CN112041664A

CN112041664A - 太赫兹波检测装置、太赫兹波检测方法和太赫兹波检测系统

Info

Publication number: CN112041664A
Application number: CN201880092859.6A
Authority: CN
Inventors: 川前治; 田中幸修; 河野美沙子; 白水信弘; 奥万寿男; 胜木学; 藏知惠
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-12-04
Also published as: JP7041308B2; US20230258558A1; US11346776B2; JPWO2020017060A1; US20210318234A1; JP2021165746A; US20220260487A1; JP6907412B2; US11668650B2; WO2020017060A1

Abstract

本发明提供一种太赫兹波检测装置，包括：太赫兹波收发器，其包括发射太赫兹波的发射器，和接收被位于分析对象物的背后的背景反射物反射的反射太赫兹波的接收器；显示器；和信息处理装置，发射器向包含分析对象物的2维区域照射太赫兹波，其中太赫兹波是基于包含特定频率的发射信号而生成的，信息处理装置基于反射太赫兹波对分析对象物的浓度进行分析，生成在背景反射物的图像上合成分析对象物的浓度图像而得到的合成图像，将合成图像显示在显示器上。

Description

太赫兹波检测装置、太赫兹波检测方法和太赫兹波检测系统

技术领域

本发明涉及太赫兹波检测装置、太赫兹波检测方法和太赫兹波检测系统。

背景技术

已知各种VCO气体等在太赫兹波(0.1THz～10THz，下称“THz波”)的范围会呈现出特征性的频率吸收光谱。此外，已知THz波的波长比红外光长，不易受到气溶胶的影响。因此，非专利文献1公开了一种研究，其中使用了THz波的性质，将THz波应用于VCO气体的分析中。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1

无间隙(gapless)THz光梳分光法(ギャップレスTHzコム分光法)(激光研究(レーザー研究)第42卷第9号1～6页，2014年9月)

发明内容

发明要解决的技术问题

非专利文献1提到了如何产生没有光谱间隙(gapless)的太赫兹波，但是没有提到如何显示使用THz波进行分析的结果。太赫兹波的波长比可见光长，在将接收到的太赫兹波转换为图像时无法得到可见光图像程度的分辨率，因此为了将使用THz波分析的结果展示为图像，还存在进一步改善的余地。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种显示技术，能够使太赫兹波的分析结果易于观察。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的太赫兹波检测装置的特征在于，包括：太赫兹波收发器，其包括发射太赫兹波的发射器，和接收被位于分析对象物的背后的背景反射物反射的反射太赫兹波的接收器；显示器；和与所述太赫兹波收发器和所述显示器分别连接的信息处理装置，所述发射器向包含所述分析对象物的2维区域照射太赫兹波，其中太赫兹波是基于包含特定频率的发射信号而生成的，所述信息处理装置包括：基于所述反射太赫兹波对所述分析对象物的浓度进行分析的分析部；和可视化部，其基于所述分析部的分析结果，生成在拍摄所述背景反射物的背景图像上合成所述分析对象物的浓度图像而得到的合成图像，将合成图像显示在所述显示器上。

发明效果

采用本发明，能够提供一种使太赫兹波的分析结果易于观察的显示技术。另外，上述以外的技术目的、技术特征和效果可通过下述实施方式明确。

附图说明

图1A是第一实施方式的THz波检测装置的正视图。

图1B是第一实施方式的THz波检测装置的侧视截面图。

图2是第一实施方式的THz波检测装置的硬件结构图。

图3是第一实施方式的THz波检测装置的功能框图。

图4A是说明THz波的发射信号和接收信号的图。

图4B是表示接收信号的信号强度的图。

图5是表示THz波检测装置的工作流程的流程图。

图6是说明气体的可视化方法的图。

图7A是表示图像合成处理的一个例子的图。

图7B是表示图像合成处理的一个例子的图。

图8是第二实施方式的THz波检测装置的外观图。

图9是控制器的功能结构图。

图10是表示第二实施方式的THz波检测装置的应用例的图。

图11A是表示THz波检测装置与分析对象气体间的距离的关系的图。

图11B是表示THz波检测装置与分析对象气体间的距离的关系的图。

图12是表示第三实施方式的THz波检测装置，尤其是气体可视化应用部的处理流程的流程图。

图13A是说明表示分析对象气体的浓度分布的时间变化的特征量的图。

图13B是表示浓度分布图的一个例子的图。

图14是表示合成图像的图。

图15是表示第四实施方式的气体可视化应用部的处理流程的流程图。

图16A是第五实施方式的THz波检测装置的正视图。

图16B是第五实施方式的THz波检测装置的侧视截面图。

图17是表示第五实施方式的气体可视化应用部的处理流程的流程图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。在下面的说明中，对同一结构、处理步骤标注同一标记省略重复说明。

[第一实施方式]

在第一实施方式中，说明将THz波检测装置100应用于气体的可视化装置的例子。图1A是第一实施方式的THz波检测装置的正视图。图1B是第一实施方式的THz波检测装置的侧视截面图。图2是第一实施方式的THz波检测装置的硬件结构图。

图1A所示的THz波检测装置100通过在作为信息处理装置的智能手机10上外接THz波收发器1而构成。信息处理装置也可以是其他便携式信息终端，例如平板终端。此外，THz波检测装置100也可以通过在计算机上连接THz波收发器1而构成。

