マイクロ波・ミリ波イメージング
マイクロ波および／またはミリ波イメージングのために、複数の変調されたスロットを有するセンサアレイを提供する。アレイ内のスロットの位置は、オブジェクトからの電界を検出するために、空間ドメインをオブジェクトから離して規定する。該スロットはそれぞれ、測定された電界および該スロットの位置を表す信号を出力する。プロセッサは、該信号を復号化し、前記オブジェクトのイメージを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の権利についての声明．
米国政府は、アメリカ航空宇宙局（ＮＡＳＡ）マーシャル宇宙飛行センターによって与えられたグラント番号ＮＮＭ０６ＡＡ０６Ｇについて提供されるような合理的な点について、第三者にライセンスを与えることを特許権者に求めるために、限定された環境におけるペイドアップライセンスおよび権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
当分野で知られる非破壊の実時間イメージングは電磁放射を使用して、検査中のオブジェクトのプロパティを検出する。一般的には、電磁界源は、オブジェクトを照明し、センサ素子のアレイは、オブジェクトによって散乱された電界を受信する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
各センサ信号は、典型的には、１つの信号を別の信号と区別するために、別個のピックアップ回路を必要とする。例えば、イメージングに関する従来の変調散乱手法（ＭＳＴ）は、十分でないダイポールアンテナを使用して電磁界をサンプリングし、したがって、特により高い周波数の電磁界に対する感度が十分でない。イメージングに関する切換えアンテナアレイ技法は、各ピックアップアンテナが各アレイ素子の位置から電磁界を検出するために、高価で大型の高周波（ＲＦ）回路を必要とする。残念ながら、このような従来の切換えアンテナアレイ技法のイメージングは、特により高い周波数において、十分な分解能を提供しない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、イメージングシステムは、オブジェクトからの電界を測定するために、複数の変調されたスロットを有するセンサアレイを備える。これらのスロットは、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置される。また、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。当該イメージングシステムはさらに、これらのスロットから出力信号を受信するために、該アレイに動作可能に接続された受信器と、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイとを備える。
【０００５】
別の態様において、イメージングシステムは、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する複数の位置で導電性表面に形成された複数の変調されたスロットを備える。これらのスロットは、オブジェクトからの電界を検出するために、超高周波よりも高い周波数で電磁エネルギーを受信してそれに応答する。また、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。当該イメージングシステムはさらに、複数の位置で検出された電界を表す出力信号を受信するために、スロットに動作可能に接続された受信器と、受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサとを備える。
【０００６】
本発明の諸態様を実施する方法は、多次元プロファイルを生成する。この方法は、超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーの電界でオブジェクトを照明するステップ、かつ、該電界によって照明された該オブジェクトによって散乱されるステップを含む。この方法はさらに、該オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する複数の位置でセンサアレイを介して、該散乱された電界をサンプリングするステップを含む。当該アレイは、該散乱された電界を検出するために、それらのそれぞれの位置で変調されたスロットを含み、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。この方法はまた、それらのスロットから出力信号を受信するステップと受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するステップとを含む。
【０００７】
この発明の概要は、発明を実施するための形態おいて以下にさらに記載される概念の選択を単純化された形式で紹介するために提供される。発明の概要は、特許請求された主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、また、特許請求された主題の範囲を決定する一助として使用されることを意図するものでもない。
【０００８】
その他の特徴は、部分的には明らかであり、部分的には以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の諸態様を実施するマイクロ波・ミリ波イメージングシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムのアレイにおける使用に好適な例示的なスロットアンテナを示す図である。
【図３Ａ】本発明の諸実施形態によるスロットのアレイの例示的な位置を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の諸実施形態によるスロットのアレイの例示的な位置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのコレクタを有するイメージングシステムを示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、Ｋ帯域スロットアレイを有するイメージングシステムの頂部層を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、Ｋ帯域スロットアレイを有するイメージングシステムの底部層を示す図である。
【図６Ａ】図５Ａおよび図５Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図６Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのピックアップネットワークを有するイメージングシステムの頂部層を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのピックアップネットワークを有するイメージングシステムの底部層を示す図である。
【図８Ａ】図７Ａおよび図７Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図８Ｂ】図７Ａおよび図７Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するための長方形の導波管ピックアップを有するイメージングシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面全体において、対応する参照符号は対応する部分を示す。
【００１１】
本発明の諸態様を実施するイメージングシステムおよび方法は、マイクロ波および／またはミリ波の電磁放射を受け、それらに応答する変調されたスロットのアレイを提供する。該アレイ内のこれらのスロットの位置は、オブジェクトによって散乱された電磁界を検出するために、オブジェクトから離れて空間ドメインを規定する。これらのスロットはそれぞれ、スロットの検出された電磁界および位置を表す信号を出力する。これらの信号を復号化することによって、オブジェクトのイメージを生成することができる。本発明の諸態様は、高い測定感度、高い空間的分解能、実時間動作および可搬性を実現する。
【００１２】
図１をここで参照すると、本発明の諸態様を実施するイメージングシステム２１は、特に電磁スペクトルのマイクロ波領域およびミリ波領域内の周波数のように比較的高い周波数（すなわち超高周波より高い）での使用に対して、頑強で高感度のシステムを提供する。少なくとも１つ実施形態では、イメージングシステム２１は、電界をサンプリングするためのアレイ２３を含む。「レティナ」とも呼ばれるこのアレイ２３は、レティナの空間的範囲全体に分散された多くのアレイ素子、すなわちセンサ２５を有する。以下にさらに詳しく記載されるように、マイクロ波・ミリ波イメージングシステム２１の一実施形態は、導体スクリーン、プリント回路基板（ＰＣＢ）の基板などの中に切り込まれた、あるいは別様にその中に形成された変調されたスロットアンテナ（図２参照）を使用して、センサ２５を実装する。有利にも、スロットを変調することにより、レイ２３内の各スロットが、１つのスロットを別のスロットと区別するための一意のコードを用いて、自身の出力信号にタグを付ける、あるいは自身の出力信号を識別できるようになる。
【００１３】
本発明の諸態様によると、イメージングシステム２１は、システムの視界に仮想的に存在する任意のオブジェクト２９の実質的に実時間のイメージを生成する。電磁界によって照明されると、標的オブジェクト２９は、電磁界のうち少なくともいくつかを、オブジェクトの材料および幾何学的性質の関数として様々な方向に散乱させる。例えば、照明している電磁界は、入射または照射しているマイクロ波またはミリ波と関連付けられる。マイクロ波およびミリ波は誘電性材料を貫通するので、イメージングシステム２１は、そのような材料を含むオブジェクトの内部を見ることができる。同様に、イメージングシステム２１は、誘電性材料の内側に隠されたあるいは別様に配置されたオブジェクトを検出およびイメージングすることができる。イメージングシステム２１は、オブジェクト２９から離れて配置された規定された空間ドメインに対応する複数の別個の場所（例えば、平面の平坦な一部分、円筒状の一部分、球面状の一部分、または任意の形状の一部分）で、散乱された電界を測定する。
【００１４】
また、イメージングシステム２１は、電磁放射源の検査を可能にする。例えば、オブジェクト２９自体が、アレイ２３で測定することができるマイクロ波および／またはミリ波の電磁放射を射出することができる。
【００１５】
システム２１の所望の使用法に応じて、センサアレイ２３は、様々な形状となるようにカスタム設計することができる。例えば、アレイ２３は、１次元、２次元または３次元に分散させたセンサ２５で作成することができる。代替的な実施形態では、センサアレイ２３は、平坦なまたは任意に湾曲した導電性表面（直線のまたは曲線のグリッドと共形の任意の形状（長方形、正方形、三角形、円形、円弧、錐形、箱型、半球形、球形など））で作成することができる。図１は、長方形パターンに配列されたセンサ２５の例示的な２次元アレイを示す。
【００１６】
図１に示されるように、アレイ２３は、ディスプレイ３１ならびに受信器３５およびプロセッサ３７を含むその他のシステムコンポーネントと統合される。受信器３５は、アレイ２３内の各センサ素子から信号を受信し、この情報をプロセッサ３７に通信する。センサの出力信号はそれぞれ区別することができるので、プロセッサ３７は、受信器３５がどのセンサ２５からどの信号を受信したか分かる。一実施形態では、システム２１は、複数のセンサ２５から複数の信号を受信するために単一の受信器３５を利用する。センサ２５から受信器３５で受信された信号を（空間的にも電子的にも）適切に配列することによって、プロセッサ３７は、イメージングされているオブジェクト２９からアレイ２３の領域に入射する実際の電磁界のサンプリングされたバージョン、つまりマップを取得する。プロセッサ３７は続いて、このマップを処理して、照明されたオブジェクト２９のイメージを生成する。プロセッサ３７は、各センサ２５から受信された信号の配列および任意のより高いレベルの処理の実行を担当し、電子タグ付けおよび同期に関するシステムのタイミングを制御する。
【００１７】
別個の位置（すなわち各センサ２５の位置）における測定値の特別な処理を使用して、システム２１は、ディスプレイ３１上に、オブジェクトの空間プロファイルおよび／または誘電体プロファイルのイメージを生成する。例えば、イメージングシステム２１は、ホログラフィックイメージのようなオブジェクト２９の多次元（すなわち２Ｄまたは３Ｄ）イメージを生成し、表示する。
【００１８】
図２は、センサ２５のうち１つとして使用するのに好適な例示的なスロット４１を示す。スロット４１に電子的または光学的に制御可能な負荷をかけることにより、この位置で測定された電磁界を異なる位置で測定された電磁界と区別するために、スロットを通過した信号を変調することができるようになる。この場合、ダイオードのような能動素子４３が、スロット４１に負荷をかける、したがってスロット４１を変調するために、スロット４１を横切って電気的に接続される。一例として、各スロット４１は、アレイ２３を規定するパターンにしたがって、導電性スクリーン４５中に切り込まれる。能動素子４３（例えば、ＰＩＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）ダイオード、バラクタダイオード、フォトダイオード）は、それぞれ対応するスロット４１の縁部マージンにある導電性スクリーン４５を、各スロット４１の外周部内に配置されたコンダクタ４７に電気的に接続する。例示された実施形態では、直流電気または光学バイアスをかけることにより、能動素子４３の電子負荷値が変化する。電気負荷制御の場合、それぞれの個別の負荷（またはマトリックススイッチ）にルーティングされた専用のバイアス線４９は、例示された実施形態においてバイアス電圧を提供する。ＤＣバイアスは、基本的には、ダイオードをＯＮ／ＯＦＦ切換えして、ダイオードのインピーダンスを制御する。ＰＩＮダイオードの場合、例えば、ダイオード接合全体にゼロまたは負のＤＣバイアス電圧を印加することにより、ダイオードをＯＦＦして、それにより、それぞれ対応するスロット４１がアレイ２３内のその場所における電界を表す信号が出力される。順方向にバイアスがかけられると、ＰＩＮダイオードはＯＮし、したがって、それぞれ対応するスロット４１からの出力を遮断する。このようにしてスロット４１に負荷をかけると、本質的には、スロットの静電容量が変化し、それにより、スロットの共振周波数が変化する。一実施形態では、能動素子４３は、電界強度が最大の位置にあるスロット４１うち対応する１つに電気的に接続される。
【００１９】
以下により詳細に記載されるように、スロット４１のサイズ、形状および間隔は、イメージングシステム２１のある特定の動作特性に依存する。例えば、図２のスロット４１の長さは、その幅よりも大きい（長さ＝０．１８６６インチ、幅＝０．１４００インチ）。この例では、コンダクタ４７の半径が０．０３１１インチであり、コンダクタ４７は、スロット４１の長さに沿って中央に配置される。コンダクタ４７の中心は、スロット４１の幅に対して０．０２２８インチ偏心して配置される。バイアス線４９は、導電性スクリーン４５のチャネル内に（チャネルの縁部から０．０１６０インチに）常駐する。
【００２０】
図２をさらに参照すると、能動素子４３は、対応するスロット４１を変調するように機能する。能動素子４３がＯＦＦのときには、スロット４１は、その位置でアレイ２３に入射する電界を示す信号を通過させる。しかし、能動素子４３がＯＮのときには、スロット４１は、そのような信号を通過させない。プロセッサ３７は、能動素子４３の動作をトリガして、スロット４１を変調し、したがって、その信号に、アレイ２３のその他のセンサ２５に対するスロット４１の位置を識別する情報をタグ付けする。
