(57)【要約】  高感度、高精度で高速に計測することができ、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となるテラヘルツ波検出装置およびテラヘルツ波検出システムを提供する。フレキシブルアレイセンサ（３０）は、可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム（１１）と、単層カーボンナノチューブフィルム（１１）の２次元平面上に対向配置された第１電極（１２）および第２電極（１３）と、を有するテラヘルツ波検出素子（１０）と、テラヘルツ波検出素子（１０）を折り曲げ自在に支持する可撓性を有するフレキシブル基板（２０）と、を備える。フレキシブル基板（２０）は、湾曲または円筒形に形成されており、テラヘルツ波検出素子（１０）は、湾曲または円筒形に形成されたフレキシブル基板（２０）上に整列配置することが好ましい。
2018207815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、
前記カーボンナノチューブ膜の２次元平面上に対向配置された第１電極および第２電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、を備える
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ波検出素子を折り曲げ自在に支持する可撓性を有するフレキシブル基板を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項３】
前記テラヘルツ波検出素子は、フレキシブル基板上に整列配置する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項４】
湾曲または円筒形に形成されたフレキシブル基板を有し、
前記テラヘルツ波検出素子は、湾曲または円筒形に形成された前記フレキシブル基板上に整列配置する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項５】
上に凸の椀形状に形成されたフレキシブル基板を有し、
前記テラヘルツ波検出素子は、前記フレキシブル基板の椀形状の頂点を中心に同心円状に配置する
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項６】
前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ膜は、５０重量％以上が、単層カーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項８】
可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、前記カーボンナノチューブ膜の２次元平面上に対向配置された第１電極および第２電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器と、を備え、
前記テラヘルツ波検出素子は、
測定対象物が乱反射したテラヘルツ波を受信する
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項９】
可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、前記カーボンナノチューブ膜の２次元平面上に対向配置された第１電極および第２電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器と、を備え、
前記テラヘルツ発振器は、
前記カーボンナノチューブ膜上で、前記テラヘルツ波検出素子と共に配置された
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置により検出された物理データを収集するデータ収集装置と、を備える
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波検出装置およびテラヘルツ波検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ（ＴＨｚ）波は、周波数が０．１〜３０ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）程度の領域、すなわち波長が０．０１ｍｍ〜３ｍｍ程度のサブミリ波から遠赤外線領域の電磁波を意味する。
ＴＨｚ波は、エレクトロニクスによる電子制御の高周波極限であり、オプティクスやフォトニクスによる光制御の低エネルギー極限でもあるため、未開拓とされてきた。そのため、他周波数帯に比べて光源や検出器という基本的な素子が未開拓の現状にある。また、ＴＨｚ波の波長は可視光に比べて２、３桁長いことから、イメージングの空間分解能が低いという特徴がある。【０００３】
特許文献１には、表面から一定の位置に２次元電子ガスが形成された半導体チップと、該半導体チップの表面に密着して設けられたカーボンナノチューブ、導電性のソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを備えるテラヘルツ光検出装置が記載されている。前記カーボンナノチューブは、半導体チップの表面に沿って延び、かつその両端部がソース電極とドレイン電極に接続され、前記ゲート電極は、カーボンナノチューブの側面から一定の間隔を隔てて位置する。さらに、テラヘルツ光検出装置は、前記ソース電極とドレイン電極の間に所定の電圧を印加し、その間のＳＤ電流を検出するＳＤ電流検出回路と、前記ソース電極とゲート電極の間に可変ゲート電圧を印加するゲート電圧印加回路と、前記半導体チップに可変磁場を印加する磁場発生装置と、を備える。【０００４】
また、テラヘルツ波の周波数を検出できる検出器として、例えば、非特許文献１〜４がある。周波数を選択できる検出器は、非特許文献３，４である。従来のＴＨｚ波検出器は、光子１個の吸収に対して伝導電子１個の励起となるため、必然的に検出感度に限界がある。
これに対して、非特許文献４には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nanotube）アレイ、グラフェン（graphene）、半導体ヘテロ界面２次元電子ガス（Two-Dimensional Electron Gas:２ＤＥＧ）という低次元電子系の機能を利用した、新しいＴＨｚ波検出・分光・撮像技術が示されている。非特許文献４には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）量子ドットと半導体中２ＤＥＧが結合したハイブリッド構造を作製し、２次元電子中で励起されたキャリアをＣＮＴによる高感度電荷センサで読み取る新機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０６０２８４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Xiaowei He, Naoki Fujimura, J. Meagan Lloyd, Kristopher J. Erickson, A. Alec Talin, Qi Zhang, Weilu Gao, Qijia Jiang, Yukio Kawano, Robert H. Hauge, Francois Leonard and Junichiro Kono, "Carbon Nanotube Terahertz Detector", Nano Letters 14, 3953-3958 (2014).
【非特許文献２】Kristopher Erickson, Xiaowei He, A. Alec Talin, Bernice Mills, Robert H. Hauge, Takashi Iguchi, Naoki Fujimura, Yukio Kawano, Junichiro Kono, Francois Leonard, “Figure of Merit for Carbon Nanotube Photothermoelectric Detectors”, ACS Nano 9, 11618-11627 (2015)
【非特許文献３】Yukio Kawano, “Terahertz Response of Carbon Nanotubes and Graphene”, Journal of the Physical Society of Japan 84, 121010-1-9 (2015).
