WO2015008903A1 - 테라헤르츠용 포장지, 감지 센서, 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치 및 식별 유니트용 라이팅 장치 - Google Patents

테라헤르츠용 포장지, 감지 센서, 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치 및 식별 유니트용 라이팅 장치 Download PDF

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terahertz wave
terahertz
layer
light source
waves
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PCT/KR2013/010008
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최성욱
김현정
이나리
장현주
옥경식
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한국식품연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a terahertz wrapping paper, a detection sensor, and a detection device using terahertz waves, which are non-destructive methods using terahertz waves and use a structure for improving sensitivity, thereby detecting changes in the interior of the packaging container. .
  • the present invention relates to an optical identification device that is difficult to identify information in visible light, ultraviolet rays, near infrared rays, and the like, and that information can be confirmed only in terahertz waves.
  • the detection of food poisoning bacteria in packaged foods is not possible to measure the microbial change immediately in the field, so it is detected through indirect indicators through microbial proliferation modeling through infrared temperature measurement. Accordingly, there is a limitation in accuracy as well as species and quantity of bacteria, and the indirect indicator detection method is low in sensitivity and is detected in a state where microbial growth has already proceeded. Therefore, the preemptive response is difficult.
  • bar codes are widely used as identification elements.
  • barcodes were first devised in Wallace Flin's ⁇ Supermarket Calculation Automation '' paper in 1932, and are now printed on virtually any item, and the purchase and sale of goods by the Point Of Sales system (POS) It is managed automatically.
  • POS Point Of Sales system
  • IT technologies such as postal automation, factory automation, inventory management, library, document management, and medical information.
  • smart phones an application for retrieving the price and the lowest price of a product by obtaining a barcode image in real time has been developed.
  • the barcode signal is a combination of a black module and a white module, and information is encoded according to the width and ratio of each module. For accurate decoding of information, the size of the module must be restored within the margin of error.
  • barcodes are a combination of black and white modules, and the information is encoded according to the width and ratio of each module, there is a limit in that a large amount of information cannot be encoded in a predetermined space. Because it can be confirmed that there is a limit to apply in such fields as security or anti-counterfeiting.
  • the present invention provides a technique for measuring physical / chemical / biological changes in a packaging container using a structure capable of improving detection sensitivity by using a terahertz wave in a non-destructive manner.
  • m identification units including waveguide diffraction gratings having an intrinsic resonant frequency of any one of the n intrinsic resonant frequencies, not only a large amount of identification code can be expressed in a small area, but also an optical identification element can be visually recognized. It aims to provide a terahertz wave optical identification device technology that can not be secured.
  • the terahertz wave wrapping paper reacts with an electric field in response to a preset frequency band of a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves and terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer.
  • the terahertz wave wrapper may further include a filter layer coupled to the field reinforcement structure and passing only a specific material into the field reinforcement structure.
  • the terahertz wave wrapper may further include a selective sensing layer coupled with the field reinforcing structure and only passing the specific sensing material to the selective sensing layer.
  • the terahertz wave wrapping paper may further include a terahertz wave blocking layer formed on both sides of the terahertz wave transmissive layer and the electric field strengthening structure, and blocking the terahertz wave.
  • the field strengthening structure may be at least one of a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, a structure inducing surface plasmon resonance, and a photonic crystal structure.
  • a terahertz wave detection sensor inserted into a packaging container including a region through which terahertz waves are transmitted, the terahertz wave detection sensor is a substrate layer and a substrate made of a material that transmits terahertz waves And a field reinforcing structure formed on the layer and reinforcing an electric field in response to a predetermined frequency band among terahertz waves transmitted through the substrate layer.
  • the terahertz wave detection sensor may further include a filter layer coupled to the field reinforcement structure and passing only a specific material into the field reinforcement structure.
  • the terahertz wave detection sensor may further include a selective sensing layer coupled to the field reinforcement structure and only passing a specific material through the selective sensing layer.
  • the field strengthening structure may be at least one of a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, a structure inducing surface plasmon resonance, and a photonic crystal structure.
  • a detection apparatus using a terahertz wave includes a preset frequency band of a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves and a terahertz wave transmitted through the terahertz wave transmission layer. And a terahertz wave wrapper including an electric field reinforcing structure for reinforcing an electric field in response thereto, a terahertz light source irradiating terahertz waves to the wrapper, and a detector for detecting characteristics of the terahertz wave generated from the wrapper.
  • the detection apparatus using the terahertz wave may include a determination unit that compares the detected terahertz wave with the reference terahertz wave and determines whether there is a change around the electric field strengthening structure.
  • the determination unit may determine that there is a change around the field reinforcing structure when the detected resonant frequency of the terahertz wave and the reference frequency of the terahertz wave differ by more than a set range.
  • the wrapper may further comprise a filter layer coupled with the field reinforcement structure and passing only certain materials through the field reinforcement structure.
  • the wrapper may further include an optional sensing layer coupled to the field reinforcement structure and only passing the specific sensing material to the selective sensing layer that binds only to the specific material.
  • the wrapping paper may further include a terahertz wave blocking layer formed on both sides of the terahertz wave transmitting layer and the electric field strengthening structure and blocking the terahertz wave.
  • a detection apparatus using a terahertz wave includes a substrate layer made of a material that transmits terahertz waves, and a predetermined frequency among terahertz waves formed on the substrate layer and transmitted through the substrate layer.
  • the detection apparatus using the terahertz wave may further include a determination unit comparing the detected terahertz wave with the reference terahertz wave to determine whether there is a change around the electric field strengthening structure.
  • the terahertz wave detection sensor may further include a filter layer coupled to the field reinforcement structure and passing only a specific material into the field reinforcement structure.
  • the terahertz wave detection sensor may further include an optional sensing layer coupled to the field reinforcement structure, and coupled only with a specific material, and a filter layer for passing only a specific material to the selective sensing layer.
  • a terahertz wave transmission layer and a transmitted terahertz wave are made of a material that transmits terahertz waves, resonance occurs at a natural resonance frequency.
  • M identification units consisting of; a waveguide diffraction grating, which is any one of the nth natural resonance frequency from the first natural resonance frequency.
  • the terahertz optical identification element has n kinds of inherent resonant frequencies and the number of identification units is m, so that there are n m identification codes that can be expressed.
  • the arrangement of the identification units may mean identification information different from the identification code.
  • the identification units may be arranged in the shape of at least one of linear, circular, square, grid and cross shapes.
  • an apparatus for recognizing an optical element for terahertz waves has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and when the transmitted terahertz waves are irradiated, resonance occurs at a natural resonance frequency.
  • the natural resonant frequency is an optical identification element for terahertz waves comprising m identification units composed of waveguide diffraction gratings which are any one of the nth natural resonance frequencies from the first natural resonance frequency, and terahertz as the optical identification element for terahertz waves.
  • the terahertz wave optical identification device recognizing apparatus may further include a recognizing unit that recognizes the identification code based on the natural resonance frequency detected for each identification unit.
  • the apparatus for recognizing an optical element for terahertz waves may further include a light source-detector moving unit for moving the light source so that the terahertz waves generated from the light source are sequentially irradiated onto the identification units and simultaneously moving the detector as much as the light source is moved. .
  • the apparatus for recognizing the terahertz wave optical identification device may further include an optical identification device moving unit for moving the terahertz wave optical identification device so that the terahertz wave generated from the light source is sequentially irradiated to the identification units.
  • the optical identification element recognition device for terahertz waves includes a light source-detector moving unit for moving the light source in one direction and at the same time moving the detection unit as the light source is moved, and an optical identification element moving unit for moving the terahertz wave optical identification device in the other direction. It may further include.
  • the light source may be a light source array including a plurality of light sources capable of generating terahertz waves
  • the detector may be a detector array including a plurality of detectors matching the light source array.
  • a writing apparatus for an identification unit has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and has a unique resonant frequency different for each frequency band set for the transmitted terahertz waves.
  • An identification unit including a waveguide diffraction grating and a modulator for changing the natural resonance frequency of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency within a set frequency band.
  • the modulator may change the natural resonance frequency of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency within a set frequency band by irradiating light, applying heat, or applying electricity.
  • the electromagnetic wave of the terahertz wave band it is possible to detect the change inside the packaging container in real time in the field in a non-destructive manner.
  • one identification unit can represent n, a small number of identification units can be used to represent a large amount of identification code in a small area.
  • optical identification element for terahertz waves cannot be visually recognized in the visible and infrared regions, it is excellent in security and can be used in various fields.
  • the identification unit does not have to be produced for each resonant frequency, the production cost of the identification unit and the optical identification element can be reduced.
  • the user can increase the user's convenience by changing the identification unit to the desired resonant frequency in the field using the writing device for the identification unit.
  • FIG. 1 is a block diagram of a detection apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a terahertz wave wrapping paper according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining a terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a terahertz wave detection sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a resonance frequency changed as a specific material is coupled to a selective sensing layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a modification of the wrapping paper including the electric field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view for explaining a field strengthening structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view for explaining a field strengthening structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device according to an embodiment of the present invention.
  • 14A to 14D are views for explaining in detail the optical identification device for terahertz waves related to an embodiment of the present invention.
  • 15A to 15D are diagrams for describing an apparatus for recognizing terahertz waves according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device recognition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device recognition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 18A to 18C are views for explaining a writing apparatus for an identification unit according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a view for explaining a waveguide diffraction grating according to an embodiment of the present invention.
  • 20A to 20J are diagrams for explaining an example in which a terahertz wave optical identification device according to an embodiment of the present invention is applied to an article.
  • FIG. 1 is a block diagram of a detection apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention.
  • the detection apparatus 100 using terahertz waves includes a light source 110, a terahertz wave wrapper 120, a detector 130, and a determination unit 140.
  • the light source 110 may irradiate terahertz waves with the wrapping paper 120.
  • the light source 110 may be various types of devices capable of generating terahertz waves.
