WO2012108306A1 - 異物検出装置及び異物検出方法 - Google Patents

異物検出装置及び異物検出方法 Download PDF

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foreign matter
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健二 愛甲
成弥 田中
康子 青木
川口　浩
啓 志村
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a foreign matter detection device and a foreign matter detection method, and more particularly to a foreign matter detection device and a foreign matter detection method using far infrared rays or the like.
  • a method of detecting scattered light using a dark field configuration is used as a means for highly sensitively detecting a small-size foreign matter adhering to the surface of a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate.
  • An electrode sheet which is one of LIB members, is obtained by coating an electrode mixture, which is a mixture containing an active material, a conductive additive, and a binder, on a metal foil as a current collector.
  • an electrode mixture which is a mixture containing an active material, a conductive additive, and a binder
  • the positive electrode material generally has LiCoO 2 or the like having a particle diameter of several ⁇ m to several tens of ⁇ m, which is the same as the film thickness, and the visible light transmittance is 0.1% or less. It is difficult to detect foreign matter in the film using visible light.
  • Patent Document 1 terahertz light having a wavelength of 50 ⁇ m to 2 mm is irradiated on a paper sheet, terahertz reflected light reflected on the front and back surfaces of the paper sheet is detected, and the phase difference of the detected terahertz reflected light is detected.
  • a paper sheet inspection method for detecting the thickness of a paper sheet by detecting the strength of interference is disclosed.
  • Patent Document 2 introduces a method for measuring a terahertz time waveform in a single shot with the THz pulse and the probe pulse light being non-coaxial for the purpose of realizing a complete real-time measurement.
  • An apparatus for real-time terahertz tomography and terahertz spectroscopic imaging in which a scanning mechanism is not required by irradiating a THz pulse with a line condensing state and using a two-dimensional imaging device as a detector is disclosed.
  • the polarization axis of the polarizer is changed in accordance with the specific polarization axis of the object to be inspected, the light from the irradiation means is polarized and irradiated to the object to be inspected, and the analyzer has the polarization axis of the polarizer.
  • a defect inspection apparatus that detects a defect in an inspection object by detecting a change in transmission amount or a change in reflection amount through light transmitted or reflected from the inspection object in accordance with the polarization axis by a light detection means. Has been.
  • Patent Document 4 discloses a surface inspection apparatus that determines the surface shape of a metal by using a microwave having a wavelength of 10 ⁇ m to 1 mm and detecting a reflected wave from a surface to be measured.
  • Patent Document 5 discloses an inspection method for examining the internal structure of an object formed by assembling powder particles by transmitting infrared light having a wavelength sufficiently longer than the diameter of the powder particles into the powder particles. Yes.
  • Patent Document 6 an object to be inspected is irradiated with a pulsed or continuous sub-terahertz electromagnetic wave having a wavelength of 600 ⁇ m to 3 mm (0.5 THz to 100 GHz), and a difference in propagation time or transmittance due to the substance is utilized.
  • An apparatus for inspecting foreign matter in a powder is disclosed.
  • Non-Patent Document 1 describes the wavelength dependence of the refractive index and absorption coefficient of various metals and composite oxides.
  • JP 2009-300279 A WO2006 / 085403 Japanese Patent Application No. 2007-502543
  • An object of the present invention is to detect the surface of an object such as an electrode mixture film or a foreign substance contained in the object and improve the reliability of the object.
  • the present invention detects a foreign object contained in a surface of an object or the object by irradiating the object with illumination light having a wavelength of 4 ⁇ m to 10 mm and detecting scattered light from the object as a signal. It is characterized by.
  • the object is irradiated with illumination light having a wavelength of 4 ⁇ m to 10 mm, and the scattered light from the object is detected as a signal, so that the surface of the object or a foreign substance contained in the object is detected. And the reliability of the object can be improved.
  • the present invention is a detection device and detection for detecting foreign substances (metals, etc.) mixed in a multi-particle structure (electrode mixture layer, etc.) formed of particles that transmit far infrared rays, etc., as an object. It is about the method.
  • terahertz waves that pass through a complex oxide such as an active material are used as illumination light, and this terahertz wave is irradiated in a DF configuration to an electrode material film (electrode mixture layer) containing metal foreign objects as objects, metal foreign objects Scattered light (that is, light terahertz waves that have passed through the complex oxide hit the metal foreign matter and diffusely reflected) is generated.
  • a foreign object can be detected by detecting the scattered light. That is, when terahertz waves belonging to far-infrared rays are used, the influence of scattering by the active material particles is reduced, the transmittance is also several tens of percent, and the scattered light from the metal foreign matter in the film can be detected. Become.
  • the scattered light can be efficiently detected by disposing a scattered light detection optical system that captures the scattered light above the electrode material film.
  • the foreign matter detection device is also called a foreign matter inspection device
  • the foreign matter detection method is also called a foreign matter inspection method.
  • the foreign object detection device is a foreign object detection device that detects a surface of a target object or a foreign object in the target object, and includes an illumination light generation unit that generates illumination light to irradiate the target object, and scattered light from the target object. And a scattered light detection unit that detects light as a signal using a light receiving element, and the wavelength of illumination light is 4 ⁇ m to 10 mm.
  • the foreign matter contained in the surface of the object or the object includes not only the surface of the object or the foreign substance contained in the object but also the surface of the object and the object. Foreign materials shall be included.
  • the scattered light includes light scattered in the process in which the illumination light passes through the object and light irregularly reflected by a foreign substance contained in the object.
  • the foreign object detection device further includes a regular reflection light detection unit that detects regular reflection light from the object using a light receiving element.
  • the specularly reflected light refers to light reflected at the same angle as the illumination light elevation angle, which is the angle at which the illumination light is incident on the object. However, light that falls within the range of the aperture angle of the optical system when detecting regular reflection light is included.
  • the foreign object detection device further includes a smoothing processing unit that smoothes a signal obtained by the scattered light detection unit, and a filter processing unit that filters the smoothed signal smoothed by the smoothing processing unit. Including.
  • the foreign object detection device further includes a clarification processing unit that performs differential processing on the noise removal signal obtained by the filter processing unit.
  • the foreign object detection device further includes a heterodyne that processes a signal obtained by at least one of the scattered light detection unit and the regular reflection light detection unit, and a lock-in amplifier.
  • the foreign object detection device further includes a synchronous detection unit that processes a signal obtained by at least one of the scattered light detection unit and the regular reflection light detection unit, and a lock-in amplifier.
  • the foreign object detection device further includes a nonlinear crystal element that converts at least one of the scattered light and the regular reflection light, and at least one of the scattered light detection unit and the regular reflection light detection unit is Including infrared and visible light detectors.
  • the illumination light generation unit includes a combination of a femtosecond pulse laser and a photoconductive antenna InGa electrostrictive element, a combination of a nanosecond pulse laser and a nonlinear crystal element, a terahertz wave Including a quantum cascade laser that generates terahertz waves, a Schottky barrier diode that generates terahertz waves, a Gunn diode, or a tannet diode.
  • the wavelength of the terahertz wave is 4 ⁇ m to 10 mm.
  • the foreign object detection device further includes a focal length adjustment unit that adjusts the focal lengths of the scattered light and the regular reflection light.
  • At least one of the scattered light detection unit and the regular reflection light detection unit includes a one-dimensional sensor or a two-dimensional sensor in which a plurality of sensors are arranged.
  • the foreign object detection device further calculates the thickness of the target object or the depth of the foreign object contained in the target object from the signal obtained by the specular reflection light detection unit, or analyzes or targets the foreign substance component.
  • An analysis unit that detects moisture contained in the object is included.
  • the foreign object detection method is a foreign object detection method for detecting a surface of an object or a foreign object in the object, the step of irradiating the object with illumination light, and detecting scattered light from the object as a signal.
  • the wavelength of the illumination light is 4 ⁇ m to 10 mm.
  • the foreign object detection method further includes a step of smoothing and filtering the scattered light signal.
  • the foreign object detection method further includes a step of differentiating the filtered signal.
  • the foreign object detection method further includes a step of detecting regular reflection light from the object.
  • the foreign object detection method further includes a step of converting at least one wavelength of scattered light and regular reflection light.
  • the foreign object detection method further includes a step of adjusting the focal lengths of the scattered light and the regular reflection light.
  • the foreign object detection method further calculates the thickness of the object or the depth of the foreign object included in the object from the signal obtained by detecting the specularly reflected light, or analyzes the component of the foreign object, or A step of detecting moisture contained in the object.
  • FIG. 1 shows an outline of a method for detecting a metallic foreign object buried in an electrode mixture layer of a lithium ion secondary battery (LIB).
  • LIB lithium ion secondary battery
  • Foreign objects such as metal particles (hereinafter also referred to as metal foreign objects) buried in the electrode mixture layer that is the object.
  • a method of detecting scattered light from a metal foreign object is an effective means.
  • illumination light electromagnetic wave
  • the particle size of the active material used for the LIB electrode is about 1 to 30 ⁇ m.
  • the particle size of the metal foreign object to be detected is in the range from 10 ⁇ m, which is about the same as that of the active material, to 80 ⁇ m, which is the thickness (film thickness) of a general mixture layer.
  • a typical example is a case where the particle size of the active material is about 10 ⁇ m and the particle size of the metal foreign matter is about 30 ⁇ m.
  • the particle size of the metal foreign object to be detected depends on the film thickness and the particle size of the active material, it is not limited to the above range. It may be in a range in which foreign matter such as mixed metal particles can be detected.
  • the path of the illumination light irradiated to the object is classified into four. That is, [I] light that passes through the active material (electrode mixture layer) and reaches the metal foreign matter, [II] part of the illumination light that is reflected on the upper surface of the active material (electrode mixture layer) [III] light that is reflected and scattered by the surface of the metal foreign matter, and [IV] light that is transmitted through the active material (electrode mixture layer) and is regularly reflected by the current collector (metal plate) Light.
  • scattered light from a metal foreign object can be generated using illumination light having a wavelength that passes through the active material under such conditions, the scattered light from the metal particles (metal foreign object) in the active material can be detected. Can do. When the scattered light from the metal particles enters the scattered light detector, a signal S is obtained.
  • an unnecessary signal (noise N) is generated.
  • the signal S decreases, and it becomes difficult to distinguish it from the reflected / scattered light signal (noise N) from the active material.
  • the noise N that lowers the foreign matter detection sensitivity contained in the scattered light from the active material is reduced.
  • a detection signal ratio that can be taken out from the scattered light detection unit when detecting metal particles, that is, a condition that determines the detection sensitivity using the S / N ratio.
  • the light not reflected from the metal particles is further regularly reflected by the current collector after passing through the active material.
  • a device is devised so that this regular reflection light is not normally detected.
  • a scattered light detector is arranged so as not to detect this regular reflection light.
  • an electromagnetic wave having a long wavelength since it generally has a property of increasing the transmittance of the substance, an electromagnetic wave having a wavelength several tens of times larger than the particle diameter becomes a condition for illumination light for scattering detection.
  • an electromagnetic wave (having a wavelength of several hundreds ⁇ m) having a wavelength about 10 times the size (particle size) of the active material is included in a region from a far-infrared wavelength band to a wavelength band called a terahertz wave, and scattered light. It can be a candidate for illumination light when foreign matter is detected by the detection method.
  • a terahertz wave refers to an electromagnetic wave having a frequency of about 1 THz (wavelength 300 ⁇ m), a frequency band of 0.1 THz to 10 THz (wavelength 30 ⁇ m to 3000 ⁇ m (3 mm)), or a frequency band of frequency 0.3 THz to 3 THz (wavelength 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m (1 mm)).
  • the particle size of the active material or foreign material is different from the above particle size, it can be estimated that the same phenomenon and effect can be achieved by changing the wavelength.
  • far infrared light wavelength 4 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • millimeter waves wavelength 1 mm to 10 mm
  • the term “terahertz wave” or “terahertz illumination light” includes the above-described far infrared light and millimeter wave regions. It is used as a term.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing the principle of scattering of terahertz waves, and shows a case where terahertz waves are irradiated to the LIB electrode.
  • an electrode 10 is obtained by applying an electrode mixture layer 700 containing an active material 701, a conductive additive and a binder as constituent elements on both sides of a current collector 710 (usually a metal foil). is there.
  • a metal foreign substance 720 may be mixed.
  • a detection optical unit 260 and a scattered light detector 200 configured by a condensing lens or the like are installed.
  • the transmitted light 656 passing through the electrode mixture layer 700 and the upper surface of the electrode mixture layer 700 are reflected. Reflected light 654 is generated. A part of the transmitted light 656 is reflected by the metal foreign object 720 and becomes scattered light 660. Further, the transmitted light 658 that has not been irradiated onto the metal foreign object 720 is reflected by the current collector 710 and becomes specularly reflected light 670.
  • the scattered light 660 is collected by the detection optical unit 260 and detected by the scattered light detector 200.
  • a light source illumination light generator
  • a combination of a femtosecond pulse laser and a photoconductive antenna InGa electrostrictive element, a nanosecond pulse laser and a nonlinear crystal are used.
  • Examples include a combination of a conversion element (nonlinear crystal element), a quantum cascade laser (QCL) that generates terahertz waves, a Schottky barrier diode (SBD) that generates terahertz waves, a Gunn diode, and a tannet diode.
