特許 7580924 テラヘルツ波カメラシステム、入出管理装置、テラヘルツ波カメラシステムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-01

(45)【発行日】2024-11-12

(54)【発明の名称】テラヘルツ波カメラシステム、入出管理装置、テラヘルツ波カメラシステムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3581 20140101AFI20241105BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20241105BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3581

G01N21/17 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020036119

(22)【出願日】2020-03-03

(65)【公開番号】P2021139682

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 崇広

(72)【発明者】

【氏名】小山 泰史

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９０９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２４３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１７２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１５８５７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３１０６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２０８１１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２６５７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７１６４９３２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５８９１９００（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／９５８

Ｇ０１Ｎ ２２／００－２２／０４

Ｇ０１Ｖ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

テラヘルツ波の発信部と、前記テラヘルツ波を受信する受信部と、前記受信部に設けられたレンズ部とを有するテラヘルツ波カメラシステムであって、
前記テラヘルツ波カメラシステムは、第１側面と、前記第１側面に対向する第２側面との間の通路を通過する被写体を撮影するように配されており、
前記発信部は、前記第１側面を構成する柵、壁、改札、又はゲートに配されており、
前記受信部は、前記通路の内部に配されており、
前記被写体は、秘匿物と、前記秘匿物を覆う被覆物と、を有し、 前記第１側面及び前記第２側面に交差し、且つ前記被覆物の表面の少なくとも一部を含む第１面と、
前記第１側面及び前記第２側面に交差し、前記レンズ部を含み、且つ前記第１面と平行な第２面とをとったときに、
前記第２面において、前記第１面にて反射した前記発信部からの前記テラヘルツ波が照射される第１領域と、前記レンズ部とが異なる位置に配されており、前記レンズ部は、前記秘匿物にて反射した前記発信部からの前記テラヘルツ波が照射される領域に配されていることを特徴とするテラヘルツ波カメラシステム。

【請求項2】

前記第１面は前記第１側面及び前記第２側面に垂直で交わり、
前記発信部が発するテラヘルツ波の指向軸と前記第１面とがなす角の大きさと、前記レンズ部の光軸と前記第１面とがなす角の大きさが異なることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波カメラシステム。

【請求項16】

第２発信部を有し、
前記第２発信部は、前記第２側面を構成する柵、壁、改札、又はゲートに配され、
前記第２発信部は、前記通路を挟んで前記発信部と対向する位置に配されていることを 特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波カメラシステム。

【請求項17】

請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のテラヘルツ波カメラシステムが設けられた入出管理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テラヘルツ波カメラシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

テラヘルツ波は服や包装などの物質に対して透過性を示すことが知られている。このような特性を有するテラヘルツ波をカメラシステムに用いることが検討されている。

【0003】

テラヘルツ波を使用したカメラシステムにはパッシブ型カメラシステムとアクティブ型カメラシステムとが存在する。パッシブ型カメラシステムは対象物が発するテラヘルツ波を受信するセンサを有するカメラから成るシステムである。アクティブ型カメラシステムでは、テラヘルツ波を観察対象物に照射し、反射したテラヘルツ波を使用してイメージングを行う。特許文献１には、テラヘルツ波を使用したアクティブ型カメラシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－０８７７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者らは、アクティブ型カメラシステムによって、服や包装などを透過させてその内部を観察する際に、次のような課題を見出した。それは、服や包装などの表面で反射したテラヘルツ波がノイズとなり、テラヘルツ画像の画質を低下させる要因となりうることである。

【0006】

そこで、本発明の目的は、アクティブ型テラヘルツ波カメラシステムの画質を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面は、テラヘルツ波の発信部と、前記テラヘルツ波を受信する受信部と、前記受信部に設けられたレンズ部とを有し、通路に配置されるテラヘルツ波カメラシステムであって、前記通路の進行方向に交差し、且つ被写体の表面である第１面と、前記通路の進行方向に交差し、前記レンズ部を含み、且つ前記第１面と異なる位置に第２面とをとったときに、前記第２面において、前記第１面にて反射した前記発信部からの前記テラヘルツ波が照射される第１領域と、前記レンズ部とが異なる位置に配されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るテラヘルツ波カメラシステムによれば、高画質なテラヘルツ画像を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図2】（ａ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図3】（ａ）第２実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第２実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｃ）第２実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図4】（ａ）第３実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第３実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図5】（ａ）第３実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第３実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図6】（ａ）第４実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第５実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図7】（ａ）第６実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第６実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図8】（ａ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図9】（ａ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図、（ｂ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムを説明するための模式図。

【図10】（ａ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムの変形例を説明するための模式図、（ｂ）第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムの変形例を説明するための模式図。

【図11】第１実施形態のテラヘルツ波カメラシステムの制御方法を説明するためのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は本発明を限定するものでない。各実施形態は適宜、組み合わせが可能である。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0011】

ここで、テラヘルツ波について説明する。テラヘルツ波は、典型的には０．１ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲のうち、任意の周波数帯域を有する電波である。テラヘルツ波は、可視光や赤外光と比較して波長が長いため、被写体からの散乱の影響を受け難く、多くの物質に対し強い透過性を有している。また、テラヘルツ波は、ミリ波と比較して波長が短いため、高い空間分解能を得ることができる。これらの特徴を活かし、テラヘルツ波はＸ線に替わる安全なイメージング技術への応用が期待されている。応用が期待されるイメージング技術とは、具体的には、公共の場所でのボディチェックや監視カメラ等である。以下、応用が期待されるボディチェックや監視カメラに適用可能なテラヘルツ波カメラシステムについて説明する。

