検出装置
【課題】検出感度を向上し得る検出装置を提案する。
【解決手段】試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段とを設ける。
【解決手段】試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料の状態を検出する技術に関する分野において好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体に光を照射し、該光による励起に起因して分極したキャリアを検出する技術が提案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】伊藤誠吾，桑島敦、「微小静電界検出プローブによる故障解析手法」、ＬＳＩテスティング学会，第２９回ＬＳＩテスティングシンポジウム（ＬＳＩＴＳ２００９）、H21,11.11/13、p.331-336
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで非特許文献１の技術では、半導体以外の試料の検出が困難であった。具体的には、半導体や強誘電体などのように、電荷密度が高く、光による励起が発生しやすい試料に限定される。したがって、絶縁体等の電荷密度が低い試料については著しく検出感度が低下し、実質的には非検出となるという課題があった。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、検出感度を向上し得る検出装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため本発明は、検出装置であって、試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
試料が例えば絶縁体である場合、絶縁体の局所位置に振動波が照射されると分極が生じ準静電界が放出されるものの、該準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。また、試料とされる絶縁体が微小である場合、分極により生じる準静電界が広範囲に行き渡らない。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ってしまう。
しかし本発明では、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーが増強される。したがって、キャリアの移動度は、電界が与えられない場合よりも大きくなり、試料では、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。
この結果、試料が絶縁体である場合、また試料サイズが微小である場合において、試料の局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出手段が非存在であったとしても、振動波の出力を強めることなくキャリアを検出させることが可能となる。
また本発明では、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーが増強されるため、局所内部での分極も誘発する。したがって、振動波の出力を強めることなく試料の内部が検出可能となる。このことは、試料が生体である場合には特に有用となる。
このように本発明は、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強できるようにしたことにより、試料が絶縁体であったとしても、その分極キャリアの検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】距離に応じた各電界の相対的な強度変化（１[MHz]）を示すグラフである。
【図２】距離に応じた各電界の相対的な強度変化（１０[MHz]）を示すグラフである。
【図３】試料解析装置の構成を示す図である。
【図４】電場の有無と、キャリアの移動度との関係を概略的に示す図である。
【図５】キャリアの移動の様子を概略的に示す図である。
【図６】試料解析装置による実験結果（１）を示す写真である。
【図７】試料解析装置による実験結果（２）を示す写真である。
【図８】他の実施の形態における照射部の構成を示す図である。
【図９】シミュレーションに基づく電界分布（１）を示すグラフである。
【図１０】シミュレーションに基づく電界分布（２）を示すグラフである。
【図１１】電極位置と、当該電極に授与される電荷との関係（１）を示す図である。
【図１２】電極位置と、当該電極に授与される電荷との関係（２）を示す図である。
【図１３】他の実施の形態における電界印加部（１）の構成を示す図である。
【図１４】他の実施の形態における電界印加部（２）の構成を示す図である。
【図１５】他の実施の形態におけるキャリア検出部（１）の構成を示す図である。
【図１６】他の実施の形態におけるキャリア検出部（２）の構成を示す図である。
【図１７】検出感度高揚体の形状例（１）を示す図である。
【図１８】検出感度高揚体の形状例（２）を示す図である。
【図１９】他の実施の形態におけるキャリア検出部（３）の構成を示す図である。
【図２０】電界印加部と検出感度高揚体とを共用する形態例を示す図である。
【図２１】試料として指を適用した場合の構成を示す図である。
【図２２】試料として人体を適用した場合の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）電界
本発明を実施するための形態を説明する前に、まずは、電界について各種観点から説明する。
【００１０】
（１−１）電界の分類
電界発生源となる微小ダイポールからの距離をｒとし、その距離ｒを隔てた位置をＰとした場合、当該位置Ｐでの電界強度Ｅは、マックスウェル方程式より、次式
【００１１】
【数１】
【００１２】
のように曲座標（ｒ,θ,δ）として表すことができる。ちなみに、（１）式における「Ｑ」は、電荷（単位はクーロン）であり、「ｌ」は、電荷間の距離（但し、微小ダイポールの定義より、「ｌ」は「ｒ」に比して小さい）であり、「π」は、円周率、「ε」は、微小ダイポールを含む空間の誘電率、「ｊ」は、虚数単位、「ｋ」は、波数である。
【００１３】
かかる（１）式を展開すると、次式
【００１４】
【数２】
【００１５】
となる。この（２）式からも分かるように、電界Ｅｒ及びＥΘは、電界発生源からの距離に線形に反比例する放射電界（ＥΘの第３項）と、電界発生源からの距離の２乗に反比例する誘導電磁界（Ｅｒ、ＥΘの第２項）と、電界発生源からの距離の３乗に反比例する準静電界（Ｅｒ、ＥΘの第１項）との合成電界として発生する。
【００１６】
このように電界は、距離と強度との関係では、放射電界、誘導電磁界及び準静電界に分類することができる。
【００１７】
（１−２）電界の分解能
ここで、電界発生源からの距離によって電界強度が変化する割合を、放射電界、誘導電磁界、準静電界で比較する。（２）式における電界ＥΘのうち、放射電界に関する第３項を距離ｒで微分すると、次式
【００１８】
【数３】
【００１９】
のように表すことができる。また（２）式における電界ＥΘのうち、誘導電磁界に関する第２項を距離ｒで微分すると、次式
【００２０】
【数４】
【００２１】
のように表すことができる。さらに（２）式における電界ＥΘのうち、準静電界に関する第１項を距離ｒで微分すると、次式
【００２２】
【数５】
【００２３】
のように表すことができる。なお、（３）乃至（５）式の「Ｔ」は、単純化するために(２)式の一部分を次式
【００２４】
【数６】
【００２５】
のように置き換えている。
【００２６】
これら（３）乃至（５）式からも明らかなように、距離によって電界強度が変化する割合は準静電界に関する成分が最も大きい。つまり、準静電界は距離に対して高い分解能があるといえる。
【００２７】
（１−３）電界強度と周波数との関係
ここで、放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度と、距離との関係を図１に示す。図１は、１[MHz]における各電界それぞれの相対的な強度と距離との関係を指数で示すものである。
【００２８】
この図１からも明らかなように、放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度が等しくなる発信源からの距離(以下、これを強度一致距離と呼ぶ)が存在する。この強度一致距離よりも遠方の空間では放射電界が優位（誘導電磁界や準静電界の強度よりも大きい状態）となる。これに対して強度一致距離よりも近方の空間では準静電界が優位（放射電界や誘導電磁界の強度よりも大きい状態）となる。
【００２９】
この強度一致距離は、（２）式における電界ＥΘの各項（ＥΘ１、ＥΘ２、ＥΘ３）に対応する電界の各成分、すなわち次式
【００３０】
【数７】
【００３１】
が一致する（ＥΘ１＝ＥΘ２＝ＥΘ３）ということであるから、次式
【００３２】
【数８】
【００３３】
を充足する場合、つまり、次式
【００３４】
【数９】
【００３５】
として表すことができる。
【００３６】
この（９）式における波数ｋは、光速をｃ（ｃ＝3 ×10２[m/s] ）とし、周波数をｆ[Hz]とすると次式
【００３７】
【数１０】
【００３８】
として表すことができる。したがって強度一致距離は（９）式と（１０）式を整理し、次式
【００３９】
【数１１】
【００４０】
となる。
【００４１】
この（１１）式からも分かるように、放射電界及び誘導電磁界に比して強度の大きい状態にある準静電界の空間（以下、これを準静電界優位空間とも呼ぶ）を広くする場合には周波数が密接に関係している。
【００４２】
具体的には、低い周波数であるほど、準静電界優位空間が大きくなる（即ち、図１に示した強度一致距離は、周波数が低いほど長くなる（右に移ることになる））。これに対して高い周波数であるほど、準静電界優位空間が狭くなる（即ち、図１に示した強度一致距離は、周波数が高いほど短くなる（左に移ることになる））。
【００４３】
つまり、準静電界は、低い周波数帯を選定するほど、電界発生源を基準とするより広い空間において、誘導電磁界及び放射電界に比して支配的（誘導電磁界及び放射電界に比して準静電界の電界強度が優位）となる。
【００４４】
（１−４）準静電界優位空間のメリット
ここで、例えば１０[MHz]を選定した場合における放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度と、距離との関係を図２に示す。
【００４５】
この図２からも明らかなように、１０[MHz]を選定した場合、上述の（１１）式により、０．６７５[m]よりも近方では誘導電磁界及び放射電界に比べて準静電界が優位な空間となる。例えば電界発生源から０．０１[m]地点の準静電界の強度は誘導電磁界に比しておよそ１８．２[dB]大きい。つまり、準静電界優位空間では、準静電界と、誘導電磁界及び放射電界とが明確に区別可能である。
【００４６】
また、準静電界には磁界が発生することはないが、放射電界及び誘導電磁界には磁界が発生するため電流が分布する。しかしながら準静電界優位空間では、準静電界に比べて放射電界及び誘導電磁界の強度が小さいため、該放射電界及び誘導電磁界での電流分布に起因して副次的に生ずる電界と、準静電界との干渉の程度が小さい。
【００４７】
このように上述の（１１）式を充足する範囲では、準静電界に対する放射電界や誘導電磁界の影響が極めて小さい状態にあるため、距離に対して高い分解能をもつ準静電界に対する検出感度が極めて良好となる。このことが、準静電界優位空間のメリットの１つとなる。
【００４８】
（２）本発明を実施するための形態
次に、試料を解析するための装置（以下、これを試料解析装置とも呼ぶ）を、本発明を実施するための形態の一例として図を用いながら説明する。
【００４９】
（２−１）試料解析装置の構成
図３に示すように、この試料解析装置１は、照射部１０、電界印加部２０、キャリア検出部３０及び画像提示部４０を含む構成とされる。
【００５０】
（２−２）照射部の構成
照射部１０は、レーザー発振源ＬＯＲから発振されるコヒーレントの高い振動波（以下、これをレーザービームとも呼ぶ）を、例えばガルバノミラー１１及び光学レンズ１２を用いて、走査部位として割り当てられる複数の位置に所定の照射期間単位で順に照射する。
【００５１】
この実施の形態では、絶縁体のステージＳＴＧのうち試料ＳＰＬを配すべき面（以下、これをステージ表面とも呼ぶ）とは逆の面（以下、これをステージ裏面とも呼ぶ）側から、該ステージＳＴＧに設けられる開口を介して試料SPLにレーザービームが照射される。ただし、ステージ表面側からレーザービームが照射される形態であってもよい。
【００５２】
走査部位とされる試料ＳＰＬの局所となる位置にレーザービームが照射された場合、該レーザービームは試料表面で反射する。この場合、照射部１０は、例えば光学レンズ１２及びハーフミラー１３を用いて、試料表面で反射するレーザービームを画像提示部４０の受光面に照射する。
【００５３】
ところで、走査部位とされる試料ＳＰＬの局所となる位置にレーザービームが照射された場合、当該局所位置では分極が生成され、その分極が準静電界を放出する。しかしながら、図４（Ａ）に示すように、この準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ることになる。この傾向は、試料ＳＰＬが絶縁体や半導体ように電荷密度が大きいものである場合には特に顕著となる。
