(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を透過または反射した電磁波パルスを測定する電磁波パルス測定装置において、
レーザ光源から出射されたパルス光を受光して、電磁波パルスを試料に照射する照射部と、
前記試料を透過または反射した電磁波パルスを、前記パルス光の照射に応じて検出する検出部と、
前記レーザ光源から前記照射部までの前記パルス光の第１光路、または、前記レーザ光源から前記検出部までの前記パルス光の第２光路の光路長を変更する光路長変更部と、
前記照射部を前記試料に対して相対的に移動させる相対移動機構と、
前記光路長が互いに相違する第１の測定用光路長、第２の測定用光路長および第３の測定用光路長のそれぞれに設定されるように前記光路長変更部を制御する制御部と、
前記光路長が前記第１から第３の測定用光路長のそれぞれに設定されているときに、前記試料の各位置に前記パルス光が照射され、各位置毎に前記検出部にて検出される電界強度を、３つの特定色の階調特性を示す階調データにそれぞれ変換するデータ変換部と、
前記試料の各位置に対応する部分の前記電界強度に関する情報が前記階調データに応じた色調で表現される画像を生成する画像生成部と、
を備える電磁波パルス測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波パルス測定装置において、
前記３つの特定色が、赤、緑および青である電磁波パルス測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電磁波パルス測定装置において、
前記第１の測定用光路長は、前記試料の特定位置を透過または反射した前記電磁波パルスが略ピークとなるピーク時の前記光路長とされる電磁波パルス測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁波パルス測定装置において、
前記電磁波パルスの電界強度が最大の半値となるときのパルス半値幅を取得するパルス半値幅取得部と、
前記パルス半値幅に対応する前記光路長の光路差を取得する光路差取得部と、
をさらに備え、
前記第２および第３の測定用光路長が、前記ピーク時の前記光路長に前記光路差を加算した光路長、または、前記ピーク時の前記光路長から前記光路差を減算した光路長とされる電磁波パルス測定装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電磁波パルス測定装置において、
前記電磁波パルス波が、周波数が０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下のテラヘルツ波パルスを含む電磁波パルス測定装置。
【請求項６】
試料を透過または反射した電磁波パルスを測定する電磁波パルス測定装置において、
レーザ光源から出射されたパルス光を受光して、電磁波パルスを試料に照射する照射部と、
前記試料を透過または反射した電磁波パルスを、前記パルス光の照射に応じて検出する検出部と、
前記レーザ光源から前記照射部までの前記パルス光の第１光路、または、前記レーザ光源から前記検出部までの前記パルス光の第２光路の光路長を変更する光路長変更部と、
前記照射部を前記試料に対して相対的に移動させる相対移動機構と、
前記光路長が互いに相違する第１の測定用光路長、第２の測定用光路長および第３の測定用光路長のそれぞれに設定されるように前記光路長変更部を制御する制御部と、
前記光路長が前記第１から第３の測定用光路長のそれぞれに設定されているときに前記検出部にて検出される電界強度を、３つの特定色の階調特性を示す階調データにそれぞれ変換するデータ変換部と、
前記電界強度に関する情報が前記階調データに応じた色調で表現される画像を生成する画像生成部と、
前記電磁波パルスの電界強度が最大の半値となるときのパルス半値幅を取得するパルス半値幅取得部と、
前記パルス半値幅に対応する前記光路長の光路差を取得する光路差取得部と、
を備え、
前記第１の測定用光路長は、前記試料の特定位置を透過または反射した前記電磁波パルスが略ピークとなるピーク時の前記光路長とされ、
前記第２および第３の測定用光路長が、前記ピーク時の前記光路長に前記光路差を加算した光路長、または、前記ピーク時の前記光路長から前記光路差を減算した光路長とされる電磁波パルス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料の情報をイメージングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁波の一種であるテラヘルツ波を用いて、試料の情報を画像化するイメージングに関する研究がなされている。テラヘルツ波は、電波と光の両方の性質を備えており、その透過性の高さや安全性の面で産業応用が期待されている（非特許文献１）。
【０００３】
テラヘルツ波を使ったイメージングに関しては、いくつかの手法が知られている。１つは、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を利用するイメージングである。このイメージングでは、ＴＨｚ−ＴＤＳにより、試料の各位置についての周波数スペクトルがそれぞれ取得される。そして、試料の位置情報と、各位置に対応する周波数スペクトルの情報とが関連付けられた画像が生成される。
【０００４】
また、テラヘルツカメラを用いたイメージングも提案されている。このイメージングでは、テラヘルツ波を、二次元平面状に並べられた撮像素子によって検出することでイメージデータが取得される（非特許文献２）。
【０００５】
テラヘルツ波を用いた試料の解析において、高解像度が要求される場合、ＴＨｚ−ＴＤＳによって周波数スペクトルを取得する必要がある。テラヘルツ波に関する情報を画像化してディスプレーに表示する場合、テラヘルツ波に関する情報を人間が観察しやすい（視認しやすい）情報に変換する必要がある。ここで、人間の目は可視光に感度を有するため、いわゆる光の３原色のデータに変換することが有効である。しかしながら、ＴＨｚ−ＴＤＳで得られる周波数スペクトルは、周波数空間が数テラヘルツ〜数１０テラヘルツに及ぶＮ次元の多次元ベクトル空間で表現される。したがって、周波数スペクトルの情報を３原色で表す三次元空間に変換するには工夫を要する。
