專利名稱：檢查裝置和檢查方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用太赫茲波對(duì)對(duì)象進(jìn)行檢查的檢查裝置和檢查方法。在本說(shuō)明書中，將頻率范圍包括從30GHz到30THz(包含30GHz和30THz)范圍的至少一部分的電磁波稱為太赫茲波。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已使用傅立葉分析，從透射過樣品(對(duì)象)或者被樣品反射的太赫茲波的時(shí)間波形，研究該樣品的吸收率與折射率的頻率依賴性。 然而，在太赫茲波的時(shí)間波形中所包括的寬頻率范圍內(nèi)，吸收率與折射率的頻率
依賴性對(duì)于每種材料是獨(dú)特的。在該情況下，待比較的數(shù)據(jù)量的增加成為難題。 為了解決上述問題，日本特開平10-153547號(hào)公報(bào)公開了一種方法，所述方法用
于將太赫茲波的時(shí)間波形中所包括的分光(dispersion)相關(guān)信息壓縮成少量數(shù)據(jù)，并且
從經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)中識(shí)別材料的成分。日本特開平10-153547號(hào)公報(bào)公開了使用小波分析作
為其壓縮方法。

發(fā)明內(nèi)容
然而，日本特開平10-153547號(hào)公報(bào)未公開執(zhí)行小波分析的具體方法。特別是，沒有針對(duì)小波展開系數(shù)的公開內(nèi)容。 本發(fā)明的目的是使用數(shù)據(jù)量相對(duì)少的展開系數(shù)來(lái)對(duì)對(duì)象(樣品)進(jìn)行檢查(例如對(duì)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別或者成像)。 本發(fā)明致力于一種用于檢查對(duì)象的檢查裝置，所述檢查裝置包括照射單元，所述照射單元用于用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元用于檢測(cè)從所述對(duì)象獲得的太赫茲波；變換單元，所述變換單元用于對(duì)利用由所述檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述太赫茲波而獲得的所述太赫茲波的時(shí)間波形執(zhí)行小波變換；選擇單元，所述選擇單元用于從所述小波變換中的第一展開系數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的第二展開系數(shù)，并且所述第二展開系數(shù)包括在所述第一展開系數(shù)中；以及比較單元，所述比較單元將所述第二展開系數(shù)的第一值與由所述選擇單元選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。 所述第二展開系數(shù)可以是利用具有特征譜部分的參照物獲得的展開系數(shù)，并且與所述特征譜部分相關(guān)，所述檢查裝置包括確定單元，所述確定單元用于基于所述比較單元所獲得的結(jié)果，確定所述對(duì)象是否是所述參照物。 本發(fā)明致力于一種用于檢查對(duì)象的檢查方法，所述檢查方法包括用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)從所述對(duì)象獲得的太赫茲波；對(duì)利用在所述檢測(cè)步驟中檢測(cè)到的所述太赫茲波而獲得的所述太赫茲波的時(shí)間波形，執(zhí)行小波變換；從所述小波變換中的第一展開系數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的第二展開系數(shù)，并且所述第二展開系數(shù)包括在所述第一展開系數(shù)中；以及將所述第二展開系數(shù)的第一值與在所述選擇步驟中選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。
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第二展開系數(shù)可以是利用具有特征譜部分的參照物獲得的展開系數(shù)，并且所述第
二展開系數(shù)與所述特征譜部分相關(guān)，所述檢查方法包括基于在所述比較步驟中獲得的結(jié)果，確定所述對(duì)象是否是所述參照物。 本發(fā)明致力于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)有使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述檢查方法的程序。 本發(fā)明致力于一種使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述檢查方法的程序。 本發(fā)明致力于一種提取方法，所述提取方法用于從具有特征譜部分的參照物提取與所述特征譜部分相關(guān)的展開系數(shù)，所述提取方法包括獲得步驟，獲得從所述參照物反射或者散射，或者透射過所述參照物的太赫茲波的波形；第一變換步驟，對(duì)在所述獲得步驟中獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換；反變換步驟，對(duì)所述小波變換中的展開系數(shù)的一部分執(zhí)行小波反變換；第二變換步驟，對(duì)在所述反變換步驟中獲得的所述太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，其中在改變所述展開系數(shù)的所述一部分的同時(shí)，重復(fù)執(zhí)行所述反變換步驟和所述第二變換步驟。 