(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（５）に入射する放射の偏波面を第１の偏波面から第２の偏波面に変化させるための偏波変化手段を付与された物品（５）の識別のための装置であって、
第１の偏波面を有するマイクロ波放射の放射源（１）と、
放射の偏波面における変化を検出するための検出手段（３）とを備える装置であり、
偏波変化手段が、少なくとも２対のダイポールアーム（８、９）を有する少なくとも１つの偏波切り換え構造（７）からなり、少なくとも２対のダイポールアームが、第１の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第１の１対のダイポールアーム（８）と、第２の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第２の１対のダイポールアーム（９）とからなり、偏波切り換え構造（７）が物品の上又は内部に配置されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
偏波変化手段が、入射する放射の偏波変化手段を通る透過における偏波特性を変化させるための手段からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
偏波変化手段が、入射する放射の偏波変化手段からの反射における偏波特性を変化させるための手段からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
適切なマイクロ波放射の検出手段（３）に接続された受信アンテナ（４ｃ）、及び送信アンテナ（４ｂ）を備え、受信アンテナ（４ｃ）は、第２の偏波面を有するマイクロ波放射の受信に有利に配置される、請求項１から３に記載の装置。
【請求項５】
第１及び第２の偏波面が、実質的に直交する、請求項１から４に記載の装置。
【請求項６】
送信アンテナ（４ｂ）及び受信アンテナ（４ｃ）の少なくとも１つが、導波管である、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
偏波変化手段が、第１の偏波面に実質的に平行な方向に対してゼロでない角度θに向けられ、また第１の偏波面に実質的に直交する方向に対してゼロでない角度に向けられた、エッジを有する少なくとも１つの偏波切り換え構造（７）からなる、請求項１から６に記載の装置。
【請求項８】
角度θは、実質的に４５°である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
偏波切り換え構造又は各偏波切り換え構造が、物品の上又は内部に配置されたストリップである、請求項１から８に記載の装置。
【請求項１０】
偏波変化手段が、導電フォイル、導電インク、導電酸化物、金属ファイバ、又はカーボンファイバのいずれか１つからなる請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
偏波変化手段は、絶縁材料からなる、請求項１から９に記載の装置。
【請求項１２】
偏波変化手段は、１つ又は複数の選択された位置で偏波変化手段による偏波特性の変化を防止する変換手段をさらに備え、１つ又は複数の選択された位置の配置が、識別コードを提供する、請求項１から１１に記載の装置。
【請求項１３】
偏波変化手段は、放射の偏波特性を変化させるための複数の偏波切り換え構造からなり、それによって、１つ又は複数の選択された偏波切り換え構造が、１つ又は複数の選択された偏波切り換え構造による偏波特性の変化を防止するための変換手段を与えられる請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
偏波特性の変化を防止するための変換手段は、１つ又は複数の導電材料の層からなる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
マイクロ波放射を送信するための送信アンテナ（１３）を有する装置であって、
偏波変化手段は向き（１７）を有し、検出手段（３）は、偏波変化手段の向きを決定するためのホモダイン受信機からなり、該ホモダイン受信機は受信アンテナ（１４）を有し、使用時に、偏波変化手段が、送信アンテナ（１３）とホモダイン受信機の受信アンテナ（１４）との間に位置するように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
