用太赫茲波獲取樣本信息的信息獲取裝置和信息獲取方法
【專利摘要】一種用太赫茲波獲取樣本信息的信息獲取裝置和信息獲取方法。該信息獲取裝置包括：照射單元，被配置為通過與樣本接觸的透射構(gòu)件用太赫茲波照射樣本的照射位置；檢測單元，被配置為檢測由透射構(gòu)件反射的太赫茲波和由樣本反射的太赫茲波；波形獲取單元，被配置為通過使用檢測單元的檢測結(jié)果來獲取透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形和樣本反射的太赫茲波的時間波形；及信息獲取單元，被配置為通過使用透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形、樣本反射的太赫茲波的時間波形、及與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息。
【專利說明】用太赫茲波獲取樣本信息的信息獲取裝置和信息獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實施例的一個公開方面涉及一種通過使用太赫茲波獲取樣本的信息的信息獲取裝置和信息獲取方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，使用具有30GHz至30THz的范圍內(nèi)的頻率的電磁波(所謂的太赫茲波)的各種檢查技術(shù)得到了發(fā)展。日本專利N0.4046158描述了一種通過使用太赫茲波的透射性來執(zhí)行無損檢查的測量方法。該方法用太赫茲波的超短脈沖照射樣本，檢測來自該樣本的反射波以獲得時間波形，并從該時間波形檢查樣本的每層的配置和狀態(tài)。
[0003]如P.U.Jepsen 等人在 Optics Express, (2007)，15，14717 中所指示的，可以詳細地檢查時間波形的峰值波形，并且可以獲得界面附近的位置處的與峰值波形相應的復折射率光譜。已知，許多材料在太赫茲波的頻帶中具有特定吸收性，從而提供對于材料分析新方法的預期。此外，日本專利公開N0.2011-112548公開了一種測量活體樣本的前表面對于太赫茲波的折射率分布并且顯現(xiàn)該結(jié)果的技術(shù)。這樣的使用太赫茲波的檢查技術(shù)提供對于醫(yī)療用途的應用的預期，醫(yī)療用途的應用比如是使用其中存活組織的折射率和反射率根據(jù)部位和狀態(tài)(正常細胞或腫瘤細胞)而變化的現(xiàn)象的病理診斷。
[0004]在用反射系統(tǒng)進行測量時，除了樣本反射的太赫茲波之外，還測量反射鏡反射的太赫茲波，并且通過使用這些太赫茲波的時間波形來獲取樣本的信息。然而，如果樣本的前表面和反射鏡的前表面的位置不同，或者如果太赫茲波的強度在每一次測量時都有變化，則不能進行正確的比較，因此，測量精度可能降低。為了解決這個問題，使用通過使用透射太赫茲波的板形透射構(gòu)件進行測量的方法。這是在透射構(gòu)件接觸樣本的同時用太赫茲波通過透射構(gòu)件來照射樣本的方法。
[0005]過去，基于透射構(gòu)件在平面中具有均勻厚度的假定，執(zhí)行各種類型的測量。然而，難以制造在平面中具有均勻厚度的透射構(gòu)件。預期厚度可能不同于在實際測量位置處的厚度，或者透射構(gòu)件的厚度可能在太赫茲波的每一個照射位置處都有變化。因此，難以一直滿足當前預期的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實施例的一方面，一種獲取樣本的信息的信息獲取裝置包括:照射單元，被配置為通過與樣本接觸的透射構(gòu)件用太赫茲波照射樣本的照射位置；檢測單元，被配置為檢測透射構(gòu)件反射的太赫茲波和樣本反射的太赫茲波；波形獲取單元，被配置為通過使用檢測單元的檢測結(jié)果來獲取透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形和樣本反射的太赫茲波的時間波形；以及信息獲取單元，被配置為通過使用透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形、樣本反射的太赫茲波的時間波形、及與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息。
[0007]根據(jù)以下參照附圖對示例性實施例的描述，本公開的更多特征將變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是說明根據(jù)實施例的測量期間的太赫茲波的路徑的圖示。
[0009]圖2是說明根據(jù)示例I的信息獲取裝置的配置的圖示。
[0010]圖3A是說明根據(jù)示例I的樣本和透射構(gòu)件的布置的圖示。
[0011]圖3B是說明根據(jù)示例I的樣本和透射構(gòu)件的布置的透視圖。
[0012]圖4A是說明根據(jù)示例I的由鏡面反射的太赫茲波的時間波形的圖示。
[0013]圖4B是說明根據(jù)示例I的在僅具有透射構(gòu)件的區(qū)域中反射的太赫茲波的時間波形的圖示。
[0014]圖4C是說明根據(jù)示例I的在布置有樣本的區(qū)域中反射的太赫茲波的時間波形的圖示。
[0015]圖5是說明根據(jù)示例I的測量過程的示例的流程圖。
