(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源と、
前記光源からのテラヘルツ光を照射したサンプルを撮像するためのテラヘルツ光を撮影可能な撮像素子と、
前記サンプルが載置されて、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で前記サンプルを移動させるステージと、
前記ステージ上の前記サンプルに前記光源からテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して生成した画像Ｇ１と、前記領域Ｒ１を撮像した位置から距離Ｌだけ移動した前記ステージ上の前記サンプルに前記光源からテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して生成した画像Ｇ２とに対し、予め定められた二項演算を施して一の画像Ｖを生成するための画像処理装置と
を備え、
前記二項演算は、前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の差を求める演算である
ことを特徴とするテラヘルツイメージング装置。
【請求項２】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源と、
前記光源からのテラヘルツ光を照射したサンプルを撮像するためのテラヘルツ光を撮影可能な撮像素子と、
前記サンプルが載置されて、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で前記サンプルを移動させるステージと、
前記ステージ上の前記サンプルに前記光源からテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して生成した画像Ｇ１と、前記領域Ｒ１を撮像した位置から距離Ｌだけ移動した前記ステージ上の前記サンプルに前記光源からテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して生成した画像Ｇ２とに対し、予め定められた二項演算を施して一の画像Ｖを生成するための画像処理装置と
を備え、
前記二項演算は、前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の商を求める演算である
ことを特徴とするテラヘルツイメージング装置。
【請求項３】
前記画像Ｇ１及びＧ２の生成をそれぞれ複数回実行し、複数の前記画像Ｇ１及びＧ２に基づいて前記画像Ｖを生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項４】
前記画像Ｖの中の信号対の間の距離ｄと前記距離Ｌとの比較結果に基づいて、前記サンプルにおいて当該信号対に対応する実体が同一か否かを判定する手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項５】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源から、ステージの上に載置したサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する手順と、
前記サンプルを載置した前記ステージを、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で距離Ｌだけ移動させる手順と、
前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する手順と、
前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の差を求める演算を施して一の画像Ｖを生成する手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項６】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源から、ステージの上に載置したサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する手順と、
前記サンプルを載置した前記ステージを、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で距離Ｌだけ移動させる手順と、
前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する手順と、
前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の商を求める演算を施して一の画像Ｖを生成する手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
前記画像Ｇ１及びＧ２の生成をそれぞれ複数回実行し、複数の前記画像Ｇ１及びＧ２に基づいて前記画像Ｖを生成することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプログラム。
