WO2019059214A1 - 電磁波センサ、電磁波検出装置、媒体処理装置及び媒体検査装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic wave sensor that transmits and receives terahertz electromagnetic waves in order to detect characteristics of a medium, an electromagnetic wave detection device including the electromagnetic wave sensor, a medium processing device including the electromagnetic wave detection device, and a medium inspection device.
- Patent Document 1 discloses an inspection apparatus in which a plurality of photoconductive elements are arranged in an array to generate and detect terahertz electromagnetic waves.
- This inspection apparatus condenses the terahertz electromagnetic wave generated by the photoconductive element on the generation side by a parabolic mirror and irradiates the inspection object with it. Then, the terahertz electromagnetic wave reflected by the inspection object is collected by another parabolic mirror and detected by the photoconductive element on the detection side.
- Patent Document 2 discloses an apparatus that irradiates a target with terahertz electromagnetic waves and detects the terahertz electromagnetic waves transmitted through the target.
- Patent No. 5144175 gazette International Publication No. 2013/046249
- the transmittance of the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the predetermined direction it may take time to investigate the characteristics of the object. For example, when determining whether the transmittance is different depending on the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave to be irradiated, after measuring the transmittance of the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the predetermined direction, the transmittance of the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is further different It is necessary to measure.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an electromagnetic wave sensor, an electromagnetic wave detection device, a medium processing device, and the like that can easily detect the characteristics of an object for terahertz electromagnetic waves having different polarization directions. It aims at providing a medium inspection device.
- the present invention is an electromagnetic wave detection device that irradiates a medium with terahertz electromagnetic waves to detect characteristics, and includes a transport unit that transports the medium along a transport path, A first detection unit that transmits and receives a first terahertz electromagnetic wave in one polarization direction, and a second detection unit that transmits and receives a second terahertz electromagnetic wave in a second polarization direction different from the first polarization direction.
- the first detection unit and the second detection unit are arranged at different positions in the width direction of the transport path.
- the first detection unit and the second detection unit are arranged at different positions in the transport direction of the medium.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a plurality of each of the first detection unit and the second detection unit is provided.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the first detection portion and the second detection portion are alternately arranged in the width direction of the transport path.
- the present invention is an electromagnetic wave sensor that transmits and receives terahertz electromagnetic waves to and from the medium to detect characteristics of the medium, the first transmission element unit transmitting a first terahertz electromagnetic wave in a first polarization direction, and A first receiving element unit for receiving the first terahertz electromagnetic wave transmitted by the first transmitting element unit; a second transmitting element unit for transmitting a second terahertz electromagnetic wave in a second polarization direction different from the first polarization direction; And a second receiving element unit for receiving the second terahertz electromagnetic wave transmitted by the second transmitting element unit.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the first transmitting element unit and the first receiving element unit, and the second transmitting element unit and the second receiving element unit are alternately arranged. Do.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the second polarization direction is a direction orthogonal to the first polarization direction.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the first terahertz electromagnetic wave and the second terahertz electromagnetic wave are transmitted and received in an oblique direction with respect to the medium surface of the medium.
- a transmission side case in which the first transmission element unit and the second transmission element unit are arranged, and a reception in which the first reception element unit and the second reception element unit are arranged.
- the side case is disposed to face the side case, and the transmitting side case is characterized in that a concave portion is formed on the side facing the receiving side case.
- the present invention is characterized in that the medium is transported between the transmission side case and the reception side case.
- the first transmitting element unit and the second transmitting element unit, and the first receiving element unit and the second receiving element unit are disposed in a case, and the case is provided in the case A concave portion is formed on a surface side which transmits and receives the first terahertz electromagnetic wave and the second terahertz electromagnetic wave.
- the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the medium is conveyed so as to pass a position facing the recess.
- the present invention is a medium processing apparatus that irradiates a medium with terahertz electromagnetic waves to determine the medium, and transmits and receives a first terahertz electromagnetic wave in a first polarization direction and a transport unit that transports the medium along a transport path.
- a second detection unit for transmitting and receiving a second terahertz electromagnetic wave in a second polarization direction different from the first polarization direction; irradiating the first terahertz electromagnetic wave and the second terahertz electromagnetic wave on a true medium Based on the comparison result of the storage unit in which the characteristics of the medium obtained as a result are stored as reference data, the characteristics obtained by irradiating the medium with the first terahertz electromagnetic wave and the second terahertz electromagnetic wave, and the reference data And a discriminator configured to discriminate the authenticity of the medium.
- the present invention is a medium inspection apparatus for irradiating a medium with terahertz electromagnetic waves and inspecting the medium, the first detection unit transmitting and receiving a first terahertz electromagnetic wave in a first polarization direction, and the first polarization direction
- a second detection unit for transmitting and receiving second terahertz electromagnetic waves in different second polarization directions, and characteristics of the medium obtained by irradiating the first terahertz electromagnetic waves and the second terahertz electromagnetic waves to a normal medium are stored as reference data
- a storage unit and a determination unit that determines pass / fail of the medium based on a comparison result of the reference data and a feature obtained by irradiating the medium with the first terahertz electromagnetic wave and the second terahertz electromagnetic wave. It is characterized by
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electromagnetic wave detection device including an electromagnetic wave transmission unit and an electromagnetic wave reception unit.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the electromagnetic wave transmission unit and the electromagnetic wave reception unit as viewed from the side.
- FIG. 3 is an external view showing an example of a window.
- FIG. 4 is an external view showing an example of a light collecting portion in which an ellipsoidal mirror is formed in an array.
- FIG. 5 is a schematic view showing the electromagnetic wave transmission unit and the electromagnetic wave reception unit as viewed from above.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the correspondence between the electromagnetic wave transmission unit and the electromagnetic wave reception unit.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electromagnetic wave detection device including an electromagnetic wave transmission unit and an electromagnetic wave reception unit.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the electromagnetic wave transmission unit and the electromagnetic wave reception unit as viewed from the side.
- FIG. 3 is an external view showing
- FIG. 7 is a diagram showing an example of the frequency characteristic of transmittance obtained by irradiating the region where the SRR is arranged with the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 8 is a diagram for explaining an example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 9 is a diagram for explaining another example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 10 is a diagram for explaining still another example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 11 is a block diagram showing an outline of the configuration of the authenticity determination apparatus.
- FIG. 12 is a diagram for explaining the ratio of transmittance used to determine the medium.
- FIG. 13 is a diagram for explaining a different configuration example of the electromagnetic wave detection device.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electromagnetic wave detection device that detects the reflection characteristics of terahertz electromagnetic waves.
- an electromagnetic wave sensor an electromagnetic wave detection device, a medium processing device, and a medium inspection device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
- a terahertz electromagnetic wave generation method and a detection method performed by a photoconductive element using laser light by a femtosecond laser are known as prior art as described in the patent documents cited as background art. Therefore, detailed description of generation and detection of the terahertz electromagnetic wave is omitted.
- the electromagnetic wave sensor and the electromagnetic wave detection device according to the present embodiment a configuration for irradiating the medium with the terahertz electromagnetic wave emitted from the element on the transmission side and detecting it by the element on the reception side will be mainly described.
- the electromagnetic wave sensor and the electromagnetic wave detection device detect characteristics of a sheet-like medium such as a banknote, a check, or a gift certificate when the terahertz electromagnetic wave is irradiated.
- a sheet-like medium to be subjected to characteristic detection includes a resonant structure in which a large number of resonators of terahertz electromagnetic waves are arranged.
- the electromagnetic wave sensor and the electromagnetic wave detection device irradiate the sheet-like medium with the polarized light of the terahertz electromagnetic wave, and detect the transmitted or reflected terahertz electromagnetic wave.
- the transmittance and the reflectance of the terahertz electromagnetic wave change according to the structure of the resonant structure in the region including the resonant structure.
- This change can be detected as a characteristic of the sheet-like medium, and can be used as a security feature for identifying the authenticity of the sheet-like medium.
- the resonant structure may be affixed to a sheet-like medium, or may be formed directly on the sheet-like medium.
- medium the case of detecting the characteristics of a sheet-like medium (hereinafter, simply referred to as “medium”) based on the transmittance of terahertz electromagnetic waves.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electromagnetic wave detection device including an electromagnetic wave transmission unit 1 (electromagnetic wave sensor) and an electromagnetic wave reception unit 2 (electromagnetic wave sensor).
- the electromagnetic wave detection device transmits the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium, the electromagnetic wave transmission unit 1 which transmits the terahertz electromagnetic wave toward the medium to be conveyed, the conveyance unit 50 which conveys the medium in the device And a control unit 60 that controls the electromagnetic wave transmission unit 1, the electromagnetic wave reception unit 2, and the transport unit 50.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 transmits terahertz electromagnetic waves of a predetermined frequency polarized in a predetermined direction toward the medium with a constant intensity.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 includes a transmission element unit 11 that oscillates a terahertz electromagnetic wave of a predetermined frequency, a transmission side condensing unit 21 that condenses the terahertz electromagnetic wave oscillated by the transmission element unit 11 toward a medium, and polarization in a predetermined direction. And a transmission side polarization unit 31 for transmitting the terahertz electromagnetic wave.
- the terahertz electromagnetic wave transmitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 is irradiated on the medium and the resonant structure provided in the medium.
- the electromagnetic wave receiving unit 2 receives the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium and the resonant structure provided in the medium, and detects the intensity thereof.
- the electromagnetic wave receiving unit 2 includes a receiving side polarization unit 32 for passing the terahertz electromagnetic wave polarized in a predetermined direction, a receiving element unit 12 for detecting the intensity of the terahertz electromagnetic wave, and a receiving element for the terahertz electromagnetic wave transmitted through the receiving side polarization unit 32. And a receiver-side focusing unit 22 for focusing toward the unit 12.
- the electromagnetic wave receiving unit 2 can also calculate the transmittance of the terahertz electromagnetic wave from the ratio of the intensity of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium and the intensity of the terahertz electromagnetic wave detected in the absence of the medium.
- the transmittance may be calculated by the electromagnetic wave receiving unit 2 or may be calculated by the control unit 60.
- the electromagnetic wave receiving unit 2 outputs the intensity of the received terahertz electromagnetic wave, and the control unit 60 calculates the transmittance.
- the transport unit 50 rotationally drives the plurality of rollers and belts to transport the medium along the transport path.
- the control unit 60 controls the transport unit 50 to transport the medium so as to pass between the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2.
- the control unit 60 controls the electromagnetic wave transmission unit 1 to transmit terahertz electromagnetic waves of a predetermined frequency toward the medium.
- the control unit 60 controls the electromagnetic wave receiving unit 2 to receive the terahertz electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave transmitting unit 1 and transmitted through the medium.
- the control unit 60 can detect the value of transmittance calculated based on the terahertz electromagnetic wave transmitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and the terahertz electromagnetic wave received by the electromagnetic wave reception unit 2, a change in the transmittance, and the like.
- the control unit 60 outputs the detection result to an external device such as a discrimination device that discriminates the medium, for example.
- an external device such as a discrimination device that discriminates the medium
- the apparatus can be configured to include the electromagnetic wave detection device illustrated in FIG. 1 so that the medium can be determined and the medium can be inspected by the device, which will be described later in detail.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configurations of the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2 as viewed from the side.
- the transport unit 50 transports the medium 100 in the transport direction (the positive direction of the X-axis) indicated by the arrow 200 along the transport path formed between the upper guide plate 50a and the lower guide plate 50b.
- the dimension (dimension in the Z-axis direction) w2 of the transport path in the height direction is about several mm.
- transmission side window portions 41 (41 a, 41 b) made of a transparent resin material such as polyethylene or polypropylene are provided on the lower surface of the case 1 a of the electromagnetic wave transmission unit 1.
- the transmission side window portion 41 has a concave cross-sectional shape in which a thin plate portion 41b in the form of a thin plate is provided between two rectangular thick plate portions 41a provided on the upstream side and the downstream side in the transport direction.
- An outer surface facing the electromagnetic wave receiving unit 2 is recessed in a U-shape to form a recess. The terahertz electromagnetic wave is transmitted and received in the area where the recess is formed.
- both sides of the lower surface of the thick plate portion 41a that is, the entry side and the discharge side of the medium 100 transported by the transport unit 50 are flush with the lower surface of the upper guide plate 50a forming the transport path.
- both inner portions forming the recess have a chamfered shape.
- the thickness t1 of the thick plate portion 41a is 5 mm
- the thickness t2 of the thin plate portion 41b is 0.3 mm.
- the thickness of the thin plate portion 41b is made of the wavelength of the terahertz electromagnetic wave and the material of the thin plate portion 41b so that the terahertz electromagnetic wave applied to the medium 100 is not blocked, that is, the thin plate portion 41b functions as a transparent portion for the terahertz electromagnetic wave. It is set accordingly.
- receiving side window portions 42 (42 a, 42 b) made of the same transparent resin material as the transmitting side window portion 41 are provided.
- the receiving-side window portion 42 has a concave cross-sectional shape in which a thin plate portion 42 b is provided between two thick plate portions 42 a having a rectangular parallelepiped shape provided on the upstream side and the downstream side in the transport direction.
- An outer surface facing the electromagnetic wave transmission unit 1 is recessed in a U-shape to form a recess.
- the thick plate portion 42 a of the receiving side window portion 42 has the same thickness (t 1) and shape as the thick plate portion 41 a of the transmitting side window portion 41.
- the thin plate portion 42 b of the receiving side window portion 42 has the same thickness (t 1) and shape as the thin plate portion 41 b of the transmitting side window portion 41.
- the upper surface of the thick plate portion 42a of the reception side window portion 42 forms the same plane as the upper surface of the lower guide plate 50b which forms the transport path on the entry side and the discharge side of the medium 100 transported by the transport portion 50.
- both inner portions forming the recess have a chamfered shape.
- An upwardly recessed recess is formed at a substantially central portion in the transport direction of the transmission side window portion 41 disposed on the transport path upper side.
- a concave portion recessed downward is formed in the substantially central portion in the conveyance direction of the reception side window portion 42 disposed on the lower side of the conveyance path so as to face the concave portion.
- a space wider than the upstream side and the downstream side in the transport direction is formed between the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2 disposed opposite to each other at a substantially central position in the transport direction.
- This space is used as a measurement space for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves between the electromagnetic wave transmitting unit 1 and the electromagnetic wave receiving unit 2 and measuring the transmittance of the terahertz electromagnetic waves transmitted through the medium.
- the height w2 of the transport path formed between the upper guide plate 50a and the lower guide plate 50b is 2.5 mm.
- the thickness t1 of the thick plate portions 41a and 42a is 5 mm and the thickness t2 of the thin plate portions 41b and 42b is 0.3 mm as described above
- the dimension in the height direction of the measurement space (dimension in the Z axis direction) w1 Becomes 11.9 mm.
- FIG. 3 is a cross-sectional perspective view for explaining the structure of the window. As shown in FIG. 3, the thin plate portion 41 b formed between the thick plate portions 41 a is supported by the support portion 41 c.
- the measurement space can be formed by cutting one side of a plate-like member made of a transparent resin material into a rectangular parallelepiped shape so as to leave the thin plate portion 41b.
- Each measurement space is formed for each channel corresponding to each transmission element forming the transmission element unit 11, but the details will be described later.
- the terahertz electromagnetic waves collected at the point P shown in FIG. 2 are in the form of a beam.
- the beam diameter at point P is about 1 mm to 5 mm in half width.