如图1B所示，智能手机10具有扩展I/F(接口)125，将THz波收发器1连接在扩展接口125上。

智能手机10在正面设置有显示器141和前置摄像机143。进一步，智能手机10在背面设置有后置摄像机144。此外，智能手机10在机壳内部容纳有处理器107。

图2是表示智能手机10的内部结构的一个例子的框图。在图2中，智能手机10由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)101、系统总线102、ROM(Read Only Memory：只读存储器)103、RAM(Random Access Memory：随机访问存储器)104、存储部110、通信处理器120、扩展接口125、操作器130、视频处理器140、音频处理器150、传感器160构成。

CPU101是控制整个智能手机10的微处理器单元。系统总线102是用于在CPU101与智能手机10内的各动作模块之间进行数据收发的数据通信路径。

ROM103是存储有操作系统等的基本动作程序和其他动作程序的存储器，例如使用EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory：电可擦可编程只读存储器)或快闪ROM那样的可擦写的ROM。RAM104为基本动作程序和其他动作程序执行时的工作区。ROM103和RAM104也可以与CPU101构成为一体。此外，ROM103也可以不采用图2所示的独立结构，而是使用存储部110内的一部分存储区域。上述处理器107由CPU101、ROM103、RAM104、存储部110经系统总线102连接而构成。

存储部110存储智能手机10的动作程序和动作设定值、智能手机10拍摄的图像、智能手机10的用户的信息等。

也可以用存储部110的一部分区域代替ROM103的全部或部分功能。此外，存储部110需要在不从外部向智能手机10供电的状态下也能够保持所存储的信息。因此，例如使用快闪ROM和SSD(Solid State Drive：固态硬盘)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等器件。

ROM103和存储部110上存储的上述各动作程序能够通过从广域公共网络上的各服务器装置(未图示)下载数据来进行更新和功能扩展。

通信处理器120包括LAN(Local Area Network：局域网)通信器121、电话网通信器122、NFC(Near Field Communication：近场通信)通信器123、Bluetooth(蓝牙)(注册商标)通信器124。LAN通信器121通过基于Wi-Fi(注册商标)等的无线连接，来经接入点(AP)装置(未图示)连接到广域公共网络，与广域公共网络上的各服务器装置进行数据收发。电话网通信器122通过与移动电话通信网的基站(未图示)之间的无线通信，进行电话通信(通话)以及数据收发。NFC通信器123在靠近对应的读/写器时进行无线通信。Bluetooth通信器124通过无线通信与对应的终端进行数据收发。LAN通信器121、电话网通信器122、NFC通信器123、Bluetooth通信器124分别包括编码电路和解码电路、天线等。此外，通信处理器120也可以进一步包括红外线通信和其他通信器。

扩展接口125是用于扩展智能手机10的功能的接口组，在本实施方式中，由影像/声音接口、USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)接口、存储器接口等构成。影像/声音接口例如用于从外部影像/声音输出设备输入影像信号/声音信号，以及向外部影像/声音输入设备输出影像信号/声音信号。USB接口用于与PC(Personal Computer：个人电脑)等连接以进行数据收发。此外还可以连接键盘及其他USB设备。存储器接口用于连接存储卡及其他存储器介质以进行数据收发。

操作器130是对智能手机10输入操作指示的指示输入装置，在本实施方式中由重叠配置于显示器141的触摸面板和排列有按钮开关的操作按键构成。不过，也可以仅为其中一者，还可以使用连接在扩展接口125上的键盘等进行智能手机10的操作。此外，还可以使用通过有线通信或无线通信连接的另外的便携式终端设备进行智能手机10的操作。此外，上述触摸面板的功能也可以由显示器141所具有。

视频处理器140由显示器141、图像信号处理器142、前置摄像机143、后置摄像机144构成。前置摄像机143是配置在与显示器141相同的面(正面)上的摄像机，例如用于所谓的自拍，即，利用显示器141一边确认由前置摄像机143拍摄的自身的面部，一边进行拍摄。后置摄像机144是配置在与显示器141相反的一侧(背面)的摄像机。

显示器141例如是液晶面板等显示器件，显示由图像信号处理器142处理后的图像数据，提供给智能手机10的用户。图像信号处理器142包括省略图示的图形RAM，基于输入到图形RAM的图像数据驱动显示器141。此外，图像信号处理器142具有根据需要进行格式转换、进行菜单和其他OSD(On-Screen Display：屏上显示)信号的叠加处理等的功能。前置摄像机143和后置摄像机144是作为摄像装置发挥作用的摄像机单元，使用CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合元件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器等电子器件，将通过镜头输入的光转换为电信号以输入周围和对象物的图像数据。

音频处理器150包括扬声器151、声音信号处理器152、麦克风153。扬声器151将声音信号处理器152处理后的声音信号提供给智能手机10的用户。麦克风153将用户的声音等转换为声音数据将其输入。

传感器160是用于检测智能手机10的状态的传感器组，在本实施方式中，包括GPS(Global Positioning System：全球定位系统)接收器161、陀螺仪传感器162、地磁传感器163、加速度传感器164、照度传感器165、人体传感器166。利用这些传感器组能够检测智能手机10的位置、倾斜度、方位、运动和周围的亮度等。此外，智能手机10也可以进一步包括气压传感器、压力传感器等其他的传感器。位置信息虽然是通过GPS接收器161取得的，但在处于GPS电波难以到达的地方导致无法取得位置信息的情况下，也可以通过LAN通信器121根据Wi-Fi的AP装置的位置信息来取得位置信息，还可以通过电话网通信器122根据基站信息取得位置信息。

图2所示的智能手机10的结构例包含大量的通信处理器120等在本实施方式中并非必要的结构，即使不具备这些结构也无损本实施方式的效果。此外，还可以进一步包括数字广播接收功能和电子货币支付功能等未图示的结构。