【０００６】
周波数スペクトルを三次元データに変換する１つの手法として、非特許文献３では、最も分散が大きい方向に第１主成分軸、２番目に分散が大きい方向に第２主成分軸、３番目に分散が大きい方向に第３主成分軸を再定義し、分散が大きいベクトルを軸にして画像化している。この場合、画像上での輝度差が大きくなり、人間にとって識別しやすい画像を取得することができる。
【０００７】
また、その他の手法として、非特許文献４では、２〜１３テラヘルツのデータを周波数に関して三分割し、それぞれの周波数帯毎に強度を平均化してカラー化している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】斗内政吉、「テラヘルツ波技術の現状と展望」、応用物理、第７５巻、第２号（２００６）、ｐ．１６０
【非特許文献２】門勇一、「テラヘルツ波で安全を守る」、応用物理、第８０巻、第１号（２０１１）、ｐ．１１
【非特許文献３】保科宏道ら、「ケモメトリクスを用いたテラヘルツ分光イメージデータ解析と肝癌組織への適用」、[online]、[平成２３年７月２０日検索]、インターネット＜URL :  http://www.riken.jp/ExtremePhotonics/TH_imaging/No.12.pdf＞
【非特許文献４】福永香「テラヘルツ分光による文化財非破壊調査」、情報通信研究機構季報、第５４巻、第１号（２００８）、ｐ．５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、ＴＨｚ−ＴＤＳによるイメージングを行う場合、テラヘルツ波パルスの復元、フーリエ変換処理および統計処理などを経て画像化が行われる。このため、試料の広い領域についてＴＨｚ−ＴＤＳを行う場合、測定に非常に多くの時間を要するという問題があった。このため、試料の情報を、効率良く画像化する技術が要求されている。
【００１０】
そこで、本発明は、電磁波パルスを利用して取得される試料の情報の画像化を、効率良く行う技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、試料を透過または反射した電磁波パルスを測定する電磁波パルス測定装置において、レーザ光源から出射されたパルス光を受光して、電磁波パルスを試料に照射する照射部と、前記試料を透過または反射した電磁波パルスを、前記パルス光の照射に応じて検出する検出部と、前記レーザ光源から前記照射部までの前記パルス光の第１光路、または、前記レーザ光源から前記検出部までの前記パルス光の第２光路の光路長を変更する光路長変更部と、前記照射部を前記試料に対して相対的に移動させる相対移動機構と、前記光路長が互いに相違する第１の測定用光路長、第２の測定用光路長および第３の測定用光路長のそれぞれに設定されるように前記光路長変更部を制御する制御部と、前記光路長が前記第１から第３の測定用光路長のそれぞれに設定されているときに、前記試料の各位置に前記パルス光が照射され、各位置毎に前記検出部にて検出される電界強度を、３つの特定色の階調特性を示す階調データにそれぞれ変換するデータ変換部と、前記試料の各位置に対応する部分の前記電界強度に関する情報が前記階調データに応じた色調で表現される画像を生成する画像生成部とを備える。
【００１２】
また、第２の態様は、第１の態様に係る電磁波パルス測定装置において、前記３つの特定色が、赤、緑および青である。
【００１３】
また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る電磁波パルス測定装置において、前記第１の測定用光路長は、前記試料の特定位置を透過または反射した前記電磁波パルスが略ピークとなるピーク時の前記光路長とされる。
【００１４】
また、第４の態様は、第３の態様に係る電磁波パルス測定装置において、前記電磁波パルスの電界強度が最大の半値となるときのパルス半値幅を取得するパルス半値幅取得部と、前記パルス半値幅に対応する前記光路長の光路差を取得する光路差取得部とをさらに備え、前記第２および第３の測定用光路長が、前記ピーク時の前記光路長に前記光路差を加算した光路長、または、前記ピーク時の前記光路長から前記光路差を減算した光路長とされる。
【００１５】
また、第５の態様は、第１から第４の態様までのいずれか１態様に係る電磁波パルス測定装置において、前記電磁波パルス波が、周波数が０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下のテラヘルツ波パルスを含む。
また、第６の態様は、試料を透過または反射した電磁波パルスを測定する電磁波パルス測定装置において、レーザ光源から出射されたパルス光を受光して、電磁波パルスを試料に照射する照射部と、前記試料を透過または反射した電磁波パルスを、前記パルス光の照射に応じて検出する検出部と、前記レーザ光源から前記照射部までの前記パルス光の第１光路、または、前記レーザ光源から前記検出部までの前記パルス光の第２光路の光路長を変更する光路長変更部と、前記照射部を前記試料に対して相対的に移動させる相対移動機構と、前記光路長が互いに相違する第１の測定用光路長、第２の測定用光路長および第３の測定用光路長のそれぞれに設定されるように前記光路長変更部を制御する制御部と、前記光路長が前記第１から第３の測定用光路長のそれぞれに設定されているときに前記検出部にて検出される電界強度を、３つの特定色の階調特性を示す階調データにそれぞれ変換するデータ変換部と、前記電界強度に関する情報が前記階調データに応じた色調で表現される画像を生成する画像生成部と、前記電磁波パルスの電界強度が最大の半値となるときのパルス半値幅を取得するパルス半値幅取得部と、前記パルス半値幅に対応する前記光路長の光路差を取得する光路差取得部と、を備え、前記第１の測定用光路長は、前記試料の特定位置を透過または反射した前記電磁波パルスが略ピークとなるピーク時の前記光路長とされ、前記第２および第３の測定用光路長が、前記ピーク時の前記光路長に前記光路差を加算した光路長、または、前記ピーク時の前記光路長から前記光路差を減算した光路長とされる。
