(57)【要約】  経路に沿った３つの位置のところで結果として得られる磁場が３つの互いに実質的に直交する方向を指すような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する、結果として得られる磁場方向を有する１次磁場を発生させるための発信器手段３２、３４と、金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置で時間の関数として測定するための検出手段と、測定された２次磁場から金属物体の複数の位置および各位置のところのその磁気モーメントを含む監視体積を通る進路を求めるための処理手段４６であって、それらから金属物体の特性であり、かつ金属物体の向きおよび進路に無関係な磁気識別特性を使用時に導き出すようになされた処理手段とを備える、金属物体検出装置３０。この装置３０は、それらの磁気識別特性に基づき複数の金属物体を同時に分類しかつ特定することができる。
2009534644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、結果として得られる磁場が経路に沿った３つの位置のところで３つの互いに実質的に直交する方向に向くような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する結果として得られる磁場方向とを有する、時間で変化する１次磁場を監視体積内に発生させるための発信器手段と、
（ｉｉ）１次磁場を実質的に取り除くように配置され、金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するための検出手段と、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置と各位置のところの該金属物体の磁気モーメントとを含む、監視体積を通る進路を求めるための処理手段であって、それらから金属物体の特徴でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路と無関係な磁気識別特性を使用時に導き出すようになされた処理手段とを備える、金属物体検出装置。
【請求項２】
処理手段が使用時に、金属物体の前記磁気識別特性に基づきその金属物体を金属物体の複数の部類のうちの１つに分類するようになされている、請求項１に記載の金属物体検出装置。
【請求項３】
処理手段が使用時に、金属物体の前記磁気識別特性から金属物体を特定するようになされている、請求項１または２に記載の金属物体検出装置。
【請求項４】
使用時に処理手段が、検出手段によって測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用することによって監視体積を通る金属物体の進路を求める、請求項１から３のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項５】
処理手段が、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるように、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを適用し、前記位置および磁気モーメントを金属物体の進路およびその進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように順序付ける、請求項１から４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項６】
処理手段が各測定点に対する２次磁場測定値を記憶し、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを順次適用し、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために前記位置および磁気モーメントを順序付ける、請求項１から４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項７】
使用時に処理手段が、監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算する、請求項１から６のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項８】
使用時に処理手段が、金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算する、請求項７に記載の金属物体検出装置。
【請求項９】
使用時に処理手段が、金属物体を物体の複数のあらかじめ定められた部類のうちの１つに分類できるように、金属物体に対し計算された固有値を前記複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースと比較する、請求項８に記載の金属物体検出装置。
【請求項１０】
使用時に処理手段が、計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力を作り出す、請求項９に記載の金属物体検出装置。
【請求項１１】
使用時に処理手段が、計算された固有値から金属物体を特定できるように、金属物体に対し計算された固有値を複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較する、請求項８に記載の金属物体検出装置。
【請求項１２】
使用時に処理手段が、計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出す、請求項１１に記載の金属物体検出装置。
【請求項１３】
発信器手段が中に対称的に配置される複数の発信器コイルを有する少なくとも１つの発信器コイルアレーを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項１４】
発信器コイルアレーがその中央軸周りの２回回転対称性を有する、請求項１３に記載の金属物体検出装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの発信器コイルアレーが、隣接するコイルの隣り合う側面が実質的に平行である規則正しい配置で配設される複数の実質的に長方形のコイルを備える、請求項１３または１４に記載の金属物体検出装置。
【請求項１６】
使用時に、監視体積内の時間で変化する１次磁場の大きさが時間とともに実質的に正弦波で変化する、請求項１３から１５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項１７】
使用時に、少なくとも１つの発信器コイルアレーが、時間とともに実質的に正弦波で変化する交流電流によって駆動される、請求項１３から１６のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項１８】
使用時に、交流電流が実質的に単一の周波数を備える、請求項１７に記載の金属物体検出装置。
【請求項１９】
使用時に、交流電流が複数の異なる周波数を備える、請求項１７に記載の金属物体検出装置。
【請求項２０】
使用時に、監視体積内の時間で変化する１次磁場がパルス化される磁場を備える、請求項１３から１５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２１】
使用時に、少なくとも１つの発信器コイルアレーがパルスシーケンスを含む電流によって駆動される、請求項２０に記載の金属物体検出装置。
【請求項２２】
検出手段が、各センサが測定軸に沿った２次磁気のベクトル成分に対し感度の高い前記測定軸を有する、複数の磁気センサを有する少なくとも１つの検出器アレーを備える、請求項１から２１のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２３】
磁気センサの各々が、その測定軸が３つの互いに実質的に直交する方向のうちの１つに位置合わせされる少なくとも１つの検出器アレー内に配置される、請求項２２に記載の金属物体検出装置。
【請求項２４】
磁気センサが、それらの測定軸が１次磁場に対して直角であるように向きが定められる、請求項２２に記載の金属物体検出装置。
【請求項２５】
磁気センサがコイル、フラックスゲート、磁気抵抗装置、磁気インピーダンス装置、およびホール効果センサのうちの任意のものを備える、請求項２２から２４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２６】
磁気センサが複数のコイル対を備え、各コイル対を形成する複数のコイルが互いに電気的に接続され、かつ少なくとも１つの検出器アレー内で各々がもう１つに対し対称的に配置される、請求項２２から２５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２７】
各コイル対を形成する複数のコイルが、各々がもう１つに対し複数の発信器コイルが発信器コイルアレー内で配置されるのと同じ対称性を有して、検出器アレー内に配置される、間接的に請求項１３に従属するときの請求項２６に記載の金属物体検出装置。
【請求項２８】
検出器アレーがその中央軸周りで２回回転対称性を有する、間接的に請求項１４に従属するときの請求項２６に記載の金属物体検出装置。
【請求項２９】
発信器コイルアレーおよび検出器アレーが回転対称性の共通軸を有する、請求項２８に記載の金属物体検出装置。
【請求項３０】
各コイル対を形成するコイルが、１次磁場に対して実質的に反応しなくなることができるように、反対の極性または同じ極性で一緒に電気的に直列で接続される、請求項２６から２９のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３１】
使用時に、監視体積内に金属物体が存在しないとき出力が実質的に０になるように、検出手段の前記出力に補正が加えられる、請求項３０に記載の金属物体検出装置。
【請求項３２】
使用時に測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するようになされた、請求項１から３１のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３３】
使用時に監視体積の画像を、その占有物を含めて与えるように構成される撮影装置を備える、請求項１から３２のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３４】
監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を与えることができるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するように構成される表示装置を含む、請求項３３に記載の金属物体検出装置。
【請求項３５】
金属物体が分類されている部類を指示するための手段を備える、請求項２から３４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３６】
金属物体が物体のあらかじめ定められた部類に分類されることを条件として処理手段によって動作可能な、可視および可聴警報装置のうちの少なくとも１つを含む、請求項２から３５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３７】
金属物体が処理手段によって特定されることを条件として処理手段によって動作可能な、可視および可聴警報装置のうちの少なくとも１つを含む、直接的にまたは間接的に請求項３に従属するときの請求項３から３６のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３８】
処理手段が、監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を測定された２次磁場から求めることができる、請求項１から３７のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３９】
複数の金属物体を実質的に同時に分類するようになされた、請求項３８に記載の金属物体検出装置。
【請求項４０】
複数の金属物体を実質的に同時に特定するようになされた、請求項３８に記載の金属物体検出装置。
【請求項４１】
請求項１から４０までのいずれかに記載の金属検出装置を備える、金属物体検出ポータル。
【請求項４２】
（ｉ）時間によって変化する１次磁場を監視体積内に発生させるステップであって、磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、経路に沿った３つの位置のところで結果として起こる磁場が３つの互いに実質的に直交する方向を指すような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する、結果として起こる磁場方向とを有するように配置されるステップと、
