荷物及び人を検査するための反射及び透過モードのテラヘルツ画像化
パッケージ、荷物又は衣類内の爆発物又は化学兵器のような禁制品を検出するためのシステムが、１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールを含む。それぞれのモジュールは、テラヘルツ放射の発生又は受信、或いは発生および受信の両方を行う。テラヘルツ放射の一部は物品から反射され、テラヘルツ放射の残りは物品を透過する。処理装置は、物品の特性を決定するために、反射及び透過テラヘルツ放射を解析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その内容全体が本明細書で参考として援用する、２００４年５月２６日出願の米国仮出願第６０／５７４６４３号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、特定の種類の物品を探知するためのテラヘルツ放射を使用したシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化処理は、荷物の内部に隠されているかもしれない密輸品などの様々な種類の物品を非破壊で検査するために使用されてきた。しかし、ＣＴシステムはＸ線を放射するので、こうしたシステムの近くに立つかもしれない乗客のみならず、このシステムの操作者にも健康上の危険をもたらす可能性がある。従って、ＣＴシステムは、一般に、電離放射線から操作者及び乗客を保護するための何らの種類の遮蔽体を有する。更に、ＣＴシステムは、物品の形状及び体積といった他の特性と共に物品の密度を解析できるが、これらのシステムは分光能力を有しておらず、従って物品の化学的組成を解析できない。更に、Ｘ線は、物品の屈折率及び吸収係数に起因する光の特質を感知できない。これらの特性を測定できれば、固有のコントラストの大きな画像が得られ、材料の反射、吸収及び散乱の特性について多くのことを明らかにできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、光学的及び分光学的調査能力を提供することもできる非破壊型画像化システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概して言えば、本発明は、他の物体或いは材料又は物質内に隠され又は埋め込まれているかもしれない物品を検出するためのシステム及びその操作方法を対象とする。このシステムは、１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールを含む。それぞれのモジュールは、テラヘルツ放射を発生させるか又は受信するかのいずれか、或いは発生および受信の両方を行う。テラヘルツ放射の一部は物体により反射され、テラヘルツ放射の残りは物品を透過する。処理装置が、反射及び透過されたテラヘルツ放射を解析して、物品の特性を決定する。処理装置は、物品の２次元画像又は３次元画像、或いは２次元画像および３次元画像の両方を形成できる。処理装置は、物品の特定の領域のピクセル又はボクセルを形成、或いはピクセルおよびボクセルの両方を形成できる。
【０００６】
特定の具体例では、このシステムは、反射モード又は透過モード、或いは反射モードおよび透過モードの両方におけるテラヘルツ時間領域分光を使用し、それにより物品がテラヘルツ放射によって調査される。物品は、その２次元画像又は３次元画像の形成のため、１つの位置だけで調査されることも、多くの位置で調査されることもできる。物品は、露出した爆発材料、或いは包装、パッケージ、鞄、衣類又は他の物品内に隠された爆発物であり得る。従って、テラヘルツ放射は、露出された、又は他の物体、材料又は物質内に隠された物体、材料及び／又は物質の検出のために使用される。物品は、透過又は反射された放射の複数の解析のうちの１つ又は複数によって識別される。放射の解析は、パルス飛行時間、減衰、反射、屈折、回折、散乱、偏光の変化、又はスペクトル成分を含むことができる。
【０００７】
このシステムの具体例は、以下の１つ又は複数の効果を有することができる。このシステムは、物品の材料の表面模様（ｔｅｘｔｕｒｅ）、その周波数依存性の屈折率（誘電率）、周波数依存性の吸収、複屈折、形状及び体積を解析できる。更に、このシステムは、物品の他のスペクトル情報を提供できる。ＴＨｚ装置は、電離放射を使用しないため、遮蔽体を必要としない。Ｘ線放射（又は調査用放射の他の浸透形態）が使用できる場合、その画像をＴＨｚ画像と融合させることによって、システムの全体的な物品検出精度が更に向上する。
【実施例】
【０００８】
次に図面を参照すると、本発明の原理を具体化したシステムが、図１ａ及び図１ｂに示されており、このシステムは、全体として１０と指定されている。システム１０は、荷物を走査するために時間領域解析を使用したテラヘルツ（ＴＨｚ）画像化及び分光爆発物検出システムである。システム１０は、荷物の中身の画像化、及び荷物内に置かれている可能性のある物品が爆発物である特徴の検出のために、テラヘルツ放射（Ｔ放射）を放射し且つ／又は受信する、配列１２ａ及び１２ｂなどの１つ又は複数のテラヘルツ・モジュール配列を含む。ベルト１４は、鞄１６を配列１２ａ及び１２ｂを通って移動させる。ベルトの速さが大きいため、システム１０は、安全のために密閉できる。しかし、放射遮蔽体は不要であり、操作者が鞄に容易に近づくことができるように開かれたシステムが実現できる。また、システム１０は、フェムト秒レーザなどのファイバ結合レーザ１９と、１２ａによって発生されるＴＨｚパルスが、ＴＨｚ受信機１２ｂが励起され、又はオンにされる瞬間に正確に同期されることを可能にする光遅延２０と、データ取得用及び解析用のコンピュータなどの処理装置２１と、ヒューマン・マシン・インターフェース２２とを含む。インターフェースは、操作者にパッケージの中身の画像が示され、爆発物、可燃性液体、化学兵器、禁制品及び他の危険物について知らされるところである。
【０００９】
特定の具体例では、配列１２ａ及び１２ｂはそれぞれ、好ましくは約０．０１〜１０ＴＨｚの範囲で動作する、線形配列された３つの千鳥配列された１２８個のテラヘルツ送信機／受信機モジュール１３の２つの群を含む。従って、システム１０は、１２８個の放射モジュール１３からなる３つの線形配列１２ａと、システム１０を通過する荷物を調査するためのＴＨｚ信号を受信する１２８個の受信モジュール１３からなる別の３つの線形配列１２ｂとを使用する。それぞれの配列内の各モジュール１３は、約３×１２８×２．２５ｍｍまたは８６０ｍｍのライン走査幅をもたらす直径約２．２５ｍｍのＴＨｚビームを独立に発生又は受信する。線形配列の第２のシステムは１０と同じやり方で構成できるが、１０とは直交して配置され、ベルトが鞄を両方の組のセンサを通って移動させる際に、鞄を直交軸に沿って同時にＴＨｚ探査することを可能にする。従って、この構成によって、鞄が水平方向と鉛直方向の両方で走査されることが可能となる。反射波形は、各側の約３００ｍｍの深さ（合計約６００ｍｍ）について取得され、約１５０Ｈｚで約２０００ｐｓの波形の取得が必要とされる。次に、ベルト速度は約０．３ｍ／sであり、約２．２５ｍｍ平方のピクセル解像度で、およそ１４５０個の鞄／時間の走査速度がもたらされる。
【００１０】
ある具体例では、発生源１９および走査装置２０は、光ファイバ・ケーブル２３によってモジュール１３に結合される。発生源１９は、Ｔｉ：サファイア・パルス・レーザにできる。或いは、約２ピコ秒未満、好ましくは約０．２ピコ秒未満の継続時間の光パルスを生成できる任意のパルス・レーザが、発生源１９としてＴｉ：サファイア・パルス・レーザの代わりに用いることができる。例えば、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５８８０８７７号に記載されたレーザが、発生源１９として使用できる。従って、Ｔｉ：サファイア・レーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦレーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＧＡＦレーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＣＡＦレーザ、Ｅｒドープ・ファイバ・レーザ、Ｙｂドープ・ファイバ・レーザ及び利得（ゲイン）スイッチング・ダイオード・レーザなどのレーザが、発生源１９としての使用に適している。更に、システム１０は、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５６６３６３９号に記載された（フェムト秒レーザの代わりの）連続波光源を使用できる。テラヘルツ・モジュール１３は、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５７８９７５０号に記載された任意の種類のものにできる。
【００１１】
図２〜図３は、テラヘルツ・モジュール１３の一具体例を示している。図示するように、テラヘルツ・デバイス３６が、電磁放射を発生させ且つ／又は検出するために各テラヘルツ・モジュール１３内に取り付けられている。テラヘルツ・デバイス３６は、電極対を有しており、低温育成ガリウム砒素半導体基板や他の適切な基板材料に接合されている。モジュール１３はＧＲＩＮレンズなどの中継光学部品３０を更に含む。この中継光学部品は、デバイスの製造をより容易にし、また光ファイバ３２の出力を最適なスポット・サイズに合焦させるのにも役立つという２つの目的を果たす。更に、中継光学部品３０（又は他の中間光学部品）により、テラヘルツ・デバイス３６のすぐ近くからファイバ３２が取り除かれる。これは、送信機の場合には、放射されたテラヘルツ放射が、送信機基板ではなく、ファイバ３２内に結合される可能性があるからである。
【００１２】
蓋４１を有する工業用の硬化されたケース又は筐体４０により、システムは密封され、環境的な変動要素及び粗雑な扱いから保護される。複数の導電性ピン４９が、電気絶縁ブッシング５２に接合される。このブッシングは、筐体４０内のブッシング開口５４に押し込まれて接合される。ファイバ開口５６が、ケース４０に配置され、それに接合されたファイバ３２を有するフェルール６２を受けるように構成される。複数の取付け開口５８もまた、デバイス２９を取付け面に機械的に固定するためにケース４０に設けられる。
【００１３】
テラヘルツ・モジュール１３は、アルミナ又は他の適切な材料で作ることのできる光学部品取付けプレート又はランチャー（launcher）４２をも含む。プレート４２は、中継光学部品３０、ファイバ・ピロー・ブロック４７及びファイバ３２を所定位置に保持し、またデバイスのための電気接触を提供する。テラヘルツ・デバイスのモジュールへの組立てを容易にするために、担体又は窓４４も設けられる。窓４４は、標準のマイクロ製造技術を用いて容易に製造でき、またシリコン或いは他の互換材料から容易に製造できる。窓４４は、ケース４０にはんだ付け又は接合できる。シリコン、サファイア、アルミナ又は他の様式のテラヘルツ・レンズ３１が、テラヘルツ・デバイス３６から発せられる電磁波放射の発散を減少させるために窓４４の背に取り付けられる。レンズ３１の構成は一般に無収差であるが、ＴＨｚビームの視準又は収束を向上させるために、非球面結合レンズも使用できる。
【００１４】
ライザー・ブロック４５及びファイバ・ピロー・ブロック４７は、ケース４０の底内面上の適切な高さに取付けプレート４２及びファイバ３２をそれぞれ位置付けするために設けられ、ファイバが中継光学部品３０及びテラヘルツ・デバイス３６と位置合わせされることが保証される。ライザー・ブロック４５は、モジュールの底に組み込むことができ、従って部品数が減少する。
【００１５】
テラヘルツ送受信機についてのさらなる詳細は、その内容全体が本明細書で参考として援用される２００４年１１月１９日に発行された米国特許第６８１６６４７号に記載されている。
【００１６】
特定の具体例では、それぞれのテラヘルツ・モジュール１３は、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ通信規格に合わせて製造された、小型の光ファイバ・ピグテイル型密閉Ｔ放射アンテナ・モジュールである。各モジュールの正面には、ＴＨｚパルスを自由空間に効率的に結合するためのシリコン無収差超半球レンズがある。このレンズもまた、回折限界の焦点能力を提供するために非球面にできる。レンズの背後には、ＬＴ−ＧａＡｓ光導電ＴＨｚアンテナがある。イオン注入型サファイア上シリコン、Ｅｒ：ＧａＡｓ、ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ又はＢｅ：ＧａＡｓを含めて、他の半導体が使用できる。光パルスは、永続的に位置調整されるファイバによって光導電体に合焦される。サブミクロン分解能を有する、カスタム・コンピュータにより制御された光ファイバはんだ付けステーションが、これらのモジュールを製造するために使用できる。これらのＴ放射モジュールは、図１に示す構成などの、多くのＴ放射配列構成に構成できる。
【００１７】