  • the terahertz wave is an electromagnetic wave located in a region between infrared and microwaves, and may generally have a frequency of 0.1 THz to 10 THz. However, even if somewhat out of this range, it can be recognized as a terahertz wave in the present invention as long as it can be easily conceived by those skilled in the art.
  • the terahertz wave wrapping paper 120 enhances an electric field in response to a preset frequency band of a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves and terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer ( It may include an electric field enhancement structure to enhance, an optional sensing layer that binds only a specific material, and a filter layer that passes only a specific material to the selective sensing layer. Detailed description thereof will be described later.
  • the detector 130 may detect the characteristics of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 120. For example, the detector 130 may detect characteristics of terahertz waves reflected, transmitted, diffracted, or scattered from the terahertz wrapping paper 120. Specifically, for example, the detector 130 may detect the intensity of the terahertz wave or the resonant frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 120.
  • the determination unit 140 may compare the terahertz wave detected by the detection unit 130 with the reference terahertz wave, and determine whether there is a change around the electric field enhancement structure included in the terahertz wave wrapping paper 120.
  • Peripheral changes may include physical / chemical / biological changes. Physical change means changes in temperature, volume, form, etc., and chemical change means quantitative changes in constituents such as substances, gases, and moisture. It may mean. The degree of change may be determined according to the difference between the detected resonance frequency of the terahertz wave and the resonance frequency of the reference terahertz wave.
  • the determination unit 140 is included in the terahertz wave wrapping paper 120 when the resonance frequency of the terahertz wave detected by the detector 130 and the resonance frequency of the reference terahertz wave differ by more than a set range. It can be judged that there is a change around the electric field strengthening structure.
  • the determination unit 140 is based on the detected difference between the resonance frequency of the terahertz wave and the resonance frequency of the reference terahertz wave, the electric field surrounding structure included in the terahertz wave wrapping paper 120 It can be judged that there is a change in.
  • the determination unit 140 may determine the degree of physical / chemical / biological change around the field strengthening structure based on the difference value.
  • the determination unit 140 compares the intensity of the terahertz wave detected by the detector 130 at a specific wavelength with the intensity of the reference terahertz wave, and is detected by the detector 130 at a specific wavelength.
  • the intensity of the terahertz wave and the reference intensity of the terahertz wave differ by more than a set range, it may be determined that there is a change around the electric field strengthening structure included in the terahertz wave wrapping paper 120.
  • the detection device using the terahertz wave can detect changes in the packaging container in real time in the field in a non-destructive manner by using electromagnetic waves in the terahertz wave band.
  • the detection device using a terahertz wave can more accurately detect physical / chemical / biological changes in the packaging container by using a structure capable of improving detection sensitivity in a non-destructive manner using the terahertz wave.
  • FIG. 2 is a view for explaining a terahertz wave wrapping paper according to an embodiment of the present invention.
  • the packaging container 200 including a region through which terahertz waves are transmitted may include a space surrounded by the terahertz wave wrapping paper 201. Inside the space, a substance such as food may be inserted.
  • the terahertz wave wrapper 201 may include a terahertz wave transmissive layer 202, a field reinforcing structure 203, an optional sensing layer 204, and a filter layer 205.
  • the terahertz wave transmitting layer 202 is made of a material that transmits the terahertz wave.
  • the field reinforcing structure 203 may enhance a field in response to a predetermined frequency band among the terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer 202.
  • the field strengthening structure 203 may include a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, an electric field such as a structure inducing surface plasmon resonance, a photonic crystal structure, and the like. It can be a variety of structures to enhance.
  • the opening may be in the form of a slit or a hole.
  • the optional sensing layer 204 may be a layer that bonds only with a specific material.
  • the selective sensing layer 204 may be a layer in which a sensing material that binds to a specific material is fixed to the support.
  • the sensing material may be a material that binds only to a specific material to be detected.
  • the selective sensing layer 204 only binds to a particular ion, a particular gas, moisture, a hazard, and not to another substance.
  • the specific substance means a target substance to be detected.
  • the selective sensing layer 204 may be a layer that senses changes in the physical environment such as temperature and volume in the package. For example, if a change in temperature or volume in the package occurs, a selective change may occur for the temperature or volume change, and the selective sensing layer may not change when there is no physical change in temperature or volume in the package. have.
  • the filter layer 205 may pass only a specific material through the selective sensing layer 204.
  • the filter layer 205 may be formed on the innermost side of the packaging container 200, and may be formed of a specific material (eg, specific ions, etc.) among various kinds of materials existing in the interior space of the packaging container 200. Only certain gases, moisture, hazards) may pass through the selective sensing layer 204.
  • the selective sensing layer 204 uses a layer capable of combining only that specific gas, and the filter layer 205 can pass only the gas. Can be used.
  • the detector 220 may detect the resonance frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201 and the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonant frequency in the absence of moisture'), If the difference is greater than the set range, it may be determined that a particular gas is adsorbed around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine that a specific gas is generated inside the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave detected by the detector 220 with the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonant frequency when no specific gas is adsorbed'). If the difference is greater than the set range, it may be determined that a particular gas is adsorbed around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine that a specific gas is generated inside the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • the selective sensing layer 204 uses a layer that can only combine with moisture, and the filter layer 205 can pass only moisture. Layers can be used. For example, when the light source 210 irradiates the terahertz wave with the wrapping paper 201, the detector 220 may detect the resonance frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201 and the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonant frequency in the absence of moisture'), If the difference is greater than the set range, it may be determined that water is generated around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine that moisture is generated inside the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave detected by the detector 220 with the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonance frequency in the absence of moisture'), thereby setting a difference between the two resonant frequencies. If the difference is greater than the range, it may be determined that water is generated around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine that moisture is generated inside the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • the selective sensing layer 204 uses a layer containing a thermochromic dye that is heat sensitive, and the filter layer 205 passes only air. And a layer of low heat transfer material can be used.
  • the detector 220 may detect the resonance frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave generated from the terahertz wrapping paper 201 with the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonant frequency at the reference temperature'), and thus the difference between the two resonant frequencies. If the difference is greater than the set range, it can be determined that there is a temperature change around the electric field strengthening structure, and the temperature inside the packaging container can be determined by checking the temperature change according to the preset resonance frequency difference. That is, the determination unit (not shown) may determine whether a temperature change occurs in the interior of the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave detected by the detector 220 with the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonant frequency at the reference temperature'), so that the difference between the two resonant frequencies is set. If the difference is greater, it can be determined that there is a temperature change around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine whether a temperature change occurs in the interior of the packaging container 200.
  • the set range may be variously set by the user.
  • FIG. 3 is a view for explaining a terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • the packaging container 300 including a region through which terahertz waves are transmitted may include a space surrounded by the terahertz wave wrapping paper 301. Inside the space, a substance such as food may be inserted.
  • the terahertz wave wrapper 301 may include a terahertz wave transmissive layer 302, a field reinforcing structure 303, an optional sensing layer 304, a filter layer 305, and a terahertz wave blocking layer 306.
  • the terahertz wave wrapping paper 301 includes a terahertz wave transmission layer 302 through which terahertz waves can pass and a terahertz wave blocking layer 306 through which terahertz waves are blocked.
  • the shape and size of the terahertz wave transmissive layer 302 and the terahertz wave blocking layer 306 may be variously modified. As such, the region through which the terahertz wave is transmitted may be formed only in a part of the packaging container 300 but not in its entirety.
  • the terahertz wave transmitting layer 302 is made of a material that transmits the terahertz wave.
  • the field reinforcing structure 303 may enhance a field in response to a predetermined frequency band among the terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer 302.
  • the field strengthening structure 303 may include a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, an electric field such as a structure inducing surface plasmon resonance and a photonic crystal structure, and the like. It can be a variety of structures to enhance.
  • the selective sensing layer 304 may be a layer in which a sensing material that binds only to a specific material is fixed to the support. For example, if a particular material is a particular ion, a particular gas, moisture, a hazard, or the like, the selective sensing layer 304 binds only to a particular ion, a particular gas, moisture, a hazard, and not to another substance. Can be.
  • the filter layer 305 may pass only a specific material to the selective sensing layer 304.
  • the filter layer 305 may be formed at the innermost side of the packaging container 300, and may include a specific material (eg, a specific ion, among various kinds of materials existing in the interior space of the packaging container 300). Only certain gases, moisture, hazards) may pass through the selective sensing layer 304.
  • the terahertz wave blocking layer 306 is formed on both sides of the terahertz wave transmissive layer 302, the field strengthening structure 303, the selective sensing layer 304, and the filter layer 305, and may reflect terahertz waves. .
  • the terahertz wave blocking layer 306 is a polymer packaging material (polyethylene) in order to protect the product from ultraviolet rays, visible light, infrared rays, moisture, harmful substances, etc. originally introduced into the packaging from the outside. It is coated on PE, polypropylene; PP) and contains metal component, which has the property of reflecting terahertz waves.
  • Sensing consisting of terahertz wave transmissive layer 302, field reinforcing structure 303, optional sensing layer 304 and filter layer 305 only in a specific portion of the entire package to facilitate the detection of the interior of the package by a non-destructive method. It is possible to form a sensing window.
  • FIG. 4 is a view for explaining the terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • the packaging container 400 including a region through which terahertz waves are transmitted may be a container for drinking water.
  • a portion or a lid portion of the side surface of the packaging container 400 may be formed of a terahertz wave wrapping paper 401.
  • the region through which the terahertz wave is transmitted may be formed only in a part of the packaging container 400 but not in its entirety.
  • the terahertz wave wrapper 401 may include a terahertz wave transmissive layer 402, a field reinforcing structure 403, an optional sensing layer 404, and a filter layer 405.
  • the terahertz wave transmission layer 402 is made of a material that transmits the terahertz wave.
  • the field reinforcing structure 403 may enhance a field in response to a predetermined frequency band among the terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer 402.
  • the field strengthening structure 403 may include a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, an electric field such as a structure inducing surface plasmon resonance, a photonic crystal structure, and the like. It can be a variety of structures to enhance.