【００５４】
（２−３）電界印加部の構成
電界印加部２０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアをキャリア検出部３０に検出させるためのものである。この電界印加部２０は、１対の電極２１Ａ，２１Ｂと、該１対の電極２１Ａ，２１Ｂに接続される正弦波発振源２２と、該正弦波発振源２２に接続される出力調整部２３とを有する。
【００５５】
電極２１Ａ，２１Ｂは、同形同大でなり、ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬを挟み込めるよう、ステージ表面又は上方の基準から点対称となる位置に配される。正弦波発振源２２から発振される正弦波の周波数は、（１１）式に基づく「ｒ＜ｃ／２πｆ」を充足する周波数とされる。
【００５６】
すなわち、１対の電極２１Ａ，２１Ｂから試料ＳＰＬまでの距離のうち最も遠い距離や、空気及び試料ＳＰＬの比誘電率などを考慮して、ハムノイズの周波数帯域（５０〜６０[Hz]程度）等のノイズフロアとの差が明確となる周波数が選定される。
【００５７】
したがって、１対の電極２１Ａ，２１Ｂに対して正弦波発振源２２から正弦波が印加された場合、ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬ全体を含む空間では、放射電界、誘導電磁界及び準静電界の合成電界が形成される。また、１対の電極２１Ａ，２１Ｂから少なくとも試料ＳＰＬを含む範囲は、準静電界優位空間（放射電界及び誘導電磁界に比して強度が大きい状態にある準静電界の空間）となる。なお、実験では例えば１００[ＫHz]−１００[ＭHz]の範囲において複数の周波数が選定されたが、いずれの周波数であっても準静電界優位空間の形成が確認されている。
【００５８】
この準静電界優位空間にある試料ＳＰＬの局所位置で分極が生成された場合、該分極により得られるキャリアの振動エネルギーが、電極２１Ａ又は２１Ｂを基準に形成される準静電界と相互作用し増強される。準静電界と相互作用したキャリアの移動度は、該準静電界と相互作用しない場合よりも大きくなり、図４（Ｂ）に示すように、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。したがって、試料ＳＰＬの局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出部３０が非存在となる場合であっても、該キャリア検出部３０に対してキャリアを検出させることが可能となる。
【００５９】
なお、キャリアの移動度は、該キャリアに与えられる準静電界の強度に比例する関係にあり、主に試料ＳＰＬの材質及び大きさに応じて変るものである。また、キャリアの移動度は、既知のドリフト速度を規定する関係式を用いて導出可能である。
【００６０】
出力調整部２３では、例えばマウスやキーボード等の操作入力部から試料のＳＰＬの材質及び大きさを示す値が入力される。出力調整部２３は、これら値を取得した場合、当該値と、ドリフト速度を規定する関係式を用いてキャリアの移動度を算出し、該キャリアの移動度に比例する強度となるよう、正弦波発振源２２の出力値の設定を変更する。
【００６１】
したがって、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアは、試料ＳＰＬの端部である表面にまで移動させることが可能となる。この結果、より多くの形状又は大きさの物体を試料ＳＰＬとして取り扱うことが可能となる。また、キャリア検出部３０を配すべき位置の制限が、出力調整部２３を設けない場合に比べて緩和される。
【００６２】
このように電界印加部２０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアの振動エネルギーを準静電界により増強させることで、該局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出部３０が非存在となる場合であってもキャリアを検出させることができる。
【００６３】
なお、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアの振動エネルギーは、準静電界によって増強されているため、放射電界及び誘導電磁界での電流分布に起因して副次的に生ずる電界との干渉の程度が小さい。したがって電界印加部２０は、放射電界又は誘導電磁界によって増強する場合に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が低減するといった事態を緩和させることができる。
【００６４】
（２−４）キャリア検出部の構成
キャリア検出部３０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアを検出するものである。このキャリア検出部３０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）３１と、アンプ３２と、ＦＥＴ３１に対する検出感度を高めるための物体（以下、これを検出感度高揚体とも呼ぶ）３３とを有する。
【００６５】
ＦＥＴ３１のゲートには導体（以下、これを検出用電極とも呼ぶ）ＤＴＰが接続される。またＦＥＴ３１のソースにはアンプ３２が接続され、ドレインにはＦＥＴ３１用の電源ＦＰＳを介してアンプ３２が接続される。
【００６６】
検出感度高揚体３３は、板状の強誘電体とされる。強誘電体は、電荷密度の高い物質であり、無電場でも電気双極子が整列し、当該双極子の向きが電場で変化する性質をもつ。代表的には、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ) Ｏ３（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、ＢａＴｉＯ３又はＰＶＤＦ（PolyVinylidene Fluoride）などがある。
【００６７】
また検出感度高揚体３３は移動可能に支持され、ステージＳＴＧのステージ面に配される試料ＳＰＬと、検出用電極ＤＴＰに対してそれぞれ近傍となり、該試料ＳＰＬ及び検出用電極ＤＴＰに対して非接触の状態で配される。なおこの実施の形態では、検出感度高揚体３３のうち、試料ＳＰＬに対向される面とは逆側の面のある１つの角部分の近傍に検出用電極ＤＴＰが配される。
【００６８】
図５に示すように、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアが検出感度高揚体３３の近傍に移動された場合、該検出感度高揚体３３のうち試料ＳＰＬの近傍となる部位では誘電分極が生じ、これが検出感度高揚体全体へ直ちに伝播される。つまり、検出感度高揚体３３では、局所の分極から大きな分極が誘導され、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアに対する増幅作用が引き起こされる。したがって、ＦＥＴ３１の検出用電極ＤＴＰに対する検出感度が向上することになる。
【００６９】
試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアに応じた誘電分極が検出感度高揚体全体に伝播した場合、該検出感度高揚体３３の近傍にある検出用電極ＤＴＰでは電位変動が生じる。この結果、ＦＥＴ３１のドレイン−ソース間には、検出用電極ＤＴＰに生じる電位の変動量に応じた電流が生じ、これがアンプ３２において増幅され、試料ＳＰＬの局所位置での状態を示す信号（以下、これを局所検出信号とも呼ぶ）として画像提示部４０に送出される。
【００７０】
（２−５）画像提示部の構成
画像提示部４０は、試料ＳＰＬの局所位置で反射されるレーザービームを、受光部４１及びアンプ４２を順次介して、該局所位置における表面像を示す信号（以下、これを局所像信号とも呼ぶ）として画像生成部４３に送出する。
【００７１】
画像生成部４３には、レーザービームの走査位置を示す情報（以下、これを走査位置情報とも呼ぶ）が入力される。画像生成部４３は、この走査位置情報と、アンプ４２から送出される局所像信号とを用いて、試料ＳＰＬの表面を示す画像（以下、これを試料表面画像とも呼ぶ）を生成する。
【００７２】
また画像生成部４３は、走査位置情報と、キャリア検出部３０から送出される局所検出信号とを用いて、試料ＳＰＬの状態を示す画像（以下、これを試料状態画像とも呼ぶ）を生成する。例えば、局所検出信号の位置に対応するピクセルの輝度が、該局所検出信号のレベルに応じた階調として表現される。
【００７３】
さらに画像生成部４３は、試料表面画像と、試料状態画像とを重ね合わせた画像（以下、これを合成画像とも呼ぶ）を生成する。
【００７４】
そして画像生成部４３は、例えばマウスやキーボード等の操作入力部からの命令又は初期設定において表示すべきとされる試料表面画像、試料状態画像又は合成画像を表示部４４に表示する。
【００７５】
（２−６）効果等
以上の構成において、この試料解析装置１は、試料ＳＰＬの局所部位にレーザービームを照射し、該局所位置で分極を誘起させる。また試料解析装置１は、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーを増強し、そのキャリアをキャリア検出部３０で検出する。
【００７６】
試料ＳＰＬが例えば絶縁体や不導体である場合、絶縁体や不導体の局所位置にレーザービームが照射されると分極が生じ準静電界が放出されるものの、上述したように、該準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。また、試料ＳＰＬとされる絶縁体や不導体が微小である場合、分極により生じる準静電界が広範囲に行き渡らない。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ってしまう。
【００７７】
しかしこの試料解析部１では、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーが増強される。したがって、キャリアの移動度は、準静電界が与えられない場合よりも大きくなり、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。
【００７８】
この結果、試料ＳＰＬが絶縁体や不導体である場合、また試料ＳＰＬのサイズが微小である場合において、該試料ＳＰＬの局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出手段が非存在であったとしても、振動波の出力を強めることなくキャリアを検出させることが可能となる。
【００７９】
ここで、絶縁体の表面に３０−１００[μｍ]の鉄粉を付したものを試料ＳＰＬとして、電界を印加しない場合と、電界を印加した場合とでの相違を、試料検出装置１よって検出実験したときの画像を図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す。また、絶縁体のインクで文字が付された名刺を試料ＳＰＬとして、試料検出装置１によって検出実験したときの画像を図６（Ｃ）に示す。
【００８０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）から分かるように、電界を印加しない場合に観測できない鉄粉が、電界を印加したことによって観測できた。また図６（Ｃ）から分かるように、インクが付された部位と、該インクが無い部位との密度の違いが検出できるため、試料ＳＰＬが絶縁体であっても観測できた。
【００８１】
また、この試料解析部１では、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーが増強されるため、局所内部での分極も誘発する。したがって、レーザービームの出力を強めることなく試料ＳＰＬの内部が検出可能となる。このことは、試料ＳＰＬが生体である場合には特に有用となる。
【００８２】
ここで、葉を試料ＳＰＬとして、試料検出装置１によって検出実験したときの画像を図７に示す。図７（Ａ）は試料表面を反射したレーザービームに基づく画像であり、図７（Ｂ）はキャリア検出部３０での検出結果に基づく画像である。この図７から分かるように、葉の内部構造である葉脈などが観測できた。
【００８３】
なお、これら実験は、試料検出装置１における各種パラメータを同じ条件として行っている。具体的には、照射部１０が、試料が配される領域を含む走査範囲に対して、５０[ｍＷ]，１０６４[ｎｍ]のＹＡＧレーザーを、スポットサイズ５−１０[μｍφ]として走査するものとされ、キャリア検出部３０が、１[sec]／Frame×１countでＦＥＴ３１を介して検出するものとされた。
【００８４】
（３）他の実施の形態
（３−１）照射部に関して
上述の実施の形態では、コヒーレントの高い振動波（レーザビーム）を、試料ＳＰＬの局所に照射する照射部１０が適用された。この照射部１０に代えて、コヒーレントの低い振動波を、試料ＳＰＬの局所に絞り込む照射部が適用可能である。
【００８５】