[0016]圖6A是根據(jù)示例I的透射構(gòu)件的厚度的誤差的分布圖。
[0017]圖6B是在示例I中獲取的折射率光譜。
[0018]圖6C是在校正透射構(gòu)件的厚度之前0.8THz的折射率的分布圖。
[0019]圖6D是在校正透射構(gòu)件的厚度之后0.8THz的折射率的分布圖。
[0020]圖7是說明根據(jù)示例3的信息獲取裝置的配置的圖示。
[0021]圖8是說明根據(jù)示例4的測量過程的流程圖。
[0022]圖9是說明測量期間的窗厚度的誤差的分布和平均的圖示。
[0023]圖10是說明根據(jù)示例5的測量過程的流程圖。
[0024]圖11是說明根據(jù)示例6的信息獲取裝置的圖示。
[0025]圖12A是說明根據(jù)示例2的樣本和透射構(gòu)件的布置的圖示。
[0026]圖12B是說明根據(jù)示例2的殼體內(nèi)部的配置的圖示。
[0027]圖13A是在示例2中獲取的折射率光譜。
[0028]圖13B是在示例2中獲取的吸收系數(shù)光譜。

【具體實施方式】
[0029]下面參照附圖描述本公開的實施例。
[0030]在這個實施例中，使很好地透射太赫茲波的透射構(gòu)件與樣本接觸，然后通過該透射構(gòu)件用太赫茲波照射樣本。透射構(gòu)件是具有已知的復折射率的板形構(gòu)件。使透射構(gòu)件與樣本接觸以使樣本平面化，并且使來自由透射構(gòu)件的前表面反射的太赫茲波的時間波形中的太赫茲波的強度變化標準化。根據(jù)這個實施例的信息獲取裝置檢測由透射構(gòu)件的前表面反射的太赫茲波和由樣本的前表面反射的太赫茲波，并通過時域光譜技術(shù)(TDS)來獲取時間波形。通過分析所獲取的時間波形，可以獲取樣本的信息，包括樣本的屬性(諸如樣本的反射率和復折射率光譜)以及樣本的形狀等。具體地，使用與來自透射構(gòu)件的前表面的反射波相對應的時間波形以及與來自樣本的前表面(透射構(gòu)件的后表面與樣本之間的界面)的反射波相對應的時間波形。在本說明書中，“透射構(gòu)件的前表面”被定義為從照射單元發(fā)射的太赫茲波首先到達的表面。相反表面被定義為“透射構(gòu)件的后表面”。
[0031]此外，在本說明書中，“樣本的信息”被定義為包括樣本的“屬性”和“形狀”中的至少一個。具體地，樣本的“屬性”被定義為包括樣本的復振幅反射率、復折射率、復介電常數(shù)、反射率、折射率、吸收系數(shù)、介電常數(shù)和導電率。
[0032]此外，樣本的“形狀”被定義為包括樣本的外部形狀、樣本中的物質(zhì)的形狀、樣本中包括預定屬性的區(qū)域的形狀、以及樣本中的層的厚度。可以通過使用在檢測到由樣本中屬性改變的界面反射的太赫茲波的時間波形的時間與檢測到由透射構(gòu)件或另一界面反射的太赫茲波的時間波形的時間之間的差，來獲取樣本中的物質(zhì)的形狀和樣本中的層的厚度。此外，樣本中具有預定屬性的區(qū)域的形狀是其中樣本的屬性值相同或在預定范圍內(nèi)的區(qū)域的形狀。例如，當復折射率被作為樣本的屬性獲取時，如果改變顯示方法以使得其中復折射率是預定值的區(qū)域用藍色指示并且其他區(qū)域用紅色指示，則可以獲取具有預定屬性的區(qū)域的形狀。樣本的信息的類型可以由用戶適當選擇。
[0033]用于測量的透射構(gòu)件期望地具有平坦的、彼此平行的前表面和后表面，并且在平面中具有均勻厚度。為了獲取與樣本的屬性或形狀相關(guān)的信息，要求正確地識別當太赫茲波通過透射構(gòu)件時所產(chǎn)生的影響，因為該影響根據(jù)透射構(gòu)件的厚度而變化。然而，難以通過相關(guān)領(lǐng)域的測量方法來一直滿足當前預期的精度。因此，需要一種即使使用在平面中不具有均勻厚度的透射構(gòu)件，也可以高精度地獲取樣本的信息的技術(shù)。此外，需要一種即使每個透射構(gòu)件的厚度不同，也可以高精度地獲取樣本的信息的技術(shù)。
[0034]在這個實施例中，獲取與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息，并且使用該信息來獲取樣本的信息。因此，即使用于測量的透射構(gòu)件的厚度不均勻，也可以獲取高精度的測量結(jié)果。
[0035]圖1是示出測量期間透射構(gòu)件、樣本和太赫茲波之間的位置關(guān)系的截面圖。參照圖1描述該實施例的概要。
[0036]附圖標記101表示為了布置樣本的用于測量的透射構(gòu)件。透射構(gòu)件的材料期望地可以是很好地透射太赫茲波并且具有穩(wěn)定特性的已知材料。此外，該材料期望地可以具有某一硬度。具體地，該材料可以是石英基板、單晶硅板等?？梢杂猛干湎到y(tǒng)通過例如太赫茲時域光譜技術(shù)來容易地測量復折射率光譜。
[0037]透射構(gòu)件101的后表面接觸樣本102。此時，透射構(gòu)件101可以沒有間隙地與樣本102緊密接觸。
[0038]此外，可以在透射構(gòu)件101的前表面的一部分上提供反射鏡103。反射鏡103是通過氣相沉積法等用金屬薄膜形成的。反射鏡103用于獲得參考光。后面將描述細節(jié)。此夕卜，反射鏡103用作當將所獲得的測量結(jié)果與從實際樣本102獲得的或通過不同測量方法獲得的測量結(jié)果進行比較時的標記，以使這些測量結(jié)果的位置彼此對應。