（ｉｉ）金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するステップと、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところでの金属物体の磁気モーメントを含む、監視体積を通る進路を求めるステップと、
（ｉｖ）監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところのその磁気モーメントから、金属物体の特性でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路に無関係な磁気識別特性を導き出すステップとを含む、監視体積内の金属物体を検出する方法。
【請求項４３】
金属物体の前記磁気識別特性に基づき、金属物体を複数の金属物体の分類のうちの１つに分類するさらなるステップを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
金属物体をその前記磁気識別特性から特定するさらなるステップを含む、請求項４２または４３に記載の方法。
【請求項４５】
監視体積を通る金属物体の進路を求めるステップが、測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用するステップを含む、請求項４２から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるために、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムが適用され、金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように、前記位置および磁気モーメントが順序付けられる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
各測定点に対する２次磁場測定値が記憶され、最小化アルゴリズムが、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に順次適用され、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために、前記位置および磁気モーメントが順序付けられる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算するステップを含む、請求項４２から４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
金属物体に対し計算された固有値を、複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースに対し、金属物体を前記複数のあらかじめ定められた部類の物体のうちの１つに分類できるように比較するステップを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力を作り出すステップを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
金属物体に対し計算された固有値を、計算された固有値から金属物体を特定できるように、複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較するステップを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出すステップを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するステップを含む、請求項４２から５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
監視体積の画像を、その任意の占有物を含めて撮るさらなるステップを含む、請求項４２から５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を提供できるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するステップを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
金属物体があらかじめ定められた部類の物体に分類されることを条件として、可視および可聴警報のうちの少なくとも１つを行うステップを含む、請求項４３から５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
金属物体が特定されることを条件として、可視および可聴警報のうちの少なくとも１つを行うステップを含む、請求項４４から５７のいずれかに記載の方法。
【請求項５９】
監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を、測定された２次磁場から求めるステップを含む、請求項４２から５８のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
複数の金属物体を実質的に同時に分類するステップを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
複数の金属物体を実質的に同時に特定するステップを含む、請求項５９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属物体検出装置および金属物体検出の方法に関する。本発明は具体的には、ただしそれに限られないが、人の身に付けて搬送される金属物体の位置を突き止め、分類しかつ特定するための装置および対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属検出器は、例えばナイフおよび銃などの隠された武器を検出するために保安の重要な用途で広く使用されている。そのような保安金属検出器は通常、中の磁場が監視される通り抜けアーチ道またはポータルによって画成される監視ゾーンを備える。この監視ゾーン内の特徴のある磁場が前記領域内の金属物体の存在を示す。受動的保安金属検出器は、その中の鉄系金属物体の移動に起因する地磁場内の乱れを測定する。例えば米国特許第６，１３３，８２９号明細書参照。別法として、能動的金属検出器は１次の、時間依存性の磁場を監視ゾーン内に発信し、この１次磁場の影響ゾーン内の任意の金属物体内で誘起される渦電流から生じる２次磁場を測定する。能動的金属検出器は、広く２つのカテゴリーに分類される：すなわち、過渡磁場を利用するパルス誘導（ｐ．ｉ．）検出器、および交互（正弦曲線）磁場を使用する連続波（ｃ．ｗ．）検出器である。
【０００３】
それらの最も簡単な場合では、保安金属検出器は、測定される磁場の大きさを使用者によって設定される閾値に対して比較することによって、監視ゾーン内の金属物体の不存在または存在の指示を与えるのみである。金属物体が検出された場合、調べられている人は、その人の身に付けている金属物体の位置を求めるために徹底的な捜索を行わねばならない場合がある。
【０００４】
より高性能な保安金属検出器は、例えば米国特許第５，８５９，５３２号明細書に記載されるようにゾーン内に配置されるいくつかの発信および受信コイルを使用して、監視ゾーン内の金属物体の位置のおおよその表示を与えることができる。
【０００５】
しかしながら、脅威品目（ナイフ、銃等）と個人的な電子装置などの非脅威品目との間の何らかの形態の識別を与えることができる保安金属検出器に対する増加する要求が存在する。小さな物体は、所与の照射磁場周波数（ｃ．ｗ．）または時間遅れ（ｐ．ｉ．）に対するその磁気分極率テンソル（Ｌ  Ｄ  Ｌａｎｄａｕ  ａｎｄ  Ｅ  Ｍ  Ｌｉｆｓｃｈｉｔｚ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｍｅｄｉａ」Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ，１９６０  ｐ．１９２）によって特徴付けることができる。物体の分極率テンソルは、その基準軸によって与えられる座標系に対して参照するとき、その物体の固有の特性であり、それを分類しまたは特定するために使用することができる。我々は、物体の磁気識別特性として１つまたは複数の周波数（ｃ．ｗ．）で、または時間遅れ（ｐ．ｉ．）で測定される磁気分極率テンソル、または大きな標的に対するその一般化の全てまたは一部分を参照するであろう。
【０００６】
物体の磁気識別特性を求めるために、３つの直線的に独立した、好ましくは実質的に直交する方向に加えられる知られた磁場に対するその応答を測定することが必要である。磁場線は曲がっているために、空間の拡張される区域にわたりこれを行うために、３次元で目標物の位置を突き止めることが必要である。正確な位置情報および効果的な識別の提供は、わずらわしい警報比率を低減させ、オペレータが迅速に潜在的な脅威を解決し、遠隔監視を有する検出システムまたはオペレータなしで機能する自立的システムの見通しさえ提供する点で利点をもたらす。
【０００７】
国際公開第００／００８４８号パンフレットは、金属物体が振動双極源として振舞うという近似に基づく監視ゾーン内の金属物体の位置を突き止めるための進歩した方法を記載する。国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるこの金属検出器は、監視ゾーン内の磁場勾配を測定し、監視ゾーン内の双極源の位置を推定するために前記勾配に反転アルゴリズムを適用する。
【０００８】
国際公開第００／００８４８号パンフレットは、検出された金属物体の磁気識別特性の指示を提供することによって、脅威品目と非脅威品目の間の識別の有用なレベルも提供する。しかしながら、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるシステムは、監視体積内の実質的に全ての点のところの金属物体を分類しまたは識別することを保証することはできず、信頼性の高い識別特性を測定できるように、使用者によって移動されることを意図している。したがって、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるシステムは、保安金属検出器ポータルでの使用のために最適化されてはいない。
【０００９】
ポータル内での単一の強磁性物体の位置を正確に突き止めるための代替の手法は、Ｐｅｒｒｙ他によるＰｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ５０７１，３６２（２００３）によって報告されている。しかしながら、この手法は非強磁性物体または複数の物体を検出することができなく、物体を（ほぼ）その永久磁気モーメントの点でのみ特徴付けている。この量は、通常の同一の物体に対してさえ、物体から物体で変動し、物体を分類しまたは識別する見通しを全く提供しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記で説明した従来型金属検出器および検出方法の欠点のうちの少なくともいくつかを軽減する、金属物体検出装置および金属物体を検出する方法を提供することが本発明の１つの目的である。金属物体の位置を突き止め、分類しかつ特定するための改善された装置および方法を提供することが本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば次に、
（ｉ）磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、結果として得られる磁場が経路に沿った３つの位置のところで３つの互いに実質的に直交する方向に向くような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する、結果として得られる磁場方向とを有する、時間で変化する１次磁場を監視体積内に発生させるための発信器手段と、
（ｉｉ）１次磁場を実質的に取り除くように配置され、金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するための検出手段と、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置と各位置のところのその磁気モーメントとを含む、監視体積を通る進路を求めるための処理手段であって、それらから金属物体の特性でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路と無関係な磁気識別特性を使用時に導き出すようになされた処理手段とを備える、金属物体検出装置が提案される。
【００１２】
好ましい実施形態では、この処理手段は使用時に、金属物体の前記磁気識別特性に基づきその金属物体を金属物体の複数の部類のうちの１つに分類するようになされている。
【００１３】
別の好ましい実施形態では、この処理手段は使用時に、前記磁気識別特性から金属物体を特定するようになされている。