【発明の効果】
【００１６】
第１の態様に係る電磁波パルス測定装置によると、光路長が３つの測定用光路長に設定された状態で、電界強度が検出されて画像化される。したがって、イメージングに必要な測定時間を短くすることができるため、効率良くイメージング用の画像を生成することができる。
【００１７】
また、第２の態様に係る電磁波パルス測定装置によると、検出された電界強度を人にとって識別しやすい色で表現することができる。したがって、生成された画像から電界強度を適切に把握することができる。
【００１８】
また、第３の態様に係る電磁波パルス測定装置によると、光路長を第１の測定用光路長に固定して、試料の様々な位置に電磁波パルスを照射したとき、試料の特定位置とその他の位置とで物性が大きく異ならない限り、試料を透過または反射した電磁波パルス自体の電界強度を有効に検出することができる。
【００１９】
また、第４の態様に係る電磁波パルス測定装置によると、試料の特定位置に電磁波パルスを照射したときに検出される電界強度が略ピークとなるときと、パルス半値幅分早いタイミングまたは遅いタイミングで電界強度が検出されることとなる。したがって、試料の特定位置とその他の位置とで物性が大きく異ならない限り、試料を透過または反射する電磁波パルス自体の電界強度を有効に検出することができる。
【００２０】
また、第５の態様に係る電磁波パルス測定装置によると、テラヘルツ波パルスを用いて試料の物性測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るテラヘルツ波測定装置の構成を示す図である。
【図２】参照波を解析するときの流れ図である。
【図３】ＴＨｚ−ＴＤＳにより復元された参照波の時間波形の一例を示す図である。
【図４】試料についてイメージングが行われるときの流れ図である。
【図５】試料についてイメージングが行われるときの流れ図である。
【図６】試料についてイメージングが行われるときの流れ図である。
【図７】図４に示すステップＳ２０３において復元された透過波の時間波形の一例を示す図である。
【図８】テラヘルツ波の検出タイミング、測定用光路長、および、反射ミラーの位置の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２３】
＜１．  実施形態＞
＜１．１．  テラヘルツ波測定装置１００の構成および機能＞
図１は、実施形態に係るテラヘルツ波測定装置１００の構成を示す図である。テラヘルツ波測定装置１００（電磁波パルス測定装置）は、テラヘルツ波パルス（以下、単にテラヘルツ波とも称する。）を利用した、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）により、試料Ｗについてイメージングを行うための装置である。ここで、テラヘルツ波は、０．０１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下（特に０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の任意の周波数帯の成分を有する電磁波をいう。また測定対象である試料Ｗは、半導体ウェハ、表示装置用パネル、または太陽電池パネルなどの各種基板などが想定される。ただし、これら以外の各種人工物もしくは各種自然物を試料Ｗとしてもよい。
【００２４】
図１に示したように、テラヘルツ波測定装置１００は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５および制御部１７を備えている。
【００２５】
レーザ光源１１は、パルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。レーザ光源１１としては、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光は、例えば、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８３０ｎｍ程度、周期が数ｋＨｚから数百ＭＨｚ、パルス幅が、数十〜数百ｆｓｅｃ（例えば１０〜１５０ｆｓｅｃ）程度の直線偏光のパルス光とされる。フェムト秒ファイバーレーザが用いられる場合、波長は１〜１．５μｍ程度とされる。
【００２６】
パルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割されたパルス光ＬＰ１のうちの一方は、ミラーＭ１を経由してポンプ光（ポンプ光ＬＰ１１）として照射部１２に入射する。照射部１２は、光スイッチ素子を備えている。該光スイッチ素子にポンプ光ＬＰ１１が照射されることにより、テラヘルツ波（テラヘルツ波ＬＴ１）が発生する。つまり、照射部１２は、テラヘルツ波の発生部として機能する。発生したテラヘルツ波は曲面鏡Ｍ２，Ｍ３で構成される光学系によって集光され、試料Ｗに照射される。つまり、照射部１２は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて、試料Ｗに向けてテラヘルツ波を照射する。試料Ｗを透過したテラヘルツ波は、曲面鏡Ｍ４，Ｍ５で構成される光学系によって集光され、検出部１３に入射する。
【００２７】
ビームスプリッタＢ１により分割されたパルス光ＬＰ１のうちの他方は、プローブ光（プローブ光ＬＰ１２）として遅延部１４およびミラーＭ６，Ｍ７を経由し、検出部１３に入射する。検出部１３は、光スイッチ素子を備えている。光スイッチ素子に試料Ｗを透過したテラヘルツ波が照射された状態で、プローブ光ＬＰ１２が光スイッチ素子に照射されると、光スイッチ素子に瞬間的にテラヘルツ波の電場強度に応じた電流が生じる。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射（受光）に応じて、試料Ｗを透過したテラヘルツ波の電場強度を検出する。なお、本実施形態では、照射部１２または検出部１３において光スイッチ素子を利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用することもできる。
【００２８】
