Patents
物品の検査方法とその装置Info
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- JPH1090174A JPH1090174A JP9242626A JP24262697A JPH1090174A JP H1090174 A JPH1090174 A JP H1090174A JP 9242626 A JP9242626 A JP 9242626A JP 24262697 A JP24262697 A JP 24262697A JP H1090174 A JPH1090174 A JP H1090174A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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-
- G—PHYSICS
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 時間領域分光術、特にテラヘルツ信号を用い
て対象物を画像化する方法と装置を提供する。 【解決手段】 ある種の材料および対象物は、その材料
または対象物を伝播する信号のテラヘルツ過渡現象の周
波数依存性吸収と分散と反射により特徴づけることがで
きる。現在のテラヘルツ画像処理システムは、時間領域
の周波数依存性をその対象物中を伝播する信号を収集
し、その後対象物上の「ピクセル」に対するこれら信号
中に含まれる情報を処理することにより解析している。
これは異なる材料，異なる化学構造物あるいは異なる環
境の間を差別化できる非破壊的画像処理技術である。
て対象物を画像化する方法と装置を提供する。 【解決手段】 ある種の材料および対象物は、その材料
または対象物を伝播する信号のテラヘルツ過渡現象の周
波数依存性吸収と分散と反射により特徴づけることがで
きる。現在のテラヘルツ画像処理システムは、時間領域
の周波数依存性をその対象物中を伝播する信号を収集
し、その後対象物上の「ピクセル」に対するこれら信号
中に含まれる情報を処理することにより解析している。
これは異なる材料，異なる化学構造物あるいは異なる環
境の間を差別化できる非破壊的画像処理技術である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、テラヘルツ周波数
範囲の分光装置に関し、特に、この周波数範囲内の信号
を用いて対象物の画像を生成する方法と装置に関する。
範囲の分光装置に関し、特に、この周波数範囲内の信号
を用いて対象物の画像を生成する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】テラヘルツ時間領域分光法（Teraherts
time-domain spectroscopy（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技術で
ある。テラヘルツ放射光を生成し、光学的にゲート（オ
ンオフ）される送信器と受信機、（例えば導光ダイポー
ルアンテナ）を用いて検出される。この導光ダイポール
アンテナに関しては、P. Smith et al. 著の IEEE J. o
f Quantum Electronics,Vol. 24, No. 2, pp. 255-260
(1988) と、N. Katzenellenbogen et al.著の Appl. Ph
ys. Lett, Vol. 58, No. 3, pp.222-224 (1991) を参照
のこと。これらの技術によりテラヘルツ分光法は、非常
に良好なＳＮ比（約１０4 まで）を提供でき、特に、冷
却を必要とする検出器等の特別な熱安定化装置を用いる
ことなく良好なＳＮ比を提供できる。
time-domain spectroscopy（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技術で
ある。テラヘルツ放射光を生成し、光学的にゲート（オ
ンオフ）される送信器と受信機、（例えば導光ダイポー
ルアンテナ）を用いて検出される。この導光ダイポール
アンテナに関しては、P. Smith et al. 著の IEEE J. o
f Quantum Electronics,Vol. 24, No. 2, pp. 255-260
(1988) と、N. Katzenellenbogen et al.著の Appl. Ph
ys. Lett, Vol. 58, No. 3, pp.222-224 (1991) を参照