图3是第一实施方式的THz波检测装置100的功能框图。THz波检测装置100通过在处理器107的输入级连接THz波收发器1和后置相机144，在处理器107的输出级连接显示器141而构成。

处理器107主要包括分析部2和可视化部4。分析部2和可视化部4通过由构成处理器107的硬件执行实现THz波检测装置100之功能的软件而构成。

THz波收发器包括发射器11、接收器12、发射控制部13和天线14。

THz波收发器1从THz波收发器1附带的天线14，将发射波15a照射到包含分析对象气体6的3维空间。分析对象气体6吸收特定的频率光谱。并且，天线14接收通过分析对象气体6后在背景反射物5上反射的反射太赫兹波15b。

发射控制部13控制发射器11，使发射器11输出由光谱频率扫频得到的THz波(发射信号)。发射器11将发射信号转换为发射波15a(THz波)，从天线14向包含分析对象气体6的2维区域照射。接收器12取得天线14接收的反射太赫兹波15b，将其转换为接收信号发送至分析部2。

2维区域的发射波15a的照射是这样进行的，其中，以光谱频率的扫频期间为一个单位，按每个单位来水平或垂直地进行照射方向的扫描。照射方向的扫描方式既可以是机械方式——例如使用电流镜，也可以是电气方式——例如使用由多个天线元件配置成阵列状得到的相控阵天线，使输入到各天线元件的THz波信号的相位不同。扫描的同步信号与可视化部4共享。

分析部2包括频差检测器21、检波器22、频率检测器23、反射距离计算部24、基准强度检测部25、衰减量检测部26、标准化浓度计算部27、衰减比计算部28、气体识别部29。

另一方面，可视化部4包括深度图像(depth image)生成部41、浓度图像生成部42、图形图像(graphic image)生成部43和图像合成部44。

频差检测器21基于发射信号与接收信号的干涉信号得到发射信号与接收信号的频差Δf0，将其输出到反射距离计算部24。

反射距离计算部24根据Δf0计算天线14与背景反射物5的反射距离d，将反射距离d分别输出到标准化浓度计算部27和深度图像生成部41。

检波器22检测接收信号的包络线，将其分别输出到基准强度检测部25和衰减量检测部26。

基准强度检测部25基于接收信号的包络线，在分析对象气体6不进行THz波的光谱吸收的频段检测基准强度R。基准强度检测部25将基准强度R输出到衰减比计算部28。

衰减量检测部26基于接收信号的包络线，检测分析对象气体6进行光谱吸收的特定的频率处的包络线的凹陷，根据凹陷量检测衰减量S。衰减量检测部26将衰减量S输出到衰减比计算部28。

此外，衰减量检测部26将凹陷的出现时间(timing)输出到频率检测器23。频率检测器23检测产生凹陷的接收信号的频率f1，输出到气体识别部29。

气体识别部29识别吸收光谱的频率为f1的气体的种类，向图形图像生成部43输出。

衰减比计算部28根据基准强度R和衰减量S计算衰减比R/S，向标准化浓度计算部27输出。

标准化浓度计算部27计算由衰减比R/S除以反射距离d得到的标准化浓度R/S/d。标准化浓度计算部27将标准化浓度R/S/d输出到浓度图像生成部42。

后置摄像机144包括摄像部1441和摄像机控制部1442。摄像部1441例如包括CMOS传感器等摄像器件和摄像镜头。摄像部1441拍摄THz波照射到的2维区域的可见光或红外光图像。摄像机控制部1442将来自摄像部1441的信号转换为RGB信号。另外，也可以使拍摄区域中的一部分对应于THz波信号的照射区域。前置摄像机143与后置摄像机144一样，包括摄像部1431和摄像机控制部1432。使用前置摄像机143的实施方式在第三实施方式中说明。

深度图像生成部41以反射距离d为输入，按照与THz波照射方向的扫描同步的方式，将反射距离d转换为单色的明暗度等，生成2维图像。

浓度图像生成部42以标准化浓度R/S/d为输入，按照与THz波照射方向的扫描同步的方式，将标准化浓度R/S/d转换为单色的明暗度或映射为规定的颜色等，生成2维图像。

图形图像生成部43获得文本数据作为气体的类别信息，并进一步将文本数据转换为图形图像数据而得到图形图像。

图像合成部44以深度图像、浓度图像、图形图像以及摄像图像为输入，将这些图像合成，对显示器141输出。

图4A、B是说明气体和气味的分析方法的图。主要与图1的THz波收发器1和分析部2相关。

图4A是说明THz波的发射信号201和接收信号202的图，上述发射波15a、反射太赫兹波15b为分别处于天线14内外的关系。图4A针对时间、信号强度、频率3个轴表示了发射信号201和接收信号202。

虚线所示的发射信号201按每个单位时间Tm，在保持恒定信号强度的同时，在THz波段进行逐渐改变频率的扫频动作。扫频的频率范围为B。当完成一个单位的扫频后，发射信号201进行下一个扫频动作，不过，照射部位会随上述的照射方向的扫描而变得不同。

实线所示的接收信号202相对于发射信号201稍有延迟。这是由于往复行进了反射距离d而带来的。由于该延迟，在相同时间观测的情况下，发射信号201与接收信号202存在频差Δf0。此外，接收信号202的信号强度在特定的频率f1处发生凹陷。这是因为分析对象气体6在频率f1处发生了光谱吸收。