  • the selective sensing layer 404 may be a layer in which a sensing material that binds only to a specific material is fixed to the support. For example, if a particular material is a particular ion, a particular gas, moisture, a hazard, or the like, the selective sensing layer 404 only binds to a particular ion, a particular gas, moisture, a hazard, and not to another substance. Can be.
  • the filter layer 405 may pass only a specific material to the selective sensing layer 304.
  • the filter layer 405 may be formed on the innermost side of the packaging container 400, and may include a specific material (eg, a specific ion, among various kinds of materials present in the interior space of the packaging container 400). Only certain gases, moisture, hazards) may pass through the selective sensing layer 304.
  • FIG. 5 is a view for explaining the terahertz wave wrapping paper according to another embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave wrapping paper 500 may include a first area 510 capable of acquiring reference terahertz wave characteristics and a second area 520 capable of acquiring changed terahertz wave characteristics. Can be.
  • the first region 510 may include a terahertz wave transmitting layer 511, a field reinforcing structure 512, an optional sensing layer 513 not including a sensing material, and a filter layer 514.
  • the second region 520 may include a terahertz wave transmitting layer 521, a field strengthening structure 522, an optional sensing layer 523 including a sensing material, and a filter layer 524.
  • the detector When the light source (not shown) irradiates the terahertz wave to the first region 510, the detector (not shown) may detect the first resonance frequency f1 of the terahertz wave detected in the first region 510. have.
  • the first resonant frequency f1 becomes the resonant frequency of the reference terahertz wave.
  • the detector When the light source (not shown) irradiates the terahertz wave to the second region 520, the detector (not shown) may detect the second resonant frequency f2 of the terahertz wave detected in the second region 520. have.
  • the second resonant frequency f2 becomes a resonant frequency of the terahertz wave changed as the sensing material and the specific material included in the selective sensing layer 523 are combined. In other words, when a specific material is coupled to the selective sensing layer 523, the second resonant frequency f2 changes.
  • the determination unit includes the first resonant frequency f1 ('resonant frequency of the reference terahertz wave') of the terahertz wave detected in the first region 510 and the terahertz detected in the second region 520. By comparing the second resonant frequency f2 of the wave, if the difference between the two resonant frequencies is greater than the set range, it can be determined that the physical / chemical / biological changes occurred inside the packaging container (not shown).
  • FIG. 6 is a view for explaining a terahertz wave detection sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the packaging container 600 including a region through which terahertz waves are transmitted may be a container for drinking water.
  • the packaging container 600 may include a region 610 through which terahertz waves pass through a portion of the side surface.
  • the terahertz wave detection sensor 620 may include a substrate layer 621, a field strengthening structure 622, an optional sensing layer 623, and a filter layer 624.
  • the substrate layer 621 is made of a material that transmits terahertz waves.
  • the field reinforcing structure 622 may enhance a field in response to a preset frequency band among terahertz waves passing through the substrate layer 621.
  • the field reinforcing structure 622 may include an electric field such as a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, a structure inducing surface plasmon resonance, a photonic crystal structure, and the like. It can be a variety of structures to enhance.
  • the selective sensing layer 623 may be a layer in which a sensing material that binds only to a specific material is fixed to the support.
  • a specific material is a specific ion, a specific gas, moisture, a hazard, or the like
  • the selective sensing layer 623 may bind only to a specific ion, a specific gas, moisture, a hazard, and may not bind to another substance. Can be.
  • the filter layer 624 may pass only a specific material to the selective sensing layer 623.
  • the filter layer 624 may be formed on the innermost side of the packaging container 600, and may include a specific material (eg, a specific ion, among various kinds of materials present in the interior space of the packaging container 600). Only certain gases, moisture, hazards) may pass through the selective sensing layer 623.
  • the selective sensing layer 623 uses a layer that can only combine with moisture, and the filter layer 624 has a layer that can pass only moisture. Can be used.
  • the detector 640 may detect the resonance frequency of the terahertz wave detected by the detection sensor 620.
  • the determination unit compares the resonant frequency of the terahertz wave detected from the sensing sensor 620 with the resonant frequency of the reference terahertz wave ('resonance frequency in the absence of moisture'), and thus the difference between the two resonant frequencies If the difference is greater than the set range, it may be determined that water is generated around the field strengthening structure. That is, the determination unit (not shown) may determine that moisture is generated inside the packaging container 600.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a resonance frequency changed as a specific material is coupled to a selective sensing layer according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz wrapping paper 700 includes a terahertz wave transmission layer 701, a field reinforcing structure 702, an optional sensing layer 703, and a filter layer 704. It may include.
  • the terahertz wave transmitting layer 701 is made of a material that transmits the terahertz wave.
  • the field reinforcing structure 702 may enhance a field in response to a predetermined frequency band among the terahertz waves transmitted through the terahertz wave transmission layer 701.
  • the field strengthening structure 702 may include an electric field such as a diffraction grating, a metal mesh, a metamaterial, a metal layer including an opening having a width below a wavelength of a light source, a structure inducing surface plasmon resonance, a photonic crystal structure, and the like. It can be a variety of structures to enhance.
  • the selective sensing layer 703 may be a layer in which a sensing material that binds only to a specific material 705 is fixed to the support.
  • a specific material is a specific ion, a specific gas, moisture, a hazardous substance, etc.
  • the selective sensing layer 703 may bind only to a specific ion, a specific gas, moisture, a hazardous substance, and not to another substance. Can be.
  • the filter layer 704 may pass only a specific material 705 through the selective sensing layer 704.
  • the filter layer 704 may be formed at the innermost side of the packaging container, and only a specific material (eg, a specific ion, specific gas, and moisture) among various kinds of materials existing in the interior space of the packaging container may be provided. Pass through to optional sensing layer 703.
  • FIG. 7A illustrates a case in which moisture is not bonded to the selective sensing layer 703
  • FIG. 7B illustrates a case in which moisture is coupled to the selective sensing layer 703.
  • the selective sensing layer 703 may only couple with moisture 705
  • the filter layer 704 may pass only moisture and block other materials 706.
  • the detection unit 720 detects the terahertz wave first resonance frequency f1 detected from the terahertz wrapping paper 700. Can be detected.
  • the first resonant frequency f1 becomes the resonant frequency of the reference terahertz wave.
  • the detection unit 720 detects the second resonant frequency f2 of the terahertz wave detected from the terahertz wrapping paper 700. Can be detected. Since the characteristics of the field reinforcing structure 702 change as the moisture 705 is coupled to the selective sensing layer 703, the second resonant frequency f2 is changed from the first resonant frequency of the reference teraherph wave.
  • the judging unit (not shown) includes the first resonant frequency f1 ('resonant frequency of the reference terahertz wave') obtained in FIG. 7A and the terahertz wave obtained in FIG. 7B. By comparing the second resonant frequency f2, if a difference between the two resonant frequencies is greater than the set range, it may be determined that moisture is generated inside the packaging container (not shown).
  • FIG. 8 is a view for explaining a field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • the field reinforcing structure may be a waveguide grating that causes Guided Mode Resonance (GMR) for a specific wavelength.
  • GMR Guided Mode Resonance
  • the waveguide diffraction grating layer 802 may diffract light incident under given conditions (wavelength, incident angle, waveguide thickness, effective refractive index, etc.) of the incident light.
  • the higher order diffraction waves other than the zeroth order may form a guided mode in the waveguide diffraction grating layer 802.
  • the zeroth order reflected wave-transmission wave is guided mode and phase matching, and the energy of the waveguide mode is transmitted to the zeroth order reflected wave-transmission wave again.
  • the zero-order reflected diffraction wave is 100% reflected by constructive interference
  • the zero-order transmitted diffraction wave is 0% transmitted by destructive interference, resulting in a very sharp resonance curve in a specific wavelength band.
  • the permittivity of the cover layer 801 is ⁇ 1
  • the permittivity of the waveguide diffraction grating layer 802 is ⁇ 2
  • the permittivity of the bottom substrate layer 803 is ⁇ 3.
  • the dielectric constant ⁇ 2 of the waveguide diffraction grating layer can be expressed as the following equation.
  • ⁇ g is the average value of the two repeated dielectric constants ( ⁇ H , ⁇ L )
  • ⁇ is the maximum change in dielectric constant
  • K is the wavenumber of the grating
  • 2 ⁇ / ⁇ is the period of the grating
  • X is a distance from the origin to the X axis direction.
  • the effective refractive index N of the waveguide only needs to satisfy the following condition.
  • the sensing film is formed near the waveguide diffraction grating, and the chemical-physical coupling of the minute sensing material generated in the sensing film is represented by the change of the resonance frequency, which can be used as a sensitive sensing principle.
  • this principle can be applied in the terra wave region to form a GMR sensing element that reacts in the terra wave region in a package, thereby making the terra wave sensing element with high sensitivity.
  • non-destructive detection is possible with high sensitivity in combination with the non-destructive characteristics of terrapa.
  • FIG. 8C is a perspective view for explaining the structure and shape of the waveguide diffraction grating.
  • the diffraction grating may include grooves or ridges formed on the surface of the dielectric slab.
  • the diffraction grating is a planar dielectric sheet having a refractive index (eg, a phase grating) that alternates periodically in the dielectric sheet.
  • exemplary phase gratings may be formed by forming an array of periodic holes in and through the dielectric sheet.
  • the diffraction grating may comprise either a one-dimensional (1D) diffraction grating or a two-dimensional diffraction grating.
  • the 1D diffraction grating may, for example, comprise a set of substantially straight grooves that are periodic and parallel only in the first direction (eg along the x-axis).
  • An example of a 2D diffraction grating may include an array of holes in a dielectric slab or sheet, where the holes are periodically spaced along two orthogonal directions (eg, along both the x-axis and the y-axis). It is. In this case, the 2D diffraction grating is also called a photonic crystal.