のこと。これらの技術によりテラヘルツ分光法は、非常
に良好なＳＮ比（約１０4 まで）を提供でき、特に、冷
却を必要とする検出器等の特別な熱安定化装置を用いる
ことなく良好なＳＮ比を提供できる。
【０００３】このテラヘルツ時間領域分光法を用いた様
々な実験が、固体，液体，気体でもって行われている。
ある実験では、半導体および超伝導体中の搬送波により
影響されるテラヘルツ信号のスペクトラムを分析してい
る。また他の技術は、水蒸気およびＮ2Ｏ ガスのテラヘ
ルツ時間領域分光法を実行している。さらにまた別の実
験では、液体状の化学化合物のテラヘルツ時間領域分光
法を報告している。これら全ての実験においては、テラ
ヘルツの信号は、単一の照射された体積（通常２５ｍｍ
の直径）内である試験対象物の中を伝播し、同質領域に
関するスペクトル情報を提供している。
々な実験が、固体，液体，気体でもって行われている。
ある実験では、半導体および超伝導体中の搬送波により
影響されるテラヘルツ信号のスペクトラムを分析してい
る。また他の技術は、水蒸気およびＮ2Ｏ ガスのテラヘ
ルツ時間領域分光法を実行している。さらにまた別の実
験では、液体状の化学化合物のテラヘルツ時間領域分光
法を報告している。これら全ての実験においては、テラ
ヘルツの信号は、単一の照射された体積（通常２５ｍｍ
の直径）内である試験対象物の中を伝播し、同質領域に
関するスペクトル情報を提供している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、時間領域分光術、特にテラヘルツ信号を用いて対
象物を画像化する方法と装置を提供するものである。
的は、時間領域分光術、特にテラヘルツ信号を用いて対
象物を画像化する方法と装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題は、対象物上の
個別の（空間的に分離された）点の中を伝播する個々の
信号を収集し、これらの信号を処理して対象物の画像を
生成するものである。本発明によれば、信号ソースを対
象物の個々の点に集光し、伝播方向に直交する方向のパ
ターンでもって対象物に信号ソースと検出器を同時に走
査することである。さらにまた信号ソースは、対象物全
体をほぼ平行なビームでもって照射し、そしてこのビー
ムを対象物を走査する検出器でもってサンプル処理す
る。本発明の他の実施例においては、送信器と受信機と
をほぼ固定位置に保持しながら対象物を横断方向にずら
すこともできる。
個別の（空間的に分離された）点の中を伝播する個々の
信号を収集し、これらの信号を処理して対象物の画像を
生成するものである。本発明によれば、信号ソースを対
象物の個々の点に集光し、伝播方向に直交する方向のパ
ターンでもって対象物に信号ソースと検出器を同時に走
査することである。さらにまた信号ソースは、対象物全
体をほぼ平行なビームでもって照射し、そしてこのビー
ムを対象物を走査する検出器でもってサンプル処理す
る。本発明の他の実施例においては、送信器と受信機と
をほぼ固定位置に保持しながら対象物を横断方向にずら
すこともできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の図１のＴＨｚ（テラヘル
ツ）画像処理システムは、持続時間がヘムト秒の繰り返
し光学パルスを生成するソース１と、広いスペクトルバ
ンド幅を有するＴＨｚの過渡現象を有する光学的ゲート
を有するテラヘルツ送信器２と、レンズおよび／または
ミラーを有する光学系３と、検査されるべき対象物４と
時間ゲートされた検出器または検出器列５と、送信器と
検出器のヘムト秒のゲートパルス差を数Ｈｚから数百Ｈ
ｚのレートでもって遅延量を変化させることのできる走
査遅延ライン６とを有し、これによりＴＨｚ周波数過渡
現象を音響（Ｈｚ）領域に時間的にヘテロダインし、そ
の結果電子技術でもって処理できるようになる。この電
子技術には例えばデジタル信号プロセッサと、時間領域
データを処理し、所望の情報を抽出するＡ／Ｄコンバー
タとを有するデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）７と、画
像としての見るディスプレイ８とを有する。
ツ）画像処理システムは、持続時間がヘムト秒の繰り返
し光学パルスを生成するソース１と、広いスペクトルバ
ンド幅を有するＴＨｚの過渡現象を有する光学的ゲート
を有するテラヘルツ送信器２と、レンズおよび／または
ミラーを有する光学系３と、検査されるべき対象物４と
