KR20230121497A - Foreign matter detection device using terahertz wave - Google Patents
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Abstract
테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치가 개시된다.
개시된 이물질 검출 장치는, 테라헤르츠 파를 출력하는 소스, 상기 테라헤르츠 파를 평행하게 만드는 콜리메이터, 상기 콜리메이터를 통과한 테라헤르츠 파를 반사시키는 회전 반사부, 및 상기 회전 반사부에서 반사된 테라헤르츠 파를 피검체로 집속하는 에프-세타 렌즈를 포함한다.A foreign material detection device using terahertz waves is disclosed.
The disclosed foreign matter detection device includes a source that outputs terahertz waves, a collimator that makes the terahertz waves parallel, a rotation reflector that reflects the terahertz waves that have passed through the collimator, and a terahertz wave reflected by the rotation reflector. and an f-theta lens that focuses on the subject.
Description
예시적인 실시 예는 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치에 관한 것이다.An exemplary embodiment relates to a foreign material detection device using terahertz waves.
테라헤르츠 파(Terahertz wave) 적외선과 마이크로파의 사이 영역에 위치한 전자기파로서, 일반적으로 0.1THz에서 10THz 사이의 진동수를 가지는 전자기파를 나타낸다. 테라헤르츠 파는 물질 분자의 구조 및 환경에 민감하다. 특히, 테라헤르츠 파는 x-선보다 낮은 에너지를 가지므로 피검체에 변형을 유발하지 않고 검사를 할 수 있다. 테라헤르츠 파의 직진성, 물질에 대한 투과성, 생체에 대한 안전성, 정성적 확인 가능성 등 여러 특성으로 인해, 테라헤르츠 파에 대한 관심은 계속해서 높아져 가고 있다. 이로 인해, 테라헤르츠 파는 공항이나 보안 시설의 검색 장치, 식품이나 제약 회사의 품질 검사 장치, 반도체 검사 장치, 치과용 검사장비, 가스 검출 장치, 폭발물 검사 장치, Lab-on-a-chip 검출기 등 여러 분야에 적용되고 있다.Terahertz wave (Terahertz wave) As an electromagnetic wave located in the region between infrared and microwave, it generally represents an electromagnetic wave having a frequency between 0.1 THz and 10 THz. Terahertz waves are sensitive to the structure and environment of the material molecules. In particular, since terahertz waves have lower energy than x-rays, an examination can be performed without causing deformation of the subject. Due to various characteristics of terahertz waves, such as straightness, permeability to materials, safety to living organisms, and possibility of qualitative confirmation, interest in terahertz waves continues to grow. As a result, various terahertz-selling airport or security facility inspection devices, food and pharmaceutical company quality inspection devices, semiconductor inspection devices, dental inspection devices, gas detection devices, explosives inspection devices, Lab-on-a-chip detectors, etc. applied in the field.
예시적인 실시 예는, 테라헤르츠 파를 이용하여 정밀하게 이물질을 검출할 수 있는, 이물질 검출 장치를 제공한다. An exemplary embodiment provides a foreign material detection device capable of precisely detecting a foreign material using terahertz waves.
예시적인 실시 예는, 테라헤르츠 파를 이용하여 고속으로 이물질을 검출할 수 있는, 이물질 검출 장치를 제공한다.An exemplary embodiment provides a foreign material detection device capable of detecting a foreign material at high speed using terahertz waves.
예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠를 이용한 이물질 검출 장치는, 테라헤르츠 파를 출력하는 소스; 상기 테라헤르츠 파를 평행하게 만드는 콜리메이터; 상기 콜리메이터를 통과한 테라헤르츠 파를 반사시키는 회전 반사부; 및 상기 회전 반사부에서 반사된 테라헤르츠 파를 피검체로 집속하는 에프-세타 렌즈;를 포함하고, 상기 소스가 3-20도 범위의 하프 발산각을 가지는 테라헤르츠 파를 출력하도록 구성된다.An apparatus for detecting foreign matter using terahertz according to an exemplary embodiment includes a source outputting terahertz waves; a collimator that makes the terahertz waves parallel; a rotation reflector for reflecting the terahertz wave passing through the collimator; and an f-theta lens for concentrating the terahertz waves reflected by the rotation reflector onto an object under test, wherein the source is configured to output terahertz waves having a half divergence angle in the range of 3-20 degrees.