【００１４】
処理手段が、検出手段によって測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用することによって監視体積を通る金属物体の進路を求めるのが有利である。
【００１５】
処理手段が、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるように、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを適用し、前記位置および磁気モーメントを金属物体の進路およびその進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように順序付けるのが好ましい。
【００１６】
別法として、処理手段は、各測定点に対する２次磁場測定値を記憶し、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを順次適用し、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために前記位置および磁気モーメントを順序付ける。好ましい実施形態では、この処理手段は、記憶された２次磁場測定値を最小化アルゴリズムを適用する前に時系列に順序付ける。
【００１７】
使用時に処理手段が、監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算するのが好ましい。
【００１８】
使用時に処理手段が、金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するのが好ましい。金属物体検出装置が連続波システムを備える場合は、この処理手段はその周波数ドメイン内で動作し、金属物体の複素磁気分極率テンソルの実および虚部分のうちの少なくとも１つの固有値を計算するのが好ましい。別法として、金属物体検出装置がパルス誘導システムを備える場合は、この処理手段は時間ドメイン内で動作し、発信パルスからの１つまたは複数の時間遅れ後に金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するのが好ましい。
【００１９】
好ましい実施形態ではこの処理手段は、金属物体を複数のあらかじめ定められた部類の物体のうちの１つに分類できるように、金属物体に対し計算された固有値を前記複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースと比較する。計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力をこの処理手段が作り出すのが有利である。
【００２０】
別法として、または加えて、この処理手段は、計算された固有値から金属物体を特定できるように、金属物体に対し計算された固有値を複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較するのが好ましい。処理手段が、計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出すのが有利である。
【００２１】
発信器手段が中に対称的に配置される複数の発信器コイルを有する少なくとも１つの発信器コイルアレーを備えるのが好ましい。別法として、または加えて、この発信器手段が複合の、単一コイル形態を備える多極コイルを備えることができる。
【００２２】
この発信器コイルアレーが、その中央軸周りの２回回転対称性（ｔｗｏｆｏｌｄ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｓｙｍｍｅｔｒｙ）を有するのがさらにより好ましい。この少なくとも１つの発信器コイルアレーは、隣接するコイルの隣り合う側面が実質的に平行である規則正しい配置で配設される複数の実質的に長方形のコイルを備えることができる。
【００２３】
好ましい実施形態では、監視体積内の時間で変化する１次磁場の大きさは、使用時に時間とともに実質的に正弦波で変化する。そのような好ましい実施形態では、この少なくとも１つの発信器コイルアレーは、時間とともに実質的に正弦波で変化する交流電流によって駆動することができる。この交流電流は、実質的に単一の周波数、別法として複数の異なる周波数を備えることができる。
【００２４】
別の好ましい実施形態では、監視体積内の使用時に時間で変化する１次磁場は、パルス化される磁場を備える。そのような実施形態では、この少なくとも１つの発信器コイルアレーは、パルスシーケンスを含む電流によって駆動される。
【００２５】
好ましい実施形態では、検出手段は、各磁気センサが測定軸に沿った２次磁気のベクトル成分に対し感度の高い前記測定軸を有する、複数の磁気センサを有する少なくとも１つの検出器アレーを備える。
【００２６】
磁気センサの各々が、その測定軸が３つの互いに実質的に直交する方向のうちの１つに位置合わせされる少なくとも１つの検出器アレー内に配置されるのが好ましい。
【００２７】
磁気センサが、それらの測定軸が１次磁場に対して直角であるように向きが定められるのが好都合である。
【００２８】
磁気センサがコイル、フラックスゲート（ｆｌｕｘ  ｇａｔｅ）、磁気抵抗装置
（ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）、磁気インピーダンス装置（ｍａｇｎｅｔｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ）およびホール効果センサのうちの任意のものを備えるのが有利である。
【００２９】
好ましい実施形態では、この磁気センサは複数のコイル対を備え、各コイル対を形成する複数のコイルは互いに電気的に接続され、少なくとも１つの検出器アレー内に各々がもう１つに対し対称的に配置される。発信器手段が中に対称的に配置される複数の発信器コイルを有する少なくとも１つの発信器コイルアレーを備える場合は、各センサコイル対を形成する複数のコイルが、各々がもう１つに対し複数の発信器コイルが発信器コイルアレー内で配置されるのと同じ対称性を有して検出器アレー内に配置される。そのような一実施形態では、この検出器アレーは、その中央軸周りで２回回転対称性を有することができる。この発信器コイルアレーおよび検出器アレーが、回転対称性の共通軸を有するのが好ましい。
【００３０】
各コイル対を形成する複数のコイルが、１次磁場に対して実質的に反応しなくなることができるように、反対の極性または同じ極性のいずれかで電気的に直列で一緒に接続されるのが好ましい。
【００３１】
監視体積内に金属物体が存在しないとき出力が実質的に０になるように、使用中に検出手段の前記出力に補正を加えるのが好都合である。
【００３２】
金属物体検出装置が使用時に、測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するようになされるのが有利である。
【００３３】
別の実施形態では、この金属物体検出装置は、使用時に監視体積の画像をその任意の占有物を含めて与えるように配置される撮影装置を備える。この実施形態では、金属物体検出装置は、監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を与えることができるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するように構成される表示装置を含む。
【００３４】
この金属物体検出装置は、金属物体が分類されている部類を指示するための手段を備えるのが好ましい。この金属物体検出装置は、その金属物体が物体のあらかじめ定められた部類に分類されることを条件として処理手段によって動作可能な、可視および可聴警報装置のうちの少なくとも１つを含むのがさらにより好ましい。
【００３５】
金属物体検出装置が、金属物体が処理手段によって特定されることを条件として、処理手段によって動作可能な可視および可聴警報装置のうちの少なくとも１つを含むのが有利である。
【００３６】
処理手段が、監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を、測定された２次磁場から求めることができるのが好都合である。
【００３７】
金属物体検出装置が、複数の金属物体を実質的に同時に分類するようになされているのが好ましい。金属物体検出装置が、複数の金属物体を実質的に同時に特定するようになされているのがさらにより好ましい。
【００３８】
本発明の第２の態様によれば、次に本発明の第１の態様による金属物体検出装置を備える金属物体検出ポータルが提案される。
【００３９】
本発明の第３の態様によれば次に、
（ｉ）磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、結果として得られる磁場が経路に沿った３つの位置のところで３つの互いに実質的に直交する方向に向くような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する、結果として得られる磁場方向とを有する、時間で変化する１次磁場を監視体積内に発生させるステップと、
（ｉｉ）金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するステップと、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところでの金属物体の磁気モーメントを含む監視体積を通る進路を求めるステップと、
（ｉｖ）監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところのその磁気モーメントから、金属物体の特性でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路に無関係な磁気識別特性を導き出すステップとを含む、監視体積内の金属物体を検出する方法が提案される。
【００４０】
この方法が、金属物体の前記磁気識別特性に基づき、金属物体を複数の金属物体の部類のうちの１つに分類するさらなるステップを含むのが好ましい。
【００４１】
この方法が、金属物体をその前記磁気識別特性から特定するさらなるステップを含むのがさらにより好ましい。
【００４２】
好ましい実施形態では、監視体積を通る金属物体の進路を求めるステップは、検出装置によって測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用するステップを含む。
【００４３】
３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるために、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムが適用され、金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように、前記位置および磁気モーメントが順序付けられるのが好ましい。
【００４４】
別法として、各測定点に対する２次磁場測定値が記憶され、最小化アルゴリズムが、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に順次適用され、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために、前記位置および磁気モーメントが順序付けられる。好ましい実施形態では、処理手段が、最小化アルゴリズムを適用する前に記憶された２次磁場測定値を時系列に順序付けする。
【００４５】
この方法が、監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算するステップを含むのが好ましい。
【００４６】
この方法が、金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するステップを含むのが有利である。金属物体検出装置が連続波システムを備える場合、この処理手段は、その周波数ドメイン内で動作し、金属物体の複素磁気分極率テンソルの実および虚部分のうちの少なくとも１つの固有値を計算するのが好ましい。別法として、金属物体検出装置がパルス誘導システムを備える場合、この処理手段は、その時間ドメイン内で動作し、発信パルスからの１つまたは複数の時間遅れ後に金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するのが好ましい。
【００４７】
好ましい実施形態では、金属物体を複数のあらかじめ定められた部類の物体のうちの１つに分類できるように、この方法は、金属物体に対し計算された固有値を、前記複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースと比較するステップを含む。計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、この方法が、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力を作り出すステップを含むのが有利である。
