(57)【要約】      （修正有）【課題】成分が近い油同士の種類を判別することができる油種判別方法を提供する。【解決手段】本発明に係る油種判別方法は、油液２に向けて照射されたテラヘルツ波Ｔｉの反射率Ｒを測定する測定ステップと、反射率Ｒに基づいて油液２の種類を判別する判別ステップと、を備える。測定ステップにおいては、異なる周波数ω及び入射角θで照射されたテラヘルツ波Ｔｉの反射率Ｒを繰り返し測定し、判別ステップにおいては、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ω及び入射角θと、反射率Ｒとの相関に基づいて、油液２の種類を判別する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油液に向けて照射されたテラヘルツ波の反射率を測定する測定ステップと、
前記反射率に基づいて前記油液の種類を判別する判別ステップと、を備える油種判別方法であって、
前記測定ステップにおいては、異なる周波数及び入射角で照射された前記テラヘルツ波の前記反射率を繰り返し測定し、
前記判別ステップにおいては、前記テラヘルツ波の前記周波数及び入射角と、前記反射率との相関に基づいて、前記油液の種類を判別する、
油種判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油種判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、試料物質の成分を非破壊的に検出する手法として、テラヘルツ波を用いた分光法が注目されている。テラヘルツ波は、主に周波数が数十ＧＨｚ〜数百ＴＨｚの電磁波であり、木材やプラスチックといった物質に対する透過性に優れるとともに、周波数によって物質に対する透過率や反射率等の特性が異なるという性質を有している。したがって、テラヘルツ波の透過スペクトル等を利用して、試料物質の成分を調べることができる。
【０００３】
例えば、図６は、主成分の異なる油Ｘ、Ｙに対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルの模式図である。図６に示すように、油Ｘ、Ｙに対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルは、全体の形状が一致しない。また、油Ｘにおいて吸収が極大となるテラヘルツ波の周波数（実線矢印の位置）と、油Ｙにおいて吸収が極大となるテラヘルツ波の周波数（破線矢印の位置）とは異なる。したがって、これらのスペクトルの形状やピークの位置から、油Ｘと油Ｙが異なる主成分を有していることを読み取ることができる。
【０００４】
特許文献１には、以上で説明した原理を応用し、種子を透過する電磁波の透過スペクトルや、種子から反射される電磁波の反射スペクトルを利用して、当該種子の成分を分析する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法によれば、成分の異なる油同士を明確に区別することができる。一方で、成分の近い油同士に対しては、テラヘルツ波の吸収スペクトル等からは判別することが難しいという問題があった。
例えば、図７は、同じ主成分を有する油Ｘ、Ｚに対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルの模式図である。図７に示すように、油Ｘ、Ｚに対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルは、全体の形状が類似する。また、油Ｘにおいて吸収が極大となるテラヘルツ波の周波数（実線矢印の位置）と、油Ｚにおいて吸収が極大となるテラヘルツ波の周波数（破線矢印の位置）とは、ほぼ同じである。
このように、上記の方法では、例えば主成分に同じ油を有するような、成分の近い油同士を判別することが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、成分が近い油同士の種類を判別することができる油種判別方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る油種判別方法は、油液に向けて照射されたテラヘルツ波の反射率を測定する測定ステップと、前記反射率に基づいて前記油液の種類を判別する判別ステップと、を備える油種判別方法であって、前記測定ステップにおいては、異なる周波数及び入射角で照射された前記テラヘルツ波の前記反射率を繰り返し測定し、前記判別ステップにおいては、前記テラヘルツ波の前記周波数及び入射角と、前記反射率との相関に基づいて、前記油液の種類を判別することを特徴としたものである。
