JP7008303B2 - 収納物検査装置 - Google Patents
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図1は、本実施形態に係るテラヘルツ波帯域の検査信号を用いる収納物検査装置の構成を示す図である。以下の説明において、テラヘルツ波信号は、電磁波の領域と光の領域に掛かる周波数帯域にあり、ここでは、周波数100GHz~3THz程度又は、波長30μm~1mm程度の電磁波とするが、明確に定義されているものではない。また、利用対象等によっては、テラヘルツ波の周波数の上限を10THzまでの範囲に設定してもよい。
ここで、図2は、テラヘルツ波の信号を伝送する伝送デバイスを含む検出部の構成例を示す図である。
図2に示すように、検出部4は、半導体基板に集積されたテラヘルツ波信号を伝送する伝送デバイス27を含む構成である。検出部4は、テラヘルツ波信号を発信・受信及び伝送するテラヘルツ波検出部21と、箱2にテラヘルツ波信号を出射し、そのテラヘルツ波信号の反射波信号を入射する光学系22と、で構成される。
図2に示すように、テラヘルツ波検出部21は、テラヘルツ波信号を発信出力する送信器25と、ビームスプリッタ部35を含む導波部34を有し、テラヘルツ波信号、及びテラヘルツ波信号の反射波信号の伝送路を構成する伝送デバイス27と、入射部24から伝搬されたテラヘルツ波信号の反射波信号を入力し、その反射波信号に基づく検出信号を生成する受信器26と、を備えている。送信器25と受信器26は、制御部5により駆動制御される。
または、伝送デバイス27は、前述した導波部34における第1ポート31と対向する辺に新たな第4ポートを設けて、出力されるテラヘルツ波信号を他のシステム又は機能に利用することが可能である。伝送デバイス27は、第4ポートを、例えば、伝搬されるテラヘルツ波信号をモニタするシステムに利用する、さらには、ビームスプリッタ部35へ戻るテラヘルツ波信号の干渉信号を意図的に生成する機能にも利用することができる。
第1乃至第3ポート31,32,33は、ビームスプリッタ部35によるテラヘルツ波信号の透過と反射を利用する伝送路の経路の設定に応じて、矩形の導波部34の各辺に配置される。本実施形態におけるテラヘルツ波信号の伝送経路は、送信器25から第1ポート31に入射したテラヘルツ波信号204(出射信号201)をビームスプリッタ部35で反射して、第2ポート32に伝搬する出射経路と、検査対象で反射して第2ポートに入射したテラヘルツ波信号の検出信号205(反射波信号202)をビームスプリッタ部35で透過して第3ポート33に伝搬する入射経路と、に設定されている。即ち、テラヘルツ波信号の経路は、ビームスプリッタ部35によるテラヘルツ波信号の透過と反射の利用の仕方で適宜、変更可能である。
第1乃至第3ポート31,32,33は、矩形状の導波部34の各辺に、導波部34と一体的に形成される。尚、残りの第4ポートに相当する辺には、前述したテラヘルツ波信号の吸収体が設けられており、後述するビームスプリッタ部35から漏れ出たテラヘルツ波信号を吸収し、反射波信号の発生を防止する。これらの第1乃至第3ポート31,32,33は、共に、平面レンズ部54,64,74と、フォトニック結晶導波部53,63,73と、を含む構成である。フォトニック結晶導波部53,63,73には、中央を通過するようにフォトニック結晶導波路52,62,72が設けられている。これらのフォトニック結晶導波路52,62,72には、それぞれに第1、第2、第3金属導波管51,61,71が差し込まれて結合されている。この結合は、接着剤や溶着材等を用いて固定してもよい。
第3ポート[反射波信号受信ポート]33は、第3平面レンズ部74と、第3フォトニック結晶導波部73とを有し、導波部34を伝搬した反射波信号を第3金属導波管71を通じて、受信器26に出力する。
これらの第1金属導波管51と第2金属導波管61と第3金属導波管71は、中空で断面が矩形形状の同等な導波管である。導波管の断面形状は矩形に限定されるものではなく、楕円等の円形であってもよい。各導波管において、第1金属導波管51は、一端を送信器25と接続し、他端を後述する第1フォトニック結晶導波路52と結合して、送信器25から送信されたテラヘルツ波信号を第1フォトニック結晶導波路52に供給する。
第2金属導波管61は、一端を光学系22と接続し、他端を後述する第2フォトニック結晶導波路62と結合する。第2金属導波管61は、第2フォトニック結晶導波路62から伝搬されたテラヘルツ波信号を光学系22に伝搬し、光学系22から戻った箱2(図1)で反射したテラヘルツ波信号の反射波信号を第2フォトニック結晶導波路62へ伝搬する。
これらの第1乃至第3金属導波管51,61,71は、例えば、アルミニウムや銅等の金属材料を用いて、断面が矩形の中空に形成される方形導波管である。これらの金属導波管は、第1乃至第3フォトニック結晶導波路52,62,72の終端から断面が矩形のテーパー状に張り出すように設けられる尖端導波路(テーパースパイク)にそれぞれ嵌合して結合される。
