专利名称：太赫兹检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过使用电磁波(以下，也称为放射线)来获取被检体的信息的装置和方法。特别地，本发明主要涉及用于通过使用从毫米波到太赫兹波的频率范围中 (即，30GHz与30THZ之间的频率范围中)的高频放射线来获取被检体的特性和厚度等的分布的检查装置以及用于驱动该检查装置的方法。
背景技术：
近年来，研究和开发了使用太赫兹放射线(以下，也称为THz波)的无损感测技术。在本说明书中，THz波意味着包含30GHz与30THz之间的频带中的成分的放射线。已提出了将使用THz波的检查装置应用于用于执行被检体的无损质量检验的内部检查手段。 换句话说，已提出了对于粉末物质中的异物的检查、塑料成形品的缺陷检查和半导体晶片的载流子浓度的检查等的应用。日本专利No. 3387721 (PTL 1)公开了一种检查被检体的特性的技术，该技术可通过由透射通过被检体的THz波脉冲的时域波形的傅立叶变换实现的谱分析来执行。可通过 THz时域分光法(THz-TDQ来获得时域波形。在该技术中，通过获取的信号和事先获取的物质的数据库的信息之间的比较来识别被检体的各点处的组分特性，并且，被检体的点被移动以获得该被检体的组分特性的图像。此外，日本专利特开No. 2002-98634 (PLT 2)公开了一种技术，即，诸如迁移率、电导率和载流子浓度之类的半导体晶片的组分特性可通过使用Drude模型从通过THz-TDS获取的半导体晶片的复折射率而被计算出。该技术已作为用于检查Si或GaAs等的晶片的无损手段而被开发。引文列表专利文献PTL 1日本专利 No. 3387721PTL 2日本专利特开 No. 2002-98634

发明内容
技术问题但是，PTL 1的技术针对基于透射通过被检体的THz波脉冲的波形的特定改变来分析被检体图像的技术，但是不针对获取被检体的诸如其电导率之类的特性的定量值的技术。实际上，在THz波脉冲透射通过被检体的情况下，THz波脉冲的波形的改变量取决于被检体的厚度以及被检体的组分而改变。因此，通过谱分析仅可获得被检体的特性的相对值的分布。此外，虽然PTL 2的技术针对获取半导体晶片的迁移率、电导率和载流子浓度的绝对值，但是，它仅可用于具有事先已知的精确均勻厚度的这种晶片的情况。
因此，在厚度还没有被测量或者尽管厚度大致已知但是波动的板状被检体的情况下，难以获取其复折射率的绝对值。因此，很难说可容易地测量诸如电导率之类的特性的绝对值的分布。问题的解决方案根据本发明的一个方面，提供一种用于检查被检体的装置，该装置包括照射部分，用于以放射线照射被检体；检测部分，用于检测来自被照射的被检体的放射线；获取部分；存储部分；和计算部分。所述获取部分获取与由检测部分检测的放射线的检测时间相关联的传送时间和由检测部分检测的放射线的振幅。所述存储部分事先存储传送时间和振幅与被检体的特性的代表性值之间的关系数据。计算部分基于所述传送时间、所述振幅和存储于存储部分中的关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。代表性值是被检体的特性或厚度在相对于其给定的标准值的预测变动范围中的值。在被检体的制造过程等中，各值被预测为在相对于其给定的标准值的预测变动范围中变动。在要检测被检体的状态与其已知的标准状态的差值以在被检体的检查或制造装置中执行反馈控制等的几乎所有的情况下，要被检查或制造的被检体的状态可被视为处于相对于其标准状态的预定的预测变动范围中。因此，本发明使用这种代表性值。此外，与放射线的检测时间相关联的传送时间是任何标准时间与由检测部分检测的放射线的检测时间之间的时间。例如，它是放射线从其在照射部分处的发射时间到其在检测部分处的检测时间的传送时间。根据本发明的另一方面，提供一种用于检查被检体的方法，该方法包括检测步骤，检测来自被放射线照射的被检体的放射线；获取步骤；存储步骤；和计算步骤。在获取步骤中，获取与在检测步骤中检测的放射线的检测时间相关联的传送时间和在检测步骤中检测的放射线的振幅。在存储步骤中，事先存储传送时间和振幅与被检体的特性的代表性值之间的关系数据。在计算步骤中，基于在获取步骤中获取的传送时间和振幅以及在存储步骤中存储的关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。