(57)【要約】【課題】主としてミリ波からテラヘルツ波における電磁波を用いてセンシングなどを行うための、低消費電力、小型で持ち運び可能な集積モジュールとして容易に構成され得る構成を有する高周波電気信号制御装置、これを用いたセンシングシステムを提供することである。【解決手段】高周波電気信号制御装置は、高周波電気信号の発信器１、受信器２、および信号を伝播させるための伝送路５を備え、伝送路５上に伝播している電気信号を空間に放射または空間から信号を受信するための構造体４ａ、４ｂを備えており、構造体４ａ、４ｂによる空間と伝送路５との間の電気信号の結合度を可変に制御できる様に構成されている。構造体が可動部を有していて、空間に放射される電波の指向性を偏向制御できる様に構成されてもよい。【選択図】  図１
2005020304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電気信号の発信器、受信器、および該信号を伝播させるための伝送路を備え、該伝送路上に伝播している電気信号を空間に放射または空間から信号を受信するための構造体を備えており、該構造体による空間と該伝送路との間の電気信号の結合度を可変に制御できる様に構成されていることを特徴とする高周波電気信号制御装置。
【請求項２】
高周波電気信号の発信器、受信器、および該信号を伝播させるための伝送路を備え、該伝送路上に伝播している電気信号を空間に放射または空間から信号を受信するための構造体を備えており、該構造体は可動部を有していて、空間に放射される電波の指向性を偏向制御できる様に構成されていることを特徴とする高周波電気信号制御装置。
【請求項３】
前記構造体としてアンテナが備えられ、該アンテナの放射或いは受信する電波の強度、または指向性を可変にできる様に構成された請求項１または２記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項４】
前記伝送路は、平面回路で構成されたマイクロストリップ線路、コプレーナ線路もしくはコプレーナストリップ線路であり、前記構造体は該平面回路上に作製されている請求項１、２または３記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項５】
前記伝送路上に、前記平面回路に形成された電気的接触をオン／オフする可動部を備えており、該可動部によって前記構造体と空間との結合度を可変に制御できる様に構成された請求項４記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項６】
前記伝送路は矩形または円形の空洞を持つ導波管であり、前記アンテナも同様な空洞を持つホーンアンテナとなっており、該ホーンアンテナの入力部と導波管の位置関係を変位させることで結合度の大きさを変化させることと、該ホーンアンテナの出力部の方向を変位させることで空間に放射される電波の指向性をスキャンすることの少なくとも一方ができる様に構成された請求項３記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項７】
前記アンテナの表面にはフォトニック結晶またはレンズを集積化して、狭出射角で高指向性の電波が出射される様に構成された請求項３記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項８】
前記伝送路に接続された発信器、受信器、および構造体の３つの間の電気信号の流れを一方向性にするために該伝送路にサーキュレータが集積化された請求項１または２記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項９】
高周波信号としてミリ波〜テラヘルツ波（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）帯を用いる請求項１乃至８記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項１０】
前記発信器、受信器が同一基板上に集積化された請求項１乃至９のいずれかに記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項１１】