图4B是表示接收信号202的信号强度的图。如图4B说明的那样，频率f1处存在凹陷。基准强度R是气体没有发生光谱吸收的情况下的信号强度，通过避开凹陷部对平坦部进行多点采样，作为其平均来求取该强度。凹陷部的信号强度S是因气体发生光谱吸收而衰减的信号强度，表示气体的吸收程度。气体浓度越高，衰减越大而S越小。气体吸收引起的衰减率为R/S。

反射距离计算部24根据下式(1)计算反射距离d。

c：光速

标准化浓度计算部27根据下式(2)计算标准化气体浓度(也记作标准化浓度)。

标准化气体浓度＝R/S/d (2)

图5是表示THz波检测装置100的工作流程的流程图。

当THz波检测装置100启动时，进行初始设定(S10)。THz波检测装置100并行地执行利用后置摄像机144进行的拍摄处理(S11)和利用THz波收发器1进行的测量，即对分析对象(在本实施方式中为分析对象气体所在的一片区域)进行THz波照射的控制(S12)、THz波的照射(S13)和反射太赫兹波的接收(S14)之一系列处理。S12至S14是THz波控制处理S1，在S12进行用于向对象区域照射THz波的控制。例如控制THz波的照射等级，扫频的时间单位，频宽等。在S13发出执行THz波照射的指示，在S14获得反射太赫兹波的检波信号，即接收信号的检波信号。

在接收了反射太赫兹波(S14)后，并行地执行由频差检测器21进行的频差检测处理(S15)、由基准强度检测部25进行的基准强度检测处理(S16)、由衰减量检测部26进行的衰减强度检测处理(S17)和由频率检测器23进行的频率检测处理(S18)。S15至S25构成分析处理S2。

在频差检测处理(S15)后，执行由反射距离计算部24进行的反射距离d的计算处理(S19)，将其记录到RAM104、存储部110(S23)。而且，反射距离计算部24向深度图像生成部41输出反射距离d，深度图像生成部41生成深度图像51(参照图6)(S26)。

在基准强度检测处理(S16)后，执行由衰减比计算部28进行的气体衰减率R/S的计算处理(S20)。接着，执行由标准化浓度计算部27进行的标准化浓度计算处理(S21)，将其记录到RAM104、存储部110(S24)。而且，标准化浓度计算部27向浓度图像生成部42输出标准化浓度R/S/d，浓度图像生成部42生成浓度图像52(参照图6)(S27)。

在衰减强度检测处理(S17)后，频率检测器23检测发生了凹陷(发生了衰减)处的频率f1(S18)，基于该频率f1，由气体识别部29确定气体的种类，即识别气体的成分(S22)，将其记录到RAM104、存储部110(S25)。而且，气体识别部29将成分的识别结果以文本数据输出到图形图像生成部43，图形图像生成部43生成图形图像53(参照图6)(S28)。

后置摄像机144拍摄背景图像(S11)，取得摄像图像(S29)。

图像合成部44取得深度图像51、浓度图像52、图形图像53和摄像图像54，将这4个图像合成(S30)，在显示器141上显示(S31)。

CPU101判断是否满足一定的条件，该条件用于判断是否需要重复处理，例如，扫描是否完成，或者应用(application)是否继续。当判断需要重复时(S32/是)返回S11、S12。当判断不需要重复时(S32/否)结束处理。

图6是说明气体的可视化方法的图。

深度图像51是按照与THz波照射方向的扫描同步的方式，将反射距离d转换为单色的明暗度等，进行2维图像化而得到的。由于THz波的波长比可见光长，与利用可见光拍摄的摄像图像相比，深度图像51的精细度较差。深度图像51是由到背景反射物的反射距离d可视化而得到的图像，能够观测被气溶胶等遮蔽的背景。因此，在与摄像图像54一并使用来识别紧急疏散(避难)时的障碍物和紧急出口等情况下，能够发挥有益作用。其中，针对THz波的2维扫描范围与摄像图像的视场角的关系，可以将对应的范围预先检测并存储起来。

气体的浓度图像52同样是按照与THz波照射方向的扫描同步的方式，将标准化浓度R/S/d转换为单色的明暗度或者进行颜色映射等，进行2维图像化而得到的。通过用反射距离d将气体浓度R/S标准化，能够从与浓度与距离的观点出发，将气体的危险性视觉化呈现。

图形图像53是将气体的类别信息的文本数据转换为图形图像数据而得到的。除气体的类别以外，例如，采用与危险性的程度相应的警告信息，以及以易于理解的方式呈现气体随时间的变化的视觉化的辅助图像，也能够带来有益的作用。

摄像图像54是由后置摄像机144拍摄的摄像图像。因为是对背景反射物5上反射的可见光进行图像化而得到的图像，所以称为背景图像。

合成·显示图像55是将深度图像51、浓度图像52、图形图像53以及摄像图像54合成而得到的图像，其为显示图像。4个图像构成合成图像的4个图层，通过采用alpha混合作为合成方法，能够得到易于观察的合成图像。此外，深度图像51和摄像图像54能够互补地使用。在气溶胶等环境下，当摄像图像54不稳定时能够进行这样的合成：以深度图像51为主来显示，或用深度图像51替换摄像图像54的一部分。此外，也可以根据摄像图像54和深度图像51，来识别并显示摄像图像54上的出口门等特别之处、疏散路径上的障碍物。

图像合成部44取得深度图像51、浓度图像52、图形图像53和摄像图像54。并且将摄像图像54与深度图像51比较，取得摄像图像54的被摄体距离。然后，图像合成部44将浓度图像52与深度图像51比较，判断浓度图像52上显示的气体520相比摄像图像54的被摄体位于靠外一侧还是靠里一侧。在图6的合成·显示图像55中，对THz波检测装置100到深度图像51的椅子的距离与THz波检测装置100到气体520的距离进行比较，由于THz波检测装置100到气体520的距离较短，因此将图像绘制成，使得气体520重叠在深度图像51中拍摄的椅子上，看起来更靠外侧。