遅延部１４は、ビームスプリッタＢ１から検出部１３までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１４は、プローブ光ＬＰ１２をその入射方向に向けて折り返させる反射ミラー１４Ｍと、該反射ミラー１４Ｍをプローブ光ＬＰ１２の入射方向に沿って移動させる移動ステージ１４１とを備えている。遅延部１４は、制御部１７の制御に基づいて移動ステージ１４１を駆動して反射ミラー１４Ｍを直線的に移動させることにより、プローブ光の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１４は、テラヘルツ波が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。遅延部１４を駆動して、プローブ光ＬＰ１２の光路長（レーザ光源１１から検出部１３までの第２光路の光路長）を変更するによって、検出部１３がテラヘルツ波の電界強度を検出するタイミング（検出タイミング、または、サンプリングタイミング）を遅延させることができる。以上のように、本実施形態においては、遅延部１４が光路長変更部を構成している。
【００２９】
具体的に、例えば反射ミラー１４ＭをビームスプリッタＢ１から１５μｍ遠ざけた場合、プローブ光ＬＰ１２の光路長は往復分である３０μｍ延長されることとなる。光路長が３０μｍ延長された場合、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３に到達する時間は、光速ｃを秒速３．０ｘ１０8ｍとすると、１００ｆｓｅｃだけ遅延されることとなる。
【００３０】
なお、遅延部１４は、その他の方法でテラヘルツ波とプローブ光ＬＰ１２の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用してもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変更させているが、ポンプ光ＬＰ１１の光路長（レーザ光源１１から照射部１２までの第１光路の光路長）を変更するようにしてもよい。このような場合においても、検出部１３が照射部１２から出射されたテラヘルツ波を検出するタイミングを任意に遅延させることができる。
【００３２】
移動機構１５は、図示を省略するＸ−Ｙテーブルを備えている。移動機構１５は、このＸ−Ｙテーブルにより、試料Ｗを保持した状態で、照射部１２に対して試料Ｗを相対移動させる。テラヘルツ波測定装置１００は、移動機構１５により、試料Ｗを二次元平面内で任意の位置に移動させる。これにより、テラヘルツ波測定装置１００は、試料Ｗの広い範囲にテラヘルツ波を照射することができる。
【００３３】
なお、移動機構１５の駆動機構は、Ｘ−Ｙテーブルに限定されるものではなく、試料Ｗを二次元平面上において移動させることができるのであれば、どのように構成されていてもよい。また、移動機構１５は、オペレーターが手動で操作することにより、試料Ｗを移動させることができるように構成されていてもよい。また、試料Ｗを移動させる代わりに、または、試料Ｗを移動させるとともに、照射部１２、曲面鏡Ｍ２〜Ｍ５および検出部１３などを二次元平面内で移動できるようにしてもよい。これらの場合においても、試料Ｗの広い範囲について、テラヘルツ波を照射することが可能となる。
【００３４】
制御部１７は、ＣＰＵおよびＲＡＭなど備えた一般的なコンピュータとして構成されている。制御部１７は、レーザ光源１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、移動機構１５に接続されており、これらの要素の動作を制御したり、これらの要素からデータを受け取ったりする。具体的に、制御部１７は、検出部１３からテラヘルツ波の電界強度に関するデータを受け取る。また、制御部１７は、遅延部１４の移動ステージに対して移動を指示したり、移動ステージに設けられたリニアスケールなどから移動距離などの反射ミラー１４Ｍの位置に関するデータを受け取ったりする。
【００３５】
また、テラヘルツ波測定装置１００は、パルス復元部２１、パルス半値幅取得部２２、光路差取得部２３、ミラー位置設定部２４、データ変換部２５および画像生成部２６とを備えている。これらの各要素は、制御部１７に接続されている。
【００３６】
パルス復元部２１は、検出部１３において検出される電場強度から、パルス波形を復元する。詳細には、制御部１７が遅延部１４（光路長変更部）を制御することによって、相互に異なる複数の検出タイミングにて、電場強度が検出部１３により検出される。そして、取得されたデータが制御部１７に送られた後、パルス復元部２１にて時間波形が構築される。パルス復元部２１によって復元される時間波形の詳細については後述する。
【００３７】
パルス半値幅取得部２２は、電磁波パルスの電界強度が最大の半値となるときのパルス半値幅を取得する。ここでパルス半値幅とは、テラヘルツ波パルスの電界強度が最大となる時の前後において、その電界強度の最大値の半分の値が検出されるときの２つの時間の時間差をいう。パルス半値幅の具体例については、後述する。
【００３８】
光路差取得部２３は、パルス半値幅取得部２２によって取得されたパルス半値幅に相当する光路差を取得する。具体的に、光路差取得部２３は、パルス半値幅（遅延時間）に相当する光路差を演算により取得する。例えば、パルス半値幅が２００ｆｓｅｃである場合、このパルス半値幅は、光速を３．０×１０8ｍ／ｓｅｃとして、６０μｍ（＝３．０×１０8（ｍ／ｓｅｃ）×２００（ｆｓｅｃ））のプローブ光ＬＰ１２の光路差に相当する。
【００３９】
ミラー位置設定部２４は、測定時に反射ミラー１４Ｍを配置する位置を設定する。本実施形態では、後述するように、プローブ光の光路長が、３つの測定用光路長（第１〜第３の測定用光路長）に設定された状態で、試料Ｗにテラヘルツ波が照射される。この３つの測定用光路長は、後述するように、基準となるテラヘルツ波の電界強度がピーク（最大）となるときのピーク時光路長と、光路差取得部２３によって算出された光路差とに基づいて決定される。
【００４０】
