(57)【要約】【課題】  水封筒、カプセル、容器等に収容された粉体、気泡等の散乱物を開封することなく非破壊で検出することができるテラヘルツ波を用いた散乱物検出装置と方法を提供する。【解決手段】  テラヘルツ波２を発生するテラヘルツ波発生装置１２と、テラヘルツ波を被検査物１に照射するテラヘルツ波照射装置１４と、被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分３をカットし散乱成分４の強度を検出する散乱強度検出装置２０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
該テラヘルツ波を被検査物に照射するテラヘルツ波照射装置と、
被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分の強度を検出する散乱強度検出装置と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ波を用いた散乱物検出装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ波照射装置は、発生したテラヘルツ波を平行光に変換するレンズと、該平行光の断面形状を被検査物より小さく制限して対象物に向けて照射する絞りとからなり、
前記散乱強度検出装置は、被検査物を直進して透過したテラヘルツ波を途中で遮光し、被検査物で散乱したテラヘルツ波を所定の位置に集光する共焦点光学系と、
該集光位置のテラヘルツ波の強度を検出する散乱強度検出器とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の散乱物検出装置。
【請求項３】
前記共焦点光学系は、互いに対向する第１と第２の軸外し放物面鏡と、該２つの軸外し放物面鏡の中間に位置しテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分を通す遮光部材とからなり、
前記第１軸外し放物面鏡は、テラヘルツ波の軸線に沿って入射側焦点と反射側焦点を有し、
被検査物は、第１軸外し放物面鏡の入射側焦点またはその近傍に位置決めされ、
前記遮光部材は、第１軸外し放物面鏡の反射側焦点またはその近傍に位置決めされる、ことを特徴とする請求項２に記載の散乱物検出装置。
【請求項４】
前記共焦点光学系は、互いに対向する第１と第２の凸レンズと、該２つの凸レンズの中間に位置しテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分を通す遮光部材とからなり、
前記第１凸レンズは、テラヘルツ波の軸線に沿って入射側焦点と反射側焦点を有し、
被検査物は、第１凸レンズの入射側焦点またはその近傍に位置決めされ、
遮光部材は、第１凸レンズの反射側焦点またはその近傍に位置決めされる、ことを特徴とする請求項２に記載の散乱物検出装置。
【請求項５】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生ステップと、
該テラヘルツ波を被検査物に照射するテラヘルツ波照射ステップと、
被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分の強度を検出する散乱強度検出ステップと、を有することを特徴とするテラヘルツ波を用いた散乱物検出方法。
【請求項６】
前記テラヘルツ波照射ステップにおいて、テラヘルツ波発生ステップで発生したテラヘルツ波を平行光に変換し、この平行光の断面形状を被検査物より小さく制限して対象物に向けて照射し、
前記散乱強度検出ステップにおいて、被検査物を直進して透過したテラヘルツ波を途中で遮光し、被検査物で散乱したテラヘルツ波を所定の位置に集光し、該集光位置のテラヘルツ波の強度を検出する、ことを特徴とする請求項５に記載の散乱物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて、封筒、カプセル、容器等に収容された粉体、気泡等の散乱物を開封することなく検出する散乱物検出装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１ＴＨｚ前後の周波数を有する電磁波、すなわちこの領域の遠赤外線及びサブミリ波を「テラヘルツ波」と呼ぶ。テラヘルツ波は、光波と電波の境界に位置しており、光波と電波の両方の特性を有する。
テラヘルツ波の特徴の１つは、電波の物質透過性を有する最短波長域であり、かつ光波の直進性を備えた最長波長であるという点である。すなわち、電波のように様々な物質を透過することができ、波長が短い（１ｍｍ前後〜３０μｍ前後）ことから、電波帯では最も高い空間分解能が得られ、かつ光波のようにレンズやミラーによる引き回しが可能である。
【０００３】
かかるテラヘルツ波の特性を利用した装置として、例えば、特許文献１、２等が開示されている。
【０００４】