【請求項８】
前記画像Ｖの中の信号対の間の距離ｄと前記距離Ｌとの比較結果に基づいて、前記サンプルにおいて当該信号対に対応する実体が同一か否かを判定する手順を更にコンピュータに実行させるための請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のプログラム。
【請求項９】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源から、ステージの上に載置したサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する段階と、
前記サンプルを載置した前記ステージを、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で距離Ｌだけ移動させる段階と、
前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する段階と、
前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の差を求める演算を施して一の画像Ｖを生成する段階と
を含むことを特徴とする、テラヘルツ画像からの干渉パターン除去方法。
【請求項１０】
干渉パターンが発生するコヒーレンシを有するテラヘルツ光を発する光源から、ステージの上に載置したサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する段階と、
前記サンプルを載置した前記ステージを、前記光源の光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で距離Ｌだけ移動させる段階と、
前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から前記距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する段階と、
前記画像Ｇ１と前記画像Ｇ２との間の商を求める演算を施して一の画像Ｖを生成する段階と
を含むことを特徴とする、テラヘルツ画像からの干渉パターン除去方法。
【請求項１１】
前記画像Ｇ１及びＧ２の生成をそれぞれ複数回実行し、複数の前記画像Ｇ１及びＧ２に基づいて前記画像Ｖを生成することを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載のテラヘルツ画像からの干渉パターン除去方法。
【請求項１２】
前記画像Ｖの中の信号対の間の距離ｄと前記距離Ｌとの比較結果に基づいて、前記サンプルにおいて当該信号対に対応する実体が同一か否かを判定する段階を更に含むことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のテラヘルツ画像からの干渉パターン除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテラヘルツ光源をサンプルに照射して行なう欠陥検出に関する。特に、本発明は、テラヘルツ光源に伴う干渉パターンの除去に関する。尚、本願においてテラヘルツ光とは特に周波数１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの範囲の電磁波を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、X線と異なり非電離の電磁波で人体に対して安全性が高く、しかも、紙、プラスチック、半導体材料等、色々な材料を透過し易いことから、X線、可視光線、赤外線等で検出できない欠陥の検査に大きな期待が寄せられている。
【０００３】
リアルタイムで画像を取得することができるテラヘルツイメージング装置の製品は中々見当たらないが、テラヘルツ光源とテラヘルツカメラを用いてサンプルを撮像するイメージング装置が例えば非特許文献１、２に記載されている。
【０００４】
非特許文献１には図９のような実験配置が記載されている。同図を参照すると、量子カスケードレーザ100をクライオスタット101に取り付けて約10Kに冷却し、3.6THzの単色波を輻射する。量子カスケードレーザのピークパワーは約5mWで、デューティーサイクル約20%で駆動されるため、時間平均パワーは約1mWである。量子カスケードレーザからの単色光は、第一の軸外し放物面鏡102（F/1、焦点距離50.8mm）によって平行ビームに変換されて、サンプル面に置かれたサンプル103に照射される。サンプルを透過したテラヘルツ波は、第二の軸外し放物面鏡104（F/2、焦点距離101.6mm）によって、カメラ105に搭載された160x120画素の赤外線検出用マイクロボロメータアレイセンサ106に像を結ぶ（フレームレート30Hz）。
【０００５】
