KR101859647B1 - 테라헤르츠용 포장지, 감지 센서 및 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치 - Google Patents

테라헤르츠용 포장지, 감지 센서 및 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층 및 상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함한다.

Description

테라헤르츠용 포장지, 감지 센서 및 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치{PACKING SHEET, DETECTION SENSOR FOR TERAHERTZ WAVE AND DETECTION APPARATUS USING TERAHERTZ WAVE}
본 발명은 테라헤르츠파를 이용한 비파괴적인 방법이면서 감도 향상을 위한 구조체를 이용함으로써, 포장 용기의 내부에 변화를 검출할 수 있는 테라헤르츠용 포장지, 감지 센서 및 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치에 관한 것이다.
제품이 생산자에서 소비자에게 도달하는 유통기간동안 부패나 변성, 손상을 방지할 목적으로 제품의 특성에 따라 여러 가지 포장기술이 활용되고 있다. 하지만, 유통 및 보관상의 부주의로 인해 제품내부의 내용물이 부패하거나 변성하는 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 따라서 유통과정 중에 상시적으로 제품내의 보존 상태를 모니터링할 수 있는 검출방법이 절실하며 비파괴적인 방법으로 포장 내부의 상태를 검사하는 방법은 잘 알려져 있지 않다. 적외선 카메라를 이용하여 제품의 표면온도를 측정하여 내부의 상태를 간접적으로 검사하거나, 밀리미터파를 이용하여 검사하는 방법이 보고되어 있지만, 기존 비파괴적인 방법으로는 감도가 매우 낮아 물체나 물질에 포함된 미량의 이물질이나 미량의 물리/화학/생물학적 상태 변화를 측정할 수 없는 한계가 있다. 예를 들면, 포장되어 유통중인 식품의 식중독 균 검출은 현장에서 바로 미량의 세균 변화를 측정할 수 없기 때문에, 적외선 온도 측정을 통해 미생물 증식 모델링을 통한 간접적 지표를 통해 검출하고 있다. 이에 따라 위해 세균의 종과 양 뿐만 아니라 정확성에 한계가 있으며 이러한 간접지표 검출방법은 감도가 낮아 미생물 증식이 이미 진행된 상태에서 검출된다. 따라서 선제적 대응이 어려운 한계가 있다.
테라헤르츠파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 검출 감도를 향상시킬 수 있는 구조체를 이용하여 포장 용기 내부의 물리/화학/생물학적 변화를 측정하는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층 및 상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함한다.
테라헤르츠파용 포장지는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 포장지는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층 및 특정 물질만을 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파 투과층 및 전계 강화 구조체의 양측면에 형성되고, 테라헤르츠파를 차단하는 테라헤르츠파 차단층을 더 포함할 수 있다.
전계 강화 구조체는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서는 테라헤르츠파용 감지 센서는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층 및 기판층에 위에 형성되고, 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함한다.
테라헤르츠파용 감지 센서는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 감지 센서는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층 및 특정 물질만을 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
전계 강화 구조체는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함하는 테라헤르츠파용 포장지와, 포장지로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원 및 포장지로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함한다.
테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 검출된 테라헤르츠파와 기준 테라헤르츠파를 비교하여, 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
판단부는 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와, 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수가 설정된 범위 이상으로 차이가 나는 경우, 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있다고 판단할 수 있다.
포장지는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
포장지는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층 및 특정 물질만을 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
포장지는 테라헤르츠파 투과층 및 전계 강화 구조체의 양측면에 형성되고, 테라헤르츠파를 차단하는 테라헤르츠파 차단층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층과, 기판층에 위에 형성되고, 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함하는 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서와, 감지 센서로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원 및 감지 센서로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함한다.
테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 검출된 테라헤르츠파와 기준 테라헤르츠파를 비교하여, 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있는지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 감지 센서는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 감지 센서는 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층 및, 특정 물질만을 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함할 수 있다.
개시된 발명에 따르면, 테라헤르츠파 대역의 전자기파를 이용함으로써, 비파괴적인 방법으로 현장에서 실시간으로 포장 용기 내부의 변화를 검출할 수 있다.
또한, 테라헤르츠파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 검출 감도를 향상시킬 수 있는 구조체를 이용함으로써, 포장 용기 내부의 변화를 더욱 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 감지 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 감지층에 특정 물질이 결합됨에 따라 변화되는 공진 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 포함하는 포장지의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 11는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 1을 참조하면, 테라헤르츠파를 이용한 검출장치(100)는 광원(110), 테라헤르츠파용 포장지(120), 검출기(130) 및 판단부(140)를 포함한다.