特許文献１の「テラヘルツ電磁波により粉体物性測定装置及び方法」は、図７に示すように、粉体を保持する手段５１と、粉体にテラヘルツ電磁波を照射する照射手段５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、粉体を通過したテラヘルツ電磁波を受信して電気信号に変換する受信手段５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、該受信手段の出力を該粉体を通過するテラヘルツ電磁波の粉体の各位置での伝播時間の差もしくは振幅の差を取得する手段５４と、該差に基づいて表示装置に粉体の特徴を表示するための画像処理をする画像処理手段５５とを備え、粉体の特徴を測定するものである。
この手段により、実施例において、粉体の透過率、屈折率、充填率等が測定されている。
【０００５】
特許文献２の「テラヘルツ波を用いた差分イメージング方法及び装置」は、図８に示すように、約０．５〜３ＴＨｚの周波数範囲において異なる２波長のテラヘルツ波６４ａ，６４ｂを発生させ、２波長のテラヘルツ波を被検査物６５に照射してそれぞれの透過率を計測し、その透過率の相違からテラヘルツ波の吸収に波長依存性のあるターゲットの有無を検出するものである。
この手段により、実施例において、鮭のＤＮＡ等の波長依存性が測定されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６１４５５号公報、「テラヘルツ電磁波により粉体物性測定装置及び方法」
【特許文献２】特開２００４−１０８９０５号公報、「テラヘルツ波を用いた差分イメージング方法及び装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、炭疽菌や薬物を郵便物として頒布する一種のテロ行為が社会問題化している。これらの内在物は、従来のＸ線写真では内在物の形状は判断できるがその特性は開封しない限り判断できない。そのため、例えば粉末状の薬物は、封筒内に封入して郵送されると、開封せずに検出はできなかった。
また、医療用薬剤等の製品検査においても、カプセルや容器内に製品が封入されているかを、開封せずに外部から検出できなかった。
さらに、不透明なプラスチック製品、セラミック製品、塗料、石油、釉薬、磁性塗料等の内部に欠陥として気泡等が存在する場合でも、従来はこれを外部から非破壊で検出することができなかった。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、封筒、カプセル、容器等に収容された粉体、気泡等の散乱物を開封することなく非破壊で検出することができるテラヘルツ波を用いた散乱物検出装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
テラヘルツ波は、封筒やプラスチック容器等の透過性が高く通常そのまま直進して透過する。一方、内部に粉体や気泡が存在すると、テラヘルツ波の波長が短いので通常強く散乱される。従って、テラヘルツ光の直進成分と散乱成分を分離して計測することにより、封筒やプラスチック容器内に粉体や気泡等の散乱物の有無を検出することができる。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、該テラヘルツ波を被検査物に照射するテラヘルツ波照射装置と、被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分の強度を検出する散乱強度検出装置と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ波を用いた散乱物検出装置が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記テラヘルツ波照射装置は、発生したテラヘルツ波を平行光に変換するレンズと、該平行光の断面形状を被検査物より小さく制限して対象物に向けて照射する絞りとからなり、
前記散乱強度検出装置は、被検査物を直進して透過したテラヘルツ波を途中で遮光し、被検査物で散乱したテラヘルツ波を所定の位置に集光する共焦点光学系と、該集光位置のテラヘルツ波の強度を検出する散乱強度検出器とからなる。
【００１２】
前記共焦点光学系は、互いに対向する第１と第２の軸外し放物面鏡と、該２つの軸外し放物面鏡の中間に位置しテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分を通す遮光部材とからなり、前記第１軸外し放物面鏡は、テラヘルツ波の軸線に沿って入射側焦点と反射側焦点を有し、被検査物は、第１軸外し放物面鏡の入射側焦点またはその近傍に位置決めされ、前記遮光部材は、第１軸外し放物面鏡の反射側焦点またはその近傍に位置決めされる。
【００１３】
また本発明の別の好ましい実施形態によれば、前記共焦点光学系は、互いに対向する第１と第２の凸レンズと、該２つの凸レンズの中間に位置しテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分を通す遮光部材とからなり、前記第１凸レンズは、テラヘルツ波の軸線に沿って入射側焦点と反射側焦点を有し、被検査物は、第１凸レンズの入射側焦点またはその近傍に位置決めされ、遮光部材は、第１凸レンズの反射側焦点またはその近傍に位置決めされる。
【００１４】