상기 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치는, 다음 식을 만족한다.The foreign matter detection device using the terahertz wave satisfies the following equation.
<식><expression>
여기서, f1은 상기 콜리메이터의 초점 거리이고, f2는 상기 에프-세타 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.Here, f 1 is the focal length of the collimator, and f 2 is the focal length of the f-theta lens.
상기 에프-세타 렌즈가 메니스커스 렌즈를 포함하고, 상기 메니스커스 렌즈가 다음 식을 만족하도록 구성될 수 있다.The f-theta lens may include a meniscus lens, and the meniscus lens may be configured to satisfy the following equation.
<식><expression>
여기서, R1은 상기 메니스커스 렌즈의 입사 면의 곡률 반경이고, R2은 상기 메니스커스 렌즈의 출사면의 곡률 반경을 나타낸다.Here, R 1 is the radius of curvature of the incident surface of the meniscus lens, and R 2 represents the radius of curvature of the exit surface of the meniscus lens.
상기 에프-세타 렌즈가 메니스커스 렌즈를 포함하고, 다음 식을 만족할 수 있다.The f-theta lens may include a meniscus lens and satisfy the following equation.
<식><expression>
여기서 D1은 상기 콜리메이터의 직경이고, D2은 상기 메니스커스 렌즈의 직경을 나타낸다.Here, D 1 is the diameter of the collimator, and D 2 represents the diameter of the meniscus lens.
상기 에프-세타 렌즈가 상기 회전 반사부에서 반사된 테라헤르츠 파를 수신하는 양볼록 렌즈와, 상기 양볼록 렌즈를 통과한 테라헤르츠 파를 수신하는 메니스커스 렌즈를 포함할 수 있다.The f-theta lens may include a biconvex lens for receiving the terahertz wave reflected by the rotation reflector and a meniscus lens for receiving the terahertz wave passing through the biconvex lens.
상기 메니스커스 렌즈는 상기 회전 반사부를 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.The meniscus lens may have a meniscus shape convex toward the rotational reflector.
상기 에프-세타 렌즈가 0.1 ~ 10 테라헤르츠 주파수 범위의 파에 대해 70% 이상의 투과율을 가지는 소재를 포함할 수 있다.The f-theta lens may include a material having transmittance of 70% or more for waves in a frequency range of 0.1 to 10 terahertz.
상기 에프-세타 렌즈가 TPX 또는 테프론을 포함할 수 있다.The f-theta lens may include TPX or Teflon.
예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치는 테라헤르츠 파의 집속도를 높여 검출 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 회전 반사부를 이용하여 테라헤르츠 파를 주사함으로써 고속 검사가 가능하다.An apparatus for detecting foreign matter using terahertz waves according to an exemplary embodiment may increase detection accuracy by increasing a focusing speed of terahertz waves. In addition, high-speed inspection is possible by scanning terahertz waves using a rotation reflector.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치를 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치의 소스로부터 출력된 테라헤르츠 파의 하프 발산각을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다른 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 이물질 검출 장치에 의한 피검체 면에서의 회전 반사부의 회전에 따른 주사 방향에서의 테라헤르츠 파의 집속 세기 분포를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3에 도시된 실시 예에 따른 이물질 검출 장치에 의한 피검체 면에서의 회전 반사부의 회전에 따른 주사 방향에서의 테라헤르츠 파의 집속 세기 분포를 나타낸 것이다.1 illustrates a foreign material detection device using terahertz waves according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining a half divergence angle of a terahertz wave output from a source of a foreign matter detection device using terahertz waves according to an exemplary embodiment.
3 illustrates a foreign material detection device using terahertz waves according to another exemplary embodiment.
4 is a block diagram of a foreign material detection device using terahertz waves according to an exemplary embodiment.