  • QCL quantum cascade laser
  • SBD Schottky barrier diode
  • the scattered light signal detected by the scattered light detector 200 and converted into an electrical signal is sent to a signal conversion unit 507 that removes noise.
  • the scattered light signal is usually detected as a potential difference.
  • the signal conversion unit 507 receives the scattered light signal, and processes the noise N included in the scattered light signal, and the differential processing of the signal that has passed through the noise processing unit 505 and from which the noise N has been removed.
  • a manifestation processing unit 506 is provided.
  • the noise processing unit 505 is provided with a smoothing processing unit 502 that smoothes the scattered light signal, and a filter processing unit 504 that filters the signal smoothed by the smoothing processing unit 502.
  • a set value (threshold value) obtained in advance by calculation or actual measurement is prepared, and a detection value lower than this set value among the signals sent from the smoothing processing unit 502 is determined as noise N. Therefore, it is regarded as 0 (zero), and the noise N is removed.
  • the signal S that has passed through the signal converter 507 becomes an output 500.
  • the revealing processing unit 506 it is preferable to provide the revealing processing unit 506 because the signal S is easily revealed, but it may not be provided.
  • noise processing by the noise processing unit 505 will be briefly described.
  • the noise generation factors can be broadly classified into two. One is externally generated noise as an unnecessary signal that jumps in from the outside of the apparatus. The other is internally generated noise as an unnecessary signal generated inside the device, for example, generated inside the circuit.
  • a smoothing processing unit 502 is provided.
  • the smoothing processing unit 502 can smooth the externally generated noise, and can exhibit an effect as an active noise countermeasure.
  • An example of the smoothing processing unit 502 is a ferrite core.
  • a filter processing unit 504 functions as a bandpass filter that limits the signal band based on the condition for detecting internally generated noise and the condition for limiting the sampling period, and can reduce noise in other bands. Can increase the effect.
  • the light transmitted through the electrode mixture layer 700 is reflected by the surface of the current collector 710 to become regular reflection light 670.
  • the electrode mixture layer 700 includes the metal foreign matter 720 (metal particle)
  • part of the transmitted light of the terahertz illumination light 100 is reflected by the metal foreign matter 720 in the film and becomes scattered light 660 upward.
  • the detection optical unit 260 arranged at the position is entered.
  • the scattered light 660 is collected by a lens, a mirror, or the like in the detection optical unit 260 and introduced into the scattered light detector 200.
  • FIG. 2B is a graph showing the distribution of scattered light of terahertz waves.
  • the horizontal axis represents the pixel number, and the vertical axis represents the scattered light intensity.
  • the output of the scattered light detector 200 has an intensity distribution spatially and has a peak at the center of the horizontal axis. That is, the peak of the scattered light intensity clearly indicates that the metal foreign object 720 has been detected, and thus is defined as a signal S. Scattered light in a region where the intensity of scattered light other than the peak is low is a factor that hinders detection of the signal S, and thus is called noise. In this figure, the maximum value of noise is shown as noise N.
  • the metal foreign matter 720 having a smaller particle diameter can be detected easily and reliably when the S / N ratio is higher. That is, even if the particle size of the metal foreign object 720 is small and the signal S is low, the metal foreign object 720 can be determined if the noise N is low.
  • the terahertz illumination light 100 that has not been reflected by the metal foreign object 720 is reflected by the current collector 710 to become specularly reflected light 670 and travels to a region other than the detection optical unit 260.
  • specularly reflected light 670 is strong, it is preferable to separately provide an antireflection portion for preventing reflection so that the light does not become stray light when hitting a member such as a frame inside the apparatus.
  • a transmission experiment was performed in which the active material 701 was irradiated with a terahertz wave having a wavelength of about 10 times the particle size of the active material 701, and the transmittance was measured.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a sample (sample) for measuring transmittance.
  • An electrode mixture containing an active material 701 is applied to a part of the surface of a Si wafer (silicon wafer) that is a base material 730 that transmits the terahertz illumination light 100 (terahertz wave) to form an electrode mixture layer 700 having a thickness of 50 ⁇ m. Formed. Therefore, the base material 730 has a region where the electrode mixture layer 700 is formed and a region where the electrode mixture layer 700 is not formed.
  • the transmittance of the terahertz illumination light 100 in the electrode mixture layer 700 was calculated by irradiating each region with the terahertz illumination light 100 and measuring the intensity of the transmitted light.
  • FIG. 3B is a graph showing the measurement results of transmittance.
  • the horizontal axis represents the wavelength of the terahertz illumination light 100 (terahertz wave) as a logarithmic axis, and the vertical axis represents the transmittance M / R.
  • the transmittance is expressed as a percentage. Further, the wavelength shown on the horizontal axis decreases as it goes to the right.
  • This figure shows that the transmittance decreases as the wavelength of the terahertz wave becomes shorter. For example, when the wavelength is 3 mm (0.1 THz), the transmittance is 60%, but when the wavelength is 100 ⁇ m (3 THz), the transmittance is reduced to several percent. Thus, it can be seen that the transmittance of the terahertz illumination light 100 in the electrode mixture layer 700 including the active material 701 can be increased by appropriately selecting the wavelength.
  • FIG. 4A shows a state when the irradiated light is reflected or transmitted at the interface.
  • the refractive index of the incident side medium and n i the incident angle in the case where the refractive index of the transmitted side medium was n t and phi i, the refraction angle and phi t, a reflection angle phi r .
  • the scattering coefficient representing the intensity of scattered light due to the Rayleigh scattering phenomenon can be calculated by the following calculation formula (1).
  • n is the number of particles
  • d is a particle diameter
  • ⁇ is a wavelength
  • the reflection coefficient m can be calculated using the following formulas (2) to (4).
  • the calculation formula (3) is for calculating the reflection coefficient m s of S-polarized light
  • the calculation formula (4) is for calculating the reflection coefficient m p of P-polarized light.
  • Non-Patent Document 1 when the wavelength of the irradiated light is 150 ⁇ m, the refractive index of aluminum is 358 and the absorption coefficient is 425. Regarding the refractive index and absorption coefficient of other metals such as copper, iron, and SUS steel, which are other metal foreign matters that need to be detected, NPL 1 does not describe sufficient data in the terahertz region. As a result of extrapolating the data of Patent Document 1, it was found that it was about the same as aluminum (about three digits).
  • the electrode mixture includes an active material that is a compound such as LiCoO 2 , a conductive aid that is a fine particle of a carbonaceous material, a binder that is a resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber (SBR), and the like.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • FIG. 4B shows setting conditions for simulating the intensity of scattered light.
  • the terahertz illumination light 100 is irradiated to the substrate 310 at a predetermined illumination light elevation angle ⁇ and scattered.
  • the scattered light is collected by a detection optical unit 260 having an aperture angle 2 ⁇ and converted into an electric signal by the scattered light detector 200.
  • the scattered light detector 200 is arranged in a direction perpendicular to the substrate 310, and calculates the sum of the amounts of light entering the predetermined opening angle 2 ⁇ to obtain the scattered light intensity.
  • the substrate 310 is made of aluminum, and one foreign particle 300 (aluminum particle) is placed on the substrate 310.
  • FIG. 4C shows an example of the result of the simulation based on the setting conditions of FIG. 4B.
  • the horizontal axis is the particle size of the foreign particle 300, and the vertical axis is the logarithmic axis with the scattered light intensity.
  • the wavelength ⁇ of the terahertz illumination light 100 is 150 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the scattered light intensity (indicated by A in the figure) is 10 of the incident light quantity. -4 times.
  • the scattered light intensity (indicated by B in the figure) is about 10 ⁇ 7 times the incident light amount. That is, the difference in signal intensity (scattered light intensity) obtained by the scattered light detector 200 is different by about 1000 times. Therefore, it can be seen that when the wavelength ⁇ is 500 ⁇ m, it is difficult to detect the foreign particles 300 with a weak signal, and when the wavelength ⁇ is 150 ⁇ m, it is easy to detect the foreign particles 300.
  • FIG. 5 shows the result of simulation of the change in scattered light intensity due to the difference in material and particle size.
  • the particle diameter is taken on the horizontal axis, and the scattered light intensity is taken on the vertical axis to make the logarithmic axis.
  • the refractive index was set to 358 and the absorption coefficient was set to 425 based on Non-Patent Document 1, as in FIG. 4C.
  • the active material physical property values were assumed assuming LiCoO 2 and the like. That is, with reference to data such as LiNbO 3 described in Non-Patent Document 1, it was assumed that the refractive index was 1.6 and the absorption coefficient was 0.
  • the scattered light intensity (indicated by A in the figure) is about 10 ⁇ 4 times the amount of incident light.
  • terahertz waves close to a wavelength of 100 ⁇ m (3 THz) are advantageous as illumination light used for detecting scattered light, and a wavelength in the range of 30 to 200 ⁇ m is preferable.
  • the wavelength is 500 ⁇ m, there is a high possibility that it is difficult to detect scattered light. For this reason, wavelengths in the range of 30 ⁇ m or more and less than 500 ⁇ m are suitable.
  • the wavelength of the terahertz wave is preferably in the range of 30 ⁇ m or more and less than 500 ⁇ m, and more preferably in the range of 30 to 200 ⁇ m, in the case of active materials and metal foreign substances that meet the above conditions such as particle size.
  • the desirable range of the wavelength varies depending on the thickness of the electrode mixture layer, such as the type of active material to be processed, the particle diameter, and the like.
  • FIG. 6A shows a schematic configuration of the optical system of the foreign object detection device.
  • the foreign object detection apparatus shown in this figure uses far infrared rays (terahertz illumination light 100) because of the requirement to efficiently detect scattered light 660.
  • the foreign object detection apparatus has an illumination light aperture 130, a scattered light detector 200, and a regular reflection light detector 210 as main components.
  • the terahertz illumination light 100 is applied to an object (work) such as an electrode sheet that flows in the work movement direction 520 to form a line-shaped bright portion 140.
  • the terahertz illumination light 100 is applied to the object from the direction of the illumination light azimuth ⁇ and the illumination light elevation angle ⁇ . Further, the terahertz illumination light 100 is irradiated at an illumination light aperture angle ⁇ .
  • the object may include a metal foreign object 720.
  • Most of the terahertz illumination light 100 irradiated on the object becomes specularly reflected light 670 and travels to the specularly reflected light detector 210.
  • a part of the scattered light 660 (including the reflected light 654 shown in FIG. 2A) from the object passes through the scattered light detection opening 220 and travels toward the scattered light detector 200.
  • Part of the reflected light from the metal foreign object 720 also enters the scattered light detector 200.
  • the terahertz illumination light 100 passes through the active material and becomes the metallic foreign matter 720.
  • the scattered light 660 that reaches and is reflected from the metal foreign object 720 can also pass through the active material and be detected by the scattered light detector 200. In this case, it is desirable to install the scattered light detector 200 at a position where the scattered light 660 from the metal foreign object 720 can be captured with the highest sensitivity.
  • the scattered light 660 from the metallic foreign material 720 is generated and the reflected light 654 (see FIG. 2A. The same shall apply hereinafter).
  • the reflected light 654 from the active material is preferably reduced for the purpose of detecting the scattered light 660 from the metal foreign object 720 with high sensitivity.
  • the arrangement of the detection optical system of the scattered light 660 is such that the signal of the metal foreign object 720 is the highest and the noise due to the scattered light 660 from the active material is the lowest, and the elevation angle ⁇ and azimuth of the terahertz illumination light 100 ⁇ , the opening angle ⁇ of the illumination light opening 130, and the arrangement of the scattered light detection opening 220 and the scattered light detector 200 are determined.
  • These arrangements may be experimentally determined as optimal values, or when the shape and physical property values (for example, refractive index and absorption coefficient) of the object generating the scattered light 660 and the metal foreign object 720 are known.
  • the optimum values such as the elevation angle ⁇ and the azimuth angle ⁇ of the terahertz illumination light 100 in which the scattered light 660 becomes strong may be grasped using a simulation of the scattering phenomenon.
  • the scattered light 660 and the metal foreign object 720 have different angles of scattered light
  • the scattered light 660 is shielded by the opening of the detection optical unit, and a diaphragm is installed at a position where the scattered light from the metal foreign object 720 passes.
  • the detection optical unit is a Fourier transform lens
  • a detection optical unit that allows the scattered light from the metal foreign object 720 to pass through a diaphragm that selectively blocks the scattered light 660 on the Fourier transform surface is manufactured. Is also possible.
  • FIG. 6B is a graph showing the distribution of scattered light 660 detected by the scattered light detector 200.
  • This figure shows the distribution of the brightness (incident light intensity) of the scattered light 660 two-dimensionally incident on the sensor of the scattered light detector 200 in three-dimensional coordinates.
  • the scattered light detector 200 is not a single sensor, but is a two-dimensionally arranged sensor (referred to as a two-dimensional sensor) or a one-dimensionally arranged sensor (referred to as a one-dimensional sensor). ) Is desirable.
  • the terahertz illumination light 100 is irradiated on the surface of the target object in a wide area, and is irradiated on the surface of the target object as the line-shaped bright portion 140 so as to be conjugate with the two-dimensional sensor or the one-dimensional sensor.
  • the illumination optical system including the illumination light aperture 130 is arranged so as to form a line-shaped bright portion 140 in parallel with the direction in which the one-dimensional sensors are arranged.
  • an illumination optical system that forms a wide bright portion in a planar shape is desirable.
