(57)【要約】【課題】装置の製造コストを効果的に削減する。【解決手段】テラヘルツ装置（１０）は、対象物（５００）に照射するテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生手段（１１０）と、テラヘルツ波発生手段に所定の電圧を印加する電圧印加手段（２１０）と、電圧印加手段に流れる電流値を検出する検出手段（２２０）と、検出手段によって検出された電流値に基づいて、対象物に関する情報を取得する取得手段（２３０）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】
対象物に照射するテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生手段と、
前記テラヘルツ波発生手段に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段に流れる電流値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記電流値に基づいて、前記対象物に関する情報を取得する取得手段と
を備えることを特徴とするテラヘルツ装置。
【請求項２】
前記取得手段は、前記対象物によって反射された前記テラヘルツ波が、前記テラヘルツ波発生手段に照射されることに起因して生じる前記電流値の変化に基づいて、前記対象物に関する情報を取得することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ装置。
【請求項３】
前記テラヘルツ波発生手段は、共鳴トンネルダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ装置。
【請求項４】
前記対象物に関する情報に基づいて前記対象物の画像を生成する画像生成手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を利用して、対象物に関する情報を取得するテラヘルツ装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ波イメージングの研究開発が活発化しており、例えば非破壊検査等への応用に期待が寄せられている。例えば特許文献１では、発生素子で発生したテラヘルツ波を対象物に照射すると共に、対象物で反射された又は対象物を透過したテラヘルツ波を受信素子で受信することで、対象物に関する情報を取得するという技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０６１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載された技術では、テラヘルツ波を発生させる発生素子に加えて、テラヘルツ波を受信する受信素子を備えることが要求される。また、発生素子から出射されるテラヘルツ波の光路と、受信素子で受信すべきテラヘルツ波（即ち、対象物で反射されたテラヘルツ波）の光路とを別々に確保することが要求されるため、光学系が複雑化してしまう。この結果、特許文献１を含む従来技術では、装置の製造コストが増大してしまうという技術的問題点が生ずる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、装置の製造コストを効果的に削減することが可能なテラヘルツ装置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】
【０００６】
上記課題を解決するテラヘルツ装置は、対象物に照射するテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生手段と、前記テラヘルツ波発生手段に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段に流れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記電流値に基づいて、前記対象物に関する情報を取得する取得手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】比較例に係るテラヘルツ波送受信部の構成を示す概略構成図である。
【図３】実施例に係るテラヘルツ波計測装置におけるバイアス電流の変動を測定するための測定系の概略構成図である。
【図４】戻り光によるバイアス電流の変動を示すグラフである。
【図５】変形例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜１＞
本実施形態に係るテラヘルツ装置は、対象物に照射するテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生手段と、前記テラヘルツ波発生手段に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段に流れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記電流値に基づいて、前記対象物に関する情報を取得する取得手段とを備える。
【０００９】