FIG. 5 illustrates a focused intensity distribution of terahertz waves in a scanning direction according to rotation of a rotation reflector on a surface of an object under examination by the foreign matter detection apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 .
FIG. 6 illustrates a focused intensity distribution of terahertz waves in a scanning direction according to rotation of a rotation reflector on a surface of an object under examination by the foreign matter detection apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Hereinafter, a foreign material detection apparatus using terahertz waves according to various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals denote the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, the size or thickness of each component in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Also, when it is described that a predetermined material layer is present on a substrate or another layer, the material layer may exist in direct contact with the substrate or other layer, and another third layer may exist in between. In addition, since the materials constituting each layer in the following examples are exemplary, other materials may be used.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.Specific implementations described in this embodiment are examples, and do not limit the technical scope in any way. For brevity of the specification, description of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection of lines or connecting members between the components shown in the drawings are examples of functional connections and / or physical or circuit connections, which can be replaced in actual devices or additional various functional connections, physical connection, or circuit connections.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. The use of the term “above” and similar denoting terms may correspond to both singular and plural.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.Steps comprising a method may be performed in any suitable order, unless expressly stated that they must be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (for example, etc.) is simply for explaining technical ideas in detail, and the scope of rights is not limited due to these terms unless limited by claims.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치를 도시한 것이다.1 illustrates a foreign material detection device using terahertz waves according to an exemplary embodiment.
테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치(1)는, 테라헤르츠 파(TW)를 출력하는 소스(10)와, 소스(10)로부터 출력된 테라헤르츠 파(TW)를 평행하게 만드는 콜리메이터(20)와, 콜리메이터(20)를 통과한 테라헤르츠 파(TW)를 반사시키는 회전 반사부(30)와, 회전 반사부(30)로부터 반사된 테라헤르츠 파(TW)를 피검체(50)로 집속하는 에프-세타 렌즈(40)를 포함한다.A foreign