データ変換部２５は、検出部１３にて検出された電界強度を、特定色の階調特性を示す多階調データに変換する。具体的に、本実施形態では、プローブ光ＬＰ１２の光路長が３つの測定用光路長のそれぞれに設定された状態で、試料Ｗの各位置にテラヘルツ波が照射される。このため、各位置毎に、３つの電界強度が取得されることとなる。データ変換部２５は、この３つの電界強度のそれぞれを、ＪＩＳ慣用色名で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）の濃淡度を示す階調データに変換する。階調データにおいては、ＲＧＢのそれぞれの濃淡度が、例えば、２５６階調（＝８ビット）で表現される。ただし、２５６階調に限定されるものではなく、それ以外の複数の階調で特定色の濃淡度が表現されてもよい。
【００４１】
画像生成部２６は、試料Ｗの各位置に対応する部分の電界強度を、階調データに対応した色で表現したイメージング用の画像を生成する。このイメージング用の画像においては、電界強度に対応する３つの色（ＲＧＢ）の色調が合成された合成色で表現される。また、各画素位置は試料Ｗ上の位置に対応する。したがって、イメージング用の画像は、各画素毎に、試料Ｗに対応する位置情報と、その位置で検出された電界強度とが表現した画像となっている。画像生成部２６において生成された画像は、表示部３３に適宜表示される。
【００４２】
また、図１に示したように、制御部１７には、記憶部３１、入力部３２、および、各種画像を表示する表示部３３が接続されている。記憶部３１は、ハードディスクなどの記憶媒体で構成されており、各種データを保存することができる。入力部３２は、操作者が各種データをテラヘルツ波測定装置１００に対して入力するために操作するマウス、キーボードなどの入力デバイスで構成されている。また、表示部３３は液晶パネルなどで構成される。なお、表示部３３をタッチパネルで構成することによって、表示部３３が入力部３２の機能の一部または全部を備えていてもよい。以上がテラヘルツ波測定装置１００の構成についての説明である。次に、テラヘルツ波測定装置１００を用いたイメージングについて説明する。
【００４３】
＜１．２．テラヘルツ波測定装置１００を用いたイメージング＞
図２は、参照波を解析するときの流れ図である。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、制御部１７の制御に基づいてテラヘルツ波測定装置１００が動作するものとする。
【００４４】
参照波とは、照射部１２から出射されるテラヘルツ波である。後述するように、この参照波を解析することによって、パルス半値幅が取得される。なお、パルス半値幅がすでに既知である場合は、参照波の解析は省略することもできる。
【００４５】
参照波の解析が行われる場合、移動機構１５のＸ−Ｙテーブルには、試料Ｗなどが設置されていない状態（つまり、何もない状態）で、ＴＨｚ−ＴＤＳが行われる（ステップＳ１１）。具体的には、反射ミラー１４Ｍを移動させることで、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３に到達するタイミングを変更しながら、検出部１３によりテラヘルツ波の電界強度が取得される。そして、取得された電界強度に基づいて、パルス復元部２１によりテラヘルツ波（参照波）の波形（時間波形）の復元が行われる。そして、パルス半値幅取得部２２により、復元されたテラヘルツ波（参照波）の時間波形からパルス半値幅ＷＨＭが取得される（ステップＳ１２）。このパルス半値幅ＷＨＭを取得する手法について、図３を参照しつつ説明する。
【００４６】
図３は、ＴＨｚ−ＴＤＳにより復元された参照波の時間波形４１の一例を示す図である。図３中、横軸は時間を示しており、縦軸は電界強度を示している。時間波形４１は、各タイミングで検出部１３にて検出される電界強度を時間軸に沿ってプロットすることによって復元される。ここで、参照波の電界強度の最大値をＥ0、そのときの時間をｔ10とする。すると、パルス半値幅ＷＨＭは、最大値Ｅ0となるタイミングｔ10の前後の時間であって、電界強度が最大値Ｅ0の半値（Ｅ0／２）となる２つのタイミングの時間差（または期間）に相当する。したがって、図３に示した例では、タイミングｔ11とタイミングｔ12との時間差（＝ｔ12−ｔ11）が、パルス半値幅ＷＨＭとなる。次に、このパルス半値幅ＷＨＭを使って、試料Ｗのイメージングが行われる。
【００４７】
図４、図５および図６は、試料Ｗについてイメージングが行われるときの流れ図である。試料Ｗのイメージングを行うため、移動機構１５のＸ−Ｙテーブルに試料Ｗが固定される（ステップＳ２０１）。そして移動機構１５を駆動することにより、試料Ｗを所要位置に移動させる（ステップＳ２０２）。このときの試料Ｗの位置は、任意に設定されるものである。そして、ＴＨｚ−ＴＤＳが実行され、試料Ｗを透過するテラヘルツ波（透過波）の時間波形が復元される（ステップＳ２０３）。
【００４８】
次に、ミラー位置設定部２４により、反射ミラー１４Ｍを固定する位置が決定される（ステップＳ２０４）。上述したように、本実施形態では、プローブ光ＬＰ１２の光路長が。３つの測定用光路長にそれぞれ設定された状態で、テラヘルツ波の検出が行われる。ステップＳ２０４では、その３つの測定用光路長が具体的に設定される。３つの測定用光路長の設定方法について、図７および図８を参照しつつ説明する。
【００４９】
図７は、図４に示すステップＳ２０３において復元された透過波の時間波形４３の一例を示す図である。図７中、横軸は時間を示しており、縦軸は電界強度を示している。また、図８は、テラヘルツ波の検出タイミング、測定用光路長、および、反射ミラー１４Ｍの位置の関係を説明するための図である。
【００５０】
図７に示した透過波の時間波形４３においては、タイミングｔ20において、電界強度が略ピーク（＝Ｅ２０）となっている。この電界強度の略ピークが検出されるときに対応するピーク時光路長Ｌ20が、テラヘルツ波を検出するときの３つの測定用光路長（第１の測定用光路長）に設定される。また、図８中、下段に示したように、反射ミラー１４Ｍの位置が位置Ｚ20に配置されることで、プローブ光ＬＰ１２の光路長がピーク時光路長Ｌ20に設定される。
【００５１】