【非特許文献４】河野 行雄、“低次元電子系の機能に基づくテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイス”、応用物理学会誌「応用物理」 Vol. 84, pp. 643-647 (2015).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１〜４は、カーボンナノチューブをテラヘルツ検出器やアレイセンサとして使用する場合、材料や電極の最適条件が明らかでない。
既存技術の多くが走査型であるため、イメージング測定に時間がかかっていた。また、既存の検出器は、曲げられないため、単体では全視野からの測定ができないという課題があった。【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高感度、高精度で高速に計測することができ、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となるテラヘルツ波検出装置およびテラヘルツ波検出システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するため、本発明に係るテラヘルツ波検出装置は、可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、前記カーボンナノチューブ膜の２次元平面上に対向配置された第１電極および第２電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、を備えることを特徴とする。【００１０】
本発明に係るテラヘルツ波検出システムは、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置により検出された物理データを収集するデータ収集装置およびテラヘルツ波検出システムと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高感度、高精度で高速に計測することができ、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となるテラヘルツ波検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波検出システムの全体構成図である。
【図２】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のテラヘルツ波検出素子の構成を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の電極の材料（Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ）の熱伝導率と感度を示す図である。
【図４】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の２９ＴＨｚのＴＨｚ波を照射時の電極の厚みに対する応答感度の関係を示す図である。
【図５】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の電磁波吸収スペクトルを示す図である。
【図６Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の０．１４ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合のＩ−Ｖ特性のシフト観測を示す図である。
【図６Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の１４ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合のＩ−Ｖ特性のシフト観測を示す図である。
【図６Ｃ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の３０ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合のＩ−Ｖ特性のシフト観測を示す図である。
【図７】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の単層カーボンナノチューブフィルムのＸＹ面における応答信号（応答電流）を示す図である。
【図８】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の雑音電流値を示す図である。
【図９Ａ】比較例の第１電極（ソース電極）および第２電極（ドレイン電極）に同種の金属（Ａｕ−Ａｕ）を用いたＩ−Ｖ特性とＴＨｚ波への応答の結果を示す図である。
【図９Ｂ】本実施形態のテラヘルツ波検出装置の第１電極（ソース電極）に熱伝導率の高いＡｕを用い、第２電極（ソース電極）に熱伝導率の低いＴｉを用いた場合のＩ−Ｖ特性とＴＨｚ波への応答の結果を示す図である。
【図１０】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の測定系の全体構成を示す図である。
【図１１Ａ】図１０の測定系において試料を下から見た場合の観察方法を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１０の測定系においてＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
【図１２Ａ】図１０の測定系において他の試料を下から見た観察した例を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１０の測定系において他の試料を側面から見て観察した例を説明する図である。
【図１２Ｃ】図１０の測定系においてＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
【図１３Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置を湾曲させた場合の測定系の全体構成を示す図である。
【図１３Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置を湾曲させた場合の測定系のベントマスクの例を示す図である。
【図１３Ｃ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置を湾曲させた場合の測定系の２次元画像の観察例を示す図である。
【図１４Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の２３素子アレイセンサをフレキシブル基板に配置した場合の応用例において、２３素子アレイセンサを配置したフレキシブル基板を手に巻き付けた例を示す図である。
【図１４Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の２３素子アレイセンサをフレキシブル基板に配置した場合の応用例において、ＢはＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
【図１５Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプルのフレキシブルイメージングにおいて、フレキシブルアレイセンサを用いた測定系の観察方法を示す図である。
【図１５Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプルのフレキシブルイメージングにおいて、湾曲したサンプルのペットボトルを正面から見た要部破断図である。
【図１５Ｃ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプルのフレキシブルイメージングにおいて、ラベル内部の異物等を示す図である。
【図１６】図１５Ａの測定系で観察されたＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
