テラヘルツ放射の吸収を検知するための方法及び装置
本発明は、テラヘルツ放射を検知するための方法及び装置である。一実施形態において、コヒーレントな遠赤外電磁放射掃引源を用いて、周波数変調分光分析がターゲットに向けて行われる。放射ビームが、ターゲットが収容されているセルを通過し、ターゲット中の汚染物質により、或る周波数が吸収されたときにビームがエネルギーを損失する。放射線がどれだけのエネルギーを損失したか（どの周波数がセルを通過できなかったか）を決定するために検知器が配置されており、この決定により、ターゲット中の汚染物質の存在が示される。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００３年５月１６日に出願された、「テラヘルツ源及びその用途」と題された米国特許仮出願６０／４７１，３８１号、及び、２００３年１２月１８日に出願された、「スミスパーセル・テラヘルツ分光測定法を用いた自律的で迅速な設備の化学剤モニタ」と題された米国特許仮出願６０／５３０，５０８号の利益を主張し、これらの両特許出願の全てを援用して本文の記載の一部とする。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、概して、化学的及び生物学的汚染物質に関連し、より詳細には、テラヘルツ放射の吸収の検知に関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]化学的及び生物学的汚染物質（例えば、爆発性物質（例えばトリニトロトルエン（ＴＮＴ）又はジニトロトルエン（ＤＮＴ））を検知及び分析できるシステムの需要が、軍隊での用途、又は、私的若しくは個人的な用途のために増えている。このような汚染物質を検知する方法の１つは、回転マイクロ波分光法を用いる。分子（例えば、汚染物質の分子）の回転及び振動モードは、放射線のスペクトルにおける光子のエネルギーに必然的に対応するエネルギーを有する。放射源は、分析されるべき「ターゲット」中に存在する汚染物質の分子と相互作用する放射線を発生し、これにより、放射線の特定の周波数が分子により吸収される。ターゲットを透過できない周波数を識別するために検知器が配置され、特定の周波数が通過できないことが、特定の周波数を吸収する汚染物質の存在を示すことができる。
【０００４】
[0004]遠赤外（又はテラヘルツ）放射のスペクトルは、先に記載したようなシステムでの使用に、特に好適である。なぜなら、スペクトルが、多くの化学物質（爆発性物質を含む）の振動及び回転モードに対応し、また、多くの特徴的な情報を含むからである。残念なことに、テラヘルツスペクトルを用いた作業は、広範囲のテラヘルツ波長のスペクトルにわたり連続的に機能し且つ同調できるコヒーレントな放射源がないことにより、非常に困難で不便になっている。
【０００５】
[0005]従って、化学的及び生物学的汚染物質の存在を検知するために用いられることができるテラヘルツシステムが、当分野に必要である。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]一実施形態において、本発明は、テラヘルツ放射を検知するための方法及び装置である。一実施形態において、周波数変調分光分析が、コヒーレントなテラヘルツ放射掃引源を用いて行われ、テラヘルツ放射がターゲットに照射される。放射ビームが、ターゲットが収容されたセルを通過し、幾らかの周波数が、ターゲット中の汚染物質（例えば、ターゲット分子又は対象となる化合物）により吸収されるときにエネルギーを損失する。検知器が配置されており、どれだけ多くのエネルギーが放射により損失されるか（例えば、どの周波数がセルを通過できないか）を決定し、それによりターゲット中の汚染物質の存在が示される。
【０００７】
[0007]別の実施形態において、放射線が集束されてマイクロ波キャビティ内に通される。放射線の幾らかの波長が、マイクロ波キャビティ中の電子にエネルギーを得させ、このエネルギーの増大が、電流計などの測定装置により観察される。
【０００８】
[0008]本発明の上記の実施形態が達成され、且つ詳細に理解されるように、上記の短い要約よりも詳細な、本発明に関する説明が、添付図面に例示された本発明の実施形態を参照することにより提示され得る。しかし、添付図面は本発明の典型的な実施形態を例示しているだけであり、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。本発明は、他の同等の有効な実施形態も認め得る。
【好適な実施形態の説明】
【０００９】
[0016]理解を促進するために、図面を通じて共通の同一要素には、可能であれば同一参照符号を用いている。
【００１０】
[0017]汚染物質の存在を示すための、ターゲット（対象物）によるテラヘルツ放射の吸収を検知する方法及び装置を提供する。コヒーレントな遠赤外放射源を検知システムと共に用いて、周波数変調分光測定を遠赤外スペクトルにて行うための便利で有効な方法を可能にする。
【００１１】
[0018]図１は、汚染物質、例えば爆発性物質を検知するために試料を濃縮及び分析するためのシステム１００の一実施形態の斜視図を示す。システム１００は、濃縮装置１０２及びテラヘルツ検知システム１０４を含む。濃縮装置１０２は、濃縮された試料を分析のために検知システム１０４に提供するために検知システム１０４に連結されている。試料を濃縮することは、検知システム１０４がより有効に作用することを可能にする。なぜなら、対象となる多くの汚染物質（例えば爆発性物質又は他の化学物質）の蒸気密度は約１兆分の１であるため、濃縮しなければ、希薄な試料中の物質を検知するのは困難であろうからである。
【００１２】
[0019]濃縮装置１０２は、予備濃縮装置１０６、熱交換器１１０、及び、第２段階サンプリング（試料採取）ポンプ１１２を含む。予備濃縮装置１０６は、試料を気体又は液体として引き出すためのサンプリングファン（図示せず）を含み、試料を加熱して汚染物質の蒸気分子を蒸発させるようになっている。一実施形態において、試料は、試料中の不要な液体又は気体を実質的に全て蒸発させるように加熱され、従って、得られる吸収信号が不明瞭にされない。一実施形態において、これは、液体の分別蒸留により達成される。この方法において、残った粒子が、次いで、分光分析（測定）法（スペクトロスコピー）のために加熱される
【００１３】
[0020]熱交換器１１０は、予備濃縮装置１０６及び第２段階サンプリングポンプ１１２の両方に連結されている。第２段階サンプリングポンプ１１２は、試料を予備濃縮装置１０６から熱交換器１１０に引き出すように適合されている。第２段階サンプリングポンプ１１２は、また、汚染物質の蒸気分子の濃縮を補助するために、少量の不活性ガスを、熱交換器１１０を通して引き出す。熱交換器１１０は、汚染物質蒸気分子を凝縮するように適合されており、凝縮された分子は、交換器１１０から引き出されて、分析のために検知システムに通される。
【００１４】
[0021]熱交換器１１０は、予備濃縮装置１０６から受けた汚染物質蒸気分子が熱交換器１１０の内面で凝縮するように冷却されるようになっている。一実施形態において、熱交換器１１０は、或る量の蒸気分子が凝縮することを可能にするように予め決められた時間冷却されるようになっている。熱交換器１００は、さらに、熱交換器１１０の内面に吸着された蒸気分子を蒸発させるためにシールされ且つ加熱されるようになっている。ついで、熱交換器１１０は、検知システム１０４に連結されたポンプ１２０の排出作用を受け、これにより汚染物質蒸気分子が引き出されて検知システム１０４に通される。一実施形態において、ソニックオリフィス１１６が、検知システム１０４内の圧力を制御するように熱交換器１１０を検知システム１０４に連結する。熱交換器１１０は、周囲圧力での蒸気流方向における圧力降下を最小にするように設計されている。