前記高周波電気信号を発生させる発信器は、光伝導膜の表面に設けられて電圧を印加した２導体間のギャップにパルスレーザ光を照射する構成であり、前記受信器は、同様な構造で２導体間に流れる電流の大きさから電気信号を取り出す構成であって、同一パルスレーザ光の一部の光を受信器の２導体間のギャップに照射したタイミングでのみ受信できる構成であり、該パルスレーザ光を該受信器に導く光路の途中には光遅延量を制御できる手段が具備されている請求項１乃至１０のいずれかに記載の高周波電気信号制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の高周波電気信号制御装置を用いて、空間への電波の伝播を制御してワイヤレスで物体表面もしくは内部の構成元素や誘電率分布状態、位置情報などを検査することを特徴とする高周波センシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にミリ波からテラヘルツ波領域の高周波電気信号を発信、受信する高周波電気信号制御装置、およびこれを用いたセンシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ミリ波からテラヘルツ波にかけた電磁波（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）を用いた非破壊なセンシング技術が開発されてきている。この周波数帯の電磁波では、Ｘ線に代わる安全な透視検査装置としてイメージングを行なう技術や、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて結合状態やキヤリア濃度や移動度を評価する技術が開発されている。また、ミリ波では、７０ＧＨｚ帯で、衝突安全レーダとして位置センシング技術が開発されている。
【０００３】
例えば、２次元イメージング装置として、ミリ波発生器、その放射のためのアンテナ、受信素子、ミリ波の伝播路などを個別部品としてシステムが構成された提案例がある（特許文献１参照）。そのシステムを図８に示す。ここでは、正弦波のミリ波発生器１０２からアンテナ１１２を通してミリ波１１６が空間に放射され、電気光学結晶１１０で空間のミリ波１１６強度分布を受信して、これをレーザ１０４からのレーザ光で読み取るしくみになっている。このとき、同期検波技術を用いて、資料物体１１３の誘電率の違いにより生じたミリ波の位相差を検出することで、Ｓ／Ｎの良い透視イメージングが得られる。
【０００４】
一方、位置センシング技術としては、車載用ミリ波レーダが前後の車両との距離を計測するためなどに開発されつつある。提案例としては、非放射性誘電体線路（ＮＲＤ）を用いて図９のようにモジュール化された送受信機がある（特許文献２参照）。ここでは、ミリ波オシレータから出力されたミリ波はＮＲＤ２２１を伝播して、サーキュレータ２１９およびカプラ２１２、２１１を介して、可動部２３１に備えられた１次放射器２１３に到達し、その上に設けられたホーンアンテナ（不図示）と結合する。この際、可動部２３１が動くことで、ミリ波の放射指向性角度がスキャンできるようになっている。受信は、同一のアンテナで受けたあとに、サーキュレータ２１９を介してカプラ２２３において、オシレータのミリ波の一部をカプラ２２１で分岐したものとミキシングすることで行う。以上により探知方向を可変にできるミリ波モジュールが構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−０５０９０８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−０２２４２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、この様な透視イメージングや位置センシングにおいて、小型で持ち運びができる様なユビキタスモジュールが必要になってきている。様々な材料や生体情報を簡易に検査するデバイスとしての応用や、情報機器におけるポインティングデバイスとしての応用（例えば、ペン型入力装置の空間位置をセンシングするものとして用いる）が期待されるからである。
【０００８】
