(57)【要約】【課題】  フェーズドアレイ技法を使用して、無線周波画像を検出するための装置、画像処理器エレメント、および方法を提供する。【解決手段】  装置例は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路上に形成された無線周波アンテナのアレイを含む。また、この装置は、無線周波画像の少なくとも一部分に焦点が合うようにアンテナからの無線周波信号を選択的に位相偏移させるように構成されたコントローラも含む。【選択図】  図６
2013528788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波画像を検出するための装置であって、前記装置が、
１つまたは複数のパッケージ化集積回路によって担持された無線周波アンテナのアレイと、
前記無線周波画像の少なくとも一部分に焦点が合うように前記アンテナからの無線周波信号を選択的に位相偏移させるように構成されたコントローラと
を含む、装置。
【請求項２】
少なくとも１つの固定レンズを含むレンズ組み立て品
をさらに含み、
前記アンテナのアレイが前記レンズ組み立て品の焦点面に位置決めされる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記アンテナからの前記無線周波信号を結合するように構成された電力結合器と、
複数の無線周波スイッチであって、それぞれの無線周波スイッチが前記無線周波アンテナのそれぞれ１つに結合され、それぞれのアンテナからの前記信号が個々に画像処理するかまたは前記電力結合器によって前記アンテナからの他の無線周波信号と結合することができるようになっている、複数の無線周波スイッチと、
それぞれのアンテナ用の移相器と
をさらに含む、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記無線周波アンテナのアレイの少なくとも一部が、前記コントローラによって電子的に操縦されるように選択的に構成される、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記アンテナがミリ波帯域内の電磁波を検出するように構成される、請求項２記載の装置。
【請求項６】
前記アンテナが検出すべき前記画像の瞳孔面に位置決めされる、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナがシリコン基板によって担持される、請求項６記載の装置。
【請求項８】
それぞれのアンテナ用の移相器と、
位相偏移させた無線周波信号を結合するための１つまたは複数の電力結合器と
をさらに含む、請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記無線周波アンテナによって検出された前記無線周波信号間の位相コヒーレンスを維持するために使用される局部発振器をさらに含む、請求項６記載の装置。
【請求項１０】
前記無線周波アンテナのアレイが、前記アレイが低密度充填アレイとして実現されるように、均一グリッド上の２つまたはそれ以上のポイントに配置されたアンテナを含む、請求項６記載の装置。
【請求項１１】
前記アンテナが３０〜３００ＧＨｚの帯域の範囲内の電磁波を検出するように構成される、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
無線周波レンズからの集束無線周波信号を検出するための画像処理器アレイ内の画像処理器エレメントであって、前記画像処理器エレメントが、
集束無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナと、
前記無線周波信号が前記画像処理器アレイ内の他の画像処理器エレメントによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに前記画像処理器アレイの少なくとも一部が電子的に操縦されるように前記無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器と、
前記無線信号を前記他の無線信号と結合せずに前記無線周波信号を画像処理器に渡すように構成された第１のピクセル検出器回路と、
前記無線周波信号を前記移相器および前記ピクセル検出器のうちの一方にそらすように構成可能な無線周波スイッチと
を含む、画像処理器エレメント。
【請求項１３】
前記画像処理器アレイが所望の角度まで電子的に操縦されるように前記移相器によって必要な偏移の度数を決定するように構成されたデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブルをさらに含む、請求項１２記載の画像処理器エレメント。
【請求項１４】
前記移相器に結合され、前記無線周波信号を前記他の無線周波信号と電力結合して、電力結合された無線周波信号を出力するように構成された電力結合器をさらに含む、請求項１２記載の画像処理器エレメント。
【請求項１５】
前記電力結合器に結合され、前記電力結合された無線周波信号を前記画像処理器に渡すように構成された第２のピクセル検出器回路をさらに含む、請求項１４記載の画像処理器エレメント。
【請求項１６】
画像処理器アレイ内の画像処理器エレメントであって、前記画像処理器エレメントが、
瞳孔面に位置決めされ、無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナと、
前記無線周波信号が前記画像処理器アレイ内の他の画像処理器エレメントによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに前記画像処理器アレイが電子的に操縦されるように前記無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器であって、前記他の画像処理器エレメントが前記瞳孔面の前記画像処理器エレメントから物理的に隔離される、移相器と、