【００１５】
[0022]一実施形態において、熱交換器１１０は、濃縮段階において熱電気クーラー１１４により冷却される。熱電気クーラー１１４の作用を逆向きにすることにより、熱交換器１１０は、蒸発段階のために加熱され得る。別の実施形態において、蒸発を促進するために電気抵抗ヒータが熱電気クーラー１１４と共に用いられる。さらに別の実施形態において、熱交換器１１０は衝突冷却により冷却される。
【００１６】
[0023]図２は、試料２０８（例えば、低圧ガス）によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム２００の一実施形態の斜視図を示す。システム２００は、真空に維持されるターンキー型スペクトロメータ（分光計）であり、放射源２０２、セル２０４、及び検知器２０６を含む。放射源２０２は、周波数が変調された出力（すなわち、テラヘルツ放射）f(t)をセル２０４にもたらす。出力f(t)は、セル２０４内に収容されている試料２０８を通過し、試料２０８中の分子が、放射源からの出力f(t)の周波数の幾らかを、試料２０８中に存在する化学剤及び／又は生物剤の性質及び量に依存して吸収する。この結果、セル２０４に入った放射線の強度は低減し、強度が変調された放射ビームI(t)が検知器２０６に入る。検知器２０６は電圧V(t)を記録し、この電圧は、セル２０４を通過した放射線の強度差異を計算するために用いられ得る。
【００１７】
[0024]一実施形態において、放射源２０２は、遠赤外掃引源(farinfrared swept source)であり、例えば、本出願と同時にトロッツ(Trotz)らにより出願された、本件と共通に譲渡される、同時係属中の、「テラヘルツ放射を発生するための方法及び装置」と題する、出願番号 （代理人整理番号ＳＡＲ１４２１６）を有する米国特許出願において開示されている放射源のいずれかである。セル２０４は、周波数変調源からの出力f(t)及び強度変調ビームI(t)が通過することを可能にする遠赤外線透過壁を有する。一実施形態において、検知器２０６は、広帯域検知器である。
【００１８】
[0025]図３は、試料（例えば低圧ガス）によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための固体検知システム３００の一実施形態の概略図を示す。システム３００は真空内に収容されており、図２に示したスペクトロメータ２００と類似である。しかし、システム３００は、特にＴＮＴ又はＤＮＴなどの爆発性物質の存在を検知することにおいて特に有利であり得る。システム３００は、同調可能なマイクロ波源３０２、低圧蒸気セル３０４、及びマイクロ波検知器３０６を含む。マイクロ波源３０２は、蒸気セル３０４に、放射線を遠赤外スペクトルで蒸気セル３０４に通過させるように接続されている。蒸気セル３０４は検知器３０６にも接続されており、検知器３０６は、蒸気セル３０４から出る放射線の周波数（すなわち、試料中の分子により吸収されない周波数）を検知するために配置されている。ガス入口３０８が、試料をシステム３００に供給するために蒸気セル３０４に連結されている。一実施形態において、ガス入口は、図１に示したソニックオリフィス１１６と類似である。ポンプ３１０も、低圧力差を維持するために蒸気セル３０４に連結されている。一実施形態において、ポンプ３１０は、図１に示したポンプ１２０と類似である。
【００１９】
[0026]一実施形態において、マイクロ波源３０２は、インパット（衝突アバランシェ走行時間）（ＩＭＰＡＴＴ）倍増器であり、マイクロ波源３０２の入力は、固体発振器により生成される低周波マイクロ波である。マイクロ波源３０２が動作する低い範囲の周波数により、マイクロ波は、低テラヘルツ範囲にてピーク回転吸収を有する爆発性物質（ＴＮＴ又はＤＮＴなど）の検知に理想的に適合されている。別の実施形態において、マイクロ波源３０２は、遠赤外掃引源であり、例えば、本出願と同時にトロッツ(Trotz)らにより出願された、本件と共通に譲渡される、同時係属中の、「テラヘルツ放射を発生するための方法及び装置」と題する、出願番号 （代理人整理番号ＳＡＲ１４２１６）を有する米国特許出願において開示されている放射源のいずれかである。さらに、マイクロ波源３０２による或る範囲の周波数の生成は、試料が吸収する周波数の変化を検知器３０６が観察することを可能にし、これは、爆発性物質をより正確に同定することを可能にする。一実施形態において、検知器３０６は、蒸気セル３０４中の試料を通過する放射線の信号の減少を検知するために低温冷却される。
【００２０】
[0027]図４は、試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム４００の一実施形態斜視図を示す。システム４００は、マイクロ波キャビティ４０２、格子（回折格子・グレーティング）４０４及びコレクタ４０６を含む。マイクロ波キャビティ４０２は、さらに、蓋４３０、及び、マイクロ波キャビティ４０２を２つの領域（試料チャンバ４０８と真空チャンバ４１０）に分割するテラヘルツ透過窓４１２を含む。蓋４３０は、透過窓４１２に面するように配置された反射面４３２を有する。格子４０４は、真空チャンバ４１０の、窓４１２に面した平坦な面４１４に配置されている。コレクタ４０６は格子４０４の第２の端部４１６に配置されている。
【００２１】
[0028]濃縮された試料ガスが、試料チャンバ４０８内に、例えばソニックオリフィス１１６（図１）を介して、分析のために供給される。試料分析は、スミス・パーセル放射として知られている現象を利用することにより容易にされる。電子ビーム４１８が格子４０４の付近を第１の端部４１６から第２の端部４２２まで通過するとき、ビーム４１８は格子４０４により「束にされ」(“bunched”)、電子ビーム４１８に対して実質的に垂直の角度で伝搬する放射波４２０が発生される。放射波４２０は、窓４１２を通過して試料チャンバ４０８内に入り、チャンバ４０８にて放射波は蓋４３０の反射面４３２に衝突する。反射面４３２は、放射波を帯に離散(discretize)する。電子ビーム４１８に対して実質的に平行なラインを有する磁界がビーム４１８に作用し、ビーム４１８が格子４０４の第２端部４２２にほぼ達するときにビーム４１８の経路を曲げる。
【００２２】
[0029]先に論じたように、放射線４２０の周波数の幾らかは、試料チャンバ４０８内に収容された試料ガス中の分子により吸収され得る。周波数の吸収が、電子ビーム４１８にエネルギーを損失させる。電子ビーム４１８が損失するエネルギーが大きいほど、ビーム４１８がより多く曲がることになる。コレクタ４０６は、電子ビームを捕捉し、コレクタ４０６に接続された測定装置がコレクタから情報を受け取り、電子ビームによるエネルギー損失の量を決定する。詳細には、コレクタ４０６により捕らえられたこの情報は、電子ビーム４１８が曲がる程度（すなわち、ビーム４１８がコレクタ４０６に衝突する位置）及び、ビーム４１８が格子４０４を通過した後の、放射された特定の周波数に関するビーム４１８のエネルギー（すなわち、どれだけ多くの流れがコレクタ４０６に衝突するか）を示す。こうして、電子ビーム４１８を用いてエネルギー分光法（スペクトロスコピー）を行うことにより（すなわち、電子ビーム４１８が損失したエネルギーの量を決定することにより）、特定の周波数の放射波４２０の吸収を間接的に測定することができる。一実施形態において、ビームが損失するエネルギーは、磁界によりビームが受けるローレンツ力を計算することにより概算されることができ、ビームの速度（電圧に対応）が知られる。エネルギー損失は、吸収されている放射線の波長に対応する光子の放出による。別の実施形態において、電子ビームのエネルギーは、ビームを、例えば電界を用いて静電的に減速させ、ビームの電圧を決定することにより測定され得る。