在所述提取方法中，執(zhí)行小波反變換可包括在指定所述展開系數(shù)的所述一部分時(shí)設(shè)置閾值，所述提取方法被設(shè)置為用零值替換大于或等于所述設(shè)置閾值或者小于或等于所述設(shè)置閾值的所述展開系數(shù)的值。 考慮上述問題，根據(jù)本發(fā)明的裝置是獲得關(guān)于對(duì)象的信息的裝置，所述對(duì)象具有包括特征譜部分的頻譜，并且本發(fā)明的裝置具有下列特征。所述裝置包括照射單元，用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)單元，檢測(cè)來(lái)自經(jīng)所述太赫茲波照射的所述對(duì)象的太赫茲波；變換單元；以及比較單元。所述變換單元對(duì)基于由所述檢測(cè)單元檢測(cè)到的信號(hào)而獲得的太赫茲時(shí)間波形(太赫茲波的時(shí)間波形)執(zhí)行小波變換。所述比較單元將與對(duì)象(所述對(duì)象具有包括特征譜部分的頻譜)的特征譜部分相關(guān)的、預(yù)先存儲(chǔ)的小波展開系數(shù)的值，與由所述變換單元所獲得的小波展開系數(shù)的值之中的、位于與所述預(yù)先存儲(chǔ)的小波展開系數(shù)相同的系數(shù)位置處的值進(jìn)行比較。 此外，考慮到上述問題，根據(jù)本發(fā)明的方法是用于獲得關(guān)于對(duì)象的信息的方法，所述對(duì)象具有包括特征譜部分的頻譜，并且所述方法具有如下特征，所述方法包括以下步驟照射步驟，用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)步驟，檢測(cè)來(lái)自經(jīng)所述太赫茲波照射的對(duì)象的太赫茲波；變換步驟；提取步驟；以及比較步驟。在所述變換步驟中，對(duì)基于由所述檢測(cè)單元檢測(cè)到的信號(hào)而獲得的太赫茲時(shí)間波形，執(zhí)行所述小波變換。在所述提取步驟中，提取與對(duì)象的特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)，所述對(duì)象具有包括所述特征譜部分的頻譜。在所述比較步驟中，將在所述提取步驟中提取的所述小波展開系數(shù)的值與在所述變換步驟中獲得的小波展開系數(shù)的值中的、與所提取的小波展開系數(shù)相同的系數(shù)位置處的值進(jìn)行比較。另外，在所述提取步驟中，通過用零值來(lái)替換經(jīng)過在所述變換步驟中執(zhí)行的所述小波變換而分解獲得的所述小波展開系數(shù)的一部分，來(lái)執(zhí)行小波反變換。接著，對(duì)通過所述小波反變換獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，以求出改變所述特征譜部分的小波展開系數(shù)。
此外，考慮上述問題，用于提取與特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)的根據(jù)本發(fā)明的提取方法包括獲得步驟，變換步驟，以及提取步驟。在所述獲得步驟中，獲得來(lái)自對(duì)象的太赫茲波的時(shí)間波形，所述對(duì)象具有包括特征譜部分的頻譜。在所述變換步驟中，對(duì)在所述獲得步驟中獲得的所述太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換。在所述提取步驟中，提取與對(duì)象的
5特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)，所述對(duì)象具有包括所述特征譜部分的頻譜。另外，在所述
提取步驟中，通過用零值來(lái)替換經(jīng)過在所述變換步驟中執(zhí)行的所述小波變換而分解獲得的
所述小波展開系數(shù)的一部分，來(lái)執(zhí)行小波反變換。接著，對(duì)通過所述小波反變換獲得的太赫
茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，以求出改變所述特征譜部分的小波展開系數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的所述裝置和方法(檢查裝置和檢查方法)能夠?qū)⒋鎯?chǔ)的與特征譜部
分相關(guān)的小波展開系數(shù)的值與通過所述變換單元獲得的小波展開系數(shù)的值之中的、與所存
儲(chǔ)的小波展開系數(shù)相同的系數(shù)位置處的值進(jìn)行比較。另選的是，能夠?qū)μ掌潟r(shí)間波形執(zhí)
行小波變換以提取與特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)。 因此，典型地可利用具有相對(duì)少的數(shù)據(jù)量的小波展開系數(shù)來(lái)對(duì)對(duì)象(樣品)進(jìn)行檢查(例如能夠執(zhí)行對(duì)對(duì)象的識(shí)別或者成像)。通過處理相對(duì)少的數(shù)據(jù)量，能夠提高檢查速度。 本發(fā)明的進(jìn)一步特征將從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施方式的下列描述中顯而易見。


圖1A和1B是用于描述根據(jù)實(shí)施方式的檢查裝置的配置的示意圖； 圖2A和2B是例示了在樣品不可用時(shí)和樣品可用時(shí)分別獲得的太赫茲波的時(shí)間波
形及其各自的傅立葉變換的示意圖； 圖3A、3B以及3C是用于描述第一和第二示例的示意 圖4A和4B是用于例示醫(yī)藥產(chǎn)品的頻譜的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
