(57)【要約】ステーション１０１と受動装置１０２をもつ問合せシステム１００では、ステーション１０１は、電磁パルス１０５を送信することで物理量１０３について受信装置１０２に問合せする。受信装置１０２は、受信装置１０２により電磁パルス１０５のＵＷＢリフレクションに影響を及ぼすキャビティ１０９を有する。受動装置１０２の物理量１０３は、キャビティ１０９の物理的な特性１１０に影響を及ぼす。ステーション１０１は、物理量１０３を取得するためにリフレクションを受けて分析する。
2007507923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信装置に問い合わせることで前記受信装置の物理量を取得するステーションであって、電磁パルスを送信する送信手段、前記電磁パルスの変調されたＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−ＷｉｄｅＢａｎｄ）のリフレクションを前記受信装置から受ける受信手段、前記受信手段に結合され、前記リフレクションを復調し、前記物理量を取得する復調手段を含むステーションと、
前記変調されたＵＷＢのリフレクションを前記ステーションに送信する受動装置であって、前記物理量に依存して前記リフレクションを変調するためのキャビティを含む受動装置とを有し、
前記キャビティは、前記物理量に依存する物理特性を有する、
ことを特徴とする問合せシステム。
【請求項２】
前記受動装置はアイデンティティを有し、
前記受動装置は、前記アイデンティティに依存して前記リフレクションを変調するために更に構成され、
前記復調手段は、前記リフレクションから前記アイデンティティを取得するために更に構成される、
ことを特徴とする請求項１記載の問合せシステム。
【請求項３】
前記キャビティは物理的なディメンジョンを有し、前記物理量は、少なくとも２つの物理的なディメンジョンの比により決定される、
ことを特徴とする請求項１記載の問合せシステム。
【請求項４】
前記復調手段は、前記リフレクションのスペクトル成分を取得するためのスペクトル成分分析手段を有し、
前記スペクトル成分分析手段は、前記受信手段に結合される、
ことを特徴とする請求項１記載の問合せシステム。
【請求項５】
前記スペクトル成分分析手段は、
前記受信手段に結合され、受けたリフレクションをデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記デジタル信号にフーリエ変換を実行するフーリエ変換手段と、
を有することを特徴とする請求項４記載の問合せシステム。
【請求項６】
前記復調手段は、前記キャビティのレプリカを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の問合せシステム。
【請求項７】
前記電磁パルスは光ビームを含み、
前記受動装置は、前記光ビームを前記ＵＷＢリフレクションに変換するための非線形光学ユニットを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の問合せシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の問合せシステムにおける使用のためのステーション。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか記載の問合せシステムにおける使用のための受動装置。
【請求項１０】
受動装置に問い合わせることで物理的な特性を有するキャビティをもつ前記受動装置の物理量を取得する方法であって、
電磁パルスを前記受動装置に送信するステップと、
前記物理量により影響される物理的な特性に依存して前記キャビティにより変調されたとき、前記電磁パルスの変調されたＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−ＷｉｄｅＢａｎｄ）のリフレクションを受信するステップと、
受信された変調されたＵＷＢのリフレクションを復調するステップと、
前記物理量を取得するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動装置に問い合わせることで受動装置の物理量を取得するためのステーションを有する問合せシステムに関する。
また、本発明は、かかる問合せシステムでの使用のためのステーション及び装置に関する。