图7A、图7B是表示图像合成处理的一个例子的图。在图7A、图7B中，浓度图像521、摄像图像541是相同的图像。另一方面，深度图像511、512则不同，深度图像511中在比气体远的位置有桌子，深度图像512中在比气体近的位置有桌子。此时，图像合成部44在图7A的情况下生成将气体绘制在桌子前的合成·显示图像551。并且，图像合成部44在图7B的情况下生成将气体绘制在桌子背面的合成·显示图像552。

如以上说明的那样，采用第一实施方式，通过将气体的浓度图像52叠加在基于深度图像51或摄像图像54得到的背景图像上显示，能够将气体相对于背景图像处于什么位置可视化。摄像图像54能够得到分辨率高的背景图像，而在气溶胶等环境下能够利用深度图像51进行背景的确认，因此能够在多种环境下得到背景图像。进一步，本实施方式不仅能够用于气体的分析，而且也能够应用于厨房等可能发生难闻气味的场所的分析。

[第二实施方式]

参照图8至图10说明第二实施方式。第二实施方式是在可穿戴终端300上安装THz波收发器1构成THz波检测装置100a的例子。也可以将THz波收发器1一体地构成于可穿戴终端300。THz波检测装置100a的使用者能够在THz波检测装置100a佩戴于身体上的状态下使用THz波检测装置100a，能够使双手自由动作。

图8是第二实施方式的THz波检测装置100a的外观图。如图8所示，THz波检测装置100a通过在可穿戴终端300上安装THz波收发器1a和摄像机3而构成。

可穿戴终端300包括：头顶部保持件303和头侧部保持件304；在头侧部保持件304的前方设置的眼镜式光学部302；在眼镜式光学部302的更前方设置的屏幕305；和在头顶部保持件303设置的图像投影仪301。

THz波收发器1a和摄像机3例如安装在头顶部保持件303的顶部。

进一步，THz波检测装置100a包括THz波收发器1a、摄像机3、图像投影仪301、眼镜式光学部302和与屏幕305电连接或通信连接的控制器7b。

控制器7是从智能手机10省去摄像机3、显示器的功能的部件。屏幕305、图像投影仪301、眼镜式光学部302相当于显示器141。此外，头顶部保持件303、头侧部保持件304用于在THz波检测装置100a的使用者的头部佩戴摄像机3、THz波收发器1a和显示器。

图像投影仪301将合成·显示图像55投射到屏幕305上。此时，能够根据反射距离d对深度图像51进行赋予了远近感的3D显示。因此，使合成·显示图像55由左眼的观察图像和右眼的观察图像构成。而且，在眼镜式光学部302内置电子快门102a(参照图9)，在投射左眼的观察图像时，眼镜式光学部302将左眼侧控制为透射状态，将右眼侧利用电子快门控制为遮光状态。在投射右眼的观察图像时，眼镜式光学部302将右眼侧控制为透射状态，将左眼侧利用电子快门控制为遮光状态。

也可使屏幕305为半透射型的屏幕。在这种情况下，合成·显示图像55不包含摄像图像54。使透过半透射型的屏幕305看到的背景图像，与图像投影仪301投射到半透射型的屏幕305上的由深度图像51、浓度图像52、图形图像53的至少1个构成的合成·显示图像55一同观看。摄像图像54用于在获得合成·显示图像55时进行对位等。使用者能够透过半透射型的屏幕305观看背景的真实图像，并同时安全地使用THz波检测装置100a。

图9是控制器7的功能结构图。控制器7包括CPU71、RAM72、FROM73、SDI/F74a、SD存储器74b、通信I/F75、图形处理器76、带触摸面板的显示器45a、USB(R)I/F77和光学系统控制部78。USB(R)I/F77上连接有THz波收发器1a和摄像机3。此外，光学系统控制部78与电子快门102a连接，控制电子快门102a的开闭。

THz波收发器1a包括USBI/F14。

控制器将存储在FROM73中的程序载入至RAM72，由CPU71执行。在FROM73中，作为与气体和气味的分析与可视化相关的程序，包括THz波控制处理部731、摄像机控制处理部732、分析处理部733、可视化处理部734、气体可视化应用(应用程序的简称)部735。此处，THz波控制处理部731涉及图3中THz波收发器1的尤其是发射控制部13的动作。摄像机控制处理部732涉及图3中前置摄像机143或后置摄像机144的摄像机控制部1432或1442的动作。分析处理部733涉及图3中分析部2的动作。可视化处理部734和气体可视化应用部735相当于图3的可视化部4。

气体可视化应用部735在启动后，除管理用户界面以外，还调用THz波控制处理部731、摄像机控制处理部732、分析处理部733、可视化处理部734，执行气体和气味的分析与可视化。

SD存储器74b存储应用数据等，经SDI/F74a与CPU71进行数据的交换。通信I/F75是3G或4G的移动通信，或者是无线LAN等通信接口，通过接口与未图示的服务器等连接。控制器7可以使其执行的程序的一部分由服务器执行，以降低自身的处理负荷。

图形处理器76根据程序生成的应用数据，生成在带触摸面板的显示器45a的显示屏幕上显示的图像。此外，还导入并显示由摄像机3得到的摄像图像数据。此外，带触摸面板的显示器45a不仅具有显示屏幕而且还具有触摸面板作为用户输入操作部。