偏波変化手段は、複数の偏波切り換え構造からなり、偏波切り換え構造のうちの少なくとも１つは、１つ又は複数の他の偏波切り換え構造と異なった向きを持つように配置され、それによって、偏波切り換え構造の向き（１７）の配置が、識別コードを提供する請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
物品を識別する方法であって、
（ｉ）識別されるべき物品に、その物品に入射する放射の偏波面を第１の偏波面から第２の偏波面に変化させるための偏波変化手段を付与するステップと、
（ｉｉ）第１の偏波面を有するマイクロ波放射によって物品を照射するステップと、
（ｉｉｉ）放射の偏波面における変化を検出するステップとを有する方法であって、
偏波変化手段が、少なくとも２対のダイポールアーム（８、９）を有する少なくとも１つの偏波切り換え構造（７）からなり、少なくとも２対のダイポールアームが、第１の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第１の１対のダイポールアーム（８）と、第２の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第２の１対のダイポールアーム（９）とからなり、偏波切り換え構造（７）が物品の上又は内部に配置されることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
物品に入射する放射の偏波面を第１の偏波面から第２の偏波面に変化させるための、請求項１から１７のいずれか一項において識別されるべき物品の上又は内部に配置されるのに適している偏波変化手段であって、偏波変化手段が、少なくとも２対のダイポールアーム（８、９）を有する少なくとも１つの偏波切り換え構造（７）からなり、少なくとも２対のダイポールアームが、第１の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第１の１対のダイポールアーム（８）と、第２の偏波面に実質的に平行となるように配置された少なくとも１つの第２の１対のダイポールアーム（９）とからなる、手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、物品すなわち対象物の識別のための装置及び方法に関するものである。
【０００２】
従来、物品の識別は、何らかの手段により読み取ることができる物品上のフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）を含むことにより達成されてきた。これらは、図式の複雑なフィーチャー又はホログラフィーのフィーチャーを含んでもよい。しかしながら、そのようなフィーチャーは、それらの存在が明らかに目に見え、またこのことはいつも望ましいとは限らないという不都合を有している。
【０００３】
その上に、そのようなフィーチャーは、ラベル又はホログラムのように、容易に人手で識別され得るが、一方それらは、自動化されたシステムにを用いて識別することはより困難である。バーコードは、一般的に用いられる機械読み取り可能な識別手段である。しかしながら、バーコードは、多くの情報を含んでおり、ある応用、例えばスーパーマーケットの商品販売には適しているが、そのような読み取りシステムは、物品の非常に高速での識別が要求される応用には遅すぎる。
【０００４】
本発明の目的は、人間の目には直接見えず、自動化識別技術及び高速読み取りシステムと両立性がある、信頼できる識別手段を提供することにある。
【０００５】
本発明の目的とするところは、物品の上又は内部に用いることが許容される材料を用いて生成され、物理的に頑丈なフィーチャーから導き出される強い識別信号を得る手段を提供することにある。加えて、本発明は、高速の自動化された検査に適している。このことは、大量の物品を取り扱うときに特に有利である。
【０００６】
本発明によれば、物品に入射する放射の偏波特性を変化させるための偏波変化手段を付与された物品の識別のための装置は、
ランダムではなく偏波されたマイクロ波放射の放射源と、
放射の偏波特性における変化を検出するための手段とを備える。
【０００７】