광원(110)은 포장지(120)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(110)은 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 테라헤르츠파란 적외선과 마이크로파의 사이 영역에 위치한 전자기파로서, 일반적으로 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라헤르츠파로 인정될 수 있음은 물론이다.
테라헤르츠파용 포장지(120)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시키는 전계 강화 구조체와, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층 및 특정 물질만을 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하겠다.
검출부(130)는 테라헤르츠용 포장지(120)로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(130)는 테라헤르츠용 포장지(120)로부터 반사, 투과, 회절 또는 산란되는 테라헤르츠파의 특성을 검출할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 검출부(130)는 테라헤르츠용 포장지(120)로부터 생성된 테라헤르츠파의 세기 또는 테라헤르츠파의 공진 주파수 등을 검출할 수 있다.
판단부(140)는 검출부(130)에서 검출된 테라헤르츠파와 기준 테라헤르츠파를 비교하여, 테라헤르츠파용 포장지(120)에 포함된 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있는지 여부를 판단할 수 있다. 주변의 변화는 물리/화학/생물학적 변화를 포함할 수 있다. 물리적 변화는 온도, 부피, 형태 등의 변화를 의미하고, 화학적 변화는 물질, 가스, 수분 등의 구성 성분에 대한 정량적인 변화를 의미하고, 생물학적 변화는 미생물, 바이러스, 곰팜이 등의 개체수 변화 등을 의미할 수 있다. 변화의 정도는 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수의 차이 정도에 따라 판단될 수 있다.
예를 들면, 판단부(140)는 검출부(130)에서 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와, 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수가 설정된 범위 이상으로 차이 나는 경우, 테라헤르츠파용 포장지(120)에 포함된 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있다고 판단할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 판단부(140)는 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와, 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수의 차이 값에 기초하여, 테라헤르츠파용 포장지(120)에 포함된 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있다고 판단할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 판단부(140)는 차이 값에 기초하여 전계 강화 구조체 주변의 물리/화학/생물학적 변화의 정도를 판단할 수도 있다.
또 다른 예를 들면, 판단부(140)는 특정 파장에서의 검출부(130)에서 검출된 테라헤르츠파의 세기와 기준 테라헤르츠파의 세기를 비교하여, 특정 파장에서의 검출부(130)에서 검출된 테라헤르츠파의 세기와 기준 테라헤르츠파의 세기가 설정된 범위 이상으로 차이 나는 경우, 테라헤르츠파용 포장지(120)에 포함된 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있다고 판단할 수 있다.
테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 테라헤르츠파 대역의 전자기파를 이용함으로써, 비파괴적인 방법으로 현장에서 실시간으로 포장 용기 내부의 변화를 검출할 수 있다.
또한, 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치는 테라헤르츠파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 검출 감도를 향상시킬 수 있는 구조체를 이용함으로써, 포장 용기 내부의 물리/화학/생물학적 변화를 더욱 정확하게 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기(200)는 테라헤르츠파용 포장지(201)로 둘러싸인 공간을 포함할 수 있다. 공간의 내부에는 음식물 등과 같은 물질이 삽입될 수 있다.
테라헤르츠파용 포장지(201)는 테라헤르츠파 투과층(202), 전계 강화 구조체(203), 선택적 감지층(204) 및 필터층(205)을 포함할 수 있다.
테라헤르츠파 투과층(202)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
전계 강화 구조체(203)는 테라헤르츠파 투과층(202)을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시킬 수 있다. 예를 들면, 전계 강화 구조체(203)는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 등과 같이 전계를 강화할 수 있는 다양한 구조일 수 있다. 개구부(opening)는 슬릿(slit) 또는 홀(hole) 형태일 수 있다.
선택적 감지층(204)은 특정 물질과만 결합하는 층일 수 있다. 예를 들면, 선택적 감지층(204)은 특정 물질과 결합하는 감지 물질을 지지체에 고정한 층일 수 있다. 여기서, 감지 물질은 검출하고자하는 특정 물질과만 결합하는 물질일 수 있다.
예를 들면, 특정 물질이 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질 등인 경우, 선택적 감지층(204)은 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질과만 결합하고, 다른 물질과는 결합을 하지 않을 수 있다. 여기서, 특정 물질은 검출하고 싶은 대상 물질을 의미한다.
또한, 선택적 감지층(204)은 포장내 온도와 부피등의 물리적 환경 변화를 감지하는 층일 수 있다. 예를 들면, 포장내 온도나 부피 등이 변화가 발생하게 되면 온도나 부피 변화에 대해 선택적으로 변화가 나타나고, 포장내 온도, 부피등의 물리적 변화가 나타나지 않을 시 선택적 감지층은 변화가 나타나지 않을 수 있다.
