シート状物の枚数検査装置
【課題】海苔のように表面が粗く湿気を含むようなシート状物の枚数を精度よく測定するに適したシート状物の枚数検査装置の提供。
【解決手段】マイクロ波発振器２からの電磁波を方向性結合器３で照射波と参照波に分配し、中間周波数発振器８からの局部波をパワーデバイダ９で第１局部波、第２局部波に分配し、アップコンバータ４で照射波と第１局部波とを合波し変調照射波を生成し、これをシート状物Ｓの一側面に入射する。シート状物Ｓを通過した透過波をミクサ１０で参照波を合波し２次合成波を生成する。２次合成波と第２局部波をミクサ１４，１５で合波し、差周波数の３次合成波を生成する。位相遅延検出手段（１６，１７）は３次合成波の電圧値／電流値をＡＤ変換し位相遅延量を検出する。重畳枚数判定手段１７が、位相遅延量に基づきシート状物の重畳枚数を判定する。
【解決手段】マイクロ波発振器２からの電磁波を方向性結合器３で照射波と参照波に分配し、中間周波数発振器８からの局部波をパワーデバイダ９で第１局部波、第２局部波に分配し、アップコンバータ４で照射波と第１局部波とを合波し変調照射波を生成し、これをシート状物Ｓの一側面に入射する。シート状物Ｓを通過した透過波をミクサ１０で参照波を合波し２次合成波を生成する。２次合成波と第２局部波をミクサ１４，１５で合波し、差周波数の３次合成波を生成する。位相遅延検出手段（１６，１７）は３次合成波の電圧値／電流値をＡＤ変換し位相遅延量を検出する。重畳枚数判定手段１７が、位相遅延量に基づきシート状物の重畳枚数を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚が重ねられた状態にあるシート状の物体（以下「シート状物」という。）の枚数を検査する枚数検査装置に関し、特に、海苔のように表面が粗く水分も含むようなシート状物の枚数検査に適した枚数検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層された海苔の枚数検査装置としては、特許文献１に記載のものが公知である。特許文献１記載の検査装置では、包装された海苔束をコンベヤ上に載置し、当該コンベヤの下方に配設されたＬＥＤの下部照明から当該海苔束の包装体に対して赤外光を照射する。この下部照明から包装体を透過した赤外光をコンベヤの上方に配置したＣＣＤカメラによって検出し、検査画像を作成する。当該検査画像に基づいて、海苔束の包装体を透過した光の透過輝度を算出する。そして、算出された透過輝度と予め設定した基準値とを比較し、海苔束の積層枚数の適否を検査する。
【０００３】
また、積層されたシート状物の枚数を計数する技術としては、特許文献２に記載のものが公知である。図１５は、特許文献２に記載の積層状物体計数装置の構成図である。この積層状物体計数装置では、電磁波として、紙の厚さ（数十ｍｍ〜数百μｍ）程度の波長を持つテラヘルツ波を使用するのが好ましいとされている。発振器１０１から放射された電磁波は、分配器１０２により入射波（Ｉ）と参照波（Ｓ）とに分波される。入射波（Ｉ）は、少なくとも２層以上積層された状態にある積層状物体１０３の上下面の一方に入射される。参照波（Ｓ）は、積層状物体１０３には入射されず、第２受信器１０４に直接伝搬される。
【０００４】
入射波（Ｉ）の一部は、積層状物体１０３の各層と各層間に存在する中間層との界面で反射され、図１６（ａ）のような反射波（Ｒ）となる。反射波（Ｒ）は第１受信器１０５で受信される。第１受信器１０５で受信された反射波（Ｒ）による受信電圧信号は、処理装置１０６に入力される。
【０００５】
一方、入射波（Ｉ）の一部は、積層状物体１０３を透過し、図１６（ｂ）のような透過波（Ｔ）となり、第２受信器１０４で受信される。第２受信器１０４では、透過波（Ｔ）と参照波（Ｓ）との位相差が検出され、そのデータは処理装置１０６に入力される。
【０００６】
処理装置１０６では、透過波（Ｔ）と参照波（Ｓ）との位相差から積層状物体１０３の積層数の算出を行う。すなわち、透過波（Ｔ）は、積層状物体１０３の１層を透過するごとに、位相が一定量変化するため、処理装置１０６は、参照波（Ｓ）に対する透過波（Ｔ）の位相の変化量を検出することで、記録媒体の積層数を算出する。さらに、処理装置１０６は、反射波（Ｒ）に基づいて計数された積層状物体１０３の積層数を、透過波（Ｔ）から算出された積層数と比較し、両者が同じか否かを判定する。もし同じ場合には測定合致回数として計上し、算出された積層数を記憶する。同じでない場合には、測定合致回数としては計上しない。
【０００７】
以上の測定を反復して行い、測定合致回数が所定回数に達したときに、その積層数を測定結果として出力する。
【０００８】
また、特許文献３には、反射法を用いた誘電材料の厚み測定方法が記載されている。特許文献３に記載の方法は、厚みを測定する板状誘電体を平面反射板の手前に平行に配置して、板状誘電体に電磁波（ミリメートル波）を照射する。板状誘電体を透過して平面反射板に達する電磁波（照射波）は、平面反射板で反射されて反射波となり、再び板状誘電体を透過して受信器（定在波センサ）で受信される。このとき、照射波と反射波により定在波が発生する。そこで、発振アンテナと受信器の位置を移動して、平面反射板との距離を変化させて、この定在波の腹又は節の位置を測定する。そして、腹又は節の位置を、板状誘電体がない場合の位置と比較することによって、両者のずれ量ΔＺから板状誘電体の厚みを測定する。板状誘電体の比誘電率をεとすれば、板状誘電体の厚みはΔＺ／εとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７０９４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７６０１号公報
【特許文献３】特開平５−１７２５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の海苔の枚数検査装置では、透過光の透過輝度は、海苔の厚さや品質によって変化するため、正確な積層枚数の測定を行うことは期待できないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献３に記載の方法の場合、位相を導出する際に振幅の腹の情報を使用するため、振幅揺らぎに対して弱いという欠点がある。具体的には、振幅の腹が１％揺らいだ場合、位相差として約８°変化する。一般的に、振幅揺らぎを１％以下に抑えることは難しいため、この揺らぎによる誤差のため測定精度が悪く、海苔の枚数測定のように微小な厚みの差を検出することが必要な場合には適用が困難である。
【００１２】
一方、特許文献２に記載の積層状物体計数装置は、パルスを用いて時間波形で検査を行えば、通常、高い精度で積層状物体の積層枚数を測定することが可能である。つまり、上記特許文献２に記載の積層状物体計数装置は、測定対象物として紙、コンパクトディスク、皿のように、物体の表面形状がなめらかであり物体内部に空間のない密な物体を対象としている。このような物体では、精度のよい測定が期待できる。しかしながら、海苔のように物体表面の凹凸が大きく、内部に空間を多く含むような物体の場合、反射波は図１６（ａ）に示されたような明確なものではなくなるため、ピークの計数が困難となり、測定精度が低下するという問題がある。
【００１３】
さらに、海苔のように水分を含むようなシート状物の束の枚数検査を行う場合、特許文献２で記述されているようなテラヘルツ電磁波を使用すると、発信器・受信器及びその周辺回路のコストが高くなるのみならず、電磁波がシート状物の束を通過する際に水分のために大きく減衰することでＳ／Ｎ比が低下し、検出精度が低下するという問題が生じる。一方、水分による減衰を避けるために照射する電磁波の周波数を低く（波長を長く）すると、今度は透過波形がブロードとなることにより干渉の影響が大きくなり、干渉によるピークシフトなどによって検出精度が低下するという問題が生じる。従って、海苔のような水分を含む積層状物体に適用するには、何れの周波数の場合にも、積層枚数の検出精度の低下の問題があり、この問題に対する解決手段が示されていない。
【００１４】
また、特許文献２に記載の積層状物体計数装置では、「位相差検出器では発振側の電磁波を参照波として受信信号とのミキシングを行って中間周波数にした後に、フーリエ解析によって位相差解析を行い、参照波に対する受信信号の位相のずれを検出することにより枚数を計測できる。前記位相差解析として干渉計測などの手段を用いてもよい。」（特許文献２・段落〔００１４〕参照）との記載があるが、その具体的な方法が示されていない。海苔のように表面が粗く多孔の繊維質の物体の場合、透過波の波形も図１６（ｂ）に示されたような明確なピークのある波形とはならないため、どのようにして位相差を検出するかということが技術上の大きな課題となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、積層されたシート状物、特に、海苔のように表面が粗く湿気（水分）を含むようなシート状物の枚数を精度よく測定するのに適したシート状物の枚数検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るシート状物の枚数検査装置の第１の構成は、複数枚積層された状態にあるシート状物の枚数を検査するシート状物の枚数検査装置であって、
電磁波を発振するマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器が発振する電磁波ＷＳを、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２の二方向に分配する方向性結合器と、
前記マイクロ波発振器が出力する電磁波ＷＳよりも低い周波数ωｉｆの電磁波である局部波ＷＬＯを発振する中間周波数発振器と、
前記中間周波数発振器が発振する局部波ＷＬＯを、同相の第１の局部波ＷＬＯ１及び第２の局部波ＷＬＯ２の二方向に分配するパワーデバイダと、
前記照射波ＷＳ１と、前記第１の局部波ＷＬＯ１とを合波し、両者の周波数の和の周波数（ω＋ωｉｆ）の変調照射波ＷＳＭを生成するアップコンバータと、
前記変調照射波ＷＳＭを、前記シート状物の束の一側面に対して入射する入射手段と、
前記入射手段に対向して配設され、前記変調照射波ＷＳＭが前記シート状物の束を透過して生成された透過波ＷＴを受信する受信手段と、
前記透過波ＷＴと前記参照波ＷＳ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する第１のミクサと、
前記２次合成波ＷＴＣと、前記第２の局部波ＷＬＯ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣを生成する第２のミクサと、
前記３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値をＡＤ変換し位相遅延量又は位相遅延量に対応する値を算出する位相遅延検出手段と、
前記位相遅延検出手段により算出される位相遅延量又は位相遅延量に対応する値に基づいて前記検査対象のシート状物の束の重畳枚数を判定する重畳枚数判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、シート状物の束を通過した透過波ＷＴは、誘電体であるシート状物の束を透過する際に位相遅延ΔΦを生じる。この位相遅延ΔΦは、シート状物の束の厚み、すなわち、シート状物の束に含まれるシート状物の枚数ｎに比例する。そして、透過波ＷＴは、第１のミクサ及び第２のミクサによって、マイクロ波発振器が発振する電磁波ＷＳの周波数成分ω及び中間周波数発振器が発振する局部波ＷＬＯの周波数成分ωｉｆが除去されて、位相遅延ΔΦのみを位相成分とする３次合成波ＷＣが得られる。この３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値が海苔の枚数ｎと一対一対応するので、これを位相遅延検出手段によってＡＤ変換して閾値判定することにより、シート状物の枚数ｎを検出することができる。
【００１８】
ここで、本発明のシート状物の枚数検査装置を、特許文献２の方法と比較すると、本発明のシート状物の枚数検査装置は、位相遅延の検出を、時間波形のピーク検出で行うのではなく、透過波の周波数変調によって取り出している点で異なる。このように周波数領域の変調によって位相遅延量を３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値として取り出し、これから海苔の枚数ｎを検出することによって、表面が粗く多孔の繊維質の海苔のようなシート状物であっても、精度よく枚数を検出することが可能となる。また、時間波形のピーク検出で行う場合、短時間パルスを出力するための高精度で高価な発信器と極短時間の波形をサンプリングできる高価な受信機が必要とされるため、装置のコストが高くなるという問題もある。
【００１９】
また、一般にマイクロ波発振器や局部発振器では、出力される電磁波の位相に数％程度の揺らぎが生じる。特許文献２の方法では、時間波形のピーク検出で測定を行うため、この電磁波ＷＳ及び局部波ＷＬＯの位相の揺らぎによってピークシフトが生じ、このピークシフトが検出される厚みに直接影響を及ぼすため、海苔のように極めて薄いシート状物の枚数を１枚単位で測定するための十分な精度を得ることが難しい。また、マイクロ波の通過する場所によって透過波形がずれることで、これらの波形の干渉によってもピークシフトが生じ、検出精度が低下する。それに対し、本発明のシート状物の枚数検査装置では、第１のミクサと第２のミクサによって、透過波ＷＴに含まれる電磁波ＷＳ及び局部波ＷＬＯの位相の揺らぎ成分δ１，δ２がキャンセルされるため、３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値は当該位相の揺らぎ成分δ１，δ２の影響を受けない。従って、海苔のように極めて薄いシート状物の枚数を１枚単位で測定することが可能となる。
【００２０】
また、ミリ波の領域で連続波による干渉法を用いることで、サンプルに含まれる水分による減衰を、テラヘルツ領域の場合よりも抑えることができる。尚、実験によれば、テラヘルツの周波数領域を使用すると、湿気を含む海苔の場合には、１枚の海苔を通過する前に電波が３ｄＢ以上減衰し、海苔１枚でさえ十分に透過することができないことが試験により明らかとなっている。
【００２１】
また、位相遅延検出手段は必ずしも「位相遅延量」を直接算出する必要はなく、「位相遅延量に対応する値」、例えば、位相遅延量の正接値や正弦値、余弦値等を算出するものであってもよい。また、重畳枚数判定手段による枚数判定は、予め用意した閾値テーブルを用いて行うことで、容易に実現できる。
【００２２】