偏波変化手段は、偏波変化手段を通る透過における偏波特性又は偏波変化手段からの反射における偏波特性を変化させるための手段からなってもよい。
【０００８】
マイクロ波放射は、第１の偏波面を有し、偏波変化手段は、第１の偏波面を第２の偏波面に変化させる手段からなってもよい。好ましくは、第１及び第２の偏波面は、実質的に直交する。
【０００９】
該装置は、適切なマイクロ波放射の検出手段に接続された送信アンテナ及び受信アンテナを備えていてよく、該受信アンテナは、第２の偏波面を有するマイクロ波放射の受信に有利に配置される。送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも１つは、導波管であってもよい。
【００１０】
偏波変化手段は、少なくとも２対のダイポールアームを有する少なくとも１つのフィーチャーからなり、ダイポールアームの各対は、第１の偏波面又は第２の偏波面の異なる１つに実質的に平行となるように配置され、フィーチャーは物品の上又は内部に配置される。
【００１１】
あるいはまた、偏波変化手段は、第１の偏波面に実質的に平行な方向又は実質的に直交する方向に対して、ゼロでない角度θに向けられたエッジを有する少なくとも１つのフィーチャーからなってもよい。好ましくは、角度θは、実質的に４５°である。このことは、検出手段に接続された導波管への、第１の偏波面を有するマイクロ波放射の結合が、最大化されるという利点を提供する。例えば、該１つ又は複数のフィーチャーは、物品の上又は内部に配置されたストリップであってもよい。
【００１２】
偏波変化手段は、導電フォイル、導電インク、導電酸化物、金属ファイバ、又はカーボンファイバのいずれか１つからなってもよい。あるいはまた、偏波変化手段は、絶縁材料からなってもよい。
【００１３】
偏波変化手段は、１つ又は複数の選択された位置で偏波変化手段による偏波特性の変化を防止する変換手段をさらに備えていてもよく、該１つ又は複数の選択された位置の配置が、識別コードを提供する。例えば、偏波変化手段は、放射の偏波特性を変化させるための複数のフィーチャーからなってもよく、それによって、１つ又は複数の選択されたフィーチャーが、１つ又は複数の選択されたフィーチャーによる偏波特性の変化を防止するための変換手段を与えられる。例えば、偏波特性の変化を防止するための変換手段は、１つ又は複数の導電物質の層からなってもよい。該層は、該１つ又は複数のフィーチャーに実質的に平行に且つ接して配置される。
【００１４】
該装置はまた、偏波変化手段の向きを決定するための手段を備えていてもよい。例えば、該装置は、送信アンテナ及び受信アンテナを有するホモダイン受信機を備えていてもよく、使用時に、偏波変化手段が、ホモダイン受信機の送信アンテナとホモダイン受信機の受信アンテナとの間に位置するように配置される。
【００１５】
偏波変化手段は、複数のフィーチャーからなってもよく、フィーチャーのうちの少なくとも１つは、該１つ又は複数の他のフィーチャーと異なった向きを持つように配置され、それによって、該フィーチャーの向きの配置が、識別コードを提供する。
【００１６】
該装置は、（ｉ）放射の偏波特性を変化させるための手段の向きを決定するための手段と、（ｉｉ）偏波変化手段による偏波特性の変化を防止するための変換手段との両者を含んでいてもよい。これは、より複雑な識別コードを提供する利点を有する。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、物品を識別する方法は、
（ｉ）識別されるべき物品に、ランダムではなく偏波されたマイクロ波放射の偏波特性を変化させるための偏波変化手段を付与するステップと、
（ｉｉ）ランダムではなく偏波されたマイクロ波放射によって物品を照射するステップと、
（ｉｉｉ）前記放射の偏波特性における変化を検出するステップと
を有する。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、本発明の装置又は方法に用いるための物品であって、
識別目的のために、ランダムではなく偏波されたマイクロ波放射の偏波特性を変化させるための偏波変化手段を備え、該偏波変化手段は、識別されるべき物品の上又は内部に配置されるのに適している。
【００１９】
以下、図面を参照して、例として本発明を説明する。
【００２０】