테라헤르츠 파(TW)는 0.1 THz 내지 10 THz의 주파수를 가질 수 있다. 테라헤르츠 파(TW)는 물이나 산소 등의 매질에 쉽게 흡수되는 특성이 있고, 매질에 대한 굴절 및 회절 특성이 우수하다. 테라헤르츠 파(TW)는 플라스틱이나 섬유 등을 투과 가능하며, 전파의 투과성과 광파의 직진성을 동시에 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 피검체(50)를 정확히 식별할 수 있어 높은 해상도를 얻을 수 있다. 테라헤르츠 파는 피검체(50)의 전도도 특성에 따라 다른 투과 특성을 보이기 때문에 여러 분야에 응용될 수 있다. 예를 들어, 테라헤르츠 파(TW)는 보안 검색이나 식품이나 물질의 검사 등의 비파괴 검사에 응용될 수 있다.The terahertz wave (TW) may have a frequency of 0.1 THz to 10 THz. Terahertz waves (TW) have characteristics that are easily absorbed in a medium such as water or oxygen, and have excellent refraction and diffraction characteristics for the medium. Terahertz waves (TW) are capable of penetrating plastics or fibers, and have the transmittance of radio waves and the straightness of light waves at the same time. Due to these characteristics, the
도 2는 소스(10)로부터 출력되는 테라헤르츠 파(TW)의 하프 발산각(θ)을 나타낸 것이다. 하프 발산각(θ)은 테라헤르츠 파가 발산되어 나갈 때, 중심축(OA)과, 소스(10)로부터 출력되는 테라헤르츠 파(TW)의 최외곽선 사이의 각도를 나타낸다. 소스(10)는 3-20도 범위의 하프 발산각(θ)을 가지는 테라헤르츠 파(TW)를 출력하도록 구성될 수 있다. 테라헤르츠 파(TW)가 이러한 하프 발산각 범위를 가질 때, 테라헤르츠 파(TW)가 안전하고 정확하게 피검체(50)에 집속될 수 있다.FIG. 2 shows a half divergence angle θ of a terahertz wave TW output from the
콜리메이터(20)는 소스(10)와 회전 반사부(30) 사이에 배치되어 소스(10)로부터 출력된 테라헤르츠 파(TW)를 평행 빔으로 만들어 줌으로써 회전 반사부(30)에서 반사된 테라헤르츠 파(TW)의 주사 선속도를 일정하게 할 수 있다. 콜리메이터(20)는 양볼록 렌즈일 수 있다. 하지만, 콜리메이터(20)의 형상이 여기에 한정되는 것은 아니다. The
회전 반사부(30)는 회전 가능한 다각형 미러, 예를 들어 육각형 미러일 수 있다. 회전 반사부(30)는 모터(M)에 의해 회전될 수 있다. 회전 반사부(30)가 회전됨에 따라 테라헤르츠 파(TW)가 피검체(50)에 제1 방향(X 방향)으로 주사될 수 있다. 테라헤르츠 파(TW)가 피검체(50)에서 제1 방향(X 방향)을 따라 주사되면서 넓은 범위의 피검체(50)를 검사할 수 있다. 한편, 피검체(50)에서 제2 방향(Y 방향)으로 검사를 진행하고자 할 때, 피검체(50)를 제2 방향(Y 방향)으로 이동시킨 다음 테라헤르츠 파(TW)를 회전 반사부(30)에 의해 주사하면서 다른 라인의 피검체(50)를 검사할 수 있다. 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)은 직각을 이룰 수 있다.The
에프-세타 렌즈(40)는 테라헤르츠 파(TW)를 라인 형상으로 집속시킬 수 있다. 에프-세타 렌즈(40)는 1매 또는 2매의 렌즈를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 메니스커스 렌즈를 포함할 수 있다. 에프-세타 렌즈(40)가 적어도 하나의 메니스커스 렌즈를 포함할 때, 에프-세타 렌즈(40)에 의해 굴절된 테라헤르츠 파가 특정 영역에 정확히 집속될 수 있다. 도 1에서는 에프-세타 렌즈(40)가 하나의 메니스커스 렌즈(40a)로 구성된 예를 도시한 것이다. 메니스커스 렌즈(40a)는 회전 반사부(30)를 향해 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.The f-
한편, 도 3에서는 에프-세타 렌즈(40)가 양볼록 렌즈(41)와 메니스커스 렌즈(42)를 포함한다. 에프-세타 렌즈(40)는 회전 반사부(30)에서 반사된 테라헤르츠 파를 수신하는 양볼록 렌즈(41)와, 양볼록 렌즈(41)를 통과한 테라헤르츠 파를 수신하는 메니스커스 렌즈(42)를 포함할 수 있다. 도 3에서 도 1과 동일한 참조 번호를 사용하고 있는 구성 요소는 앞서 설명한 바와 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 메니스커스 렌즈(42)는 회전 반사부(30)를 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.Meanwhile, in FIG. 3 , the f-
예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치는 다음 식을 만족할 수 있다.An apparatus for detecting foreign matter using terahertz waves according to an exemplary embodiment may satisfy the following equation.
<식 1> <
여기서, f1은 상기 콜리메이터(20)의 초점 거리이고, f2는 에프-세타 렌즈(40)의 초점 거리를 나타낸다. Here, f 1 is the focal length of the
식 1은 콜리메이터(20)와 에프-세타 렌즈(40)의 초점 거리 비를 나타낸 것으로, 이물질 검출 해상도와, 피검체(50)와 이물질 검출 장치 사이의 거리와 관련된다. 피검체(50)에서의 테라헤르츠 파(TW)의 집속 크기가 검출할 수 있는 피검체(50)의 최소 크기를 결정할 수 있다. 다시 말하면, 테라헤르츠 파(TW)의 집속 정도에 따라 피검체(50)의 검사 해상도가 달라질 수 있다. 테라헤르츠 파(TW)의 집속 크기는 콜리메이터(20)와 에프-세타 렌즈(40)의 초점 거리 비율과 테라헤르츠 파(TW)의 소스(10)의 발진 크기 또는 발산 크기에 의해 조절될 수 있다. 도 3에서 에프-세타 렌즈(40)의 초점 거리는 양볼록 렌즈(41)와 메니스커스 렌즈(42)의 합성 초점 거리를 나타낸다.