  • the illumination optical system forms a desired shape using a member including a condensing lens, a reflection mirror, and the like, and forms a bright portion with a uniform illumination intensity so as to reduce a light amount difference between the central portion and the peripheral portion.
  • the size of the inspection area and the size of the terahertz illumination light 100 are determined in consideration of the required detection pixel size, the number of pixels of the scattered light detector 200, resolution, cost effectiveness, and the like. If a wider range of inspections need to be performed simultaneously, a plurality of inspection optical systems including the illumination light aperture 130, the scattered light detector 200, the specular reflection light detector 210, etc. are preferably arranged in parallel. It is good to install in.
  • the scattered light detector 200 is required to efficiently detect the scattered light 660 of the metallic foreign matter 720 (metal particles) included in the object.
  • the sensor side and the object side of the scattered light detector 200 have a so-called focused relationship.
  • Autofocus is a function that automatically adjusts the focal length, and is performed by the focal length adjuster.
  • FIG. 6C is a graph showing the distribution of the regular reflection light 670 detected by the regular reflection light detector 210.
  • This figure shows the distribution of the brightness (incident light intensity) of the specularly reflected light 670 that is incident two-dimensionally on the sensor of the specularly reflected light detector 210 in three-dimensional coordinates.
  • the specularly reflected light detector 210 having a two-dimensional sensor or a one-dimensional sensor (also simply referred to as a sensor) at a position conjugate with the object point in the optical path of the specularly reflected light 670 is used. Deploy. When the position where the terahertz illumination light 100 is reflected, that is, the position where the specularly reflected light 670 is generated (corresponding to the position of the object point in the detection of the scattered light 660) moves up and down. Accordingly, the distribution of the regular reflection light 670 in the sensor varies. This means that the distribution of the regular reflection light 670 in the sensor corresponds to the position of the terahertz illumination light 100. The distribution of the regular reflection light 670 detected by this sensor is fed back to control the position of the object point. Thereby, an autofocus function can be realized.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration for improving the sensitivity of the foreign substance inspection apparatus.
  • This figure shows a circuit configuration in which the signals detected by the scattered light detector 200 and the specular reflection light detector 210 are processed by the heterodyne 400 and the lock-in amplifier 410.
  • Each of the heterodyne 400 and the lock-in amplifier 410 includes a local oscillator 420 (Local Oscillator), an attenuator 430 (ATT), and an integration circuit 435.
  • the terahertz illumination light 100 is irradiated from the light source 80 and irradiated through the illumination optical system 90 to form a line-shaped bright portion 140.
  • the metal foreign object 720 When the amount of scattered light 660 from the metal foreign object 720 decreases and the signal voltage value decreases, and when the voltage value of noise caused by the scattered light 660 from the active material or noise generated from the detection circuit approaches, the metal foreign object is stable. Cannot be detected. Therefore, a separate noise reduction measure is required. As means for reducing noise, a heterodyne detection method and a lock-in detection method are desirable.
  • the amount of scattered light 660 is reduced as the size of the metal foreign object 720 is reduced.
  • noise is also amplified, which causes erroneous detection. Therefore, in order to reduce amplifier noise during amplification, a signal having the same frequency as the scattered light signal detected by the scattered light detector 200 is supplied to the integrating circuit 435 by the local oscillator 420 and the attenuator 430. As a result, the frequency of the detection signal is converted (reduced) to the MHz band, and signal amplification is performed in the amplifier reduction noise region.
  • the heterodyne 400 is used as means for converting the frequency of the detection signal.
  • the detection signal when a signal having a frequency in the THz band + MHz band is input as a reference signal in the detector with respect to the detection signal in the terahertz region, the detection signal can be converted into the MHz band having a difference frequency of the detection signal.
  • Noise can be removed with a band-pass filter 440 (BPF) in the MHz band, and a low-noise amplifier 450 can be inserted in the subsequent stage to obtain an output in the MHz band with reduced noise.
  • BPF band-pass filter 440
  • the measurement light, the reference light, and the interference light are represented by the following calculation formulas (5), (6), and (7), respectively.
  • ⁇ 1 is the frequency of the terahertz illumination light 100 (measurement illumination light)
  • ⁇ 2 is the frequency integrated in the heterodyne 400
  • ⁇ 1 - ⁇ 2 is the frequency of MHz output from the heterodyne. It is a target value.
  • frequency omega 2 is selected to omega 1 - [omega] 2 is several MHz.
  • a lock-in detection method as a means for revealing and taking out a foreign substance detection signal whose noise has been reduced by the heterodyne 400.
  • a signal having a frequency in the same MHz band as the signal detected by the heterodyne 400 is supplied from the local oscillator 420 to the integrating circuit 435 via the attenuator 430.
  • the signal change in this case is expressed by the following calculation formula (8) as a formula of the intensity of the synthesized wave.
  • the 2 ⁇ component is blocked by passing through a low-pass filter 460 (LPF) arranged at the subsequent stage.
  • LPF low-pass filter 460
  • the signal obtained as an output by this signal processing is the scattered light signal 500 of the metallic foreign object 720, which is A / 2 as shown in the calculation formula (8).
  • a synchronous detection unit and a lock-in amplifier are provided, and a method using the synchronous detection and the lock-in amplifier by using these also has the same noise reduction effect. Can be issued.
  • This method is a proven method for transmission and reception of general AM radio. Specifically, a modulation frequency is added to the transmission side, modulated and transmitted toward the space, and the reception side can receive by selecting only the same frequency as the transmission side. is there. By selecting the frequency on the receiving side, noise can be removed, and thereafter only the foreign substance signal can be detected with high sensitivity from the lock-in amplifier.
  • the present invention can be applied to foreign object detection in dielectric materials such as ceramics and resin members, which are multi-particle structures formed by solidifying particles.
  • FIG. 8A shows a configuration in which an optical system is devised and detection is performed in the near-infrared or visible light region, and the detection is accelerated to be applicable to a mass production line of an object such as an electrode sheet. .
  • This figure shows an example in which the specularly reflected light 670 is detected by a two-dimensional planar photoelectric conversion element (light receiving sensor) or a one-dimensional photoelectric conversion element (line sensor).
  • the planar photoelectric conversion element is a kind of two-dimensional sensor
  • the one-dimensional photoelectric conversion element is a kind of one-dimensional sensor.
  • a detection method that converts it into visible light using a non-linear crystal element (EO crystal element 600) for photoelectric conversion. is there.
  • the wavelength region of sensing can be shortened.
  • the region can be from visible light to infrared light.
  • the EO crystal element 600 uses the Pockels effect.
  • the Pockels effect is a phenomenon in which when an electric field E is applied to a crystal element, the refractive index in a certain crystal direction varies due to the electric field E.
  • the terahertz illumination light 100 (terahertz wave) is applied to the electrode mixture layer 700 including the metal foreign matter 720, and regular reflection light 670 is generated.
  • a part of a nanosecond pulse laser (wavelength is an infrared light or visible light region) before the terahertz illumination light 100 (terahertz wave) is generated by a nonlinear crystal is branched into a probe light 620, which is positive.
  • the optical path length when passing through the EO crystal element 600 varies.
  • the phase of the probe light 620 that has passed changes. Due to this phase change, the polarization direction of the incident probe light 620 changes.
  • the variation in the amount of light passing through the quantum infrared / visible light detector 650 By detecting the variation in the amount of light passing through the quantum infrared / visible light detector 650, the variation in the amount of light of the terahertz wave is detected. That is, the variation in the reflection position of the terahertz illumination light 100, the film thickness, and the like can be detected at high speed.
  • the point of using the principle of the Pockels effect is the same as that in the case where the EO crystal element 600 is used in the specular reflection light detection optical system.
  • scattered light 660 when scattered light 660 is generated, pump light enters the EO crystal element 600. Due to the scattered light 660, the refractive index of the EO crystal element 600 varies.
  • the probe light 630 used in the scattered light detection optical system branches a nanosecond pulse laser (wavelength is an infrared light or visible light region) before the terahertz illumination light 100 is generated by a nonlinear crystal. The light is converted by passing through the polarizing plate 610.
  • the phase of the probe light 630 that has passed changes.
  • the polarization direction of the incident probe light 630 changes.
  • a polarizing plate 610 is disposed on the entrance side of the EO crystal element, and an analyzer plate 640 is disposed on the exit side so as to be at an appropriate angle with respect to the polarization angle of the probe light 630.
  • the scattered light 660 of the metal foreign object 720 can be detected at high speed and with high sensitivity.
  • the method shown in this figure is a method for extracting the Pockels effect of the EO crystal element 600 due to the terahertz wave by the phase change of the passing laser beam.
  • the change in the phase of the laser beam also occurs due to the reflection of the EO crystal element 600.
  • a laser beam is irradiated from the sensor side, and the reflected light from the EO crystal element 600 is detected by the sensor as a change in the amount of light at the polarizing plate 610 in the same manner as the transmitted light.
  • terahertz waves can be detected.
  • FIG. 8B is an explanatory diagram showing the relationship between the intensity of specularly reflected light, the film thickness, and the depth of foreign matter.
  • FIG. 8C is a schematic diagram illustrating a method for calculating the film thickness from the distribution of the intensity of regular reflected light.
  • the regular reflection light 670 from the electrode mixture layer 700 is reflected from the upper surface of the electrode mixture layer 700 (upper surface reflection light 530 in FIG. 8C) and from the lower surface of the electrode mixture layer 700.
  • regular reflection light lower surface reflection light 540 in FIG. 8C.
  • the infrared / visible light detector 650 can recognize the upper surface and the lower surface of the electrode mixture layer 700 as position information. Furthermore, the film thickness (thickness) of the electrode mixture layer 700 can be detected by detecting the distance between the upper surface and the lower surface.
  • the thickness of the electrode mixture layer 700 affects the performance of the battery.
  • the thickness of the electrode mixture layer 700 is measured using other means and is used as a management item in the production process.
  • a reflection signal from the metal foreign matter 720 is included in the film thickness information (foreign matter reflection light 535 in FIG. 8C). Can be detected.
  • the depth information in which the metal foreign object 720 is buried can be detected at the same time.
  • FIG. 9A is a schematic configuration diagram showing a foreign matter inspection apparatus having a moisture analysis function and a foreign matter component analysis function.
  • FIG. 9B is a graph showing the frequency distribution of illumination light.
  • FIG. 9C is a graph showing a moisture spectrum.
  • FIG. 9D is a graph showing a spectrum of foreign matter.
  • terahertz waves are light (electromagnetic waves) having a wavelength of several tens to several hundreds of ⁇ m, they cause vibration and absorption phenomena at the molecular level in the irradiated material.
  • a femtosecond pulse laser 170 is converted into terahertz illumination light 100 by a photoconductive antenna element 180 (photoconductive antenna InGa electrostrictive element), and is irradiated onto an object.
  • a part of the femtosecond pulse laser 170 is branched and used as the probe light 630 via the reflector 345 and the like.
  • the reflecting plate 345 is movable in the reflecting plate moving direction 350, whereby the path length of the probe light 630 can be adjusted.
  • the probe light 630 is applied to the photoconductive antenna element 180 that detects the scattered light 660 and the specularly reflected light 670.
  • the probe light 630 is incident from the back side of the surface of the photoconductive antenna element 180 on which the scattered light 660 and the specularly reflected light 670 are incident.
  • a signal output 470 is obtained from the photoconductive antenna element 180 that detects the scattered light 660 and the specularly reflected light 670.
  • the femtosecond pulse laser 170 has a broad frequency distribution.
  • the autofocus function and the analysis of moisture contained in the LIB can be realized at the same time. Furthermore, the component of the foreign substance detected from the scattered light can be analyzed in the same manner.
  • Water analysis is performed using the signal output 470 obtained from the photoconductive antenna element 180 which is a specular reflection light detector.
  • a femtosecond pulse laser 170 is used as a light source, and a broadband terahertz wave is generated using a photoconductive antenna element 180.
  • a broadband terahertz wave is generated using a photoconductive antenna element 180.
  • FIG. 9C schematically shows a moisture fingerprint spectrum measured with a terahertz wave.
  • the fingerprint spectrum of moisture is obtained by converting the brightness phase and amplitude of specular reflection light.
  • LIB When LIB operates as a battery and water is contained in its active material, the movement of Li ions is inhibited. For this reason, in a normal production line, a dry room is used to prevent adhesion of moisture, and the active material is focused on drying.
  • One function of the foreign substance inspection apparatus is to perform a moisture content inspection at the same time as the foreign substance inspection, which leads to a significant increase in function as the inspection apparatus.
  • the spectrum of the component of the foreign material contained in the electrode mixture layer and the electrode mixture layer is detected from the component of the scattered light.
  • the spectral component of the foreign substance in the film can be analyzed by analyzing the wavelength of the scattered light. This utilizes a phenomenon in which a change appears in the reflection spectrum of scattered light from vibration at the molecular level.
  • the spectrum of a foreign material is obtained by converting the brightness phase and amplitude of scattered light from the foreign material. In the case of managing the process, if the component of the foreign matter is known, the cause of occurrence can be grasped, and the foreign matter can be quickly reduced, so that the effect is great.
  • a femtosecond pulse laser 170 is used.
  • terahertz wave energy is desirable.
  • the detection of scattered light can be realized by using the femtosecond pulse laser 170 as a light source and converting the femtosecond pulse laser 170 to obtain the terahertz illumination light 100. Analysis and scattered light detection can be realized simultaneously.