これらの例において、使用される放射は実質的に面偏波され、マークされた、又はタグ付けされた対象物すなわち物品に起因する偏波特性の変化は、偏波面における変化を有している。しかしながら、これは実施形態に限定されると見られるべきではなく、円偏波された放射のような他のタイプのランダムではなく偏波された放射も利用され得る。
【００２１】
図１を参照すると、本発明の特定の実施形態は、マイクロ波放射を提供するマイクロ波放射源１、減衰器２、マイクロ波検出器３、及び種々の導波管４ａ、４ｂ、４ｃを含んでいる。放射源１は、導波管４ａに結合されてもよいどのようなマイクロ波放射源でもよい。適切なマイクロ波検出器３は、適切な導波管に結合されてもよいどのようなマイクロ波検出器でもよい。
【００２２】
動作の間、放射源１により生成されるマイクロ波放射は、導波管４ａを通って、約１ｍＷのより安全なレベルにパワーを低減する減衰器２に送られる。減衰された放射は、導波管アンテナ４ｂによって、識別されるべき対象物５に向かう方向に向けられる。該減衰器は、検出器３に到着するマイクロ波放射のパワーを低減するために構成に含まれている。それゆえ、いくつかの応用においては、減衰器２は必要とされない。このことは、放射源１の出力パワーに依存するであろう。
【００２３】
導波管アンテナ４ｂは、面偏波の波を発射するように構成される。それゆえ、導波管アンテナ４ｂから射出する放射は、実質的にその断面の短軸の方向に沿って偏波される。導波管アンテナ４ｃは、導波管アンテナ４ｂの断面の長軸に対して実質的に直交するように、その断面の長軸が向けられ、そしてそれゆえ導波管アンテナ４ｂから射出する放射に対して直交する面に偏波された放射の透過に好都合である。したがって、前記射出する放射の偏波面を変化させる如何なる影響もなければ、相対的に小さな量が導波管アンテナ４Ｃを通って検出器３に送られ、検出器３に比較的に弱い信号を生成させる。
【００２４】
対象物は、マイクロ波放射の偏波面を、直交する向きに切り換えるフィーチャーが付与されており、導波管アンテナ４ｂと４ｃの間にそのような対象物５を導入すれば、検出器３により生成される信号に有意な増大が見られる。検出器３により生成される信号の強度は、導波管アンテナ４ｂと４ｃの実際の物理的な分離に依存する。最適な物理的な分離は、例えば、マイクロ波放射源の強度及び検出器の感度に依存するであろう。
【００２５】
検出器３の出力は、図示していない手段によるさらなるデータ処理を受けてもよい。さらにまた、アンテナ４ｂと４ｃの間への対象物の導入は、それらの計数に加えて、当該技術分野で知られている手段により、識別後の対象物の分類ができるように自動化され得る。
【００２６】
識別されるべき対象物すなわち物品の近傍の自由空間への電磁波の発射は、図１に示された導波管アンテナ４Ｂのように面偏波された波を発生する、どのような適切なアンテナによっても達成され得る。
【００２７】
この明細書のために、「アンテナ」という語句は、マイクロ波放射を自由空間へ送信し、又は自由空間から受信するための如何なる手段をも意味するべく、用いられる。比較的に長い軸と比較的に短い軸を有する開放端導波管は、本発明における使用に適するアンテナの１つの形態である。他の適切なアンテナは、同軸線、マイクロストリップ又はストリップラインダイポール又はモノポール終端導波管、ダイポール又はモノポールのアレイ、又はプリント形態のダイポール、モノポール又はアレイのような、開放端伝送線である。
【００２８】
「導波管」という語句は、電磁波を伝播させるための如何なる人工的な手段をも意味するべく用いられ、そして、長方形又は円形の断面を有する金属筒ガイド、誘電体ガイド、ストリップ線路のようなプリントされたガイド、マイクロストリップ線路、コプレーナストリップ線路、コプレーナ共面導波管又は同軸線である。
【００２９】
図２を参照すると、偏波切り換え構造の例は、面偏波された放射の電界に対してほぼ４５°の角度で傾斜している金属直線状ストリップ６を備えている。そのように向けられたエッジ（例えばスロット）を有する他のフィーチャーも、そのような切り換えとほぼ同様に作用するであろう。直線状ストリップ６の（ａ）及び（ｂ）のどちらの向きも、偏波の切り換えを生じさせるであろう。
【００３０】
（図１に示されるように）送信アンテナ４ｂと受信アンテナ４ｃの間にそのようなフィーチャーを配置すれば、送信アンテナ４ｂからの電界は、フィーチャー内に電流を流す。これはフィーチャーエッジによって制約されるから、電流成分は、結果として入射される電界に直交することとなる。