【００４８】
別法として、または加えて、この方法は、計算された固有値から金属物体を特定できるように、金属物体に対し計算された固有値を、複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較するステップを含む。計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、この方法が金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出すステップを含むのが有利である。
【００４９】
好ましい実施形態では、この方法は、測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するステップを含む。
【００５０】
別の実施形態ではこの方法は、監視体積の画像をその任意の占有物を含めて撮るさらなるステップを含む。この実施形態ではこの方法は、監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を提供できるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するステップを含む。
【００５１】
金属物体があらかじめ定められた部類の物体に分類されることを条件として、この方法が可視および可聴警報のうちの少なくとも１つを行うステップを含むのが好ましい。
【００５２】
金属物体が特定されることを条件として、この方法が可視および可聴警報のうちの少なくとも１つを行うステップを含むのが好都合である。
【００５３】
この方法が、監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を測定された２次磁場から求めるステップを含むのが有利である。
【００５４】
この方法が、複数の金属物体を実質的に同時に分類するステップを含むのが好ましい。
【００５５】
この方法が、複数の金属物体を実質的に同時に特定するステップを含むのがさらにより好ましい。
【００５６】
本発明の別の態様によれば次に、
（ｉ）各検出された金属物体の磁気識別特性を求めるステップと、
（ｉｉ）各検出された金属物体の磁気識別特性を少なくとも１つのあらかじめ定められた金属物体の磁気識別特性と比較するステップと、
（ｉｉｉ）複数の検出された金属物体のうちの１つの磁気識別特性が少なくとも１つのあらかじめ定められた金属物体の磁気識別特性に実質的に合致する場合、人が身に付けたあらかじめ定められた金属物体の存在の表示を与えるステップとを含む、人が身に付けて検出された複数の金属物体内のあらかじめ定められた金属物体の存在を表示する方法が提案される。
【００５７】
この方法が、各検出された金属物体の磁気識別特性を、複数のあらかじめ定められた部類の物体に整理される複数のあらかじめ定められた物体の磁気識別特性と比較し、複数の検出された金属物体のうちの１つの磁気識別特性が複数のあらかじめ定められた金属物体のうちの１つの磁気識別特性と実質的に合致する場合、検出された金属物体が所属する物体のあらかじめ定められた部類の表示を与えるステップを含むのが好ましい。
【００５８】
この方法が、各検出された金属物体の磁気識別特性を関連する識別情報を有する複数のあらかじめ定められた物体の磁気識別特性と比較し、複数の検出された金属物体のうちの１つの磁気識別特性が複数のあらかじめ定められた金属物体のうちの１つの磁気識別特性と実質的に合致する場合、検出された金属物体の識別情報の表示を与えるステップを含むのがさらにより好ましい。
【００５９】
本発明の別の態様によれば次に、
（ｉ）人が身に付けている少なくとも１つの金属物体を検出するステップと、
（ｉｉ）この少なくとも１つの検出された金属物体の磁気識別特性を求めるステップと、
（ｉｉｉ）この少なくとも１つの検出された金属物体の磁気識別特性を少なくとも１つのあらかじめ定められた金属物体の磁気識別特性と比較するステップと、
（ｉｖ）この少なくとも１つの検出された金属物体の磁気識別特性が、少なくとも１つのあらかじめ定められた金属物体の磁気識別特性と実質的に合致する場合、人が身に付けたあらかじめ定められた金属物体の存在の表示を与えるステップとを含む、前記人が身に付けた金属物体の取り外しなしに、人が身に付けたあらかじめ定められた金属物体の存在を表示する方法が提案される。
【００６０】
次に本発明を添付の図面を参照して、例示としてのみ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
次にいくつかの図面全体を通して同様な参照番号が対応するまたは同様な要素を特定する図面を参照すると、図１は従来技術に記載される金属位置突き止め装置の概略図である。具体的には、図１は国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載される金属位置突き止め装置に関し、その内容は参照により本明細書に組み込まれている。
【００６２】
国際公開第００／００８４８号パンフレットは、金属物体の位置を３次元で突き止める能力を有し、かつ（国際公開第００／００８４８号パンフレットでは、金属物体の電磁気的横断面と呼ばれる）金属物体の磁気識別特性を定量化することができる金属検出器に関する。金属物体の磁気識別特性は、形状、電気伝導度、透磁率、金属物体の向き、およびｃ．ｗ．磁場の場合、磁場の周波数の関数である。ｐ．ｉ．システムの場合、それはパルスシーケンスおよび時間遅れの関数である。
【００６３】
図１に示す金属検出器は、連続波（ｃ．ｗ．）動作を使用し、実質的に直交する方向に配置される複数の発信器コイル４、６、８を利用する。この発信器コイル４、６、８は、監視ゾーンを照射するための時間依存磁場を供給する。３つの直交する方向の発信信号によって、３次元での金属の概略の形状の推定を推測するのが可能になる。金属の形状に対する情報は、誤った警報を識別するとき利益がある。コイル４、６、８は、交流電流（ａ．ｃ．）電源２から駆動される。発信された磁場は、単一の周波数、別法として多重周波数および任意選択でスエプトイン（ｓｗｅｐｔ  ｉｎ）周波数である。
【００６４】
図１に示す金属検出器は、監視ゾーン内の金属物体内で電磁気的に誘起される２次磁場の少なくとも一次の５つの磁場勾配成分を測定するための磁場検知手段１０を備える。５つの磁場勾配成分を測定するのに加え、この検知手段１０は、２次磁場の１つの磁場成分を測定するように構成される。測定するのが必要な空間的勾配の数は、具体的な用途により決まる。図１に示す例では、この金属検出器は非導電媒体内の金属物体の位置を突き止めるように構成され、誘起された源の位置を突き止めかつ特徴を明らかにするために５つの勾配および１つの磁場成分を測定する必要がある。
【００６５】
図１に明示的に示されていないが、磁場検知手段１０は通常、受信コイルのいくつかのグラジオメトリック（ｇｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ）対を備える。受信コイルのグラジオメトリック対（「グラジオメトリックコイル」と呼ばれる）は、反対の極性に巻かれ、通常直列で配線され、それで均一な磁場が等しくかつ反対方向の相殺する信号を作り出すコイルである。グラジオメトリックコイルは、対になった両方のコイルに共通な磁場の量に対して反応しない。しかしながら、それらは、対になったコイル間の磁場の差に対して高度に敏感である。差が測定される点間の距離で割られた磁場差が（しばしば一次勾配と呼ばれる）磁場勾配である。グラジオメトリック対のコイルが均一なまたは共通の磁場に対して反応しないので、したがって、それらは対の両方のコイル内で同じになるように配置することができる発信信号に対して大体は反応しない。
【００６６】
図１の金属検出器に使用するのに適したグラジオメトリックコイル対の１つの構成は、各対が５つの独立した１次磁場勾配のうちの異なる１つを測定するための、異なる向きに位置合わせされる少なくとも５セットのグラジオメトリックコイル対を形成する。そのようなグラジオメトリック対のコイルは、２次磁場のおおよそ異なる勾配成分、すなわち、ｄＢｘ／ｄｘ、ｄＢｘ／ｄｙ、ｄＢｙ／ｄｙ、ｄＢｚ／ｄｘおよびｄＢｚ／ｄｙを測定するように配置される。実際には、１つのコイル対の１つのコイルは、別のコイル対の部品も形成することができ、それによってコイル対間でコイルを共有する。その上、１つまたは複数の磁場成分を、その射程を目標双極モーメントの大きさから分離するために測定することができる。
【００６７】
図１では、発信器コイル４、６、８が磁場検知手段１０を備えるグラジオメトリックコイルを取り囲む。
【００６８】
磁場検知手段１０内のグラジオメトリックコイル対の各々からの出力は、各勾配測定値に対し１つ、増幅器１２によって増幅され、各勾配測定値に対し１つ、位相敏感検波器（ＰＳＤ）１４を使用して位相が高感度で検出される。発信機発振器２が、ＰＳＤに基準信号を供給する。位相敏感検波は、単一位相または二重位相であることができる。増幅器１２の目的は、グラジオメトリック対の両端の電圧を、アナログからデジタルへの変換に適したレベルに高めることである。位相敏感検波器１４の目的は、ある所定の位相のところの発信された磁場の周波数のところで勾配信号の振幅を検出することである。位相敏感検波器はあるいは、ロックイン増幅器、位相感知復調器、搬送波抑圧ＡＭ復調器、または同期ＡＭ復調器として知られる場合がある。二重位相敏感検波器は、９０°離れてセットされる位相で使用することができる。これによって、基準位相を手動で調整する必要なしに２次磁場の位相をコンピュータ処理手段内で推定することが可能になる。
【００６９】
次いで振幅が勾配に比例する、複数のＰＳＤ１４からの出力は、アナログ／デジタル変換器１６に移動し、そこでそれらは、データ反転および解釈アルゴリズム１８が動作するコンピュータによってさらに処理するためにデジタル化される。
【００７０】
５つの勾配信号は、金属の３次元位置およびその磁気識別特性を生み出すために、コンピュータアルゴリズム内で「反転」させられる。
【００７１】
ソフトウエア２０内で使用者基準を選択可能であり、特定の金属物体が選択されまたは排除することができるように、解釈ソフトウエア１８に入力される。別法として、またはそれに加え、知られた磁気識別特性または形状を有する物体をソフトウエア２０内で積極的に選択することができる。次いでこの結果は、画像表示器２２に表示することができる。
【００７２】
国際公開第００／００８４８号パンフレットは、磁場勾配信号を反転させるのに使用される２部類のアルゴリズムを記載する。第１のものは直接反転または単一逐一反転と呼ばれる。この技術は、双極源の特性を直接的に計算する。そのような技術の詳細は、以下の参考文献に出ている。Ｗ．Ｗｙｎｎ等、「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ／ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ  ａｒｒａｙｓ  ａｎｄ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．Ｖｏｌ．１１，ｐ７０１（１９７５）、Ｗ．Ｗｙｎｎ、「Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＤＣ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｎｄ  ｆｉｅｌｄ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｉｐｏｌｅｓ」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｒｅｐｏｒｔ  ＮＣＳＣ  ＴＲ  ３６２−８１（Ｊｕｌｙ  １９８１，Ｎａｖａｌ  Ｃｏａｓｔａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｐａｎａｍａ  Ｃｉｔｙ，Ａｃｃｅｓｓｉｏｎ  ｎｏ．Ｕ２３６６５Ｂ）。
【００７３】