【００２３】
[0030]システム４００は、電子ビーム４１８の電圧を変えることにより同調可能である。すなわち、電子ビーム４１８を格子４０４上で通過させることにより放射される放射波４２０の周波数は、格子周期（すなわち、格子４０４の間隔）及び電子ビーム４１８の電圧の関数である。従って、システム４００は、試料中の汚染物質の正確な検知を促進するために、テラヘルツ周波数のスペクトルにわたり同調可能である。別の実施形態において、蓋４３０は、反射面４３２の位置を変えるためのアクチュエータに連結されることができ、このようにして、反射面４３２により反射される、放射波が離散した帯が制御されることができる。
【００２４】
[0031]図５は、試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム５００の一実施形態の斜視図を示す。システム５００は、図４に示したシステム４００とほぼ類似であり、マイクロ波キャビティ５０２、格子５０４及びコレクタ５０６を含む。マイクロ波キャビティ５０２は、さらに、蓋５３０、及び、マイクロ波キャビティ５０２を２つの領域（試料チャンバ５０８と真空チャンバ５１０）に分割するテラヘルツ透過窓５１２を含む。格子５０４は、真空チャンバ５１０の、窓５１２に面した平坦な面５１４に配置されている。コレクタ５０６は格子５０４の、電子ビームのための入口点に対向する一端５１６に配置されている。蓋５３０は、透過窓５１２に面するように配置された反射面５３２を有する。
【００２５】
[0032]試料管５２０が試料チャンバ５０８内に延在し、格子５０４に対して実質的に平行に配置されている。分析されるための試料が、試料管５２０内に収容された液体中に濃縮されている。電子ビームが、格子５０４の近傍を第１端部５１４から第２端部５１６に通過するとき、ビームが格子５０４により「束にされ」(“bunched”)、電子ビームに対して実質的に垂直の角度で伝搬する放射波５１８が発生される。放射波５１８は、窓５１２を通過して試料チャンバ５０８内に入り、チャンバ５０８にて放射波は、蓋５３０の反射面５３２により帯に離散される。電子ビームに対して実質的に平行なラインを有する磁界がビームに作用し、ビームが格子５０４の第２端部５１６にほぼ達するときにビームの経路を曲げる。
【００２６】
[0033]先に論じたように、放射線の周波数の幾らかは、試料管５２０内に収容された試料中の分子により吸収され得る。波長の吸収が、電子ビームにエネルギーを損失させ、電子ビームにより損失されるエネルギーが大きいほど、ビームがより多く曲がることになる。コレクタ５０６は電子ビームを捕捉し、コレクタ５０６に接続された測定装置がコレクタから情報を受け取り、電子ビームによるエネルギー損失の量を決定する。詳細には、コレクタ５０６により捉えられた情報は、電子ビームが曲がる程度（すなわち、ビームがコレクタ５０６に衝突する位置）、及び、ビームが格子５０４を通過した後の、放射された特定の周波数に関するビームのエネルギー（すなわち、どれだけの流れがコレクタ５０６に衝突するか）を示す。こうして、電子ビームを用いてエネルギー分光分析を行うことにより（すなわち、ビームが損失したエネルギーの量を決定することにより）、特定の周波数の放射波の吸収を間接的に測定することができる。
【００２７】
[0034]システム５００は幾つかの方法で同調可能である。例えば、電子ビームの電圧は変更され得る。或いは、動的（すなわち、周期が可変の）格子５０４をシステムに組み込むこともできる。最後に、反射面５３２の位置を変えるためにアクチュエータが蓋５３０に接続され得る。こうして、システム５００は、試料中の汚染物質の検知を容易にするために、テラヘルツ周波数のスペクトルにわたり同調可能である。
【００２８】
[0035]システム５００は、試料が分析のためにガスでなく液体を介して導入され、化学剤及び汚染物質、例えば薬物又は麻薬の検知のために特に好適であり得る。これは、このような物質中の分子が、互いに、又は、タンパク質若しくは他の面と結合する傾向を有するからである。このように分子が結合する傾向は、分子の回転モードを変え、運動の範囲を制限し、これが分子の回転スペクトルを変える。
【００２９】
[0036]図６は、液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を、図５に示したシステム５００を用いて検知するための方法６００の一実施形態のフローチャートを示す。この方法において、１以上の汚染物質の分子を含有する可能性のある試料が、ステップ６０２にて第１の液体溶液に導入され、この第１溶液が、ステップ６０４にて、分析のために試料管５２０に挿入される。ステップ６０６にて、溶液中の分子の回転スペクトルが、システム５００により、図５を参照して先に記載した方法により分析される。第１溶液の分析後、ステップ６０８にて、或る量の同じ試料材料を、少なくとも１つの結合剤（例えばタンパク質）を含む第２の液体溶液に導入する。結合剤は、試料材料中の分子の幾らかを結合し得る。一実施形態において、結合剤は、第２液体溶液中に存在する汚染物質（例えば、試料材料を介して導入される）の分子と結合する。ステップ６１０において、第２溶液が試料管５２０内に挿入され、ステップ６１２において、システム５００により分析され、第２液体試料分子の変更された回転スペクトルが決定される。ステップ６１４にて、第１液体試料と第２液体試料に関して回転スペクトルを比較することにより（すなわち、第１液体試料及び第２液体試料の分析におけるエネルギー損失を決定することにより）、タンパク質−分子結合物の形状寸法を導き出すことができる。こうして、第１液体試料分子及び第２液体試料分子の回転スペクトルが変えられる程度を用いて、試料材料中の汚染物質に存在する分子を間接的に検知及び同定することができる。
【００３０】
[0037]図７は、長波長（すなわち、低エネルギー）テラヘルツ放射を検知するための検知システム７００の一実施形態の斜視図である。検知器７００は、図４及び図５に示したシステム４００及びシステム５００と構造が類似であり、マイクロ波キャビティ７０２、格子７０４、コレクタ７０６及び入力パイプ７０８、テラヘルツ透過窓７１０及び蓋７３０を含む。格子７０４は、内部が真空に維持されたマイクロ波キャビティ７０２の底面７１４に配置されている。コレクタ７０６は、格子７０４の、電子ビームのための入口点７１２に対向する一端７１６に配置されている。入口パイプは７０８は、入力（例えば、放射線）をマイクロ波キャビティ７０２に、格子７０４に対してほぼ垂直の角度で供給するように配置されている。蓋７３０は、反射窓７１０に面するように配置された反射面７３２を有する。
【００３１】