필터층(205)은 특정 물질만을 선택적 감지층(204)으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 필터층(205)은 포장 용기(200)의 가장 안쪽에 형성될 수 있으며, 포장 용기(200)의 내부 공간에 존재하는 다양한 종류의 물질들 중 특정 물질(예를 들면, 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질)만이 선택적 감지층(204)으로 통과시킬 수 있다.
만약, 포장 용기(200) 내부의 특정 가스 변화를 검출하고 싶은 경우, 선택적 감지층(204)은 그 특정 가스만 결합할 수 있는 층을 사용하고, 필터층(205)은 가스만 통과할 수 있는 층을 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(210)이 포장지(201)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(220)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 판단부(미도시)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('수분이 없는 경우의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 특정 가스가 흡착된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 특정 가스가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
판단부(미도시)는 검출부(220)에서 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('특정가스가 흡착되지 않은 경우의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 특정 가스가 흡착된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 특정 가스가 생성된 것으로 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
또 다른 예로, 포장 용기(200) 내부의 수분의 변화를 검출하고 싶은 경우, 선택적 감지층(204)은 수분과만 결합할 수 있는 층을 사용하고, 필터층(205)은 수분만을 통과할 수 있는 층을 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(210)이 포장지(201)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(220)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 판단부(미도시)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('수분이 없는 경우의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 수분 생성된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 수분이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
판단부(미도시)는 검출부(220)에서 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('수분이 없는 경우의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 수분 생성된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 수분이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
또 다른 예로, 포장 용기(200) 내부의 온도 변화를 검출하고 싶은 경우, 선택적 감지층(204)은 열에 민감한 열감응성 염료 (thermochromic dye)를 포함한 층을 사용하고, 필터층(205)은 공기만을 통과하고 열 전달율이 낮은 재질의 층을 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(210)이 포장지(201)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(220)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 판단부(미도시)는 테라헤르츠용 포장지(201)로부터 생성된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('기준 온도에서의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변의 온도변화가 있음을 판단할 수 있으며 사전 설정된 공진 주파수 차이에 따른 온도변화를 확인하여 포장용기 내부 온도를 파악할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 온도변화의 발생 유무를 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
판단부(미도시)는 검출부(220)에서 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('기준 온도에서의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 온도변화가 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(200)의 내부에 온도변화의 발생 유무를 판단할 수 있다. 설정된 범위는 사용자 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기(300)는 테라헤르츠파용 포장지(301)로 둘러싸인 공간을 포함할 수 있다. 공간의 내부에는 음식물 등과 같은 물질이 삽입될 수 있다.
테라헤르츠파용 포장지(301)는 테라헤르츠파 투과층(302), 전계 강화 구조체(303), 선택적 감지층(304), 필터층(305) 및 테라헤르츠파 차단층(306)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 테라헤르츠파용 포장지(301)는 테라헤르츠파가 투과될 수 있는 테라헤르츠파 투과층(302)과 테라헤르츠파가 차단되는 테라헤르츠파 차단층(306)을 포함할 수 있으며, 테라헤르츠파 투과층(302) 및 테라헤르츠파 차단층(306)의 모양, 영역의 크기는 다양하게 변형 가능하다. 이와 같이, 포장 용기(300)의 전체가 아닌 일부분에만 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 형성할 수 있다.
테라헤르츠파 투과층(302)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
전계 강화 구조체(303)는 테라헤르츠파 투과층(302)을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시킬 수 있다. 예를 들면, 전계 강화 구조체(303)는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 등과 같이 전계를 강화할 수 있는 다양한 구조일 수 있다.
선택적 감지층(304)은 특정 물질과만 결합하는 감지물질을 지지체에 고정한 층일 수 있다. 예를 들면, 특정 물질이 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질 등인 경우, 선택적 감지층(304)은 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질과만 결합하고, 다른 물질과는 결합을 하지 않을 수 있다.
필터층(305)은 특정 물질만을 선택적 감지층(304)으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 필터층(305)은 포장 용기(300)의 가장 안쪽에 형성될 수 있으며, 포장 용기(300)의 내부 공간에 존재하는 다양한 종류의 물질들 중 특정 물질(예를 들면, 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질)만이 선택적 감지층(304)으로 통과시킬 수 있다.
테라헤르츠파 차단층(306)은 테라헤르츠파 투과층(302), 전계 강화 구조체(303), 선택적 감지층(304) 및 필터층(305)의 양측면에 형성되며, 테라헤르츠파를 반사할 수 있다.