代表性值是被检体的特性或厚度在相对于其给定标准值的预测变动范围中的值。本发明的有利效果根据本发明，事先存储传送时间和振幅与被检体的厚度和特性的代表性值之间的关系数据。并且，基于从未知的被检体获取的传送时间和放射线振幅以及所存储的数据，获得被检体的厚度和特性的值。因此，例如，可在同时获取被检体的厚度和特性的值或它们的分布的同时来执行被检体的成像。此外，例如，可使用THz波来执行被检体的厚度和特性的二维分布的成像，并且因此能够实现质量检验、制造过程中的筛选和制造过程中的反馈控制等。因此，可以获得生产率的提高。此外，可以实现被检体的诸如电阻率和电导率之类的特性的绝对值的非接触测量，由此，被检体可以在不受损的情况下被迅速分析。参照附图阅读实施例和示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。


[图 1]
图1是示出本发明的检查装置的实施例的视图。[图 2]图2是示出本发明的检查装置的实施例的操作等的视图。[图 3]图3是示出使用微小振动的信号获取方法的视图。[图 4]图4是示出本发明的检查装置的实施例的视图。[图 5]图5是示出检查处理的实施例的流程图。[图 6]图6是示出用于说明本发明的检查装置的实施例的示图的视图。[图 7]图7是示出用于说明本发明的实施例的电阻率和复折射率之间的关系的示图的视图。[图 8]图8是示出用于说明本发明的实施例的示图等的视图。
具体实施例方式以下将描述根据本发明的实施例。本发明的装置和方法的要点如下。传送时间和要被检测的振幅与被检体的厚度和特性的代表性值之间的关系数据被事先存储。基于从未知的被检体获取的传送时间和放射线振幅以及所存储的关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。基于此概念，本发明的装置和方法的基本实施例分别具有上述的构造。基于这些基本实施例，可以构造以下的实施例和示例性实施例。典型地，放射线包含30GHz与30THz 之间的频率范围中的频率成分。此外，在放射线具有脉冲的形式的情况下，获取部分使用时域谱分析来获取传送时间和放射线振幅，计算部分将检测到的传送时间和放射线振幅与存储的关系数据进行比较。要由计算部分获取的被检体的特性是例如电导率或电阻率等。以下的构造也是可能的。在随着被检体相对于放射线脉冲的相对位置被移动而存储通过获取部分获取的分别与传送时间和放射线振幅对应的峰值时间位置和峰值振幅的改变量的同时，通过计算部分在各相对位置处获取被检体的厚度和特性的值。并且，执行被检体的厚度和特性的分布的成像。在该成像中，通过在执行成像之后使用空间滤波器，被检体的厚度和特性的分布可相互分离。在被检体具有特定频率处的吸收性质的情况下，可如下进行构造。存储部分事先存储特定频率处的振幅作为放射线振幅，并且，计算部分基于由获取部分获取的特定频率处的振幅和存储的关系数据来获取被检体的厚度和特性的值。此外，用于使用放射线脉冲执行被检体的厚度和特性的值的分布的成像的装置的驱动方法可包括移动步骤、控制步骤和存储步骤。在移动步骤中，被检体和放射线脉冲之间的相对位置被移动。在控制步骤中，在时域谱分析中使用的延迟部分的延迟位置被反馈控制，使得放射线脉冲的峰值时间位置能够总是被保持为在移动步骤中被获取，并且，能够获取峰值时间位置。在存储步骤中，在控制步骤中被反馈控制的延迟位置被存储。将参照附图描述实施例。图1示出本发明的检查装置的实施例。其基本构成与在专利引文1中描述的一般THz-TDS装置相同。在图1的构造中，能够以800nm的波长产生约80飞秒(femtosecond)的放射线脉冲的飞秒激光器1发射激光，并且，激光由分束器3 —分为二。一束光被透镜7会聚，并且被引导向光传导器件9以产生具有约500飞秒的脉冲宽度的THz波脉冲。在光传导器件9 中，在LT-GaAs (低温生长砷化镓)上形成天线。也可从半绝缘的GaAs、InP, ZnTe或feiSb 等的晶体表面直接产生THz波。由电源18向产生侧的光传导器件9施加偏压。典型地，施加约IOV的DC电压。随着电压值增大，THz波的强度增大。取决于该配置，在某种电压处出现饱和性质。