第２のものは、最小二乗法当て嵌めに基づくルーチンなどの、勾配データに対する複数パラメータ当て嵌めである。使用することができる複数パラメータ当て嵌めルーチンの詳細は以下の参考文献に見ることができる。Ｗ．Ｗｙｎｎ、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｐｏｌｅ  ｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｒａｔｅ  ｔｅｎｓｏｒ  ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｂｙ  ａ  ５−ａｘｉｓ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｋｎｏｗｎ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ」、ＳＰＩＥ  ｖｏｌ．２４９６／３５７−３６７；Ｔ．Ｒ．Ｃｌｅｍ（ｃｏｄｅ  Ｒ２２）、「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅａ  ｍｉｎｅｓ  ａｎｄ  ｕｎｅｘｐｌｏｄｅｄ  ｏｒｄｉｎａｎｃｅ」、Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｍｉｎｅ  ｐｒｏｂｌｅｍ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２１，１９９６，Ｎａｖａｌ  ｐｏｓｔ−ｇｒａｄｕａｔｅ  ｓｃｈｏｏｌ，Ｍｏｎｔｅｒｅｙ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ。
【００７４】
複数パラメータ当て嵌めの原理は、目標物の数学的モデルがアルゴリズム内にプログラムされていることである（国際公開第００／００８４８号パンフレットの場合、それは双極モデルである）。このアルゴリズムが「モデル」双極子に対する任意の開始点、強度および向きを選択し、受信器のところの予想される勾配および磁場を計算する。次いでこれらは実際に測定された勾配および磁場と比較される。次いでこのモデルの位置、強度および向きが最小二乗当て嵌め方法によって実際のデータと最良の当て嵌めを見出すように徐々に調整される。このモデルの位置、強度および向きが目標金属の実際の特性の最良の推測値になる。
【００７５】
例示として、検出された金属物体が小さい場合は、次いで検出器のところの２次磁場は典型的な振動双極源として振舞うであろう。双極子からの磁場および勾配は良く知られており、したがって以下の情報はそれらから推定することができる。（ｉ）双極子に対する方向（２つの角度）（ｉｉ）双極子の向き（２つの角度）（ｉｉｉ）双極子の強度。この強度は、双極子磁気モーメントおよびセンサと双極子の間の距離の関数である。これらを分離するために、別の情報が必要である。例えば、これは１つの非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）磁場成分であることができる。
【００７６】
上記の（ｉ）および（ｉｉｉ）から、小さな金属物体の３次元位置を推定することができる。次いで双極子強度を、識別をもたらすために使用することができる。金属物体の推定された磁気モーメントは、物体の形状、導電率および透磁率ならびに加えられる磁場の関数である。加えられる磁場が非電導空間内の全ての点で知られているので（かつどこに双極子が存在するか分かっているので）形状、導電率および透磁率のこの関数（磁気識別特性）は金属物体の特徴になる。この特徴付けは、使用者が特定の横断面または形状の金属を探している場合、または特定の磁気識別特性または形状の金属を取り除くために、誤った警報に対する有用な識別を提供することができる。
【００７７】
グラジオメトリックコイル対を使用するこの型式の連続波金属検出器は、発信される１次磁場を金属物体によって放射される測定される２次磁場から除くために、正確な構造を必要とする。
【００７８】
次に本発明と従来技術の間の主要な相違を説明する。
【００７９】
国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載される金属検出器は、金属物体をそれらの磁気識別特性に基づいて分類し識別することができるけれども、それは目標物が都合の良い位置にあるときのみそうすることができる。使用者がセンサを物体に対して正しく位置決めすることが必要である。したがって、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるシステムは、監視体積内の実質的に全ての点で金属物体を分類し識別することを保証することはできない。したがって、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるシステムは、保安金属検出器ポータルに使用するために最適化されていない。
【００８０】
本発明の金属検出装置および方法は、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載される検出器のものより全体でより面倒な要求、すなわち、物体が固定された監視体積内を通過するときその物体の位置または向きと無関係に、その物体の磁気識別特性に基づき金属物体を分類しかつ識別することに対処する。これは特に、人が身に付けて運搬する金属物体の位置を突き止め、分類しかつ特定するための保安金属検出器用途（ポータル）に重要である。
【００８１】
この目的のために、本発明の金属検出装置は、監視体積を通過する物体の向きおよびその進路位置に無関係に金属物体の磁気識別特性を求める。比較では、国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載されるシステムは、監視体積内の都合の良い位置に対してのみ金属物体の分極率テンソル（すなわちその磁気識別特性）を求めることができる。それは、この結果を国際公開第００／００８４８号パンフレットと異なる方法で達成する。
【００８２】
国際公開第００／００８４８号パンフレットは、単一の点のところにわずかに異なる周波数で順次または同時に３つの実質的に直交する磁場方向に磁場を加えることができるように、複数の発信コイルを使用する。磁場線は曲がっているので、これは空間の広げられた区域にわたり達成することはできない。その代わりに本発明は、物体が監視体積を通過するとき空間内の異なる点に異なる方向で磁場を加える。監視体積を通る物体を追跡することによって、物体が通過した監視体積内の空間の異なる点の各々のところで求められるとき、その磁気モーメントからその磁気識別特性を推定することができる。この結果を達成するための目標物の追跡は、本発明の重要な発明性のある特徴である。
【００８３】
この方法で物体の磁気識別特性を求めるためには、３つの互いに直交する軸内の磁場のその成分が監視体積を通る任意の直線軌道に沿ったいくつかの点で全て有意であり、かつ１次発信磁場の各成分が位置とともに異なって変化すべきであるように、空間内で捩れる３次元１次発信磁場が必要になる。
【００８４】
図２は、本発明の一実施形態による金属物体検出装置３０の概略ブロック図を示す。図２に示す構成は、交流（正弦関数の）磁場を使用する連続波システムを備える。別法として、過渡磁場を使用するパルス誘導（ｐ．ｉ．）構成が使用される。
【００８５】
限定なしで、この金属物体検出装置３０は、監視すべき人が歩いて通過するであろう監視ゾーンまたは空間体積を画成するアーチ道またはポータルを備える。（図２に示されない）このポータルは、ポータルを通過する金属物体が順次時間で変化する磁場を実質的に３つの直交する方向で受けるように、アーチ道の監視体積内に時間および空間内で変化する１次磁場を発生させる発信コイル３４を備える。この発信コイル３４は、何らかの対称性を有するように配置される。限定なしで、この発信コイル３４は通常、ある軸の周りで２回回転対称性を示す。発信コイル３４は、交流源３２によって駆動され、単一周波数正弦関数波形によって励磁される。任意選択で、この交流源３２は発信コイル３４にスエプト周波数正弦波形、またはステップ周波数正弦波形を供給する。別の代替の実施形態では、この電流源３２は、金属物体が特徴付けられる度合いを増加させるために単一の発信コイル内に同時に複数の周波数を有する駆動波形を供給する。別法として、この電流源３２は、システムの対称性を保持しながら、異なる発信コイル内に同時に複数の周波数を有する駆動波形を供給する。
【００８６】
原理上は、パルスを発信し目標物の磁気モーメントの過渡減衰を観察することによってパルス誘導構成を使用し同じ情報を得ることができる。時間ドメインおよび周波数ドメイン応答は、フーリエ変換によって関係付けられる。
【００８７】
例示としてのみ、時間で変化する磁場を使用する従来型の金属検出装置は通常、範囲１−１０ｋＨｚの周波数で時間で変化する磁場を使用し、本発明の金属物体検出装置も例外ではない。検出システムのベースとなるコイルの感度が約１ｋＨｚより下で減少し、一方１０ｋＨｚより上ではポータル内の人体に伴う誘電効果が測定に悪影響を及ぼす可能性があるので、この１−１０ｋＨｚ周波数範囲は、通常最適である。
【００８８】
この時間で変化する１次磁場は、監視体積内のどのような金属物体内にも流れる電流、およびその材料が強磁性体の場合磁気モーメントも誘起する。この金属検出装置３０は、ポータル内に存在する金属物体から生じる２次磁場を測定するために配置される複数の受信コイル３６を有する受信コイルアレーを備える。これらの受信コイル３６は、発信された１次磁場を実質的に取り除くように配置される。
【００８９】
各受信コイル３６からの信号は増幅器３８によって増幅され、発信された１次磁場の位相に対する実および虚の磁場振幅を求めるために複数の位相敏感検波器（ＰＳＤ）４０に移る。この構成では、１つのＰＳＤが磁場振幅の実成分を求めるために使用され、別のＰＳＤが磁場振幅の虚成分を求めるために使用される。
【００９０】
発信磁場は物体によって引き起こされる磁場より通常非常に大きく、これが大きな関心事である。したがって、これらの受信コイル３６は、発信コイルの対称的な動作によって関連付けられる位置にそれらを一緒に対で接続することによって、加えられる１次磁場を取り除くように配置される。受信コイル３６は、この対内の２つの受信コイル内に誘起される起電力が差し引かれ、その結果（製造誤差内まで）加えられる１次磁場に起因する誘起電圧を相殺するような意味で一緒に接続される。具体的には、その正規の方向がポータルの両端で横断方向に位置合わせされる受信コイル３６は、引き算をするように互いに接続される。その正規の方向が実質的に垂直方向またはポータルを通る通過の方向に平行な方向のいずれかに位置合わせされる受信コイル３６は、足し算をするように構成される。受信コイル３６は、通常平面コイルである、すなわちコイル巻線は、実質的に単一平面内にある。したがって、受信コイルの正規方向はコイル巻線がある平面に垂直な方向である。
【００９１】
Ａ／Ｄ変換器に必要とされるダイナミックレンジを減少させるために、デジタル化する前にこの段階で、発信された１次磁場に起因するどのような残留誘起電圧もさらに最小限にすることが有利である。これは、発信コイル３４に供給される信号の調整可能な量（およびそれに伴う位相からの２次波形）をアナログ電圧として受信信号から引き算することによって行うことができる。これはアナログ信号調節手段４２によって実施される。
【００９２】
結果として得られた信号は、アナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）４４によってデジタル化され、プロセッサ４６に移動する。
【００９３】
デジタルデータをＡＤＣ４４から受け取る際に、プロセッサ４６は、バンド幅を制限するためにフィルタアルゴリズムを適用し、その割合を減少させるためにデータを縮小する。実際には、受信コイル３６の各対からの信号は、オフセットの不完全な相殺に起因する静的なまたはゆっくりとドリフトする電圧と、ポータルを通り運搬されている金属物体に起因する比較的速く変化する部分とからなる。このゆっくりと変化する部分は、ローパスフィルタリングによって分離され、これは信号から差し引かれ、この結果、熱膨張または機械的動きに起因するゆっくりしたドリフトは順応してなくなる。
【００９４】
受信コイル３６は、監視体積がポータルの物理的境界を超えて延びるので、ポータルの外側の物体も検知する場合がある。そのような物体が移動しない限り、それらもこのデジタル信号調節手段４８によって順応して外されるであろう。
【００９５】
本実施形態による金属検出装置は、それらがポータルの監視体積を通過するとき複数の金属物体の位置および磁気モーメントを追跡するために反転アルゴリズム５０を使用する。
【００９６】
背景として、ポータルの監視体積内の目標物が任意の瞬間に９つの量によって特徴付けられる：その位置（３つの座標）、その磁気モーメントの実部分（３つのパラメータ）およびその磁気モーメントの虚部分（３つのパラメータ）である。受信コイル３６の各対は実および虚の出力電圧を生じさせる。複数の金属目標物の位置を突き止めるために、６つの受信コイル対の次数が目標物位置を画定するために必要であることが確定されてきている。これは、目標物に起因する磁場の１つの（非ゼロの）値と組み合わされた磁気勾配テンソルの５つの独立項の知見から、離れた目標物は位置を突き止めることができるという、良く知られた議論（Ｗ  Ｍ  Ｗｙｎｎ，Ｃ  Ｐ  Ｆｒａｈｍ，Ｐ  Ｊ  Ｃａｒｒｏｌｌ，Ｒ  Ｈ  Ｃｌａｒｋ，Ｊ  Ｗｅｌｌｈｏｎｅｒ  ａｎｄ  Ｍ  Ｊ  Ｗｙｎｎ  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．ＭＡＧ−１１．ｎｏ．２（１９７５））を踏まえている。本発明の金属検出装置３０の受信コイル３６は、勾配ではなく磁場の差を測定するので、この議論は本発明の金属検出装置に厳密に適用されないが、それにも関わらず目標物を特徴付けるのに必要な量の情報の推定を与える。