この場合、図８の従来例の様に個別部品で構成するものでは大型である。また、２次元イメージングを行う場合に、ビームを広げて一括計測を行う方法は高速ではあるが、ミリ波出力を大きくする必要があって、消費電力に問題がある。また、図９のＮＲＤを用いてビームスキャンが可能なようにモジュール化したものでは、この点を解決しているが、ＮＲＤの作製精度やカップラ、サーキュレータなどとの設置位置精度が高いことが要求され、コストが高く大量生産に向かないという問題がある。また、ビームスキャンを行うためにモータを用いることで、省電力や小型化の障害になる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、主としてミリ波からテラヘルツ波における電磁波を用いてセンシングなどを行うための、低消費電力、小型で持ち運び可能な集積モジュールとして容易に構成され得る構成を有する高周波電気信号制御装置、及びこれを用いたセンシングシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による高周波電気信号制御装置は、高周波電気信号の発信器、受信器、および該信号を伝播させるための伝送路を備え、該伝送路上に伝播している電気信号を空間に放射または空間から信号を受信するための構造体を備えており、該構造体による空間と該伝送路との間の電気信号の結合度を可変に制御できる様に構成されていることを特徴とする。また、高周波電気信号の発信器、受信器、および該信号を伝播させるための伝送路を備え、該伝送路上に伝播している電気信号を空間に放射または空間から信号を受信するための構造体を備えており、該構造体は可動部を有していて、空間に放射される電波の指向性を偏向制御できる様に構成されていることを特徴とする。本発明の装置の構成によれば、伝送路などの形成に応用できるマイクロ波集積回路（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ：ＭＩＣ）技術や、電気信号の結合度を可変に制御する手段や構造体の可動部などの形成に応用できるマイクロマシン（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ：ＭＥＭＳ）技術をミリ波、テラヘルツ波領域まで拡張して融合させて適用することで、装置の小型化を可能にしている。
【００１１】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様の高周波電気信号制御装置が可能である。
前記構造体としてアンテナが備えられ、該アンテナの放射或いは受信する電波の強度、または指向性を可変にできる様に構成され得る。また、前記伝送路が、平面回路で構成されたマイクロストリップ線路もしくはコプレーナ（コプレーナストリップ）線路であり、前記構造体は該平面回路上に作製されている形態にもできる。代表例を説明すると、発信器から受信器への高周波信号の伝送路をホトリソグラフィ等で高精度に作製できる平面回路として、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路などを基板上に作製し、そして、空間への電波の放射や受信を行う薄膜アンテナなどを同一平面回路上に集積化する。
【００１２】
また、前記伝送路上に、前記平面回路に形成された電気的接触をオン／オフする可動部を備えており、該可動部によって前記構造体と空間との結合度を可変に制御できる様にも構成できる。すなわち、アンテナへの結合の割合を制御する手段として、ミクロサイズで作り込んで同一平面回路上に集積化した接点スイッチなどが用いられる。アンテナへの給電は、このスイッチでｏｎ／ｏｆｆ制御して行える。
【００１３】
また、前記伝送路が矩形または円形の空洞を持つ３次元構造体である導波管であり、前記アンテナも同様な空洞を持つホーンアンテナとなっており、該ホーンアンテナの入力部と導波管の位置関係を変位させることで結合度の大きさを変化させることと、該ホーンアンテナの出力部の方向を変位させることで空間に放射される電波の指向性をスキャンすることの少なくとも一方ができる様に構成することもできる。すなわち、アンテナを作製した構造体自体をマイクロマシン技術で動かすことで、電波の放射或いは受信の強度制御や指向性制御を行うこともできる。これは、例えば、静電方式、電磁方式などで、振動回転ができる構造体を動かしたり、ホーンアンテナをスライドさせたりすることで実現する。
【００１４】
また、前記アンテナの表面にはフォトニック結晶またはレンズを集積化して、狭出射角で高指向性の電波が出射される様にも構成し得る。
【００１５】
また、前記伝送路に接続された発信器、受信器、および構造体の３つの間の電気信号の流れを一方向性にするために該伝送路にサーキュレータが集積化された構成にもできる。また、前記発信器、受信器が同一基板上に集積化された構成にもできる。
【００１６】