식 (1)의 하한 값은 에프-세타 렌즈(40)의 초점 거리가 매우 길어지는 것을 의미하고, (f1/f2)가 식 (1)의 하한 값 이하의 값을 가지는 경우 피검체가 이물질 검사 장치에서 너무 멀리 떨어져 있는 것을 의미한다. 또한, (f1/f2)가 식 (1)의 상한 값을 초과하면, 피검체 면에서 테라헤르츠 파의 집속 크기가 커져서 검출할 수 있는 피검체의 크기가 너무 커지게 되므로 작은 크기의 이물질을 검출하기 어려워진다. 따라서, 식 (1)을 만족할 때, 피검체가 이물질 검사 장치로부터 적절한 위치에 위치할 수 있고, 피검체의 이물질 검출 해상도를 높일 수 있다.The lower limit value of Equation (1) means that the focal length of the f-
에프-세타 렌즈(40)가 메니스커스 렌즈(40a)(42)를 포함하고, 메니스커스 렌즈(40a)(42)가 다음 식을 만족하도록 구성될 수 있다.The f-
<식 2> <Equation 2>
여기서, R1은 메니스커스 렌즈(40a)(42)의 입사 면(S4)(S6)의 곡률 반경이고, R2은 메니스커스 렌즈(40a)(42)의 출사 면(S5)(S7)의 곡률 반경을 나타낸다. 입사 면(S4)(S6)은 테라헤르츠 파(TW)가 입사하는 면을 나타내고, 출사 면(S5)(S7)은 테라헤르츠 파(TW)가 출사하는 면을 나타낸다.Here, R 1 is the radius of curvature of the entrance surfaces S4 and S6 of the
식 (2)는 테라헤르츠 파(TW)가 특정 영역에 집속되기 위한 조건을 나타낸 것으로, 식 (2)의 하한 값은 메니스커스 렌즈 형상을 만들기 위한 조건이고, 상한 값은 광학 수차를 감소시켜 테라헤르츠 파가 특정 영역에 집속되게 하기 위한 조건이다. (R2/R1)가 상한 값을 초과하면, 광학 수차가 증가되어 집속도가 떨어질 수 있다.Equation (2) shows the condition for focusing the terahertz wave (TW) in a specific area. This is a condition for concentrating terahertz waves in a specific area. If (R2/R1) exceeds the upper limit value, optical aberration may increase and the focusing speed may decrease.
다음, 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치는 다음 식을 만족할 수 있다.Next, an apparatus for detecting foreign matter using terahertz waves according to an exemplary embodiment may satisfy the following equation.
<식 3> <
여기서, D1은 콜리메이터(20)의 직경이고, D2는 메니스커스 렌즈(40a)(42)의 직경을 나타낸다.Here, D 1 is the diameter of the
식 (3)은 콜리메이터(20)에 대한 메니스커스 렌즈(40a)(42)의 직경 비를 나타낸 것으로 콜리메이터(20)와 메니스커스 렌즈(40a)(41)의 크기 범위를 한정한 것이다. 테라헤르츠 파를 출력하는 소스는 피검체(50) 면의 크기에 비해 상당히 작은 것이 일반적이다. 따라서, 소스(10)에 가까이 배치된 콜리메이터(20)의 크기는 피검체(50)와 상대적으로 가까운 에프-세타 렌즈(40)의 크기에 비해 작다. (D1/D2)가 식 (3)을 만족할 때, 소스(10)와 피검체(50)에 대한, 콜리메이터(20)와 메니스커스 렌즈(40a)(41)의 크기를 최적화하여 이물질 검출 장치의 전체 사이즈를 최소화할 수 있다. (D1/D2)가 식 (3)의 상한 값을 넘으면, 콜리메이터(20)의 사이즈가 너무 커져서 회전 반사부(30)와, 에프-세타 렌즈(40)의 사이즈가 지나치게 커지게 되고, 하한 값 미만이면 콜리메이터(20)의 초점 거리가 너무 짧아져, 피검체 면에서 테라헤르츠 파의 집속 크기가 너무 커질 수 있다.Equation (3) represents the diameter ratio of the
도 4는 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치의 블록도이다. 이물질 검출 장치는, 앞서 설명한 바와 같이 테라헤르츠 파를 출사하는 소스(10), 콜리메이터(20), 회전 반사부(30), 피검체(50)로 테라헤르츠 파를 집속하는 에프-세타 렌즈(40)를 포함할 수 있다. 그리고, 피검체(50)에서 반사되거나 피검체(50)를 투과한 테라헤르츠 파를 수신하는 수신부(60)와, 수신부(60)에서 수신된 신호를 분석하여 이물질을 검출하는 이물질 검출부(65)가 더 구비될 수 있다. 4 is a block diagram of a foreign material detection device using terahertz waves according to an exemplary embodiment. As described above, the foreign matter detection device includes a