例えば、試料ＳＰＬが配されるステージ表面上にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を配置し、該ＬＥＤとステージ表面との間に集光レンズを配した照射部が適用可能ある。この照射部では、ＬＥＤから発振されるコヒーレントの低い光が、集光レンズによって試料ＳＰＬの局所に絞り込まれる。なお、この形態における集光レンズ及びＬＥＤを格子状とし、当該ＬＥＤを所定の順序で駆動する駆動部を設けた場合、試料ＳＰＬに対してレーザーを走査する場合と同様の効果が得られる。
【００８６】
別例として、図８に示す照射部がある。この照射部では、試料ＳＰＬが配されるステージ表面上に、照射対象に電界を照射するための電極（以下、これを照射用電極とも呼ぶ）５１と、該照射用電極を重心とする正方形の頂点に位置する関係となる電極（以下、これを４重極子とも呼ぶ）５２Ａ〜５２Ｄとが配される。また照射用電極５１及び４重極子５２Ａ〜５２Ｄに対して出力制御部５３が接続される。出力制御部５３は、照射用電極５１に対して直流電圧を与えるとともに、４重極子に対して、照射用電極５１与えられる電圧とは逆極性でなり、当該電圧値よりも小さい直流電圧を与える。
【００８７】
図９及び図１０においてシミュレーションに基づく電界分布を示す。図９は、照射用電極５１に４[Ｖ]の直流電圧を与えた場合における電界分布である。一方、図１０は、図１１に示すように、照射用電極５１に４[Ｖ]の直流電圧を与え、４重極子５２Ａ〜５２Ｄに−１[Ｖ]の直流電圧を与えた場合における電界分布である。図９と図１０の比較から分かるように、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界が、照射用電極５１から生じる電界に対する壁として機能し、該照射用電極５１から生じる電界の拡散が抑制される。このため、照射用電極５１から生じる電界は、該照射用電極５１を通るＺ軸上に絞り込まれ、局所に集中した状態となる。
【００８８】
ところで、図１０に示したように各極に与える電圧値が同じである場合、照射用電極５１から生じる電界に対する、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界の打ち消しが均一となるため、該照射用電極５１から生じる電界のｘ−ｙ方向における拡散は均一に抑制される。この結果、照射用電極５１から生じる電界は、ｚ軸に対して平行となる方向に指向性をもって絞り込まれることになる。
【００８９】
これに対して例えば図１２に示すように各極に与える電圧値が相違する場合、照射用電極５１から生じる電界に対する、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界との打ち消しが不均一となるため、該照射用電極５１から生じる電界のｘ−ｙ方向における拡散は不均一に抑制される。
【００９０】
具体的には、４重極子５２Ａ〜５２Ｄのなかで電圧値が大きい極から生じる電界のほうが、電圧値が小さい極から生じる電界よりも抑制度が大きくなるため、照射用電極５１から生じる電界は、ｚ軸に対して電圧値が小さい極側に傾く方向に指向性をもって絞り込まれる。
【００９１】
したがって出力制御部５３では、４重極子５２Ａ〜５２Ｄの各極子それぞれに授与すべき電圧値を可変することで、照射電界における指向性の制御が可能となる。
【００９２】
なお、図１０及び図１２に示す例では４つの電極（４重極子）５２Ａ〜５２Ｄが配されたが、照射用電極５１を重心とする正多角形の頂点に位置する関係となれば、電極数（多重極子の極子数）は４つに限るものではない。ただし、点対称の正多角形は、非点対称の正多角形よりも幾何学的対照性を有するので、照射電界の絞り込み度（拡散防止壁として機能する度合い）を高める観点では、４以上かつ偶数の頂点を有する正多角形がより好ましい。また、最も少ない極子数で絞り込み度を高める観点では、正三角形の頂点に位置する関係となる電極（すなわち３重極子）が好ましい。
【００９３】
さらに、複数の電極の配置は、照射電界における深度及び指向性の制御が可能であるため、試料ＳＰＬに対向されていれば、異なる面上にあってもよく、異間隔であってもよい。上述の照射電界の制御に関する詳細にあっては、特願２００９−２９９１８９号を参照されたい。
【００９４】
上述の実施の形態では、ステージＳＴＧが固定され、該ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬに照射すべき照射位置が可変された。しかしながらステージＳＴＧが可変され、該ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬに照射すべき照射位置が固定されてもよく、ステージＳＴＧ及び照射位置がともに可変又は固定されてもよい。
【００９５】
上述した照射部に関する事項から分かるように、照射部は、試料ＳＰＬの局所部位に振動波を授与するものであれば、該試料ＳＰＬの局所位置での分極によりキャリアが得られる。なお、振動波には、光、テラヘルツ波、音波又は弾性波など種々のものが適用可能である。
【００９６】
（３−２）電界印加部に関して
上述の実施の形態では、電極２１及び正弦波発振源２２を用いて、放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界の強度が大きい状態の電界（合成電界）を試料ＳＰＬに印加する電界印加部２０が適用された。しかしながら電界印加部は上述の実施の形態に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、図３との対応部分に同一符号を付した図１３に示す電界印加部がある。この電界印加部では、電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３（図３）に代えて、照射部１０から授与されるレーザー等の振動波により準静電界を表面に放出可能な物体（以下、これを準静電界放出体）ＱＥＢが設けられる。具体的には強誘電体や半導体などがある。
【００９８】
この準静電界放出体ＱＥＢが、試料ＳＰＬの近傍の位置として、照射部１０から授与される振動波が通る空間上であって、振動波の通過により自身から放出される準静電界に試料ＳＰＬが含まれる位置に配された場合、電界印加部として機能する。
【００９９】
すなわち、当該位置に配される準静電界放出体ＱＥＢにレーザービーム等の振動波が照射されると、該準静電界放出体ＱＥＢでは誘電分極が生じ、これが準静電界放出体全体へ瞬間的に伝播され表面から準静電界が放出される。この準静電界は、表面弾性波に相当するものである。一方、試料ＳＰＬの局所部位では、レーザービームが印加されると同時に、準静電界放出体表面ＱＥＢから放出される準静電界が印加される。
【０１００】
したがって、試料ＳＰＬの局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは準静電界放出体に形成される準静電界との相互作用により増強される。この結果、電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３（図３）を用いることなく、電界印加部２０と同様の効果を奏することとなる。また、準静電界放出体ＱＥＢから生じる準静電界を、該準静電界放出体ＱＥＢにおいて電気的に外界から閉じた場として形成することができる。この結果、準静電界に対する外界ノイズが大幅に抑制され、図３に示す形態に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が向上する。
【０１０１】
別例として、電極印加部２０を、上述した図８に示した構造としてもよい。具体的には、図３に示した検出感度高揚部３３が設けられる位置に、上述した図８に示した構造の電界印加部２０を設け、検出用電極ＤＴＰを移動可能にできるものとする。
【０１０２】
このようにすれば、レーザービームが照射される局所位置から所定の範囲までを準静電界優位空間として、照射用電極５１から電界が印加されるよう、出力制御部５３において４重極子５２Ａ〜５２Ｄを制御することが可能となる。このため、試料ＳＰＬのサイズにかかわらず、試料ＳＰＬのある部位の状態に着目してキャリア検出部３０に検出させることが可能となる。
【０１０３】
上述の実施の形態では、放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界の強度が大きい状態の電界（合成電界）が、試料ＳＰＬに印加された。しかしながら、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアを遠方に移動させる観点では、準静電界の強度が放射電界及び誘導電磁界よりも大きい状態で、試料ＳＰＬに電界を印加することが必須条件となるものではない。ただし、キャリア検出部３０での検出精度の低下を低減する観点では、準静電界の強度が放射電界及び誘導電磁界よりも大きい状態で、試料ＳＰＬに電界を印加するほうが好ましい。
【０１０４】
上述の実施の形態では、電極２１Ａ，２１Ｂに対して交流源である制限波発振源２２が接続された。しかしながら、図１４に示すように、電極２１Ａ，２１Ｂに対して直流源ＤＣＳが接続されてもよい。
【０１０５】
上述した電界印加部に関する事項から分かるように、電界印加部は、試料ＳＰＬの全体又は一部に電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強するものであればよい。
【０１０６】
（３−３）キャリア検出部に関して
上述の実施の形態では、１つのＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）から、検出感度高揚体３３での誘電分極により生じる陽極のキャリア（正孔）又は陰極のキャリア（電子）を検出するキャリア検出部３０が適用された。しかしながらキャリア検出部はこの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、陽極のキャリアと陰極のキャリアとの双方を検出するキャリア検出部が適用可能である。具体的には図１５に示すように、一方のＦＥＴ６１のゲート電極（検出用電極）と、他方のＦＥＴ７１のゲート電極（検出用電極）とが、試料ＳＰＬにおいて正対する端部の近傍に１つずつ設けられる。
【０１０８】
アンプ６２では、検出感度高揚体３３で生じた電子に応じてＦＥＴ６１のゲート電極（検出用電極）に生じる電位変化が増幅される。一方、アンプ７２では、検出感度高揚体３３で生じる正孔に応じてＦＥＴ６２のゲート電極（検出用電極）に生じる電位変化が増幅される。
【０１０９】
電子に応じた電位変化を増幅するアンプ６２の出力は差動アンプ８０の陽極に与えられ、正孔に応じた電位変化を増幅するアンプ７２の出力は差動アンプ８０の陰極に与えられる。
【０１１０】
つまり、検出感度高揚体３３に生じた正孔と電子とが差動アンプ８０で加算される。したがって、１つのＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）から検出する場合に比べて、Ｓ／Ｎ比が改善される。
【０１１１】
また別例として、試料ＳＰＬの近傍に、複数の検出用電極を所定の距離だけ離間した状態で配し、これら検出用電極における後段の出力を切り換えるキャリア検出部が適用可能である。
【０１１２】
具体的には図１６に示すように、例えば４つの検出用電極９１Ａ〜９１Ｄが、直方体でなる検出感度高揚部３３において試料ＳＰＬが対向される面とは逆面の四隅に配される。これら検出用電極９１Ａ〜９１ＤにはＦＥＴ（図示せず）及びアンプ９２Ａ〜９２Ｄが順に接続され、該アンプ９２Ａ〜９２Ｄが出力切換部９２に接続される。
【０１１３】
出力切換部９２は、アンプ９２Ａ〜９２Ｄを介してそれぞれ与えられる信号のレベル及び極性に基づいて、取り扱うべき信号が検出される１又は２以上の検出用電極を選択する。
【０１１４】
具体的な選択手法として、例えば、最も高いレベルとなる信号を検出する検出用電極を選択するといった手法がある。この手法では、検出用電極９１Ａから与えられる信号のレベルが最も高い場合、該検出用電極９１Ａに対応するアンプ９２Ａでの増幅結果が、画像提示部４０に与えられる。また例えば、電子に応じた電位変化を検出する１又は２以上の検出用電極を、差動アンプ９３の陽極に接続すべきものとして選択し、正孔に応じた電位変化を検出する１又は２以上の検出用電極を、差動アンプ９３の陰極に接続すべきものとして選択するといった手法がある。この手法では、差動アンプ９３での増幅結果が、画像提示部４０に与えられる。これら選択手法はあくまで例示であり、この他の種々の選択手法が適用可能である。
【０１１５】
この図１６の形態によれば、レーザービームの照射位置に反映した検出感度高揚部３３でのキャリアの挙動に応じて、後段に接続すべき検出用電極９１Ａ〜９１Ｄが選択されるため、図１５に示す形態よりも一段と的確にＳ／Ｎ比が改善される。また、試料ＳＰＬが大きい場合あるいは試料ＳＰＬに印加される準静電界の強度が小さい場合であっても、該試料ＳＰＬの局所での分極により得られるキャリアを検出感度高揚体３３を介して検出することができる。
【０１１６】
上述の実施の形態では、ＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）に対する、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアの検出感度を高めるために、検出感度高揚体３３が、試料ＳＰＬ及び検出用電極ＤＴＰの近傍に配された。しかしながら検出感度高揚体３３は、ＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）での検出感度を向上するために必須となるものではない。ただし、検出感度をより一段と向上させる観点では、検出感度高揚体３３を設ける形態のほうが好ましい。なお、検出感度高揚体３３に代えて又は検出感度高揚体３３に加えて、キャリアの検出感度が高まるようアンプ３２のゲインを調整する調整部が設けられてもよい。