このような配置で得られたテラヘルツ画像107を図１０に示す。非特許文献１ではサンプルとして2枚のビニールテープで覆われた鋼鉄製の刃が用いられている。非特許文献１には、鋼鉄製の刃が明確に認められると記載されているが、図１０からは、刃の姿とともに、同心円状の干渉パターン108が出現していることが見て取れる。干渉パターン108は、量子カスケードレーザのコヒーレンシ性が高いために発生したものである。
【０００６】
非特許文献２には図１１のような実験配置が記載されている。量子カスケードレーザ200をクライオスタット201に取り付けて約33Kに冷却し、4.3THzの単色波を輻射する。量子カスケードレーザのピークパワーは約50mWで、デューティーサイクル25%で駆動されるため、時間平均パワーは約12.5mWである。量子カスケードレーザからの単色光は、第一の軸外し放物面鏡202（F/1、焦点距離50mm）によって平行ビームに変換され、第二の軸外し放物面鏡203（F/2、焦点距離100mm）によって集光されて封筒（サンプル）204に照射される。同封筒の像は、シリコンレンズ205（F/1、焦点距離25mm）を通してカメラ206の中の320x240画素の赤外線検出用マイクロボロメータアレイセンサ207に結ばれる。この配置で得られたテラヘルツ画像208を図１２に示す。封筒に入れた紙に鉛筆で書いたMITの文字209が明確に認められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】B. N. Behnken等, Proc. SPIE Vol.6893 (2008) p68930L, Fig. 6
【非特許文献２】A. W. M. Lee等, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.18 (2006)p1415
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０を見て分かるように、非特許文献１に記載の装置により得られるイメージには、検出対象である鋼鉄製の刃だけではなく、コヒーレンシ性の高い量子カスケードレーザに起因して発生する、同心円状の干渉パターン108も同時に現れている。その結果、干渉パターン108の存在により、検出対象の視認が困難になっている。
【０００９】
コヒーレンシ性の低い光源は存在するものの、一般に、この種の光源は量子カスケードレーザほど輝度が高くない。このため、同様の検査をコヒーレンシ性が低い光源を用いて行なうと、信号雑音比を大きくすることができず、材料の欠陥の非破壊検査等の分野に適用することが困難である。
【００１０】
コヒーレンシ性が高く輝度が大きい単色光源として後進波管がある。後進波管でも干渉パターンが発生する。干渉パターンを低減するため、例えば管電圧1kVの動作点で50Vほど振ることがあるが、完全に干渉パターンを消すことはできない。
【００１１】
空間フィルターを用いた画像処理により、このような干渉パターンを除去することも考えられるが、材料の欠陥を検出する際、空間フィルターにより欠陥が消えてしまうことがあるので、より良い方法が望まれる。
【００１２】
尚、図１２で干渉パターンが認められなかった主な理由として、図１１に示す配置において、量子カスケードレーザのビームパターンの主ビームだけを抽出するために第二の軸外し放物面鏡203の焦点位置に絞りを入れている可能性が高いこと、及びサンプルである紙の封筒の拡散散乱により干渉パターンが薄まったことが挙げられる。絞りを入れても絞りのエッジによる回折パターンがテラヘルツ波のように長い波長領域では出現する可能性が高く、非特許文献２に記載の方式では、紙による拡散散乱の効果が大きいと考えられる。
【００１３】
以上述べてきたように、現時点で高輝度のテラヘルツ光源はコヒーレンシ性が高く、テラヘルツイメージング技術を材料の欠陥の非破壊検査等の分野に適用するには、干渉パターンの存在が問題である。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、テラヘルツ光源からのビームをサンプルに照射してそのイメージをテラヘルツカメラにより撮影して行なう検査において、テラヘルツ光源に伴う干渉パターンをイメージから除去し、検査対象の視認を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の課題を解決するため、本発明は、その一態様として、テラヘルツ光を発する光源と、前記光源からのテラヘルツ光を照射したサンプルを撮像するためのテラヘルツ光を撮影可能な撮像素子と、前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して生成した画像Ｇ１と、前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して生成した画像Ｇ２とに対し、予め定められた二項演算を施して一の画像Ｖを生成するための画像処理装置とを備えることを特徴とするテラヘルツイメージング装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、他の一態様として、テラヘルツ光を発する光源からサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する手順と、前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する手順と、前記画像Ｇ１及びＧ２に対し、予め定められた二項演算を施して一の画像Ｖを生成する手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。