また、本発明は、受動装置の物理量を取得する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる問合せシステムは、“Ｐａｎｅｌ２.  Ｆｉｒｓｔ  ｕｓｅ  ｏｆ  Ｍｏｄｕｌｅｔａｅｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ”   Bell  Labs  Technical  Journal,  Autumn  1996,  Page  210とラベル付けされたフレーム、及び論文“Ａ  Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ  Ｒａｄｉｏ  ｆｏｒ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐｒｉｃｅ  Ｌａｂｅｌ  Ｓｙｓｔｅｍ”Bell  Labs  Technical  Journal,  Autumn  1996,  page  203-215の一部であるフレームから知られている。
【０００３】
フレームは、モスクワにおけるアメリカ大使館を盗聴するために使用されるワイヤレスシステムを記載している。このシステムでは、ステーションは、３３０ＭＨｚの周波数による無線波を、その周波数でキャビティ共振による受動装置に送信する。装置の音響振動板は、大使の声を搬送する、変調された後方散乱信号を生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
公知の問合せシステムの問題点は、同じ周波数をもつ他の無線周波数源からの干渉に対して感度が高いことである。
本発明の目的は、他の無線周波数ソースからの干渉に対して比較的感度が低い、開始節で記載されたタイプのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、電磁パルスを送信する送信手段、受動装置（passive  device）から、電磁パルスのＵＷＢ（Ultra  WideBand）のリフレクション（反射）を受信する受信手段、前記リフレクションを復調し、物理量（quantity）を取得し、受信手段に結合される復調手段を有する点で実現され、受動装置は、変調されたＵＷＢのリフレクションをステーションに送信するために構成され、物理量に依存してリフレクションを変調するためのキャビティ（cavity）を有しており、キャビティは、物理量に依存する物理的な特性を有している。
【０００６】
電磁パルスの変調されたＵＷＢのリフレクションは、多くの周波数にわたりそのエネルギーを拡散するので、システムは、他の周波数源からの干渉に対して比較的感度が低い。別の利点は、特に比較的高い周波数が使用されるとき、受動装置が比較的小さい場合があることである。更なる利点は、電磁パルスを放出する指向性アンテナを必要とすることなしに、同時に問合せすることができる複数の受動装置をシステムが有する場合があることである。
【０００７】
送信されたパルスは、ＵＷＢの無線周波数を有するが、光ビームである場合もある。パルスは、典型的に、下限及び上限を有する周波数レンジをもつスペクトルエネルギー密度を取得して、ナノ秒のオーダの期間を有する。下限は、ギガヘルツからテラヘルツにある。上限は、数十ギガヘルツから数百テラヘルツにある。
【０００８】
キャビティは、たとえば球、半球、円筒又は多面体といった規則的なボディを実質的に有する場合がある。キャビティは、開いているか又は閉じている場合がある。キャビティの物理的な特性は、１以上のその次元を有する場合があるが、たとえば、キャビティを満たす媒体又はキャビティを囲んでいる媒体の特性、たとえば表面伝導性又は磁気感受性である場合もある。キャビティは、特性に依存して変調される少なくとも１つの共振周波数を有する。キャビティは、当業者にとって公知であると考えられるファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）キャビティである場合ある。
【０００９】
復調手段は、受信された変調されたリフレクションを処理する。復調手段は、ブランチを有する補正アーキテクチャに基づいており、それぞれのブランチは、発振手段、混合手段及び相関手段を有する。それぞれのブランチは、キャビティ共振周波数の周りの周波数領域を処理するための専用とされる。ベースバンドプロセッサは、物理量を取得するため、ブランチからの出力信号を処理する。
【００１０】
なお、同じ論文は、小売業の紙の価格のラベルに取って代わるシステムを開示している。このシステムは、複数の電子的な価格のタグ、及び価格のタグに価格情報を提供するステーションを有する。価格のタグは、提供された価格情報を表示するディスプレイ、その電子回路及びディスプレイ用の電力を供給するバッテリを有する。このシステムにより対処される問題は、価格情報を無線で価格タグに配信することである。システムは、比較的高い複雑さと比較的高いコストをもつアクティブな、バッテリにより電力が供給される価格タグを有する。
【００１１】
