JPWO2020090783A1 - 電磁波検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、この方法の場合、発生部が発生する電磁波が照射される位置に対象物が配置されていないと、バイアス電圧の設定をすることができない。
電磁波を発生させる発生部と、
前記発生部から離れて配置され、前記発生部が発生させた電磁波を対象物に向けて出射する出射部と、
前記対象物で反射した電磁波を検出する検出部と、
前記検出部に印加されるバイアス電圧を生成する生成部と、
前記発生部と前記出射部との間に配置され、前記発生部が発生させる電磁波のうちの一部の電磁波を前記検出部に導く導波部と、
前記検出部による前記一部の電磁波の検出結果に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御部と、
を備える電磁波検出システム
である。
以下、本発明の一例である第1実施形態及び第1実施形態の変形例並びに第2実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。
以下、第1実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態の電磁波検出システム10(図1参照)の機能及び構成について説明する。次いで、本実施形態の電磁波検出システム10による対象物MO(図1参照)の測定動作について説明する。次いで、本実施形態の電磁波検出システム10による検出部26に印加するバイアス電圧の設定動作について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。次いで、本実施形態の変形例(図6A〜図6E参照)について説明する。
図1は、本実施形態の電磁波検出システム10の概略図である。
本実施形態の電磁波検出システム10は、電磁波送受信部20と、制御部30と、バイアス電圧生成部40(生成部の一例)と、信号増幅部50と、バイアス・ティ回路部60とを備えている。電磁波検出システム10は、一例として、対象物MOに電磁波Wを照射し、対象物MOを反射した電磁波Wを検出して、対象物MOの形状等を測定する機能を有する。
なお、電磁波発生部21Aには、後述する制御部30に制御されるバイアス電圧生成部40が生成したバイアス電圧が印加されることで、電磁波Wを発生するようになっている。
なお、本実施形態の発生部21が発生させる電磁波Wは、発生部21から対物レンズ24に向けて、すなわち、X方向を進行方向として対物レンズ24に入射するようになっている。図1の符号Oは、X方向に進行する電磁波Wの光軸を意味する。
なお、電磁波検出部26Aには、後述する制御部30に制御されるバイアス電圧生成部40が生成したバイアス電圧が印加されることで、電磁波Wを検出するようになっている。
そして、RTDは、微分負性抵抗領域に相当するバイアス電圧が印加されている場合に、電磁波発生素子として機能する。これに対して、RTDは、非線形領域に相当するバイアス電圧が印加されている場合に、電磁波検出素子として機能する。
本実施形態の反射板27は、図1に示されるように、X方向において、ビームスプリッタ23と、対物レンズ24との間に配置されている。別言すれば、反射板27は、X方向において、発生部21と対物レンズ24との間に配置されている。そして、反射板27は、発生部21の電磁波発生部21Aが発生させる電磁波Wのうちの一部の電磁波Wを検出部26に導く機能を有する。具体的には、反射板27は、電磁波発生部21AがX方向に沿って発生部21側から対物レンズ24側に進行し自身に到達した電磁波WをX方向に沿って対物レンズ24側から発生部21側に反射させるようになっている。そして、反射板27から反射した電磁波Wは、ビームスプリッタ23によりその進行方向をZ方向のビームスプリッタ23側から検出部26側に反射されて、検出部26に入射されるようになっている。以上のとおりであるから、反射板27により反射されて検出部26に入射する電磁波Wは、対物レンズ24に入射することなく、すなわち、対象物MOから反射することなく、検出部26に入射する。
なお、前述のとおり、本実施形態では、反射板27の軸と光軸Oとは一致しているとしたが、後述する第2変形例(図6B参照)のようにずれていてもよい。ただし、ずれ量が小さいほど、後述する第3の効果を奏し易いといえる。
次に、制御部30、バイアス電圧生成部40、信号増幅部50及びバイアス・ティ回路部60の具体的な構成について図1を参照しながら説明する。
次に、本実施形態の電磁波検出システム10による対象物MOの測定動作について図1を参照しながら説明する。
最初に、測定者は、対象物MOを定められた測定位置にセットする。次いで、測定者が電磁波検出システム10の動作スイッチ(図示省略)をオンにすると、制御部30は、制御部30内の記憶部32に記憶されている制御プログラムCPに従い、電磁波送受信部20、バイアス電圧生成部40、信号増幅部50及びバイアス・ティ回路部60の制御を開始する。そして、制御開始後の電磁波検出システム10は、以下のように作動する。
次に、本実施形態の電磁波検出システム10による検出部26に印加するバイアス電圧の設定動作について主に図1及び図5を参照しながら説明する。図5は、本実施形態の電磁波検出部26Aに印加するバイアス電圧の設定動作のフロー図である。なお、本実施形態のバイアス電圧の決定動作は、一例として、対象物MOの測定動作を行っている期間以外の期間に行われる。そのため、対象物MOは想定位置に配置されていない。