  • FIG. 9 is a view for explaining a modification of the wrapping paper including the electric field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave wrapping paper is a terahertz wave substrate layer 901, a first dielectric layer 902, a waveguide diffraction grating layer 903, a second dielectric layer 904, and an optional sensing layer ( 905 and filter layer 906.
  • the waveguide diffraction grating layer 903 is covered with dielectric layers 902 and 904 at the top and the bottom thereof.
  • the structure mainly reduces the sideband around the peak of the resonance curve, and the anti-reflection condition is determined by the thickness of the dielectric. That is, the waveguide diffraction grating layer 903 may have a thickness corresponding to half of the resonance wavelength, and the upper and lower dielectric layers 902 and 904 may be designed to have a thickness corresponding to one quarter of the resonance wavelength.
  • the refractive indices of the dielectric layers 902 and 904 should be smaller than the effective refractive indices of the waveguide diffraction grating layer 903.
  • the terahertz wave wrapping paper is a terahertz wave substrate layer 911, a waveguide layer 912, a waveguide diffraction grating layer 913, an optional sensing layer 914, and a filter layer ( 915).
  • the high-order diffraction waves other than the zeroth order are waveguided to the waveguide layer 912 formed between the substrate layer 911 and the waveguide diffraction grating layer 913. It is a structure capable of forming a guided mode.
  • the refractive index of the waveguide layer 912 should be larger than the effective refractive index of the waveguide grating layer 913 and the refractive index of the substrate layer 911.
  • the waveguide layer 912 may be formed between the diffraction grating layer 913 and the selective sensing layer 914, not between the substrate layer 911 and the diffraction grating layer 913.
  • the terahertz wave wrapping paper is a terahertz wave transmission layer 921, a first diffraction grating layer 922, a second diffraction grating layer 923, an optional sensing layer 924, and a filter layer. 925 may include.
  • the first diffraction grating layer 922 and the second diffraction grating layer 923 may be formed so as to cross each other without overlapping.
  • the first diffraction grating layer 922 and the second diffraction grating layer 923 may diffract incident light, and a guided mode may be applied to the first diffraction grating layer 922.
  • a guided mode may be applied to the first diffraction grating layer 922.
  • the average refractive index of the first diffraction grating layer 922 should be larger than the average refractive index of the second diffraction grating layer 923 and the refractive index of the terahertz wave transmission layer 921.
  • Such structures may cause an electric field strengthening effect near the waveguide layer, and consequently, improve sensitivity.
  • FIG. 10 is a view for explaining a field strengthening structure according to an embodiment of the present invention.
  • the field strengthening structure may be a metamaterial.
  • Metamaterial is basically an artificial material designed to have negative dielectric constant or negative permeability as a key element of lattice structure of metal resonant structure having sub-wavelength.
  • the meta material may have various pattern shapes.
  • the metal resonant structure is typically a thin metal wire or a split ring resonator (SRR) as shown in the various metal patterns of FIG. 10. If the metal resonant structure is placed in a lattice, the dielectric constant and permeability of the material can be arbitrarily adjusted. have.
  • the metamaterial when the metamaterial is formed on a constant dielectric substrate in the terahertz band and the terahertz wave is incident on the metamaterial, resonance occurs in a specific wavelength band and a region in which the transmittance rapidly decreases occurs.
  • the resonant frequency as in the above-described GMR, changes in resonant frequency in response to the minute change of the selective sensing layer disposed near the metamaterial, and the change of the material can be detected by the change of the resonant frequency. See FIG. 7)
  • meta-materials Like GMR, meta-materials have a field strengthening effect near meta-materials, and are known to be detected with a much higher sensitivity than simply injecting terahertz waves. We want to use the substance.
  • FIG. 11 is a view for explaining a field strengthening structure according to another embodiment of the present invention.
  • the wrapping paper 1100 may include a substrate layer 1110, a metal mesh (mesh) structure 1120, an optional sensing layer 1130, and a filter layer 1140. Since the metal network structure 1120 has a strong resonance in a specific wavelength band similar to the GMR structure, an electric field strengthening effect may occur near the metal network structure. By incorporating the metal mesh structure 1120 into the wrapping paper, which can generate an electric field strengthening effect, rather than simply entering the terahertz wave, it is possible to detect a change in the wrapping paper with high sensitivity.
  • FIG. 12 is a view for explaining a field strengthening structure according to another embodiment of the present invention.
  • the wrapping paper 1200 may include a substrate layer 1210, a metal layer 1220, an optional sensing layer 1230, and a filter layer 1240.
  • the metal layer 1220 includes a layer in which a hole or slit-like structure having a width below a wavelength of a light source is formed in the metal film.
  • the incident terahertz wave passes holes or slits in a specific wavelength band.
  • a strong electric field is formed around the holes or slits below the resonance wavelength. Accordingly, by incorporating a metal layer on the wrapping paper that can generate an electric field strengthening effect rather than simply injecting a terahertz wave, it is possible to detect a change in the wrapping paper with high sensitivity.
  • field strengthening structures may also be used to induce surface plasmon resonance in terahertz regions that can enhance the field in the vicinity of the structure (eg, semiconductor-based or metamaterial-based structures) or photonic crystal structures. Can be. It can likewise be used as a structure to strengthen an electric field near the structure.
  • FIG. 13 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave optical identification element 2100 may include m identification units.
  • Each identification unit may include a terahertz wave transmissive layer 2110, a waveguide diffraction grating 2120, and a substrate layer 2130.
  • the area of the identification unit may be influenced by the irradiation area, the natural resonance frequency, the lattice period, etc., of which the largest area is affected. For example, when the diameter of the terahertz wave irradiation beam is 6 mm, the area of the identification unit may be 8 mm * 8 mm. Thus, since the diameter of the terahertz wave irradiation beam is small, the area of the identification unit is also very small.
  • the terahertz wave transmitting layer 2110 is made of a material that transmits the terahertz wave.
  • the waveguide diffraction grating 2120 may generate terahertz waves having a natural resonance frequency.
  • the natural resonance frequency may be any one of the first natural resonance frequency and the nth natural resonance frequency.
  • the first natural resonant frequency may be f 1 . If n is 10, the natural resonant frequency may be any one of 10 natural resonant frequencies. (Because the packaging patent uses the term natural resonant frequency, the term “resonant frequency” is also used in this application. I'll do it.)
  • the waveguide diffraction grating 2120 may be formed of a material such as photosensitive, thermally sensitive, or electrically sensitive.
  • the waveguide grating 2120 may include grooves or ridges formed on the surface of the dielectric slab.
  • the diffraction grating is a planar dielectric sheet having a refractive index (eg, a phase grating) that alternates periodically in the dielectric sheet.
  • exemplary phase gratings may be formed by forming an array of periodic holes in and through the dielectric sheet.
  • Waveguide diffraction grating 2120 may include either a one-dimensional (1D) diffraction grating or a two-dimensional diffraction grating.
  • the 1D diffraction grating may, for example, comprise a set of substantially straight grooves that are periodic and parallel only in the first direction (eg along the x-axis).
  • An example of a 2D diffraction grating may include an array of holes in a dielectric slab or sheet, where the holes are periodically spaced along two orthogonal directions (eg, along both the x-axis and the y-axis). It is. In this case, the 2D diffraction grating is also called a photonic crystal.
  • the substrate layer 2130 may be a layer capable of being combined with the waveguide diffraction grating 2120 to fix the waveguide diffraction grating 2120.
  • the identification codes that can be expressed are n m .
  • the terahertz wave optical identification element 2100 may express 100 identification codes using only two identification units.
  • the terahertz wave optical identification element can express a large amount of identification code in a small area.
  • the terahertz wave optical identification element cannot visually recognize the optical identification element, it is also excellent in security.
  • 14A to 14E are diagrams for describing in detail a terahertz wave optical identification device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a graph illustrating detection and detection of terahertz waves reflected from an optical identification element for terahertz waves.
  • each of the identification units 1 to n may have natural resonance frequencies f 1 , f 2, and f3 to fn, respectively.
  • the first identification unit 1 has a first natural resonance frequency f 1
  • the second identification unit 2 has a second natural resonance frequency f 2
  • the nth identification unit n May have an n th natural resonance frequency f n.
  • FIG. 14B is a graph illustrating the detection and processing of terahertz waves transmitted from an optical identification element for terahertz waves.
  • each of the identification units 1 to n may have a natural resonance frequency f 1 , f 2, f3 to fn, respectively.
  • the first identification unit 1 has a first natural resonance frequency f 1
  • the second identification unit 2 has a second natural resonance frequency f 2
  • the nth identification unit n May have an n th natural resonance frequency f n.
  • FIG. 14C is a view for explaining an optical identification element for terahertz consisting of 16 identification units.
  • the first identification unit is the first identification unit 1 having the first natural resonance frequency f 1
  • the second identification unit is the fourth identification unit 4 having the fourth natural resonance frequency f 4
  • the third identification unit is the second identification unit 2 having the second natural resonant frequency f 2
  • the identification units existing at the remaining positions may also be constituted by the identification units as shown in FIG. 2C.
  • 14D is a diagram for explaining the number of identification codes that can be expressed when there are n kinds of natural resonant frequencies and the number of identification units is m.
  • the optical identification elements for terahertz are composed of a total of 16 identification units, n 16 .
  • 14E is a diagram for explaining an arrangement of various types of identification units.
  • the identification units may be arranged in various forms, and the form of the arrangement may mean identification information different from the identification code.
  • the identification units can be arranged in various forms such as linear, circular, square, grid and cross shapes.
  • the identification units may be arranged in the form of a line, a cross, and a circular band.
  • the line shape may mean an A article
  • the crossed shape may mean a B article
  • the circular band shape may mean a C article.
  • the arrangement of the identification units may be used as the identification information.
  • 15A to 15D are diagrams for describing an apparatus for recognizing terahertz waves according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave optical identification device recognition device may include a terahertz wave optical identification device 2300a, a light source 2310a, and a detector 2320a.
