(57)【要約】ミリメートル波からイメージを形成する方法および装置が開示されている。ミリメートル波放射を受けるために２つの幾何学的に直交する交差した共通偏波のファンビーム110,120を使用して視野が走査される。その後、前記ファンビームから受取られたミリメートル波放射は相互相関される250,650。また、ミリメートル波放射を受けるための方法およびアンテナ400,610が開示されている。アンテナは、ミリメートル波放射を受ける第１および第２のファンビームアンテナ410,420と、第２のファンビームアンテナ420によって受けられた入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転させるフィルタ430,440とを備えている。第１および第２の各ビーム110,120は交差し、共通偏波され、幾何学的に互いに直交している。さらに、ミリメートル波放射を受けるアンテナ610を使用し、そのアンテナ610から受取られたミリメートル波放射線を処理し、濾波された相互相関された信号を使用してイメージ682を構築するミリメートル波映像システム600および方法もまた開示されている。
2005532752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリメートル波からイメージを形成する方法において、
ミリメートル波放射を受けるために２つの幾何学的に直交する交差した共通の偏波のファンビームを使用して視野を走査し、
前記ファンビームから受信されたミリメートル波放射の成分を相互相関させるイメージ形成方法。
【請求項２】
前記２つのファンビームの電界の偏波は実質上平行に整列されるように配置されている請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記ファンビームの１つで受信された前記ミリメートル波放射の偏波回転フィルタ処理を行うステップを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記走査ステップは走査範囲を規定する方位および高低角度内で行われ、２つのファンビームの交差領域は前記走査範囲中の任意の点をカバーすることが可能である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記走査範囲は、前記視野を決定し、狭い方向の各ファンビームのビーム幅は前記イメージの角度分解能を決定する請求項４記載の方法。
【請求項６】
さらに、輝度のマップを生成するために前記視野中の各点で前記相互相関された出力を測定するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記視野中の各ファンビーム交差点で前記相互相関された出力を生成するために２つの幾何学的に直交して交差するファンビームを制御するステップを含んでいる請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記走査ステップは、二重ファンビームアンテナを使用して行われる請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記二重ファンビームアンテナは２個の変形されたピルボックスアンテナと、その変形されたピルボックスアンテナの１つに対する入射偏波の方向を変化させる偏波回転装置とを備えている請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ミリメートル波からイメージを形成する装置において、
ミリメートル波放射を受けるために２つの幾何学的に直交する交差した共通の偏波のファンビームを使用して視野を走査するアンテナと、
前記ファンビームから受信されたミリメートル波放射の成分を相互相関させる受信機とを備えているイメージ形成装置。
【請求項１１】
前記２つのファンビームの電界の偏波は実質上平行に整列されるように配置されている請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
さらに、前記ファンビームの１つで受信された前記ミリメートル波放射のための偏波回転フィルタを備えている請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記アンテナによる走査は走査範囲を規定する方位および高低角度内で行われ、２つのファンビームの交差領域は前記走査範囲中の任意の点をカバーすることが可能である請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記走査範囲は、前記視野を決定し、狭い方向の各ファンビームのビーム幅は前記イメージの角度分解能を決定する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
さらに、輝度のマップを生成するために前記視野中の各点で前記相互相関された出力を測定するためのプロセッサを含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項１６】
さらに、前記視野中の各ファンビーム交差点で前記相互相関された出力を生成するために２つの幾何学的に直交して交差するファンビームを制御する制御装置を備えている請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記アンテナは、二重ファンビームアンテナである請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