また、前記高周波電気信号を発生させる発信器が、光伝導膜の表面に設けられて電圧を印加した２導体間のギャップにパルスレーザ光を照射する構成であり、前記受信器が、同様な構造で２導体間に流れる電流の大きさから電気信号を取り出す構成であって、同一パルスレーザ光の一部の光を受信器の２導体間のギャップに照射したタイミングでのみ受信できる構成であり、該パルスレーザ光を該受信器に導く光路の途中に光遅延量を制御できる手段が具備されている構成にもできる。この様に、高周波信号の発信、受信を行う手段としては、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）などの半導体電子デバイスを用いる方法の他に、光伝導スイッチ素子に短パルスレーザを照射して短パルス電気信号を発生、検出する方法がある。
【００１７】
上記において、典型的には、高周波電気信号としてミリ波〜テラヘルツ波（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）帯を用いる。
【００１８】
更に、本発明による高周波センシングシステムは、上記の高周波電気信号制御装置を用いて、空間への電波の伝播を制御してワイヤレスで物体表面もしくは内部の構成元素や誘電率分布状態、位置情報などを検査することを特徴とする。これにより、上記の高周波電気信号制御装置の特徴を生かしたセンシングシステムを実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施例を挙げて本発明の実施の形態を具体的に説明する。材料、構造、デバイスなどはここに挙げたものに限定するものではない。
【００２０】
（第１の実施例）
本発明による第１の実施例を図１に示す。第１の実施例では、図１に示すように、マイクロストリップ線路５の途中にボータイ型の薄膜アンテナ４ａ、４ｂが同一モジュール３上に作り込まれ、線路５とアンテナとの接続が小型の接点スイッチ６で制御される。発信器１と受信器２は、図１のように、ハイブリッドで同一モジュール３内に集積されているが、外部の発信または受信装置と接続する形でもよい。発信器としては、例えば、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を増幅器として用いたマイクロ波、ミリ波発振回路を用い、高速受信装置としては、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を用いることができる。マイクロストリップ線路５は、Ａ−Ａ’断面図として示した図１（ｂ）のように、基板１０の上にＴｉ／Ａｕなどのグランドプレーン９を形成し、絶縁体８の上にＴｉ／Ａｕによる伝送線路パターン５を形成することで構成している。
【００２１】
基板１０としては、Ｓｉ、ガラスセラミック、ＡｌＮなどが好適に用いられ、絶縁膜８としては、ＢＣＢ樹脂やポリシラン、ポリイミドなどをスピンコートで塗布してキュアしたものが好適である。伝送線路パターン５やアンテナパターン４ａ、４ｂは、ホトリソグラフィを用いたリフトオフ法により絶縁膜８上に簡単に形成できる。なお、アンテナパターン４ａ、４ｂを形成するに先だって、グランド９との接点をとるためにスルーホール電極１１を形成している。接点スイッチ６としては、Ｂ−Ｂ’断面図として示した図１（ｃ）に示したように片持ち梁の静電駆動型のものを集積化している。駆動用配線７の両端に３０Ｖ印加することで、電極１２と梁６との間で静電引力により引き合う仕組になっており、その結果、アンテナ４ｂと伝送線路５が接続されることになる。
【００２２】
このスイッチ６がｏｆｆの状態では発信器１の出力の大部分は受信器２に到達し、信号を外部に送出することなく初期設定などを行えるようになっている。スイッチ６をｏｎにしたときには、アンテナ４ａ、４ｂの反射、透過特性に従って信号の一部が外部に放出されて空気中を伝播し、一部は受信器２に到達し、一部は発信器１に戻る。また、外部から伝播してきた電波或いは本モジュールで放出された電波が反射されて戻ってきたものをアンテナ４ａ、４ｂで受けて伝送線路５に結合させ、受信器２で受信することができる。このアンテナ４ａ、４ｂと伝送線路５の結合の割合は、アンテナ直下のグランドプレーン９の形状によっても変えられる。
【００２３】
