JP2005265793A - 特定物質探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特定物質の探知を簡易な装置構成で行う。
【解決手段】 照明光ユニット２０のレーザ装置２１はテラヘルツ光を出射するレーザ装置である。照明光ユニット２０の近傍において射出光の光路上に光学フィルタ３０を配設し、レーザ装置２１からのテラヘルツパルス光を配光光学系２２及び光学フィルタ３０を介して検査対象の人物Ｍに照射する。光学フィルタ３０は探知対象の特定物質である麻薬Ｄの分光スペクトルのみ通過させるフィルタである。人物Ｍからの反射光（テラヘルツ光）を撮像ユニット４０で受光する。撮像ユニット４０で入射光を可視光化及び光電変換し、画像信号を生成し、制御ユニット１０の画像処理ユニット１３で所定の画像処理を施す。画像処理が施された画像信号をＴＶモニタ５０へ出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特定の物質を探知する装置に関する。

従来、空港の税関や警察等では、郵便物、貨物や荷物、衣服の内側、人間の体内等に隠された麻薬等の不正薬物や刃物・銃器等の危険物を探知して取り締まるための検査が行われている。これらの物品は通常、外観からは判別できないよう隠されているため、その検査には特別に訓練された麻薬犬が用いられたり、係官や捜査官による被疑者の身体検査が行われる。また、手荷物の検査にはＸ線を照射することで内部に隠された銃器等の危険物を探知することも行われている（例えば、特許文献１）。
特表平９−５０１２３０号公報

ところが、麻薬犬は人物の検査には不向きであり、身体検査は個人のプライバシーを侵す可能性がある。また、Ｘ線を使った探知装置は、被爆の問題があり人物の検査に適用するには限界がある。従って、従来の探知装置や探知方法では万全な探知を行うことができないという問題があった。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、特定の物質の探知を簡易な構成で確実に行うことを目的とする。

本発明に係る特定物質探知装置は、テラヘルツ光を照明光として検査対象に照射するための光源ユニットと、可視光に感度を有する撮像手段と、テラヘルツ光を撮像手段を介して視認できるよう変換する光学的変換手段と、所定の物質の分光スペクトルのみを透過させる光学フィルタであって、光源ユニットから出射されたテラヘルツ光が検査対象へ照射され、検査対象に反射され、光学的変換手段へ入射されるまでの光路上に介在するよう設けられる光学フィルタとを備えることを特徴とする。

選択的に、光源ユニットは、テラヘルツ光を出射する光源を備え、光学フィルタは、光源から検査対象へ導かれる光の光路上において光源ユニットと検査対象との間に介在させられるよう構成してもよい。

選択的に、光源ユニットは、近赤外光を出射する光源と近赤外光をテラヘルツ光に変換する光学素子とを備え、光学フィルタは、検査対象からの反射光の光路上において検査対象と光学的変換手段との間に介在させられるよう構成してもよい。

本発明によれば、テラヘルツ光を、探知対象の特定物質の分光スペクトルのみを透過するよう構成された光学フィルタを介して照射光として検査対象へ照射する。従って、検査対象において外観からは視認できない状態に置かれた特定物質を検知するための装置を簡易なものとし、かつ確実に特定物質を検知することができる。

図１は本発明に係る第１実施形態が適用される探知装置のブロック図である。制御ユニット１０のシステムコントローラ１１は、本装置全体を制御するための例えばマイクロコンピュータである。照射光ユニット２０は、レーザ装置２１と配光光学系２２とを有する。レーザ装置２１は人体に対して比較的無害な光であるテラヘルツ光を出射するレーザ装置であり、例えばＣＯ２レーザ、ＱＣレーザ、差波長レーザ、ＬＰＯレーザ等のレーザ装置が用いられる。尚、本明細書では、「テラヘルツ光」とは、周波数が約０．３ＴＨｚ（テラヘルツ）〜３ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝１０¹²Ｈｚ）、波長が１００μｍ（マイクロメータ）〜１０００μｍの範囲にある電磁波をさす。制御ユニット１０の光源駆動部１２は、システムコントローラ１１からの制御信号に基づいてレーザ装置２１へ駆動信号を出力する。レーザ装置２１から出射されるテラヘルツ光は配光光学系２２を介して外部へ射出される。