[0038]検知システム７００は、「逆」スミスパーセル原理で作用する。電子ビームが格子７０４の近傍を通過する。入力パイプ７０８がマイクロ波キャビティ７０２の外側の環境から放射線を集め、放射線を集束させてマイクロ波キャビティ７０２に入れる。テラヘルツ帯の放射線がテラヘルツ透過層７１０を通過し、格子７０４に対して実質的に垂直な角度で格子７０４に衝突する。格子７０４に衝突して捕捉された放射が特定の波長を有するならば、放射は電子ビーム中の電子のエネルギーを増大する。エネルギーの増大は、スペクトロメータ中での電子の動作を変化させる。次いで、電子ビームは、エネルギーの増大を観察する測定装置に接続されているコレクタ７０６により捕捉される。一実施形態において、測定装置は簡単な電流計回路である。検知器７００中に特定の波長の放射線が存在することが、電子ビームのエネルギーの増大を観察することにより検知される（先に記載した、システム４００及び５００により測定されるようなエネルギーの低減の観察とは異なる）。
【００３２】
[0039]一実施形態において、検知システム７００は、外部環境中の爆発性物質を検知するために固体放射源と共に用いられる。検知器７００は、選択的されたスミスパーセル放射吸収帯を検知するために同調可能であり、これは、一実施形態において、格子７０４の周期又は電子ビームの電圧を変えることにより達成される。別の実施形態において、蓋７３０がアクチュエータに、離散される放射帯を制御するために反射面７３２の位置が可変であるように連結される。
【００３３】
[0040]従って、本発明は、テラヘルツ源技術の分野にかなりの進歩をもたらす。化学的及び／又は生物学的汚染物質の正確で効率的な検知を可能にするシステムが提供される。さらに、幾つかの実施形態において、本発明は、検知システムの正確性及び効率を増大するように同調又は構成され得る。本発明は、さらに、作像、コミュニケーション及び分光法の分野において有利であり得る。
【００３４】
[0041]上記の説明は、本発明の好ましい実施形態に向けられているが、本発明の、他の、又はさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案されることができ、本発明の範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】汚染物質の検知のための試料を濃縮及び分析するためのシステムの一実施形態の斜視図である。
【図２】周波数変調分光測定をテラヘルツスペクトルにて行うための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図３】試料により吸収されるテラヘルツ放射を検知するための、固体検知システムの一実施形態の概略図である。
【図４】スミスパーセル放射の発生を用いた、気体試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図５】液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図６】液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を、図５に示したシステムを用いて検知するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】長波長テラヘルツ放射を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００３年５月１６日に出願された、「テラヘルツ源及びその用途」と題された米国特許仮出願６０／４７１，３８１号、及び、２００３年１２月１８日に出願された、「スミスパーセル・テラヘルツ分光測定法を用いた自律的で迅速な設備の化学剤モニタ」と題された米国特許仮出願６０／５３０，５０８号の利益を主張し、これらの両特許出願の全てを援用して本文の記載の一部とする。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、概して、化学的及び生物学的汚染物質に関連し、より詳細には、テラヘルツ放射の吸収の検知に関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]化学的及び生物学的汚染物質（例えば、爆発性物質（例えばトリニトロトルエン（ＴＮＴ）又はジニトロトルエン（ＤＮＴ））を検知及び分析できるシステムの需要が、軍隊での用途、又は、私的若しくは個人的な用途のために増えている。このような汚染物質を検知する方法の１つは、回転マイクロ波分光法を用いる。分子（例えば、汚染物質の分子）の回転及び振動モードは、放射線のスペクトルにおける光子のエネルギーに必然的に対応するエネルギーを有する。放射源は、分析されるべき「ターゲット」中に存在する汚染物質の分子と相互作用する放射線を発生し、これにより、放射線の特定の周波数が分子により吸収される。ターゲットを透過できない周波数を識別するために検知器が配置され、特定の周波数が通過できないことが、特定の周波数を吸収する汚染物質の存在を示すことができる。
【０００４】
[0004]遠赤外（又はテラヘルツ）放射のスペクトルは、先に記載したようなシステムでの使用に、特に好適である。なぜなら、スペクトルが、多くの化学物質（爆発性物質を含む）の振動及び回転モードに対応し、また、多くの特徴的な情報を含むからである。残念なことに、テラヘルツスペクトルを用いた作業は、広範囲のテラヘルツ波長のスペクトルにわたり連続的に機能し且つ同調できるコヒーレントな放射源がないことにより、非常に困難で不便になっている。
【０００５】
[0005]従って、化学的及び生物学的汚染物質の存在を検知するために用いられることができるテラヘルツシステムが、当分野に必要である。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]一実施形態において、本発明は、テラヘルツ放射を検知するための方法及び装置である。一実施形態において、周波数変調分光分析が、コヒーレントなテラヘルツ放射掃引源を用いて行われ、テラヘルツ放射がターゲットに照射される。放射ビームが、ターゲットが収容されたセルを通過し、幾らかの周波数が、ターゲット中の汚染物質（例えば、ターゲット分子又は対象となる化合物）により吸収されるときにエネルギーを損失する。検知器が配置されており、どれだけ多くのエネルギーが放射により損失されるか（例えば、どの周波数がセルを通過できないか）を決定し、それによりターゲット中の汚染物質の存在が示される。
【０００７】
[0007]別の実施形態において、放射線が集束されてマイクロ波キャビティ内に通される。放射線の幾らかの波長が、マイクロ波キャビティ中の電子にエネルギーを得させ、このエネルギーの増大が、電流計などの測定装置により観察される。
【０００８】
[0008]本発明の上記の実施形態が達成され、且つ詳細に理解されるように、上記の短い要約よりも詳細な、本発明に関する説明が、添付図面に例示された本発明の実施形態を参照することにより提示され得る。しかし、添付図面は本発明の典型的な実施形態を例示しているだけであり、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。本発明は、他の同等の有効な実施形態も認め得る。
【好適な実施形態の説明】
【０００９】
[0016]理解を促進するために、図面を通じて共通の同一要素には、可能であれば同一参照符号を用いている。
【００１０】
[0017]汚染物質の存在を示すための、ターゲット（対象物）によるテラヘルツ放射の吸収を検知する方法及び装置を提供する。コヒーレントな遠赤外放射源を検知システムと共に用いて、周波数変調分光測定を遠赤外スペクトルにて行うための便利で有効な方法を可能にする。