伝送路部分の設計例としては次の様なものが可能である。５００μｍ厚で外形１０ｍｍ×２５ｍｍのＳｉ基板１０上にＴｉ／Ａｕ（５０ｎｍ／４５０ｎｍ）電極９を形成し、厚さ１０μｍのポリシラン８（比誘電率εｒ＝２．８）の上にさらにＴｉ／Ａｕ（５０ｎｍ／４５０ｎｍ）電極によるマイクロストリップ線路５として２５μｍ幅のものを形成すれば、５０Ω整合線路となる。ボータイアンテナ４ａ、４ｂのサイズとしては、底辺が８００μｍの直角二等辺三角形としたときの１００ＧＨｚ伝播の電磁波解析例を図２、図３に示す。左が入力ポートで右が出力ポートであり、いずれも５０Ω終端である。図２はスイッチ６がｏｆｆの場合であり、図２（ａ）の電流分布図で分かるように、ほぼ全信号が右側の出力ポートに到達し、アンテナ４ａ、４ｂには電力が供給されていないことが分かる。図２（ｂ）はアンテナ放射パターンであり、非対称な若干の漏れ電界があることが分かる。一方、図３はスイッチ６がｏｎのときであり、図３（ａ）から、アンテナ４ａ、４ｂに電力が供給されて右側の出力ポートに到達する信号が小さいことが分かる。また、アンテナ放射パターンは、図３（ｂ）から、対称な指向性をもつ電波が放射されることが分かる。
【００２４】
このように非常に小型の装置（上記数値例では１０ｍｍ×２５ｍｍ程度）で、高周波信号の空間との結合状態の変化を、電圧信号を用いてスイッチ６でｏｎ／ｏｆｆすることで実現できる。これは携帯機器の無線モジュールなどに好適に用いられて、その設計の自由度を大きくできる。
【００２５】
ここでは、一例としてボータイ型のアンテナを用いたが、以降の実施例でも説明する様なあらゆる薄膜アンテナとして、ダイポール型、パッチ型、スロット型、スパイラル型、ログペリ型、またこれらを複数並べて広帯域化したもの、八木アンテナ型、ホーンアンテナなどを用いてもよい。特に高周波パルスを発生させる場合には、広帯域化する必要があるので、それに適した型のアンテナを用いればよい。また、基板材料としてＧａＡｓやＩｎＰを用いて、ＨＢＴやＳＢＤなどの高速電子デバイスをモノリシックに集積化した形態も採り得る。
【００２６】
（第２の実施例）
第１の実施例の構成では、周波数帯によっては伝送線路やアンテナにおいて反射等が発生するために、信号制御ができない場合がある。そこで本実施例では、サーキュレータを用いて信号の流れを制御するものである。図４はその様な実施例を示したものであり、サーキュレータ２２、２６によって発信器１からアンテナ２３への信号の流れ、アンテナ２３から受信器２への信号の流れを一方向に制限している。アンテナ２３から受信器２への信号は、発信器１からの信号がアンテナ２３で反射されたものと外部から受信した電波の合成されたものになる。なお、受信器２から発信器１への信号は微弱であるとして、図示していない。このサーキュレータは、図４（ｂ）の断面図に示すようにサーキュレータ部２２にフェライト板２６を埋め込むことで構成している。
【００２７】
本実施例では、高周波パルス送受信のためアンテナをダプルパッチアンテナ２３、２７にして、広帯域化している。これは図４（ｂ）の断面図に示すように、サイズの異なるパッチアンテナ２３、２７を縦方向に重ねて両者を接続したものである。アンテナについては第１の実施例でも述べたように、この構造に限定されるものではない。伝送路２０、２１は第１の実施例と同様に５０Ω整合線路になっており、伝送路２０上に信号制御のための機械式スイッチ２４が備えられている。この部分の伝送路２０は切れていて、スイッチ２４の開閉で接続がｏｎ／ｏｆｆされる。第１の実施例と同様に、電極２５の両端に電圧を印加してスイッチ２４を開閉し、アンテナ２３、２７からの電波の放射を制御できる。その他の点は、第１の実施例と同様である。
【００２８】
（第３の実施例）
今までの実施例においてはアンテナからの電波の放射はｏｎ／ｏｆｆ制御のみであり、放射する場合のアンテナへの信号供給の大きさについては固定であった。本実施例では、小型に作製したホーンアンテナ３４を動かすことで信号供給の度合いを制御し、電波の放射或いは受信の強度を変化させるものである。
【００２９】
本実施例の形態を図５に示す。伝送路３０、３１や発信器１、受信器２については第２の実施例と同様である。また、第２の実施例ではサーキュレータを用いて信号の流れの制御を行ったが、ここでは方向性結合器３５および抵抗３２を用いて、発信器１から受信器２への信号の直接伝播についてのみ制限している。そのアイソレーション比については、抵抗３２の値や結合器３５の形状などによって制御できる。この場合、アンテナからの反射成分は発信器１にも戻るために、これを制限する必要がある場合には、サーキュレータに変更したり、発信器１の前にアイソレータを設けてもよい。