前記二重ファンビームアンテナは２個の変形されたピルボックスアンテナと、変形されたピルボックスアンテナの１つに対する入射偏波の方向を変化させる偏波回転装置とを備えている請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
ミリメートル波放射を受信する方法において、
ミリメートル波放射を受けるためにファンビームを使用して視野を走査し、
入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転し、
別のファンビームを使用して視野を走査して前記偏波回転されたミリメートル波放射を受信し、前記ファンビームは交差して互いに幾何学的に直交しており、前記放射は共通偏波であるミリメートル波放射の受信方法。
【請求項２０】
前記ファンビームはそれぞれ変形されたピルボックスアンテナを含んでいるファンビームアンテナによって与えられる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記変形されたピルボックスアンテナは、
少なくとも１つの側面に細長い開口を有する金属容器と、
前記金属容器内に、前記細長い開口と対向して位置している湾曲した主反射器と、
前記金属容器内のフィードホーンと、
前記フィードホーンを前記主反射器の表面に結合するための１以上の補助反射器とを具備し、
前記補助反射器の少なくとも１つは回転するように構成され、前記他方のファンビームの狭い方向に走査する１次元ビームを提供している請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記回転するステップは偏波回転トランスレフレクタを使用して行われ、そのトランスレフレクタは、
平坦な金属反射器と、
密接な間隔のワイヤのグリッドとを含み、
前記グリッドは前記平坦な金属反射器からｎ×λ／４の間隔であり、ここでｎは奇数の整数であり、λは前記ミリメートル波放射の波長である請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
前記偏波回転トランスレフレクタは前記他方のファンビームアンテナの開口に対して４５度の角度で配置され、入射するミリメートル波放射の方向に対しては実質上４５度で位置している請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第１のファンビームを使用して視野を走査することによりミリメートル波放射を受信するファンビームアンテナと、
入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転するフィルタと、
第２のファンビームを使用して視野を走査することにより前記偏波回転されたミリメートル波放射を受信する別のファンビームアンテナとを具備し、
前記ファンビームは交差して互いに幾何学的に直交しており、前記放射は共通偏波であるミリメートル波放射を受信するアンテナ。
【請求項２５】
前記ファンビームアンテナはそれぞれ変形されたピルボックスアンテナを含んでいる請求項２４記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記変形されたピルボックスアンテナは、
少なくとも１つの側面に細長い開口を有する金属容器と、
前記金属容器内に、前記細長い開口と対向して位置している湾曲した主反射器の表面と、
前記金属容器内のフィードホーンと、
前記フィードホーンを前記主反射器の表面に結合するための１以上の補助反射器とを具備し、
前記補助反射器の少なくとも１つは回転するように構成され、前記他方のファンビームの狭い方向に走査する１次元ビームを提供している請求項２５記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記偏波回転フィルタは偏波回転トランスレフレクタであり、そのトランスレフレクタは、
平坦な金属反射器と、
密接な間隔のワイヤのグリッドとを含み、
前記グリッドは前記平坦な金属反射器からｎ×λ／４の間隔であり、ここでｎは奇数の整数であり、λは前記ミリメートル波の波長である請求項２４記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記偏波回転トランスレフレクタは前記他方のファンビームアンテナの開口に対して４５度の角度で位置し、入射するミリメートル波放射の方向に対しては実質上４５度で位置している請求項２７記載のアンテナ。
【請求項２９】
イメージを生成するためにミリメートル波放射を受信する方法において、
第１および第２のファンビームによりミリメートル波放射を受信し、前記第１および第２のファンビームは互いに幾何学的に直交して交差しており、前記第２のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射は前記第１のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射と共通偏波であり、
前記第１および第２のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射の成分をそれぞれ下方変換して中間周波数（ＩＦ）信号を生成し、
前記ＩＦ信号を相互相関し、
得られた相互相関された信号を濾波して情景の各点の輝度に比例する値を生成する受信方法。
【請求項３０】