예시적인 실시 예에 따른 이물질 검출 장치는, 소스(10)에서 발산되는 테라헤르츠 파를 피검체(50)에 접속시켜 피검체(50)를 투과한 테라헤르츠 파의 신호를 측정하거나 피검체(50)에서 반사된 파의 신호를 측정할 수 있다. An apparatus for detecting a foreign substance according to an exemplary embodiment connects terahertz waves emitted from a
수신부(60)는 테라헤르츠 파의 세기를 출력할 수 있고, 이물질 검출부(65)는 테라헤르츠 파의 세기를 분석하여 이물질을 검출할 수 있다. 이물질이 검출되면 알람부(70)를 통해 이물질 발생을 사용자에게 알려줄 수 있다. 알람부(70)는 소리를 내거나 디스플레이에 표시될 수 있다.The
그리고, 회전 반사부(30)가 회전함에 따라 테라헤르츠 파가 피검체(50)의 일 방향으로 주사될 수 있다. 그러므로, 피검체(50)의 일 방향의 일정 범위까지 이물질 검사를 수행할 수 있다. 한편, 피검체(50)의 다른 방향으로의 검사가 가능하도록 피검체(50)를 이동시키는 이동부(55)가 구비될 수 있다. 이동부(55)는 예를 들어, 콘베이어 벨트를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 피검체(50)를 넓은 범위에 걸쳐 고속으로 검사할 수 있다.In addition, as the
도 5는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 이물질 검출 장치에 의한 피검체 면에서의 회전 반사부(30)의 회전에 따른 주사 방향에서의 테라헤르츠 파의 집속 세기 분포를 나타낸 것이고, 도 6은 도 3에 도시된 실시 예에 따른 이물질 검출 장치에 의한 피검체 면에서의 회전 반사부(30)의 회전에 따른 주사 방향에서의 테라헤르츠 파의 집속 세기 분포를 나타낸 것이다. 테라헤르츠 파의 집속 세기 분포에서 붉은 색은 세기가 큰 것을 의미하고, 파란색은 세기가 낮은 것을 의미한다. 전체적으로 테라헤르츠 파가 양호하게 집속된다. 도 1에서 콜리메이터(20)의 직경은 대략 9.0mm이고, 메니스커스 렌즈(40a)의 직경은 대략 175.3mm이다. 또한, 도 3에서 콜리메이터(20)의 직경은 대략 37.5mm이고, 메니스커스 렌즈(42)의 직경은 대략 165.2mm이다.FIG. 5 shows a focused intensity distribution of terahertz waves in a scanning direction according to the rotation of the
테라헤르츠 파는 전자기파의 일종으로서 전파와 가시광 사이의 파장을 가지며, 대략 0.3mm~3mm 범위를 파장을 가질 수 있다. 이러한 테라헤르츠 파는 인체에 무해하며, 같은 색상이라 하더라도 서로 다른 피검체의 물질과 반응하므로 이물질 검사, 생체의 이상 조직 등의 검사가 가능하다. 서로 다른 피검체에 대해 고속 검사를 하기 위해서는 테라헤르츠 파를 고속으로 주사해야 한다. 이를 위해 테라헤르츠 파를 콜리메이터(20)에 의해 평행 빔(collimated beam)으로 만들고, 회전 반사부(30)에 의해 반사시켜 테라헤르츠 파를 주사한다. 회전 반사부(30)를 고속으로 회전시키면, 집속된 테라헤르츠 파의 위치를 변화시킬 수 있다. 이 때 피검체(50)의 종료 및 상태에 따라, 테라헤르츠 파의 변화를 검출하고 이를 이용하여 이물질을 검출할 수 있다.A terahertz wave is a type of electromagnetic wave and has a wavelength between radio waves and visible light, and may have a wavelength ranging from approximately 0.3 mm to 3 mm. These terahertz waves are harmless to the human body, and even if they are of the same color, they react with materials of different subjects, so that foreign substances and abnormal tissues in the living body can be inspected. In order to perform high-speed examination on different subjects, terahertz waves must be scanned at high speed. To this end, the terahertz waves are made into a collimated beam by the