前記画像処理器エレメントと前記画像処理器アレイ内の前記他の画像処理器エレメントによる位相コヒーレンスを維持するための共通局部発振器信号と
を含む、画像処理器エレメント。
【請求項１７】
前記画像処理器アレイが所望の角度まで電子的に操縦されるように前記移相器によって必要な偏移の度数を決定するためのデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブルをさらに含む、請求項１６記載の画像処理器エレメント。
【請求項１８】
前記画像処理器エレメントが、前記無線周波信号を他の無線周波信号と電力結合して、電力結合された無線周波信号を出力するように構成されたパッケージ化集積回路の一部として形成される、請求項１６記載の画像処理器エレメント。
【請求項１９】
無線周波信号を画像処理するための方法であって、
アンテナのアレイに属す無線周波アンテナから集束無線周波信号を受信することと、
前記無線信号を前記他の無線信号と結合せずに前記無線周波信号を画像処理器に渡すように構成されたピクセル検出器回路から、前記無線周波信号が前記アンテナのアレイ内の他のアンテナによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに前記アンテナのアレイの少なくとも一部が電子的に操縦されるように前記無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器回路に前記無線周波信号を切り替えること
を含む、方法。
【請求項２０】
前記画像の少なくとも一部の熱分解能および空間分解能を変更することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年４月２０日出願の米国仮特許出願第６１／３２５８９４号に対して米国特許法１２０条に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、ミリ波画像処理（ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  ｗａｖｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）へのフェーズドアレイ技法の適用を伴うものである。具体的には、本発明は、再構成可能フェーズド・アンテナ・アレイを使用する焦点面および瞳孔面（ｐｕｐｉｌ  ｐｌａｎｅ）アレイ画像処理技法を伴うものである。
【背景技術】
【０００３】
ミリ波画像処理は、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）帯域内で自然に発生する放射線の受動探知を伴うものである。また、ミリ波放射線でターゲットを照射する能動ミリ波画像処理システムも存在する。本明細書に記載される技法は能動画像処理器（ｉｍａｇｅｒ）の受信機部分にも適用可能である。しかし、受動画像処理器は、ミリ波放出なしという利点を有し、その使用を検出しにくくし、ミリ波電波放出について知覚される健康問題を除去する。
【０００４】
ミリ波放射線用の大気伝搬ウィンドウ（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｗｉｎｄｏｗ）（そこで放射線の最小大気吸収が行われる）は、３５、９４、１４０、２２０ＧＨｚに存在し、したがって、多くのミリ波画像処理器は、これらの周波数で動作するように設計される。しかし、特に比較的短い距離（たとえば、１０ｍ）でのみ放射線の検出が必要である場合、画像処理器は他の周波数でも動作するように設計される。ミリ波画像処理器は低可視性条件で画像処理することができ（視覚／赤外線画像処理器とは対照的なもの）、ミリ波画像処理器は霧やほこりを通して対象物を画像処理する場合に特に有用である。また、ミリ波画像処理器は、衣類を通して対象物を検出する能力を有するので、セキュリティ上の適用例にも有用である。
【０００５】
ミリ波画像処理器は、最も典型的には、１つまたは複数の検出器にミリ波放射線の焦点を合わせるためにミリ波レンズのシステムを使用して構築される。検出器はミリ波無線受信機とアンテナ素子から成る場合が多い。多くのピクセルから成る画像は、そのシーンの種々の部分からの放射線を機械的にスキャンすることにより、順次、単一の検出器素子上に作成することができる。代わって、リニア・アレイとしてまたは焦点面アレイとして配列された複数の検出器が存在する場合もある。複数の検出器を使用すると、そのシーンの単一ピクセル上での特定の検出器のドエルタイムが増加する。この積分時間の増加により、検出器の有効ノイズ・フロア（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｎｏｉｓｅ  ｆｌｏｏｒ）が削減され、画像処理器の熱分解能（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／３２５８９４号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ他による「Ａ  １６−Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｐｈａｓｅｄ−Ａｒｒａｙ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ＩＣ  ｆｏｒ  ６０−ＧＨｚ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ＳｉＧｅ  ＢｉＣＭＯＳ」（２０１０  ＲＦＩＣ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｐａｐｅｒｓ）
