キヤノンは、これまで培ってきた半導体デバイスの設計技術と製造技術により、世界最高出力※1と高指向性※2を両立した小型のテラヘルツデバイスを開発しました。テラヘルツ技術は、将来、次世代のセンシングや情報通信などの分野に活用されることが期待されています。
キヤノンが開発したテラヘルツデバイス
セキュリティ用途でのテラヘルツ波の活用イメージ
テラヘルツ波は、電波と光の中間の周波数(波長)を有し、双方の特性を併せ持つ電磁波です。また、現在広く使われているX線と異なり、被ばくすることなく物体を透過させることができます。その性質を活かし、ボディースキャナーなどのセキュリティ用途では、遊園地やイベント会場など多くの人が通る入口において、人流を止めることなくセキュリティ対策を行うことが期待されます。さらに、次世代の通信方式とされる「6G」の実現に向けても活用が検討されており、高速・大容量通信の実現に貢献できることが見込まれます。キヤノンが開発した新しいデバイスは、テラヘルツ波をより強く、狙った方向により遠くまで送ることができるため、幅広い分野での技術革新と製品開発に寄与し、テラヘルツ波を用いた産業の発展や社会の変革に貢献します。
テラヘルツ波を発生する装置は、高い出力を確保すると発生装置全体が大きくなることが課題となっていました。キヤノンが開発したデバイスは、共鳴トンネルダイオード※3(Resonant-Tunneling Diode:以下、RTD)を用いた方式で、半導体とアンテナを一体集積したアクティブアンテナからテラヘルツ波を放射することが特徴です。このため、従来方式で使用されていた逓倍(ていばい)器※4などの部品が不要となり、発生装置において約1000分の1※5の小型化を実現しました。
これまで、RTDを用いた方式は小型化ができる一方で、出力が低いことが課題でした。そこでキヤノンは、1個の半導体チップに36個のアクティブアンテナを集積したアクティブアンテナアレイの開発に成功し、全てのアンテナの出力を合成することにより、従来比で約10倍※6となる世界最高出力を実現しました。
従来、アンテナから放射されたテラヘルツ波は、拡散し遠くまで届かないことが課題の一つでした。キヤノンは、レンズなどの光学部品を使うことなく、独自の設計技術により全アンテナを同期させることで、単一アンテナのデバイスと比べて約20倍※7となる高い指向性を実現しました。これにより、遠距離での撮影や通信をコンパクトなサイズのデバイスで行うことが可能となります。
電波と光の一覧および活用事例
逓倍器やホーンアンテナを用いた従来方式とキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
従来のアクティブアンテナを用いた半導体デバイスとキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
非同期のアンテナアレイとキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
撮影時のイメージ
撮影例のイメージ
今回開発したテラヘルツデバイスに関する論文は、米国電気電子学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers:IEEE)が発行する「IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology」のVolume: 12, Issue: 5, September 2022に掲載されています。
論文タイトル:
A High-Power Terahertz Source Over 10 mW at 0.45 THz Using an Active Antenna Array With Integrated Patch Antennas and Resonant-Tunneling Diodes
キヤノンが開発したテラヘルツデバイス
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セキュリティ用途でのテラヘルツ波の活用イメージ
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電波と光の一覧および活用事例
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逓倍器やホーンアンテナを用いた従来方式とキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
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従来のアクティブアンテナを用いた半導体デバイスとキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
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非同期のアンテナアレイとキヤノンが開発したテラヘルツデバイスの比較
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撮影時のイメージ
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撮影例のイメージ
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