【0012】

（第１実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム１００を、図１、図２、図８、図９を用いて説明する。まず、カメラシステム１００がボディチェックや監視カメラ等に使用される場合を説明する。

【0013】

ボディチェックや監視カメラ等では、被写体を撮影し、被覆物の下に秘匿物を有するか否かを確認することが求められる。被覆物は、例えば衣服、梱包等であり、秘匿物は、例えば銃火器や爆発物等の危険物、装飾品や宝飾品、スマートフォン等の小型装置である。本発明者らは、詳細な検討によって、テラヘルツ波カメラシステムにおいて取得される画像は、複数の反射テラヘルツ波に基づく像が重畳した画像となることを見出した。

【0014】

テラヘルツ波を含む電磁波に関して次の特性がある。その波長と同等かその波長よりも小さい凹凸構造に電磁波を照射すると、電磁波は凹凸構造の表面で散乱されず正反射する。つまり、ある電磁波にとって、その波長よりも小さい凹凸構造は鏡面となりうる。例えば、人体の皮膚表面の凹凸構造や金属表面の凹凸構造は、テラヘルツ波の波長よりも小さい。従って、テラヘルツ波にとって人の皮膚表面や金属表面は鏡面となりうる。また、衣服に使用される布材料や、段ボールや封筒等の梱包材に対し、テラヘルツ波の一部は透過し、テラヘルツ波の一部は反射する。従って、被覆物としての衣服下に物体を秘匿した人物をテラヘルツ波で観察する場合、衣服での反射テラヘルツ波に基づく像と、物体での反射テラヘルツ波に基づく像と、人物での反射テラヘルツ波に基づく像とが重畳してしまう。

【0015】

図８（ａ）は、本実施形態を説明するための、複数のテラヘルツ波反射像が重畳することを説明するためのイメージ図である。被写体８９２は、被覆物８９３の下に物体（例えば秘匿物８９４）を持つ人物であるとする。この場合、撮影される領域は、領域８９３であり、得られるテラヘルツ画像は、画像８９１となる。画像８９１は、被覆物８９３由来の像と、秘匿物８９４由来の像、および人物の皮膚表面由来の像などが重畳された像になっている。秘匿物８９４に着目した場合、秘匿物８９４の像に秘匿物８９４以外の像が重畳しているため、秘匿物８９４の識別が困難になる可能性がある。

【0016】

図９（ａ）は、本実施形態を説明するための、複数のテラヘルツ波反射像が重畳することを説明する模式図である。図９（ａ）は、反射像が重畳する場合の一例を示している。図９（ａ）では、被写体８９２と、発信部１０１と、受信部１０２が示されている。

【0017】

被写体８９２は、図８（ａ）に示したように秘匿物８９４と被覆物８９３を有する。被覆物８９３は、図９（ａ）に示すように、Ｘ方向において秘匿物８９４と発信部１０１との間に位置する。図９（ａ）において、テラヘルツ波１０７と、反射テラヘルツ波１１１ａ、反射テラヘルツ波１１１ｂは、それぞれの指向軸を示したものである。テラヘルツ波の指向軸については後述する。

【0018】

図９（ａ）に示すように、発信部１０１はテラヘルツ波１０７を放射する。テラヘルツ波１０７の多くは被覆物８９３を透過し、秘匿物８９４の表面８９４ａで反射する。また、テラヘルツ波１０７の一部は被覆物８９３の表面８９３ａで反射する。テラヘルツ波１０７は、反射テラヘルツ波１１１ａと反射テラヘルツ波１１１ｂとなり、受信部１０２にて受信される。ここで、テラヘルツ波１０７は、その全部が反射、透過するものに限定されず、一部が反射や透過してもよい。また、テラヘルツ波１０７の一部は、減衰してもよく、被覆物８９３や秘匿物８９４に吸収されてもよい。

【0019】

受信部１０２にて受信されるテラヘルツ波は、反射テラヘルツ波１１１ａと反射テラヘルツ波１１１ｂである。反射テラヘルツ波１１１ａは、被覆物８９３の情報を有する。反射テラヘルツ波１１１ｂは、秘匿物８９４の情報を有する。受信部１０２がこれら２つの反射テラヘルツ波が受信可能な位置に設けられてしまうと、画像８９１は、被覆物８９３等のノイズとなる情報を含む不鮮明な画像となってしまう。秘匿物８９４に着目した画像を取得するためには、受信部１０２が反射テラヘルツ波１１１ｂのみを受信することが望ましい。

【0020】

図９（ｂ）は、本実施形態を説明するための模式図であり、図９（ａ）に対応している。図９（ｂ）では、受信部１０２の位置を図９（ａ）に示す位置からずらしている。ここでは、説明のため、ある１つの方向であるＺ軸方向にのみずらした場合を説明する。このように配置することで、受信部１０２が受信する望まない反射テラヘルツ波１１１ａが低減し、ノイズの少ない画像を取得することが可能となる。説明では、１つの方向のみに移動させているが、それに限定されるものではなく、任意の方向に移動することができる。

【0021】

より詳細に説明する。図９（ａ）では、受信部１０２は秘匿物８９４の中心線（点線）に対してＺ軸方向に距離Ｄ１だけ離れて位置している。一方、図９（ｂ）では、受信部１０２は秘匿物８９４の中心線（点線）に対してＺ軸方向に距離Ｄ２だけ離れて位置している。ここで、距離Ｄ１＜距離Ｄ２である。受信部１０２が受信する望まない反射テラヘルツ波１１１ａが低減するように、受信部１０２を配置することで、ノイズの少ない画像を取得することが可能となる。