【図１７】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプル（注射器）の全方位フレキシブルイメージングを説明する図であり、フレキシブルアレイセンサを用いた測定系を示す。
【図１８Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプル（注射器）の破損を示す図である。
【図１８Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の湾曲したサンプル（注射器）の破損の検知において、全方位イメージングの観察像を示す図である。
【図１９】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを用いた測定系を示す図である。
【図２０】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサにＴＨｚ発振器を組み込んだ測定系を示す図である。
【図２１】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを用いた測定系を示す図である。
【図２２】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを乳がん検査装置に適用した例を示す図である。
【図２３Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを用いた撮像システムを示す図である。
【図２３Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを用いた撮像システムを示す図である。
【図２４Ａ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを用いたウェアラブル医療検査器の装着例を示す図である。
【図２４Ｂ】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置の測定例を示すイメージ図である。
【図２５】本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のレキシブルアレイセンサを指先に装着した例を示す図である。
【図２６Ａ】図２５のフレキシブルアレイセンサのフレキシブルイメージングにおいて、測定対象（パイプ）の破損の測定方法を示す図である。
【図２６Ｂ】図２６Ａの測定対象（パイプ）の破損箇所を示す拡大図である。
【図２７】図２６Ａの測定対象（パイプ）の破損の測定おいて、フレキシブルアレイセンサ３５を測定対象（パイプ）内で全周回転した場合の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波検出システムの全体構成図である。
図１に示すように、テラヘルツ波検出システム１００は、フレキシブルアレイセンサ３０（テラヘルツ波検出装置）と、装置全体を制御するＰＣ（personal computer）１１０と、コントローラ１２０と、ＴＨｚ光源１３０と、ロックインアンプ１４０と、ＤＡＱ（Data AcQuisition）１５０（データ収集装置）と、を備える。
【００１４】
ＴＨｚ光源１３０は、例えば光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photo Conductive Antenna）や共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）等として構成される発生素子を含んで構成されている。テラヘルツ波発生素子で発生されたテラヘルツ波は、シリコンレンズによって効率よく取り出され、コリメートレンズによりテラヘルツ波ビームとして発射される。別の構成例として、ＴＨｚ光源１３０は、例えば励起光であるフェムト秒パルスレーザ光を出射する光源と、この光源から出射されたフェムト秒パルスレーザ光を受光してＴＨｚ波を発生させる発振部と、を備え、ＴＨｚ波を測定対象５１に照射する。
【００１５】
フレキシブルアレイセンサ３０は、ＴＨｚ光源１３０から出力されて測定対象５１を透過したテラヘルツ波を検出する（詳細後記）。
【００１６】
コントローラ１２０は、ＴＨｚ光源１３０を制御する。コントローラ１２０は、ロックインアンプ１４０に参照信号を出力する。
【００１７】
ロックインアンプ１４０は、乗算器およびローパスフィルタを備え、コントローラ１２０からの参照信号を入力し、この参照信号と等しい周波数成分の検出を行う。ロックインアンプ１４０は、測定信号に含まれる各種の信号のうち、参照信号周波数と等しい成分のみが直流となり、ローパスフィルタを通過できる。他の成分は、交流信号に変換されるので、ローパスフィルタで除去される。ロックインアンプ１４０は、ノイズを低減し、Ｓ／Ｎ（signal-to-noise ratio）を上げることができる。なお、ロックインアンプ１４０は、十分なＳ／Ｎが得られる場合は、省くことも可能である。
【００１８】
ＤＡＱ１５０は、フレキシブルアレイセンサ３０により検出された電圧・電流の電気的・物理的現象のデータを収集・計測する。
ここで、ＤＡＱ１５０に代えて、または併用してスイッチを設ける構成でもよい。このスイッチは、フレキシブルアレイセンサ３０の各テラヘルツ波検出素子１０の読み取りタイミングをずらしながら、フレキシブルアレイセンサ３０からの多チャンネル信号を読み出す。さらに、フレキシブルアレイセンサ３０を、ウェアラブルにする場合には、ＤＡＱ１５０に代えて、または併用して無線機をフレキシブルアレイセンサ３０に組み込み、無線によりデータを送信する。上記無線機は、例えばＮＦＣ（Near field radio communication：近接無線通信）やBluetooth（登録商標）が使用できる。
なお、上記ＤＡＱ１５０、スイッチ、無線機等を単層カーボンナノチューブフィルム１１（後記）に集積化することも可能である。
【００１９】
ＰＣ１１０は、コントローラ１２０を制御し、ＴＨｚ光源１３０から出力されるＴＨｚ光の波長を制御する。また、ＰＣ１１０は、ロックインアンプ１４０を制御し、フレキシブルアレイセンサ３０が得るべき検出信号を得られるように、ノイズを低減する。
【００２０】
［フレキシブルアレイセンサ３０］
フレキシブルアレイセンサ３０は、８個のテラヘルツ波検出素子１０を整列配置した８素子アレイセンサ（8-elementarray detector）である。８素子アレイセンサ（フレキシブルアレイセンサ３０）は、１ｍｍ幅のテラヘルツ波検出素子１０を０．５ｍｍ間隔で８個並べた構造である。図１のテラヘルツ波検出素子１０を上面視した場合の縦の長さは１ｍｍ、テラヘルツ波検出素子１０とテラヘルツ波検出素子１０間の電極間隔は、１．５ｍｍである。８素子アレイセンサ３０をＸＹ方向に動かすことで、８×８の２次元エリアでＴＨｚ検出を行うことができる。
フレキシブルアレイセンサ３０は、テラヘルツ波検出素子１０と、複数のテラヘルツ波検出素子１０をアレイ状に固定したフレキシブル基板２０と、を備える。
【００２１】
<フレキシブル基板>
フレキシブル基板２０は、可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム１１（後記）のフレキシブル支持基板である。フレキシブル基板２０は、例えばポリマー材料からなり、透明であってもよい。
フレキシブル基板２０は、可撓性・柔軟性に加え、非ノイズ性、低熱伝導率、絶縁性、耐候性、所定の強度等の支持基板としての必要な条件を満たせば、如何なる材質の基板でもよい。
【００２２】
本実施形態では、可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム１１が、フレキシブル基板２０により支持される構成例を示している。この構成例には限定されず、カーボンナノチューブ膜（単層カーボンナノチューブフィルム１１）がある程度の厚みを持っていれば、フレキシブル基板２０を支持基板として使用しない構成も原理的には可能である。ただし現実的には、カーボンナノチューブ膜自体は何らかの支持手段を用いて支持しないと自由に曲がるので、支持用のフレキシブル基板２０を用いることが好ましい。
