JP2007101189A - Transmission-type electromagnetic wave imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物質の電磁波に対する透過率の2次元分布を測定して、非破壊で被測定試料の物理的、化学的性質の2次元分布を明らかにする透過型電磁波イメージング装置に関する。 The present invention relates to a transmission-type electromagnetic wave imaging apparatus that measures a two-dimensional distribution of transmittance of a substance with respect to electromagnetic waves, and reveals a two-dimensional distribution of physical and chemical properties of a sample to be measured in a non-destructive manner.
従来の透過型電磁波イメージング装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。図5は従来の透過型電磁波イメージング装置を示す構成図である。
As a conventional transmission electromagnetic wave imaging apparatus, for example, there is one disclosed in
図5に示す透過型電磁波イメージング装置は、測定室101と、テラヘルツパルス光源102と、測光光学系103A, 103Bと、X−Yステージ104と、被測定試料105と、テラヘルツパルス検出部106と、計測・記憶部107と、データ処理部108と、演算部109と、画像処理部110とを備える。
A transmission electromagnetic wave imaging apparatus shown in FIG. 5 includes a measurement chamber 101, a terahertz
テラヘルツパルス光源102から発生したテラヘルツパルス光は、測光光学系103Aにより集光光束となり被測定試料105の一点に照射され、被測定試料105を透過し、測光光学系103Bで集光されてテラヘルツパルス検出部106に入射する。
The terahertz pulse light generated from the terahertz
X−Yステージ104は、被測定試料105を載置し、被測定試料105の2次元投影画像を得るためのX−Y走査をする。X−Y走査に応じてテラヘルツパルス検出部106は透過パルス光を順次検出し、電場強度の信号を計測・記憶部107へ送出する。
The
計測・記憶部107は、1画素毎にテラヘルツパルス光の電界強度の時系列信号を計測し、記憶する。データ処理部108は、1画素毎に時系列信号をフーリエ変換し、周波数スペクトルに変換する演算を行い、分光透過率を算出する。
The measurement /
演算部109は、分光透過率の周波数依存性から、被測定試料105の特徴的なパラメータを算出する。画像処理部110は、演算部109で得られた各画素に対応する数値データを用いてコンピュータで再構成して2次元画像化する。
しかし、図5に示す透過型電磁波イメージング装置は、テラヘルツパルス光を試料表面上の一点に集光させる構造であるため、被測定試料がテラヘルツパルス光の光軸上で前後した場合、テラヘルツパルス光が透過する被測定試料上の断面積が大きく変化する。また、ステージ動作による振動発生が測光光学系の位置ずれを誘発することがある。このため測定精度が低下するという問題があった。 However, since the transmission electromagnetic wave imaging apparatus shown in FIG. 5 has a structure for condensing terahertz pulse light at one point on the sample surface, when the sample to be measured moves back and forth on the optical axis of the terahertz pulse light, terahertz pulse light is used. The cross-sectional area on the sample to be measured that is transmitted through greatly changes. Further, the occurrence of vibration due to the stage operation may induce a position shift of the photometric optical system. For this reason, there was a problem that the measurement accuracy was lowered.
この測定精度の低下を防ぐには、X−Yステージの走査機構に高い位置精度が要求される。また、ステージ動作による位置ずれを防ぐためには、走査機構に高い剛性を持たせる必要がある。このため複雑な可動機構が必要となり、装置の構成が複雑になるという問題があった。 In order to prevent this measurement accuracy from being lowered, a high positional accuracy is required for the scanning mechanism of the XY stage. In addition, in order to prevent displacement due to the stage operation, the scanning mechanism needs to have high rigidity. For this reason, there is a problem that a complicated movable mechanism is required and the configuration of the apparatus is complicated.
さらに、集光ビームを用いるため、被測定試料が厚くなるとテラヘルツパルス光が透過する被測定試料上の断面積が試料表面と裏面とで大きく変化する。このため試料厚さに制約が生じる。 Furthermore, since the focused beam is used, the cross-sectional area on the sample to be measured through which the terahertz pulse light is transmitted changes greatly between the sample surface and the back surface when the sample to be measured is thick. This limits the sample thickness.