本発明に係るシート状物の枚数検査装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記第２の局部波ＷＬＯ２を、位相遅延のない第３の局部波ＷＬＯ３と、π／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波ＷＬＯ４とに分離する第２のパワーデバイダと、
前記第１のミクサが出力する２次合成波ＷＴＣを、同相の第１の２次合成波ＷＴＣ１及び第２の２次合成波ＷＴＣ２の二方向に分配する第３のパワーデバイダと、
前記第１の２次合成波ＷＴＣ１と前記第２のパワーデバイダが出力する位相遅延のない第３の局部波ＷＬＯ３とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する前記第２のミクサと、
前記第２の２次合成波ＷＴＣ２と、前記第２のパワーデバイダが出力するπ／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波ＷＬＯ４とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する前記第３のミクサとを備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする。
【００２３】
このように、位相がπ／２ｒａｄだけずれた２つの局部波ＷＬＯ３，ＷＬＯ４を用いて２次合成波ＷＴＣに含まれる局部波ＷＬＯの周波数成分ωｉｆをキャンセルし、位相がπ／２ｒａｄだけずれた３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２を生成し、３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値を求めることによって、海苔束による位相遅延ΔΦの正接tan（ΔΦ）が求められる。正接tan（ΔΦ）の変化は正弦や余弦に比べて位相に対して急峻に変化するとともに、位相に対して単調に変化するため、精度よく海苔束の枚数ｎを求めることができる。
【００２４】
本発明に係る海苔の枚数検査装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記第１のミクサの後段に設けられ、前記２次合成波の位相を自在に遅延させることが可能な移相器と、
前記移相器により前記２次合成波の位相遅延量を変化させることにより、前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を測定することによりリサージュ曲線を測定し、当該リサージュ曲線の中心点を算出することにより前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値のオフセット値をそれぞれ算出する較正器と、を備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする。
【００２５】
このように、移相器によって３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２に含まれるオフセット成分を除去することによって、位相遅延量をより精度よく検出することができる。また、移相器によって３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の位相シフト量を自由に調整することができるので、移相器の位相シフト量を適宜設定することで、測定精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
本発明に係る海苔の枚数検査装置の第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成において、対向する前記入射手段と前記受信手段との間に、前記シート状物の束を配置する配置手段を備え、前記配置手段は、前記入射手段の電磁波の照射軸方向に垂直な面に対して、前記シート状物の束の表面が傾斜した状態に、前記シート状物の束を配置することを特徴とする。
【００２７】
この構成により、入射手段と受信手段との間で生じる電磁波の多重反射の影響を低減し、シート状物の束の枚数の検出精度を向上させることができる。
【００２８】
ここで、「入射手段の電磁波の照射軸方向」とは、入射手段が電磁波を照射した際の電磁波の進行方向をいう。尚、照射電磁波の放射パターンが平面波的ではない場合には、最も大きい強度の電磁波が伝搬する方向（メインローブの中心軸方向）を「入射手段の電磁波の照射軸方向」とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、電磁波をシート状物の束に透過させ、その透過波に対して入射した電磁波の周波数成分をキャンセルすることで、シート状物の束を通過する際に生じる位相遅れを電圧値又は電流値として取り出し、その電圧値又は電流値からシート状物の枚数を判定することで、積層されたシート状物の枚数を精度よく測定することが可能なシート状物の枚数検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る海苔の枚数検査装置の構成を表す図である。
【図２】（ａ）は、図１のミクサ１０，１４，１５の内部構成の一例を示した図、（ｂ）は図２（ａ）の各ダイオードの電圧−電流特性を表した図である。
【図３】出力ＩＣ１，ＩＣ２を測定することにより得られる位相遅延量ΔΦの変化を表した図である。
【図４】位相遅延量ΔΦの変化に対する正接tan(ΔΦ)の変化を表す図である。
【図５】実際にシート状物の束を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。
【図６】シート状物の束の枚数を変化させたときの位相遅延量ΔΦの変化を測定した結果である。
【図７】シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦの測定結果である。
【図８】水分を含んだ海苔束（ａ）及び水分を含んだ紙（ｂ）を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。
【図９】実施例２の枚数検査装置の照射アンテナ５及び受信アンテナ６並びに配置手段２３の部分の構成を表す図である。
【図１０】照射アンテナ５及び受信アンテナ６とシート状物束Ｓの配置に対する透過波及び反射波を表す模式図である。
【図１１】オフセット項を０として、式（８ａ），（８ｂ）により描かれるリサージュ図形である。
【図１２】（ａ）は電界ベクトルＥが入射面内にある場合の伝搬ベクトルＦ、電界ベクトルＥ、法線ベクトルｎの位置関係を表す図、（ｂ）はそのときのフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形の実測値例である。
【図１３】（ａ）は電界ベクトルＥが入射面に垂直な場合の伝搬ベクトルＦ、電界ベクトルＥ、法線ベクトルｎの位置関係を表す図、（ｂ）はそのときのフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形の実測値例である。
【図１４】（ａ）は位相差ΔΦｉに対する偏差δφｉの測定値、（ｂ）は補正前の位相差ΔΦｓと補正後の位相差ΔΦ’ｓの実測結果である。
【図１５】特許文献２に記載の積層状物体計数装置の構成図である。
【図１６】特許文献２に記載の積層状物体からの反射波による出力波形の観測例（ａ）、並びに、積層状物体からの透過波及び積層状物体に入射する前の電磁波（参照波）による出力電圧波形の観測例（ｂ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３２】
本実施例では、シート状物の一例として、シート状の海苔の積層枚数を検査する枚数検査装置について説明する。尚、本実施例の枚数検査装置は、シート状物として「海苔」以外のものにも適用することも勿論可能である。
【００３３】
図１は、本発明に係る海苔の枚数検査装置の構成を表す図である。枚数検査装置１は、マイクロ波発振器２、方向性結合器３、アップコンバータ４、照射アンテナ５、受信アンテナ６、移相器７、中間周波数発振器８、パワーデバイダ９、ミクサ１０、アンプ１１、パワーデバイダ１２、パワーデバイダ１３、ミクサ１４，１５、Ａ／Ｄ変換ボード１６、枚数判定器１７、出力装置１８、フィルタ１９，２０，２１、及び較正器２２を備えている。
【００３４】
マイクロ波発振器２は、枚数を検査する対象である海苔束Ｓに照射するマイクロ波を発振する。マイクロ波発振器２の発信周波数をω、位相揺らぎを±δ１とする。ここで、マイクロ波とは、一般的には、波長１００μｍ〜１ｍの電磁波を称するが、ここでは、１枚の海苔の厚さ程度の波長のものが使用される。具体的には、１００μｍ〜４０００μｍの波長の電磁波が用いられる。
【００３５】
方向性結合器３は、マイクロ波発振器２が出力するマイクロ波を、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２の二方向に分配する。
【００３６】
中間周波数発振器８は、マイクロ波発振器２が出力するマイクロ波よりも低い周波数の電磁波である局部波ＷＬＯを発振する。ここで、局部波ＷＬＯの角周波数をωｉｆ、位相揺らぎを±δ２とする。局部波ＷＬＯの周波数としては、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚが使用される。
【００３７】
パワーデバイダ９は、中間周波数発振器８が出力する局部波ＷＬＯを同位相で二方向（ＷＬＯ１，ＷＬＯ２）に分配し、それぞれ、アップコンバータ４とパワーデバイダ１３に入力する。アップコンバータ４は、方向性結合器３から入力される照射波ＷＳ１とパワーデバイダ９から入力される局部波ＷＬＯ１とを合波し、両者の周波数の和の周波数の変調照射波ＷＳＭを生成する。この変調照射波ＷＳＭは角周波数ωの波と角周波数ωｉｆの波とが混合した電磁波であり、揺らぎの大きさは±δ１±δ２となる。フィルタ１９は、ハイパスフィルタであり、変調照射波ＷＳＭに含まれる基本周波数成分及び下側波成分を除去する。照射アンテナ５は、フィルタ１９でフィルタリングされた変調照射波ＷＳＭを、前記海苔束Ｓの一側面に対して入射する。受信アンテナ６は、変調照射波ＷＳＭが海苔束Ｓを透過して生成された透過波ＷＴを受信する。変調照射波ＷＳＭは誘電体である海苔束Ｓを透過する際に、ΔΦの位相ずれが生じる。
【００３８】
ミクサ１０は、方向性結合器３から入力される参照波ＷＳ２と、透過波ＷＴとを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する。ここで、ミクサ１０のＬＯ端子には参照波ＷＳ２が入力され、ＲＦ端子には透過波ＷＴが入力される。ミクサ１０のＩＦ端子からは、２次合成波ＷＴＣが出力される。アンプ１１は、ミクサ１０から出力される２次合成波ＷＴＣを増幅する。移相器７は、透過波２次合成波ＷＴＣの移相を行う。この移相器７は、後で詳述する直流成分の除去のためのキャリブレーションに使用される。パワーデバイダ１２は、移相器７から出力される２次合成波Ｗ’ＴＣを、同位相で２方向（ＷＴＣ１，ＷＴＣ２）に分配する。
【００３９】
パワーデバイダ１３は、パワーデバイダ９から出力される局部波ＷＬＯ２を、局部波ＷＬＯ３と９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とに分配する。
【００４０】
ミクサ１５は、パワーデバイダ１２から出力される２次合成波ＷＴＣ２と、パワーデバイダ１３から出力される９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する。ミクサ１４は、パワーデバイダ１２から出力される２次合成波ＷＴＣ１と、パワーデバイダ１３から出力される同相の局部波ＷＬＯ３とを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する。フィルタ２０，２１は、ローパスフィルタであり、それぞれ、２次合成波ＷＴＣ１，ＷＴＣ２に含まれる高周波及び高調波成分を除去する。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換ボード１６は、ミクサ１４，１５から出力されフィルタ２０，２１を通過した３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２をＡＤ変換して、枚数判定器１７へ出力する。枚数判定器１７は、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１ｑ，ＷＣ２ｑの値に基づいて、海苔束Ｓの枚数を判定する。出力装置１８は、ディスプレイや外部記憶装置により構成され、枚数判定器１７により出力される海苔束Ｓの枚数を出力する。ここで、Ａ／Ｄ変換ボード１６と枚数判定器１７が協働して、３次合成波ＷＣ１ｑ，ＷＣ２の電圧値又は電流値をＡＤ変換することにより位相遅延量を検出する位相遅延検出手段が実現されている。
【００４２】
較正器２２は、移相器７と協働して３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２の較正を行うための装置である。
【００４３】
図２（ａ）は、図１のミクサ１０，１４，１５の内部構成の一例を示した図、図２（ｂ）は図２（ａ）の各ダイオードの電圧−電流特性を表した図である。尚、ミクサについては、既に多くの種類のものが周知であり、図１のミクサ１０，１４，１５は、特にこの構成に限られるものではない。
【００４４】
図２（ａ）において、ミクサ１０，１４，１５は、２つのトランス３０，３１と１つのブリッジダイオード３２を備えている。トランス３０の１次側コイルの一端はＬＯ端子とされ、他端は接地されている。また、２次側コイルは、両端がブリッジダイオード３２のプラス（＋）端子及びマイナス（−）端子に接続されており、２次側コイルの中間タップは接地されている。また、トランス３１の１次側コイルの一端はＲＦ端子とされ、他端は接地されている。また、２次側コイルは、両端がブリッジダイオード３２の各中間（〜）端子に接続されており、２次側コイルの中間タップはＩＦ端子とされている。
【００４５】
以上のように構成された本実施例の海苔の枚数検査装置１について、以下その動作を説明する。
【００４６】
まず、マイクロ波発振器２によりマイクロ波ＷＳが発振される。このマイクロ波ＷＳをＡ０cos(ωt±δ１)とする。ここで、Ａ０はマイクロ波ＷＳの振幅である。マイクロ波ＷＳは、方向性結合器３において、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２とに分配される。ここで、参照波ＷＳ２の振幅をＡ２とする。
【００４７】