また、３つの測定用光路長のうちの残りの２つは、ステップＳ２０３にて復元される透過波の電界強度が略ピークとなるとき（タイミングｔ20）よりもパルス半値幅ＷＨＭ分早いタイミングｔ21と、パルス半値幅ＷＨＭ分遅いタイミングｔ22とのそれぞれに対応する光路長Ｌ21（第２の測定用光路長）および光路長Ｌ22（第３の測定用光路長）とされる。パルス半値幅ＷＨＭ分に相当する光路長の差（光路差ΔＬ）は、光路差取得部２３によって取得される。具体的に、光路差ΔＬは、光速をｃとすると、以下の式で表させる。
【００５２】
ΔＬ＝ｃ×ＷＨＭ
【００５３】
そして、光路長Ｌ20から光路差ΔＬを減算した値が、光路長Ｌ21となる。また、光路長Ｌ21から光路差ΔＬを加算した値が、光路長Ｌ22となる。そして、図８中、下段に示したように、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ20からプローブ光ＬＰ１２の入射方向とは反対方向へΔＺ分移動させた位置Ｚ21に配置されたとき、プローブ光ＬＰ１２の光路長がＬ21となる。また、反射ミラー１４Ｍをプローブ光ＬＰ１２の入射方向にΔＺ分移動させた位置Ｚ22に配置させたとき、プローブ光ＬＰ１２の光路長Ｌ22となる。なお、このときのΔＺは、反射ミラー１４Ｍが折り返しタイプの光学素子であるため、以下の式で表される。
【００５４】
ΔＺ＝ΔＬ／２＝ｃ×ＷＨＭ÷２
【００５５】
以上のようにして、ステップＳ２０４における、測定中における反射ミラー１４Ｍの３箇所の配置位置（位置Ｚ20，Ｚ21，Ｚ22）が設定される。
【００５６】
再び図４に戻って、ステップＳ２０４の反射ミラー１４Ｍの位置設定が完了すると、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ20に移動させる（ステップＳ２０５）。この位置Ｚ20は、ステップＳ２０２において検出されたテラヘルツ波（透過波）の電界強度が略ピークとなるときの、反射ミラー１４Ｍの位置である。
【００５７】
そしてテラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ20に固定した状態で、移動機構１５を駆動することにより、試料Ｗを二次元面内で移動させる。これにより、試料Ｗ上の各位置にテラヘルツ波が照射され、その透過波の電界強度が検出部１３にて検出される（ステップＳ２０６）。このとき、試料Ｗの連続する連続領域についてテラヘルツ波を照射する場合には、例えば、テラヘルツ波を照射しながら、試料Ｗを主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向への移動を繰り返し行うようにすることで、効率良く測定することができる。もちろん、その他の方法で試料Ｗを移動させて、テラヘルツ波を照射するようにしてもよい。
【００５８】
ステップＳ２０６にて取得された電界強度の検出データは、試料Ｗ上のテラヘルツ波を照射した位置に関する情報（位置情報）と、その位置にテラヘルツ波を照射したときに検出された電界強度に関する情報（電界強度情報）とが関連付けられたデータとなっている。このデータは、記憶部３１に適宜保存される。
【００５９】
次に、テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを、位置Ｚ20から位置Ｚ21に移動させる（ステップＳ２０７）。この位置Ｚ21は、上述したように、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、位置Ｚ20のときの光路長Ｌ20よりもパルス半値幅ＷＨＭに相当する光路差ΔＬ分短い光路長Ｌ21（第２の測定用光路長）となる位置である。
【００６０】
テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ21に固定した状態で、テラヘルツ波の照射を行う（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０８では、ステップＳ２０６と同様に、試料Ｗが水平面内で移動することで、試料Ｗの各位置にテラヘルツ波が照射され、検出部１３により電界強度が検出される（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８において取得された電界強度の検出データは、記憶部３１に保存される。
【００６１】
ステップＳ２０７において取得される電界強度のデータは、記憶部３１に適宜保存される。そして、次のステップＳ２０９では、ステップＳ２０８にて取得された電界強度が略ゼロとなる位置の数が、所定の閾値を越えているかどうか判定される。
【００６２】
ステップＳ２０８においてテラヘルツ波の測定するタイミングは、ステップＳ２０２にて復元される透過波を基準にして決定されている。このため、試料Ｗの位置毎に試料Ｗの状態が異なる（例えば、厚みが異なるなど）ことによって、テラヘルツ波が試料Ｗを透過する時間が、位置毎に相違する場合がある。したがって、検査する位置によっては、ステップＳ２０８の測定が、透過波が検出されないタイミングで行われることにより、検出された電界強度が略ゼロとなっている場合も想定される。
【００６３】
そこで、本実施形態では、ステップＳ２０９において、電界強度が略ゼロとなる位置の数が所定の閾値を超える場合（ステップＳ２０９において“ＹＥＳ”）、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ23へ移動させる（ステップＳ３０１、図５）。この位置Ｚ23は、図示を省略するが、図８下段に示した位置Ｚ21から、さらにプローブ光ＬＰ１２の入射方向へさらにΔＺ移動させた位置となっている。位置Ｚ23に反射ミラー１４Ｍを配置した場合、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、光路長Ｌ20よりも２・ΔＬ分短くなる。
【００６４】
テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ23に固定した状態で、ステップＳ２０６など同様に、試料Ｗにテラヘルツ波を照射する（ステップＳ３０２）。このとき、試料Ｗが二次元平面内で移動することで、試料Ｗの各位置にテラヘルツ波が照射され、検出部１３により電界強度が検出される。取得された電界強度の検出データは、記憶部３１に適宜保存される。