【0022】

ここで、テラヘルツ波について説明する。テラヘルツ波は、図８（ｂ）のような広がりを有する電磁波である。図８（ｂ）は、複数の発信部１０４ａ～１０４ｄと、複数の発信部１０４ａ～１０４ｄから放射されるテラヘルツ波８０７ａ～８０７ｄを示している。テラヘルツ波８０７ａ～８０７ｄは、ビームパターンを示している。ビームパターンとは放射パターンとも称する。発信部１０４ａはテラヘルツ波８０７ａを放射し、発信部１０４ｂはテラヘルツ波８０７ｂを放射する。発信部１０４ｃはテラヘルツ波８０７ｃを放射し、発信部１０４ｄはテラヘルツ波８０７ｄを放射する。ここで、各テラヘルツ波８０７ａ～８０７ｄの指向軸をテラヘルツ波１０７ａ～１０７ｄとして示している。上述のように、他の図面にて示したテラヘルツ波１０７ａ、１０７ｂは指向軸を示したものである。指向軸とは、発信部からのテラヘルツ波の指向特性の中心軸である。指向軸は、例えば、発信部から最も高い強度のテラヘルツ波が放射される方向を示す直線である。指向軸は、照射中心軸とも称することができる。指向軸は、例えば、次のように求めることができる。発信部の重心を中心とした、異なる半径の同心球を複数作成する。そして、各球面においてテラヘルツ波の強度が高い位置をとり、それらを結ぶことで指向軸を求めることができる。また、指向軸はシミュレーションで求めることもできる。また、隣接するテラヘルツ波８０７ａ～８０７ｄが一部、重畳していてもよい。

【0023】

本実施形態のカメラシステム１００を具体的に説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）は、カメラシステム１００を説明するための模式図である。図１（ａ）は、カメラシステム１００の上面模式図であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面に平行で、Ｚ軸に垂直に交わる面に各部材を投影した模式図でもある。図１（ｂ）はカメラシステム１００の正面模式図であり、Ｘ軸とＺ軸を含む面に平行で、Ｙ軸に垂直に交わる面に各部材や各領域を投影した模式図でもある。図１（ｂ）は、Ｙ軸方向からみた各部材の投影模式図ともいえる。図２（ａ）は模式的な斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に対応した模式的な斜視図であり、ある物体を撮像した場合を説明するための模式図である。以降の説明において、図毎に説明を行うが、図１（ａ）～図２（ｂ）は相互に参照されるものとする。また、各図面において、その説明に用いない構成を表示しない場合がある。

【0024】

カメラシステム１００は、発信部１０４と、受信部１０５とを有する。カメラシステムは、更に、レンズ部１０６と、制御部１２０とを有する。発信部１０４は、テラヘルツ波１０７を発する。受信部１０５は、テラヘルツ波１０７に基づく反射テラヘルツ波１１１を受信する。カメラシステム１００は、アクティブ型のテラヘルツ波カメラシステムである。

【0025】

カメラシステム１００は、通路１０３に設置される。通路１０３は、領域１０１と、領域１０２との間に形成される。領域１０１と通路１０３との間を境界１０１ａとし、領域１０２と通路１０３との間を境界１０２ａとする。例えば、領域１０１と領域１０２は、通路を構成するためのロープ、柵、壁、改札、ゲート等でありうる。境界１０１ａ、１０２ａは、例えば、床などにひかれた線、壁の面、柵や改札やゲートの側面等でありうる。通路１０３は、人や検査物などの観察対象、すなわち被写体が通過することを想定しており、その進行方向は方向１０９である。通路１０３の進行方向１０９は、境界１０１ａと境界１０２ａとを結ぶ線分において等距離となる点を結ぶ線である。通路１０３は、幅２４０を有する。幅２４０は、境界１０１ａと境界１０２ａとを結ぶ線分である。

【0026】

発信部１０４は、図１（ａ）～図２（ｂ）において、点光源として描かれているが、面光源や点光源が複数集合されているものでも構わない。発信部１０４は、０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下、より好ましくは０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚの周波数範囲から選択されたテラヘルツ波を発するものである。発信部１０４は、負性抵抗を有する半導体素子を使った共振回路や、逓倍器などで構成することができる。負性抵抗を有する半導体素子とは、ＲＴＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＩＭＰＡＴＴ（ＩＭｐａｃｔ Ａｖａｌａｎｃｈｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ）ダイオード、ＧＵＮＮダイオードなどである。本実施形態では、発信部１０４としてＲＴＤを用いる。ＲＴＤにて、０．３ＴＨｚの周波数であって、約１ｍｍの波長をもったテラヘルツ波が発生するものとする。テラヘルツ波はアンテナなどを用いて放射される。

【0027】

受信部１０５は、テラヘルツ波に感度を有するボロメータアレイや、整流回路などの検波回路を有するアンテナアレイなどによって構成することができる。ボロメータとは、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して抵抗値変化として検出する素子である。アンテナとは、パッチアンテナやループアンテナと、ショットキーバリアダイオードなどの整流回路や検波回路とを有する受信素子である。受信部１０５には、これら受信素子が２次元に配されている。また、受信部１０５は、信号出力のための回路を有する。受信部１０５は、例えば、１秒間に約５０枚の２次元の信号情報が出力可能である。

【0028】

レンズ部１０６は、受信部１０５に設置されており、テラヘルツ波の集光が可能である。レンズ１０６は、テラヘルツ波をよく透過するシリコンやゲルマニウムなどの無機材料や、ポリエチレンなどの有機材料などから構成することができる。レンズ１０６は、一般の可視光領域で使用されると同様の方法を用いて設計することができる。レンズ部１０６は、フォーカス機能を有していてもよい。レンズ部１０６の焦点は、受信部１０５の受信素子に位置し、受信素子に結像できるように調整されている。