時間ゲートされた検出器または検出器列５と、送信器と
検出器のヘムト秒のゲートパルス差を数Ｈｚから数百Ｈ
ｚのレートでもって遅延量を変化させることのできる走
査遅延ライン６とを有し、これによりＴＨｚ周波数過渡
現象を音響（Ｈｚ）領域に時間的にヘテロダインし、そ
の結果電子技術でもって処理できるようになる。この電
子技術には例えばデジタル信号プロセッサと、時間領域
データを処理し、所望の情報を抽出するＡ／Ｄコンバー
タとを有するデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）７と、画
像としての見るディスプレイ８とを有する。
【０００７】ある種の材料および対象物は、その材料ま
たは対象物内を伝播する信号のテラヘルツ級の過渡現象
の周波数依存性吸収と分散と反射により特徴づけること
ができる。現在のテラヘルツ画像処理システムは、時間
領域の周波数依存性をその対象物中を伝播する信号を収
集し、その後対象物上の各点、即ち「ピクセル」毎にこ
れら信号中に含まれる情報を処理することにより解析し
ている。
たは対象物内を伝播する信号のテラヘルツ級の過渡現象
の周波数依存性吸収と分散と反射により特徴づけること
ができる。現在のテラヘルツ画像処理システムは、時間
領域の周波数依存性をその対象物中を伝播する信号を収
集し、その後対象物上の各点、即ち「ピクセル」毎にこ
れら信号中に含まれる情報を処理することにより解析し
ている。
【０００８】これは、異なる材料，異なる化学構造物あ
るいは異なる環境の間を差別化できる非破壊的画像処理
技術である。この技術の応用例は、組織の生物医学画像
処理，「安全Ｘ線」，化学反応解析，環境と汚染の制
御，製造工程制御，材料検査，誤り検出，半導体ウェハ
のドーピングの非接触マッピング化，レーザ結晶中のド
ーピングプロファイルと欠陥検出，パッケージの検査等
が挙げられる。
るいは異なる環境の間を差別化できる非破壊的画像処理
技術である。この技術の応用例は、組織の生物医学画像
処理，「安全Ｘ線」，化学反応解析，環境と汚染の制
御，製造工程制御，材料検査，誤り検出，半導体ウェハ
のドーピングの非接触マッピング化，レーザ結晶中のド
ーピングプロファイルと欠陥検出，パッケージの検査等
が挙げられる。
【０００９】通常のテラヘルツ送信器は、約６２０ｎｍ
で動作するモードロック色素レーザあるいは８００ｎｍ
で動作するＴｉ：サファイアまたはＣｒ：ＬｉＳＡＦモ
ードロックレーザのいずれかからの１００ｆｓレーザパ
ルスを照射した後、１ＴＨｚｚの電磁放射を１サイクル
放出する。ＴＨｚ過渡現象の持続時間が短いために、ス
ペクトラムは広範囲で通常１００ＧＨｚ以下から数ＴＨ
ｚにまで広がる。
で動作するモードロック色素レーザあるいは８００ｎｍ
で動作するＴｉ：サファイアまたはＣｒ：ＬｉＳＡＦモ
ードロックレーザのいずれかからの１００ｆｓレーザパ
ルスを照射した後、１ＴＨｚｚの電磁放射を１サイクル
放出する。ＴＨｚ過渡現象の持続時間が短いために、ス
ペクトラムは広範囲で通常１００ＧＨｚ以下から数ＴＨ
ｚにまで広がる。
【００１０】現在のところＴＨｚのバンド幅の電気信号
を測定し、処理できる電子回路は存在しない。光学ＴＨ
ｚパルスの繰り返し性（通常１００ＭＨｚの繰り返しレ
ート）に基づくサンプリング技術を用いてＴＨｚ波形を
測定することができるが、ただし、そのサンプリングウ
ィンドウは、測定されるべきＴＨｚ過渡現象よりも短く
なければならない。通常の導光（photoconducting）サ
ンプリングゲートは、０．５ｐｓ以下のサンプリング時
間で、これで２ＴＨｚを越える周波数過渡現象を測定す
ることができる。
を測定し、処理できる電子回路は存在しない。光学ＴＨ
ｚパルスの繰り返し性（通常１００ＭＨｚの繰り返しレ
ート）に基づくサンプリング技術を用いてＴＨｚ波形を
測定することができるが、ただし、そのサンプリングウ
ィンドウは、測定されるべきＴＨｚ過渡現象よりも短く
なければならない。通常の導光（photoconducting）サ
ンプリングゲートは、０．５ｐｓ以下のサンプリング時
間で、これで２ＴＨｚを越える周波数過渡現象を測定す
ることができる。
【００１１】したがって、サンプリング技術では、高速
の電子回路は必ずしも必要とすることはなく、ただ測定
されるダイポールアンテナの平均光電流を測定できれば
よい。サンプリング範囲と同様ＴＨｚ波形と検出器のゲ
ートパルス（gating pulse）との間の遅延は、約１０−
１００Ｈｚのレートでもって走査できる。かくして各サ
ンプリングパルスは、ＴＨｚパルスを別の時間にサンプ
