JPWO2018207815A1 - テラヘルツ波検出装置およびテラヘルツ波検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
THz波は、エレクトロニクスによる電子制御の高周波極限であり、オプティクスやフォトニクスによる光制御の低エネルギー極限でもあるため、未開拓とされてきた。そのため、他周波数帯に比べて光源や検出器という基本的な素子が未開拓の現状にある。また、THz波の波長は可視光に比べて2、3桁長いことから、イメージングの空間分解能が低いという特徴がある。
これに対して、非特許文献4には、カーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nanotube)アレイ、グラフェン(graphene)、半導体ヘテロ界面2次元電子ガス(Two-Dimensional Electron Gas:2DEG)という低次元電子系の機能を利用した、新しいTHz波検出・分光・撮像技術が示されている。非特許文献4には、カーボンナノチューブ(CNT)量子ドットと半導体中2DEGが結合したハイブリッド構造を作製し、2次元電子中で励起されたキャリアをCNTによる高感度電荷センサで読み取る新機構が記載されている。
既存技術の多くが走査型であるため、イメージング測定に時間がかかっていた。また、既存の検出器は、曲げられないため、単体では全視野からの測定ができないという課題があった。
図1は、本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波検出システムの全体構成図である。
図1に示すように、テラヘルツ波検出システム100は、フレキシブルアレイセンサ30(テラヘルツ波検出装置)と、装置全体を制御するPC(personal computer)110と、コントローラ120と、THz光源130と、ロックインアンプ140と、DAQ(Data AcQuisition)150(データ収集装置)と、を備える。
ここで、DAQ150に代えて、または併用してスイッチを設ける構成でもよい。このスイッチは、フレキシブルアレイセンサ30の各テラヘルツ波検出素子10の読み取りタイミングをずらしながら、フレキシブルアレイセンサ30からの多チャンネル信号を読み出す。さらに、フレキシブルアレイセンサ30を、ウェアラブルにする場合には、DAQ150に代えて、または併用して無線機をフレキシブルアレイセンサ30に組み込み、無線によりデータを送信する。上記無線機は、例えばNFC(Near field radio communication:近接無線通信)やBluetooth(登録商標)が使用できる。
なお、上記DAQ150、スイッチ、無線機等を単層カーボンナノチューブフィルム11(後記)に集積化することも可能である。
フレキシブルアレイセンサ30は、8個のテラヘルツ波検出素子10を整列配置した8素子アレイセンサ(8-elementarray detector)である。8素子アレイセンサ(フレキシブルアレイセンサ30)は、1mm幅のテラヘルツ波検出素子10を0.5mm間隔で8個並べた構造である。図1のテラヘルツ波検出素子10を上面視した場合の縦の長さは1mm、テラヘルツ波検出素子10とテラヘルツ波検出素子10間の電極間隔は、1.5mmである。8素子アレイセンサ30をXY方向に動かすことで、8×8の2次元エリアでTHz検出を行うことができる。
フレキシブルアレイセンサ30は、テラヘルツ波検出素子10と、複数のテラヘルツ波検出素子10をアレイ状に固定したフレキシブル基板20と、を備える。
フレキシブル基板20は、可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム11(後記)のフレキシブル支持基板である。フレキシブル基板20は、例えばポリマー材料からなり、透明であってもよい。
フレキシブル基板20は、可撓性・柔軟性に加え、非ノイズ性、低熱伝導率、絶縁性、耐候性、所定の強度等の支持基板としての必要な条件を満たせば、如何なる材質の基板でもよい。
図2は、テラヘルツ波検出素子10の構成を示す斜視図である。図2は、図1のA−A矢視断面図である。
本実施形態のテラヘルツ波検出装置10は、材料や電極12,13の最適条件を提供する。
図2に示すように、テラヘルツ波検出素子10(テラヘルツ波検出装置)は、フレキシブル基板20上に、高密度に集積化された可撓性を有する単層カーボンナノチューブフィルム(Single-walled Carbon Nanotubes :SWCNTs film)11(低次元電子系材料)と、単層カーボンナノチューブフィルム11の一方の端部の第1電極12と、他方の端部の第2電極13と、を備える。