一方、中間周波数発振器８は、局部波ＷＬＯを発振する。この局部波ＷＬＯをＢ０cos(ωift±δ2)とする。Ｂ０は局部波ＷＬＯの振幅である。局部波ＷＬＯは、パワーデバイダ９において、２方向の局部波ＷLO１，ＷLO２に分配される。この際、分配された局部波ＷLO１，ＷLO２は、同相である。局部波ＷLO１，ＷLO２の振幅を、それぞれＢ１，Ｂ２とする。
【００４８】
次に、アップコンバータ４において、照射波ＷＳ１と局部波ＷLO１とが合波され、両者の周波数の和の周波数の変調照射波ＷＳＭが生成される。従って、変調照射波ＷＳＭは、Ａ１cos(ωt＋ωift±δ1±δ2)となる。Ａ１は変調照射波ＷＳＭの振幅である。アップコンバータ４から出力される変調照射波ＷＳＭは、フィルタ１９において基本周波数成分及び下側波成分が除去された後、照射アンテナ５に送られて、検査対象である海苔束Ｓの一側面に対して照射される。変調照射波ＷＳＭの一部は海苔束Ｓを透過して、透過波ＷＴが受信アンテナ６で受信される。尚、本実施例においては、照射アンテナ５及び受信アンテナ６にはホーンアンテナが使用されているが、電磁波の照射アンテナ５及び受信アンテナ６としては、それ以外のもの（例えば、リフレクタアンテナ、レンズアンテナ、スロット・アンテナなど）を使用してもよい。
【００４９】
海苔束Ｓを変調照射波ＷＳＭが透過する際に、海苔の誘電率が空気の誘電率よりも大きいことによって、透過波の位相が変化する。海苔束Ｓを透過した透過波ＷＴの位相の遅延量（以下「位相遅延量」という。）をΔΦとする。透過波ＷＴは、Ａ３cos(ωt＋ωift＋ΔΦ±δ1±δ2)となる。Ａ３は透過波ＷＴの振幅である。
【００５０】
位相遅延量ΔΦは、透過した海苔束Ｓの厚さＬに比例する。いま、一枚の海苔シートの厚さをｌとし、海苔束Ｓの海苔シートの枚数をｎとすれば、ΔΦ∝Ｌ＝ｎｌとなる。すなわち、位相遅延量ΔΦは海苔束Ｓに含まれる海苔シートの枚数ｎに比例する。
【００５１】
受信アンテナ６で受信された透過波ＷＴは、２つの角周波数成分ω，ωｉｆを含む電磁波である。この透過波ＷＴは、ミクサ１０のＲＦ端子に入力される。また、ミクサ１０のＬＯ端子には、方向性結合器３が出力する参照波ＷＳ２が入力される。ミクサ１０は、透過波ＷＴと参照波ＷＳ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する。この２次合成波ＷＴＣはアンプ１１で増幅され、移相器７を通過した後に、パワーデバイダ１２に入力される。なお、通常は移相器７の移相角度は固定されており、ここでは簡単のため移相器７の移相角度は０°とする。ここで、２次合成波ＷＴＣは、高周波の位相成分ωt±δ1がキャンセルされるため、低周波の信号Ａ４cos(ωift＋ΔΦ±δ2)となる。Ａ４は移相器７を通過した後の２次合成波Ｗ’ＴＣの振幅である。
【００５２】
パワーデバイダ１２は、２次合成波Ｗ’ＴＣを、同相の２つの２次合成波ＷＴＣ１，ＷＴＣ２に分配する。一方、パワーデバイダ９から出力される局部波ＷLO２はパワーデバイダ１３に入力され、パワーデバイダ１３は、この局部波ＷLO２を、局部波ＷＬＯ３と、９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とに分配する。
【００５３】
パワーデバイダ１２が出力する２次合成波ＷＴＣ１は、ミクサ１４のＲＦ端子に入力され、パワーデバイダ１３が出力する局部波ＷＬＯ３は、ミクサ１４のＬＯ端子に入力される。ミクサ１４は、これらを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する。ここで、３次合成波ＷＣ１は、局部波ＷLO３の位相成分ωｉｆt±δ2がキャンセルされるため、位相差を表す信号cos(ΔΦ)を含む。３次合成波ＷＣ１は、Ａ／Ｄ変換ボード１６に入力される。
【００５４】
一方、パワーデバイダ１２が出力する２次合成波ＷＴＣ２は、ミクサ１５のＲＦ端子に入力され、パワーデバイダ１３が出力する局部波ＷＬＯ４は、ミクサ１５のＬＯ端子に入力される。ミクサ１５は、これらを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する。ここで、３次合成波ＷＣ２は、局部波ＷLO３の位相成分ωｉｆt±δ2がキャンセルされるため、位相差を表す信号cos(ΔΦ-π/2)＝sin(ΔΦ)を含む。３次合成波ＷＣ２は、Ａ／Ｄ変換ボード１６に入力される。
【００５５】
Ａ／Ｄ変換ボード１６は、ミクサ１４，１５から出力される３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電流値を抵抗により電圧値に変換した後にＡＤ変換して、枚数判定器１７へ出力する。
【００５６】
尚、ここでミクサ１４，１５の動作について補足説明しておく。図２（ａ）のブリッジダイオード３２を構成する４個のダイオードは、それぞれ、よく知られているように図２（ｂ）に示すような非線形の電圧−電流特性を有している。この特性は、Ｉ（Ｖ）＝Ｉｓ（ｅαＶ−１）のように表される。従って、テイラー展開すると、Ｉ（Ｖ）は次式のように表される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
上式の右辺第３項を積極的に利用することにより、ミクサとしての機能が発揮される。
【００５９】
ミクサ１４のＬＯ端子に入力される局部波ＷＬＯ３をB3 cos(ωift±δ2)とし、ミクサ１４のＲＦ端子に入力される２次合成波ＷＴＣ１をA5 cos(ωift＋ΔΦ±δ2)とする。ミクサ１４の出力は、式（１）の右辺第３項（電圧の２乗の項）となるので、出力ＩＣ１は次式のように表される。
【００６０】
【数２】
【００６１】
ここで、ミクサ１４から出力される高周波成分及び高調波成分はフィルタ２０によって除去されるので、結局、フィルタ２０を通過したミクサ１４の出力Ｉ’Ｃ１は次式のように表される。
【００６２】
【数３】
【００６３】
同様に、ミクサ１５のＬＯ端子に入力される局部波ＷＬＯ４をB3 cos(ωift＋π/2±δ2)とし、ミクサ１５のＲＦ端子に入力される２次合成波ＷＴＣ２をA5 cos(ωift＋ΔΦ±δ2)とすると、フィルタ２１を通過したミクサ１５の出力Ｉ’Ｃ２は次式のように表される。
【００６４】
【数４】
【００６５】
ここで、式（３），（４）の右辺第１項はオフセットであり、cos(ΔΦ)，sin(ΔΦ)を抽出するにはこのオフセット項を求める必要がある。ところが、振幅値Ａ２／２＋Ｂ２／２は既知ではない。そこで、このオフセット項を求めるために移相器７が使用される。
【００６６】
図３は、出力ＩＣ１，ＩＣ２を測定することにより得られる位相遅延量ΔΦの変化を表した図である。尚、実際の測定では、出力ＩＣ１，ＩＣ２は、線形抵抗に通すことにより電圧値として測定される。図３において、横軸は出力Ｉ’Ｃ１、縦軸は出力Ｉ’Ｃ２を表す。位相遅延量ΔΦが変化すると、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２は、（Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２）平面上で中心点（（Ａ５２＋Ｂ５２）／２，Ａ５２＋Ｂ５２）／２）を中心とする円周上に沿って変化する。そこで、この中心点を求めるため、較正器２２は、移相器７により位相を変化させ、リサージュ曲線を描かせる。原理的には、移相器７により位相を０°から３６０°まで変化させると、（Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２）平面上で図３に点線で示した円が描かれる。従って、較正器２２は、移相器７により位相を０°から３６０°まで変化させて、Ａ／Ｄ変換ボード１６の出力値からこの円を測定し、円の中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））を求める。求めた中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））を、位相遅延量ΔΦによる位相回転の中心点とする。式（３），（４）より、原理的には、ＩＣ１（０）＝ＩＣ２（０）であるが、実際には種々の要因により、ＩＣ１（０）とＩＣ２（０）は必ずしも正確には等しくならない。
【００６７】
枚数判定器１７は、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電圧値及び較正器２２から出力される中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））の値に基づいて、位相遅延量ΔΦの正接tan(ΔΦ)=sin(ΔΦ)/cos(ΔΦ)を算出する。すなわち、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電流値（電圧値に変換した値で測定）をＩ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２とすると、正接tan(ΔΦ)は次式により求められる。
【００６８】
【数５】
【００６９】
この正接tan(Δφ)の値から位相遅延量Δφを算出し、位相遅延量Δφに基づいて海苔束Sの枚数を判定する。
【００７０】
最後に、出力装置１８は、枚数判定器１７により出力される海苔束Ｓの枚数ｎを出力する。
【００７１】
尚、本実施例では枚数判定器１７が位相遅延量Δφに基づいて、海苔束Ｓの枚数を判定したが、正接tan(Δφ)の値から、予め用意した閾値テーブルを用いて判定するようにしてもよい。閾値テーブルは、海苔束Ｓの枚数ｎに対するtan(ΔΦ)の値が格納されたテーブルである。
【００７２】
以上のように、本発明では、ミリ波の連続波を用いた干渉法を用いることで、テラヘルツ波に比べてシート状物（海苔束）の水分による減衰が抑えられ、ノイズの影響を受けにくくなる。また、受信アンテナ６で受信された透過波ＷＴを、その直後に設けられたミクサ１０によって、低周波の２次合成波ＷＴＣに変換することによって、高周波回路の部分が少なくなり、装置コストを下げることができる。また、特許文献２のように、入力パルスの応答を時間領域で測定する方法に比べると、本発明では、連続マイクロ波を使用するため、発振器や測定器を安価に構成できるのみならず、時間的に平均化されるためノイズの影響も抑えられ、枚数の誤検出率を低減させることができる。
【００７３】
さらに、位相遅延量ΔΦを正接tan(ΔΦ)として検出する場合、ΔΦの変化に対して正接tan(ΔΦ)は図４のように大きく変化するため、枚数判定器１７において閾値判定により枚数の判定を行う際の誤判定を低減することができる。
【００７４】
尚、正接tan(ΔΦ)による枚数判定を行う場合、tan(ΔΦ)の周期性により、位相遅延量ΔΦは（０，π）の区間内にある必要がある。また、測定量の連続性を考慮すれば、好ましくは、ΔΦが（０，π／２）の区間内にあるほうがよい。そこで、測定するシート状物（海苔束）による位相遅延量ΔΦが大きい場合、移相器７を用いて一定量だけ位相シフトさせることができる。すなわち、移相器７による位相シフト量を−Ψとすれば、枚数判定機１７で観測される正接値はtan(ΔΦ−Ψ)となる。従って、ΔΦが区間（０，π）又は区間（０，π／２）の中にあるように位相シフト量−Ψを調整すればよい。
【００７５】
図５は、実際にシート状物の束を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。尚、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２の測定においては、出力ＩＣ１，ＩＣ２を線形抵抗に通すことにより電圧値として測定した。図５の横軸が出力Ｉ’Ｃ１、縦軸が出力Ｉ’Ｃ２を表す。図５において「×」で示された点は、照射アンテナ５と受信アンテナ６の間にシート状物の束を挟んで測定した値である。測定には、シート状物としてポリプロピレンシートを使用し、０枚から２０枚まで１枚ずつ積層枚数を変化させて測定した。シート状物の枚数が増加するに従って、位相遅延量ΔΦが変化する様子がわかる。また、図５においてＡで示された曲線は移相器７により位相を変化させたときのリサージュ曲線である。リサージュ曲線Ａの中心点と、測定点「×」を繋いで得られるリサージュ曲線Ｂとの中心点はよく一致していることがわかる。したがって、リサージュ曲線Ａの中心点をオフセット点として、較正器２２による較正を行えば、正確な枚数測定を行うことができることがわかる。
【００７６】
図６は、シート状物の束の枚数を変化させたときの位相遅延量ΔΦの変化を測定した結果、図７は、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦの測定結果である。シート状物には、図５の場合と同様、ポリプロピレンシートを使用した。尚、図６，図７の横軸は測定されるシート状物の枚数、図６の縦軸は位相遅延量ΔΦ、図７の縦軸はシート状物が１枚増加することにより生じる位相遅延量ΔΦの変化量（変分）である。シート状物１枚あたりの位相遅延量Δφの平均値をΔφの標準偏差値で割った値をＳ／Ｎ比と定義すれば、図７より、Ｓ／Ｎ比＝６．８２である。また、Δφの平均値をΔφの最大値と最小値の差で割った値を最悪Ｓ／Ｎ比と定義すれば、最悪Ｓ／Ｎ比＝２．２６である。従って、十分な精度で枚数判定を行うことが可能であることがわかる。尚、図７において、重畳枚数の変化に伴って、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦに周期的な変動が見られるが、この現象については実施例２において説明する。
【００７７】
図８は、水分を含んだ海苔束（ａ）及び水分を含んだ紙（ｂ）を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。尚、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２の測定においては、出力ＩＣ１，ＩＣ２を線形抵抗に通すことにより電圧値として測定した。図８（ａ），（ｂ）の横軸が出力Ｉ’Ｃ１、縦軸が出力Ｉ’Ｃ２を表す。図８（ａ）はシート状物として水分を含んだ海苔を測定した結果であり、図８（ａ）はシート状物として水分を含んだ紙を測定した結果である。図８（ａ）では、シート状の海苔を１枚ずつ増加させながら重畳枚数が０〜５０枚の間で測定した。また、図８（ｂ）では、シート状の紙を２枚ずつ増加させながら重畳枚数が０〜１００枚の間で測定した。シート状物が水分を含んでいる場合、シート状物による電磁波の吸収が大きくなるため、枚数が増えるほど透過電磁波の減衰が大きくなり、図８（ａ），（ｂ）のように、リサージュ図は螺旋状となる。しかしながら、枚数判定においては、式（５）に示したように、（Ｉ’Ｃ２−ＩＣ２（０））と（Ｉ’Ｃ１−ＩＣ１（０））との比から位相遅延量ΔΦを求めるため、電磁波の吸収による減衰項の影響は打ち消されて小さくなるため、精度のよい重畳枚数の検出が可能となる。
