JP2008129002A - テラヘルツ光センシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域計測、高速計測、高分解能画像計測、且つ、常温測定可能な低コストのテラヘルツセンシングシステムを提供する。
【解決手段】テラヘルツ光源手段と該テラヘルツ光を受光する液晶セル手段と、該液晶セルに可視光を照射する可視光照射手段と、該テラヘルツ光の受光により変化する該液晶の複屈折・熱歪などに伴う該可視光の透過光・反射光の変化をセンシングする可視光センサ手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、テラヘルツ光センシングシステム及びその応用システムに関わる。

周波数が０．１ＴＨｚから１００ＴＨｚのテラヘルツ波はエネルギー換算で０．４ｍｅＶ〜４００ｍｅＶであるので、大方のセンシングシステムは極低温装置が必要になり大掛かりである。
更に、特定波長によるイメージング、所謂、分光イメージングを広帯域に亘って、且つ、高速に行うテラヘルツ光センシングシステムとなると殆んど見当たらない。
それは、イメージングを撮るためにアンテナを用いる場合は、周波数帯域が狭くなって仕舞うし、焦電センサ、ボロメータの場合は信号応答性が悪い等があるからである。
また、複屈折を利用してテラヘルツ光を間接的に見る場合としてＺｅＴｅなどのＥＯ結晶を用いる方法があるが、均質でサイズが大きい結晶は製造が難しく大面積のイメージングは困難である。
また、ＥＯ結晶が一体となって区分されていないので、本発明で使用可能な液晶セル構造の様に、複屈折に関わる基準値補正など高精度測定に必要な微小領域の調整が不可能である。
本発明では、テラヘルツ光の強度・波長・偏光、および、それらの変化などを計測する場合、該テラヘルツ光の受光に因り変化する液晶の光学的特性を、該液晶を介した可視光の変化を計測して行うものであり、従来の問題を解決する技術である。
テラヘルツ波の基礎と応用 西澤潤一編 Ｐ１５９〜Ｐ１６３

本発明では、周波数が０．１ＴＨｚから１００ＴＨｚのテラヘルツ光の強度・波長・偏光、および、それらの変化などを計測する場合において、取り扱いが面倒な極低温装置、あるいは、狭帯域や計測時間、高精度測定に許容度の少ないセンサを用いないで、
常温稼動で、広帯域に亘ってテラヘルツ光を高速・高精度・低価格に計測するテラヘルツセンシングシステムを提供することを目的としている。

以下、特許請求の範囲の項で記述したテラヘルツ光センシングシステムついて説明するが、前記テラヘルツ光の代わりにマイクロ波、赤外線、紫外線も同様に適用可能である。

請求項１記載の発明は、テラヘルツ光源手段と該テラヘルツ光を受光する液晶セル手段と、該液晶セルに可視光を照射する可視光照射手段と、該テラヘルツ光の受光により変化する該液晶の複屈折・熱歪などに伴う該可視光の透過光・反射光の変化をセンシングする可視光センサ手段を備えていることを特徴とする。

この発明によると、例えば、所定の特性を有しているテラヘルツ光が液晶パネルに照射されると、液晶パネルを構成する個々の液晶セル内のコレスティック液晶混合材は、該特性に応じたテラヘルツ光吸収による熱歪を発生しその複屈折が変化する。
このとき、他方から所定の特性を有している可視光を該液晶パネルに照射すると、該テラヘルツ光の特性が、予め採ってある検量線に沿ってＣＣＤカメラ上に表れる。

請求項２記載の発明は、該液晶セル及び該可視光センサが、夫々、単数あるいは複数配置され、該テラヘルツ光の時間的・空間的変化をセンシング可能としていることを特徴とする。

この発明によると、例えば、単色光のテラヘルツ光を液晶パネルに照射し、
前記（０００６）と同様にＣＣＤカメラで経時変化を計測すると、該テラヘルツ光の画像が時間的・空間的変化として表せる様になる。

また、該周波数特性が既知の該液晶パネルに、周波数既知のテラヘルツ光を周波数掃引しながら照射して（０００６）と同様にしてフォトダイオードやＣＣＤカメラなどの高感度センサで計測すると、該テラヘルツ光のスペクトラが描ける様になる。

請求項３記載の発明は、該テラヘルツ光が、所定の被計測対象物からの透過光、反射光あるいは散乱光であることを特徴とする。

この発明によると、例えば、一定強度の面光源となっているテラヘルツ光を被計測対象物に照射し、その透過光を新たな特性を有したテラヘルツ光として、前記（０００６）と同様に該液晶パネルで受光すると、テラヘルツ光の被計測対象物の透過特性がＣＣＤカメラでリアルタイムに観測できる様になる。

請求項４記載の発明は、該テラヘルツ光が暗号化されていて、そのテラヘルツ光による所定の被計測対象物からの透過光、反射光あるいは散乱光をセンシングして暗号解読を可能としていることを特徴とする。

この発明によると、例えば、所定の周波数のテラヘルツ光を暗号化し、この周波数に限った濾過特性を有する特殊材料に照射すると、該テラヘルツ光は暗号を保持しながら所定の透過特性を呈するので、前記（０００６）と同様に該液晶パネルが受光するテラヘルツ光は、当発明によるＣＣＤカメラを用いないと解読が難しくなる。