【００３１】
再放射及び、又は受信アンテナへの直接結合は、結果としてかなり大きなパワーを転送する。
【００３２】
導波管アンテナ４ｂ又は４ｃの断面の長軸に平行又は直交するフィーチャーのエッジは、それらが偏波面を変化させることができないから、アンテナ間の結合を生じさせない。交差された導波管アンテナ４ｂ又は４ｃの長軸に対してゼロでない角度に向けられた如何なるエッジも、結合を生じるであろう。しかしながら、４５°のエッジ角度は、最も大きな効果を与えるであろう。これは、それゆえ、フィーチャーエッジの向きの好ましい角度である。
【００３３】
図３に示された切り換え構造は、ダイポールアーム８、９と共に導波管４ｂ及び４ｃにおける電界に平行に向けられた、交差ダイポールアンテナ構造７から導き出される。
【００３４】
図１に示されるアンテナの向きのために、水平ダイポールアーム９は、送信アンテナ４ｂからパワーを受け、そしてこれは、構造の中央における対角線の切れ目１０により、垂直アーム８の中に電流を流す。ダイポールアーム８は、次に垂直な偏波を再放射する。図３に示される構造７の（ａ）及び（ｂ）のどちらの向きも、偏波の切り換えを生じさせる。
【００３５】
説明してきたような偏波の切り換えのフィーチャーは、従来の薄膜金属被覆技術を用いて製作され得る。フォイルも、ホログラムのような光学的セキュリティフィーチャーを組み込んでよい。
【００３６】
図１に示される装置は、偏波の切り換えフィーチャー６、７が与えられた対象物を通過するときに、放射の偏波特性が変更される透過モードで動作する。図４を参照すると、本発明は反射モードでも用いられ得る。このモードにおいて、送信及び受信アンテナ４ｂ及び４ｃは、それぞれ識別されるべき対象物５と同じ側に配置され、該対象物５は、その偏波面を切り換えるだけでなく放射を反射するエレメント１１を含む。
【００３７】
アンテナ４ｂ及び４ｃのそれぞれの向きにより、エレメント１１から反射され、且つ該エレメント１１により切り換えられる偏波面を有する放射の受信に、受信アンテナ４ｃは都合がよい。
【００３８】
さらなる好ましい実施形態においては、本発明は、偏波の切り換え構造の向きを決定するための手段をも備えていてもよい。図１を戻って参照すると、アンテナ４ｂによって生成される偏波された電界は、偏波の切り換え構造、例えば、図２における直線状金属ストリップ６、又は図３における交差ダイポールアンテナ構造７内に電流を誘導する。構造６、７内に誘導された電流は、該構造６、７の形状によって制限されて、導波管に対する角度で振動するので、検出導波管４ｃ内に垂直電界が誘導される。
【００３９】
したがって、図２及び３を参照すると、構造６、７の向き（ａ）及び（ｂ）の両者は、検出アンテナ４Ｃにおいて反対方向の電界を誘導する。しかしながら、二乗検波器からの出力は、ｓｉｎ２（２θ）、ここでθは、対象物と入射電界方向との間の角度に比例するから、二乗検波器は、それぞれ図２及び３に示された構造６、７の２つの可能性のある向きの間を区別することができない。
【００４０】
図５に示される回路図は、如何なる曖昧性もなく構造６、７の向きを決定するための手段を提供する。該回路は、マイクロ波エネルギの放射源１、カプラ１２、送信アンテナ１３、受信アンテナ１４、ミキサ１５及びローパスフィルタ１６を備える。この組合せは、従来のホモダイン受信機を形成している。
【００４１】
対象物５（図２、３又は４参照）に存在する偏波の切り換え構造６、７（向きを示す矢印１７によって表現されている）の向きを決定するために、対象物５は、送信アンテナ１３と受信アンテナ１４の間に配置されている。回路からの直流出力１８は、ｓｉｎ２（２θ）よりもむしろｓｉｎ（２θ）に依存するであろう。それゆえ、直交する方向の２つの構造について得られる出力１８は、出力が異なる符号を持つので、異なるであろう。従って、２つの向きは区別できる。このことは、付加的な複雑さのレベルを提供する。
【００４２】
図５に示される構成を用いれば、（それぞれ図２及び３の）いくつかのフィーチャー６、７が対象物に与えられ、そこでは各フィーチャーの向きの配置は、ディジタルコードを提供する。このコードは、識別目的のためのコーディングの付加的なレベルを提供する。例えば、一連のフィーチャーが対象物５に与えられ、そこでは、隣接するフィーチャーは異なる向きを有する。肯定的な識別は、連続的に計測されたフィーチャーが、検出器に対する適切な向きを示すときにのみ達成される。