  • FIG. 10A is a schematic diagram showing a configuration in the case where scattered light is detected by a one-dimensional sensor.
  • FIG. 10B is a schematic diagram illustrating a configuration in a case where scattered light is detected by a two-dimensional sensor.
  • the one-dimensional sensor is a plurality of sensors arranged in one column
  • the two-dimensional sensor is a plurality of sensors arranged in a plurality of columns.
  • the terahertz illumination light 100 is irradiated onto the workpiece moving in the workpiece movement direction 520 to form a line illumination 140, and scattered light therefrom is detected by the one-dimensional sensor 1010 via the detection optical unit 260.
  • the one-dimensional sensor 1010 is desirably arranged in a direction orthogonal to the workpiece movement direction 520.
  • the terahertz illumination light 100 is irradiated onto a workpiece moving in the workpiece movement direction 520 to form a planar illumination 1030, and scattered light from this is detected by the two-dimensional sensor 1020 via the detection optical unit 260.
  • One-dimensional sensors are generally inexpensive. In addition, since it takes only a short time to read the detected signal, image measurement can be performed at a high speed. Furthermore, a wide object can be inspected at a high speed by using a pixel having thousands of pixels in one column.
  • the one-dimensional sensor preferably moves the workpiece when inspecting a planar member.
  • ⁇ Two-dimensional sensors can obtain a wide area of information by collecting data once. Further, it is possible to easily reveal the defect from the wide area information.
  • the two-dimensional sensor preferably uses illumination light that irradiates a wide area in order to maximize its data collection function.
  • a two-dimensional sensor has more image information than a one-dimensional sensor, it is desirable to include a buffer memory and a calculation unit having a parallel processing function in order to perform image measurement at a high speed.
  • the calculation unit is also desirable for smooth movement of the workpiece.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the foreign substance inspection apparatus.
  • illumination light is irradiated toward an object from an illumination light irradiation unit 1101 including an illumination light generation unit 1102 and an illumination optical system 1103.
  • Scattered light from the object is received by the scattered light detection unit 1105 via the scattered light detection optical system 1104.
  • the regular reflection light from the object is received by the regular reflection light detection unit 1107 via the regular reflection light detection optical system 1106. The operation of these is controlled by the control unit 1110.
  • the signals obtained by the scattered light detection unit 1105 and the specular reflection light detection unit 1107 are sent to the smoothing processing unit 502 of the signal conversion unit 507, and are sent to the control unit 1110 via the filter processing unit 504 and the revealing processing unit 506. Sent.
  • the smoothing processing unit 502 and the filter processing unit 504 constitute a noise processing unit 505.
  • the scattered light detection unit 1105 and the specular reflection light detection unit 1107 are provided with a two-dimensional sensor or the like and the signal becomes enormous and difficult to process in real time, the scattered light detection unit 1105 and the specular reflection light detection
  • the signal obtained by the unit 1107 is sent to the calculation unit 1120 and is sent to the control unit 1110 via the buffer memory 1121 and the parallel processing unit 1122. Thereby, the overflow of the signal in the control part 1110 can be prevented.
  • the signals obtained by the scattered light detection unit 1105 and the specular reflection light detection unit 1107 are sent to the analysis unit 1130, and the presence / absence of moisture, the type of foreign matter, and the like can be analyzed.
  • the terahertz wave illumination light is expanded to an area corresponding to the size of the sensor and obliquely irradiated, and the detection optical system is arranged vertically above the object such as a battery sheet, thereby maintaining the focus, and At the same time, inspection and analysis of a large area of foreign matter can be performed.
  • the range that can be inspected at the same time can be expanded. Further, by arranging the detection optical units corresponding to the width dimension of the electrode sheet, the entire surface can be inspected in one pass.
  • the material of the substance can be analyzed by measuring the spectral distribution of reflected light or scattered light from the substance.
  • the electrode material contains moisture, so that the advantage of enabling analysis of the moisture content is great.
  • the reflected position can be detected by converting the regular reflected light into visible light using an EO element and detecting the position of the regular reflected light using a visible light sensor, and an autofocus function can be provided using this data. .

Abstract

　本発明は、電極合剤の膜等、対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物を検出し当該検査対象物の信頼性を向上する異物検出装置及び異物検出方法を提供する。対象物にテラヘルツ照明光１００（波長４μｍ～１０ｍｍ）を照射し、対象物の例である電極１０からの散乱光６６０を散乱光検出器２００にて信号として検出することにより、電極１０の表面若しくは電極１０の中に含まれる異物、例えば、金属異物７２０を検出する。ここで、電極１０は、集電体７１０の両面に活物質７０１と導電助剤とバインダとを構成要素として含む電極合剤層７００を塗工したものであり、散乱光６６０は、透過光６５６の一部が金属異物７２０にて反射して発生したものである。

Description

異物検出装置及び異物検出方法
　本発明は、異物検出装置及び異物検出方法に係り、特に遠赤外線等を用いた異物検出装置及び異物検出方法に関する。
　リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）は、近年、需要が急激に伸びている。
　しかしながら、ＬＩＢを製造する際、電池の内部に微小金属異物が混入する問題が残っている。このため、生産工程において金属異物の検出精度を高めることが望まれている。
　一般に、半導体ウェハや液晶基板などの表面に付着した微小サイズの異物を高感度に検出する手段としては、ダークフィールド構成（ＤＦ構成）を用いた散乱光を検出する方法が用いられている。
　ＬＩＢの部材の１つである電極シートは、活物質と導電助剤とバインダとを含む混合物である電極合剤を集電体である金属箔に塗工したものである。この電極合剤の膜に混入した異物を生産工程において検査する場合、膜に含まれる微小サイズ（数μｍ程度）の金属異物を高感度に検出することを要求されている。電池材料のうち、正極材料は、一般に、粒子径が数μｍ乃至膜厚と同程度の数十μｍであるＬｉＣｏＯ２等を構成要素としているため、可視光の透過率が０．１％以下となり、可視光を用いて膜中異物を検出することは困難である。
　特許文献１には、波長５０μｍ～２ｍｍのテラヘルツ光を紙葉類に対して照射し、紙葉類の表面および裏面で反射されるテラヘルツ反射光を検出し、検出したテラヘルツ反射光の位相差による干渉の強さを検知して紙葉類の厚さを検出する紙葉類の検査方法が開示されている。
　特許文献２には、完全な実時間測定を実現することを目的とし、ＴＨｚパルスとプローブパルス光を非共軸とし、テラヘルツ時間波形をシングルショットで計測する手法を導入し、さらに、測定対象物に対してＴＨｚパルスを線集光の状態で照射し、検出器として２次元イメージングデバイスを用いることにより走査機構が不要とした実時間テラヘルツ・トモグラフィー及びテラヘルツ分光イメージングの装置が開示されている。
　特許文献３には、被検査物の固有の偏光軸に合わせ偏光子の偏光軸を変え、照射手段からの光を偏光して被検査物に照射し、検光子は、偏光軸を偏光子の偏光軸に合わせ、被検査物からの透過光、或いは反射光を通して透過量の変化、或いは反射量の変化を光検出手段で検出することにより、被検査物の欠陥を検出する欠陥検査装置が開示されている。
　特許文献４には、波長１０μｍ～１ｍｍのマイクロ波を用い、被測定対象面からの反射波を検出することにより、金属の表面形状を決定する表面検査装置が開示されている。
　特許文献５には、粉体粒子の直径より波長が充分長い赤外線を粉体粒子内部に透過させることにより、粉体粒子を集合して構成した被検体の内部構造を調べる検査方法が開示されている。
　特許文献６には、波長６００μｍ～３ｍｍ（０．５ＴＨｚ～１００ＧＨｚ）のパルス状あるいは連続したサブテラヘルツ電磁波を被検査物に照射し、その物質による伝播時間の差又は透過率の差を利用して粉粒体中の異物検査を行う装置が開示されている。