- the beam diameter can be arbitrarily set according to the object to be detected.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2 transmit and receive terahertz electromagnetic waves so as to pass a point P in an oblique direction when viewed from the side. That is, the terahertz electromagnetic wave is transmitted and received in an oblique direction with respect to the medium surface of the sheet-like medium 100. Specifically, the terahertz electromagnetic wave is transmitted and received in a direction parallel to the XZ plane and forming an angle with the YZ plane. For example, the terahertz electromagnetic wave is transmitted and received in an oblique direction forming an angle of 28 degrees with the YZ plane which is a vertical plane.
- a portion of the terahertz electromagnetic wave emitted to the medium 100 from an oblique direction is reflected on the top surface of the medium 100.
- the terahertz electromagnetic wave reflected by the medium 100 is not detected by the electromagnetic wave receiving unit 2.
- the terahertz electromagnetic wave is also obtained.
- the light passes through the outside of the receiving-side focusing unit 22 and does not reach the receiving element unit 12.
- the concave portion of the transmitting side window portion 41 and the concave portion of the receiving side window portion 42 are formed by adjusting the position, size and shape so that the reflected wave by the medium 100 does not reach the receiving element portion 12 There is.
- the electromagnetic wave reception unit 2 can receive only the terahertz electromagnetic wave transmitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and transmitted through the medium 100.
- the transmission element unit 11 includes a plurality of transmission elements arranged in a line in an array in the Y-axis direction. Specifically, transmitting elements transmitting terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Z-axis direction and transmitting elements transmitting terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Y-axis direction are alternately arranged in the Y-axis direction. .
- the transmission-side focusing unit 21 includes a plurality of focusing mirrors arranged in one row in the Y-axis direction corresponding to the transmission elements forming the transmission element unit 11.
- Each condensing mirror reflects terahertz electromagnetic waves emitted in the horizontal direction (X-axis direction) from the corresponding transmitting element so as to advance in a direction oblique to the vertical direction in the XZ plane, and the point at the center of the measurement space Focus on P.
- the focusing mirror is formed of a conductive material such as an aluminum material. For example, a member made of a conductive metal material is scraped to form a condensing mirror.
- FIG. 4 is an external view showing an example of the transmission side focusing portion 21 in which the ellipsoidal mirrors are formed in an array.
- the partition 21b of the transmission side condensing part 21 shown in FIG. 4 is formed in the same position of the Y-axis direction corresponding to the support part 41c of the transmission side window part 41 shown in FIG.
- the terahertz electromagnetic wave reflected by each focusing mirror formed between the two partitions 21b passes through the thin plate portion 41b of each recess formed between the two support portions 41c, as shown in FIG. Focused on P.
- the transmission side polarization unit 31 shown in FIG. 2 is an array in the Y-axis direction corresponding to each condensing mirror forming the transmission side condensing unit 21, that is, corresponding to each transmission element forming the transmission element unit 11. And a plurality of polarizers arranged in a single row.
- the transmission side polarization unit 31 is disposed on the upper surface of the transmission side window unit 41 so as to cover the thin plate portion 41 b.
- Each polarizer is provided corresponding to the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave emitted from the transmission element.
- a wire grid is used as a polarizer.
- a polarizer that aligns the polarization direction in the XY plane with the X-axis direction and a polarizer that aligns the polarization direction in the XY plane with the Y-axis direction are alternately arranged in the Y-axis direction.
- the polarizer provided corresponding to the transmission element whose polarization direction is the Z-axis direction is the polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave emitted from the transmission element and condensed by the corresponding condensing mirror, the X-axis direction Align to.
- the polarizer provided corresponding to the transmission element whose polarization direction is the Y-axis direction is the polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave emitted from the transmission element and condensed by the corresponding condensing mirror, the Y-axis direction Align to.
- a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the X-axis direction or a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Y-axis direction is collected on the XY plane.
- the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the X-axis direction and the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Y-axis direction are alternately condensed in the Y-axis direction.
- the transmission element unit 11 includes a transmission element that transmits a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Z-axis direction, and a transmission element that transmits a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Y-axis direction.
- a transmitting element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Z-axis direction is a transmitting element for transmitting terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the X-axis direction to the measurement space in the XY plane. is there.
- terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Z-axis direction are transmitted from the transmission element unit 11 in the horizontal direction.
- the terahertz electromagnetic wave is obliquely reflected by the transmission side focusing unit 21.
- the reflected terahertz electromagnetic wave is a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction in the XZ plane is deviated from the Z axis and whose X axis direction is the polarization direction in the XY plane.
- the polarization direction of the reflected terahertz electromagnetic wave may be a direction different from the X-axis direction, that is, a direction deviated from the XZ plane due to a displacement or the like of the arrangement of the transmitting element and the condenser mirror.
- the polarization direction in the XY plane can be aligned in the X axis direction by passing the corresponding polarizer.
- the transmission element unit 11 uses the transmission element whose polarization direction is in the Z-axis direction, and the condenser mirror and the polarizer provided in correspondence with the transmission element unit 11 to provide the medium 100 with the X axis in the XY plane. It is possible to emit terahertz electromagnetic waves whose direction is the polarization direction.
- the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave transmitted from the transmitting element that transmits the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Y-axis direction remains the Y-axis direction even after being reflected and collected by the transmission side condensing unit 21 .
- the polarization direction of the reflected terahertz electromagnetic wave may deviate from the Y axis due to a displacement or the like of the arrangement of the transmitting element and the condenser mirror
- the polarization direction in the XY plane can be obtained by passing the corresponding polarizer. Can be aligned in the Y-axis direction.
- the transmission element unit 11 uses the transmission element having the Y-axis direction as the polarization direction, and the condenser mirror and the polarizer provided corresponding to the transmission element unit 11 to form the medium 100 with the Y-axis in the XY plane. It is possible to emit terahertz electromagnetic waves whose direction is the polarization direction.
- a reception side polarization unit 32 In the case 2 a of the electromagnetic wave reception unit 2, a reception side polarization unit 32, a reception side light collection unit 22, and a reception element unit 12 are provided.
- the reception side polarization unit 32 is arranged in an array in a line in the Y-axis direction corresponding to each polarizer forming the transmission side polarization unit 31, that is, corresponding to each transmission element forming the transmission element unit 11. Containing multiple polarizers.
- the reception side polarization unit 32 is disposed on the lower surface of the reception side window unit 42 so as to cover the thin plate portion 42 b.
- Each polarizer is provided corresponding to the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave emitted from the transmission element.
- a wire grid is used as a polarizer.
- a polarizer that aligns the polarization direction in the X-axis direction in the XY plane and a polarizer that aligns the polarization direction in the Y-axis direction in the XY plane are alternately arranged in the Y-axis direction.
- the polarizer provided corresponding to the transmission element whose polarization direction is the Z-axis direction aligns the polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and transmitted through the medium 100 in the X-axis direction.
- the polarizer provided corresponding to the transmission element whose polarization direction is the Y-axis direction aligns the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and transmitted through the medium 100 in the Y-axis direction.
- the terahertz electromagnetic waves transmitted through the medium 100 the terahertz electromagnetic waves having the X axis direction as the polarization direction and the terahertz electromagnetic waves having the Y axis direction as the polarization direction in the XY plane reach the receiving side focusing portion 22.
- the receiving side focusing unit 22 corresponds to each polarizer of the receiving side polarization unit 32, that is, corresponding to each transmitting element of the transmitting element unit 11, a plurality of focusings arranged in one row in the Y-axis direction. Including a mirror.
- Each condensing mirror reflects terahertz electromagnetic waves traveling in an oblique direction with respect to the vertical direction so as to move in a horizontal direction, and condenses them on the receiving elements of the receiving element unit 12.
- the focusing mirror is formed of a conductive material such as an aluminum material. For example, a member made of a conductive metal material is scraped to form a condensing mirror.
- a condensing mirror For example, after collecting a member made of a nonconductive material such as a resin, plating with a conductive metal material may be performed to form a condensing mirror.
- a condensing mirror For example, an ellipsoidal mirror is used as a focusing mirror.
- the reception side condensing part 22 which arrange
- the receiving side window 42 has the same structure as the transmitting side window 41 shown in FIG. 3, and the thin plate 42b is supported by a support.
- the support portion of the reception side window portion 42 and the support portion 41 c of the transmission side window portion 41 are formed at the same position in the Y-axis direction.
- the receiving side focusing portion 22 has the same structure as the transmitting side focusing portion 21 shown in FIG. 4, and the support portion of the receiving side window portion 42 and the partition wall of the receiving side focusing portion 22 are in the Y axis direction. It is formed in the same position.
- the terahertz electromagnetic wave that has arrived at the electromagnetic wave receiving unit 2 through the point P of each measurement space passes through the thin plate portion 42 b of each concave portion formed between the two supporting portions of the receiving side window portion 42. Then, the terahertz electromagnetic waves that reach the receiving side focusing unit 22 via the corresponding polarizers are reflected by the focusing mirrors formed between the two partition walls, and as shown in FIG. It is collected.
- the transmitting element unit 11 and the receiving element unit 12 transmit and receive the terahertz electromagnetic wave in the horizontal direction, but the medium of the medium 100 transported in the horizontal direction by using the transmitting side focusing unit 21 and the receiving side focusing unit 22
- the terahertz electromagnetic wave can be transmitted in an oblique direction with respect to the surface.
- the receiving element unit 12 shown in FIG. 2 corresponds to each condensing mirror of the receiving-side condensing unit 22, that is, corresponding to each transmitting element of the transmitting element unit 11, in a row in the Y-axis direction in one row It includes a plurality of arranged receiving elements.
- the receiving element is provided corresponding to the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave emitted by the transmitting element.
- receiving elements for receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Z-axis direction and receiving elements for receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Y-axis direction are alternately arranged in the Y-axis direction.
- the receiving element for receiving the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction is provided corresponding to the transmitting element for transmitting the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction.
- This receiving element is emitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and transmitted through the medium 100, passes through a polarizer that aligns the polarization direction in the XY plane with the X axis direction, and receives the terahertz electromagnetic wave collected by the collecting mirror.
- a receiving element that receives terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction is provided corresponding to a transmitting element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction.
- This receiving element is emitted from the electromagnetic wave transmission unit 1 and transmitted through the medium 100, passes through a polarizer that aligns the polarization direction in the XY plane with the Y axis direction, and receives the terahertz electromagnetic wave collected by the collecting mirror.
- the receiving element unit 12 includes a receiving element that receives a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Z-axis direction, and a receiving element that receives a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Y-axis direction.
- the receiving element that receives terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Z-axis direction is the receiving element for receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the X-axis direction in the XY plane in the measurement space. is there. As shown in FIG.
- the receiving side focusing unit 22 transmits the medium 100, receives the terahertz electromagnetic wave that has arrived via a polarizer that aligns the polarization direction in the XY plane with the X axis direction, and reflects it in the horizontal direction.
- the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave changes in the opposite direction to the direction shifted when it is reflected by the transmission side focusing unit 21. That is, the polarization direction deviated from the Z axis in the XZ plane at the time of reflection by the transmission side condenser 21 returns again to the direction of the Z axis at the time of reflection by the reception side condenser 22.
- the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction is received by the receiving element that receives the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction.
- the terahertz electromagnetic wave received by the receiving element is a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the X axis direction in the XY plane in the measurement space which transmits the medium 100, although the Z axis direction is the polarization direction.
- the receiving element unit 12 uses the receiving element whose polarization direction is in the Z-axis direction, and the condensing mirror and the polarizer provided corresponding to the receiving element unit 12 to generate XY of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100.
- a component whose polarization direction in a plane is the X-axis direction can be received as a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction.
- the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave having the Y axis direction as the polarization direction transmitted through the medium 100 passes through the polarizer of the reception side polarization unit 32 and is also reflected and collected by the reception side focusing unit 22. It remains in the axial direction.
- the receiving element unit 12 uses the receiving element whose polarization direction is the Y-axis direction, and a condensing mirror and a polarizer provided in correspondence to this, and thereby the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100 in the XY plane. It is possible to detect a component in the Y-axis direction.
- the transmission element unit 11 of the electromagnetic wave transmission unit 1 has a transmission element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Z-axis direction, and a transmission element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction.
- the receiving element unit 12 of the electromagnetic wave receiving unit 2 includes a receiving element that receives terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Z-axis direction, and a receiving element that receives terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction.
- a transmitting element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Y-axis direction and terahertz electromagnetic waves that receive the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Y-axis direction Transmit and receive with the element.
- a transmitting element that transmits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Z-axis direction and terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the Z-axis direction Transmission and reception are performed.
- the terahertz electromagnetic wave transmitted from the transmission element and having the polarization direction in the Z-axis direction is reflected by the transmission side condensing unit 21 so that the polarization direction in the XZ plane is an oblique direction.
- the medium 100 can be irradiated with the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction in the XY plane is the X-axis direction. Then, the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100 is reflected again by the reception side focusing unit 22, and the polarization direction is returned to the Z axis direction. As a result, a component whose polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100 is the X-axis direction can be received by the receiving element that receives the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction.
- the electromagnetic wave transmitter 1 and the electromagnetic wave receiver 2 have the same structure. Therefore, two electromagnetic wave sensors having the same structure can be used as the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2.
- the case 1a of the electromagnetic wave transmission unit 1 and the case 2a of the electromagnetic wave reception unit 2 are in the conveyance direction (X-axis direction And the same position in the direction (Y-axis direction) perpendicular to the transport direction.
- the concave portion formed on the lower surface of the transmission side window portion 41 and the concave portion formed on the upper surface of the reception side window portion 42 are in the transport direction (X axis direction) and a direction perpendicular to the transport direction (Y The same position in the axial direction).
- the transmitting element and the receiving element are configured to transmit and receive terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is a predetermined direction.
- the transmitting element unit 11 When manufacturing the transmitting element unit 11 by arranging a plurality of small transmitting elements in an array, there is a possibility that a shift occurs in the installation direction of each element, causing a variation in the polarization direction of terahertz electromagnetic waves generated by the transmitting elements. . Even in such a case, by using the transmission side polarization unit 31, the electromagnetic wave transmission unit 1 can transmit terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is the X axis direction or the Y axis direction in the measurement space.
- the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave may be changed to include both the component in the X-axis direction and the component in the Y-axis direction in the XY plane.
- the electromagnetic wave reception unit 2 is configured such that the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100 in the measurement space in the XY plane is the X axis direction or the Y axis direction. Certain components can be received.
- the transmitting element, the condensing mirror, the polarizer, and the receiving element can constitute one set of detection units that transmit and receive terahertz electromagnetic waves having a predetermined polarization direction.
- the configuration of the detection unit is not limited to this.
- at least one of the condensing mirror and the polarizer may be omitted.
- FIG. 5 is a schematic view showing the electromagnetic wave transmitter 1 and the electromagnetic wave receiver 2 as viewed from above.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2 are disposed to face each other across the conveyance path along which the conveyance unit 50 conveys the medium 100.
- the transport unit 50 transports the medium 100 in the transport direction (X-axis direction) indicated by the arrow 200.
- the electromagnetic wave transmitter 1 and the electromagnetic wave receiver 2 have a structure extending in the Y-axis direction perpendicular to the transport direction.
- a resonant structure 110 that exhibits a predetermined transmittance when irradiated with a terahertz electromagnetic wave may be provided at a corner of the medium 100.
- Such a medium 100 is also transported when it is transported in a state of being offset to the Y-axis positive direction side or the negative direction side on the transport path, or when it is transported 180 degrees rotated from the state shown in FIG.