特定の具体例では、図１ｃに示すように、システム１０は、２つの様相、透過モード及び反射モードでＴＨｚ画像を形成するために、配列１２ａ内のモジュール１３からＴ放射を生成することによって試料又は物品を調査する。透過モードでは、ＴＨｚパルスは、荷物全体を完全に通過し、配列１２ｂのモジュール１３によって受信される。透過パルスのスペクトル依存の振幅及び時間遅延が単一のピクセルを表現するために解析され、この単一のピクセルは、他のピクセルに追加されると、走査される荷物の２次元画像をもたらす。反射モードでは、ＴＨｚパルスは、鞄の中身を含む材料層の界面で反射し、これらの層からの一連の戻りパルスは、部分反射ビーム分割ミラー１５ａによって、配列１２ｃに構成されたモジュール１３に向かって反射され、配列１２ｃのモジュール１３によって順に検出される。このパルス系列は、物体の３次元画像を構成するために使用される。深さ分解能は約１ｍｍ未満であるが、約２．２５ｍｍに拡大されることができ、約２．２５ｍｍの立方体の体積のピクセル（即ち「ボクセル」）がもたらされる。そのスペクトル吸収、時間遅延（屈折率）、特定の吸光係数及び反射率における爆発物の特徴的な徴候が、特定のピクセル又はボクセル内の爆発物を識別するために別個に、また組み合わせて使用できる。
【００１８】
別の具体例では、図１ｄに示すように、両方の配列１２ａ、１２ｂ内のモジュールが、テラヘルツ放射を発生する。配列１２ｄ内のモジュール１３は、ミラー１５ｂによって配列１２ｄに向けられた配列１２ａからの透過テラヘルツ放射を受信し、同様にミラー１５ｂによって配列１２ｄに向けられた（配列１２ｂによって最初に発生された）反射テラヘルツ放射を受信する。更に、配列１２ｃ内のモジュール１３は、ミラー１５ａによって配列１２ｃに向けられた配列１２ｂからの透過テラヘルツ放射を受信し、同様にミラー１５ａによって配列１２ｃに向けられた（配列１２ａによって最初に発生された）反射テラヘルツ放射を受信する。次いで、透過及び反射された放射は、上述したように解析される。
【００１９】
従って、システム１０は、反射、透過又はその両方のテラヘルツ時間領域分光を使用した爆発物のデバイス検出構成であり、材料が約０．０５ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲、又はその範囲のうちの一部分の範囲のスペクトル成分を伴うＴＨｚパルスによって調査される。材料は、２次元画像又は３次元画像を形成するために、１つの位置だけで調査されることも、多くの位置で調査されることもできる。材料は、露出した爆発材料、或いは包装、パッケージ、鞄、衣類又は他の品目に隠された爆発物であり得る。従って、テラヘルツ放射が、露呈され又は他の物体、材料又は物質内に隠された物体、材料及び／又は物質などの物品を検出するために使用される。爆発物は、透過又は反射パルスの解析の複数の方法のうちの１つ又は複数を使用して識別され、パルス飛行時間、反射率、偏光の変化、減衰、スペクトル成分が、調査される材料の特性の一部である。１）透過パルスが、爆発物の既知のＴＨｚスペクトルの特徴について解析され、２）反射パルスが、爆発物の既知のＴＨｚスペクトルの特徴について解析され、３）透過画像が、爆発物に対応する構造について解析され、４）反射画像が、爆発物に対応する構造について解析され、５）ある体積中の屈折率が、爆発物と同じであるか解析され、６）ある体積中の減衰が、爆発物と同じであるか解析される。材料は、小さい体積について、上記の材料特性１）から６）までの計算のために透過又は反射断層撮影用に構成されたＴＨｚパルスを用いて調査できる。パルスの比較的高い周波数スペクトル成分の一部が隠蔽材料により減衰され得るので、広帯域ＴＨｚパルスが使用される。しかし、パルスのいくらかの部分は透過し、特性１）から６）までの分析が可能になる。
【００２０】
スペクトルのマイクロ波と赤外線領域との間にあるテラヘルツ波は、衣類、皮、プラスチック、セラミック、紙、ボール紙及び他の一般的な材料に浸透することができる。システム１０は、隠された爆発物、金属及び非金属兵器（セラミック、プラスチック又は複合銃及びナイフなど）、可燃物、生物兵器、化学兵器、及び荷物内に隠された他の脅威物を明らかにするために、テラヘルツ画像を使用する。Ｘ線画像に比較して優れた化学的特異性を有することに加えて、テラヘルツ画像化は、安全用遮蔽体の必要性が低い安全な非電離放射を使用する。画像は、距離の短い場合の人間の目に類似した、サブミリメートルの分解能を有することができる。爆発物、化学兵器及び生物兵器は、テラヘルツ領域において特徴的スペクトルを有し、広帯域テラヘルツ画像は、それぞれのピクセルについてのスペクトル全体を取得する。これによって、操作者は、たとえば衣類の下の爆発デバイスの一意的に対比された複数の画像を検査することだけでなく、爆弾を含む爆発材料を分光学的に示すことによっても爆発物を識別できる。爆発物は好ましくは、操作者に特別な「色」により示される。つまり、「色」は、操作者へ、爆発材料が検出されたかもしれないことの警告を示すものである。
【００２１】
本発明によれば、システム１０を用いた爆発物検出のための荷物のＴＨｚ透過及び放射画像化が図４ａに示されている。この実施例では、２５ｍｍ×５０ｍｍ×７５ｍｍの長方形の塊の爆発物が埋め込まれた、およそ６００ｍｍ×８００ｍｍ×３００ｍｍの荷物鞄が、ＴＨｚの特徴を示している（例えば、その塊は、反射スペクトルにおける０．８ＴＨｚの特徴、示唆的な減衰及び屈折透過率を示すＲＤＸであることができる）。３つの異なるＴＨｚパルス経路、「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」が示されている。線形配列又は捜査システムからの他の経路は、明確化のため、明示的には示されていない。パルス経路「Ａ」は、荷物を通過しない。パルス経路「Ｂ」は、荷物は通過するが、爆発ブロックは通過しない。パルス経路「Ｃ」は、荷物及び爆発ブロックを通過する。
【００２２】
透過パルスは、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」において、荷物の底部を抜け出るように示されている。この実施例では、どの経路も、ミラー（金属）によって十分には減衰され又は遮断されていない。ミラーは、さもなければ、透過パルスを遮蔽する。３つの解析方法が、透過パルスに適用できる。１）経路内の質量に比例したパルス伝播時間（屈折率）、２）パルスの減衰／反射が質量、散乱及び化学組成に関連する、３）周波数領域スペクトルが化学組成に関連する。図４ｃの２次元透過画像は、荷物を通る格子行列内の各経路の解析から、仮定的に構成される。
【００２３】
反射パルスは、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」において、荷物の上部を通って抜け出るように示されている。発生されたＴＨｚパルスの一部は、２つの材料間の各界面から反射する。空気−衣類又は衣類−爆発ブロックなどの、異なる材料間の境界面は、強い反射をもたらす。衣類−衣類などの、類似の境界面からの反射は、存在するが、より弱い。３つの透過解析、即ち伝播、減衰及びスペクトルはそれぞれ、各層からの反射パルスのそれぞれに順々に適用できる。各層の厚さは、パルス伝播時間から計算でき、また反射パルスの極性を使用して、各層の密度を決定するためのアルゴリズムが策定できる。戻りパルスはそれぞれ、連続的に減衰される。更に、反射パルスはスペクトルの特徴を伝えることができ、このスペクトルの特徴は、爆発物の識別及び警告の発生のために使用できる。図４ｂに示す反射プロファイルの断面は、反射パルス列から構成された、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」を含む単一の断面を示している。反射スペクトル（挿入図参照）は、爆発物の特徴を有し、また整合的な密度及び減衰情報と組み合わされて、警告を引き起こす（従って、爆発物は、例えば赤色に色付けされる）。完全な３Ｄ再構成は、一連の横断面図を組み合わせることによって実現できる。
【００２４】
従来のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線画像は、体積要素の密度を、形状及び体積の他の特性と共に解析することによって爆発物を検出できる。システム１０は、同じ密度解析を使用することもでき、爆発物が検出されるときに警告アラームを発する。更に、システム１０は、浅部の爆発物についての検索可能な高品質スペクトル情報を提供する。この特徴は、偽陰性ではなく真陽性の警告を発する確率を高めるために追加の判別情報を提供する。回転ＣＴ・Ｘ線センサのとは異なり、ＴＨｚ線形配列は静的なものとでき（また真の２次元配列を構成することもまた可能であり）、それによって、理論的画像化速度が向上される。システム１０は、電離放射を用いず、遮蔽体を必要としない。従って、システム１０は、誤った警告の減少した、またコスト及びサイズの減少された、より高速な検査を行うことができる。
【００２５】
本発明によれば、図１ａ及び図１ｂに示すシステム１０は、爆発物検出のためにＴＨｚ透過及び反射分光及び画像化を使用する複数の構成のうちの１つにすぎない。本発明によれば、他の構成は、光伝導による発生及び／又は検出の代わりに、或いはそれに加えて、ＴＨｚ電気光学的発生及び／又は検出を使用する。モジュール１３は、送信機又は受信機、或いはその両方（即ち送受信機）として作動することができ、ダイポール、ボウタイ型、ログ・スパイラル他などの共振又は非共振アンテナを使用できる。
【００２６】
システム１０は、パルス・レーザの代わりに、１つ又は複数の固定周波数又は整調可能なＣＷレーザを使用して駆動されることもできる。この場合、整調可能ＣＷ・ＴＨｚ放射は、パルスＴＨｚ放射ではなく、モジュール１３によって発生され、コヒーレントに受信される。システム１０は、いくつか例を挙げると、非線形透過線、量子カスケード・レーザ構造、電子発振器及びガス・レーザなどの、全電子又は半導体ベースのＴＨｚ発生システムを使用できる。いくつか例を挙げると、ボロメータ、熱結合、ダイオード構造、スモール・バンドギャップ検出器を含めて、非コヒーレント及びコヒーレントＴＨｚ検出技術もまた使用できる。このシステムは、１つ又は複数のＴＨｚ送信機及び１つ又は複数のＴＨｚ受信機を使用できる。送信機は、点状、線状、２次元、軸状、又は他の配列構成で構成できる。受信機は、点状、線状、２次元、軸状、又は他の配列構成で構成できる。送信機及び受信機配列の１つ又は複数の列は、透過及び／又は反射用に構成できる。送信機及び受信機は、ＴＨｚスペクトル領域で結合された自由空間、光ファイバ又は導波路でもよい。送信機及び受信機は、自由空間、光ファイバまたは導波路に結合されたフェムト秒レーザ源又は連続波放射源によって光駆動できる。走査される物体は、静止していても、移動していてもよい。送信機及び受信機は、静止型（たとえば直接２Ｄ配列画像生成）、移動型又はラスタ・スキャン型でもよい。送信機及び受信機は、大きい物体又は人物などの非静止物体を走査する場合に可搬的に及び機敏に使用できるために、ペン型（ｗａｎｄ）又は他の手持ち式の自由配置可能な装置に構成できる。
【００２７】
ＴＨｚ光システムは、反射素子又は屈折素子、或いはその両方の組合せを含むことができる。画像は、サンプリングされた各位置でのスカラー計算値の直接ピクセル割当てによって、又は各体積要素（ボクセル）についてスカラー値を計算するためのコンピュータ断層撮影アルゴリズムを介して生成できる。画像が構成された後に、特定の位置における、より広範な測定を行うことができる。これは、スペクトル強調を得るために、特定のボクセル上でより長い期間とどまる形を取ることができる。スキャン光遅延（受信パルスがサンプリングされる時間）は、パルス間の遅延の全て又は一部を包含する固定窓とでき、又は光遅延窓は、（たとえば深さプロファイルを）トラッキングできる。フェムト秒レーザ駆動システムでは、１つ又は複数のレーザ源が、送信機及び／又は受信機駆動に使用できる。１つ又は複数の光増幅器システムが使用できる。光レーザ・システムは、光ファイバ結合、自由空間型、或いは送信機又は受信機パッケージに全体又は部分的に組み込まれたものとできる。システム１０は、Ｘ線、質量分析及び金属検出などの他の調査診断技術と組み合わすことができる。
【００２８】
システム１０内の感知及び画像形成のためのＴＨｚ放射の使用は、他のより従来的な画像化方法に比べて様々な利点を提供できる。例えば、テラヘルツ放射は、（単に電界強度｜Ｅ（ｔ）｜２ではなく、）伝播する電界Ｅ（ｔ）が直接に測定できる、最も高い周波数を表す。結果として、画像化のためにＴＨｚ線を利用すると、できるだけ高い空間分解能で位相に敏感な測定を行うことが可能となる。また、多くの材料がＴＨｚ範囲で独特なスペクトル特徴を呈すので、分光画像化、感知及び識別の全てが実行可能である。テラヘルツ放射は、非電離型の生物学的に良性のものなので、混雑した環境におけるその実施は、たとえばＸ線画像化よりも健康及び安全上の危険性が少ない。ＴＨｚ画像化は、非接触型であり、超音波技術の妨げとなり得る音の伝播が不良な状態においても、布、真空、泡、絶縁体及び他の材料を容易に通過して作動できる。
【００２９】