【実施例２】
【００７８】
本実施例では、実施例１の枚数検査装置を改良し、さらに枚数検出精度を向上させた枚数検査装置について説明する。尚、本実施例の枚数検査装置の基本構成は、照射アンテナ５及び受信アンテナ６の部分を除き、図１と同様であるとする。
【００７９】
前述したように、実施例１の図７において、シート状物の重畳枚数の変化に伴って、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦが周期的な変動する現象がみられる。この周期的変動分に対してシート状物の厚みが十分に大きい場合には、周期的変動分の影響は無視することができる。しかしながら、シート状物の厚みが薄くなると、この周期的変動分の影響が大きくなり、枚数の判定エラーの原因にもなる。そこで、本実施例ではこの周期的変動分の影響を除去する方法について説明する。
【００８０】
図９は、実施例２の枚数検査装置の照射アンテナ５及び受信アンテナ６並びに配置手段２３の部分の構成を表す図である。照射アンテナ５及び受信アンテナ６には、実施例１と同様にホーンアンテナを使用している。また、照射アンテナ５と受信アンテナ６とは対向して配置されており、照射アンテナ５の中心軸（照射軸）Ｌは、受信アンテナ６の中心軸と一致している。また、照射アンテナ５と受信アンテナ６との間にシート状物の束Ｓを配置する配置手段２３としては、ベルトコンベヤが使用されている。本実施例の枚数検査装置を実際の検査ラインに適用する場合、配置手段２３としてベルトコンベヤが適当であるが、シート状物の束Ｓを照射アンテナ５と受信アンテナ６との間に固定配置できるものであれば、配置手段２３としてベルトコンベヤ以外のものを使用することもできる。
【００８１】
ここで、配置手段（ベルトコンベヤ）２３は、シート状物の束Ｓを載置するベルト面Ｔが照射アンテナ５の中心軸（照射軸）Ｌに垂直な面Ｐに対して、傾斜するように配置されている。これにより、ベルト面Ｔ上に載置されるシート状物の束Ｓは、その表面が面Ｐに対して傾斜した状態に配置される。
【００８２】
尚、面Ｐとベルト面Ｔとの傾斜角度θは、後述の多重反射の影響を低減させる観点から４０°〜６０°とすることが好ましく、より好適には、４５°±５°とするのがよい。
【００８３】
次に、上述のような配置手段２３を設けたことによる作用について説明する。実施例１では、照射アンテナ５から検査対象のシート状物束Ｓの一側面に対して電磁波が垂直に照射される。この様子を、図１０（ａ）に模式的に示す。図１０（ａ）に示すように、照射アンテナ５からシート状物束Ｓに照射された電磁波の大部分は受信アンテナ６で受信され吸収されるが、一部は受信アンテナ６で反射される。また、シート状物束Ｓと空気との境界面においても反射が生じる。図１０（ａ）の（１）〜（５）は、代表的な反射波の光路を示したものである。これらの反射波はさらに照射アンテナ５で反射されて受信アンテナ６に戻される。このように、多重反射が生じると、受信アンテナ６において受信される受信波は次式（６）のようになる。
【００８４】
【数６】
【００８５】
ここで、Ａ３は透過波の振幅、Ｒ１〜Ｒ５は光路（１）〜（５）の反射及び吸収による電磁波の減衰率、ωｉｒｒ（＝ω＋ωｉｆ）は照射波の角振動数、Δφはシート状物束Ｓにより生じる位相差、Δ０は照射アンテナ５と受信アンテナ６との間の光路長による初期位相、Δ１〜Δ５は光路（１）〜（５）の反射波の光路長による初期位相である。また、式（６）において、電磁波のゆらぎ成分±δ１，±δ２（実施例１参照）については省略した。
【００８６】
また、シート状物束Ｓの誘電率をε、シート状物束Ｓの厚さをｄ、シート状物束Ｓの表面が照射軸Ｌの垂直面に対して成す角をθ（図１０（ｂ）参照。図１０（ａ）ではθ＝０）、光速をｃ、照射波の周波数をｆｉｒｒとすると、Δφは次式のように表される。
【００８７】
【数７】
【００８８】
式（６）において、第１項が反射波を含まない透過波成分、第２項〜第６項が、それぞれ光路（１）〜（５）の反射波成分である。式（６）の第２項の反射波成分（光路（１）の反射成分）まで考慮すると、最終的にミクサ１４，１５から出力されフィルタ２０，２１を通過した３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２は次式のようになる。
【００８９】
【数８】
ここで、Ａｘ，Ａｙは透過波成分の振幅、Ｒｘ，Ｒｙは透過波成分に対する２次反射波成分の割合、δ１，δ３は透過波成分の初期位相、δ２，δ４は２次反射波成分の初期位相である。尚、式（８ａ），（８ｂ）においてオフセット項（式（３），（４）の第１項参照）は省略した。理想的な条件ではＡｘ＝Ａｙ＝Ａ５Ｂ３，Ｒｘ＝Ｒｙ＝Ｒ１，δ１＝δ３，δ２＝δ４であるが、現実には、ミクサ１４，１５での減衰率の誤差やその他諸々の誤差により、これらの等式は正確には成り立たない。
【００９０】
オフセット項を０として、式（８ａ），（８ｂ）によりリサージュ図形を描くと、図１１のようになる。透過波成分はほぼ円形のリサージュ図形となる。光路（１）の反射波成分もほぼ円形のリサージュ図形となるが、その中心点は透過波成分のリサージュ図形の線上を左回りに回転する。光路（１）の反射波成分のリサージュ図形の位相は、その中心点が透過波成分のリサージュ図形の線上を１周したとき（３６０°回転したとき）に、１０８０°回転する。従って、原点Ｏからみると、透過波成分のリサージュ図形の位相が３６０°回転したときに、光路（１）の反射波成分のリサージュ図形の位相は７２０°回転することとなり、位相差に２周期分の振動を与える。そして、測定される値のリサージュ図形は、図１１の実線で示したような楕円状の図形となる。これは、実際に観測されるリサージュ図形（図５参照）と比較すると、定性的によく一致していることがわかる。従って、図７において、重畳枚数の変化に伴って、位相遅延量ΔΦの変化量に周期的な変動が見られる原因は、受信アンテナ６と照射アンテナ５との間で生じる多重反射に起因すると推定される。
【００９１】
そこで、本実施例の枚数検査装置では、図９に示したように、配置手段（ベルトコンベヤ）２３が、照射アンテナ５の電磁波の照射軸Ｌに垂直な面Ｐに対して、シート状物束Ｓの表面Ｔが傾斜した状態となるように、シート状物束Ｓを配置するような構成とした。図１０（ｂ）に、電磁波の照射軸Ｌに垂直な面Ｐに対してシート状物束Ｓの表面Ｔを傾斜させた状態に於ける、透過波と反射波を示す。この場合、照射電磁波はシート状物束Ｓの表面Ｔに対して斜め方向に入射するため、電磁波がシート状物束Ｓを透過する際に屈折する。また、シート状物束Ｓの表面Ｔで反射された電磁波は、図１０（ｂ）に示したように、入射光路からずれて横方向に拡散される。この表面Ｔでの反射による拡散効果によって、最終的に受信アンテナ６に入力される各光路（１）〜（５）の反射波の強度は大幅に弱められ、位相遅延量ΔΦの変化量の周期的な変動が抑制される。
【００９２】
さらに重畳枚数の検出精度を向上させたい場合、配置手段２６は、照射アンテナ５から照射される照射電磁波の電界ベクトルＥが、当該照射電磁波の伝搬ベクトルＦとシート状物束Ｓの表面の法線ベクトルｎとを含む面（以下、これを「入射面」という。）内となるようにシート状物束Ｓを配置するようにすればよい。図１２（ａ）にその配置状態を示す。この場合、入射角を0°から全反射をする臨界角まで変えていくと、反射係数は正の値から始まり単調減少して-1となる。つまり、反射係数が0をまたぐことになり、入射角を変える事で、反射波の影響を小さくすることが出来ると考えられる（反射率は反射係数の自乗であり、反射係数が0の時、反射率が0となるため）。そのため、シート状物束Ｓの重畳枚数を変化させて得られるフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形は、図１２（ｂ）に示したように滑らかな円形状のものとなる。従って、重畳枚数の検出精度を向上させることができる。
【００９３】
一方、図１３（ａ）のように、照射電磁波の電界ベクトルＥが、入射面に対して垂直となるようにシート状物束Ｓを配置すると、入射角を0°から臨界角まで変化させた場合、反射係数は負の値から始まり単調減少して-1となる。つまり、反射係数は0をまたがず、反射波の影響は入射角0°の設置条件より小さくならないと考えられる。そのため、シート状物束Ｓの重畳枚数を変化させて得られるフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形は、図１３（ｂ）に示したように、複雑なものとなる。従って、重畳枚数の検出精度が低下する。
【００９４】
また、さらに枚数検出精度を向上させるために、照射アンテナ５と受信アンテナ６との間の多重反射による周期的な変動を、測定するシート状物のサンプルを用いて予め測定し、較正器２２に記憶させておき、実際の枚数検査の際に、較正器２２により多重反射による周期的な変動分を差し引くことにより、フィルタ２０，２１の出力値の補正を行うように構成してもよい。
【００９５】
具体的には、以下のようにして補正を行う。まず、シート状物のサンプルの重畳枚数を０枚からＮ枚まで変化させながら測定し、図５のような（cosΔΦｉ，sinΔΦｉ）の組のデータを得る（ｉ＝０，１，…，Ｎ）。このデータに対して、実施例１で説明したオフセット項の補正を行った後、sinΔΦｉ／cosΔΦｉの値からΔΦｉを算出する。このとき得られるデータは図６のようになる。さらに、シート状物の厚さと誘電率からシート状物の１枚増加あたりの理想的な位相差ΔΦ０を計算し、図６の各点での理想的な位相差からの偏差δφｉを計算する。
【００９６】
【数９】
【００９７】
図１４（ａ）に位相差ΔΦｉに対する偏差δφｉの測定値を示す。これにより得られた（ΔΦｉ，δφｉ）の組を、補正用のデータとして較正器２２に記憶させておく。ここで、δφはΔΦの関数となる。
【００９８】
次に、実際の枚数検査を行うシート状物束Ｓに対して、同様に測定して位相差ΔΦｓを算出する。較正器２２は、予め記憶された偏差のデータ｛δφｉ｝から偏差δφ（ΔΦｓ）を求め、得られた位相差ΔΦｓから偏差δφ（ΔΦｓ）を差し引くことによって補正した位相差ΔΦ’ｓ＝ΔΦｓ−δφ（ΔΦｓ）を出力する。枚数判定機１７は補正された位相差ΔΦ’ｓに基づき、重畳枚数の判定を行う。
【００９９】
図１４（ｂ）に補正前の位相差ΔΦｓと補正後の位相差ΔΦ’ｓの実測結果を示す。図１４（ｂ）の横軸はシート状物束Ｓの重畳枚数、縦軸は位相差ΔΦの実測値の理想値からのずれ量である。図１４（ｂ）から明らかなように、補正を行うことにより位相差ΔΦの誤差を抑えることができ、重畳枚数の判定精度を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１ 枚数検査装置
２ マイクロ波発振器
３ 方向性結合器
４ アップコンバータ
５ 照射アンテナ
６ 受信アンテナ
７ 移相器
８ 中間周波数発振器
９ パワーデバイダ
１０ ミクサ
１１ アンプ
１２ パワーデバイダ
１３ パワーデバイダ
１４ ミクサ
１５ ミクサ
１６ Ａ／Ｄ変換ボード
１７ 枚数判定器
１８ 出力装置
１９，２０，２１ フィルタ
２２ 較正器
２３ 配置手段
Ｓ 海苔束（シート状物束）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚が重ねられた状態にあるシート状の物体（以下「シート状物」という。）の枚数を検査する枚数検査装置に関し、特に、海苔のように表面が粗く水分も含むようなシート状物の枚数検査に適した枚数検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層された海苔の枚数検査装置としては、特許文献１に記載のものが公知である。特許文献１記載の検査装置では、包装された海苔束をコンベヤ上に載置し、当該コンベヤの下方に配設されたＬＥＤの下部照明から当該海苔束の包装体に対して赤外光を照射する。この下部照明から包装体を透過した赤外光をコンベヤの上方に配置したＣＣＤカメラによって検出し、検査画像を作成する。当該検査画像に基づいて、海苔束の包装体を透過した光の透過輝度を算出する。そして、算出された透過輝度と予め設定した基準値とを比較し、海苔束の積層枚数の適否を検査する。
【０００３】
また、積層されたシート状物の枚数を計数する技術としては、特許文献２に記載のものが公知である。図１５は、特許文献２に記載の積層状物体計数装置の構成図である。この積層状物体計数装置では、電磁波として、紙の厚さ（数十ｍｍ〜数百μｍ）程度の波長を持つテラヘルツ波を使用するのが好ましいとされている。発振器１０１から放射された電磁波は、分配器１０２により入射波（Ｉ）と参照波（Ｓ）とに分波される。入射波（Ｉ）は、少なくとも２層以上積層された状態にある積層状物体１０３の上下面の一方に入射される。参照波（Ｓ）は、積層状物体１０３には入射されず、第２受信器１０４に直接伝搬される。
【０００４】
入射波（Ｉ）の一部は、積層状物体１０３の各層と各層間に存在する中間層との界面で反射され、図１６（ａ）のような反射波（Ｒ）となる。反射波（Ｒ）は第１受信器１０５で受信される。第１受信器１０５で受信された反射波（Ｒ）による受信電圧信号は、処理装置１０６に入力される。
【０００５】
一方、入射波（Ｉ）の一部は、積層状物体１０３を透過し、図１６（ｂ）のような透過波（Ｔ）となり、第２受信器１０４で受信される。第２受信器１０４では、透過波（Ｔ）と参照波（Ｓ）との位相差が検出され、そのデータは処理装置１０６に入力される。
【０００６】
処理装置１０６では、透過波（Ｔ）と参照波（Ｓ）との位相差から積層状物体１０３の積層数の算出を行う。すなわち、透過波（Ｔ）は、積層状物体１０３の１層を透過するごとに、位相が一定量変化するため、処理装置１０６は、参照波（Ｓ）に対する透過波（Ｔ）の位相の変化量を検出することで、記録媒体の積層数を算出する。さらに、処理装置１０６は、反射波（Ｒ）に基づいて計数された積層状物体１０３の積層数を、透過波（Ｔ）から算出された積層数と比較し、両者が同じか否かを判定する。もし同じ場合には測定合致回数として計上し、算出された積層数を記憶する。同じでない場合には、測定合致回数としては計上しない。
【０００７】
以上の測定を反復して行い、測定合致回数が所定回数に達したときに、その積層数を測定結果として出力する。
【０００８】