- the terahertz electromagnetic wave emitted from the transmitting unit 1 and transmitted through the resonant structure 110 can be received by the electromagnetic wave receiving unit 2.
- the transmission element unit 11 has a structure in which a plurality of transmission elements are arranged in one row in the Y-axis direction.
- the receiving element unit 12 has a structure in which a plurality of receiving elements are arranged in one row in the Y-axis direction.
- the transmitting side focusing unit 21 and the receiving side focusing unit 22 have a structure in which a plurality of focusing mirrors are arranged in one row in the Y-axis direction.
- the transmission side polarization unit 31 and the reception side polarization unit 32 have a structure in which a plurality of polarizers are arranged in one line in the Y-axis direction.
- the receiving elements of the unit 12 constitute one set of detection units, and each of them is provided correspondingly. That is, in order to receive the terahertz electromagnetic wave transmitted from the transmitting element by the corresponding receiving element, the transmitting element, the condensing mirror, the polarizer, and the receiving element are provided by adjusting the arrangement position and the direction.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the correspondence between the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 includes a plurality of channels, with each transmission element as one channel.
- the electromagnetic wave receiving unit 2 is configured by a plurality of channels, with each receiving element as one channel.
- a condensing mirror constituting the transmitting side condensing unit 21, a polarizer constituting the transmitting side polarizing unit 31, a polarizer constituting the receiving side polarizing unit 32, and a condensing unit constituting the receiving side condensing unit 22 A mirror is provided.
- Each channel is a set of detection units that transmit and receive terahertz electromagnetic waves in a predetermined direction.
- the transmission element 11a of the first channel (FIG. 6, “1ch”) is an element that emits terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Z-axis direction.
- the transmitting element 11a is an element for obtaining terahertz electromagnetic waves in which the polarization direction in the XY plane is in the X-axis direction in the measurement space, and thus is described as "X" in FIG.
- the condenser mirror 21 a of the first channel reflects the terahertz electromagnetic wave transmitted by the transmission element 11 a, and between the concave portion of the first channel of the transmission side window portion 41 and the concave portion of the first channel of the reception side window portion 42. The light is collected at a point P in the formed measurement space.
- terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the X-axis direction on the XY plane can be obtained by the reflection by the focusing mirror 21a.
- the polarizer 31a of the first channel passes only the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the X axis direction in the XY plane among the terahertz electromagnetic waves collected by the condensing mirror 21a, thereby making the polarization direction in the XY plane the X axis direction. Align to.
- the terahertz electromagnetic wave having the X-axis direction as the polarization direction in the XY plane thus condensed is irradiated to the medium 120.
- the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 120 enters the electromagnetic wave receiving unit 2 from the recess of the first channel of the receiving side window unit 42.
- the polarizer 32a of the first channel aligns the polarization direction in the XY plane with the X axis direction by passing only the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the X axis direction in the XY plane.
- the condenser mirror 22a of the first channel reflects the terahertz electromagnetic wave transmitted through the polarizer 32a and having the X axis direction as a polarization direction on the XY plane, and condenses it on the reception element 12a of the first channel.
- the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the X-axis direction in the measurement space becomes the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Z-axis direction in the measurement space.
- the receiving element 12a of the first channel is an element that receives a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction.
- the receiving element 12a receives the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Z-axis direction, which is reflected and collected by the condensing mirror 22a.
- the receiving element 12a is an element for receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is in the X-axis direction in the measurement space, and thus is described as "X" in FIG.
- the reception element 12a of the first channel can receive a component whose polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 120 in the measurement space is the X-axis direction.
- transmission and reception of the terahertz electromagnetic wave are performed similarly to the first channel.
- the transmitting element, condensing mirror, and polarizer of the electromagnetic wave transmitting unit 1 of the second channel, the polarizer of the electromagnetic wave receiving unit 2, the condensing mirror, and the receiving element transmit and receive terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction.
- the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Y-axis direction is transmitted from the transmission element, and when it is reflected and condensed by the condensing mirror, the polarization direction is aligned by the polarizer, and the second channel of the transmission side window portion 41
- the medium 120 is irradiated from the recess of the
- the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 120 enters the electromagnetic wave receiving unit 2 from the concave portion of the second channel of the receiving side window unit 42. After the polarization direction of this terahertz electromagnetic wave is aligned with the Y-axis direction by the polarizer, it is reflected and condensed by the condensing mirror and received by the receiving element.
- the receiving element of the second channel can receive the component in which the polarization direction in the XY plane of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 120 in the measurement space is the Y-axis direction.
- transmission and reception of terahertz electromagnetic waves are performed as in the second channel.
- the detection units for even channels for transmitting and receiving electromagnetic waves are arranged in one row in the Y-axis direction.
- the transmission characteristic of terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is the X axis direction is detected, and in the even channel, the transmission characteristic of terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is the Y axis direction it can.
- the number of channels and the spacing (pitch) between the channels are set by the size of the target medium 100, etc. For example, 15 to 30 channels are arranged at a 10 mm pitch.
- a metamaterial that functions as a resonant structure has a plurality of split ring resonators (SRR: Split Ring Resonator, hereinafter referred to as "SRR") having an open portion at equal intervals in a thin film made of a conductive material.
- SRR split Ring Resonator
- the SRR has a substantially C shape in which a part of the ring is cut out to form an open part.
- the SRR exhibits different transmittances depending on the frequency and polarization direction of the terahertz electromagnetic wave to be irradiated.
- the electromagnetic wave detection apparatus irradiates a resonant structure configured with SRR with a terahertz electromagnetic wave polarized in a specific direction and having a frequency (resonant frequency) at which resonance occurs due to SRR. Then, the electromagnetic wave detection device detects the transmittance from the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of the frequency characteristic of transmittance obtained by irradiating the region where the SRR is arranged with the terahertz electromagnetic wave.
- the frequency characteristics shown in FIG. 7 can be obtained when a large number of SRRs having open portions are arranged at equal intervals in a range sufficiently wider than the irradiation range for emitting the terahertz electromagnetic wave.
- the frequency characteristic shown by the solid line is obtained if the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave is the X-axis direction;
- the frequency characteristic shown by is obtained.
- the direction of the SRR opening means the direction in which the opening is present as viewed from the center of the SRR.
- the frequency (predetermined frequency) of the terahertz electromagnetic wave to be irradiated is a frequency at which the transmittance changes significantly when the direction of the open part of the SRR is changed with respect to the polarization direction (predetermined direction) of the terahertz electromagnetic wave to be irradiated. desirable. Focusing on the ratio of the transmittance to X polarized light (solid line) and the transmittance to Y polarized light (dashed line) at each peak P1, V1 and P2, the peaks with large ratios are P1 and V1.
- the frequency of the peak P1 is described as a primary resonance frequency
- the frequency of the peak V1 is described as a secondary resonance frequency described later.
- the first resonance frequency may be a frequency band including the frequency of peak P1 and the periphery
- the second resonance frequency may be a frequency band including the frequency of peak V1 and the periphery.
- FIG. 8 is a diagram for explaining an example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave of the resonant structure 130 shown in FIG. 8 are examined using the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2.
- the resonant structure 130 has a square sheet shape of about 20 mm in length and width, and is formed of regions divided into four at equal intervals in the X-axis direction.
- the black area and the white area shown in FIG. 8 are resonant structures each formed of a metamaterial. As shown in the partial enlarged views 71 a and 71 b of FIG. 8, SRRs 81 and 82 are arranged in each area. The SRR 81 in the black area and the SRR 82 in the white area have different opening directions. For this reason, the black area and the white area exhibit different transmittances depending on the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 8 shows the case where a terahertz electromagnetic wave of a first resonance frequency is irradiated.
- the white region SRR 82 has an open portion in a direction parallel to the Y-axis direction.
- the transmittance of the white region exhibits a high value.
- the transmittance of the white region is approximately 0 (zero).
- the SRR 81 in the black area has an open portion in the direction parallel to the X-axis direction.
- the transmittance of the black region exhibits a high value.
- the transmittance of the black region is approximately 0 (zero).
- the medium provided with the resonant structure 130 is transported by the transport unit 50 in the transport direction indicated by the arrow 200, as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 8, the resonant structure 130 passes through the position Pn of the n channel and the position P n + 1 of the (n + 1) channel (n is an even number).
- the n-channel is a channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is the Y-axis direction in the measurement space.
- the resonant structure 130 is scanned to obtain the transmittance of terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y-axis direction.
- the (n + 1) channel is a channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction in the XY plane is the X axis direction in the measurement space.
- the resonant structure 130 is scanned to obtain the transmittance of the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the X-axis direction.
- the transmittance waveform 61a is a transmittance showing a predetermined numerical value T11 (T11> 0). Is obtained.
- the transmittance shows a predetermined numerical value T12 (T12> 0) in the black region, and the transmittance shows approximately 0 (zero) in the white region.
- a waveform 61 b is obtained.
- a channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the X axis direction in the XY plane and a channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the Y axis direction in the XY plane Different transmittances are obtained.
- the channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is in the X-axis direction differs from the channel for transmitting and receiving terahertz electromagnetic waves in which the Y-axis direction is polarization on the XY plane. Transmittance is obtained.
- the transmittances differ when irradiated with a terahertz electromagnetic wave having a predetermined polarization direction.
- a black region and a white region it is detected that the transmission direction of each region is inverted by changing the polarization direction of terahertz electromagnetic waves by 90 degrees, and that the characteristic transmission characteristics are reversed. it can.
- FIG. 9 is a diagram for explaining another example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 9 is different from FIG. 8 only in that a terahertz electromagnetic wave of a second resonance frequency is irradiated.
- the transmittance becomes approximately 0 (zero) if the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave is the Y axis direction, and the transmissivity is if the polarization direction is the X axis direction It shows a high value.
- the transmissivity shows a high value if the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave is the Y axis direction, and the transmissivity is substantially if the polarization direction is the X axis direction. It becomes 0 (zero).
- the transmittance waveform 62a indicates a transmittance of substantially 0 (zero) in the white region and a transmittance of a predetermined value T21 (T21> 0) in the black region. Is obtained.
- the transmissivity shows a predetermined numerical value T22 (T22> 0) in the black area, and the transmissivity shows approximately 0 (zero) in the white area.
- a waveform 62b is obtained.
- FIG. 10 is a diagram for explaining still another example of examining the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave.
- FIG. 10 differs from FIG. 9 only in the structure of the white area.
- a white region is a thin film made of a conductive material, and a closed ring resonator (CRR: Closed Ring Resonator; hereinafter referred to as "CRR") having no opening.
- CRR Closed Ring Resonator
- the CRR 91 has a ring shape with no opening, except for the opening from the SRR. Similar to SRR, CRR 91 exhibits different transmittances depending on the frequency of the terahertz electromagnetic wave to be emitted.
- the CRR 91 resonates at the secondary resonance frequency of the SRR 82 whose ring portion has the same shape, and exhibits high transmittance.
- the transmittance exhibits a high value at the secondary resonance frequency.
- the transmittance When the terahertz electromagnetic wave of the secondary resonance frequency is irradiated to the black region, as in FIG. 9, if the polarization direction of the terahertz electromagnetic wave is the Y-axis direction, the transmittance exhibits a high value, and if the polarization direction is the X-axis direction The transmittance is approximately 0 (zero). On the other hand, when the terahertz electromagnetic wave of the secondary resonance frequency is irradiated to the white region including the CRR 91, the terahertz electromagnetic wave exhibits a high value whether it is the X axis direction or the Y axis direction.
- the SRR 81 in the black area and the CRR 91 in the white area differ only in the presence or absence of the open part, and the ring part has the same shape. Therefore, the transmittance values in the white region and the black region show substantially the same value.
- a transmittance waveform 63a is obtained which exhibits substantially constant numerical values T31 (T31> 0) in both the white region and the black region.
- the transmittance numerical value is T31 in the white region as in the upper side of FIG. 10 and the transmittance is substantially zero in the black region.
- a waveform 63b is obtained.
- the resonant structure formed by the metamaterial is used, for example, as a forgery prevention structure that prevents forgery of media such as banknotes, checks, and gift certificates.
- a forgery prevention structure that prevents forgery of media such as banknotes, checks, and gift certificates.
- the electromagnetic wave detection apparatus includes an electromagnetic wave transmission unit (electromagnetic wave sensor) 1 and an electromagnetic wave reception unit (electromagnetic wave sensor) 2 as shown in FIG.
- the authenticity determination device (medium processing device) is configured to include the electromagnetic wave detection device.
- the authenticity determination device can irradiate the terahertz electromagnetic wave to the medium using the electromagnetic wave detection device, and can determine the medium based on the obtained characteristic.
- FIG. 11 is a block diagram schematically showing the functional configuration of the authenticity determination device 101.
- the authenticity determination device 101 has a storage unit 70 in addition to the configuration of the electromagnetic wave detection device shown in FIG.
- the storage unit 70 is a non-volatile storage device including a semiconductor memory or the like.
- data such as a transmittance value, a transmittance waveform, a feature of the waveform, and the like obtained by irradiating the forgery prevention structure with a predetermined terahertz electromagnetic wave are prepared in advance as reference data.
- the control unit 60 controls conveyance of the medium by the conveyance unit 50 and transmission / reception of terahertz electromagnetic waves by the electromagnetic wave transmission unit 1 and the electromagnetic wave reception unit 2. Further, the control unit 60 acquires the value of the transmittance of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the forgery prevention structure, the waveform of the transmittance, and the like. The control unit 60 determines the authenticity of the medium by comparing at least one of the value of the transmittance, the waveform of the transmittance, the feature of the waveform, etc. with reference data prepared in the storage unit 70 in advance. . The control unit 60 outputs the determination result of authenticity to an external device (not shown). For example, it outputs to a display apparatus, and it displays and alert
- the authenticity determination apparatus 101 can be used not only to determine the authenticity of a medium having a forgery prevention structure, but also to inspect, for example, a forgery prevention structure manufactured on the medium.
- the authenticity determination apparatus 101 can output the intensity or the transmittance of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the forgery prevention structure, in addition to the result of the authenticity determination. Using this, the authenticity determination device 101 inspects the forgery prevention structure. Specifically, the intensity or transmittance of the terahertz electromagnetic wave detected at the time of inspection is stored in the storage unit 70 in advance as reference data using a forgery prevention structure that is correctly manufactured.
- the electromagnetic wave transmission unit 1 transmits the electromagnetic wave to irradiate the forgery prevention structure to be inspected, and the electromagnetic wave reception unit 2 receives the terahertz electromagnetic wave transmitted through the forgery prevention structure. .
- the intensity or transmittance of the terahertz electromagnetic wave detected from the forgery prevention structure to be inspected is compared with the reference data to determine whether the data conforms to the reference data, that is, the pass / fail judgment of the manufactured forgery prevention structure Do.
- the aspect may be performed as the pass / fail determination.
- the storage unit 70 stores, in advance, software programs and data necessary for the control unit 60 to determine the medium.
- Data indicating the transmittance waveform obtained when the predetermined medium is irradiated with the terahertz electromagnetic wave, and data indicating the characteristics of the transmittance waveform are stored in advance in the storage unit 70 as reference data.
- at least one of a transmittance waveform, a value of transmittance forming the transmittance waveform, and a feature appearing in the transmittance waveform is used to determine the medium.
- the features used for the determination are stored in advance in the storage unit 70 as reference data.
- the control unit 60 functions as a determination unit that determines the medium using the reference data.
- the control unit 60 controls the transport unit 50 to transport the medium 100 to be determined as shown in FIG.