【００３０】
方向性結合器３５の１つの終端には、パッチアンテナ形状の１次放射器３６が備えられており、この１次放射器３６からの電波を強い指向性を保って空間に放出するためのホーンアンテナ３４がホール３３を介して１次放射器３６に結合している。ここでは、マイクロストリップ線路のかわりに基板内に導波管形状を作製し、ホーンアンテナ３４との結合部にホールを形成してもよい。
【００３１】
ホーンアンテナ３４は、図５（ｂ）に示すように、ブロック状の本体内部にホーン形状のくり貫きを有する様な構造になっている。実際には、表面プロセスで作製した樹脂やＳｉの内壁にＡｕなどを蒸着した２つの構造体を張り合わせて作製している。このホーンアンテナ３４を図５に示したように集積モジュール３上で動くようにすれば（図５（ａ）の両端矢印で示す方向に）、ホール３３を介する１次放射器３６との結合効率が変化するために、アンテナ３４から放射される電波の強度、またはアンテナ３４で受信できる感度を変調することができる。ブロック状のアンテナ３４の駆動方法としては、静電方式、または磁石を用いた電磁方式、超音波方式などが好適に用いられる。また、ホール３３の回りでホーンアンテナ３４を回転制御すれば、結合度をほぼ一定に保った状態で電波のビーム方向を偏向できる。
【００３２】
（第４の実施例）
本発明による第４の実施例は、図６のように、一対のトーションスプリングなどで支持されてこの軸の回りで回転駆動できる誘電体の構造体５７の上にスパイラル状のアンテナ５０を作製して、ビームスキャンを行うものである。伝送路や発信、受信回路はこれまでの実施例と同様でもよいが、本実施例では、基板５５に形成した絶縁層５６の表面に２導体５１、５２を形成してプッシュプル駆動できるようにしたコプレーナストリップ線路を用いている。
【００３３】
アンテナ５０への給電は、図６のようにそれぞれの線路５１、５２から構造体５７の回転駆動支持部を介して引き出す形となっている。構造体５７は電磁駆動方式などで特定周波数で振動することができ、アンテナ５０からの電波のビームをスキャンする。このとき指向性を向上させたいときは、図７（ａ）のように、テフロンやＳｉなどによる半球レンズ４０を構造体５７の上にさらに集積化させるとよい。或いは、図７（ｂ）のようにフォトニック結晶４１を集積化させれば、スパーコリメート効果により非常に指向性の高いビームにすることができる。フォトニック結晶４１は、例えば、波長オーダー幅（例えば１ｍｍ前後）のライン状に形成したＳｉロッド列を互いに直交するように複数層積み上げた構造で実現できる。
【００３４】
また、高周波パルス信号の発信、受信のために、短パルスレーザ５８を用いて光伝導スイッチ５９を開閉する方式を用いてもよい。すなわち、低温成長で作製したノンドープＧａＡｓ層５３は通常は高抵抗であるが、光伝導スイッチ５９のギャップにレーザ光が照射された瞬間のみフォトキャリアが発生し、ギャップの両端に電圧４６を印加すれば瞬間的に電流が流れ、これにより高周波パルスが発生することを利用する。このパルスレーザ５８のパルス幅を１００ｆｓ程度にすれば、０．４ｐｓ程度のパルス幅をもつ電磁波パルスに変換でき、ＴＨｚ領域に及ぶ電波を放射することになる。パルスレーザ５８としては、チタンサファイアによるモードロックレーザが制御性の高いものとして扱いやすいが、携帯性を重視する場合には、半導体モードロックレーザを用いて小型化するとよい。
【００３５】
受信側では、コプレーナストリップ線路５１、５２を伝播してきた高周波パルスを同様な構造をもつ光伝導スイッチ６０によって受信する。このとき、受信側の光伝導スイッチ６０のギャップにも、ビームスプリッタ６２で分けて反射ミラー６３で反射したレーザ光を照射し、レーザ光が照射されている期間のみ高周波パルスの信号を電流４５として観測できる様にする。高周波パルス発生側のＤＣ電圧を分離するために、光伝導スイッチ６０はコプレーナストリップ線路の片方の導体５２とは分離した形となっている。ここにおいて、光遅延器６１によって短パルスレーザ光の遅延量を制御することにより、高周波パルスの信号波形をサンプリングしながら観測できる。高周波パルス発生側の光伝導スイッチ５９の両端電圧を正弦波信号で変調して受信側で同期検波すると、高感度計測が可能となる。ここでも、第１の実施例で説明したメカニカルなスイッチを、光伝導スイッチ５９とアンテナ５０と間の線路５１、５２のいずれか一箇所の部分に集積して信号のｏｎ／ｏｆｆ制御を行ってもよい。