システム１０は、テラヘルツ時間領域分光及び画像化（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を用いる。例えば、テラヘルツ周波数範囲内の広帯域単一サイクル・パルスの発生及び検出を提供するための超高速レーザ及び光エレクトロニクスを使用する。フェムト秒光パルスが、集積化ダイポール・アンテナを伴う、半導体基板上に光リソグラフィで定められる共平面のストリップ線の対からなるテラヘルツ・アンテナのゲート制御のために使用できる。ゲート・パルスは、ギャップを横断して過渡電流を誘発し、この電流は、図５ａ（時間領域のＴＨｚ波形）及び図５ｂ（波形のフーリエ変換の対応する振幅及び位相）に示すように、ＴＨｚスペクトル範囲で放射される。放射されたＴＨｚビームは、高い空間コヒーレンスを示し、従来の光学素子を使用して収集され、平行にされ、合焦され得る。それは、著しいひずみを伴わずに、乾いた空気中を数メートル、容易に伝播する。これらのパルスは、コヒーレント・ゲート制御サンプリング方法を使用して検出される。送信機及び受信機を励起するために使用されるフェムト秒パルスの同期は、光遅延２０（図１）を使用して達成される。送信機と類似の受信機アンテナは、光源からの同期フェムト秒パルスで光ゲート制御される。これはアンテナ間隙を有効に短絡し、従って、入射ＴＨｚパルスが光電流を誘発できる。ＴＨｚパルスとゲート光パルスの間の遅延の関数として測定されるこの光電流は、ＴＨｚ電界Ｅ（ｔ）に比例する。
【００３０】
爆発物は、相対的透過及び密度の飛行時間測定によって荷物のＴＨｚ画像で検出できるものの、爆発物がＴＨｚ領域においてスペクトル特徴を有することが分かっているので、ＴＨｚ分光を使用することにより、偽陽性及び偽陰性がより少なくなり、爆発物が確実に識別される。
【００３１】
図６に示すように、複数の爆発物は、０．１〜３ＴＨｚの１つ又は複数の広い吸収線からなる特徴的な透過スペクトル特徴を有する。図示するように、時間領域ＴＨｚ分光とフーリエ変換赤外線分光（ＦＴＩＲ）の両方を使用した、２次爆薬１、３、５トリニトロ−Ｓ−トリアジン（ＲＤＸ）のスペクトルの特徴は、０．８ＴＨｚで示す、広い吸収である。更に、ＨＭＸ、ＰＥＴＮ及びＴＮＴのスペクトルが示されており、全てが特有のＴＨｚ吸収特徴を有している。透過で測定された爆発材料の厚さは一般に２５０ミクロンであったが、それに応じて、これらの爆発物の吸光係数は０．５ＴＨｚ超においてかなり大きいものである。最大３ＴＨｚまでの透過吸収線の全てに達するためには、爆発物は、数ミリメートルの厚さであり、最良の信号対雑音比がもたらされる。０．５ＴＨｚ未満の吸収は数桁低く、この領域においては何センチメートルもの浸透が可能となる。透過における強い吸光を考慮すると、爆発スペクトルは、反射において最もよく識別できる。爆発物は、反射において対応する（周波数及び吸収を伴う指標の変化に対応する）スペクトル特徴を呈する。時間領域ＴＨｚ信号の飛行時間特性を使用すると、周波数領域の吸収スペクトル線に加えて（又はその代わりに）特徴を使用した爆発物の識別が可能となる。爆発物は、一般に衣類の層よりも遥かに密度が高く、それに対応して、衣類だけよりも遥かに多くの爆発層を通過するＴＨｚパルスの飛行時間を遅延させる。予備データによって、爆発物は、低い周波数では衣類よりも吸収性が低いが、同程度の厚さのプラスチックのよりも吸収性が高いことが示されている。従って、図６は、ＴＨｚ特徴が、単独で、又はＣＴ・Ｘ線に組み込まれたセンサの一部として使用でき、また爆発物を識別し、偽警告頻度を低減させることを示している。
【００３２】
荷物に一般的な一部の材料（金属など）は、ＴＨｚビームを通過させない、または、遮蔽する。この場合、透過画像は使用できないが、片面の反射画像は依然として使用できる。厚さの大きな他の材料は、ＴＨｚ放射を部分的に吸収し又は散乱させるため、それによって浸透の深さが制限される。完全な遮蔽でなければ、浸透は信号対雑音比の問題であり、この信号対雑音比は、送信電力と受信機ノイズと滞留時間（荷物処理速度）の妥協による。一般に、真の遮蔽体がその下の層を遮断しない限り、飛行時間解析及び反射振幅を使用したＴＨｚ透過と反射画像の両方が、（時間領域において）可能である。脅威物及び爆発物を画像（形状）又は屈折率（飛行時間）によって識別するシステムが、浸透する全ての深さにおいて有効である。一般に、ＴＨｚ信号の周波数スペクトルの一部は、スペクトルの殆どが遮断されていても浸透する。
【００３３】
透過又は反射によって爆発物をその周波数領域スペクトルにより識別する能力は、介在する材料によってスペクトルが遮断され、不明瞭にされ、又は混同されるかどうかに依存することに留意されたい。金属、導電性材料（間隙のない固体）及び水（２５０ミクロンより大きい厚さ）は、ＴＨｚビームの浸透を完全に妨げ、これらの材料によって完全に密閉される任意の体積の内部は、画像化できない。透過画像は遮断されるが、（水を含む）これらの材料はかなり反射的であり、また遮断層までの反射画像は依然として使用可能である。
【００３４】
システム１０は、時間領域テラヘルツ（ＴＤ−ＴＨｚ）分光及び／又は画像化を使用した爆発物の検出に関するものである。システム１０及びその動作は、時間領域テラヘルツ爆発物検出システム（ＴＤ−ＴＨｚ ＥＤＳ）ということができる。システム１０は、安全上又は他の理由で、爆発物を感知し、爆発物が検出されると警報を発することが望ましい場合に、荷物、ハンドバック、小包、パッケージ、手紙、コンテナ、箱、衣類、靴、人、又は他の全ての形態の内部または表面に隠された爆発物を自動的に検出することを可能にする。システム１０は、爆発物の自動検出が可能であるが、システム１０及びその動作は、自動化又は非自動化のやり方で、全体的に又は部分的に実施できる。更に、システム１０の多くの要素が、隠された爆発物の検出に関係しているが、システム１０は、隠されていない爆発物の検出を向上させる。
【００３５】
システム１０は、スループット（又はポイント）検出モード又はスタンドオフ検出モードで物品を検査する。スループット・システムでは、テストされる物品又は人は、手作業で又は自動的にシステムに持ち込まれ、探知システムに運ばれ、且つ／又はそれを通過して運ばれる（例えば、荷物はベルトに乗って装置内へと進み、人は入口を通り抜ける）。スタンドオフの実例では、ＥＤＳセンサは、いくらか離れたところで、対象物（人など）を検査する。
【００３６】
システム１０は、そのセンサからデータを収集し、爆発物が存在する可能性が高いか、それとも存在しない可能性が高いかを自動的に判断する。この判断プロセスへの操作者の関与は不要であり、又はできる限り最小限に抑えることができる。自動化された検出によって、処理効率が向上し、誤りが減少し、操作者の数を減少させる。
【００３７】
システム１０による検査対象の物品は、完全に爆発物、部分的に爆発物であり且つ部分的に良性、又は完全に良性である材料からなる。（例えば、荷物内の）隠された爆発物の検出の場合、殆どの安全操作において、テスト対象の殆ど全ての物品が完全に良性である。隠された爆発物を含む稀な物品は、依然として殆どが良性の材料からなる。
【００３８】
一般に、検出基準（即ち警告を発すること）として、何らかの閾値を使用する。以下で論じるように、検出可能な爆発物の最小量に対して警告するのではなく、著しい損害を及ぼし或いは（微量の残留物、又は脅威とならない物体ではなく）爆弾で構成される可能性が高いほどの爆発性があることを十分に示すような、対応する最低量、空間的構成又は物理的測定可能パラメータの他の何らかの組合せを定義することがしばしば望ましい。基準を爆発物の単なる分子の存在を超えて広げることによって、システム１０による自動検出は向上できる。これらの基準は、警告を発する（また定義により他の全て良性の材料及び物体を除外する）検査対象物品内の隠された材料及び物体の組を規定する。警告を引き起こす物理的基準は、爆発物警告構成と呼ばれる。
【００３９】
自動化モードでは、真陽性は、システム１０が爆発警告構成を満たす物品を検査するときに生じ、適切に警告が発せられる。システム１０が警告を作動し損ねる場合は、偽陰性が生じる。
【００４０】
システム１０が、爆発警告構成を満たさない物品を検査し、警告を始動しない場合は、真陰性が生じる。また、システム１０が不適切に警告を発する場合は、偽陽性が生じる。
【００４１】
従って、検査される多くの物品の結果を考慮すると、システム１０は、真陽性の確率及び偽陽性の確率を有する（但し、偽陰性の確率は１−偽陽性であり、同様に、真陰性の確率は１−偽陽性である）。
【００４２】
従って、脅威が見逃されないように、できるだけ高い（ほぼ１である）真陽性の確率を有することが望ましい。同様に、他も理由があるが、手作業による多くの探索が必要とされないように、非常に低い偽陽性の確率を有することが望まれる。
【００４３】
本発明によれば、自動警告は、システム１０のセンサ・データの１つ又は複数のパラメータの解析に基づく統計閾値及び決定アルゴリズムを満たすことに基づいて行われる。真陽性の確率が低すぎる場合、統計閾値及び決定アルゴリズムは、より容易に警告を発生するように調整できる（即ち厳しさが緩和され）。しかし、これは、偽陽性の確率を増加させるという望ましくない効果をもたらす。（極端には、システム１０は常に警告するように設定されることがあり、真陽性の確率は１であるが、偽陽性の確率もまた１という結果を伴う）。従って、爆発物警告構成の存在可能性を除外する最も高い閾値を可能にするために、爆発物と良性の材料との対比が十分であり、また他の定義パラメータと十分に相関可能なセンサ・データの組を有することが望ましい。
【００４４】
システム１０からのＴＤ−ＴＨｚパルスは、透過であれ、反射であれ、試料の全て又は一部を照らす。自動検出は、透過モード又は反射モードにおいてＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機が試料の１次元画像、２次元画像又は３次元画像或いは「マップ」を収集するように構成される場合に向上され得る。このマップのために収集される生データは、試料上の複数の位置に対応する透過及び反射において記録されるＴＨｚ波形からなる。検査システムは、１つ又は複数の視界から１又は２次元でラスタ走査される単一の送信機および受信機の対である。或いは、センサ・システムは、走査され得る線形配列又は軸配列を含むことも、走査されることのできる２Ｄ配列を含むこともできる。
【００４５】
１つ又は複数の位置を調査するセンサから提供されるＴＨｚ波形は、アルゴリズムによって処理されて、１次元、２次元又は３次元の空間データ・マップの各位置についての一般的な物理的測定又は経験的な量に対応する各位置の１つ又は複数のピクセル値が、計算される。反射では、ＴＤ−ＴＨｚ反射断層撮影法が、１次元、２次元又は３次元空間情報を計算するために使用される。透過では、計算された軸状又は計算された線形断層撮影が、１次元、２次元又は３次元空間情報を計算するために使用される。これは、合成開口技術などの任意の技術に適用できる。
【００４６】
データ・マップの値は、（ｉ）１つ又は複数の周波数における減衰及び／又は反射、（ｉｉ）１つ又は複数の周波数の屈折率、及び（ｉｉｉ）飛行時間、誘電率、散乱係数、分光データ及び密度（１立方センチメートル当たりのグラム）などの１次元、２次元又は３次元ピクセル値のうちの１つ又は複数を含むことができる。また、アルゴリズムは、一般的であり、かつピクセル寸法（体積又は領域）、平均化、精度、処理される時間領域ＴＨ波形の領域、周波数帯の数及び周波数分解能などのユーザ固有の制御特性を含む各データ解析アルゴリズム（data reduction algorithm）からの出力と共に、１次元、２次元又は３次元行列をもたらす。
【００４７】
システム１０のＴＤ−ＴＨｚ画像化の特徴は、計算されたこれらの物理測定値のうちの１つ又は複数が、ある範囲の値は爆発物に属し、別の範囲の値は良性の材料に属すると分類され得ることであ。これらの範囲は、特定の爆発物を識別するために使用でき、或いは、上述の爆発物警告構成に属する１組の爆発材料を分類するのに役立つことができる。それらは、基準スペクトル又は測定値から計算でき、或いは、爆発物検出アルゴリズムをもたらすように完全に経験的に調整されることができる。この爆発物検出アルゴリズムは、許容可能な真陽性及び偽陽性の警告確率を有する。
【００４８】
次いで、このデータ・マップは爆発物検出アルゴリズムによって処理され、この爆発物検出アルゴリズムは、データ・マップの各位置の測定値のそれぞれについて、これらの範囲の閾値を使用できる。爆発物検出は、データ・マップの個々の要素のそれぞれに対して個々に警告を発することができ、又はそれは、許容可能な真陽性及び偽陽性確率をもたらすために、それらをグループで又は全体で考慮できる。即ち、提供される空間情報は、爆発警告基準を向上させるために、個々のピクセル値と統計学的に相関されることができる。一例として、要件の組は以下のものを含む。
１）ある体積又は領域内の、爆発物閾値を個々に満たす個々のピクセルの数が、ある総閾値よりも多い又は平均値であること、及び／又は
２）ある体積又は領域内の、爆発物閾値を個々に満たす個々のピクセルの体積又は領域が、十分に連続しており、良性材料の空隙を含まないこと、及び／又は
３）個々に警告するピクセルのグループの１次元、２次元又は３次元幾何学的形状が、ある閾値基準を満たすこと、及び／又は
４）データ・マップの個々の要素の空間的関係を、データ・マップ内のその空間的分布に相関させる他の基準。
【００４９】
ＴＤ−ＴＨｚ・ＥＤＳシステム１０は、システム１０からのＴＤ−ＴＨｚデータ・マップ、及び他のシステム・データ・マップを処理する結合アルゴリズムを考慮することによってその結合統計確率を向上させる（たとえば偽警告割合を減少させる）ために、他の爆発物検出システムと組み合わされることができる。他のシステムは、１つ又は複数のエネルギーでの２次元単一又はマルチ・ビュー透過Ｘ線、後方散乱Ｘ線、コンピュータ断層撮影Ｘ線、熱ニューロン散乱、サーモグラフ、ＭＲＩ、四重極共鳴、ミリメートル波画像化及び又は他の爆発物検出システムであることができる。
【００５０】