また、本発明によれば、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生ステップと、該テラヘルツ波を被検査物に照射するテラヘルツ波照射ステップと、被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分をカットし散乱成分の強度を検出する散乱強度検出ステップと、を有することを特徴とするテラヘルツ波を用いた散乱物検出方法が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記テラヘルツ波照射ステップにおいて、テラヘルツ波発生ステップで発生したテラヘルツ波を平行光に変換し、この平行光の断面形状を被検査物より小さく制限して対象物に向けて照射し、
前記散乱強度検出ステップにおいて、被検査物を直進して透過したテラヘルツ波を途中で遮光し、被検査物で散乱したテラヘルツ波を所定の位置に集光し、該集光位置のテラヘルツ波の強度を検出する。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明の装置及び方法によれば、被検査物を透過したテラヘルツ波の直進成分をカットし、散乱成分の強度を検出できるので、封筒、カプセル、容器等に収容された粉体、気泡等の散乱物を開封することなく非破壊で検出することができる、等の優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の散乱物検出装置の第１実施形態図である。この図に示すように、本発明の散乱物検出装置１０は、テラヘルツ波発生装置１２、テラヘルツ波照射装置１４、及び散乱強度検出装置２０を備える。
【００１９】
テラヘルツ波発生装置１２は、テラヘルツ波２を発生する。テラヘルツ波２は、１ｍｍ前後〜３０μｍ前後の範囲で、波長が一定であり、かつ一定出力の連続波又はパルス波であるのが好ましい。発生したテラヘルツ波の発生源は、点光源、線光源又は平行光源であるのがよい。
【００２０】
テラヘルツ波照射装置１４は、テラヘルツ波２を被検査物１に照射する。テラヘルツ波照射装置１４は、発生したテラヘルツ波２を平行光に変換するレンズ１５と、この平行光の断面形状を被検査物１より小さく制限して対象物に向けて照射する絞り１６とからなる。
この例において、テラヘルツ波２の発生源は、紙面に平行な線光源であり、レンズ１５は紙面に平行に延びるシリンドリカルレンズである。このシリンドリカルレンズ１５の線状の焦点位置にテラヘルツ波２の発生源が位置決めされ、シリンドリカルレンズ１５で断面形状が矩形の平行光に変換される。
絞り１６は、この例では被検査物１より小さい矩形の開口であり、被検査物１に照射するテラヘルツ波２の出力を一定に保ち、かつその全量が被検査物１に照射されるようになっている。
なお、レンズ１５はこの構成に限定されず、点光源に対して通常の凸レンズ系を用いてもよい。また絞り１６もこの構成に限定されず、円形又は矩形の可変絞りでもよい。
【００２１】
散乱強度検出装置２０は、被検査物１を透過したテラヘルツ波２の直進成分３をカットし散乱成分４の強度を検出する。散乱強度検出装置２０は、被検査物１を直進して透過したテラヘルツ波２を途中で遮光し、被検査物１で散乱したテラヘルツ波２を所定の位置に集光する共焦点光学系２２と、集光位置のテラヘルツ波の強度を検出する散乱強度検出器２８とからなる。
【００２２】
図２は、図１の共焦点光学系の説明図である。この図において、共焦点光学系２２は、互いに対向する第１と第２の軸外し放物面鏡２３、２４と、この２つの軸外し放物面鏡の中間に位置しテラヘルツ波の直進成分３をカットし散乱成分４を通す遮光部材２７とからなる。
【００２３】
第１と第２の軸外し放物面鏡２３、２４はそれぞれ、紙面上で放物線の反射面を有する凹面反射鏡である。それぞれの焦点距離は同一でも異なっていてもよい。
第１軸外し放物面鏡２３は、テラヘルツ波２の軸線に沿って入射側焦点Ｆ１と反射側焦点Ｆ２を有する。被検査物１は、この第１軸外し放物面鏡２３の入射側焦点Ｆ１またはその近傍に位置決めされる。また遮光部材２７は、第１軸外し放物面鏡２３の反射側焦点Ｆ２またはその近傍に位置決めされる。
【００２４】
この構成により、被検査物１に照射された矩形の平行光２のうち被検査物１をそのまま透過した直進成分３は、第１軸外し放物面鏡２３で反射して反射側焦点Ｆ２に集光し、遮光部材２７でカットされる。遮光部材２７はこの機能を満たすかぎりで十分小さく、かつテラヘルツ波２の反射率が小さいことが望ましい。
また、照射された矩形の平行光２のうち被検査物１で散乱された散乱成分４は、第１と第２の軸外し放物面鏡２３、２４で反射され、第２軸外し放物面鏡２４の反射側焦点Ｆ３に集光する。
散乱強度検出器２８は例えばシリコンボロメータであり、第２軸外し放物面鏡２４の反射側焦点Ｆ３に集光するテラヘルツ波２の強度を検出する。
従ってこの構成により、直進成分３をカットし、散乱成分４の強度を検出できる。
【００２５】
図３は、本発明の散乱物検出装置の第２実施形態図である。この例において、共焦点光学系２２は、互いに対向する第１と第２の凸レンズ２５，２６と、この２つの凸レンズの中間に位置しテラヘルツ波２の直進成分３をカットし散乱成分４を通す遮光部材２７とからなる。
第１と第２の凸レンズ２５，２６はそれぞれ、単一レンズでも複合レンズでもよい。また、１点に焦点を結ぶ円形レンズでも、線状に焦点を結ぶシリンドリカルレンズでもよい。さらにそれぞれの焦点距離は同一でも異なっていてもよい。