USBI/F77是串行总线接口，将控制器7与THz波收发器1a、摄像机3分别连接。

THz波收发器1a是使第一实施方式的THz波收发器1具有USBI/F14而得到的。在USBI/F14与控制器7的USBIF77之间进行数据收发。此时收发的可以不是THz波的接收信号，而是例如将检波得到的包络线数字数据化，收发数字化的数据。

图10是表示第二实施方式的THz波检测装置100a的应用例的图。图10的THz波检测装置100b的不同之处在于，将THz波收发器1和摄像机3内置于或者紧贴着安装在THz波检测装置100a上，将它们构成为一体。THz波检测装置100b包括摄像机3的开口部31a、THz波收发器1的天线14a。THz波检测装置100b还内置有控制器7a。

THz波检测装置100b收发通信信号75a，通过通信基站90经由网络91与服务器装置92通信连接。

在服务器装置92中，能够将应由控制器7执行的程序的一部分由服务器装置92执行，以降低控制器7a的处理负荷。例如，可以将吸收光谱的频率f1通知给服务器装置92，使用服务器装置92内的数据库，识别与频率f1对应的气体类别，将结果送回控制器7a。

此外，也可以将深度图像51、摄像图像54发送给服务器装置92，使服务器装置92识别背景图像的特征部分。

除此以外，也可以利用服务器装置92针对控制器7a发出的警报识别危险程度，向警察、消防发出通知，并对控制器7a提示疏散指示的具体方案。

如以上说明的那样，采用第二实施方式，能够利用通用的信息设备，实现气体和气味的可视化装置。

[第三实施方式]

参照图11A、图11B和图12说明第三实施方式。第三实施方式的特征尤其在于到气体的距离的测量功能。

图11A是表示THz波检测装置100b与分析对象气体6间的距离的关系的图。

图11A的伸缩装置80包括把手83、安装于其一端的长度可伸缩的伸缩棒82和安装在伸缩棒82的前端侧(与把手83相反的一侧)的支承台81。将THz波检测装置100b固定在支承台81上。用户手握把手83调整伸缩棒82的长度，利用安装在支承台81上的THz波检测装置100b测量分析对象气体6，将其可视化。能够通过改变伸缩棒82的长度，改变THz波检测装置100b与分析对象气体6的距离。此处，与测量数据一起还获取伸缩棒82是处于伸展状态还是收缩状态。

图11B是表示THz波检测装置100b与分析对象气体6间的距离的关系的图。

在THz波检测装置100b的位置P1，伸缩棒82为收缩状态，面对分析对象气体6的张角为θ1。另一方面，在THz波检测装置100b的位置P2，伸缩棒82为伸展状态，到分析对象气体6的距离缩短了分析距离差l，面对分析对象气体6的张角为θ2。此时，到分析对象气体6的距离Lg由式(3)给出。

图12是表示第三实施方式的THz波检测装置100b，尤其是气体可视化应用部735的处理流程的流程图。

气体可视化应用部735启动并进行初始设定(S10)，接着执行THz波控制处理(S1)、分析处理S2。此时，伸缩棒82为收缩状态，生成分析对象气体6的第一浓度图像(S34)。

然后，用户将伸缩棒82伸展，改变测量距离(S35)，再次执行THz波控制处理(S1)、分析处理S2。

于是，可视化处理部734生成分析对象气体6的第二浓度图像(S36)。

分析处理部733计算上述式(3)，求取到气体的距离Lg(S37)。

接着，分析处理部733再次计算标准化浓度R/S/Lg(S38)。

分析处理部733记录标准化浓度R/S/Lg(S24)，得到第三浓度图像(S39)。S34～S38构成分析处理S2的第一扩展处理S4。

可视化处理部734除了第三浓度图像(S39)外还生成深度图像51(S26)，生成图形图像53(S28)，以及生成摄像图像54(S29)。使用第三浓度图像与深度图像51、图形图像53、摄像图像54的至少1个图像进行图像合成处理(S30)，显示合成·显示图像55(S31)。如果满足重复条件(S32/是)，则重复进行一系列处理，如果不满足重复条件(S32/否)则结束处理。

如以上说明的那样，采用第三实施方式，在将气体的浓度标准化时，使用到分析对象气体的距离Lg来代替到背景反射物的反射距离d。于是，标准化气体浓度所表示的危险程度等变得更加准确。

[第四实施方式]

使用图13A～图15说明第四实施方式。图13A是说明表示分析对象气体6的浓度分布的时间变化的特征量的图。图13A表示分析对象气体6的2维区域的分布，以具有浓度峰值的点为基准，在X+与X-轴、Y+与Y-轴、V+与V-轴、U+与U-轴的4个方向上评价浓度分布。

图13B表示浓度分布图的一个例子。图13B的浓度分布图是X+与X-轴的例子，是以浓度峰值D0的点为0点，X+方向上的浓度分析值依次为D1、D2、……，X-方向上依次为D-1、D-2、……的分布图。

图13B中的S**(**表示X+和X-等轴方向)是评价图13A的浓度分布图的扩散(扩展)的程度的值，能通过式(4)求取。扩散状况的评价对X+、X-分别进行。

图13B是记录了具有浓度峰值的坐标值、峰值浓度值、扩散评价值S_X-、S_X+、S_Y-、S_Y+、S_U-、S_U+、S_V-、S_V+的当前时刻t1的值和前一个时刻t0的值的表，在右列计算气体浓度分布的扩散状况的时间变化评价值。

图14表示本实施方式中显示的合成·显示图像553。与第一实施方式的合成·显示图像55(参照图6)相比，还叠加了能够容易地观察到分布的扩散状况的图形图像。合成·显示图像553是叠加了G10、G11、G12、G13的图形图像，G10表示浓度峰值坐标的变化(R，