【００２１】
アレイ２３を形成するように配列されると、複数のスロット４１は、比較的より高い周波数において高い測定感度および空間的分解能を提供する。導電性スクリーン４５（例えば、金属プレート）内に切り込まれた変調されたスロット４１を含むアレイ２３は、マイクロ波周波数およびミリ波周波数でマッピングする電界に、予測できないほどよく適している。反対に、従来のイメージングシステムは、導電性金属が電磁波を反射して戻す傾向があるので、能動素子の周りの導電性金属などの材料を回避する。アレイ２３は、続いて、受信器回路、処理回路およびディスプレイ回路（すなわち、それぞれ受信器３５、プロセッサ３７およびディスプレイ３１）を含むその他のシステムコンポーネントと統合される。別個の位置における測定値の特別な処理を使用して、システム２１は、オブジェクトの空間プロファイルおよび／または誘電体プロファイル（例えば、ホログラフィックイメージ）の多次元のイメージを生成する。
【００２２】
一実施形態では、複数のアレイセンサ２５（すなわち変調されたスロット４１）は、オブジェクト２９からの電磁界の適当なサンプリングを提供するように、互いに緊密に隣接して配置される。さらに、スロット４１の設計は、隣接するスロット間に弱い相互結合をもたらす点で有利である。スロット４１をアレイ素子（すなわちセンサ２５）として使用することにより、その他の場合には２つの対向する対物レンズであるセンサ２５間の間隔および相互結合を低減することによって電磁界のサンプリング性能を最適化できるようになる。センサ２５はそれぞれ、アレイ２３内の特定の素子の位置で、電磁界に比例する信号を通過させる。
【００２３】
センサアレイ２３の面積全体にわたる電界における比較的小さな変化を検出することによって、イメージングシステム２１は、取得されたイメージ内のわずかなオブジェクトの特徴を非常に敏感に観察できるようになる。さらに、イメージングシステム２１は、実質的に実時間の動作を提供するために、電界を迅速にサンプリングする。そして、本発明の少なくとも１つの実施形態では、センサアレイ２３は、比較的小型で、緊密に間隔をおかれたセンサ２５を有するので、イメージングシステム２１は再現性および空間的分解能が高いイメージを提供する。
【００２４】
スロットアンテナ４１によって実施され、アレイ２３内に組み込まれたセンサ２５は、システム２１の特定のアプリケーションに応じて、サブ共振スロットまたは共振スロットのように様々な設計を取ることできる。さらに、利用可能な変調タイプには、連続変調、平行変調およびハイブリッド変調が含まれる。連続変調は、一度に１つのスロットを変調することに関し、平行変調は、（例えば、直交変調符号を使用して）同時に複数のスロットを変調することに関する。いくつかのスロットは平行して変調され、いくつかは連続的に変調されるハイブリッド変調では、様々な変調パターンが可能である。
【００２５】
本発明のさらなる諸態様は、スロットの伝送プロパティに影響を与えるために、変調されたスロット４１に能動素子４３で負荷をかけることに関する。例えば、変調されたスロット４１は、共振スロット、サブ共振スロット、広帯域スロット、再構成可能な共振スロット、および再構成可能な形状のスロットとすることができる。共振スロットは、小型設計（例えば、λ０／２未満のスロット間隔、ただしλ０は自由空間波長である）を有し、狭帯域であるが比較的高感度である。換言すると、スロット４１は、単一周波数で効率的に開閉する。サブ共振の変調されたスロットは、比較的感度が低い設計では同様に小型であるが、より広範囲の周波数にわたって使用することができる。効率は、広帯域の動作のトレードオフである。広帯域スロットは、複数の周波数範囲にわたって穏当な感度を有するより大きな素子である。一例として、広帯域スロット間のスロット間隔は、約λ０／２である。有利にも、より広い帯域の周波数により、ホログラフィーが可能になる。再構成可能な共振スロットは、掃引周波数動作に関する共振周波数を制御するために、（例えば、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオードなどの使用を通じて）負荷条件を変更できる共振スロットである。換言すると、１つまたは複数の追加の能動素子を使用して、スロットに電気的に負荷をかけると、予測可能なよく制御された方法で、スロットの共振周波数が変化する。再構成可能な形状のスロットは、必要とされ得るサイズよりも大きな規定されたサイズを有し、スロットの寸法、したがってスロットの周波数応答を電子的に変化させる（すなわち狭帯域動作対広帯域動作）ために選択的に活性化される複数のＰＩＮダイオードで負荷をかけられている。例えば、長さが１ｃｍの再構成可能な形状のスロットは、１ｍｍ毎に１つの能動素子を有することができる。（いくつかの素子のうちどれを使用してスロットに負荷をかけるかに応じて）スロットに様々な位置で異なって負荷をかけることによって、スロットの選択された個別のまたは重複する部分を開閉することができる。代替的な実施形態では、再構成可能な形状のスロットは、液晶ポリマー（ＬＣＰ）のような高度に空間的に選択可能なスクリーン材料で構築され、それにより、狭帯域スロットならびに広帯域スロットを実現することができる。この設計は、電気的制御を介して、ＬＣＰの効果的な誘電率を局所的に変化させることに基づく。ＬＣＰの誘電率が独立して局所的な変化することにより、散乱界をサンプリングするために使用されるピクセル（すなわちスロット）が生成される。当業者は、印加電圧に応答する電気特性を有するＬＣＰ材料に精通している。
【００２６】
図１を再び参照すると、プロセッサ３７は、受信器３５がアレイ２３を介して取得した信号を復号化して、オブジェクト２９のイメージを生成し、かつ、センサ２５を変調するための制御信号を生成する。一実施形態では、コンピュータの形態のプロセッサ３７は、データ収集（ＤＡＱ）カードを介してアレイ２３とインターフェースし、ソフトウェアを実行して、変調信号を含む制御信号を生成する。ＤＡＱカードは、変調されたセンサ信号をピックアップ回路（すなわち受信器３５）から取得し、続いて、その信号をソフトウェア内で処理して復号化する。復号化された信号のそれぞれを、コンピュータのスクリーン、つまりディスプレイ３１上に表示するために、それぞれ対応するスロット位置にしたがって配列する。
【００２７】
代替的には、アナログ−デジタル変換器およびディスプレイ３１とインターフェースする高速デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）は、プロセッサ３７を実施する。
【００２８】
さらに別の代替的な実施形態では、プロセッサ３７は、制御信号を生成するために、個別のコンポーネントまたはフィールドプログラマブルゲートアレイで作成されるデジタルスイッチングネットワークのような特注回路を備える。変調されたセンサ信号はそれぞれ、アナログ処理技法またはデジタル処理技法を使用して、ハードウェア内で復号化される。プロセッサ３７は、サンプリングされた測定値を処理し、ディスプレイ用イメージを生成するために、ＤＡＱカードなどを介して、復号化された信号を取得する。
【００２９】
当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の統合方式の様々な組合せを使用して、制御信号を生成し、得られる変調された信号を復号化できることが理解されよう。システム統合により、持ち運び可能なイメージングシステム２１を展開できるようになる。さらに、システムコンポーネント間のインターフェースのうち１つまたは複数が、ワイヤレスインターフェースである（例えば、信号を遠隔的に取得または表示できる）。
【００３０】
レティナ領域（すなわちアレイ２３の領域）全体の電界マップの未加工のイメージではなく、イメージングシステム２１は、イメージングされたオブジェクト２９の幾何学形状／形状の２Ｄプロファイルおよび３Ｄプロファイルおよび誘電性プロパティを取得するために、当業者に知られる空間的および／または一時的なフォーカシング技法（例えば、合成開口法、逆伝播法、ビーム形成法、ホログラフィック法など）を適用する。
【００３１】
次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の諸態様は、より高い分解能および／または感度などを取得するために、イメージングシステム２１の性能を高める。例えば、散乱された電界の３Ｄマップを取得するために、アレイ２３を同様のセンサアレイで走査し（すなわち機械的に移動させ）、および／または、同様のセンサアレイで構成する。代替的には、波長毎に取得されたサンプルの数を増加させるために、アレイ２３を２つの直交する方向に移動させる。換言すると、イメージングシステム２１は、アレイ２３を平行移動させ、それぞれの位置でオブジェクトのイメージを生成し、より高い空間的分解能およびフィデリティを有するイメージを取得するためにこれらのイメージを処理するための手段を含む。
【００３２】
図３Ａのアレイ２３は、複数のスロット４１を有する（例えば、図３Ａには、便宜上、６個のスロットが示される）。アレイ２３は、任意の数のスロット４１を含み得ることを理解されたい。例えば、１つまたは複数の平行移動をしているアレイ２３の６個のスロットの位置が図３Ａに示される。例示された実施形態では、アレイ２３は、最初に下にずれ、横にずれ、次いで上にずれるが、移動前の位置は２点鎖線で示される。水平方向の移動は、右向きでも左向きでもよい。移動アクション、イメージ生成アクションおよび信号処理アクションを迅速に実行することにより、実時間のままのイメージングプロセスが可能になる。一例として、該移動は、センサの間隔の半分である。
【００３３】
次に図３Ｂを参照すると、１つの実施形態における変調されたスロット４１は、線形に偏光するようにサイズ設定および成形される。例えば、図２に示された変調されたスロット４１は、一般的には、一方向では散乱された電界のコンポーネントを通過させ、その他の方向では散乱された電界のコンポーネントを遮断する縦長形状を有する。本発明の諸態様によると、異なる偏光で散乱された電界を測定すると、イメージングされたオブジェクト２９に関して明らかになった幾何学情報または材料情報の量が増加する。偏光が、電界の空間的配向に関連するので、イメージングシステム２１は、いくつかの偏光で、アレイ２３またはレティナにおける電界を測定するように設計することができる。様々な偏光を測定する能力は、イメージングされたオブジェクト２９に関して明らかになった情報の量を増加させる。例えば、センサ２５はそれぞれ、電界のコンポーネントを測定するために、線形に偏光された変調されたスロット４１を含む。線形に偏光された変調されたスロット４１を使用すると、図３Ｂに示された中心点を中心として、垂直偏光から水平偏光までレティナを９０度回転させること（２点鎖線で示される）によって、アレイ２３は、直交方向の散乱された電界を測定できるようになる。さらに、回転アクションを迅速に行うことにより、実時間のままのイメージングプロセスが可能になる。イメージングシステム２１の実装形態にしたがって回転の量および方向を変更できることを理解されたい。
【００３４】
代替的には、レティナ空間に配置された線形に偏光されたセンサ素子の２つのセットにより、（連続してまたは同時に）２つの直交する電界成分の測定が可能になる。この代替的な実施形態では、一方のセット内のセンサ２５は、第１の方向に沿って配向されるスロット４１を備え、他方のセット内のセンサ２５は、第１の方向と直交する第２の方向に沿って配向されるスロット４１を備える。さらに別の代替的な実施形態では、センサ２５は、（連続してまたは同時に）２つの直交する電界成分を測定するために、偏光全体にわたる電気的制御を用いて二重偏光されたセンサ素子を備える。
【００３５】
別の実施形態では、より高い空間的分解能を取得し、および／または、照射領域の寸法を増加させるためにアレイ２３を走査する（すなわち、機械的に移動させる）。例えば、センサ２５の２つのセットを有するアレイ２３（段落番号００３０（原文では［００３８］）参照）または線形のアレイ２３を、オブジェクトの近くに平行移動させることができる。
【００３６】
上述された一般的な動作は、照明源（例えば、アンテナ）とは関係なく、電磁界照明源に依存し、様々なモードの動作が可能である。オブジェクトから散乱された光エネルギーを受けるのみの人間の眼の網膜とは異なり、センサアレイ２３またはレティナは、マイクロ波および／またはミリ波エネルギーを受けるだけでなく、伝送するために使用することができる。イメージングシステム２１は、独立した源によって発生され、オブジェクト２９によって散乱された電界を表す信号を受信するという意味で受動的とすることができる。この受動モードでは、独立した源は照明フィールドを生成し、それにより、イメージングシステム２１は、散乱された電界の空間的なマップを取得することができる。一般的には、この独立した源は、レティナ空間ドメインの外側にあり、アレイ２３の一部ではない。同様に、オブジェクト２９自体が、イメージングシステム２１から独立して電磁放射を射出する。一方、能動的動作モードでは、照明電界源は、イメージングシステム２１の一部である。能動モードで動作するときには、１つまたは複数のセンサ２５は、アレイ２３が散乱された電界をサンプリングする際にオブジェクト２９を照明するために、レティナ領域内に備えられた放射源を構成する。該能動モードは、多くのアプリケーションにおいて幅広く使用され、また、様々な位置および分散に対応する様々なパターンを生成できるので、可搬性が促進される。図１の構成は、例示的なものに過ぎず、様々な構成が本発明の範囲内で企図されることを理解されたい。例えば、標的オブジェクト２９は、図１に示されるように外部電界源とアレイ２９との間に配置することができる。さらに別の代替的な実施形態では、電界は、アレイ２３自体から放射し、オブジェクト２９に当たり、次いで、再びアレイ２３に向かって散乱される。
【００３７】
図１を再び参照すると、受信器３５は、動作のモード（能動／受動）に応じて、送受信器（受信器／送信器）として機能することができる。受動動作の場合、受信器３５は、受信器としてのみ機能する（聞くのみである）。能動モードでは、受信器３５は、アンテナなどを介して照明信号を提供する電界源も有する。この場合、受信器３５は、送信された信号を開始するだけでなく、アレイ２３から信号を受信し、それらの信号を、プロセッサ３７によるさらなる処理（例えば、プレコンディショニングおよびダウンコンバージョン）に好適な形態にする。
【００３８】
次に図４を参照すると、例示された実施形態において、センサ２５は、変調されたスロットアンテナ４１を備える。受信器３５は、スロット４１を介してサンプリングされた電界を受信する。一例として、受信器３５は、最終信号を組み合わせる１つまたは複数のピックアップアンテナを有する無線周波数（ＲＦ）回路を備える。受信器３５をアレイ２３から離れて配置できることを理解されたい。
【００３９】
図４は、共振変調されたスロット４１を有するアレイ２３ならびに受信器３５（すなわちコレクタ５３およびアレイ２３から再放射された信号を受信するための同相／直角位相（Ｉ／Ｑ）受信器５５）を概略的に示す。この実施形態におけるＩ／Ｑ受信器５５は、コレクタ５３からの高周波数ＲＦ信号を、さらなる処理に好適なローパス（低周波数）信号にダウンコンバート（変換）する。これは、ＲＦ信号がＤＣ（ゼロ周波数）に直接的にダウンコンバートされる直接変換である。このため、Ｉ／Ｑ受信器５５は、例えば、互いから９０度位相がずれた局所発振器信号によって駆動された２つの平衡ミキサを備える。代替的な実施形態では、受信器３５は、スーパーヘテロダイン受信器などを含み、それによりＲＦ信号は、単一または複数の中間周波数（ＩＦ）ステージへとダウンコンバートされ、次いで、検出が望まれる周波数（例えば、ＤＣ）にさらにダウンコンバートされる。ＩＦステージで、信号調整（増幅およびフィルタリング）を適用することができる。当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、６ポート接合受信器のようなその他の高周波数受信器技術も使用できることが理解されよう。