ルすることができ、そして全ＴＨｚ波形がサンプルから
再構成できる。
の電子回路は必ずしも必要とすることはなく、ただ測定
されるダイポールアンテナの平均光電流を測定できれば
よい。サンプリング範囲と同様ＴＨｚ波形と検出器のゲ
ートパルス（gating pulse）との間の遅延は、約１０−
１００Ｈｚのレートでもって走査できる。かくして各サ
ンプリングパルスは、ＴＨｚパルスを別の時間にサンプ
ルすることができ、そして全ＴＨｚ波形がサンプルから
再構成できる。
【００１２】これは、ＴＨｚ波形をｋＨｚ範囲にまで時
間的にダウンコンバージョン（temporal down conversi
on）にすることになり、このｋＨｚ範囲は通常の電子回
路で容易に処理することができる。このサンプリング技
術は、等価時間サンプリング（Equivalent-Time-Sampli
ng）として公知のものであり、市販のデジタルサンプリ
ングオシロスコープで通常用いられている。この等時サ
ンプリング（isochronous sampling）技術については、
K. Weingarten et al.著の IEEE J. of Quantum Electr
onics, Vol. 24, No. 2, pp. 198-220 (1988) を参照の
こと。
間的にダウンコンバージョン（temporal down conversi
on）にすることになり、このｋＨｚ範囲は通常の電子回
路で容易に処理することができる。このサンプリング技
術は、等価時間サンプリング（Equivalent-Time-Sampli
ng）として公知のものであり、市販のデジタルサンプリ
ングオシロスコープで通常用いられている。この等時サ
ンプリング（isochronous sampling）技術については、
K. Weingarten et al.著の IEEE J. of Quantum Electr
onics, Vol. 24, No. 2, pp. 198-220 (1988) を参照の
こと。
【００１３】多くの化合物は、このＴＨｚ過渡現象によ
りカバーされる周波数範囲内で、非常に強い周波数依存
性の吸収特性あるいは反射特性を示す。同時に分子およ
び化学化合物は少なくとも気相状態のみならずある結晶
のイオン状態においては、このＴＨｚスペクトラム領域
において非常に強いそして鋭い吸収ラインを有する。
りカバーされる周波数範囲内で、非常に強い周波数依存
性の吸収特性あるいは反射特性を示す。同時に分子およ
び化学化合物は少なくとも気相状態のみならずある結晶
のイオン状態においては、このＴＨｚスペクトラム領域
において非常に強いそして鋭い吸収ラインを有する。
【００１４】この吸収ラインは、水分子およびその環境
のような観察対象の材料の特性であり、分子の指紋（fi
ngerprint） として機能する。そのため各化学物質は、
特徴的なＴＨｚ波形を有し、これによりサンプルの化学
構造式および環境が特定される。例えば、金属あるいは
他の非常に導電性の高い材料のように、ＴＨｚ放射に対
し、完全に不透明な材料も存在する。
のような観察対象の材料の特性であり、分子の指紋（fi
ngerprint） として機能する。そのため各化学物質は、
特徴的なＴＨｚ波形を有し、これによりサンプルの化学
構造式および環境が特定される。例えば、金属あるいは
他の非常に導電性の高い材料のように、ＴＨｚ放射に対
し、完全に不透明な材料も存在する。
【００１５】現在のＴＨｚ画像処理システムでは、上記
のスペクトラムを計算したり直接測定する必要はない。
その代わり、関連情報が、時間領域データから音声認識
あるいは音声処理と同様な方法により直接抽出すること
ができる。図２，３においては入力ＴＨｚ波形（点線）
と、ドープしたシリコンサンプルの中を伝播した後の波
形（図２）と水蒸気中を伝播した後の波形（図３）とを
示す。
のスペクトラムを計算したり直接測定する必要はない。
その代わり、関連情報が、時間領域データから音声認識
あるいは音声処理と同様な方法により直接抽出すること
ができる。図２，３においては入力ＴＨｚ波形（点線）
と、ドープしたシリコンサンプルの中を伝播した後の波
形（図２）と水蒸気中を伝播した後の波形（図３）とを
示す。
【００１６】デジタル信号プロセッサは、伝播されたＴ
Ｈｚ波形の特性形状（シリコンの場合には特定形状の変
化と減衰、水蒸気の場合には特性周波数のリンギング
（ringing）） を認識し、ＴＨｚビームにより照射され
る場所の材料を決定する。この技術は、予め上記の波形
をＤＳＰ（デシタル信号プロセッサ）を訓練（負荷）す