)，G11和G12表示从上述S_X-～S_V+的时间变化的评价值之中选中的变化较大的值，以与评价值相应大小的箭头表示。将气体的扩散状况的时间变化用于进行危险区域的预测，通过G13提示疏散方向。

图15是表示第四实施方式的气体可视化应用部735的处理流程的流程图。气体可视化应用部735启动后进行初始设定(S10)，接下来执行THz波控制处理S1、分析处理S2。

气体可视化应用部735读取所记录的浓度数据(S40)，检测浓度为峰值的部位(S41)。气体可视化应用部735在分析对象气体存在多个的情况下分别进行处理。

接着，气体可视化应用部735计算分布的扩散状况等评价参数(S42)并进行记录(S43)。

气体可视化应用部735读取上一时刻的分布的扩散状况等评价参数(S44)，计算参数的时间变化(S45)。气体可视化应用部735选择评价参数的时间变化中有意义的部分(S46)。

气体可视化应用部735从背景图像检测疏散路径的出口和障碍物(S47)，决定推荐疏散方向(S48)。S40至S49构成分析处理S2的第二扩展分析处理S5。

气体可视化应用部735将有意义的评价参数和疏散方向发送至显示处理S3(S49)。

气体可视化应用部735生成图14所示的合成·显示图像553，在显示器141显示(S3)。进一步，在S32判断是继续还是结束。

如以上说明的那样，采用第四实施方式，能够计算与气体浓度分布的时间变化对应的评价值，预测危险区域的时间变化，在合成图像内提示有效的疏散路径等指示。

[第五实施方式]

使用图16A、图16B和图17说明第五实施方式。图16A是第五实施方式的THz波检测装置100c的正视图。图16B是第五实施方式的THz波检测装置100c的侧截面图。

图16A中，THz波检测装置100c以覆盖控制器7的方式将其容纳在机壳410中，安装有THz波收发器1a。THz波检测装置100c利用前置摄像机143拍摄使用者自身，同时分析使用者的气味等。例如检测洗衣用柔顺剂中含有的芳香剂的成分，辅助提醒使用者注意以不要(因气味)对周围人群造成困扰。

THz波检测装置100c包括带触摸面板的显示器45a。在带触摸面板的显示器45a上显示出人物，在人物上叠加标志G14。标志G14的形状与事先登记的气味的产生原因对应，在屏幕上部以水平条G15的数量表示其强度。

图17是表示第五实施方式的气体可视化应用部735的处理流程的流程图。气体可视化应用部735启动后进行初始设定(S10)，接下来执行THz波控制处理S1、分析处理S2。

气体可视化应用部735从S29取得摄像图像，在其中识别人物区域(S50)，生成人物区域的浓度图像(S27)。气体可视化应用部735使用浓度图像生成图形图像(S28)，生成图16A所示的标志G14等(S29)。

气体可视化应用部735进行图像合成处理，生成合成·显示图像554(S30)，并将合成·显示图像554显示在带触摸面板的显示器45a上(S31)。进一步，在S32判断是继续还是结束。

如以上说明的那样，采用第五实施方式，能够使用智能手机等自拍用的摄像机部，来容易地分析拍摄者自身的气味等。

本发明并不限定于参照图1至图17说明的各实施方式，能够将一个实施方式的结构的一部分置换到其他实施方式。此外，能够在一个实施方式的结构上加入其他实施方式的结构。这全部属于本发明的范畴，进一步，文中和图中出现的数值和消息等也只是一个例子，使用不同的数值和消息等也无损于本发明的效果。

此外，例如可以通过集成电路设计，来利用硬件实现本发明的功能等的一部分或全部。也可以由微处理器单元、CPU等解释、执行动作程序而以软件实现。此外，并不限定软件实现的范围，可以同时使用硬件和软件。

此外，在上述实施方式中，被检测体为分析对象气体6，背景反射物为漂浮有分析对象气体6的实际空间内的风景——例如交通工具内、居室等结构物，不过，也可以将THz波检测装置100用作产品出厂时的检验装置。在这种情况下，可以以产品为背景反射物，被检测体为产品内的异物，例如检测混入食品的异物。此外，也可以用于检验是否有异物混入轮胎等非食品中的情况。进一步，也可以用于药品出厂检验装置，用于多层覆膜的药品的覆膜检查。此外，也可以在机场等地点的行李检查区，用于确定塑料瓶的内容物，或用于不开箱检查行李箱内的物品。

附图标记说明

1：THz波收发器

2：分析部

3：摄像机

4：可视化部

5：背景反射物

6：分析对象气体

7：控制器

10：智能手机

11：发射器

12：接收器

13：发射控制部

14：天线

15a：发射波

15b：反射太赫兹波

45a：带触摸面板的显示器

Claims

1.一种太赫兹波检测装置，其特征在于，包括：

太赫兹波收发器，其包括发射太赫兹波的发射器，和接收被位于分析对象物的背后的背景反射物反射的反射太赫兹波的接收器；

显示器；和

与所述太赫兹波收发器和所述显示器分别连接的信息处理装置，

所述发射器向包含所述分析对象物的2维区域照射太赫兹波，其中太赫兹波是基于包含特定频率的发射信号而生成的，

所述信息处理装置包括：

基于所述反射太赫兹波对所述分析对象物的浓度进行分析的分析部；和

可视化部，其基于所述分析部的分析结果，生成在拍摄所述背景反射物的背景图像上合成所述分析对象物的浓度图像而得到的合成图像，将合成图像显示在所述显示器上。

2.如权利要求1所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述发射器照射基于扫频得到的发射信号而生成的太赫兹波，