有利なことに、受動装置はアイデンティティを有し、受動装置は、アイデンティティに依存したリフレクションを変調するために更に構成されており、変調手段は、リフレクションからアイデンティティを取得するために更に構成される。システムは、複数の装置を有し、ここでステーションは、装置はリフレクションを変調することでそのアイデンティティ（identity）を現すので、それぞれの装置を無線で識別することができる。装置のアイデンティティは、たとえば、１以上の特定のスペクトル成分を反射させる１以上のそのディメンジョン（dimension）である場合がある。装置のディメンジョン（寸法）により、ＵＷＢの指紋を与える。装置は、装置が十分に複雑な形状を有するときに固有のアイデンティティをもつキーとしての役割を果たす場合がある。形状は、うねり、櫛型、格子状、螺旋状、迷路、ラビリンス、又は同心構造、又はその複数又は組み合わせを含む場合がある。
【００１２】
有利なことに、キャビティは、物理的なディメンジョンを有し、物理量は、少なくとも２の物理的なディメンジョンの比により決定される。これは、環境からの乱れに対する問合せ（interrogation）の感度を減少させる場合がある。例は、装置のサイズが温度につれて一般に変動することである。キャビティの２つの適切な物理的なディメンジョンの比として物理量を決定することで、温度の影響が低減される。また、これは、装置の識別を改善する、アイデンティティにも当てはまる。
【００１３】
有利なことに、復調手段は、リフレクションのスペクトル成分を取得するためのスペクトル成分分析手段を有し、スペクトル成分分析手段は、受信手段に結合されている。スペクトル成分分析手段は、相間手段及び積分手段を有する場合がある。これは、比較的シンプルな復調手段を提供する。
【００１４】
有利なことに、スペクトル成分分析手段は、受信手段に結合され、受けたリフレクションをデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、デジタル信号にフーリエ変換を実行するフーリエ変換手段を有する。これは、それぞれのブランチについて完全な復調手段を有する必要を軽減して、多くのブランチでプロセッサが動作するのを可能にするので、復調手段を最適にする。別の利点は、ブランチの信号の集合の処理が簡略化されることである。
【００１５】
有利なことに、復調手段は、キャビティのレプリカを有する。この措置は、比較的シンプルな復調手段を提供する。レプリカは、物理量により変調されない。リフレクションは、レプリカにガイドされる。問合せされた物理量に依存して、レプリカは、リフレクションによる励起に応じて共振する。共振キャビティを検出することは、比較的シンプルである。また、復調手段は、別の物理量をもつ他のレプリカを有し、キャビティからの固定された変位で変調される場合もある。
【００１６】
有利なことに、電磁パルスは光ビームを有し、受動装置は、光ビームをＵＷＢリフレクションに変換する非線形光学ユニットを有する。光ビームは、ステーションと装置との間の媒体を通して比較的減衰なしで伝播する場合がある。したがって、比較的多くのエネルギーは装置に到達する。非線形光学ユニットは、エネルギーをＵＷＢリフレクションに変換する。光ビームが比較的少ない減衰を有する媒体の１例は、人体である。光ビームは、レーザから発生する場合がある。レーザは、７００〜１５００ナノメートルのレンジにある波長をもつサブピコ秒の赤外線パルスを提供する場合がある。受動装置は、非対称な金属−絶縁体−金属のダイオードとしてサンドイッチにされるＧａＡｓのような半絶縁性材料からなる光伝導性のテラヘルツアンテナのように機能する。非対称性のため、光赤外線ビームパルスがそれに衝突したときにビルトイン・ポテンシャルは放電する。サブピコ秒の電気パルスは、キャビティ構造によりフィルタリングされる。非線形の光学ユニットはＬｉＴａＯ３を有する場合があり、光学整流によりパルス化されたテラヘルツビームを生成する。これは、Ｃｈｒｅｎｋｏｖ整流として知られている。代替的に、受動装置は、一方の側に内蔵された表面電場（built-in  surface  electric  field）をもつＳｉを有する場合がある。Ｆｒａｎｓ−Ｋｅｌｄｙｓｈ効果のため、光整流は、表面近くで生じる。さらに代替的に、受動装置は、ｐｎ接合、光バンドギャップ構造又はフォトニック結晶を有する場合がある。
【００１７】
問合せシステムのこれらの態様及び他の態様は、添付図面を参照して更に明らかにされ、記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１では、ステーション１０１及び受動装置１０２を有する問合せシステム１００が概念的に示されている。受動装置１０２は、物理量１０３を有する。物理量１０３は、たとえば、位置、方向、角度、温度、気圧、液体圧、流体の流れ、音圧、力、加速、重力、湿度及び光強度である場合がある。ステーション１０１及び受動装置１０２の両者は、携帯型、移動体型又は固定型である場合がある。ステーション１０１は、物理量１０３について受動装置１０２に問合せする。この問合せは、電磁パルス１０５の送信によりステーション１０１から始まる。電磁パルス１０５は、広い周波数スペクトルを有する場合があるが、比較的狭い周波数スペクトルを代替的に有する場合がある。ステーション１０１は、電磁パルス１０５を送信するための送信手段１０４を有する。電磁パルス１０５は、媒体を通して受動装置１０２に伝播する。ステーション１０１は、受動装置１０２から、電磁パルス１０５の変調されたＵＷＢのリフレクション１０７を受けるための受信手段１０６を有する。ステーション１０１は、リフレクションを復調し、物理量１０３を取得するための復調手段１０８を有する。復調手段１０８は、復調の公知の原理に基づいており、受信手段１０６に結合される。