る必要がある。このような手順は当業者には公知である
ので、ここではこれ以上説明しない。
Ｈｚ波形の特性形状（シリコンの場合には特定形状の変
化と減衰、水蒸気の場合には特性周波数のリンギング
（ringing）） を認識し、ＴＨｚビームにより照射され
る場所の材料を決定する。この技術は、予め上記の波形
をＤＳＰ（デシタル信号プロセッサ）を訓練（負荷）す
る必要がある。このような手順は当業者には公知である
ので、ここではこれ以上説明しない。
【００１７】図１の送信器と受信機と光学系を図４の実
施例で示す。同図において、送信器から出たＴＨｚビー
ムは、０．３−０．５ｍｍ直径の回折制限された（diff
raction-limited） スポットに集光する。この直径は１
ＴＨｚ放射の回折制限されたスポットサイズで、現在の
技術では最大の空間分解能に近いものである。その後こ
のスポットを単一のＴＨｚ検出器上に映し出す（image
d）。このサンプルは、ＴＨｚビームの焦点面に配置さ
れ、直交するモータ駆動の移動段（ｘ矢印とｙ矢印に示
されるように）を用いてｘ方向とｙ方向にジグザグパタ
ーンでもって走査される。
施例で示す。同図において、送信器から出たＴＨｚビー
ムは、０．３−０．５ｍｍ直径の回折制限された（diff
raction-limited） スポットに集光する。この直径は１
ＴＨｚ放射の回折制限されたスポットサイズで、現在の
技術では最大の空間分解能に近いものである。その後こ
のスポットを単一のＴＨｚ検出器上に映し出す（image
d）。このサンプルは、ＴＨｚビームの焦点面に配置さ
れ、直交するモータ駆動の移動段（ｘ矢印とｙ矢印に示
されるように）を用いてｘ方向とｙ方向にジグザグパタ
ーンでもって走査される。
【００１８】送信器のゲートパルスと検出器のゲートパ
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。走査遅延ラインの振幅は、適宜調整さ
れデータ獲得の時間ウィンドウを決定する。１ｍｍの振
幅は６．７ｐｓ時間ウィンドウに相当する。導光ダイポ
ールディテクタに導入される平均光電流は、電流から電
圧への変換器を用いて測定され、その後Ａ／Ｄコンバー
タとＤＳＰに入力される。本発明の際に使用したＡ／Ｄ
コンバータは５０ｋＨｚの変換レートで実行し、ＤＳＰ
は毎秒１００ＦＦＴのレートでもって波形をフーリエ変
換する。かくして本発明のシステムにより、１０Ｈｚの
走査レートと同時に各ＴＨｚ波形のＦＦＴスペクトラム
を得ることができる。
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。走査遅延ラインの振幅は、適宜調整さ
れデータ獲得の時間ウィンドウを決定する。１ｍｍの振
幅は６．７ｐｓ時間ウィンドウに相当する。導光ダイポ
ールディテクタに導入される平均光電流は、電流から電
圧への変換器を用いて測定され、その後Ａ／Ｄコンバー
タとＤＳＰに入力される。本発明の際に使用したＡ／Ｄ
コンバータは５０ｋＨｚの変換レートで実行し、ＤＳＰ
は毎秒１００ＦＦＴのレートでもって波形をフーリエ変
換する。かくして本発明のシステムにより、１０Ｈｚの
走査レートと同時に各ＴＨｚ波形のＦＦＴスペクトラム
を得ることができる。
【００１９】この実施例では、ＦＦＴスペクトラムはデ
ィスプレイ上に表示され、可視（虹）スペクトラムの周
波数で表されるＴＨｚスペクトラムの周波数成分を色付
きのドットで表された。即ちテラヘルツスペクトラムは
可視スペクトラムにマッピングされ、調査対象物中を伝
播した周波数成分のみが表示された色になる。
ィスプレイ上に表示され、可視（虹）スペクトラムの周
波数で表されるＴＨｚスペクトラムの周波数成分を色付
きのドットで表された。即ちテラヘルツスペクトラムは
可視スペクトラムにマッピングされ、調査対象物中を伝
播した周波数成分のみが表示された色になる。
【００２０】ＤＳＰを本発明のシステムで用いたため
に、受信したテラヘルツ信号と特定の要素，元素，化合
物等に関連する登録されたパターンとの間の畳み込み
（相関）を計算することにより時間領域技術を用いるこ
ともできる。
に、受信したテラヘルツ信号と特定の要素，元素，化合
物等に関連する登録されたパターンとの間の畳み込み
（相関）を計算することにより時間領域技術を用いるこ
ともできる。
【００２１】本発明の他の実施例においては、ＤＳＰは
ある吸収ラインを探索するが、この吸収ラインは特定の
分子の特徴であり、特定の色と強度をこの吸収パターン
に割り当てるものである。走査後、サンプルを１「ピク