システム１０の検出の各レベルの関係は、図７に示されている。具体的には、
レベル１： テスト対象の物品は、爆発構成が存在することも、存在しないこともある。
レベル２： システム１０は、
テスト対象物品の１つ又は複数の空間位置からＴＨｚ波を取得するように、分離または１次元、２次元又は３次元配列構成された、透過構成された１つ又は複数のＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機、及び／又は
テスト対象物品の１つ又は複数の空間位置からＴＨｚ波を取得するように、分離または１次元、２次元又は３次元配列構成された、反射構成された１つ又は複数のＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機、並びに
任意選択で、試料内の単一点又は１次元、２次元又は３次元空間行列からの爆発物と良性材料との区別を提供できるデータを取得する１つ又は複数の他のセンサ（Ｘ線及びＣＴ・Ｘ線など）
を使用する。これらのセンサは、レベル１からデータを取得し、レベル３にデータを供給する。
レベル３： ここでは、透過及び／又は反射ＴＨｚ波形の点、及び／又は１次元、２次元及び／又は３次元行列からなる未処理のデータ・マップが、レベル２からのテスト対象物品、及び／又は他のセンサ（Ｘ線、ＣＴ・Ｘ線センサ、質量分析及び金属検出など）からの等価のデータ・マップに空間的に相関される。
レベル４： このレベルでは、データ解析アルゴリズムが、レベル３からのデータ・マップを処理して、テスト対象物品に空間的に相関された物理的又は経験的パラメータの点、又は１次元、２次元若しくは３次元行列にする。
レベル５： 次いで、位置ごとの１つ又は複数の物理パラメータの１つ又は複数の点、並びに１次元、２次元及び３次元行列が、テスト対象物品内の位置に空間的に相関される。次いで、このマップ〔（ｐ１，ｐ２，…）及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ，ｊ及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ，ｊ，ｋ〕は、レベル６の爆発物検出アルゴリズムによって使用される。
レベル６： １つのアルゴリズム、又は組み合わされたアルゴリズムの組は、レベル５からのデータ・マップを使用し、許容可能な真陽性及び偽陽性確率を達成するために、１つ又は複数のパラメータについての統計的多変数基準を、マップ全体又はマップの一部を解析するための１つ又は複数の規則と共に適用する。特定の具体例では、処理装置２１は、テラヘルツ放射の飛行時間特性を解析するアルゴリズムで実施できる。飛行時間解析は、調査対象の物品のバルク特性を決定するために、３次元画像と組み合わすことができる。飛行時間は、調査される物品の成分又は材料の独特な特徴を取得するために、反射放射に相関されることもできる。
【００５１】
他の実施例は、特許請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】本発明によるテラヘルツ電磁波放射及び検出システムの概略図。
【図１ｂ】図１ａのシステムの一部の上面図。
【図１ｃ】本発明によるテラヘルツ・モジュールの代替構成の上面図。
【図１ｄ】本発明によるテラヘルツ・モジュールの別の代替構成の上面図。
【図２】本発明によるテラヘルツ・モジュールの一実施例の分解等角図。
【図３】本発明によるテラヘルツ・モジュールの一実施例の組立等角図。
【図４ａ】ＴＨｚビームの３つの経路荷物内の爆発物のＴＨｚ透過及び反射画像の図であり、（Ａ）は、荷物の外部、（Ｂ）は、荷物及び普通の内容物の通過、及び（Ｃ）は、荷物及び爆発ブロックの通過、荷物の底部を通過して出て行くように示された透過ＴＨｚパルス、及び上部から出て行くように示された反射ＴＨｚパルス列を示す。
【図４ｂ】図６ａの反射パルス列から生成された層のプロファイル断面の上部概念テラヘルツ画像の図。
【図４ｃ】飛行時間及び減衰から計算された下部概念２次元透過テラヘルツ画像の図。
【図５ａ】時間領域（ｐｓｅｃ）で測定されたＴＨｚ波形を示す図。
【図５ｂ】図５ａに示すＴＨｚ波形の振幅スペクトルを示す図。
【図６ａ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＲＤＸ（透過率）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｂ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＲＤＸ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｃ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＨＭＸ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｄ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＰＥＴＮ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｅ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＴＮＴ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図７】本発明によるシステムのマルチレベル調査プロセスを示す図。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その内容全体が本明細書で参考として援用する、２００４年５月２６日出願の米国仮出願第６０／５７４６４３号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、特定の種類の物品を探知するためのテラヘルツ放射を使用したシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化処理は、荷物の内部に隠されているかもしれない密輸品などの様々な種類の物品を非破壊で検査するために使用されてきた。しかし、ＣＴシステムはＸ線を放射するので、こうしたシステムの近くに立つかもしれない乗客のみならず、このシステムの操作者にも健康上の危険をもたらす可能性がある。従って、ＣＴシステムは、一般に、電離放射線から操作者及び乗客を保護するための何らの種類の遮蔽体を有する。更に、ＣＴシステムは、物品の形状及び体積といった他の特性と共に物品の密度を解析できるが、これらのシステムは分光能力を有しておらず、従って物品の化学的組成を解析できない。更に、Ｘ線は、物品の屈折率及び吸収係数に起因する光の特質を感知できない。これらの特性を測定できれば、固有のコントラストの大きな画像が得られ、材料の反射、吸収及び散乱の特性について多くのことを明らかにできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、光学的及び分光学的調査能力を提供することもできる非破壊型画像化システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概して言えば、本発明は、他の物体或いは材料又は物質内に隠され又は埋め込まれているかもしれない物品を検出するためのシステム及びその操作方法を対象とする。このシステムは、１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールを含む。それぞれのモジュールは、テラヘルツ放射を発生させるか又は受信するかのいずれか、或いは発生および受信の両方を行う。テラヘルツ放射の一部は物体により反射され、テラヘルツ放射の残りは物品を透過する。処理装置が、反射及び透過されたテラヘルツ放射を解析して、物品の特性を決定する。処理装置は、物品の２次元画像又は３次元画像、或いは２次元画像および３次元画像の両方を形成できる。処理装置は、物品の特定の領域のピクセル又はボクセルを形成、或いはピクセルおよびボクセルの両方を形成できる。
【０００６】
特定の具体例では、このシステムは、反射モード又は透過モード、或いは反射モードおよび透過モードの両方におけるテラヘルツ時間領域分光を使用し、それにより物品がテラヘルツ放射によって調査される。物品は、その２次元画像又は３次元画像の形成のため、１つの位置だけで調査されることも、多くの位置で調査されることもできる。物品は、露出した爆発材料、或いは包装、パッケージ、鞄、衣類又は他の物品内に隠された爆発物であり得る。従って、テラヘルツ放射は、露出された、又は他の物体、材料又は物質内に隠された物体、材料及び／又は物質の検出のために使用される。物品は、透過又は反射された放射の複数の解析のうちの１つ又は複数によって識別される。放射の解析は、パルス飛行時間、減衰、反射、屈折、回折、散乱、偏光の変化、又はスペクトル成分を含むことができる。
【０００７】
このシステムの具体例は、以下の１つ又は複数の効果を有することができる。このシステムは、物品の材料の表面模様（ｔｅｘｔｕｒｅ）、その周波数依存性の屈折率（誘電率）、周波数依存性の吸収、複屈折、形状及び体積を解析できる。更に、このシステムは、物品の他のスペクトル情報を提供できる。ＴＨｚ装置は、電離放射を使用しないため、遮蔽体を必要としない。Ｘ線放射（又は調査用放射の他の浸透形態）が使用できる場合、その画像をＴＨｚ画像と融合させることによって、システムの全体的な物品検出精度が更に向上する。
【実施例】
【０００８】
次に図面を参照すると、本発明の原理を具体化したシステムが、図１ａ及び図１ｂに示されており、このシステムは、全体として１０と指定されている。システム１０は、荷物を走査するために時間領域解析を使用したテラヘルツ（ＴＨｚ）画像化及び分光爆発物検出システムである。システム１０は、荷物の中身の画像化、及び荷物内に置かれている可能性のある物品が爆発物である特徴の検出のために、テラヘルツ放射（Ｔ放射）を放射し且つ／又は受信する、配列１２ａ及び１２ｂなどの１つ又は複数のテラヘルツ・モジュール配列を含む。ベルト１４は、鞄１６を配列１２ａ及び１２ｂを通って移動させる。ベルトの速さが大きいため、システム１０は、安全のために密閉できる。しかし、放射遮蔽体は不要であり、操作者が鞄に容易に近づくことができるように開かれたシステムが実現できる。また、システム１０は、フェムト秒レーザなどのファイバ結合レーザ１９と、１２ａによって発生されるＴＨｚパルスが、ＴＨｚ受信機１２ｂが励起され、又はオンにされる瞬間に正確に同期されることを可能にする光遅延２０と、データ取得用及び解析用のコンピュータなどの処理装置２１と、ヒューマン・マシン・インターフェース２２とを含む。インターフェースは、操作者にパッケージの中身の画像が示され、爆発物、可燃性液体、化学兵器、禁制品及び他の危険物について知らされるところである。
【０００９】
特定の具体例では、配列１２ａ及び１２ｂはそれぞれ、好ましくは約０．０１〜１０ＴＨｚの範囲で動作する、線形配列された３つの千鳥配列された１２８個のテラヘルツ送信機／受信機モジュール１３の２つの群を含む。従って、システム１０は、１２８個の放射モジュール１３からなる３つの線形配列１２ａと、システム１０を通過する荷物を調査するためのＴＨｚ信号を受信する１２８個の受信モジュール１３からなる別の３つの線形配列１２ｂとを使用する。それぞれの配列内の各モジュール１３は、約３×１２８×２．２５ｍｍまたは８６０ｍｍのライン走査幅をもたらす直径約２．２５ｍｍのＴＨｚビームを独立に発生又は受信する。線形配列の第２のシステムは１０と同じやり方で構成できるが、１０とは直交して配置され、ベルトが鞄を両方の組のセンサを通って移動させる際に、鞄を直交軸に沿って同時にＴＨｚ探査することを可能にする。従って、この構成によって、鞄が水平方向と鉛直方向の両方で走査されることが可能となる。反射波形は、各側の約３００ｍｍの深さ（合計約６００ｍｍ）について取得され、約１５０Ｈｚで約２０００ｐｓの波形の取得が必要とされる。次に、ベルト速度は約０．３ｍ／sであり、約２．２５ｍｍ平方のピクセル解像度で、およそ１４５０個の鞄／時間の走査速度がもたらされる。
【００１０】
ある具体例では、発生源１９および走査装置２０は、光ファイバ・ケーブル２３によってモジュール１３に結合される。発生源１９は、Ｔｉ：サファイア・パルス・レーザにできる。或いは、約２ピコ秒未満、好ましくは約０．２ピコ秒未満の継続時間の光パルスを生成できる任意のパルス・レーザが、発生源１９としてＴｉ：サファイア・パルス・レーザの代わりに用いることができる。例えば、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５８８０８７７号に記載されたレーザが、発生源１９として使用できる。従って、Ｔｉ：サファイア・レーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦレーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＧＡＦレーザ、Ｃｒ：ＬｉＳＣＡＦレーザ、Ｅｒドープ・ファイバ・レーザ、Ｙｂドープ・ファイバ・レーザ及び利得（ゲイン）スイッチング・ダイオード・レーザなどのレーザが、発生源１９としての使用に適している。更に、システム１０は、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５６６３６３９号に記載された（フェムト秒レーザの代わりの）連続波光源を使用できる。テラヘルツ・モジュール１３は、その内容全体が本明細書で参考として援用される米国特許第５７８９７５０号に記載された任意の種類のものにできる。