【００１９】
ＵＷＢは、あるスペクトルパワーの密度をもつ信号の特性として定義される場合がある。スペクトルパワー密度は、中心周波数で最大値を有する。スペクトルパワー密度は、中心周波数よりも高い上側周波数、中心周波数よりも低い下側周波数の両者で、最大値のフラクション（fraction）に減少する。
【００２０】
ＵＷＢの定義の１例では、上側周波数と下側周波数の間の差が所定の周波数の限界を超えた場合に信号は特性を有する。典型的な定義では、フラクションは−１０ｄＢに等しく、周波数の限界は０．５ＧＨｚに等しい。
【００２１】
ＵＷＢの定義の別の例では、中心周波数により分割される上側周波数と下側周波数の間の差がある比率を超える場合に信号は特性を有する。典型的な定義では、フラクションは−１０ｄＢに等しく、比率は０．２５に等しい。
【００２２】
電磁パルス１０５は、キャビティ１０９を有する受動装置１０２に進む。キャビティ１０９は、物理量１０３に依存する物理的な特性１１０を有する。物理的な特性は、キャビティのディメンジョン、電界、磁束、磁気感受性、誘電率、分極、又は原始格子のうちの１つ以上である場合がある。受動装置１０２は、電磁パルス１０５のエネルギーの一部を反射する。この反射は、受動装置１０２、キャビティ１０９の形状、幾何学的寸法及び材料に依存する。物理量１０３のキャビティ１０９の依存性のため、リフレクションは、物理量１０３にも依存する。言い換えれば、キャビティ１０９は、物理量１０３に依存してリフレクションを変調する。さらに、リフレクションは、他のファクタに依存する場合がある。受動装置１０２は、変調されたＵＷＢのリフレクション１０７をステーション１０１に反射する。
【００２３】
球状の受動装置１０２は、入射する電磁パルス１０５に対する角度依存を減少する場合がある。これは、誘電性の球体によるＭｉｅ散乱として特徴づけされる場合がある。これは、当業者にとって公知であると考えられる。受動装置１０２は、代替的に、誘電体のロッド、金属製のシェル、半球のキャビティにより支持されるスロットアンテナ、又は、反射する片持ちばねのアレイである場合がある。テラヘルツレンジにおけるスペクトル成分をもつ電磁パルス１０５について、受動装置１０２は、ミリメータよりも短い場合がある。受動装置１０２は、ＭＥＭＳ技術により製造される場合がある。
【００２４】
問合せは、無線かつ遠隔的に行うことができる。これは、ステーション１０１及び受動装置１０２が電磁パルス１０５及び変調されたＵＷＢのリフレクション１０７を伝播するのに適した媒体により結合される必要のみがあるためである。装置は受動的であるので、比較的安価となる場合がある。
【００２５】
キャビティ共振器の構造をもつ受動装置１０２は、１つの物理的なコンポーネントにアンテナと感知機能を提供する。目的は、より低いコスト及びより低い電力に適したものとするため、受動装置１０２の構造を簡単にすることである。混雑するネットワーク環境では、１つの共振特性を示す受動装置は広範囲なＭＡＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）プロトコルなしで固有にアドレス指定されない場合がある。単一の共振をもつ受動装置は、更なるコンポーネントをもつ広範囲なエレクトロニクスを必要とする場合があり、コスト及び電力消費量を上昇させる。したがって、異なる共振又は複数の共振を有する受動的なキャビティ構造が採用される場合があり、それぞれの装置は、固有のスペクトル特性を有する。これらの特徴は、１つのコンポーネントの受動装置に更に含まれる。これらの装置を効果的かつ同時にアドレスするため、ステーション１０１は、ＵＷＢの電磁パルス１０５で受動装置１０２を探査する場合がある。受動装置１０２は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）の原理をスペクトルの観点で使用することで、それら固有の共振の特徴を使用することで通信する。ＵＷＢパルスは広いスペクトルのカバレッジを有するので、受動装置１０２の全てのＣＤＭＡ成分は、同時に探査することができる。
【００２６】
受動的なキャビティ１０９の主要な共振は環境から感知された物理量１０３により乱れるので、装置１０２から反射された信号１０７の時間に依存する変調された部分は、周囲の知的な機能性を提供するのを助けるため、感知された情報をステーション１０１及びメインネットワークに搬送する。ステーション１０１は、データ及び信号の処理及び通信の手段を提供するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）又はＷｉＦｉのような従来のネットワークに接続される場合がある。