本実施形態のテラヘルツ装置によれば、その動作時には、テラヘルツ波発生手段において発生されたテラヘルツ波が、対象物に向けて照射される。なお、テラヘルツ波とは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。テラヘルツ波発生素子は、例えば共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）等として構成されている。
【００１０】
テラヘルツ波発生素子には、電圧印加手段により所定の電圧が印加されている。ここで、「所定の電圧」とは、テラヘルツ波発生素子において好適にテラヘルツ波を発生させるためのバイアス電圧（言い換えれば、テラヘルツ波発生素子の駆動電圧）であり、予めテラヘルツ波発生素子に応じた適切な電圧が設定されている。
【００１１】
電圧印加手段に流れる電流値（言い換えれば、テラヘルツ波発生素子の駆動電流値）は、検出手段により検出される。そして、取得手段では、検出手段で検出された電流値に基づいて、対象物に関する情報が取得される。なお、ここでの「対象物に関する情報」とは、対象物に直接的又は間接的に関連する情報を意味する広い概念であり、具体的には対象物の存在の有無を示す情報の他、対象物の位置や形状、材質等を示す情報が含まれる。
【００１２】
本願発明者の研究するところによれば、テラヘルツ波が照射される対象物に応じて（例えば、対象物の有無、位置、形状及び材質等に応じて）、電圧印加手段に流れる電流値が変化することが判明している。このため、電圧印加手段に流れる電流値を検出すれば、例えば対象物で反射されたテラヘルツ波を受信素子等により受信せずとも、対象物に関する情報を取得することができる。
【００１３】
従って、本実施形態に係るテラヘルツ装置では、テラヘルツ波を受信するための受信素子を別途設けなくともよい。また、テラヘルツ波発生素子から対象物に向けて照射されるテラヘルツ波の光路と、受信素子で受信すべきテラヘルツ波（即ち、対象物で反射されたテラヘルツ波）の光路とを別々に確保することが要求されないため、光学系の複雑化を防止できる。この結果、装置の製造コストを効果的に削減することが可能である。
【００１４】
＜２＞
本実施形態に係るテラヘルツ装置の一態様では、前記取得手段は、前記対象物によって反射された前記テラヘルツ波が、前記テラヘルツ波発生手段に照射されることに起因して生じる前記電流値の変化に基づいて、前記対象物に関する情報を取得する。
【００１５】
この態様によれば、テラヘルツ波発生素子から対象物に照射されたテラヘルツ波は、対象物において反射された後、再びテラヘルツ波発生手段に導かれる。すると、電圧印加手段を流れる電流値は、対象物で反射されたテラヘルツ波がテラヘルツ波発生手段に照射されることに起因して変化する。取得手段では、このような電流値の変化に基づいて、対象物に関する情報が取得される。
【００１６】
このように、本態様に係るテラヘルツ装置では、テラヘルツ波発生素子が実質的に受信素子としても機能する。従って、受信素子を別途設けずともよく、光学系の複雑化も防止できる。従って、装置の製造コストを効果的に削減することが可能である。
【００１７】
＜３＞
本実施形態に係るテラヘルツ装置の他の態様では、前記テラヘルツ波発生手段は、共鳴トンネルダイオードで構成されている。
【００１８】
本願発明者の研究するところによれば、テラヘルツ波発生手段を共鳴トンネルダイオードとして構成した場合には、電圧印加手段の電流値が対象物に応じて確実に変動することが判明している。従って、本態様によれば、極めて好適に対象物に関する情報を取得できる。
【００１９】
＜４＞
本実施形態に係るテラヘルツ装置の他の態様では、前記対象物に関する情報に基づいて前記対象物の画像を生成する画像生成手段を更に備える。
【００２０】
この態様によれば、例えば対象物に対する平面的な走査が行われ、対象物の走査位置の各々に対応する対象物に関する情報が取得される。その後、画像生成手段では、記憶された各走査位置に対応する対象物に関する情報に基づき、対象物の画像が生成される。この結果、対象物に関する情報が視覚化され、より正確に対象物を認識することが可能となる。
【００２１】
本実施形態に係るテラヘルツ装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
以下では、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本実施例では、本発明に係るテラヘルツ装置がテラヘルツ波計測装置（具体的には、テラヘルツ波を計測対象物に照射することで各種計測や分析を行う装置）に適用される場合を例にとり説明する。
【００２３】
＜装置構成＞
先ず、図１を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置の全体構成について説明する。ここに図１は、実施例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示す概略構成図である。
【００２４】
図１において、テラヘルツ波計測装置１０は、テラヘルツ波を計測対象物５００に照射する。テラヘルツ波は、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。
【００２５】
図１に示すように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０は、テラヘルツ波の照射及び検出を行うテラヘルツ波送受信部１００と、各種処理回路を有する信号処理部２００と、テラヘルツ波送受信部１００を駆動する走査機構３００とを備えている。以下では、各部の具体的な構成を、その動作と共に説明する。