　非特許文献１には、各種の金属、複合酸化物等の屈折率及び吸収係数の波長依存性が記載されている。
特開２００９－３００２７９号公報 ＷＯ２００６／０８５４０３（特願２００７－５０２５４３） 特開２００６－７８４２６号公報 特開２００５－２１４７５８号公報 特開２００１－１４１６４７号公報 特開２００１－６６３７５号公報
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　波長４００～７００ｎｍ程度の可視光から波長１μｍ付近の赤外光までの領域においては、電極合剤の膜に照射した光の大部分が吸収される。さらに、波長数μｍの近赤外線の領域においては、活物質粒子による散乱の影響が大きく、照射した光を透過させることができない。
　本発明の目的は、電極合剤の膜等、対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物を検出し、当該対象物の信頼性を向上することにある。
　本発明は、対象物に波長４μｍ～１０ｍｍの照明光を照射し、対象物からの散乱光を信号として検出することにより、対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物を検出することを特徴とする。
　本発明によれば、対象物に波長４μｍ～１０ｍｍの照明光を照射し、該対象物からの散乱光を信号として検出することにより、当該対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物を検出し、当該対象物の信頼性を向上することができる。
リチウムイオン二次電池の電極合剤層に混入した異物の検出方法の概要を示したフロー図である。 テラヘルツ波の散乱の原理を示す模式図である。 テラヘルツ波の散乱光の分布を示すグラフである。 透過率を測定する試料を示す概略断面図である。 電極合剤層の透過率の波長依存性を示すグラフである。 照射された光が界面において反射又は透過する際の状態を示す概念図である。 照明光を照射した金属粒子からの散乱光強度をシミュレーションによって算出するための条件を示す構成図である。 金属粒子の粒径に対する散乱光強度の波長依存性を示すグラフである。 活物質及び金属粒子の粒径及び屈折率を考慮した散乱光強度を示すグラフである。 異物検出装置の光学系を示す概略構成図である。 散乱光検出器によって測定した散乱光の分布を示すグラフである。 正反射光検出器によって測定した正反射光の分布を示すグラフである。 異物検査装置の感度を向上するための回路を示す構成図である。 異物検査装置による検出を高速化するための光学系を示す概略構成図である。 正反射光強度と膜厚及び異物の深さとの関係を示す説明図である。 正反射光強度の分布から膜厚を算出する方式を示す模式図である。 水分分析機能及び異物成分分析機能を有する異物検査装置を示す概略構成図である。 照明光の周波数分布を示すグラフである。 異物のスペクトルを示すグラフである。 水分のスペクトルを示すグラフである。 散乱光の検出を１次元センサによって行う異物検査装置を示す概略構成図である。 散乱光の検出を２次元センサによって行う異物検査装置を示す概略構成図である。 異物検査装置の回路構成を示すブロック図である。
　本発明は、対象物として、特に、遠赤外線等を透過する粒子で形成された多粒子構造体（電極合剤層等）に混入した異種異物（金属等）を検出するための検出装置及び検出方法に関するものである。
　活物質等の複合酸化物を透過するテラヘルツ波を照明光として使用し、このテラヘルツ波を、対象物としての金属異物を含む電極材料膜（電極合剤層）にＤＦ構成で照射すると、金属異物から散乱光（複合酸化物を透過したテラヘルツ波が金属異物に当たって乱反射した光である。）が発生する。その散乱光を検出することで異物を検出することができる。すなわち、遠赤外線に属するテラヘルツ波を用いると、活物質粒子による散乱の影響が小さくなり、透過率も数十％となって、膜中の金属異物からの散乱光を検出することができるようになる。
　好適には、その散乱光を捕捉する散乱光検出光学系を電極材料膜の上方に配置することにより、その散乱光を効率良く検出することができる。
　以下、本発明の一実施形態に係る異物検出装置及び異物検出方法について説明する。
　なお、本明細書において、異物検出装置を異物検査装置、異物検出方法を異物検査方法ともいう。
　前記異物検出装置は、対象物の表面若しくは該対象物の中の異物を検出する異物検出装置であって、対象物に照射する照明光を発生する照明光発生部と、対象物からの散乱光を受光素子を用いて信号として検出する散乱光検出部とを含み、照明光の波長は、４μｍ～１０ｍｍであることを特徴とする。なお、対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物には、対象物の表面若しくは該対象物の中に含まれる異物のみならず、対象物の表面および該対象物の中に含まれる異物も含まれるものとする。
　ここで、散乱光は、照明光が対象物を透過する過程で散乱した光、及び、対象物に含まれる異物によって乱反射した光を含むものとする。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、対象物からの正反射光を受光素子を用いて検出する正反射光検出部を含む。
　ここで、正反射光とは、照明光が対象物に入射する角度である照明光仰角と同じ角度で反射した光をいう。ただし、正反射光を検出する際の光学系の開口角の範囲内にある光を含むものとする。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、散乱光検出部で得られた信号を平滑化する平滑化処理部と、この平滑化処理部で平滑化された平滑化信号をフィルタリングするフィルタ処理部とを含む。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、フィルタ処理部で得られたノイズ除去信号を微分処理する顕在化処理部を含む。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、散乱光検出部及び正反射光検出部のうち少なくともいずれかで得られた信号を処理するヘテロダインと、ロックインアンプとを含む。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、散乱光検出部及び正反射光検出部のうち少なくともいずれかで得られた信号を処理する同期検波部と、ロックインアンプとを含む。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、散乱光及び正反射光のうち少なくともいずれかの波長を変換する非線形結晶素子を含み、散乱光検出部及び正反射光検出部のうち少なくともいずれかは、赤外・可視光検出器を含む。
　好適には、前記異物検出装置において、照明光発生部は、フェムト秒パルスレーザと光伝導アンテナＩｎＧａ電歪素子とを組み合わせたもの、ナノ秒パルスレーザと非線形結晶素子とを組み合わせたもの、テラヘルツ波を発生する量子カスケードレーザ、テラヘルツ波を発生するショットキーバリアダイオード、ガンダイオード又はタンネットダイオードを含む。
　好適には、前記異物検出装置において、テラヘルツ波の波長は、４μｍ～１０ｍｍである。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、散乱光及び正反射光の焦点距離を調節する焦点距離調節部を含む。
　好適には、前記異物検出装置において、散乱光検出部及び正反射光検出部のうち少なくともいずれかは、複数個のセンサを配列した１次元センサ又は２次元センサを含む。
　好適には、前記異物検出装置は、さらに、正反射光検出部で得られた信号から、対象物の厚さ若しくは対象物に含まれる異物の深さの算出、又は異物の成分の分析若しくは対象物に含まれる水分の検出を行う分析部を含む。
　前記異物検出方法は、対象物の表面若しくは該対象物の中の異物を検出する異物検出方法であって、対象物に照明光を照射する工程と、対象物からの散乱光を信号として検出する工程とを含み、照明光の波長は、４μｍ～１０ｍｍであることを特徴とする。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、散乱光の信号を平滑化し、フィルタリングする工程を含む。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、フィルタリングした信号を微分処理する工程を含む。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、対象物からの正反射光を検出する工程を含む。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、散乱光及び正反射光のうち少なくともいずれかの波長を変換する工程を含む。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、散乱光及び正反射光の焦点距離を調節する工程を含む。
　好適には、前記異物検出方法は、さらに、正反射光を検出して得られた信号から、対象物の厚さ若しくは対象物に含まれる異物の深さの算出、又は異物の成分の分析若しくは対象物に含まれる水分の検出を行う工程を含む。
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
　図１は、リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）の電極合剤層の中に埋もれた金属異物を検出する方法の概要を示したものである。
　対象物である電極合剤層の中に埋もれた金属粒子等の異物（以下、金属異物とも呼ぶ。
）の検出を高感度に行なうという目的のためには、金属異物からの散乱光を検出する方式が有効な手段である。この方式においては、条件として、電極合剤層に含まれる活物質を透過する照明光（電磁波）が必要である。
　ＬＩＢの電極に用いる活物質の粒径は、おおよそ１～３０μｍ程度である。これに対して、検出の対象となる金属異物の粒径は、活物質と同程度の１０μｍから一般的な合剤層の厚さ（膜厚）である８０μｍまでの範囲である。典型的な例としては、活物質の粒径が約１０μｍであって金属異物の粒径が約３０μｍの場合である。ただし、検出の対象となる金属異物の粒径は、膜厚や活物質の粒径に依存するため、上記の範囲に限定されるものではなく、例えば、遠赤外線を透過する粒子の集合体に混入した金属粒子等の異物を検出可能な範囲であれば良い。
　本図においては、対象物に照射された照明光の経路は、４つに分類される。すなわち、［Ｉ］活物質（電極合剤層）を透過する光であって金属異物に達する光、［ＩＩ］照明光の一部であって活物質（電極合剤層）の上面にて反射する光、［ＩＩＩ］金属異物の表面にて反射して散乱する光、及び［ＩＶ］活物質（電極合剤層）を透過する光であって集電体（金属板）にて正反射する光である。
　このような条件の下で活物質を透過する波長の照明光を用いて金属異物からの散乱光を発生させることができれば、活物質中の金属粒子（金属異物）からの散乱光を検出することができる。この金属粒子からの散乱光が散乱光検出部に入ると信号Ｓとなる。
　一方、活物質からの反射光が散乱光検出器に入ると不要な信号（ノイズＮ）となる。後述するが、粒子が微小サイズになる場合には、信号Ｓが減少し、活物質からの反射・散乱光の信号（ノイズＮ）との区別が困難になる。この場合には、好適には、活物質からの散乱光に含まれる異物検出感度を低下させるノイズＮを、低減させるようにすると良い。
　ノイズＮを低減するための好ましい態様としては、金属粒子を検出する際、散乱光検出部から取出せる検出信号比、つまり、Ｓ／Ｎの比率を用いて検出の感度を決める条件と良い。上記において金属粒子から反射しない光は、更に活物質を透過した後に集電体で正反射される。この正反射光を通常は検出しないような工夫をしている。例えば、この正反射光を検出しないように、散乱光検出器を配置するようにしている。
　波長の長い電磁波の場合、一般に、物質の透過率が高くなる性質を有するため、粒子径から数十倍の波長の電磁波が散乱検出用の照明光の条件になる。ＬＩＢの場合、活物質のサイズ（粒径）の１０倍程度の波長を持つ電磁波（波長数百μｍ）は、遠赤外線の波長帯からテラヘルツ波と呼ばれる波長帯までの領域に含まれ、散乱光検出方式で異物検出をする場合の照明光の候補とすることができる。
　一般に、テラヘルツ波とは、周波数１ＴＨｚ（波長３００μｍ）前後の電磁波をいい、０．１ＴＨｚ～１０ＴＨｚの周波数帯（波長３０μｍ～３０００μｍ（３ｍｍ））又は周波数０．３ＴＨｚ～３ＴＨｚの周波数帯（波長１００μｍ～１０００μｍ（１ｍｍ））をいう。
　活物質や異物の粒径が上記の粒径と異なる場合であっても、波長を変えることにより、同様の現象及び効果が成り立つことは推定できる。例えば、粒径がサブマイクロメートルオーダー～数μｍである場合には、遠赤外光（波長４μｍ～１００μｍ）が適用できる。また、粒径が数百μｍ～１ｍｍの場合には、ミリ波（波長１ｍｍ～１０ｍｍ）が有効である。よって、波長が変わっても同様の効果が期待できる場合は、本明細書においては、「テラヘルツ波」又は「テラヘルツ照明光」という用語を、上記の遠赤外光及びミリ波の領域をも含む用語として用いている。
　図２Ａは、テラヘルツ波の散乱の原理を示す模式図であり、ＬＩＢの電極にテラヘルツ波を照射した場合を示したものである。
　本図において、電極１０は、集電体７１０（通常は金属箔である。）の両面に活物質７０１と導電助剤とバインダとを構成要素として含む電極合剤層７００を塗工したものである。電極合剤層７００には、金属異物７２０が混入する場合がある。電極１０の上方には、集光レンズ等で構成された検出光学部２６０及び散乱光検出器２００が設置してある。
　電極１０に斜方からテラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波とも呼び、ＴＨｚ波とも表記する。）を照射すると、電極合剤層７００を透過する透過光６５６及び電極合剤層７００の上面にて反射する反射光６５４が発生する。そして、透過光６５６の一部は、金属異物７２０にて反射し、散乱光６６０となる。また、金属異物７２０に照射されなかった透過光６５８は、集電体７１０にて反射し、正反射光６７０となる。散乱光６６０は、検出光学部２６０によって集光され、散乱光検出器２００によって検出される。
　なお、テラヘルツ照明光１００を発生する光源（照明光発生部）の例としては、フェムト秒パルスレーザと光伝導アンテナＩｎＧａ電歪素子とを組み合わせたもの、ナノ秒パルスレーザと非線形結晶で形成された変換素子（非線形結晶素子）とを組み合わせたもの、テラヘルツ波を発生する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）、テラヘルツ波を発生するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ガンダイオード、タンネットダイオード等が挙げられる。
　散乱光検出器２００によって検出されて電気信号となった散乱光信号は、ノイズを除去する信号変換部５０７に送られる。散乱光信号は、通常、電位差として検出される。信号変換部５０７には、散乱光信号を受信し、散乱光信号に含まれるノイズＮを処理するノイズ処理部５０５と、ノイズ処理部５０５を通過してノイズＮを除去された信号を微分処理する顕在化処理部５０６とが設けられている。