第1電極12と第2電極13間の単層カーボンナノチューブフィルム11上に、赤外線領域のTHz波40が照射(IR irradiation)される。
カーボンナノチューブは、電気伝導性が高く、機械的強度が高く柔軟性がある。カーボンナノチューブは、DCに近い周波数から紫外光領域に至る、極めて広い周波数帯での電磁波を吸収する。特に、サブテラヘルツ波から紫外線までの極めて広大な周波数帯域の光を吸収可能である。カーボンナノチューブがテラヘルツ検出器として使用できることは、本発明者らが以前に示した。しかしながら、検出器を構成する材料や電極の最適条件が分かっていなかった。本実施形態では、材料や電極の最適条件を提供する。まず、材料としてのカーボンナノチューブは、下記の特徴を有する。
単層カーボンナノチューブフィルム11は、長さ方向が第1電極12および第2電極13の端部に沿って高密度で単層カーボンナノチューブが配向される。検出感度をより高めるためには、より配向性の高いものが望まれる。
単層カーボンナノチューブフィルム11は、一例としてp-typeである。また、単層カーボンナノチューブフィルム11は、n-typeであってもよく、p-typeとn-typeとを組み合わせたものでもよい。
単層カーボンナノチューブフィルム11は、例えば膜厚50μmのカーボンナノチューブ薄膜である。
単層カーボンナノチューブフィルム11は、単層カーボンナノチューブ(SWCNTs)、二層カーボンナノチューブ(DWCNTs)、多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)を、それぞれ単独で使用、および/または、併用しても構わない。
第1電極12および第2電極13は、金属からなる。第1電極12と第2電極13は、例えばAuである。
その他、電極材料としては、Al、Mo、Ni、Tiがある。ただし、貴金属ではAu以外のCu、Ag、Ptなど、アルミニウム族元素ではAl以外のGa、Inなど、クロム族元素ではMo以外のCr、Wなど、鉄族元素ではNi以外のFe、Coなど、スズ族元素ではTi以外のZr、Sn、Hf、Pb、Thなど、マグネシウム族元素のBe、Mg、Znなど、さらにこれらの金属の合金が使用できる。
第1電極12の近くの単層カーボンナノチューブフィルム11にテラヘルツ波を照射して起電力を発生させる場合、第1電極12がソース電極であり、第2電極13がドレイン電極である。第1電極12と第2電極13間にバッテリ21および電流計22を接続する。
なお、一例として、第1電極12および第2電極13の単層カーボンナノチューブフィルムの長さ方向は1.5mm、第1電極12の端部と第2電極13の端部との間は20mmとしている。
図3に示すように、各電極の応答電流(Response[μA])は、Au>Al>Mo>Ni>Tiの順に感度が変化する。図3に示す電極の材料の中では、Auの応答電流が最も大きく、次いでAlとなる。そして、感度はAlから略半減してMo、Ni、Tiと続く。
上記感度は、熱伝導率と関連する。すなわち、図3に示すように、熱伝導率が良いほど高感度である。電極の熱伝導率を高めることで、検出感度を向上させることができる。
図4に示すように、電極(例えばAu)の厚さが厚いほど高感度である。応答信号を増すためには、電極の厚みを厚くする。
図5に示すように、テラヘルツ波検出素子10は、0.5THz〜6THzの幅広い周波数帯において電磁波を吸収することができる。
上述したように、単層カーボンナノチューブフィルム11は、長さ方向が第1電極12の端部から第2電極13の端部に亘って高密度で集積化される。このため、単層カーボンナノチューブフィルム11は、幅広い周波数帯において電磁波を吸収することができる。
図6Aに示すように、0.14THzのTHz波の照射によりTHz波を照射した場合、I−V特性は線形であり、I−V特性のシフトが観測された。
図6Bに示すように、14THzのTHz波の照射によりTHz波を照射した場合、I−V特性は線形であり、I−V特性のシフトが観測された。