테라헤르츠파 차단층(306)은 원래는 포장외부에서 내부로 유입되는 자외선, 가시광, 적외선, 수분, 위해물질 등으로부터 제품을 보호하기 위해, 알루미늄막과 같은 금속 재질의 층을 고분자 포장재(polyethylene; PE, polypropylene; PP)에 코팅한 것으로 금속 성분이 함유되어, 테라헤르츠파를 반사시키는 성질을 가진다.
비파괴 방법으로 포장지의 내부를 용이하게 검출할 수 있도록, 전체 포장지 중 특정 부분에만 테라헤르츠파 투과층(302), 전계 강화 구조체(303), 선택적 감지층(304) 및 필터층(305)로 구성된 감지창(sensing window)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기(400)는 음료수를 담는 용기일 수 있다. 포장 용기(400)의 측면 중 일부 또는 뚜껑 부분은 테라헤르츠파용 포장지(401)로 형성될 수 있다. 이와 같이, 포장 용기(400)의 전체가 아닌 일부분에만 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 형성할 수 있다.
테라헤르츠파용 포장지(401)는 테라헤르츠파 투과층(402), 전계 강화 구조체(403), 선택적 감지층(404) 및 필터층(405)을 포함할 수 있다.
테라헤르츠파 투과층(402)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
전계 강화 구조체(403)는 테라헤르츠파 투과층(402)을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시킬 수 있다. 예를 들면, 전계 강화 구조체(403)는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 등과 같이 전계를 강화할 수 있는 다양한 구조일 수 있다.
선택적 감지층(404)은 특정 물질과만 결합하는 감지물질을 지지체에 고정한 층일 수 있다. 예를 들면, 특정 물질이 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질 등인 경우, 선택적 감지층(404)은 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질과만 결합하고, 다른 물질과는 결합을 하지 않을 수 있다.
필터층(405)은 특정 물질만을 선택적 감지층(304)으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 필터층(405)은 포장 용기(400)의 가장 안쪽에 형성될 수 있으며, 포장 용기(400)의 내부 공간에 존재하는 다양한 종류의 물질들 중 특정 물질(예를 들면, 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질)만이 선택적 감지층(304)으로 통과시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 포장지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 테라헤르츠파용 포장지(500)는 기준 테라헤르츠파 특성을 획득할 수 있는 제 1 영역(510)과 변화된 테라헤르츠파 특성을 획득할 수 있는 제 2 영역(520)을 포함할 수 있다.
제 1 영역(510)은 테라헤르츠파 투과층(511), 전계 강화 구조체(512), 감지물질을 포함하지 않는 선택적 감지층(513) 및 필터층(514)을 포함할 수 있다.
제 2 영역(520)는 테라헤르츠파 투과층(521), 전계 강화 구조체(522), 감지 물질을 포함하는 선택적 감지층(523) 및 필터층(524)을 포함할 수 있다.
각 영역에 포함된 층들의 기능은 이미 상술하였으므로 생략한다.
광원(미도시)이 제 1 영역(510)으로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(미도시)는 제 1 영역(510)에서 검출된 테라헤르츠파의 제 1 공진 주파수(f1)를 검출할 수 있다. 여기서, 제 1 공진 주파수(f1)는 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수가 된다. 광원(미도시)이 제 2 영역(520)으로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(미도시)는 제 2 영역(520)에서 검출된 테라헤르츠파의 제 2 공진 주파수(f2)를 검출할 수 있다. 여기서, 제 2 공진 주파수(f2)는 선택적 감지층(523)에 포함된 감지물질과 특정 물질이 결합됨에 따라 변화된 테라헤르츠파의 공진 주파수가 된다. 다시 말해, 선택적 감지층(523)에 특정 물질이 결합되면, 제 2 공진 주파수(f2)는 변한다.
판단부(미도시)는 제 1 영역(510)에서 검출된 테라헤르츠파의 제 1 공진 주파수(f1)('기준 테라헤르츠파의 공진 주파수')와 제 2 영역(520)에서 검출된 테라헤르츠파의 제 2 공진 주파수(f2)를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 포장 용기(미도시)의 내부에 물리/화학/생물학적 변화가 일어난 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 감지 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6를 참조하면, 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기(600)는 음료수를 담는 용기일 수 있다. 포장 용기(600)는 측면 중 일부에 테라헤르츠파가 투과되는 영역(610)을 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 감지 센서(620)는 기판층(621), 전계 강화 구조체(622), 선택적 감지층(623) 및 필터층(624)을 포함할 수 있다.
기판층(621)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
전계 강화 구조체(622)는 기판층(621)을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시킬 수 있다. 예를 들면, 전계 강화 구조체(622)는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 등과 같이 전계를 강화할 수 있는 다양한 구조일 수 있다.