【００６５】
このステップＳ３０２では、反射ミラー１４Ｍが位置Ｚ23に配置されているため、検出タイミングｔ20よりも、パルス半値幅ＷＨＭの２倍分早いタイミングで電界強度の検出が行われることとなる。したがって、ステップＳ２０２で検出したテラヘルツ波よりも早く透過するなどといったために、ステップＳ２０８の測定で検出できなかったテラヘルツ波の電界強度についても、検出できる可能性を高めることができる。
【００６６】
ステップＳ２０９において略ゼロとなる位置が所定の閾値を越えない場合（ステップＳ２０９において“ＮＯ”）、または、ステップＳ３０２の測定が完了した場合、テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ21（または位置Ｚ23）から、位置Ｚ22へ移動させる（ステップＳ２１０）。この位置Ｚ22は、上述したように、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、位置Ｚ20のときの光路長Ｌ20よりもパルス半値幅ＷＨＭに相当する光路差ΔＬ分長い光路長Ｌ22となる位置である。
【００６７】
テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ22に固定した状態で、テラヘルツ波の照射を行う（ステップＳ２１１）。このステップＳ２１１では、ステップＳ２０６などと同様に、試料Ｗが二次元平面内を移動することで、試料Ｗの各位置にテラヘルツ波が照射され、検出部１３により電界強度が検出される。ステップＳ２１１において取得された電界強度の検出データは、記憶部３１に適宜保存される。
【００６８】
テラヘルツ波測定装置１００は、ステップＳ２１１において取得された電界強度の検出データにおいて、電界強度が略ゼロとなる位置の数が所定の閾値を超えるかどうか判定する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１１において電界強度が略ゼロとなる位置の数が所定の閾値を超える場合（ステップＳ２１１において“ＹＥＳ”）、テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ24へ移動させる（ステップＳ４０１、図６）。
【００６９】
位置Ｚ24は、図示を省略するが、反射ミラー１４Ｍを、図８下段に示した位置Ｚ22から、さらにプローブ光ＬＰ１２の入射方向に沿ってさらにΔＺ移動させた位置となっている。したがって、位置Ｚ24に反射ミラー１４Ｍを配置した場合、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、光路長Ｌ20よりも２・ΔＬ分長くなる。
【００７０】
テラヘルツ波測定装置１００は、反射ミラー１４Ｍを位置Ｚ24に固定した状態で、ステップＳ２０６など同様に、試料Ｗにテラヘルツ波を照射する（ステップＳ４０２）。このとき、試料Ｗが二次元平面内で移動することで、試料Ｗの各位置にテラヘルツ波が照射され、検出部１３により電界強度が検出される。取得された電界強度の検出データは、記憶部３１に適宜保存される。
【００７１】
このステップＳ４０２では、反射ミラー１４Ｍが位置Ｚ24に配置されているため、検出タイミングｔ20よりも、パルス半値幅ＷＨＭの２倍分遅いタイミングで電界強度の検出が行われることとなる。したがって、ステップＳ２０２で検出したテラヘルツ波よりも試料Ｗを透過する透過時間が長いなどといったために、ステップＳ２１１の測定で検出できなかったテラヘルツ波の電界強度についても、検出できる可能性を高めることができる。
【００７２】
ステップＳ２１１において略ゼロとなる位置が所定の閾値を越えない場合（ステップＳ２１１において“ＮＯ”）、または、ステップＳ４０２の測定が完了した場合、テラヘルツ波測定装置１００は、電界強度を階調データに変換する（ステップＳ２１３）。具体的には、データ変換部２５により、ステップＳ２０５、ステップＳ２０８（ただし、ステップＳ３０１が行われた場合は、ステップＳ３０２）、および、ステップＳ２０９（ただし、ステップＳ４０１が行われた場合は、ステップＳ４０２）において取得された電界強度の検出データのそれぞれを、Ｒ、ＧおよびＢの階調特性を示す階調データに変換する。なお、ステップＳ２０５，Ｓ２０８，Ｓ２０９で取得された３種の電界強度のそれぞれは、Ｒ，ＧまたはＢの階調データのいずれかに重複せずに変換されればよい。例えば、ステップＳ２０５で取得される電界強度をＲの階調データ、ステップＳ２０８で取得される電界強度をＢの階調データ、ステップＳ２０９で取得される電界強度をＧの階調データに変換するようにしてもよいし、あるいは、ステップＳ２０５で取得される電界強度をＢの階調データ、ステップＳ２０８で取得される電界強度をＧの階調データ、ステップＳ２０９で取得される電界強度をＲの階調データに変換するようにしてもよい。このように、３種の電界強度と変換後のＲ，Ｇ，Ｂに関する階調データとの組合せは、任意に設定することができる。
【００７３】
なお、階調データへの変換は、変換用のテーブルを利用してもよい。この変換用のテーブルは、例えば、参照波（図３参照）または透過波（図７参照）の電界強度の最大値および最小値の間を所定の階調数分（例えば２５６）に区切り、区切られた電界強度の範囲毎に特定の階調値を定義したものとされる。ただし、変換用のテーブルは、参照波または透過波に依らずに、電界強度毎に階調値を適宜定義したものであってもよい。
【００７４】
テラヘルツ波測定装置１００は、ステップＳ２１３のデータ変換を完了すると、取得された階調データに基づいて、イメージング用の画像を生成して該画像を表示部３３に表示する（ステップＳ２１４）。本実施形態では、試料Ｗの各位置において、それぞれ３つ分の電界強度値が取得される。イメージング用の画像では、この３つ分の電界強度が、その強度の応じた特定の階調特性（濃淡度）を持つ３つの色（ＲＧＢ）を混合した合成色で表現される。なお、イメージング用の画像について、一般的な画像処理（例えば、エッジ強調、階調変更など）を行うようにしてもよい。