【００２３】
［テラヘルツ波検出素子１０］
図２は、テラヘルツ波検出素子１０の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
本実施形態のテラヘルツ波検出装置１０は、材料や電極１２，１３の最適条件を提供する。
図２に示すように、テラヘルツ波検出素子１０（テラヘルツ波検出装置）は、フレキシブル基板２０上に、高密度に集積化された可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム（Single-walled Carbon Nanotubes ：ＳＷＣＮＴｓ film）１１（低次元電子系材料）と、単層カーボンナノチューブフィルム１１の一方の端部の第１電極１２と、他方の端部の第２電極１３と、を備える。
第１電極１２と第２電極１３間の単層カーボンナノチューブフィルム１１上に、赤外線領域のＴＨｚ波４０が照射（IR irradiation）される。
【００２４】
<単層カーボンナノチューブフィルム>
カーボンナノチューブは、電気伝導性が高く、機械的強度が高く柔軟性がある。カーボンナノチューブは、ＤＣに近い周波数から紫外光領域に至る、極めて広い周波数帯での電磁波を吸収する。特に、サブテラヘルツ波から紫外線までの極めて広大な周波数帯域の光を吸収可能である。カーボンナノチューブがテラヘルツ検出器として使用できることは、本発明者らが以前に示した。しかしながら、検出器を構成する材料や電極の最適条件が分かっていなかった。本実施形態では、材料や電極の最適条件を提供する。まず、材料としてのカーボンナノチューブは、下記の特徴を有する。
単層カーボンナノチューブフィルム１１は、長さ方向が第１電極１２および第２電極１３の端部に沿って高密度で単層カーボンナノチューブが配向される。検出感度をより高めるためには、より配向性の高いものが望まれる。
単層カーボンナノチューブフィルム１１は、一例としてp-typeである。また、単層カーボンナノチューブフィルム１１は、n-typeであってもよく、p-typeとn-typeとを組み合わせたものでもよい。
単層カーボンナノチューブフィルム１１は、例えば膜厚５０μｍのカーボンナノチューブ薄膜である。
【００２５】
単層カーボンナノチューブフィルム１１は、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。単層カーボンナノチューブフィルム１１は、単層カーボンナノチューブが５０重量％以上を含むことが好ましく、８０重量％以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、平均直径に対する標準偏差に３を乗じた値の比が（３×標準偏差／平均直径）が０．２０より大きく、０．６０未満を満たし、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す単層カーボンナノチューブを使用することが好適である。
単層カーボンナノチューブフィルム１１は、単層カーボンナノチューブ（SWCNTs）、二層カーボンナノチューブ（DWCNTs）、多層カーボンナノチューブ（MWCNTs）を、それぞれ単独で使用、および／または、併用しても構わない。
【００２６】
<第１電極および第２電極>
第１電極１２および第２電極１３は、金属からなる。第１電極１２と第２電極１３は、例えばＡｕである。
その他、電極材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉがある。ただし、貴金属ではＡｕ以外のＣｕ、Ａｇ、Ｐｔなど、アルミニウム族元素ではＡｌ以外のＧａ、Ｉｎなど、クロム族元素ではＭｏ以外のＣｒ、Ｗなど、鉄族元素ではＮｉ以外のＦｅ、Ｃｏなど、スズ族元素ではＴｉ以外のＺｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｔｈなど、マグネシウム族元素のＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎなど、さらにこれらの金属の合金が使用できる。
第１電極１２の近くの単層カーボンナノチューブフィルム１１にテラヘルツ波を照射して起電力を発生させる場合、第１電極１２がソース電極であり、第２電極１３がドレイン電極である。第１電極１２と第２電極１３間にバッテリ２１および電流計２２を接続する。
なお、一例として、第１電極１２および第２電極１３の単層カーボンナノチューブフィルムの長さ方向は１．５ｍｍ、第１電極１２の端部と第２電極１３の端部との間は２０ｍｍとしている。
【００２７】
図３は、電極の材料（Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ）の熱伝導率（Thermal conductivity[W/m・K]）と応答信号（Response[μA]）（右縦軸）を示す図である。応答信号（Response[μA]）は、応答電流で示される。電極の材料の熱伝導率は、図３の折れ線グラフ（左縦軸）で示され、応答信号は、棒グラフ（右縦軸）で示されている。
図３に示すように、各電極の応答電流（Response[μA]）は、Ａｕ＞Ａｌ＞Ｍｏ＞Ｎｉ＞Ｔｉの順に感度が変化する。図３に示す電極の材料の中では、Ａｕの応答電流が最も大きく、次いでＡｌとなる。そして、感度はＡｌから略半減してＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉと続く。
上記感度は、熱伝導率と関連する。すなわち、図３に示すように、熱伝導率が良いほど高感度である。電極の熱伝導率を高めることで、検出感度を向上させることができる。
【００２８】
図４は、２９ＴＨｚのＴＨｚ波を照射時の電極の厚み（Thickness[nm]）に対する応答信号（応答電流）（Response[μA]）の関係を示す図である。
図４に示すように、電極（例えばＡｕ）の厚さが厚いほど高感度である。応答信号を増すためには、電極の厚みを厚くする。
【００２９】
以上のことから、熱伝導率が非対称の金属を用いる観点からは、図３に示す電極の材料の中では、(Ａｕ，Ａｌ)と（Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ）との組み合わせとなる。また、検出感度を向上させる観点からは、熱伝導率の大きいＡｕを選択することができる。したがって、一方の電極にＡｕを選択した場合、他方の電極は（Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ）から選択可能となる。この場合、各電極の熱伝導率の差を大きくするためには、他方の電極にはＴｉを用いるとよい。
【００３０】
図５は、テラヘルツ波検出素子１０（単層カーボンナノチューブフィルム１１）の電磁波吸収スペクトルを示す図である。横軸に周波数（Frequency[THz]）をとり、縦軸に電磁波吸収（Absorbance）をとる。
図５に示すように、テラヘルツ波検出素子１０は、０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚの幅広い周波数帯において電磁波を吸収することができる。
上述したように、単層カーボンナノチューブフィルム１１は、長さ方向が第１電極１２の端部から第２電極１３の端部に亘って高密度で集積化される。このため、単層カーボンナノチューブフィルム１１は、幅広い周波数帯において電磁波を吸収することができる。
【００３１】
図６Ａ−Ｃは、テラヘルツ波検出装置１０のＩ−Ｖ特性とＴＨｚ波への応答の結果（室温下）を示す図である。横軸にソース−ドレイン電圧[mV]をとり、縦軸にソース−ドレイン電流[μA]）をとる。また、図６Ａ−ＣのＩ−Ｖ特性の細実線は、ＴＨｚ波の照射がない場合（Off）を、太実線は、ＴＨｚ波の照射がある場合（On）を示す。
図６Ａに示すように、０．１４ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合、Ｉ−Ｖ特性は線形であり、Ｉ−Ｖ特性のシフトが観測された。