【００９７】
目標物までの射程が勾配を求めるために使用されるベースラインと比較して長い場合は、５つの勾配および１つの磁場の測定が目標物の位置を突き止めるのに十分であることは、従来技術で良く知られている。しかしながら、好ましくは目標物までの射程と同程度のまたはより大きいベースラインを有する６つの磁場差の測定も、目標物の位置を突き止めるための十分な情報を生み出すことは以前に認識されてこなかった。この方法で測定される磁場差は、射程を目標物の強度から分離することができるより高次の勾配についての情報を含む。理論的な最小の６つより多いセンサを使用することは、より正確なかつ堅固な位置に導くことも実験的に見出されてきた。本発明の一実施形態の文脈内では、差ではなく磁場の合計を与えるように構成されるコイルは、差を与えるように構成されるコイルに対する情報と同等な量の情報をもたらす。
【００９８】
したがって、複数の目標物を特徴付けることは、目標物が存在するのに対し少なくとも６倍多い受信コイル３６の対が必要であることが推定されてきている。
【００９９】
受信コイル３６のアレーのところで測定される磁場から目標物の位置および誘起される交流磁気モーメント（この後磁気モーメントと呼ばれる）を求めることは、インバース問題である。フォワード問題（特定の位置にあり、特定の磁気モーメントを有する目標物に起因して測定されるであろう磁場の計算）に対する解は、単純であり上記で概説されてきた。このインバース問題は、測定された受信コイル磁場と仮定された目標物位置および磁気モーメントから計算される磁場の間の差の最小自乗化によって解くことができる。
【０１００】
プロセッサ４６は、例えばＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ最小化アルゴリズムを使用して、監視体積内の金属目標物の位置および複素磁気モーメントを求めるために反転アルゴリズム５０を適用する。困難性は、開始点が正しい解の近くになければ、そのようなアルゴリズムの単一の使用が正しい解を発見するであろうことの保証が全くないことである。それは全体的な最小の代わりに局所的な最小に収束する可能性がある。
【０１０１】
正しい解を見つけるのを助けるために本発明の金属物体検出装置に使用される１つの技術は、目標物が監視体積に入りかつ出ることが知られている方法に関連する先天的な情報の使用である。金属検出ポータルでは、目標物が監視体積に入りかつ出る点は、発信器コイル３４および受信コイル３６を格納するポータルの側面によって物理的に制限されている。したがって、目標物がポータルへの入り口を通り監視体積に入り、ポータル（したがって、監視体積）を通過し、ポータルの出口で監視体積を去ることが見込まれている。
【０１０２】
したがって、本発明の金属検出装置３０はこの問題を、いくつかの異なる、ランダムに選ばれた開始点から数回反転アルゴリズム５０を走らせることによって進路（例えばその開始点）上の１つの点での解を最初に探すことによって解決する。最小の留数を有する解が最良の解として選ばれる。次いでこれは時系列の次の点に対する開始点として使用される。この解が正しかった場合、この開始点は正しい解に近く、再び正しい解に収束しそうである。この解が正しくなかった場合は、目標物がポータルを通り移動するときこの発見された局所的最小は不安定になり、最終的に正しい解が見出される。進路の終点に達した後、この方法は逆に繰り返され、この進路は終点から戻り開始点までたどられ、初期の、正しくない点が改善される。データ照合アルゴリズム５４が反転アルゴリズム５０からの結果を照合し、監視体積を通る各金属物体に対する進路をもたらすように、時間の関数としての金属物体の複数の位置、ならびに時間の関数としての、各磁気モーメントが進路に沿った位置に対応する複数の複素磁気モーメントを含むデータを整理する。したがって、各進路は位置の時系列および対応する複素磁気モーメントの時系列から構成される。
【０１０３】
監視体積を通過するときの金属物体の位置を追跡するための代替の方策は、金属物体が監視体積を通過するとき受信コイル３６によって検知された時系列の磁場測定値を記憶し、引き続き反転アルゴリズム５０を、複数の位置および対応する複素磁気モーメントを求めるために記憶された時系列の磁場測定値に適用することである。この代替の方策を使用する出力は、上記で説明したもの、すなわち時間の関数としての金属物体の複数の位置、あるいは時間の関数としての、各磁気モーメントが進路に沿った位置に対応する複数の複素磁気モーメントを含む監視体積を通る各金属物体に対する進路と同じものである。
【０１０４】
複数目標物に関しては、プロセッサ４６は第１のパスに対して目標物の最大数（例えば、４つの目標物）を仮定する。このパスの終わりで、小さ過ぎる目標物は捨てられ、互いに近い目標物は結合される。戻りのパスは減少した数の目標物で行われる。
【０１０５】
上記の手順によって、最大の磁気モーメントを有する目標物、およびより弱い目標物（このより弱い目標物はしばしば最初は正しくないにも関わらず）の両方に対して満足すべき解が生じる。目標物は連続的な追跡によってたどられ、それで別個の追跡アルゴリズムは必要でない。
【０１０６】
任意選択で、この金属検出装置３０は、人がポータルの監視体積に入りかつ出るときを記憶する、動きを検出するための手段７０、例えば光学的起動装置を備える。これは追跡が開始しかつ終了するときに関する情報のみならず、発信コイル３４の回転的な対称性に起因して先天的には明らかではない、ポータルを通り移動する方向に対する情報も与える。
【０１０７】
発信コイルおよび受信コイルの回転的対称性の故に、アーチ道内に（ｘ、ｙ、ｚ）のところに配置される磁気分極率テンソルＶを有する目標物は、分極率テンソル（−Ｖ）を有する（ｘ、−ｙ、−ｚ）のところに配置される目標物と同じ信号を受信コイルに与える。これらのうちのどちらが物理的に正しいかは、Ｖの虚部分の対角項（ｄｉａｇｏｎａｌ  ｔｅｒｍ）の符号は因果律（ｃａｕｓａｌｉｔｙ）によって固定されるので特定することができる。これは、ポータルを通る移動の方向を求めるための移動検出手段のための追加のまたは代替の技術を提供する。
【０１０８】
次にプロセッサ４６は、ポータルを通過する金属物体の位置依存複素磁気モーメントおよび位置から磁気分極率テンソルを求めるためにアルゴリズム５８を適用する。磁気分極率テンソルの固有値が、各金属物体の向きに無関係な識別特性を求めるために計算される。
【０１０９】
ポータルを通る目標物の進路が求められた後、知られた発信コイル形状から目標物に加えられる磁場が計算される。次いで磁気分極率テンソルＶが抽出される。回転しない目標物に対して、
【数１】
2009534644.tif 000003
を最小にするようにこの問題を定義することができ、ここでｗは単純な場合に１に設定することができる重みである。これは線形の最小自乗問題であり、反復法なしで解くことができる。（Ｌ  Ｄ  Ｌａｎｄａｕ  ａｎｄ  Ｅ  Ｍ  Ｌｉｆｓｃｈｉｚ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｍｅｄｉａ」、Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ，１９６０  ｐ．１９２およびＬ  Ｄ  Ｌａｎｄａｕ  ａｎｄ  Ｅ  Ｍ  Ｌｉｆｓｃｈｉｔｚ、「Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」、Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ  １９５９，ｐ．４０４によって示されてきたように）見出すべき９つの線形係数Ｖ、またはＶが対称であることが必要とされる場合６つの線形係数Ｖが存在する。
【０１１０】
目標物が測定中回転する場合は、この問題は非線形になり、例えば反転に使われたのと同じＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムによって解くことができる。開始点は、非回転目標物を仮定することによって得られる解によって良好に近似される。任意選択で、脚および腕上の目標物に対する正確な解を得るために回転が含まれる。
【０１１１】
この方法の結果は、目標物の向きに依存する複素マトリックスＶである。目標物を分類するためにＶを目標物の向きと関係のない形態に変換するのが有利である。目標物についての情報の多くは、別個のマトリックスとして処理されるＶの実部分およびＶの虚部分の固有値に含まれる。一般に目標物についてのさらなる情報がＶの実部分と虚部分の固有値の間の角度に存在する。対称的な物体を有する多くの製造される物体に対しては、実の固有値の１つまたは全ては、虚の固有値に対して平行であるよう制限され、それで、実および虚の固有値が対応する固有値の間の角度を最小にするような方法で対にされている場合は有利である。
【０１１２】
Ｖの実部分が対角線（ｄｉａｇｏｎａｌ）である基準の枠内で、対角線に対する項（ｔｅｒｍ）は強磁性物体に対して正であり、導電性物体に対して負である。この符号は、強磁性体でもある導電物体に対しては周波数の関数である。
【０１１３】
次に分類アルゴリズム６２が、検出された金属物体がデータベース内の任意の前に特徴付けられた金属物体に合致するか、あるいはこのデータベースから導かれる金属物体の特定の部類に属するかどうか決めるために適用される。本発明の一実施形態で採用される１つの簡単な手法は、複素固有値の分布の確率密度モデルを構築することである。これらの密度関数を使用する１つの方法は、最小誤差に対するベイズ規則（Ｂａｙｅｓ  ｒｕｌｅ）にある。この最初の分類器はｋ−近隣分類器（ｋ−ｎｅａｒｅｓｔ  ｎｅｉｇｈｂｏｕｒ  ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ）（Ａ  Ｒ  Ｗｅｂｂ（２００２）．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｎｇｎｉｔｉｏｎ，ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ．Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ）である。
【０１１４】
そのような分類アルゴリズムは、ＲＦ分類に使用されてきたが、今まで磁気分類に使用されたことがない。
【０１１５】
出願人は、製造される金属物体は、本発明の装置および方法を使用して複数の大まかな部類の物品のうちの１つに信頼性高く分類することができるのを発見してきた。例えば、金属物体は大まかに、脅威物品と呼ばれる保安脅威を示す可能性のある物品、および非脅威物品として知られている保安脅威を示しそうもない物品に分類することができる。さらに、本発明の装置は物体を下位部類に分類することができる。例えば、脅威物品の場合、金属物体はナイフ、銃等を含む集団下位部類のうちの１つに分類することができる。
【０１１６】
出願人は、少なくともいくつかの状況では、製造される金属物体は本発明の装置および方法を使用して積極的に特定することができるのをさらに発見してきた。したがって、金属物体を物体の部類または下位部類、例えば脅威物品の大まかな部類内の銃の下位部類に分類できるのみならず、その物品はその磁気識別特性および具体的にはその複素分極率テンソルに基づいて積極的に特定することもできる。
【０１１７】
人が身に付けて運搬される金属物体を信頼性高く分類しかつ特定するための本発明の金属物体検出装置の上記で述べた能力は、そのようなシステムの運用使用の点からいくつかの利益を提供する。特に、本発明の金属物体検出装置は、人が運搬している金属物体を監視体積内に入る前に取り出させることを必要としない。この金属物体検出器が人によってまたは人が身に付けて運搬する脅威物品の存在を示す場合は、その人には警備担当者によって違反物品を取り出すように求めることができ、これは「自己取り出し（ｓｅｌｆ  ｄｉｖｅｓｔｉｎｇ）」として知られている方法である。この方法により、保安処置は維持され、警備担当者による介入は最小限になる。したがって、必要な警備担当者がより少なくなり係員のコスト節約になる。
【０１１８】
本発明の金属物体検出装置は任意選択で、ポータルを通過する人の画像を記録する撮影装置６４、例えばビデオカメラ、ＣＣＤ装置、熱探知カメラ等を含む。
【０１１９】
この金属物体検出装置がそのような撮影装置６４を備える場合、このシステムは任意選択で撮影装置６４からの画像を示し、かつ人の身に検出された金属物体の位置および分類ステップの結果を重ね合わせる表示器を有する使用者インターフェイス６６も含む。
【０１２０】
ポータル内で検出された任意の物体が物体のあらかじめ定められた部類に該当する、またはあらかじめ定められた識別情報を有する場合に、可視または可聴警報をもたらす警報器６８が任意選択で設けられる。