【００７５】
以上が、テラヘルツ波測定装置１００を利用したイメージングについての説明である。
【００７６】
本実施形態では、プローブ光ＬＰ１２の光路長を、３つの測定用光路長に限定してイメージングが行われる。このため、イメージングに必要な測定時間を短くすることができるため、効率良くイメージングを行うことができる。
【００７７】
また、３つの測定用光路長が、試料Ｗ上の特定位置にテラヘルツ波を照射したときの透過波の電界強度が略ピークとなるピーク時光路長と、その透過波のパルス半値幅ＷＨＭ分に相当する光路差ΔＬとに基づいて決定される。このため、試料Ｗの様々な位置にテラヘルツ波を照射した場合に、試料Ｗの特定位置とその他の位置とで物性が大きく異ならない限り、透過波の電界強度を有効に検出することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、その３つの測定用光路長のもとで検出された電界強度が、人が識別できるＲＧＢの色にそれぞれ変換される。したがって、イメージング用の画像において、これらの色を混合した合成色で表現することで、試料Ｗの各位置における３つの電界強度の程度を有効に把握することができる。
【００７９】
なお、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０６（第１の測定用光路長での測定）、ステップＳ２０７〜ステップＳ２０９（第２の測定用光路長での測定）、および、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１２（第３の測定用光路長での測定）は、図２に示した順番で実行される必要はなく、任意に変更することができる。
【００８０】
＜２．変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００８１】
例えば、上記実施形態では、パルス半値幅ＷＨＭを基準にして、反射ミラー１４Ｍの位置を設定しているが、その他の基準を利用することができる。例えば、図３に示した参照波の時間波形４１からパルス幅（電界強度がゼロになるタイミングｔaとタイミングｔbとの時間差に相当する）をパルス半値幅ＷＨＭの代替として利用してもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、パルス半値幅ＷＨＭを参照波（図３に示す時間波形４１）から取得するようにしているが、試料Ｗを透過した透過波（図７に示す時間波形４３）から取得するようにしてもよい。この場合、図２に示した参照波の解析は省略することができる。
【００８３】
また、上記実施形態では、試料Ｗを透過した透過波（図７に示す時間波形４３）の電界強度が略ピークとなるときの光路長（光路長Ｌ20）を、第１の測定用光路長（ステップＳ２０５の測定時における光路長）としている。しかしながら、参照波（図３に示す時間波形４１）の電界強度が略ピークとなる時の光路長を、第１の測定用光路長としてもよい。また、光路長Ｌ20に依らずに、所要の固定タイミングを第１の測定用光路長としてもよい。ただし、第１の測定用光路長は、少なくとも試料Ｗを透過するテラヘルツ波の電界強度を検出できるときのプローブ光ＬＰ１２の光路長とされることが望ましい。
【００８４】
また、上記実施形態では、第１の測定用光路長に対してパルス半値幅ＷＨＭに相当する光路差ΔＬを減算または加算することで、第２および第３の測定用光路長を決定している。しかしながら、ステップＳ３０１，Ｓ４０１でも説明したように、光路差ΔＬを所要倍した値を減算または加算することで、第２および第３の測定用光路長を決定するようにしてもよい。また、パルス半値幅ＷＨＭに依らずに、所要の値を加算または減算することで、第２および第３の測定用光路長を決定するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、照射部１２から出射したテラヘルツ波を試料Ｗに照射し、透過した透過波を検出部１３にて検出するようにしている。しかしながら、テラヘルツ波を照射した試料Ｗの面側に反射してくるテラヘルツ波を検出部１３が検出するようにしてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態に示した、パルス復元部２１、パルス半値幅取得部２２、光路差取得部２３、ミラー位置設定部２４、データ変換部２５および画像生成部２６は、ＣＰＵが所定のプログラムにしたがって動作させることでソフトウェア的に実現してもよいし、これらの機能の一部または全部を専用の論理回路などでハードウェア的に実現してもよい。
【００８７】
また、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１００  テラヘルツ波測定装置（電磁波パルス測定装置）
１１  レーザ光源
１２  照射部
１３  検出部
１４  遅延部
１４１  移動ステージ
１４Ｍ  反射ミラー
１５  移動機構
１７  制御部
２１  パルス復元部
２２  パルス半値幅取得部
２３  光路差取得部
２４  ミラー位置設定部
２５  データ変換部
２６  画像生成部
３１  記憶部
３２  入力部
３３  表示部
４１  時間波形（参照波）
４３  時間波形（透過波）
Ｌ20  光路長（第１の測定用光路長）
Ｌ21  光路長（第２の測定用光路長）
Ｌ22  光路長（第３の測定用光路長）
Ｌ23，Ｌ24  光路長
ＬＰ１  パルス光
ＬＰ１１  ポンプ光
ＬＰ１２  プローブ光
ＬＴ１  テラヘルツ波
Ｗ  試料
ＷＨＭ  パルス半値幅
Ｚ20，Ｚ21，Ｚ22，Ｚ23，Ｚ24  位置
ΔＬ  光路差
【図１】
0005824284.tif 000002
【図２】
0005824284.tif 000003
【図３】
0005824284.tif 000004
【図４】
0005824284.tif 000005
【図５】
0005824284.tif 000006
【図６】
0005824284.tif 000007
【図７】
0005824284.tif 000008
【図８】
0005824284.tif 000009