図６Ｂに示すように、１４ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合、Ｉ−Ｖ特性は線形であり、Ｉ−Ｖ特性のシフトが観測された。
図６Ｃに示すように、３０ＴＨｚのＴＨｚ波の照射によりＴＨｚ波を照射した場合、Ｉ−Ｖ特性は線形であり、Ｉ−Ｖ特性のシフトが観測された。いずれのＴＨｚ波の照射によってもＩ−Ｖ特性の傾きに変化がない（電気抵抗は一定のまま）ことから、単純なボロメトリック効果（ＴＨｚ波の吸収による温度上昇効果）ではない。単層カーボンナノチューブフィルム１１が載る基板（フレキシブル基板２０）の熱伝導率への依存性を測定したところ、熱伝導率が小さいほどＴＨｚ応答が大きくなることがわかった。この事実は、ＴＨｚ波の照射の結果として生じる熱が基板を通して逃げず、ＣＮＴに熱が蓄積されるほどＴＨｚ応答が大きくなることを意味しており、光熱電効果がＴＨｚ検出機構として予想される。
【００３２】
図７は、単層カーボンナノチューブフィルム１１のＸＹ面における応答信号（応答電流）（Response[μA]）を示す図である。図７に示す濃淡が強いところが感度が高いところである。図７の左側と応答信号（Response[μA]）のプラス側が信号の正（白色）、図７の右側と応答信号（Response[μA]）のマイナス側が信号の負（黒色）で表示されており、応答信号の正負と感度が検出されている。高感度部分は、単層カーボンナノチューブフィルム１１のＸＹ面の二箇所の各電極に近いところにある。
【００３３】
カメラにするには検出部をできるだけ小さくする必要がある。ところが、小さくすると２つの電極が近づくため、プラスの信号とマイナスの信号が混じり合ってキャンセルされてしまう。それを回避するため、非対称電極構造にした。これにより、一方の電極側のみの信号を取り出すことが可能になり、小型化によるキャンセルの問題を避けることができる。そこで、熱伝導率が非対称の金属を各電極に用いることで、非対称電極構造を実現する。例えば、一方の電極を熱伝導率の高いＡｕ、他方の電極を熱伝導率の低いＴｉにすることで、上記高感度部分をいずれか一方の電極から離す。これにより、一方のみの応答を取り出すことで、精確な画像を取得できる。
【００３４】
図８は、テラヘルツ波検出装置１０の雑音電流値を示す図である。
図８から、サブＴＨｚから数十ＴＨｚに至る、極めて広い周波数帯において、雑音電流値が１０−１０〜１０−１１Ａ／Ｈｚ１／２という優れた検出感度を得ることができた。優れた低雑音検出器として動作している。
【００３５】
図９Ａ−Ｂは、比較例と本実施形態のテラヘルツ波検出装置１０のＩ−Ｖ特性とＴＨｚ波への応答の結果（室温下）を示す図である。横軸にソース−ドレイン電圧[mV]をとり、縦軸にソース−ドレイン電流[μA]）をとる。また、図９Ａ−ＢのＩ−Ｖ特性の細実線および細破線は、ＴＨｚ波の照射がない場合（Off）を、太実線および太破線は、ＴＨｚ波の照射がある場合（On）を示す。
図９Ａは、第１電極１２（ソース電極）および第２電極１３（ドレイン電極）に同種の金属（Ａｕ−Ａｕ）を用いた一例である。
図９Ａに示すように、一例では、ＴＨｚ波の照射によるＩ−Ｖ特性のシフトは観測されない。
図９Ｂは、第１電極１２（ソース電極）に熱伝導率の高いＡｕを用い、第２電極１３（ソース電極）に熱伝導率の低いＴｉを用いた例である。
図９Ｂに示すように、ＴＨｚ波を照射した場合、Ｉ−Ｖ特性は線形であり、Ｉ−Ｖ特性のシフトが観測された。また、（Ａｕ−Ｔｉ）を用いた場合、Ｉ−Ｖ特性のシフトは、最も大きい。
以上、同じまたは異なる熱伝導率において、ＴＨｚ帯全領域で動作する広帯域・高感度・小型なテラヘルツ波検出装置１０を作製することができた。
【００３６】
次に、以上の最適値で試作した８素子アレイセンサ（フレキシブルアレイセンサ３０）（以下、８素子アレイセンサ３０という）による測定例を以下に示す。ＴＨｚ帯でのイメージング（一次元スキャン）を行った結果について説明する。
【００３７】
［８素子アレイセンサ３０平置きの場合］
図１０は、８素子アレイセンサ３０を平置きした場合の測定系の全体構成を示す図である。
図１０に示すように、被検査対象物であるメタルマスク（Metal mask）５２（試料）に、上方から赤外線領域のＴＨｚ波４０を照射（IR irradiation）する。ＴＨｚ光源は、フェムト秒レーザ等で発生させる。メタルマスク５２は、アルミホイル（ＴＨｚ波非透過）５３に情報５４（ここでは文字：Ｘ，Ｙ，Ｚ）を形成し、このアルミホイル５５に不透明（可視光）なフィルム（ＴＨｚ透過）を重ねてマスクとする。
このメタルマスク５２の下方に、８素子アレイセンサ３０を配置し、８素子アレイセンサ３０をメタルマスク５２に対してＸＹ移動（２次元移動）する。
あるいは、図１０に示すように、８素子アレイセンサ３０を載置し、上方から赤外線領域のＴＨｚ波４０を照射しつつ、メタルマスク５２を図１０の矢印（→）方向に移動させる。すなわち、８素子アレイセンサ３０を一方向に移動・交差させて２次元画像を観察する。
【００３８】
図１１Ａ−Ｂは、図１０の測定系の観察方法を説明する図であり、図１１Ａは、試料を下から見た図、図１１Ｂは、ＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
図１１Ａに示すように、メタルマスク５２（試料）は、アルミホイル５５に文字８２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を形成する（例えばアルミホイルから文字部分を切り取る）。
図１０に示すように、８素子アレイセンサ３０を一方向に移動させて２次元画像を観察する。図１１Ｂに示すように、メタルマスク５２の文字５４が高感度、高精度で観察できた。また、テラヘルツ波検出素子１０は、アレイ化されているので、８素子アレイセンサ３０を一方向に移動させるだけで２次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
【００３９】
図１２Ａ−Ｃは、図１０の測定系において他の試料を観察した例を説明する図であり、図１２Ａは、試料を下から見た図、図１２Ｂは、試料を側面から見た図、図１２Ｃは、ＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
図１２Ａに示すように、クリップ（軟鉄）５５（試料）の一部を円形のＧｅ板５６で覆う。ここで、Ｇｅ板５６のＧｅは、ＴＨｚ波に対して透過する。クリップ５５のＦｅは、ＴＨｚ波に対して非透過である。上方からみると、クリップ５５（試料）はＧｅ板５６で隠されてクリップ５５は見えない。すなわち、可視光では遮蔽物の後ろに何が隠されているか検知することはできない。
８素子アレイセンサ３０は、ＴＨｚ波の透過性を利用することで、図１２Ｃに示す透過イメージのように遮蔽物の後ろに隠された金属（クリップ５５）を明瞭に検知することができる。
前記図１０に示すように、８素子アレイセンサ３０を一方向に移動させて２次元画像を観察する。図１２Ｃに示すように、クリップ５５が高感度、高精度で観察できた。また、テラヘルツ波検出素子１０は、アレイ化されているので、８素子アレイセンサ３０を一方向に移動・交差させるだけで２次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
【００４０】
［２３素子アレイセンサ３０Ａ湾曲配置の場合］
図１３Ａ−Ｃは、２３素子アレイセンサ３０Ａ（フレキシブルアレイセンサ３０）（以下、２３素子アレイセンサ３０Ａという）を湾曲させた場合の測定系の全体構成を示す図である。
図１３Ａに示すように、２３素子アレイセンサ（23-elementarray detector）３０Ａは、フレキシブル基板２０に２３個のテラヘルツ波検出素子１０を整列配置する。フレキシブル基板２０の材質は、ポリイミドフィルム等どのようなものでもよい。また、単層カーボンナノチューブフィルム１１（図１および図２参照）は、高い電気伝導性と機械的強度を兼ね備えており、柔軟性のあるフレキシブル基板２０に用いることができる。２３素子アレイセンサ３０Ａは、１ｍｍ幅のテラヘルツ波検出素子１０を０．５ｍｍ間隔で２３個フレキシブル基板２０上に並べたフレキシブルセンサである。２３素子アレイセンサ３０Ａは、例えば指や腕など生体上の湾曲した箇所に密着させるように装着することができる（後記図１４参照）。