【００１７】
また、本発明は、他の一態様として、テラヘルツ光を発する光源からサンプルにテラヘルツ光を照射して、テラヘルツ光を撮影可能な撮像素子にて、前記サンプルの点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成する段階と、前記光源から前記サンプルにテラヘルツ光を照射して、前記撮像素子にて、前記点Ｓを含み、かつ、前記領域Ｒ１から距離Ｌだけ離れた領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する段階と、前記画像Ｇ１及びＧ２に対し、予め定められた二項演算を施して一の画像Ｖを生成する段階とを含むことを特徴とする、テラヘルツ画像からの干渉パターン除去方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、微小な欠陥を撮像した際に画像内で干渉パターンが発生する位置は、その欠陥を撮像する際の位置をずらした画像内でも、ほとんど変わらないという知見に基づいて、２つの画像の干渉パターンを互いに相殺することにより、干渉パターンを除去した視認性に優れた画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態である欠陥検出用イメージング装置１のブロック図である。
【図２】イメージング装置１により干渉パターンを除外した画像を生成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】イメージング装置１により干渉パターンを除外した画像を生成する他の方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４はサンプル７を撮影して生成したテラヘルツ画像であり、図４（Ａ）はステージ４が位置Ｐ１にあるときに撮影して生成した画像Ｇ１であり、図４（Ｂ）はステージ４が位置Ｐ１から距離Ｌ＝1.5mmだけ下の位置Ｐ２にあるときに撮影して生成した画像Ｇ２である。
【図５】画像Ｇ１、Ｇ２に対して二項演算を行なって生成した画像Ｖであり、図５（Ａ）は画像１０から画像１３の差を求めて生成した画像２０であり、図５（Ｂ）は画像Ｇ１を画像Ｇ２で除算して生成した画像２３である。
【図６】欠陥検出用イメージング装置３０のブロック図である。
【図７】同期信号３２と移動ステージコントロール信号３３との関係を説明するための図である。
【図８】サンプル７の同一実体に対応する画像Ｖの信号対を判定する方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】非特許文献１に記載の実験について説明するための図である。
【図１０】非特許文献１に記載の実験にて得られた画像である。
【図１１】非特許文献２に記載の実験について説明するための図である。
【図１２】非特許文献２に記載の実験にて得られた画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施の形態である欠陥検出用イメージング装置１について図１を参照して説明する。欠陥検出用イメージング装置１は、テラヘルツ光源２、光学系３、ステージ４、テラヘルツカメラ５、画像処理装置６を備える。
【００２１】
テラヘルツ光源２としては、例えば、量子カスケードレーザ、後進波管、共鳴トンネルダイオードアレイ等の高輝度のテラヘルツ光源、周波数チューニング可能なテラヘルツパラメトリックオシレータ等を用いることが考えられる。
【００２２】
光学系３は、テラヘルツ光源２が発した発散ビームを、コリメートし或いは収束ビームに変換して、ステージ４上に載置したサンプル７に誘導する。
【００２３】
ステージ４は、載置したサンプル７を図中の矢印の方向のように、光軸方向に対して実質的に垂直な平面内で移動させる。ステージ４は一軸ステージであっても二軸ステージであってもよい。
【００２４】
テラヘルツカメラ５はテラヘルツ波が照射されたサンプル７を撮像して画像を生成するためのカメラである。テラヘルツカメラ５は、撮像素子８として、例えばテラヘルツ波に感度を有する２次元ボロメータアレイセンサを備え、画像信号９を出力する。
【００２５】
画像処理装置６は画像信号９を処理するための信号処理装置である。
【００２６】
次に、欠陥検出用イメージング装置１の動作について説明する。本発明は、均質に製造することを意図した材料中の欠陥検出を目的のひとつとしている。一般にこのような材料中の欠陥は非常に小さく、材料を移動させても高輝度でコヒーレンシの高いテラヘルツ光源による干渉パターンは殆ど変わらないことを発明者らは見出した。
【００２７】