さらに、前記下方変換に先立って前記第１および第２のファンビームにより前記受信されたミリメートル波放射を増幅するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３１】
イメージを生成するためにミリメートル波放射を受信する装置において、
第１および第２のファンビームによりミリメートル波放射を受信する受信装置を具備し、前記第１および第２のファンビームは互いに幾何学的に直交して交差しており、前記第２のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射は前記第１のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射と共通偏波であり、
さらに、前記第１および第２のファンビームにより受信された前記ミリメートル波放射の成分を下方変換して各中間周波数（ＩＦ）信号を生成する下方変換器と、
前記ＩＦ信号を相互相関する相関器と、
得られた相互相関された信号を濾波して情景の各点の輝度に比例する値を生成するフィルタとを具備している受信装置。
【請求項３２】
さらに、前記下方変換に先立って前記第１および第２のファンビームにより前記受信されたミリメートル波放射を増幅する増幅器を有している請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
ミリメートル波放射を受信するステップを含み、その受信するステップは、
ファンビームを使用して視野を走査することによりミリメートル波放射を受信し、
入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転し、
別のファンビームを使用して視野を走査することにより前記偏波の回転されたミリメートル波放射を受信するステップを含み、前記ファンビームは互いに幾何学的に直交しており、
さらに、前記受信されたミリメートル波放射を処理するステップを含み、その処理するステップは、
前記ファンビームにより受信された前記アンテナからのミリメートル波放射の成分を受信し、
受信された前記ミリメートル波放射の各成分を下方変換して各中間周波数（ＩＦ）信号を生成し、
前記ＩＦ信号を相互相関し、
得られた相互相関された信号を濾波してアンテナビームにより走査された前記視野中の各点の輝度に比例する濾波された相互相関された信号を生成し、
この濾波されて相互相関された信号を使用して前記イメージを構築するステップを含んでいるミリメートル波イメージ形成方法。
【請求項３４】
さらに、必要に応じて前記アンテナの走査を独立して制御し、それにより前記イメージが前記濾波されて相互相関された信号から生成され、その信号は視野中の各点における情景の輝度に比例する値を提供するステップを含んでいる請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
ミリメートル波放射を受信する手段と、
受信機と、
処理装置とを具備し、
前記ミリメートル波放射受信手段は、
ファンビームを使用して視野を走査することによりミリメートル波放射を受信するファンビームアンテナと、
入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転させる手段と、
別のファンビームを使用して視野を走査することにより前記偏波の回転されたミリメートル波放射を受信する別のファンビームアンテナとを備え、前記２つのファンビームは互いに幾何学的に直交しており、
前記受信機は前記アンテナに結合され、
前記ファンビームアンテナにそれぞれ結合されてファンビームによるミリメートル波放射を受信する第１および第２の受信機と、
前記第１および第２の受信機により受信された前記ミリメートル波放射の各成分を下方変換してそれぞれ中間周波数（ＩＦ）信号を生成する下方変換器と、
前記ＩＦ信号を相互相関する相関器と、
得られた相互相関された信号を濾波してアンテナビームにより走査された前記視野中の輝度に比例する濾波された相互相関された信号を生成するフィルタとを備え、
前記処理装置は、濾波されて相互相関された信号を使用して前記イメージを構築するようにに構成されているミリメートル波映像システム。
【請求項３６】
前記処理装置は、必要に応じて前記アンテナの走査のための制御信号を独立に生成してそれにより前記イメージが前記濾波されて相互相関された信号から生成され、その信号は視野中の各点における情景の輝度に比例する値を提供する請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にミリメートル波映像システムに関し、特に、ミリメートル波放射を検出して対応するイメージを生成する実時間ミリメートル波映像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリメートル波映像システムは、機器の視野中のオブジェクトにより放射されまたは反射される３０〜３００ＧＨｚの範囲の熱により発生された放射を検出することによって情景の画像を生成する。このようなシステムは、赤外線および可視光を検出する等価の装置に勝る利点を有する。何故ならば、ミリメートル波放射は低い可視状態そおよび妨害のある状態（例えば、布、壁、雲、霧、靄、雨、塵、煙、砂嵐によって生じる）でも透過力があり、他の注目される波長で生じる高いレベルの減衰がないからである。これは特に、９０乃至１１０ＧＨｚおよび２１０乃至２５０ＧＨｚで生じる無線波の大気伝送に対する特別の“窓”の場合に特に顕著である。