  • the terahertz wave optical identification device 2300a has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and when the transmitted terahertz waves are irradiated, resonance occurs at a natural resonance frequency. It may include m identification units consisting of a waveguide diffraction grating which is any one of the resonant frequency to the nth intrinsic resonant frequency.
  • the light source 2310a may irradiate the terahertz wave with the terahertz wave optical identification device 2300a.
  • the light source 2310a may be various types of devices capable of generating terahertz waves.
  • the terahertz wave is an electromagnetic wave located in a region between infrared and microwaves, and may generally have a frequency of 0.1 THz to 10 THz. However, even if somewhat out of this range, it can be recognized as a terahertz wave in the present invention as long as it can be easily conceived by those skilled in the art.
  • the detector 2320a may detect the inherent resonant frequency of the terahertz wave reflected from the optical identification element 2300a for the terahertz wave.
  • the recognition unit 2330a may recognize the identification code based on the inherent resonance frequency of the terahertz wave reflected from the terahertz wave optical identification element 2300a. For example, when there are four identification units, the recognition unit (not shown) may recognize the identification code based on the type of the inherent resonant frequency of the terahertz wave reflected from each identification unit. Specifically, for example, when the natural resonance frequency of the reflected terahertz wave is f 1 , f 9, f 2, f 3 , the identification code may be 1/9/2/3. In this way, the number of each digit of the identification code is not simply represented as 0/1, but the number of each digit may be represented by the same value as the type of the natural resonance frequency. If the number of inherent resonance frequencies is fifteen, since the number of each character of the identification code can be represented by 0 to 15, the number of identification codes that can be represented is 15 4 .
  • the light source-detector moving unit moves the light source 2310a so that the terahertz waves generated by the light source 2310a are sequentially irradiated to the identification units, and at the same time, the detector 2320a moves as much as the light source 2310a is moved. Can be moved. Accordingly, the terahertz wave optical identification device recognition apparatus may scan the identification units by moving the light source 2310a and the detector 2320a while the terahertz optical identification device 2300a is fixed.
  • the terahertz wave optical identification device recognition device may include a terahertz wave optical identification device 2300b, a light source 2310b, and a detector 2320b.
  • the terahertz wave optical identification device 2300b has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and when the transmitted terahertz waves are irradiated, resonance occurs at a natural resonance frequency, and the natural resonance frequency is the first inherent frequency. It may include m identification units consisting of a waveguide diffraction grating which is any one of the resonant frequency to the nth intrinsic resonant frequency.
  • the light source 2310b may irradiate the terahertz wave with the terahertz wave optical identification device 2300b.
  • the detector 2320b may detect the inherent resonant frequency of the terahertz wave reflected from the optical identification element 2300b for the terahertz wave.
  • the optical identification device moving unit may move the terahertz wave optical identification device 2300b such that the terahertz waves generated by the light source 2310b are sequentially irradiated onto the identification units. Accordingly, in the terahertz wave optical identification device recognition apparatus, the light source 2310a and the detector 2320a may be fixed to move the terahertz optical identification device 2300a to scan the identification units.
  • the terahertz wave optical identification device recognition device may include a terahertz wave optical identification device 2300c, a light source 2310c, and a detector 2320c.
  • the terahertz wave optical identification device 2300c has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and when the transmitted terahertz waves are irradiated, resonance occurs at a natural resonance frequency. It may include m identification units consisting of a waveguide diffraction grating which is any one of the resonant frequency to the nth intrinsic resonant frequency.
  • the light source 2310c may irradiate the terahertz wave with the terahertz wave optical identification device 2300c.
  • the detector 2320c may detect the inherent resonant frequency of the terahertz wave transmitted from the optical identification element 2300c for the terahertz wave.
  • the light source-detector moving unit moves the light source 2310c so that the terahertz waves generated by the light source 2310c are sequentially irradiated to the identification units, and at the same time, the detector 2320c moves as much as the light source 2310c is moved. Can be moved. Accordingly, the terahertz wave optical identification device recognition apparatus may scan the identification units by moving the light source 2310c and the detector 2320c while the terahertz optical identification device 2300c is fixed.
  • the terahertz wave optical identification device recognizing apparatus may include a terahertz wave optical identification device 2300d, a light source 2310d, and a detector 2320d.
  • the terahertz wave optical identification device 2300d has a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and when the transmitted terahertz waves are irradiated, resonance occurs at a natural resonance frequency, and the natural resonance frequency is the first inherent frequency. It may include m identification units consisting of a waveguide diffraction grating which is any one of the resonant frequency to the nth intrinsic resonant frequency.
  • the light source 2310d may irradiate the terahertz wave with the terahertz wave optical identification device 2300d.
  • the detector 2320d may detect a natural resonant frequency of the terahertz wave transmitted from the optical identification element 2300d for the terahertz wave.
  • the optical identification device moving unit may move the terahertz wave optical identification device 2300d such that the terahertz waves generated by the light source 2310d are sequentially irradiated to the identification units. Accordingly, in the terahertz wave optical identification device recognition apparatus, the light source 2310d and the detector 2320d may be fixed to move the terahertz optical identification device 2300d to scan the identification units.
  • FIG. 16 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device recognition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • a terahertz wave optical identification device recognizing apparatus may include a terahertz wave optical identification device 2400, a light source 2410, and a detector 2420.
  • the light source 2410 may be in the form of an array including a plurality of light sources capable of generating terahertz waves.
  • the detector 2420 may be a detector array including a plurality of detectors matching the light source array.
  • the light source 2410 may be an array in which four light sources are arranged in a straight line
  • the detector 2420 may be an array in which four detection parts are arranged in a straight line.
  • the array of detectors 2420 may be matched 1: 1 with the light source array.
  • the optical identification device moving unit may move 2430 the terahertz wave optical identification device 2400 so that the terahertz waves generated by the light source array are sequentially irradiated to the identification units. Accordingly, in the apparatus for recognizing terahertz waves, the apparatus for recognizing terahertz waves may scan the identification units by moving the terahertz optical identification elements 2400 while the light source array and the detector array are fixed.
  • FIG. 17 is a view for explaining a terahertz wave optical identification device recognition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave optical identification device recognizing apparatus may include a terahertz wave optical identification device 2500, a light source 2510, and a detector 2520.
  • the light source 2510 may irradiate terahertz waves with the terahertz wave optical identification device 2500.
  • the detector 2520 may detect a natural resonance frequency of the terahertz wave transmitted from the terahertz wave optical identification element 2500.
  • the light source-detector moving unit may move the light source 2510 in one direction 2530, and simultaneously move the detector 2520 as much as the light source 510 is moved.
  • the optical identification device moving unit may move the terahertz wave optical identification device 2500 in the other direction 2540.
  • the terahertz wave optical identification device recognition apparatus may move the terahertz wave optical identification device 2500, the light source 2510, and the detection unit 2520 to scan the identification units.
  • 18A to 18C are views for explaining a writing apparatus for an identification unit according to an embodiment of the present invention.
  • the natural resonance frequency may be set for each frequency band G1, G2,..., Gm.
  • the frequency band may be set based on a frequency band that can be changed by the modulator 2610b of FIG. 18B. For example, when the frequency band that the modulator 2610b of FIG. 18B can change based on f 2 is f 1 to f 3 , the first frequency band G1 becomes f 1 to f3 . When the frequency band that the modulator 2610b of FIG. 18B can change based on f 5 is f 4 to f 6 , the first frequency band G 1 becomes f 4 to f 6 .
  • the writing apparatus for the identification unit may include an identification unit 2600b and a modulator 2610b.
  • the identification unit 2600b is a waveguide diffraction grating having a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and a natural resonance frequency f 2 corresponding to the frequency band G1 set for the transmitted terahertz waves. It may include.
  • the modulator 2610b may change the natural resonance frequency of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency within a set frequency band. For example, the modulator 2610b may change the natural resonance frequency f 2 of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency f 1 or f 3 within the set frequency band G1.
  • the modulator 2610b may change the natural resonance frequency of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency within a set frequency band. A detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 19.
  • the writing apparatus for the identification unit may include an identification unit 2600c and a modulator 2610c.
  • the identification unit 2600c is a waveguide diffraction grating having a terahertz wave transmission layer made of a material that transmits terahertz waves, and a natural resonance frequency f 5 corresponding to the frequency band G2 set for the transmitted terahertz waves. It may include.
  • the modulator 2610c may change the natural resonance frequency of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency within a set frequency band.
  • the modulator 2610c may change the natural resonance frequency f 5 of the waveguide diffraction grating to another natural resonance frequency f 4 or f 6 within the set frequency band G2.
  • the writing apparatus for the identification unit when used, the user or the like can freely change the resonance frequency of the identification unit within the set resonance frequency range. Therefore, the identification unit does not have to be produced for each resonant frequency, thereby reducing the production cost of the identification unit and the optical identification element. In addition, user convenience can be increased by changing the identification unit to a desired resonance frequency in the field using a writing device for the identification unit.
  • 19 is a view for explaining a waveguide diffraction grating according to an embodiment of the present invention.
  • the identification unit may include a waveguide grating that causes Guided Mode Resonance (GMR) for a specific frequency.
  • GMR Guided Mode Resonance
  • the waveguide diffraction grating layer 2702 may diffract light incident under a given condition (frequency of incident light, angle of incidence, waveguide thickness, effective refractive index, etc.).
  • the remaining higher-order diffraction waves other than the zeroth order may form a guided mode in the waveguide diffraction grating layer 2702.
  • the zeroth order reflected wave-transmission wave is guided mode and phase matching, and the energy of the waveguide mode is transmitted to the zeroth order reflected wave-transmission wave again.
  • the zero-order reflected diffraction wave is 100% reflected by constructive interference
  • the zero-order transmitted diffraction wave is 0% transmitted by destructive interference, resulting in a very sharp resonance curve in a specific frequency band.
  • the permittivity of the cover layer 2701 is ⁇ 1
  • the permittivity of the waveguide diffraction grating layer 2702 is ⁇ 2
  • the permittivity of the bottom substrate layer 2703 is ⁇ 3.