【0029】

制御部１２０は、例えば、発信部１０４へ制御信号を供給する。制御部１２０は、例えば、受信部１０５の受信動作を制御すること、受信部１０５が受信したテラヘルツ波に基づく信号を取得することができる。制御部１２０は、物理的に１つの装置であってもよく、発信部１０４に対応した装置と、受信部１０５に対応した装置を含む複数の装置からなっていてもよい。

【0030】

図１（ａ）～図２（ｂ）を用いて、カメラシステム１００の配置について説明する。まず、発信部１０４は通路１０３の外側に配され、受信部１０５は通路１０３の内部に配されている。言い換えると、図１（ａ）において、発信部１０４は領域１０１に配され、受信部１０５は通路１０３に配されている。発信部１０４と受信部１０５の配置は、本発明の概念の一部を紹介するものであり、様々に変更することが可能である。

【0031】

ここで、配置について説明するために、複数の面１０８、１１２を用いて説明する。図１（ａ）の面１０８は、仮想的な面であり、方向１０９に交差し、通路１０３のいかなる場所にも配置されるものとする。面１０８は、被写体の表面を示すものである。図１（ａ）の面１１２は、方向１０９に交差し、レンズ部１０６を交差するように配置される。面１１２は、レンズ部１０６を含む面であるともいえる。また、図１（ｂ）の面１１４は、例えば、床である。面１０８と面１１２は、互いに平行であり、境界１０１ａと境界１０２ａと垂直に交わり、方向１０９に垂直で交わるものとする。境界１０１ａと境界１０２ａは、面１１４に対して垂直である。面１０８および面１１２は面１１４に垂直であるものとする。これらの関係は、垂直や平行に限らす、適宜、変更可能である。

【0032】

まず、図１（ａ）を用いて説明する。発信部１０４はテラヘルツ波１０７を発する。図１（ａ）に示されるテラヘルツ波１０７は、テラヘルツ波の指向軸である。テラヘルツ波１１７は放射パターンを示している。テラヘルツ波１０７は、面１０８に向かって放射され、面１０８で反射する。すなわち、テラヘルツ波１０７は、被写体に向かって発せられ、被写体の表面で反射する。面１０８におけるテラヘルツ波１０７が照射された領域を領域１１０とする。反射したテラヘルツ波１０７は、反射テラヘルツ波１１１となる。図１（ａ）に示される反射テラヘルツ波１１１は、テラヘルツ波の指向軸である。テラヘルツ波１１８は反射テラヘルツ波の放射パターンを示している。面１１２におけるテラヘルツ波１１１が照射された領域を領域１１３である。レンズ部１０６は、面１１２に位置し、領域１１３に含まれているようにも見える。

【0033】

本実施形態において、発信部１０４は、その放射するテラヘルツ波が面１０８にＰ波で入射するように、配置される。例えば、テラヘルツ波が面１１４に対して平行な方向に偏波面を持つように発信部１０４が配される。面１０８にＰ波で入射することで、被写体２０５が人である場合には、人の纏っている衣服からの反射を低減もしくは限りなく少なくすることができる。衣服の持つ屈折率から決定されるブリュースター角に一致する場合には、衣服からの反射は全くなくなる。そのようにすることで、被写体２０５である人の衣服の下に隠れた異物などを撮像することが容易となる。

【0034】

ここで、図２（ａ）を用いてテラヘルツ波１０７と反射テラヘルツ波１１１について説明する。テラヘルツ波１０７は、放射パターンにおいて最も強度を有する方向である指向軸である。テラヘルツ波１１７は、放射パターンを示した線分であり、指向軸における強度の半分の値を有する方向と指向軸とがなす半値角θ１１６が形成する立体角ωの外縁を結んだ線分である。ここで、テラヘルツ波１０７と面１０８とがなす入射角と、反射テラヘルツ波１１１と面１０８とがなす反射角とが等しくなる。すなわち、テラヘルツ波１０７は面１０８において正反射をする。

【0035】

図１（ｂ）を用いて、各領域や構成の位置関係を説明する。図１（ｂ）は、Ｙ軸方向からみた各構成の投影図である。テラヘルツ波１０７は、発信部１０４からテラヘルツ波１０７は、面１０８に照射され領域１１０を形成する。点１１０ａは、面１０８におけるテラヘルツ波１０７の位置であり、テラヘルツ波１０７の中で強度が高くなりうる位置である。テラヘルツ波１０７は面１０８で正反射され、面１１２に照射され領域１１３を形成する。点１１３ａは、面１１２における反射テラヘルツ波１１１の位置であり、反射テラヘルツ波１１１の中で強度が高くなりうる位置である。領域１１５は、受信部１０５が検出可能な範囲を示している。領域１１０は、領域１１５の一部を含むように設定される。面１１２はレンズ部１０６を含むように設けられており、領域２３０は、面１１２がレンズ部１０６と交差する領域である。