- the control unit 60 controls the electromagnetic wave transmission unit 1 to irradiate the medium 100 transported by the transport unit 50 with the terahertz electromagnetic wave.
- the control unit 60 controls the electromagnetic wave receiving unit 2 to receive the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium 100. If the medium 100 is a true medium, the transmittance waveform of the terahertz electromagnetic wave transmitted through the resonant structure (anti-counterfeit structure) 110 is the structure of the resonant structure 110 as described with reference to FIGS.
- the waveform corresponds to
- the control unit 60 compares the obtained transmittance waveform with the reference data stored in the storage unit 70.
- the reference data is data indicating the characteristics of the transmittance waveform obtained by irradiating the terahertz electromagnetic wave to the resonant structure provided in the true medium.
- the control unit 60 determines that the resonant structure is provided on the true medium when the features of the transmittance waveform obtained from the medium to be determined match the features prepared as the reference data, ie, the determination It is determined that the target medium is a true medium.
- the medium transported by the transport unit 50 is irradiated with the terahertz electromagnetic wave from the electromagnetic wave transmission unit 1.
- the transmittance waveform 63a is obtained in the n channel of the electromagnetic wave receiving unit 2
- the transmittance waveform 63b is obtained in the (n + 1) channel.
- the storage unit 70 stores n-channel reference data obtained for the true medium resonant structure and reference data of the (n + 1) -channel.
- the control unit 60 compares the characteristics of the n-channel transmittance waveform 63a with the n-channel reference data.
- the control unit 60 compares the feature of the transmittance waveform 63b of the (n + 1) channel with the reference data of the (n + 1) channel.
- the controller 60 determines that the resonant structure 130 is a true resonant structure. It is determined that the medium which is the body, that is, the determination target is a true medium.
- the authenticity determination device 101 irradiates the medium with two types of terahertz electromagnetic waves having different polarization directions, and based on the two types of transmittance waveforms obtained by the resonant structure provided in the medium, the authenticity of the medium is verified. Can be determined.
- the characteristics of the transmittance waveform used for the determination are not particularly limited.
- the aspect may be such that discrimination is performed using the entire waveform of the transmittance waveform obtained by scanning the resonant structure 130.
- it may be a mode in which determination is performed using a part of the transmittance values forming the transmittance waveform, or determination is performed using values such as inclination and a change in inclination appearing in the transmittance waveform. It may be an aspect.
- the present invention is not limited to the embodiment in which the transmittance waveform 63a and the transmittance waveform 63b are separately used for discrimination, and the ratio of transmittance is determined from the transmittance waveform 63a and the transmittance waveform 63b, and the determination is performed based on the value of this ratio. It may be a mode to perform.
- the resonant structure 130 shown in FIG. 10 will be specifically described by way of example. Hereinafter, the determination is performed based on the value of the ratio obtained by dividing the value of each transmittance forming the transmittance waveform 63a shown in FIG. 10 by the value of the corresponding transmittance waveform 63b.
- FIG. 12 is a diagram for explaining the ratio of transmittance used to determine the medium.
- the transmittances of n channel and (n + 1) channel are obtained as shown in FIG.
- the value of the ratio of the transmittances is obtained from the obtained transmittance, as shown on the lower side of FIG. 12, the value of the ratio shows 1 at the position where the white area is scanned and the value of the ratio at the position where the black area is scanned. Indicates a value greater than 1.
- the reference data of the storage unit 70 includes data corresponding to the white area shown in FIG. 12, that is, data specifying the scanning position at which the value of the ratio of the transmittance is 1.
- the reference data includes data corresponding to a black area, that is, data specifying a scanning position at which the ratio of transmittances exceeds one. Further, the reference data includes data specifying a numerical range in which the value of the transmittance ratio is considered to be 1.
- the control unit 60 obtains the transmittance waveforms of the n channel and the (n + 1) channel as shown in FIG. 10 from the resonance structure 130 of the medium to be determined.
- the control unit 60 obtains the value of the ratio of transmittance from the two types of transmittance waveforms 63 a and 63 b obtained.
- the control unit 60 refers to the reference data, and determines whether or not the value of the ratio of the calculated transmittance is included in the numerical range considered to be 1.
- the control unit 60 specifies a scanning position at which the value of the ratio of transmittances obtained by scanning the resonant structure 130 indicates 1 and a scanning position exceeding 1 based on the determination result.
- the control unit 60 compares the scanning position at which the value of the transmittance ratio shows 1 and the scanning position exceeding 1 with the scanning position included in the reference data.
- the control unit 60 determines the resonant structure from which the transmittance waveforms 63a and 63b are obtained. It is determined that 130 is a true resonant structure, that is, the medium to be determined is a true medium.
- the authenticity determination device 101 irradiates the medium with two types of terahertz electromagnetic waves having different polarization directions, and the ratio of the transmittance is obtained from the two types of transmittance waveforms obtained by the resonant structure provided in the medium. Determine the value. Then, the authenticity of the medium can be determined on the basis of the comparison result between the obtained ratio value and the reference data.
- the number of transmittance ratio values used for the determination is not particularly limited.
- the measurement may be performed at a predetermined sampling interval, and the ratio value may be obtained from all the transmittances obtained while scanning the resonant structure 130 and compared with reference data.
- one or several points are selected from each of the four areas of the white area and the black area forming the resonant structure 130, and the ratio value is determined from the transmittance at the selected point and compared with the reference data. It may be an aspect.
- the characteristics used to determine the authenticity of the medium are not limited to the value of the transmittance ratio.
- the characteristic used to determine the authenticity may be the value of the difference in transmittance.
- the authenticity determination device 101 obtains the value of the difference in transmittance from the transmittance waveform 63a and the transmittance waveform 63b, and obtains the obtained value as reference data prepared in advance for the value of the difference in transmittance. It may be an aspect to compare. Also in the case of using the value of the difference in transmittance, the respective processes described above can be realized as in the case of using the value of the ratio.
- the authenticity determination device (media processing device) 101 can also determine the type of media. Specifically, for example, there are two types of media of types A and B, and the resonant structure 130 shown in FIG. 9 is provided in the type A medium, and the resonant structure 130 shown in FIG. Is provided. In this case, the authenticity determination device 101 determines that this medium is a true medium and is a medium of type A based on the fact that the transmittance waveforms 62a and 62b shown in FIG. 9 are obtained from the medium to be determined. It can be determined.
- the authenticity determination device 101 determines that this medium is a true medium and is a medium of type B based on the fact that the transmittance waveforms 63a and 63b shown in FIG. 10 are obtained from the medium to be determined. It can be determined.
- the authenticity determination device 101 is used in connection with the display device.
- the display device displays the determination result obtained by using the authenticity determination device 101 on the screen.
- the user of the authenticity determination device 101 can check the determination result displayed on the screen of the display device and process the medium based on the determination result.
- the authenticity determination device 101 is used as a medium inspection device that inspects the resonant structure provided on the medium as described above.
- data indicating the characteristics of a normal medium is stored in the storage unit 70 as reference data.
- the control unit 60 functions as a determination unit that determines the inspection result (acceptance or rejection) of the medium by comparing the feature obtained from the medium to be inspected with the reference data.
- the control unit 60 irradiates the medium with two types of terahertz electromagnetic waves as described above.
- the control unit 60 checks whether or not the resonant structure provided on the medium exhibits a predetermined feature by comparing the obtained feature such as the transmittance waveform with the reference data.
- the authenticity determination device 101 is incorporated in the medium processing device and used.
- the media processing device executes processing such as counting, storage, and classification of media based on the determination result obtained using the authenticity determination device 101. At this time, it may be an aspect in which only the authenticity judgment of the medium is carried out based on the judgment result of the authenticity judgment device 101, or it may be an aspect in which both the type judgment and the authenticity judgment of the medium are carried out.
- the authenticity determination device 101 is incorporated in the bill processing device and used.
- the bill processing apparatus for example, successively takes in a plurality of bills one by one into the apparatus, performs type discrimination and authenticity discrimination of each bill, and divides and stores the bills into the plurality of storage sections by type.
- the bill processing apparatus discriminates the type (denomination) and the authenticity of the bill, as described above, using the authenticity discriminating apparatus 101.
- the bill processing apparatus counts the number of bills and the amount of bills based on the determination result, sorts the bills by type, and stores the bills in the storage unit.
- the conventional bill processing apparatus determines the type and authenticity of a bill by examining optical features, thickness, magnetic features, and the like of the bill using various sensors such as a line sensor, a thickness sensor, and a magnetic sensor.
- the bill processing apparatus incorporating the authenticity determination apparatus 101 may be configured to discriminate bills on the basis of both the determination result by the conventional sensor and the determination result by the authenticity determination apparatus 101. For example, after the bill processing apparatus determines the type of the bill using a conventional sensor, it may be configured to determine the authenticity of the bill using the authenticity determination apparatus 101.
- the bill processing device obtains the result of the type determination and the authenticity determination by the conventional sensor and the result of the type determination and the authenticity determination by the authenticity determination device 101, comprehensively determines the obtained determination result It may be a mode which distinguishes the kind of bill, and authenticity.
- the authenticity determination device 101 may perform only the authenticity determination, and may make a comprehensive determination based on the type determination result and the authenticity determination result by the conventional sensor and the authenticity determination result by the authenticity determination device 101.
- FIG. 13 is a diagram for explaining a different configuration example of the electromagnetic wave detection device.
- the terahertz electromagnetic wave detection units 111 whose polarization direction is in the X-axis direction are arranged in one row in the Y-axis direction, and are separated from this row in the transport direction of the medium 100 indicated by the arrow 200.
- the detectors 211 for the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Y-axis direction may be arranged in one line in the Y-axis direction.
- the present invention is not limited to the configuration in which the detection units 111 and 211 are separated, and as illustrated in FIG. 13B, a detection unit for terahertz electromagnetic waves whose polarization direction is the X axis direction, and a polarization direction
- the detection unit 311 may be integrated with a detection unit for terahertz electromagnetic waves. Further, as shown in FIG. 13C, the detection unit 411 arranges the detection unit in the first row and the detection unit in the second row in the Y-axis direction (Y-axis direction) perpendicular to the transport direction.
- the configuration may be different. Even with these configurations, as described above, it is possible to obtain the transmittance waveform in which the resonant structure 130 is irradiated with the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the X-axis direction by the first row of detection units. Then, a transmittance waveform in which the terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is the Y-axis direction is irradiated to the resonant structure 130 can be obtained by the second row of detection units.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electromagnetic wave detection device that detects the reflection characteristics of terahertz electromagnetic waves.
- the transmittance and the reflectance of the terahertz electromagnetic wave are in a relationship in which one increases and the other decreases.
- both the component of the electromagnetic wave transmission unit 1 and the component of the electromagnetic wave reception unit 2 disposed opposite to each other across the transport path are disposed on one side of the transport path as shown in FIG. 14.
- the polarization unit 531 is a component that functions as both the transmission side polarization unit 31 and the reception side polarization unit 32 described above.
- the electromagnetic wave reflection unit 512 may be disposed at a position facing the electromagnetic wave transmission / reception unit 511 across the conveyance path.
- the electromagnetic wave reflection unit 512 has a structure in which the reception side polarization unit 32, the reception side light collection unit 22 and the reception element unit 12 are removed from the electromagnetic wave reception unit 2 shown in FIG. As indicated by an arrow 202 in FIG.
- the terahertz electromagnetic wave transmitted from the electromagnetic wave transmission / reception unit 511 and transmitted through the medium 100 and the terahertz electromagnetic wave transmitted without the medium 100 are reflected by the window 42 of the electromagnetic wave reflection unit 512 Even in the case where it has been received, it passes through the outside of the receiving side focusing section 22 and does not reach the receiving element section 12.
- the authentication discrimination device incorporating the electromagnetic wave detection device shown in FIG. 14 uses two types of terahertz electromagnetic waves different in polarization direction as a medium.
- the resonant structure 130 provided is irradiated.
- the authenticity determination apparatus measures the reflectances of two types of terahertz electromagnetic waves from the white region and the black region constituting the resonant structure 130.
- the authenticity determination apparatus obtains the transmittance from the measured reflectance, and performs the authenticity determination, the type determination, the medium processing, and the inspection of the resonant structure as described above.
- reference data corresponding to the reflectance obtained from the true resonant structure 130 is prepared in advance, and the authenticity determination device proceeds with each process based on the obtained reflectance and the reference data. It may be an aspect.
- the value of reflectance as in the case of transmittance, the value of the ratio of reflectance may be used, or the difference of reflectance may be used.
- the electromagnetic wave transmission unit and the electromagnetic wave reception unit transmit and receive a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the X-axis direction, and transmit and receive a terahertz electromagnetic wave whose polarization direction is in the Y-axis direction. And are alternately arranged in an array. As a result, it is possible to detect transmission characteristics when two types of terahertz electromagnetic waves having different polarization directions are irradiated in one measurement.
- the electromagnetic wave transmission unit When the terahertz electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave transmission unit is irradiated to the medium from an oblique direction and the terahertz electromagnetic wave transmitted through the medium is detected by the electromagnetic wave reception unit, even if the terahertz electromagnetic wave reflected by the medium advances, the electromagnetic wave It has a structure that is not received by the receiving unit. Thereby, the transmission characteristics of the terahertz electromagnetic wave can be measured with high accuracy.
- the electromagnetic wave sensor, the electromagnetic wave detection device, the medium processing device, and the medium inspection device according to the present invention are useful for easily detecting the characteristics of an object for terahertz electromagnetic waves having different polarization directions.