【００４０】
図４において、イメージングシステム２１は、アレイ２３の変調されたスロット４１が、導体スクリーン４５内に切り込まれるマイクロ波システムを実施する。例えば、アレイ２３は、λ０／２の間隔（ただし、λ０は自由空間波長）を有する６×５パターンに配置され、２４ＧＨｚ（Ｋ帯域）の周波数で動作する３０個のスロットを有する。
【００４１】
図４のアレイ２３は、高速でスイッチングする能動素子４３、つまりＰＩＮダイオードで負荷がかけられる高Ｑ小型共振スロット４１を利用する点で有利である。これにより、スイッチング速度および変調度が改善されるが、これらは迅速変調散乱手法（ＭＳＴ）に基づくイメージングシステムの重要なパラメータである。一例として、ＰＩＮダイオードは、３ナノ秒で切り換えられ、スロットは、ダイオードが切り換えられると、非常に低い挿入損失（−２０ｄＢ）から非常に高い挿入損失（−２ｄＢ）になる。これにより、比較的早いスイッチング速度（すなわち迅速なフィールド測定）とともに、より大きな変調度が提供される。大きな変調度と、いくつかの変調周期にわたるコヒーレント平均が簡単に可能であるという事実とにより、比較的高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するシステム２１が提供される。
【００４２】
それに加えて、図４のスロット４１は効率的であり、非常にわずかな相互結合しか示さない。この実施形態におけるスロット４１の最も長い寸法は、λ０／３未満であるが、特殊な負荷によって、対象となる周波数で動作するように共振される。λ０／２のスロット間隔により、相互結合により悪影響を受ける信号再現性を犠牲にすることなく、散乱された電界の適度なサンプリングが確実にできるようになる。イメージングされるべきオブジェクト２９によって散乱された電界は、アレイ２３の平面に達し、各スロット４１の特定の位置におけるそれぞれ対応する電界は、そのスロット中に結合される。続いて、この信号は、アレイ２３の反対側に再放射される。
【００４３】
さらに図４を参照すると、ＰＩＮダイオードを能動素子４３として使用して、各スロット４１がある特定の変調率で変調される。このようにして、各スロット４１に起因する電界を個別に区別し、測定することができる。変調により、オブジェクト２９からの電界を、対象となる平面領域全体にわたって、明白に決定することができるようになる。変調された電界を各スロット４１から取り出すために、受信器３５のコレクタ５３は、アレイ２３を形成するスクリーン４５の後ろ側に配置され、そのアパーチャに共振スロット５７を有する長方形の導波路を備える。このコレクタ５３は、挿入損失が非常に小さく、かつ、放射パターンが広くて主ローブ内にアレイ２３を包含する点で有利である。単一のコレクタを有することにより、複雑なマイクロ波コンバイナを使用せずに、単一のＲＦフロントエンドを使用できるようになる。比較的大きなレティナ（すなわち平坦なアレイ２３）と比較的小さなコレクタ５３を図４に示されるように組み合わせた結果、各アレイセンサ２５（すなわちスロット４１）とコレクタ５３の間の結合係数が、大きさでも位相でも非均一になる。これらの係数を修正するために、アレイ２３上に均等平面波を適用することによって、電界が測定される。測定された電界は、均一な大きさおよび知られる位相分布を有するので、そのノルムからの任意のバリエーションは、アレイ２３の唯一の効果と考えられる。したがって、任意の後続の測定値は、均等平面波の測定値を基準にする。最終的には、Ｉ／Ｑディテクタ５５は、各スロット４１によって受信された再放射された信号の大きさおよび位相を測定する。
【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、センサ２５が変調されたスロットアンテナを備える一実施形態をさらに参照すると、センサ素子は、導体スクリーン４５中に切り込まれた変調されたスロット４１を備える。図５Ａは、本発明の諸態様を実施するアレイ２３の頂部層であり、図５Ｂはその底部層である。
【００４５】
図５Ａおよび図５Ｂの例示的な実施形態では、アレイ２３は、０．０２０インチ（０．５ｍｍ）厚のＲｏｇｅｒｓ４３５０基板上に標準的なフォトリソグラフィックプリント回路基板（ＰＣＢ）製造技法にしたがって製造されたＫ帯域スロットアレイを備える。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態により、伝送する端部の開いたＫ帯域の長方形の導波路のファーフィールド領域内で受信器として作動する貫通伝送構成が可能になる。この場合、該導波路は、照明電界を提供する。導波路または送信器とアレイ２３との間の間隔は、例えば８０ｍｍである。伝送する端部の開いたＫ帯域の長方形の導波路によって照射された入射電界に起因する電界分布が測定され、アレイ２３によって引き起こされた歪みを修正するための基準として使用される。
【００４６】
図５Ａおよび図５Ｂの例示的な実施形態にしたがって標的オブジェクト２９をイメージングすると、図６Ａおよび図６Ｂの例示的なイメージがもたらされる。具体的には、図６Ａおよび図６Ｂは、比較的小さな金属性の球面（例えば、直径４ｍｍ）によってアレイ２３から５ｍｍの距離で散乱された測定された電界の大きさ（ｄＢ）および位相（度）をそれぞれ示す。
【００４７】
図６Ａおよび図６Ｂをさらに参照すると、この実施形態におけるプロセッサ３７は、界分布を（例えば、２０回）サンプリングし、そのデータを空間的に補間して、図５Ａおよび図５Ｂのアレイ２３によって提供されたセンサ２５によって直接得られるものよりも電界分布のイメージをよりよく表すイメージ（すなわち合計で３０ピクセル）を生成する。それらのイメージは、実時間（例えば、１５ミリ秒未満で）で測定および処理される。図６Ａは、球面の表示を低強度領域（暗い領域）として明確に表している。
【００４８】
代替的な実施形態では、受信器３５は、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、ＰＣＢ内に製造されたコンバイナ／デバイダー線のピックアップネットワークとマイクロストリップ／ストリップ線とを備える。図７Ａは、イメージングシステム２１のこの代替的な実施形態の頂部層を示し、図７Ｂは、その底部層を示す。マイクロストリップ線／ストリップ線によって供給された比較的広帯域のスロットは、受信器が取り付けられる単一の受信ポイントに信号をルーティングするコンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークに制御されたＲＦ接続を提供することによって、変調することができる（例えば、ＯＮまたはＯＦＦを切り換える）。各スロット４１とピックアップネットワークとの間のＲＦ接続は、供給線とスロットの位置にルーティングされたピックアップネットワーク分岐との間に取り付けられたＰＩＮダイオードによって制御される。この実施形態では、該供給線は、スロット４１の後ろ側の基板のもう一方側に配置される。スロット４１に入射する電界は、ダイオードをＯＮまたはＯＦＦ切換えすることによって、それぞれ、ピックアップネットワークと結合したり、ピックアップネットワークから結合解除されたりする。
【００４９】
この実施形態の別の特徴は、低プロファイルで軽量のアレイ２３である。さらに、各スロット４１からの結合された信号は、最終的に受信ポイントに到達する前に非常に小さな減衰を受け、その結果、ＳＮＲが比較的高くなる。フィルタリングおよび減衰のような基板上のＲＦ信号調整を、受信器３５の同じピックアップネットワークに組み込むことができる。測定ダイバーシチおよび平均算出を目的として、複数の受信ポイントを同様に使用することができる。
【００５０】
この設計の潜在的な可能性を例示するために、アレイ２３は、これらのスロットの間隔がλ０／２（ただしλ０は自由空間波長）で、２４ＧＨｚの周波数で動作する３０個のスロット（６×５）を有する。この実施形態のアレイ２３は、上述されたものと同じ技法および基板材料を使用して製造される。アレイ２３のスロットは、図７Ａに示されるように、基板の頂部層にエッチングされる。ウィキンソン型デバイダー、マイクロストリップ線および終端構造で構成される５０Ωのピックアップネットワーク６１は、図７Ｂに示されるように、基板の底部層にエッチングされる。受信ポートで、例えばサイドローンチＰＣＢ ＲＦコネクタは、受信器接続を提供し、ＰＩＮダイオードは、オンボードコネクタを使用してＤＣバイアスされる。図７Ｂに示されるように、３つのマクロストリップ線分岐６３はそれぞれ、３０個のスロット４１のうち１０個から結合された信号を収集する。本実施形態では、スロット４１およびそれらの供給線は、各分岐線上に重複して配置され、重複したスロットは、分岐線に対して互いにミラーリングする。
【００５１】
図７Ａおよび図７Ｂの例示的な実施形態にしたがって標的オブジェクト２９をイメージングすると、図８Ａおよび図８Ｂの例示的なイメージがもたらされる。具体的には、図８Ａおよび図８Ｂは、比較的小さな金属性の球面（例えば、直径９ｍｍ）によってアレイ２３から２０ｍｍの距離で散乱された測定された電界の大きさ（ｄＢ）および位相（度）をそれぞれ示す。能動イメージングモードで動作させると、アレイ２３は、マイクロ波信号で視野を照明し、同時に散乱された電界を受信およびサンプリングする。図８Ａおよび図８Ｂは、球面の得られた大きさおよび位相のイメージをそれぞれ示す。上述された方式と同じ較正方式および補間方式を使用して、これらのイメージを生成することができる。
【００５２】
図９は、変調されたスロット４１が、金属性／誘電性導波路部分の広いまたは狭い壁部に切り込まれるさらに別の実施形態を示す。
【００５３】
図９をさらに参照すると、この実施形態は、長方形の導波路ピックアップ６７が受信器３５を実施するマイクロ波システムを備える。ここで、アレイ２３は、１つまたは複数のピックアップポイントに組み合わせられた金属性／誘電性導波路部分の広いまたは狭い壁部に切り込まれた変調されたスロット４１で構成される。該導波路部分は、導波路湾曲部／コンバイナを介して接続することができる。導波路６７（すなわち受信器３５）は、信号を収集しガイドするための低損失伝送線を提供する点で有利である。この特徴により、多数のスロット４１の後ろ側の領域を追跡する単一のブロック中に１つの導波路を機械加工できるようになる。ＳＮＲを増加させるために、導波路６７上のスロット４１を広帯域スロットまたは共振スロットとすることができる。
【００５４】
導波路６７に対する各スロット４１の位置に応じて、（導波路に沿った）水平方向および／または（導波路と直交する）垂直の偏光を有するアレイを構築することができる。さらに、標準的な導波路の幅寸法はλ０／２より大きいので、２つの列のスロットを該導波路内に配置することができる。
【００５５】
この技法の潜在的な可能性を例示するために、２４ＧＨｚのイメージングシステム２１は、３０個のサブ共振／広帯域スロット４１のアレイを有する。図９に示されるように、スロットのサイズは、例えば４ｍｍ×１ｍｍである。この実施形態における小さなサブ共振スロット４１により、導波路６７の性能に影響を与えることなく、アレイ２３を高密度に実装できるようになる。各スロット上で、能動素子４３、つまりＰＩＮダイオードは、それぞれ対応するスロット４１の狭い側部に沿って真ん中に配置される。ＰＩＮダイオードを順方向／逆方向にバイアスすると、スロット４１のインピーダンスが変化し、信号を変調するために使用される現象は、そのスロットを介してピックアップした。この変調された信号をピックアップし、それをプロセッサ３７中にルーティングするために、受信器３５は、機械加工して、例えば２つの湾曲部によって接続された３列のアルミニウム製のブロックにされた長方形の導波路６７を備え、２つの導波路開口部は、動作モードに応じて、受信器同士を接続する、あるいは、受信器と送信器とを接続する。導波路６７の直線部分はそれぞれ、２列のスロット４１を収容するが、２列のスロット４１は、それらの間の相互作用を低減するために互い違いになっている。この実施形態におけるアレイ２３は、標準的なフォトリソグラフィック技法を使用して、ＰＣＢ上に構築される。ＰＣＢにより、ＰＩＮダイオードをより簡単に配置できるようになり、また、ＤＣバイアス線４９を適宜ルーティングできるようになる。スロットアレイ２３を含むＰＣＢは、導波路６７の上面に載置される。変調率およびそれに続いて整合フィルタリング（変調の固有の平均算出を利用する）を高めることにより、サブ共振スロットのＳＮＲが増加する。
【００５６】
マイクロ波・ミリ波イメージングシステム２１は、少なくとも以下の応用例で有用である。
【００５７】
Ａ．アンテナパターン測定、比吸収率（ＳＡＲ）測定およびレーダ断面積（ＲＣＳ）測定に関する急速電界測定
【００５８】
Ｂ．一般的なマイクロ波・ミリ波イメージング
【００５９】
Ｃ．誘電性複合材料および材料特性の非破壊検査
【００６０】
Ｄ．標的の位置特定および到達角度推定
【００６１】
Ｅ．衝突防止装置
【００６２】
Ｆ．ＥＭＩおよびＥＭＣ
【００６３】
Ｇ．超広帯域マイクロ波およびミリ波通信リンク
【００６４】
Ｈ． 監視およびセキュリティシステム
【００６５】
Ｉ．密輸品の検出
【００６６】
本発明の諸態様を実施するイメージングシステム２１は、オブジェクト２９から電界を検出するための複数の変調されたスロット４１を有するセンサアレイ２３を備える。スロット４１は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置される。また、スロット４１はそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。イメージングシステム２１はさらに、スロット４１から出力信号を受信するためのアレイ２３に、かつ、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを発生させるように構成されたプロセッサ３７に動作可能に接続する受信器３５を備える。さらに、イメージングシステム２１は、多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイ３１を含む。
【００６７】
別の実施形態では、イメージングシステム２１は、複数の位置で導電性表面４５に形成された複数の変調されたスロット４１を備える。それらの位置は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する。超高周波より高い周波数で電磁エネルギーを受信し、その電磁エネルギーに応答するスロット４１は、オブジェクト２９から電界を検出し、スロット４１はそれぞれ、そのスロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。イメージングシステム２１はさらに、複数の位置で検出された電界を表す出力信号を受信するためのスロット４１に、かつ、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサ３７に動作可能に接続された受信器３５を備える。
【００６８】