【０１１７】
上述の実施の形態では、検出感度高揚体３３が強誘電体とされた。しかしながら検出感度高揚体３３は強誘電体に限るものではない。例えば、半導体が適用可能である。また検出感度高揚体３３の形状は板状に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、円錐状の検出感度高揚体３３が適用可能である。
【０１１８】
この検出感度高揚体３３では、試料ＳＰＬに近接される部位で誘電分極が生じると、その誘電分極により得られるキャリアは頂点又はその近傍（丸のハッチング部分）に集中する。したがって、頂点の近傍に検出用電極ＤＴＰを配すれば、板状の場合に比べて、該検出用電極ＤＴＰの検出感度が高まることとなる。
【０１１９】
また、キャリア集中型の検出感度高揚体には、例えば図１８に示すようなものも適用可能である。要するに、キャリア集中型の検出感度高揚体は、検出用電極ＤＴＰの数に応じた集中点（丸のハッチング部分）を有し、該集中点を直線又は曲線でつなぐ角をもたない面を有していればよい。
【０１２０】
検出感度高揚体３３の大きさは、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の大きさを有していればよい。検出感度高揚体３３が弾性を有していてもよい。要するに、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の誘電分極が生じ得る電荷密度の高い物体が、該試料ＳＰＬの近傍に配されていればよい。
【０１２１】
なお、電極又は検出感度高揚体と、試料ＳＰＬとの間は空気に限られるものではい。固体や液体であってもよく、真空であってもよい。また、電極と試料ＳＰＬとの間に絶縁体が設けられてもよい。
【０１２２】
上述の実施の形態では、試料ＳＰＬを境界として、レーザービーム（振動波）が照射される側とは逆側に検出感度高揚体３３が配された。しかしながら検出感度高揚体３３の配置位置はレーザービーム（振動波）が照射される側であってもよい。振動波が検出感度高揚体３３を通過できない場合がある。この場合、図１９に示すように、検出感度高揚体３３に対して、振動波が通る空間としての孔（以下、これを振動波通過開口とも呼ぶ）ＨＬを設けるとよい。
【０１２３】
（３−４）その他
上述の実施の形態では、電界印加部２０と検出感度高揚体３３とが別の部材として設けられた。しかしながら、同一の部材で、電界印加部が有する作用と、検出感度高揚体が有する作用とを同時に得ることも可能である。
【０１２４】
具体的には、図２０に示す形態が適用可能である。この形態では、強誘電体又は半導体のように、電荷密度の高い板状の物体（以下、これを高電荷密度体とも呼ぶ）１００が、試料ＳＰＬの近傍の位置として、照射部１０から授与される振動波が通る空間上であって、該振動波の通過により自身から放出される準静電界に試料ＳＰＬが含まれる位置に配される。この高電荷密度体１００の表面近傍には検出用電極ＤＴＰが配される。この形態における検出用電極ＤＴＰの配置位置は、試料ＳＰＬと対向する面に対して逆側の面の近傍とされる。
【０１２５】
図１３との比較から分かるように、検出用電極ＤＴＰを近づけるべき対象を変更するだけでよい。
【０１２６】
この高電荷密度体１００では、レーザー発振器ＬＯＲから発振されるレーザービームは、該高電荷密度体１００を透過して試料ＳＰＬの局所部位に照射される。高電荷密度体１００におけるレーザービームの照射部位では誘電分極が生じ、これが高電荷密度体全体へ直ちに伝播され、該高電荷密度体１００ではその表面から準静電界が放出される。
【０１２７】
一方、試料ＳＰＬの局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは高電荷密度体１００に形成される準静電界との相互作用により増強される。この結果、レーザービームの照射が終了しても、試料ＳＰＬにおける高電荷密度体１００の近傍の部位には、キャリアが残存する。このキャリアによって、高電荷密度体１００では再び誘電分極が生じ、これが高電荷密度体全体へ直ちに伝播され、ＦＥＴ３１において電流として検知される。
【０１２８】
したがって図２０に示す形態は、図３に示す形態における電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３を省略することができ、また高電荷密度体１００から生じる準静電界を、該高電荷密度体１００において電気的に外界から閉じた場として形成することができる。この結果、準静電界に対する外界ノイズが大幅に抑制され、図３に示す形態に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が向上する。このことは、本発明者らの実験及び試作品によって確認されている。
【０１２９】
上述の実施の形態では、試料ＳＰＬが直方体状（板状）とされた。しかしながら試料ＳＰＬの形状は直方体状（板状）に限定されるものではなく、あらゆる形状を採用することが可能である。なお、試料ＳＰＬのターゲットは物品に限らず生体であってもよく、あらゆる物体がターゲットとして適用可能である。例として、生体部位である指を適用する場合の形態を図２１に示す。
【０１３０】
図２１に示す形態では、指のうち、爪半月（爪のうち白く見える部分）が照射部位としてステージＳＴＧに配される。この爪半月に対して、ヘモグロビンに対して吸収特性をもつ波長を含むレーザービームが、その光軸が固定された状態で、数百［ｋＨｚ］〜数十［ＭＨｚ］程度の広帯域にわたって周波数を切り換えながら照射される。
【０１３１】
爪半月表面の局所では分極によりキャリアが得られ、このキャリアに起因して、爪半月表面の近傍となる検出感度高揚体３３の部位では誘電分極が生じ、これが検出感度高揚体全体へ直ちに伝播される。つまり、検出感度高揚体３３では、爪半月表面での分極により得られるキャリアに対する増幅作用が引き起こされる。したがって、ＦＥＴ３１の検出用電極ＤＴＰに対する検出感度が向上することになる。
【０１３２】
この画像提示部は、ＦＥＴ３１及びアンプ３２を順に介して得られる局所検出信号に基づいて複数の周波数における複素誘電率を算出し、該算出結果から、例えば血糖に関する誘電スペクトルを示すパラメータを解析する。
【０１３３】
このようにこの図２１の形態では、局所内部での分極により得られるキャリアを捕捉することができるため、生体内部の状態を非浸襲で測定することができる。
【０１３４】
別例として、生体全体を適用する場合の形態を図２２に示す。図２２に示す形態では、走査型レーザー発振器２０１の照射領域に人体が立つ。照射領域の近傍には板状の電極２０２が配される。
【０１３５】
この電極２０２は、人体の身長として想定し得る値以上の縦幅を有し、人体の前面で最も突出する部位を通る水平面の垂線と、該人体の後ろ面で最も突出する部位を通る水平面の垂線との直線距離（人体幅）として想定し得る値以上の横幅を有する。電極２０２に接続される制限波発振源２２における制限波の周波数は、走査型レーザー発振器２０１の照射領域が準静電界優位空間となるものとされる。
【０１３６】
一方、照射領域に立つ人体には、キャリア検出部３０が取り付けられる。具体的には検出用電極ＤＴＰが人体表面の近傍に対向した状態とされる。
【０１３７】
人体の局所位置にレーザービームが照射された場合、その局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは電界照射用電極２０２を基準として形成される準静電界との相互作用により増強され、局所内部での分極も誘発する。これらキャリアは人体表面及び表面近傍の内部全体へ伝播され、キャリア検出部３０によって局所検出信号として画像提示部２０３に送出される。
【０１３８】
画像提示部２０３は、走査型レーザー発振器２０１から送出される走査位置情報と、キャリア検出部３０から送出される局所検出信号とを用いて、人体表面及び表面近傍の内部の状態を画像として生成する。
【０１３９】
このようにこの図２２の形態でも、人体内部での分極により得られるキャリアを捕捉することができるため、人体内部の状態を非浸襲で測定することができる。
【０１４０】
上述の実施の形態では、電極２１Ａ，２１Ｂ、検出用電極ＤＴＰ、照射用電極５１、４重極子５２Ａ〜５２Ｄ、電極２０２の形状が直方体状（板状）とされた。しかしながらこれら電極の形状は直方体状（板状）に限定されるものではなく、あらゆる形状を採用することが可能である。また、互いに異なる形状とすることも可能である。
【０１４１】
なお、本発明は、上述の実施の形態又は他の実施の形態に示された内容に限定されるものではなく、適宜、この出願前の周知技術又は慣用技術を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、例えば農業、林業、漁業、鉱業、建設業、製造業、情報通信業、運輸業又は医薬業において利用可能性があり、もちろんこれら以外のあらゆる産業において幅広く利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１４３】
１……試料解析装置、１０……照射部、１１……ガルバノミラー、１２……光学レンズ、１３……ハーフミラー、２０……電界印加部、２１Ａ，２１Ｂ，９１Ａ〜９１Ｄ……電極、２２……正弦波発振源、２３……出力調整部、３０……キャリア検出部、３１，６１，７１……ＦＥＴ、３２，６２，７２，９２Ａ〜９２Ｄ……アンプ、３３，１００……検出感度高揚体、４０，２０５……画像提示部、５１……照射用電極、５２Ａ〜５２Ｄ……４重極子、５３……出力制御部、８０，９３……差動アンプ、９２……出力切換部、２０１……走査型レーザー発振器、２０２……電界照射用電極、ＤＣＳ……直流源、ＤＴＰ……検出用電極、ＬＯＲ……レーザー発振源、ＱＥＢ……準静電界放出体、ＳＰＬ……試料、ＳＴＧ……ステージ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料の状態を検出する技術に関する分野において好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体に光を照射し、該光による励起に起因して分極したキャリアを検出する技術が提案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】伊藤誠吾，桑島敦、「微小静電界検出プローブによる故障解析手法」、ＬＳＩテスティング学会，第２９回ＬＳＩテスティングシンポジウム（ＬＳＩＴＳ２００９）、H21,11.11/13、p.331-336
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで非特許文献１の技術では、半導体以外の試料の検出が困難であった。具体的には、半導体や強誘電体などのように、電荷密度が高く、光による励起が発生しやすい試料に限定される。したがって、絶縁体等の電荷密度が低い試料については著しく検出感度が低下し、実質的には非検出となるという課題があった。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、検出感度を向上し得る検出装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため本発明は、検出装置であって、試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
試料が例えば絶縁体である場合、絶縁体の局所位置に振動波が照射されると分極が生じ準静電界が放出されるものの、該準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。また、試料とされる絶縁体が微小である場合、分極により生じる準静電界が広範囲に行き渡らない。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ってしまう。
しかし本発明では、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーが増強される。したがって、キャリアの移動度は、電界が与えられない場合よりも大きくなり、試料では、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。
この結果、試料が絶縁体である場合、また試料サイズが微小である場合において、試料の局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出手段が非存在であったとしても、振動波の出力を強めることなくキャリアを検出させることが可能となる。
また本発明では、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーが増強されるため、局所内部での分極も誘発する。したがって、振動波の出力を強めることなく試料の内部が検出可能となる。このことは、試料が生体である場合には特に有用となる。