本発明によるテラヘルツ光センシングシステムは、肉眼で見えないテラヘルツ光特性を可視光特性に代用できる様にするので、汎用の可視光カメラなどでテラヘルツ光を計測できる利点がある。
また、液晶材料及びその混合材を選定することにより、広帯域・高速・小型・低コスト・常温の計測などが可能となるので応用範囲が広い。

図１は、請求項１〜請求項２について説明するもので、不可視のテラヘルツ光の強度ムラを可視化して画面表示する一実施例の模式図である。
テラヘルツ光Ｔ_１が、可視光Ｖ_１の反射鏡Ｒを殆んど減衰することなくテラヘルツ光Ｔ_２となって液晶セルのマトリックスである液晶パネルＬに照射される。
このとき、液晶セル内のコレスティック液晶混合材がテラヘルツ光Ｔ_２を吸収して発熱すると、これで誘発された熱歪が液晶に相応の複屈折を生じせしめる。
一方、可視光Ｖ_１は偏光子Ｐ_１を通って偏光され、反射鏡Ｒで反射して可視光Ｖ_２となり液晶パネルＬに照射されると、上記複屈折に応じて液晶パネルＬ内の液晶セルを透過して可視光Ｖ_３となって出て来る。この可視光Ｖ_３はλ／４板、検光子Ｐ_２を通過して可視光Ｖ_４となって、ＣＣＤカメラＳで画像として捉えられる。
すなわち、テラヘルツ光Ｔ_１の強度分布は、図示しないディスプレイにムラのある画像として表示される。

ここで、可視光Ｖ_４を写すＣＣＤカメラのピクセル及び該液晶セルを微小にして、画像処理技術などを適用すると、広帯域のテラヘルツ光Ｔ_１を分解能のよい画像Ｉとして見ることが可能となる。

また、テラヘルツ光Ｔ_１の出力に微少な時間変化があり、また、該液晶セルの置かれている環境が悪く温度変化が大きい場合などは、ＣＣＤや液晶を構成する夫々のエレメントからの出力値を補正する手段、すなわち、初期値からの変化分を正確に採る手段を用いるのでＳ／Ｎ値を上げることが可能である。

図２は、請求項３について説明するもので、被計測対象物Ｍ中に偏在する物質ｍをテラヘルツ光の透過性を利用して画面表示する一実施例の模式図である。
対象物Ｍ中に偏在する物質ｍによるテラヘルツ光の吸収が、他の部分より大きい周波数ｆ_０のテラヘルツ光Ｔ_０が対象物Ｍに照射されると、テラヘルツ光Ｔ_３は、偏在する物質ｍが在る部分で大きく減衰した状態のテラヘルツ光Ｔ_１となって出てくるので、図１と同様に対象物Ｍ及び偏在する物質ｍを可視光の画像Ｉｍとして見ることが可能となる。

図３は、請求項４について説明するもので、暗号解読対象物Ｍｚに暗号を入れた特定の周波数ｆｚのテラヘルツ光Ｔｚを照射すると、このテラヘルツ光Ｔｚに対して特定の透過性を示す対象物Ｍｚ及び特殊フィルタＦを通ったテラヘルツ光Ｔ_５が、可視光の画像Ｉｚとして暗号解読されるので、このテラヘルツ光センシングシステムでなければ画像化できない。

以上の実施例などで説明したとおり、従前の問題を解決した新しく低コストのテラヘルツ光センシングシステムが構築されるので、産業分野のみならず、学術上・安全対策上の利用など様々な分野への展開が期待される。

本発明装置の１実施例で、テラヘルツ光の強度分布を画像化することについて説明した図である。 本発明装置の１実施例で、測定対象物中に偏在する物質を画像化することについて説明した図である。 本発明装置の１実施例で、テラヘルツ光を用いて暗号解読するシステムについて説明した図である。

符号の説明

Ｔ_０〜Ｔ_ｚ テラヘルツ光
Ｖ_１〜Ｖ_４ 可視光
Ｒ 反射鏡
Ｌ 液晶パネル
Ｐ_１ 偏光子
Ｐ_２ 検光子
λ／４ 波長板
Ｓ ＣＣＤカメラ
Ｉ、Ｉｍ、Ｉｚ 画像
Ｍ、Ｍｚ、 測定対象物
ｍ 偏在する物質
ｆ_０ｆ_ｚ 周波数
Ｆ フィルタ

Claims (4)

1. 周波数が０．１ＴＨｚから１００ＴＨｚ間のテラヘルツ光の強度・波長・偏光、および、それらの変化などを計測するテラヘルツ光センシングシステムにおいて、
   テラヘルツ光源手段と該テラヘルツ光を受光する液晶セル手段と、該液晶セルに可視光を照射する可視光照射手段と、該テラヘルツ光の受光により変化する該液晶の複屈折・熱歪などに伴う該可視光の透過光・反射光の変化をセンシングする可視光センサ手段を備えていることを特徴とするテラヘルツ光センシングシステム
2. 該液晶セル及び該可視光センサが、夫々、単数あるいは複数配置され、該テラヘルツ光の時間的・空間的変化をセンシング可能としていることを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光センシングシステム
3. 該テラヘルツ光が、所定の被計測対象物からの透過光、反射光あるいは散乱光であることを特徴とする請求項１、請求項２記載のテラヘルツ光センシングシステム
4. 該テラヘルツ光が暗号化されていて、そのテラヘルツ光による所定の被計測対象物からの透過光、反射光あるいは散乱光をセンシングして暗号解読を可能としていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３記載のテラヘルツ光センシングシステム