(檢查裝置) 現(xiàn)在將參照?qǐng)D1A對(duì)根據(jù)實(shí)施方式的檢查裝置(用于檢查對(duì)象的檢查裝置)進(jìn)行說(shuō)明。 根據(jù)本實(shí)施方式的所述檢查裝置包括用太赫茲波照射對(duì)象12 (樣品)的照射單元ll(例如，由光導(dǎo)設(shè)備構(gòu)成)。 此外，所述檢查裝置包括檢測(cè)單元13(例如由光導(dǎo)設(shè)備構(gòu)成)，其檢測(cè)來(lái)自經(jīng)太赫茲波照射的對(duì)象12的太赫茲波。在該情況下，檢測(cè)單元13檢測(cè)從對(duì)象12獲得的太赫茲波。就是說(shuō)，檢測(cè)單元對(duì)從對(duì)象12反射或者散射，或者透射過對(duì)象12的太赫茲波進(jìn)行檢測(cè)。
此外，所述檢查裝置包括變換單元14，其對(duì)基于由檢測(cè)單元13檢測(cè)到的信號(hào)而獲得的太赫茲時(shí)間波形(例如，圖2A所示的波形)執(zhí)行小波變換。在該情況下，變換單元14對(duì)利用由檢測(cè)單元13所檢測(cè)到的所述太赫茲波而獲得的所述太赫茲波的時(shí)間波形(例如圖2A所示的波形)執(zhí)行小波變換。 此外，所述檢查裝置包括選擇單元15，其從所述小波變換中的第一展開系數(shù)(例如圖3A的橫坐標(biāo))中選擇預(yù)先存儲(chǔ)在例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的并且包括在所述第一展開系數(shù)中的第二展開系數(shù)，所述第二展開系數(shù)例如是在圖3B中確定的第309個(gè)小波展開系數(shù)，所述第309個(gè)小波展開系數(shù)是利用參照物而獲得的與特征譜部分相關(guān)的展開系數(shù)，所述參照物具有諸如吸收譜的特征譜部分。
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此外，所述檢查裝置包括比較單元16，其用于將所述第二展開系數(shù)的第一值(例 如在圖3B中確定的第309個(gè)小波展開系數(shù)的情況下的值3. 17)與所述選擇單元15選擇的 第二展開系數(shù)的第二值(相對(duì)于對(duì)象12的第309個(gè)小波展開系數(shù)的值)相比較。
因此，典型地可使用數(shù)據(jù)量相對(duì)少的小波展開系數(shù)來(lái)檢查對(duì)象12 (例如能夠執(zhí)行 對(duì)象的識(shí)別和成像)。通過處理相對(duì)少的數(shù)據(jù)量，能夠提高檢查速度。在此，所述檢查指的 是在參照物(例如醫(yī)藥產(chǎn)品)和與所述參照物相同類型的不同物體(對(duì)象12)之間執(zhí)行的 比較。因此，所述對(duì)象可被識(shí)別。 在該情況下，所述檢查裝置優(yōu)選地包括確定單元17，所述確定單元17基于所述比 較單元16所獲得的結(jié)果來(lái)確定所述對(duì)象12是否是所述參照物。
(提取單元) 在上述配置中，典型的是，所述檢查裝置優(yōu)選地包括提取單元，所述提取單元用于 提取與所述特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)。所述提取單元提取預(yù)先存儲(chǔ)的、與物體的特 征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)的系數(shù)位置和值，所述物體具有包括所述特征譜部分的頻 譜。 此外，在該情況下，還利用所述提取單元，針對(duì)所述對(duì)象提取與特征譜部分相關(guān)的 小波展開系數(shù)，以將所提取的小波展開系數(shù)的值與預(yù)先存儲(chǔ)的所述小波展開系數(shù)的值進(jìn)行 比較。 所述提取單元例如通過用零值來(lái)替換經(jīng)所述變換單元執(zhí)行的所述小波變換而分 解出的小波展開系數(shù)中的、基于給定標(biāo)準(zhǔn)而選定的一部分，來(lái)執(zhí)行小波反變換。接著，對(duì)通 過所述小波反變換獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，以求出改變所述特征譜部分的 小波展開系數(shù)。 此外，可提取與特征譜部分具有高相關(guān)性(關(guān)聯(lián)度)的小波展開系數(shù)。此方法利 用與特征譜部分強(qiáng)相關(guān)的小波展開系數(shù)的存在與否的屬性，來(lái)確定通過小波反變換獲得的 時(shí)間波形是否具有特征譜部分。 為了保證適當(dāng)?shù)貓?zhí)行所述比較和提取，變換單元例如使用與太赫茲波形強(qiáng)相關(guān)的 母小波(mother wavelet)，并且對(duì)所述太赫茲波形執(zhí)行小波變換，使得所述特征譜部分將 與所述小波展開系數(shù)的一部分相關(guān)聯(lián)。 所述裝置能夠用于確定對(duì)象是否是具有包含特征譜部分的頻譜的物體，從而構(gòu)造 用于基于所述確定來(lái)篩選(screening)對(duì)象的篩選系統(tǒng)。 [OO42](檢查方法) 另外，根據(jù)本實(shí)施方式的另一檢查方法(用于檢查對(duì)象的檢查方法)包括下述步 驟a)到e)。 a)照射步驟ll，所述照射步驟11用于用太赫茲波照射對(duì)象12。