另一束激光通过反射镜5、延迟部分、反射镜4和透镜8，被引导到光传导器件10上，所述延迟部分包括驱动台15和16以及设置在台16上的回复反射器 (retro-reflector) 17.该激光被用作用于检测THz波的选通(gate)信号。由光传导器件 9产生的THz波通过抛物面镜11和13被施加到被检体2。透射通过被检体2的THz波通过抛物面镜14和12被会聚于检测侧的光传导器件10上。也可通过使用电光(EO)晶体等执行THz波的检测。由光传导器件9产生的THz波脉冲通过抛物面镜11和13被整形为具有约Imm 的直径的光斑，并且，光斑被照射到被检体2上。透射通过被检体2的THz波通过抛物面镜14和12与检测侧的光传导器件10耦合。为了获取整个被检体的透射图像，例如，被检体2以二维的方式移动，S卩，沿由图1中的箭头指示的方向和与图1的纸面垂直的方向移动。作为替代方案，为了获得二维图像，可以在不移动被检体2的情况下通过电流镜 (galvano-mirror)等扫描 THz 波束。将描述同时获取被检体的厚度和电导率的方法的实施例。在本实施例中，假设检测与已知被检体的标准状态的差异，并且，检测的结果被用于工厂等中的产品检查或制造装置的反馈控制等。例如，执行对具有100微米的厚度和IOQcm的体积电阻率的导电片的检查。起初， 制造具有例如100 Ω cm和1 Ω cm之间的电阻率的片，并且，事先使用THz-TDS装置测量它们的复折射率的电阻率依赖性。通过使用电阻率测量装置分别地校准电阻率。图2A和图2B 示出测量结果。在这些示图中，分别示出三个结果(换句话说，与被用作参数的电阻率P 的三个代表性值的关系数据)。实际上，也获取用于这三个值之间的内插的数据)。另一方面，在要实际检查被检体的情况下，在振幅比、相位差、复折射率的实部η 和虚部k以及被检体的厚度d之间，以下的关系式成立。可通过执行透射通过被检体的THz 波脉冲的FFT (快速傅立叶变换)来获得振幅比和相位差，并且，使用在不放置被检体的情况下获得的结果作为基准。下标sam和ref分别表示被检体和基准。I Esam (ω) I/I Eref (ω) = {4η * exp (_k ω d/c)} / (1+n)2 (1)0sam-0ref = (n-l) d/c(2)E是电场振幅，θ是相位，ω是THz波的角频率，c是光速。事先获取和知晓要被检查的被检体的各代表性电阻率的复折射率。该数据被存储于图1中的存储部分21中。具有存储的数据的范围中的电阻率的被检体可被检查如下。在数据处理部分20中，式(1)和O)中的厚度d的值从被视为接近实际厚度的值连续改变， 并且，厚度d的值被收敛为使得从式(1)和( 计算的复折射率被拟合到存储于存储部分 21中的数据(诸如图2A和图2B所示)。由此，可从拟合结果获得厚度d和电阻率P。由于即使被检体的诸如电阻率之类的某种特性的值波动也在复折射率的实部和虚部之间保持预定的关系(即，Kramers-Kronig关系)，因此可以使用这种获取。因此，η和k的值不相互独立，并且，未知值的数量实际上是单个。因此，如果可使用THz-TDS测量振幅比和相位差的两个参数(两个未知值)，那么可通过处理部分20获得厚度d和η (以及k)或能够从η和k导出的诸如电阻率P之类的特性的值。可在显示部分22上显示结果。在要被检查的被检体具有大致均勻的组分并且其电阻率等不那么大大波动的情况下，可以相当容易地执行计算。由于如上所述的本发明的原理，能够分析的被检体限于某种类型。要被检查的被检体必须满足以下的条件。某种范围中的被检体的代表性值(诸如复折射率或能够从中导出的特性的值)能够被事先测量和存储，并且，存储的值能够被拣出以与各被检体的测量值相比较。更优选地，厚度和要被检查的特性的值的波动不那么大。在这种情况下，当THz波脉冲波形在时域中几乎不变时，可减少计算处理和检查时间。这是因为，脉冲波形仅以被保持的相似形状改变，并且，仅需要测量时间偏移At和峰值振幅的改变ΔΑ。换句话说，在这种情况下，当事先制作作为从标准值的偏移的(At，ΔΑ)和(Ad，Δ ρ)之间的相应的查找表时，仅要在初始测量点处使用上述的拟合方法来计算从标准值的偏移。可通过仅测量从初始值的峰值时间偏移和峰值振幅改变来获得之后的二维扫描数据。因此，可迅速地获取厚度d和电阻率P的值的分布作为例如二维图像，并且可迅速地检查被检体。关于要获取的特性的值，例如，也可获得能够与η和k相关的电导率、载流子浓度、 迁移率和组分物质的浓度。