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、油液に向けてテラヘルツ波を入射した場合、その反射率は、テラヘルツ波の周波数及び入射角と相関することを見出した。また、本発明者らは、当該周波数及び入射角と反射率との相関関係が、油液の種類によって異なることを見出した。
【００１０】
ここで、本発明に係る油種判別方法は、テラヘルツ波の周波数及び入射角と、反射率との相関に基づいて、油液の種類を判別するものである。上述した通り、当該周波数及び入射角と反射率との相関関係は、油液の種類によって異なる。したがって、上述の構成によれば、成分が近い油同士の種類を判別することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、成分が近い油同士の種類を判別することができる油種判別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る油種判別方法のフローチャートである。
【図２】測定ステップにおいて用いられる測定装置の概略図である。
【図３】テラヘルツ波の周波数と反射率との相関を示す概略図である。
【図４】テラヘルツ波の入射角と反射率との相関を示す概略図である。
【図５】異なる油種における、周波数及び入射角と反射率との相関関係の違いを示す表である。
【図６】主成分が異なる油に対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルの模式図である。
【図７】主成分が同じ油に対して測定したテラヘルツ波の吸収スペクトルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究の結果、油液に向けてテラヘルツ波を入射した場合、その反射率は、テラヘルツ波の周波数及び入射角と相関することを見出した。また、本発明者らは、当該周波数及び入射角と反射率との相関関係が、油液の種類によって異なることを見出した。本発明は、上記の知見に基づくものである。
なお、本明細書において、テラヘルツ波とは、周波数が１０ＧＨｚ以上１０００ＴＨｚ未満の電磁波であるものとして定義される。
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
【００１５】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る油種判別方法について説明する。図１は、本実施形態に係る油種判別方法の全体フローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る油種判別方法は、油液に向けて照射されたテラヘルツ波の反射率を測定する測定ステップＳ１と、測定ステップＳ１で測定された反射率に基づいて油液の種類を判別する判別ステップＳ２と、を含む。
【００１６】
測定ステップＳ１においては、異なる周波数及び入射角で照射されたテラヘルツ波の反射率を繰り返し測定する。判別ステップＳ２においては、テラヘルツ波の周波数及び入射角と、反射率との相関に基づいて、油液の種類を判別する。このような構成においては、後述するように、成分が近い油の種類を判別することができる。
【００１７】
次に、図２を参照して、測定ステップＳ１において用いられる測定装置について説明する。図２は、測定装置１の概略図である。
測定装置１は、基板３の上に配置された油液２に向けてテラヘルツ波Ｔｉを照射するとともに、油液２からの反射波Ｔｒの強度を検出することによって、反射波Ｔｒの反射率Ｒを測定することができる装置である。
油液２は、本実施形態の油種判別方法によって種類を判別される液状の油である。
基板３は、例えばアルミなどで形成された金属板である。
【００１８】