また、特許文献３には、反射法を用いた誘電材料の厚み測定方法が記載されている。特許文献３に記載の方法は、厚みを測定する板状誘電体を平面反射板の手前に平行に配置して、板状誘電体に電磁波（ミリメートル波）を照射する。板状誘電体を透過して平面反射板に達する電磁波（照射波）は、平面反射板で反射されて反射波となり、再び板状誘電体を透過して受信器（定在波センサ）で受信される。このとき、照射波と反射波により定在波が発生する。そこで、発振アンテナと受信器の位置を移動して、平面反射板との距離を変化させて、この定在波の腹又は節の位置を測定する。そして、腹又は節の位置を、板状誘電体がない場合の位置と比較することによって、両者のずれ量ΔＺから板状誘電体の厚みを測定する。板状誘電体の比誘電率をεとすれば、板状誘電体の厚みはΔＺ／εとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７０９４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７６０１号公報
【特許文献３】特開平５−１７２５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の海苔の枚数検査装置では、透過光の透過輝度は、海苔の厚さや品質によって変化するため、正確な積層枚数の測定を行うことは期待できないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献３に記載の方法の場合、位相を導出する際に振幅の腹の情報を使用するため、振幅揺らぎに対して弱いという欠点がある。具体的には、振幅の腹が１％揺らいだ場合、位相差として約８°変化する。一般的に、振幅揺らぎを１％以下に抑えることは難しいため、この揺らぎによる誤差のため測定精度が悪く、海苔の枚数測定のように微小な厚みの差を検出することが必要な場合には適用が困難である。
【００１２】
一方、特許文献２に記載の積層状物体計数装置は、パルスを用いて時間波形で検査を行えば、通常、高い精度で積層状物体の積層枚数を測定することが可能である。つまり、上記特許文献２に記載の積層状物体計数装置は、測定対象物として紙、コンパクトディスク、皿のように、物体の表面形状がなめらかであり物体内部に空間のない密な物体を対象としている。このような物体では、精度のよい測定が期待できる。しかしながら、海苔のように物体表面の凹凸が大きく、内部に空間を多く含むような物体の場合、反射波は図１６（ａ）に示されたような明確なものではなくなるため、ピークの計数が困難となり、測定精度が低下するという問題がある。
【００１３】
さらに、海苔のように水分を含むようなシート状物の束の枚数検査を行う場合、特許文献２で記述されているようなテラヘルツ電磁波を使用すると、発信器・受信器及びその周辺回路のコストが高くなるのみならず、電磁波がシート状物の束を通過する際に水分のために大きく減衰することでＳ／Ｎ比が低下し、検出精度が低下するという問題が生じる。一方、水分による減衰を避けるために照射する電磁波の周波数を低く（波長を長く）すると、今度は透過波形がブロードとなることにより干渉の影響が大きくなり、干渉によるピークシフトなどによって検出精度が低下するという問題が生じる。従って、海苔のような水分を含む積層状物体に適用するには、何れの周波数の場合にも、積層枚数の検出精度の低下の問題があり、この問題に対する解決手段が示されていない。
【００１４】
また、特許文献２に記載の積層状物体計数装置では、「位相差検出器では発振側の電磁波を参照波として受信信号とのミキシングを行って中間周波数にした後に、フーリエ解析によって位相差解析を行い、参照波に対する受信信号の位相のずれを検出することにより枚数を計測できる。前記位相差解析として干渉計測などの手段を用いてもよい。」（特許文献２・段落〔００１４〕参照）との記載があるが、その具体的な方法が示されていない。海苔のように表面が粗く多孔の繊維質の物体の場合、透過波の波形も図１６（ｂ）に示されたような明確なピークのある波形とはならないため、どのようにして位相差を検出するかということが技術上の大きな課題となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、積層されたシート状物、特に、海苔のように表面が粗く湿気（水分）を含むようなシート状物の枚数を精度よく測定するのに適したシート状物の枚数検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るシート状物の枚数検査装置の第１の構成は、複数枚積層された状態にあるシート状物の枚数を検査するシート状物の枚数検査装置であって、
電磁波を発振するマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器が発振する電磁波ＷＳを、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２の二方向に分配する方向性結合器と、
前記マイクロ波発振器が出力する電磁波ＷＳよりも低い周波数ωｉｆの電磁波である局部波ＷＬＯを発振する中間周波数発振器と、
前記中間周波数発振器が発振する局部波ＷＬＯを、同相の第１の局部波ＷＬＯ１及び第２の局部波ＷＬＯ２の二方向に分配するパワーデバイダと、
前記照射波ＷＳ１と、前記第１の局部波ＷＬＯ１とを合波し、両者の周波数の和の周波数（ω＋ωｉｆ）の変調照射波ＷＳＭを生成するアップコンバータと、
前記変調照射波ＷＳＭを、前記シート状物の束の一側面に対して入射する入射手段と、
前記入射手段に対向して配設され、前記変調照射波ＷＳＭが前記シート状物の束を透過して生成された透過波ＷＴを受信する受信手段と、
前記透過波ＷＴと前記参照波ＷＳ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する第１のミクサと、
前記２次合成波ＷＴＣと、前記第２の局部波ＷＬＯ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣを生成する第２のミクサと、
前記３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値をＡＤ変換し位相遅延量又は位相遅延量に対応する値を算出する位相遅延検出手段と、
前記位相遅延検出手段により算出される位相遅延量又は位相遅延量に対応する値に基づいて前記検査対象のシート状物の束の重畳枚数を判定する重畳枚数判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、シート状物の束を通過した透過波ＷＴは、誘電体であるシート状物の束を透過する際に位相遅延ΔΦを生じる。この位相遅延ΔΦは、シート状物の束の厚み、すなわち、シート状物の束に含まれるシート状物の枚数ｎに比例する。そして、透過波ＷＴは、第１のミクサ及び第２のミクサによって、マイクロ波発振器が発振する電磁波ＷＳの周波数成分ω及び中間周波数発振器が発振する局部波ＷＬＯの周波数成分ωｉｆが除去されて、位相遅延ΔΦのみを位相成分とする３次合成波ＷＣが得られる。この３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値が海苔の枚数ｎと一対一対応するので、これを位相遅延検出手段によってＡＤ変換して閾値判定することにより、シート状物の枚数ｎを検出することができる。
【００１８】
ここで、本発明のシート状物の枚数検査装置を、特許文献２の方法と比較すると、本発明のシート状物の枚数検査装置は、位相遅延の検出を、時間波形のピーク検出で行うのではなく、透過波の周波数変調によって取り出している点で異なる。このように周波数領域の変調によって位相遅延量を３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値として取り出し、これから海苔の枚数ｎを検出することによって、表面が粗く多孔の繊維質の海苔のようなシート状物であっても、精度よく枚数を検出することが可能となる。また、時間波形のピーク検出で行う場合、短時間パルスを出力するための高精度で高価な発信器と極短時間の波形をサンプリングできる高価な受信機が必要とされるため、装置のコストが高くなるという問題もある。
【００１９】
また、一般にマイクロ波発振器や局部発振器では、出力される電磁波の位相に数％程度の揺らぎが生じる。特許文献２の方法では、時間波形のピーク検出で測定を行うため、この電磁波ＷＳ及び局部波ＷＬＯの位相の揺らぎによってピークシフトが生じ、このピークシフトが検出される厚みに直接影響を及ぼすため、海苔のように極めて薄いシート状物の枚数を１枚単位で測定するための十分な精度を得ることが難しい。また、マイクロ波の通過する場所によって透過波形がずれることで、これらの波形の干渉によってもピークシフトが生じ、検出精度が低下する。それに対し、本発明のシート状物の枚数検査装置では、第１のミクサと第２のミクサによって、透過波ＷＴに含まれる電磁波ＷＳ及び局部波ＷＬＯの位相の揺らぎ成分δ１，δ２がキャンセルされるため、３次合成波ＷＣの電圧値又は電流値は当該位相の揺らぎ成分δ１，δ２の影響を受けない。従って、海苔のように極めて薄いシート状物の枚数を１枚単位で測定することが可能となる。
【００２０】
また、ミリ波の領域で連続波による干渉法を用いることで、サンプルに含まれる水分による減衰を、テラヘルツ領域の場合よりも抑えることができる。尚、実験によれば、テラヘルツの周波数領域を使用すると、湿気を含む海苔の場合には、１枚の海苔を通過する前に電波が３ｄＢ以上減衰し、海苔１枚でさえ十分に透過することができないことが試験により明らかとなっている。
【００２１】
また、位相遅延検出手段は必ずしも「位相遅延量」を直接算出する必要はなく、「位相遅延量に対応する値」、例えば、位相遅延量の正接値や正弦値、余弦値等を算出するものであってもよい。また、重畳枚数判定手段による枚数判定は、予め用意した閾値テーブルを用いて行うことで、容易に実現できる。
【００２２】
本発明に係るシート状物の枚数検査装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記第２の局部波ＷＬＯ２を、位相遅延のない第３の局部波ＷＬＯ３と、π／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波ＷＬＯ４とに分離する第２のパワーデバイダと、
前記第１のミクサが出力する２次合成波ＷＴＣを、同相の第１の２次合成波ＷＴＣ１及び第２の２次合成波ＷＴＣ２の二方向に分配する第３のパワーデバイダと、
前記第１の２次合成波ＷＴＣ１と前記第２のパワーデバイダが出力する位相遅延のない第３の局部波ＷＬＯ３とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する前記第２のミクサと、
前記第２の２次合成波ＷＴＣ２と、前記第２のパワーデバイダが出力するπ／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波ＷＬＯ４とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する前記第３のミクサとを備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする。
【００２３】
このように、位相がπ／２ｒａｄだけずれた２つの局部波ＷＬＯ３，ＷＬＯ４を用いて２次合成波ＷＴＣに含まれる局部波ＷＬＯの周波数成分ωｉｆをキャンセルし、位相がπ／２ｒａｄだけずれた３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２を生成し、３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値を求めることによって、海苔束による位相遅延ΔΦの正接tan（ΔΦ）が求められる。正接tan（ΔΦ）の変化は正弦や余弦に比べて位相に対して急峻に変化するとともに、位相に対して単調に変化するため、精度よく海苔束の枚数ｎを求めることができる。
【００２４】
本発明に係る海苔の枚数検査装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記第１のミクサの後段に設けられ、前記２次合成波の位相を自在に遅延させることが可能な移相器と、
前記移相器により前記２次合成波の位相遅延量を変化させることにより、前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を測定することによりリサージュ曲線を測定し、当該リサージュ曲線の中心点を算出することにより前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値のオフセット値をそれぞれ算出する較正器と、を備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする。
【００２５】
このように、移相器によって３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２に含まれるオフセット成分を除去することによって、位相遅延量をより精度よく検出することができる。また、移相器によって３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の位相シフト量を自由に調整することができるので、移相器の位相シフト量を適宜設定することで、測定精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
本発明に係る海苔の枚数検査装置の第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成において、対向する前記入射手段と前記受信手段との間に、前記シート状物の束を配置する配置手段を備え、前記配置手段は、前記入射手段の電磁波の照射軸方向に垂直な面に対して、前記シート状物の束の表面が傾斜した状態に、前記シート状物の束を配置することを特徴とする。
【００２７】
この構成により、入射手段と受信手段との間で生じる電磁波の多重反射の影響を低減し、シート状物の束の枚数の検出精度を向上させることができる。
【００２８】
ここで、「入射手段の電磁波の照射軸方向」とは、入射手段が電磁波を照射した際の電磁波の進行方向をいう。尚、照射電磁波の放射パターンが平面波的ではない場合には、最も大きい強度の電磁波が伝搬する方向（メインローブの中心軸方向）を「入射手段の電磁波の照射軸方向」とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、電磁波をシート状物の束に透過させ、その透過波に対して入射した電磁波の周波数成分をキャンセルすることで、シート状物の束を通過する際に生じる位相遅れを電圧値又は電流値として取り出し、その電圧値又は電流値からシート状物の枚数を判定することで、積層されたシート状物の枚数を精度よく測定することが可能なシート状物の枚数検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る海苔の枚数検査装置の構成を表す図である。