【００１１】
[0018]図１は、汚染物質、例えば爆発性物質を検知するために試料を濃縮及び分析するためのシステム１００の一実施形態の斜視図を示す。システム１００は、濃縮装置１０２及びテラヘルツ検知システム１０４を含む。濃縮装置１０２は、濃縮された試料を分析のために検知システム１０４に提供するために検知システム１０４に連結されている。試料を濃縮することは、検知システム１０４がより有効に作用することを可能にする。なぜなら、対象となる多くの汚染物質（例えば爆発性物質又は他の化学物質）の蒸気密度は約１兆分の１であるため、濃縮しなければ、希薄な試料中の物質を検知するのは困難であろうからである。
【００１２】
[0019]濃縮装置１０２は、予備濃縮装置１０６、熱交換器１１０、及び、第２段階サンプリング（試料採取）ポンプ１１２を含む。予備濃縮装置１０６は、試料を気体又は液体として引き出すためのサンプリングファン（図示せず）を含み、試料を加熱して汚染物質の蒸気分子を蒸発させるようになっている。一実施形態において、試料は、試料中の不要な液体又は気体を実質的に全て蒸発させるように加熱され、従って、得られる吸収信号が不明瞭にされない。一実施形態において、これは、液体の分別蒸留により達成される。この方法において、残った粒子が、次いで、分光分析（測定）法（スペクトロスコピー）のために加熱される
【００１３】
[0020]熱交換器１１０は、予備濃縮装置１０６及び第２段階サンプリングポンプ１１２の両方に連結されている。第２段階サンプリングポンプ１１２は、試料を予備濃縮装置１０６から熱交換器１１０に引き出すように適合されている。第２段階サンプリングポンプ１１２は、また、汚染物質の蒸気分子の濃縮を補助するために、少量の不活性ガスを、熱交換器１１０を通して引き出す。熱交換器１１０は、汚染物質蒸気分子を凝縮するように適合されており、凝縮された分子は、交換器１１０から引き出されて、分析のために検知システムに通される。
【００１４】
[0021]熱交換器１１０は、予備濃縮装置１０６から受けた汚染物質蒸気分子が熱交換器１１０の内面で凝縮するように冷却されるようになっている。一実施形態において、熱交換器１１０は、或る量の蒸気分子が凝縮することを可能にするように予め決められた時間冷却されるようになっている。熱交換器１００は、さらに、熱交換器１１０の内面に吸着された蒸気分子を蒸発させるためにシールされ且つ加熱されるようになっている。ついで、熱交換器１１０は、検知システム１０４に連結されたポンプ１２０の排出作用を受け、これにより汚染物質蒸気分子が引き出されて検知システム１０４に通される。一実施形態において、ソニックオリフィス１１６が、検知システム１０４内の圧力を制御するように熱交換器１１０を検知システム１０４に連結する。熱交換器１１０は、周囲圧力での蒸気流方向における圧力降下を最小にするように設計されている。
【００１５】
[0022]一実施形態において、熱交換器１１０は、濃縮段階において熱電気クーラー１１４により冷却される。熱電気クーラー１１４の作用を逆向きにすることにより、熱交換器１１０は、蒸発段階のために加熱され得る。別の実施形態において、蒸発を促進するために電気抵抗ヒータが熱電気クーラー１１４と共に用いられる。さらに別の実施形態において、熱交換器１１０は衝突冷却により冷却される。
【００１６】
[0023]図２は、試料２０８（例えば、低圧ガス）によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム２００の一実施形態の斜視図を示す。システム２００は、真空に維持されるターンキー型スペクトロメータ（分光計）であり、放射源２０２、セル２０４、及び検知器２０６を含む。放射源２０２は、周波数が変調された出力（すなわち、テラヘルツ放射）f(t)をセル２０４にもたらす。出力f(t)は、セル２０４内に収容されている試料２０８を通過し、試料２０８中の分子が、放射源からの出力f(t)の周波数の幾らかを、試料２０８中に存在する化学剤及び／又は生物剤の性質及び量に依存して吸収する。この結果、セル２０４に入った放射線の強度は低減し、強度が変調された放射ビームI(t)が検知器２０６に入る。検知器２０６は電圧V(t)を記録し、この電圧は、セル２０４を通過した放射線の強度差異を計算するために用いられ得る。
【００１７】
[0024]一実施形態において、放射源２０２は、遠赤外掃引源(farinfrared swept source)であり、例えば、本出願と同時にトロッツ(Trotz)らにより出願された、本件と共通に譲渡される、同時係属中の、「テラヘルツ放射を発生するための方法及び装置」と題する、出願番号 （代理人整理番号ＳＡＲ１４２１６）を有する米国特許出願において開示されている放射源のいずれかである。セル２０４は、周波数変調源からの出力f(t)及び強度変調ビームI(t)が通過することを可能にする遠赤外線透過壁を有する。一実施形態において、検知器２０６は、広帯域検知器である。
【００１８】
[0025]図３は、試料（例えば低圧ガス）によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための固体検知システム３００の一実施形態の概略図を示す。システム３００は真空内に収容されており、図２に示したスペクトロメータ２００と類似である。しかし、システム３００は、特にＴＮＴ又はＤＮＴなどの爆発性物質の存在を検知することにおいて特に有利であり得る。システム３００は、同調可能なマイクロ波源３０２、低圧蒸気セル３０４、及びマイクロ波検知器３０６を含む。マイクロ波源３０２は、蒸気セル３０４に、放射線を遠赤外スペクトルで蒸気セル３０４に通過させるように接続されている。蒸気セル３０４は検知器３０６にも接続されており、検知器３０６は、蒸気セル３０４から出る放射線の周波数（すなわち、試料中の分子により吸収されない周波数）を検知するために配置されている。ガス入口３０８が、試料をシステム３００に供給するために蒸気セル３０４に連結されている。一実施形態において、ガス入口は、図１に示したソニックオリフィス１１６と類似である。ポンプ３１０も、低圧力差を維持するために蒸気セル３０４に連結されている。一実施形態において、ポンプ３１０は、図１に示したポンプ１２０と類似である。
【００１９】
[0026]一実施形態において、マイクロ波源３０２は、インパット（衝突アバランシェ走行時間）（ＩＭＰＡＴＴ）倍増器であり、マイクロ波源３０２の入力は、固体発振器により生成される低周波マイクロ波である。マイクロ波源３０２が動作する低い範囲の周波数により、マイクロ波は、低テラヘルツ範囲にてピーク回転吸収を有する爆発性物質（ＴＮＴ又はＤＮＴなど）の検知に理想的に適合されている。別の実施形態において、マイクロ波源３０２は、遠赤外掃引源であり、例えば、本出願と同時にトロッツ(Trotz)らにより出願された、本件と共通に譲渡される、同時係属中の、「テラヘルツ放射を発生するための方法及び装置」と題する、出願番号 （代理人整理番号ＳＡＲ１４２１６）を有する米国特許出願において開示されている放射源のいずれかである。さらに、マイクロ波源３０２による或る範囲の周波数の生成は、試料が吸収する周波数の変化を検知器３０６が観察することを可能にし、これは、爆発性物質をより正確に同定することを可能にする。一実施形態において、検知器３０６は、蒸気セル３０４中の試料を通過する放射線の信号の減少を検知するために低温冷却される。
【００２０】