図２に示されるように、測定装置１は、発振器１１と、ホーンアンテナ１２、１６と、レンズ１３、１５と、アパーチャー１４と、検出器１７と、を備える。
【００１９】
発振器１１は、テラヘルツ波Ｔｉを生成する装置である。本実施形態において、発振器１１は、油液２に向けてテラヘルツ波Ｔｉが入射角θで照射されるような位置及び向きに配置されている。
発振器１１には、例えば、Ｇｕｎｎダイオードや、ＩＭＰＡＴＴ（IMPact Avalanche and Transit Time）ダイオード等の、テラヘルツ波Ｔｉを生成可能な公知の発振器を用いることができる。発振器１１の種類は、油液２に照射したいテラヘルツ波Ｔｉの周波数ωに応じて適宜変更することができる。例えば、６０ＧＨｚ付近のテラヘルツ波Ｔｉを照射したい場合には、発振器１１としてＧｕｎｎダイオードを用いることができ、具体的には、SPACEK LABS社製のＧｕｎｎダイオード（型番：GDO-15-6013R）を用いることができる。また、１４０ＧＨｚ付近のテラヘルツ波Ｔｉを照射したい場合には、発振器１１としてＩＭＰＡＴＴダイオードを用いることができ、具体的には、ELVA-1社製のＩＭＰＡＴＴダイオード（型番：CIDO-06/140/20）を用いることができる。
【００２０】
検出器１７は、油液２に照射されたテラヘルツ波Ｔｉの反射波Ｔｒを受信し、反射波Ｔｒの強度を検出可能な装置である。本実施形態において、検出器１７は、油液２からの反射波Ｔｒが受信可能となるような位置及び向きに配置されている。
検出器１７には、数十ＧＨｚ〜数百ＴＨｚの周波数の電磁波の強度を検出できる公知の装置を用いることができ、例えば、熱型検出器や量子型検出器を用いることができる。検出器１７の種類は、反射波Ｔｒの周波数ωに応じて適宜変更することができる。例えば、６０ＧＨｚのテラヘルツ波用の検出器としては、SPACEK LABS社製のショットキーバリアダイオード検出器（型番：DV-2N）を用いることができる。また、１４０ＧＨｚのテラヘルツ波用の検出器としては、ELVA-1社製のショットキーバリアダイオード検出器（型番：ZBD-06）を用いることができる。
【００２１】
ホーンアンテナ１２、１６は、断面が徐々に広がるテーパ状の構造を有した導波管である。ホーンアンテナ１２、１６の断面は、円形又は方形とすることができる。ホーンアンテナ１２、１６の大きさや形状は、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ωに応じて適宜変更することができる。
ホーンアンテナ１２は、断面が小さい方の開口端を発振器１１側に、断面が大きい方の開口端を油液２側に向けて配置される。このような配置により、発振器１１が照射するテラヘルツ波Ｔｉの指向性を高めることができる。
ホーンアンテナ１６は、断面が小さい方の開口端を検出器１７側に、断面が大きい方の開口端を油液２側に向けて配置される。このような配置により、検出器１７が効率よく反射波Ｔｒを受信することができる。
【００２２】
レンズ１３、１５は、それぞれテラヘルツ波Ｔｉ及び反射波Ｔｒを集光するためのレンズである。レンズ１３、１５は、それぞれテラヘルツ波Ｔｉ及び反射波Ｔｒの光路上に配置される。レンズ１３、１５には、数十ＧＨｚ〜数百ＴＨｚの周波数の電磁波を集光できる公知のレンズを用いることができ、例えば、半球型のシリコンレンズを用いることができる。
【００２３】
アパーチャー１４は、テラヘルツ波Ｔｉの光路上に設けられている。アパーチャー１４は、開口面積が可変な孔を有しており、当該孔の面積を調節することで、油液２に照射されるテラヘルツ波Ｔｉの光量を調節することができる。
【００２４】
測定ステップＳ１においては、測定者は、以上で説明した測定装置１を用いて、油液２に向けて照射されたテラヘルツ波Ｔｉの反射率Ｒを測定する。
具体的には、測定者は、まず発振器１１を用いて、油液２に向けてテラヘルツ波Ｔｉを照射する。このとき、発振器１１の発振強度及びアパーチャー１４の孔の面積は、アパーチャー１４の出口におけるテラヘルツ波Ｔｉの強度が所定の値となるように、適宜調節される。次いで、測定者は、検出器１７を用いて、油液２からの反射波Ｔｒの強度を検出する。そして、測定者は、反射波Ｔｒの強度をアパーチャー１４の出口におけるテラヘルツ波Ｔｉの強度で割り、その値を反射率Ｒとして求める。