将参照图1描述检查装置的实施例，其中，仅获取At和ΔΑ的数据系列用于成像，以迅速获取二维分布图像。延迟系统包含两个台。台15是能够以相对较低的速度在高于IOmm的长行程上扫描的第一台。台16是能够以约几kHz和约IOOkHz之间的频率以低于100微米的振幅迅速振动的第二台。频率依赖于振幅。作为用于第一台15的驱动装置， 可以优选地使用各种电机、超声方法或电磁方法等。另一方面，可以使用压电致动器或MEMS 装置等作为用于第二台16的驱动装置。在第二台16中，可通过使用旋转驱动系统替代线性驱动系统而增大振动速度。例如，棱镜透射系统中的棱镜的旋转被控制，以改变THz波在棱镜上的入射角。由此改变THz波通过棱镜的传送距离，并且可迅速改变时间延迟。第一台15的操作与一般的THz-TDS的操作类似。例如，可以以6mm的扫描行程来观察与40皮秒(picosecond)的时间延迟对应的脉冲。对于时域波形的检测，以约IkHz调制电源18的电压，并且，通过使用放大器19和锁相放大器(lock-in amplifier)沈来检测来自光传导器件10的输出。在要获取时域波形或者要在初始测量设定时寻求峰值位置的情况下，该步骤是必要的。此时获得的时域波形的一部分是如图3A所示的脉冲。在仅要检测峰值的情况下，通过使用短行程的第二台16来执行峰值位置的锁定控制。换句话说，在第二台16中执行低于与脉冲宽度对应的距离的振幅和高于几kHz的频率的迅速振动。通过使用作为以上振动的信号源而动作的振荡器25以及锁相放大器沈，执行同步检测。由此，在检测侧，可以仅电气拣出调制信号成分，并且，可以以减少的噪声和高灵敏度来测量峰值位置。将参照图3描述测量原理。第二台16中的具有微小振幅的振动对应于图3A中的脉冲信号的时间延迟的具有低于脉冲宽度的振幅的往复运动。在这种情况下，要检测的信号依赖于振动的中心位置的位置而改变；(1)脉冲的正斜坡上的位置，( 脉冲的峰值位置，或C3)脉冲的负斜坡上的位置。图3B示出要检测的信号。例如，当以IOkHz的正弦波执行调制时，分别在位置(1) 和(3)处获得具有在其间具有180度相位差的相位的IOkHz的强度调制信号。此时，第一台15暂停。当围绕峰值位置执行振动时，出现20kHz的双倍频率的信号。因此，通过使用 IOkHz的低通滤波器(在这种情况下，系统与图1的系统不同)，或者，通过借助锁相放大器 26使用同步检测而拣出IOkHz的成分，振幅的大小如图3C所示那样改变。换句话说，峰值位置可被检测为正负交换的过零点。当被检体的测量点移动以测量另一点时，第一台15被反馈控制，使得以上的同步检测信号保持在零(0)处。此刻，可从稳定点处的第一台15的偏移的量获得由于测量点的移动导致的THz波脉冲的偏移时间。同时，在此刻检测的信号的大小是THz波脉冲的峰值振幅。在要执行二维测量的情况下，在被检体的检查区域上重复以上的操作。如图2C所示，当要检查具有电导率的分布的片状被检体40时，在从初始测量点41进行扫描的同时执行THz波脉冲的峰值位置的锁定控制。在扫描期间，测量例如图2D所示的测量点42和43 之间的时间偏移量和振幅改变量ΔΑ。基于这些测量的量，数据处理部分20 (参见图 1)可迅速地获取片厚度d和电阻率P的分布，并且可将它们供给到显示部分23。显示部分不总是必要的。当要在车间等中执行生产管理时，例如，可基于从数据处理部分20供给的控制信号来执行产品的筛选。此外，基于这种控制信号，例如，诸如挤出成型(extrusion molding)压力、温度和速度之类的物理条件可被反馈控制，以制造具有高均勻性的结构。常规上，例如，当要测量这种片状被检体的二维电阻率分布时，需要在被检体上扫描接触型电阻率测量装置。因此，存在需要可观的测量时间以及被检体的结构可能被损坏的问题。在以上的本发明的装置和方法中，能够以简单的方式迅速地实现这种传导片材料等的质量管理，从而导致产品的质量改善。将描述本发明的另一实施例。在本实施例中，使用特性频率范围中的信息来检查被检体。一些被检体具有带有特性吸收的频带。图6C示意性地示出吸收率谱的例子。在约1. ITHz和约2. 6THz处存在特性吸收峰值。在某种条件(组分浓度不过大，并且不存在沿厚度方向的浓度分布)下，各峰值处的吸收率a大致根据Lambert-Beer定律而改变。