[0027]図４は、試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム４００の一実施形態斜視図を示す。システム４００は、マイクロ波キャビティ４０２、格子（回折格子・グレーティング）４０４及びコレクタ４０６を含む。マイクロ波キャビティ４０２は、さらに、蓋４３０、及び、マイクロ波キャビティ４０２を２つの領域（試料チャンバ４０８と真空チャンバ４１０）に分割するテラヘルツ透過窓４１２を含む。蓋４３０は、透過窓４１２に面するように配置された反射面４３２を有する。格子４０４は、真空チャンバ４１０の、窓４１２に面した平坦な面４１４に配置されている。コレクタ４０６は格子４０４の第２の端部４１６に配置されている。
【００２１】
[0028]濃縮された試料ガスが、試料チャンバ４０８内に、例えばソニックオリフィス１１６（図１）を介して、分析のために供給される。試料分析は、スミス・パーセル放射として知られている現象を利用することにより容易にされる。電子ビーム４１８が格子４０４の付近を第１の端部４１６から第２の端部４２２まで通過するとき、ビーム４１８は格子４０４により「束にされ」(“bunched”)、電子ビーム４１８に対して実質的に垂直の角度で伝搬する放射波４２０が発生される。放射波４２０は、窓４１２を通過して試料チャンバ４０８内に入り、チャンバ４０８にて放射波は蓋４３０の反射面４３２に衝突する。反射面４３２は、放射波を帯に離散(discretize)する。電子ビーム４１８に対して実質的に平行なラインを有する磁界がビーム４１８に作用し、ビーム４１８が格子４０４の第２端部４２２にほぼ達するときにビーム４１８の経路を曲げる。
【００２２】
[0029]先に論じたように、放射線４２０の周波数の幾らかは、試料チャンバ４０８内に収容された試料ガス中の分子により吸収され得る。周波数の吸収が、電子ビーム４１８にエネルギーを損失させる。電子ビーム４１８が損失するエネルギーが大きいほど、ビーム４１８がより多く曲がることになる。コレクタ４０６は、電子ビームを捕捉し、コレクタ４０６に接続された測定装置がコレクタから情報を受け取り、電子ビームによるエネルギー損失の量を決定する。詳細には、コレクタ４０６により捕らえられたこの情報は、電子ビーム４１８が曲がる程度（すなわち、ビーム４１８がコレクタ４０６に衝突する位置）及び、ビーム４１８が格子４０４を通過した後の、放射された特定の周波数に関するビーム４１８のエネルギー（すなわち、どれだけ多くの流れがコレクタ４０６に衝突するか）を示す。こうして、電子ビーム４１８を用いてエネルギー分光法（スペクトロスコピー）を行うことにより（すなわち、電子ビーム４１８が損失したエネルギーの量を決定することにより）、特定の周波数の放射波４２０の吸収を間接的に測定することができる。一実施形態において、ビームが損失するエネルギーは、磁界によりビームが受けるローレンツ力を計算することにより概算されることができ、ビームの速度（電圧に対応）が知られる。エネルギー損失は、吸収されている放射線の波長に対応する光子の放出による。別の実施形態において、電子ビームのエネルギーは、ビームを、例えば電界を用いて静電的に減速させ、ビームの電圧を決定することにより測定され得る。
【００２３】
[0030]システム４００は、電子ビーム４１８の電圧を変えることにより同調可能である。すなわち、電子ビーム４１８を格子４０４上で通過させることにより放射される放射波４２０の周波数は、格子周期（すなわち、格子４０４の間隔）及び電子ビーム４１８の電圧の関数である。従って、システム４００は、試料中の汚染物質の正確な検知を促進するために、テラヘルツ周波数のスペクトルにわたり同調可能である。別の実施形態において、蓋４３０は、反射面４３２の位置を変えるためのアクチュエータに連結されることができ、このようにして、反射面４３２により反射される、放射波が離散した帯が制御されることができる。
【００２４】
[0031]図５は、試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システム５００の一実施形態の斜視図を示す。システム５００は、図４に示したシステム４００とほぼ類似であり、マイクロ波キャビティ５０２、格子５０４及びコレクタ５０６を含む。マイクロ波キャビティ５０２は、さらに、蓋５３０、及び、マイクロ波キャビティ５０２を２つの領域（試料チャンバ５０８と真空チャンバ５１０）に分割するテラヘルツ透過窓５１２を含む。格子５０４は、真空チャンバ５１０の、窓５１２に面した平坦な面５１４に配置されている。コレクタ５０６は格子５０４の、電子ビームのための入口点に対向する一端５１６に配置されている。蓋５３０は、透過窓５１２に面するように配置された反射面５３２を有する。
【００２５】
[0032]試料管５２０が試料チャンバ５０８内に延在し、格子５０４に対して実質的に平行に配置されている。分析されるための試料が、試料管５２０内に収容された液体中に濃縮されている。電子ビームが、格子５０４の近傍を第１端部５１４から第２端部５１６に通過するとき、ビームが格子５０４により「束にされ」(“bunched”)、電子ビームに対して実質的に垂直の角度で伝搬する放射波５１８が発生される。放射波５１８は、窓５１２を通過して試料チャンバ５０８内に入り、チャンバ５０８にて放射波は、蓋５３０の反射面５３２により帯に離散される。電子ビームに対して実質的に平行なラインを有する磁界がビームに作用し、ビームが格子５０４の第２端部５１６にほぼ達するときにビームの経路を曲げる。
【００２６】
[0033]先に論じたように、放射線の周波数の幾らかは、試料管５２０内に収容された試料中の分子により吸収され得る。波長の吸収が、電子ビームにエネルギーを損失させ、電子ビームにより損失されるエネルギーが大きいほど、ビームがより多く曲がることになる。コレクタ５０６は電子ビームを捕捉し、コレクタ５０６に接続された測定装置がコレクタから情報を受け取り、電子ビームによるエネルギー損失の量を決定する。詳細には、コレクタ５０６により捉えられた情報は、電子ビームが曲がる程度（すなわち、ビームがコレクタ５０６に衝突する位置）、及び、ビームが格子５０４を通過した後の、放射された特定の周波数に関するビームのエネルギー（すなわち、どれだけの流れがコレクタ５０６に衝突するか）を示す。こうして、電子ビームを用いてエネルギー分光分析を行うことにより（すなわち、ビームが損失したエネルギーの量を決定することにより）、特定の周波数の放射波の吸収を間接的に測定することができる。
【００２７】
[0034]システム５００は幾つかの方法で同調可能である。例えば、電子ビームの電圧は変更され得る。或いは、動的（すなわち、周期が可変の）格子５０４をシステムに組み込むこともできる。最後に、反射面５３２の位置を変えるためにアクチュエータが蓋５３０に接続され得る。こうして、システム５００は、試料中の汚染物質の検知を容易にするために、テラヘルツ周波数のスペクトルにわたり同調可能である。
【００２８】
[0035]システム５００は、試料が分析のためにガスでなく液体を介して導入され、化学剤及び汚染物質、例えば薬物又は麻薬の検知のために特に好適であり得る。これは、このような物質中の分子が、互いに、又は、タンパク質若しくは他の面と結合する傾向を有するからである。このように分子が結合する傾向は、分子の回転モードを変え、運動の範囲を制限し、これが分子の回転スペクトルを変える。
【００２９】