b)檢測(cè)步驟13，所述檢測(cè)步驟13用于檢測(cè)來(lái)自經(jīng)所述太赫茲波照射的對(duì)象12的 太赫茲波。另選的是，所述檢測(cè)步驟13用于檢測(cè)從所述對(duì)象12反射或散射，或者透射過所 述對(duì)象12的太赫茲波。 c)變換步驟14，所述變換步驟14用于對(duì)基于在所述檢測(cè)步驟13中檢測(cè)到的信號(hào) 而獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換。另選的是，變換步驟14用于對(duì)利用在所述檢測(cè)步 驟13中檢測(cè)到的太赫茲波而獲得的該太赫茲波的時(shí)間波形執(zhí)行小波變換。
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d)選擇步驟15，所述選擇步驟15用于從在所述變換步驟14中獲得的第一展開系 數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的第二展開系數(shù)(該展開系數(shù)與利用具有特征譜部分的參照物而獲得 的特征譜部分相關(guān)聯(lián))。 e)比較步驟16，所述比較步驟16用于將在所述選擇步驟15中選擇的所述小波展 開系數(shù)的值，與所述變換步驟14中獲得的小波展開系數(shù)的值之中的與所提取的小波展開 系數(shù)相同的系數(shù)位置處的值進(jìn)行比較。另選的是，所述比較步驟16用于將預(yù)先存儲(chǔ)的第二 展開系數(shù)的第一值，與在所述選擇步驟15中選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。
所述檢查方法優(yōu)選地包括確定步驟，所述確定步驟用于基于在所述比較步驟16 中獲得的結(jié)果，來(lái)確定所述對(duì)象12是否是所述參照物。
(提取步驟) 另外，所述檢查方法優(yōu)選地包括提取步驟，所述提取步驟用于通過利用零值來(lái)替 換經(jīng)所述變換步驟中執(zhí)行的所述小波變換而分解出的所述小波展開系數(shù)的一部分，來(lái)執(zhí)行 小波反變換。在該情況下，對(duì)通過所述小波反變換獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換， 來(lái)求出改變所述特征譜部分的小波展開系數(shù)。 在所述提取步驟中，例如利用零值來(lái)替換大于或等于所述閾值或者小于或等于所 述閾值的小波展開系數(shù)的值，并且執(zhí)行諸如小波反變換的處理，由此在每次改變閾值時(shí)執(zhí) 行所述處理。因此，求出使所述特征譜部分變化的小波展開系數(shù)。 另外，可提取與特征譜部分具有高相關(guān)性(關(guān)聯(lián)度)的小波展開系數(shù)。該方法利 用與特征譜部分強(qiáng)相關(guān)的小波展開系數(shù)的存在與否的屬性，來(lái)確定通過小波反變換所獲得 的時(shí)間波形是否具有特征譜部分。 在所述提取步驟中，通過在用零值來(lái)替換在指定的系數(shù)位置范圍內(nèi)的小波展開系 數(shù)的值之后執(zhí)行所述處理并且在每次所述范圍變化時(shí)執(zhí)行所述處理，可求出使所述特征譜 部分變化的小波展開系數(shù)。 所述檢查方法可進(jìn)一步包括下述保存步驟和恢復(fù)步驟。在所述保存步驟中，當(dāng)在 所述比較步驟中確定所述對(duì)象是具有包括所述特征譜部分的頻譜的物體時(shí)，用零值或者小 值來(lái)替換幾乎不具有信號(hào)分量并且表現(xiàn)出噪聲的小波展開系數(shù)的值。隨后保存信息壓縮的 小波展開系數(shù)。在所述恢復(fù)步驟中，對(duì)在所述保存步驟中保存的信息壓縮的小波展開系數(shù) 執(zhí)行小波反變換，以恢復(fù)所述對(duì)象的所述太赫茲時(shí)間波形?；谠谒龌謴?fù)步驟中恢復(fù)的 所述對(duì)象的所述太赫茲時(shí)間波形，能夠確定吸收率或者折射率，從而執(zhí)行對(duì)對(duì)象進(jìn)行成像 的成像步驟。即使利用高速獲得的具有較差SN比的數(shù)據(jù)，也能夠提高所恢復(fù)的太赫茲時(shí)間 波形的SN比。因此能夠高速地按照有利的方式執(zhí)行成像。
(提取方法)
將描述本發(fā)明的另一實(shí)施方式。 可利用適當(dāng)方法來(lái)提取與特征譜部分(指紋圖譜)相關(guān)的小波展開系數(shù)。所述適 當(dāng)方法包括研究所述小波展開系數(shù)中的變化是否引起所述特征譜部分的變化，并且提取 引起這種變化的小波展開系數(shù)。換言之，將候選小波展開系數(shù)設(shè)置為零，對(duì)其執(zhí)行小波反變 換，并且對(duì)所獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換。確定通過所述傅立葉變換而獲得的 頻譜的特征譜部分是否變化，由此提取引起變化的小波展開系數(shù)作為目標(biāo)小波展開系數(shù)。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式的另一提取方法(用于從具有特征譜部分的參照物提取與所述特征譜部分相關(guān)的展開系數(shù)的提取方法)包括下列步驟。 所述方法包括獲得步驟，變換步驟以及提取步驟。在所述獲得步驟中，從具有包 括特征譜部分的頻譜的對(duì)象獲得太赫茲波的時(shí)間波形。在所述變換步驟中，對(duì)在所述獲得 步驟中獲得的所述太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換(第一變換步驟)。在所述提取步驟中，提 取與具有包括特征譜部分的頻譜的物體的特征譜部分相關(guān)的小波展開系數(shù)。另外，在所述 提取步驟中，通過用零值來(lái)替換經(jīng)由在所述變換步驟中執(zhí)行的所述小波變換而分解出的所 述小波展開系數(shù)的一部分，來(lái)執(zhí)行小波反變換(反變換步驟)。隨后，對(duì)通過所述小波反變 換獲得的所述太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換(第二變換步驟)。在改變所述展開系數(shù)的 一部分的同時(shí)，重復(fù)所述反變換步驟和所述第二變換步驟。因此，求出引起所述特征譜部分 變化的小波展開系數(shù)。