a = α η d(3)这里，α是摩尔吸收系数，η是浓度，d是传送长度。在这种情况下，可基于如上述方法中那样事先获取的数据库来检查被检体。例如， 在厚度d被确定的条件下，1. ITHz处的吸收量依赖于包含于被检体中的组分的浓度η而改变。因此，关于具有代表性值的厚度的被检体，能够对于各种浓度获取其时域波形，并且通过傅立叶变换从其获得吸收率谱。由此，能够获得依赖于浓度的特性频率处的吸收率的改变。在图6D中示出这种改变。随着浓度增大，吸收率成比例地增大。在这种情况下，在如图2C和图2D所示的那样移动测量位置的同时，只有所关注的频率(例如1. ITHz)处的数据被存储。因此，可以减少要蓄积的数据。存在测量特定频率处的吸收率的一些方法。在THz-TDS方法中，获取时域波形，并且，执行FFT以获得所述特定频率处的吸收率以及时间差或相位差的数据系列。作为替代方案，如图4B所示，用来自产生器121 (诸如量子级联激光器或共振隧道二极管激光器)的1. ITHz的THz波照射被检体123。并且，通过诸如微辐射热测定计或肖特基势垒二极管之类的检测器122和124，检测透射强度和由于透射通过被检体导致的时间差。在这种情况下，为了获取相位差，如图4B 所示，透射通过被检体的THz波与未透射通过被检体的THz波组合，并且，使用由于两个检测器的平衡检测导致的强度改变来执行干涉测量。这里，一个THz波的路径通过延迟光学系统(未示出)而改变。可通过在处理部分中适当地处理来自两个检测器的信号，获得吸收率以及时间差或相位差。这里，在使用具有某种特性的检测器的情况下(例如，在不能检测相位信息的诸如辐射热测定计之类的检测器的情况下)，可能有必要在移动检测器的同时获得和处理测量的值。由于相位差依赖于被检体的组分浓度和厚度而改变，因此，要事先获取和存储吸收率和相位差与被检体的厚度和组分浓度从标准值的偏移之间的关系。由此，可从吸收率差Δ a和相位差Δ θ (或时间差At)的测量值获得厚度Ad和浓度Δη的分布。可通过单独的方法精确地测量初始位置处的被检体的厚度d。作为替代方案，在关于具有多个代表性值的厚度的被检体事先获取如图6D所示的示图的情况下，可使用上述的拟合方法从初始位置处的多个特性频率处的吸收率的测量值来获得初始位置处的厚度d和浓度η。本实施例可被应用于在频率范围中具有宽的吸收带的被检体以及以上的具有线宽度相对较窄的特定吸收峰值的被检体。将参照附图描述更具体的实施例。第一示例性实施例涉及THz波透射检查装置， 其中，延迟系统如图1所示的那样包含两个台。这里，利用使用诸如钛蓝宝石晶体之类的固体的80飞秒脉冲宽度的飞秒激光器，但是不限于此。根据要获取的THz波的谱带，也可使用例如约10飞秒的非常窄的脉冲宽度。在第一示例性实施例中，在第一台15中使用步进电机，并且，在第二台16中使用压电致动器。如上所述，第二台16执行用于摆动控制的迅速调制。例如，以3微米的振幅 (峰-峰)以IOkHz进行的迅速调制导致20飞秒的时间延迟的调制。第一台15被反馈控制，以在保持对THz波脉冲峰值锁相的同时捕获THz波脉冲。在图5的流程图中示出测量步骤。在被检体的测量之前，在第二台16轻微地振动的同时执行第一台15的扫描，以检测没有样品被检体的条件下的脉冲峰值(S501)。继续扫描第一台15，直到找到过零点并且识别出峰值650 。如果发现存在峰值，那么第一台15 的扫描停止，并且，存储脉冲的基准时间位置和脉冲峰值的值(S503)。然后，插入被检体，并且，在测量点到达初始位置之后，执行与上述相同的操作 (参见图2D中的位置41)(S504)。即，在第二台16轻微振动的同时，扫描第一台15。当发现过零点并且识别出峰值时，第一台15的扫描停止。此时，初始位置的时间位置被存储。在下一步骤(S50O中，第一台15被扫描以获得初始位置处的时域波形，并且，使用上述的拟合方法来计算厚度和特性值。然后，在第二台16轻微振动的同时，第一台15的位置被反馈控制，使得总是保持对过零点的捕获(S506)。同时，被检体的位置移动。此刻，第一台15的时间位置从其初始时间位置的偏移At和THz波脉冲的峰值振幅从其初始振幅的偏移ΔΑ被存储(S507)。