さらに別の実施形態は、多次元プロファイルを生成する方法に関する。この方法は、オブジェクト２９を、電界により照明されたオブジェクト２９によって散乱された超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーを含む電界で照明するステップを含む。また、この方法は、複数の位置でセンサアレイ２３を介して、散乱された電界をサンプリングするステップを含む。それらの位置は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、アレイ２３は、散乱された電界を検出するために、それぞれの位置に変調されたスロット４１を含む。スロット４１はそれぞれ、そのスロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。この方法はさらに、スロット４１から出力信号を受信するステップと、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを発生させるステップとを含む。
【００６９】
本明細書に例示され記載された本発明の諸実施形態における動作の実行または遂行の順序は、特に指定されない限り、本質的なものではない。つまり、特に指定されない限り、動作を任意の順序で実行することができ、本発明の諸実施形態は、本明細書に開示されるものより多くのまたは少ない動作を含むことができる。例えば、特定の動作を、別の動作の前に、別の動作と同時に、あるいは、別の動作の後に実行また遂行することは、本発明の諸態様の範囲に含まれることが企図される。
【００７０】
本発明の諸実施形態は、コンピュータ実行可能な命令を用いて実施することができる。コンピュータ実行可能な命令は、１つまたは複数のコンピュータ実行可能なコンポーネントまたはモジュールに構成することができる。本発明の諸態様は、任意の数および構成のそのようなコンポーネントまたはモジュールを用いて実施することができる。例えば、本発明の諸態様は、図面に示され、本明細書に記載された特定のコンピュータ実行可能な命令あるいは特定のコンポーネントまたはモジュールに限定されるものではない。本発明のその他の実施形態は、本明細書で例示され図示されるものよりも多くのまたは少ない機能を有する様々なコンピュータ実行可能な命令またはコンポーネントを含む。
【００７１】
本発明の諸態様またはその諸実施形態の要素を紹介する際に、「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」および「前記」という記載は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するものでない。用語「備える」「含む」および「有する」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものである。
【００７２】
本発明の諸態様について詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の諸態様の範囲から逸脱することなく、修正およびバリエーションが可能であることは明らかであろう。本発明の諸態様の範囲から逸脱することなく、上記の構成、製品および方法において様々な変更を成し得るが、上述の記載に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、例示的に解釈されるべきであり、限定的な意味ではないことが意図される。
【技術分野】
【０００１】
政府の権利についての声明．
米国政府は、アメリカ航空宇宙局（ＮＡＳＡ）マーシャル宇宙飛行センターによって与えられたグラント番号ＮＮＭ０６ＡＡ０６Ｇについて提供されるような合理的な点について、第三者にライセンスを与えることを特許権者に求めるために、限定された環境におけるペイドアップライセンスおよび権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
当分野で知られる非破壊の実時間イメージングは電磁放射を使用して、検査中のオブジェクトのプロパティを検出する。一般的には、電磁界源は、オブジェクトを照明し、センサ素子のアレイは、オブジェクトによって散乱された電界を受信する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
各センサ信号は、典型的には、１つの信号を別の信号と区別するために、別個のピックアップ回路を必要とする。例えば、イメージングに関する従来の変調散乱手法（ＭＳＴ）は、十分でないダイポールアンテナを使用して電磁界をサンプリングし、したがって、特により高い周波数の電磁界に対する感度が十分でない。イメージングに関する切換えアンテナアレイ技法は、各ピックアップアンテナが各アレイ素子の位置から電磁界を検出するために、高価で大型の高周波（ＲＦ）回路を必要とする。残念ながら、このような従来の切換えアンテナアレイ技法のイメージングは、特により高い周波数において、十分な分解能を提供しない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、イメージングシステムは、オブジェクトからの電界を測定するために、複数の変調されたスロットを有するセンサアレイを備える。これらのスロットは、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置される。また、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。当該イメージングシステムはさらに、これらのスロットから出力信号を受信するために、該アレイに動作可能に接続された受信器と、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイとを備える。
【０００５】
別の態様において、イメージングシステムは、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する複数の位置で導電性表面に形成された複数の変調されたスロットを備える。これらのスロットは、オブジェクトからの電界を検出するために、超高周波よりも高い周波数で電磁エネルギーを受信してそれに応答する。また、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。当該イメージングシステムはさらに、複数の位置で検出された電界を表す出力信号を受信するために、スロットに動作可能に接続された受信器と、受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサとを備える。
【０００６】
本発明の諸態様を実施する方法は、多次元プロファイルを生成する。この方法は、超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーの電界でオブジェクトを照明するステップ、かつ、該電界によって照明された該オブジェクトによって散乱されるステップを含む。この方法はさらに、該オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する複数の位置でセンサアレイを介して、該散乱された電界をサンプリングするステップを含む。当該アレイは、該散乱された電界を検出するために、それらのそれぞれの位置で変調されたスロットを含み、これらのスロットはそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。この方法はまた、それらのスロットから出力信号を受信するステップと受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するステップとを含む。
【０００７】
この発明の概要は、発明を実施するための形態おいて以下にさらに記載される概念の選択を単純化された形式で紹介するために提供される。発明の概要は、特許請求された主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、また、特許請求された主題の範囲を決定する一助として使用されることを意図するものでもない。
【０００８】
その他の特徴は、部分的には明らかであり、部分的には以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の諸態様を実施するマイクロ波・ミリ波イメージングシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムのアレイにおける使用に好適な例示的なスロットアンテナを示す図である。
【図３Ａ】本発明の諸実施形態によるスロットのアレイの例示的な位置を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の諸実施形態によるスロットのアレイの例示的な位置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのコレクタを有するイメージングシステムを示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、Ｋ帯域スロットアレイを有するイメージングシステムの頂部層を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、Ｋ帯域スロットアレイを有するイメージングシステムの底部層を示す図である。
【図６Ａ】図５Ａおよび図５Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図６Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのピックアップネットワークを有するイメージングシステムの頂部層を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するためのピックアップネットワークを有するイメージングシステムの底部層を示す図である。
【図８Ａ】図７Ａおよび図７Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図８Ｂ】図７Ａおよび図７Ｂのイメージングシステムによって取得されたオブジェクトの例示的なイメージを示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、変調されたスロットアンテナのアレイおよび該スロットアンテナから信号を受信するための長方形の導波管ピックアップを有するイメージングシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面全体において、対応する参照符号は対応する部分を示す。
【００１１】
本発明の諸態様を実施するイメージングシステムおよび方法は、マイクロ波および／またはミリ波の電磁放射を受け、それらに応答する変調されたスロットのアレイを提供する。該アレイ内のこれらのスロットの位置は、オブジェクトによって散乱された電磁界を検出するために、オブジェクトから離れて空間ドメインを規定する。これらのスロットはそれぞれ、スロットの検出された電磁界および位置を表す信号を出力する。これらの信号を復号化することによって、オブジェクトのイメージを生成することができる。本発明の諸態様は、高い測定感度、高い空間的分解能、実時間動作および可搬性を実現する。
【００１２】
図１をここで参照すると、本発明の諸態様を実施するイメージングシステム２１は、特に電磁スペクトルのマイクロ波領域およびミリ波領域内の周波数のように比較的高い周波数（すなわち超高周波より高い）での使用に対して、頑強で高感度のシステムを提供する。少なくとも１つ実施形態では、イメージングシステム２１は、電界をサンプリングするためのアレイ２３を含む。「レティナ」とも呼ばれるこのアレイ２３は、レティナの空間的範囲全体に分散された多くのアレイ素子、すなわちセンサ２５を有する。以下にさらに詳しく記載されるように、マイクロ波・ミリ波イメージングシステム２１の一実施形態は、導体スクリーン、プリント回路基板（ＰＣＢ）の基板などの中に切り込まれた、あるいは別様にその中に形成された変調されたスロットアンテナ（図２参照）を使用して、センサ２５を実装する。有利にも、スロットを変調することにより、レイ２３内の各スロットが、１つのスロットを別のスロットと区別するための一意のコードを用いて、自身の出力信号にタグを付ける、あるいは自身の出力信号を識別できるようになる。
【００１３】
本発明の諸態様によると、イメージングシステム２１は、システムの視界に仮想的に存在する任意のオブジェクト２９の実質的に実時間のイメージを生成する。電磁界によって照明されると、標的オブジェクト２９は、電磁界のうち少なくともいくつかを、オブジェクトの材料および幾何学的性質の関数として様々な方向に散乱させる。例えば、照明している電磁界は、入射または照射しているマイクロ波またはミリ波と関連付けられる。マイクロ波およびミリ波は誘電性材料を貫通するので、イメージングシステム２１は、そのような材料を含むオブジェクトの内部を見ることができる。同様に、イメージングシステム２１は、誘電性材料の内側に隠されたあるいは別様に配置されたオブジェクトを検出およびイメージングすることができる。イメージングシステム２１は、オブジェクト２９から離れて配置された規定された空間ドメインに対応する複数の別個の場所（例えば、平面の平坦な一部分、円筒状の一部分、球面状の一部分、または任意の形状の一部分）で、散乱された電界を測定する。
【００１４】
また、イメージングシステム２１は、電磁放射源の検査を可能にする。例えば、オブジェクト２９自体が、アレイ２３で測定することができるマイクロ波および／またはミリ波の電磁放射を射出することができる。
【００１５】
システム２１の所望の使用法に応じて、センサアレイ２３は、様々な形状となるようにカスタム設計することができる。例えば、アレイ２３は、１次元、２次元または３次元に分散させたセンサ２５で作成することができる。代替的な実施形態では、センサアレイ２３は、平坦なまたは任意に湾曲した導電性表面（直線のまたは曲線のグリッドと共形の任意の形状（長方形、正方形、三角形、円形、円弧、錐形、箱型、半球形、球形など））で作成することができる。図１は、長方形パターンに配列されたセンサ２５の例示的な２次元アレイを示す。
【００１６】
図１に示されるように、アレイ２３は、ディスプレイ３１ならびに受信器３５およびプロセッサ３７を含むその他のシステムコンポーネントと統合される。受信器３５は、アレイ２３内の各センサ素子から信号を受信し、この情報をプロセッサ３７に通信する。センサの出力信号はそれぞれ区別することができるので、プロセッサ３７は、受信器３５がどのセンサ２５からどの信号を受信したか分かる。一実施形態では、システム２１は、複数のセンサ２５から複数の信号を受信するために単一の受信器３５を利用する。センサ２５から受信器３５で受信された信号を（空間的にも電子的にも）適切に配列することによって、プロセッサ３７は、イメージングされているオブジェクト２９からアレイ２３の領域に入射する実際の電磁界のサンプリングされたバージョン、つまりマップを取得する。プロセッサ３７は続いて、このマップを処理して、照明されたオブジェクト２９のイメージを生成する。プロセッサ３７は、各センサ２５から受信された信号の配列および任意のより高いレベルの処理の実行を担当し、電子タグ付けおよび同期に関するシステムのタイミングを制御する。
【００１７】
別個の位置（すなわち各センサ２５の位置）における測定値の特別な処理を使用して、システム２１は、ディスプレイ３１上に、オブジェクトの空間プロファイルおよび／または誘電体プロファイルのイメージを生成する。例えば、イメージングシステム２１は、ホログラフィックイメージのようなオブジェクト２９の多次元（すなわち２Ｄまたは３Ｄ）イメージを生成し、表示する。
【００１８】