照射光ユニット２０の近傍において出射光の光路上には光学フィルタ３０が配設される。光学フィルタ３０は探知対象である特定物質の分光スペクトルのみ通過させるフィルタであり、ニードル法やルゲートフィルターの理論に基づいて設計される多重バンドパス・フィルタである。第１実施形態では、麻薬の分光スペクトルのみ通過させるよう設計される。以上の構成により、レーザ装置２１からのテラヘルツパルス光は、配光光学系２２及び光学フィルタ３０を介して検査対象の人物Ｍに照射される。

人物Ｍからの反射光（テラヘルツ光）は、撮像ユニット４０によって受光される。この反射光には、人物Ｍの衣服の内側や体内等における光学フィルタ３０に対応した麻薬Ｄの存在に応じて電場強度に変化が生じており、撮像ユニット４０においてその電場強度に変化に対応した輝度変化を有する画像信号に変換される。撮像ユニット４０で生成された画像信号は、制御ユニット１０の画像処理ユニット１３へ入力される。画像処理ユニット１３では、入力された画像信号に所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像信号は、画像処理ユニット１３に接続されたＴＶモニタ５０へ出力される。

図２により撮像ユニット４０について詳説する。人物Ｍで反射されたテラヘルツ光は、まず、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）等で形成された対物レンズ４１を介してテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）結晶等で形成される電気光学結晶４２の一方の面４２ａへ導かれる。電気光学結晶４２のテラヘルツ光像面の各点では、入射するテラヘルツ光における各照射位置の人物Ｍの状態に応じた電場強度に比例してその場の方向により屈折率の変化が生じ、電気光学結晶４２の他方の面４２ｂへ入射する光に対して複屈折が誘起される状態となる。換言すると、入射するテラヘルツ光における電界の変化が電気光学結晶４２により複屈折率の変化に変換される。

一方、発光面から均一な可視光を発光するＥＬ発光素子等の面光源４３から照射された光は、反射ミラー４４を介して１対の偏光子４５の一方の偏光子４５Ａを通過して特定の偏光を有する光とされた後、電気光学結晶４２の面４２ｂに入射し、反射して他方の偏光子４５Ｂに入射する。尚、偏光子４５Ｂは、偏光子４５Ａを通過し特定の偏光を有する状態とされた光が入射された場合に、その光を透過しないよう偏光子４５Ａに対して光学的に調整されている。換言すれば、偏光子４５Ａを通過しただけの光は通過しないよう、偏光子４５Ｂは光学的に調整されている。従って、上述のように、電気光学結晶４２の面４２ａへ上記のテラヘルツ光が入射した状態で面４２ｂに入射した光に対し複屈折が誘起された光が、反射され、偏光子４５Ｂに入射すると、偏光子４５Ｂから電気光学結晶４２の複屈折率に応じた光強度の光が出射される。すなわち、偏光子４５Ｂでは電気光学結晶４２の複屈折率の変化が可視光の光強度の変化へ変換される。偏光子４５Ｂを出射した可視光は、反射ミラー４６を介して結像レンズ４７によりＣＣＤ４８の撮像面に結像される。ＣＣＤ４８では、入射した光が光電変換され光強度の変化に応じた輝度変化を有する画像信号が生成される。尚、面光源４３、反射ミラー４４、偏光子４５Ａと偏光子４５Ｂ、反射ミラー４６、結像レンズ４７、ＣＣＤ４８との間には光学的な干渉を防止するための遮光壁４９が設けられている。

本実施形態では、透過性を有するテラヘルツ光を、麻薬の分光スペクトルのみを通過するよう設計された光学フィルタ３０を介して検査対象の人物Ｍに照射する。従って、人物Ｍが麻薬Ｄを衣服の内側等に不法所持している場合、検査対象の人物Ｍの衣服を透過した照射光のうち、麻薬Ｄにより反射される光のみが撮像ユニット４０へ導かれる。その結果、ＴＶモニタ５０に表示される光強度が弱くなる映像により麻薬Ｄの存在を検知することができる。また、検査対象の人物Ｍが麻薬Ｄを衣服の内側等に隠し持っていなければ、検査対象の人物Ｍに照射される光は、麻薬Ｄを不法所持している場合の光の強度と異なる。その結果、ＴＶモニタ５０には麻薬Ｄの存在を示す有意な映像が表示されず、麻薬Ｄが隠されていないことが確認できる。