【００４３】
図６は、図５に示された構成が、図１（この図において図１に示された減衰器２は省かれている）に示された構成にどのように組み込まれるかを説明している。図６に示されたミキサ１５は、検出手段（すなわち、図１の検出器３）を形成している。
【００４４】
偏波の切り換えフィーチャーは、金属フォイルを使用することなく、他の方法によっても構築されうる。切り換え作用は、適切な幾何学配置（対象物上又は対象物内）を有する如何なる導電フィーチャーからも予期され、例えば、導電インク、導電酸化物、金属ファイバ又はカーボンファイバに基づき得る。作用は、また、充分な誘電コントラストがあれば、絶縁フィーチャーによっても観察される。誘電インクを用いることは、それらは導電インクよりも一層容易に製造できるので、有利であるかもしれない。
【００４５】
好ましくは、偏波の切り換えフィーチャーεｒを形成するのに用いられる材料の比誘電率は、１（自由空間の比誘電率）よりもいくぶんか大きい。典型的には、εｒは、１０と２０の間であり、適切な値の選択は、結局、採用される検出手段の感度に依存するかもしれない。
【００４６】
その他の実施形態において、本発明は、外観を変えた偏波の切り換えフィーチャー６、７を提供する付加的な手段を備えていてもよい。例えば、図２及び３に示されたフィーチャー６、７のような、一連の金属フィーチャーが、対象物に与えられていてもよい。これらのフィーチャーは、視覚的に観察可能である。さらに、特定のコードに対応する選択されたフィーチャー上に導電層が配置されていてもよい。使用され得る典型的なコーティングは、導電インク、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のような金属酸化物、又は誘電材料である。パターン化された誘電材料に基づくフィーチャーとして、上に設けられた導電又は誘電層も用いてもよい。
【００４７】
もしも光学スペクトルにおいて透明であるＩＴＯのような金属酸化物層が用いられる場合、金属フィーチャーは依然として視覚的に観察可能である。しかしながら、付加的な金属酸化物コーティングを通る導電路は、マイクロ波放射を短絡して、付加的なコーティングが施されたフィーチャーについて、マイクロ波放射の送信が検出されない。同様の可視金属フィーチャーを有する対象物は、金属酸化物導電層が正しいパターンで施されていない限り、所要の識別コードを生じさせない。
【００４８】
光学的に同一の非導電インクが存在し、それによって（人間の目を含む）光学的つまり視覚的検出手段からコーディング状態を覆い隠す状態で、導電層を用いてもよい。
【００４９】
本発明のさらなる実施形態においては、選択されたフィーチャーへの導電金属酸化物層の適用が、フィーチャーの向きのコード化された配置を有するフィーチャーとの組合せで採用されていてもよい。これは、より複雑な識別コーディングを提供する。
【００５０】
この明細書のために、「識別コード」という語句は、物品に施されて該物品を識別するために用いられる、フィーチャーの特定の配置又はパターンに対応する、信号のパターン又は配置を意味するべく用いられており、ゼロ信号（すなわち、マイクロ波放射の非検出に対応する）及びフィーチャーの向きの情報を備えた信号を有する信号パターン又は配置を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置の概念図である。
【図２ａ】  本発明に用いられ得る偏波の切り換えのフィーチャーの例を示す図である。
【図２ｂ】  本発明に用いられ得る偏波の切り換えのフィーチャーの例を示す図である。
【図３ａ】  本発明に用いられ得る偏波の切り換えのフィーチャーの例を示す図である。
【図３ｂ】  本発明に用いられ得る偏波の切り換えのフィーチャーの例を示す図である。
【図４】  本発明に用いられ得る向きを決定するための手段を示す概念図である。
【図５】  図４における装置が、どのようにして図１に示される装置に設けられるかを示す図である。
【図６】  より複雑な識別コードを提供するための、本発明のさらなる実施形態の概念図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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