[0039]這里作為示例描述對于樣本102的復折射率的測量；然而，本公開不限于此。
[0040]將樣本102適當?shù)夭贾迷谘b置中，然后用太赫茲波脈沖的入射波104 (Eitl)照射反射鏡103上的位置A0，并測量反射波105 (EJ。反射波105 (Eo0)很好地表示入射波104(Ei0),并且因此是用于預先知道所產(chǎn)生的太赫茲波的波形的參考波。此外，如上所述，反射波105 (Etjci)可以用作用于識別照射位置的標記。根據(jù)裝置配置等，有時可能不需要參考波的測量，因此，可以僅當操作者確定需要測量時才執(zhí)行參考波的測量。
[0041]用太赫茲波脈沖的入射波106 (Eil)照射其中在透射構(gòu)件101的后表面上沒有布置樣本102并且僅提供有透射構(gòu)件101的區(qū)域中的位置Al，并測量反射波lOWU。反射波109包括來自透射構(gòu)件101的前表面的反射波107(EtjllX被透射構(gòu)件101的后表面反射一次并且返回的反射波108化。12)、以及被透射構(gòu)件101的后表面反射至少兩次(未示出，但是以相同的方式)并且返回的反射波組。假定通過測量僅設(shè)有透射構(gòu)件101的區(qū)域而獲得的數(shù)據(jù)是參考數(shù)據(jù)。
[0042]參考數(shù)據(jù)用于檢查當太赫茲波在透射構(gòu)件101中往返時給予太赫茲波的影響。因此，參考數(shù)據(jù)不限于反射波107和反射波108的時間波形，而是可以包括透射構(gòu)件101在位置BI處的厚度、或通過對所獲得的時間波形執(zhí)行傅立葉變換而獲得的頻譜。
[0043]此外，參考數(shù)據(jù)可以是通過測量具有與用于測量的透射構(gòu)件101的復折射率大致相等的復折射率的構(gòu)件而獲得的數(shù)據(jù)。此外，可以僅測量透射構(gòu)件101，并且可以在使透射構(gòu)件101與樣本102接觸之前獲取參考數(shù)據(jù)。
[0044]在照射斑點Al處，入射波106以入射角Θ j入射在透射構(gòu)件101的前表面上，并且以折射角Θ t在透射構(gòu)件中傳播。透射構(gòu)件101在照射斑點Al處的厚度為dwl。在圖1中，反射波107 (E011)在空氣中從Al傳播到Cl，反射波108 (E0l2)在透射構(gòu)件101中從Al傳播到BI，然后再傳播到D1。因此，在反射波107 (Etjll)與108 (Et5l2)之間產(chǎn)生相位差。該相位差在時間波形中表現(xiàn)為時間差。假定該時間差為AtA1。時間差AtA1取決于入射角θ”透射構(gòu)件101的厚度dwl、以及透射構(gòu)件101的折射率nw，并且由如下的表達式(I)給出:

【權(quán)利要求】
1.一種獲取樣本的信息的信息獲取裝置，包括: 照射單元，被配置為通過與樣本接觸的透射構(gòu)件用太赫茲波照射樣本的照射位置； 檢測單元，被配置為檢測由透射構(gòu)件反射的太赫茲波和由樣本反射的太赫茲波； 波形獲取單元，被配置為通過使用檢測單元的檢測結(jié)果來獲取由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形和由樣本反射的太赫茲波的時間波形；及 信息獲取單元，被配置為通過使用由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形、由樣本反射的太赫茲波的時間波形、以及與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，所述信息獲取單元通過使用所述時間波形、與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息和參考數(shù)據(jù)來獲取所述樣本的信息，所述參考數(shù)據(jù)是通過如下方式獲得的:用太赫茲波照射透射構(gòu)件或具有與透射構(gòu)件的折射率大致相等的折射率的物質(zhì)、并獲取由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的前表面反射的太赫茲波的時間波形和由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的后表面反射的太赫茲波的時間波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，由透射構(gòu)件反射的太赫茲波是由透射構(gòu)件的前表面反射的太赫茲波。