図3に示す送信器25から発信されたテラヘルツ波信号は、金属導波管51内を伝搬して、第1フォトニック結晶導波路52に伝達される。第1フォトニック結晶導波路52は、焦点の近くで3次元ビームのテラヘルツ波信号を局在化するため、狭い第1フォトニック結晶導波路52のフィールドに閉じ込めた状態でテラヘルツ波信号を伝搬し、第1平面レンズ部54に入射させる。
ビームスプリッタ部35は、ストライプの2つの側面を反射面として利用しているため、ビームスプリッタ部の幅(厚み)を設定する上で、ファブリーペロー干渉の影響を考慮する必要がある。
また、入射されたテラヘルツ波信号の一部は、ビームスプリッタ部35の内部に透過して、2つの反射面35a,35bの間を複数回の反射、即ち、多重反射する。それらの反射の際に、テラヘルツ波信号の位相がビームスプリッタ部35の幅L3と合えば、反射する際に、第1反射面35aから第2次反射波信号204b、第3次反射波信号204cとして第1反射波信号204aと同じ方向に出射する。これにより、多重反射によるテラヘルツ波信号の損失が軽減される。
本実施形態の収納物検査装置は、テラヘルツ波帯域の検査信号を箱に照射し、その反射波信号から収納されている収納物及添付物の有無を検査するため、箱を開封せずに短時間で検査を実施することができる。
Claims (2)
- 収納物と添付物を収納する箱を搬送する搬送機構と、
テラヘルツ波信号を生成し出力する送信部と、前記送信部から出力された前記テラヘルツ波信号を前記箱に出射し、前記箱で反射された前記テラヘルツ波信号の反射波信号を入射する光学系と、前記光学系から入射した前記反射波信号から検出信号を生成する受信部と、誘電性を有する1つの平坦な基板に形成され、前記送信部と前記光学系と前記受信部との間の前記テラヘルツ波信号を平行波に変換して伝搬する伝送デバイスと、を含む検出部と、
前記検出部により検出された前記反射波信号から生成された検出信号から干渉波信号を抽出する信号処理部と、前記干渉波信号の有無により前記箱内に前記収納物と前記添付物が収納されているか否かを判断する判断部と、を含む制御部と、
を備え、
前記伝送デバイスは、
前記送信部から伝搬された前記テラヘルツ波信号を複数の第1貫通孔により設定された第1屈折率により、円弧状に拡散して平行に伝送する第1平面レンズ部を含む第1ポートと、
複数の第2の貫通孔の格子状の配列により設定された反射率又は透過率を有し、前記第1平面レンズ部に接する前記配列の第1側面に設けられた第1反射面及び、前記配列の内部で前記第1側面と対向する第2側面に設けられた第2反射面を有し、
前記第1平面レンズ部から入射した前記テラヘルツ波信号を前記第1反射面で反射することで第1反射信号が生成され、前記配列の内部に入射した前記テラヘルツ波信号を前記第2反射面と前記第1反射面との間で多重反射することで多重反射波信号が生成され、
前記第2の貫通孔の前記配列の幅、前記テラヘルツ波信号の波長、前記多重反射波信号の反射角度、及び前記誘電性を有する前記基板の屈折率によって前記多重反射波信号の位相が決定されて、前記第2の貫通孔の前記配列の幅を調整して前記第1反射信号の位相に前記多重反射波信号の位相を合わせることで、前記第1反射信号と前記多重反射波信号とを同じ方向に出射するビームスプリッタ部と、
前記ビームスプリッタ部から反射された前記テラヘルツ波信号を、複数の第3貫通孔により設定された第2屈折率により収束し前記光学系へ伝搬し、且つ前記光学系から入射された前記テラヘルツ波信号の反射波信号を前記第2屈折率により円弧状に拡散して平行に伝送し、前記ビームスプリッタ部へ伝搬する第2平面レンズ部を含む第2ポートと、
前記ビームスプリッタ部を通過した前記平行に伝送される前記テラヘルツ波信号の前記反射波信号を複数の第4貫通孔により設定された第3屈折率により、収束し前記受信部へ伝搬する第3平面レンズ部を含む第3ポートと、
を具備する、収納物検査装置。 - 前記伝送デバイスにおいて、
前記第1ポートは、前記テラヘルツ波信号を伝搬する第1導波路、
前記第2ポートは、前記テラヘルツ波信号を伝搬する第2導波路、及び、
前記第3ポートは、前記テラヘルツ波信号を伝搬する第3導波路をそれぞれ有し、
前記第1平面レンズ部と前記第1導波路が接合する第1接合部分、前記第2平面レンズ部と前記第2導波路が接合する第2接合部分、及び、前記第3平面レンズ部と前記第3導波路が接合する第3接合部分のそれぞれに、導波路と平面レンズ部の間のインピーダンス整合を行う接合箇所を備え、
前記接合箇所は、それぞれに前記第1導波路乃至前記第3導波路から前記第1平面レンズ部乃至前記第3平面レンズ部に向かい、徐々に大径化する複数の第5貫通孔を有する、請求項1に記載の収納物検査装置。
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