【０００３】
ミリメートル波映像システムは、航空機の着陸誘導、空中、地上、海上輸送における衝突防止、地上ベースの車両交通の検出および追跡、侵入者、密貿易および武器に対する隠蔽された管理等のような重要な応用範囲で使用されることができる。このような応用では実時間の“映画のカメラ”のような映像化が非常に望ましい。しかしながら、民間市場において広い需要が認められるこのようなシステムに対して感知機器は軽く、小型で、コストが経済的でなければならない。
【０００４】
ある範囲のミリメートル波映像システムは報告されているが、広く市場で受け入れられるために必要な、大きさ、重量、およびコストの要求を満足させながら、同時に実時間で動く映像を提供することはできていない。このようなシステムは２つの異なった技術を使用している。すなわち、単一アンテナのビームの機械的走査および２次元アレイである。
【０００５】
単一の受信システムに接続された単一アンテナのビームの機械的走査は放射された放射線を検出して輝度のマップまたはイメージを生成するために情景に対してラスターパターンで行われる。結果的に得られたイメージの角度分解能はアンテナビームの幅によって決定され、一方走査角度は視野を決定する。迅速な実時間の映像化は困難または不適切であり、それは物理的に大型で取扱いの困難なアンテナ素子（高い角度分解能を得るために必要とされる）を高い割合で迅速に動かさなければならないからである。
【０００６】
２次元アレイの小型の電気アンテナと統合された受信機は、あるアンテナシステムの焦点面で受信されたミリメートル波信号の大きさをサンプリングする。その後、この情報はその計器の視野中の輝度のスナップショットを生成するために使用される。任意の所定の平面において、結果的に得られたイメージの角度分解能は、アレイを横切る素子の数とそのアレイの外側寸法によって決定される。対照的に、視野は個々のアンテナ・アレイ素子のビーム幅により決定される。迅速な実時間映像化はこれらのシステムにより行われることができる。しかしながら、これは非常に多くの（何千もの）ミリメートル波受信サブシステムと複雑な電子位相シフトおよび振幅加重ネットワークという犠牲を払って行われる。必要とされる受信機が非常に多いために、直接検出システムに有利になるようにヘテロダインシステムは回避され（局部発振器の分配問題を考慮して）、利得安定性および低い感度の問題が伴なう。このような非常に多数のミリメートル波ヘテロダイン受信機へのコヒーレントな局部発振器の分配にはかなり多くの問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、実時間の映画のような映像を生成することが可能であり、さらにコンパクトで複雑さの軽減された製造費の安い改良された実時間ミリメートル波映像システムが必要とされていることは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴にしたがって、イメージがミリメートル波から形成される。これを行うために、ミリメートル波放射を受けるために２つの幾何学的に直交する交差した共通の偏波のファンビームを使用して視野が走査される。２つのファンビームから受信されたミリメートル波放射の成分は相互相関される。２つのファンビームの電界の偏波は、実質上平行に整列されるように配置されている。これは、ファンビームの１つで受信されたミリメートル波放射の偏波回転フィルタ処理によって行われる。２つのファンビームは、走査範囲を規定する方位および高低角度内で走査されることができる。２つのファンビームの交差領域はこの走査範囲中の任意の点をカバーすることが可能である。この走査範囲は視野を決定し、狭い方向の各ファンビームのビーム幅はイメージの角度分解能を決定している。輝度のマップを生成するために視野中の各点で相互相関された出力が測定される。視野中の各ファンビーム交差点で相互相関された出力を生成するために２つの幾何学的に直交して交差するファンビームが制御される。走査は二重ファンビームアンテナを使用して行われることが好ましい。この二重ファンビームアンテナは、２個の変形されたピルボックスアンテナと、変形されたピルボックスアンテナの１つに対する入射偏波の方向を変化させる偏波回転装置とを備えている。別の変形されたピルボックスアンテナに対する入射偏波の方向を変化させる偏波回転装置を備えることにより、別の偏波のミリメートル波からイメージが形成されることができ、１つの偏波回転装置だけが常に使用されている。
【０００９】
本発明の第２の特徴にしたがって、ミリメートル波放射が受信される。ミリメートル波放射を受けるためにファンビームを使用して視野が走査される。入射するミリメートル波放射の偏波は９０度回転され、この偏波回転されたミリメートル波放射を受信するために別のファンビームを使用して視野が走査される。ファンビームは交差し、互いに幾何学的に直交しており、さらにその放射は共通偏波されている。このファンビームは各ファンビームアンテナによって与えられる。このようなアンテナはそれぞれ、変形されたピルボックスアンテナを含んでいる。変形されたピルボックスアンテナは、少なくとも１つの側面に細長い開口を有する金属容器と、この金属容器内に、その細長い開口と対向して位置している湾曲した主反射器の表面と、この金属容器内のフィードホーンと、およびこのフィードホーンを前記主反射器の表面に結合するための１以上の補助反射器とを具備していることが好ましい。