선택적 감지층(623)은 특정 물질과만 결합하는 감지물질을 지지체에 고정한 층일 수 있다. 예를 들면, 특정 물질이 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질 등인 경우, 선택적 감지층(623)은 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질과만 결합하고, 다른 물질과는 결합을 하지 않을 수 있다.
필터층(624)은 특정 물질만을 선택적 감지층(623)으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 필터층(624)은 포장 용기(600)의 가장 안쪽에 형성될 수 있으며, 포장 용기(600)의 내부 공간에 존재하는 다양한 종류의 물질들 중 특정 물질(예를 들면, 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질)만이 선택적 감지층(623)으로 통과시킬 수 있다.
만약, 포장 용기(600) 내부의 수분의 변화를 검출하고 싶은 경우, 선택적 감지층(623)은 수분과만 결합할 수 있는 층을 사용하고, 필터층(624)은 수분만을 통과할 수 있는 층을 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(630)이 감지 센서(620)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(640)는 감지 센서(620)로부터 감지된 테라헤르츠파의 공진 주파수를 검출할 수 있다. 판단부(미도시)는 감지 센서(620)로부터 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수('수분이 없는 경우의 공진 주파수')를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 전계 강화 구조체 주변에 수분 생성된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(미도시)는 포장 용기(600)의 내부에 수분이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 감지층에 특정 물질이 결합됨에 따라 변화되는 공진 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 테라헤르츠용 포장지(700)는 테라헤르츠파 투과층(701), 전계 강화 구조체(702), 선택적 감지층(703) 및 필터층(704)을 포함할 수 있다.
테라헤르츠파 투과층(701)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
전계 강화 구조체(702)는 테라헤르츠파 투과층(701)을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계(field)를 강화(enhancement)시킬 수 있다. 예를 들면, 전계 강화 구조체(702)는 회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 등과 같이 전계를 강화할 수 있는 다양한 구조일 수 있다.
선택적 감지층(703)은 특정 물질(705)과만 결합하는 감지물질을 지지체에 고정한 층일 수 있다. 예를 들면, 특정 물질이 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질 등인 경우, 선택적 감지층(703)은 특정 이온, 특정 가스, 수분, 위해물질과만 결합하고, 다른 물질과는 결합을 하지 않을 수 있다.
필터층(704)은 특정 물질(705)만을 선택적 감지층(704)으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 필터층(704)은 포장 용기의 가장 안쪽에 형성될 수 있으며, 포장 용기의 내부 공간에 존재하는 다양한 종류의 물질들 중 특정 물질(예를 들면, 특정 이온, 특정 가스, 수분)만이 선택적 감지층(703)으로 통과시킬 수 있다.
도 7의 (a)는 선택적 감지층(703)에 수분이 결합하지 않은 경우이며, 도 7의 (b)는 선택적 감지층(703)에 수분이 결합한 경우이다. 이하에서는 포장 용기 내부의 수분의 변화를 검출하고 싶은 경우를 가정한다. 이 경우, 선택적 감지층(703)은 수분(705)과만 결합할 수 있고, 필터층(704)은 수분만을 통과시키고 다른 물질들(706)은 차단할 수 있다.
도 7의 (a)에서 광원(710)이 포장지(700)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(720)는 테라헤르츠용 포장지(700)로부터 감지된 테라헤르츠파의 제 1 공진 주파수(f1)를 검출할 수 있다. 여기서, 제 1 공진 주파수(f1)는 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수가 된다.
도 7의 (b)에서 광원(710)이 포장지(700)로 테라헤르츠파를 조사하면, 검출부(720)는 테라헤르츠용 포장지(700)로부터 감지된 테라헤르츠파의 제 2 공진 주파수(f2)를 검출할 수 있다. 선택적 감지층(703)에 수분(705)이 결합됨에 따라 전계 강화 구조체(702)에 특성이 변화되기 때문에, 제 2 공진 주파수(f2)는 기준 테라헤르프파의 제 1 공진 주파수와 다르게 변화된다.
판단부(미도시)는 도 7의 (a)에서 얻어진 테라헤르츠파의 제 1 공진 주파수(f1)('기준 테라헤르츠파의 공진 주파수')와 도 7의 (b)에서 얻어진 테라헤르츠파의 제 2 공진 주파수(f2)를 비교하여, 양 공진 주파수의 차이가 설정된 범위보다 큰 차이가 나면 포장 용기(미도시)의 내부에 수분이 생성되었다고 판단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 전계 강화 구조체는 특정 파장에 대해 Guided Mode Resonance (GMR)를 일으키는 도파로 회절 격자(waveguide grating) 일 수 있다.