【００２６】
テラヘルツ波計測装置１０の動作時には、テラヘルツ波発信部１１０からテラヘルツ波が発信される。テラヘルツ波発信部１１０は、「テラヘルツ波発生手段」の一具体例であり、例えば共鳴トンネルダイオードを含んで構成される。テラヘルツ波発信部１１０には、バイアス生成部２１０で生成されたバイアス電圧が印加されており、バイアス電圧に応じたテラヘルツ波が発信される。バイアス生成部２１０は、「電圧印加手段」の一具体例である。
【００２７】
テラヘルツ波発信部１１０から発信されたテラヘルツ波は、コリメートレンズ１２０を介して、テラヘルツ波ビームとして出射される。出射されたテラヘルツ波ビームは、対物レンズ１４０を介して計測対象物５００へ向けて照射される。
【００２８】
テラヘルツ波送受信部１００から照射されたテラヘルツ波ビームは、計測対象物５００によって、テラヘルツ波送受信部１００へと反射される。計測対象物５００で反射したテラヘルツ波ビームは、対物レンズ１４０及び集光レンズ１５０を介して、テラヘルツ波発信部１１０に入射する。
【００２９】
本実施例では特に、テラヘルツ波発信部１１０にテラヘルツ波が入射されると、バイアス生成部２１０に流れる電流（以下、適宜「バイアス電流」と称する）に変動が生ずる。バイアス電流の変動は、「検出手段」の一具体例である電流検出部２２０において検出される。電流検出部２２０は、検出したバイアス電流の変動を示す信号を、反射されたテラヘルツ波の検出信号としてロックイン検出部２３０に出力する。
【００３０】
ロックイン検出部２３０は、「取得手段」の一具体例であり、微弱な検出信号の中から必要な信号のみを抜き出すため、バイアス電圧に対応する参照信号を用いる。ロックイン検出部２３０では、テラヘルツ波の検出信号の参照信号とは異なる周波数のノイズ成分を除去、即ち検出信号と参照信号とを用いて同期検波をすることによって、時間波形信号を高感度・高精度に検波する。なお、ロックイン検出を用いない場合は、テラヘルツ波発信部１１０に、バイアス電圧として直流電圧を印加すればよい。
【００３１】
上述した検出信号の取得は、走査機構３００によるテラヘルツ送受信部１００の駆動と共に実行される。走査機構３００は、テラヘルツ送受信部１００を計測対象物５００に沿って平面的に（例えば、Ｘ方向及びＹ方向に）駆動する。走査機構３００の動作は、スキャナ駆動部２３０によって制御されている。走査機構３００による走査位置は、スキャナ駆動部２３０から画像処理部２５０に出力される構成となっている。
【００３２】
画像処理部２５０では、検波したテラヘルツ波の時間波形信号を一旦記憶装置等に取り込むなどして取得し、各種データ処理が行われる。具体的には、画像処理部２５０は、時間波形信号をフーリエ変換して周波数毎の振幅や位相を算出したり、様々な測定個所における時間波形信号を収集したりする。そして、画像処理部２５０では、これらのデータを用いて、計測対象物５００のイメージング画像が生成される。画像処理部２５０は、「画像生成手段」の一具体例である。
【００３３】
＜テラヘルツ波送受信部の特徴＞
次に、図１に加えて図２を参照しながら、本実施例に係るテラヘルツ波送受信部１００の特徴について詳細に説明する。ここに図２は、比較例に係るテラヘルツ波送受信部の構成を示す概略構成図である。
【００３４】
図１において、既に説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波送受信部１００では、テラヘルツ波発信部１１０から照射されたテラヘルツ波が、計測対象物２００において反射され、再びテラヘルツ波発信部１１０に照射される。そして、テラヘルツ波発信部１１０にテラヘルツが照射されることで生ずるバイアス電流の変動が、計測対象物５００に関する情報を有する検出信号として取得される。即ち、本実施例に係るテラヘルツ波送受信部１００では、テラヘルツ波発信部１１０が、実質的にテラヘルツ波受信部としても機能している。
【００３５】
図２に示すように、比較例に係るテラヘルツ波送受信部１１０ｂでは、テラヘルツ波を発信するテラヘルツ波発信部１１０に加えて、テラヘルツ波を受信するテラヘルツ波受信部１６０が設けられている。
【００３６】
テラヘルツ波送受信部１１０ｂによれば、テラヘルツ波発信部１１０から発信されたテラヘルツ波は、コリメートレンズ１２０を介して、テラヘルツ波ビームとして出射される。出射されたテラヘルツ波ビームは、ビームスプリッタ１３０を透過し、対物レンズ１４０を介して計測対象物５００へ向けて照射される。
【００３７】
テラヘルツ波送受信部１００ｂから照射されたテラヘルツ波ビームは、計測対象物５００によって、テラヘルツ波送受信部１００ｂへと反射される。計測対象物５００で反射したテラヘルツ波ビームは、対物レンズ１４０を介しビームスプリッタ１３０に入射する。ビームスプリッタ１３０に入射されたテラヘルツ波ビームは反射され、集光レンズ１５０を介して、テラヘルツ波受信部１６０に入射する。
【００３８】
以上のように、比較例に係るテラヘルツ波送受信部１００ｂでは、テラヘルツ波受信部１６０を設けるだけなく、計測対象物５００に照射するテラヘルツ波と、計測対象物５００で反射されたテラヘルツ波とを分離するための光学系を設けることが要求されてしまい、結果として装置構成が複雑化してしまう。
【００３９】