補助反射器の少なくとも１つは回転するように設計され、ファンビームの狭い方向に走査する１次元ビームを提供する。ファンビームの偏波回転は、偏波回転トランスレフレクタを使用して行われてもよい。このトランスレフレクタは、平坦な金属反射器と、および密接な間隔のワイヤのグリッドとを備えていることが好ましい。ワイヤは平坦な金属反射器からｎ×λ／４の間隔であることが好ましく、ここでｎは奇数の整数であり、λはミリメートル波放射の波長である。偏波回転トランスレフレクタは第２のファンビームアンテナの開口に対して４５度の角度で位置され、入射するミリメートル波放射の方向に対しては実質上４５度で位置されてもよい。ファンビームに対する偏波回転は、同様に配列された偏波回転トランスレフレクタと平坦な金属反射器を交換することにより切替えられてもよい。交換は、偏波回転トランスレフレクタの後面を平坦な金属反射器として使用するためにこれを１８０度回転させることにより行われてもよい。交換は、切替え可能な導電性を有する材料から構成された偏波回転トランスレフレクタのワイヤを形成することにより行われてもよい。
【００１０】
本発明の第３の特徴にしたがって、イメージを生成するためにミリメートル波放射が受信される。これを行うために、第１および第２のファンビームによりミリメートル波放射が受信される。第１および第２のファンビームは互いに幾何学的に直交して交差している。第２のファンビームにより受信されたミリメートル波放射は、第１のファンビームにより受信されたミリメートル波放射と共通偏波である。第１および第２のファンビームにより受信されたミリメートル波放射の成分は、各中間周波数（ＩＦ）信号を生成するように下方変換される。このＩＦ信号は相互相関される。得られた相互相関された信号は濾波され、情景中の各点の輝度に比例する値を提供する。下方変換するステップに先立って第１および第２のファンビームにより受信されたミリメートル波放射が増幅されてもよい。
【００１１】
本発明の第４の特徴にしたがって、ミリメートル波イメージ形成方法が開示されている。これを行うために、ミリメートル波放射が受信される。この受信するステップは、ファンビームを使用して視野を走査することによりミリメートル波放射を受信し、入射ミリメートル波放射の偏波を９０度回転し、別のファンビームを使用して視野を走査することにより偏波回転されたミリメートル波放射を受信するステップを含んでいる。ファンビームは交差し、互いに幾何学的に直交している。受信されたミリメートル波放射は処理される。この処理するステップは、ファンビームにより受信されたアンテナからのミリメートル波放射の成分を受信し、受信されたミリメートル波放射の各成分を下方変換して中間周波数（ＩＦ）信号を生成し、このＩＦ信号を相互相関し、得られた相互相関された信号を濾波するステップを含んでいる。この濾波された相互相関された信号は、アンテナビームが走査されたときの視野中の各点における輝度に比例している。このようにして、情景のイメージが構築されることができる。各ファンビームの走査は、必要に応じて、独立的に制御され、それによりイメージは濾波されて相互相関された出力信号から生成されることができ、この信号が視野中の各点における情景の輝度に比例する値を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して２、３の実施形態を説明する。  
ミリメートル波からイメージを形成する方法および装置、ミリメートル波放射を受信する方法およびアンテナ、イメージを生成するためにミリメートル波放射を受信する方法および装置、ならびにミリメートル波イメージ形成のための方法およびシステムが開示されている。以下の説明において、多数の特定の詳細が記載されている。別の例においては、本発明を曖昧にしないために当業者によく知られている詳細は示されていない。この開示を考慮して、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、修正、置換および、または変更が行われてもよいことが当業者に明らかになるであろう。
【００１３】
本発明の実施形態は、運動中のターゲットを実時間で映像化することのできる簡単で低コストの機器を実現可能にする改良された映像化方法、アンテナおよびシステムを含んでいる。広い意味において、それら実施形態は、２つの直交する交差したファンビームから受信された信号を相互相関することにより検出計器の視野中のミリメートル波輝度のマップまたはイメージを生成する。
【００１４】
一般的なファンビームアンテナ
ファンビーム放射パターンを有するアンテナは、１方向のみにおいて狭い角度範囲のものである視野内のある領域からの放射線を検出し、その一方で直交する平面における広いパターンを処理する。典型的にファンビームは、本質的に１次元であるアンテナまたはアンテナのアレイ（たとえば、細長いスロット、スロットの線形アレイ、またはパッチアンテナの線形アレイ）によって生成されることができる。狭い方向におけるビームの幅は、開口またはアレイの電気的な長さに反比例する。対照的に広い方向におけるビーム幅は、開口の幅またはアレイの個々の素子に反比例する。開口またはアレイの素子を横切る電気的な励起の位相の勾配を直線的に変化させることにより、狭い方向におけるファンビームの角度的な位置が視野を横切って走査されることができる。
【００１５】