図6Cに示すように、30THzのTHz波の照射によりTHz波を照射した場合、I−V特性は線形であり、I−V特性のシフトが観測された。いずれのTHz波の照射によってもI−V特性の傾きに変化がない(電気抵抗は一定のまま)ことから、単純なボロメトリック効果(THz波の吸収による温度上昇効果)ではない。単層カーボンナノチューブフィルム11が載る基板(フレキシブル基板20)の熱伝導率への依存性を測定したところ、熱伝導率が小さいほどTHz応答が大きくなることがわかった。この事実は、THz波の照射の結果として生じる熱が基板を通して逃げず、CNTに熱が蓄積されるほどTHz応答が大きくなることを意味しており、光熱電効果がTHz検出機構として予想される。
図8から、サブTHzから数十THzに至る、極めて広い周波数帯において、雑音電流値が10−10〜10−11A/Hz1/2という優れた検出感度を得ることができた。優れた低雑音検出器として動作している。
図9Aは、第1電極12(ソース電極)および第2電極13(ドレイン電極)に同種の金属(Au−Au)を用いた一例である。
図9Aに示すように、一例では、THz波の照射によるI−V特性のシフトは観測されない。
図9Bは、第1電極12(ソース電極)に熱伝導率の高いAuを用い、第2電極13(ソース電極)に熱伝導率の低いTiを用いた例である。
図9Bに示すように、THz波を照射した場合、I−V特性は線形であり、I−V特性のシフトが観測された。また、(Au−Ti)を用いた場合、I−V特性のシフトは、最も大きい。
以上、同じまたは異なる熱伝導率において、THz帯全領域で動作する広帯域・高感度・小型なテラヘルツ波検出装置10を作製することができた。
図10は、8素子アレイセンサ30を平置きした場合の測定系の全体構成を示す図である。
図10に示すように、被検査対象物であるメタルマスク(Metal mask)52(試料)に、上方から赤外線領域のTHz波40を照射(IR irradiation)する。THz光源は、フェムト秒レーザ等で発生させる。メタルマスク52は、アルミホイル(THz波非透過)53に情報54(ここでは文字:X,Y,Z)を形成し、このアルミホイル55に不透明(可視光)なフィルム(THz透過)を重ねてマスクとする。
このメタルマスク52の下方に、8素子アレイセンサ30を配置し、8素子アレイセンサ30をメタルマスク52に対してXY移動(2次元移動)する。
あるいは、図10に示すように、8素子アレイセンサ30を載置し、上方から赤外線領域のTHz波40を照射しつつ、メタルマスク52を図10の矢印(→)方向に移動させる。すなわち、8素子アレイセンサ30を一方向に移動・交差させて2次元画像を観察する。
図11Aに示すように、メタルマスク52(試料)は、アルミホイル55に文字82(X,Y,Z)を形成する(例えばアルミホイルから文字部分を切り取る)。
図10に示すように、8素子アレイセンサ30を一方向に移動させて2次元画像を観察する。図11Bに示すように、メタルマスク52の文字54が高感度、高精度で観察できた。また、テラヘルツ波検出素子10は、アレイ化されているので、8素子アレイセンサ30を一方向に移動させるだけで2次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
図12Aに示すように、クリップ(軟鉄)55(試料)の一部を円形のGe板56で覆う。ここで、Ge板56のGeは、THz波に対して透過する。クリップ55のFeは、THz波に対して非透過である。上方からみると、クリップ55(試料)はGe板56で隠されてクリップ55は見えない。すなわち、可視光では遮蔽物の後ろに何が隠されているか検知することはできない。
8素子アレイセンサ30は、THz波の透過性を利用することで、図12Cに示す透過イメージのように遮蔽物の後ろに隠された金属(クリップ55)を明瞭に検知することができる。
前記図10に示すように、8素子アレイセンサ30を一方向に移動させて2次元画像を観察する。図12Cに示すように、クリップ55が高感度、高精度で観察できた。また、テラヘルツ波検出素子10は、アレイ化されているので、8素子アレイセンサ30を一方向に移動・交差させるだけで2次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
図13A−Cは、23素子アレイセンサ30A(フレキシブルアレイセンサ30)(以下、23素子アレイセンサ30Aという)を湾曲させた場合の測定系の全体構成を示す図である。