【非特許文献２】Ｍ．Ｄ．ＴｓａｉおよびＡ．Ｎａｔａｒａｊａｎ（ＩＢＭ）による「６０−ＧＨｚ  Ｐａｓｓｉｖｅ  ａｎｄ  Ａｃｔｉｖｅ  ＲＦ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒｓ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ」（ＲＦＩＣ  ２００９、２２３〜２２６ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一実施形態例は、無線周波画像（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｍａｇｅ）を検出するための装置である。この装置は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路によって担持された無線周波アンテナのアレイを含む。また、この装置は、無線周波画像の少なくとも一部分に焦点が合うようにアンテナからの無線周波信号を選択的に位相偏移させるように構成されたコントローラも含む。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の他の例は、無線周波レンズからの集束無線周波信号（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｉｇｎａｌ）を検出するための画像処理器アレイ内の画像処理器エレメントである。この画像処理器エレメントは、集束無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナを含む。また、この画像処理器エレメントは、無線周波信号が画像処理器アレイ内の他の画像処理器エレメントによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに画像処理器アレイの少なくとも一部が電子的に操縦されるように無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｒ）も含む。この画像処理器エレメントは、その無線信号を他の無線信号と結合せずに無線周波信号を画像処理器に渡すように構成されたピクセル検出器回路をさらに含む。また、この画像処理器エレメントは、無線周波信号を移相器およびピクセル検出器のうちの一方にそらすように構成可能な無線周波スイッチも含む。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態例は、画像処理器アレイ内の画像処理器エレメントである。この画像処理器エレメントは、瞳孔面に位置決めされ、無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナを含む。また、この画像処理器エレメントは、無線周波信号が画像処理器アレイ内の他の画像処理器エレメントによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに画像処理器アレイが電子的に操縦されるように無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器も含む。その上、他の画像処理器エレメントは、瞳孔面の画像処理器エレメントから物理的に隔離される。この画像処理器エレメントは、この画像処理器エレメントと画像処理器アレイ内の他の画像処理器エレメントによる位相コヒーレンスを維持するための共通局部発振器信号をさらに含む。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態例は、無線周波信号を画像処理するための方法である。この方法は、アンテナのアレイに属す無線周波アンテナから集束無線周波信号を受信することを含む。この方法は、ピクセル検出器回路から移相器回路に無線周波信号を切り替えることをさらに含む。ピクセル検出器回路は、その無線信号を他の無線信号と結合せずに無線周波信号を画像処理器に渡すように構成される。移相器回路は、アンテナのアレイの少なくとも一部が電子的に操縦されるように無線周波信号を位相偏移させるように構成される。この操縦は、無線周波信号がアンテナのアレイ内の他のアンテナによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに行われる。
【００１２】
本発明と見なされる主題は、本明細書の末尾にある特許請求の範囲において詳細に指摘され、明確に請求されている。本発明の上記その他の目的、特徴、および利点は、添付図面に併せて示されている以下の詳細の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】無線周波画像を検出するために本発明によって企図された装置例を示す図である。
【図２】フェーズドアレイ内にグループ化されずに構成された無線周波アンテナを示す図である。
【図３】フェーズドアレイとしてのアンテナのグループ化例を示す図である。
【図４】パッケージ化集積回路の一実施形態例の断面側面図である。
【図５】焦点面アレイ画像処理器として構成された装置の一実施形態例の側面図である。
【図６】焦点面アレイ画像処理器として構成された装置の一実施形態例のより詳細な図である。
【図７】無線周波レンズから集束無線周波信号を検出するための画像処理器アレイ内の画像処理器エレメントの一実施形態例を示す図である。
【図８】瞳孔面アレイ画像処理器として構成された装置の一実施形態例を示す図である。
【図９】瞳孔面アレイ画像処理器の一部として使用可能なパッケージ化集積回路の一実施形態例の回路図を詳細に示す図である。