本発明の実施形態によると、２つのこのようなファンビームは、それらビームが計器の視野中で直角に交差するように配置される。図１は、２個の交差したファンビームアンテナの放射パターン100を示す説明図である。このパターン100はＥ平面ファンビームアンテナパターン110と、Ｈ平面ファンビームアンテナパターン120と、およびペンシルビームパターン130とを含んでいる。各ビーム内の電界の偏波は平行に配列されるように配置されている。ファンビーム110、120は方位および高低角度内で走査され、その交差領域130はこの走査範囲中の任意の点をカバーするように形成されることができる。したがって、走査範囲は計器の視野を決定し、狭い方向におけるファンビームのビーム幅はイメージの角度分解能を決定する。イメージ中の任意の点におけるミリメートル波輝度は、１つのアンテナシステムによって受信された信号間の相互相関に比例する。
【００１６】
映像受信システム
映像システムの重要なコンポーネントは受信機であり、この受信機がアンテナから出力を得て、信号を増幅し、その後この増幅された信号を都合のよい中間周波数に下方変換し、その中間周波数において相互相関が行われることができる。ファンビームアンテナの設計に応じて、このような受信システムに対する多くの構成が可能である。
【００１７】
図２に示されている本発明の１実施形態による映像受信システム200は２個の受信機だけを使用し、全体的なイメージをサンプリングするために一方が垂直方向に走査するアンテナ202に接続され、他方が水平平面を走査するアンテナ204に接続されている。アンテナ202はＥ平面アンテナであり、アンテナ204はＨ平面アンテナである。Ｅ平面アンテナは１以上の無線周波数（ＲＦ）低雑音増幅器（ＬＮＡ）212A、212Bに結合されている。１以上の低雑音増幅器212Bの出力は各ブロック下方変換器232に結合される。同様に、Ｈ平面アンテナ204は１以上のＬＮＡ214A、214Bに結合されている。ＬＮＡ214Bの出力は別のブロック下方変換器234に結合される。局部発振器220は両ブロック下方変換器232、234に入力を供給する。
【００１８】
各ブロック下方変換器232、234は各中間周波数（ＩＦ）信号を生成し、これら両信号が相関器240に供給される。相関器240の出力はローパスフィルタ250に供給され、このローパスフィルタ250が出力信号260を生成する。視野中の各点におけるミリメートル波の輝度のマップは、その視野にわたってアンテナビームを走査すると共に、広帯域アナログ乗算器240を使用して受信機出力の間の相互相関を各視野点において測定することによって生成される。
【００１９】
偏波回転フィルタ（示されていない）は、両ファンビームが同じ偏波で動作するようにアンテナ開口の１つの前方に配置されることができる。
【００２０】
映像システム用アンテナ
本発明の１実施形態によると、簡単で廉価な構成では、図３に示されている多重反射器“ピルボックス”型アンテナ300が使用される。この簡単化された例では、成形された主反射器334は回転する補助反射器320を介して単一のフィードホーン330、332に結合され、この補助反射器320は、それが回転するときビーム走査を行う。２以上の補助反射器が使用されてもよく、少なくとも１つの補助反射器が回転してビーム走査を行う。回転する補助反射器320がその質量中心を中心として回転する注意深い機械的および電気的設計により、高速走査が行われることが可能である。補助反射器320はその形態がディスク状であることが好ましい。このシステムの重要な利点は、ヘテロダイン受信機がビーム当りただ１個あればよいことである。システムの簡単さおよび費用から見て、また、複雑なアレイの位相調整を必要とせずに簡単な局部発振器分配システムが可能であるため、これは有効である。
【００２１】
通常の“ピルボックス”アンテナにおいては、放物線状シリンダが反射器として使用される。“ピルボックス”は、放物線状シリンダを通りこのシリンダ素子に対して垂直な２つの平行な平面から形成されている。典型的に、シリンダの焦線は、平行なプレートの開放端によって形成された開口の中心に位置されている。フィードホーンは、それが焦線に配置されたときに開口の重要な部分を遮断し、その結果“ピルボックス”自身の中で定在波が発生するだけでなく、アンテナのファーフィールドパターンにおいて大きいサイドローブも生じる。
【００２２】
“ピルボックス”の一方の側だけが照射されるようにオフセットフィード装置が使用されたとき、非常によく改良された性能が得られることが可能である。パラボラの弧はそれの頂点を含まず、フィードホーンはこの弧を照射するように向いている。その照射が非対称的であっても、良好なサイドローブ性能が得られる。その代り、“ピルボックス”アンテナはパラボラの軸を中心として対称的であってもよいが、しかし遮断を回避するために折返しレンズとして構成される。しかしながら、このようなアンテナは、非折返し設計より製造が困難である。
【００２３】
図３に示されているミリメートル波ファンビームアンテナ300は、放射開口312がその１つの側面に形成された金属容器310を備えている。放射開口312の長さはほぼ２００波長（λ）であり、放射開口312の幅はほぼ１波長（１λ）である。これらの測定値は好ましいが、別の寸法が本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されてもよい。開口における電界の方向は矢印314によって示されている。テーパーを有する導波管フィードホーン330に結合された主反射器表面334は金属容器310内に配置されており、この容器310内の放射開口312の反対側には導波管入出力332が配置されている。金属容器310内におけるテーパーを有する導波管フィードホーン330の底面には、１次元ビーム走査のための回転する補助反射器320が位置している。