本発明は上記に鑑みてなされたもので、被測定試料の電磁波に対する透過率の2次元分布を高い精度で測定することができ、測定できる試料の厚さに制約がなく、シンプルな構造の透過型電磁波イメージング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can measure the two-dimensional distribution of the transmittance of the sample to be measured with respect to the electromagnetic wave with high accuracy, has no restriction on the thickness of the sample that can be measured, and has a simple structure. An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave imaging apparatus.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、電磁波の被測定試料に対する透過率の2次元分布を測定し、その結果から被測定試料の物理的、化学的性質の2次元分布を可視化する透過型電磁波イメージング装置において、電磁波信号を発生する電磁波信号発生手段と、この電磁波信号発生手段で発生した前記電磁波信号を複数に分配する分配手段と、この分配手段で分配された電磁波信号をそれぞれ位相調整する位相調整手段と、この位相調整手段で位相調整された電磁波信号を受けて電磁波を放射する複数の電磁波放射素子をアレイ状に配置した電磁波放射源と、前記電磁波放射源から電磁波の放射方向に所定の焦点距離だけ前方に設置され、前記電磁波放射源から放射された電磁波をコリメートする第1のコリメート光学系と、この第1のコリメート光学系を出射した後、前記被測定試料を透過した電磁波を収束する第2のコリメート光学系と、この第2のコリメート光学系から電磁波の進行方向に前記第2のコリメート光学系の焦点距離だけ前方に設置され、前記第2のコリメート光学系で収束された電磁波を検出する電磁波検出手段と、前記位相調整手段で調整される位相調整量を制御することにより前記電磁波放射源が放射する電磁波の前記被測定試料表面上での照射位置を走査させ、前記電磁波検出手段で検出した電磁波の強度に基づいて前記被測定試料に対する電磁波の透過率の2次元分布を測定する演算制御手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2記載の発明は、穴を1つ有し、この穴以外の位置では電磁波を透過しない位相調整量較正板を前記被測定試料の設置位置に設置した状態で、前記演算制御手段は、前記位相調整手段で位相量を調整した電磁波を前記電磁波放射源から放射し、前記穴を通過した電磁波を前記電磁波検出手段で検出し、この検出した電磁波の強度が最大値を得るときの位相量を前記穴の位置における位相調整量とし、それぞれ異なる位置に前記穴が設けられた複数の前記位相調整量較正板を用いたときに前記電磁波検出手段で検出した電磁波の強度が最大値を得るときの位相量をそれぞれの前記穴の位置における位相調整量として記憶することを特徴とする。 The invention according to claim 2 has one hole, and in a state where a phase adjustment amount calibration plate that does not transmit electromagnetic waves at positions other than the hole is installed at the installation position of the sample to be measured, The amount of phase when the electromagnetic wave whose phase amount has been adjusted by the phase adjusting unit is radiated from the electromagnetic wave radiation source, the electromagnetic wave that has passed through the hole is detected by the electromagnetic wave detecting unit, and the intensity of the detected electromagnetic wave has a maximum value Is the phase adjustment amount at the position of the hole, and when the plurality of phase adjustment amount calibration plates provided with the holes at different positions are used, the intensity of the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detection means obtains the maximum value The phase amount is stored as a phase adjustment amount at each hole position.
請求項3記載の発明は、前記演算制御手段は、事前に測定した前記電磁波放射源から放射される電磁波の各放射方向の放射プロファイルデータを記憶し、この放射プロファイルデータ用いて前記被測定試料に対する電磁波の透過率の2次元分布データに対する逆畳み込み演算を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the calculation control means stores radiation profile data of each radiation direction of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiation source measured in advance, and the radiation profile data is used for the sample to be measured. A deconvolution operation is performed on two-dimensional distribution data of electromagnetic wave transmittance.