[0036]図６は、液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を、図５に示したシステム５００を用いて検知するための方法６００の一実施形態のフローチャートを示す。この方法において、１以上の汚染物質の分子を含有する可能性のある試料が、ステップ６０２にて第１の液体溶液に導入され、この第１溶液が、ステップ６０４にて、分析のために試料管５２０に挿入される。ステップ６０６にて、溶液中の分子の回転スペクトルが、システム５００により、図５を参照して先に記載した方法により分析される。第１溶液の分析後、ステップ６０８にて、或る量の同じ試料材料を、少なくとも１つの結合剤（例えばタンパク質）を含む第２の液体溶液に導入する。結合剤は、試料材料中の分子の幾らかを結合し得る。一実施形態において、結合剤は、第２液体溶液中に存在する汚染物質（例えば、試料材料を介して導入される）の分子と結合する。ステップ６１０において、第２溶液が試料管５２０内に挿入され、ステップ６１２において、システム５００により分析され、第２液体試料分子の変更された回転スペクトルが決定される。ステップ６１４にて、第１液体試料と第２液体試料に関して回転スペクトルを比較することにより（すなわち、第１液体試料及び第２液体試料の分析におけるエネルギー損失を決定することにより）、タンパク質−分子結合物の形状寸法を導き出すことができる。こうして、第１液体試料分子及び第２液体試料分子の回転スペクトルが変えられる程度を用いて、試料材料中の汚染物質に存在する分子を間接的に検知及び同定することができる。
【００３０】
[0037]図７は、長波長（すなわち、低エネルギー）テラヘルツ放射を検知するための検知システム７００の一実施形態の斜視図である。検知器７００は、図４及び図５に示したシステム４００及びシステム５００と構造が類似であり、マイクロ波キャビティ７０２、格子７０４、コレクタ７０６及び入力パイプ７０８、テラヘルツ透過窓７１０及び蓋７３０を含む。格子７０４は、内部が真空に維持されたマイクロ波キャビティ７０２の底面７１４に配置されている。コレクタ７０６は、格子７０４の、電子ビームのための入口点７１２に対向する一端７１６に配置されている。入口パイプは７０８は、入力（例えば、放射線）をマイクロ波キャビティ７０２に、格子７０４に対してほぼ垂直の角度で供給するように配置されている。蓋７３０は、反射窓７１０に面するように配置された反射面７３２を有する。
【００３１】
[0038]検知システム７００は、「逆」スミスパーセル原理で作用する。電子ビームが格子７０４の近傍を通過する。入力パイプ７０８がマイクロ波キャビティ７０２の外側の環境から放射線を集め、放射線を集束させてマイクロ波キャビティ７０２に入れる。テラヘルツ帯の放射線がテラヘルツ透過層７１０を通過し、格子７０４に対して実質的に垂直な角度で格子７０４に衝突する。格子７０４に衝突して捕捉された放射が特定の波長を有するならば、放射は電子ビーム中の電子のエネルギーを増大する。エネルギーの増大は、スペクトロメータ中での電子の動作を変化させる。次いで、電子ビームは、エネルギーの増大を観察する測定装置に接続されているコレクタ７０６により捕捉される。一実施形態において、測定装置は簡単な電流計回路である。検知器７００中に特定の波長の放射線が存在することが、電子ビームのエネルギーの増大を観察することにより検知される（先に記載した、システム４００及び５００により測定されるようなエネルギーの低減の観察とは異なる）。
【００３２】
[0039]一実施形態において、検知システム７００は、外部環境中の爆発性物質を検知するために固体放射源と共に用いられる。検知器７００は、選択的されたスミスパーセル放射吸収帯を検知するために同調可能であり、これは、一実施形態において、格子７０４の周期又は電子ビームの電圧を変えることにより達成される。別の実施形態において、蓋７３０がアクチュエータに、離散される放射帯を制御するために反射面７３２の位置が可変であるように連結される。
【００３３】
[0040]従って、本発明は、テラヘルツ源技術の分野にかなりの進歩をもたらす。化学的及び／又は生物学的汚染物質の正確で効率的な検知を可能にするシステムが提供される。さらに、幾つかの実施形態において、本発明は、検知システムの正確性及び効率を増大するように同調又は構成され得る。本発明は、さらに、作像、コミュニケーション及び分光法の分野において有利であり得る。
【００３４】
[0041]上記の説明は、本発明の好ましい実施形態に向けられているが、本発明の、他の、又はさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案されることができ、本発明の範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】汚染物質の検知のための試料を濃縮及び分析するためのシステムの一実施形態の斜視図である。
【図２】周波数変調分光測定をテラヘルツスペクトルにて行うための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図３】試料により吸収されるテラヘルツ放射を検知するための、固体検知システムの一実施形態の概略図である。
【図４】スミスパーセル放射の発生を用いた、気体試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図５】液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【図６】液体試料によるテラヘルツ放射の吸収を、図５に示したシステムを用いて検知するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】長波長テラヘルツ放射を検知するための検知システムの一実施形態の斜視図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料中の汚染物質を検知するためのシステムであって、
前記試料中の汚染物質の分子を濃縮するための濃縮装置（１０２）と、
濃縮された分子を分析するために受け入れるための、前記濃縮装置（１０２）に接続されたテラヘルツ放射検知システム（１０４）と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記濃縮装置（１０２）が、
汚染物質の分子を試料から最初に分離するための予備濃縮装置（１０６）と、
分離された汚染物質分子を凝縮及び蒸発させるための熱交換器（１１０）とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
周波数変調された遠赤外線を発生するための放射源（２０２）と、
放射源（２０２）に接続された、前記試料を受け入れるための低圧キャビティ（２０４）と、
低圧キャビティ（２０４）に接続された放射線検知器（２０６）とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
低圧キャビティが、
前記試料を受け入れるための試料チャンバ（４０８）と、
真空チャンバ（４１０）と、
試料チャンバ（４０８）と真空チャンバ（４１０）との間に配置されたテラヘルツ透過性窓（４１２）と、
真空チャンバ（４１０）内に配置された導電性格子（４０４）とを有する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
試料中の汚染物質を検知するための検知器であって、
周波数変調されたテラヘルツ波を発生するための放射源（２０２）と、
放射源（２０２）に接続された、前記試料を収容するための低圧キャビティ（２０４）と、