【００２４】
アンテナ300は１以上の補助反射器320を使用してフィードホーン330、332をオフセット“ピルボックス”構造で結合する。主反射器334は、可能な限り広い走査範囲にわたって良好なサイドローブ性能を有して強化された軸外れ走査角度を提供するように伝統的なパラボラから離れた形状にされている。主反射器334は１以上の補助反射器320を介して単一のフィードホーン330に結合され、これらの補助反射器320はまた、完全なアンテナ装置300の走査性能を増強するプロフィールを有するように設計されている。これらの補助反射器320の１つは、その補助反射器320が回転して、この補助反射器320が回転したときに主ビーム走査を行うように構成される。回転する補助反射器320がその質量中心を中心として回転する注意深い機械的および電気的設計により、高速走査が行われることが可能である。
【００２５】
映像システムに関して、１対の独立的に走査される直交するように方向付けられたファンビームが必要とされ、電気的偏波の方向は各ビームにおいて整列されている。図４の構造400で示されているように構成された図３に示されているタイプの２個の“ピルボックス”アンテナ410、420が使用される。図４に示されているように、アンテナ410は水平方向に縦に向けられた開口414を有し、他方のアンテナ420は垂直方向に縦向きの開口424を有している。各開口414、424における電界の方向412、422が示されている。したがって、開口424は観察された情景に直接結合し、一方他方の開口414は、この開口414が受動反射スクリーン430、440を介して結合されるように直角に配列されており、また、開口414のファーフィールドパターンの狭いディメンションが他方のアンテナ420のパターンに対して直角になるように方向付けられている。
【００２６】
受動反射スクリーン430、440は一般に、開口414を有するファンビームアンテナの410の表面に対して４５度の角度で構成される。受動反射スクリーンは、密接な間隔の細かいワイヤグリッド440から１／４波長の倍数（ｎλ／４）だけ間隔を隔てられた平坦な金属反射器430を有していることが好ましい。このグリッド440は反射器430とアンテナ410との間に配置されている。グリッド440のワイヤは、入射フィールド偏波の方向に対して４５度で整列されている。この構成400の結果、標準的な平坦な反射器430が使用された場合、ファーフィールドにおいて直交した偏波が生じる。
【００２７】
共通偏波ファーフィールド応答特性を得るための別の方法として、Ｅフィールドベクトルが９０度回転されて開口の長手方向に並行に整列されるように“ピルボックス”アンテナ410、420に対するフィードを変形してもよい。この構成に関して、表面品質および金属壁の間隔のわずかな変化がアンテナ性能を著しく劣化させる可能性がある。しかしながら、この構成に対して、偏波回転フィルタ430、440はもはや含まれる必要はない。
【００２８】
共通偏波を得るための好ましい方法は、“トランスレフレクタ”430、440の使用によるものである。トランスレフレクタ430、440はワイヤグリッド440から構成され、ワイヤが入射電界ベクトルに対して４５度で整列され、動作周波数において１／４波長の奇数倍の間隔を有し平坦な金属反射器430が裏面に配置されている。ワイヤ間隔およびワイヤの直径は共に、動作波長と比較して小さくなければならない。この構成の結果、グリッド440と反射器430との間の間隔により決定される限定された帯域幅にわたって（１／４波長の数が大きいと高く、帯域幅は狭い）、アンテナシステムのファーフィールド放射パターンをそれ程変化させずに入射波の偏波を９０度回転させることができる。
【００２９】
図５には、図３に示されているタイプの２個の“ピルボックス”アンテナ510、520が別の方法で構成された構造500が示されている。一般に、図５は、２個のピルボックスアンテナがそれらの平坦な側を平行にし、開口を９０度隔てて方向付けた状態でどのようにして配置されることが可能であるかを示している。両開口の正面には、１つの開口だけが偏波回転された放射線を常に受信するように、平坦な金属反射器と交換されることのできる偏波回転トランスレフレクタが配置されている。この結果、２つの偏波のいずれのイメージを形成することのできる図４よりもコンパクトな構造が得られる。回転する補助反射器の軸は平行であり、そのため簡単な歯車機構を使用して、ラスター走査を行うためにファンビームの交差に対して必要とされる相対的な回転速度を与えることができる。
【００３０】
図５に示されているように、アンテナ510は水平方向において縦向きの開口530を有し、一方アンテナ520は垂直方向において縦向きの開口540を有している。両開口の前方には、１つの開口だけが常に偏波回転された放射線を受信するように平坦な金属反射器と交換されることのできる偏波回転トランスレフレクタが位置されている。図５において、水平な開口530がトランスレフレクタ550を介して観察された情景に結合され、一方垂直な開口540が平坦な金属反射器560を介して観察された情景に結合される。トランスレフレクタ550は平坦な金属反射器と交換されてもよく、また平坦な金属反射器560は、この反射器560上に点線で示されているように、トランスレフレクタと交換されてもよい。交換は、偏波回転トランスレフレクタを１８０度回転させてそれの後面を平坦な金属反射器として使用することにより行われてもよい。交換は、切替え可能な導電性を有する材料から偏波回転トランスレフレクタのワイヤを形成することにより行われてもよい。この構成500が図４中の構成400に優る利点は、構成500が占有する全体的な容積のほうが小さく、２つの偏波からイメージを形成することができることである。この構成500においては、回転する補助反射器320の軸は平行であり、したがって単純な歯車機構（示されていない）を使用して、ファンビーム110、120の交差130により視野のラスター走査が行われる相対的な回転速度を得ることができる。