【0036】

図１（ｂ）に示すように、領域２３０は、少なくとも点１１３ａを含まない。つまり、レンズ部１０６は、反射テラヘルツ波１１１の点１１３ａを含まないように配置されている。このような配置によって、受信部１０５が受信する、被写体の表面に位置する被覆物等の情報を含む反射テラヘルツ波１１１を低減することができる。よって、ノイズが低減された画像を取得することができる。更に、領域２３０は、領域１１３と重畳しない。領域１１３は、領域２３０を包含しないともいえる。レンズ部１０６は、反射テラヘルツ波１１１の強度の高い領域を含まないように配置されている。このような配置によって、受信部１０５が受信する、被写体の表面に位置する被覆物等の情報を含む反射テラヘルツ波１１１を低減することができる。よって、よりノイズが低減された画像を取得することができる。なお、発信部１０４と受信部１０５との距離は、０．２５ｍ以上３．０ｍ以下、より好ましくは、０．５０ｍ以上２．０ｍ以下である。

【0037】

詳細には説明しないが、カメラシステム１００の設計方法は次のようになる。任意の通路、あるいは装置に、発信部を設ける位置および向きと、受信部を設ける位置および向きとを適宜選択する。ここで、面１０８と面１１２と仮で設け、反射テラヘルツ波の軌跡をシミュレーションする。そして面１１２において、受信部と反射テラヘルツ波が形成する領域とが重畳しないように、発信部と受信部の位置や向きを調整する。このような手法によって、好適なカメラシステム１００が設計可能である。

【0038】

図２（ｂ）は、図２（ａ）に被写体を設けた場合を示している。本実施形態において、被写体は、立体的な形状を持つ観察物質２３５である。観察物質２３５は、球状に描画されているがいかなる形状を持っていてもよい。観察物質２３５は領域１１０の内側に位置し、領域１１５の内側に位置するものとする。

【0039】

テラヘルツ波１０７は、観察物質２３５にて反射され、面１１２において領域２３６を構成する。領域２３６が領域１１３と異なる形状となるのは、観察物質２３５が立体的な形状を有するためである。領域２３０は、領域２３６と重畳し、少なくとも点１１３ａと重畳しない。更に、領域２３０は、領域２３６と重畳し、領域１１３と重畳しない。領域２３０が領域２３６と重畳することは、受信部１０５において観察物質２３５の像を取得できることを意味する。また、領域２３０は少なくとも点１１３ａと重畳しないことで、ノイズとなる情報を低減することができる。例えば、面１０８が布などの被覆物である場合には、布からの反射テラヘルツ波１１１は受信部１０５にて検出されず、観察物質２３５の像のみを取得できる。

【0040】

また、発信部１０４が発するテラヘルツ波１０７と面１０８とがなす角と、レンズ部１０６の光軸と面１０８とがなす角の大きさが異なる。このような構成によって、領域１１３と領域２３０が重畳しないようにすることができる。

【0041】

ここで、面１０８について詳細に説明する説明する。まず、上述のように、面１０８は、図１（ｂ）の面１１４に垂直かつ、方向１０９に対して垂直に設けられているものとした。通路１０３を通過する被写体がおおむね面１０８に平行な面を有する確率が高い場合に、このような設定が有効である。

【0042】

例えば、人物が通路１０３を通過する場合において、人物の表面は、曲面で構成されているように平均的には面１０８と平行な面とみなすことができる。人物の表面を構成する面は、平均的には面１０８と平行な面で構成されている割合が高い。また、携行品や服などに被覆された秘匿物は、人体とは異なる形状をしているため、面１０８とは異なる方向に垂線を有する面を有することが多い。そのような面において、反射した反射テラヘルツ波は検出部１０５にて検出可能である。従って、人物が通路１０３を通過する場合においても、面１０８の設定を適用することができ、カメラシステム１００によって人物の表面や衣服の表面からの反射テラヘルツ波の多くを受信することを低減することができる。つまり、カメラシステム１００によって、ノイズを低減した画像を取得することが可能となる。

【0043】

また、例えば、封筒といった検査物が通路１０３を通過する場合において、封筒の表面は、平均的には面１０８と平行な面とみなすことができる。従って、このような場合においても、面１０８の設定を適用することができ、カメラシステム１００によって封筒の表面からの反射テラヘルツ波の多くを受信することを低減することができる。つまり、カメラシステム１００によって、ノイズを低減した画像を取得することが可能となる。

【0044】

次に、面１０８について更に説明を行う。面１０８は、通路１０３でもレンズ部１０６がピントを合わせることが可能な範囲で設定することが望ましい。しかし、ピントの合う範囲外に面１０８を設定してもよい。また、面１０８と方向１０９がなす角度を調整してもよく、半値角θ１１６の設定を半値から１／ｅ（ｅ：ネイピア数）に変更することもできる。被写体の種別に応じて調整することができる。

【0045】

発信部１０４が放射するテラヘルツ波について、説明する。上述したように、発信部１０４が放射するテラヘルツ波は、偏波を有してもよい。その場合には面１０８、すなわち被写体２０５の表面に相当する面に対して、Ｐ波で入射するようにするとよい。面１０８にＰ波で入射することで、表面における反射テラヘルツ波を低減もしくは限りなく少なくすることができる。

【0046】

更に、発信部１０４が放射するテラヘルツ波は、偏波方向が異なる複数の偏波を有してもよい。また、発信部１０４が放射するテラヘルツ波は、直線偏波、あるいは円偏波の少なくともいずれかを有していてもよい。面１０８に対して、Ｐ波とＳ波で入射するように、あるいはＰ波とＳ波が交互に入射するようにしてもよい。このような構成によって、被写体２０５が衣服を着た人物である場合においては、次のような効果が得られる。Ｓ波を用いて取得した像は、被覆物、例えば衣服に関する成分を多く含む。Ｐ波を用いて取得した像は、被覆物の下、例えば衣服の下の秘匿物に関する成分を多く含む。Ｓ波を用いて取得した像と、Ｐ波を用いて取得した像との双方の像を使用することで、被写体２０５の秘匿物を抽出することが可能となる。双方の像を使用するとは、適宜、合成や差分処理を行うなどの画像処理を意味する。