図13Aに示すように、23素子アレイセンサ(23-elementarray detector)30Aは、フレキシブル基板20に23個のテラヘルツ波検出素子10を整列配置する。フレキシブル基板20の材質は、ポリイミドフィルム等どのようなものでもよい。また、単層カーボンナノチューブフィルム11(図1および図2参照)は、高い電気伝導性と機械的強度を兼ね備えており、柔軟性のあるフレキシブル基板20に用いることができる。23素子アレイセンサ30Aは、1mm幅のテラヘルツ波検出素子10を0.5mm間隔で23個フレキシブル基板20上に並べたフレキシブルセンサである。23素子アレイセンサ30Aは、例えば指や腕など生体上の湾曲した箇所に密着させるように装着することができる(後記図14参照)。
ベントマスク57(試料)に、上方から赤外線領域のTHz波40を照射する。THz波の光源は、フェムト秒レーザ等で発生させる。
図13Aに示すように、ベントマスク57(試料)に、上方からTHz波40を照射しつつ、ベントマスク57を矢印(→)方向に移動させて2次元画像を観察する。
図13Cに示すように、ベントマスク57を一方向に移動させて2次元画像を観察すると、ベントマスク57の文字・図形52が高感度、高精度で観察できた。測定対象が歪曲した物体でも明瞭なイメージが得られている。
また、テラヘルツ波検出素子10は、アレイ化されているので、23素子アレイセンサ30Aを一方向に移動させるだけで2次元画像を取得できる。このため、高速に観察可能である。
[23素子アレイセンサ30Aの手に巻付け配置(パッシブイメージング)]
23素子アレイセンサ30Aの手に巻付け配置例は、(1)湾曲した物体を測定する観点からフレキシブルTHz波スキャン(折れ曲がるTHz波スキャン)である、(2)人体を測定する観点からバイオスキャンである、(3)無光源測定を行うパッシブイメージングであるという特徴を有する。
図14A−Bは、23素子アレイセンサ30Aの手に巻付け配置(パッシブイメージング;光源を用いず測定対象のTHz波を測定)した場合の応用例を示す図である。図14Aは、23素子アレイセンサ30Aを手に巻き付けた例、図14Bは、そのTHz透過光の観察像を示す図である。
図14Bに示すように、測定対象が湾曲した手であっても明瞭なイメージが得られている。また、バイオスキャンの測定結果として、手からの熱放射を感知して、無光源環境下においてもイメージングできている。
このように、外部光源なしで手からの放射のパッシブイメージングを観察することができた。メディカルケアセンサなど医療応用が期待される。
図15は、湾曲したサンプルのフレキシブルイメージングを説明する図であり、図15Aは、フレキシブルアレイセンサ30を用いた測定系の観察方法を示す図、図15Bは湾曲したサンプルのペットボトルを正面から見た要部破断図、図15Cはラベル内部の異物等を示す図である。図16は、図15Aの測定系で観察されたTHz透過光の観察像を示す図である。
図15Aに示すように、測定対象のペットボトルのラベル61に、ペットボトルの内側からTHz波40(THz透過光)を照射しつつ、フレキシブルアレイセンサ30を矢印(→)方向(下方向)に移動させて2次元画像を観察する。フレキシブルアレイセンサ30は、テラヘルツ波検出素子10が、アレイ化されているので、フレキシブルアレイセンサ30を下方向に移動させるだけで2次元画像を取得できる。
図15Bに示すように、肉眼ではラベル61の下の状態は見えない。実際には、図15Cに示すように、ラベル61の下には金属の異物62が混入し、またペットボトルは破損63している。
フレキシブルアレイセンサ30は、例えば1.4THzのTHz波40を照射することで、図16の透過イメージのようにラベル61の後ろに隠された金属の異物と破損箇所を明瞭に検知することができる。
図17は、湾曲したサンプル(注射器)の全方位フレキシブルイメージングを説明する図であり、フレキシブルアレイセンサ30を用いた測定系を示す。図18A−Bは、湾曲したサンプル(注射器)の破損を示す図であり、図18Aは注射器の破損を示す図、図18Bは全方位イメージングの観察像を示す図である。
図17に示すように、円環状に曲げたフレキシブルアレイセンサ30を用いて、測定対象の医療器具(注射器71)をX軸方向(上下方向)に通過させる。フレキシブルアレイセンサ30は、X軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ30をX軸方向にスキャンすると、全周を一度にスキャンするマルチビュースキャンとなる。
図18Aに示すように、注射器71に破損72がある場合、図18Bに示す全方位イメージングの観察像に破損箇所が表される。
フレキシブルアレイセンサ30は、大規模な測定系を必要とすることなく、全方位検査が可能となる。既存のTHz波検出器と比べて大きな優位性を有する。