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Abstract
偏光方向が異なるテラヘルツ電磁波に対する対象物の特性を容易に検出するため、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を媒体に照射して特性を検出する電磁波検出装置を、搬送路に沿って媒体を搬送する搬送部と、第1偏光方向を有する第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、第1偏光方向と異なる第2偏光方向を有する第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部とによって構成する。
Description
この発明は、媒体の特性を検出するためにテラヘルツ電磁波を送受信する電磁波センサ、該電磁波センサを備える電磁波検出装置、該電磁波検出装置を備える媒体処理装置及び媒体検査装置に関する。
従来、様々な分野で、テラヘルツ電磁波を対象物に照射して、材質や構造等の特性を調べる技術が利用されている。例えば、特許文献1には、複数の光伝導素子をアレイ状に配置して、テラヘルツ電磁波の発生及び検出を行う検査装置が開示されている。この検査装置は、発生側の光伝導素子で発生させたテラヘルツ電磁波を放物面鏡で集光して検査対象物に照射する。そして、検査対象物で反射されたテラヘルツ電磁波を別の放物面鏡で集光して、検出側の光伝導素子で検出する。また、特許文献2には、テラヘルツ電磁波を対象物に照射して、対象物を透過したテラヘルツ電磁波を検出する装置が開示されている。
しかしながら、上記従来技術では、対象物の特性を調べるのに手間がかかる場合がある。例えば、照射するテラヘルツ電磁波の偏光方向によって透過率が異なるか否かを判定する場合、所定方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の透過率を計測した後、さらに偏光方向が異なるテラヘルツ電磁波の透過率を計測する必要がある。
本発明は、上記従来技術による問題点を解消するためになされたもので、偏光方向が異なるテラヘルツ電磁波に対する対象物の特性を容易に検出することができる電磁波センサ、電磁波検出装置、媒体処理装置及び媒体検査装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、テラヘルツ電磁波を媒体に照射して特性を検出する電磁波検出装置であって、搬送路に沿って媒体を搬送する搬送部と、第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1検出部と、前記第2検出部が、前記搬送路の幅方向において異なる位置に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1検出部と、前記第2検出部が、前記媒体の搬送方向において異なる位置に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1検出部と前記第2検出部とをそれぞれ複数備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1検出部と前記第2検出部が、前記搬送路の幅方向に交互に配列されていることを特徴とする。
また、本発明は、媒体の特性を検出するために前記媒体を対象にテラヘルツ電磁波を送受信する電磁波センサであって、第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送信する第1送信素子部と、前記第1送信素子部が送信した前記第1テラヘルツ電磁波を受信する第1受信素子部と、前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送信する第2送信素子部と、前記第2送信素子部が送信した前記第2テラヘルツ電磁波を受信する第2受信素子部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1送信素子部及び前記第1受信素子部と、前記第2送信素子部及び前記第2受信素子部が、交互に配列されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第2偏光方向は前記第1偏光方向と直交する方向であることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を、前記媒体の媒体面に対して斜め方向に送受信することを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1送信素子部及び前記第2送信素子部が配列された送信側ケースと、前記第1受信素子部及び前記第2受信素子部が配列された受信側ケースとが対向配置され、前記送信側ケースには、前記受信側ケースと対向する面側に凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記媒体は、前記送信側ケースと前記受信側ケースとの間を搬送されることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記第1送信素子部及び前記第2送信素子部と、前記第1受信素子部及び前記第2受信素子部が、ケース内に配置され、前記ケースには、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を送受信する面側に凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記媒体は、前記凹部と対向する位置を通過するように搬送されることを特徴とする。
また、本発明は、テラヘルツ電磁波を媒体に照射して該媒体を判別する媒体処理装置であって、搬送路に沿って媒体を搬送する搬送部と、第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部と、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を真の媒体に照射して得られる前記媒体の特徴が基準データとして保存された記憶部と、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を媒体に照射して得られた特徴と前記基準データとの比較結果に基づいて前記媒体の真贋を判別する判別部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、テラヘルツ電磁波を媒体に照射して該媒体を検査する媒体検査装置であって、第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部と、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を正常な媒体に照射して得られる前記媒体の特徴が基準データとして保存された記憶部と、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を媒体に照射して得られた特徴と前記基準データとの比較結果に基づいて前記媒体の合否を判定する判定部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、偏光方向が異なる2種類のテラヘルツ電磁波に対する対象物の特性を1回の測定で特性を調べることができる。
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る電磁波センサ、電磁波検出装置、媒体処理装置及び媒体検査装置について詳細を説明する。例えばフェムト秒レーザによるレーザ光を利用して光伝導素子によって行うテラヘルツ電磁波の発生方法及び検出方法は、背景技術として挙げた特許文献にもあるように、従来技術として知られている。このため、テラヘルツ電磁波の発生及び検出についての詳細な説明は省略する。本実施形態に係る電磁波センサ及び電磁波検出装置については、送信側の素子から出射したテラヘルツ電磁波を媒体に照射して、受信側の素子で検出するための構成について主に説明する。
本実施形態では、電磁波センサ及び電磁波検出装置が、銀行券、小切手、商品券等のシート状の媒体を対象に、テラヘルツ電磁波を照射した際の特性を検出する場合を例に説明する。特性検出の対象とするシート状媒体は、テラヘルツ電磁波の共振器を多数並べた共振構造体を備えている。電磁波センサ及び電磁波検出装置は、テラヘルツ電磁波の偏光をシート状媒体に照射して、透過又は反射したテラヘルツ電磁波を検出する。シート状媒体にテラヘルツ電磁波を照射すると、共振構造体を備える領域で、共振構造体の構造に応じてテラヘルツ電磁波の透過率や反射率が変化する。この変化をシート状媒体の特性として検出し、シート状媒体の真贋を見分けるためのセキュリティ特徴として利用することができる。共振構造体は、シート状媒体に貼り付けたものであってもよいし、シート状媒体上に直接形成したものであってもよい。以下、テラヘルツ電磁波の透過率によって、シート状媒体(以下、単に「媒体」と記載する)の特性を検出する場合を例に詳細を説明する。
図1は、電磁波送信部1(電磁波センサ)及び電磁波受信部2(電磁波センサ)を含む電磁波検出装置の構成概略を示すブロック図である。図1に示すように、電磁波検出装置は、装置内で媒体を搬送する搬送部50と、搬送される媒体に向けてテラヘルツ電磁波を送信する電磁波送信部1と、媒体を透過したテラヘルツ電磁波を送信する電磁波受信部2と、電磁波送信部1、電磁波受信部2及び搬送部50を制御する制御部60とを有する。
電磁波送信部1は、所定方向に偏光した所定周波数のテラヘルツ電磁波を一定の強度で媒体に向けて送信する。電磁波送信部1は、所定周波数のテラヘルツ電磁波を発振する送信素子部11と、送信素子部11が発振したテラヘルツ電磁波を媒体に向けて集光する送信側集光部21と、所定方向に偏波したテラヘルツ電磁波を通過させる送信側偏光部31とを含む。電磁波送信部1から送信されたテラヘルツ電磁波が、媒体及び媒体が備える共振構造体に照射される。
電磁波受信部2は、媒体及び媒体が備える共振構造体を透過したテラヘルツ電磁波を受信して、その強度を検出する。電磁波受信部2は、所定方向に偏波したテラヘルツ電磁波を通過させる受信側偏光部32と、テラヘルツ電磁波の強度を検出する受信素子部12と、受信側偏光部32を透過したテラヘルツ電磁波を受信素子部12に向けて集光する受信側集光部22とを含む。電磁波受信部2は、媒体を透過したテラヘルツ電磁波の強度と、媒体がない状態で検出されるテラヘルツ電磁波の強度との比率から、テラヘルツ電磁波の透過率を算出することもできる。透過率は、電磁波受信部2で算出する態様であってもよいし、制御部60が算出する態様であってもよい。制御部60が算出する場合は、電磁波受信部2が、受信したテラヘルツ電磁波の強度を出力して、制御部60が透過率を算出する。
搬送部50は、複数のローラやベルトを回転駆動して、搬送路に沿って媒体を搬送する。制御部60は、搬送部50を制御して、電磁波送信部1と電磁波受信部2との間を通過するように媒体を搬送する。制御部60は、電磁波送信部1を制御して、所定周波数のテラヘルツ電磁波を媒体に向けて送信する。制御部60は、電磁波受信部2を制御して、電磁波送信部1から照射されて媒体を透過したテラヘルツ電磁波を受信する。制御部60は、電磁波送信部1から送信したテラヘルツ電磁波と、電磁波受信部2で受信したテラヘルツ電磁波とに基づいて算出された透過率の値や、透過率の変化等を検出することができる。制御部60は、例えば、媒体を判別する判別装置等の外部装置に、検出結果を出力する。また、例えば、図1に示す電磁波検出装置を含むよう装置を構成して、該装置によって媒体の判別や媒体の検査を行うこともできるが詳細については後述する。
図2は、側方から見た電磁波送信部1及び電磁波受信部2の構成を説明するための断面模式図である。搬送部50は、上側ガイド板50aと下側ガイド板50bとの間に形成された搬送路に沿って、矢印200で示す搬送方向(X軸正方向)に媒体100を搬送する。搬送路の高さ方向の寸法(Z軸方向の寸法)w2は数mm程度となっている。
図2に示すように、電磁波送信部1のケース1a下面には、ポリエチレンやポリプロピレン等の透明樹脂材から成る送信側窓部41(41a、41b)が設けられている。送信側窓部41は、搬送方向上流側及び下流側に設けた2つの直方体形状の厚板部41aの間に、薄板形状の薄板部41bを設けた凹型の断面形状を有する。電磁波受信部2に対向する外面がコの字型に窪んで、凹部が形成されている。テラヘルツ電磁波は、この凹部が形成された領域で送受信される。
厚板部41a下面の搬送方向両外側、すなわち搬送部50が搬送する媒体100の進入側及び排出側は、搬送路を形成する上側ガイド板50a下面と同一平面を形成している。一方、凹部を形成する両内側部分は、面取りされた形状を有している。例えば、厚板部41aの厚みt1は5mmで、薄板部41bの厚みt2は0.3mmである。薄板部41bの厚みは、媒体100に照射するテラヘルツ電磁波が遮られないように、すなわち薄板部41bがテラヘルツ電磁波に対して透明部として機能するように、テラヘルツ電磁波の波長及び薄板部41bの材質に応じて設定されている。
電磁波受信部2のケース2a上面には、送信側窓部41と同一の透明樹脂材から成る、受信側窓部42(42a、42b)が設けられている。受信側窓部42は、搬送方向上流側及び下流側に設けた2つの直方体形状の厚板部42aの間に、薄板形状の薄板部42bを設けた凹型の断面形状を有する。電磁波送信部1に対向する外面がコの字型に窪んで、凹部が形成されている。受信側窓部42の厚板部42aは、送信側窓部41の厚板部41aと同一の厚み(t1)及び形状を有する。受信側窓部42の薄板部42bは、送信側窓部41の薄板部41bと同一の厚み(t1)及び形状を有する。受信側窓部42の厚板部42a上面は、搬送部50が搬送する媒体100の進入側及び排出側で、搬送路を形成する下側ガイド板50b上面と同一平面を形成している。一方、凹部を形成する両内側部分は、面取りされた形状を有している。
搬送路上側に配置された送信側窓部41の搬送方向略中央部に、上方に窪んだ凹部が形成されている。この凹部に対向して、搬送路下側に配置した受信側窓部42の搬送方向略中央部に、下方に窪んだ凹部が形成されている。これにより、対向配置された電磁波送信部1と電磁波受信部2の間には、搬送方向略中央の位置に、搬送方向上流側及び下流側に比べて広い空間が形成される。この空間が、電磁波送信部1と電磁波受信部2との間でテラヘルツ電磁波を送受信して、媒体を透過するテラヘルツ電磁波の透過率を計測するための計測空間として利用される。
例えば、上側ガイド板50aと下側ガイド板50bとの間に形成された搬送路の高さw2を2.5mmとする。例えば、上述したように厚板部41a、42aの厚みt1を5mm、薄板部41b、42bの厚みt2を0.3mmとすると、計測空間の高さ方向の寸法(Z軸方向の寸法)w1は、11.9mmになる。
透明樹脂材から成る薄板部41b、42bで撓み等の変形が生じないように、送信側窓部41及び受信側窓部42には、薄板部41b、42bを支持する支持部が設けられている。送信側窓部41と受信側窓部42は同一構造を有するため、送信側窓部41を例に具体的に説明する。図3は、窓部の構造を説明するための断面斜視図である。図3に示すように、厚板部41aの間に形成された薄板部41bが、支持部41cによって支持される構造となっている。例えば、透明樹脂材から成る板状部材の片面側を、薄板部41bを残すように直方体形状に削って計測空間を形成することができる。各計測空間は、送信素子部11を形成する各送信素子に対応して、チャンネル別に形成されているが、詳細は後述する。
図2に示す点Pに集光されるテラヘルツ電磁波はビーム状になっている。点Pにおけるビーム径は半値幅で1mm~5mm程度である。このビーム径は検出対象に応じて任意に設定することができる。
図2に示すように、電磁波送信部1と電磁波受信部2は、側方から見て斜め方向に点Pを通過するように、テラヘルツ電磁波を送受信する。すなわち、テラヘルツ電磁波は、シート状の媒体100の媒体面に対して斜め方向に送受信される。具体的には、XZ平面に平行、かつ、YZ平面に対して角度を成す方向にテラヘルツ電磁波が送受信される。例えば、鉛直面であるYZ平面との間に28度の角度を成す斜め方向に、テラヘルツ電磁波が送受信される。
斜め方向から媒体100に照射されたテラヘルツ電磁波の一部は、媒体100の上面で反射される。このとき、媒体100で反射されたテラヘルツ電磁波が電磁波受信部2で検出されないようになっている。具体的には、図2に矢印201で示すように、媒体100で反射されたテラヘルツ電磁波が、送信側窓部41で再び反射されて、受信側窓部42を透過した場合も、このテラヘルツ電磁波は、受信側集光部22の外側を通過し、受信素子部12に到達しない。
電磁波送信部1を構成する各構成部の寸法及び配置位置と、電磁波受信部2を構成する各構成部の寸法及び配置位置と、電磁波送信部1と電磁波受信部2の配置関係は、送信素子部11から送信されたテラヘルツ電磁波が媒体100で反射されても、受信素子部12に到達しないように設定されている。具体的には、送信側窓部41の凹部及び受信側窓部42の凹部が、媒体100による反射波が受信素子部12に到達しないように、位置、寸法及び形状を調整して形成されている。これにより、電磁波受信部2は、電磁波送信部1から送信されて媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のみを受信することができる。
電磁波送信部1のケース1a内には、送信素子部11、送信側集光部21及び送信側偏光部31が設けられている。送信素子部11は、Y軸方向にアレイ状に1列に配置された複数の送信素子を含む。具体的には、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子とが、Y軸方向に交互に配列されている。
送信側集光部21は、送信素子部11を形成する各送信素子に対応してY軸方向に1列に配置された複数の集光鏡を含む。各集光鏡は、対応する送信素子から水平方向(X軸方向)に出射したテラヘルツ電磁波を、XZ面内で鉛直方向に対して斜めの方向に進むように反射して、計測空間中央の点Pに集光する。テラヘルツ電磁波を反射するため、集光鏡は、アルミ材等の導電性材料で形成されている。例えば、導電性の金属材料から成る部材を削って集光鏡を形成する。また例えば、樹脂等の非導電性材料から成る部材を削った後に導電性金属材料によるメッキを施すなどして集光鏡を形成することもできる。集光鏡として、例えば楕円面鏡を利用する。図4は、楕円面鏡がアレイ状に形成された送信側集光部21の例を示す外観図である。図4に示す送信側集光部21の隔壁21bは、図3に示す送信側窓部41の支持部41cに対応して、Y軸方向の同じ位置に形成されている。2つの隔壁21bの間に形成された各集光鏡で反射したテラヘルツ電磁波が、2つの支持部41cの間に形成された各凹部の薄板部41bを透過して、図2に示すように点Pに集光される。
図2に示す送信側偏光部31は、送信側集光部21を形成する各集光鏡に対応して、すなわち送信素子部11を形成する各送信素子に対応して、Y軸方向にアレイ状に1列に配置された複数の偏光子を含む。送信側偏光部31は、送信側窓部41の上面に、薄板部41bを覆うように配置されている。各偏光子は、送信素子が出射するテラヘルツ電磁波の偏光方向に対応して設けられている。偏光子として、例えばワイヤーグリッドを利用する。