에프-세타 렌즈(40)가 0.1 ~ 10 테라헤르츠 주파수 범위의 파에 대해 70% 이상의 투과율을 가지는 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에프-세타 렌즈(40)가 TPX(Methyl-Pentene Copolymer) 또는 테프론을 포함할 수 있다. 피검체에 대한 테라헤르츠 파의 투과율이 높아야, 소스(10)에서 출사된 테라헤르츠 파(TW)가 피검체 면에서 집속하는 세기가 커질 수 있다. 또한, 콜리메이터(10)와 에프-세타 렌즈(40)는 테라헤르츠 파에 대해 1.4~1.5 범위의 굴절률을 가질 수 있다. The f-
다음은 도 1에 도시된 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치의 각 구성 요소에 대한 설계 데이터를 나타낸 것이다. 표에서, 곡률 반경, 두께 및 간격, 초점 거리의 단위는 mm이며, inf는 무한대를 나타낸다. 면 번호는 콜리메이터(20)의 입사면을 S1으로 하고, 각 구성 요소의 입사 면과 출사 면에 대해 순서대로 S2, S3, S4??로 명명하였다. The following shows design data for each component of the foreign matter detection device using terahertz waves shown in FIG. 1 . In the table, the unit of curvature radius, thickness and spacing, and focal length is mm, and inf represents infinity. As for the surface number, the incident surface of the
거리focus
distance
다음은 도 3에 도시된 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치의 각 구성 요소에 대한 설계 데이터를 나타낸 것이다.The following shows design data for each component of the foreign matter detection device using terahertz waves shown in FIG. 3 .
반경curvature
radius
거리focus
distance
상술한 바와 같이, 예시적인 실시 예에 따른 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치는 테라헤르츠 파를 집속하여 검출 해상도를 높이고, 회전 반사부를 이용하여 테라헤르츠 파를 주사함으로써 고속 검사가 가능하다. 테라헤르츠 파는 기포, 크랙, 금속 소재, 이물질 등에 조사되었을 경우, 일반적인 투과 대상물과 다른 반사 특성 또는 투과 특성을 보이며, 이러한 특성을 이용하여 음식물, 식품 등에 혼합되어 있는 이물질을 정밀하고 신속하게 검출할 수 있다.As described above, the foreign matter detection apparatus using terahertz waves according to an exemplary embodiment increases detection resolution by focusing terahertz waves and scans terahertz waves using a rotational reflector, thereby enabling high-speed inspection. When terahertz waves are irradiated with air bubbles, cracks, metal materials, foreign substances, etc., they show reflection or transmission characteristics different from those of general transmission objects. there is.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The above embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments may be made therefrom by those skilled in the art. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the invention described in the following claims.