【００１１】
図２〜図３は、テラヘルツ・モジュール１３の一具体例を示している。図示するように、テラヘルツ・デバイス３６が、電磁放射を発生させ且つ／又は検出するために各テラヘルツ・モジュール１３内に取り付けられている。テラヘルツ・デバイス３６は、電極対を有しており、低温育成ガリウム砒素半導体基板や他の適切な基板材料に接合されている。モジュール１３はＧＲＩＮレンズなどの中継光学部品３０を更に含む。この中継光学部品は、デバイスの製造をより容易にし、また光ファイバ３２の出力を最適なスポット・サイズに合焦させるのにも役立つという２つの目的を果たす。更に、中継光学部品３０（又は他の中間光学部品）により、テラヘルツ・デバイス３６のすぐ近くからファイバ３２が取り除かれる。これは、送信機の場合には、放射されたテラヘルツ放射が、送信機基板ではなく、ファイバ３２内に結合される可能性があるからである。
【００１２】
蓋４１を有する工業用の硬化されたケース又は筐体４０により、システムは密封され、環境的な変動要素及び粗雑な扱いから保護される。複数の導電性ピン４９が、電気絶縁ブッシング５２に接合される。このブッシングは、筐体４０内のブッシング開口５４に押し込まれて接合される。ファイバ開口５６が、ケース４０に配置され、それに接合されたファイバ３２を有するフェルール６２を受けるように構成される。複数の取付け開口５８もまた、デバイス２９を取付け面に機械的に固定するためにケース４０に設けられる。
【００１３】
テラヘルツ・モジュール１３は、アルミナ又は他の適切な材料で作ることのできる光学部品取付けプレート又はランチャー（launcher）４２をも含む。プレート４２は、中継光学部品３０、ファイバ・ピロー・ブロック４７及びファイバ３２を所定位置に保持し、またデバイスのための電気接触を提供する。テラヘルツ・デバイスのモジュールへの組立てを容易にするために、担体又は窓４４も設けられる。窓４４は、標準のマイクロ製造技術を用いて容易に製造でき、またシリコン或いは他の互換材料から容易に製造できる。窓４４は、ケース４０にはんだ付け又は接合できる。シリコン、サファイア、アルミナ又は他の様式のテラヘルツ・レンズ３１が、テラヘルツ・デバイス３６から発せられる電磁波放射の発散を減少させるために窓４４の背に取り付けられる。レンズ３１の構成は一般に無収差であるが、ＴＨｚビームの視準又は収束を向上させるために、非球面結合レンズも使用できる。
【００１４】
ライザー・ブロック４５及びファイバ・ピロー・ブロック４７は、ケース４０の底内面上の適切な高さに取付けプレート４２及びファイバ３２をそれぞれ位置付けするために設けられ、ファイバが中継光学部品３０及びテラヘルツ・デバイス３６と位置合わせされることが保証される。ライザー・ブロック４５は、モジュールの底に組み込むことができ、従って部品数が減少する。
【００１５】
テラヘルツ送受信機についてのさらなる詳細は、その内容全体が本明細書で参考として援用される２００４年１１月１９日に発行された米国特許第６８１６６４７号に記載されている。
【００１６】
特定の具体例では、それぞれのテラヘルツ・モジュール１３は、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ通信規格に合わせて製造された、小型の光ファイバ・ピグテイル型密閉Ｔ放射アンテナ・モジュールである。各モジュールの正面には、ＴＨｚパルスを自由空間に効率的に結合するためのシリコン無収差超半球レンズがある。このレンズもまた、回折限界の焦点能力を提供するために非球面にできる。レンズの背後には、ＬＴ−ＧａＡｓ光導電ＴＨｚアンテナがある。イオン注入型サファイア上シリコン、Ｅｒ：ＧａＡｓ、ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ又はＢｅ：ＧａＡｓを含めて、他の半導体が使用できる。光パルスは、永続的に位置調整されるファイバによって光導電体に合焦される。サブミクロン分解能を有する、カスタム・コンピュータにより制御された光ファイバはんだ付けステーションが、これらのモジュールを製造するために使用できる。これらのＴ放射モジュールは、図１に示す構成などの、多くのＴ放射配列構成に構成できる。
【００１７】
特定の具体例では、図１ｃに示すように、システム１０は、２つの様相、透過モード及び反射モードでＴＨｚ画像を形成するために、配列１２ａ内のモジュール１３からＴ放射を生成することによって試料又は物品を調査する。透過モードでは、ＴＨｚパルスは、荷物全体を完全に通過し、配列１２ｂのモジュール１３によって受信される。透過パルスのスペクトル依存の振幅及び時間遅延が単一のピクセルを表現するために解析され、この単一のピクセルは、他のピクセルに追加されると、走査される荷物の２次元画像をもたらす。反射モードでは、ＴＨｚパルスは、鞄の中身を含む材料層の界面で反射し、これらの層からの一連の戻りパルスは、部分反射ビーム分割ミラー１５ａによって、配列１２ｃに構成されたモジュール１３に向かって反射され、配列１２ｃのモジュール１３によって順に検出される。このパルス系列は、物体の３次元画像を構成するために使用される。深さ分解能は約１ｍｍ未満であるが、約２．２５ｍｍに拡大されることができ、約２．２５ｍｍの立方体の体積のピクセル（即ち「ボクセル」）がもたらされる。そのスペクトル吸収、時間遅延（屈折率）、特定の吸光係数及び反射率における爆発物の特徴的な徴候が、特定のピクセル又はボクセル内の爆発物を識別するために別個に、また組み合わせて使用できる。
【００１８】
別の具体例では、図１ｄに示すように、両方の配列１２ａ、１２ｂ内のモジュールが、テラヘルツ放射を発生する。配列１２ｄ内のモジュール１３は、ミラー１５ｂによって配列１２ｄに向けられた配列１２ａからの透過テラヘルツ放射を受信し、同様にミラー１５ｂによって配列１２ｄに向けられた（配列１２ｂによって最初に発生された）反射テラヘルツ放射を受信する。更に、配列１２ｃ内のモジュール１３は、ミラー１５ａによって配列１２ｃに向けられた配列１２ｂからの透過テラヘルツ放射を受信し、同様にミラー１５ａによって配列１２ｃに向けられた（配列１２ａによって最初に発生された）反射テラヘルツ放射を受信する。次いで、透過及び反射された放射は、上述したように解析される。
【００１９】
従って、システム１０は、反射、透過又はその両方のテラヘルツ時間領域分光を使用した爆発物のデバイス検出構成であり、材料が約０．０５ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲、又はその範囲のうちの一部分の範囲のスペクトル成分を伴うＴＨｚパルスによって調査される。材料は、２次元画像又は３次元画像を形成するために、１つの位置だけで調査されることも、多くの位置で調査されることもできる。材料は、露出した爆発材料、或いは包装、パッケージ、鞄、衣類又は他の品目に隠された爆発物であり得る。従って、テラヘルツ放射が、露呈され又は他の物体、材料又は物質内に隠された物体、材料及び／又は物質などの物品を検出するために使用される。爆発物は、透過又は反射パルスの解析の複数の方法のうちの１つ又は複数を使用して識別され、パルス飛行時間、反射率、偏光の変化、減衰、スペクトル成分が、調査される材料の特性の一部である。１）透過パルスが、爆発物の既知のＴＨｚスペクトルの特徴について解析され、２）反射パルスが、爆発物の既知のＴＨｚスペクトルの特徴について解析され、３）透過画像が、爆発物に対応する構造について解析され、４）反射画像が、爆発物に対応する構造について解析され、５）ある体積中の屈折率が、爆発物と同じであるか解析され、６）ある体積中の減衰が、爆発物と同じであるか解析される。材料は、小さい体積について、上記の材料特性１）から６）までの計算のために透過又は反射断層撮影用に構成されたＴＨｚパルスを用いて調査できる。パルスの比較的高い周波数スペクトル成分の一部が隠蔽材料により減衰され得るので、広帯域ＴＨｚパルスが使用される。しかし、パルスのいくらかの部分は透過し、特性１）から６）までの分析が可能になる。
【００２０】
スペクトルのマイクロ波と赤外線領域との間にあるテラヘルツ波は、衣類、皮、プラスチック、セラミック、紙、ボール紙及び他の一般的な材料に浸透することができる。システム１０は、隠された爆発物、金属及び非金属兵器（セラミック、プラスチック又は複合銃及びナイフなど）、可燃物、生物兵器、化学兵器、及び荷物内に隠された他の脅威物を明らかにするために、テラヘルツ画像を使用する。Ｘ線画像に比較して優れた化学的特異性を有することに加えて、テラヘルツ画像化は、安全用遮蔽体の必要性が低い安全な非電離放射を使用する。画像は、距離の短い場合の人間の目に類似した、サブミリメートルの分解能を有することができる。爆発物、化学兵器及び生物兵器は、テラヘルツ領域において特徴的スペクトルを有し、広帯域テラヘルツ画像は、それぞれのピクセルについてのスペクトル全体を取得する。これによって、操作者は、たとえば衣類の下の爆発デバイスの一意的に対比された複数の画像を検査することだけでなく、爆弾を含む爆発材料を分光学的に示すことによっても爆発物を識別できる。爆発物は好ましくは、操作者に特別な「色」により示される。つまり、「色」は、操作者へ、爆発材料が検出されたかもしれないことの警告を示すものである。
【００２１】
本発明によれば、システム１０を用いた爆発物検出のための荷物のＴＨｚ透過及び放射画像化が図４ａに示されている。この実施例では、２５ｍｍ×５０ｍｍ×７５ｍｍの長方形の塊の爆発物が埋め込まれた、およそ６００ｍｍ×８００ｍｍ×３００ｍｍの荷物鞄が、ＴＨｚの特徴を示している（例えば、その塊は、反射スペクトルにおける０．８ＴＨｚの特徴、示唆的な減衰及び屈折透過率を示すＲＤＸであることができる）。３つの異なるＴＨｚパルス経路、「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」が示されている。線形配列又は捜査システムからの他の経路は、明確化のため、明示的には示されていない。パルス経路「Ａ」は、荷物を通過しない。パルス経路「Ｂ」は、荷物は通過するが、爆発ブロックは通過しない。パルス経路「Ｃ」は、荷物及び爆発ブロックを通過する。
【００２２】
透過パルスは、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」において、荷物の底部を抜け出るように示されている。この実施例では、どの経路も、ミラー（金属）によって十分には減衰され又は遮断されていない。ミラーは、さもなければ、透過パルスを遮蔽する。３つの解析方法が、透過パルスに適用できる。１）経路内の質量に比例したパルス伝播時間（屈折率）、２）パルスの減衰／反射が質量、散乱及び化学組成に関連する、３）周波数領域スペクトルが化学組成に関連する。図４ｃの２次元透過画像は、荷物を通る格子行列内の各経路の解析から、仮定的に構成される。
【００２３】
反射パルスは、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」において、荷物の上部を通って抜け出るように示されている。発生されたＴＨｚパルスの一部は、２つの材料間の各界面から反射する。空気−衣類又は衣類−爆発ブロックなどの、異なる材料間の境界面は、強い反射をもたらす。衣類−衣類などの、類似の境界面からの反射は、存在するが、より弱い。３つの透過解析、即ち伝播、減衰及びスペクトルはそれぞれ、各層からの反射パルスのそれぞれに順々に適用できる。各層の厚さは、パルス伝播時間から計算でき、また反射パルスの極性を使用して、各層の密度を決定するためのアルゴリズムが策定できる。戻りパルスはそれぞれ、連続的に減衰される。更に、反射パルスはスペクトルの特徴を伝えることができ、このスペクトルの特徴は、爆発物の識別及び警告の発生のために使用できる。図４ｂに示す反射プロファイルの断面は、反射パルス列から構成された、経路「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」を含む単一の断面を示している。反射スペクトル（挿入図参照）は、爆発物の特徴を有し、また整合的な密度及び減衰情報と組み合わされて、警告を引き起こす（従って、爆発物は、例えば赤色に色付けされる）。完全な３Ｄ再構成は、一連の横断面図を組み合わせることによって実現できる。
【００２４】
従来のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線画像は、体積要素の密度を、形状及び体積の他の特性と共に解析することによって爆発物を検出できる。システム１０は、同じ密度解析を使用することもでき、爆発物が検出されるときに警告アラームを発する。更に、システム１０は、浅部の爆発物についての検索可能な高品質スペクトル情報を提供する。この特徴は、偽陰性ではなく真陽性の警告を発する確率を高めるために追加の判別情報を提供する。回転ＣＴ・Ｘ線センサのとは異なり、ＴＨｚ線形配列は静的なものとでき（また真の２次元配列を構成することもまた可能であり）、それによって、理論的画像化速度が向上される。システム１０は、電離放射を用いず、遮蔽体を必要としない。従って、システム１０は、誤った警告の減少した、またコスト及びサイズの減少された、より高速な検査を行うことができる。
【００２５】