本発明によれば、電磁波を放射する複数の電磁波放射素子をアレイ状に配置し、それぞれの電磁波放射素子が放射する電磁波の位相を調整することにより被測定試料に当たる電磁波の位置を2次元走査するので、被測定試料を載置したステージが移動することによる振動、試料の位置ずれなどがなくなり、被測定試料の電磁波に対する透過率の2次元分布を高い精度で測定することができる。また、集光ビームを用いないため、測定できる試料の厚さに制約がない。 According to the present invention, a plurality of electromagnetic wave radiating elements that radiate electromagnetic waves are arranged in an array, and the position of the electromagnetic wave that strikes the sample to be measured is two-dimensionally scanned by adjusting the phase of the electromagnetic waves radiated by each of the electromagnetic wave radiating elements. As a result, vibration due to movement of the stage on which the sample to be measured is moved, sample position displacement, and the like are eliminated, and the two-dimensional distribution of the transmittance of the sample to be measured with respect to electromagnetic waves can be measured with high accuracy. Further, since a focused beam is not used, there is no restriction on the thickness of the sample that can be measured.
さらに、複雑な可動機構の排除が可能となり、シンプルな構造の透過型電磁波イメージング装置を提供することができる。 Furthermore, a complicated movable mechanism can be eliminated, and a transmission electromagnetic wave imaging apparatus having a simple structure can be provided.
以下、本発明の透過型電磁波イメージング装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態の透過型電磁波イメージング装置を示す構成図である。 The best mode for carrying out the transmission electromagnetic wave imaging apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a transmission electromagnetic wave imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、電磁波信号発生・位相調整部1は電磁波信号を発生し、その位相を独立に制御して供給する。
In FIG. 1, an electromagnetic wave signal generating /
電磁波放射源2は電磁波信号発生・位相調整部1から供給される電磁波を放射する。電磁波放射源2には電磁波放射素子がアレイ状に配置され、電磁波放射源マウンタ3に搭載されている。
The electromagnetic wave radiation source 2 radiates an electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave signal generation /
第1のコリメートレンズ4は電磁波放射源2から放射される電磁波ビームを平行ビームにコリメートする。第1のコリメートレンズ4の焦点距離をfとすると、第1のコリメートレンズ4は電磁波放射源2から電磁波放射方向にfの位置に設置される。 The first collimating lens 4 collimates the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic radiation source 2 into a parallel beam. When the focal length of the first collimating lens 4 is f, the first collimating lens 4 is installed at a position f in the electromagnetic wave radiation direction from the electromagnetic wave radiation source 2.
試料台5は被測定試料6を載置する。試料台5の中央には穴が設けられ、第1のコリメートレンズ4から到来する放射電磁波ビームが透過するようになっている。 The sample stage 5 mounts the sample 6 to be measured. A hole is provided in the center of the sample stage 5 so that a radiated electromagnetic wave beam coming from the first collimating lens 4 is transmitted.
第2のコリメートレンズ7は被測定試料6を透過した電磁波ビームを一点に収束させる。 The second collimating lens 7 converges the electromagnetic wave beam transmitted through the sample 6 to be measured at one point.
電磁波検出部8は第2のコリメートレンズ7から到来する電磁波ビームを検出する。第2のコリメートレンズ7の焦点距離をf’とすると、電磁波検出部8の検出面8aが第2のコリメートレンズ7から電磁波進行方向にf’の位置になるように設置される。 The electromagnetic wave detection unit 8 detects an electromagnetic wave beam coming from the second collimating lens 7. Assuming that the focal length of the second collimating lens 7 is f ′, the detection surface 8 a of the electromagnetic wave detection unit 8 is installed so as to be located at the position f ′ from the second collimating lens 7 in the electromagnetic wave traveling direction.