このような知見に基づいて、本発明では、材料、即ちサンプル７の移動前後のそれぞれで画像を生成し、両画像から干渉パターンを相殺した画像を生成する。図２を参照して説明すると、まず、サンプル７をステージ４上に載置（ステップＳ１）し、位置Ｐ１でサンプル７を撮影して、サンプル７の欠陥等の検出対象Ｘを含む画像Ｇ１を生成（ステップＳ２）し、次に、位置Ｐ１から距離Ｌだけ移動（ステップＳ３）した位置Ｐ２でサンプル７を撮影して、検出対象Ｘを含む画像Ｇ２を生成（ステップＳ４）し、最後に、画像処理装置６にて画像Ｇ１と画像Ｇ２とを二項演算を行なうことにより、具体的には両画像の差或いは比を求めることにより、画像Ｖを生成する（ステップＳ５）。
【００２８】
画像Ｇ１、Ｇ２の両方に検出対象Ｘが含まれている必要があるため、サンプル７の画像Ｇ１に撮影された領域と、サンプル７の画像Ｇ２に撮影された領域とは、少なくとも一部が重複している必要がある。即ち、サンプル７の点Ｓを含む領域Ｒ１を撮像して画像Ｇ１を生成したとき、同じく点Ｓを含み、かつ、領域Ｒ１とは異なる領域Ｒ２を撮像して画像Ｇ２を生成する必要がある。位置Ｐ１と位置Ｐ２の間の距離は、そのような画像Ｇ１、Ｇ２が撮影可能な程度の距離となる。この距離は、テラヘルツカメラ５の画角、撮像素子８の受光面とサンプル７との位置関係により決まる。
【００２９】
上述のように、画像Ｇ１と画像Ｇ２において干渉パターンはほとんど等しいため、差或いは比を求めることにより両画像の干渉パターンは互いに相殺する。その結果、画像Ｖから干渉パターンを除去することができる。
【００３０】
一方、実体としてはひとつの検出対象Ｘが、画像Ｖにおいて２つの像Ｘ１、Ｘ２として現れる。像Ｘ１、Ｘ２は画像Ｖ上で互いに距離Ｍだけ離れた位置に現れる。距離Ｍは、サンプル７の移動距離Ｌと、サンプル７とテラヘルツカメラ５のレンズとの位置関係により定められる縮尺率Ｒとによって決まる。例えば、距離Ｌ＝１．５ｍｍ、サンプルの縮尺率Ｒ＝１／２のとき、画像Ｖ上において、像Ｘ１と像Ｘ２は互いにＭ＝ＬＲ＝０．７５ｍｍ離れた位置に現れる。
【００３１】
また、像Ｘ１、Ｘ２は二項演算の種類に応じて異なる形態をとる。画像Ｇ１と画像Ｇ２の差として画像Ｖを生成した場合、像Ｘ１及びＸ２のうち、一方の像は正の信号として現れ、他方の像は負の信号として現れる。画像Ｇ１と画像Ｇ２の比として画像Ｖを生成した場合、一方の像は値が１以上の信号として現れ、他方の像は値が１以下の信号として現れる。
【００３２】
このように、図２では、位置Ｐ１における画像Ｇ１、位置Ｐ２における画像Ｇ２から画像Ｖを生成することにより、干渉パターンを除去する。上述の説明では、画像Ｇ１、Ｇ２、Ｖをそれぞれ一回生成したが、信号雑音比を改善するため、これら画像を複数回生成し、これら複数の画像を積分して、画像Ｖの平均を求めることとしてもよい。
【００３３】
即ち、図３に示すように、画像Ｇ１、Ｇ２からなる組（Ｇ１１、Ｇ２１）、（Ｇ１２、Ｇ２２）、…、（Ｇ１ｋ、Ｇ２ｋ）を複数回（ｋ回、ｋは２以上の自然数）求め、これらの各組から画像Ｖ１、Ｖ２、…、Ｖｋを求めて（ステップＳ１−Ｓ１９）、画像Ｖ１、Ｖ２、…、Ｖｋを積分して平均を求めることにより、画像Ｖを求める（ステップＳ２０）こととしてもよい。このようにすれば、信号雑音比を更に改善することができる。
【実施例１】
【００３４】
図１を参照して実施例１について説明する。実施例１では、テラヘルツ光源２として量子カスケードレーザを用いる。量子カスケードレーザは液体窒素で冷却され、その発振周波数は3.7THz、時間平均パワーは5μWである。サンプル７の照射領域は約11mmの直径である。テラヘルツカメラ５のF値は0.8であり、焦点距離は28mmである。テラヘルツカメラ５の撮像素子８として、320x240画素のマイクロボロメータアレイセンサを用いる。テラヘルツカメラ５のレンズとサンプル７の距離は84mmである。サンプル７とテラヘルツカメラ５のレンズの位置関係により、2:1の縮尺になっている。ステージ４は２軸ステージである。
【００３５】
このようなシステムを図２のフローチャートのように動作させた。テラヘルツ光源２が発した発散ビームを、光学系３によりコリメートまたは収束ビームに変換し、サンプル７に照射した。ステップＳ２において、ステージ４が位置Ｐ１にあるときに、サンプル７を撮影して生成したテラヘルツ画像Ｇ１を図４（Ａ）に示す。ステップＳ３において、ステージ４を位置Ｐ１から距離Ｌ＝1.5mmだけ下の位置Ｐ２に移動した後、ステップＳ４において、サンプル７を撮影して生成したテラヘルツ画像Ｇ２を図４（Ｂ）に示す。
【００３６】
テラヘルツ画像Ｇ１である画像１０には、位置Ｐ１での同心円状の干渉パターン１１と、サンプル７に存在する欠陥形状１２が現れている。一方、テラヘルツ画像Ｇ２である画像１３には、位置Ｐ２での同心円状の干渉パターン１４と、サンプル７に存在する欠陥形状１５が現れている。画像１０と画像１３において、欠陥形状１２、１５が出現した位置は異なるが、これら欠陥形状は実体としては同一の欠陥形状であることに注意されたい。出現位置のずれは、上述のようにステージ４を位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって下方に移動したことに起因するものである。