本発明によれば、図１ａ及び図１ｂに示すシステム１０は、爆発物検出のためにＴＨｚ透過及び反射分光及び画像化を使用する複数の構成のうちの１つにすぎない。本発明によれば、他の構成は、光伝導による発生及び／又は検出の代わりに、或いはそれに加えて、ＴＨｚ電気光学的発生及び／又は検出を使用する。モジュール１３は、送信機又は受信機、或いはその両方（即ち送受信機）として作動することができ、ダイポール、ボウタイ型、ログ・スパイラル他などの共振又は非共振アンテナを使用できる。
【００２６】
システム１０は、パルス・レーザの代わりに、１つ又は複数の固定周波数又は整調可能なＣＷレーザを使用して駆動されることもできる。この場合、整調可能ＣＷ・ＴＨｚ放射は、パルスＴＨｚ放射ではなく、モジュール１３によって発生され、コヒーレントに受信される。システム１０は、いくつか例を挙げると、非線形透過線、量子カスケード・レーザ構造、電子発振器及びガス・レーザなどの、全電子又は半導体ベースのＴＨｚ発生システムを使用できる。いくつか例を挙げると、ボロメータ、熱結合、ダイオード構造、スモール・バンドギャップ検出器を含めて、非コヒーレント及びコヒーレントＴＨｚ検出技術もまた使用できる。このシステムは、１つ又は複数のＴＨｚ送信機及び１つ又は複数のＴＨｚ受信機を使用できる。送信機は、点状、線状、２次元、軸状、又は他の配列構成で構成できる。受信機は、点状、線状、２次元、軸状、又は他の配列構成で構成できる。送信機及び受信機配列の１つ又は複数の列は、透過及び／又は反射用に構成できる。送信機及び受信機は、ＴＨｚスペクトル領域で結合された自由空間、光ファイバ又は導波路でもよい。送信機及び受信機は、自由空間、光ファイバまたは導波路に結合されたフェムト秒レーザ源又は連続波放射源によって光駆動できる。走査される物体は、静止していても、移動していてもよい。送信機及び受信機は、静止型（たとえば直接２Ｄ配列画像生成）、移動型又はラスタ・スキャン型でもよい。送信機及び受信機は、大きい物体又は人物などの非静止物体を走査する場合に可搬的に及び機敏に使用できるために、ペン型（ｗａｎｄ）又は他の手持ち式の自由配置可能な装置に構成できる。
【００２７】
ＴＨｚ光システムは、反射素子又は屈折素子、或いはその両方の組合せを含むことができる。画像は、サンプリングされた各位置でのスカラー計算値の直接ピクセル割当てによって、又は各体積要素（ボクセル）についてスカラー値を計算するためのコンピュータ断層撮影アルゴリズムを介して生成できる。画像が構成された後に、特定の位置における、より広範な測定を行うことができる。これは、スペクトル強調を得るために、特定のボクセル上でより長い期間とどまる形を取ることができる。スキャン光遅延（受信パルスがサンプリングされる時間）は、パルス間の遅延の全て又は一部を包含する固定窓とでき、又は光遅延窓は、（たとえば深さプロファイルを）トラッキングできる。フェムト秒レーザ駆動システムでは、１つ又は複数のレーザ源が、送信機及び／又は受信機駆動に使用できる。１つ又は複数の光増幅器システムが使用できる。光レーザ・システムは、光ファイバ結合、自由空間型、或いは送信機又は受信機パッケージに全体又は部分的に組み込まれたものとできる。システム１０は、Ｘ線、質量分析及び金属検出などの他の調査診断技術と組み合わすことができる。
【００２８】
システム１０内の感知及び画像形成のためのＴＨｚ放射の使用は、他のより従来的な画像化方法に比べて様々な利点を提供できる。例えば、テラヘルツ放射は、（単に電界強度｜Ｅ（ｔ）｜２ではなく、）伝播する電界Ｅ（ｔ）が直接に測定できる、最も高い周波数を表す。結果として、画像化のためにＴＨｚ線を利用すると、できるだけ高い空間分解能で位相に敏感な測定を行うことが可能となる。また、多くの材料がＴＨｚ範囲で独特なスペクトル特徴を呈すので、分光画像化、感知及び識別の全てが実行可能である。テラヘルツ放射は、非電離型の生物学的に良性のものなので、混雑した環境におけるその実施は、たとえばＸ線画像化よりも健康及び安全上の危険性が少ない。ＴＨｚ画像化は、非接触型であり、超音波技術の妨げとなり得る音の伝播が不良な状態においても、布、真空、泡、絶縁体及び他の材料を容易に通過して作動できる。
【００２９】
システム１０は、テラヘルツ時間領域分光及び画像化（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を用いる。例えば、テラヘルツ周波数範囲内の広帯域単一サイクル・パルスの発生及び検出を提供するための超高速レーザ及び光エレクトロニクスを使用する。フェムト秒光パルスが、集積化ダイポール・アンテナを伴う、半導体基板上に光リソグラフィで定められる共平面のストリップ線の対からなるテラヘルツ・アンテナのゲート制御のために使用できる。ゲート・パルスは、ギャップを横断して過渡電流を誘発し、この電流は、図５ａ（時間領域のＴＨｚ波形）及び図５ｂ（波形のフーリエ変換の対応する振幅及び位相）に示すように、ＴＨｚスペクトル範囲で放射される。放射されたＴＨｚビームは、高い空間コヒーレンスを示し、従来の光学素子を使用して収集され、平行にされ、合焦され得る。それは、著しいひずみを伴わずに、乾いた空気中を数メートル、容易に伝播する。これらのパルスは、コヒーレント・ゲート制御サンプリング方法を使用して検出される。送信機及び受信機を励起するために使用されるフェムト秒パルスの同期は、光遅延２０（図１）を使用して達成される。送信機と類似の受信機アンテナは、光源からの同期フェムト秒パルスで光ゲート制御される。これはアンテナ間隙を有効に短絡し、従って、入射ＴＨｚパルスが光電流を誘発できる。ＴＨｚパルスとゲート光パルスの間の遅延の関数として測定されるこの光電流は、ＴＨｚ電界Ｅ（ｔ）に比例する。
【００３０】
爆発物は、相対的透過及び密度の飛行時間測定によって荷物のＴＨｚ画像で検出できるものの、爆発物がＴＨｚ領域においてスペクトル特徴を有することが分かっているので、ＴＨｚ分光を使用することにより、偽陽性及び偽陰性がより少なくなり、爆発物が確実に識別される。
【００３１】
図６に示すように、複数の爆発物は、０．１〜３ＴＨｚの１つ又は複数の広い吸収線からなる特徴的な透過スペクトル特徴を有する。図示するように、時間領域ＴＨｚ分光とフーリエ変換赤外線分光（ＦＴＩＲ）の両方を使用した、２次爆薬１、３、５トリニトロ−Ｓ−トリアジン（ＲＤＸ）のスペクトルの特徴は、０．８ＴＨｚで示す、広い吸収である。更に、ＨＭＸ、ＰＥＴＮ及びＴＮＴのスペクトルが示されており、全てが特有のＴＨｚ吸収特徴を有している。透過で測定された爆発材料の厚さは一般に２５０ミクロンであったが、それに応じて、これらの爆発物の吸光係数は０．５ＴＨｚ超においてかなり大きいものである。最大３ＴＨｚまでの透過吸収線の全てに達するためには、爆発物は、数ミリメートルの厚さであり、最良の信号対雑音比がもたらされる。０．５ＴＨｚ未満の吸収は数桁低く、この領域においては何センチメートルもの浸透が可能となる。透過における強い吸光を考慮すると、爆発スペクトルは、反射において最もよく識別できる。爆発物は、反射において対応する（周波数及び吸収を伴う指標の変化に対応する）スペクトル特徴を呈する。時間領域ＴＨｚ信号の飛行時間特性を使用すると、周波数領域の吸収スペクトル線に加えて（又はその代わりに）特徴を使用した爆発物の識別が可能となる。爆発物は、一般に衣類の層よりも遥かに密度が高く、それに対応して、衣類だけよりも遥かに多くの爆発層を通過するＴＨｚパルスの飛行時間を遅延させる。予備データによって、爆発物は、低い周波数では衣類よりも吸収性が低いが、同程度の厚さのプラスチックのよりも吸収性が高いことが示されている。従って、図６は、ＴＨｚ特徴が、単独で、又はＣＴ・Ｘ線に組み込まれたセンサの一部として使用でき、また爆発物を識別し、偽警告頻度を低減させることを示している。
【００３２】
荷物に一般的な一部の材料（金属など）は、ＴＨｚビームを通過させない、または、遮蔽する。この場合、透過画像は使用できないが、片面の反射画像は依然として使用できる。厚さの大きな他の材料は、ＴＨｚ放射を部分的に吸収し又は散乱させるため、それによって浸透の深さが制限される。完全な遮蔽でなければ、浸透は信号対雑音比の問題であり、この信号対雑音比は、送信電力と受信機ノイズと滞留時間（荷物処理速度）の妥協による。一般に、真の遮蔽体がその下の層を遮断しない限り、飛行時間解析及び反射振幅を使用したＴＨｚ透過と反射画像の両方が、（時間領域において）可能である。脅威物及び爆発物を画像（形状）又は屈折率（飛行時間）によって識別するシステムが、浸透する全ての深さにおいて有効である。一般に、ＴＨｚ信号の周波数スペクトルの一部は、スペクトルの殆どが遮断されていても浸透する。
【００３３】
透過又は反射によって爆発物をその周波数領域スペクトルにより識別する能力は、介在する材料によってスペクトルが遮断され、不明瞭にされ、又は混同されるかどうかに依存することに留意されたい。金属、導電性材料（間隙のない固体）及び水（２５０ミクロンより大きい厚さ）は、ＴＨｚビームの浸透を完全に妨げ、これらの材料によって完全に密閉される任意の体積の内部は、画像化できない。透過画像は遮断されるが、（水を含む）これらの材料はかなり反射的であり、また遮断層までの反射画像は依然として使用可能である。
【００３４】
システム１０は、時間領域テラヘルツ（ＴＤ−ＴＨｚ）分光及び／又は画像化を使用した爆発物の検出に関するものである。システム１０及びその動作は、時間領域テラヘルツ爆発物検出システム（ＴＤ−ＴＨｚ ＥＤＳ）ということができる。システム１０は、安全上又は他の理由で、爆発物を感知し、爆発物が検出されると警報を発することが望ましい場合に、荷物、ハンドバック、小包、パッケージ、手紙、コンテナ、箱、衣類、靴、人、又は他の全ての形態の内部または表面に隠された爆発物を自動的に検出することを可能にする。システム１０は、爆発物の自動検出が可能であるが、システム１０及びその動作は、自動化又は非自動化のやり方で、全体的に又は部分的に実施できる。更に、システム１０の多くの要素が、隠された爆発物の検出に関係しているが、システム１０は、隠されていない爆発物の検出を向上させる。
【００３５】
システム１０は、スループット（又はポイント）検出モード又はスタンドオフ検出モードで物品を検査する。スループット・システムでは、テストされる物品又は人は、手作業で又は自動的にシステムに持ち込まれ、探知システムに運ばれ、且つ／又はそれを通過して運ばれる（例えば、荷物はベルトに乗って装置内へと進み、人は入口を通り抜ける）。スタンドオフの実例では、ＥＤＳセンサは、いくらか離れたところで、対象物（人など）を検査する。
【００３６】
システム１０は、そのセンサからデータを収集し、爆発物が存在する可能性が高いか、それとも存在しない可能性が高いかを自動的に判断する。この判断プロセスへの操作者の関与は不要であり、又はできる限り最小限に抑えることができる。自動化された検出によって、処理効率が向上し、誤りが減少し、操作者の数を減少させる。
【００３７】
システム１０による検査対象の物品は、完全に爆発物、部分的に爆発物であり且つ部分的に良性、又は完全に良性である材料からなる。（例えば、荷物内の）隠された爆発物の検出の場合、殆どの安全操作において、テスト対象の殆ど全ての物品が完全に良性である。隠された爆発物を含む稀な物品は、依然として殆どが良性の材料からなる。
【００３８】
一般に、検出基準（即ち警告を発すること）として、何らかの閾値を使用する。以下で論じるように、検出可能な爆発物の最小量に対して警告するのではなく、著しい損害を及ぼし或いは（微量の残留物、又は脅威とならない物体ではなく）爆弾で構成される可能性が高いほどの爆発性があることを十分に示すような、対応する最低量、空間的構成又は物理的測定可能パラメータの他の何らかの組合せを定義することがしばしば望ましい。基準を爆発物の単なる分子の存在を超えて広げることによって、システム１０による自動検出は向上できる。これらの基準は、警告を発する（また定義により他の全て良性の材料及び物体を除外する）検査対象物品内の隠された材料及び物体の組を規定する。警告を引き起こす物理的基準は、爆発物警告構成と呼ばれる。
【００３９】
自動化モードでは、真陽性は、システム１０が爆発警告構成を満たす物品を検査するときに生じ、適切に警告が発せられる。システム１０が警告を作動し損ねる場合は、偽陰性が生じる。
【００４０】
システム１０が、爆発警告構成を満たさない物品を検査し、警告を始動しない場合は、真陰性が生じる。また、システム１０が不適切に警告を発する場合は、偽陽性が生じる。
【００４１】
従って、検査される多くの物品の結果を考慮すると、システム１０は、真陽性の確率及び偽陽性の確率を有する（但し、偽陰性の確率は１−偽陽性であり、同様に、真陰性の確率は１−偽陽性である）。
【００４２】
従って、脅威が見逃されないように、できるだけ高い（ほぼ１である）真陽性の確率を有することが望ましい。同様に、他も理由があるが、手作業による多くの探索が必要とされないように、非常に低い偽陽性の確率を有することが望まれる。
【００４３】
本発明によれば、自動警告は、システム１０のセンサ・データの１つ又は複数のパラメータの解析に基づく統計閾値及び決定アルゴリズムを満たすことに基づいて行われる。真陽性の確率が低すぎる場合、統計閾値及び決定アルゴリズムは、より容易に警告を発生するように調整できる（即ち厳しさが緩和され）。しかし、これは、偽陽性の確率を増加させるという望ましくない効果をもたらす。（極端には、システム１０は常に警告するように設定されることがあり、真陽性の確率は１であるが、偽陽性の確率もまた１という結果を伴う）。従って、爆発物警告構成の存在可能性を除外する最も高い閾値を可能にするために、爆発物と良性の材料との対比が十分であり、また他の定義パラメータと十分に相関可能なセンサ・データの組を有することが望ましい。