セル」（好ましくはサンプル上のＴＨｚビームのスポッ
トサイズ）だけ移動し、そしてディスプレイをその特定
のピクセル用に更新する。上記のシステムにより５０×
５０のイメージが得られ、それを４分間に亘って表示で
きる。
ある吸収ラインを探索するが、この吸収ラインは特定の
分子の特徴であり、特定の色と強度をこの吸収パターン
に割り当てるものである。走査後、サンプルを１「ピク
セル」（好ましくはサンプル上のＴＨｚビームのスポッ
トサイズ）だけ移動し、そしてディスプレイをその特定
のピクセル用に更新する。上記のシステムにより５０×
５０のイメージが得られ、それを４分間に亘って表示で
きる。
【００２２】図８は、上記の方法により得られたＴＨｚ
画像の予備的な結果を示す。この絵はパッケージされた
半導体チップのいわゆる「ＴＨｚＸ−Ｒａｙ」である。
画像の予備的な結果を示す。この絵はパッケージされた
半導体チップのいわゆる「ＴＨｚＸ−Ｒａｙ」である。
【００２３】図１の送信器と受信機と光学系を示す図５
の他の実施例においては、サンプルは固定され、ＴＨｚ
ビームはこのサンプル全体に走査された。これはＴＨｚ
ビームをミラー（鏡）でもって機械的に移動させるか、
あるいはＴＨｚビームを光学的に移動（この場合光学ビ
ームの移動によりＴＨｚビームの操作が行われる）させ
るかのいずれかによる。
の他の実施例においては、サンプルは固定され、ＴＨｚ
ビームはこのサンプル全体に走査された。これはＴＨｚ
ビームをミラー（鏡）でもって機械的に移動させるか、
あるいはＴＨｚビームを光学的に移動（この場合光学ビ
ームの移動によりＴＨｚビームの操作が行われる）させ
るかのいずれかによる。
【００２４】図１の送信器と受信機と光学系のみを示し
た図６の実施例においては、サンプル全体のＴＨｚ波形
は、図７に示すような焦点面ＴＨｚ検出器列を用いるこ
とにより同時に得ることが出きる。同図においては、サ
ンプル全体はＴＨｚビームを浴びせるよう照射され、そ
してサンプルがレンズ系を用いて焦点面検出器列上に画
像処理される。
た図６の実施例においては、サンプル全体のＴＨｚ波形
は、図７に示すような焦点面ＴＨｚ検出器列を用いるこ
とにより同時に得ることが出きる。同図においては、サ
ンプル全体はＴＨｚビームを浴びせるよう照射され、そ
してサンプルがレンズ系を用いて焦点面検出器列上に画
像処理される。
【００２５】この焦点面ＴＨｚ検出器列は、ＴＨｚダイ
ポールアンテナの二次元配列からなり（この場合各サイ
ドが５０μｍ）、このアンテナは低温（ＬＴ）−ＧａＡ
ｓ上あるいは放射損傷したシリコンオンサファイア（Ｓ
ＯＳ）チップ上にリソグラフ技術でもって形成されたも
のであり、そしてゲート時間はピコ秒以下である。互い
に組み合わせたフィンガーコンタクトを用いたＭＳＭ導
光スイッチがアンテナチップ間に形成される。
ポールアンテナの二次元配列からなり（この場合各サイ
ドが５０μｍ）、このアンテナは低温（ＬＴ）−ＧａＡ
ｓ上あるいは放射損傷したシリコンオンサファイア（Ｓ
ＯＳ）チップ上にリソグラフ技術でもって形成されたも
のであり、そしてゲート時間はピコ秒以下である。互い
に組み合わせたフィンガーコンタクトを用いたＭＳＭ導
光スイッチがアンテナチップ間に形成される。
【００２６】この互いに組み合わせた導光ＭＳＭスイッ
チのサイズは、ほぼ１０μｍの四角形である。各アンテ
ナ／ＭＳＭ要素がテラヘルツ画像ピクセルを構成する。
このＭＳＭ導光スイッチは、チップの全領域をカバー
し、マイクロレンズ列を用いてＭＳＭ検出器上に集光す
るビームから得られた短い光学パルスによりゲートが開
かれる（gated）。 このマイクロレンズ列とゲートパル
スは、ＴＨｚ放射と同一側から出てくるか（ビームスプ
リッタにより）、あるいは反対側から出てくるか（この
場合にはＴＨｚビームは、アンテナにより検出される前
にチップ基板内を伝播する）のいずれかである。
チのサイズは、ほぼ１０μｍの四角形である。各アンテ
ナ／ＭＳＭ要素がテラヘルツ画像ピクセルを構成する。
このＭＳＭ導光スイッチは、チップの全領域をカバー
し、マイクロレンズ列を用いてＭＳＭ検出器上に集光す
るビームから得られた短い光学パルスによりゲートが開
かれる（gated）。 このマイクロレンズ列とゲートパル
スは、ＴＨｚ放射と同一側から出てくるか（ビームスプ
リッタにより）、あるいは反対側から出てくるか（この
場合にはＴＨｚビームは、アンテナにより検出される前
にチップ基板内を伝播する）のいずれかである。
【００２７】各ＭＳＭゲートに対して必要な読みだしエ
ネルギは、わずか１ｐＪであり、その結果１０ｎＪの光