【００２７】
１例は、キャビティの幾何学的な形状における変化を生じて、キャビティ１０９の境界が物理量１０３に依存してその位置を変化させることである。
【００２８】
受動装置１０２は、アイデンティティ１１１を有する場合がある。受動装置１０２は、アイデンティティ１１１に依存してリフレクションを変調するために更に構成される場合がある。これは、ステーション１０１に受動装置１０２のフィンガープリントを効果的に提供する。システムは、別のアイデンティティ１１１及び別の物理量１０３を有する少なくとも１つの他の受動装置１０２を有する場合がある。ステーション１０１は、受動装置１０２及び少なくとも１つの他のパッシブ装置１０２の両者に実質的に同時に問い合わせる場合がある。ステーション１０１は、単一の電磁パルス１０５によりそれらそれぞれの物理量１０３について両方の装置に問合せする場合がある。復調手段１０８は、リフレクションからのアイデンティティ１１１を取得するために更に構成される場合がある。
【００２９】
単一の問合せシステム１００は、比較的多数の受動装置を有する場合がある。受動装置は比較的安価であるので、システムがたとえば数千の受動装置を含むときでさえ、問合せシステム１００は比較的安価な場合がある。ステーション１０１と受動装置のそれぞれとの間を結合する無線は、有線の結合のコストを回避する。また、これは受動装置がステーション１０１に関して移動する場合にも有効である。
【００３０】
キャビティ１０９は、物理的なディメンジョン１１２を有する場合がある。物理量１０３は、少なくとも２つの物理的なディメンジョン１１２の比率により決定される場合がある。物理量１０３の代わりに、アイデンティティ１１１は、少なくとも２つの物理的なディメンジョン１１２の比率により決定される場合もある。比を使用することで、擬似作用のために問合せシステム１００の感度が減少する場合がある。
【００３１】
復調手段１０８は、リフレクションのスペクトル成分を取得するためにスペクトル成分分析手段１１３を有する場合がある。スペクトル成分分析手段１１３は、受信手段１０６に結合される。
【００３２】
スペクトル成分分析手段１１３は、Ａ／Ｄコンバータ１１５及びフーリエ変換手段１１７を有する場合がある。Ａ／Ｄコンバータ１１５は、受けたリフレクションをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１１５は、受信手段１０６に結合される。フーリエ変換手段１１７は、デジタル信号にフーリエ変換を実行する。
【００３３】
復調手段１０８は、キャビティ１０９のレプリカ１１８を有する場合がある。レプリカは、比較的シンプルな復調手段１０８を提供する場合がある。レプリカ１１８は、物理量１０３における変化を検出するため、復調手段１０８の感度を増加する場合がある。
【００３４】
電磁パルス１０５は、光ビームを有する場合がある。受動装置１０２は、光ビーム１１９をＵＷＢリフレクションに変換するために非線形の光学ユニット１２０を有する場合がある。
また、問合せシステム１００は、他の公知の変調技術のための手段を含む場合もある。
【００３５】
なお、先に記載された実施の形態は、本発明を制限するよりはむしろ例示するものであり、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなしに多くの代替的な実施の形態を設計することができる。請求項では、括弧間に配置された参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する“comprise”」及びその派生語の使用は、請求項で述べたエレメント又はステップ以外のエレメント又はステップの存在を排除するものではない。エレメントに先行する冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、複数のかかるエレメントの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別のエレメントを有するハードウェア、適切にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。幾つかの手段を列挙している装置の請求項では、これらの手段の幾つかが同一アイテムのハードウェアにより実施することができる。所定の手段が相互の異なる従属の請求項で引用されることは、これらの手段の組み合わせを使用することがでないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る問合せシステムのブロック図である。
【図１】
2007507923.tif 000003
【国際調査報告】
2007507923.tif 000004
2007507923.tif 000005