  • the dielectric constant ⁇ 2 of the waveguide diffraction grating layer may be expressed as Equation 1 below.
  • ⁇ g is the average value of the two repeated dielectric constants ( ⁇ H , ⁇ L )
  • ⁇ is the maximum change in dielectric constant
  • K is the wavenumber of the grating
  • 2 ⁇ / ⁇ is the period of the grating
  • X is a distance from the origin to the X axis direction.
  • the effective refractive index N of the waveguide only needs to satisfy the following condition.
  • a photochromic material, a thermochromic material, and an electrochromic material are injected into the waveguide diffraction grating to apply a suitable light, heat, or electricity to the diffraction grating to change the refractive index.
  • ( ⁇ ) can be derived.
  • the resonant frequency of the waveguide diffraction grating can be changed by irradiating light through the modulator 2610b, applying heat, or applying electricity to change ⁇ .
  • 19C is a perspective view for explaining the structure and shape of the waveguide diffraction grating.
  • the diffraction grating may include grooves or ridges formed on the surface of the dielectric slab.
  • the diffraction grating is a planar dielectric sheet having a refractive index (eg, a phase grating) that alternates periodically in the dielectric sheet.
  • exemplary phase gratings may be formed by forming an array of periodic holes in and through the dielectric sheet.
  • the diffraction grating may comprise either a one-dimensional (1D) diffraction grating or a two-dimensional diffraction grating.
  • the 1D diffraction grating may, for example, comprise a set of substantially straight grooves that are periodic and parallel only in the first direction (eg along the x-axis).
  • An example of a 2D diffraction grating may include an array of holes in a dielectric slab or sheet, where the holes are periodically spaced along two orthogonal directions (eg, along both the x-axis and the y-axis). It is. In this case, the 2D diffraction grating is also called a photonic crystal.
  • 20A to 20J are diagrams for explaining an example in which a terahertz wave optical identification device according to an embodiment of the present invention is applied to an article.
  • the terahertz wave optical identification device 2800 of FIGS. 20A to 20J is shown to be visible for the sake of explanation, in reality, a human cannot confirm whether or not the terahertz wave optical identification device 2800 is present.
  • the terahertz wave optical identification device 2800 may be attached or inserted into a soldier's hat, military uniform, or the like. In this case, the terahertz wave optical identification device 2800 may be used as a marker for identifying the enemy and friendly forces.
  • the terahertz wave optical identification element 2801 may be attached or inserted into an expensive bag, an endothelial ring, or the like. In this case, the terahertz wave optical identification element 2801 can be used as a label for identifying authenticity and fakes.
  • the terahertz wave optical identification device 2802 may be attached to or inserted into a bottle containing expensive alcohol.
  • the terahertz wave optical identification element 2802 can be used as a label for identifying authenticity and fakes.
  • the terahertz wave optical identification element 2803 may be attached to or inserted into an IC chip.
  • the terahertz wave optical identification element 2803 can be used as an indicator for identifying several IC chips.
  • the terahertz wave optical identification element 2804 may be attached or inserted into a currency or the like. In this case, the terahertz wave optical identification element 2804 can be used as an indicator for identifying real money and counterfeit money.
  • the terahertz wave optical identification element 2805 may be attached or inserted into a firearm or the like. In this case, the terahertz wave optical identification element 2805 may be used as an indicator for identifying several firearms.
  • the terahertz wave optical identification element 2806 may be attached or inserted into an expensive accessory or the like. In this case, the terahertz wave optical identification element 2806 may be used as a label for identifying authenticity and fakes.
  • the terahertz wave optical identification element 2807 may be attached or inserted into a food container.
  • the terahertz wave optical identification element 2807 can be used as a label for identifying several food containers.
  • the terahertz wave optical identification element 2808 may be attached or inserted into a book or the like. In this case, the terahertz wave optical identification element 2808 may be used as a mark for identifying several books.
  • the terahertz wave optical identification element 2809 may be attached or inserted into a human body or an animal.
  • the terahertz wave optical identification element 2809 may be used as a label for identifying a human or animal.
  • the terahertz wave optical identification device according to the present embodiment may be attached or inserted into various objects in addition to the examples described above.
  • the described embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications can be made.

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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. 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층 및 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 10.12.2013]　테라헤르츠용 포장지, 감지 센서, 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치 및 식별 유니트용 라이팅 장치
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.
본 발명은 가시광, 자외선 및 근적외선 등에서는 정보를 확인하기 어렵고, 테라헤르츠파에서만 정보를 확인할 수 있으므로 육안으로 존재 여부를 알 수 없는 광학적 식별 소자에 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.
현재 식별 소자로 바코드가 널리 사용되고 있다. 일반적으로, 바코드는 1932년 Wallace Flin의 '슈퍼마켓의 계산자동화' 논문에서 처음 고안되었으며, 현재에는 거의 모든 물품에 인쇄되어 판매시점 관리 시스템(Point Of Sales system; POS)에 의해 상품의 매입과 매출이 자동으로 관리된다. 또한, 우편자동화, 공장자동화, 재고관리, 도서관, 문서 관리, 의료 정보 등 IT 기술과 더불어 빠르게 활용도가 더욱 증가하고 있다. 최근 스마트폰의 출현과 더불어, 바코드 영상을 실시간으로 취득하여 상품의 가격 및 최저가를 검색할 수 있는 어플리케이션(application)이 개발되었다.
바코드 신호는 검은색 모듈(module)과 하얀색 모듈이 연속 조합된 형태로서 각 모듈의 폭과 비율에 따라 정보들이 인코딩(encoding) 되어 있다. 정확한 정보의 디코딩(decoding)을 위해서는 오차범위 내에서 모듈의 크기를 복원해야 한다.
그러나, 바코드는 검은색 모듈(module)과 하얀색 모듈이 연속 조합된 형태로서 각 모듈의 폭과 비율에 따라 정보들이 인코딩되기 때문에, 정해진 공간 내에 많은 정보를 인코딩할 수 없는 한계가 있으며, 육안으로 위치를 확인할 수 있기 때문에 보안 또는 위조 방지 등과 같은 분야에 적용하는데 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.
n개 고유 공진 주파수 중 어느 하나의 고유 공진 주파수를 갖는 도파로 회절격자를 포함하는 식별 유니트를 m개 사용함으로써, 작은 면적 내에 많은 양의 식별 코드를 표현할 수 있을 뿐만 아니라 육안으로 광학적 식별 소자를 인식할 수 없어 보안성도 뛰어난 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 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.
본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층 및 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수로부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자;로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함한다.
테라헤르츠용 광학적 식별 소자는 고유 공진 주파수의 종류가 n개이고, 식별 유니트의 개수가 m개이므로, 표현할 수 있는 식별 코드가 nm개이다.
식별 유니트들의 배열이 식별 코드와 다른 식별 정보를 의미할 수 있다.
식별 유니트들은 선형, 원형, 사각형, 격자 모양 및 교차 모양 중 적어도 하나의 모양으로 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수로부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자와, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로 테라헤르츠파를 조사하는 광원 및, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로부터 생성된 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출하는 검출부를 포함한다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 식별 유니트별로 검출된 고유 공진 주파수에 기초하여 식별 코드를 인식하는 인식부를 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 광원을 이동시키고, 동시에 광원이 이동되는 만큼 검출부를 이동시키는 광원-검출부 이동부를 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 이동시키는 광학적 식별 소자 이동부를 더 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원을 일방향으로 이동시키고, 동시에 광원이 이동되는 만큼 검출부를 이동시키는 광원-검출부 이동부 및, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 타방향으로 이동시키는 광학적 식별 소자 이동부를 더 포함할 수 있다.
광원은 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 광원을 여러개 포함하는 광원 어레이이고, 검출부는 광원 어레이에 매칭되는 검출부를 여러개 포함하는 검출부 어레이일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 식별 유니트용 라이팅 장치는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파에 대해 설정된 주파수 대역별로 서로 다른 고유 공진 주파수를 갖는 도파로 회절격자를 포함하는 식별 유니트 및, 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경하는 변조부를 포함한다.
변조부는 광을 조사하거나, 열을 가하거나, 전기를 인가하여 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경할 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.
개시된 발명에 따르면, 1개의 식별 유니트가 n개를 표현할 수 있기 때문에, 적은 개수의 식별 유니트를 사용하여 작은 면적 내에 많은 양의 식별 코드를 표현할 수 있다.
또한, 가시광선, 적외선 영역에서는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 육안으로 인식할 수 없기 때문에, 보안성이 우수하여 다양한 분야에 활용할 수 있다.
또한, 식별 유니트를 각 공진 주파수별로 각각 생산하지 않아도 되므로, 식별 유니트 및 광학적 식별 소자의 생산 비용을 절감할 수 있습니다.
또한, 사용자 등이 식별 유니트용 라이팅 장치를 이용하여 현장에서 식별 유니트를 원하는 공진 주파수로 변경시켜 식별 코드를 생성함으로써, 사용자 편의성이 증대될 수 있습니다.
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.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 식별 유니트용 라이팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 회절격자를 설명하기 위한 도면이다.
도 20a 내지 도 20j는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 물건에 적용한 예를 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 수학식처럼 표현이 가능하다.
[수학식]
ε2(x) = εg + △ε* cos(Kx)
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 PCTKR2013010008-appb-I000001
,
Figure PCTKR2013010008-appb-I000002
)|N|<
Figure PCTKR2013010008-appb-I000003
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.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2100)는 m개의 식별 유니트를 포함할 수 있다. 각각의 식별 유니트는 테라헤르츠파 투과층(2110), 도파로 회절격자(2120) 및 기판층(2130)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 식별 유니트가 8개인 경우를 기준으로 설명하겠으나, 식별 유니트의 개수는 이에 한정되지 않는다. 식별 유니트의 면적은 조사 면적, 고유공진주파수, 격자 주기 등에 영향을 받을 수 있는데, 그 중 조사면적에 가장 큰 영향을 받게 된다. 예를 들어, 테라헤르츠파의 조사빔의 직경이 6mm인 경우, 식별 유니트의 면적은 8mm * 8mm 일 수 있다. 이와 같이, 테라헤르츠파의 조사빔의 직경이 작으므로, 식별 유니트의 면적도 매우 작다.