도파로 회절격자층(802)은 주어진 조건(입사광의 파장, 입사각, 도파로 두께 및 유효 굴절률 등)에서 입사되는 광을 회절 시킬 수 있다. 0차를 제외한 나머지 고차 회절파들은 도파로 회절격자층(802)에 도파 모드(guided mode)를 형성할 수 있다. 이때, 0차 반사파-투과파는 도파 모드(guided mode)와 위상 정합(phase matching)이 발생하며, 도파 모드의 에너지는 다시 0차 반사파-투과파로 전달되는 공진(resonance)이 일어나게 된다. 공진이 일어나면서, 0차 반사 회절파는 보강 간섭에 의해 100% 반사가 일어나고, 0차 투과 회절파는 상쇄간섭에 의해 0% 투과가 일어나 결과적으로 특정한 파장 대역에서 매우 날카로운 공명 곡선이 그려진다.
도 8의 (b)는 테라헤르츠대역에서 투명한 polymethylpentene기판(n=1.46) 위에 SU-8 photoresist로 회절격자(nH=1.80, nL=1.72, 두께=80um, 주기=200um)를 형성하고 유한차분요소법으로 계산한 GMR 계산결과이다(0.89 THz에서 공명이 발생).
도 8의 (a)에 도시된 것처럼, 커버층(801)의 유전율을 ε1이라 하고 도파로 회절격자층(802)의 유전율을 ε2 라고 하고, 맨 아래 기판층(803)의 유전율을 ε3라 하면, 도파로 회절격자층의 유전율 ε2 는 다음 수학식 1 처럼 표현이 가능하다.
[수학식 1]
Figure 112013065120259-pat00001
여기에서 εg는 회절격자를 구성하며 반복되는 두 종류의 유전율(εH, εL) 의 평균값이고, △ε은 유전율의 최대변화량, K는 격자의 파수로 2π/Λ, Λ는 격자의 주기이고, x는 원점으로부터 X축 방향으로의 거리이다.
이때, 입사광의 특정한 파장과 입사각에서 도파로 회절격자가 공진, 즉, 도파로 모드가 발생되기 위해서는 도파로의 유효굴절률 N이 다음 조건을 만족하기만 하면 된다.
max(
Figure 112013065120259-pat00002
)|N|<
Figure 112013065120259-pat00003
도파로 회절격자에서 GMR이 발생하면 회절격자근처에 전계가 집중되는 현상은 잘 알려져 있으며, 이러한 근접장 강화(near field enhancement)현상 때문에 도파로 회절격자 근처의 미세한 굴절률 변화는 전체적으로 공명 주파수의 변화로 나타나게 된다. 이러한 원리를 이용하면 도파로 회절격자 근처에 감지막을 형성하고 감지막내에서 발생하는 미세한 감지물질의 화학적-물리적 결합은 공명주파수의 변화로 나타나기 때문에 고감도의 감지원리로 활용할 수 있다.
여기에서는 이러한 원리를 테라파 영역에서 적용하여, 포장지내에 테라파 영역에서 반응하는 GMR 감지소자를 형성함으로, 고감도로 테라파 감지소자를 만들 수가 있다. 특히 테라파가 가지는 비파괴 특성과 결합하여 고감도로 비파괴 검출이 가능하게 된다.
도 8의 (c)는 도파로 회절격자의 구조와 모양을 설명하기 위한 사시도이다.
회절 격자는 유전체 슬랩의 표면 상에 형성된 그루브들(grooves) 또는 리지들(ridges)을 포함할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 회절 격자는 유전체 시트 내에서 주기적으로 교대하는 굴절률(예를 들면, 위상 격자)을 가지고 있는 평면형 유전체 시트이다. 예로 든 위상 격자는 유전체 시트 내 및 그를 통과하는 주기적인 홀들의 어레이를 형성함으로써 형성될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 회절 격자는 1-차원(1D) 회절 격자 또는 2-차원 회절 격자 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 1D 회절 격자는 예를 들면 단지 제1의 방향으로만(예를 들면, x-축을 따라) 주기적이고 평행한 실질적으로 직선인 그루브들의 세트를 포함할 수 있다. 2D 회절 격자의 예는 유전체 슬랩 또는 시트에서 홀들 의 어레이를 포함할 수 있고, 여기에서 홀들은 2개의 직교 방향들에 따라(예를 들면, x-축 및 y-축 양쪽을 따라) 주기적으로 이격되어 있다. 이때 2D 회절 격자는 광결정(photonic crystal)로 불리기도 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 포함하는 포장지의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파 기판층(901), 제 1 유전체층(902), 도파로 회절격자층(903), 제 2 유전체층(904), 선택적 감지층(905) 및 필터층(906)을 포함할 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 도파로 회절격자층(903)은 위쪽과 아래쪽에 유전체층(902, 904)으로 덮여 있다. 이러한 경우는, 주로 공명 곡선의 피크 주변의 사이드밴드(sideband)를 감소시키는 구조이며, anti-reflection 조건은 유전체의 두께로 결정된다. 즉, 도파로 회절격자층(903)은 공진 파장의 절반에 해당하는 두께를 가지도록 하고, 위아래의 유전층(902, 904)은 공진 파장의 사분의 일에 해당하는 두께로 설계하면 된다. 이때, 유전층(902, 904)의 굴절률은 도파로 회절격자층(903)의 유효굴절률보다는 모두 작아야한다.