【0047】

ここで、カメラシステム１００の制御方法を、図１１を用いて説明する。図１１は、制御方法のフローチャートである。ステップＳ１１０１において、発信部１０４と受信部１０５と面１０８を設置する。発信部１０４と受信部１０５と面１０８の位置、向きを任意の位置、向きに設定する。ステップＳ１１０２において、面１０８に向かって発信部１０４からテラヘルツ波を照射し、反射テラヘルツ波を受信部１０５で受信する。受信部１０５から出力された信号を、制御部１２０（図１参照）などで処理する。処理としては、ステップＳ１１０３に示す、反射テラヘルツ波の指向軸情報が像に含まれるか否かを判定する。指向軸情報が像に含まれるとは、面１１２における反射テラヘルツ波の指向軸が形成する領域に基づく情報が受信されていることを意味する。含まれている場合には、ステップＳ１１０６に進み、発信部１０４と受信部１０５の位置および向きの少なくとも１つを変更する。そして、ステップＳ１１０２へ戻る。含まれていない場合には、ステップＳ１１０４に進み、面１０８を除去し、本撮影等の動作を開始する（ステップＳ１１０５）。なお、ステップＳ１１０６において、位置や向きを変更する場合には、発信部１０４と受信部１０５が駆動部を実装し、制御部１２０が動作を制御する制御信号を供給することで実現できる。なお、駆動部については、可視光の監視カメラ等で持ちられている手法を適用することができる。

【0048】

次に、図１０を用いて、カメラシステム１００の変形例を説明する。まず、図１０（ａ）は、図１（ａ）に対応した模式図である。図１０（ａ）において、図１（ａ）の要部以外の構成は省略されている。図１０（ａ）の通路１０３は、例えば改札や入出ゲートといった入出管理装置である。領域１０１と領域１０２は壁であり、壁にゲート１００１、ゲート１００２が設けられている。壁には入出を管理する管理部１００３が設けられている。管理部１００３は、カードなどの検出機、指紋センサ、静脈センサ、顔認証システムなどである。ここで、面１０８は、ゲート１００１とゲート１００２に重畳する位置から、通路１０３の端部までの任意の位置に設置できる。例えば、面１０８は、通路１０３の端部である面１００４であってもよい。

【0049】

また、図１０（ｂ）は、図１（ａ）に対応した模式図である。図１０（ｂ）において、図１（ａ）の要部以外の構成は省略されている。図１０（ｂ）の通路１０３は、例えば入出ゲートといった入出管理装置である。入出ゲートは例えば、自動ドアや扉でありうる。領域１０１と領域１０２は壁である。壁には入出を管理する管理部１００３が設けられている。管理部１００３は、カードなどの検出機、指紋センサ、静脈センサ、顔認証システムなどである。ここで、面１０８は、通路１０３の端部に位置している。足跡１００４で示す停止位置において、被写体が停止するため、面１０８における撮影が容易である。面１０８は、足跡１００４の端部と一致していてもよい。このような場所あるいは装置に、本実施形態のカメラシステム１００を適用することが可能である。

【0050】

（第２実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム２００を、図３を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態に比べて、発信部１０４を複数設けた点が異なる。図３（ａ）は、カメラシステム２００の上面模式図であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面に平行で、Ｚ軸に垂直に交わる面に各部材や各領域を投影した場合を示す模式図でもある。図３（ｂ）はカメラシステム２００の正面模式図であり、Ｙ軸方向に観た場合の模式図である。図３（ｃ）は、Ｙ軸とＺ軸を含む面に平行で、Ｙ軸に垂直に交わる面、例えば面１１２に各部材や各領域を投影した模式図である。図３（ｃ）は、Ｙ軸方向からみた各部材や各領域の投影模式図ともいえる。以降の説明において、図３（ａ）～図３（ｃ）は相互に参照することができる。また、各図面において、その説明に用いない構成を表示しない場合がある。また、図３（ａ）～図３（ｃ）において図１（ａ）～図２（ｂ）にて説明した構成については、説明を省略する。

【0051】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、通路１０３を被写体２０５が通過する場合を示している。通路１０３は、境界１０１ａと境界１０２ａの間に設けられている。通路１０３を構成するための台２００ａが領域１０１に設けられ、通路１０３を構成するための台２００ｂが領域１０２に設けられている。台２００ａの上には、受信部１０５とレンズ部１０６が配され、台２００ｂの上には発信部１０４ａ、発信部１０４ｂが配されている。第１実施形態とは、発信部１０４と受信部１０５の位置が通路１０３を基準に入れ替わっているが、構成に変化はないものとする。

【0052】

図３（ａ）の領域２０４は、レンズ部１０６の画角２０３となる範囲内であって、レンズ部１０６のピントが合う範囲である。領域２０４は、レンズ部１０６の被写界深度の範囲でも良いし、オートフォーカスが可能な範囲でも良い。本実施形態では、受信部１０５から０．５０ｍ以上３．０ｍ以下を想定している。撮像は、領域２０４でなされるものとする。

【0053】

面２０６は、第１実施形態における面１０８に相当し、通路１０３内に位置し、領域２０４上に位置する。面２０７は、面２０６と同様に第１実施形態における面１０８に相当し、通路１０３内に位置し、領域２０４内に位置する。面２０６および面２０７は、面１１４に対し垂直な面であり、かつ方向１０９に対して垂直である。通路１０３を通過する被写体２０５は、例えば人物である。第１実施形態で説明したように、人物の表面は、人物の正面方向、すなわち方向１０９に垂直な面の成分が多い。よって、面２０６と面２０７は面１１４に対し垂直な面であり、かつ通路１０３での方向１０９に対して垂直であるようにすることが適している。もちろん被写体２０５に合わせて面２０６と面２０７の角度を調整することができる。