図２は、センサ２５のうち１つとして使用するのに好適な例示的なスロット４１を示す。スロット４１に電子的または光学的に制御可能な負荷をかけることにより、この位置で測定された電磁界を異なる位置で測定された電磁界と区別するために、スロットを通過した信号を変調することができるようになる。この場合、ダイオードのような能動素子４３が、スロット４１に負荷をかける、したがってスロット４１を変調するために、スロット４１を横切って電気的に接続される。一例として、各スロット４１は、アレイ２３を規定するパターンにしたがって、導電性スクリーン４５中に切り込まれる。能動素子４３（例えば、ＰＩＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）ダイオード、バラクタダイオード、フォトダイオード）は、それぞれ対応するスロット４１の縁部マージンにある導電性スクリーン４５を、各スロット４１の外周部内に配置されたコンダクタ４７に電気的に接続する。例示された実施形態では、直流電気または光学バイアスをかけることにより、能動素子４３の電子負荷値が変化する。電気負荷制御の場合、それぞれの個別の負荷（またはマトリックススイッチ）にルーティングされた専用のバイアス線４９は、例示された実施形態においてバイアス電圧を提供する。ＤＣバイアスは、基本的には、ダイオードをＯＮ／ＯＦＦ切換えして、ダイオードのインピーダンスを制御する。ＰＩＮダイオードの場合、例えば、ダイオード接合全体にゼロまたは負のＤＣバイアス電圧を印加することにより、ダイオードをＯＦＦして、それにより、それぞれ対応するスロット４１がアレイ２３内のその場所における電界を表す信号が出力される。順方向にバイアスがかけられると、ＰＩＮダイオードはＯＮし、したがって、それぞれ対応するスロット４１からの出力を遮断する。このようにしてスロット４１に負荷をかけると、本質的には、スロットの静電容量が変化し、それにより、スロットの共振周波数が変化する。一実施形態では、能動素子４３は、電界強度が最大の位置にあるスロット４１うち対応する１つに電気的に接続される。
【００１９】
以下により詳細に記載されるように、スロット４１のサイズ、形状および間隔は、イメージングシステム２１のある特定の動作特性に依存する。例えば、図２のスロット４１の長さは、その幅よりも大きい（長さ＝０．１８６６インチ、幅＝０．１４００インチ）。この例では、コンダクタ４７の半径が０．０３１１インチであり、コンダクタ４７は、スロット４１の長さに沿って中央に配置される。コンダクタ４７の中心は、スロット４１の幅に対して０．０２２８インチ偏心して配置される。バイアス線４９は、導電性スクリーン４５のチャネル内に（チャネルの縁部から０．０１６０インチに）常駐する。
【００２０】
図２をさらに参照すると、能動素子４３は、対応するスロット４１を変調するように機能する。能動素子４３がＯＦＦのときには、スロット４１は、その位置でアレイ２３に入射する電界を示す信号を通過させる。しかし、能動素子４３がＯＮのときには、スロット４１は、そのような信号を通過させない。プロセッサ３７は、能動素子４３の動作をトリガして、スロット４１を変調し、したがって、その信号に、アレイ２３のその他のセンサ２５に対するスロット４１の位置を識別する情報をタグ付けする。
【００２１】
アレイ２３を形成するように配列されると、複数のスロット４１は、比較的より高い周波数において高い測定感度および空間的分解能を提供する。導電性スクリーン４５（例えば、金属プレート）内に切り込まれた変調されたスロット４１を含むアレイ２３は、マイクロ波周波数およびミリ波周波数でマッピングする電界に、予測できないほどよく適している。反対に、従来のイメージングシステムは、導電性金属が電磁波を反射して戻す傾向があるので、能動素子の周りの導電性金属などの材料を回避する。アレイ２３は、続いて、受信器回路、処理回路およびディスプレイ回路（すなわち、それぞれ受信器３５、プロセッサ３７およびディスプレイ３１）を含むその他のシステムコンポーネントと統合される。別個の位置における測定値の特別な処理を使用して、システム２１は、オブジェクトの空間プロファイルおよび／または誘電体プロファイル（例えば、ホログラフィックイメージ）の多次元のイメージを生成する。
【００２２】
一実施形態では、複数のアレイセンサ２５（すなわち変調されたスロット４１）は、オブジェクト２９からの電磁界の適当なサンプリングを提供するように、互いに緊密に隣接して配置される。さらに、スロット４１の設計は、隣接するスロット間に弱い相互結合をもたらす点で有利である。スロット４１をアレイ素子（すなわちセンサ２５）として使用することにより、その他の場合には２つの対向する対物レンズであるセンサ２５間の間隔および相互結合を低減することによって電磁界のサンプリング性能を最適化できるようになる。センサ２５はそれぞれ、アレイ２３内の特定の素子の位置で、電磁界に比例する信号を通過させる。
【００２３】
センサアレイ２３の面積全体にわたる電界における比較的小さな変化を検出することによって、イメージングシステム２１は、取得されたイメージ内のわずかなオブジェクトの特徴を非常に敏感に観察できるようになる。さらに、イメージングシステム２１は、実質的に実時間の動作を提供するために、電界を迅速にサンプリングする。そして、本発明の少なくとも１つの実施形態では、センサアレイ２３は、比較的小型で、緊密に間隔をおかれたセンサ２５を有するので、イメージングシステム２１は再現性および空間的分解能が高いイメージを提供する。
【００２４】
スロットアンテナ４１によって実施され、アレイ２３内に組み込まれたセンサ２５は、システム２１の特定のアプリケーションに応じて、サブ共振スロットまたは共振スロットのように様々な設計を取ることできる。さらに、利用可能な変調タイプには、連続変調、平行変調およびハイブリッド変調が含まれる。連続変調は、一度に１つのスロットを変調することに関し、平行変調は、（例えば、直交変調符号を使用して）同時に複数のスロットを変調することに関する。いくつかのスロットは平行して変調され、いくつかは連続的に変調されるハイブリッド変調では、様々な変調パターンが可能である。
【００２５】
本発明のさらなる諸態様は、スロットの伝送プロパティに影響を与えるために、変調されたスロット４１に能動素子４３で負荷をかけることに関する。例えば、変調されたスロット４１は、共振スロット、サブ共振スロット、広帯域スロット、再構成可能な共振スロット、および再構成可能な形状のスロットとすることができる。共振スロットは、小型設計（例えば、λ０／２未満のスロット間隔、ただしλ０は自由空間波長である）を有し、狭帯域であるが比較的高感度である。換言すると、スロット４１は、単一周波数で効率的に開閉する。サブ共振の変調されたスロットは、比較的感度が低い設計では同様に小型であるが、より広範囲の周波数にわたって使用することができる。効率は、広帯域の動作のトレードオフである。広帯域スロットは、複数の周波数範囲にわたって穏当な感度を有するより大きな素子である。一例として、広帯域スロット間のスロット間隔は、約λ０／２である。有利にも、より広い帯域の周波数により、ホログラフィーが可能になる。再構成可能な共振スロットは、掃引周波数動作に関する共振周波数を制御するために、（例えば、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオードなどの使用を通じて）負荷条件を変更できる共振スロットである。換言すると、１つまたは複数の追加の能動素子を使用して、スロットに電気的に負荷をかけると、予測可能なよく制御された方法で、スロットの共振周波数が変化する。再構成可能な形状のスロットは、必要とされ得るサイズよりも大きな規定されたサイズを有し、スロットの寸法、したがってスロットの周波数応答を電子的に変化させる（すなわち狭帯域動作対広帯域動作）ために選択的に活性化される複数のＰＩＮダイオードで負荷をかけられている。例えば、長さが１ｃｍの再構成可能な形状のスロットは、１ｍｍ毎に１つの能動素子を有することができる。（いくつかの素子のうちどれを使用してスロットに負荷をかけるかに応じて）スロットに様々な位置で異なって負荷をかけることによって、スロットの選択された個別のまたは重複する部分を開閉することができる。代替的な実施形態では、再構成可能な形状のスロットは、液晶ポリマー（ＬＣＰ）のような高度に空間的に選択可能なスクリーン材料で構築され、それにより、狭帯域スロットならびに広帯域スロットを実現することができる。この設計は、電気的制御を介して、ＬＣＰの効果的な誘電率を局所的に変化させることに基づく。ＬＣＰの誘電率が独立して局所的な変化することにより、散乱界をサンプリングするために使用されるピクセル（すなわちスロット）が生成される。当業者は、印加電圧に応答する電気特性を有するＬＣＰ材料に精通している。
【００２６】
図１を再び参照すると、プロセッサ３７は、受信器３５がアレイ２３を介して取得した信号を復号化して、オブジェクト２９のイメージを生成し、かつ、センサ２５を変調するための制御信号を生成する。一実施形態では、コンピュータの形態のプロセッサ３７は、データ収集（ＤＡＱ）カードを介してアレイ２３とインターフェースし、ソフトウェアを実行して、変調信号を含む制御信号を生成する。ＤＡＱカードは、変調されたセンサ信号をピックアップ回路（すなわち受信器３５）から取得し、続いて、その信号をソフトウェア内で処理して復号化する。復号化された信号のそれぞれを、コンピュータのスクリーン、つまりディスプレイ３１上に表示するために、それぞれ対応するスロット位置にしたがって配列する。
【００２７】
代替的には、アナログ−デジタル変換器およびディスプレイ３１とインターフェースする高速デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）は、プロセッサ３７を実施する。
【００２８】
さらに別の代替的な実施形態では、プロセッサ３７は、制御信号を生成するために、個別のコンポーネントまたはフィールドプログラマブルゲートアレイで作成されるデジタルスイッチングネットワークのような特注回路を備える。変調されたセンサ信号はそれぞれ、アナログ処理技法またはデジタル処理技法を使用して、ハードウェア内で復号化される。プロセッサ３７は、サンプリングされた測定値を処理し、ディスプレイ用イメージを生成するために、ＤＡＱカードなどを介して、復号化された信号を取得する。
【００２９】
当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の統合方式の様々な組合せを使用して、制御信号を生成し、得られる変調された信号を復号化できることが理解されよう。システム統合により、持ち運び可能なイメージングシステム２１を展開できるようになる。さらに、システムコンポーネント間のインターフェースのうち１つまたは複数が、ワイヤレスインターフェースである（例えば、信号を遠隔的に取得または表示できる）。
【００３０】
レティナ領域（すなわちアレイ２３の領域）全体の電界マップの未加工のイメージではなく、イメージングシステム２１は、イメージングされたオブジェクト２９の幾何学形状／形状の２Ｄプロファイルおよび３Ｄプロファイルおよび誘電性プロパティを取得するために、当業者に知られる空間的および／または一時的なフォーカシング技法（例えば、合成開口法、逆伝播法、ビーム形成法、ホログラフィック法など）を適用する。
【００３１】
次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の諸態様は、より高い分解能および／または感度などを取得するために、イメージングシステム２１の性能を高める。例えば、散乱された電界の３Ｄマップを取得するために、アレイ２３を同様のセンサアレイで走査し（すなわち機械的に移動させ）、および／または、同様のセンサアレイで構成する。代替的には、波長毎に取得されたサンプルの数を増加させるために、アレイ２３を２つの直交する方向に移動させる。換言すると、イメージングシステム２１は、アレイ２３を平行移動させ、それぞれの位置でオブジェクトのイメージを生成し、より高い空間的分解能およびフィデリティを有するイメージを取得するためにこれらのイメージを処理するための手段を含む。
【００３２】
図３Ａのアレイ２３は、複数のスロット４１を有する（例えば、図３Ａには、便宜上、６個のスロットが示される）。アレイ２３は、任意の数のスロット４１を含み得ることを理解されたい。例えば、１つまたは複数の平行移動をしているアレイ２３の６個のスロットの位置が図３Ａに示される。例示された実施形態では、アレイ２３は、最初に下にずれ、横にずれ、次いで上にずれるが、移動前の位置は２点鎖線で示される。水平方向の移動は、右向きでも左向きでもよい。移動アクション、イメージ生成アクションおよび信号処理アクションを迅速に実行することにより、実時間のままのイメージングプロセスが可能になる。一例として、該移動は、センサの間隔の半分である。
【００３３】
次に図３Ｂを参照すると、１つの実施形態における変調されたスロット４１は、線形に偏光するようにサイズ設定および成形される。例えば、図２に示された変調されたスロット４１は、一般的には、一方向では散乱された電界のコンポーネントを通過させ、その他の方向では散乱された電界のコンポーネントを遮断する縦長形状を有する。本発明の諸態様によると、異なる偏光で散乱された電界を測定すると、イメージングされたオブジェクト２９に関して明らかになった幾何学情報または材料情報の量が増加する。偏光が、電界の空間的配向に関連するので、イメージングシステム２１は、いくつかの偏光で、アレイ２３またはレティナにおける電界を測定するように設計することができる。様々な偏光を測定する能力は、イメージングされたオブジェクト２９に関して明らかになった情報の量を増加させる。例えば、センサ２５はそれぞれ、電界のコンポーネントを測定するために、線形に偏光された変調されたスロット４１を含む。線形に偏光された変調されたスロット４１を使用すると、図３Ｂに示された中心点を中心として、垂直偏光から水平偏光までレティナを９０度回転させること（２点鎖線で示される）によって、アレイ２３は、直交方向の散乱された電界を測定できるようになる。さらに、回転アクションを迅速に行うことにより、実時間のままのイメージングプロセスが可能になる。イメージングシステム２１の実装形態にしたがって回転の量および方向を変更できることを理解されたい。
【００３４】
代替的には、レティナ空間に配置された線形に偏光されたセンサ素子の２つのセットにより、（連続してまたは同時に）２つの直交する電界成分の測定が可能になる。この代替的な実施形態では、一方のセット内のセンサ２５は、第１の方向に沿って配向されるスロット４１を備え、他方のセット内のセンサ２５は、第１の方向と直交する第２の方向に沿って配向されるスロット４１を備える。さらに別の代替的な実施形態では、センサ２５は、（連続してまたは同時に）２つの直交する電界成分を測定するために、偏光全体にわたる電気的制御を用いて二重偏光されたセンサ素子を備える。
【００３５】
別の実施形態では、より高い空間的分解能を取得し、および／または、照射領域の寸法を増加させるためにアレイ２３を走査する（すなわち、機械的に移動させる）。例えば、センサ２５の２つのセットを有するアレイ２３（段落番号００３０（原文では［００３８］）参照）または線形のアレイ２３を、オブジェクトの近くに平行移動させることができる。
【００３６】