具体的には、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃える偏光子と、XY平面における偏光方向をY軸方向に揃える偏光子とが、Y軸方向に交互に配列されている。Z軸方向を偏光方向とする送信素子に対応して設けられた偏光子は、送信素子から出射され、対応する集光鏡で集光されるテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向を、X軸方向に揃える。Y軸方向を偏光方向とする送信素子に対応して設けられた偏光子は、送信素子から出射され、対応する集光鏡で集光されるテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向を、Y軸方向に揃える。この結果、各計測空間の点Pには、XY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波、又はY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波が集光される。具体的には、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波とが、Y軸方向に交互に集光されることになる。
送信素子部11は、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子とを含む。これら2種類の送信素子のうち、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子が、XY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を計測空間へ送信するための送信素子である。図2に示すように、送信素子部11から水平方向に、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する。このテラヘルツ電磁波が、送信側集光部21によって、斜め方向に反射される。反射されたテラヘルツ電磁波は、XZ平面における偏光方向がZ軸からずれて、XY平面においてはX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波となる。このとき、送信素子及び集光鏡の配置位置のずれ等に起因して、反射されたテラヘルツ電磁波の偏光方向が、X軸方向と異なる方向、すなわちXZ平面から外れた方向となる可能性があるが、対応する偏光子を通すことで、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃えることができる。これにより、媒体100を透過する計測空間では、XY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を点Pに集光することができる。このように、送信素子部11は、Z軸方向を偏光方向とする送信素子と、これに対応して設けた集光鏡及び偏光子とを利用して、媒体100に、XY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を照射することができる。
一方、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子から送信されたテラヘルツ電磁波の偏光方向は、送信側集光部21によって反射集光された後も、Y軸方向のままである。送信素子及び集光鏡の配置位置のずれ等に起因して、反射されたテラヘルツ電磁波の偏光方向がY軸からずれる可能性があるが、対応する偏光子を通すことで、XY平面における偏光方向をY軸方向に揃えることができる。これにより、XY平面においてY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を点Pに集光することができる。このように、送信素子部11は、Y軸方向を偏光方向とする送信素子と、これに対応して設けた集光鏡及び偏光子とを利用して、媒体100に、XY平面においてY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を照射することができる。
電磁波受信部2のケース2a内には、受信側偏光部32、受信側集光部22及び受信素子部12が設けられている。受信側偏光部32は、送信側偏光部31を形成する各偏光子に対応して、すなわち送信素子部11を形成する各送信素子に対応して、Y軸方向にアレイ状に1列に配置された複数の偏光子を含む。受信側偏光部32は、受信側窓部42の下面に、薄板部42bを覆うように配置されている。各偏光子は、送信素子が出射するテラヘルツ電磁波の偏光方向に対応して設けられている。偏光子として、例えばワイヤーグリッドを利用する。
具体的には、XY平面において偏光方向をX軸方向に揃える偏光子と、XY平面において偏光方向をY軸方向に揃える偏光子とがY軸方向に交互に配列されている。Z軸方向を偏光方向とする送信素子に対応して設けられた偏光子は、電磁波送信部1から出射されて媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向をX軸方向に揃える。Y軸方向を偏光方向とする送信素子に対応して設けられた偏光子は、電磁波送信部1から出射されて媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向をY軸方向に揃える。この結果、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のうち、XY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波及びY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波が、受信側集光部22に到達する。
受信側集光部22は、受信側偏光部32の各偏光子に対応して、すなわち送信素子部11の各送信素子に対応して、Y軸方向に1列に配置された複数の集光鏡を含む。各集光鏡は、鉛直方向に対して斜め方向に進むテラヘルツ電磁波を、水平方向に進むように反射して、受信素子部12の受信素子に集光する。テラヘルツ電磁波を反射するため、集光鏡は、アルミ材等の導電性材料で形成されている。例えば、導電性の金属材料から成る部材を削って集光鏡を形成する。また、例えば、樹脂等の非導電性材料から成る部材を削った後に導電性金属材料によるメッキを施すなどして集光鏡を形成することもできる。集光鏡として、例えば楕円面鏡を利用する。複数の楕円面鏡をアレイ状に配置した受信側集光部22は、図4に示す送信側集光部21と同一構造を有する。
受信側窓部42は、図3に示す送信側窓部41と同一構造を有し、薄板部42bは支持部によって支持されている。受信側窓部42の支持部と、送信側窓部41の支持部41cとが、Y軸方向の同じ位置に形成されている。また、受信側集光部22は図4に示す送信側集光部21と同一構造を有し、受信側窓部42の支持部と、受信側集光部22の隔壁とが、Y軸方向の同じ位置に形成されている。各計測空間の点Pを経て電磁波受信部2に到達したテラヘルツ電磁波は、受信側窓部42の2つの支持部の間に形成された各凹部の薄板部42bを透過する。そして、対応する各偏光子を経て受信側集光部22に到達したテラヘルツ電磁波は、2つの隔壁の間に形成された各集光鏡で反射され、図2に示すように受信素子部12に集光される。送信素子部11及び受信素子部12は、テラヘルツ電磁波を水平方向に送受信するが、送信側集光部21及び受信側集光部22を利用することにより、水平方向に搬送される媒体100の媒体面に対して、斜め方向にテラヘルツ電磁波を透過させることができる。
図2に示す受信素子部12は、受信側集光部22の各集光鏡に対応して、すなわち送信素子部11の各送信素子に対応して、Y軸方向にアレイ状に1列に配置された複数の受信素子を含む。受信素子は、送信素子が出射するテラヘルツ電磁波の偏光方向に対応して設けられている。
具体的には、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子とが、Y軸方向に交互に配列されている。Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子は、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子に対応して設けられている。この受信素子は、電磁波送信部1から出射されて媒体100を透過した後、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃える偏光子を経て、集光鏡によって集光されたテラヘルツ電磁波を受信する。Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子は、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子に対応して設けられている。この受信素子は、電磁波送信部1から出射されて媒体100を透過した後、XY平面における偏光方向をY軸方向に揃える偏光子を経て、集光鏡によって集光されたテラヘルツ電磁波を受信する。
受信素子部12は、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子とを含む。これら2種類の受信素子のうち、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子が、計測空間でXY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信するための受信素子である。図2に示すように、受信側集光部22は、媒体100を透過し、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃える偏光子を経て到達したテラヘルツ電磁波を受けて水平方向に反射する。このとき、テラヘルツ電磁波の偏光方向は、送信側集光部21で反射された際にずれた方向とは逆方向に変化する。すなわち、送信側集光部21による反射時にXZ平面においてZ軸からずれた偏光方向が、受信側集光部22による反射時に再びZ軸方向へ戻る。こうして、偏光方向がZ軸方向となったテラヘルツ電磁波を、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子で受信する。受信素子が受信するテラヘルツ電磁波は、Z軸方向を偏光方向とするものであるが、媒体100を透過する計測空間では、XY平面においてX軸方向を偏光方向としていたテラヘルツ電磁波である。このように、受信素子部12は、Z軸方向を偏光方向とする受信素子と、これに対応して設けた集光鏡及び偏光子とを利用して、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がX軸方向である成分を、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波として受信することができる。
一方、媒体100を透過した、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の偏光方向は、受信側偏光部32の偏光子を経て、受信側集光部22によって反射集光された後も、Y軸方向のままである。受信素子部12は、Y軸方向を偏光方向とする受信素子と、これに対応して設けた集光鏡及び偏光子とを利用して、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がY軸方向である成分を検出することができる。
このように、電磁波送信部1の送信素子部11は、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子とを有する。また、電磁波受信部2の受信素子部12は、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子とを有する。計測空間でXY平面においてY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波については、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子とによって送受信する。一方、計測空間でXY平面においてX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波については、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信する送信素子と、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子とによって送受信する。送信素子から送信した、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を、送信側集光部21で反射して、XZ平面内における偏光方向を斜め方向とする。これにより、XY平面における偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波を、媒体100に照射することができる。そして、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波を、再び受信側集光部22で反射して、偏光方向をZ軸方向へ戻す。これにより、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がX軸方向である成分を、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する受信素子で受信することができる。
電磁波送信部1と電磁波受信部2は、同一構造を有する。このため、同一構造を有する2つの電磁波センサを、電磁波送信部1及び電磁波受信部2として使用することができる。2つの電磁波センサを、電磁波送信部1及び電磁波受信部2として搬送路を挟んで対向配置すると、電磁波送信部1のケース1aと、電磁波受信部2のケース2aとが、搬送方向(X軸方向)及び搬送方向に垂直な方向(Y軸方向)で同一の位置となる。また、このとき、送信側窓部41の下面に形成された凹部と、受信側窓部42の上面に形成された凹部とが、搬送方向(X軸方向)及び搬送方向に垂直な方向(Y軸方向)で同一の位置となる。
送信素子及び受信素子は、所定方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するように構成されている。複数の微小な送信素子をアレイ状に配置して送信素子部11を製造する際、各素子の設置方向にずれが生じ、送信素子が発生するテラヘルツ電磁波の偏光方向にバラツキを生ずる可能性がある。このような場合でも、送信側偏光部31を用いることにより、電磁波送信部1は、計測空間内において、XY平面における偏光方向がX軸方向又はY軸方向のテラヘルツ電磁波を送信することができる。また、計測空間内において媒体100を透過する際に、テラヘルツ電磁波の偏光方向が変化して、XY平面においてX軸方向の成分とY軸方向の成分の両方を含む状態となる場合がある。このような場合でも、受信側偏光部32を用いることにより、電磁波受信部2は、計測空間において媒体100を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がX軸方向である成分又はY軸方向である成分を受信することができる。
このように、送信素子、集光鏡、偏光子及び受信素子によって、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を送受信する1組の検出部を構成することができる。ただし、検出部の構成がこれに限定されるものではない。例えば、送信素子部及び受信素子部だけを利用して、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を送受信できる場合は、集光鏡と偏光子の少なくともいずれか一方を省略した構成としてもよい。
次に、上方から見た電磁波送信部1と電磁波受信部2の構成について説明する。図5は、上方から見た電磁波送信部1及び電磁波受信部2を示す模式図である。電磁波送信部1及び電磁波受信部2は、搬送部50が媒体100を搬送する搬送路を挟んで、対向配置されている。搬送部50は、矢印200で示す搬送方向(X軸方向)に媒体100を搬送する。
電磁波送信部1及び電磁波受信部2は、搬送方向に垂直なY軸方向に延設された構造を有する。電磁波送信部1と電磁波受信部2の間を通過するように媒体100を搬送することにより、媒体100の全面で、テラヘルツ電磁波の照射及び検出を行うことができる。図5に示すように、テラヘルツ電磁波を照射した際に所定の透過率を示す共振構造体110が媒体100の隅部に設けられる場合がある。このような媒体100が、搬送路上でY軸正方向側又は負方向側に片寄せされた状態で搬送されたり、図5に示す状態から180度回転した状態で搬送されたりする場合も、電磁波送信部1から照射して共振構造体110を透過したテラヘルツ電磁波を電磁波受信部2で受信することができる。
送信素子部11は、複数の送信素子をY軸方向に1列に配列した構造を有する。受信素子部12は、複数の受信素子をY軸方向に1列に配列した構造を有する。送信側集光部21及び受信側集光部22は、複数の集光鏡をY軸方向に1列に配列した構造を有する。送信側偏光部31及び受信側偏光部32は、複数の偏光子をY軸方向に1列に配列した構造を有する。送信素子部11の送信素子、送信側集光部21の集光鏡、送信側偏光部31の偏光子、受信側偏光部32の偏光子、受信側集光部22の集光鏡、受信素子部12の受信素子が1組の検出部を構成し、それぞれが対応して設けられている。すなわち、送信素子から送信したテラヘルツ電磁波を、対応する受信素子で受信できるように、送信素子、集光鏡、偏光子及び受信素子が、配置位置及び向きを調整して設けられている。
図6は、電磁波送信部1と電磁波受信部2の対応を説明するための図である。電磁波送信部1は、各送信素子を1つのチャンネルとして、複数チャンネルで構成される。電磁波受信部2も同様に、各受信素子を1つのチャンネルとして、複数チャンネルで構成される。各チャンネルに、送信側集光部21を構成する集光鏡、送信側偏光部31を構成する偏光子、受信側偏光部32を構成する偏光子、受信側集光部22を構成する集光鏡が設けられている。各チャンネルが、所定方向のテラヘルツ電磁波を送受信する1組の検出部となっている。
第1チャンネル(図6「1ch」)の送信素子11aは、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を出射する素子である。なお、送信素子11aは、計測空間内ではXY平面における偏光方向がX軸方向のテラヘルツ電磁波を得るための素子であるため、図6には「X」と記載している。第1チャンネルの集光鏡21aは、送信素子11aが送信したテラヘルツ電磁波を反射して、送信側窓部41の第1チャンネルの凹部と受信側窓部42の第1チャンネルの凹部との間に形成された計測空間内にある点Pに集光する。このとき、集光鏡21aによる反射により、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波が得られる。第1チャンネルの偏光子31aは、集光鏡21aが集光するテラヘルツ電磁波のうち、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波だけを通すことによって、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃える。こうして集光された、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波が、媒体120に照射される。