このように本発明は、試料に対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強できるようにしたことにより、試料が絶縁体であったとしても、その分極キャリアの検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】距離に応じた各電界の相対的な強度変化（１[MHz]）を示すグラフである。
【図２】距離に応じた各電界の相対的な強度変化（１０[MHz]）を示すグラフである。
【図３】試料解析装置の構成を示す図である。
【図４】電場の有無と、キャリアの移動度との関係を概略的に示す図である。
【図５】キャリアの移動の様子を概略的に示す図である。
【図６】試料解析装置による実験結果（１）を示す写真である。
【図７】試料解析装置による実験結果（２）を示す写真である。
【図８】他の実施の形態における照射部の構成を示す図である。
【図９】シミュレーションに基づく電界分布（１）を示すグラフである。
【図１０】シミュレーションに基づく電界分布（２）を示すグラフである。
【図１１】電極位置と、当該電極に授与される電荷との関係（１）を示す図である。
【図１２】電極位置と、当該電極に授与される電荷との関係（２）を示す図である。
【図１３】他の実施の形態における電界印加部（１）の構成を示す図である。
【図１４】他の実施の形態における電界印加部（２）の構成を示す図である。
【図１５】他の実施の形態におけるキャリア検出部（１）の構成を示す図である。
【図１６】他の実施の形態におけるキャリア検出部（２）の構成を示す図である。
【図１７】検出感度高揚体の形状例（１）を示す図である。
【図１８】検出感度高揚体の形状例（２）を示す図である。
【図１９】他の実施の形態におけるキャリア検出部（３）の構成を示す図である。
【図２０】電界印加部と検出感度高揚体とを共用する形態例を示す図である。
【図２１】試料として指を適用した場合の構成を示す図である。
【図２２】試料として人体を適用した場合の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）電界
本発明を実施するための形態を説明する前に、まずは、電界について各種観点から説明する。
【００１０】
（１−１）電界の分類
電界発生源となる微小ダイポールからの距離をｒとし、その距離ｒを隔てた位置をＰとした場合、当該位置Ｐでの電界強度Ｅは、マックスウェル方程式より、次式
【００１１】
【数１】
【００１２】
のように曲座標（ｒ,θ,δ）として表すことができる。ちなみに、（１）式における「Ｑ」は、電荷（単位はクーロン）であり、「ｌ」は、電荷間の距離（但し、微小ダイポールの定義より、「ｌ」は「ｒ」に比して小さい）であり、「π」は、円周率、「ε」は、微小ダイポールを含む空間の誘電率、「ｊ」は、虚数単位、「ｋ」は、波数である。
【００１３】
かかる（１）式を展開すると、次式
【００１４】
【数２】
【００１５】
となる。この（２）式からも分かるように、電界Ｅｒ及びＥΘは、電界発生源からの距離に線形に反比例する放射電界（ＥΘの第３項）と、電界発生源からの距離の２乗に反比例する誘導電磁界（Ｅｒ、ＥΘの第２項）と、電界発生源からの距離の３乗に反比例する準静電界（Ｅｒ、ＥΘの第１項）との合成電界として発生する。
【００１６】
このように電界は、距離と強度との関係では、放射電界、誘導電磁界及び準静電界に分類することができる。
【００１７】
（１−２）電界の分解能
ここで、電界発生源からの距離によって電界強度が変化する割合を、放射電界、誘導電磁界、準静電界で比較する。（２）式における電界ＥΘのうち、放射電界に関する第３項を距離ｒで微分すると、次式
【００１８】
【数３】
【００１９】
のように表すことができる。また（２）式における電界ＥΘのうち、誘導電磁界に関する第２項を距離ｒで微分すると、次式
【００２０】
【数４】
【００２１】
のように表すことができる。さらに（２）式における電界ＥΘのうち、準静電界に関する第１項を距離ｒで微分すると、次式
【００２２】
【数５】
【００２３】
のように表すことができる。なお、（３）乃至（５）式の「Ｔ」は、単純化するために(２)式の一部分を次式
【００２４】
【数６】
【００２５】
のように置き換えている。
【００２６】
これら（３）乃至（５）式からも明らかなように、距離によって電界強度が変化する割合は準静電界に関する成分が最も大きい。つまり、準静電界は距離に対して高い分解能があるといえる。
【００２７】
（１−３）電界強度と周波数との関係
ここで、放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度と、距離との関係を図１に示す。図１は、１[MHz]における各電界それぞれの相対的な強度と距離との関係を指数で示すものである。
【００２８】
この図１からも明らかなように、放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度が等しくなる発信源からの距離(以下、これを強度一致距離と呼ぶ)が存在する。この強度一致距離よりも遠方の空間では放射電界が優位（誘導電磁界や準静電界の強度よりも大きい状態）となる。これに対して強度一致距離よりも近方の空間では準静電界が優位（放射電界や誘導電磁界の強度よりも大きい状態）となる。
【００２９】
この強度一致距離は、（２）式における電界ＥΘの各項（ＥΘ１、ＥΘ２、ＥΘ３）に対応する電界の各成分、すなわち次式
【００３０】
【数７】
【００３１】
が一致する（ＥΘ１＝ＥΘ２＝ＥΘ３）ということであるから、次式
【００３２】
【数８】
【００３３】
を充足する場合、つまり、次式
【００３４】
【数９】
【００３５】
として表すことができる。
【００３６】
この（９）式における波数ｋは、光速をｃ（ｃ＝3 ×10２[m/s] ）とし、周波数をｆ[Hz]とすると次式
【００３７】
【数１０】
【００３８】
として表すことができる。したがって強度一致距離は（９）式と（１０）式を整理し、次式
【００３９】
【数１１】
【００４０】
となる。
【００４１】
この（１１）式からも分かるように、放射電界及び誘導電磁界に比して強度の大きい状態にある準静電界の空間（以下、これを準静電界優位空間とも呼ぶ）を広くする場合には周波数が密接に関係している。
【００４２】
具体的には、低い周波数であるほど、準静電界優位空間が大きくなる（即ち、図１に示した強度一致距離は、周波数が低いほど長くなる（右に移ることになる））。これに対して高い周波数であるほど、準静電界優位空間が狭くなる（即ち、図１に示した強度一致距離は、周波数が高いほど短くなる（左に移ることになる））。
【００４３】
つまり、準静電界は、低い周波数帯を選定するほど、電界発生源を基準とするより広い空間において、誘導電磁界及び放射電界に比して支配的（誘導電磁界及び放射電界に比して準静電界の電界強度が優位）となる。
【００４４】
（１−４）準静電界優位空間のメリット
ここで、例えば１０[MHz]を選定した場合における放射電界、誘導電磁界及び準静電界それぞれの相対的な強度と、距離との関係を図２に示す。
【００４５】
この図２からも明らかなように、１０[MHz]を選定した場合、上述の（１１）式により、０．６７５[m]よりも近方では誘導電磁界及び放射電界に比べて準静電界が優位な空間となる。例えば電界発生源から０．０１[m]地点の準静電界の強度は誘導電磁界に比しておよそ１８．２[dB]大きい。つまり、準静電界優位空間では、準静電界と、誘導電磁界及び放射電界とが明確に区別可能である。
【００４６】
また、準静電界には磁界が発生することはないが、放射電界及び誘導電磁界には磁界が発生するため電流が分布する。しかしながら準静電界優位空間では、準静電界に比べて放射電界及び誘導電磁界の強度が小さいため、該放射電界及び誘導電磁界での電流分布に起因して副次的に生ずる電界と、準静電界との干渉の程度が小さい。
【００４７】
このように上述の（１１）式を充足する範囲では、準静電界に対する放射電界や誘導電磁界の影響が極めて小さい状態にあるため、距離に対して高い分解能をもつ準静電界に対する検出感度が極めて良好となる。このことが、準静電界優位空間のメリットの１つとなる。
【００４８】
（２）本発明を実施するための形態
次に、試料を解析するための装置（以下、これを試料解析装置とも呼ぶ）を、本発明を実施するための形態の一例として図を用いながら説明する。
【００４９】
（２−１）試料解析装置の構成
図３に示すように、この試料解析装置１は、照射部１０、電界印加部２０、キャリア検出部３０及び画像提示部４０を含む構成とされる。
【００５０】
（２−２）照射部の構成
照射部１０は、レーザー発振源ＬＯＲから発振されるコヒーレントの高い振動波（以下、これをレーザービームとも呼ぶ）を、例えばガルバノミラー１１及び光学レンズ１２を用いて、走査部位として割り当てられる複数の位置に所定の照射期間単位で順に照射する。
【００５１】
この実施の形態では、絶縁体のステージＳＴＧのうち試料ＳＰＬを配すべき面（以下、これをステージ表面とも呼ぶ）とは逆の面（以下、これをステージ裏面とも呼ぶ）側から、該ステージＳＴＧに設けられる開口を介して試料SPLにレーザービームが照射される。ただし、ステージ表面側からレーザービームが照射される形態であってもよい。
【００５２】
走査部位とされる試料ＳＰＬの局所となる位置にレーザービームが照射された場合、該レーザービームは試料表面で反射する。この場合、照射部１０は、例えば光学レンズ１２及びハーフミラー１３を用いて、試料表面で反射するレーザービームを画像提示部４０の受光面に照射する。
【００５３】
ところで、走査部位とされる試料ＳＰＬの局所となる位置にレーザービームが照射された場合、当該局所位置では分極が生成され、その分極が準静電界を放出する。しかしながら、図４（Ａ）に示すように、この準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ることになる。この傾向は、試料ＳＰＬが絶縁体や半導体ように電荷密度が大きいものである場合には特に顕著となる。
【００５４】
（２−３）電界印加部の構成
電界印加部２０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアをキャリア検出部３０に検出させるためのものである。この電界印加部２０は、１対の電極２１Ａ，２１Ｂと、該１対の電極２１Ａ，２１Ｂに接続される正弦波発振源２２と、該正弦波発振源２２に接続される出力調整部２３とを有する。
【００５５】
電極２１Ａ，２１Ｂは、同形同大でなり、ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬを挟み込めるよう、ステージ表面又は上方の基準から点対称となる位置に配される。正弦波発振源２２から発振される正弦波の周波数は、（１１）式に基づく「ｒ＜ｃ／２πｆ」を充足する周波数とされる。
【００５６】
すなわち、１対の電極２１Ａ，２１Ｂから試料ＳＰＬまでの距離のうち最も遠い距離や、空気及び試料ＳＰＬの比誘電率などを考慮して、ハムノイズの周波数帯域（５０〜６０[Hz]程度）等のノイズフロアとの差が明確となる周波数が選定される。
【００５７】
したがって、１対の電極２１Ａ，２１Ｂに対して正弦波発振源２２から正弦波が印加された場合、ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬ全体を含む空間では、放射電界、誘導電磁界及び準静電界の合成電界が形成される。また、１対の電極２１Ａ，２１Ｂから少なくとも試料ＳＰＬを含む範囲は、準静電界優位空間（放射電界及び誘導電磁界に比して強度が大きい状態にある準静電界の空間）となる。なお、実験では例えば１００[ＫHz]−１００[ＭHz]の範囲において複数の周波数が選定されたが、いずれの周波数であっても準静電界優位空間の形成が確認されている。
【００５８】
この準静電界優位空間にある試料ＳＰＬの局所位置で分極が生成された場合、該分極により得られるキャリアの振動エネルギーが、電極２１Ａ又は２１Ｂを基準に形成される準静電界と相互作用し増強される。準静電界と相互作用したキャリアの移動度は、該準静電界と相互作用しない場合よりも大きくなり、図４（Ｂ）に示すように、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。したがって、試料ＳＰＬの局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出部３０が非存在となる場合であっても、該キャリア検出部３０に対してキャリアを検出させることが可能となる。
【００５９】
なお、キャリアの移動度は、該キャリアに与えられる準静電界の強度に比例する関係にあり、主に試料ＳＰＬの材質及び大きさに応じて変るものである。また、キャリアの移動度は、既知のドリフト速度を規定する関係式を用いて導出可能である。
【００６０】
出力調整部２３では、例えばマウスやキーボード等の操作入力部から試料のＳＰＬの材質及び大きさを示す値が入力される。出力調整部２３は、これら値を取得した場合、当該値と、ドリフト速度を規定する関係式を用いてキャリアの移動度を算出し、該キャリアの移動度に比例する強度となるよう、正弦波発振源２２の出力値の設定を変更する。
【００６１】