【００４１】
図１３Ｂに示すように、アルミホイル（ＴＨｚ波非透過）５５に情報５４（ここでは文字：Ｘ，Ｙ，Ｚと図形）を形成しこのアルミホイル５５に不透明（可視光）なフィルム（ＴＨｚ透過）５３を重ねて柔軟性のあるベントマスク（Bent mask）５７とする
ベントマスク５７（試料）に、上方から赤外線領域のＴＨｚ波４０を照射する。ＴＨｚ波の光源は、フェムト秒レーザ等で発生させる。
図１３Ａに示すように、ベントマスク５７（試料）に、上方からＴＨｚ波４０を照射しつつ、ベントマスク５７を矢印（→）方向に移動させて２次元画像を観察する。
図１３Ｃに示すように、ベントマスク５７を一方向に移動させて２次元画像を観察すると、ベントマスク５７の文字・図形５２が高感度、高精度で観察できた。測定対象が歪曲した物体でも明瞭なイメージが得られている。
また、テラヘルツ波検出素子１０は、アレイ化されているので、２３素子アレイセンサ３０Ａを一方向に移動させるだけで２次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
【００４２】
以下、図１４Ａ−Ｂないし図２２を参照して、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた全方位検査の適用例について説明する。
［２３素子アレイセンサ３０Ａの手に巻付け配置(パッシブイメージング)］
２３素子アレイセンサ３０Ａの手に巻付け配置例は、（１）湾曲した物体を測定する観点からフレキシブルＴＨｚ波スキャン（折れ曲がるＴＨｚ波スキャン）である、（２）人体を測定する観点からバイオスキャンである、（３）無光源測定を行うパッシブイメージングであるという特徴を有する。
図１４Ａ−Ｂは、２３素子アレイセンサ３０Ａの手に巻付け配置(パッシブイメージング；光源を用いず測定対象のＴＨｚ波を測定)した場合の応用例を示す図である。図１４Ａは、２３素子アレイセンサ３０Ａを手に巻き付けた例、図１４Ｂは、そのＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
図１４Ｂに示すように、測定対象が湾曲した手であっても明瞭なイメージが得られている。また、バイオスキャンの測定結果として、手からの熱放射を感知して、無光源環境下においてもイメージングできている。
このように、外部光源なしで手からの放射のパッシブイメージングを観察することができた。メディカルケアセンサなど医療応用が期待される。
【００４３】
［湾曲したサンプルのフレキシブルイメージング］
図１５は、湾曲したサンプルのフレキシブルイメージングを説明する図であり、図１５Ａは、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた測定系の観察方法を示す図、図１５Ｂは湾曲したサンプルのペットボトルを正面から見た要部破断図、図１５Ｃはラベル内部の異物等を示す図である。図１６は、図１５Ａの測定系で観察されたＴＨｚ透過光の観察像を示す図である。
図１５Ａに示すように、測定対象のペットボトルのラベル６１に、ペットボトルの内側からＴＨｚ波４０（ＴＨｚ透過光）を照射しつつ、フレキシブルアレイセンサ３０を矢印（→）方向（下方向）に移動させて２次元画像を観察する。フレキシブルアレイセンサ３０は、テラヘルツ波検出素子１０が、アレイ化されているので、フレキシブルアレイセンサ３０を下方向に移動させるだけで２次元画像を取得できる。
図１５Ｂに示すように、肉眼ではラベル６１の下の状態は見えない。実際には、図１５Ｃに示すように、ラベル６１の下には金属の異物６２が混入し、またペットボトルは破損６３している。
フレキシブルアレイセンサ３０は、例えば１．４ＴＨｚのＴＨｚ波４０を照射することで、図１６の透過イメージのようにラベル６１の後ろに隠された金属の異物と破損箇所を明瞭に検知することができる。
【００４４】
［湾曲したサンプルの全方位フレキシブルイメージング］
図１７は、湾曲したサンプル（注射器）の全方位フレキシブルイメージングを説明する図であり、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた測定系を示す。図１８Ａ−Ｂは、湾曲したサンプル（注射器）の破損を示す図であり、図１８Ａは注射器の破損を示す図、図１８Ｂは全方位イメージングの観察像を示す図である。
図１７に示すように、円環状に曲げたフレキシブルアレイセンサ３０を用いて、測定対象の医療器具（注射器７１）をＸ軸方向（上下方向）に通過させる。フレキシブルアレイセンサ３０は、Ｘ軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ３０をＸ軸方向にスキャンすると、全周を一度にスキャンするマルチビュースキャンとなる。
図１８Ａに示すように、注射器７１に破損７２がある場合、図１８Ｂに示す全方位イメージングの観察像に破損箇所が表される。
フレキシブルアレイセンサ３０は、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となる。既存のＴＨｚ波検出器と比べて大きな優位性を有する。
【００４５】
［マルチビュースキャン］
次に、図１９ないし図２３を参照して、マルチビュースキャンの具体例について説明する。
<ＴＨｚ光源設置>
図１９は、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた測定系を示す図である。図１および図１７と同一構成部分には同一符号を付している。
図１９に示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ａは、ＴＨｚ光源１３０を備える。ＴＨｚ光源１３０は、測定対象の医療器具（注射器７１）のＸ軸上に設置され、注射器７１の内部（測定対象内）に、例えば１．４ＴＨｚのＴＨｚ波４０を照射する。
この構成において、注射器７１の内部にＴＨｚ波４０を照射し、注射器７１の内部でＴＨｚ波４０を乱反射４１させる。この状態で、測定対象の医療器具（注射器７１）に、円環状のフレキシブルアレイセンサ３０をＸ軸方向に通過させる。フレキシブルアレイセンサ３０は、Ｘ軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ３０をＸ軸方向にスキャンすると、マルチビュースキャンを実現することができる。
図１９のマルチビュースキャン構成は、ＴＨｚ光源１３０を１つ設ける場合に有効である。ＴＨｚ光源１３０を用いたアクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたＴＨｚ光源を用いることができる。これにより、検査の解像度（分解能）を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
【００４６】
<ＴＨｚ光源・スキャナ内組み込み>
図２０は、フレキシブルアレイセンサ３１にＴＨｚ発振器を組み込んだ測定系を示す図である。図１７と同一構成部分には同一符号を付している。
図２０に示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｂは、フレキシブルアレイセンサ３１が、単層カーボンナノチューブフィルム１１と第１電極１２と第２電極１３とからなるテラヘルツ波検出素子（テラヘルツ波検出装置）と、さらに、複数のＴＨｚ発振器１５とを備える。このテラヘルツ波検出素子は、ＴＨｚ発振器１５からのＴＨｚ波を受信するＴＨｚ受信器である。
本実施形態では、フレキシブルアレイセンサ３１は、上記テラヘルツ波検出素子とＴＨｚ発振器１５とが、全周に亘って交互に配置されている。例えば、テラヘルツ波検出素子：ｎ（ｎは任意の自然数）個に対して、ＴＨｚ発振器：(ｎ−１)個である。なお、上記テラヘルツ波検出素子およびＴＨｚ発振器１５の各個数および配置方法は限定されない。また、上記テラヘルツ波検出素子とＴＨｚ発振器１５との対応関係は１:１に限られず、例えばＴＨｚ発振器１５が１に対しテラヘルツ波検出素子がｍ（ｍは任意の自然数）の、１：ｍであってもよい。