【００３７】
ステップＳ５において、画像１０、１３に対して二項演算を行なって生成した画像Ｖを図５に示す。図５（Ａ）の画像２０は画像１０から画像１３の差を求めて生成したものである。同図を見れば分かるように、画像１０、画像１３に現れていた干渉パターンが除去され、欠陥形状２１、２２が現れている。干渉パターン１１、１４は、画像１０、１３において出現位置がほとんど変わっていないため、差を取ることにより互いに相殺し、画像２０からは除去されている。
【００３８】
欠陥形状２１は欠陥形状１２に対応し、欠陥形状２２は欠陥形状１５に対応する。欠陥形状２１は負の信号として現れる一方、欠陥形状２２は正の信号として現れている。繰り返しになるが欠陥形状２１と２２は実体としては同一の欠陥形状である。本実施例では、撮像素子８として320x240画素のマイクロボロメータアレイセンサを用いたが、該センサ上で欠陥形状２１、２２の間の距離は0.75mmであった。この距離はステージ４の移動距離Ｌ＝1.5mmと、２：１の縮尺に起因するものであり、1.5mm/2=0.75mmの関係が成り立っている。このように、二項演算として両画像の差をとる場合、実体としては同一の欠陥形状が、画像Ｖ上において、ステージ４の移動距離及び縮尺に応じて定まる距離だけ互いに離れた、正の信号と負の信号の対として現れる。
【００３９】
次に、ステップＳ５の二項演算において、画像１０を画像１１で除算して生成した画像２３を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）の画像２０と同様に、同心円状の干渉パターンが除去されて、欠陥形状２４、２５が明瞭に視認可能となっている。これも図５（Ａ）に関して説明したのと同様に、干渉パターン１１、１４は、画像１０、１３において出現位置がほとんど変わっていないため、商を取ることにより互いに相殺し、画像２３からは除去されたからである。
【００４０】
欠陥形状２４は欠陥形状１２に対応し、欠陥形状２５は欠陥形状１５に対応する。欠陥形状２４は値が１以下の信号として現れる一方、欠陥形状２５は値が１以上の信号として現れている。先と同様、欠陥形状２４、２５は実体としては同一の欠陥形状であり、これら欠陥形状の間の距離も同じく0.75mmである。このように、二項演算として両画像の商をとる場合、実体としては同一の欠陥形状が、画像Ｖ上において、ステージ４の移動距離及び縮尺に応じて定まる距離だけ互いに離れて現れる点では共通している。一方、差を取った画像２０では、ひとつの欠陥形状が、正の信号と負の信号の対として現れるのに対して、商を取った画像２３では、ひとつの欠陥形状が、１以上の信号と１以下の信号の対として現れる。
【実施例２】
【００４１】
図６を参照して欠陥検出用イメージング装置３０について説明する。図１のイメージング装置１と比較すると、イメージング装置３０は分周回路３１を更に備える点で異なる。
【００４２】
テラヘルツカメラ５はその撮影のタイミングを他装置に通知するための同期信号３２を出力する。同期信号３２はテラヘルツカメラ５の撮像フレームに同期した矩形波であり、例えばその立ち上がりがテラヘルツカメラ５での撮影タイミングを示す。
【００４３】
分周回路３１は、テラヘルツカメラ５から同期信号３２を受け取り、同期信号３２を分周することにより、移動ステージコントロール信号３３を生成して、ステージ４に出力する。同期信号３２の周波数がｆのとき、移動ステージコントロール信号３３の周波数を例えばｆ／２ｎ（ｎは整数）とすることが考えられる。
【００４４】
移動ステージコントロール信号３３である矩形波の立ち上がり及び立ち下がりに応じて、ステージ４は位置Ｐ１と位置Ｐ２の間を移動する。例えば、移動ステージコントロール信号３３がハイレベルからローレベルに変化すると、これに応じてステージ４は位置Ｐ１に移動し、逆にローレベルからハイレベルに変化すると、これに応じてステージ４は位置Ｐ２に移動する。レベルのハイ／ローと、位置Ｐ１／Ｐ２の対応関係は逆であってもよい。
【００４５】
このようにして、テラヘルツカメラ５での撮影タイミングと、ステージ４の移動タイミングを連携させることにより、イメージング装置３０は、ステージ４が位置Ｐ１にあるときサンプル７を撮影して画像Ｇ１を生成し、ステージ４が位置Ｐ２にあるときサンプル７を撮影して画像Ｇ２を生成する、といったサイクルからなる動作を繰り返し実行する。これにより、複数の画像Ｇ１、Ｇ２の組（Ｇ１１、Ｇ２１）、（Ｇ１２、Ｇ２２）、（Ｇ１３、Ｇ２３）、…を生成し、各組の差画像または比画像として画像Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、…を生成して、最後にこれらを積分し、平均して画像Ｖを生成する。
【００４６】