次に、図19ないし図23を参照して、マルチビュースキャンの具体例について説明する。
<THz光源設置>
図19は、フレキシブルアレイセンサ30を用いた測定系を示す図である。図1および図17と同一構成部分には同一符号を付している。
図19に示すように、テラヘルツ波検出システム100Aは、THz光源130を備える。THz光源130は、測定対象の医療器具(注射器71)のX軸上に設置され、注射器71の内部(測定対象内)に、例えば1.4THzのTHz波40を照射する。
この構成において、注射器71の内部にTHz波40を照射し、注射器71の内部でTHz波40を乱反射41させる。この状態で、測定対象の医療器具(注射器71)に、円環状のフレキシブルアレイセンサ30をX軸方向に通過させる。フレキシブルアレイセンサ30は、X軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ30をX軸方向にスキャンすると、マルチビュースキャンを実現することができる。
図19のマルチビュースキャン構成は、THz光源130を1つ設ける場合に有効である。THz光源130を用いたアクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたTHz光源を用いることができる。これにより、検査の解像度(分解能)を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
図20は、フレキシブルアレイセンサ31にTHz発振器を組み込んだ測定系を示す図である。図17と同一構成部分には同一符号を付している。
図20に示すように、テラヘルツ波検出システム100Bは、フレキシブルアレイセンサ31が、単層カーボンナノチューブフィルム11と第1電極12と第2電極13とからなるテラヘルツ波検出素子(テラヘルツ波検出装置)と、さらに、複数のTHz発振器15とを備える。このテラヘルツ波検出素子は、THz発振器15からのTHz波を受信するTHz受信器である。
本実施形態では、フレキシブルアレイセンサ31は、上記テラヘルツ波検出素子とTHz発振器15とが、全周に亘って交互に配置されている。例えば、テラヘルツ波検出素子:n(nは任意の自然数)個に対して、THz発振器:(n−1)個である。なお、上記テラヘルツ波検出素子およびTHz発振器15の各個数および配置方法は限定されない。また、上記テラヘルツ波検出素子とTHz発振器15との対応関係は1:1に限られず、例えばTHz発振器15が1に対しテラヘルツ波検出素子がm(mは任意の自然数)の、1:mであってもよい。
フレキシブルアレイセンサ31は、X軸の全周に亘って曲げられているので、フレキシブルアレイセンサ31をX軸方向に移動すると、マルチビュースキャンを実現することができる。
また、アクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたTHz光源を用いることができることで、図19の場合と同様に、検査の解像度(分解能)を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
図21は、フレキシブルアレイセンサ30を用いた測定系を示す図である。図17と同一構成部分には同一符号を付している。
図21に示すように、テラヘルツ波検出システム100Cは、THz発振器を備えない。例えば、前記図1に示すフレキシブルアレイセンサ30を単独で用いてもよいし、図19に示すテラヘルツ波検出システム100AからTHz光源130を取り去る構成、あるいは図20に示すテラヘルツ波検出システム100Bのフレキシブルアレイセンサ31のTHz発振器15を非稼働にする構成でもよい。
図21のマルチビュースキャン構成は、THz発振器なし(外部光源なし)で測定対象の医療器具(注射器71)のTHz波の放射のパッシブイメージングを検査することができる。THz光源による照射の影響を避けたい場合に有効である。
乳がんの罹患数(全国推計値:2011年)は、女性のがん罹患全体の約20%を占める。乳がん検診では、簡単に、感度良く見つけることが重要である。
図22は、フレキシブルアレイセンサ32を乳がん検査装置に適用した例を示す図である。図17と同一構成部分には同一符号を付している。
図22に示すように、テラヘルツ波検出システム100Dのフレキシブルアレイセンサ32は、乳がん検査装置に適用される。