【００２５】
また、測定ステップＳ１において、測定者は上記の手順を繰り返すことによって、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ωと入射角θの組み合わせを変えながら、反射率Ｒを繰り返し測定する。例えば具体的には、測定者は、入射角θを３０度に固定しながら、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ωを６０ＧＨｚから１４０ＧＨｚに変更して、それぞれの反射率Ｒを測定する。あるいは、測定者は、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ωを１４０ＧＨｚに固定しながら、入射角θを２０度から３０度に変更して、それぞれの反射率Ｒを測定する。
【００２６】
ここで、図３及び図４を用いて、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ω及び入射角θと、反射率Ｒとの相関関係について説明する。図３は、入射角θを一定にした場合の、テラヘルツ波Ｔｉの周波数ωと反射率Ｒとの相関を示す概略図である。図３の横軸はテラヘルツ波Ｔｉの周波数ωを表し、縦軸は反射率Ｒを表している。また、図４は、周波数ωを一定にした場合の、テラヘルツ波Ｔｉの入射角θと反射率Ｒとの相関を示す概略図である。図４の横軸はテラヘルツ波Ｔｉの入射角θを表し、縦軸は反射率Ｒを表している。
【００２７】
図３に示すように、油液に対してテラヘルツ波Ｔｉの周波数ωを変化させると、反射率Ｒが変化する。これは、油液の誘電率や消衰係数が周波数ωによって変化するためである。また、油液の誘電率及び消衰係数と周波数ωとの相関関係は、油液に含まれる成分によって変化する。すなわち、油液の種類が異なると、周波数ωと反射率Ｒとの相関関係も変化する。
例えば、ある油Ａにおいては、周波数ωａにおける点Ｐ（Ａ，ａ）の反射率Ｒよりも、周波数ωｂにおける点Ｐ（Ａ，ｂ）の反射率Ｒの方が小さいが、油Ａとは異なる油Ｂにおいては、周波数ωａにおける点Ｐ（Ｂ，ａ）の反射率Ｒよりも、周波数ωｂにおける点Ｐ（Ｂ，ｂ）の反射率Ｒの方が大きい。したがって、周波数ωａにおける反射率Ｒと、周波数ωｂにおける反射率Ｒとの大小関係に基づいて、油Ａと油Ｂとを判別することができる。
【００２８】
また、図４に示すように、油液に対してテラヘルツ波Ｔｉの入射角θを変化させると、反射率Ｒが変化する。これは、油液の誘電率や消衰係数が入射角θによって変化するためである。また、油液の誘電率及び消衰係数と入射角θとの相関関係は、油液に含まれる成分によって変化する。すなわち、油液の種類が異なると、入射角θと反射率Ｒとの相関関係も変化する。
例えば、ある油Ａにおいては、入射角θａにおける点Ｑ（Ａ，ａ）の反射率Ｒよりも、入射角θｂにおける点Ｑ（Ａ，ｂ）の反射率Ｒの方が小さいが、油Ａとは異なる油Ｂにおいては、入射角θａにおける点Ｑ（Ｂ，ａ）の反射率Ｒよりも、入射角θｂにおける点Ｑ（Ｂ，ｂ）の反射率Ｒの方が大きい。したがって、入射角θａにおける反射率Ｒと、入射角θｂにおける反射率Ｒとの大小関係に基づいて、油Ａと油Ｂとを判別することができる。
【００２９】
図５は、成分が近い４種類の油（ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）油、トランスファーオイル、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）油、エンジンオイル）における、周波数ω及び入射角θと反射率Ｒとの相関関係をまとめた表である。上記４種類の油（ＣＶＴ油、トランスファーオイル、ＡＴＦ油、エンジンオイル）は、例えば自動車等に用いられる油である。ＣＶＴ油とＡＴＦ油は同じベースオイルを主成分として有する。
【００３０】
図５において、Ｒ１４０ＧＨｚ及びＲ３０度は、［（１）周波数ωが１４０ＧＨｚ、入射角θが３０度］の条件で照射されたテラヘルツ波の反射率を表している。また、Ｒ２０度は、［（２）周波数ωが１４０ＧＨｚ、入射角θが２０度］の条件で照射されたテラヘルツ波の反射率を表している。また、Ｒ６０ＧＨｚは、［（３）周波数ωが６０ＧＨｚ、入射角θが３０度］の条件で照射されたテラヘルツ波の反射率を表している。