在第一示例性实施例中，对于具有约80微米的厚度和约101° Ω cm的相对较高电阻率的导电合成树脂材料执行检查。图6A和图6B示出事先获取的该材料的特性的例子。示出了电阻率和折射率(复折射率的实部)之间的关系以及电阻率和消光系数(复折射率的虚部)之间的关系。可通过在图1所示的装置中使用具有已知厚度的材料的THz透射测量来获得这种数据。通过使用电阻率作为参数，从上式(1)和( 导出复折射率。图7示出从图6A和图6B的示图制作的示图。通过选择1ΤΗζ、1. 5THz和2THz的频率作为参数，图示了电阻率η和k之间的相关关系。基于这些相关关系，制作和存储查找表，使得可从(At， ΔΑ)获得(Ad，Δ ρ)。图7Α和图7Β示出对于某种偏振方向上的THz波的η和k的值。 图7C和图7D示出对于与上述偏振方向正交的偏振方向上的THz波的η和k的值。在这些相互正交的偏振方向之间，特性稍有不同。也可通过基于包括与偏振方向有关的这些特性的数据来分析测量的信号，检查被检体的各向异性。可如下那样获取被检体的初始位置处的厚度d和电阻率P。使用没有被检体的测量结果作为基准，并且，使用d = 80微米和P = IOuiQcm的标准值作为初始值。并且， 可通过上述的拟合方法获取厚度d和电阻率r，其中，向着如图6A或图6B所示的事先获取的各电阻率的复折射率谱执行拟合。可通过以上的操作获取从标准值的初始位置处的偏移值。因此，基于在被检体如图2C和图2D所示的那样移动的同时测量的从初始值的偏移At 和ΔΑ，可计算从标准值的偏移Ad和Δ ρ的表面分布。也可基于它来成像。图8C示出这种图像的例子。可以观察到亚毫米量级的黑色和白色条带。该图像示出电阻率分布，并且其电阻率在IO9 Ω cm和IO11 Ω cm之间的范围中波动。白色部分表示出具有高的透射率和高的电阻率的部分。图8B是电阻率分布的截面图。与其相对，如图8A 所示，被检体的厚度分布以IOmm量级的缓和的周期和约5微米的变动宽度改变。可以在产品的生产线中使用用于执行被检体的成像的这种检查装置。此外，基于来自这种检查装置的控制信号，诸如延展压力和挤出成型速度之类的物理条件可被反馈控制，以制造均勻性比常规结构高的结构(导电树脂片等)。在第一示例性实施例中，虽然使用没有被检体的测量结果作为基准，但是，可以通过单独的装置在被检体的初始位置处执行精确的测量。在这种情况下，可从THz透射测量的结果迅速计算特性η和k。因此，通过第一台15的扫描进行的时域波形的获取和通过拟合方法进行的计算变得不必要，并由此可以缩短初始操作。以上，描述了透射脉冲的信号的获取，但是，也可使用反射脉冲的信号的获取。在后一种情况下，可以观察在层结构中的界面处经受多次反射的脉冲。因此，执行这些脉冲的测量，并且，执行与以上类似的操作。此外，在分析反射和透射脉冲两者的情况下，可以获得被检体的更多信息。将描述第二示例性实施例。在第一示例性实施例中，在被检体的各测量点处执行 At和ΔΑ的测量，并且，连续计算Ad和Δ P，以获得厚度和电阻率的分布的图像。但是， 实际上，在如第一示例性实施例中那样的片状被检体的情况下，如以上参照图8Α和图8Β描述的那样，厚度和电阻率P的分布具有不同的图案。因此，在第二示例性实施例中，在从(At，ΔΑ)的二维数据系列知晓二维图案或方向性质的情况下，通过一维空间滤波来执行信号分离。例如，使用具有8mm截止的滤波器。当使用具有低于8mm的截止的低通滤波器时，在假设厚度均勻并且电阻率分布具有短的变动周期的情况下执行计算。相反，当使用具有高于8mm的截止的高通滤波器时，在假设电阻率均勻并且厚度有分布的情况下执行计算。在事先知晓被检体的特性的值具有带有不同周期的分布的情况下，可通过使用空间滤波器的这种信号处理来迅速实现精确的检查。将描述第三示例性实施例。在第三示例性实施例中，放置被检体，使得可以使用反射波脉冲。可存在被检体具有卷筒状配置的情况，并且，如图4A所示，卷筒状被检体100在通过辊101旋转的同时被检查。在这种情况下，在可将THz波检测器插入卷筒状被检体中的情况下，可以使用上述的透射测量。但是，在空间小的情况下，或者，在诸如金属板之类的反射物质被设置在卷筒状被检体中的情况下，可以分析沿方向103反射的THz波。在反射测量的情况下，由于反射位置的精度大大影响峰值时间位置的偏移量，因此，静止板102要被放置以使得被检体与THz波产生器和检测器的相对位置不改变。静止板 102可以是能够用作反射体的Al(铝)的平板。检测透射通过被检体100两次的反射THz 波，以用来检查被检体。