示例 接下來(lái)，將描述利用與特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)的檢查裝置和方法的具體 示例，所述特征吸收譜是具有特征譜部分的頻譜的示例。特征吸收譜在所述太赫茲波范圍 內(nèi)，有時(shí)可稱為指紋圖譜。當(dāng)獲得指紋圖譜時(shí)，典型的是使用從30GHz到30THz (包含30GHz 和30THz)的范圍內(nèi)的太赫茲波，所述太赫茲波包括從O. lTHz到lOTHz(包含O. lTHz和 lOTHz)的范圍內(nèi)的頻率分量。 在下列示例中將描述如下方法，在所述方法中將已高速獲得其數(shù)據(jù)的太赫茲時(shí)間
波形通過小波變換分解為小波展開系數(shù)，并且從所述小波展開系數(shù)中提取與特征吸收譜相
關(guān)的小波展開系數(shù)。接著，將描述如下檢查裝置和方法，所述檢查裝置和方法利用與所述特
征吸收譜相關(guān)的所述小波展開系數(shù)，確定樣品是否是具有所述特征吸收譜的物質(zhì)。 下面將描述的本發(fā)明的示例與具有所述太赫茲范圍內(nèi)的特征吸收譜的樣品的檢
查相關(guān)。將描述光子晶體作為這種樣品的示例。所使用的光子晶體在所述太赫茲范圍內(nèi)具
有兩個(gè)特征吸收譜。 雖然下面將描述利用光子晶體的示例，但本發(fā)明通常也可應(yīng)用于具有指紋圖譜的 任何材料。例如，本發(fā)明還可應(yīng)用于醫(yī)藥產(chǎn)品(西米替汀，甲滅酸，氯磺丙脲，蘭索拉唑)，荷 爾蒙分子(孕酮，多巴胺，乙酰膽堿，雌三醇)，環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(氨基三唑，二苯甲酮)， 糖類(麥芽糖，葡萄糖)等。作為示例，在圖4A和4B中分別例示出西米替汀和甲滅酸的指 紋圖譜。這些示例示出特征吸收譜存在于從O. lTHz附近到2. 5THz附近的頻率范圍內(nèi)。
(第一示例) 圖1B是第一示例的配置的示意圖。 太赫茲波照射單元1用生成的太赫茲波照射樣品2。另外，太赫茲波檢測(cè)單元3檢 測(cè)透射過所述樣品的太赫茲波。個(gè)人計(jì)算機(jī)4加載由所述太赫茲波檢測(cè)單元3檢測(cè)到的信 號(hào)。 可使用利用光導(dǎo)設(shè)備生成太赫茲波的單元作為所述太赫茲波照射單元1。另外，還 可使用利用光導(dǎo)設(shè)備來(lái)檢測(cè)太赫茲波的單元作為所述太赫茲波檢測(cè)單元3。在此使用的所 述光導(dǎo)設(shè)備能夠生成并且檢測(cè)其頻率范圍從0. lTHz到2. 5THz (包含0. lTHz和2. 5THz)的 太赫茲波。 已知一種使用光導(dǎo)設(shè)備生成并檢測(cè)太赫茲波的方法是THz-TDS(太赫茲時(shí)域譜技 術(shù))。通過所述太赫茲波檢測(cè)單元3獲得的信號(hào)是太赫茲波時(shí)間波形。太赫茲波時(shí)間波形可通過掃描由臺(tái)(stage)組成的延遲系統(tǒng)(圖1B中未明確示出)來(lái)獲得。然而，為了提高 SN比，緩慢掃描所述臺(tái)，并且對(duì)所述臺(tái)上的各點(diǎn)處的信號(hào)進(jìn)行集合。因此，太赫茲波時(shí)間波 形的獲得是耗費(fèi)時(shí)間的。 另選的是，首先高速掃描所述臺(tái)。這樣做時(shí)，要高速獲得太赫茲波的時(shí)間波形，其 中對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)獲得點(diǎn)處的平均，可以僅獲得少量數(shù)據(jù)單元。接著重復(fù)獲得具有少量數(shù)據(jù) 單元的所述太赫茲波的時(shí)間波形。累加所述太赫茲波的所述時(shí)間波形，并求平均以進(jìn)行降 噪(提高SN比)。在該情況下，由于重復(fù)測(cè)量所述太赫茲波的時(shí)間波形，所以求平均以最終 形成具有良好SN比的所述太赫茲波的時(shí)間波形是耗費(fèi)時(shí)間的。 傳統(tǒng)上，對(duì)具有按照該方式緩慢測(cè)量的良好SN比的太赫茲波的時(shí)間波形執(zhí)行傅 立葉變換，并且比較頻譜分布以確定所測(cè)量的樣品是否具有特征吸收譜。然而，由于頻率范 圍寬且要比較的數(shù)據(jù)量更大，所以該方法是不實(shí)用的。如圖所示，傳統(tǒng)方法需要時(shí)間以獲得 要在傅立葉變換中使用的太赫茲波的時(shí)間波形。另外，為了確定所測(cè)量的樣品是否具有特 征吸收譜而使用的待比較的數(shù)據(jù)量也增加。 考慮這些因素，本發(fā)明被配置為使得即使對(duì)于快速獲得的太赫茲波的時(shí)間波形， 也能夠確定所測(cè)量的樣品是否具有特征吸收譜。具體來(lái)說(shuō)，例如快速掃描延遲系統(tǒng)的臺(tái)，在 短時(shí)間段內(nèi)獲得具有相對(duì)少量數(shù)據(jù)單元的太赫茲波的時(shí)間波形(具有不良SN比)，將該數(shù) 據(jù)加載到個(gè)人計(jì)算機(jī)4上，并且通過用于執(zhí)行小波變換的單元5 (變換單元)將其分解為小 波展開系數(shù)。通過使用與所述太赫茲時(shí)間波形強(qiáng)相關(guān)的母小波，能夠相對(duì)容易地將作為信 號(hào)分量的太赫茲波與噪聲相分離。"強(qiáng)相關(guān)"指的是具有類似所述太赫茲時(shí)間波形的形狀， 從而使得能夠利用盡可能少量的小波展開系數(shù)進(jìn)行描述。在該情況下，將所述太赫茲波時(shí) 間波形的數(shù)據(jù)單元的數(shù)量設(shè)置為L(zhǎng)s = 4096 (212)，并且將Coif let4用作母小波。另外，將 要決定小波展開系數(shù)的數(shù)量的級(jí)設(shè)置為log2Ls = 12，這是在該情況下的最大數(shù)量。