以上のようにして、検出部26(電磁波検出部26A)に印加されるバイアス電圧が設定されて、本動作が終了する。なお、以上のとおりであるから、本実施形態の制御部30は、発生部21が発生させる電磁波Wのうち反射板27に反射される一部の電磁波Wの検出部26による検出結果に基づいて、バイアス電圧の設定を行う(制御する)といえる。
次に、本実施形態の効果(第1〜第4の効果)について図面を参照しながら説明する。
第1の効果は、本実施形態の電磁波検出システム10が、一部の電磁波を検出部26に導く反射板27を備えたうえで、制御部30が反射板27に反射される一部の電磁波Wの検出部26による検出結果に基づいてバイアス電圧の設定を行うことの効果である。
例えば、反射板27がなくても、発生部21が発生させる電磁波Wを対象物MOに照射させ、対象物MOが反射した電磁波Wを検出部26に検出させることで、検出部26のバイアス電圧の設定動作を行うことは可能である。しかしながら、上記のような形態の場合、対象物MOがなければ、検出部26のバイアス電圧の設定動作を行うことができない。
これに対して、本実施形態の電磁波検出システム10は、発生部21と対物レンズ24との間に配置され、発生部21が発生させる電磁波Wの一部を対物レンズ24に入射させることなく検出部26に導かれるように、反射させる反射板27を備えている(図1参照)。
したがって、本実施形態の電磁波検出システム10は、対象物MOがなくても検出部26に印加するバイアス電圧を設定することができる。すなわち、本実施形態は、対象物MOがなくても検出部26に印加するバイアス電圧の制御を可能にする。
第2の効果は、反射板27が発生部21と対物レンズ24との間に配置されていることの効果である。
本実施形態の場合、図1に示されるように、発生部21と対物レンズ24との間に反射板27が配置されている点で、第1の効果において比較した形態と構造が異なる。その結果、本実施形態は第1の効果を奏する。
したがって、本実施形態の電磁波検出システム10は、簡単な構成で(比較的低コストで)、第1の効果を奏する構成を実現できる。
第3の効果は、X方向から見て、反射板27が光軸Oに対して対称形状に設定されていることの効果である。
一般に、対物レンズ21に照射される電磁波Wの強度分布は、光軸Oを中心としたガウス分布となっており、中心の強度が最も高い。そのため、反射板27の設置位置は光軸Oの中心、かつ形状が光軸Oに対して対称であることにより、最も効率良く電磁波Wの一部を反射させることができる。
仮に反射板27がX方向から見て光軸Oに対して非対称形状である場合(後述する図6Bの第2変形例の反射板27B及び図6Dの第4変形例の反射板27D参照)、所望の反射量を得るためには、反射板27がX方向から見て光軸Oに対して対称である場合と比べて、反射板27の面積を大きくしなければならない。
これに対して、本実施形態の反射板27は、X方向から見て、光軸Oに対して対称形状に設定されている(図2参照)。そのため、本実施形態の電磁波検出システム10では、反射板27の面積を必要最低限に抑えることができる。
したがって、本実施形態の電磁波検出システム10は、対象物MO測定動作時の電磁波Wの検出に悪影響を及ぼし難い。
第4の効果は、対物レンズ24における電磁波Wの入射面積に対する反射板27の面積の比率の範囲が5%以上50%以下に設定されていることの効果である。
上記比率が5%未満の場合、反射板27から反射される電磁波Wの強度が小さすぎて、検出部26のバイアス電圧の設定を高精度に行うことが難しい。
また、上記比率が50%を超える場合、対物レンズ24に到達する電磁波Wの光量、すなわち、対物レンズ24から対象物MOに向けて出射される電磁波Wの光量が少なすぎて、対象物MOの測定を高精度で行うことが難しい。
以上の理由により、本実施形態の反射板27の上記比率(一例として15%)は、5%以上50%以下の範囲に設定されている。
以上のとおりであるから、本実施形態の電磁波検出システム10は、検出部26のバイアス電圧の設定を高精度で行うことを可能としつつ、対象物MOの測定を高精度で行うことを可能とする。
第5の効果は、反射板27における発生部21側を向く面271が金属面とされていることの効果である。
本実施形態の場合、反射板27における発生部21側を向く面271が金属面とされているため(図2参照)、電磁波Wを反射し易い点で有効である。特に、本実施形態の場合のように、電磁波Wがテラヘルツ波である場合、テラヘルツ波は金属を透過しない(又は透過し難い)点からも、面271が金属面とされている点は有効である。
次に、第1実施形態の反射板27の変形例(第1〜第6変形例)について図6A〜図6Eを参照しながら説明する。なお、各変形例の説明において、第1実施形態と同じ構成要素等については同じ名称、符号等を用いることにする。
第1変形例の反射板27A(反射部及び導波部の他の一例)は、図6Aに示されるように、X方向から見て多角形(具体的には正六角形)とされている。本変形例における第1実施形態の反射板27(図2)と異なる点は以上である。
本変形例の反射板27Aを備えた電磁波検出システムによれば、第1実施形態のすべての効果を奏する。
いる場合、同じ符号を付すものとする。