【００４７】
この構成において、各ＴＨｚ発振器１５は、ＴＨｚ波を発信し、各テラヘルツ波検出素子は、ＴＨｚ発振器１５により発信したＴＨｚ波を測定する。
フレキシブルアレイセンサ３１は、Ｘ軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ３１をＸ軸方向に移動すると、マルチビュースキャンを実現することができる。
【００４８】
図２０のマルチビュースキャン構成は、ＴＨｚ光源とテラヘルツ波検出素子１０をまとめて、コンパクトに測定する場合に有効である。例えば、図１９のように、測定対象の医療器具（注射器７１）のＸ軸上に設置されたＴＨｚ光源１３０を必要としない。このため、テラヘルツ波検出システム１００Ｂ全体を小型化することができる。また、ＴＨｚ光源１３０を設置しないので、フレキシブルアレイセンサ３１を用いてより簡便に、ＴＨｚ測定を実行することができる。すなわち、ＴＨｚ光源１３０を設置することなく、フレキシブルアレイセンサ３１を、測定対象物の周囲を通過させるだけで、全方位検査が可能となる。例えば、フレキシブルアレイセンサ３１を、検査工程ラインに設置するようにすれば、フレキシブルアレイセンサ３１を通過する測定対象物を短時間で検査することができ、生産性を向上させることができる。
また、アクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたＴＨｚ光源を用いることができることで、図１９の場合と同様に、検査の解像度（分解能）を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
【００４９】
<ＴＨｚ発振器なし>
図２１は、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた測定系を示す図である。図１７と同一構成部分には同一符号を付している。
図２１に示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｃは、ＴＨｚ発振器を備えない。例えば、前記図１に示すフレキシブルアレイセンサ３０を単独で用いてもよいし、図１９に示すテラヘルツ波検出システム１００ＡからＴＨｚ光源１３０を取り去る構成、あるいは図２０に示すテラヘルツ波検出システム１００Ｂのフレキシブルアレイセンサ３１のＴＨｚ発振器１５を非稼働にする構成でもよい。
図２１のマルチビュースキャン構成は、ＴＨｚ発振器なし（外部光源なし）で測定対象の医療器具（注射器７１）のＴＨｚ波の放射のパッシブイメージングを検査することができる。ＴＨｚ光源による照射の影響を避けたい場合に有効である。
【００５０】
以上、Ｘ軸の全周に亘ってスキャンする全方位フレキシブルイメージングについて説明した。全方位フレキシブルイメージングは、極座標系（polar coordinates system）に適用できる。極座標系の全方位フレキシブルイメージングとして、ＴＨｚ波を用いた乳がん検査について述べる。
【００５１】
<ＴＨｚ光源・スキャナ内組み込み：バイオスキャン>
乳がんの罹患数（全国推計値：２０１１年）は、女性のがん罹患全体の約２０％を占める。乳がん検診では、簡単に、感度良く見つけることが重要である。
図２２は、フレキシブルアレイセンサ３２を乳がん検査装置に適用した例を示す図である。図１７と同一構成部分には同一符号を付している。
図２２に示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｄのフレキシブルアレイセンサ３２は、乳がん検査装置に適用される。
フレキシブルアレイセンサ３２は、胸部に装着される装着器具８１に、左右一対で設置される。フレキシブルアレイセンサ３２は、頂点Ｏを中心に同心円状に、複数列配置された、単層カーボンナノチューブフィルム１１と第１電極１２と第２電極１３とからなるテラヘルツ波検出素子（テラヘルツ波検出装置）と、ＴＨｚ発振器１５と、テラヘルツ波検出素子１０およびＴＨｚ発振器１５を上に凸の曲面状（お椀状）に固定したフレキシブル基板２０Ａと、を備える。
上記テラヘルツ波検出素子は、乳がんに示す強い吸収を示す１．７ＴＨｚ波を検出する。また、ＴＨｚ発振器１５は、乳がんに示す強い効果を示すＴＨｚ波を発信する。
【００５２】
この構成において、フレキシブルアレイセンサ３２は、頂点Ｏを中心に同心円状にテラヘルツ波検出素子を配置しているので、胸部に装着器具８１を装着するだけで、極座標系におけるマルチビュースキャンを実現することができる。検査結果をもとに、乳がんの診断に役立てることができる。
ＴＨｚ発振器１５を用いたアクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたＴＨｚ光源を用いることができる。これにより、検査の解像度（分解能）を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
また、フレキシブルアレイセンサ３２を被験者の皮膚に密着させることができることから、測定対象が湾曲した乳房でも明瞭なイメージを得ることができる。
なお、フレキシブルアレイセンサ３２を被験者の皮膚に密着させて、被験者の皮膚からの熱放射を良好に感知することができるので、ＴＨｚ発振器１５なしでもイメージングは可能である。外部光源なしで皮膚からの放射のパッシブイメージングを観察できると、メディカルケアセンサなどの医療応用が期待できる。
【００５３】
<フレキシブルな撮像システム>
図２３Ａは、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた撮像システムを示す図である。図１および図１９と同一構成部分には同一符号を付している。
図２３Ａに示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｅは、ＴＨｚレーザ装置１３１１〜１３１４（テラヘルツ発振器）を備える。
ＴＨｚレーザ装置１３１１〜１３１４は、円環状のフレキシブルアレイセンサ３０の外周面に複数（ここでは４つ）設置される。
【００５４】
この構成において、フレキシブルアレイセンサ３０の内部に測定対象物（Imaging Object）７３を挿入する。ＴＨｚレーザ装置１３１１〜１３１４によりＴＨｚ波１３２１〜１３２４を４方向から照射し、フレキシブルアレイセンサ３０の内部でＴＨｚ波１３２１〜１３２４を乱反射１３３１〜１３３４させる。フレキシブルアレイセンサ３０は、Ｘ軸の全周に亘って曲げられているので、測定対象物７３が通過すると、フレキシブルアレイセンサ３０は、乱反射１３３１〜１３３４したＴＨｚ波を検出し、全方位計測を実現することができる。
【００５５】
図２３Ｂは、フレキシブルアレイセンサ３０を用いた撮像システムを示す図である。図２３Ａと同一構成部分には同一符号を付している。
図２３Ｂに示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｆは、さらにボールカメラ（Ball Camera）１３４１，１３４２を備える。
この構成において、測定対象物７４をテラヘルツ波検出システム１００Ｆ内に置いて、ＴＨｚレーザ装置１３１１〜１３１４（図示省略）によりＴＨｚ波１３２１〜１３２４を４方向から照射し、フレキシブルアレイセンサ３０の内部で乱反射１３３１〜１３３６させる。ボールカメラ１３４１，１３４２は、一部の乱反射１３３５〜１３３６を３６０°視野で取り込む。これにより、全方位計測に加え、３Ｄイメージングを実現することができる。
【００５６】
<ウェアラブル医療検査器>
図２４Ａ−Ｂは、フレキシブルアレイセンサ３１を用いたウェアラブル医療検査器を示す図であり、図２４Ａは、ウェアラブル医療検査器の装着例を示す図、図２４Ｂはその測定例を示すイメージ図である。図２０と同一構成部分には同一符号を付している。