【００３６】
この様な電気パルスによる発信、受信は、広帯域な無線技術いわゆるＵｌｔｒａ−ＷｉｄｅＢａｎｄ  （ＵＷＢ）技術として、ワイヤレスセンシングシステム、高速通信などにおいて開発されつつあるものである。本発明の装置はこの様なＵＷＢシステムへ有効に適用されるものである。
【００３７】
以上の各実施例に、ミリ波からテラヘルツ領域の電波によってセンシング等を行うための小型の集積モジュールの構成について説明してきた。これらは、従来例で説明した様な物質の２次元の透過または反射イメージング、近距離の位置センシングレーダなどの分野において、より携帯性に優れた装置として適用できる。イメージング装置として利用する場合には、所持品のセキュリティチェックやＩＣカードの検査の装置、指紋センサ、血流・皮膚・眼などの医療診断装置などとして、設置スペースを必要とせず、あらゆる場所で簡単に検査できるシステムを提供できる。また、位置センシング装置として用いる場合にも、携帯機器に組み込んだ形で提供することができ、ディスプレイやコンピュータなどへのワイヤレス入力装置、リモコン装置、ゲームなどにおけるポインティングデバイスなどへの応用が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によって、主としてミリ波からテラヘルツ波における電磁波を用いたセンシングを行うための、電磁波の空間伝播の状態の可変制御、すなわちアンテナの放射強度やビーム偏向、ｏｎ／ｏｆｆなどの制御が容易で、小型、低消費電力な集積モジュールなどとして容易に構成できる高周波電気信号制御装置を実現できる。これにより、生体情報検査装置、手荷物セキュリティチェック装置、材料解析を行う透過／反射イメージング装置、ワイヤレスで位置情報をセンシングするレーダシステム、各種情報機器にデータ入力するためのポインティングデバイスなどに適用して、これらの装置ないしシステムの携帯性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高周波電気信号制御装置の第１の実施例の集積モジュールの構造を説明する図。
【図２】第１の実施例において、スイッチｏｆｆ時の電磁波解析例を示す図。
【図３】第１の実施例において、スイッチｏｎ時の電磁波解析例を示す図。
【図４】本発明による高周波電気信号制御装置の第２の実施例の集積モジュールの構造を説明する図。
【図５】本発明による高周波電気信号制御装置の第３の実施例の集積モジュールの構造を説明する図。
【図６】本発明による高周波電気信号制御装置の第４の実施例の集積モジュールの構造を説明する斜視図。
【図７】本発明による第４の実施例の集積モジュールの電波ビームの指向性制御の例を示す斜視図。
【図８】ミリ波２次元イメージング装置の従来例を示す図。
【図９】ミリ波レーダシステムの送受信部の従来例を示す図。
【符号の説明】
１‥発信器
２‥受信器
３‥集積モジュール
４ａ、４ｂ、２３、２７、３４、５０、１１２‥アンテナ
５、２０、２１、３０、３１、５１、５２、２１１、２１２、２２１、２２２、２２３‥伝送路
６、２４‥スイッチ
７、１２、２５‥電極
８、５６‥絶縁層
９‥グランドプレーン
１０、５５‥基板
１１‥スルーホール
２２、２１９‥サーキュレータ
２６‥フェライト板
３２‥抵抗
３３‥ホール
３５‥方向性結合器
３６、２１３‥１次放射器
４０‥レンズ
４１‥フォトニック結晶
４５‥電流信号
４６‥電圧源
５３‥光伝導層
５７‥振動体
５９、６０‥光伝導スイッチ
６１‥光遅延器
６２‥ビームスプリッタ
６３、１０９‥反射ミラー
１０１、１０２、１０３‥正弦波発生器
１０４‥レーザ
１０５‥フォトダイオード
１０６‥偏向ビームスプリッタ
１０７、１０８‥波長板
１１０‥電気光学結晶
１１１‥光反射膜
１１３‥試料物体
１１４‥コンピュータ
１１５‥ロックインアンプ
１１６‥ミリ波
２３１‥可動部
２３２‥固定部
２２０‥終端器
【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】
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【図８】
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【図９】
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