所述分析部包括：

频差检测部，其检测所述发射器发射的太赫兹波的频率与所述接收器接收到的所述反射太赫兹波的频率之间的频差；

反射距离计算部，其基于所述频差，计算所述太赫兹波收发器到所述背景反射物的反射距离；

标准化浓度计算部，其基于所述发射器发射的所述太赫兹波的强度、所述反射太赫兹波相对于所述发射器照射的太赫兹波的衰减量和所述反射距离，计算按距离进行了标准化的所述分析对象物的标准化浓度；和

对象物识别部，其基于所述反射太赫兹波中发生了衰减的频率，确定所述分析对象物的种类，

所述可视化部包括：

生成浓度图像的浓度图像生成部，其中在所述浓度图像中使显示样式按照所述标准化浓度而改变；

生成表示所述分析对象物的种类的图形图像的图形图像生成部；和

图像合成部，其在所述背景图像上合成所述浓度图像和所述图形图像来生成合成图像，将合成图像显示在所述显示器上。

3.如权利要求2所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述可视化部还包括生成深度图像的深度图像生成部，其中在所述深度图像中使显示样式按照所述反射距离而改变，

所述图像合成部使用所述深度图像作为所述背景图像，在所述深度图像上合成所述浓度图像来生成所述合成图像。

4.如权利要求2所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述信息处理装置与拍摄可见光来生成摄像图像的摄像机连接，

所述图像合成部使用所述摄像图像作为所述背景图像，在所述摄像图像上合成所述浓度图像来生成所述合成图像。

5.如权利要求2所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述标准化浓度计算部令没有发生所述分析对象物的吸收的平坦部的信号强度为R，因所述分析对象物吸收所述太赫兹波而产生了衰减的频率处的信号强度为S，所述反射距离为d时，通过下式(1)计算所述标准化浓度，

标准化浓度＝R/S/d (1)。

6.如权利要求1所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述分析对象物是不可见的气体，

所述浓度图像是用图表示所述气体的浓度分布的图像，

所述合成图像是在所述背景图像上叠加用图表示所述气体的浓度分布的图像而得到的图像。

7.如权利要求2所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述太赫兹波检测装置安装在伸缩装置上，所述伸缩装置包括支承该太赫兹波检测装置的支承台，和与该支承台连结的伸缩棒，

改变所述伸缩棒的伸缩量，利用所述太赫兹波检测装置多次测量所述分析对象物，

所述标准化浓度计算部，计算各次测量中从所述太赫兹波检测装置计量所述分析对象物的宽度方向端部时的最大角度θ₁、θ₂，令所述多次测量间的因所述伸缩量的差产生的分析距离差为l，通过下式(2)计算所述太赫兹波检测装置到所述分析对象物的距离Lg，

令没有发生所述分析对象物的吸收的平坦部的信号强度为R，因所述分析对象物吸收所述太赫兹波而产生了衰减的频率处的信号强度为S，利用所述距离Lg，通过下式(3)计算所述标准化浓度，

Lg＝ltanθ₁/(tanθ₂-tanθ₁) (2)，

标准化浓度＝R/S/Lg (3)，

所述浓度图像生成部生成将所述标准化浓度更新后的新的浓度图像。

8.如权利要求1所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述可视化部包括：

图形图像生成部，其对按时序生成的多个浓度图像，在多个轴上取得浓度分布，求取该浓度分布的中心和与该浓度分布的扩散对应的评价参数，生成表示所述评价参数的时序变化的图形图像数据；和

图像合成部，其在所述背景图像上合成所述图形图像数据来生成合成图像，将合成图像显示在所述显示器上。

9.如权利要求8所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述图形图像生成部基于所述评价参数的时序变化，还生成表示去往与所述浓度分布的位置的时序变化方向不同的方向的路径的图形图像，将其合成在所述背景图像上来生成所述合成图像。

10.如权利要求4所述的太赫兹波检测装置，其特征在于：

所述分析对象物是气味成分，

所述对象物识别部基于所述反射太赫兹波确定气味成分，

所述图形图像生成部生成表示所确定的气味成分的种类的图形图像，

所述图像合成部在所述摄像图像上确定拍摄到检测出所述气味成分的实际空间的区域，生成在该区域上叠加了表示所确定的气味成分的种类的图形图像的合成图像。

11.一种太赫兹波检测方法，其特征在于，包括：

向包含分析对象物的2维区域照射太赫兹波的步骤，其中太赫兹波是基于包含特定频率的发射信号而生成的；

接收被位于所述分析对象物的背后的背景反射物反射的反射太赫兹波的步骤；

基于所述反射太赫兹波对所述分析对象物的浓度进行分析的步骤；

基于所述分析对象物的浓度的分析结果，生成在所述背景反射物的图像上合成所述分析对象物的浓度图像而得到的合成图像的步骤；和

将所述合成图像显示在显示器上的步骤。

12.一种太赫兹波检测系统，其特征在于，包括：

具有显示器的可穿戴终端；和

与所述太赫兹波收发器和所述可穿戴终端分别连接的信息处理装置，

所述太赫兹波收发器向包含所述分析对象物的2维区域照射太赫兹波，其中太赫兹波是基于包含特定频率的发射信号而生成的，

所述信息处理装置包括：

可视化部，其基于所述分析部的分析结果，生成在所述背景反射物的图像上合成所述分析对象物的浓度图像而得到的合成图像，将合成图像输出到所述可穿戴终端。