테라헤르츠파 투과층(2110)은 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어져 있다.
도파로 회절격자(2120)는 테라헤르츠파 투과층(2110)을 투과된 테라헤르츠파가 조사되면, 고유 공진 주파수를 갖는 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 여기서, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 제 1 고유 공진 주파수는 f1일 수 있다. 만약 n이 10인 경우, 고유 공진 주파수는 10개의 고유 공진 주파수 중 어느 하나일 수 있다.(포장지 관련 특허에서 고유 공진 주파수라는 용어를 사용하였으므로, 본 출원 건에서도 용어를 공진 주파수로 통일시켜 사용하도록 하겠습니다.)
도파로 회절격자(2120)는 광감응(photosensitive), 열감응, 전기감응 등의 물질로 이루어질 수 있다.
도파로 회절격자(2120)는 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.
도파로 회절격자(2120)는 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.
기판층(2130)은 도파로 회절 격자(2120)와 결합되어 도파로 회절 격자(2120)를 고정시킬 수 있는 층일 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2100)는 고유 공진 주파수의 종류가 n개이고, 식별 유니트의 개수가 m개인 경우, 표현할 수 있는 식별 코드는 nm개가 된다. 예를 들면, 고유 공진 주파수의 종류가 10개이고, 식별 유니트의 개수가 2개인 경우, 식별 코드는 102=100개가 된다. 이와 같이, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2100)는 식별 유니트를 2개만 사용하고도 100개의 식별코드를 표현할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 고유 공진 주파수의 종류가 10개이고, 식별 유니트의 개수가 8개인 경우, 식별 코드는 108=100.000,000개가 된다.
따라서, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자는 작은 면적 내에 많은 양의 식별 코드를 표현할 수 있다.
또한, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자는 육안으로 광학적 식별 소자를 인식할 수 없기 때문에, 보안성도 우수하다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 14a는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로부터 반사되는 테라헤르츠파를 검출하여 도시한 그래프이다.
도 14a를 참조하면, 각각의 식별 유니트들(1 ~ n)은 각각 고유 공진 주파수(f1, f2, f3 내지 fn)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제 1 식별 유니트(1)은 제 1 고유 공진 주파수(f1)를 가지며, 제 2 식별 유니트(2)는 제 2 고유 공진 주파수(f2)를 가지며, 제 n 식별 유니트(n)은 제 n 고유 공진 주파수(fn)를 가질 수 있다.
도 14b는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로부터 투과되는 테라헤르츠파를 검출하여 도시한 그래프이다.
도 14b를 참조하면, 각각의 식별 유니트들(1 ~ n)은 각각 고유 공진 주파수(f1, f2, f3 내지 fn)를 가질 수 있다. 예를 들면, 제 1 식별 유니트(1)은 제 1 고유 공진 주파수(f1)를 가지며, 제 2 식별 유니트(2)는 제 2 고유 공진 주파수(f2)를 가지며, 제 n 식별 유니트(n)은 제 n 고유 공진 주파수(fn)를 가질 수 있다.
도 14c는 16개의 식별 유니트들로 이루어진 테라헤르츠용 광학적 식별 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 14c를 참조하면, 식별 유니트는 총 16개이고, 총 16개의 식별 유니트는 각각의 고유 공진 주파수(f1, f2, f3 내지 f10)를 갖는 10개의 식별 유니트들(1 ~ 10)의 조합으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 첫번째 식별 유니트는 제 1 고유 공진 주파수(f1)를 갖는 제 1 식별 유니트(1)이고, 두번째 식별 유니트는 제 4 고유 공진 주파수(f4)를 갖는 제 4 식별 유니트(4)이고, 세번째 식별 유니트는 제 2 고유 공진 주파수(f2)를 갖는 제 2 식별 유니트(2)이고, 나머지 위치에 존재하는 식별 유니트들도 도 2c에 도시된 바와 같이 식별 유니트들로 구성될 수 있다.
도 14d는 고유 공진 주파수의 종류가 n개이고, 식별 유니트의 개수가 m개인 경우에 표현될 수 있는 식별코드의 개수를 설명하기 위한 도면이다.
도 14d를 참조하면, 각각의 식별 유니트에 형성될 수 있는 식별 유니트의 고유 공진 주파수의 종류는 n개이고, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자는 총 16개의 식별 유니트로 이루어진 경우이므로, 표현할 수 있는 식별 코드는 n16개가 된다.
도 14e는 식별 유니트들의 다양한 형태의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 14e를 참조하면, 식별 유니트들은 다양한 형태로 배열될 수 있으며, 배열의 형태는 식별 코드와 다른 식별 정보를 의미할 수 있다. 식별 유니트들은 선형, 원형, 사각형, 격자 모양 및 교차 모양 등과 같이 다양한 형태로 배열될 수 있다.
도 14e의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 식별 유니트들은 선 형태, 교차된 형태 및 원형의 띠 형태로 배열될 수 있다. 이때, 선 형태는 A 물건을 의미하고, 교차된 형태는 B 물건을 의미하고, 원형의 띠 형태는 C 물건을 의미할 수 있다. 이와 같이, 식별 유니트들의 배열 형태를 식별 정보로 이용할 수도 있다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15a를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300a), 광원(2310a) 및 검출부(2320a)를 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300a)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함할 수 있다.
광원(2310a)은 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300a)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다. 예를 들면, 광원(2310a)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.
검출부(2320a)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300a)로부터 반사되는 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출할 수 있다.
인식부(2330a)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300a)로부터 반사된 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수에 기초하여 식별 코드를 인식할 수 있다. 예를 들면, 식별 유니트가 4개인 경우, 인식부(미도시)는 각각의 식별 유니트로부터 반사된 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수의 종류에 기초하여 식별 코드를 인식할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 반사된 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수가 f1, f9, f2, f3 인 경우, 식별코드가 1 / 9 / 2 / 3 일 수 있다. 이와 같이, 식별코드의 각 자리의 수가 0 / 1로 단순히 표시되는 것이 아니라 각 자리의 수가 고유 공진 주파수의 종류와 동일한 수치로 표현될 수 있다. 고유 공진 주파수의 종류가 15개라면, 식별 코드의 각 자라의 수는 0 ~ 15로 표현될 수 있으므로, 표현할 수 있는 식별 코드의 개수는 154이 되는 것이다.
광원-검출부 이동부(미도시)는 광원(2310a)에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 광원(2310a)을 이동시키고, 동시에 광원(2310a)이 이동되는 만큼 검출부(2320a)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠용 광학적 식별 소자(2300a)는 고정된 상태에서, 광원(2310a) 및 검출부(2320a)를 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 15b를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300b), 광원(2310b) 및 검출부(2320b)를 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300b)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함할 수 있다.
광원(2310b)은 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300b)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
검출부(2320b)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300b)로부터 반사되는 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출할 수 있다.
광학적 식별 소자 이동부(미도시)는 광원(2310b)에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300b)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원(2310a) 및 검출부(2320a)는 고정된 상태에서, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자(2300a)를 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 15c를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300c), 광원(2310c) 및 검출부(2320c)를 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300c)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함할 수 있다.
광원(2310c)은 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300c)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
검출부(2320c)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300c)로부터 투과되는 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출할 수 있다.
광원-검출부 이동부(미도시)는 광원(2310c)에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 광원(2310c)을 이동시키고, 동시에 광원(2310c)이 이동되는 만큼 검출부(2320c)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠용 광학적 식별 소자(2300c)는 고정된 상태에서, 광원(2310c) 및 검출부(2320c)를 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 15d를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300d), 광원(2310d) 및 검출부(2320d)를 포함할 수 있다.
테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300d)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함할 수 있다.
광원(2310d)은 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300d)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
검출부(2320d)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300d)로부터 투과되는 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출할 수 있다.
광학적 식별 소자 이동부(미도시)는 광원(2310d)에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2300d)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원(2310d) 및 검출부(2320d)는 고정된 상태에서, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자(2300d)를 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 16는 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2400), 광원(2410) 및 검출부(2420)를 포함할 수 있다.
광원(2410)은 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 광원을 여러개 포함하는 어레이 형태일 수 있다.
검출부(2420)는 광원 어레이에 매칭되는 검출부를 여러개 포함하는 검출부 어레이형태 일 수 있다.
본 실시예에서는 광원(2410)은 4개의 광원이 일직선상에 배열된 어레이이고, 검출부(2420)는 4개의 검출부가 일직선상에 배열된 어레이일 수 있다. 검출부(2420) 어레이는 광원 어레이에 1 : 1로 매칭될 수 있다.
광학적 식별 소자 이동부(미도시)는 광원 어레이에서 생성된 테라헤르츠파가 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2400)를 이동(2430)시킬 수 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 광원어레이 및 검출부 어레이는 고정된 상태에서, 테라헤르츠용 광학적 식별 소자(2400)를 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2500), 광원(2510) 및 검출부(2520)를 포함할 수 있다.
광원(2510)은 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2500)로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
검출부(2520)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2500)로부터 투과되는 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출할 수 있다.
광원-검출부 이동부(미도시)는 광원(2510)을 일방향(2530)으로 이동시키고, 동시에 광원(510)이 이동되는 만큼 검출부(2520)를 이동시킬 수 있다.
광학적 식별 소자 이동부(미도시)는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2500)를 타방향(2540)으로 이동시킬 수 있다.