【０１２１】
次に発信器コイル３４および受信コイル３６の具体的な実施形態を図３および４を参照して説明する。
【０１２２】
この発信器コイル３４および受信コイル３６は、（それらを架設することができる正確性の範囲内で）受信コイル３６が金属目標物が存在しないとき信号を全く検出しないように設計される。これは、特定の対称性を有するようにポータルを選ぶことおよび対称性に関係のある受信コイル３６の出力を、必要に応じて加算または差のいずれかで組み合わせることによって達成される。
【０１２３】
１次発信磁場は、目標物が姿を消さないように、ポータルの監視体積内の全てのところを可能な限り測定可能になるように配置される。その上１次磁場は、監視体積内のその向きまたはその進路の位置に関係なく、監視体積内のある点でその主軸の各々に平行に加えられる有意な磁場で目標物が照射されるように、目標物が任意の実質的に直線の進路に沿って監視体積を通過するとき、結果として得られる磁場方向が空間内で捩れるように構成される。
【０１２４】
発信された磁場内の金属物体が検出を逃げることができないことを確実にするため、従来技術の金属検出装置に多極磁場が使用されてきた。例えば米国特許第５，４９８，９５９号明細書、米国特許第５，１２１，１０５号明細書および米国特許第４，６０５，８９８号明細書参照。これは、磁場がそれらの長さに平行に加えられるときそれらの長さに直角に加えられるときよりずっとより強力に反応する、ナイフまたは針などの長く薄い強磁性体物体に対して特有の問題点である。
【０１２５】
しかしながら、３つの互いに直交する軸内のそれらの成分が前記磁場を通過する任意の直線進路に沿ったある点で全て有意であるように空間内で捩れる、かつ１次発信磁場の各成分が位置とともに異なって変化する３次元１次発信磁場の使用は、今まで金属物体または複数の金属物体の磁気識別特性を求める目的のために使用されてこなかった。そのような磁場形態が金属物体を検出するための静止装置に対し必要な要件であることの出願人の認識が、本発明の重要な発明性のある特徴を示す。
【０１２６】
図３は上記の要件を満たす１セットの発信器コイル３４を有する一実施形態を示す。ｚ軸は垂直であり、ｙ軸は被検者がアーチ道を通過する方向であり、ｘ軸はこのページの平面と実質的に直角な方向である。このポータルは、コイルセットのうちの１つを紙の平面から外に持ち上げもう１つの上に被せるように平行移動させることによって、これらから構築される。各コイルセットは、ポータルの１つの壁を形成する。示される全てのコイルは、同じ数の巻数およびそれらを通り流れる同じＡＣ電流を有するように設計される。ある瞬間の電流の方向が矢印で示されている。
【０１２７】
発信コイル３４は、ある対称性、この場合は２回回転対称性を有するように配置される。この対称的な動作の下で、発信磁場の成分は偶数または奇数のどちらかである。すなわちそれらは変更されないままである（偶数）か、またはそれらが符号を変更する（奇数）のどちらかである。回転軸に平行な磁場は偶数であり、回転軸に直角な磁場は奇数である。
【０１２８】
コイルのこの配置のために、この磁場はｘ軸周りの回転対称性を有する。基点がアーチ道の中央のところに選ばれる場合、点（ｘ、ｙ、ｚ）のところの磁場は、点（ｘ、−ｙ、−ｚ）のところの磁場と関連する。点（ｘ、ｙ、ｚ）のところの磁場がベクトル（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ）である場合は、その場合点（ｘ、−ｙ、−ｚ）のところの磁場は（Ｈｘ、−Ｈｙ、−Ｈｚ）である。
【０１２９】
発信コイル３４によって発信される磁場の説明のために、図４ａおよび図４ｂは、本発明の金属物体検出装置を備えるポータルの監視体積内の（任意の単位での）磁場Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚのグラフを示す。水平軸は、人がアーチ道を歩いて通るときの位置である。図４ａは、アーチ道全高の３／４の高さのところのポータルアーチ道を通る経路に対する磁場を示し、一方図４ｂはアーチ道全高の１／４の高さのところのポータルアーチ道を通る経路に対する磁場を示す。この進路は両方ともポータルアーチ道の片側からアーチ道幅の０．３だけ変位されている。
【０１３０】
通常、２．５ｍ高さ、０．８ｍ幅および０．８ｍ長さのポータルアーチ道に対する最適化された設計は、２．５ｍ×０．２２２ｍの中央コイルを有する。外側コイルは１ｍ×０．２８８ｍである。限定ではなく、全てのコイルは同じ数の巻線を有し、同じ電流で励磁される。
【０１３１】
次に金属物体検出装置内の受信コイル３４を参照すると、前記受信コイル３６は発信コイル３４と同じ対称性を有するように配置される。対称性によって関連付けられる２つの受信コイルを一緒に接続することによって、この受信コイルは発信磁場を検出しないように配置することができる。対称動作の下で偶数である磁場方向を検知するコイルは、引き算をするように一緒に接続する必要があり、対称動作の下で奇数である磁場方向を検知するコイルは、足し算をするように一緒に接続する必要がある。
【０１３２】
上記で述べた構成を有する発信器コイル３４の場合は、受信コイル３６はアーチ道に対し横断方向に走る水平軸（ｘ軸）の周りで２回回転対称性を示すように構成される。ｙ軸はアーチ道を貫通し（人が歩く方向）、ｚ軸は垂直である。受信コイルのこの配置は、ｚ方向に平行に存在するコイルの数が奇数であるか偶数であるかに応じて異なる可能性がある。
【０１３３】
受信コイル３６の一実施形態を図５に示す。このレイアウトで、受信コイル３６は受信コイルアレー内に構成され、アレー内の各ブロックは、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向に垂直に、３つのコイルが上に巻かれる直平行六面体（ｃｕｂｏｉｄ）（直平行六面体１，１から直平行六面体９，３まで）を示す。各コイルは、対称性によって関連付けられるコイルと直列に接続される。したがって、直平行六面体（１，１）上のコイルは各々直平行六面体（９，３）上の同等なコイルと接続される。（５，１）上のものは（５，３）上のものと接続される。ｘ軸に垂直なコイルは、それらの間の磁場内の差を測定するために互いに接続される。ｙ軸およびｚ軸に垂直なコイルは、それらの磁場の合計を測定するために互いに接続される。その結果、１次発信磁場が検出されず、かつ目標物に起因する磁場のみが検出されるように、１次発信磁場に起因する各対の２つのコイル内に誘起される起電力は等しくかつ反対方向になる。
【０１３４】
中央セル（５，２）は対称軸上にあり、ｙおよびｚ軸に垂直なコイルは対称性によって発信される磁場を検出しないので、どの他のコイルとも接続されない。このようなブロックは、受信コイルアレー内の列の数および行の数が両方とも奇数の場合のみ存在する。
【０１３５】
代替の実施形態では、受信コイルアレーはそれらの垂直線がｙ軸と平行に向きを合わされたコイルのみ備える。これは、各ブロックを図４ａおよび図４ｂに示す構成に４つの領域に分割することによって達成される。これは結果として、ずっとより薄いアーチ道壁を有し、かつ干渉をより受け難くなるポータルになる。
【０１３６】
受信コイルアレー内の各ブロックは、便宜のために前述で「直平行六面体」の場合について参照されてきた。しかしながら、同じ体積を再使用しかつ寸法的に安定な、受信コイルアレー内の受信コイル３６の他の形態も使用することができる。
【０１３７】
本発明は、磁気受信コイルの使用を参照して説明されている。しかしながら、磁場成分を測定するために任意の検知手段を使用することができる。例えば、フラックスゲート、磁気抵抗装置、磁気インピーダンス装置、およびホール効果センサを磁場を完全に特徴付けるのに要求される磁場成分の各々を測定するのに使用することができる。
【０１３８】
本発明を人の身に付けて、または人の内部で運搬される導電物体または磁気物体の検出、位置の突き止めおよび特徴付けに関して説明してきたが、同様な方法は明らかに、物体を検知区域を通過するように作ることができる任意の状況で同じ機能を実施するために適用することができる。
【０１３９】
前述の説明の観点からは、当業者には本発明の範囲内で様々な改変を行うことができることは明らかであろう。
【０１４０】
本発明開示の範囲は、特許請求される発明に関連しようがしまいが関係ない、明示的にまたは暗黙のうちにのいずれかで本明細書で開示される特徴あるいは一般化、または本発明によって対処される任意のまたは全ての問題点を緩和する一般化の任意の新規な特徴または特徴の組み合わせも含む。これによって本出願人は、本出願またはそれから派生するそのような別の出願の係属中の、そのような特徴に対して新しい特許請求の範囲を策定できることを告示する。特に、添付の特許請求の範囲を参照すると、従属請求項からの特徴は、独立従属請求項の特徴と組み合わせることができ、かつそれぞれの独立請求項からの特徴は任意の適切な方法で、かつ特許請求の範囲に列挙される特定の組み合わせのみでなく、組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】従来技術に記載される金属位置突き止め装置の概略図である。具体的には、図１は国際公開第００／００８４８号パンフレットに記載される金属位置突き止め装置に関する。
【図２】本発明の一実施形態による金属物体検出装置の概略図である。
【図３】図２の金属物体検出装置の発信コイルの概略図である。
【図４ａ】図３の発信コイルを備える金属物体検出装置の監視体積内の磁場Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚのグラフである。水平軸は、ｙ方向内の位置を示す。図４ａおよび図４ｂは、対称によって関係付けられる同じｘの値およびｚの値に対して描かれている。磁場の対称性は明らかである。図４ａの＋ｙのところの値は図４ｂの−ｙのところの値と大きさが等しい。図４ａ内の磁場の符号はＨｘに対しては図４ｂの符号と同じであるが、ＨｙおよびＨｚに対しては符号は逆にされている。
【図４ｂ】図３の発信コイルを備える金属物体検出装置の監視体積内の磁場Ｈｘ、ＨｙおよびＨｚのグラフである。水平軸は、ｙ方向内の位置を示す。図４ａおよび図４ｂは、対称によって関係付けられる同じｘの値およびｚの値に対して描かれている。磁場の対称性は明らかである。図４ａの＋ｙのところの値は図４ｂの−ｙのところの値と大きさが等しい。図４ａ内の磁場の符号はＨｘに対しては図４ｂの符号と同じであるが、ＨｙおよびＨｚに対しては符号は逆にされている。
【図５】図２の金属検出装置の受信コイルの概略図である。
【図１】
2009534644.tif 000004
【図２】
2009534644.tif 000005
【図３】
2009534644.tif 000006
【図４ａ】
2009534644.tif 000007
【図４ｂ】
2009534644.tif 000008
【図５】
2009534644.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月20日(2008.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、結果として得られる磁場が経路に沿った３つの位置のところで３つの互いに実質的に直交する方向に向くような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する結果として得られる磁場方向とを有する、時間で変化する１次磁場を監視体積内に発生させるための発信器手段と、
（ｉｉ）１次磁場を実質的に取り除くように配置され、金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するための検出手段と、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置と各位置のところの該金属物体の磁気モーメントとを含む、監視体積を通る進路を求めるための処理手段であって、それらから金属物体の特徴でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路と無関係な磁気識別特性を使用時に導き出すようになされた処理手段とを備える、金属物体検出装置。
【請求項２】
処理手段が使用時に、金属物体の前記磁気識別特性に基づきその金属物体を金属物体の複数の部類のうちの１つに分類するようになされている、請求項１に記載の金属物体検出装置。
【請求項３】
処理手段が使用時に、金属物体の前記磁気識別特性から金属物体を特定するようになされている、請求項１または２に記載の金属物体検出装置。
【請求項４】
使用時に処理手段が、検出手段によって測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用することによって監視体積を通る金属物体の進路を求める、請求項１から３のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項５】