接下來(lái)，對(duì)單元6(提取單元)執(zhí)行的提取方法進(jìn)行描述，所述單元6用于提取與 特征吸收譜有關(guān)的小波展開系數(shù)。當(dāng)對(duì)通過小波變換獲得的小波展開系數(shù)按照原樣(不對(duì) 各個(gè)小波展開系數(shù)進(jìn)行任何改變)進(jìn)行小波反變換時(shí)，獲得所述小波變換之前的太赫茲波 的時(shí)間波形。然而，在該情況下，將執(zhí)行下列操作。首先，將閾值設(shè)置為接近零的值(相對(duì) 小的值)。接著，例如使用具有小于或等于所述設(shè)置閾值的值的小波展開系數(shù)來(lái)執(zhí)行小波反 變換。換言之，利用零值來(lái)替換大于所述設(shè)置閾值的值，并且利用具有(未被零值替換的) 一值的小波展開系數(shù)來(lái)執(zhí)行小波反變換。隨后對(duì)通過所述小波反變換而獲得的波形執(zhí)行傅 立葉變換。 按照類似方式，通過稍微增加所述設(shè)置閾值，來(lái)執(zhí)行相同處理。通過遞增增加所述 閾值，并且觀察由于傅立葉變換所引起的所述頻譜的變化，發(fā)現(xiàn)特征吸收譜的顯著變化，諸 如當(dāng)所述閾值的值變化時(shí)，時(shí)而發(fā)生的所述特征吸收譜的消失或者出現(xiàn)。計(jì)算在該點(diǎn)處的 與在先和后續(xù)閾值相對(duì)應(yīng)的小波展開系數(shù)之間的差異，使得能夠找到引起所述特征吸收譜 中的顯著變化的小波展開系數(shù)。保存按照此方式找到的引起所述特征吸收譜中的顯著變化 的小波展開系數(shù)的位置和值。 圖2A例示了作為不使用樣品時(shí)的太赫茲波時(shí)間波形的基準(zhǔn)波形(虛線)和當(dāng)使 用具有在所述太赫茲范圍內(nèi)的特征吸收譜的光子晶體作為樣品時(shí)的太赫茲波的時(shí)間波形 (實(shí)線)。
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圖2B例示了對(duì)所述波形分別執(zhí)行的傅立葉變換的頻譜結(jié)果。在ITHz附近和 1. 6THz附近下降的頻譜(實(shí)線)是當(dāng)使用所述光子晶體作為樣品時(shí)的太赫茲波時(shí)間波形的 傅立葉變換，而沒有所述吸收譜的頻譜(虛線)是所述基準(zhǔn)波形的傅立葉變換。
圖3A是對(duì)使用所述光子晶體作為樣品時(shí)的所述太赫茲波時(shí)間波形執(zhí)行小波變換 而獲得的小波展開系數(shù)的一部分的圖示。如上文較早所述，使用Coiflet4作為所述母小 波，并且將級(jí)設(shè)置為log2Ls = 12(將信號(hào)數(shù)據(jù)單元的數(shù)量設(shè)置為L(zhǎng)s = 4096)。由圖3A中 的縱坐標(biāo)的值5和-5附近的四方形所圍繞的區(qū)域是當(dāng)絕對(duì)值相同的閾值遞增變化時(shí)，改變 之前與改變之后的小波展開系數(shù)差異的示意性圖示。如果在絕對(duì)值相同的閾值變化前與變 化后存在頻譜差異，則所述頻譜中的變化是由于在所述四方形所圍繞的區(qū)域內(nèi)包括的小波 展開系數(shù)所引起的。因此，通過多樣地改變所述閾值，來(lái)改變所述四方形所圍繞的區(qū)域并且 提取包括在所述區(qū)域內(nèi)的小波展開系數(shù)，能夠?qū)λ鲂〔ㄕ归_系數(shù)與頻譜變化之間的關(guān)系 進(jìn)行研究。如果所述閾值的變化幅度顯著，則所述區(qū)域可能包括多個(gè)小波展開系數(shù)。通過 設(shè)置小的閾值變化幅度，可減少所述四方形所圍繞的區(qū)域，并且可減少與特征吸收譜相關(guān) 的小波展開系數(shù)的數(shù)量。從增加數(shù)據(jù)處理速度的角度來(lái)看，與所述特征吸收譜相關(guān)的小波 展開系數(shù)的數(shù)量越小，越好。 按照此方式對(duì)與相對(duì)于所述光子晶體的特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)的研究， 顯示出第309個(gè)小波展開系數(shù)的值是與所述特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)。當(dāng)呈現(xiàn)所述 特征吸收譜時(shí)所述第309個(gè)小波展開系數(shù)的值是3. 17，而當(dāng)所述值變?yōu)榱阒禃r(shí)所述特征吸 收譜的所述吸收譜會(huì)明顯地消失。圖3B中的實(shí)線示出了當(dāng)?shù)?09個(gè)展開系數(shù)的值取3. 17 并且存在特征吸收譜時(shí)的頻譜。 另一方面，圖3B中的虛線示出了當(dāng)將所述第309個(gè)展開系數(shù)的值設(shè)置為零值時(shí)的 頻譜。示出所述頻譜已明顯消失了。因此，首先按照此方式，針對(duì)具有特征吸收譜的樣品， 預(yù)先檢查與所述特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)的位置和值。