低圧キャビティ（２０４）に接続された放射線検知器（２０６）であって、前記汚染物質が前記試料中に存在するかどうかを決定するために、放射線の、前記試料による吸収を測定するための放射線検知器（２０６）と
を備える検知器。
【請求項６】
低圧キャビティ（２０４）が、
前記試料を受け入れるための試料チャンバ（４０８）と、
真空チャンバ（４１０）と、
試料チャンバ（４０８）と真空チャンバ（４１０）との間に配置されたテラヘルツ透過性窓（４１２）と、
真空チャンバ（４１０）内に配置された導電性格子（４０４）とを有する請求項５に記載の検知器。
【請求項７】
試料中の汚染物質分子を検知するための方法であって、
試料を低圧キャビティの第１の部分に導入することと、
テラヘルツ放射を試料に照射することと、
汚染物質分子の存在を検知するために、テラヘルツ放射と試料との相互作用を観察することと
を含む方法。
【請求項８】
試料が低圧キャビティの第１の部分に気体の状態で導入される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
テラヘルツ放射を試料に照射するステップが、テラヘルツ放射の周波数を変調することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
テラヘルツ放射と試料中の分子との相互作用を観察するステップが、
低圧キャビティの、テラヘルツ透過性窓により第１部分から物理的に絶縁されている第２の部分に導電性格子を設けることと、
電子ビームを導電性格子上で、導電性格子に近接して通過させることと、
電子ビームにより損失されたエネルギー量を決定することとを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
気体又は液体の試料中の汚染物質分子を濃縮するための方法であって、
分子を試料から分離するために試料を予備濃縮装置に供給することと、
分離された分子を熱交換器内で冷却して分子を凝縮することと、
凝縮された分子を熱交換器内で加熱して分子を蒸発させることと
を含む方法。
【請求項１】
試料中の汚染物質を検知するためのシステムであって、
前記試料中の汚染物質の分子を濃縮するための濃縮装置（１０２）と、
濃縮された分子を分析するために受け入れるための、前記濃縮装置（１０２）に接続されたテラヘルツ放射検知システム（１０４）と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記濃縮装置（１０２）が、
汚染物質の分子を試料から最初に分離するための予備濃縮装置（１０６）と、
分離された汚染物質分子を凝縮及び蒸発させるための熱交換器（１１０）とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
周波数変調された遠赤外線を発生するための放射源（２０２）と、
放射源（２０２）に接続された、前記試料を受け入れるための低圧キャビティ（２０４）と、
低圧キャビティ（２０４）に接続された放射線検知器（２０６）とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
低圧キャビティが、
前記試料を受け入れるための試料チャンバ（４０８）と、
真空チャンバ（４１０）と、
試料チャンバ（４０８）と真空チャンバ（４１０）との間に配置されたテラヘルツ透過性窓（４１２）と、
真空チャンバ（４１０）内に配置された導電性格子（４０４）とを有する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
試料中の汚染物質を検知するための検知器であって、
周波数変調されたテラヘルツ波を発生するための放射源（２０２）と、
放射源（２０２）に接続された、前記試料を収容するための低圧キャビティ（２０４）と、
低圧キャビティ（２０４）に接続された放射線検知器（２０６）であって、前記汚染物質が前記試料中に存在するかどうかを決定するために、放射線の、前記試料による吸収を測定するための放射線検知器（２０６）と
を備える検知器。
【請求項６】
低圧キャビティ（２０４）が、
前記試料を受け入れるための試料チャンバ（４０８）と、
真空チャンバ（４１０）と、
試料チャンバ（４０８）と真空チャンバ（４１０）との間に配置されたテラヘルツ透過性窓（４１２）と、
真空チャンバ（４１０）内に配置された導電性格子（４０４）とを有する請求項５に記載の検知器。
【請求項７】
試料中の汚染物質分子を検知するための方法であって、
試料を低圧キャビティの第１の部分に導入することと、
テラヘルツ放射を試料に照射することと、
汚染物質分子の存在を検知するために、テラヘルツ放射と試料との相互作用を観察することと
を含む方法。
【請求項８】
試料が低圧キャビティの第１の部分に気体の状態で導入される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
テラヘルツ放射を試料に照射するステップが、テラヘルツ放射の周波数を変調することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
テラヘルツ放射と試料中の分子との相互作用を観察するステップが、
低圧キャビティの、テラヘルツ透過性窓により第１部分から物理的に絶縁されている第２の部分に導電性格子を設けることと、
電子ビームを導電性格子上で、導電性格子に近接して通過させることと、
電子ビームにより損失されたエネルギー量を決定することとを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
気体又は液体の試料中の汚染物質分子を濃縮するための方法であって、
分子を試料から分離するために試料を予備濃縮装置に供給することと、
分離された分子を熱交換器内で冷却して分子を凝縮することと、
凝縮された分子を熱交換器内で加熱して分子を蒸発させることと
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５２６１５３（Ｐ２００６−５２６１５３Ａ）
【公表日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１４８８８（Ｐ２００６−５１４８８８）
【出願日】平成１６年５月１７日（２００４．５．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１５５０２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２２１１２
【国際公開日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５９９１３４０１２）サーノフ・コーポレーション (59)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月１７日（２００４．５．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１５５０２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２２１１２
【国際公開日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５９９１３４０１２）サーノフ・コーポレーション (59)
【Ｆターム（参考）】
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