【図２】（ａ）は、図１のミクサ１０，１４，１５の内部構成の一例を示した図、（ｂ）は図２（ａ）の各ダイオードの電圧−電流特性を表した図である。
【図３】出力ＩＣ１，ＩＣ２を測定することにより得られる位相遅延量ΔΦの変化を表した図である。
【図４】位相遅延量ΔΦの変化に対する正接tan(ΔΦ)の変化を表す図である。
【図５】実際にシート状物の束を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。
【図６】シート状物の束の枚数を変化させたときの位相遅延量ΔΦの変化を測定した結果である。
【図７】シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦの測定結果である。
【図８】水分を含んだ海苔束（ａ）及び水分を含んだ紙（ｂ）を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。
【図９】実施例２の枚数検査装置の照射アンテナ５及び受信アンテナ６並びに配置手段２３の部分の構成を表す図である。
【図１０】照射アンテナ５及び受信アンテナ６とシート状物束Ｓの配置に対する透過波及び反射波を表す模式図である。
【図１１】オフセット項を０として、式（８ａ），（８ｂ）により描かれるリサージュ図形である。
【図１２】（ａ）は電界ベクトルＥが入射面内にある場合の伝搬ベクトルＦ、電界ベクトルＥ、法線ベクトルｎの位置関係を表す図、（ｂ）はそのときのフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形の実測値例である。
【図１３】（ａ）は電界ベクトルＥが入射面に垂直な場合の伝搬ベクトルＦ、電界ベクトルＥ、法線ベクトルｎの位置関係を表す図、（ｂ）はそのときのフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形の実測値例である。
【図１４】（ａ）は位相差ΔΦｉに対する偏差δφｉの測定値、（ｂ）は補正前の位相差ΔΦｓと補正後の位相差ΔΦ’ｓの実測結果である。
【図１５】特許文献２に記載の積層状物体計数装置の構成図である。
【図１６】特許文献２に記載の積層状物体からの反射波による出力波形の観測例（ａ）、並びに、積層状物体からの透過波及び積層状物体に入射する前の電磁波（参照波）による出力電圧波形の観測例（ｂ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３２】
本実施例では、シート状物の一例として、シート状の海苔の積層枚数を検査する枚数検査装置について説明する。尚、本実施例の枚数検査装置は、シート状物として「海苔」以外のものにも適用することも勿論可能である。
【００３３】
図１は、本発明に係る海苔の枚数検査装置の構成を表す図である。枚数検査装置１は、マイクロ波発振器２、方向性結合器３、アップコンバータ４、照射アンテナ５、受信アンテナ６、移相器７、中間周波数発振器８、パワーデバイダ９、ミクサ１０、アンプ１１、パワーデバイダ１２、パワーデバイダ１３、ミクサ１４，１５、Ａ／Ｄ変換ボード１６、枚数判定器１７、出力装置１８、フィルタ１９，２０，２１、及び較正器２２を備えている。
【００３４】
マイクロ波発振器２は、枚数を検査する対象である海苔束Ｓに照射するマイクロ波を発振する。マイクロ波発振器２の発信周波数をω、位相揺らぎを±δ１とする。ここで、マイクロ波とは、一般的には、波長１００μｍ〜１ｍの電磁波を称するが、ここでは、１枚の海苔の厚さ程度の波長のものが使用される。具体的には、１００μｍ〜４０００μｍの波長の電磁波が用いられる。
【００３５】
方向性結合器３は、マイクロ波発振器２が出力するマイクロ波を、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２の二方向に分配する。
【００３６】
中間周波数発振器８は、マイクロ波発振器２が出力するマイクロ波よりも低い周波数の電磁波である局部波ＷＬＯを発振する。ここで、局部波ＷＬＯの角周波数をωｉｆ、位相揺らぎを±δ２とする。局部波ＷＬＯの周波数としては、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚが使用される。
【００３７】
パワーデバイダ９は、中間周波数発振器８が出力する局部波ＷＬＯを同位相で二方向（ＷＬＯ１，ＷＬＯ２）に分配し、それぞれ、アップコンバータ４とパワーデバイダ１３に入力する。アップコンバータ４は、方向性結合器３から入力される照射波ＷＳ１とパワーデバイダ９から入力される局部波ＷＬＯ１とを合波し、両者の周波数の和の周波数の変調照射波ＷＳＭを生成する。この変調照射波ＷＳＭは角周波数ωの波と角周波数ωｉｆの波とが混合した電磁波であり、揺らぎの大きさは±δ１±δ２となる。フィルタ１９は、ハイパスフィルタであり、変調照射波ＷＳＭに含まれる基本周波数成分及び下側波成分を除去する。照射アンテナ５は、フィルタ１９でフィルタリングされた変調照射波ＷＳＭを、前記海苔束Ｓの一側面に対して入射する。受信アンテナ６は、変調照射波ＷＳＭが海苔束Ｓを透過して生成された透過波ＷＴを受信する。変調照射波ＷＳＭは誘電体である海苔束Ｓを透過する際に、ΔΦの位相ずれが生じる。
【００３８】
ミクサ１０は、方向性結合器３から入力される参照波ＷＳ２と、透過波ＷＴとを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する。ここで、ミクサ１０のＬＯ端子には参照波ＷＳ２が入力され、ＲＦ端子には透過波ＷＴが入力される。ミクサ１０のＩＦ端子からは、２次合成波ＷＴＣが出力される。アンプ１１は、ミクサ１０から出力される２次合成波ＷＴＣを増幅する。移相器７は、透過波２次合成波ＷＴＣの移相を行う。この移相器７は、後で詳述する直流成分の除去のためのキャリブレーションに使用される。パワーデバイダ１２は、移相器７から出力される２次合成波Ｗ’ＴＣを、同位相で２方向（ＷＴＣ１，ＷＴＣ２）に分配する。
【００３９】
パワーデバイダ１３は、パワーデバイダ９から出力される局部波ＷＬＯ２を、局部波ＷＬＯ３と９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とに分配する。
【００４０】
ミクサ１５は、パワーデバイダ１２から出力される２次合成波ＷＴＣ２と、パワーデバイダ１３から出力される９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する。ミクサ１４は、パワーデバイダ１２から出力される２次合成波ＷＴＣ１と、パワーデバイダ１３から出力される同相の局部波ＷＬＯ３とを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する。フィルタ２０，２１は、ローパスフィルタであり、それぞれ、２次合成波ＷＴＣ１，ＷＴＣ２に含まれる高周波及び高調波成分を除去する。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換ボード１６は、ミクサ１４，１５から出力されフィルタ２０，２１を通過した３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２をＡＤ変換して、枚数判定器１７へ出力する。枚数判定器１７は、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１ｑ，ＷＣ２ｑの値に基づいて、海苔束Ｓの枚数を判定する。出力装置１８は、ディスプレイや外部記憶装置により構成され、枚数判定器１７により出力される海苔束Ｓの枚数を出力する。ここで、Ａ／Ｄ変換ボード１６と枚数判定器１７が協働して、３次合成波ＷＣ１ｑ，ＷＣ２の電圧値又は電流値をＡＤ変換することにより位相遅延量を検出する位相遅延検出手段が実現されている。
【００４２】
較正器２２は、移相器７と協働して３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２の較正を行うための装置である。
【００４３】
図２（ａ）は、図１のミクサ１０，１４，１５の内部構成の一例を示した図、図２（ｂ）は図２（ａ）の各ダイオードの電圧−電流特性を表した図である。尚、ミクサについては、既に多くの種類のものが周知であり、図１のミクサ１０，１４，１５は、特にこの構成に限られるものではない。
【００４４】
図２（ａ）において、ミクサ１０，１４，１５は、２つのトランス３０，３１と１つのブリッジダイオード３２を備えている。トランス３０の１次側コイルの一端はＬＯ端子とされ、他端は接地されている。また、２次側コイルは、両端がブリッジダイオード３２のプラス（＋）端子及びマイナス（−）端子に接続されており、２次側コイルの中間タップは接地されている。また、トランス３１の１次側コイルの一端はＲＦ端子とされ、他端は接地されている。また、２次側コイルは、両端がブリッジダイオード３２の各中間（〜）端子に接続されており、２次側コイルの中間タップはＩＦ端子とされている。
【００４５】
以上のように構成された本実施例の海苔の枚数検査装置１について、以下その動作を説明する。
【００４６】
まず、マイクロ波発振器２によりマイクロ波ＷＳが発振される。このマイクロ波ＷＳをＡ０cos(ωt±δ１)とする。ここで、Ａ０はマイクロ波ＷＳの振幅である。マイクロ波ＷＳは、方向性結合器３において、照射波ＷＳ１と参照波ＷＳ２とに分配される。ここで、参照波ＷＳ２の振幅をＡ２とする。
【００４７】
一方、中間周波数発振器８は、局部波ＷＬＯを発振する。この局部波ＷＬＯをＢ０cos(ωift±δ2)とする。Ｂ０は局部波ＷＬＯの振幅である。局部波ＷＬＯは、パワーデバイダ９において、２方向の局部波ＷLO１，ＷLO２に分配される。この際、分配された局部波ＷLO１，ＷLO２は、同相である。局部波ＷLO１，ＷLO２の振幅を、それぞれＢ１，Ｂ２とする。
【００４８】
次に、アップコンバータ４において、照射波ＷＳ１と局部波ＷLO１とが合波され、両者の周波数の和の周波数の変調照射波ＷＳＭが生成される。従って、変調照射波ＷＳＭは、Ａ１cos(ωt＋ωift±δ1±δ2)となる。Ａ１は変調照射波ＷＳＭの振幅である。アップコンバータ４から出力される変調照射波ＷＳＭは、フィルタ１９において基本周波数成分及び下側波成分が除去された後、照射アンテナ５に送られて、検査対象である海苔束Ｓの一側面に対して照射される。変調照射波ＷＳＭの一部は海苔束Ｓを透過して、透過波ＷＴが受信アンテナ６で受信される。尚、本実施例においては、照射アンテナ５及び受信アンテナ６にはホーンアンテナが使用されているが、電磁波の照射アンテナ５及び受信アンテナ６としては、それ以外のもの（例えば、リフレクタアンテナ、レンズアンテナ、スロット・アンテナなど）を使用してもよい。
【００４９】
海苔束Ｓを変調照射波ＷＳＭが透過する際に、海苔の誘電率が空気の誘電率よりも大きいことによって、透過波の位相が変化する。海苔束Ｓを透過した透過波ＷＴの位相の遅延量（以下「位相遅延量」という。）をΔΦとする。透過波ＷＴは、Ａ３cos(ωt＋ωift＋ΔΦ±δ1±δ2)となる。Ａ３は透過波ＷＴの振幅である。
【００５０】
位相遅延量ΔΦは、透過した海苔束Ｓの厚さＬに比例する。いま、一枚の海苔シートの厚さをｌとし、海苔束Ｓの海苔シートの枚数をｎとすれば、ΔΦ∝Ｌ＝ｎｌとなる。すなわち、位相遅延量ΔΦは海苔束Ｓに含まれる海苔シートの枚数ｎに比例する。
【００５１】
受信アンテナ６で受信された透過波ＷＴは、２つの角周波数成分ω，ωｉｆを含む電磁波である。この透過波ＷＴは、ミクサ１０のＲＦ端子に入力される。また、ミクサ１０のＬＯ端子には、方向性結合器３が出力する参照波ＷＳ２が入力される。ミクサ１０は、透過波ＷＴと参照波ＷＳ２とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波ＷＴＣを生成する。この２次合成波ＷＴＣはアンプ１１で増幅され、移相器７を通過した後に、パワーデバイダ１２に入力される。なお、通常は移相器７の移相角度は固定されており、ここでは簡単のため移相器７の移相角度は０°とする。ここで、２次合成波ＷＴＣは、高周波の位相成分ωt±δ1がキャンセルされるため、低周波の信号Ａ４cos(ωift＋ΔΦ±δ2)となる。Ａ４は移相器７を通過した後の２次合成波Ｗ’ＴＣの振幅である。
【００５２】
パワーデバイダ１２は、２次合成波Ｗ’ＴＣを、同相の２つの２次合成波ＷＴＣ１，ＷＴＣ２に分配する。一方、パワーデバイダ９から出力される局部波ＷLO２はパワーデバイダ１３に入力され、パワーデバイダ１３は、この局部波ＷLO２を、局部波ＷＬＯ３と、９０°位相が進んだ局部波ＷＬＯ４とに分配する。
【００５３】
パワーデバイダ１２が出力する２次合成波ＷＴＣ１は、ミクサ１４のＲＦ端子に入力され、パワーデバイダ１３が出力する局部波ＷＬＯ３は、ミクサ１４のＬＯ端子に入力される。ミクサ１４は、これらを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する。ここで、３次合成波ＷＣ１は、局部波ＷLO３の位相成分ωｉｆt±δ2がキャンセルされるため、位相差を表す信号cos(ΔΦ)を含む。３次合成波ＷＣ１は、Ａ／Ｄ変換ボード１６に入力される。
【００５４】
一方、パワーデバイダ１２が出力する２次合成波ＷＴＣ２は、ミクサ１５のＲＦ端子に入力され、パワーデバイダ１３が出力する局部波ＷＬＯ４は、ミクサ１５のＬＯ端子に入力される。ミクサ１５は、これらを合波して、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する。ここで、３次合成波ＷＣ２は、局部波ＷLO３の位相成分ωｉｆt±δ2がキャンセルされるため、位相差を表す信号cos(ΔΦ-π/2)＝sin(ΔΦ)を含む。３次合成波ＷＣ２は、Ａ／Ｄ変換ボード１６に入力される。
【００５５】
Ａ／Ｄ変換ボード１６は、ミクサ１４，１５から出力される３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電流値を抵抗により電圧値に変換した後にＡＤ変換して、枚数判定器１７へ出力する。
【００５６】
尚、ここでミクサ１４，１５の動作について補足説明しておく。図２（ａ）のブリッジダイオード３２を構成する４個のダイオードは、それぞれ、よく知られているように図２（ｂ）に示すような非線形の電圧−電流特性を有している。この特性は、Ｉ（Ｖ）＝Ｉｓ（ｅαＶ−１）のように表される。従って、テイラー展開すると、Ｉ（Ｖ）は次式のように表される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
上式の右辺第３項を積極的に利用することにより、ミクサとしての機能が発揮される。
【００５９】