したがって、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアは、試料ＳＰＬの端部である表面にまで移動させることが可能となる。この結果、より多くの形状又は大きさの物体を試料ＳＰＬとして取り扱うことが可能となる。また、キャリア検出部３０を配すべき位置の制限が、出力調整部２３を設けない場合に比べて緩和される。
【００６２】
このように電界印加部２０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアの振動エネルギーを準静電界により増強させることで、該局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出部３０が非存在となる場合であってもキャリアを検出させることができる。
【００６３】
なお、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアの振動エネルギーは、準静電界によって増強されているため、放射電界及び誘導電磁界での電流分布に起因して副次的に生ずる電界との干渉の程度が小さい。したがって電界印加部２０は、放射電界又は誘導電磁界によって増強する場合に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が低減するといった事態を緩和させることができる。
【００６４】
（２−４）キャリア検出部の構成
キャリア検出部３０は、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアを検出するものである。このキャリア検出部３０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）３１と、アンプ３２と、ＦＥＴ３１に対する検出感度を高めるための物体（以下、これを検出感度高揚体とも呼ぶ）３３とを有する。
【００６５】
ＦＥＴ３１のゲートには導体（以下、これを検出用電極とも呼ぶ）ＤＴＰが接続される。またＦＥＴ３１のソースにはアンプ３２が接続され、ドレインにはＦＥＴ３１用の電源ＦＰＳを介してアンプ３２が接続される。
【００６６】
検出感度高揚体３３は、板状の強誘電体とされる。強誘電体は、電荷密度の高い物質であり、無電場でも電気双極子が整列し、当該双極子の向きが電場で変化する性質をもつ。代表的には、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ) Ｏ３（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、ＢａＴｉＯ３又はＰＶＤＦ（PolyVinylidene Fluoride）などがある。
【００６７】
また検出感度高揚体３３は移動可能に支持され、ステージＳＴＧのステージ面に配される試料ＳＰＬと、検出用電極ＤＴＰに対してそれぞれ近傍となり、該試料ＳＰＬ及び検出用電極ＤＴＰに対して非接触の状態で配される。なおこの実施の形態では、検出感度高揚体３３のうち、試料ＳＰＬに対向される面とは逆側の面のある１つの角部分の近傍に検出用電極ＤＴＰが配される。
【００６８】
図５に示すように、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアが検出感度高揚体３３の近傍に移動された場合、該検出感度高揚体３３のうち試料ＳＰＬの近傍となる部位では誘電分極が生じ、これが検出感度高揚体全体へ直ちに伝播される。つまり、検出感度高揚体３３では、局所の分極から大きな分極が誘導され、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアに対する増幅作用が引き起こされる。したがって、ＦＥＴ３１の検出用電極ＤＴＰに対する検出感度が向上することになる。
【００６９】
試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアに応じた誘電分極が検出感度高揚体全体に伝播した場合、該検出感度高揚体３３の近傍にある検出用電極ＤＴＰでは電位変動が生じる。この結果、ＦＥＴ３１のドレイン−ソース間には、検出用電極ＤＴＰに生じる電位の変動量に応じた電流が生じ、これがアンプ３２において増幅され、試料ＳＰＬの局所位置での状態を示す信号（以下、これを局所検出信号とも呼ぶ）として画像提示部４０に送出される。
【００７０】
（２−５）画像提示部の構成
画像提示部４０は、試料ＳＰＬの局所位置で反射されるレーザービームを、受光部４１及びアンプ４２を順次介して、該局所位置における表面像を示す信号（以下、これを局所像信号とも呼ぶ）として画像生成部４３に送出する。
【００７１】
画像生成部４３には、レーザービームの走査位置を示す情報（以下、これを走査位置情報とも呼ぶ）が入力される。画像生成部４３は、この走査位置情報と、アンプ４２から送出される局所像信号とを用いて、試料ＳＰＬの表面を示す画像（以下、これを試料表面画像とも呼ぶ）を生成する。
【００７２】
また画像生成部４３は、走査位置情報と、キャリア検出部３０から送出される局所検出信号とを用いて、試料ＳＰＬの状態を示す画像（以下、これを試料状態画像とも呼ぶ）を生成する。例えば、局所検出信号の位置に対応するピクセルの輝度が、該局所検出信号のレベルに応じた階調として表現される。
【００７３】
さらに画像生成部４３は、試料表面画像と、試料状態画像とを重ね合わせた画像（以下、これを合成画像とも呼ぶ）を生成する。
【００７４】
そして画像生成部４３は、例えばマウスやキーボード等の操作入力部からの命令又は初期設定において表示すべきとされる試料表面画像、試料状態画像又は合成画像を表示部４４に表示する。
【００７５】
（２−６）効果等
以上の構成において、この試料解析装置１は、試料ＳＰＬの局所部位にレーザービームを照射し、該局所位置で分極を誘起させる。また試料解析装置１は、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーを増強し、そのキャリアをキャリア検出部３０で検出する。
【００７６】
試料ＳＰＬが例えば絶縁体や不導体である場合、絶縁体や不導体の局所位置にレーザービームが照射されると分極が生じ準静電界が放出されるものの、上述したように、該準静電界は距離の三乗に反比例して減衰する成分であるため直ちに緩和してしまう。また、試料ＳＰＬとされる絶縁体や不導体が微小である場合、分極により生じる準静電界が広範囲に行き渡らない。つまり、分極により得られるキャリア（電荷担体）は局所位置又はその近傍に分極した状態で留まり、再結合により平衡状態に戻ってしまう。
【００７７】
しかしこの試料解析部１では、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーが増強される。したがって、キャリアの移動度は、準静電界が与えられない場合よりも大きくなり、当該場合よりも遠方にまで準静電界が放出される（局所での分極がより広範に誘導される）。
【００７８】
この結果、試料ＳＰＬが絶縁体や不導体である場合、また試料ＳＰＬのサイズが微小である場合において、該試料ＳＰＬの局所位置のごく近傍の範囲内にキャリア検出手段が非存在であったとしても、振動波の出力を強めることなくキャリアを検出させることが可能となる。
【００７９】
ここで、絶縁体の表面に３０−１００[μｍ]の鉄粉を付したものを試料ＳＰＬとして、電界を印加しない場合と、電界を印加した場合とでの相違を、試料検出装置１よって検出実験したときの画像を図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す。また、絶縁体のインクで文字が付された名刺を試料ＳＰＬとして、試料検出装置１によって検出実験したときの画像を図６（Ｃ）に示す。
【００８０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）から分かるように、電界を印加しない場合に観測できない鉄粉が、電界を印加したことによって観測できた。また図６（Ｃ）から分かるように、インクが付された部位と、該インクが無い部位との密度の違いが検出できるため、試料ＳＰＬが絶縁体であっても観測できた。
【００８１】
また、この試料解析部１では、試料ＳＰＬに対して準静電界を与えて、局所位置での分極により試料ＳＰＬに得られるキャリアの振動エネルギーが増強されるため、局所内部での分極も誘発する。したがって、レーザービームの出力を強めることなく試料ＳＰＬの内部が検出可能となる。このことは、試料ＳＰＬが生体である場合には特に有用となる。
【００８２】
ここで、葉を試料ＳＰＬとして、試料検出装置１によって検出実験したときの画像を図７に示す。図７（Ａ）は試料表面を反射したレーザービームに基づく画像であり、図７（Ｂ）はキャリア検出部３０での検出結果に基づく画像である。この図７から分かるように、葉の内部構造である葉脈などが観測できた。
【００８３】
なお、これら実験は、試料検出装置１における各種パラメータを同じ条件として行っている。具体的には、照射部１０が、試料が配される領域を含む走査範囲に対して、５０[ｍＷ]，１０６４[ｎｍ]のＹＡＧレーザーを、スポットサイズ５−１０[μｍφ]として走査するものとされ、キャリア検出部３０が、１[sec]／Frame×１countでＦＥＴ３１を介して検出するものとされた。
【００８４】
（３）他の実施の形態
（３−１）照射部に関して
上述の実施の形態では、コヒーレントの高い振動波（レーザビーム）を、試料ＳＰＬの局所に照射する照射部１０が適用された。この照射部１０に代えて、コヒーレントの低い振動波を、試料ＳＰＬの局所に絞り込む照射部が適用可能である。
【００８５】
例えば、試料ＳＰＬが配されるステージ表面上にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を配置し、該ＬＥＤとステージ表面との間に集光レンズを配した照射部が適用可能ある。この照射部では、ＬＥＤから発振されるコヒーレントの低い光が、集光レンズによって試料ＳＰＬの局所に絞り込まれる。なお、この形態における集光レンズ及びＬＥＤを格子状とし、当該ＬＥＤを所定の順序で駆動する駆動部を設けた場合、試料ＳＰＬに対してレーザーを走査する場合と同様の効果が得られる。
【００８６】
別例として、図８に示す照射部がある。この照射部では、試料ＳＰＬが配されるステージ表面上に、照射対象に電界を照射するための電極（以下、これを照射用電極とも呼ぶ）５１と、該照射用電極を重心とする正方形の頂点に位置する関係となる電極（以下、これを４重極子とも呼ぶ）５２Ａ〜５２Ｄとが配される。また照射用電極５１及び４重極子５２Ａ〜５２Ｄに対して出力制御部５３が接続される。出力制御部５３は、照射用電極５１に対して直流電圧を与えるとともに、４重極子に対して、照射用電極５１与えられる電圧とは逆極性でなり、当該電圧値よりも小さい直流電圧を与える。
【００８７】
図９及び図１０においてシミュレーションに基づく電界分布を示す。図９は、照射用電極５１に４[Ｖ]の直流電圧を与えた場合における電界分布である。一方、図１０は、図１１に示すように、照射用電極５１に４[Ｖ]の直流電圧を与え、４重極子５２Ａ〜５２Ｄに−１[Ｖ]の直流電圧を与えた場合における電界分布である。図９と図１０の比較から分かるように、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界が、照射用電極５１から生じる電界に対する壁として機能し、該照射用電極５１から生じる電界の拡散が抑制される。このため、照射用電極５１から生じる電界は、該照射用電極５１を通るＺ軸上に絞り込まれ、局所に集中した状態となる。
【００８８】
ところで、図１０に示したように各極に与える電圧値が同じである場合、照射用電極５１から生じる電界に対する、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界の打ち消しが均一となるため、該照射用電極５１から生じる電界のｘ−ｙ方向における拡散は均一に抑制される。この結果、照射用電極５１から生じる電界は、ｚ軸に対して平行となる方向に指向性をもって絞り込まれることになる。
【００８９】
これに対して例えば図１２に示すように各極に与える電圧値が相違する場合、照射用電極５１から生じる電界に対する、４重極子５２Ａ〜５２Ｄから生じる電界との打ち消しが不均一となるため、該照射用電極５１から生じる電界のｘ−ｙ方向における拡散は不均一に抑制される。
【００９０】
具体的には、４重極子５２Ａ〜５２Ｄのなかで電圧値が大きい極から生じる電界のほうが、電圧値が小さい極から生じる電界よりも抑制度が大きくなるため、照射用電極５１から生じる電界は、ｚ軸に対して電圧値が小さい極側に傾く方向に指向性をもって絞り込まれる。
【００９１】
したがって出力制御部５３では、４重極子５２Ａ〜５２Ｄの各極子それぞれに授与すべき電圧値を可変することで、照射電界における指向性の制御が可能となる。
【００９２】
なお、図１０及び図１２に示す例では４つの電極（４重極子）５２Ａ〜５２Ｄが配されたが、照射用電極５１を重心とする正多角形の頂点に位置する関係となれば、電極数（多重極子の極子数）は４つに限るものではない。ただし、点対称の正多角形は、非点対称の正多角形よりも幾何学的対照性を有するので、照射電界の絞り込み度（拡散防止壁として機能する度合い）を高める観点では、４以上かつ偶数の頂点を有する正多角形がより好ましい。また、最も少ない極子数で絞り込み度を高める観点では、正三角形の頂点に位置する関係となる電極（すなわち３重極子）が好ましい。
【００９３】