図２４Ａに示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｇ（ウェアラブル医療検査器）は、フレキシブルアレイセンサ３１が、被験者の手首に巻きつけられる。図２４Ｂに示すように、フレキシブルアレイセンサ３１は、複数のテラヘルツ波検出素子１０と、複数のＴＨｚ発振器１５と、を備える。また、フレキシブルアレイセンサ３１が巻き付けられた手首は、皮下組織上に真皮７５と、その上の表皮７６と、皮下組織に近い真皮７５内の汗腺７７と、汗腺７７でつくられた汗７７ａを体外に排出する汗孔７８と、を有する。
【００５７】
この構成において、図２４Ｂに示すように、フレキシブルアレイセンサ３１のＴＨｚ発振器１５は、ＴＨｚ波４０を発信し、テラヘルツ波検出素子１０は、ＴＨｚ発振器１５により発信したＴＨｚ波４０の反射波（反射したＴＨｚ波）４１を測定する。
アポクリン腺は、緊張や興奮などにより汗を分泌する。また、人体の汗７７ａは、ＴＨｚ領域において電磁波共鳴吸収される。
図２４Ａに示すように、テラヘルツ波検出システム１００Ｇ（ウェアラブル医療検査器）は、フレキシブルアレイセンサ３１を被験者の手首に装着することで、皮膚下の汗７７ａを、テラヘルツ波検出素子１０により非侵襲でリアルタイムに計測することができる。このような画像を、例えば無線により病院に転送することで、被験者の状態をリアルタイムで把握することができる。
【００５８】
上述した各実施例は、本フレキシブルアレイセンサが物体の外側を取り巻くように配置した例について説明した。本フレキシブルアレイセンサは、物体に対してどのような相対位置に配置することも可能である。例えば、本フレキシブルアレイセンサを物体の内側に配置して、ＴＨｚ波を測定できる。
【００５９】
図２５は、本実施形態に係るテラヘルツ波検出装置のフレキシブルアレイセンサを指先に装着した例を示す図である。
図２５に示すように、フレキシブルアレイセンサ３５（テラヘルツ波検出装置）を指先に例えば医療用テープで巻き付けて装着する。フレキシブルアレイセンサ３５からの信号線ワイヤ３６は、手首等に束ねて、図示しない測定装置に接続する。この場合、信号線ワイヤ３６を無線機に接続し、無線（Bluetooth（登録商標）など）によりデータを送信するようにしてもよい。
【００６０】
図２６Ａ−Ｂは、図２５のフレキシブルアレイセンサ３５のフレキシブルイメージングにおいて、測定対象（パイプ）の破損の測定方法を示す図であり、図２６Ａは、そのスキャニング方法を示す図、図２６Ｂは図２６Ａの測定対象（パイプ）３７の破損箇所３８を示す拡大図である。図２７は、図２６Ａの測定対象（パイプ）の破損の測定おいて、フレキシブルアレイセンサ３５を測定対象（パイプ）内で全周回転した場合の測定結果を示す図である。
【００６１】
図２６Ａに示すように、フレキシブルアレイセンサ３５を装着した指先を測定対象（パイプ）３７に挿入し、図２６Ａ矢印に示すように、回転させる。指先に装着されたフレキシブルアレイセンサ３５は、測定対象（パイプ）３７内を自由に周回できるので、フレキシブルアレイセンサ３５を全周回転してスキャンすると、マルチビュースキャンを実現することができる。図２７に示すように、測定対象（パイプ）３７内の破損箇所３８を明確に検出することができる。
以上は、１本の指先に装着されたフレキシブルアレイセンサ３５の測定例であるが、５本の指先に装着された各フレキシブルアレイセンサ３５の測定結果を用いると、いままでになかった測定対象のＴＨｚスキャナが可能になる。例えば、フレキシブルアレイセンサ３５を指先に装着した手で、球状物体等の立体造形物を掴んだり、指先で撫でたりすることで、この立体造形物の全方位検査が可能となる。
【００６２】
このように、フレキシブルアレイセンサ３５は、指先などあらゆるものに取り付けることができ、測定対象の形状や位置などのイメージング条件の制約を緩和することができる。その結果、フレキシブルアレイセンサ３５（テラヘルツ波検出装置）の適応範囲を格段に拡大することができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態に係るフレキシブルアレイセンサ３０は、可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム１１と、単層カーボンナノチューブフィルム１１の２次元平面上に対向配置された第１電極１２および第２電極１３と、を有するテラヘルツ波検出素子１０と、テラヘルツ波検出素子１０を折り曲げ自在に支持する可撓性を有するフレキシブル基板２０と、を備える。フレキシブル基板２０は、湾曲または円筒形に形成されており、テラヘルツ波検出素子１０は、湾曲または円筒形に形成されたフレキシブル基板２０上に整列配置することが好ましい。
【００６４】
このように、フレキシブルアレイセンサ３０を一方向に移動させるだけで２次元画像を取得でき、高感度、高精度で高速に観察可能である。すなわち、既存技術の多くが走査型であるため、イメージング測定に時間がかかっていた。これに対して、本実施形態では、フレキシブル基板２０上に複数のテラヘルツ波検出素子１０が整列配置されているので、配列方向と直交する方向にフレキシブルアレイセンサ３０を移動させるだけで２次元画像を、高感度、高精度で高速に計測することができる。また、時間変化の追跡が可能である。
【００６５】
特に、フレキシブルアレイセンサ３０は、折り曲げられるカメラであるため、全視野測定が瞬時に可能である。フレキシブルアレイセンサ３０は、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となる。既存のＴＨｚ検出器と比べて大きな優位性を有する。
さらに、フレキシブル特性を利用した生体センサや人体に貼り付けるなどセンシングや医療応用などにも適用可能である。また、ウェアラブルで高速な光信号処理デバイスも可能となる。さらに、フレキシブル特性を活かした様々な応用、例えば、健康管理と監視のためのマトリクス型触覚センサ、薄膜ヒータ、温度・赤外線センサ等の融合が考えられる。
【００６６】
本実施形態では、電極の種類や厚みを変えて検出感度向上を確認した。多素子によるイメージング計測により、可視光では見えないものを可視化することができる。
また、サブテラヘルツ〜赤外での画像計測を１つのカメラで可能である。現時点では、１〜３０ＴＨｚで可能であるものの、原理的にはサブＴＨｚ〜数百ＴＨｚまで可能である。
【００６７】
本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、本実施形態では、単層カーボンナノチューブフィルム１１を用いているが、可撓性を有するカーボンナノチューブ膜であればよく、カーボンナノチューブフィルムは単層である必要はない。すなわち、可撓性を有する多層カーボンナノチューブ膜であってもよい。
【００６８】
また、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記実施の形態では、テラヘルツ波検出装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、名称はテラヘルツ波検出器等であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０  テラヘルツ波検出素子
１１  単層カーボンナノチューブフィルム
１２  第１電極
１３  第２電極
１５  ＴＨｚ発振器
２０，２０Ａ  フレキシブル基板
３０，３０Ａ，３１，３２，３５  フレキシブルアレイセンサ（テラヘルツ波検出装置）
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｆ，１００Ｇ  テラヘルツ波検出システム
１１０  ＰＣ
１２０  コントローラ
１３０  ＴＨｚ光源
１３１１〜１３１４  ＴＨｚレーザ装置（テラヘルツ発振器）
１３４１，１３４２  ボールカメラ
１４０  ロックインアンプ
１５０  ＤＡＱ（データ収集装置）
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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