学パルスが、１００×１００の焦点面アレイのゲートを
開かせることができる。このアンテナチップは、チップ
から検出された光電流をＤＳＰに搬送する各アンテナパ
ッド上の接点でもって、下の別のチップにハンダバンプ
により結合される。ハンダバンプにより接触される下の
チップはＣＣＤ列が好ましく、その結果全てのピクセル
はビデオカメラでシーケンシャルに読みだすことができ
る。この光により生成されたチャージは、チャージが読
み出される前に多数の光学パルスにＣＣＤ列内に蓄積さ
れる。
ネルギは、わずか１ｐＪであり、その結果１０ｎＪの光
学パルスが、１００×１００の焦点面アレイのゲートを
開かせることができる。このアンテナチップは、チップ
から検出された光電流をＤＳＰに搬送する各アンテナパ
ッド上の接点でもって、下の別のチップにハンダバンプ
により結合される。ハンダバンプにより接触される下の
チップはＣＣＤ列が好ましく、その結果全てのピクセル
はビデオカメラでシーケンシャルに読みだすことができ
る。この光により生成されたチャージは、チャージが読
み出される前に多数の光学パルスにＣＣＤ列内に蓄積さ
れる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、時間領域分
光術、特にテラヘルツ信号を用いて対象物を画像化する
方法と装置を提供するものである。本発明によれば、信
号ソースを対象物の個々の点に集光し、伝播方向に直交
する方向のパターンでもって対象物に信号ソースと検出
器を同時に走査することである。
光術、特にテラヘルツ信号を用いて対象物を画像化する
方法と装置を提供するものである。本発明によれば、信
号ソースを対象物の個々の点に集光し、伝播方向に直交
する方向のパターンでもって対象物に信号ソースと検出
器を同時に走査することである。
【図１】本発明によるテラヘルツ級画像処理システムの
ブロック図
ブロック図
【図２】公知の材料への入力テラヘルツ波形とその材料
を伝播した後の比較を表す図
を伝播した後の比較を表す図
【図３】公知の材料への入力テラヘルツ波形とその材料
を伝播した後の比較を表す図
を伝播した後の比較を表す図
【図４】図１のシステムにより走査される対象物に対す
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
【図５】図１のシステムにより走査される対象物に対す
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
【図６】図１のシステムにより走査される対象物に対す
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
る所望の走査を実行する一実施例を表す図
【図７】図６の実施例で用いられるテラヘルツ焦点面ア
レイの一部を表す図
レイの一部を表す図
【図８】本発明のテラヘルツ画像処理システムにより生
成された半導体デュアルインラインパッケージチップの
画像を表す図
成された半導体デュアルインラインパッケージチップの
画像を表す図
１ ヘムト秒パルスソース ２ 光学的ゲートを有するテラヘルツ送信器 ３ 光学系システム ４ 対象物 ５ 光学的ゲートを有するテラヘルツ検出器 ６ 走査遅延ライン ７ Ａ／ＤコンバータとＤＳＰ ８ ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (14)
- 【請求項１】 ある吸収特性，分散特性あるいは反射特
性を有する物体の検査方法において、 （Ａ） 前記物体に高周波の電磁パルス信号のシーケン
スを照射するステップと、 （Ｂ） 前記物品から反射するかあるいは前記物品内を
伝播した後のパルス信号を検査するステップと、からな
り、 前記（Ａ）ステップで照射される高周波の電磁パルス信
号は、物品の吸収特性，分散特性あるいは反射特性の少
なくとも１つの周波数依存性変動を含むような十分に広
いスペクトラムバンド幅を有する波形を有し、 前記（Ｂ）ステップで検査された信号の少なくとも１部
は、リアルタイムで前記特性に関するスペクトラム情報
を得るために、前記周波数依存性の変動を表す時間歪に
より特徴づけられることを特徴とする物品の検査方法。 - 【請求項２】 （Ｃ） 前記スペクトラム情報を得るた
めに、前記時間領域内の時間歪を有する検出された波形
を分析するステップをさらに有することを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項３】 （Ｄ） 前記（Ｃ）の分析ステップの間