上述された一般的な動作は、照明源（例えば、アンテナ）とは関係なく、電磁界照明源に依存し、様々なモードの動作が可能である。オブジェクトから散乱された光エネルギーを受けるのみの人間の眼の網膜とは異なり、センサアレイ２３またはレティナは、マイクロ波および／またはミリ波エネルギーを受けるだけでなく、伝送するために使用することができる。イメージングシステム２１は、独立した源によって発生され、オブジェクト２９によって散乱された電界を表す信号を受信するという意味で受動的とすることができる。この受動モードでは、独立した源は照明フィールドを生成し、それにより、イメージングシステム２１は、散乱された電界の空間的なマップを取得することができる。一般的には、この独立した源は、レティナ空間ドメインの外側にあり、アレイ２３の一部ではない。同様に、オブジェクト２９自体が、イメージングシステム２１から独立して電磁放射を射出する。一方、能動的動作モードでは、照明電界源は、イメージングシステム２１の一部である。能動モードで動作するときには、１つまたは複数のセンサ２５は、アレイ２３が散乱された電界をサンプリングする際にオブジェクト２９を照明するために、レティナ領域内に備えられた放射源を構成する。該能動モードは、多くのアプリケーションにおいて幅広く使用され、また、様々な位置および分散に対応する様々なパターンを生成できるので、可搬性が促進される。図１の構成は、例示的なものに過ぎず、様々な構成が本発明の範囲内で企図されることを理解されたい。例えば、標的オブジェクト２９は、図１に示されるように外部電界源とアレイ２９との間に配置することができる。さらに別の代替的な実施形態では、電界は、アレイ２３自体から放射し、オブジェクト２９に当たり、次いで、再びアレイ２３に向かって散乱される。
【００３７】
図１を再び参照すると、受信器３５は、動作のモード（能動／受動）に応じて、送受信器（受信器／送信器）として機能することができる。受動動作の場合、受信器３５は、受信器としてのみ機能する（聞くのみである）。能動モードでは、受信器３５は、アンテナなどを介して照明信号を提供する電界源も有する。この場合、受信器３５は、送信された信号を開始するだけでなく、アレイ２３から信号を受信し、それらの信号を、プロセッサ３７によるさらなる処理（例えば、プレコンディショニングおよびダウンコンバージョン）に好適な形態にする。
【００３８】
次に図４を参照すると、例示された実施形態において、センサ２５は、変調されたスロットアンテナ４１を備える。受信器３５は、スロット４１を介してサンプリングされた電界を受信する。一例として、受信器３５は、最終信号を組み合わせる１つまたは複数のピックアップアンテナを有する無線周波数（ＲＦ）回路を備える。受信器３５をアレイ２３から離れて配置できることを理解されたい。
【００３９】
図４は、共振変調されたスロット４１を有するアレイ２３ならびに受信器３５（すなわちコレクタ５３およびアレイ２３から再放射された信号を受信するための同相／直角位相（Ｉ／Ｑ）受信器５５）を概略的に示す。この実施形態におけるＩ／Ｑ受信器５５は、コレクタ５３からの高周波数ＲＦ信号を、さらなる処理に好適なローパス（低周波数）信号にダウンコンバート（変換）する。これは、ＲＦ信号がＤＣ（ゼロ周波数）に直接的にダウンコンバートされる直接変換である。このため、Ｉ／Ｑ受信器５５は、例えば、互いから９０度位相がずれた局所発振器信号によって駆動された２つの平衡ミキサを備える。代替的な実施形態では、受信器３５は、スーパーヘテロダイン受信器などを含み、それによりＲＦ信号は、単一または複数の中間周波数（ＩＦ）ステージへとダウンコンバートされ、次いで、検出が望まれる周波数（例えば、ＤＣ）にさらにダウンコンバートされる。ＩＦステージで、信号調整（増幅およびフィルタリング）を適用することができる。当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、６ポート接合受信器のようなその他の高周波数受信器技術も使用できることが理解されよう。
【００４０】
図４において、イメージングシステム２１は、アレイ２３の変調されたスロット４１が、導体スクリーン４５内に切り込まれるマイクロ波システムを実施する。例えば、アレイ２３は、λ０／２の間隔（ただし、λ０は自由空間波長）を有する６×５パターンに配置され、２４ＧＨｚ（Ｋ帯域）の周波数で動作する３０個のスロットを有する。
【００４１】
図４のアレイ２３は、高速でスイッチングする能動素子４３、つまりＰＩＮダイオードで負荷がかけられる高Ｑ小型共振スロット４１を利用する点で有利である。これにより、スイッチング速度および変調度が改善されるが、これらは迅速変調散乱手法（ＭＳＴ）に基づくイメージングシステムの重要なパラメータである。一例として、ＰＩＮダイオードは、３ナノ秒で切り換えられ、スロットは、ダイオードが切り換えられると、非常に低い挿入損失（−２０ｄＢ）から非常に高い挿入損失（−２ｄＢ）になる。これにより、比較的早いスイッチング速度（すなわち迅速なフィールド測定）とともに、より大きな変調度が提供される。大きな変調度と、いくつかの変調周期にわたるコヒーレント平均が簡単に可能であるという事実とにより、比較的高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するシステム２１が提供される。
【００４２】
それに加えて、図４のスロット４１は効率的であり、非常にわずかな相互結合しか示さない。この実施形態におけるスロット４１の最も長い寸法は、λ０／３未満であるが、特殊な負荷によって、対象となる周波数で動作するように共振される。λ０／２のスロット間隔により、相互結合により悪影響を受ける信号再現性を犠牲にすることなく、散乱された電界の適度なサンプリングが確実にできるようになる。イメージングされるべきオブジェクト２９によって散乱された電界は、アレイ２３の平面に達し、各スロット４１の特定の位置におけるそれぞれ対応する電界は、そのスロット中に結合される。続いて、この信号は、アレイ２３の反対側に再放射される。
【００４３】
さらに図４を参照すると、ＰＩＮダイオードを能動素子４３として使用して、各スロット４１がある特定の変調率で変調される。このようにして、各スロット４１に起因する電界を個別に区別し、測定することができる。変調により、オブジェクト２９からの電界を、対象となる平面領域全体にわたって、明白に決定することができるようになる。変調された電界を各スロット４１から取り出すために、受信器３５のコレクタ５３は、アレイ２３を形成するスクリーン４５の後ろ側に配置され、そのアパーチャに共振スロット５７を有する長方形の導波路を備える。このコレクタ５３は、挿入損失が非常に小さく、かつ、放射パターンが広くて主ローブ内にアレイ２３を包含する点で有利である。単一のコレクタを有することにより、複雑なマイクロ波コンバイナを使用せずに、単一のＲＦフロントエンドを使用できるようになる。比較的大きなレティナ（すなわち平坦なアレイ２３）と比較的小さなコレクタ５３を図４に示されるように組み合わせた結果、各アレイセンサ２５（すなわちスロット４１）とコレクタ５３の間の結合係数が、大きさでも位相でも非均一になる。これらの係数を修正するために、アレイ２３上に均等平面波を適用することによって、電界が測定される。測定された電界は、均一な大きさおよび知られる位相分布を有するので、そのノルムからの任意のバリエーションは、アレイ２３の唯一の効果と考えられる。したがって、任意の後続の測定値は、均等平面波の測定値を基準にする。最終的には、Ｉ／Ｑディテクタ５５は、各スロット４１によって受信された再放射された信号の大きさおよび位相を測定する。
【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、センサ２５が変調されたスロットアンテナを備える一実施形態をさらに参照すると、センサ素子は、導体スクリーン４５中に切り込まれた変調されたスロット４１を備える。図５Ａは、本発明の諸態様を実施するアレイ２３の頂部層であり、図５Ｂはその底部層である。
【００４５】
図５Ａおよび図５Ｂの例示的な実施形態では、アレイ２３は、０．０２０インチ（０．５ｍｍ）厚のＲｏｇｅｒｓ４３５０基板上に標準的なフォトリソグラフィックプリント回路基板（ＰＣＢ）製造技法にしたがって製造されたＫ帯域スロットアレイを備える。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態により、伝送する端部の開いたＫ帯域の長方形の導波路のファーフィールド領域内で受信器として作動する貫通伝送構成が可能になる。この場合、該導波路は、照明電界を提供する。導波路または送信器とアレイ２３との間の間隔は、例えば８０ｍｍである。伝送する端部の開いたＫ帯域の長方形の導波路によって照射された入射電界に起因する電界分布が測定され、アレイ２３によって引き起こされた歪みを修正するための基準として使用される。
【００４６】
図５Ａおよび図５Ｂの例示的な実施形態にしたがって標的オブジェクト２９をイメージングすると、図６Ａおよび図６Ｂの例示的なイメージがもたらされる。具体的には、図６Ａおよび図６Ｂは、比較的小さな金属性の球面（例えば、直径４ｍｍ）によってアレイ２３から５ｍｍの距離で散乱された測定された電界の大きさ（ｄＢ）および位相（度）をそれぞれ示す。
【００４７】
図６Ａおよび図６Ｂをさらに参照すると、この実施形態におけるプロセッサ３７は、界分布を（例えば、２０回）サンプリングし、そのデータを空間的に補間して、図５Ａおよび図５Ｂのアレイ２３によって提供されたセンサ２５によって直接得られるものよりも電界分布のイメージをよりよく表すイメージ（すなわち合計で３０ピクセル）を生成する。それらのイメージは、実時間（例えば、１５ミリ秒未満で）で測定および処理される。図６Ａは、球面の表示を低強度領域（暗い領域）として明確に表している。
【００４８】
代替的な実施形態では、受信器３５は、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、ＰＣＢ内に製造されたコンバイナ／デバイダー線のピックアップネットワークとマイクロストリップ／ストリップ線とを備える。図７Ａは、イメージングシステム２１のこの代替的な実施形態の頂部層を示し、図７Ｂは、その底部層を示す。マイクロストリップ線／ストリップ線によって供給された比較的広帯域のスロットは、受信器が取り付けられる単一の受信ポイントに信号をルーティングするコンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークに制御されたＲＦ接続を提供することによって、変調することができる（例えば、ＯＮまたはＯＦＦを切り換える）。各スロット４１とピックアップネットワークとの間のＲＦ接続は、供給線とスロットの位置にルーティングされたピックアップネットワーク分岐との間に取り付けられたＰＩＮダイオードによって制御される。この実施形態では、該供給線は、スロット４１の後ろ側の基板のもう一方側に配置される。スロット４１に入射する電界は、ダイオードをＯＮまたはＯＦＦ切換えすることによって、それぞれ、ピックアップネットワークと結合したり、ピックアップネットワークから結合解除されたりする。
【００４９】
この実施形態の別の特徴は、低プロファイルで軽量のアレイ２３である。さらに、各スロット４１からの結合された信号は、最終的に受信ポイントに到達する前に非常に小さな減衰を受け、その結果、ＳＮＲが比較的高くなる。フィルタリングおよび減衰のような基板上のＲＦ信号調整を、受信器３５の同じピックアップネットワークに組み込むことができる。測定ダイバーシチおよび平均算出を目的として、複数の受信ポイントを同様に使用することができる。
【００５０】
この設計の潜在的な可能性を例示するために、アレイ２３は、これらのスロットの間隔がλ０／２（ただしλ０は自由空間波長）で、２４ＧＨｚの周波数で動作する３０個のスロット（６×５）を有する。この実施形態のアレイ２３は、上述されたものと同じ技法および基板材料を使用して製造される。アレイ２３のスロットは、図７Ａに示されるように、基板の頂部層にエッチングされる。ウィキンソン型デバイダー、マイクロストリップ線および終端構造で構成される５０Ωのピックアップネットワーク６１は、図７Ｂに示されるように、基板の底部層にエッチングされる。受信ポートで、例えばサイドローンチＰＣＢ ＲＦコネクタは、受信器接続を提供し、ＰＩＮダイオードは、オンボードコネクタを使用してＤＣバイアスされる。図７Ｂに示されるように、３つのマクロストリップ線分岐６３はそれぞれ、３０個のスロット４１のうち１０個から結合された信号を収集する。本実施形態では、スロット４１およびそれらの供給線は、各分岐線上に重複して配置され、重複したスロットは、分岐線に対して互いにミラーリングする。
【００５１】
図７Ａおよび図７Ｂの例示的な実施形態にしたがって標的オブジェクト２９をイメージングすると、図８Ａおよび図８Ｂの例示的なイメージがもたらされる。具体的には、図８Ａおよび図８Ｂは、比較的小さな金属性の球面（例えば、直径９ｍｍ）によってアレイ２３から２０ｍｍの距離で散乱された測定された電界の大きさ（ｄＢ）および位相（度）をそれぞれ示す。能動イメージングモードで動作させると、アレイ２３は、マイクロ波信号で視野を照明し、同時に散乱された電界を受信およびサンプリングする。図８Ａおよび図８Ｂは、球面の得られた大きさおよび位相のイメージをそれぞれ示す。上述された方式と同じ較正方式および補間方式を使用して、これらのイメージを生成することができる。
【００５２】
図９は、変調されたスロット４１が、金属性／誘電性導波路部分の広いまたは狭い壁部に切り込まれるさらに別の実施形態を示す。
【００５３】
図９をさらに参照すると、この実施形態は、長方形の導波路ピックアップ６７が受信器３５を実施するマイクロ波システムを備える。ここで、アレイ２３は、１つまたは複数のピックアップポイントに組み合わせられた金属性／誘電性導波路部分の広いまたは狭い壁部に切り込まれた変調されたスロット４１で構成される。該導波路部分は、導波路湾曲部／コンバイナを介して接続することができる。導波路６７（すなわち受信器３５）は、信号を収集しガイドするための低損失伝送線を提供する点で有利である。この特徴により、多数のスロット４１の後ろ側の領域を追跡する単一のブロック中に１つの導波路を機械加工できるようになる。ＳＮＲを増加させるために、導波路６７上のスロット４１を広帯域スロットまたは共振スロットとすることができる。
【００５４】
導波路６７に対する各スロット４１の位置に応じて、（導波路に沿った）水平方向および／または（導波路と直交する）垂直の偏光を有するアレイを構築することができる。さらに、標準的な導波路の幅寸法はλ０／２より大きいので、２つの列のスロットを該導波路内に配置することができる。
【００５５】
この技法の潜在的な可能性を例示するために、２４ＧＨｚのイメージングシステム２１は、３０個のサブ共振／広帯域スロット４１のアレイを有する。図９に示されるように、スロットのサイズは、例えば４ｍｍ×１ｍｍである。この実施形態における小さなサブ共振スロット４１により、導波路６７の性能に影響を与えることなく、アレイ２３を高密度に実装できるようになる。各スロット上で、能動素子４３、つまりＰＩＮダイオードは、それぞれ対応するスロット４１の狭い側部に沿って真ん中に配置される。ＰＩＮダイオードを順方向／逆方向にバイアスすると、スロット４１のインピーダンスが変化し、信号を変調するために使用される現象は、そのスロットを介してピックアップした。この変調された信号をピックアップし、それをプロセッサ３７中にルーティングするために、受信器３５は、機械加工して、例えば２つの湾曲部によって接続された３列のアルミニウム製のブロックにされた長方形の導波路６７を備え、２つの導波路開口部は、動作モードに応じて、受信器同士を接続する、あるいは、受信器と送信器とを接続する。導波路６７の直線部分はそれぞれ、２列のスロット４１を収容するが、２列のスロット４１は、それらの間の相互作用を低減するために互い違いになっている。この実施形態におけるアレイ２３は、標準的なフォトリソグラフィック技法を使用して、ＰＣＢ上に構築される。ＰＣＢにより、ＰＩＮダイオードをより簡単に配置できるようになり、また、ＤＣバイアス線４９を適宜ルーティングできるようになる。スロットアレイ２３を含むＰＣＢは、導波路６７の上面に載置される。変調率およびそれに続いて整合フィルタリング（変調の固有の平均算出を利用する）を高めることにより、サブ共振スロットのＳＮＲが増加する。