이에 따라, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2500), 광원(2510) 및 검출부(2520)를 유기적으로 이동시켜 식별 유니트들을 스캔할 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 식별 유니트용 라이팅 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 18a를 참조하면, 고유 공진 주파수를 주파수 대역별(G1, G2, … , Gm)로 설정할 수 있다. 주파수 대역은 변조부(도 18b의 2610b)가 변경시킬 수 있는 주파수 대역에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들면, 변조부(도 18b의 2610b)가 f2를 기준으로 변경시킬 수 있는 주파수 대역이 f1 에서 f3인 경우, 제 1 주파수 대역(G1)은 f1 에서 f3가 된다. 변조부(도 18b의 2610b)가 f5를 기준으로 변경시킬 수 있는 주파수 대역이 f4 에서 f6인 경우, 제 1 주파수 대역(G1)은 f4 에서 f6가 된다.
도 18b를 참조하면, 식별 유니트용 라이팅 장치는 식별 유니트(2600b) 및 변조부(2610b)를 포함할 수 있다. 식별 유니트(2600b)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파에 대해 설정된 주파수 대역(G1)에 대응되는 고유 공진 주파수(f2)을 갖는 도파로 회절격자를 포함할 수 있다.
변조부(2610b)는 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경할 수 있다. 예를 들면, 변조부(2610b)는 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수(f2)를 설정된 주파수 대역(G1) 내에서 다른 고유 공진 주파수(f1 또는 f3)로 변경할 수 있다.
공진 주파수를 변경하는 방법에 대한 구체적인 예를 들면, 변조부(2610b)는 하여 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경할 수 있다. 이에 대한 구체적은 설명은 이하의 도 19를 참조하여 후술하겠다.
도 18c를 참조하면, 식별 유니트용 라이팅 장치는 식별 유니트(2600c) 및 변조부(2610c)를 포함할 수 있다. 식별 유니트(2600c)는 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 투과된 테라헤르츠파에 대해 설정된 주파수 대역(G2)에 대응되는 고유 공진 주파수(f5)를 갖는 도파로 회절격자를 포함할 수 있다.
변조부(2610c)는 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경할 수 있다. 변조부(2610c)는 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수(f5)를 설정된 주파수 대역(G2) 내에서 다른 고유 공진 주파수(f4 또는 f6)로 변경할 수 있다.
이와 같이, 식별 유니트용 라이팅 장치를 이용하면, 사용자 등은 식별 유니트의 공진 주파수를 설정된 공진 주파수 범위 내에서 자유롭게 변경할 수 있다. 따라서, 식별 유니트를 각 공진 주파수별로 각각 생산하지 않아도 되므로, 식별 유니트 및 광학적 식별 소자의 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 사용자 등이 식별 유니트용 라이팅 장치를 이용하여 현장에서 식별 유니트를 원하는 공진 주파수로 변경함으로써, 사용자 편의성이 증대될 수 있습니다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 회절격자를 설명하기 위한 도면이다.
도 19의 (a)를 참조하면, 식별 유니트는 특정 주파수에 대해 Guided Mode Resonance (GMR)를 일으키는 도파로 회절 격자(waveguide grating)를 포함할 수 있다.
도파로 회절격자층(2702)은 주어진 조건(입사광의 주파수, 입사각, 도파로 두께 및 유효 굴절률 등)에서 입사되는 광을 회절 시킬 수 있다. 0차를 제외한 나머지 고차 회절파들은 도파로 회절격자층(2702)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 주파수 대역에서 매우 날카로운 공진 곡선이 그려진다.
도 19의 (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 공진이 발생).
도 19의 (a)에 도시된 것처럼, 커버층(2701)의 유전율을 ε1이라 하고 도파로 회절격자층(2702)의 유전율을 ε2 라고 하고, 맨 아래 기판층(2703)의 유전율을 ε3라 하면, 도파로 회절격자층의 유전율 ε2 는 다음 수학식 1 처럼 표현이 가능하다.
[수학식]
ε2(x) = εg + △ε* cos(Kx)
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 주파수과 입사각에서 도파로 회절격자가 공진, 즉, 도파로 모드가 발생되기 위해서는 도파로의 유효굴절률 N이 다음 조건을 만족하기만 하면 된다.
max(
Figure PCTKR2013010008-appb-I000004
,
Figure PCTKR2013010008-appb-I000005
)|N|<
Figure PCTKR2013010008-appb-I000006
특히, 도파로 회절격자 내에 광감응변색(photochromic) 물질, 열감응변색(thermochromic) 물질, 전기감응변색(electrochromic) 물질을 주입하여 외부에서 적절한 광이나, 열, 전기를 회절격자에 인가함으로써 굴절률의 변화(△ε)를 유도할 수 있다. 예를 들면, 변조부(2610b)를 통해 광을 조사하거나, 열을 가하거나, 전기를 인가하여 △ε를 변화시킴으로써, 도파로 회절격자의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다.
도 19의 (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 20a 내지 도 20j는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 물건에 적용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20a 내지 도 20j의 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2800)는 설명하기 위해 육안으로 보이는 것으로 도시하였으나, 실제로는 사람이 육안으로 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2800)의 존재 여부를 확인할 수 없다.
도 20a를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2800)는 군인의 모자, 군복 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2800)는 적군과 아군을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20b를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2801)는 고가의 가방의 고리, 내피 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2801)는 진품과 가품을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20c를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2802)는 고가의 술이 담긴 병 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2802)는 진품과 가품을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20d를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2803)는 IC 칩 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2803)는 여러 개의 IC 칩들을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20e를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2804)는 화폐 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2804)는 진짜 화폐와 위조 화폐를 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20f를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2805)는 총기류 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2805)는 여러 개의 총기들을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20g를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2806)는 고가 악세사리 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2806)는 진품과 가품을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20h를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2807)는 식품 용기 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2807)는 여러 개의 식품 용기들을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20i를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2808)는 책 등에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2808)는 여러 개의 책들을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
도 20j를 참조하면, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2809)는 인체 또는 동물 내에 부착 또는 삽입될 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자(2809)는 사람 또는 동물을 식별하는 표지로 사용될 수 있다.
본 실시예에서 따른 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자는 위에서 설명한 예들 이외에도 다양한 물건 등에 부착 또는 삽입될 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.

Claims (31)

  1. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층; 및
    상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 상기 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 투과층 및 상기 전계 강화 구조체의 양측면에 형성되고, 테라헤르츠파를 차단하는 테라헤르츠파 차단층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 포장지.
  5. 제 1 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; 및
    상기 기판층에 위에 형성되고, 상기 기판층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 포함하는 테라헤르츠파용 감지 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 상기 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 감지 센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파용 감지 센서.
  9. 제 6 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 감지 센서.
  10. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 상기 테라헤르츠파 투과층을 투과한 테라헤르츠파 중 미리 설정된 주파수 대역에 반응하여 전계를 강화시키는 전계 강화 구조체를 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. 제 10 항에 있어서,
    상기 포장지는
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 상기 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 포장지는,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  15. 제 10 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 구조체를 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. 제 16 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파용 감지 센서는
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 상기 특정 물질만을 상기 전계 강화 구조체로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파용 감지 센서는,
    상기 전계 강화 구조체와 결합되고, 특정 물질과만 결합하는 선택적 감지층; 및
    상기 특정 물질만을 상기 선택적 감지층으로 통과시키는 필터층을 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 검출 장치.
  20. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층; 및
    상기 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 상기 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자;로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자.
  21. 제 21 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠용 광학적 식별 소자는,
    상기 고유 공진 주파수의 종류가 n개이고, 상기 식별 유니트의 개수가 m개이므로, 표현할 수 있는 식별 코드가 nm개인 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 식별 유니트들의 배열이 식별 코드와 다른 식별 정보를 의미하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 식별 유니트들은
    선형, 원형, 사각형, 격자 모양 및 교차 모양 중 적어도 하나의 모양으로 배열되는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자.
  24. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 상기 투과된 테라헤르츠파가 조사되면 고유 공진 주파수에서 공진이 일어나되, 상기 고유 공진 주파수는 제 1 고유 공진 주파수부터 제 n 고유 공진 주파수 중 어느 하나인 도파로 회절격자로 구성된 m개의 식별 유니트를 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자;
    상기 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로 테라헤르츠파를 조사하는 광원; 및
    상기 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자로부터 생성된 테라헤르츠파의 고유 공진 주파수를 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 식별 유니트별로 검출된 고유 공진 주파수에 기초하여 식별 코드를 인식하는 인식부를 더 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 광원에서 생성된 테라헤르츠파가 상기 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 상기 광원을 이동시키고, 동시에 상기 광원이 이동되는 만큼 상기 검출부를 이동시키는 광원-검출부 이동부를 더 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 광원에서 생성된 테라헤르츠파가 상기 식별 유니트들에 순차적으로 조사되도록 상기 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 이동시키는 광학적 식별 소자 이동부를 더 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 광원을 일방향으로 이동시키고, 동시에 상기 광원이 이동되는 만큼 상기 검출부를 이동시키는 광원-검출부 이동부; 및
    상기 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자를 타방향으로 이동시키는 광학적 식별 소자 이동부를 더 포함하는 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 광원은
    테라헤르츠파를 생성할 수 있는 광원을 여러개 포함하는 광원 어레이이고,
    상기 검출부는,
    상기 광원 어레이에 매칭되는 검출부를 여러개 포함하는 검출부 어레이인 테라헤르츠파용 광학적 식별 소자 인식 장치.
  30. 테라헤르츠파를 투과시키는 물질로 이루어진 테라헤르츠파 투과층과, 상기 투과된 테라헤르츠파에 대해 설정된 주파수 대역별로 서로 다른 고유 공진 주파수를 갖는 도파로 회절격자를 포함하는 식별 유니트; 및
    상기 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 상기 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경하는 변조부를 포함하는 식별 유니트용 라이팅 장치.
  31. 제 31 항에 있어서,
    상기 도파로 회절 격자는,
    광감응변색 물질, 열감응변색 물질 또는 전기감응변색 물질을 포함하고,
    상기 변조부는,
    광을 조사하거나, 열을 가하거나, 전기를 인가하여 상기 도파로 회절 격자의 고유 공진 주파수를 상기 설정된 주파수 대역 내에서 다른 고유 공진 주파수로 변경 식별 유니트용 라이팅 장치.
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