TW:테라헤르츠 파, 10:소스
20:콜리메이터, 30:회전 반사부
40:에프-세타 렌즈, 41:양볼록 렌즈
40a,42:메니스커스 렌즈
50:피검체TW: terahertz wave, 10: source
20: collimator, 30: rotation reflector
40: f-theta lens, 41: biconvex lens
40a, 42: meniscus lens
50: subject
Claims (8)
상기 테라헤르츠 파를 평행하게 만드는 콜리메이터;
상기 콜리메이터를 통과한 테라헤르츠 파를 반사시키는 회전 반사부; 및
상기 회전 반사부에서 반사된 테라헤르츠 파를 피검체로 집속하는 에프-세타 렌즈;를 포함하고,
상기 소스가 3-20도 범위의 하프 발산각을 가지는 테라헤르츠 파를 출력하도록 구성된, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.a source outputting terahertz waves;
a collimator that makes the terahertz waves parallel;
a rotation reflector for reflecting the terahertz wave passing through the collimator; and
An F-theta lens for concentrating the terahertz waves reflected by the rotation reflector onto an object under test;
A foreign material detection device using terahertz waves, wherein the source is configured to output terahertz waves having a half divergence angle in the range of 3-20 degrees.
다음 식을 만족하는, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.
<식>
여기서, f1은 상기 콜리메이터의 초점 거리이고, f2는 상기 에프-세타 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.According to claim 1,
A foreign material detection device using terahertz waves that satisfies the following equation.
<expression>
Here, f 1 is the focal length of the collimator, and f 2 is the focal length of the f-theta lens.
상기 에프-세타 렌즈가 메니스커스 렌즈를 포함하고, 상기 메니스커스 렌즈가 다음 식을 만족하도록 구성된, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.
<식>
여기서, R1은 상기 메니스커스 렌즈의 입사 면의 곡률 반경이고, R2은 상기 메니스커스 렌즈의 출사면의 곡률 반경을 나타낸다.According to claim 1,
The foreign matter detection device using terahertz waves, wherein the f-theta lens includes a meniscus lens, and the meniscus lens is configured to satisfy the following equation.
<expression>
Here, R 1 is the radius of curvature of the incident surface of the meniscus lens, and R 2 represents the radius of curvature of the exit surface of the meniscus lens.
상기 에프-세타 렌즈가 메니스커스 렌즈를 포함하고,
다음 식을 만족하는, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.
<식>
여기서 D1은 상기 콜리메이터의 직경이고, D2은 상기 메니스커스 렌즈의 직경을 나타낸다.According to claim 1,
wherein the f-theta lens comprises a meniscus lens;
A foreign material detection device using terahertz waves that satisfies the following equation.
<expression>
Here, D 1 is the diameter of the collimator, and D 2 represents the diameter of the meniscus lens.
상기 에프-세타 렌즈가 상기 회전 반사부에서 반사된 테라헤르츠 파를 수신하는 양볼록 렌즈와, 상기 양볼록 렌즈를 통과한 테라헤르츠 파를 수신하는 메니스커스 렌즈를 포함하는, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.According to claim 1,
The f-theta lens includes a biconvex lens for receiving the terahertz wave reflected by the rotation reflector, and a meniscus lens for receiving the terahertz wave passing through the biconvex lens. Foreign matter detection device.
상기 메니스커스 렌즈는 상기 회전 반사부를 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가지는, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.According to claim 5,
The meniscus lens has a convex meniscus shape toward the rotational reflector, the foreign matter detection device using terahertz waves.
상기 에프-세타 렌즈가 0.1 ~ 10 테라헤르츠 주파수 범위의 파에 대해 70% 이상의 투과율을 가지는 소재를 포함한, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.According to claim 1,
The foreign matter detection device using terahertz waves, wherein the f-theta lens includes a material having a transmittance of 70% or more for waves in the 0.1 to 10 terahertz frequency range.
상기 에프-세타 렌즈가 TPX 또는 테프론을 포함하는, 테라헤르츠 파를 이용한 이물질 검출 장치.According to claim 1,
A foreign material detection device using terahertz waves, wherein the f-theta lens includes TPX or Teflon.
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KR1020220018474A KR20230121497A (en) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | Foreign matter detection device using terahertz wave |
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