媒体120を透過したテラヘルツ電磁波は、受信側窓部42の第1チャンネルの凹部から電磁波受信部2内に進入する。このとき、第1チャンネルの偏光子32aは、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波だけを通すことによって、XY平面における偏光方向をX軸方向に揃える。第1チャンネルの集光鏡22aは、偏光子32aを透過した、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を反射して、第1チャンネルの受信素子12aに集光する。集光鏡22aによる反射により、計測空間ではXY平面でX軸方向を偏光方向としていたテラヘルツ電磁波が、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波となる。第1チャンネルの受信素子12aは、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する素子である。受信素子12aは、集光鏡22aによって反射集光された、Z軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を受信する。なお、受信素子12aは、計測空間内ではXY平面における偏光方向がX軸方向のテラヘルツ電磁波を受信するための素子であるため、図6には「X」と記載している。こうして、第1チャンネルの受信素子12aは、計測空間において媒体120を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がX軸方向である成分を受信することができる。奇数チャンネルでは、第1チャンネルと同様に、テラヘルツ電磁波の送受信が行われる。
第2チャンネルの電磁波送信部1の送信素子、集光鏡及び偏光子と、電磁波受信部2の偏光子、集光鏡及び受信素子は、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信する。具体的には、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送信素子から送信し、集光鏡で反射集光する際に偏光子で偏光方向を揃えて、送信側窓部41の第2チャンネルの凹部から、媒体120に照射する。媒体120を透過したテラヘルツ電磁波は、受信側窓部42の第2チャンネルの凹部から電磁波受信部2内へ進入する。このテラヘルツ電磁波の偏光方向を偏光子によってY軸方向に揃えた後、集光鏡で反射集光して、受信素子で受信する。こうして、第2チャンネルの受信素子は、計測空間において媒体120を透過したテラヘルツ電磁波のXY平面における偏光方向がY軸方向である成分を受信することができる。偶数チャンネルでは、第2チャンネルと同様に、テラヘルツ電磁波の送受信が行われる。
図6に示すように、計測空間でXY平面における偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するための奇数チャンネルの検出部と、計測空間でXY平面における偏光方向をY軸方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するための偶数チャンネルの検出部とが、Y軸方向に1列に配列されている。奇数チャンネルでは、XY平面における偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波の透過特性を検出して、偶数チャンネルでは、XY平面における偏光方向をY軸方向とするテラヘルツ電磁波の透過特性を検出することができる。チャンネル数及び各チャンネル間の間隔(ピッチ)は、対象とする媒体100の大きさ等によって設定されるが、例えば、15~30チャンネルが10mmピッチで配列される。
次に、電磁波検出装置を用いて、メタマテリアルで形成されている共振構造体の透過特性を調べる例を説明する。具体的には、共振構造体として機能するメタマテリアルが、開放部を有する分割リング共振器(SRR:Split Ring Resonator。以下「SRR」と記載する)が導電性材料から成る薄膜に等間隔で多数形成された導電性層を含む場合について説明する。SRRは、リングの一部を切り欠いて開放部とした略C字形状を有する。SRRは、照射するテラヘルツ電磁波の周波数及び偏光方向によって、異なる透過率を示す。
電磁波検出装置は、SRRで構成された共振構造体に対して、SRRにより共振が発生する周波数(共振周波数)を有する、特定方向に偏光したテラヘルツ電磁波を、照射する。そして、電磁波検出装置は、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波から透過率を検出する。
ここで、共振周波数の次数について説明する。図7は、SRRが配置された領域にテラヘルツ電磁波を照射して得られる透過率の周波数特性の例を示す図である。テラヘルツ電磁波を照射する照射範囲よりも十分広い範囲に、開放部を有する多数のSRRが等間隔で配置されている場合に、図7に示す周波数特性が得られる。
照射するテラヘルツ電磁波の偏光方向と、照射領域に形成されたSRRの開放部の方向とが同一である場合、すなわち平行である場合に、図7に実線で示す周波数特性が得られる。一方、照射するテラヘルツ電磁波の偏光方向と、照射領域に形成されたSRRの開放部の方向とが垂直である場合に、図7に破線で示す周波数特性が得られる。具体的には、例えばSRRの開放部の方向がX軸方向である場合に、テラヘルツ電磁波の偏光方向が、X軸方向であれば実線で示す周波数特性が得られ、Y軸方向であれば破線で示す周波数特性が得られる。なお、SRR開放部の方向とはSRRの中心から見て開放部のある方向を言う。
SRRの開放部の方向と、テラヘルツ電磁波の偏光方向とが同一方向である場合、図7に実線で示すように、明確な2つのピークP1、P2が観察される。一方、SRRの開放部の方向と、テラヘルツ電磁波の偏光方向とが垂直である場合、図7に破線で示すように、明確な1つのピークV1が観察される。各ピークが得られる周波数は、小さい方から順にP1、V1、P2となっている。
照射するテラヘルツ電磁波の周波数(所定周波数)は、照射するテラヘルツ電磁波の偏光方向(所定方向)に対してSRRの開放部の方向を変化させたときに、透過率が大きく変化する周波数であることが望ましい。各ピークP1、V1、P2におけるX偏光に対する透過率(実線)とY偏光に対する透過率(破線)との比に着目すると、比が大きいピークはP1、V1である。所定の偏光方向のテラヘルツ電磁波をSRRに照射した際の透過率の違いを比較するにはピークP1とピークV1を採用することが好ましい。よって、本実施形態では、ピークP1の周波数を1次の共振周波数とし、ピークV1の周波数を後述する2次の共振周波数として説明する。なお、1次の共振周波数はピークP1の周波数と周辺を含む周波数帯とし、2次の共振周波数はピークV1の周波数と周辺を含む周波数帯としてもよい。
図8は、テラヘルツ電磁波の透過特性を調べる例を説明するための図である。電磁波送信部1及び電磁波受信部2を利用して、図8に示す共振構造体130のテラヘルツ電磁波の透過特性を調べる。共振構造体130は、縦横約20mmの正方形のシート形状を有し、X軸方向に等間隔で4分割した領域から形成されている。
図8に示す黒色領域及び白色領域は、それぞれがメタマテリアルで形成されている共振構造体である。図8の部分拡大図71a、71bに示したように、各領域にはSRR81、82が並んでいる。黒色領域のSRR81と、白色領域のSRR82は、開放部の方向が異なっている。このため、黒色領域と白色領域は、テラヘルツ電磁波の偏光方向によって異なる透過率を示す。
図8は、1次の共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する場合を示している。白色領域のSRR82は、Y軸方向と平行な方向に開放部を有する。偏光方向をY軸方向とするテラヘルツ電磁波を照射した際には、白色領域の透過率は高い値を示す。一方、偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波を照射した際には、白色領域の透過率は略0(ゼロ)になる。黒色領域のSRR81は、X軸方向と平行な方向に開放部を有する。このため、偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波を照射した際には、黒色領域の透過率は高い値を示す。一方、偏光方向をY軸方向とするテラヘルツ電磁波を照射した際には、黒色領域の透過率は略0(ゼロ)になる。
共振構造体130を設けた媒体が、図5に示すように、搬送部50によって矢印200で示す搬送方向に搬送される。このとき、図8に示すように、共振構造体130は、nチャンネルの位置Pn、及び(n+1)チャンネルの位置Pn+1の位置を通過する(nは偶数)。nチャンネルは、計測空間でXY平面における偏光方向をY軸方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルである。nチャンネルでは、図8に矢印301で示すように共振構造体130を走査して、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の透過率が得られる。一方、(n+1)チャンネルは、計測空間でXY平面における偏光方向をX軸方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルである。(n+1)チャンネルでは、矢印302で示すように共振構造体130を走査して、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の透過率が得られる。
この結果、nチャンネルでは、図8上側に示すように、黒色領域で透過率が略0(ゼロ)を示し、白色領域では透過率が所定の数値T11(T11>0)を示す透過率波形61aが得られる。一方、(n+1)チャンネルでは、図8下側に示すように、黒色領域で透過率が所定の数値T12(T12>0)を示し、白色領域では透過率が略0(ゼロ)を示す透過率波形61bが得られる。このように、黒色領域を走査した際に、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルと、XY平面でY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルとで異なる透過率が得られる。同様に、白色領域を走査した際に、XY平面でX軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルと、XY平面でY軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルとで異なる透過率が得られる。
例えば、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波のみを送受信する従来装置で、同様に共振構造体130の測定を行った場合は、nチャンネルと(n+1)チャンネルの両方で同一の透過率波形61bが得られる。このため、透過率の異なる2種類の領域があることは検出できるが、各領域が、偏光方向によって異なる透過率を示すことは検出できない。本実施形態に係る電磁波検出装置では、1回の測定で、図8に示す2種類の透過率波形61a、61bを得て、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を照射した際に透過率が異なる黒色領域と白色領域の2種類の領域が存在することに加えて、テラヘルツ電磁波の偏光方向を90度変更することにより各領域の透過率の大小が逆転する特徴的な透過特性を有することを検出できる。
図9は、テラヘルツ電磁波の透過特性を調べる別の例を説明するための図である。図9は、2次の共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する点のみが図8と異なっている。白色領域に2次共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する場合、テラヘルツ電磁波の偏光方向がY軸方向であれば透過率が略0(ゼロ)になり、偏光方向がX軸方向であれば透過率は高い値を示す。一方、黒色領域に2次共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する場合、テラヘルツ電磁波の偏光方向がY軸方向であれば透過率は高い値を示し、偏光方向がX軸方向であれば透過率は略0(ゼロ)になる。
この結果、nチャンネルでは、図9上側に示すように、白色領域で透過率が略0(ゼロ)を示し、黒色領域では透過率が所定の数値T21(T21>0)を示す透過率波形62aが得られる。一方、(n+1)チャンネルでは、図9下側に示すように、黒色領域で透過率が所定の数値T22(T22>0)を示し、白色領域では透過率が略0(ゼロ)を示す透過率波形62bが得られる。
このように、2次共振周波数のテラヘルツ電磁波を利用する場合も、1回の測定で、図9に示す2種類の透過率波形62a、62bを得て、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を照射した際に透過率が異なる黒色領域と白色領域の2種類の領域が存在することに加えて、テラヘルツ電磁波の偏光方向を90度変更することにより各領域の透過率の大小が逆転する特徴的な透過特性を有することを検出できる。
図10は、テラヘルツ電磁波の透過特性を調べるさらに別の例を説明するための図である。図10は、白色領域の構造のみが図9と異なっている。図10の部分拡大図71bに示したように、白色領域は、導電性材料から成る薄膜に、開放部を有さない閉リング共振器(CRR:Closed Ring Resonator。以下「CRR」と記載する)を等間隔で多数形成した構造を有する。CRR91は、SRRから開放部を除いた、開放部の無いリング形状を有する。CRR91は、SRRと同様に、照射するテラヘルツ電磁波の周波数によって異なる透過率を示す。具体的には、CRR91は、リング部分が同形状を有するSRR82の2次共振周波数で、共振して高い透過率を示す。ただし、CRR91の場合、テラヘルツ電磁波の偏光方向がX軸方向であってもY軸方向であっても、2次共振周波数で透過率が高い値を示す。
黒色領域に2次共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する場合、図9と同様に、テラヘルツ電磁波の偏光方向がY軸方向であれば透過率は高い値を示し、偏光方向がX軸方向であれば透過率は略0(ゼロ)になる。一方、CRR91を含む白色領域に2次共振周波数のテラヘルツ電磁波を照射する場合、テラヘルツ電磁波の偏光方向がX軸方向であっても、Y軸方向であっても高い値を示す。
黒色領域のSRR81と、白色領域のCRR91は、開放部の有無のみが異なり、リング部分は同一形状を有する。このため、白色領域と黒色領域で透過率の値が略同じ値を示す。この結果、nチャンネルでは、図10上側に示すように、白色領域及び黒色領域の両方で略一定の数値T31(T31>0)を示す透過率波形63aが得られる。一方、(n+1)チャンネルでは、図10下側に示すように、白色領域では、図10上側と同様に透過率の数値がT31となり、黒色領域では透過率が略0(ゼロ)を示す透過率波形63bが得られる。
このように、CRR91を含む領域を利用する場合も、1回の測定で、図10に示す2種類の透過率波形63a、63bを得て、所定の偏光方向を有するテラヘルツ電磁波を照射した際に透過率が異なる黒色領域と白色領域の2種類の領域が存在することに加えて、テラヘルツ電磁波の偏光方向を90度変更することにより各領域の透過率波形が変化する特徴的な透過特性を有することを検出できる。
メタマテリアルによって形成した共振構造体は、例えば、銀行券、小切手、商品券等の媒体の偽造を防止する偽造防止構造体として利用される。媒体の表面又は内部に、偽造防止構造体として共振構造体を設けることにより、媒体の偽造を防止することができる。媒体に設けられた偽造防止構造体を検出することにより媒体の種類判別及び真贋判別を行うことができる。
電磁波検出装置は、図1に示したように、電磁波送信部(電磁波センサ)1及び電磁波受信部(電磁波センサ)2を含む。この電磁波検出装置を含むように真贋判別装置(媒体処理装置)を構成する。真贋判別装置は、電磁波検出装置を利用してテラヘルツ電磁波を媒体に照射し、得られた特性に基づいて媒体を判別することができる。
図11は、真贋判別装置101の機能構成概略を示すブロック図である。真贋判別装置101は、図1に示した電磁波検出装置の構成に加えて、記憶部70を有する。記憶部70は、半導体メモリ等から成る不揮発性の記憶装置である。記憶部70には、偽造防止構造体に所定のテラヘルツ電磁波を照射して得られる透過率の値、透過率の波形、該波形の特徴等のデータが、予め基準データとして準備されている。
制御部60は、搬送部50による媒体の搬送、電磁波送信部1及び電磁波受信部2によるテラヘルツ電磁波の送受信等を制御する。また、制御部60は、偽造防止構造体を透過したテラヘルツ電磁波の透過率の値、透過率の波形等を取得する。制御部60は、透過率の値、透過率の波形、該波形の特徴等のうち少なくともいずれか1つを、記憶部70に予め準備されている基準データと比較して媒体の真贋を判別する。制御部60は、真贋の判別結果を図示しない外部装置に出力する。例えば、表示装置に出力して真贋の判別結果を表示して報知する。
真贋判別装置101は、偽造防止構造体を有する媒体の真贋判別に利用する他、例えば、媒体上に製作した偽造防止構造体の検査に利用することもできる。真贋判別装置101は、真贋の判別結果を出力する他、偽造防止構造体を透過したテラヘルツ電磁波の強度又は透過率を出力することもできる。これを利用して、真贋判別装置101で偽造防止構造体を検査する。具体的には、予め、正しく製作された偽造防止構造体を用いて、検査時に検出されるテラヘルツ電磁波の強度又は透過率を、基準データとして記憶部70に記憶しておく。そして、偽造防止構造体の製作工程で、電磁波送信部1から電磁波を送信して、検査対象の偽造防止構造体に照射し、偽造防止構造体を透過したテラヘルツ電磁波を電磁波受信部2で受信する。こうして検査対象の偽造防止構造体から検出したテラヘルツ電磁波の強度又は透過率を、基準データと比較して、基準データに適合するか否かの判定、すなわち製作された偽造防止構造体の合否判定を行う。このように、真贋判別装置101が偽造防止構造体から検出したデータと基準データとの比較が、真贋判別として行われる態様の他、合否判定として行われる態様であってもよい。
図11に示す真贋判別装置(媒体処理装置)101が行う処理について、さらに詳細に説明する。記憶部70には、制御部60が媒体を判別するために必要なソフトウェアプログラムやデータが予め保存されている。所定のテラヘルツ電磁波を真の媒体に照射した際に得られる透過率波形を示すデータや、透過率波形の特徴を示すデータが、基準データとして予め記憶部70に保存されている。具体的には、例えば、透過率波形、透過率波形を形成する透過率の値、透過率波形に表れる特徴のうち少なくともいずれか1つが、媒体の判別に利用される。判別に利用される特徴が基準データとして予め記憶部70に保存される。制御部60は、基準データを利用して媒体を判別する判別部として機能する。
制御部60は、搬送部50を制御して、図5に示したように、判別する媒体100を搬送する。制御部60は、電磁波送信部1を制御して、搬送部50が搬送する媒体100にテラヘルツ電磁波を照射する。制御部60は、電磁波受信部2を制御して、媒体100を透過したテラヘルツ電磁波を受信する。媒体100が真の媒体であれば、共振構造体(偽造防止構造体)110を透過したテラヘルツ電磁波の透過率波形が、図8~10を参照しながら説明したように、共振構造体110の構造に応じた波形となる。制御部60は、得られた透過率波形と記憶部70に保存されている基準データとを比較する。
基準データは、真の媒体に設けられた共振構造体にテラヘルツ電磁波を照射して得られる透過率波形の特徴を示すデータである。制御部60は、判別する媒体から得られた透過率波形の特徴が、基準データとして準備されている特徴と一致した場合に、共振構造体は真の媒体に設けられたものである、すなわち判別対象の媒体は真の媒体であると判定する。
例えば、図10を参照しながら説明したように、搬送部50が搬送する媒体に電磁波送信部1からテラヘルツ電磁波を照射する。この結果、図10に示したように、電磁波受信部2のnチャンネルで透過率波形63aが得られ、(n+1)チャンネルで透過率波形63bが得られる。