【００５６】
マイクロ波・ミリ波イメージングシステム２１は、少なくとも以下の応用例で有用である。
【００５７】
Ａ．アンテナパターン測定、比吸収率（ＳＡＲ）測定およびレーダ断面積（ＲＣＳ）測定に関する急速電界測定
【００５８】
Ｂ．一般的なマイクロ波・ミリ波イメージング
【００５９】
Ｃ．誘電性複合材料および材料特性の非破壊検査
【００６０】
Ｄ．標的の位置特定および到達角度推定
【００６１】
Ｅ．衝突防止装置
【００６２】
Ｆ．ＥＭＩおよびＥＭＣ
【００６３】
Ｇ．超広帯域マイクロ波およびミリ波通信リンク
【００６４】
Ｈ． 監視およびセキュリティシステム
【００６５】
Ｉ．密輸品の検出
【００６６】
本発明の諸態様を実施するイメージングシステム２１は、オブジェクト２９から電界を検出するための複数の変調されたスロット４１を有するセンサアレイ２３を備える。スロット４１は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置される。また、スロット４１はそれぞれ、スロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。イメージングシステム２１はさらに、スロット４１から出力信号を受信するためのアレイ２３に、かつ、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを発生させるように構成されたプロセッサ３７に動作可能に接続する受信器３５を備える。さらに、イメージングシステム２１は、多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイ３１を含む。
【００６７】
別の実施形態では、イメージングシステム２１は、複数の位置で導電性表面４５に形成された複数の変調されたスロット４１を備える。それらの位置は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する。超高周波より高い周波数で電磁エネルギーを受信し、その電磁エネルギーに応答するスロット４１は、オブジェクト２９から電界を検出し、スロット４１はそれぞれ、そのスロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。イメージングシステム２１はさらに、複数の位置で検出された電界を表す出力信号を受信するためのスロット４１に、かつ、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサ３７に動作可能に接続された受信器３５を備える。
【００６８】
さらに別の実施形態は、多次元プロファイルを生成する方法に関する。この方法は、オブジェクト２９を、電界により照明されたオブジェクト２９によって散乱された超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーを含む電界で照明するステップを含む。また、この方法は、複数の位置でセンサアレイ２３を介して、散乱された電界をサンプリングするステップを含む。それらの位置は、オブジェクト２９から遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、アレイ２３は、散乱された電界を検出するために、それぞれの位置に変調されたスロット４１を含む。スロット４１はそれぞれ、そのスロットの対応する位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。この方法はさらに、スロット４１から出力信号を受信するステップと、受信された出力信号に基づいて、規定された空間ドメイン内のオブジェクト２９を表す多次元プロファイルを発生させるステップとを含む。
【００６９】
本明細書に例示され記載された本発明の諸実施形態における動作の実行または遂行の順序は、特に指定されない限り、本質的なものではない。つまり、特に指定されない限り、動作を任意の順序で実行することができ、本発明の諸実施形態は、本明細書に開示されるものより多くのまたは少ない動作を含むことができる。例えば、特定の動作を、別の動作の前に、別の動作と同時に、あるいは、別の動作の後に実行また遂行することは、本発明の諸態様の範囲に含まれることが企図される。
【００７０】
本発明の諸実施形態は、コンピュータ実行可能な命令を用いて実施することができる。コンピュータ実行可能な命令は、１つまたは複数のコンピュータ実行可能なコンポーネントまたはモジュールに構成することができる。本発明の諸態様は、任意の数および構成のそのようなコンポーネントまたはモジュールを用いて実施することができる。例えば、本発明の諸態様は、図面に示され、本明細書に記載された特定のコンピュータ実行可能な命令あるいは特定のコンポーネントまたはモジュールに限定されるものではない。本発明のその他の実施形態は、本明細書で例示され図示されるものよりも多くのまたは少ない機能を有する様々なコンピュータ実行可能な命令またはコンポーネントを含む。
【００７１】
本発明の諸態様またはその諸実施形態の要素を紹介する際に、「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」および「前記」という記載は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するものでない。用語「備える」「含む」および「有する」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものである。
【００７２】
本発明の諸態様について詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の諸態様の範囲から逸脱することなく、修正およびバリエーションが可能であることは明らかであろう。本発明の諸態様の範囲から逸脱することなく、上記の構成、製品および方法において様々な変更を成し得るが、上述の記載に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、例示的に解釈されるべきであり、限定的な意味ではないことが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトからの電界を測定するために複数の変調されたスロットを有するセンサアレイであって、前記スロットが、前記オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置され、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供するセンサアレイと、
前記スロットから前記出力信号を受信するために、前記アレイに動作可能に接続された受信器と、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、
前記多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイと、を備えるイメージングシステム。
【請求項２】
前記スロットのそれぞれを変調するために、少なくとも１つの能動素子をさらに備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項３】
前記能動素子が、前記対応するスロットに電気的に接続されたダイオードを含む、請求項２に記載されるイメージングシステム。
【請求項４】
前記スロットのそれぞれが、線形に偏光される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項５】
前記スロットが、サブ共振スロット、共振スロット、広帯域スロット、再構成可能な共振スロットおよび再構成可能な形状のスロットのうち１つまたは複数を含む、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項６】
前記センサアレイが、ミリ波またはマイクロ波の電磁エネルギーに応答する、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項７】
前記センサアレイが、異なる偏光で電界を測定するために調節可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項８】
前記センサが、２つの直交する電界成分を測定するために、偏光全体にわたる電気制御を有する二重偏光されたセンサ素子である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項９】
前記センサアレイが、前記複数のスロットにおいて、前記オブジェクトからの前記電界をサンプリングし、前記センサアレイが、イメージ毎に取得されたサンプルの数を増加させるために移動可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１０】
前記アレイが、前記オブジェクトに対して移動可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１１】
前記多次元プロファイルが、視野内に前記オブジェクトのイメージを含む、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１２】
前記スロットのそれぞれの前記出力信号が、前記センサアレイ内の前記スロットの対応する位置に対応する一意のアイデンティティを有し、前記プロセッサが、前記出力信号のそれぞれの前記一意のアイデンティティに基づいて、前記測定された電界のマップを生成するように構成される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１３】
前記受信器が、前記センサアレイの後ろ側に配置され、かつ、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャに共振スロットを有する長方形の導波路を備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１４】
前記受信器が、コンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークとプリント回路基板上に製造されたマイクロストリップ／ストリップ線とを備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１５】
前記受信器が、金属性／誘電性導波路部分の壁部中に切り込まれた前記変調されたスロットを備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１６】
前記オブジェクトを照明するための電界源をさらに備え、前記電界が、超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーを備え、かつ、その電界によって照明された前記オブジェクトによって散乱される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１７】
複数の位置で導電性表面に形成された複数の変調されたスロットであって、前記位置が、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、前記スロットが、前記オブジェクトからの電界を検出するために、超高周波よりも高い周波数で電磁エネルギーを受信してそれに応答し、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供する、複数の変調されたスロットと、
前記複数の位置で検出された前記電界を表す前記出力信号を受信するために、前記スロットに動作可能に接続された受信器と、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、を備えるイメージングシステム。
【請求項１８】
前記スロットのそれぞれを変調するために、少なくとも１つの能動素子をさらに含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項１９】
前記能動素子が、電界強度が最大である位置で対応するスロットに電気的に接続されたダイオードを含む、請求項１８に記載されるイメージングシステム。
【請求項２０】
前記スロットのそれぞれが、線形に偏光される、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２１】
前記スロットが、サブ共振変調スロット、共振変調スロット、広帯域変調スロット、再構成可能な共振変調スロットおよび再構成可能な形状の変調スロットのうち１つまたは複数を含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２２】
前記電界が、マイクロ波またはミリ波の電磁エネルギーを含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２３】
前記受信器が、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャに共振スロットを有する長方形の導波路を含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２４】
前記受信器が、コンバイナ／デバイダーおよびプリント回路基板上に製造されたマイクロストリップ線のピックアップネットワークを備える、請求項１９に記載されるイメージングシステム。
【請求項２５】
前記導電性表面が、その中に形成された前記スロットを有する導波路を備える、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２６】
前記プロセッサにより生成された前記多次元プロファイルのイメージを表示するために、前記プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイをさらに備える、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２７】
前記導電性表面に形成された前記複数のスロットがセンサアレイを備え、前記センサアレイが、異なる偏光で前記散乱された電界を測定するために調節可能である請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２８】
前記複数のスロットが、前記オブジェクトからの前記電界をサンプリングし、前記導電性表面が、前記スロットのそれぞれから取得されたサンプルの数を増加させるために移動可能である、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２９】
多次元プロファイルを生成する方法において、前記方法が、
オブジェクトを電界で照明するステップであって、前記電界が、超高周波より高い周波数を有する電磁エネルギーを備え、かつ、その電界によって照明された前記オブジェクトによって散乱されるステップと、
複数の位置でセンサアレイを介して、前記散乱された電界をサンプリングするステップであって、前記位置が、前記オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、前記アレイが、前記散乱された電界を検出するために、前記位置のそれぞれに変調されたスロットを含み、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供するステップと、
前記スロットから前記出力信号を受信するステップと、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するステップと、を含む方法。
【請求項３０】