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，其中，所述參考數(shù)據(jù)是通過如下方式獲得的數(shù)據(jù):用太赫茲波照射其中透射構(gòu)件不與樣本接觸的區(qū)域，并獲取由透射構(gòu)件的前表面反射的太赫茲波的時間波形和由透射構(gòu)件的后表面反射的太赫茲波的時間波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，其中，所述參考數(shù)據(jù)是通過如下方式獲得的數(shù)據(jù):獲取在使透射構(gòu)件與樣本接觸之前由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的前表面反射的太赫茲波的時間波形、以及在使透射構(gòu)件與樣本接觸之前由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的后表面反射的太赫茲波的時間波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，所述信息獲取單元通過使用由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形和由樣本反射的太赫茲波的時間波形來獲取與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，還包括: 位置改變單元，被配置為改變太赫茲波的照射位置， 其中，針對由位置改變單元改變的每個照射位置，信息獲取單元通過使用與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，透射構(gòu)件的厚度不均勻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，信息獲取單元通過使用與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息并校正因為透射構(gòu)件的厚度不均勻而產(chǎn)生的誤差，來獲取樣本的信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，太赫茲波是脈沖波。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，透射構(gòu)件具有已知的折射率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置， 其中，照射單元包括被配置為產(chǎn)生太赫茲波的發(fā)生單元，并且 其中，信息獲取裝置還包括被配置為調(diào)整發(fā)生單元產(chǎn)生太赫茲波或檢測單元檢測太赫茲波的時間點的調(diào)整單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，信息獲取單元通過使用檢測到由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形的時間與檢測到由樣本反射的太赫茲波的時間波形的時間之間的差作為與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息，來獲取樣本的屬性或形狀的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，其中，信息獲取單元通過使用透射構(gòu)件在照射位置處的厚度與通過使用所述參考數(shù)據(jù)而獲取的透射構(gòu)件的厚度之間的差作為與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息，來獲取樣本的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，其中，信息獲取單元通過使用在由透射構(gòu)件反射的太赫茲波與由樣本反射的太赫茲波之間產(chǎn)生的相位差作為與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，其中，所述參考數(shù)據(jù)是包括以下中的至少一個的數(shù)據(jù):由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的前表面反射的太赫茲波的時間波形、由透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的后表面反射的太赫茲波的時間波形、通過使用這些時間波形而獲取的頻譜、以及透射構(gòu)件或所述物質(zhì)的厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息獲取裝置，還包括被配置為存儲所述參考數(shù)據(jù)的存儲器單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息獲取裝置，其中，所述信息獲取單元獲取所述樣本的復折射率。
19.一種獲取樣本的 信息的信息獲取方法，包括: 通過與樣本接觸的透射構(gòu)件用太赫茲波照射樣本的照射位置； 檢測由透射構(gòu)件反射的太赫茲波和由樣本反射的太赫茲波以提供檢測結(jié)果； 獲取由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形和由樣本反射的太赫茲波的時間波形，這些時間波形都是通過使用所述檢測結(jié)果而獲取的；及 通過使用由透射構(gòu)件反射的太赫茲波的時間波形、由樣本反射的太赫茲波的時間波形、以及與透射構(gòu)件在照射位置處的厚度相關(guān)的信息來獲取樣本的信息，這些時間波形都是通過使用所述檢測結(jié)果而獲取的。
【文檔編號】G01N21/31GK104076002SQ201410112135
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】洼田央一, 山口小百合 申請人:佳能株式會社