　ノイズ処理部５０５には、散乱光信号を平滑化する平滑化処理部５０２と、平滑化処理部５０２で平滑化された信号をフィルタリングするフィルタ処理部５０４が設けられている。フィルタ処理部５０４においては、予め計算や実測により求めた設定値（閾値）を用意しておき、平滑化処理部５０２から送られた信号のうちこの設定値よりも低い検出値をノイズＮと判別して０（零）とみなし、ノイズＮを除去する。信号変換部５０７を通過した信号Ｓは、出力５００となる。
　なお、顕在化処理部５０６は設けた方が、信号Ｓが顕在化しやすくなるため好ましいが、設けなくてもよい。
　ここで、ノイズ処理部５０５によるノイズ処理について簡単に説明する。
　ノイズの発生要因としては、大別すると２つに区分けされる。一つは、装置外部から内部へ飛び込んでくる不要な信号としての外部発生ノイズである。他の一つは、装置内部で発生する、例えば、回路の内部で発生する不要な信号としての内部発生ノイズである。
　外部発生ノイズとしての一般的な高周波の外乱ノイズでは、鋭いスパイク状になっているノイズの割合が多い。そのため、平滑化処理部５０２を設ける。この平滑化処理部５０２によって外部発生ノイズを平滑化処理することができ、積極的なノイズ対策として効果を発揮することができる。平滑化処理部５０２としては、フェライトコア等が一例として挙げられる。
　一方、内部発生ノイズの発生要因は種々あるが、その代表的な一つに熱雑音などがあり、一般に周波数帯域（レンジ）は広帯域に渡っている。そのため、フィルタ処理部５０４を設ける。このフィルタ処理部５０４は、内部発生ノイズの検出する条件やサンプリング周期の限定条件から信号帯域を限定するバンドパスフィルタとして機能し、それ以外の帯域のノイズを低減することができ、フィルタリングによるノイズ低減の効果を上げることができる。
　テラヘルツ照明光１００のうち、電極合剤層７００を透過したものは、集電体７１０の表面で反射して正反射光６７０となる。
　電極合剤層７００（膜）に金属異物７２０（金属粒子）が含まれる場合、テラヘルツ照明光１００の透過光の一部は、膜中の金属異物７２０で反射し、散乱光６６０となって上方に配置した検出光学部２６０に入る。散乱光６６０は、検出光学部２６０においてレンズやミラーなどによって集光され、散乱光検出器２００に導入される。
　図２Ｂは、テラヘルツ波の散乱光の分布を示すグラフである。横軸に画素番号をとり、縦軸に散乱光強度をとっている。
　本図において、散乱光検出器２００の出力は、空間的に強度分布を有するものであり、横軸の中央部にピークを有する。すなわち、散乱光強度のピークは、金属異物７２０を検出したことを明示するものであるため、信号Ｓと定義する。ピーク以外の散乱光強度が低い領域における散乱光は、信号Ｓの検出を阻害する要因となるものであるため、ノイズと呼ぶ。本図においては、ノイズの最大値をノイズＮとして示している。
　信号ＳとノイズＮとの比として表現すると、Ｓ／Ｎ比が高い方が、粒径の小さい金属異物７２０を容易に、かつ、確実に検出することができる。すなわち、金属異物７２０の粒径が小さく、信号Ｓが低い場合であっても、ノイズＮが低ければ金属異物７２０を判別することができる。
　金属異物７２０で反射しなかったテラヘルツ照明光１００は、集電体７１０で反射して正反射光６７０となり、検出光学部２６０以外の領域に向かう。正反射光６７０が強い場合には、好適には、装置内部のフレームなどの部材に当たって迷光とならないように、別途、反射を防止する反射防止部を設けるようにしても良い。
　活物質７０１の粒径の１０倍程度の波長を有するテラヘルツ波を活物質７０１に照射する透過実験を行い、透過率を実測した。
　図３Ａは、透過率を測定する試料（サンプル）を示す概略断面図である。
　テラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）を透過する基材７３０であるＳｉウェハ（シリコンウェハ）の表面の一部に活物質７０１を含む電極合剤を塗布して厚さ５０μｍの電極合剤層７００を形成した。したがって、基材７３０は、電極合剤層７００を形成した領域と形成していない領域とを有する。それぞれの領域に対してテラヘルツ照明光１００を照射し、その透過光の強度を測定することにより電極合剤層７００におけるテラヘルツ照明光１００の透過率を算出した。
　すなわち、基材７３０に電極合剤層７００を形成していない領域における透過光強度Ｒと、電極合剤層７００を形成した領域における透過光強度Ｍとから、これらの比であるＭ／Ｒを計算し、透過率とした。
　図３Ｂは、透過率の測定結果を示したグラフである。横軸にテラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）の波長をとって対数軸とし、縦軸に透過率Ｍ／Ｒをとっている。ここで、透過率は百分率で表している。また、横軸に示す波長は、右方向に進むほど値が小さくなっている。
　本図から、テラヘルツ波の波長が短くなるに従って、透過率が低下することが判る。たとえば、波長が３ｍｍ（０．１ＴＨｚ）の場合、透過率は６０％であったが、波長が１００μｍ（３ＴＨｚ）の場合、透過率は数％に低下する。このように、波長を適当に選択することによって、活物質７０１を含む電極合剤層７００におけるテラヘルツ照明光１００の透過率を高くすることができることがわかる。
　次に、散乱光の強度に影響する因子について説明する。
　図４Ａは、照射された光が界面において反射又は透過する際の状態を示したものである。
　本図において、入射する側の媒質の屈折率をｎｉとし、透過する側の媒質の屈折率をｎｔとした場合の入射角をφｉとし、屈折角をφｔとし、反射角をφｒとしてある。
　レイリー散乱現象による散乱光の強度を表す散乱係数は、下記計算式（１）で算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｍは反射係数であり、ｎは粒子数であり、ｄは粒子径であり、λは波長である。
　反射係数ｍは、下記計算式（２）～（４）を用いて算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ここで、上記計算式（３）は、Ｓ偏光の反射係数ｍｓを算出するものであり、上記計算式（４）は、Ｐ偏光の反射係数ｍｐを算出するものである。
　例えば、非特許文献１によれば、照射する光の波長が１５０μｍの場合、アルミニウムの屈折率は３５８であり、その吸収係数は４２５である。その他の検出が必要な金属異物である銅、鉄、ＳＵＳ鋼等の他の金属の屈折率及び吸収係数については、非特許文献１にもテラヘルツ領域における十分なデータが記載されていないが、非特許文献１のデータを外挿することにより類推した結果、アルミニウムと同程度（３桁程度）であることがわかった。
　一方、電極合剤には、ＬｉＣｏＯ２等の化合物である活物質、炭素質材料の微粒子である導電助剤、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の樹脂であるバインダなどが含まれる。これらについても、テラヘルツ領域における十分なデータは得られていないが、非特許文献１に記載された測定結果から類推すると、屈折率は、金属の値に比べて３桁ほどの差があることがわかる。
　図４Ｂは、散乱光の強度をシミュレーションするための設定条件を示したものである。
　本図において、テラヘルツ照明光１００は、基板３１０に対して所定の照明光仰角φで照射され、散乱する。散乱光は、開口角２θを有する検出光学部２６０によって集光され、散乱光検出器２００によって電気信号に変換される。散乱光検出器２００は、基板３１０に対して垂直方向に配置し、所定の開口角２θの中に入る光量和を計算して散乱光強度を求めている。基板３１０はアルミニウム製であるとし、基板３１０には、１個の異物粒子３００（アルミニウム粒子）を置いてあるとする。なお、開口角２θと開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）との関係は、光学系の媒質である空気の屈折率を１とみなした場合、ＮＡ＝ｓｉｎθである。
　図４Ｃは、図４Ｂの設定条件に基づくシミュレーションの結果の例を示したものである。横軸に異物粒子３００の粒径をとり、縦軸に散乱光強度をとって対数軸としている。
　本図は、テラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）を斜方（φ＝１３°）より照射し、基板３１０に対して垂直方向に配置した開口角２θ＝４０°（ＮＡ＝０．３４２）の検出光学部２６０で検出した場合を示したものである。テラヘルツ照明光１００の波長λは、１５０μｍ及び５００μｍの場合を例として示している。
　λ＝１５０μｍの場合は、非特許文献１に基づいて、屈折率を３５８とし、吸収係数を４２５とした。一方、λ＝５００μｍの場合は、非特許文献１のデータから類推して、屈折率を８２２とし、吸収係数を８６９とした。
　本図において、基板３１０に置かれた異物粒子３００（アルミニウム粒子）の粒径が３０μｍの場合、波長λを１５０μｍとすると、散乱光強度（図中、Ａで示す。）は、入射光量の１０－４倍程度になる。これに対して、異物粒子３００の粒径が３０μｍの場合において波長λを５００μｍとすると、散乱光強度（図中、Ｂで示す。）は、入射光量の１０－７倍程度になる。すなわち、散乱光検出器２００で得られる信号強度（散乱光強度）の差は、１０００倍程度相違することになる。したがって、波長λが５００μｍの場合、微弱の信号では異物粒子３００の検出が困難であり、波長λが１５０μｍの場合、異物粒子３００の検出が容易であることがわかる。
　次に、物質の反射率による散乱光強度の相違について検討する。
　図５は、材質及び粒径の相違による散乱光強度の変化についてシミュレーションを行った結果を示したものである。横軸に粒径をとり、縦軸に散乱光強度をとって対数軸としている。
　対象とした材料は、アルミニウム及び活物質である。λ＝１５０μｍの場合を例として示している。
　本図においても、図４Ｃと同様に、テラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）を斜方（φ＝１３°）より照射し、基板３１０に対して垂直方向に配置した開口角２θ＝４０°（ＮＡ＝０．３４２）の検出光学部２６０で検出した場合を示している。
　アルミニウムについては、図４Ｃと同様に、非特許文献１に基づいて、屈折率を３５８とし、吸収係数を４２５とした。一方、活物質については、ＬｉＣｏＯ２等を想定して物性値を仮定した。すなわち、非特許文献１に記載されたＬｉＮｂＯ３等のデータを参照して、屈折率を１．６とし、吸収係数を０と仮定した。
　本図において、粒径３０μｍのアルミニウムの粒子の場合、散乱光強度（図中、Ａで示す。）は、入射光量の１０－４倍程度である。これに対し、粒径１０μｍの活物質の粒子の場合、散乱光強度（図中、Ｃで示す。）は、入射光量の１０－７倍程度である。すなわち、Ｓ／Ｎ比＝１０００で検出することができることがわかる。
　以上のことから、ＬＩＢの活物質の中の金属異物の検出においては、活物質を透過する適切な波長を有する電磁波（テラヘルツ波）、及び、その散乱光強度の違いを利用することが可能であり、高感度に異物の検出が可能であることがわかる。
　以上の材料の透過率特性やシミュレーションの結果などを検討し、更にパラメータサーベイを行った結果、たとえば、活物質の透過率の高い（約６０％）波長３ｍｍ（０．１ＴＨｚ）の場合、金属異物への照射する光は多くすることができるが、散乱光強度は１０－７に減少してしまうことがわかった。一方、活物質の透過率の低い波長１５０μｍ（２ＴＨｚ）の場合、透過率は数％で少ないが、散乱光強度は１０－４を得ることができることがわかった。
　すなわち、散乱光量の変動が大きいため、散乱光の検出に使用する照明光としては、波長１００μｍ（３ＴＨｚ）に近いテラヘルツ波が有利であり、３０～２００μｍの範囲の波長が好適である。一方、波長５００μｍの場合は、散乱光の検出が困難となる可能性が高い。このため、３０μｍ以上かつ５００μｍ未満の範囲の波長が好適である。
　テラヘルツ波の波長の適切な範囲に関してまとめると次のようになる。
　テラヘルツ波の波長は、上記の粒径等の条件に該当する活物質及び金属異物の場合、３０μｍ以上かつ５００μｍ未満の範囲が望ましく、３０～２００μｍの範囲が更に望ましい。ただし、波長の望ましい範囲は、対象とする活物質の種類、粒径等、電極合剤層の厚さによっても異なる。
　次に、散乱光検出を行うために効率的な条件について検討する。
　図６Ａは、異物検出装置の光学系の概略構成を示したものである。
　本図に示す異物検出装置は、散乱光６６０の検出を効率良く行なうという要求から、遠赤外線（テラヘルツ照明光１００）を用いている。
　本図において、異物検出装置は、照明光開口部１３０、散乱光検出器２００及び正反射光検出器２１０を主要な構成要素としている。テラヘルツ照明光１００は、ワーク移動方向５２０に流れる電極シート等の対象物（ワーク）に照射され、ライン状明部１４０を形成する。ここで、テラヘルツ照明光１００は、対象物に対して照明光方位角α、照明光仰角φの方向から照射される。また、テラヘルツ照明光１００は、照明光開口角βで照射される。
　対象物には、金属異物７２０が含まれる場合がある。対象物に照射されたテラヘルツ照明光１００の多くは、正反射光６７０となって正反射光検出器２１０に向かう。また、対象物からの散乱光６６０（図２Ａに示す反射光６５４を含む。）の一部は、散乱光検出開口部２２０を通過して散乱光検出器２００に向かう。金属異物７２０からの反射光の一部も散乱光検出器２００に入るようになっている。
　対象物であるＬＩＢ用電極材料に含まれる金属異物７２０を検出する場合には、テラヘルツ照明光１００の波長を適切に選択することにより、テラヘルツ照明光１００が活物質を透過して金属異物７２０に到達し、かつ、金属異物７２０から反射される散乱光６６０も活物質を透過して散乱光検出器２００によって検出することができる。この場合は、最も感度良く金属異物７２０からの散乱光６６０を捕捉できる位置に散乱光検出器２００を設置することが望ましい。
　また、ＬＩＢ用電極材料に含まれる活物質の透過率が１００％でない限り、金属異物７２０からの散乱光６６０の発生と同時に、多粒子構造体であるＬＩＢ用電極材料からも反射光６５４（図２Ａに示す。以下同じ。）が発生する。活物質からの反射光６５４は、金属異物７２０からの散乱光６６０を感度良く検出する目的からは、低減することが望ましい。
　そこで、散乱光６６０の検出光学系の配置においては、金属異物７２０の信号が最も高く、かつ、活物質からの散乱光６６０によるノイズが最も低い配置とし、テラヘルツ照明光１００の仰角φ、方位角α、及び照明光開口部１３０の開口角β、並びに散乱光検出開口部２２０及び散乱光検出器２００の配置を決めている。これらの配置は、実験的に最適値を求めてもよいし、散乱光６６０を発生する対象物や金属異物７２０の形状や物性値（たとえば、屈折率や吸収係数）がわかっている場合には、散乱現象のシミュレーションを用いて散乱光６６０が強くなるテラヘルツ照明光１００の仰角φ、方位角α等の最適値を把握してもよい。
　また、図示していないが、Ｐ偏光又はＳ偏光で散乱光６６０と金属異物７２０との信号強度比が変わる場合には、偏光板を用いてテラヘルツ照明光１００の偏光方向を変えることも有効である。
　さらに、散乱光６６０及び金属異物７２０の散乱光の角度が異なる場合には、検出光学部の開口部で散乱光６６０を遮光して、金属異物７２０からの散乱光を通す位置に絞りを設置することも可能である。また、検出光学部がフーリエ変換レンズである場合には、フーリエ変換面に散乱光６６０を選択的に遮光する絞りを設置して金属異物７２０からの散乱光を通過させる検出光学部を製作することも可能である。