可对于难以实现用于透射测量的位置的被检体执行这种反射测量。将描述第四示例性实施例。第四示例性实施例涉及其中分散有诸如葡萄糖之类的糖类的例如口香糖的食品的检查方法。使用光纤激光器作为THz-TDS系统中的激励光源。 也可使用以上的钛蓝宝石激光器。在普通的光纤激光器中，使用掺杂有诸如Er之类的稀土的光纤作为放大介质。已开发了能够在约1.55微米带中振荡的光纤激光器。此外，也完全通过使用光纤来形成10飞秒级的超短脉冲激光器。与使用固体激光器的结构相比，使用光纤激光器的结构的尺寸小得多并且成本低得多。此外，前者具有高的振荡稳定性。在使用光纤激光器作为THz波产生源的情况下，当通过使用非线性晶体等的谐波产生器执行780nm带光的照明时，可以使用如在以上的实施例中描述的使用LT-GaAs的光传导器件。另一方面，当用能够从光纤激光器直接产生的1. 55微米或1. 06微米带THz波来执行发射时，可以使用InP衬底或GaAs衬底上的LT-InGaAs外延层。在第四示例性实施例中，如图4C所示，来自光纤激光器50的输出通过使用光纤 51、53和M而与THz波产生器55和检测器56耦合。因此，有利于光轴的调整。光纤耦合器52将来自光纤激光器50的输出一分为二。用作THz波产生器的THz波产生模块55和用作检测器的THz波检测模块56中的每一个是一体化单元，该一体化单元包括用于会聚激光的部分、光延迟部分、光传导器件、用于THz波产生或检测的窗口和用于控制波的方向的透镜。在图4C所示的配置中，图1所示的电气系统的一部分被省略。THz波产生器55和检测器56分别包括长行程光延迟部分和短行程光延迟部分。 可通过使用光纤形成整个光延迟部分。在这种情况下，可通过调节向光纤介质施加的电场或温度来改变光纤介质的折射率，使得发生传送延迟。可通过使用光纤光栅等对于各频率调节时间延迟。当要检查口香糖时，存在对包含于口香糖中的诸如葡萄糖之类的糖类所特有的指纹谱。在第四示例性实施例中，如图6E所示，在1.3THz附近存在特性吸收谱。要事先获取的数据如下。一个是作为具有给定厚度的检查被检体中的糖类混合比改变而出现的1. 3THz 吸收率与其标准值的差值Aa的值，另一个是作为被检体中的糖类混合比改变而出现的 THz波脉冲与其标准值的相位差Δ θ的值。与以上的实施例类似，插入被检体，并且，被检体在被移动的同时被THz波脉冲照射。在各测量点处获取数据。初始位置处的系统的操作与以上的实施例中的相同。换句话说，获取被检体插入状态中相对于被检体缺少状态的脉冲峰值偏移，并且，跟踪脉冲峰值。 在第四示例性实施例中，频谱的信息也是必要的。因此，在第一延迟台被移动以获得THz波形之后，计算FFT谱，使得提取被检体插入状态相对于被检体缺少状态的1. 3THz处的吸收率偏移。因此，基于峰值偏移量和吸收率偏移量，获取初始位置处的厚度和目标组分的糖类的含有量。然后，在所有的检查表面上执行通过峰值跟踪的从初始位置的峰值偏移量的获取和通过借助时间延迟的扫描获得的时域波形的FFT的从初始值的1. 3THz处的谱强度改变量的获取。由此，除了所关注的频率处的吸收率改变和峰值偏移时间(ΔΑ，At)与厚度和含有量的改变(△(!，Δη)之间的关系数据，还基于初始位置处的计算值和各测量点处的改变量，可获得厚度和含有量的二维图像分布。事先测量和存储关系数据。与以上的实施例类似，可对于基于制造参数的现场检查或反馈控制的筛选，使用由此获得的信息。此外，与以上的实施例类似，当在初始位置处执行厚度的精确测量时，初始位置处的计算速度可增大。在要使用特定频率处的信息的情况下，由于必须获取THz波脉冲的时域波形，因此检查时间在某种程度上增加。但是，在第四示例性实施例中，能够以非接触和非损坏方式获得包含于被检体中的目标组分的浓度分布的图像。将描述第五示例性实施例。第五示例性实施例涉及以10微米红外带作为所关注的放射线的截止滤波器的特性的检查。检查装置中的光学系统的一部分与图4Β所示的一部分相同。使用能够振荡10微米波的量子级联激光器作为THz波产生器121。使用用于长波长带的MCT(HgCdTe)半导体光电二极管作为检测器122和124。要被检查的被检体的滤波器被放置在位置123处。在执行二维扫描的同时，分别通过使用检测器122和IM来获取相位改变和透射强度改变。