測定室9は電磁波放射源2、電磁波放射源マウンタ3、第1のコリメートレンズ4、試料台5、被測定試料6、第2のコリメートレンズ7、電磁波検出部8を収納し、電磁波の通過する空間を覆うようになっている。
The measurement chamber 9 houses the electromagnetic wave radiation source 2, the electromagnetic
A/D変換部10は電磁波検出部8で検出した電磁波信号をデジタルデータに変換して出力する。
The A /
演算制御記憶部11は電磁波信号発生・位相調整部1を制御して電磁波放射源2が放射する電磁波の被測定試料表面上での照射位置を走査させる。また、電磁波検出部8で検出される電磁波の強度と被測定試料6を電磁波が透過する位置との関係を記憶し、電磁波の走査終了後、電磁波の透過強度の2次元等高線図を表示させる。さらに、事前に測定し記憶しておいた電磁波放射源2から放射される電磁波の各放射方向の放射プロファイルデータを用いて、被測定試料6に対する電磁波の透過率の2次元分布データに対する逆畳み込み演算を行う。
The arithmetic control storage unit 11 controls the electromagnetic wave signal generation /
図2は図1に示す透過型電磁波イメージング装置の電磁波放射源を示す構成図である。図2に示すように電磁波放射源2は、半導体基板21と、半導体基板21上に形成された低誘電体層22と、低誘電体層22上に形成された3行×3列の電磁波放射素子アレイ23とを備える。電磁波放射素子アレイ23を構成する電磁波放射素子231〜239には、例えばパッチアンテナを用いる。
FIG. 2 is a block diagram showing an electromagnetic wave radiation source of the transmission electromagnetic wave imaging apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 2, the electromagnetic wave radiation source 2 includes a semiconductor substrate 21, a low dielectric layer 22 formed on the
図3は図1に示す透過型電磁波イメージング装置の電磁波信号発生・位相調整部を示す構成図である。図3に示すように電磁波信号発生・位相調整部1は、所望の周波数で発振する高周波発振器12と、高周波発振器12から発せられた高周波信号を分配する分配器13と、分配器13で分配された高周波信号をそれぞれ別々に位相調整する位相調整器141〜149とを備える。高周波発振器12、分配器13、電磁波放射源2の各要素は同軸配線15で電気的に接続され、同軸配線15は被覆16で束ねられる。位相調整器141〜149は位相量制御線17で演算制御記憶部11に接続され、位相量制御線17は被覆18で束ねられる。
FIG. 3 is a block diagram showing an electromagnetic wave signal generation / phase adjustment unit of the transmission electromagnetic wave imaging apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 3, the electromagnetic wave signal generating /
ここで、本実施の形態の透過型電磁波イメージング装置の動作を説明する。まず、高周波発振器12は高周波の電磁波信号を発生し、分配器13に出力する。分配器13は高周波発振器12から入力された電磁波信号を9チャンネルに分配し、位相調整器141〜149にそれぞれ出力する。
Here, the operation of the transmission electromagnetic wave imaging apparatus of the present embodiment will be described. First, the
次いで、位相調整器141〜149は、演算制御記憶部11からの制御指示に基づいて、分配器13から入力された電磁波信号の位相をそれぞれ独立に調整し、位相調整した電磁波信号を電磁波放射源2に供給する。そして、電磁波放射源2は電磁波を第1のコリメートレンズ4に放射する。
Next, the phase adjusters 141 to 149 independently adjust the phase of the electromagnetic wave signal input from the
アレイ状に並べられた電磁波放射素子231〜239から放射された電磁波は互いに干渉し合い、特定の方向にのみ強く放射される。そこで、各電磁波放射素子231〜239を励起する位相を制御することによってその干渉波の放射分布を制御する。 The electromagnetic waves radiated from the electromagnetic radiation elements 231 to 239 arranged in an array interfere with each other and are radiated strongly only in a specific direction. Therefore, the radiation distribution of the interference wave is controlled by controlling the phase for exciting the electromagnetic wave radiation elements 231 to 239.
位相調整器141〜149で調整される位相量は、電磁波放射素子231〜239から放射される電磁波が第1のコリメートレンズ4の任意の一点に絞られて向かうように、演算制御記憶部11で制御される。 The amount of phase adjusted by the phase adjusters 141 to 149 is determined by the calculation control storage unit 11 so that the electromagnetic waves radiated from the electromagnetic wave radiating elements 231 to 239 are directed to any one point of the first collimating lens 4. Be controlled.
第1のコリメートレンズ4は、電磁波放射源2から放射される電磁波ビームを平行ビームにコリメートし、被測定試料6に照射する。電磁波放射源2は第1のコリメートレンズ4の焦点に位置している。したがって、電磁波放射源2から放射される電磁波はどの方向に向かったとしても、第1のコリメートレンズ4で絞られた平行ビームとしてコリメートされ、被測定試料6に向かうことになる。 The first collimating lens 4 collimates the electromagnetic wave beam emitted from the electromagnetic wave radiation source 2 into a parallel beam and irradiates the sample 6 to be measured. The electromagnetic radiation source 2 is located at the focal point of the first collimating lens 4. Accordingly, the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave radiation source 2 is collimated as a parallel beam focused by the first collimating lens 4 and travels toward the sample 6 to be measured, regardless of the direction.