前記多次元プロファイルのイメージを表示するステップをさらに備える、請求項２９に記載される方法。
【請求項３１】
前記スロットのそれぞれを線形に偏光するステップをさらに備える、請求項２９に記載される方法。
【請求項３２】
異なる偏光で前記散乱された電界を測定するために、前記センサアレイを調節するステップをさらに含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３３】
前記センサアレイを調節するステップが、前記アレイを中心点を中心にして回転させるステップを含む、請求項３２に記載される方法。
【請求項３４】
前記電界をサンプリングするステップが、前記スロットのそれぞれから取得されたサンプルの数を増加させるために、前記センサアレイを移動させるステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３５】
前記センサアレイを移動させるステップが、１つまたは複数の方向に前記センサアレイを平行移動させるステップを含む、請求項３４に記載される方法。
【請求項３６】
前記電界をサンプリングするステップが、前記散乱された電界を走査するために、前記オブジェクトに対して前記センサアレイを移動させるステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３７】
電気的に接続された能動素子を介して、前記スロットのそれぞれに負荷をかけるステップをさらに含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３８】
前記スロットから前記出力信号を受信するステップが、前記センサアレイの後ろ側に長方形の導波路を配置するステップを含み、前記導波路が、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャにスロットを有する、請求項２９に記載される方法。
【請求項３９】
前記スロットから前記出力信号を受信するステップが、コンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークで、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項１】
オブジェクトからの電界を測定するために複数の変調されたスロットを有するセンサアレイであって、前記スロットが、前記オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応する位置に配置され、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供するセンサアレイと、
前記スロットから前記出力信号を受信するために、前記アレイに動作可能に接続された受信器と、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、
前記多次元プロファイルのイメージを表示するためのディスプレイと、を備えるイメージングシステム。
【請求項２】
前記スロットのそれぞれを変調するために、少なくとも１つの能動素子をさらに備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項３】
前記能動素子が、前記対応するスロットに電気的に接続されたダイオードを含む、請求項２に記載されるイメージングシステム。
【請求項４】
前記スロットのそれぞれが、線形に偏光される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項５】
前記スロットが、サブ共振スロット、共振スロット、広帯域スロット、再構成可能な共振スロットおよび再構成可能な形状のスロットのうち１つまたは複数を含む、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項６】
前記センサアレイが、ミリ波またはマイクロ波の電磁エネルギーに応答する、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項７】
前記センサアレイが、異なる偏光で電界を測定するために調節可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項８】
前記センサが、２つの直交する電界成分を測定するために、偏光全体にわたる電気制御を有する二重偏光されたセンサ素子である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項９】
前記センサアレイが、前記複数のスロットにおいて、前記オブジェクトからの前記電界をサンプリングし、前記センサアレイが、イメージ毎に取得されたサンプルの数を増加させるために移動可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１０】
前記アレイが、前記オブジェクトに対して移動可能である、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１１】
前記多次元プロファイルが、視野内に前記オブジェクトのイメージを含む、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１２】
前記スロットのそれぞれの前記出力信号が、前記センサアレイ内の前記スロットの対応する位置に対応する一意のアイデンティティを有し、前記プロセッサが、前記出力信号のそれぞれの前記一意のアイデンティティに基づいて、前記測定された電界のマップを生成するように構成される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１３】
前記受信器が、前記センサアレイの後ろ側に配置され、かつ、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャに共振スロットを有する長方形の導波路を備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１４】
前記受信器が、コンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークとプリント回路基板上に製造されたマイクロストリップ／ストリップ線とを備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１５】
前記受信器が、金属性／誘電性導波路部分の壁部中に切り込まれた前記変調されたスロットを備える、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１６】
前記オブジェクトを照明するための電界源をさらに備え、前記電界が、超高周波よりも高い周波数を有する電磁エネルギーを備え、かつ、その電界によって照明された前記オブジェクトによって散乱される、請求項１に記載されるイメージングシステム。
【請求項１７】
複数の位置で導電性表面に形成された複数の変調されたスロットであって、前記位置が、オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、前記スロットが、前記オブジェクトからの電界を検出するために、超高周波よりも高い周波数で電磁エネルギーを受信してそれに応答し、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供する、複数の変調されたスロットと、
前記複数の位置で検出された前記電界を表す前記出力信号を受信するために、前記スロットに動作可能に接続された受信器と、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するように構成されたプロセッサと、を備えるイメージングシステム。
【請求項１８】
前記スロットのそれぞれを変調するために、少なくとも１つの能動素子をさらに含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項１９】
前記能動素子が、電界強度が最大である位置で対応するスロットに電気的に接続されたダイオードを含む、請求項１８に記載されるイメージングシステム。
【請求項２０】
前記スロットのそれぞれが、線形に偏光される、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２１】
前記スロットが、サブ共振変調スロット、共振変調スロット、広帯域変調スロット、再構成可能な共振変調スロットおよび再構成可能な形状の変調スロットのうち１つまたは複数を含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２２】
前記電界が、マイクロ波またはミリ波の電磁エネルギーを含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２３】
前記受信器が、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャに共振スロットを有する長方形の導波路を含む、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２４】
前記受信器が、コンバイナ／デバイダーおよびプリント回路基板上に製造されたマイクロストリップ線のピックアップネットワークを備える、請求項１９に記載されるイメージングシステム。
【請求項２５】
前記導電性表面が、その中に形成された前記スロットを有する導波路を備える、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２６】
前記プロセッサにより生成された前記多次元プロファイルのイメージを表示するために、前記プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイをさらに備える、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２７】
前記導電性表面に形成された前記複数のスロットがセンサアレイを備え、前記センサアレイが、異なる偏光で前記散乱された電界を測定するために調節可能である請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２８】
前記複数のスロットが、前記オブジェクトからの前記電界をサンプリングし、前記導電性表面が、前記スロットのそれぞれから取得されたサンプルの数を増加させるために移動可能である、請求項１７に記載されるイメージングシステム。
【請求項２９】
多次元プロファイルを生成する方法において、前記方法が、
オブジェクトを電界で照明するステップであって、前記電界が、超高周波より高い周波数を有する電磁エネルギーを備え、かつ、その電界によって照明された前記オブジェクトによって散乱されるステップと、
複数の位置でセンサアレイを介して、前記散乱された電界をサンプリングするステップであって、前記位置が、前記オブジェクトから遠隔に配置された規定された空間ドメインに対応し、前記アレイが、前記散乱された電界を検出するために、前記位置のそれぞれに変調されたスロットを含み、前記スロットがそれぞれ、前記スロットの対応する位置で検出された前記電界を表す出力信号を提供するステップと、
前記スロットから前記出力信号を受信するステップと、
前記受信された出力信号に基づいて、前記規定された空間ドメイン内の前記オブジェクトを表す多次元プロファイルを生成するステップと、を含む方法。
【請求項３０】
前記多次元プロファイルのイメージを表示するステップをさらに備える、請求項２９に記載される方法。
【請求項３１】
前記スロットのそれぞれを線形に偏光するステップをさらに備える、請求項２９に記載される方法。
【請求項３２】
異なる偏光で前記散乱された電界を測定するために、前記センサアレイを調節するステップをさらに含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３３】
前記センサアレイを調節するステップが、前記アレイを中心点を中心にして回転させるステップを含む、請求項３２に記載される方法。
【請求項３４】
前記電界をサンプリングするステップが、前記スロットのそれぞれから取得されたサンプルの数を増加させるために、前記センサアレイを移動させるステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３５】
前記センサアレイを移動させるステップが、１つまたは複数の方向に前記センサアレイを平行移動させるステップを含む、請求項３４に記載される方法。
【請求項３６】
前記電界をサンプリングするステップが、前記散乱された電界を走査するために、前記オブジェクトに対して前記センサアレイを移動させるステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３７】
電気的に接続された能動素子を介して、前記スロットのそれぞれに負荷をかけるステップをさらに含む、請求項２９に記載される方法。
【請求項３８】
前記スロットから前記出力信号を受信するステップが、前記センサアレイの後ろ側に長方形の導波路を配置するステップを含み、前記導波路が、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するために、そのアパーチャにスロットを有する、請求項２９に記載される方法。
【請求項３９】
前記スロットから前記出力信号を受信するステップが、コンバイナ／デバイダーのピックアップネットワークで、前記スロットから出力された１つまたは複数の信号を受信するステップを含む、請求項２９に記載される方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５２３０２９（Ｐ２０１１−５２３０２９Ａ）
【公表日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５００８５９（Ｐ２０１１−５００８５９）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３６２７２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４８６６２
【国際公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（５０１３０５８４４）ザ・キュレーターズ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミズーリ (12)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＣＵＲＡＴＯＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＭＩＳＳＯＵＲＩ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３６２７２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４８６６２
【国際公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（５０１３０５８４４）ザ・キュレーターズ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミズーリ (12)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＣＵＲＡＴＯＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＭＩＳＳＯＵＲＩ
【Ｆターム（参考）】
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