処理手段が、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるように、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを適用し、前記位置および磁気モーメントを金属物体の進路およびその進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように順序付ける、請求項１から４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項６】
処理手段が各測定点に対する２次磁場測定値を記憶し、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に最小化アルゴリズムを順次適用し、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために前記位置および磁気モーメントを順序付ける、請求項１から４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項７】
使用時に処理手段が、監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算する、請求項１から６のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項８】
使用時に処理手段が、金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算する、請求項７に記載の金属物体検出装置。
【請求項９】
使用時に処理手段が、金属物体を物体の複数のあらかじめ定められた部類のうちの１つに分類できるように、金属物体に対し計算された固有値を前記複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースと比較する、請求項８に記載の金属物体検出装置。
【請求項１０】
使用時に処理手段が、計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力を作り出す、請求項９に記載の金属物体検出装置。
【請求項１１】
使用時に処理手段が、計算された固有値から金属物体を特定できるように、金属物体に対し計算された固有値を複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較する、請求項８に記載の金属物体検出装置。
【請求項１２】
使用時に処理手段が、計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出す、請求項１１に記載の金属物体検出装置。
【請求項１３】
発信器手段が中に対称的に配置される複数の発信器コイルを有する少なくとも１つの発信器コイルアレーを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項１４】
発信器コイルアレーがその中央軸周りの２回回転対称性を有する、請求項１３に記載の金属物体検出装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの発信器コイルアレーが、隣接するコイルの隣り合う側面が実質的に平行である規則正しい配置で配設される複数の実質的に長方形のコイルを備える、請求項１３または１４に記載の金属物体検出装置。
【請求項１６】
検出手段が、各センサが測定軸に沿った２次磁場のベクトル成分に対し感度の高い前記測定軸を有する、複数の磁気センサを有する少なくとも１つの検出器アレーを備える、請求項１から１５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項１７】
磁気センサの各々が、その測定軸が３つの互いに実質的に直交する方向のうちの１つに位置合わせされる少なくとも１つの検出器アレー内に配置される、請求項１６に記載の金属物体検出装置。
【請求項１８】
磁気センサが、それらの測定軸が１次磁場に対して直角であるように向きが定められる、請求項１６に記載の金属物体検出装置。
【請求項１９】
磁気センサが複数のコイル対を備え、各コイル対を形成する複数のコイルが互いに電気的に接続され、かつ少なくとも１つの検出器アレー内で各々がもう１つに対し対称的に配置される、請求項１６から１８のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２０】
各コイル対を形成する複数のコイルが、各々がもう１つに対し複数の発信器コイルが発信器コイルアレー内で配置されるのと同じ対称性を有して、検出器アレー内に配置される、間接的に請求項１３に従属するときの請求項１９に記載の金属物体検出装置。
【請求項２１】
検出器アレーがその中央軸周りで２回回転対称性を有する、間接的に請求項１４に従属するときの請求項１９に記載の金属物体検出装置。
【請求項２２】
発信器コイルアレーおよび検出器アレーが回転対称性の共通軸を有する、請求項２１に記載の金属物体検出装置。
【請求項２３】
各コイル対を形成するコイルが、１次磁場に対して実質的に反応しなくなることができるように、反対の極性または同じ極性で一緒に電気的に直列で接続される、請求項１９から２２のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２４】
使用時に、監視体積内に金属物体が存在しないとき出力が実質的に０になるように、検出手段の前記出力に補正が加えられる、請求項２３に記載の金属物体検出装置。
【請求項２５】
使用時に測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するようになされた、請求項１から２４のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２６】
使用時に監視体積の画像を、その占有物を含めて与えるように構成される撮影装置を備える、請求項１から２５のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２７】
監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を与えることができるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するように構成される表示装置を含む、請求項２６に記載の金属物体検出装置。
【請求項２８】
金属物体が分類されている部類を指示するための手段を備える、請求項２から２７のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項２９】
処理手段が、監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を測定された２次磁場から求めることができる、請求項１から２８のいずれかに記載の金属物体検出装置。
【請求項３０】
複数の金属物体を実質的に同時に分類するようになされた、請求項２９に記載の金属物体検出装置。
【請求項３１】
複数の金属物体を実質的に同時に特定するようになされた、請求項２９に記載の金属物体検出装置。
【請求項３２】
請求項１から３１までのいずれかに記載の金属検出装置を備える、金属物体検出ポータル。
【請求項３３】
（ｉ）時間によって変化する１次磁場を監視体積内に発生させるステップであって、磁場が、監視体積の実質的に全てにわたり非ゼロの大きさと、経路に沿った３つの位置のところで結果として起こる磁場が３つの互いに実質的に直交する方向を指すような、監視体積を通る任意の実質的に直線の前記経路に沿って変化する、結果として起こる磁場方向とを有するように配置されるステップと、
（ｉｉ）金属物体が監視体積を通り複数の測定点を通過するとき、監視体積内の金属物体の存在に起因する２次磁場を複数の位置のところで時間の関数として測定するステップと、
（ｉｉｉ）測定された２次磁場から、監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところでの金属物体の磁気モーメントを含む、監視体積を通る進路を求めるステップと、
（ｉｖ）監視体積内の金属物体の複数の位置および各位置のところのその磁気モーメントから、金属物体の特性でありかつ監視体積を通る金属物体の向きおよび進路に無関係な磁気識別特性を導き出すステップとを含む、監視体積内の金属物体を検出する方法。
【請求項３４】
金属物体の前記磁気識別特性に基づき、金属物体を複数の金属物体の分類のうちの１つに分類するさらなるステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
金属物体をその前記磁気識別特性から特定するさらなるステップを含む、請求項３３または３４に記載の方法。
【請求項３６】
監視体積を通る金属物体の進路を求めるステップが、測定された２次磁場に最小化アルゴリズムを適用するステップを含む、請求項３３から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを順次与えるために、各測定点に対する２次磁場測定値に最小化アルゴリズムが適用され、金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるように、前記位置および磁気モーメントが順序付けられる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
各測定点に対する２次磁場測定値が記憶され、最小化アルゴリズムが、３次元での金属物体の位置およびそこでの磁気モーメントを与えるために記憶された２次磁場測定値に順次適用され、かつ金属物体の進路および進路に沿った位置の関数としての磁気モーメントを与えるために、前記位置および磁気モーメントが順序付けられる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
監視体積を通る進路に沿った各位置のところで求められた磁気モーメントから金属物体に対する磁気分極率テンソルを計算するステップを含む、請求項３３から３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
金属物体に対する磁気分極率テンソルの固有値を計算するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
金属物体に対し計算された固有値を、複数のあらかじめ定められた部類に整理された複数の物体の固有値を含むデータベースに対し、金属物体を前記複数のあらかじめ定められた部類の物体のうちの１つに分類できるように比較するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体が所属する物体の部類を示す分類出力を作り出すステップを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
金属物体に対し計算された固有値を、計算された固有値から金属物体を特定できるように、複数の物体および関連するその同等物の固有値を含むデータベースと比較するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
計算された固有値がデータベース内の固有値と実質的に合致する場合、金属物体の識別情報を示す同定出力を作り出すステップを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
測定された２次磁場の実および虚の成分を１次磁場の位相に対して分離するステップを含む、請求項３３から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
監視体積の画像を、その任意の占有物を含めて撮るさらなるステップを含む、請求項３３から４５のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
監視体積の任意の占有物に対する金属物体の位置の可視表示を提供できるように、監視体積の画像および監視体積内の金属物体または複数の金属物体の位置を含む合成画像を表示するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
監視体積を同時に通過する複数の金属物体の各々の進路を、測定された２次磁場から求めるステップを含む、請求項３３から４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
複数の金属物体を実質的に同時に分類するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
複数の金属物体を実質的に同時に特定するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
【国際調査報告】
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