　このようにして、効率が良く、高感度な散乱光検出が可能な異物検出装置を実現することができる。
　次に、金属異物７２０の検査を行う場合の散乱光検出器２００の操作について説明する。
　図６Ｂは、散乱光検出器２００で検出した散乱光６６０の分布を示すグラフである。
　本図は、散乱光検出器２００のセンサに２次元的に入射した散乱光６６０の明るさ（入射光強度）の分布を３次元座標で示したものである。
　短時間に広い面積を効率的に検査するためには、以下に示す条件が必要である。
　まず、散乱光検出器２００は、単一のセンサでなく、２次元的に配列されているセンサ（２次元センサと呼ぶ。）又は１次元的に配列されているセンサ（１次元センサと呼ぶ。
）を有することが望ましい。
　また、テラヘルツ照明光１００は、対象物の表面に広い面積で照射され、かつ、２次元センサ又は１次元センサと共役になるように、対象物の表面にライン状明部１４０として照射される。照明光開口部１３０を含む照明光学系は、１次元センサの場合、この１次元センサが並ぶ向きに平行にライン状明部１４０を形成するように配置する。また、２次元センサの場合、平面形状に広い明部を形成する照明光学系が望ましい。
　照明光学系は、集光レンズ、反射ミラー等を含む部材を用いて所望の形状を作るとともに、中心部と周辺部との光量差を低減するように照明強度が均一な明部を形成する。検査対象物（ワーク）をライン状明部１４０の長さ方向と直交する方向（ワーク移動方向５２０）に移動させながら測定を繰り返すことにより、広い面積を同一の条件で検査をすることができる。
　検査面積のサイズや、テラヘルツ照明光１００のサイズは、要求される検出画素のサイズ、散乱光検出器２００の画素数、分解能、費用対効果などを勘案して決定している。そして、更に広範囲の検査を同時に行う必要がある場合には、好適には、照明光開口部１３０、散乱光検出器２００、正反射光検出器２１０等で構成された検査光学系を複数に並列に設置するようにすると良い。
　散乱光６６０による異物検出を高感度に行うには、対象物に含まれる金属異物７２０（金属粒子）の散乱光６６０を散乱光検出器２００で効率良く検出することが要求される。
この場合の条件としては、散乱光検出器２００のセンサ側と対象物側とがいわゆるフォーカスの合っている関係であることが必要となる。この状態を作り出すためには、対象物側を常にフォーカスが合っている一定の状態で検査をする必要がある。そのためには、オートフォーカスの機能を実現することが望ましい。オートフォーカスは、焦点距離を自動的に調節する機能であり、焦点距離調節部によってなされる。
　つぎに、このオートフォーカスを正反射光６７０を使って実現する例について図６Ａ及び図６Ｃを用いて説明する。
　図６Ｃは、正反射光検出器２１０で検出した正反射光６７０の分布を示すグラフである。
　本図は、正反射光検出器２１０のセンサに２次元的に入射した正反射光６７０の明るさ（入射光強度）の分布を３次元座標で示したものである。
　正反射光６７０を検出するためには、正反射光６７０の光路中に対象物点と共役の位置に２次元センサ又は１次元センサ（単にセンサとも呼ぶ。）を有する正反射光検出器２１０を配置する。テラヘルツ照明光１００が反射される位置、すなわち正反射光６７０が発生する位置（散乱光６６０の検出においては、対象物点の位置に相当する。）が上下に移動する場合には、その移動距離に応じて、センサにおける正反射光６７０の分布が変動する。これは、センサにおける正反射光６７０の分布がテラヘルツ照明光１００の位置に対応することを意味する。このセンサにおいて検出する正反射光６７０の分布をフィードバックさせて、対象物点の位置の位置を制御する。これにより、オートフォーカスの機能を実現することができる。
　散乱光検出を更に高感度に実現するための顕在化の手法にヘテロダイン方式及びロックイン検出方式がある。その方式について図７を用いて説明をする。
　図７は、異物検査装置の感度を向上するための回路構成を示したものである。
　本図においては、散乱光検出器２００及び正反射光検出器２１０によって検出された信号をヘテロダイン４００及びロックインアンプ４１０によって処理する回路構成が示してある。ヘテロダイン４００及びロックインアンプ４１０はそれぞれ、ローカルオシレータ４２０（Ｌｏｃａｌ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｅｒ）、アッテネータ４３０（ＡＴＴ）及び積算回路４３５を含む。
　テラヘルツ照明光１００は、光源８０から照射し、照明光学系９０を介して照射され、ライン状明部１４０を形成する。
　金属異物７２０からの散乱光６６０の量が減少して信号電圧値が小さくなり、活物質からの散乱光６６０に起因するノイズや検出回路から発生するノイズの電圧値に近くなると安定して金属異物の検出ができなくなる。そこで、別途、ノイズ低減の対策が必要になってくる。ノイズを低減する手段としては、ヘテロダイン検出方式及びロックイン検出方式が望ましい。
　まず、顕在化処理部としてのヘテロダイン検出方式について説明する。
　金属異物７２０を検出する場合には、金属異物７２０のサイズが小さくなると散乱光６６０の量も低減する。安定検出するために信号をアンプで増幅するとノイズも増幅してしまうため、誤検出の原因となる。そこで、増幅時のアンプノイズを低減するために、散乱光検出器２００にて検出した散乱光の信号と同程度の周波数の信号をローカルオシレータ４２０及びアッテネータ４３０によって積算回路４３５に供給する。これにより、検出信号の周波数をＭＨｚ帯に変換（低減）し、アンプ低減ノイズの領域における信号増幅を行う。この場合に、検出信号の周波数を変換する手段としてヘテロダイン４００を用いる。
たとえば、テラヘルツ領域の検出信号に対して、検出器における参照信号としてＴＨｚ帯＋ＭＨｚ帯の周波数の信号を入れると、検出信号の差周波数のＭＨｚ帯に変換することができる。
　ＭＨｚ帯のバンドパスフィルタ４４０（ＢＰＦ）でノイズを除去し、その後段にローノイズアンプ４５０を入れてノイズを低減したＭＨｚ帯の出力を得ることができる。
　この関係を数式で表すと、測定光、参照光及び干渉光はそれぞれ、下記計算式（５）、（６）及び（７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　ここで、ω１は、テラヘルツ照明光１００（測定用照明光）の周波数であり、ω２は、ヘテロダイン４００において積算する周波数であり、ω１－ω２は、ヘテロダインから出力するＭＨｚの周波数の目標値である。ω２の周波数は、ω１－ω２が数ＭＨｚとなるように選定する。
　次に、同様に検出信号からノイズを低減する手段としてロックインアンプ４１０を用いる方式を説明する。
　図７に示すように、ヘテロダイン４００でノイズを低減した異物検出信号を顕在化して取り出す手段としてロックイン検出方式がある。このロックイン検出方式においては、ヘテロダイン４００にて検出した信号と同程度のＭＨｚ帯の周波数の信号をローカルオシレータ４２０からアッテネータ４３０を介して積算回路４３５に供給する。
　この場合の信号の変化は、合成波の強度の式として下記計算式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　この後段に配置されたローパスフィルタ４６０（ＬＰＦ）を介することによって２ω成分は遮断される。この信号処理により出力として得られる信号は、金属異物７２０の散乱光信号５００であり、上記計算式（８）に示す通りＡ／２となる。
　以上の検出信号処理を行うことによって、ノイズを低減して微小サイズの金属異物７２０からの散乱光信号５００を高感度に検出することが可能となり、検出能力の高感度化を達成することができる。
　なお、上記のヘテロダイン検出方式等の微小信号の検出手段のほかに、同期検波部とロックインアンプを備え、これらを用いて、同期検波とロックインアンプを使用する方法でも同様のノイズ低減の効果を出すことができる。この方法は、一般的なＡＭラジオの送信、受信用として実績のある方法である。具体的には、送信側に変調周波数を加えて、変調をかけて空間に向けて送信し、受信側で、送信側と同じ周波数のみを選択することで受信が可能となるようにしたものである。この受信側の周波数の選択によって、ノイズが除去でき、その後にロックインアンプから異物信号のみを高感度に検出することができる。
　以上の異物検査の説明は、ＬＩＢの電極膜をテラヘルツ波が透過して、その中の金属異物を検出可能であることについてであるが、同様の現象及び効果は他の物質でも成立する。例えば、粒子を固めて形成した多粒子構造体であるセラミックス、樹脂部材等の誘電体材料の中の異物検出にも適用できる。
　また、ＬＩＢの電極膜の中の異物検出においては、金属異物を対象としてその効果を説明しているが、異物の粒子は、金属でなくても膜を構成する誘電体との屈折率差（誘電率差）がある場合には、散乱光量の違いが生じるため、検出が可能である。
　次に、活物質を含む電極合剤層の膜厚及び金属異物の深さを検出する方式について説明する。
　図８Ａは、光学系を工夫し、近赤外線又は可視光の領域で検出を行う構成を示すものであり、検出を高速化して電極シート等の対象物の量産ラインに適用可能としたものである。
　本図においては、正反射光６７０を２次元の面状光電変換素子（受光センサ）または１次元光電変換素子（ラインセンサ）で検出する例を示している。面状光電変換素子は２次元センサの１種であり、１次元光電変換素子は１次元センサの１種である。
　まず、検出の高速化の例について説明する。
　散乱光６６０の検出に用いたテラヘルツ波を熱変換して検出するボロメータ方式の検出方式の他に、非線形結晶素子（ＥＯ結晶素子６００）を用いて可視光に変換して光電変換する検出方式がある。
　ボロメータを応用したセンサの場合、その動作速度は、数ｍｓｅｃ（ミリ秒）の応答時間が必要であり、高速の読出しの限界となっている。これに対して、ＥＯ結晶素子６００（電気光学結晶素子）を用いて検出する方式においては、センシングの波長領域を短くすることができる。たとえば、可視光から赤外光までの領域にすることができる。このため、高速応答が可能な量子型の検出器を利用することが可能となり、動作速度を速くすることができる。すなわち、μｓｅｃ（マイクロ秒）の応答性を得ることができる。
　これにより、金属異物７２０を含む電極合剤層７００の膜厚変化やオートフォーカスの位置変化を精度良く、リアルタイムに検出することが可能になる。
　ＥＯ結晶素子６００は、ポッケルス効果を利用するものである。
　ポッケルス効果は、結晶素子に電界Ｅをかけるとその電界Ｅによって、ある結晶方向の屈折率が変動をする現象である。
　本図において、テラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）は、金属異物７２０を含む電極合剤層７００に照射され、正反射光６７０を発生する。また、テラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）を非線形結晶で発生させる前のナノ秒パルスレーザ（波長は赤外光または可視光の領域である。）の一部を分岐してプローブ光６２０とし、正反射光検出光学系に配置されたＥＯ結晶素子６００に偏光板６１０を介して入射することにより、テラヘルツ照明光１００の電界エネルギーを利用してポッケルス効果を生じさせ、ＥＯ結晶素子６００の屈折率を変動させる。すなわち、プローブ光６２０としてレーザ光を照射すると、ＥＯ結晶素子６００を通過する際の光路長が変動する。これにより、通過したプローブ光６２０の位相が変化する。この位相の変化によって、入射したプローブ光６２０の偏光方向が変化する。ＥＯ結晶素子６００の入口側に偏光板６１０を、出口側に検光板６４０を、それぞれ、プローブ光６２０の偏光角度に対して適切な角度になるように設置することにより、位相の変化が偏光角度の変化になり、受光光量の変動として検出することができる。
　この通過光量の変動を量子型の赤外・可視光検出器６５０で検出することにより、テラヘルツ波の光量の変動を検出することになる。つまり、テラヘルツ照明光１００の反射位置の変動や膜厚などを高速に検出することができる。
　さらに、散乱光検出光学系にＥＯ結晶素子６００を使用した例を説明する。
　ポッケルス効果の原理を利用する点については、正反射光検出光学系にＥＯ結晶素子６００を用いた場合と同様であるが、散乱光６６０が発生するとＥＯ結晶素子６００にポンプ光が入射する。この散乱光６６０によって、ＥＯ結晶素子６００の屈折率が変動する。
このとき、プローブ光６３０としてレーザ光を照射すると、ＥＯ結晶素子６００を通過する際の光路長が変動する。ここで、散乱光検出光学系に用いるプローブ光６３０は、テラヘルツ照明光１００を非線形結晶で発生させる前のナノ秒パルスレーザ（波長は赤外光または可視光の領域である。）を分岐し、偏光板６１０を通過させて変換したものである。
　これにより、通過したプローブ光６３０の位相が変化する。この位相が変化することによって、入射したプローブ光６３０の偏光方向が変化する。ＥＯ結晶素子の入口側に偏光板６１０を、出口側に検光板６４０をそれぞれ、プローブ光６３０の偏光角度に対して適切な角度になるように設置することにより、このプローブ光６３０の偏光方向の違いを利用して、金属異物７２０の散乱光６６０を高速で、かつ、高感度に検出することが可能となる。
　本図に示す方式は、テラヘルツ波によるＥＯ結晶素子６００のポッケルス効果を、通過するレーザ光の位相変化で取り出す方式であるが、レーザ光の位相の変化は、ＥＯ結晶素子６００の反射によっても発生する。図示していないが、センサ側からレーザ光を照射して、ＥＯ結晶素子６００からの反射光を、透過光と同様にして、偏光板６１０にて位相の変化を光量の変化としてセンサで検出することにより、テラヘルツ波の検出が可能になる。この反射型のＥＯ結晶素子６００を並列に並べることによって、広い面積を同時に検査することが可能である。
　図８Ｂは、正反射光強度と膜厚及び異物の深さとの関係を示す説明図である。図８Ｃは、正反射光強度の分布から膜厚を算出する方式を示す模式図である。
　図８Ｂに示すように、電極合剤層７００からの正反射光６７０は、電極合剤層７００の上面からの正反射光（図８Ｃの上面反射光５３０）及び電極合剤層７００の下面からの正反射光（図８Ｃの下面反射光５４０）を含んでいる。
　正反射光６７０の検出光学部の拡大倍率を調節することにより、赤外・可視光検出器６５０において電極合剤層７００の上面及び下面をそれぞれ位置情報として認識することができる。さらに、この上面と下面との距離を検出することによって、電極合剤層７００の膜厚（厚さ）を検出することができる。
　リチウムイオン二次電池においては、電極合剤層７００の厚さが電池の性能に影響する。従来、電極合剤層７００の厚さは、他の手段を用いて計測し、生産の工程における管理項目としている。
　このような背景の下、図８Ａ～８Ｃに示す方式を用いて散乱光６６０を利用した異物検査をする過程において電極合剤層７００の厚さを同時に検査できる効果は高い。
　正反射光６７０による膜厚の検査の際、金属異物７２０が電極合剤層７００に含まれる場合は、膜厚の情報の中に金属異物７２０からの反射信号（図８Ｃの異物反射光５３５）が検出できる。この場合には、図８Ｂに示すように、金属異物７２０が埋まっている深さの情報が同時に検出できる。
　次に、テラヘルツ波による成分分析をＬＩＢの検査に応用する例について説明する。
　図９Ａは、水分分析機能及び異物成分分析機能を有する異物検査装置を示す概略構成図である。図９Ｂは、照明光の周波数分布を示すグラフである。図９Ｃは、水分のスペクトルを示すグラフである。図９Ｄは、異物のスペクトルを示すグラフである。