第2変形例の反射板27B(反射部及び導波部の他の一例)は、図6Bに示されるように、X方向から見て円形とされているが、その軸が光軸Oからオフセットしている。本変形例における第1実施形態の反射板27(図2)と異なる点は以上である。
本変形例の反射板27Bを備えた電磁波検出システムによれば、第1実施形態の第1、第2、第4及び第5の効果を奏する。
第3変形例の反射板27C(反射部及び導波部の他の一例)は、図6Cに示されるように、X方向から見て円形のリング状とされている。本変形例における第1実施形態の反射板27(図2)と異なる点は以上である。
本変形例の反射板27Cを備えた電磁波検出システムによれば、第1実施形態の第1、第2、第4及び第5の効果を奏する。
なお、第1実施形態の反射板27は、X方向から見た破線BL内の領域RAにおける光軸Oを中心とする径方向の中心側に配置されている。これに対して、本変形例の反射板27Cは、領域RAにおける径方向の周縁側に配置されている。
第4変形例の反射板27D(反射部及び導波部の他の一例)は、図6Dに示されるように、X方向から見て矩形(長方形)とされ、光軸Oに重ならない位置に配置されている。本変形例における第1実施形態の反射板27(図2)と異なる点は以上である。
本変形例の反射板27Dを備えた電磁波検出システムによれば、第1実施形態の第1、第2、第4及び第5の効果を奏する。
〔第5変形例〕
第5変形例の反射板27E(反射部及び導波部の他の一例)は、図6Eに示されるように、X方向から見て円形のリング状の部材が複数(一例として2個)に分割されたような形状とされている。本変形例における第1実施形態の反射板27(図2)と異なる点は以上である。
本変形例の反射板27Eを備えた電磁波検出システムによれば、第1実施形態の第1、第2、第4及び第5の効果を奏する。
次に、第2実施形態について図7を参照しながら説明する。本実施形態については、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施形態の説明において、第1実施形態と同じ構成要素等については同じ名称、符号等を用いることにする。
これに対して、本実施形態の場合、検出部26に印加されるバイアス電圧の設定動作は、発生部21が発生させた電磁波Wのうち導光路部28が直接検出部26に導いた一部の電磁波Wを用いて行われる。
10A 電磁波検出システム
20 電磁波送受信部
21 発生部
21A 電磁波発生部
21B ホーンアンテナ
22 コリメートレンズ
23 ビームスプリッタ
24 対物レンズ(出射部の一例)
25 集光レンズ
26 検出部
26A 電磁波検出部
26B ホーンアンテナ
27 反射板(反射部の一例、導波部の一例)
271 反射板における発生部側を向く面(金属面の一例)
27A 反射板(反射部及び導波部の他の一例)
27B 反射板(反射部及び導波部の他の一例)
27C 反射板(反射部及び導波部の他の一例)
27D 反射板(反射部及び導波部の他の一例)
27E 反射板(反射部及び導波部の他の一例)
28 導光路部(導波部の他の一例)
30 制御部
32 記憶部
40 バイアス電圧生成部
50 信号増幅部
60 バイアス・ティ回路部
CP 制御プログラム
MO 対象物
O 光軸
RA 対物レンズにおける電磁波が入射する領域
W 電磁波
Claims (8)
- 電磁波を発生させる発生部と、
前記発生部から離れて配置され、前記発生部が発生させた電磁波を対象物に向けて出射する出射部と、
前記対象物で反射した電磁波を検出する検出部と、
前記検出部に印加されるバイアス電圧を生成する生成部と、
前記発生部と前記出射部との間に配置され、前記発生部が発生させる電磁波のうちの一部の電磁波を前記検出部に導く導波部と、
前記検出部による前記一部の電磁波の検出結果に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御部と、
を備える電磁波検出システム。 - 前記導波部は、前記一部の電磁波が前記検出部に導かれるように、前記一部の電磁波を反射させる反射部を有する、
請求項1に記載の電磁波検出システム。 - 前記反射部は、前記発生部と前記出射部とが並ぶ方向から見て、前記出射部に入射する電磁波の光軸に対し対称形状とされている、
請求項2に記載の電磁波検出システム。 - 前記反射部は、前記発生部と前記出射部とが並ぶ方向から見て、前記出射部に入射する電磁波の光軸と重なって配置されている、
請求項2又は3に記載の電磁波検出システム。 - 前記反射部は、前記発生部と前記出射部とが並ぶ方向から見て、円形又は正多角形とされている、
請求項2〜4のいずれか1項に記載の電磁波検出システム。 - 前記発生部と前記出射部とが並ぶ方向から見た、前記出射部における電磁波の入射面積に対する前記反射部の面積の比率は、5%以上50%以下とされている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電磁波検出システム。 - 前記反射部における前記発生部側に向く面は、金属面とされている、
請求項2〜6のいずれか1項に記載の電磁波検出システム。 - 前記発生部は、共鳴トンネルダイオードとされている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電磁波検出システム。
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