図３は本発明に係る第２実施形態が適用される探知装置のブロック図であり、第１実施形態と同様の要素には同一の符号が付されている。照射光ユニット６０のレーザ装置６１は、Ｆｓ（フェムト秒）パルスレーザであり、約０．８μｍ（マイクロメータ）のパルス光、すなわち近赤外線を射出する。レーザ装置６１の近傍にはシリコンレンズ６４と光伝導素子（光スイッチ素子）６５からなる発振素子６３が配設される。レーザ装置６１から出射される近赤外線のパルス光はシリコンレンズ６４に取り付けられた光伝導素子６５によりテラヘルツ光に変換され、シリコンレンズ６４により所定の配光角を呈した該テラヘルツ光が人物Ｍに照射される。

図４により発振素子６３の主に光伝導素子６５について詳説する。なお、図４（ａ）は発振素子６３の側面図、図４（ｂ）は同背面図（近赤外線のパルス光入射方向から見た平面図）を示す。光伝導素子６５は高速応答する半導体基板（光伝導基板）６６上につくられ、その構造は１対の平行伝送線路６７とその中央に配置された微小ダイポールアンテナ６８とからなる。微小ダイポールアンテナ６８の中央には微小なギャップ（数μｍ）があり、このギャップ間に適当なバイアス電圧（３０Ｖ位）を印加する。このギャップに半導体のバンドギャップよりも高い光子エネルギーをもつ近赤外線のパルス光を照射すると、半導体中に電子と正孔の自由キャリアーが生成され、パルス状の電流が流れる。この電気パルスが空中に放射されると電磁波パルス、即ちテラヘルツ光となる。

第２実施形態において、光学フィルタ３０は人物Ｍからの反射光の光路上において人物Ｍと撮像ユニット４０との間に介在される。その結果、人物Ｍからの反射光のうち、麻薬Ｄの分光スペクトルのみが抽出され、撮像ユニット４０の対物レンズ４１へ導かれる。従って、第１実施形態と同様、ＴＶモニタ５０に表示される映像により、麻薬Ｄが存在するか否かを確認することができる。

尚、第１及び第２実施形態では、光学フィルタ３０を麻薬Ｄの分光スペクトルのみを透過させるよう設計しているがこれに限るものではない。光学フィルタは、検査の目的に応じて決まる探知対象の物質の分光スペクトルに基づいて設計されればよい。さらに、透過光の分光スペクトルが異なる複数の光学フィルタを適宜差し替え可能な構成とすることにより、探知装置が異なる探知対象に適応可能となり、その汎用性が高まる。

本発明に係る第１実施形態が適用される探知装置のブロック図である。 図１の撮像ユニットの詳細図である。 本発明に係る第２実施形態が適用される探知装置のブロック図である。 図３の発振素子の詳細図である。

符号の説明

１０ 制御ユニット
２０、６０ 照射光ユニット
２１、６１ レーザ装置
２２ 配光光学系
３０ 光学フィルタ
４０ 撮像ユニット
４１ 対物レンズ
４２ 電気光学結晶
４３ 面光源
４４、４６ 反射ミラー
４５Ａ、４５Ｂ 偏光子
４７ 結像レンズ
４８ ＣＣＤ
５０ ＴＶモニタ
６４ シリコンレンズ

Claims (3)

1. テラヘルツ光を照明光として検査対象に照射するための光源ユニットと、
   可視光に感度を有する撮像手段と、
   テラヘルツ光を前記撮像手段を介して視認できるよう変換する光学的変換手段と、
   所定の物質の分光スペクトルのみを透過させる光学フィルタであって、前記光源ユニットから出射されたテラヘルツ光が前記検査対象へ照射され、前記検査対象に反射され、前記光学的変換手段へ入射されるまでの光路上に介在するよう設けられる光学フィルタと
   を備えることを特徴とする特定物質探知装置。
2. 前記光源ユニットはテラヘルツ光を出射する光源を備え、
   前記光学フィルタは、前記光源から前記検査対象へ導かれる光の光路上において前記光源ユニットと前記検査対象との間に介在させられることを特徴とする請求項１に記載の特定物質探知装置。
3. 前記光源ユニットは、近赤外光を出射する光源と近赤外光をテラヘルツ光に変換する光学素子とを備え、
   前記光学フィルタは、前記検査対象からの反射光の光路上において前記検査対象と前記光学的変換手段との間に介在させられることを特徴とする請求項１に記載の特定物質探知装置。
   
   

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