【００３１】
図６は、別の実施形態による実時間相互相関ミリメートル波映像システム600の構成を示すブロック図である。このシステムは、視野中における映像形成の目標物としての樹木602と共に示されているが、それは単なる例示に過ぎない。二重ファンビームアンテナ610はその目標物620を走査するために使用され、アンテナ610により生成された各水平および垂直走査604、606もまた示されている。二重ファンビームアンテナ610は、図４に示されているタイプ400であってもよい。代りに、二重ファンビームアンテナ610は、図５に示されているタイプ500であってもよい。二重ファンビームアンテナ610は、Ｅ平面およびＨ平面出力のそれぞれを図２に示されているものに類似した映像受信システムに供給する。
【００３２】
Ｅ平面出力は低雑音増幅器612に供給され、Ｈ平面出力は別の低雑音増幅器614に供給される。次に、ＲＦ増幅器として動作する低雑音増幅器612、614はそれぞれミキサ620、622に結合される。さらに、両方のミキサ620、622に対して局部発振器630が結合される。ミキサ620、622の各出力は、ＩＦ増幅器640、642に入力として供給される。ＩＦ増幅器640、642の出力は相互相関器652に供給される。
【００３３】
相互相関器652の出力はベースバンドフィルタ660に供給される。このベースバンドフィルタ660は出力信号をシステムに供給する。ベースバンドフィルタ660の出力は、アナログデジタル（Ａ／ＤまたはＡＤＣ）変換器670に供給される。このＡＤＣ670は出力信号からデジタルデータを生成し、そのデジタルデータは入力としてコンピュータ680に供給される。ハードウェアおよび、またはソフトウェアを使用するコンピュータ680は、ＡＤＣ670から得られたデジタルデータを使用してコンピュータイメージ682を生成することができる。次に、このデジタルデータを使用して、コンピュータ680は走査制御信号690（破線で示された）を二重ファンビームアンテナ610に供給することができる。図６に示されているように、走査制御信号690は各ピルボックスアンテナに供給されることが好ましい。
【００３４】
本発明の実施形態には、以下の１以上を含む種々の利点がある：
走査されたビーム映像システムを構成するための“ピルボックスアンテナ”の使用；
回転する補助反射器を使用してビームが１次元で走査される“ピルボックスアンテナ”；
共通偏波のファーフィールド応答特性を有する二重走査ビームシステムを得るためのワイヤグリッドトランスレフレクタの使用；
ファーフィールド応答特性の切替え可能な偏波を得るための平坦な金属反射器と交換可能なワイヤグリッドトランスレフレクタの使用；
ビーム当り１個のヘテロダイン受信機があればよいようにするための機械的に走査されるビームの使用；
各アンテナが１方向に走査すればよいようにするための２つの交差したファンビームの使用。
【００３５】
以上、ミリメートル波からイメージを形成するための方法および装置、ミリメートル波放射を受信する方法およびアンテナ、イメージを生成するためにミリメートル波放射を受信する方法および装置、ならびにミリメートル波イメージ形成のための方法およびシステムが開示されてきた。この開示を考慮して、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、修正、置換および、または変更が行われてもよいことが当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態による２個の交差したファンビームアンテナの放射パターンの説明図。
【図２】本発明の１実施形態による実時間ミリメートル波映像システムの簡単化されたブロック図。
【図３】本発明の別の実施形態による走査ビーム映像システムを構成するピルボックスアンテナの斜視図。
【図４】本発明のさらに別の実施形態による共通偏波ファーフィールド応答特性を有する二重ビーム走査ビームアンテナを生成する２個のピルボックスアンテナおよび金属反射器を組合せた装置の斜視図。
【図５】本発明のさらに別の実施形態による２つの偏波のいずれかの共通偏波ファーフィールド応答特性を有する二重ビーム走査ビームアンテナを生成する２個のピルボックスアンテナおよび平坦な金属反射器と交換可能な２個のピルボックスアンテナおよび２個の偏波回転トランスリフレクタを組合せた装置の斜視図。
【図６】図２の変形されたミリメートル波映像システムにおける図４または５の二重ファンビームアンテナを備えた本発明のさらに別の実施形態による実時間相互相関ミリメートル波映像システムのブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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