さらに、複数の電極の配置は、照射電界における深度及び指向性の制御が可能であるため、試料ＳＰＬに対向されていれば、異なる面上にあってもよく、異間隔であってもよい。上述の照射電界の制御に関する詳細にあっては、特願２００９−２９９１８９号を参照されたい。
【００９４】
上述の実施の形態では、ステージＳＴＧが固定され、該ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬに照射すべき照射位置が可変された。しかしながらステージＳＴＧが可変され、該ステージＳＴＧに配される試料ＳＰＬに照射すべき照射位置が固定されてもよく、ステージＳＴＧ及び照射位置がともに可変又は固定されてもよい。
【００９５】
上述した照射部に関する事項から分かるように、照射部は、試料ＳＰＬの局所部位に振動波を授与するものであれば、該試料ＳＰＬの局所位置での分極によりキャリアが得られる。なお、振動波には、光、テラヘルツ波、音波又は弾性波など種々のものが適用可能である。
【００９６】
（３−２）電界印加部に関して
上述の実施の形態では、電極２１及び正弦波発振源２２を用いて、放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界の強度が大きい状態の電界（合成電界）を試料ＳＰＬに印加する電界印加部２０が適用された。しかしながら電界印加部は上述の実施の形態に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、図３との対応部分に同一符号を付した図１３に示す電界印加部がある。この電界印加部では、電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３（図３）に代えて、照射部１０から授与されるレーザー等の振動波により準静電界を表面に放出可能な物体（以下、これを準静電界放出体）ＱＥＢが設けられる。具体的には強誘電体や半導体などがある。
【００９８】
この準静電界放出体ＱＥＢが、試料ＳＰＬの近傍の位置として、照射部１０から授与される振動波が通る空間上であって、振動波の通過により自身から放出される準静電界に試料ＳＰＬが含まれる位置に配された場合、電界印加部として機能する。
【００９９】
すなわち、当該位置に配される準静電界放出体ＱＥＢにレーザービーム等の振動波が照射されると、該準静電界放出体ＱＥＢでは誘電分極が生じ、これが準静電界放出体全体へ瞬間的に伝播され表面から準静電界が放出される。この準静電界は、表面弾性波に相当するものである。一方、試料ＳＰＬの局所部位では、レーザービームが印加されると同時に、準静電界放出体表面ＱＥＢから放出される準静電界が印加される。
【０１００】
したがって、試料ＳＰＬの局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは準静電界放出体に形成される準静電界との相互作用により増強される。この結果、電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３（図３）を用いることなく、電界印加部２０と同様の効果を奏することとなる。また、準静電界放出体ＱＥＢから生じる準静電界を、該準静電界放出体ＱＥＢにおいて電気的に外界から閉じた場として形成することができる。この結果、準静電界に対する外界ノイズが大幅に抑制され、図３に示す形態に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が向上する。
【０１０１】
別例として、電極印加部２０を、上述した図８に示した構造としてもよい。具体的には、図３に示した検出感度高揚部３３が設けられる位置に、上述した図８に示した構造の電界印加部２０を設け、検出用電極ＤＴＰを移動可能にできるものとする。
【０１０２】
このようにすれば、レーザービームが照射される局所位置から所定の範囲までを準静電界優位空間として、照射用電極５１から電界が印加されるよう、出力制御部５３において４重極子５２Ａ〜５２Ｄを制御することが可能となる。このため、試料ＳＰＬのサイズにかかわらず、試料ＳＰＬのある部位の状態に着目してキャリア検出部３０に検出させることが可能となる。
【０１０３】
上述の実施の形態では、放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界の強度が大きい状態の電界（合成電界）が、試料ＳＰＬに印加された。しかしながら、試料ＳＰＬの局所位置での分極により得られるキャリアを遠方に移動させる観点では、準静電界の強度が放射電界及び誘導電磁界よりも大きい状態で、試料ＳＰＬに電界を印加することが必須条件となるものではない。ただし、キャリア検出部３０での検出精度の低下を低減する観点では、準静電界の強度が放射電界及び誘導電磁界よりも大きい状態で、試料ＳＰＬに電界を印加するほうが好ましい。
【０１０４】
上述の実施の形態では、電極２１Ａ，２１Ｂに対して交流源である制限波発振源２２が接続された。しかしながら、図１４に示すように、電極２１Ａ，２１Ｂに対して直流源ＤＣＳが接続されてもよい。
【０１０５】
上述した電界印加部に関する事項から分かるように、電界印加部は、試料ＳＰＬの全体又は一部に電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強するものであればよい。
【０１０６】
（３−３）キャリア検出部に関して
上述の実施の形態では、１つのＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）から、検出感度高揚体３３での誘電分極により生じる陽極のキャリア（正孔）又は陰極のキャリア（電子）を検出するキャリア検出部３０が適用された。しかしながらキャリア検出部はこの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、陽極のキャリアと陰極のキャリアとの双方を検出するキャリア検出部が適用可能である。具体的には図１５に示すように、一方のＦＥＴ６１のゲート電極（検出用電極）と、他方のＦＥＴ７１のゲート電極（検出用電極）とが、試料ＳＰＬにおいて正対する端部の近傍に１つずつ設けられる。
【０１０８】
アンプ６２では、検出感度高揚体３３で生じた電子に応じてＦＥＴ６１のゲート電極（検出用電極）に生じる電位変化が増幅される。一方、アンプ７２では、検出感度高揚体３３で生じる正孔に応じてＦＥＴ６２のゲート電極（検出用電極）に生じる電位変化が増幅される。
【０１０９】
電子に応じた電位変化を増幅するアンプ６２の出力は差動アンプ８０の陽極に与えられ、正孔に応じた電位変化を増幅するアンプ７２の出力は差動アンプ８０の陰極に与えられる。
【０１１０】
つまり、検出感度高揚体３３に生じた正孔と電子とが差動アンプ８０で加算される。したがって、１つのＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）から検出する場合に比べて、Ｓ／Ｎ比が改善される。
【０１１１】
また別例として、試料ＳＰＬの近傍に、複数の検出用電極を所定の距離だけ離間した状態で配し、これら検出用電極における後段の出力を切り換えるキャリア検出部が適用可能である。
【０１１２】
具体的には図１６に示すように、例えば４つの検出用電極９１Ａ〜９１Ｄが、直方体でなる検出感度高揚部３３において試料ＳＰＬが対向される面とは逆面の四隅に配される。これら検出用電極９１Ａ〜９１ＤにはＦＥＴ（図示せず）及びアンプ９２Ａ〜９２Ｄが順に接続され、該アンプ９２Ａ〜９２Ｄが出力切換部９２に接続される。
【０１１３】
出力切換部９２は、アンプ９２Ａ〜９２Ｄを介してそれぞれ与えられる信号のレベル及び極性に基づいて、取り扱うべき信号が検出される１又は２以上の検出用電極を選択する。
【０１１４】
具体的な選択手法として、例えば、最も高いレベルとなる信号を検出する検出用電極を選択するといった手法がある。この手法では、検出用電極９１Ａから与えられる信号のレベルが最も高い場合、該検出用電極９１Ａに対応するアンプ９２Ａでの増幅結果が、画像提示部４０に与えられる。また例えば、電子に応じた電位変化を検出する１又は２以上の検出用電極を、差動アンプ９３の陽極に接続すべきものとして選択し、正孔に応じた電位変化を検出する１又は２以上の検出用電極を、差動アンプ９３の陰極に接続すべきものとして選択するといった手法がある。この手法では、差動アンプ９３での増幅結果が、画像提示部４０に与えられる。これら選択手法はあくまで例示であり、この他の種々の選択手法が適用可能である。
【０１１５】
この図１６の形態によれば、レーザービームの照射位置に反映した検出感度高揚部３３でのキャリアの挙動に応じて、後段に接続すべき検出用電極９１Ａ〜９１Ｄが選択されるため、図１５に示す形態よりも一段と的確にＳ／Ｎ比が改善される。また、試料ＳＰＬが大きい場合あるいは試料ＳＰＬに印加される準静電界の強度が小さい場合であっても、該試料ＳＰＬの局所での分極により得られるキャリアを検出感度高揚体３３を介して検出することができる。
【０１１６】
上述の実施の形態では、ＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）に対する、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアの検出感度を高めるために、検出感度高揚体３３が、試料ＳＰＬ及び検出用電極ＤＴＰの近傍に配された。しかしながら検出感度高揚体３３は、ＦＥＴ３１（検出用電極ＤＴＰ）での検出感度を向上するために必須となるものではない。ただし、検出感度をより一段と向上させる観点では、検出感度高揚体３３を設ける形態のほうが好ましい。なお、検出感度高揚体３３に代えて又は検出感度高揚体３３に加えて、キャリアの検出感度が高まるようアンプ３２のゲインを調整する調整部が設けられてもよい。
【０１１７】
上述の実施の形態では、検出感度高揚体３３が強誘電体とされた。しかしながら検出感度高揚体３３は強誘電体に限るものではない。例えば、半導体が適用可能である。また検出感度高揚体３３の形状は板状に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、円錐状の検出感度高揚体３３が適用可能である。
【０１１８】
この検出感度高揚体３３では、試料ＳＰＬに近接される部位で誘電分極が生じると、その誘電分極により得られるキャリアは頂点又はその近傍（丸のハッチング部分）に集中する。したがって、頂点の近傍に検出用電極ＤＴＰを配すれば、板状の場合に比べて、該検出用電極ＤＴＰの検出感度が高まることとなる。
【０１１９】
また、キャリア集中型の検出感度高揚体には、例えば図１８に示すようなものも適用可能である。要するに、キャリア集中型の検出感度高揚体は、検出用電極ＤＴＰの数に応じた集中点（丸のハッチング部分）を有し、該集中点を直線又は曲線でつなぐ角をもたない面を有していればよい。
【０１２０】
検出感度高揚体３３の大きさは、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の大きさを有していればよい。検出感度高揚体３３が弾性を有していてもよい。要するに、試料ＳＰＬでの分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の誘電分極が生じ得る電荷密度の高い物体が、該試料ＳＰＬの近傍に配されていればよい。
【０１２１】
なお、電極又は検出感度高揚体と、試料ＳＰＬとの間は空気に限られるものではい。固体や液体であってもよく、真空であってもよい。また、電極と試料ＳＰＬとの間に絶縁体が設けられてもよい。
【０１２２】
上述の実施の形態では、試料ＳＰＬを境界として、レーザービーム（振動波）が照射される側とは逆側に検出感度高揚体３３が配された。しかしながら検出感度高揚体３３の配置位置はレーザービーム（振動波）が照射される側であってもよい。振動波が検出感度高揚体３３を通過できない場合がある。この場合、図１９に示すように、検出感度高揚体３３に対して、振動波が通る空間としての孔（以下、これを振動波通過開口とも呼ぶ）ＨＬを設けるとよい。
【０１２３】
（３−４）その他
上述の実施の形態では、電界印加部２０と検出感度高揚体３３とが別の部材として設けられた。しかしながら、同一の部材で、電界印加部が有する作用と、検出感度高揚体が有する作用とを同時に得ることも可能である。
【０１２４】
具体的には、図２０に示す形態が適用可能である。この形態では、強誘電体又は半導体のように、電荷密度の高い板状の物体（以下、これを高電荷密度体とも呼ぶ）１００が、試料ＳＰＬの近傍の位置として、照射部１０から授与される振動波が通る空間上であって、該振動波の通過により自身から放出される準静電界に試料ＳＰＬが含まれる位置に配される。この高電荷密度体１００の表面近傍には検出用電極ＤＴＰが配される。この形態における検出用電極ＤＴＰの配置位置は、試料ＳＰＬと対向する面に対して逆側の面の近傍とされる。
【０１２５】
図１３との比較から分かるように、検出用電極ＤＴＰを近づけるべき対象を変更するだけでよい。
【０１２６】
この高電荷密度体１００では、レーザー発振器ＬＯＲから発振されるレーザービームは、該高電荷密度体１００を透過して試料ＳＰＬの局所部位に照射される。高電荷密度体１００におけるレーザービームの照射部位では誘電分極が生じ、これが高電荷密度体全体へ直ちに伝播され、該高電荷密度体１００ではその表面から準静電界が放出される。