そして、第2のコリメートレンズ7は、被測定試料6を透過した電磁波ビームを一点に収束させる。次いで、電磁波検出部8は、第2のコリメートレンズ7から到来する電磁波ビームを検出する。 Then, the second collimating lens 7 converges the electromagnetic wave beam transmitted through the sample 6 to be measured at one point. Next, the electromagnetic wave detection unit 8 detects the electromagnetic wave beam coming from the second collimating lens 7.
ここで、第2のコリメートレンズ7に入射する電磁波は絞られた平行ビームであり、電磁波検出部8の検出面8aは第2のコリメートレンズ7の焦点の位置に設置されている。したがって、被測定試料6のいずれの位置を透過した電磁波も必ず電磁波検出部8の検出面8aに到達する。 Here, the electromagnetic wave incident on the second collimating lens 7 is a collimated parallel beam, and the detection surface 8 a of the electromagnetic wave detection unit 8 is installed at the focal point of the second collimating lens 7. Therefore, the electromagnetic wave transmitted through any position of the sample 6 to be measured always reaches the detection surface 8 a of the electromagnetic wave detection unit 8.
次いで、A/D変換部10は、電磁波検出部8で検出した電磁波信号をデジタルデータに変換して演算制御記憶部11に出力する。
Next, the A /
そして、演算制御記憶部11は、電磁波信号発生・位相調整部1を制御して電磁波放射源2が放射する電磁波の被測定試料6の表面上での照射位置を走査させる。また、電磁波検出部8で検出される電磁波の強度と被測定試料6を電磁波が透過する位置との関係を記憶し、電磁波の走査終了後、電磁波の透過強度の2次元等高線図を表示させる。
The arithmetic control storage unit 11 controls the electromagnetic wave signal generation /
さらに、演算制御記憶部11は、事前に測定して記憶した電磁波放射源から放射される電磁波の各放射方向の放射プロファイルデータを用いて、被測定試料の2次元透過率分布データに対する逆畳み込み演算を行う。 Further, the calculation control storage unit 11 uses the radiation profile data of each radiation direction of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic radiation source measured and stored in advance, and performs a deconvolution calculation on the two-dimensional transmittance distribution data of the sample to be measured. I do.
演算制御記憶部11は、電磁波放射源から放射される電磁波の各放射方向の放射プロファイルデータh(x,y)のフーリエ変換関数H(ξ,η)の逆関数H−1(ξ,η)を求める。また、電磁波信号発生・位相調整部1の位相量調整で得られた被測定資料の2次元透過率分布データi´(ξ,η)のフーリエ変換関数I´(ξ,η)を求める。
The calculation control storage unit 11 is an inverse function H −1 (ξ, η) of the Fourier transform function H (ξ, η) of the radiation profile data h (x, y) in each radiation direction of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic radiation source. Ask for. Further, the Fourier transform function I ′ (ξ, η) of the two-dimensional transmittance distribution data i ′ (ξ, η) of the measured material obtained by adjusting the phase amount of the electromagnetic wave signal generation /
そして、演算制御記憶部11は、下記に示す(数式1)の関係から放射電磁波ビームのビーム径や電磁波放射素子アレイ23から放射されるサイドローブの影響を除いた高い空間分解能の被測定資料の2次元透過率分布データi(x,y)を演算により得る。
ここで、位相調整器141〜149で与える位相調整量を求める方法について説明する。図4は位相調整量較正用金属板を示す図である。図4に示すように、位相調整量較正用金属板51は小さな穴52を1つ有し、この穴52以外の場所では電磁波を透過しない。 Here, a method for obtaining the phase adjustment amount given by the phase adjusters 141 to 149 will be described. FIG. 4 is a view showing a metal plate for phase adjustment amount calibration. As shown in FIG. 4, the phase adjustment amount calibration metal plate 51 has one small hole 52, and does not transmit electromagnetic waves in places other than the hole 52.