フレキシブルアレイセンサ32は、胸部に装着される装着器具81に、左右一対で設置される。フレキシブルアレイセンサ32は、頂点Oを中心に同心円状に、複数列配置された、単層カーボンナノチューブフィルム11と第1電極12と第2電極13とからなるテラヘルツ波検出素子(テラヘルツ波検出装置)と、THz発振器15と、テラヘルツ波検出素子10およびTHz発振器15を上に凸の曲面状(お椀状)に固定したフレキシブル基板20Aと、を備える。
上記テラヘルツ波検出素子は、乳がんに示す強い吸収を示す1.7THz波を検出する。また、THz発振器15は、乳がんに示す強い効果を示すTHz波を発信する。
THz発振器15を用いたアクティブスキャンであること、および測定対象に合わせたTHz光源を用いることができる。これにより、検査の解像度(分解能)を高めることができ、より精度の良い全方位検査が可能となる。
また、フレキシブルアレイセンサ32を被験者の皮膚に密着させることができることから、測定対象が湾曲した乳房でも明瞭なイメージを得ることができる。
なお、フレキシブルアレイセンサ32を被験者の皮膚に密着させて、被験者の皮膚からの熱放射を良好に感知することができるので、THz発振器15なしでもイメージングは可能である。外部光源なしで皮膚からの放射のパッシブイメージングを観察できると、メディカルケアセンサなどの医療応用が期待できる。
図23Aは、フレキシブルアレイセンサ30を用いた撮像システムを示す図である。図1および図19と同一構成部分には同一符号を付している。
図23Aに示すように、テラヘルツ波検出システム100Eは、THzレーザ装置1311〜1314(テラヘルツ発振器)を備える。
THzレーザ装置1311〜1314は、円環状のフレキシブルアレイセンサ30の外周面に複数(ここでは4つ)設置される。
図23Bに示すように、テラヘルツ波検出システム100Fは、さらにボールカメラ(Ball Camera)1341,1342を備える。
この構成において、測定対象物74をテラヘルツ波検出システム100F内に置いて、THzレーザ装置1311〜1314(図示省略)によりTHz波1321〜1324を4方向から照射し、フレキシブルアレイセンサ30の内部で乱反射1331〜1336させる。ボールカメラ1341,1342は、一部の乱反射1335〜1336を360°視野で取り込む。これにより、全方位計測に加え、3Dイメージングを実現することができる。
図24A−Bは、フレキシブルアレイセンサ31を用いたウェアラブル医療検査器を示す図であり、図24Aは、ウェアラブル医療検査器の装着例を示す図、図24Bはその測定例を示すイメージ図である。図20と同一構成部分には同一符号を付している。
図24Aに示すように、テラヘルツ波検出システム100G(ウェアラブル医療検査器)は、フレキシブルアレイセンサ31が、被験者の手首に巻きつけられる。図24Bに示すように、フレキシブルアレイセンサ31は、複数のテラヘルツ波検出素子10と、複数のTHz発振器15と、を備える。また、フレキシブルアレイセンサ31が巻き付けられた手首は、皮下組織上に真皮75と、その上の表皮76と、皮下組織に近い真皮75内の汗腺77と、汗腺77でつくられた汗77aを体外に排出する汗孔78と、を有する。
アポクリン腺は、緊張や興奮などにより汗を分泌する。また、人体の汗77aは、THz領域において電磁波共鳴吸収される。
図24Aに示すように、テラヘルツ波検出システム100G(ウェアラブル医療検査器)は、フレキシブルアレイセンサ31を被験者の手首に装着することで、皮膚下の汗77aを、テラヘルツ波検出素子10により非侵襲でリアルタイムに計測することができる。このような画像を、例えば無線により病院に転送することで、被験者の状態をリアルタイムで把握することができる。
図25に示すように、フレキシブルアレイセンサ35(テラヘルツ波検出装置)を指先に例えば医療用テープで巻き付けて装着する。フレキシブルアレイセンサ35からの信号線ワイヤ36は、手首等に束ねて、図示しない測定装置に接続する。この場合、信号線ワイヤ36を無線機に接続し、無線(Bluetooth(登録商標)など)によりデータを送信するようにしてもよい。
以上は、1本の指先に装着されたフレキシブルアレイセンサ35の測定例であるが、5本の指先に装着された各フレキシブルアレイセンサ35の測定結果を用いると、いままでになかった測定対象のTHzスキャナが可能になる。例えば、フレキシブルアレイセンサ35を指先に装着した手で、球状物体等の立体造形物を掴んだり、指先で撫でたりすることで、この立体造形物の全方位検査が可能となる。