基于事先获取的、相位和透射强度的改变量与厚度和衰减量的改变之间的关系数据，可以计算红外滤波器的厚度和衰减量的分布，并且可以执行其成像。在本实施例中，对于放射线的波长带没有限制。可使用微波、毫米波、THz波和光波等。也可通过读出并且执行记录在存储器设备上的程序以执行上述的实施例的功能的系统或装置的计算机(或诸如CPU或MPU之类的设备)以及通过由系统或装置的计算机通过例如读出并且执行记录在存储器设备上的程序以执行上述的实施例的功能执行其步骤的方法，实现本发明的各方面。出于这种目的，例如经由网络或从用作存储器设备的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)向计算机提供程序。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有的这些变更方式和等同的结构和功能。本申请要求在2009年1月5日提交的日本专利申请No. 2009-000465的权益，在此以引用的方式并入其全部内容。
权利要求
1.一种用于检查被检体的装置，该装置包含照射部分，用于用放射线照射被检体；检测部分，用于检测来自被照射的被检体的放射线；获取部分，用于获取与由检测部分检测的放射线的检测时间相关联的来自照射部分的放射线的传送时间以及由检测部分检测的放射线的振幅；存储部分，用于事先存储传送时间和振幅与被检体的特性的代表性值之间的关系数据；和计算部分，用于基于所述传送时间、所述振幅和存储于存储部分中的关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。
2.根据权利要求1的检查装置，其中，所述放射线包含30GHz和30THz之间的频率范围中的频率成分。
3.根据权利要求2的检查装置，其中，所述放射线是脉冲，所述获取部分通过时域谱分析来获取传送时间和振幅，并且，所述计算部分将所述传送时间和振幅与关系数据进行比较。
4.根据权利要求1的检查装置，其中，由所述计算部分获得的被检体的特性是电导率或电阻率。
5.根据权利要求3的检查装置，其中，在随着被检体相对于脉冲的相对位置被移动而存储与脉冲的传送时间对应的峰值时间位置的改变量和与脉冲的振幅对应的峰值振幅的改变量的同时，通过计算部分获得各相对位置处的被检体的厚度和特性的值，并且，执行被检体的厚度和特性的分布的成像。
6.根据权利要求5的检查装置，其中，在执行成像之后，通过使用空间滤波器来分离被检体的厚度和特性的分布。
7.根据权利要求1的检查装置，其中，被检体具有特定频率处的吸收，所述存储部分事先存储所述特定频率处的振幅作为放射线的振幅，并且，所述计算部分基于所述特定频率处的振幅和所述关系数据来获得被检体的厚度和特性的值。
8.一种用于驱动根据权利要求5的检查装置的方法，该方法包含移动被检体相对于脉冲的相对位置的步骤；对在时域谱分析中使用的延迟部分的延迟位置进行反馈控制以使得在移动的步骤中总是保持获取脉冲的峰值时间位置的步骤；和存储在控制的步骤中被反馈控制的延迟位置的步骤。
9.一种检查被检体的检查方法，该方法包含检测步骤，检测来自用放射线照射的被检体的放射线；获取步骤，获取与在检测步骤中检测的放射线的检测时间相关联的传送时间以及在检测步骤中检测的放射线的振幅；存储步骤，事先存储传送时间和振幅与被检体的特性的代表性值之间的关系数据；和计算步骤，基于在获取步骤中获取的传送时间和振幅以及在存储步骤中存储的关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。
全文摘要
在检查装置或方法中，可同时获取被检体的厚度和特性的值或者它们的分布。检查装置包括部分9，用于用放射线照射被检体2；部分10，用于检测来自被检体的放射线；获取部分26；存储部分21和计算部分20。获取部分获取与放射线的检测时间相关联的传送时间以及放射线的振幅。存储部分事先存储传送时间和振幅与被检体的特性的代表性值之间的关系数据。计算部分基于传送时间、振幅和关系数据，获得被检体的厚度和特性的值。
文档编号G01N21/35GK102272578SQ20098015321
公开日2011年12月7日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年1月5日
发明者尾内敏彦, 笠井信太郎 申请人:佳能株式会社