１サイクル内において、ステージ４が位置Ｐ１にあるときと位置Ｐ２にあるときとで、それぞれ複数回撮影することとしてもよい。例えば、あるサイクルにおいて、ステージ４が位置Ｐ１にあるとき、２回の撮影を行ない、位置Ｐ２に移動して更に２回の撮影を行なうことにより、１サイクル内に位置Ｐ１、Ｐ２でそれぞれ２回ずつ、合計４回の撮影を行なうこととしてもよい。
【００４７】
分周回路３１が同期信号３２を２分周、４分周、８分周、１６分周して生成した移動ステージコントロール信号３３の例を図７に示す。ｔ０、ｔ２、ｔ４、…のようにｔの添字が偶数のタイミング（図中鎖線のタイミング）で同期信号３２は立ち上がり、このタイミングでテラヘルツカメラ５は撮影を行なうものとし、移動ステージコントロール信号３３がローレベルにあるときステージ４は位置Ｐ１にあり、逆に、移動ステージコントロール信号３３がハイレベルにあるとき、ステージ４は位置Ｐ２にあるものとする。このとき、同期信号３２を２分周した移動ステージコントロール信号３３によりステージ４を制御すると、位置Ｐ１、Ｐ２のそれぞれにおいて、テラヘルツカメラ５は１回ずつ撮影を行なうことが図７から分かる。同様に、同期信号３２を４分周、８分周、１６分周した移動ステージコントロール信号３３によりステージ４を制御すると、それぞれ、位置Ｐ１、Ｐ２の各位置で２回、４回、８回の撮影をテラヘルツカメラ５が行なうことが図７から分かる。同期信号３２がテラヘルツカメラ５の撮像フレームに同期した30Hzの矩形波であり、移動ステージコントロール信号３３が同期信号３２を１６分周したものであるとき、移動ステージコントロール信号３３は周波数1.875Hzの矩形波となる。
【００４８】
一組のテラヘルツ画像Ｇ１、Ｇ２を二項演算して画像Ｖを生成する過程については実施例１と同様のため説明を省略する。
【実施例３】
【００４９】
実施例１、２では、一組のテラヘルツ画像Ｇ１、Ｇ２の差或いは商を求めることにより、干渉パターンを除去した画像Ｖを生成した。上述したように、鮮明化した画像Ｖには実体としては同一の欠陥形状が２つの像として現れるが、これら２つの像は、ステージの移動距離と縮尺によって決まる所定の位置関係を有する。これを利用して、本実施例では、画像Ｖから同一の欠陥形状に対応する２つの像を特定する。
【００５０】
本実施例を図６の欠陥検出用イメージング装置３０を用いて説明する。本実施例では、イメージング装置３０は、図３のステップＳ２０に引き続いて、図８のように動作する。
【００５１】
画像処理装置６は、画像Ｖの中から互いに対応する信号の対を選択する（ステップＳ３１）。画像Ｖを生成するための二項演算（ステップＳ１７）において、テラヘルツ画像Ｇ１、Ｇ２の差を求めた場合は、対となる信号の一方は正の信号であり、他方は負の信号である。また、ステップＳ１７においてテラヘルツ画像Ｇ１、Ｇ２の商を求めた場合は、対となる信号の一方は１以上の大きさであり、他方の信号は１以下の大きさである。
【００５２】
次に、選択した信号対の間の距離を求める（ステップＳ３２）。テラヘルツカメラ５の撮像素子８、例えばマイクロボロメータアレイセンサの画素ピッチは予め分かっているものとする。信号対の間の画素数を計数し、これに既知の画素ピッチを乗算することにより、信号対間の距離を求めることができる。
【００５３】
次に、ステップＳ１４にてステージ４を移動した距離Ｌと、ステップＳ３２で求めた距離とを比較する（ステップＳ３３、Ｓ３４）。両者が一致する場合、画像処理装置６は、その信号対が実体としては同一の欠陥を示す点であると判定する（ステップＳ３５）。両者が不一致の場合は画像Ｖ中の別の信号対を選択して処理を繰り返す。
【００５４】
本実施例によれば、画像Ｖ中に現れる同一実体を表す２つの像の対応関係が判明し、材料中の欠陥の所在を自動的にかつ非破壊に検出することが可能となる。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態及び実施例に則して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、欠陥検出用イメージング装置１では、テラヘルツ光源２、光学系３、テラヘルツカメラ５を固定し、ステージ４にてサンプル７を動かして画像を生成したが、ここで画像Ｇ１と画像Ｇ２を生成する上で必要なことは、テラヘルツカメラ５でのサンプル７の撮影位置を相対的に移動させることなので、必ずしもカメラを固定し、サンプルを動かす必要はない。逆にサンプル７を固定し、テラヘルツ光源２、光学系３、テラヘルツカメラ５を移動することにより、画像Ｇ１、Ｇ２を生成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１、３０  欠陥検出用イメージング装置
２  テラヘルツ光源
３  光学系
４  ステージ
５  テラヘルツカメラ
６  画像処理装置
７  サンプル
８  撮像素子
９  画像信号
３１  分周回路
３２  同期信号
３３  移動ステージコントロール信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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