そして、穴52が特定の位置Aにくるように位相調整量較正用金属板51を試料台5に設置し、この状態で電磁波放射源2から電磁波を放射させ、電磁波検出部8でその強度を検出する。 Then, the phase adjustment amount calibration metal plate 51 is placed on the sample stage 5 so that the hole 52 is located at a specific position A. In this state, the electromagnetic wave is radiated from the electromagnetic wave radiation source 2, and the electromagnetic wave detection unit 8 increases its strength. To detect.
位相調整器141〜149のそれぞれに与える位相調整量を変化させると、電磁波放射源2から放射される電磁波の空間プロファイルが変化するため、電磁波検出部8で検出される電磁波強度は変化する。 When the amount of phase adjustment given to each of the phase adjusters 141 to 149 is changed, the spatial profile of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiation source 2 changes, so that the electromagnetic wave intensity detected by the electromagnetic wave detector 8 changes.
電磁波検出部8で検出される電磁波強度が最大値を得るとき、与えた位相調整量は、位相調整量較正用金属板51の穴52の位置に電磁波が向かうように電磁波放射源2の電磁波放射素子231〜239から放射される電磁波が第1のコリメートレンズ4の一点に絞られて放射されていると考えることができる。 When the electromagnetic wave intensity detected by the electromagnetic wave detection unit 8 obtains the maximum value, the applied phase adjustment amount is the electromagnetic wave radiation of the electromagnetic wave radiation source 2 so that the electromagnetic wave is directed to the position of the hole 52 of the metal plate 51 for phase adjustment amount calibration. It can be considered that the electromagnetic waves radiated from the elements 231 to 239 are radiated while being focused on one point of the first collimating lens 4.
したがって、このとき与えた位相調整量を演算制御記憶部11に記憶し、位相調整器141〜149で与える位相調整量をこの演算制御記憶部11に記憶された位相調整量に設定すれば、必ず試料台5上の位置Aに電磁波を集中させることができる。 Therefore, if the phase adjustment amount given at this time is stored in the calculation control storage unit 11 and the phase adjustment amount given by the phase adjusters 141 to 149 is set to the phase adjustment amount stored in this calculation control storage unit 11, Electromagnetic waves can be concentrated at position A on the sample stage 5.
したがって、事前に異なる位置に穴を設けた位相調整量較正用金属板51を複数準備しておき、それらを試料台5上に設置し、各穴の位置に対応して電磁波検出部8で検出される電磁波強度が最大値となる位相調整量を演算制御記憶部11に記憶しておけば、試料台5に設置された被測定試料6に対する電磁波の透過強度の2次元等高線図を得るために、位相調整器141〜149で与えるべき位相調整量が事前に分かっていることになる。 Therefore, a plurality of phase adjustment amount calibration metal plates 51 with holes provided at different positions are prepared in advance, and these are installed on the sample stage 5 and detected by the electromagnetic wave detection unit 8 corresponding to the positions of the holes. In order to obtain a two-dimensional contour map of the transmission intensity of the electromagnetic wave with respect to the sample 6 to be measured placed on the sample stage 5 by storing the phase adjustment amount at which the electromagnetic wave intensity to be maximized is stored in the calculation control storage unit 11. Therefore, the amount of phase adjustment to be given by the phase adjusters 141 to 149 is known in advance.
このように本実施の形態の透過型電磁波イメージング装置によれば、電磁波放射素子231〜239が放射する電磁波の位相を制御することにより、測定中に被測定試料6の位置を動かすことなく被測定試料6に当たる収束電磁波ビームの位置を2次元走査することが可能となる。したがって、被測定試料6の位置を動かすための従来のX−Yステージが不要となり、ステージが移動することによる振動、試料の位置ズレなどがなくなり、精度の高い測定が実現できる。また、複雑な可動機構の排除が可能となり、小型でシンプルな構造の試料室を採用でき、システムのコストダウンも可能となる。さらに、集光ビームを用いないため、測定できる試料の厚さに制約がない。 As described above, according to the transmission electromagnetic wave imaging apparatus of the present embodiment, by controlling the phase of the electromagnetic wave radiated by the electromagnetic wave radiation elements 231 to 239, the measurement object can be measured without moving the position of the sample 6 to be measured during the measurement. It becomes possible to two-dimensionally scan the position of the convergent electromagnetic wave beam that hits the sample 6. Therefore, the conventional XY stage for moving the position of the sample 6 to be measured is not required, and vibrations due to the movement of the stage, displacement of the sample position, and the like are eliminated, and highly accurate measurement can be realized. In addition, a complicated movable mechanism can be eliminated, a sample chamber having a small and simple structure can be adopted, and the cost of the system can be reduced. Furthermore, since a focused beam is not used, there is no restriction on the thickness of the sample that can be measured.