【００４４】
システム１０からのＴＤ−ＴＨｚパルスは、透過であれ、反射であれ、試料の全て又は一部を照らす。自動検出は、透過モード又は反射モードにおいてＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機が試料の１次元画像、２次元画像又は３次元画像或いは「マップ」を収集するように構成される場合に向上され得る。このマップのために収集される生データは、試料上の複数の位置に対応する透過及び反射において記録されるＴＨｚ波形からなる。検査システムは、１つ又は複数の視界から１又は２次元でラスタ走査される単一の送信機および受信機の対である。或いは、センサ・システムは、走査され得る線形配列又は軸配列を含むことも、走査されることのできる２Ｄ配列を含むこともできる。
【００４５】
１つ又は複数の位置を調査するセンサから提供されるＴＨｚ波形は、アルゴリズムによって処理されて、１次元、２次元又は３次元の空間データ・マップの各位置についての一般的な物理的測定又は経験的な量に対応する各位置の１つ又は複数のピクセル値が、計算される。反射では、ＴＤ−ＴＨｚ反射断層撮影法が、１次元、２次元又は３次元空間情報を計算するために使用される。透過では、計算された軸状又は計算された線形断層撮影が、１次元、２次元又は３次元空間情報を計算するために使用される。これは、合成開口技術などの任意の技術に適用できる。
【００４６】
データ・マップの値は、（ｉ）１つ又は複数の周波数における減衰及び／又は反射、（ｉｉ）１つ又は複数の周波数の屈折率、及び（ｉｉｉ）飛行時間、誘電率、散乱係数、分光データ及び密度（１立方センチメートル当たりのグラム）などの１次元、２次元又は３次元ピクセル値のうちの１つ又は複数を含むことができる。また、アルゴリズムは、一般的であり、かつピクセル寸法（体積又は領域）、平均化、精度、処理される時間領域ＴＨ波形の領域、周波数帯の数及び周波数分解能などのユーザ固有の制御特性を含む各データ解析アルゴリズム（data reduction algorithm）からの出力と共に、１次元、２次元又は３次元行列をもたらす。
【００４７】
システム１０のＴＤ−ＴＨｚ画像化の特徴は、計算されたこれらの物理測定値のうちの１つ又は複数が、ある範囲の値は爆発物に属し、別の範囲の値は良性の材料に属すると分類され得ることであ。これらの範囲は、特定の爆発物を識別するために使用でき、或いは、上述の爆発物警告構成に属する１組の爆発材料を分類するのに役立つことができる。それらは、基準スペクトル又は測定値から計算でき、或いは、爆発物検出アルゴリズムをもたらすように完全に経験的に調整されることができる。この爆発物検出アルゴリズムは、許容可能な真陽性及び偽陽性の警告確率を有する。
【００４８】
次いで、このデータ・マップは爆発物検出アルゴリズムによって処理され、この爆発物検出アルゴリズムは、データ・マップの各位置の測定値のそれぞれについて、これらの範囲の閾値を使用できる。爆発物検出は、データ・マップの個々の要素のそれぞれに対して個々に警告を発することができ、又はそれは、許容可能な真陽性及び偽陽性確率をもたらすために、それらをグループで又は全体で考慮できる。即ち、提供される空間情報は、爆発警告基準を向上させるために、個々のピクセル値と統計学的に相関されることができる。一例として、要件の組は以下のものを含む。
１）ある体積又は領域内の、爆発物閾値を個々に満たす個々のピクセルの数が、ある総閾値よりも多い又は平均値であること、及び／又は
２）ある体積又は領域内の、爆発物閾値を個々に満たす個々のピクセルの体積又は領域が、十分に連続しており、良性材料の空隙を含まないこと、及び／又は
３）個々に警告するピクセルのグループの１次元、２次元又は３次元幾何学的形状が、ある閾値基準を満たすこと、及び／又は
４）データ・マップの個々の要素の空間的関係を、データ・マップ内のその空間的分布に相関させる他の基準。
【００４９】
ＴＤ−ＴＨｚ・ＥＤＳシステム１０は、システム１０からのＴＤ−ＴＨｚデータ・マップ、及び他のシステム・データ・マップを処理する結合アルゴリズムを考慮することによってその結合統計確率を向上させる（たとえば偽警告割合を減少させる）ために、他の爆発物検出システムと組み合わされることができる。他のシステムは、１つ又は複数のエネルギーでの２次元単一又はマルチ・ビュー透過Ｘ線、後方散乱Ｘ線、コンピュータ断層撮影Ｘ線、熱ニューロン散乱、サーモグラフ、ＭＲＩ、四重極共鳴、ミリメートル波画像化及び又は他の爆発物検出システムであることができる。
【００５０】
システム１０の検出の各レベルの関係は、図７に示されている。具体的には、
レベル１： テスト対象の物品は、爆発構成が存在することも、存在しないこともある。
レベル２： システム１０は、
テスト対象物品の１つ又は複数の空間位置からＴＨｚ波を取得するように、分離または１次元、２次元又は３次元配列構成された、透過構成された１つ又は複数のＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機、及び／又は
テスト対象物品の１つ又は複数の空間位置からＴＨｚ波を取得するように、分離または１次元、２次元又は３次元配列構成された、反射構成された１つ又は複数のＴＤ−ＴＨｚ送信機及び受信機、並びに
任意選択で、試料内の単一点又は１次元、２次元又は３次元空間行列からの爆発物と良性材料との区別を提供できるデータを取得する１つ又は複数の他のセンサ（Ｘ線及びＣＴ・Ｘ線など）
を使用する。これらのセンサは、レベル１からデータを取得し、レベル３にデータを供給する。
レベル３： ここでは、透過及び／又は反射ＴＨｚ波形の点、及び／又は１次元、２次元及び／又は３次元行列からなる未処理のデータ・マップが、レベル２からのテスト対象物品、及び／又は他のセンサ（Ｘ線、ＣＴ・Ｘ線センサ、質量分析及び金属検出など）からの等価のデータ・マップに空間的に相関される。
レベル４： このレベルでは、データ解析アルゴリズムが、レベル３からのデータ・マップを処理して、テスト対象物品に空間的に相関された物理的又は経験的パラメータの点、又は１次元、２次元若しくは３次元行列にする。
レベル５： 次いで、位置ごとの１つ又は複数の物理パラメータの１つ又は複数の点、並びに１次元、２次元及び３次元行列が、テスト対象物品内の位置に空間的に相関される。次いで、このマップ〔（ｐ１，ｐ２，…）及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ，ｊ及び／又は（ｐ１，ｐ２，…）ｉ，ｊ，ｋ〕は、レベル６の爆発物検出アルゴリズムによって使用される。
レベル６： １つのアルゴリズム、又は組み合わされたアルゴリズムの組は、レベル５からのデータ・マップを使用し、許容可能な真陽性及び偽陽性確率を達成するために、１つ又は複数のパラメータについての統計的多変数基準を、マップ全体又はマップの一部を解析するための１つ又は複数の規則と共に適用する。特定の具体例では、処理装置２１は、テラヘルツ放射の飛行時間特性を解析するアルゴリズムで実施できる。飛行時間解析は、調査対象の物品のバルク特性を決定するために、３次元画像と組み合わすことができる。飛行時間は、調査される物品の成分又は材料の独特な特徴を取得するために、反射放射に相関されることもできる。
【００５１】
他の実施例は、特許請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】本発明によるテラヘルツ電磁波放射及び検出システムの概略図。
【図１ｂ】図１ａのシステムの一部の上面図。
【図１ｃ】本発明によるテラヘルツ・モジュールの代替構成の上面図。
【図１ｄ】本発明によるテラヘルツ・モジュールの別の代替構成の上面図。
【図２】本発明によるテラヘルツ・モジュールの一実施例の分解等角図。
【図３】本発明によるテラヘルツ・モジュールの一実施例の組立等角図。
【図４ａ】ＴＨｚビームの３つの経路荷物内の爆発物のＴＨｚ透過及び反射画像の図であり、（Ａ）は、荷物の外部、（Ｂ）は、荷物及び普通の内容物の通過、及び（Ｃ）は、荷物及び爆発ブロックの通過、荷物の底部を通過して出て行くように示された透過ＴＨｚパルス、及び上部から出て行くように示された反射ＴＨｚパルス列を示す。
【図４ｂ】図６ａの反射パルス列から生成された層のプロファイル断面の上部概念テラヘルツ画像の図。
【図４ｃ】飛行時間及び減衰から計算された下部概念２次元透過テラヘルツ画像の図。
【図５ａ】時間領域（ｐｓｅｃ）で測定されたＴＨｚ波形を示す図。
【図５ｂ】図５ａに示すＴＨｚ波形の振幅スペクトルを示す図。
【図６ａ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＲＤＸ（透過率）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｂ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＲＤＸ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｃ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＨＭＸ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｄ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＰＥＴＮ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図６ｅ】約０．１ＴＨｚと３ＴＨｚの間の爆発物ＴＮＴ（吸光）の透過スペクトルを示す図。
【図７】本発明によるシステムのマルチレベル調査プロセスを示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を探知するためのシステムにおいて、該システムが、１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールと、処理装置とを含み、
前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールのそれぞれが、テラヘルツ放射の発生または受信のいずれか、或いは発生および受信の両方を行い、前記テラヘルツ放射の一部が前記物品から反射され、前記テラヘルツ放射の残りが前記物品を透過し、
前記処理装置が、前記物品の特性を決定するために、透過及び反射されたテラヘルツ放射の情報を解析するようになっている、物品を探知するためのシステム。
【請求項２】
前記処理装置が、前記物品の２次元画像又は３次元画像、或いは前記物品の２次元画像および３次元画像の両方を形成するようになっている、請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項３】
前記処理装置が、前記物品の特定の領域のピクセル又はボクセル、或いはピクセルおよびボクセルの両方を解析するようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項４】
前記透過テラヘルツ放射が、前記物品のスペクトルの特徴について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項５】
前記透過されたテラヘルツ放射が、前記透過されたテラヘルツ放射の減衰について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項６】
前記透過されたテラヘルツ放射が、前記透過されたテラヘルツ放射の時間遅延について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項７】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記物品と他の材料との少なくとも１つの界面により反射されたものである請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項８】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記物品のスペクトルの特徴について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項９】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記反射されたテラヘルツ放射の時間遅延について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１０】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記反射されたテラヘルツ放射の減衰について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１１】
前記システムが、光パルスを発生させる発生源を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記光パルスを処理してテラヘルツ放射を発生させるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１２】