接著，利用相同母小波，對(duì)未 知樣品執(zhí)行相同小波變換，并且檢索預(yù)先檢查的所述系數(shù)位置處的與所述特征吸收譜相關(guān) 的小波展開系數(shù)的值。通過利用比較單元7來(lái)檢查所述值是否與具有所述特征吸收譜的物 體的值近似相同，能夠?qū)λ鰳悠愤M(jìn)行檢查。 當(dāng)通過所述檢查確定所述未知樣品具有特征吸收譜時(shí)，通過利用零值或者小值來(lái) 替換表示噪聲的所述小波展開系數(shù)的值，只需將所述小波展開系數(shù)保存在個(gè)人計(jì)算機(jī)上。 因此，可與降噪和信息壓縮同時(shí)地實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品是否具有特征吸收譜的檢查。通過對(duì)保存的 信息壓縮的小波展開系數(shù)執(zhí)行小波反變換，能夠恢復(fù)經(jīng)降噪的具有特征吸收譜的太赫茲波 時(shí)間波形?；诖?，能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好SN比的對(duì)象的成像。 雖然將本發(fā)明設(shè)置為利用所述太赫茲波檢測(cè)單元3來(lái)檢測(cè)透射過所述樣品2的太 赫茲波，但本示例也可另選地被設(shè)置為利用所述太赫茲波檢測(cè)單元3來(lái)檢測(cè)從所述樣品2 反射或者散射的太赫茲波。另外，雖然使用Coiflet4作為所述母小波，但也可使用其它母 小波，只要這種小波與太赫茲時(shí)間波形具有強(qiáng)相關(guān)性即可。此外，雖然在上述示例中使用 log2Ls = 12(Ls是信號(hào)數(shù)據(jù)單元的數(shù)量)作為小波展開級(jí)，但所述級(jí)也可以被設(shè)置為小于 12的值，只要能夠找出與特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)即可。 利用當(dāng)前小波變換的所述檢查裝置和方法還可應(yīng)用于具有指紋圖譜的材料，諸如 上述醫(yī)藥產(chǎn)品、荷爾蒙分子以及糖類。
(第二示例) 第二示例被設(shè)置為用于在不使用如所述第一示例中的閾值的情況下，確定與特征 吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)的位置和值。所述第一示例利用閾值來(lái)確定與特征吸收譜相關(guān) 的小波展開系數(shù)，所述第一示例可表述為關(guān)注太赫茲波時(shí)間波形與母小波之間的相關(guān)度， 或者換言之關(guān)注所述小波展開系數(shù)的大小的方法。所述第二示例通過關(guān)注小波展開系數(shù)的 頻率(即系數(shù)的位置)來(lái)獲得與特征吸收譜相關(guān)的所述小波展開系數(shù)的位置和值。
在圖3C中，小波展開系數(shù)的位置的值越大，該波的頻率越高。因此，在圖3C中，對(duì) 值500附近位置的小波展開系數(shù)與值100附近位置的小波展開系數(shù)的比較顯示出對(duì)于值 500附近的小波展開系數(shù)來(lái)說(shuō)，所述波中包含的頻率更高。因此，指定所述小波展開系數(shù)的 位置而非所述小波展開系數(shù)的值，將該位置處的所述小波展開系數(shù)的值變?yōu)榱阒挡⑶覉?zhí)行 小波反變換，隨后，執(zhí)行傅立葉變換來(lái)檢查在特征吸收譜中是否發(fā)生變化。在該情況下，可 以僅將小波展開系數(shù)的一個(gè)位置變?yōu)榱阒担蛘呖梢灾付ㄒ粋€(gè)位置范圍，諸如從值550到 值600，由此將該范圍內(nèi)的所有小波展開系數(shù)值變?yōu)榱阒?。另選的是，所述指定不必限于一 個(gè)范圍，而是可指定多個(gè)范圍。無(wú)論如何，按照此方式減少了與特征吸收譜相關(guān)的小波展開 系數(shù)，并且識(shí)別出了該小波展開系數(shù)。 雖然第二示例在找出與特征吸收譜相關(guān)的小波展開系數(shù)的位置和值的方法上與
所述第一示例不同，但所述第二示例的其它方面均與所述第一示例相同。(其它示例) 本發(fā)明的各方面還可通過如下系統(tǒng)或者裝置的計(jì)算機(jī)(或者諸如CPU或者M(jìn)PU的 設(shè)備)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)或者裝置讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)設(shè)備上記錄的程序以執(zhí)行上述實(shí)施方式 的功能，并且本發(fā)明的各方面還可通過下述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法的步驟通過如下系統(tǒng)或 者裝置的計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，所述系統(tǒng)或者裝置例如讀取并且執(zhí)行存儲(chǔ)設(shè)備上記錄的程序以執(zhí) 行上述實(shí)施方式的功能。為此目的，例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或者從用作所述存儲(chǔ)設(shè)備的各種記錄介 質(zhì)(即計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)))向所述計(jì)算機(jī)提供所述程序。可使用任何存儲(chǔ)介質(zhì)，只要其中能 夠存儲(chǔ)所述計(jì)算機(jī)將執(zhí)行的所述程序即可。可使用任何存儲(chǔ)介質(zhì)，只要其中能存儲(chǔ)所述計(jì) 算機(jī)將執(zhí)行的所述程序即可。 雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開 的示例性實(shí)施方式。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬泛的釋義，以便涵蓋所有這些修改 以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