【0054】

発信部１０４ａが発するテラヘルツ波の指向軸と、発信部１０４ｂが発するテラヘルツ波の指向軸は、面１１４に対して平行になっているが、これに限定されない。

【0055】

通路１０３の幅２４０は、被写体２０５の動作を制限し、方向１０９を決定するのに重要な値である。本実施形態では被写体２０５として人物の場合を想定しているが、車いすやベビーカーなどを使用している場合や複数の人物が通行する場合を鑑みて、０．５ｍ以上３ｍ以下の範囲を取ることができる。

【0056】

例えば、被写体２０５が面２０６に位置する場合に撮影する場合について説明する。発信部１０４ａから面２０６に向かってテラヘルツ波が放射される。面２０６にて反射されたテラヘルツ波が面１１２に照射される。第１実施形態と同様に、面１１２における反射テラヘルツ波が形成する領域と、面１１２におけるレンズ部１０６との位置関係を調整することで、ノイズを低減することができる。ここで、図３（ｃ）は、図１（ｂ）と同様に、面１１２に各領域を投影した模式図である。図３（ｃ）には、テラヘルツ波が面２０６に形成する領域２１０と、反射テラヘルツ波が面１１２に形成する領域２１３と、領域２３０とが示されている。領域２３０は点２１３ａと重畳せず、領域２３０は領域２１３と重畳しない。このように受信部１０５、発信部１０４ａの位置、発信部１０４ａが発するテラヘルツ波の指向性の方向を調整することで、ノイズを低減することができる。

【0057】

被写体２０５が面２０７に位置する場合に撮影する場合にも、面２０６と同様であり、受信部１０５、発信部１０４ｂの位置、発信部１０４ｂが発するテラヘルツ波の指向性の方向を調整することで、ノイズを低減することができる。発信部１０４ａおよび発信部１０４ｂの両方が任意の面に照射される場合においても同様である。

【0058】

発信部１０４ａや発信部１０４ｂが放射するテラヘルツ波は、偏波を有してもよい。その場合には面２０６や面２０７といった被写体２０５の表面に相当する面に対して、Ｐ偏波で入射するようにするとよい。面２０６や面２０７にＰ偏波で入射することで、表面における反射テラヘルツ波を低減もしくは限りなく少なくすることができる。

【0059】

発信部１０４ａや発信部１０４ｂが放射するテラヘルツ波は、偏波方向が異なる複数の偏波を有してもよい。また、発信部１０４ａや発信部１０４ｂが放射するテラヘルツ波は、円偏波を有してもよい。面２０６や面２０７に対して、Ｐ偏波とＳ偏波で入射するように、あるいはＰ偏波とＳ偏波が交互に入射するようにするとよい。例えば、被写体２０５が衣服を着た人物である場合においては次のような効果が得られる。Ｓ偏波を用いて取得した像は、被覆物、例えば衣服に関する成分を多く含む。Ｐ偏波を用いて取得した像は、被覆物の下、例えば衣服の下の秘匿物に関する成分を多く含む。Ｓ偏波を用いて取得した像と、Ｐ偏波を用いて取得した像との双方の像を使用することで、被写体２０５の秘匿物を抽出することが可能となる。双方の像を使用するとは、適宜、合成や差分処理を行うなどの画像処理を意味する。

【0060】

（第３実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム３００を、図４および図５を用いて説明する。本実施形態では、第２実施形態に比べて、発信部と受信部の数を増やした点と、受信物の位置と、発信物を通路１０３の両側に設けた点が異なる。第２実施形態のカメラシステム２００は受信部１０５が１つであり、被写体２０５の一側面のみを観察している。本実施形態のカメラシステム３００は、被写体２０５の複数の側面を観察することが可能になる。

【0061】

図４（ａ）は、カメラシステム３００の上面模式図であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面に平行で、Ｚ軸に垂直に交わる面に各部材や各領域を投影した場合を示す模式図でもある。図４（ｂ）はカメラシステム３００の正面模式図であり、Ｙ軸方向に観た場合の模式図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、側面模式図である。図５（ａ）と図５（ｂ）は異なるタイミングにおける側面模式図である。以降の説明において、図４（ａ）～図５（ｂ）は相互に参照することができる。また、各図面において、その説明に用いない構成を表示しない場合がある。また、図４（ａ）～図５（ｂ）において、これまでに説明した構成については、説明を省略する。

【0062】

図３（ａ）に示すように、カメラシステム３００には、２組のセットが支柱３００に設けられている。１つのセットは、複数の発信部３０１と、レンズ部３１１を備えた受信部３１２とを含む。別の１つのセットは、複数の発信部３０２と、レンズ部３２１を備えた受信部３２２とを含む。本実施形態では、各セットの発信部の個数や受信部の個数を等しくしているが、異ならせてもよい。また、各セットの配置についても、あるセットの発信部と他のセットの発信部とが交互に配される等、変更してもよい。支柱３００は、通路１０３を構成する部材であり、通路１０３を挟んで１組の部材からなる。図３（ｂ）に示すように支柱３００は上部３００ａでつながっている、いわゆるゲート型であるが、上部３００ａが無くてもよい。本実施形態では、受信部３１２と受信部３２２は、上部３００ａに設置されているが、支柱３００に設けられていてもよい。