第１凸レンズ２５は、テラヘルツ波２の軸線に沿って入射側焦点Ｆ１と反射側焦点Ｆ２を有する。また被検査物１は、第１凸レンズ２５の入射側焦点Ｆ１またはその近傍に位置決めされ、遮光部材２７は、第１凸レンズ２５の反射側焦点Ｆ２またはその近傍に位置決めされる。
また被検査物１に照射する平行光２は、矩形でも円形でもよい。その他の構成は、図２と同様である。
【００２６】
この構成により、被検査物１に照射された平行光２のうち被検査物１をそのまま透過した直進成分３は、第１凸レンズ２５で反射側焦点Ｆ２に集光し、遮光部材２７でカットされる。また、照射された平行光２のうち被検査物１で散乱された散乱成分４は、第２凸レンズ２６で反射側焦点Ｆ３に集光する。従ってこの構成により、直進成分３をカットし、散乱成分４の強度を検出できる。
【００２７】
図４は、本発明の散乱物検出方法のフロー図である。上述した図１〜図３の装置を用い、本発明の方法は、以下のステップで行われる。
テラヘルツ波発生ステップＳ１において、テラヘルツ波２を発生する。
テラヘルツ波照射ステップＳ２において、発生したテラヘルツ波２を被検査物１に照射する。
散乱強度検出ステップＳ３において、被検査物１を透過したテラヘルツ波２の直進成分３をカットし、散乱成分４の強度を検出する。
【００２８】
なおテラヘルツ波照射ステップＳ２において、テラヘルツ波発生ステップＳ１で発生したテラヘルツ波２を平行光に変換し、次いでこの平行光の断面形状を被検査物１より小さく制限して対象物に向けて照射するのがよい。
また、散乱強度検出ステップＳ３において、被検査物１を直進して透過したテラヘルツ波２を途中で遮光し、被検査物１で散乱したテラヘルツ波２を所定の位置に集光し、この集光位置のテラヘルツ波の強度を検出するのがよい。
【００２９】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図５は、空の封筒に対する電磁波の透過率を計測した実施例である。この図において横軸は波数、縦軸は透過率である。使用した封筒はエアーメイル用の市販のものである。なお、波数［ｃｍ-１］は波長の逆数である。
この図から、波数が７０ｃｍ-１を超えると、透過率が低くなることがわかる。なお、この結果は、紙に限定されず、カプセルやプラスチック容器等でも同様の結果となる。
一方、一般に波長が短く波数が大きいほど、対象物に対する解像度が高まる。従って被検査物に照射する電磁波は、波数が３０〜７０の範囲、すなわち波長は０．１〜０．３ｍｍのテラヘルツ波を用いることが好ましい。
【実施例２】
【００３１】
図１に示した装置を用い、封筒のみと封筒内に粉体を入れた場合とで散乱光の強度を計測した。
この試験では、１．５ＴＨｚのテラヘルツ波２を発生するテラヘルツ波発生装置１２を用いた。波長は約０．２ｍｍである。また第１と第２の軸外し放物面鏡２３、２４として、焦点距離がそれぞれ５０．８ｍｍ、７６．４ｍｍの凹面反射鏡を用いた。
また粉体としては、封筒内禁止薬物の有無検査の前段階検査を考え、糖類（フルクトース）の粉体を使用した。なお粉体の粒径は、１ｍｍ〜３０μｍまでのものを用意し、これを４種の粒径範囲に分けて試験した。
【００３２】
図６は、得られた散乱強度の計測結果である。この図において、横軸は４種の粒径範囲を大きい順で示し、縦軸は検出器（散乱強度検出器２８）の指示値である。
この結果から、この装置を用いて封筒中の粉体の識別が可能であることが確認された。なお、本発明は、粉体に限らず、散乱を生じる程度に一様でない物体、例えばカプセルや容器内に製品が封入された医療用薬剤、不透明なプラスチック製品、セラミック製品、塗料、石油、釉薬、磁性塗料等の内部の気泡等の判別にも利用することができる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の散乱物検出装置の第１実施形態図である。
【図２】図１の共焦点光学系の説明図である。
【図３】本発明の散乱物検出装置の第２実施形態図である。
【図４】本発明の散乱物検出方法のフロー図である。
【図５】本発明の第１実施例による透過率の計測結果である。
【図６】本発明の第２実施例による散乱強度の計測結果である。
【図７】特許文献１の装置の構成図である。
【図８】特許文献２の装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  被検査物、２  テラヘルツ波、３  直進成分、４  散乱成分、
１０  散乱物検出装置、１２  テラヘルツ波発生装置、
１４  テラヘルツ波照射装置、１５  レンズ（シリンドリカルレンズ）、１６  絞り、
２０  散乱強度検出装置、２２  共焦点光学系、
２３  第１軸外し放物面鏡、２４  第２軸外し放物面鏡、
２５  第１凸レンズ、２６  第２凸レンズ、
２７  遮光部材、２８  散乱強度検出器（シリコンボロメータ）
【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６】
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【図７】
2006071412.tif 000009
【図８】
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