前記システムが、連続波光放射を発生させる発生源を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記連続波光放射を処理してテラヘルツ放射を発生させるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１３】
複数のテラヘルツ・モジュールが、テラヘルツ・モジュールの第１の配列として構成されている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１４】
前記システムが、テラヘルツ・モジュールの第２の配列を更に含み、前記テラヘルツ・モジュールの第２の配列のそれぞれのモジュールが、テラヘルツ放射の発生又は受信、或いは発生および受信の両方を行うようになっている請求項１１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１５】
前記処理装置が、テラヘルツ放射の情報の解析を実施するアルゴリズムにより作動される請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１６】
前記処理装置によって解析される前記テラヘルツ放射の情報を増大させるための１つ又は複数の他の診断装置を更に含む請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１７】
前記他の診断装置が、質量分析、Ｘ線及び金属検出からなる群から選択される請求項１６に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１８】
前記処理装置が、前記テラヘルツ放射の飛行時間を解析し、前記反射された放射の飛行時間を相関させて、前記物品の構成部材に固有の特徴を得るようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１９】
前記テラヘルツ・モジュールが、約０．０１〜１０ＴＨｚで動作するようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項２０】
物品を探知する方法において、
１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールからテラヘルツ放射を発生させ、又は受信し、或いは発生および受信の両方を行い、前記テラヘルツ放射の一部が前記物品から反射され、前記テラヘルツ放射の残りが前記物品を透過する段階と、
反射及び透過されたテラヘルツ放射の情報を処理装置により解析して、前記物品の特性を決定する、解析段階とを含む、物品を探知する方法。
【請求項２１】
前記解析段階が、前記物品の２次元画像又は３次元画像、或いは前記物品の２次元画像および３次元画像の両方を形成する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２２】
前記解析段階が、前記物品の特定の領域のピクセル又はボクセル、或いはピクセルおよびボクセルの両方を解析する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２３】
前記方法が、光パルスを発生させる段階を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記光パルスを処理して、テラヘルツ放射を発生させる請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２４】
前記方法が、連続波光放射を発生させる段階を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記連続波光放射を処理してテラヘルツ放射を発生させる請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２５】
前記物品の構成部材成分に固有の特徴を得るために、前記テラヘルツ放射の飛行時間を解析し、前記反射された放射の飛行時間を相関させる段階を更に含む請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２６】
前記テラヘルツ・モジュールが、約０．０１〜１０ＴＨｚで動作する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項１】
物品を探知するためのシステムにおいて、該システムが、１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールと、処理装置とを含み、
前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールのそれぞれが、テラヘルツ放射の発生または受信のいずれか、或いは発生および受信の両方を行い、前記テラヘルツ放射の一部が前記物品から反射され、前記テラヘルツ放射の残りが前記物品を透過し、
前記処理装置が、前記物品の特性を決定するために、透過及び反射されたテラヘルツ放射の情報を解析するようになっている、物品を探知するためのシステム。
【請求項２】
前記処理装置が、前記物品の２次元画像又は３次元画像、或いは前記物品の２次元画像および３次元画像の両方を形成するようになっている、請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項３】
前記処理装置が、前記物品の特定の領域のピクセル又はボクセル、或いはピクセルおよびボクセルの両方を解析するようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項４】
前記透過テラヘルツ放射が、前記物品のスペクトルの特徴について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項５】
前記透過されたテラヘルツ放射が、前記透過されたテラヘルツ放射の減衰について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項６】
前記透過されたテラヘルツ放射が、前記透過されたテラヘルツ放射の時間遅延について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項７】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記物品と他の材料との少なくとも１つの界面により反射されたものである請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項８】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記物品のスペクトルの特徴について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項９】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記反射されたテラヘルツ放射の時間遅延について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１０】
前記反射されたテラヘルツ放射が、前記反射されたテラヘルツ放射の減衰について解析されるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１１】
前記システムが、光パルスを発生させる発生源を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記光パルスを処理してテラヘルツ放射を発生させるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１２】
前記システムが、連続波光放射を発生させる発生源を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記連続波光放射を処理してテラヘルツ放射を発生させるようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１３】
複数のテラヘルツ・モジュールが、テラヘルツ・モジュールの第１の配列として構成されている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１４】
前記システムが、テラヘルツ・モジュールの第２の配列を更に含み、前記テラヘルツ・モジュールの第２の配列のそれぞれのモジュールが、テラヘルツ放射の発生又は受信、或いは発生および受信の両方を行うようになっている請求項１１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１５】
前記処理装置が、テラヘルツ放射の情報の解析を実施するアルゴリズムにより作動される請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１６】
前記処理装置によって解析される前記テラヘルツ放射の情報を増大させるための１つ又は複数の他の診断装置を更に含む請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１７】
前記他の診断装置が、質量分析、Ｘ線及び金属検出からなる群から選択される請求項１６に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１８】
前記処理装置が、前記テラヘルツ放射の飛行時間を解析し、前記反射された放射の飛行時間を相関させて、前記物品の構成部材に固有の特徴を得るようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項１９】
前記テラヘルツ・モジュールが、約０．０１〜１０ＴＨｚで動作するようになっている請求項１に記載された物品を探知するためのシステム。
【請求項２０】
物品を探知する方法において、
１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールからテラヘルツ放射を発生させ、又は受信し、或いは発生および受信の両方を行い、前記テラヘルツ放射の一部が前記物品から反射され、前記テラヘルツ放射の残りが前記物品を透過する段階と、
反射及び透過されたテラヘルツ放射の情報を処理装置により解析して、前記物品の特性を決定する、解析段階とを含む、物品を探知する方法。
【請求項２１】
前記解析段階が、前記物品の２次元画像又は３次元画像、或いは前記物品の２次元画像および３次元画像の両方を形成する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２２】
前記解析段階が、前記物品の特定の領域のピクセル又はボクセル、或いはピクセルおよびボクセルの両方を解析する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２３】
前記方法が、光パルスを発生させる段階を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記光パルスを処理して、テラヘルツ放射を発生させる請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２４】
前記方法が、連続波光放射を発生させる段階を更に含み、前記１つ又は複数のテラヘルツ・モジュールが、前記連続波光放射を処理してテラヘルツ放射を発生させる請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２５】
前記物品の構成部材成分に固有の特徴を得るために、前記テラヘルツ放射の飛行時間を解析し、前記反射された放射の飛行時間を相関させる段階を更に含む請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【請求項２６】
前記テラヘルツ・モジュールが、約０．０１〜１０ＴＨｚで動作する請求項２０に記載された物品を探知する方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図７】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５００５４１（Ｐ２００８−５００５４１Ａ）
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５３６０（Ｐ２００７−５１５３６０）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１８６２１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９２１４
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５０５４０９１６６）ピコメトリクス、エルエルシー (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１８６２１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９２１４
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５０５４０９１６６）ピコメトリクス、エルエルシー (9)
【Ｆターム（参考）】
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