さらに、フレキシブル特性を利用した生体センサや人体に貼り付けるなどセンシングや医療応用などにも適用可能である。また、ウェアラブルで高速な光信号処理デバイスも可能となる。さらに、フレキシブル特性を活かした様々な応用、例えば、健康管理と監視のためのマトリクス型触覚センサ、薄膜ヒータ、温度・赤外線センサ等の融合が考えられる。
また、サブテラヘルツ〜赤外での画像計測を1つのカメラで可能である。現時点では、1〜30THzで可能であるものの、原理的にはサブTHz〜数百THzまで可能である。
例えば、本実施形態では、単層カーボンナノチューブフィルム11を用いているが、可撓性を有するカーボンナノチューブ膜であればよく、カーボンナノチューブフィルムは単層である必要はない。すなわち、可撓性を有する多層カーボンナノチューブ膜であってもよい。
また、上記実施の形態では、テラヘルツ波検出装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、名称はテラヘルツ波検出器等であってもよい。
11 単層カーボンナノチューブフィルム
12 第1電極
13 第2電極
15 THz発振器
20,20A フレキシブル基板
30,30A,31,32,35 フレキシブルアレイセンサ(テラヘルツ波検出装置)
100,100A,100B,100C,100D,100F,100G テラヘルツ波検出システム
110 PC
120 コントローラ
130 THz光源
1311〜1314 THzレーザ装置(テラヘルツ発振器)
1341,1342 ボールカメラ
140 ロックインアンプ
150 DAQ(データ収集装置)
Claims (10)
- 可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、
前記カーボンナノチューブ膜の2次元平面上に対向配置された第1電極および第2電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、を備える
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記テラヘルツ波検出素子を折り曲げ自在に支持する可撓性を有するフレキシブル基板を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記テラヘルツ波検出素子は、フレキシブル基板上に整列配置する
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 湾曲または円筒形に形成されたフレキシブル基板を有し、
前記テラヘルツ波検出素子は、湾曲または円筒形に形成された前記フレキシブル基板上に整列配置する
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 上に凸の椀形状に形成されたフレキシブル基板を有し、
前記テラヘルツ波検出素子は、前記フレキシブル基板の椀形状の頂点を中心に同心円状に配置する
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記カーボンナノチューブ膜は、50重量%以上が、単層カーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、前記カーボンナノチューブ膜の2次元平面上に対向配置された第1電極および第2電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器と、を備え、
前記テラヘルツ波検出素子は、
測定対象物が乱反射したテラヘルツ波を受信する
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 可撓性を有するカーボンナノチューブ膜と、前記カーボンナノチューブ膜の2次元平面上に対向配置された第1電極および第2電極と、を有するテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波検出素子が受信するテラヘルツ波を発信するテラヘルツ発振器と、を備え、
前記テラヘルツ発振器は、
前記カーボンナノチューブ膜上で、前記テラヘルツ波検出素子と共に配置された
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置により検出された物理データを収集するデータ収集装置と、を備える
ことを特徴とする記載のテラヘルツ波検出システム。
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