ミクサ１４のＬＯ端子に入力される局部波ＷＬＯ３をB3 cos(ωift±δ2)とし、ミクサ１４のＲＦ端子に入力される２次合成波ＷＴＣ１をA5 cos(ωift＋ΔΦ±δ2)とする。ミクサ１４の出力は、式（１）の右辺第３項（電圧の２乗の項）となるので、出力ＩＣ１は次式のように表される。
【００６０】
【数２】
【００６１】
ここで、ミクサ１４から出力される高周波成分及び高調波成分はフィルタ２０によって除去されるので、結局、フィルタ２０を通過したミクサ１４の出力Ｉ’Ｃ１は次式のように表される。
【００６２】
【数３】
【００６３】
同様に、ミクサ１５のＬＯ端子に入力される局部波ＷＬＯ４をB3 cos(ωift＋π/2±δ2)とし、ミクサ１５のＲＦ端子に入力される２次合成波ＷＴＣ２をA5 cos(ωift＋ΔΦ±δ2)とすると、フィルタ２１を通過したミクサ１５の出力Ｉ’Ｃ２は次式のように表される。
【００６４】
【数４】
【００６５】
ここで、式（３），（４）の右辺第１項はオフセットであり、cos(ΔΦ)，sin(ΔΦ)を抽出するにはこのオフセット項を求める必要がある。ところが、振幅値Ａ２／２＋Ｂ２／２は既知ではない。そこで、このオフセット項を求めるために移相器７が使用される。
【００６６】
図３は、出力ＩＣ１，ＩＣ２を測定することにより得られる位相遅延量ΔΦの変化を表した図である。尚、実際の測定では、出力ＩＣ１，ＩＣ２は、線形抵抗に通すことにより電圧値として測定される。図３において、横軸は出力Ｉ’Ｃ１、縦軸は出力Ｉ’Ｃ２を表す。位相遅延量ΔΦが変化すると、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２は、（Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２）平面上で中心点（（Ａ５２＋Ｂ５２）／２，Ａ５２＋Ｂ５２）／２）を中心とする円周上に沿って変化する。そこで、この中心点を求めるため、較正器２２は、移相器７により位相を変化させ、リサージュ曲線を描かせる。原理的には、移相器７により位相を０°から３６０°まで変化させると、（Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２）平面上で図３に点線で示した円が描かれる。従って、較正器２２は、移相器７により位相を０°から３６０°まで変化させて、Ａ／Ｄ変換ボード１６の出力値からこの円を測定し、円の中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））を求める。求めた中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））を、位相遅延量ΔΦによる位相回転の中心点とする。式（３），（４）より、原理的には、ＩＣ１（０）＝ＩＣ２（０）であるが、実際には種々の要因により、ＩＣ１（０）とＩＣ２（０）は必ずしも正確には等しくならない。
【００６７】
枚数判定器１７は、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電圧値及び較正器２２から出力される中心点（ＩＣ１（０），ＩＣ２（０））の値に基づいて、位相遅延量ΔΦの正接tan(ΔΦ)=sin(ΔΦ)/cos(ΔΦ)を算出する。すなわち、Ａ／Ｄ変換ボード１６から出力されるデジタル化された３次合成波ＷＣ１，ＷＣ２の電流値（電圧値に変換した値で測定）をＩ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２とすると、正接tan(ΔΦ)は次式により求められる。
【００６８】
【数５】
【００６９】
この正接tan(Δφ)の値から位相遅延量Δφを算出し、位相遅延量Δφに基づいて海苔束Sの枚数を判定する。
【００７０】
最後に、出力装置１８は、枚数判定器１７により出力される海苔束Ｓの枚数ｎを出力する。
【００７１】
尚、本実施例では枚数判定器１７が位相遅延量Δφに基づいて、海苔束Ｓの枚数を判定したが、正接tan(Δφ)の値から、予め用意した閾値テーブルを用いて判定するようにしてもよい。閾値テーブルは、海苔束Ｓの枚数ｎに対するtan(ΔΦ)の値が格納されたテーブルである。
【００７２】
以上のように、本発明では、ミリ波の連続波を用いた干渉法を用いることで、テラヘルツ波に比べてシート状物（海苔束）の水分による減衰が抑えられ、ノイズの影響を受けにくくなる。また、受信アンテナ６で受信された透過波ＷＴを、その直後に設けられたミクサ１０によって、低周波の２次合成波ＷＴＣに変換することによって、高周波回路の部分が少なくなり、装置コストを下げることができる。また、特許文献２のように、入力パルスの応答を時間領域で測定する方法に比べると、本発明では、連続マイクロ波を使用するため、発振器や測定器を安価に構成できるのみならず、時間的に平均化されるためノイズの影響も抑えられ、枚数の誤検出率を低減させることができる。
【００７３】
さらに、位相遅延量ΔΦを正接tan(ΔΦ)として検出する場合、ΔΦの変化に対して正接tan(ΔΦ)は図４のように大きく変化するため、枚数判定器１７において閾値判定により枚数の判定を行う際の誤判定を低減することができる。
【００７４】
尚、正接tan(ΔΦ)による枚数判定を行う場合、tan(ΔΦ)の周期性により、位相遅延量ΔΦは（０，π）の区間内にある必要がある。また、測定量の連続性を考慮すれば、好ましくは、ΔΦが（０，π／２）の区間内にあるほうがよい。そこで、測定するシート状物（海苔束）による位相遅延量ΔΦが大きい場合、移相器７を用いて一定量だけ位相シフトさせることができる。すなわち、移相器７による位相シフト量を−Ψとすれば、枚数判定機１７で観測される正接値はtan(ΔΦ−Ψ)となる。従って、ΔΦが区間（０，π）又は区間（０，π／２）の中にあるように位相シフト量−Ψを調整すればよい。
【００７５】
図５は、実際にシート状物の束を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。尚、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２の測定においては、出力ＩＣ１，ＩＣ２を線形抵抗に通すことにより電圧値として測定した。図５の横軸が出力Ｉ’Ｃ１、縦軸が出力Ｉ’Ｃ２を表す。図５において「×」で示された点は、照射アンテナ５と受信アンテナ６の間にシート状物の束を挟んで測定した値である。測定には、シート状物としてポリプロピレンシートを使用し、０枚から２０枚まで１枚ずつ積層枚数を変化させて測定した。シート状物の枚数が増加するに従って、位相遅延量ΔΦが変化する様子がわかる。また、図５においてＡで示された曲線は移相器７により位相を変化させたときのリサージュ曲線である。リサージュ曲線Ａの中心点と、測定点「×」を繋いで得られるリサージュ曲線Ｂとの中心点はよく一致していることがわかる。したがって、リサージュ曲線Ａの中心点をオフセット点として、較正器２２による較正を行えば、正確な枚数測定を行うことができることがわかる。
【００７６】
図６は、シート状物の束の枚数を変化させたときの位相遅延量ΔΦの変化を測定した結果、図７は、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦの測定結果である。シート状物には、図５の場合と同様、ポリプロピレンシートを使用した。尚、図６，図７の横軸は測定されるシート状物の枚数、図６の縦軸は位相遅延量ΔΦ、図７の縦軸はシート状物が１枚増加することにより生じる位相遅延量ΔΦの変化量（変分）である。シート状物１枚あたりの位相遅延量Δφの平均値をΔφの標準偏差値で割った値をＳ／Ｎ比と定義すれば、図７より、Ｓ／Ｎ比＝６．８２である。また、Δφの平均値をΔφの最大値と最小値の差で割った値を最悪Ｓ／Ｎ比と定義すれば、最悪Ｓ／Ｎ比＝２．２６である。従って、十分な精度で枚数判定を行うことが可能であることがわかる。尚、図７において、重畳枚数の変化に伴って、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦに周期的な変動が見られるが、この現象については実施例２において説明する。
【００７７】
図８は、水分を含んだ海苔束（ａ）及び水分を含んだ紙（ｂ）を用いて出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２を測定した結果を表すリサージュ図である。尚、出力Ｉ’Ｃ１，Ｉ’Ｃ２の測定においては、出力ＩＣ１，ＩＣ２を線形抵抗に通すことにより電圧値として測定した。図８（ａ），（ｂ）の横軸が出力Ｉ’Ｃ１、縦軸が出力Ｉ’Ｃ２を表す。図８（ａ）はシート状物として水分を含んだ海苔を測定した結果であり、図８（ａ）はシート状物として水分を含んだ紙を測定した結果である。図８（ａ）では、シート状の海苔を１枚ずつ増加させながら重畳枚数が０〜５０枚の間で測定した。また、図８（ｂ）では、シート状の紙を２枚ずつ増加させながら重畳枚数が０〜１００枚の間で測定した。シート状物が水分を含んでいる場合、シート状物による電磁波の吸収が大きくなるため、枚数が増えるほど透過電磁波の減衰が大きくなり、図８（ａ），（ｂ）のように、リサージュ図は螺旋状となる。しかしながら、枚数判定においては、式（５）に示したように、（Ｉ’Ｃ２−ＩＣ２（０））と（Ｉ’Ｃ１−ＩＣ１（０））との比から位相遅延量ΔΦを求めるため、電磁波の吸収による減衰項の影響は打ち消されて小さくなるため、精度のよい重畳枚数の検出が可能となる。
【実施例２】
【００７８】
本実施例では、実施例１の枚数検査装置を改良し、さらに枚数検出精度を向上させた枚数検査装置について説明する。尚、本実施例の枚数検査装置の基本構成は、照射アンテナ５及び受信アンテナ６の部分を除き、図１と同様であるとする。
【００７９】
前述したように、実施例１の図７において、シート状物の重畳枚数の変化に伴って、シート状物１枚あたりの位相遅延量ΔΦが周期的な変動する現象がみられる。この周期的変動分に対してシート状物の厚みが十分に大きい場合には、周期的変動分の影響は無視することができる。しかしながら、シート状物の厚みが薄くなると、この周期的変動分の影響が大きくなり、枚数の判定エラーの原因にもなる。そこで、本実施例ではこの周期的変動分の影響を除去する方法について説明する。
【００８０】
図９は、実施例２の枚数検査装置の照射アンテナ５及び受信アンテナ６並びに配置手段２３の部分の構成を表す図である。照射アンテナ５及び受信アンテナ６には、実施例１と同様にホーンアンテナを使用している。また、照射アンテナ５と受信アンテナ６とは対向して配置されており、照射アンテナ５の中心軸（照射軸）Ｌは、受信アンテナ６の中心軸と一致している。また、照射アンテナ５と受信アンテナ６との間にシート状物の束Ｓを配置する配置手段２３としては、ベルトコンベヤが使用されている。本実施例の枚数検査装置を実際の検査ラインに適用する場合、配置手段２３としてベルトコンベヤが適当であるが、シート状物の束Ｓを照射アンテナ５と受信アンテナ６との間に固定配置できるものであれば、配置手段２３としてベルトコンベヤ以外のものを使用することもできる。
【００８１】
ここで、配置手段（ベルトコンベヤ）２３は、シート状物の束Ｓを載置するベルト面Ｔが照射アンテナ５の中心軸（照射軸）Ｌに垂直な面Ｐに対して、傾斜するように配置されている。これにより、ベルト面Ｔ上に載置されるシート状物の束Ｓは、その表面が面Ｐに対して傾斜した状態に配置される。
【００８２】
尚、面Ｐとベルト面Ｔとの傾斜角度θは、後述の多重反射の影響を低減させる観点から４０°〜６０°とすることが好ましく、より好適には、４５°±５°とするのがよい。
【００８３】
次に、上述のような配置手段２３を設けたことによる作用について説明する。実施例１では、照射アンテナ５から検査対象のシート状物束Ｓの一側面に対して電磁波が垂直に照射される。この様子を、図１０（ａ）に模式的に示す。図１０（ａ）に示すように、照射アンテナ５からシート状物束Ｓに照射された電磁波の大部分は受信アンテナ６で受信され吸収されるが、一部は受信アンテナ６で反射される。また、シート状物束Ｓと空気との境界面においても反射が生じる。図１０（ａ）の（１）〜（５）は、代表的な反射波の光路を示したものである。これらの反射波はさらに照射アンテナ５で反射されて受信アンテナ６に戻される。このように、多重反射が生じると、受信アンテナ６において受信される受信波は次式（６）のようになる。
【００８４】
【数６】
【００８５】
ここで、Ａ３は透過波の振幅、Ｒ１〜Ｒ５は光路（１）〜（５）の反射及び吸収による電磁波の減衰率、ωｉｒｒ（＝ω＋ωｉｆ）は照射波の角振動数、Δφはシート状物束Ｓにより生じる位相差、Δ０は照射アンテナ５と受信アンテナ６との間の光路長による初期位相、Δ１〜Δ５は光路（１）〜（５）の反射波の光路長による初期位相である。また、式（６）において、電磁波のゆらぎ成分±δ１，±δ２（実施例１参照）については省略した。
【００８６】
また、シート状物束Ｓの誘電率をε、シート状物束Ｓの厚さをｄ、シート状物束Ｓの表面が照射軸Ｌの垂直面に対して成す角をθ（図１０（ｂ）参照。図１０（ａ）ではθ＝０）、光速をｃ、照射波の周波数をｆｉｒｒとすると、Δφは次式のように表される。
【００８７】
【数７】
【００８８】
式（６）において、第１項が反射波を含まない透過波成分、第２項〜第６項が、それぞれ光路（１）〜（５）の反射波成分である。式（６）の第２項の反射波成分（光路（１）の反射成分）まで考慮すると、最終的にミクサ１４，１５から出力されフィルタ２０，２１を通過した３次合成波Ｗ’Ｃ１，Ｗ’Ｃ２は次式のようになる。
【００８９】
【数８】
ここで、Ａｘ，Ａｙは透過波成分の振幅、Ｒｘ，Ｒｙは透過波成分に対する２次反射波成分の割合、δ１，δ３は透過波成分の初期位相、δ２，δ４は２次反射波成分の初期位相である。尚、式（８ａ），（８ｂ）においてオフセット項（式（３），（４）の第１項参照）は省略した。理想的な条件ではＡｘ＝Ａｙ＝Ａ５Ｂ３，Ｒｘ＝Ｒｙ＝Ｒ１，δ１＝δ３，δ２＝δ４であるが、現実には、ミクサ１４，１５での減衰率の誤差やその他諸々の誤差により、これらの等式は正確には成り立たない。
【００９０】
オフセット項を０として、式（８ａ），（８ｂ）によりリサージュ図形を描くと、図１１のようになる。透過波成分はほぼ円形のリサージュ図形となる。光路（１）の反射波成分もほぼ円形のリサージュ図形となるが、その中心点は透過波成分のリサージュ図形の線上を左回りに回転する。光路（１）の反射波成分のリサージュ図形の位相は、その中心点が透過波成分のリサージュ図形の線上を１周したとき（３６０°回転したとき）に、１０８０°回転する。従って、原点Ｏからみると、透過波成分のリサージュ図形の位相が３６０°回転したときに、光路（１）の反射波成分のリサージュ図形の位相は７２０°回転することとなり、位相差に２周期分の振動を与える。そして、測定される値のリサージュ図形は、図１１の実線で示したような楕円状の図形となる。これは、実際に観測されるリサージュ図形（図５参照）と比較すると、定性的によく一致していることがわかる。従って、図７において、重畳枚数の変化に伴って、位相遅延量ΔΦの変化量に周期的な変動が見られる原因は、受信アンテナ６と照射アンテナ５との間で生じる多重反射に起因すると推定される。