　テラヘルツ波は、波長が数十μｍ～数百μｍの光（電磁波）であるため、照射した物質に分子レベルの振動現象及び吸収現象を引き起こす。パルス状のテラヘルツ照明光１００（テラヘルツ波）を分析対象の物質（対象物）に照射し、その反射波の位相及び波形をフェムト秒パルスレーザ１７０のパルスで同期して検出する方式で、テラヘルツ波のスペクトル別の光量の強弱を測定することができる。
　このデータから、スペクトルの変化を横軸として、光の強弱を縦軸とするスペクトル別の特性グラフを得ることができる。近年、テラヘルツ波の利用に関する研究が進み、スペクトルの変動は、分子の成分によって特徴的な分布を示すことがわかってきた。分析の分野においては、このスペクトル別の分布特性を物質の指紋と呼んでいる。
　図９Ａにおいては、フェムト秒パルスレーザ１７０を光伝導アンテナ素子１８０（光伝導アンテナＩｎＧａ電歪素子）によってテラヘルツ照明光１００に変換し、対象物に照射している。フェムト秒パルスレーザ１７０の一部は、分岐して反射板３４５等を介してプローブ光６３０として用いる。反射板３４５は、反射板移動方向３５０に移動可能としてあり、これにより、プローブ光６３０の行路長を調節することができるようになっている。本図においては、散乱光６６０及び正反射光６７０を検出する光伝導アンテナ素子１８０にプローブ光６３０を照射する。また、プローブ光６３０は、散乱光６６０及び正反射光６７０が入射する光伝導アンテナ素子１８０の面の裏側から入射するようになっている。散乱光６６０及び正反射光６７０を検出する光伝導アンテナ素子１８０から信号出力４７０が得られる。
　図９Ｂに示すように、フェムト秒パルスレーザ１７０は、ブロードな周波数分布を有する。
　つぎに、水分及び異物の分析例（図９Ｃ及び図９Ｄ）について説明する。
　正反射光６７０を検出光学系にて分岐することによって、オートフォーカス機能とＬＩＢに含まれる水分の分析とを同時に実現することができる。さらに、散乱光から検出した異物の成分を同様の方式で分析することもできる。
　以下の説明においては、分析に関する事項のみを説明する。
　水分の分析は、正反射光検出器である光伝導アンテナ素子１８０から得られた信号出力４７０を用いて行う。
　フェムト秒パルスレーザ１７０を光源として用い、光伝導アンテナ素子１８０を用いて広帯域のテラヘルツ波を発生させる。この広帯域のテラヘルツ波をＬＩＢの電極シートに照射し、その正反射光を光伝導アンテナ素子１８０によって電気信号に変換することにより、反射光の位相及び波長別の振幅の情報を得ることができる。この反射光のスペクトルは、サブＴＨｚ乃至数ＴＨｚの領域になっているため、ちょうど水分の分子のスペクトルを検出できる領域になっている。
　これを利用することにより、水分子に特有のスペクトル分布を検出することができ、水分の存在が検証できる。
　図９Ｃは、テラヘルツ波で測定した水分の指紋スペクトルを模式的に示したものである。
　水分の指紋スペクトルは、正反射光の明るさの位相及び振幅を変換して得られる。
　ＬＩＢは、電池として作動する際にその内部の活物質に水分が含まれていると、Ｌｉイオンの移動が阻害される。このため、通常の生産ラインにおいては、ドライルームにして水分の付着を防止し、活物質の乾燥に注力している。異物検査装置の１つの機能として、異物検査と同時に水分の含有検査を行うことにより、検査装置としての大きな機能アップにつながる。
　以下、散乱光検出光学系に分析機能を付加した場合について説明する。
　図９Ｄに模式的に示すように、散乱光の成分からは、電極合剤層及び電極合剤層に含まれる異物の成分のスペクトルが検出される。このため、異物が金属でない場合には、散乱光の波長の分析により膜中の異物のスペクトル成分を分析することができる。これは、分子レベルの振動から散乱光の反射スペクトルに変化が現れる現象を利用するものである。
異物のスペクトルは、異物からの散乱光の明るさの位相及び振幅を変換して得られる。工程の管理をする場合には、異物の成分が判ると、発生要因をつかむことができ、異物の低減を迅速に行なうことができるため、効果が大きい。
　以上の機能については、わかりやすくするために別々に説明したが、これらの検出機能はそれぞれ独立しているため、正反射光学系や散乱光学系の中でビームスプリッタやプリズムなどの光分岐手段を用いることによって、同時に各機能を実現することもできる。
　図９Ａに示す分析の例においては、フェムト秒パルスレーザ１７０を使用している。散乱光を検出することによって行う異物検査の場合には、テラヘルツ波のエネルギーが望ましい。このため、図９Ａに示すように、光源としてフェムト秒パルスレーザ１７０を用い、フェムト秒パルスレーザ１７０を変換してテラヘルツ照明光１００を得ることによっても散乱光の検出は実現が可能であって、分析と散乱光検出とを同時に実現することができる。
　図１０Ａは、散乱光の検出を１次元センサによって行う場合の構成を示した模式図である。図１０Ｂは、散乱光の検出を２次元センサによって行う場合の構成を示した模式図である。ここで、１次元センサは、複数個のセンサを１列に並べたものであり、２次元センサは、複数個のセンサを複数の列に並べたものである。
　図１０Ａにおいては、テラヘルツ照明光１００をワーク移動方向５２０に移動するワークに照射してライン状照明１４０とし、ここからの散乱光を検出光学部２６０を介して１次元センサ１０１０で検出する。１次元センサ１０１０は、ワーク移動方向５２０に対して直交する方向に配置することが望ましい。
　図１０Ｂにおいては、テラヘルツ照明光１００をワーク移動方向５２０に移動するワークに照射して面状照明１０３０とし、ここからの散乱光を検出光学部２６０を介して２次元センサ１０２０で検出する。
　以下、１次元センサ及び２次元センサの特徴について説明する。
　１次元センサは、一般に安価である。また、検出した信号を読み出すための時間が短くて済むため、画像測定を高速度で行うことができる。さらに、１列の画素の数が数千画素のものを用いることにより、幅広の対象物を高速度で検査することができる。
　なお、１次元センサは、面状の部材を検査する際には、ワークを移動することが望ましい。
　２次元センサは、１回のデータ採取によって広い面積の情報を得ることができる。また、広い面積情報から欠陥を容易に顕在化することができる。
　なお、２次元センサは、そのデータ採取機能を最大限に発揮するためには、広い領域を照射する照明光を用いることが望ましい。また、２次元センサは、１次元センサに比べて画像情報が多いため、画像測定を高速度で行うためには、バッファーメモリや並列処理機能を有する計算部を備えることが望ましい。上記の計算部は、ワークの移動を滑らかにするためにも望ましい。
　図１１は、異物検査装置の回路構成の例をまとめてブロック図として示したものである。
　本図においては、照明光発生部１１０２及び照明光学系１１０３を含む照明光照射部１１０１から対象物に向けて照明光が照射される。対象物からの散乱光は、散乱光検出光学系１１０４を介して散乱光検出部１１０５で受光される。また、対象物からの正反射光は、正反射光検出光学系１１０６を介して正反射光検出部１１０７で受光される。これらは、制御部１１１０によってその動作を制御される。
　散乱光検出部１１０５及び正反射光検出部１１０７で得られた信号は、信号変換部５０７の平滑化処理部５０２に送られ、フィルタ処理部５０４及び顕在化処理部５０６を介して制御部１１１０に送られる。ここで、平滑化処理部５０２及びフィルタ処理部５０４は、ノイズ処理部５０５を構成する。
　散乱光検出部１１０５及び正反射光検出部１１０７が２次元センサを備えている場合等、信号が膨大となってリアルタイムに処理することが困難となる場合、散乱光検出部１１０５及び正反射光検出部１１０７で得られた信号は、計算部１１２０に送られ、バッファーメモリ１１２１や並列処理部１１２２を介して制御部１１１０に送られる。これにより、制御部１１１０における信号のオーバーフローを防止することができる。
　また、散乱光検出部１１０５及び正反射光検出部１１０７で得られた信号は、分析部１１３０に送られ、水分の有無、異物の種類等を分析することができる。
　以下、本発明の効果をまとめて説明する。
　誘電体特性の多粒子構造体の中に埋もれた導電体物質（たとえば金属粒子）を検出する場合には、多粒子の粒径サイズより１０倍程度長い電磁波が多粒子構造体を透過する特性を利用して、ＤＦ構成で照射することによって、他の検出手段よりも小さいサイズの導電性物質を高感度で検出することができる。
　ＤＦ構成でテラヘルツ波照明光をセンサのサイズに対応する面積に広げて斜方照射し、電池シート等の対象物の鉛直上方に検出光学系を配置する構成とすることにより、ピントを保ち、かつ、同時に広い面積の異物検査及び分析を行うことができる。
　複数個の検出光学部（センサ）を並べて１次元センサ又は２次元センサとすることにより、同時に検査可能な範囲を拡大することができる。また、電極シートの幅の寸法に対応する検出光学部を並べることにより、１パスで全面の検査を行うことが可能となる。
　テラヘルツ波は、種々の物質分子に振動を生じさせるため、物質からの反射光又は散乱光の分光分布を測定することにより、物質の材質を分析することができる。特に、対象物がＬＩＢの電極シートの場合、電極材料に水分が含まれることは望ましくないため、水分量の分析を可能とするメリットは大きい。
　正反射光をＥＯ素子にて可視光に変換して可視光センサで正反射光の位置を検出することにより、反射位置の検出ができ、このデータを用いてオートフォーカス機能を付与することができる。
　１００：テラヘルツ照明光、１３０：照明光開口部、１４０：ライン状明部、１７０：フェムト秒パスルレーザ、１８０：光伝導アンテナ素子、２００：散乱光検出器、２１０：正反射光検出器、２２０：散乱光検出開口部、２６０：検出光学部、３００：異物粒子、３１０：基板、３５０：反射板移動方向、４００：ヘテロダイン、４１０：ロックインアンプ、４２０：ローカルオシレータ、４３０：アッテネータ、４４０：バンドパスフィルタ、４５０：ローノイズアンプ、４６０：ローパスフィルタ、４７０：信号出力、５００：出力、５２０：ワーク移動方向、５３０：上面反射光、５４０：下面反射光、６００：ＥＯ結晶素子、６１０：偏光板、６２０、６３０：プローブ光、６４０：検光板、６５０：赤外・可視光検出器、６６０：散乱光、６７０：正反射光、７００：電極合剤層、７０１：活物質、７１０：集電体、７２０：金属異物、７３０：基材、８０１：ナノ秒パルスレーザ、８０２：非線形結晶、１０１０：１次元センサ、１０２０：２次元センサ。

Claims (18)

  1. 　対象物の表面若しくは該対象物の中の異物を検出する異物検出装置であって、前記対象物に照射する照明光を発生する照明光発生部と、前記対象物からの散乱光を受光素子を用いて信号として検出する散乱光検出部とを含み、前記照明光の波長は、４μｍ～１０ｍｍであることを特徴とする異物検出装置。
  2. 　さらに、前記対象物からの正反射光を受光素子を用いて検出する正反射光検出部を含むことを特徴とする請求項１記載の異物検出装置。
  3. 　さらに、前記散乱光検出部で得られた前記信号を平滑化する平滑化処理部と、この平滑化処理部で平滑化された平滑化信号をフィルタリングするフィルタ処理部とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の異物検出装置。
  4. 　さらに、前記フィルタ処理部で得られたノイズ除去信号を微分処理する顕在化処理部を含むことを特徴とする請求項３記載の異物検出装置。
  5. 　さらに、前記散乱光検出部及び前記正反射光検出部のうち少なくともいずれかで得られた信号を処理するヘテロダインと、ロックインアンプとを含むことを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  6. 　さらに、前記散乱光検出部及び前記正反射光検出部のうち少なくともいずれかで得られた信号を処理する同期検波部と、ロックインアンプとを含むことを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  7. 　さらに、前記散乱光及び前記正反射光のうち少なくともいずれかの波長を変換する非線形結晶素子を含み、前記散乱光検出部及び前記正反射光検出部のうち少なくともいずれかは、赤外・可視光検出器を含むことを特徴とする請求項２～６のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  8. 　前記照明光発生部は、フェムト秒パルスレーザと光伝導アンテナＩｎＧａ電歪素子とを組み合わせたもの、ナノ秒パルスレーザと非線形結晶素子とを組み合わせたもの、テラヘルツ波を発生する量子カスケードレーザ、テラヘルツ波を発生するショットキーバリアダイオード、ガンダイオード又はタンネットダイオードを含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  9. 　さらに、前記散乱光及び前記正反射光の焦点距離を調節する焦点距離調節部を含むことを特徴とする請求項２～８のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  10. 　前記散乱光検出部及び前記正反射光検出部のうち少なくともいずれかは、複数個のセンサを配列した１次元センサ又は２次元センサを含むことを特徴とする請求項２～９のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  11. 　さらに、前記正反射光検出部で得られた信号から、前記対象物の厚さ若しくは前記対象物に含まれる異物の深さの算出、又は前記異物の成分の分析若しくは前記対象物に含まれる水分の検出を行う分析部を含むことを特徴とする請求項２～１０のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  12. 　対象物の表面若しくは該対象物の中の異物を検出する異物検出方法であって、前記対象物に照明光を照射する工程と、前記対象物からの散乱光を信号として検出する工程とを含み、前記照明光の波長は、４μｍ～１０ｍｍであることを特徴とする異物検出方法。
  13. 　さらに、前記散乱光の信号を平滑化し、フィルタリングする工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の異物検出方法。
  14. 　さらに、フィルタリングした前記信号を微分処理する工程を含むことを特徴とする請求項１３記載の異物検出方法。
  15. 　さらに、前記対象物からの正反射光を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１２～１４のいずれか一項に記載の異物検出方法。
  16. 　さらに、前記散乱光及び前記正反射光のうち少なくともいずれかの波長を変換する工程を含むことを特徴とする請求項１５記載の異物検出方法。
  17. 　さらに、前記散乱光及び前記正反射光の焦点距離を調節する工程を含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の異物検出方法。
  18. 　さらに、前記正反射光を検出して得られた信号から、前記対象物の厚さ若しくは前記対象物に含まれる異物の深さの算出、又は前記異物の成分の分析若しくは前記対象物に含まれる水分の検出を行う工程を含むことを特徴とする請求項１５～１７のいずれか一項に記載の異物検出方法。
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