得られたスペクトラム情報に基づいて、前記物品の画像
を生成するステップをさらに有することを特徴とする請
求項２の方法。 - 【請求項４】 （Ｅ） 前記（Ｃ）の分析ステップの間
得られたスペクトラム情報に基づいて、前記物品の少な
くとも１つの特性を識別するステップをさらに有するこ
とを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項５】 前記（Ｅ）のステップは、前記（Ｃ）の
分析ステップの間得られたスペクトラム情報と、複数の
特性に関連する登録されたスペクトラム情報とを比較す
るステップを含むことを特徴とする請求項４の方法。 - 【請求項６】 前記（Ａ）のステップは、前記伝送され
た信号が前記物体の中の複数の空間的に異なったパスに
沿って伝播させるステップを含むことを特徴とする請求
項１の方法。 - 【請求項７】 前記（Ａ）のステップは、前記物品の複
数の空間的に分離した領域に入射するよう前記伝送され
た信号を伝播させるステップを含むことを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項８】 前記（Ａ）ステップで照射される高周波
の電磁パルス信号は、１００Ｇｈｚと２０Ｔｈｚの間の
周波数範囲内にあることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項９】 吸収特性，分散特性あるいは反射特性を
有する物体の検査装置において、 （Ａ）物体に高周波の電磁パルス信号のシーケンスを照
射する送信器と、 （Ｂ）前記物品から反射するかあるいは前記物品内を伝
播した後のパルス信号を検査する検出器と、からなり、 前記送信器からのパルス信号は物品の吸収特性，分散特
性あるいは反射特性の少なくとも１つの周波数依存性変
動を有するような十分に広いスペクトラムバンド幅を有
する波形を有し、 前記検査された信号の少なくとも１部は、リアルタイム
で前記特性に関するスペクトラム情報を得るために、前
記周波数依存性の変動を表す時間歪により特徴づけられ
ることを特徴とする物品の検査装置。 - 【請求項１０】 前記伝送された信号が前記物体の中の
複数の空間的に異なったパスに沿って伝播させる手段を
さらに含むことを特徴とする請求項９の装置。 - 【請求項１１】 前記物品の複数の空間的に分離した領
域に入射するよう前記伝送された信号を伝播させる手段
をさらに含むことを特徴とする請求項９の装置。 - 【請求項１２】 前記スペクトラム情報を得るために、
前記検出器に接続された波形を分析する手段をさらに有
することを特徴とする請求項１１の装置。 - 【請求項１３】 複数の特性に関するスペクトラム情報
を登録する手段をさらに有し、 前記分析する手段は、前記物品の特性を識別するために
得られたスペクトラム情報と、前記登録されたスペクト
ラム情報とを比較する手段を有することを特徴とする請
求項１２の装置。 - 【請求項１４】 前記送信器は、１００Ｇｈｚと２０Ｔ
ｈｚの間の周波数範囲のパルスを送信することを特徴と
する請求項９の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/711823 | 1996-09-10 | ||
| US08/711,823 US5710430A (en) | 1995-02-15 | 1996-09-10 | Method and apparatus for terahertz imaging |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090174A true JPH1090174A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=24859668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9242626A Pending JPH1090174A (ja) | 1996-09-10 | 1997-09-08 | 物品の検査方法とその装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5710430A (ja) |
| EP (1) | EP0828162A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1090174A (ja) |
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