一種用于檢查對(duì)象的檢查裝置，所述檢查裝置包括照射單元，所述照射單元用于用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元用于檢測(cè)從所述對(duì)象獲得的太赫茲波；變換單元，所述變換單元用于對(duì)利用由所述檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述太赫茲波而獲得的所述太赫茲波的時(shí)間波形執(zhí)行小波變換；選擇單元，所述選擇單元用于從所述小波變換中的第一展開系數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的第二展開系數(shù)，并且所述第二展開系數(shù)包括在所述第一展開系數(shù)中；以及比較單元，所述比較單元將所述第二展開系數(shù)的第一值與由所述選擇單元選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的檢查裝置，其中所述第二展開系數(shù)是利用具有特征譜部分的參照物獲得的展開系數(shù)，并且與所述特征譜部分相關(guān)，所述檢查裝置包括確定單元，所述確定單元用于基于所述比較單元所獲得的結(jié)果，來(lái)確定所述對(duì)象是否是所述參照物。
3. —種用于檢查對(duì)象的檢查方法，所述檢查方法包括用太赫茲波照射所述對(duì)象；檢測(cè)從所述對(duì)象獲得的太赫茲波；對(duì)利用在所述檢測(cè)步驟中檢測(cè)到的所述太赫茲波而獲得的所述太赫茲波的時(shí)間波形，執(zhí)行小波變換；從所述小波變換中的第一展開系數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的第二展開系數(shù)，并且所述第二展開系數(shù)包括在所述第一展開系數(shù)中；以及將所述第二展開系數(shù)的第一值與在所述選擇步驟中選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢查方法，其中所述第二展開系數(shù)是利用具有特征譜部分的參照物獲得的展開系數(shù)，并且所述第二展開系數(shù)與所述特征譜部分相關(guān)，所述檢查方法包括基于在所述比較步驟中獲得的結(jié)果，確定所述對(duì)象是否是所述參照物。
5. —種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述介質(zhì)存儲(chǔ)有使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求3所述的檢查方法的程序。
6. —種使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求3所述的檢查方法的程序。
7. —種提取方法，所述提取方法用于從具有特征譜部分的參照物提取與所述特征譜部分相關(guān)的展開系數(shù)，所述提取方法包括獲得步驟，獲得從所述參照物反射或者散射，或者透射過所述參照物的太赫茲波的波形；第一變換步驟，對(duì)在所述獲得步驟中獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換；反變換步驟，對(duì)所述小波變換中的展開系數(shù)的一部分執(zhí)行小波反變換；第二變換步驟，對(duì)在所述反變換步驟中獲得的所述太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，射在改變所述展開系數(shù)的所述一部分的同時(shí)，重復(fù)執(zhí)行所述反變換步驟和所述第二變換步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提取方法，其中執(zhí)行所述小波反變換包括在指定所述展開系數(shù)的所述一部分時(shí)設(shè)置閾值，所述提取方法被設(shè)置為用零值替換大于或等于所述設(shè)置閾值或者小于或等于所述設(shè)置閾值的所述展開系數(shù)的值。
全文摘要
一種檢查裝置，所述檢查裝置用于利用數(shù)據(jù)量相對(duì)少的擴(kuò)展系數(shù)對(duì)對(duì)象(樣品)進(jìn)行檢查(例如執(zhí)行對(duì)所述對(duì)象的識(shí)別或者成像)。所述檢查裝置包括變換單元，所述變換單元對(duì)利用由檢測(cè)單元檢測(cè)到的太赫茲波而獲得的太赫茲時(shí)間波形執(zhí)行小波變換。此外，所述檢查裝置包括選擇單元，所述選擇單元從所述小波變換中的第一展開系 數(shù)中選擇預(yù)先存儲(chǔ)的并且包括在所述第一展開系數(shù)中的第二展開系數(shù)。此外，所述檢查裝置包括比較單元，所述比較單元用于將所述第二展開系數(shù)的第一值與由所述選擇單元選擇的所述第二展開系數(shù)的第二值進(jìn)行比較。
文檔編號(hào)G01N21/27GK101769864SQ20091025851
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者鹽田道德 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社