【0063】

発信部３０１と、レンズ部３１１を備えた受信部３１２とは、進行方向１０９に沿って通路１０３を進行する被写体２０５の正面を観察することができる。発信部３０２と、レンズ部３２１を備えた受信部３２２とは、進行方向１０９に沿って通路１０３を進行する被写体２０５の裏面を観察することができる。このように、複数の発信部と、複数の受信部とを用意することで、被写体２０５の観察面を増やすことができる。観察面を増やすことで、被写体２０５が秘匿物などを有する場合の検知確率を向上させることができる。

【0064】

図５（ａ）は、被写体２０５が通路１０３に入り始めたタイミングの側面模式図を示している。発信部３０１によってテラヘルツ波が照射され、受信部３１２によって反射テラヘルツ波が受信される。第１実施形態で用いた被写体２０５の表面である面１０８と、レンズ部３１１を含む面として面１１２は、図５（ａ）に示す位置であるものとする。この構成によって、被写体２０５の正面を観察することができる。

【0065】

図５（ｂ）は、被写体２０５が通路１０３を通り終わるタイミングの側面模式図を示している。発信部３０２によってテラヘルツ波が照射され、受信部３２２によって反射テラヘルツ波が受信される。面１０８と、面１１２は、図５（ｂ）に示される位置であるものとする。この構成によって、被写体２０５の正面を観察することができる。

【0066】

発信部３０１と発信部３０２は、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、複数個の点光源で構成され、全ての指向軸が平行であり、指向軸は面１１４と平行である。発信部３０１と３０２が発するテラヘルツ波の方向などは、これに限るものではなく、第１実施形態で示した条件を満たすように、発信部３０１の位置や向きを変更することが可能である。被写体２０５に対して複数の方向からテラヘルツ波を照射することが望ましい。

【0067】

（第４実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム４００を、図６（ａ）を用いて説明する。本実施形態では、第２実施形態に比べて、通路１０３の幅が変化している点が異なる。図６（ａ）は、カメラシステム４００の上面模式図であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面に平行で、Ｚ軸に垂直に交わる面に各部材や各領域を投影した場合を示す模式図でもある。図６（ａ）は図３（ａ）に対応する図面であり、図３（ａ）との差分について説明する。

【0068】

図６（ａ）において、境界１０１ａはＹ軸となす角度が０°以上であり、境界１０２ａはＹ軸となす角度が０°以上である。また、境界１０１ａと境界１０２ａとの距離、すなわち幅２４１は、方向１０９に沿って、狭まっている。このように幅２４１が変化することで、被写体２０５の動作範囲を制限し、被写体２０５が受信部１０５の画角内に収まる時間を長くすることができる。被写体２０５を撮像する時間が延びることで、被写体２０５が持つ秘匿物などの検知確率を向上することができる。

【0069】

（第５実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム５００を、図６（ｂ）を用いて説明する。本実施形態では、第２実施形態に比べて、通路１０３が湾曲している点が異なる。図６（ｂ）は、カメラシステム５００の上面模式図であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面に平行で、Ｚ軸に垂直に交わる面に各部材や各領域を投影した場合を示す模式図でもある。図５（ｂ）は、図３（ａ）に対応する図面であり、図３（ａ）との差分について説明する。

【0070】

図６（ｂ）において、境界１０１ａと境界１０２ａとの距離、すなわち幅２４０は一定である。上述したように、通路１０３の進行方向１０９は、境界１０１ａと境界１０２ａとを結ぶ線分において等距離となる点を結ぶ線である。この進行方向１０９が湾曲している。このように、被写体２０５の進行方向１０９を変化させることで、カメラ１０５が被写体２０５を撮像する角度に変化を与えることができるようになる。つまり、被写体２０５を様々な角度で観察できるようになり、被写体２０５が持つ秘匿物などの検知確率を向上することができる。

【0071】

（第６実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波カメラシステム６００を、図７を用いて説明する。本実施形態では、通路１０３がベルトコンベヤ７００である点が異なる。

【0072】

図７（ａ）は、カメラシステム６００の側面模式図である。本実施形態では、被写体７０５の上面を面７０８とする。この時、面７０８にて反射した反射テラヘルツ波が面１１２に形成する領域とレンズ部１０６とが重畳しない。このように、発信部１０４と受信部１０５とを配置することで、被写体７０５の上面の情報を低減した被写体７０５の像を得ることができる。

【0073】

図７（ｂ）は、カメラシステム６００の側面模式図である。図７（ｂ）において、図７（ａ）と比較して、ベルトコンベヤ７００の搬送面を面７０９とする。この時、面７０９にて反射した反射テラヘルツ波が面１１２に形成する領域とレンズ部１０６とが重畳しない。このように、発信部１０４と受信部１０５とを配置することで、ベルトコンベヤ７００の搬送面の情報を低減した被写体７０５の像を得ることができる。

【0074】

なお、本実施形態において、面７０８と面７０９とを設定し、それぞれの面で反射した反射テラヘルツ波による領域とレンズ部１０６とが重畳しないようにしてもよい。ベルトコンベヤ７００の上面の情報に加えて、被写体７０５の被覆物、例えば梱包材などの情報を低減することができる。

【0075】

上述の実施形態に記載のテラヘルツ波カメラシステムによれば、ノイズが低減したテラヘルツ波による情報を取得することが可能となる。

【符号の説明】

【0076】

１０３ 通路
１０４ 発信部
１０５ 受信部
１０６ レンズ部
１０８ 面
１０９ 進行方向
１１０ 領域
１１２ 面
１１３ 領域
２０５ 被写体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】