これに対し、本実施例に係るテラヘルツ波送受信部１００は、テラヘルツ波発信部１１０が受信部としても機能するため、装置構成を簡単化することができる。従って、製造コストの削減を実現することができる。なお、最適なバイアス電圧を設定するためには、調整用のテラヘルツ波受信部等を利用することが好ましいが、装置自体が受信部を備える必要はない（言い換えれば、調整用の受信部が１つあれば複数個の装置を製造できる）ため、製造コストは抑えられる。
【００４０】
＜バイアス電流の変動＞
次に、図３及び図４を参照しながら、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０において検出されるバイアス電流の変動について具体的に説明する。ここに図３は、実施例に係るテラヘルツ波計測装置におけるバイアス電流の変動を測定するための測定系の概略構成図である。また図４は、戻り光によるバイアス電流の変動を示すグラフである。
【００４１】
図３において、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０におけるバイアス電流の変動は、テラヘルツ波ビームの光路中に適当な遮蔽物を配置することで測定できる。図に示す例では、遮蔽物としてスポンジ４１０及びクロス４２０（厚みの異なる２種類）を利用している。また、測定の便宜上、対物レンズ１４０や計測対象物５００は配置せず、アルミミラー４５０により、照射されたテラヘルツ波ビームの殆どがそのまま反射される構成としている。
【００４２】
上述した測定系では、遮蔽物がない場合の戻り光（即ち、テラヘルツ波発信部１１０に入射されるテラヘルツ波）が最も大きくなる。一方で、テラヘルツ波を殆ど通さないスポンジ４１０を配置する場合には戻り光は実質的にない。また、厚いクロス４２０を配置した場合は、比較的少ない戻り光が得られ、薄いクロスを配置した場合には、比較的多い戻り光が得られる。
【００４３】
図４に示す例では、スポンジ４１０を配置する場合、厚いクロスを配置する場合、薄いクロスを配置する場合、遮蔽物を配置しない場合の順で、バイアス電流が大きくなっている。即ち、バイアス電流は、戻り光が多いほど大きくなることが分かる。よって、このような戻り光とバイアス電流との関係を利用すれば、専用の受信部を設けずともテラヘルツ波の強度を検出することができる。従って、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号から、計測対象物５００に関する情報を取得することが可能となる。
【００４４】
なお、上述した例では、戻り光が最大となる場合（即ち、遮蔽物を配置しない場合）と、戻り光がない場合（即ち、スポンジ４１０を配置する場合）とでは、約３０μＡの差が生じている。このため、テラヘルツ波計測装置１０は、μＡ単位での電流変動が検出できるものであることが好ましい。
【００４５】
＜変形例＞
次に、図５を参照しながら本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０の変形例について説明する。ここに図５は、変形例に係るテラヘルツ波計測装置の構成を示す概略構成図である。
【００４６】
図５において、変形例に係るテラヘルツ波計測装置１０ｂは、可視光は透過しないがテラヘルツ波は透過するような遮蔽物６００越しに、テラヘルツ波を反射する検出対象物５５０（例えば、金属等）の有無を検出するものとして構成されている。変形例に係るテラヘルツ波計測装置１０ｂとしては、例えばセキュリティ用途で、遮蔽物に隠れているナイフ等の金属を検出するものが想定される。
【００４７】
変形例においては、検出対象物５５０の材質が限定されるため、バイアス電流の変動も限定されることになる。このため、予め想定されるバイアス電流の変動に対して判定レベルを設定しておけば、それを基準に検出対象物５５０の有無を判定できる。即ち、極めてシンプルな構成で、正確に検出対象物５５０を検出することができる。なお、検出対象物５５０の材質が複数種類想定される場合には、それらの各々について複数の判定レベルを設定してもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置１０によれば、極めて簡単な構成で、対象物５００に関する情報を取得することができる。従って、装置のコストを効果的に削減することが可能である。
【００４９】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うテラヘルツ装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  テラヘルツ波計測装置
１００  テラヘルツ波送受信部
１１０  テラヘルツ波発信部
１２０  コリメートレンズ
１３０  ビームスプリッタ
１４０  対物レンズ
１５０  集光レンズ
１６０  テラヘルツ波受信部
２１０  バイアス生成部
２２０  電流検出部
２３０  ロックイン検出部
２４０  スキャナ駆動部
２５０  画像処理部
３００  走査機構
４１０  スポンジ
４２０  クロス
４５０  アルミミラー
５００  計測対象物
５５０  検出対象物
６００  遮蔽物
【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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