また、事前に測定した電磁波放射源2から放射される電磁波の各放射方向の放射プロファイルデータを用いて、被測定試料6の2次元透過率分布データに対する逆畳み込み演算を行うことで、高い空間分解能で被測定試料6の2次元透過率分布データを得ることが可能となる。 Further, by using the radiation profile data of each radiation direction of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic radiation source 2 measured in advance, high spatial resolution is obtained by performing a deconvolution operation on the two-dimensional transmittance distribution data of the sample 6 to be measured. Thus, it is possible to obtain two-dimensional transmittance distribution data of the sample 6 to be measured.
また、通常1つの電磁波放射素子から放射されるビームは拡散的に広がるため、コリメートビームにするには別途光学系が必要になるが、本実施の形態では電磁波放射源2に電磁波放射素子231〜239をアレイ状に配置したので、そのような光学系が不要で構成が簡単になる。さらに、1つの電磁波放射素子から取り出せるパワーは限られているが、アレイ化によるパワー合成で得られるパワーを稼ぐことができる。 Further, since the beam radiated from one electromagnetic radiation element normally spreads diffusively, a separate optical system is required to make a collimated beam. In the present embodiment, the electromagnetic radiation element 231- Since 239 is arranged in an array, such an optical system is unnecessary and the configuration is simplified. Furthermore, although the power that can be extracted from one electromagnetic wave radiation element is limited, the power obtained by power synthesis by arraying can be earned.
なお、本実施の形態では、電磁波信号発生・位相調整部1は高周波発振器12と位相調整器141〜149とを備え、放射電磁波を電磁波放射源2へ供給する方式としたが、これに限るものではない。
In the present embodiment, the electromagnetic wave signal generation /
例えば、電磁波発振・位相調整回路を集積した半導体基板を用いて位相制御された電磁波を電磁波放射素子アレイ23の裏面から直接給電する方式を用いてもよい。この場合、電磁波信号発生・位相調整部1は電磁波発生及び位相調整に変わって、半導体基板上の電磁波発振・位相調整回路への電源供給及び位相調整用制御信号の供給を行うことになる。
For example, a method may be used in which an electromagnetic wave phase-controlled using a semiconductor substrate integrated with an electromagnetic wave oscillation / phase adjustment circuit is directly fed from the back surface of the electromagnetic wave radiation element array 23. In this case, the electromagnetic wave signal generation /
別の例としては、電磁波放射源2に位相調整された光ビート信号を供給し、電磁波放射源2を構成する各電磁波放射素子231〜239で光電変換を行い、電磁波を発生させ、得られた電磁波を各電磁波放射素子231〜239から放射させる方式を用いても良い。この場合、電磁波信号発生・位相調整部1は電磁波発生及び位相調整に変わって、光ビート信号波発生及び光ビート信号の位相調整を行うことになる。
As another example, an optical beat signal whose phase was adjusted was supplied to the electromagnetic wave radiation source 2, and photoelectric conversion was performed by each of the electromagnetic wave radiation elements 231 to 239 constituting the electromagnetic wave radiation source 2 to generate an electromagnetic wave. You may use the system which radiates | emits electromagnetic waves from each electromagnetic wave radiation | emission element 231-239. In this case, the electromagnetic wave signal generation /
また、電磁波放射素子アレイ23を形成するアンテナの配列も3行3列に限るものではなく、何行何列でもよい。また、アンテナの形状もパッチアンテナに限るものではなく、ダイポール、ログペリなどほかの形状でもよい。 Further, the arrangement of antennas forming the electromagnetic wave radiation element array 23 is not limited to 3 rows and 3 columns, and may be any number of rows and columns. Further, the shape of the antenna is not limited to the patch antenna, but may be other shapes such as a dipole or log peri.