【０１２７】
一方、試料ＳＰＬの局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは高電荷密度体１００に形成される準静電界との相互作用により増強される。この結果、レーザービームの照射が終了しても、試料ＳＰＬにおける高電荷密度体１００の近傍の部位には、キャリアが残存する。このキャリアによって、高電荷密度体１００では再び誘電分極が生じ、これが高電荷密度体全体へ直ちに伝播され、ＦＥＴ３１において電流として検知される。
【０１２８】
したがって図２０に示す形態は、図３に示す形態における電極２１、正弦波発振源２２及び出力調整部２３を省略することができ、また高電荷密度体１００から生じる準静電界を、該高電荷密度体１００において電気的に外界から閉じた場として形成することができる。この結果、準静電界に対する外界ノイズが大幅に抑制され、図３に示す形態に比べて、キャリア検出部３０でのＳ／Ｎ比が向上する。このことは、本発明者らの実験及び試作品によって確認されている。
【０１２９】
上述の実施の形態では、試料ＳＰＬが直方体状（板状）とされた。しかしながら試料ＳＰＬの形状は直方体状（板状）に限定されるものではなく、あらゆる形状を採用することが可能である。なお、試料ＳＰＬのターゲットは物品に限らず生体であってもよく、あらゆる物体がターゲットとして適用可能である。例として、生体部位である指を適用する場合の形態を図２１に示す。
【０１３０】
図２１に示す形態では、指のうち、爪半月（爪のうち白く見える部分）が照射部位としてステージＳＴＧに配される。この爪半月に対して、ヘモグロビンに対して吸収特性をもつ波長を含むレーザービームが、その光軸が固定された状態で、数百［ｋＨｚ］〜数十［ＭＨｚ］程度の広帯域にわたって周波数を切り換えながら照射される。
【０１３１】
爪半月表面の局所では分極によりキャリアが得られ、このキャリアに起因して、爪半月表面の近傍となる検出感度高揚体３３の部位では誘電分極が生じ、これが検出感度高揚体全体へ直ちに伝播される。つまり、検出感度高揚体３３では、爪半月表面での分極により得られるキャリアに対する増幅作用が引き起こされる。したがって、ＦＥＴ３１の検出用電極ＤＴＰに対する検出感度が向上することになる。
【０１３２】
この画像提示部は、ＦＥＴ３１及びアンプ３２を順に介して得られる局所検出信号に基づいて複数の周波数における複素誘電率を算出し、該算出結果から、例えば血糖に関する誘電スペクトルを示すパラメータを解析する。
【０１３３】
このようにこの図２１の形態では、局所内部での分極により得られるキャリアを捕捉することができるため、生体内部の状態を非浸襲で測定することができる。
【０１３４】
別例として、生体全体を適用する場合の形態を図２２に示す。図２２に示す形態では、走査型レーザー発振器２０１の照射領域に人体が立つ。照射領域の近傍には板状の電極２０２が配される。
【０１３５】
この電極２０２は、人体の身長として想定し得る値以上の縦幅を有し、人体の前面で最も突出する部位を通る水平面の垂線と、該人体の後ろ面で最も突出する部位を通る水平面の垂線との直線距離（人体幅）として想定し得る値以上の横幅を有する。電極２０２に接続される制限波発振源２２における制限波の周波数は、走査型レーザー発振器２０１の照射領域が準静電界優位空間となるものとされる。
【０１３６】
一方、照射領域に立つ人体には、キャリア検出部３０が取り付けられる。具体的には検出用電極ＤＴＰが人体表面の近傍に対向した状態とされる。
【０１３７】
人体の局所位置にレーザービームが照射された場合、その局所位置では分極によりキャリアが得られ、この振動エネルギーは電界照射用電極２０２を基準として形成される準静電界との相互作用により増強され、局所内部での分極も誘発する。これらキャリアは人体表面及び表面近傍の内部全体へ伝播され、キャリア検出部３０によって局所検出信号として画像提示部２０３に送出される。
【０１３８】
画像提示部２０３は、走査型レーザー発振器２０１から送出される走査位置情報と、キャリア検出部３０から送出される局所検出信号とを用いて、人体表面及び表面近傍の内部の状態を画像として生成する。
【０１３９】
このようにこの図２２の形態でも、人体内部での分極により得られるキャリアを捕捉することができるため、人体内部の状態を非浸襲で測定することができる。
【０１４０】
上述の実施の形態では、電極２１Ａ，２１Ｂ、検出用電極ＤＴＰ、照射用電極５１、４重極子５２Ａ〜５２Ｄ、電極２０２の形状が直方体状（板状）とされた。しかしながらこれら電極の形状は直方体状（板状）に限定されるものではなく、あらゆる形状を採用することが可能である。また、互いに異なる形状とすることも可能である。
【０１４１】
なお、本発明は、上述の実施の形態又は他の実施の形態に示された内容に限定されるものではなく、適宜、この出願前の周知技術又は慣用技術を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、例えば農業、林業、漁業、鉱業、建設業、製造業、情報通信業、運輸業又は医薬業において利用可能性があり、もちろんこれら以外のあらゆる産業において幅広く利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１４３】
１……試料解析装置、１０……照射部、１１……ガルバノミラー、１２……光学レンズ、１３……ハーフミラー、２０……電界印加部、２１Ａ，２１Ｂ，９１Ａ〜９１Ｄ……電極、２２……正弦波発振源、２３……出力調整部、３０……キャリア検出部、３１，６１，７１……ＦＥＴ、３２，６２，７２，９２Ａ〜９２Ｄ……アンプ、３３，１００……検出感度高揚体、４０，２０５……画像提示部、５１……照射用電極、５２Ａ〜５２Ｄ……４重極子、５３……出力制御部、８０，９３……差動アンプ、９２……出力切換部、２０１……走査型レーザー発振器、２０２……電界照射用電極、ＤＣＳ……直流源、ＤＴＰ……検出用電極、ＬＯＲ……レーザー発振源、ＱＥＢ……準静電界放出体、ＳＰＬ……試料、ＳＴＧ……ステージ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、
前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、
前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段と
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記増強手段は、
放射電界、誘導電磁界及び準静電界の合成電界の発振源とされる電極と、
前記電極を基準として試料全体を含む範囲において放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界が大きい強度となる周波数の信号を、前記電極に与える信号発生源と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記増強手段は、
前記振動波の通過により表面に準静電界を放出可能な物体であり、
前記物体が配される位置は、前記試料の近傍で前記振動波が通る空間上であり、該物体の表面から放出される準静電界に前記試料が含まれる位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記試料の近傍に配され、前記試料での分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の誘電分極が生じる物体と、
前記物体の表面部位の近傍に配され、前記物体により増幅されるキャリアを検出するための電極と
を含むことを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項５】
前記検出手段は、
キャリアを検出するための電極を含み、
前記電極は、前記物体の表面部位の近傍に配される
ことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項６】
前記電極は複数でなり、
前記検出手段は、
前記電極から得られる信号のレベル及び極性に基づいて、後段に出力すべき信号を得ている電極を選択する選択手段
を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記電極は、正孔を検出するための第１の電極と、電子を検出するための第２の電極とでなり、
前記検出手段は、
前記第１の電極から得られる信号と、前記第２の電極から得られる信号とを加算する作動アンプ
を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項８】
前記振動波を複数の照射位置に走査する走査手段と、
前記電極から得られる信号に基づいて、各前記照射位置の状態を示す画像を生成する生成手段と
を有する請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項９】
前記授与手段は、前記振動波を、該振動波の周波数を切り換えながら特定の位置に対して授与し、
前記電極から得られる信号に基づいて複素誘電率を算出する算出手段
を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項１】
試料の局所部位に振動波を授与する授与手段と、
前記試料の全体又は一部に準静電界を与えて、前記局所位置での分極により試料に得られるキャリアの振動エネルギーを増強する増強手段と、
前記増強手段により振動エネルギーが増強されるキャリアを検出する検出手段と
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記増強手段は、
放射電界、誘導電磁界及び準静電界の合成電界の発振源とされる電極と、
前記電極を基準として試料全体を含む範囲において放射電界及び誘導電磁界よりも準静電界が大きい強度となる周波数の信号を、前記電極に与える信号発生源と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記増強手段は、
前記振動波の通過により表面に準静電界を放出可能な物体であり、
前記物体が配される位置は、前記試料の近傍で前記振動波が通る空間上であり、該物体の表面から放出される準静電界に前記試料が含まれる位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記試料の近傍に配され、前記試料での分極により得られるキャリアを増幅可能な程度の誘電分極が生じる物体と、
前記物体の表面部位の近傍に配され、前記物体により増幅されるキャリアを検出するための電極と
を含むことを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項５】
前記検出手段は、
キャリアを検出するための電極を含み、
前記電極は、前記物体の表面部位の近傍に配される
ことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項６】
前記電極は複数でなり、
前記検出手段は、
前記電極から得られる信号のレベル及び極性に基づいて、後段に出力すべき信号を得ている電極を選択する選択手段
を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記電極は、正孔を検出するための第１の電極と、電子を検出するための第２の電極とでなり、
前記検出手段は、
前記第１の電極から得られる信号と、前記第２の電極から得られる信号とを加算する作動アンプ
を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項８】
前記振動波を複数の照射位置に走査する走査手段と、
前記電極から得られる信号に基づいて、各前記照射位置の状態を示す画像を生成する生成手段と
を有する請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【請求項９】
前記授与手段は、前記振動波を、該振動波の周波数を切り換えながら特定の位置に対して授与し、
前記電極から得られる信号に基づいて複素誘電率を算出する算出手段
を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０３０４９（Ｐ２０１２−１０３０４９Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５００３０（Ｐ２０１０−２５００３０）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０８０３９７３５）Ｑファクター株式会社 (8)
【出願人】（０００００３５８４）株式会社タカラトミー (248)
【上記２名の代理人】
【識別番号】１００１４３７６４
【弁理士】
【氏名又は名称】森村 靖男
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０８０３９７３５）Ｑファクター株式会社 (8)
【出願人】（０００００３５８４）株式会社タカラトミー (248)
【上記２名の代理人】
【識別番号】１００１４３７６４
【弁理士】
【氏名又は名称】森村 靖男
【Ｆターム（参考）】
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