도 9의 (b)를 참조하면, 테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파 기판층(911), 도파로(waveguide)층(912), 도파로 회절격자층(913), 선택적 감지층(914) 및 필터층(915)을 포함할 수 있다.
도 9의 (b)의 구조는 입사하는 광이 회절된 후, 0차를 제외한 나머지 고차 회절파가 기판층(911)과 도파로 회절 격자층(913)의 사이에 형성된 도파로층(912)에 도파모드(guided mode)를 형성할 수 있는 구조이다. 이때, 도파로층(912)의 굴절률은 도파로 회절 격자층(913)의 유효굴절률과 기판층(911)의 굴절률보다는 커야 한다.
또 다른 예를 들면, 도파로층(912)은 기판층(911)과 회절 격자층(913)의 사이가 아닌 회절 격자층(913)과 선택적 감지층(914) 사이에 형성될 수도 있다.
도 9의 (c)를 참조하면, 테라헤르츠파용 포장지는 테라헤르츠파 투과층(921), 제 1 회절 격자층(922), 제 2 회절 격자층(923), 선택적 감지층(924) 및 필터층(925)을 포함할 수 있다. 제 1 회절 격자층(922) 및 제 2 회절 격자층(923)은 겹치지 않고 교차되어 배치되도록 형성될 수 있다.
도 9의 (c)의 구조는 제 1 회절 격자층(922) 및 제 2 회절 격자층(923)은 입사하는 광을 회절시킬 수 있으며, 제 1 회절 격자층(922)에 도파모드(guided mode)를 형성할 수 있는 구조이다. 이때, 제 1 회절 격자층(922)의 평균 굴절률은 제 2 회절 격자층(923)의 평균굴절률 및 테라헤르츠파 투과층(921)의 굴절률보다는 커야 한다.
본 실시예에서 설명한 구조 이외에도 다양한 형태로 변형가능하며, 이와 같은 구조들은 도파로층 근처에서 전계강화 효과를 유발하여 결과적으로 감도를 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전계 강화 구조체는 메타 물질(metamaterial)일 수 있다. 메타물질은 기본적으로 파장이하의 크기를 가지는 금속공진구조물을 격자(lattice)구조의 핵심 요소로 물질이 음의 유전률(permittivity)이나 음의 투자율(permeability)을 가지도록 설계된 인공적인 물질이다.
도 10 (a) 내지 도 10 (j)를 참조하면, 메타 물질은 다양한 패턴 형태를 가질 수 있다. 금속 공진 구조물은 대표적으로 얇은 금속선이거나 도 10의 여러 가지 금속 패턴과 같이 split ring resonator(SRR)를 예로 들 수 있는데, 이러한 금속 공진구조물을 격자에 일정하게 배치하면 물질의 유전율, 투자율을 임의로 조절할 수 있다.
특히 테라헤르츠 대역에서 이러한 메타물질을 일정한 유전체 기판위에 형성하고, 메타물질에 테라헤르츠파를 입사시키면, 특정한 파장 대역에서는 공진이 발생하여 급격하게 투과도가 감소하는 영역이 발생한다. 이때, 공진 주파수는 앞에서 예시한 GMR과 마찬가지로 메타물질 근처에 배치된 선택적 감지층의 미세한 변화에 반응하여 공진주파수가 변화하게 되고, 이와 같은 공진 주파수의 변화로 물질의 변화를 검출할 수 있다.(도 7 참조)
메타물질도 GMR과 마찬가지로 메타물질 근처에서 전계강화효과가 발생하여 단순하게 테라헤르츠파를 입사시키는 것보다 훨씬 고감도로 검출이 가능한 것으로 알려져 있고 본 발명에서는 이러한 원리를 적용하여 포장지에 전계강화 구조체로 메타물질을 이용하고자 한다.