1 電磁波信号発生・位相調整部
2 電磁波放射源
3 電磁波放射源マウンタ
4 第1のコリメートレンズ
5 試料台
6 被測定試料
7 第2のコリメートレンズ
8 電磁波検出部
8a 検出面
9 測定室
10 A/D変換部
11 演算制御記憶部
12 高周波発振器
13 分配器
141〜149 位相調整器
21 半導体基板
22 低誘電体層
23 電磁波放射素子アレイ
231〜239 電磁波放射素子
51 位相調整量較正用金属板
52 穴
DESCRIPTION OF
Claims (3)
電磁波信号を発生する電磁波信号発生手段と、
この電磁波信号発生手段で発生した前記電磁波信号を複数に分配する分配手段と、
この分配手段で分配された電磁波信号をそれぞれ位相調整する位相調整手段と、
この位相調整手段で位相調整された電磁波信号を受けて電磁波を放射する複数の電磁波放射素子をアレイ状に配置した電磁波放射源と、
前記電磁波放射源から電磁波の放射方向に所定の焦点距離だけ前方に設置され、前記電磁波放射源から放射された電磁波をコリメートする第1のコリメート光学系と、
この第1のコリメート光学系を出射した後、前記被測定試料を透過した電磁波を収束する第2のコリメート光学系と、
この第2のコリメート光学系から電磁波の進行方向に前記第2のコリメート光学系の焦点距離だけ前方に設置され、前記第2のコリメート光学系で収束された電磁波を検出する電磁波検出手段と、
前記位相調整手段で調整される位相調整量を制御することにより前記電磁波放射源が放射する電磁波の前記被測定試料表面上での照射位置を走査させ、前記電磁波検出手段で検出した電磁波の強度に基づいて前記被測定試料に対する電磁波の透過率の2次元分布を測定する演算制御手段と
を備えたことを特徴とする透過型電磁波イメージング装置。 In a transmission type electromagnetic wave imaging device that measures the two-dimensional distribution of the transmittance of an electromagnetic wave to a sample to be measured, and visualizes the two-dimensional distribution of physical and chemical properties of the sample to be measured
Electromagnetic wave signal generating means for generating an electromagnetic wave signal;
Distributing means for distributing the electromagnetic wave signal generated by the electromagnetic wave signal generating means to a plurality of;
Phase adjusting means for adjusting the phase of each electromagnetic wave signal distributed by the distributing means;
An electromagnetic wave radiation source in which a plurality of electromagnetic wave radiation elements that receive an electromagnetic wave signal phase-adjusted by this phase adjustment means and emit an electromagnetic wave are arranged in an array,
A first collimating optical system that is installed in front of the electromagnetic radiation source by a predetermined focal length in the radiation direction of the electromagnetic wave, and collimates the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic radiation source;
A second collimating optical system for converging the electromagnetic wave transmitted through the sample to be measured after exiting the first collimating optical system;
An electromagnetic wave detection means for detecting an electromagnetic wave that is installed in front of the focal length of the second collimating optical system in the traveling direction of the electromagnetic wave from the second collimating optical system and is converged by the second collimating optical system;
By controlling the phase adjustment amount adjusted by the phase adjusting means, the irradiation position on the surface of the sample to be measured of the electromagnetic waves radiated from the electromagnetic wave radiation source is scanned, and the intensity of the electromagnetic waves detected by the electromagnetic wave detecting means is adjusted. And a calculation control means for measuring a two-dimensional distribution of the transmittance of the electromagnetic wave with respect to the sample to be measured.
The arithmetic control means stores radiation profile data of each radiation direction of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic radiation source measured in advance, and using this radiation profile data, a two-dimensional distribution of the transmittance of the electromagnetic wave with respect to the sample to be measured The transmission electromagnetic wave imaging apparatus according to claim 1, wherein a deconvolution operation is performed on the data.
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- 2005-09-30 JP JP2005287333A patent/JP2007101189A/en active Pending
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