図５に示すように、ＣＶＴ油、トランスファーオイル、ＡＴＦ油、及びエンジンオイルのそれぞれにおいて、入射角θ及び周波数ωを変えた場合の反射率の大小関係が異なる。例えば、ＣＶＴ油では、Ｒ１４０ＧＨｚよりもＲ６０ＧＨｚの方が大きく、Ｒ３０度よりもＲ２０度の方が大きい。これに対し、トランスファーオイルでは、Ｒ１４０ＧＨｚよりもＲ６０ＧＨｚの方が小さく、Ｒ３０度よりもＲ２０度の方が大きい。また、ＡＴＦ油では、Ｒ１４０ＧＨｚよりもＲ６０ＧＨｚの方が小さく、Ｒ３０度よりもＲ２０度の方が小さい。さらに、エンジンオイルでは、Ｒ１４０ＧＨｚよりもＲ６０ＧＨｚの方が大きく、Ｒ３０度よりもＲ２０度の方が小さい。
【００３１】
以上に示したように、上記４種類の油は、それぞれＲ１４０ＧＨｚとＲ６０ＧＨｚの大小関係、及びＲ３０度とＲ２０度の大小関係の組み合わせが異なっている。したがって、Ｒ１４０ＧＨｚとＲ６０ＧＨｚの大小関係、及びＲ３０度とＲ２０度の大小関係を求めることで、上記４種類の油を判別することができる。
すなわち、例えばある油液が上記４種類のどれに対応するかを判別したい場合は、まず、測定ステップＳ１において上記（１）〜（３）の測定条件で各々の反射率を測定し、次いで判別ステップＳ２においてそれぞれの反射率の大小関係を比較すればよい。そして、それぞれの大小関係が図５の表のどこに対応するかを求めることによって、油液が上記４種類のうちのどれであるかを判別することができる。
【００３２】
以上で説明したように、本発明に係る油種判別方法では、成分が近い油の種類を判別することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３３】
例えば、上記の実施形態において、判別可能な油の例として「ＣＶＴ油、トランスファーオイル、ＡＴＦ油、及びエンジンオイル」の４種類を説明したが、判別可能な油は上記の例に限られない。入射角θ及び周波数ωを変えた場合の反射率の大小関係が異なる油であれば、同様の手順によって油種を判別することができる。
【００３４】
また、上記４種類の油を判別するための具体例として、（１）〜（３）の測定条件で各々の反射率を測定し、次いでそれぞれの反射率の大小関係を比較する場合を説明したが、測定条件は上記の例に限られない。すなわち、上記４種類の油における反射率の大小関係が異なるような周波数ωと入射角θの組み合わせであれば、周波数ω及び入射角θを任意の値とすることができる。
【００３５】
なお、入射角θを大きくすることによって、油液内を通過するテラヘルツ波の長さを長くすることができ、油液の誘電率の違いをより際立たせることができる。すなわち、油液の種類の違いによる反射率の違いを明瞭にすることができる。したがって、入射角θは、好ましくは２０度以上とすることができる。
【００３６】
また、周波数ωを大きくすることによって、油液の量が小さい場合であっても、油液の種類の違いによる反射率の違いをより際立たせることができる。すなわち、油液の種類の違いによる反射率の違いを明瞭にすることができる。したがって、周波数ωは、好ましくは６０ＧＨｚ以上とすることができる。
【００３７】
以上で説明した複数の構成例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。これら複数の構成は、互いに異なる新規な特徴を有している。したがって、これら複数の構成は、互いに異なる目的又は課題を解決することに寄与し、互いに異なる効果を奏することに寄与する。
【符号の説明】
【００３８】
１    測定装置
２    油液
３    基板
１１  発振器
１２、１６  ホーンアンテナ
１３、１５  レンズ
１４  アパーチャー
１７  検出器
Ｒ    反射率
Ｓ１  測定ステップ
Ｓ２  判別ステップ
Ｔｉ  テラヘルツ波
Ｔｒ  反射波
θ    入射角
ω    周波数
【図１】
2020085790.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020085790.tif 000007
【図６】
2020085790.tif 000008
【図７】
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