記憶部70には、真の媒体の共振構造体を対象として得られるnチャンネルの基準データと、(n+1)チャンネルの基準データとが保存されている。制御部60は、nチャンネルの透過率波形63aの特徴を、nチャンネルの基準データと比較する。制御部60は、(n+1)チャンネルの透過率波形63bの特徴を(n+1)チャンネルの基準データと比較する。
nチャンネル及び(n+1)チャンネルの両方で、共振構造体130から得られた透過率波形63a、63bの特徴が基準データと一致した場合に、制御部60は、共振構造体130は真の共振構造体である、すなわち判別対象の媒体は真の媒体であると判定する。
このように、真贋判別装置101は、偏光方向が異なる2種類のテラヘルツ電磁波を媒体に照射して、媒体に設けられた共振構造体によって得られた2種類の透過率波形に基づいて媒体の真贋を判別することができる。
媒体の真贋を判別することができれば、判別に利用する透過率波形の特徴は特に限定されない。例えば、共振構造体130を走査して得られる透過率波形の波形全体を利用して判別を行う態様であってもよい。また、透過率波形を形成する一部の透過率の値を利用して判別を行う態様であってもよいし、透過率波形に表れる傾きや傾きの変化等の値を利用して判別を行う態様であってもよい。
透過率波形63a及び透過率波形63bを別々に判別に利用する態様に限定されず、透過率波形63a及び透過率波形63bから透過率の比の値を求め、この比の値に基づいて判別を行う態様であってもよい。
図10に示した共振構造体130を例に具体的に説明する。以下、図10に示した透過率波形63aを形成する各透過率の値を、対応する透過率波形63bの値で割った比の値に基づいて判別を行うものとする。
図12は、媒体の判別に利用する透過率の比を説明するための図である。図12上側に示す真の共振構造体131を対象に、図10に示したようにnチャンネル及び(n+1)チャンネルの透過率を得る。得られた透過率から透過率の比の値を求めると、図12下側に示すように、白色領域を走査した位置では比の値が1を示し、黒色領域を走査した位置では比の値が1より大きい値を示す。記憶部70の基準データは、図12に示す白色領域に対応するデータ、すなわち透過率の比の値が1を示す走査位置を特定するデータを含んでいる。同様に、基準データは、黒色領域に対応するデータ、すなわち透過率の比の値が1を超える走査位置を特定するデータを含んでいる。さらに、基準データは、透過率の比の値を1とみなす数値範囲を特定するデータを含んでいる。
制御部60は、判別する媒体の共振構造体130から図10に示したようにnチャンネル及び(n+1)チャンネルの透過率波形を得る。制御部60は、得られた2種類の透過率波形63a、63bから透過率の比の値を求める。制御部60は、基準データを参照し、求めた透過率の比の値が、1とみなす数値範囲に含まれるか否かを判定する。制御部60は、判定結果に基づいて、共振構造体130を走査して得られた透過率の比の値が1を示す走査位置と、1を超える走査位置とを特定する。
続いて制御部60は、透過率の比の値が1を示した走査位置及び1を超えた走査位置を、基準データに含まれる走査位置と比較する。透過率の比の値が1を示した走査位置及び1を超えた走査位置の両方が、基準データと一致した場合に、制御部60は、透過率波形63a、63bが得られた共振構造体130は真の共振構造体である、すなわち判別対象の媒体は真の媒体であると判定する。
このように、真贋判別装置101は、偏光方向が異なる2種類のテラヘルツ電磁波を媒体に照射して、媒体に設けられた共振構造体によって得られた2種類の透過率波形から透過率の比の値を求める。そして、得られた比の値と基準データとの比較結果に基づいて媒体の真贋を判別することができる。
媒体の真贋を判別することができれば、判別に利用する透過率の比の値の数は特に限定されない。例えば、所定のサンプリング間隔で測定を行い、共振構造体130を走査する間に得られた全ての透過率から比の値を求めて、基準データと比較する態様であってもよい。また、例えば、共振構造体130を形成する白色領域及び黒色領域の4つの各領域からそれぞれ1点又は数点を選択し、選択した点における透過率から比の値を求めて基準データと比較する態様であってもよい。
媒体の真贋判別に利用する特徴は、透過率の比の値に限定されない。例えば、真贋判別に利用する特徴が透過率の差の値であってもよい。具体的には、真贋判別装置101が、透過率波形63a及び透過率波形63bから透過率の差の値を求め、得られた値を、透過率の差の値について予め準備された基準データと比較する態様であってもよい。透過率の差の値を利用する場合も、比の値を利用する場合と同様に、上述した各処理を実現することができる。
種類の異なる媒体に、構造の異なる共振構造体が設けられている場合、真贋判別装置(媒体処理装置)101は、媒体の種類を判別することもできる。具体的には、例えば、種類A、Bの2種類の媒体があって、種類Aの媒体に図9に示す共振構造体130が設けられ、種類Bの媒体に図10に示す共振構造体130が設けられているとする。この場合、真贋判別装置101は、判別する媒体から図9に示す透過率波形62a、62bが得られたことに基づいて、この媒体が真の媒体であり、かつ、種類Aの媒体であると判別することができる。同様に、真贋判別装置101は、判別する媒体から図10に示す透過率波形63a、63bが得られたことに基づいて、この媒体が真の媒体であり、かつ、種類Bの媒体であると判別することができる。
例えば、真贋判別装置101は、上述したように表示装置と接続して利用される。表示装置は、真贋判別装置101を利用して得られた判別結果を画面上に表示する。真贋判別装置101の利用者は、表示装置の画面に表示された判別結果を確認して、判別結果に基づいて媒体を処理することができる。
また、例えば、真贋判別装置101は、上述したように媒体上に設けた共振構造体を検査する媒体検査装置として利用される。この場合、正常な媒体の特徴を示すデータが基準データとして記憶部70に保存される。制御部60は、検査対象の媒体から得られた特徴と基準データとを比較することにより、媒体の検査結果(合否)を判定する判定部として機能する。媒体に共振構造体を設けた後、制御部60が、上述したように2種類のテラヘルツ電磁波を媒体に照射する。制御部60は、得られた透過率波形等の特徴を基準データと比較することにより、媒体上に設けた共振構造体が所定の特徴を示すか否かを検査する。
また、例えば、真贋判別装置101は、媒体処理装置に内蔵して利用される。媒体処理装置は、真贋判別装置101を利用して得られた判別結果に基づいて、媒体の計数、収納、分類等の処理を実行する。このとき、真贋判別装置101の判別結果に基づいて媒体の真贋判別のみが行われる態様であってもよいし、媒体の種類判別及び真贋判別の両方が行われる態様であってもよい。
具体的には、例えば、真贋判別装置101は、紙幣処理装置に内蔵して利用される。紙幣処理装置は、例えば、複数枚の紙幣を1枚ずつ連続して装置内に取り込み、各紙幣の種類判別及び真贋判別を行って、複数の収納部に紙幣を種類別に分けて収納する。紙幣処理装置は、真贋判別装置101を利用して、上述したように紙幣の種類(金種)及び真贋を判別する。紙幣処理装置は、判別結果に基づいて、紙幣の枚数や金額を計数し、紙幣を種類別に分類して収納部に収納する。
従来の紙幣処理装置は、ラインセンサ、厚みセンサ、磁気センサ等の各種センサによって紙幣の光学特徴、厚み、磁気特徴等を調べて、紙幣の種類及び真偽を判別している。真贋判別装置101を内蔵する紙幣処理装置は、従来のセンサによる判別結果と、真贋判別装置101による判別結果との両方に基づいて紙幣を判別する態様であってもよい。例えば、紙幣処理装置が、従来のセンサを利用して紙幣の種類を判別した後、真贋判別装置101を利用して、この紙幣の真贋を判別する態様であってもよい。また、例えば、紙幣処理装置が、従来センサによる種類判別及び真贋判別の結果と、真贋判別装置101による種類判別及び真贋判別の結果とを得た後、得られた判別結果を総合的に判断して紙幣の種類及び真贋を判別する態様であってもよい。このとき、真贋判別装置101では真贋判別のみを行い、従来センサによる種類判別結果及び真贋判別結果と、真贋判別装置101による真贋判別結果とに基づいて総合判断する態様であってもよい。
本実施形態では、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信する検出部と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信する検出部とを、交互に1列に配置する例を示した。電磁波検出装置の構成がこれに限定されるものではない。図13は、電磁波検出装置の異なる構成例を説明するための図である。図13(a)に示すように、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の検出部111をY軸方向に1列に配置すると共に、この列から矢印200で示す媒体100の搬送方向に離れた位置に、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の検出部211をY軸方向に1列に配置してもよい。このとき、検出部111、211を別体とする構成に限定されず、図13(b)に示すように、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の検出部と、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波の検出部とを一体化した検出部311としてもよい。また、図13(c)に示すように、検出部411が、1列目の検出部と2列目の検出部とを、搬送方向と垂直なY軸方向(Y軸方向)にずらして配置した構成であってもよい。これらの構成であっても、上述したように、1列目の検出部により、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を共振構造体130に照射した透過率波形を得ることができる。そして、2列目の検出部により、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を共振構造体130に照射した透過率波形を得ることができる。
本実施形態では、テラヘルツ電磁波の透過率を測定する電磁波検出装置の例を示したが電磁波検出装置が、テラヘルツ電磁波の反射率を測定する態様であってもよい。図14は、テラヘルツ電磁波の反射特性を検出する電磁波検出装置の構成例を示す断面模式図である。テラヘルツ電磁波の透過率と反射率は、一方が増加すると他方が減少する関係にある。図2において、搬送路を挟んで対向配置した電磁波送信部1の構成部と、電磁波受信部2の構成部の両方を、図14に示すように搬送路の一方側に配置する。具体的には、搬送路上方に配置した電磁波送受信部511のケース1a内に、送信素子部11及び送信側集光部21と、受信側集光部22及び受信素子部12と、偏光部531とを配置する。偏光部531は、上述した送信側偏光部31と受信側偏光部32の機能を兼ねる構成部である。図14に示す構成とすることで、上述したように、送信素子部11から所定のテラヘルツ電磁波を送信して、媒体100で反射されたテラヘルツ電磁波を、対応する受信素子部12で受信することができる。そして、テラヘルツ電磁波の反射率を測定することにより、テラヘルツ電磁波の透過率に基づく共振構造体(偽造防止構造体)の特徴を得て真贋判別を行うことができる。このとき、図14に示すように、搬送路を挟んで電磁波送受信部511と対向する位置に、電磁波反射部512を配置してもよい。電磁波反射部512は、図2に示す電磁波受信部2から、受信側偏光部32、受信側集光部22及び受信素子部12を取り除いた構造を有する。図14に矢印202で示すように、電磁波送受信部511から送信されて媒体100を透過したテラヘルツ電磁波、及び媒体100がない状態で送信されたテラヘルツ電磁波は、電磁波反射部512の窓部42で反射された場合でも、受信側集光部22の外側を通過し、受信素子部12に到達しないようになっている。
具体的には、例えば図8~図10に示した共振構造体130の例では、図14に示す電磁波検出装置を内蔵する真贋判別装置が、偏光方向が異なる2種類のテラヘルツ電磁波を、媒体に設けられた共振構造体130に照射する。真贋判別装置は、共振構造体130を構成する白色領域及び黒色領域から、2種類のテラヘルツ電磁波の反射率を測定する。真贋判別装置は、測定した反射率から透過率を求めて、上述したように、真贋判別、種類判別、媒体処理、共振構造体の検査を行う。この他、例えば、真の共振構造体130から得られる反射率に対応する基準データを予め準備しておいて、真贋判別装置が、得られた反射率と基準データとに基づいて各処理を進める態様であってもよい。反射率の値についても、透過率の場合と同様に、反射率の比の値を利用する態様であってもよいし、反射率の差を利用する態様であってもよい。
本実施形態では、偏光方向がX軸方向とY軸方向の2種類のテラヘルツ電磁波を利用する例を説明したが、偏光方向が異なる3種類以上のテラヘルツ電磁波を利用する態様であってもよい。
上述してきたように、電磁波送信部及び電磁波受信部は、計測空間内において、X軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルと、Y軸方向を偏光方向とするテラヘルツ電磁波を送受信するチャンネルとを交互にアレイ状に配列した構造を有する。これにより、1回の測定で、偏光方向の異なる2種類のテラヘルツ電磁波を照射した際の透過特性を検出することができる。
また、電磁波送信部から出射したテラヘルツ電磁波を斜め方向から媒体に照射して、媒体を透過したテラヘルツ電磁波を電磁波受信部によって検出する際に、媒体で反射されたテラヘルツ電磁波が進行しても、電磁波受信部で受信されない構造となっている。これにより、テラヘルツ電磁波の透過特性を高精度に測定することができる。
以上のように、本発明に係る電磁波センサ、電磁波検出装置、媒体処理装置及び媒体検査装置は、偏光方向が異なるテラヘルツ電磁波に対する対象物の特性を容易に検出するために有用である。
1 電磁波送信部
2 電磁波受信部
11 送信素子部
12 受信素子部
21 送信側集光部
22 受信側集光部
31 送信側偏光部
32 受信側偏光部
41 送信側窓部
42 受信側窓部
50 搬送部
60 制御部
70 記憶部
101 真贋判別装置
511 電磁波送受信部
512 電磁波反射部
531 偏光部
2 電磁波受信部
11 送信素子部
12 受信素子部
21 送信側集光部
22 受信側集光部
31 送信側偏光部
32 受信側偏光部
41 送信側窓部
42 受信側窓部
50 搬送部
60 制御部
70 記憶部
101 真贋判別装置
511 電磁波送受信部
512 電磁波反射部
531 偏光部
Claims (15)
- テラヘルツ電磁波を媒体に照射して特性を検出する電磁波検出装置であって、
搬送路に沿って媒体を搬送する搬送部と、
第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、
前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部と
を備えることを特徴とする電磁波検出装置。 - 前記第1検出部と、前記第2検出部が、前記搬送路の幅方向において異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部と、前記第2検出部が、前記媒体の搬送方向において異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部と前記第2検出部とをそれぞれ複数備えることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部と前記第2検出部が、前記搬送路の幅方向に交互に配列されていることを特徴とする請求項4に記載の電磁波検出装置。
- 媒体の特性を検出するために前記媒体を対象にテラヘルツ電磁波を送受信する電磁波センサであって、
第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送信する第1送信素子部と、
前記第1送信素子部が送信した前記第1テラヘルツ電磁波を受信する第1受信素子部と、
前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送信する第2送信素子部と、
前記第2送信素子部が送信した前記第2テラヘルツ電磁波を受信する第2受信素子部と
を備えることを特徴とする電磁波センサ。 - 前記第1送信素子部及び前記第1受信素子部と、前記第2送信素子部及び前記第2受信素子部が、交互に配列されていることを特徴とする請求項6に記載の電磁波センサ。
- 前記第2偏光方向は前記第1偏光方向と直交する方向であることを特徴とする請求項6又は7に記載の電磁波センサ。
- 前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を、前記媒体の媒体面に対して斜め方向に送受信することを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の電磁波センサ。
- 前記第1送信素子部及び前記第2送信素子部が配列された送信側ケースと、前記第1受信素子部及び前記第2受信素子部が配列された受信側ケースとが対向配置され、
前記送信側ケースには、前記受信側ケースと対向する面側に凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項6~9のいずれか1項に記載の電磁波センサ。 - 前記媒体は、前記送信側ケースと前記受信側ケースとの間を搬送されることを特徴とする請求項10に記載の電磁波センサ。
- 前記第1送信素子部及び前記第2送信素子部と、前記第1受信素子部及び前記第2受信素子部とが、ケース内に配置され、
前記ケースには、前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を送受信する面側に凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項6~9のいずれか1項に記載の電磁波センサ。 - 前記媒体は、前記凹部と対向する位置を通過するように搬送されることを特徴とする請求項12に記載の電磁波センサ。
- テラヘルツ電磁波を媒体に照射して該媒体を判別する媒体処理装置であって、
搬送路に沿って媒体を搬送する搬送部と、
第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、
前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部と、
前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を真の媒体に照射して得られる前記媒体の特徴が基準データとして保存された記憶部と、
前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を媒体に照射して得られた特徴と前記基準データとの比較結果に基づいて前記媒体の真贋を判別する判別部と
を備えることを特徴とする媒体処理装置。 - テラヘルツ電磁波を媒体に照射して該媒体を検査する媒体検査装置であって、
第1偏光方向の第1テラヘルツ電磁波を送受信する第1検出部と、
前記第1偏光方向と異なる第2偏光方向の第2テラヘルツ電磁波を送受信する第2検出部と、
前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を正常な媒体に照射して得られる前記媒体の特徴が基準データとして保存された記憶部と、
前記第1テラヘルツ電磁波及び前記第2テラヘルツ電磁波を媒体に照射して得られた特徴と前記基準データとの比較結果に基づいて前記媒体の合否を判定する判定部と
を備えることを特徴とする媒体検査装置。
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