【００９１】
そこで、本実施例の枚数検査装置では、図９に示したように、配置手段（ベルトコンベヤ）２３が、照射アンテナ５の電磁波の照射軸Ｌに垂直な面Ｐに対して、シート状物束Ｓの表面Ｔが傾斜した状態となるように、シート状物束Ｓを配置するような構成とした。図１０（ｂ）に、電磁波の照射軸Ｌに垂直な面Ｐに対してシート状物束Ｓの表面Ｔを傾斜させた状態に於ける、透過波と反射波を示す。この場合、照射電磁波はシート状物束Ｓの表面Ｔに対して斜め方向に入射するため、電磁波がシート状物束Ｓを透過する際に屈折する。また、シート状物束Ｓの表面Ｔで反射された電磁波は、図１０（ｂ）に示したように、入射光路からずれて横方向に拡散される。この表面Ｔでの反射による拡散効果によって、最終的に受信アンテナ６に入力される各光路（１）〜（５）の反射波の強度は大幅に弱められ、位相遅延量ΔΦの変化量の周期的な変動が抑制される。
【００９２】
さらに重畳枚数の検出精度を向上させたい場合、配置手段２６は、照射アンテナ５から照射される照射電磁波の電界ベクトルＥが、当該照射電磁波の伝搬ベクトルＦとシート状物束Ｓの表面の法線ベクトルｎとを含む面（以下、これを「入射面」という。）内となるようにシート状物束Ｓを配置するようにすればよい。図１２（ａ）にその配置状態を示す。この場合、入射角を0°から全反射をする臨界角まで変えていくと、反射係数は正の値から始まり単調減少して-1となる。つまり、反射係数が0をまたぐことになり、入射角を変える事で、反射波の影響を小さくすることが出来ると考えられる（反射率は反射係数の自乗であり、反射係数が0の時、反射率が0となるため）。そのため、シート状物束Ｓの重畳枚数を変化させて得られるフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形は、図１２（ｂ）に示したように滑らかな円形状のものとなる。従って、重畳枚数の検出精度を向上させることができる。
【００９３】
一方、図１３（ａ）のように、照射電磁波の電界ベクトルＥが、入射面に対して垂直となるようにシート状物束Ｓを配置すると、入射角を0°から臨界角まで変化させた場合、反射係数は負の値から始まり単調減少して-1となる。つまり、反射係数は0をまたがず、反射波の影響は入射角0°の設置条件より小さくならないと考えられる。そのため、シート状物束Ｓの重畳枚数を変化させて得られるフィルタ２０，２１の出力のリサージュ図形は、図１３（ｂ）に示したように、複雑なものとなる。従って、重畳枚数の検出精度が低下する。
【００９４】
また、さらに枚数検出精度を向上させるために、照射アンテナ５と受信アンテナ６との間の多重反射による周期的な変動を、測定するシート状物のサンプルを用いて予め測定し、較正器２２に記憶させておき、実際の枚数検査の際に、較正器２２により多重反射による周期的な変動分を差し引くことにより、フィルタ２０，２１の出力値の補正を行うように構成してもよい。
【００９５】
具体的には、以下のようにして補正を行う。まず、シート状物のサンプルの重畳枚数を０枚からＮ枚まで変化させながら測定し、図５のような（cosΔΦｉ，sinΔΦｉ）の組のデータを得る（ｉ＝０，１，…，Ｎ）。このデータに対して、実施例１で説明したオフセット項の補正を行った後、sinΔΦｉ／cosΔΦｉの値からΔΦｉを算出する。このとき得られるデータは図６のようになる。さらに、シート状物の厚さと誘電率からシート状物の１枚増加あたりの理想的な位相差ΔΦ０を計算し、図６の各点での理想的な位相差からの偏差δφｉを計算する。
【００９６】
【数９】
【００９７】
図１４（ａ）に位相差ΔΦｉに対する偏差δφｉの測定値を示す。これにより得られた（ΔΦｉ，δφｉ）の組を、補正用のデータとして較正器２２に記憶させておく。ここで、δφはΔΦの関数となる。
【００９８】
次に、実際の枚数検査を行うシート状物束Ｓに対して、同様に測定して位相差ΔΦｓを算出する。較正器２２は、予め記憶された偏差のデータ｛δφｉ｝から偏差δφ（ΔΦｓ）を求め、得られた位相差ΔΦｓから偏差δφ（ΔΦｓ）を差し引くことによって補正した位相差ΔΦ’ｓ＝ΔΦｓ−δφ（ΔΦｓ）を出力する。枚数判定機１７は補正された位相差ΔΦ’ｓに基づき、重畳枚数の判定を行う。
【００９９】
図１４（ｂ）に補正前の位相差ΔΦｓと補正後の位相差ΔΦ’ｓの実測結果を示す。図１４（ｂ）の横軸はシート状物束Ｓの重畳枚数、縦軸は位相差ΔΦの実測値の理想値からのずれ量である。図１４（ｂ）から明らかなように、補正を行うことにより位相差ΔΦの誤差を抑えることができ、重畳枚数の判定精度を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１ 枚数検査装置
２ マイクロ波発振器
３ 方向性結合器
４ アップコンバータ
５ 照射アンテナ
６ 受信アンテナ
７ 移相器
８ 中間周波数発振器
９ パワーデバイダ
１０ ミクサ
１１ アンプ
１２ パワーデバイダ
１３ パワーデバイダ
１４ ミクサ
１５ ミクサ
１６ Ａ／Ｄ変換ボード
１７ 枚数判定器
１８ 出力装置
１９，２０，２１ フィルタ
２２ 較正器
２３ 配置手段
Ｓ 海苔束（シート状物束）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚積層された状態にあるシート状の物体（以下「シート状物」という。）の枚数を検査するシート状物の枚数検査装置であって、
電磁波を発振するマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器が発振する電磁波を、照射波と参照波の二方向に分配する方向性結合器と、
前記マイクロ波発振器が出力する電磁波よりも低い周波数の電磁波である局部波を発振する中間周波数発振器と、
前記中間周波数発振器が発振する局部波を、同相の第１の局部波及び第２の局部波の二方向に分配するパワーデバイダと、
前記照射波と、前記第１の局部波とを合波し、両者の周波数の和の周波数の変調照射波を生成するアップコンバータと、
前記変調照射波を、前記シート状物の束の一側面に対して入射する入射手段と、
前記入射手段に対向して配設され、前記変調照射波が前記シート状物の束を透過して生成された透過波を受信する受信手段と、
前記透過波と前記参照波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波を生成する第１のミクサと、
前記２次合成波と、前記第２の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波を生成する第２のミクサと、
前記３次合成波の電圧値又は電流値をＡＤ変換し位相遅延量又は位相遅延量に対応する値を算出する位相遅延検出手段と、
前記位相遅延検出手段により算出される位相遅延量又は位相遅延量に対応する値に基づいて前記検査対象のシート状物の束の重畳枚数を判定する重畳枚数判定手段と、
を備えたことを特徴とするシート状物の枚数検査装置。
【請求項２】
前記第２の局部波を、位相遅延のない第３の局部波と、π／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波とに分離する第２のパワーデバイダと、
前記第１のミクサが出力する２次合成波を、同相の第１の２次合成波及び第２の２次合成波の二方向に分配する第３のパワーデバイダと、
前記第１の２次合成波と前記第２のパワーデバイダが出力する位相遅延のない第３の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する前記第２のミクサと、
前記第２の２次合成波と、前記第２のパワーデバイダが出力するπ／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する前記第３のミクサとを備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする請求項１記載のシート状物の枚数検査装置。
【請求項３】
前記第１のミクサの後段に設けられ、前記２次合成波の位相を自在に遅延させることが可能な移相器と、
前記移相器により前記２次合成波の位相遅延量を変化させることにより、前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を測定することによりリサージュ曲線を測定し、当該リサージュ曲線の中心点を算出することにより前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値のオフセット値をそれぞれ算出する較正器と、を備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする請求項２記載のシート状物の枚数検査装置。
【請求項４】
対向する前記入射手段と前記受信手段との間に、前記シート状物の束を配置する配置手段を備え、
前記配置手段は、前記入射手段の電磁波の照射軸方向に垂直な面に対して、前記シート状物の束の表面が傾斜した状態に、前記シート状物の束を配置することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のシート状物の枚数検査装置。
【請求項１】
複数枚積層された状態にあるシート状の物体（以下「シート状物」という。）の枚数を検査するシート状物の枚数検査装置であって、
電磁波を発振するマイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器が発振する電磁波を、照射波と参照波の二方向に分配する方向性結合器と、
前記マイクロ波発振器が出力する電磁波よりも低い周波数の電磁波である局部波を発振する中間周波数発振器と、
前記中間周波数発振器が発振する局部波を、同相の第１の局部波及び第２の局部波の二方向に分配するパワーデバイダと、
前記照射波と、前記第１の局部波とを合波し、両者の周波数の和の周波数の変調照射波を生成するアップコンバータと、
前記変調照射波を、前記シート状物の束の一側面に対して入射する入射手段と、
前記入射手段に対向して配設され、前記変調照射波が前記シート状物の束を透過して生成された透過波を受信する受信手段と、
前記透過波と前記参照波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の２次合成波を生成する第１のミクサと、
前記２次合成波と、前記第２の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波を生成する第２のミクサと、
前記３次合成波の電圧値又は電流値をＡＤ変換し位相遅延量又は位相遅延量に対応する値を算出する位相遅延検出手段と、
前記位相遅延検出手段により算出される位相遅延量又は位相遅延量に対応する値に基づいて前記検査対象のシート状物の束の重畳枚数を判定する重畳枚数判定手段と、
を備えたことを特徴とするシート状物の枚数検査装置。
【請求項２】
前記第２の局部波を、位相遅延のない第３の局部波と、π／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波とに分離する第２のパワーデバイダと、
前記第１のミクサが出力する２次合成波を、同相の第１の２次合成波及び第２の２次合成波の二方向に分配する第３のパワーデバイダと、
前記第１の２次合成波と前記第２のパワーデバイダが出力する位相遅延のない第３の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ１を生成する前記第２のミクサと、
前記第２の２次合成波と、前記第２のパワーデバイダが出力するπ／２ｒａｄだけ位相が遅延した第４の局部波とを合波し、両者の周波数の差の周波数の３次合成波ＷＣ２を生成する前記第３のミクサとを備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする請求項１記載のシート状物の枚数検査装置。
【請求項３】
前記第１のミクサの後段に設けられ、前記２次合成波の位相を自在に遅延させることが可能な移相器と、
前記移相器により前記２次合成波の位相遅延量を変化させることにより、前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値を測定することによりリサージュ曲線を測定し、当該リサージュ曲線の中心点を算出することにより前記３次合成波ＷＣ１及び前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値のオフセット値をそれぞれ算出する較正器と、を備え、
前記位相遅延検出手段は、前記３次合成波ＷＣ２の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値を前記３次合成波ＷＣ１の電圧値又は電流値から前記オフセット値を引いた値で除した値に基づいて、前記検査対象のシート状物の束を透過した際の電磁波の位相遅延量を検出することを特徴とする請求項２記載のシート状物の枚数検査装置。
【請求項４】
対向する前記入射手段と前記受信手段との間に、前記シート状物の束を配置する配置手段を備え、
前記配置手段は、前記入射手段の電磁波の照射軸方向に垂直な面に対して、前記シート状物の束の表面が傾斜した状態に、前記シート状物の束を配置することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のシート状物の枚数検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１１７７７８（Ｐ２０１１−１１７７７８Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３９０４（Ｐ２００９−２７３９０４）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（５９３１７９８０８）八光オートメーション株式会社 (2)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（５９３１７９８０８）八光オートメーション株式会社 (2)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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