도 11는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 포장지(1100)는 기판층(1110), 금속 망(메쉬) 구조체(1120), 선택적 감지층(1130) 및 필터층(1140)을 포함할 수 있다. 금속 망 구조체(1120)는 GMR구조물과 유사하게 특정한 파장대역에서 강력한 공진이 일어나므로, 금속 망 구조체 근처에서 전계강화효과가 발생할 수 있다. 단순하게 테라헤르츠파를 입사시키는 것보다 전계강화효과를 발생시킬 수 있는 금속 망 구조체(1120)를 포장지에 결합함으로써, 고감도로 포장지 내부의 변화를 검출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전계 강화 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 포장지(1200)는 기판층(1210), 금속층(1220), 선택적 감지층(1230) 및 필터층(1240)을 포함할 수 있다. 금속층(1220)은 금속막에 광원의 파장 이하의 폭을 가지는 홀 또는 슬릿 모양의 구조물이 형성된 층을 포함한다. 금속층(1220)은 테라헤르츠파를 입사시키면, 입사한 테라헤르츠파는 홀이나 슬릿을 특정 파장대역에서 통과한다. 테라헤르츠파가 통과하면서, 공진 파장 이하의 홀이나 슬릿의 주변에는 강력한 전계가 형성된다. 이에 따라, 단순하게 테라헤르츠파를 입사시키는 것보다 전계강화효과를 발생시킬 수 있는 금속층을 포장지에 결합함으로써, 고감도로 포장지 내부의 변화를 검출할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 전계 강화 구조체는 구조물의 근처에서 전계를 강화할 수 있는 테라헤르츠 영역에서 표면 플라즈몬 공명현상을 유도하는 구조물(예를 들면, 반도체기반의 구조물 혹은 메타물질기반의 구조물) 또는 광결정 구조물도 사용될 수 있다. 마찬가지로 구조물 근처에서 전계를 강화하는 구조체로 사용될 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치
110 : 광원
120 : 테라헤르츠용 포장지
130 : 검출부
140 : 판단부

Claims (19)

  1. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층;
    상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체; 및
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층;을 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  2. 삭제
  3. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층;
    상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체;
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 포함하는, 테라헤르츠파용 포장지.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 투과층 및 상기 전계 강화 구조체의 양측면에 형성되고, 테라헤르츠파를 차단하는 테라헤르츠파 차단층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체는,
    회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 중 적어도 어느 하나인 테라헤르츠파용 포장지.
  6. 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서에 있어서,
    테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층;
    상기 기판층에 위에 형성되고, 상기 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체; 및
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층;을 포함하는 테라헤르츠파용 감지 센서.
  7. 삭제
  8. 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서에 있어서,
    테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층;
    상기 기판층에 위에 형성되고, 상기 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체;
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 포함하는 테라헤르츠파용 감지 센서.
  9. 제 6 항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체는,
    회절 격자, 메탈 메쉬, 메타물질, 광원의 파장 이하의 폭을 갖는 개구부(opening)를 포함하는 금속층, 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 구조물 및 광결정 구조물 중 적어도 어느 하나인 테라헤르츠파용 감지 센서.
  10. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체와, 상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 포함하는 테라헤르츠파용 포장지;
    상기 포장지로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원; 및
    상기 포장지로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 검출된 테라헤르츠파와 기준 테라헤르츠파를 비교하여, 상기 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있는지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 검출된 테라헤르츠파의 공진 주파수와, 상기 기준 테라헤르츠파의 공진 주파수가 설정된 범위 이상으로 차이가 나는 경우, 상기 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있다고 판단하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  13. 삭제
  14. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체와, 상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층과, 상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 포함하는 테라헤르츠파용 포장지;
    상기 포장지로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원; 및
    상기 포장지로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  15. 제 10 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 포장지는
    상기 테라헤르츠파 투과층 및 상기 전계 강화 구조체의 양측면에 형성되고, 테라헤르츠파를 차단하는 테라헤르츠파 차단층을 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  16. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층과, 상기 기판층에 위에 형성되고, 상기 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체와, 상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 포함하는 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서;
    상기 감지 센서로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원;및
    상기 감지 센서로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 검출된 테라헤르츠파와 기준 테라헤르츠파를 비교하여, 상기 전계 강화 구조체 주변의 변화가 있는지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  18. 삭제
  19. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 기판층과, 상기 기판층에 위에 형성되고, 상기 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체와, 상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층과, 상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 포함하는 테라헤르츠파가 투과되는 영역을 포함하는 포장 용기 내에 삽입되는 테라헤르츠파용 감지 센서;
    상기 감지 센서로 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠 광원; 및
    상기 감지 센서로부터 생성된 테라헤르츠파의 특성을 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.

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