【図１０】瞳孔面アレイ画像処理器の一部として使用可能な画像処理器エレメントの一実施形態例を示す図である。
【図１１】瞳孔面アレイ画像処理器の一部として使用可能な結合器回路の一実施形態例を示す図である。
【図１２】瞳孔面構成が低密度充填アレイ（ｓｐａｒｓｅｌｙ  ｆｉｌｌｅｄ  ａｒｒａｙ）として実現可能な装置の一実施形態例を示す図である。
【図１３】無線周波信号を画像処理するための方法の一実施形態例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の諸実施形態に関連して、本発明について説明する。本発明の説明全体を通して、図１〜図１３を参照する。
【００１５】
以下に詳細に論ずるように、本発明の諸実施形態は、電波画像を検出するためにフェーズドアレイ技法を使用して電子操縦を可能にする、動的に再構成可能な１組のアンテナ・アレイを含む。諸実施形態は、レンズの焦点面でまたはレンズなしの瞳孔面で無線周波数を検出するように構成することができる。
【００１６】
図１は、無線周波画像を検出するために本発明によって企図された装置例１０２を示している。この装置は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路１０８上に形成された無線周波アンテナ１０６のアレイ１０４と、ＲＦ画像の一部分に焦点が合うようにアンテナからの無線周波信号を選択的に位相偏移させるように構成されたコントローラ１１０とを含む。
【００１７】
図２および図３は、選択されたアンテナ・アレイ構成を形成するために異なるグループ化が行われた装置例からのアンテナ１０６を示している。図２は、個々のピクセルとして配列されたアレイ１０４内のすべてのアンテナ１０６を示している。したがって、この配列のアンテナ１０６から検出された無線周波信号は、グループとして位相偏移されないかまたはアレイ１０４内の他のアンテナによって検出された他の無線周波信号と結合される。
【００１８】
図３は、フェーズドアレイ２０２のグループとして構成されたアンテナ１０６の一例を示している。この実施形態では、それぞれのフェーズドアレイ２０２は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路１０８上の複数のアンテナ１０６から成る。さらに、それぞれのフェーズドアレイ２０２は、検出された画像内の個々のピクセルに対応する。これに関しては、以下に詳述するように、無線周波画像の少なくとも一部分に焦点が合うようにアンテナ１０６からの無線周波信号を選択的に位相偏移することができる。アンテナ１０６は複数のパッケージ化集積回路１０８の全域であるいは単一のパッケージ化集積回路１０８内のアンテナ１０６のサブセットの全域でまたはその両方でグループ化できることが企図されている。
【００１９】
上述の通り、アンテナ１０６のそれぞれは、個々のピクセルとしてまたはフェーズドアレイ２０２の一部として構成することができる。それぞれのアンテナ１０６が単一ピクセルとして構成されると、そのシーンにおける最大数の同時ピクセル（すなわち、最大空間分解能）が達成される。アンテナ１０６がフェーズドアレイ２０２として構成されると、アレイ利得によって、ＳＮＲアレイ利得＝１０  ｌｏｇ１０（Ｎ）のように信号対雑音比が改善されるので、ノイズの低減、したがって、熱分解能の改善が達成される。シーンの異なる部分は、異なるピクセル数、ビデオ・レート（ｖｉｄｅｏ  ｒａｔｅ）、および熱分解能を有する可能性がある。さらに、フェーズドアレイ２０２は電子焦点合わせに使用することができる。当業者であれば、アンテナをフェーズドアレイにグループ化するための広範囲の方法を認識するであろう。
【００２０】
図４は、本発明によって企図されたパッケージ化集積回路１０８の一実施形態例の断面側面図を示している。パッケージ化集積回路１０８は、複数のアンテナ１０６ならびに１つの集積回路ダイ３０２を含むことができる。一実施形態では、アンテナ１０６はパッケージ層３０４内に形成することができるが、他の実施形態では、アンテナ１０６は集積回路ダイ３０２の一部にすることができる。６０ＧＨｚの周波数の電波を検出するように設計された一実施形態では、パッケージ化集積回路１０８は、アンテナ・キャビティ３０６と４×４のアンテナ・アレイとを有し、低温コファイヤーセラミック技術によって形成することができる。これらの１６個のパッチ・アンテナ１０６の利得はそれぞれ５〜７ｄＢｉの範囲になる可能性がある。アンテナ・キャビティ３０６は１に近い比誘電率を有するアンテナ環境を提供することができ、これは画像処理器への適用に必要な幅広い（〜１０％）周波数帯域幅をもたらす可能性がある。アンテナ・アレイ・サイズは、６×６、８×８、またはおそらくそれより大きいアレイに拡張できるであろう。図４では、細い線はパッケージ内の積層を描写しており、太い線は内部パッケージ配線を示している。パッケージ化集積回路１０８内に収容可能なアレイのサイズは、アンテナ１０６から集積回路ダイ３０２への経路長によって制限される可能性があり、集積回路ダイ３０２上の入力および出力の数によって制限される可能性もある。
【００２１】
図５は、焦点面アレイ画像処理器４０２として構成された、無線周波画像を検出するための装置の一実施形態例の側面図を示している。この焦点面アレイ画像処理器の例は、少なくとも１つの固定レンズ４０６を有するレンズ組み立て品４０４と、画像処理すべき対象物４１２とを含む。この実施形態では、アンテナ１０６のアレイ１０４はレンズ組み立て品４０４の焦点面４０８に位置決めすることができる。レンズ組み立て品４０４は、アンテナ１０６の特定のアレイ１０４に電波を集束するようにレンズ４０６を機械的に調整することができる。他の実施形態では、レンズ組み立て品４０４は、ミラーを移動させることにより電波を集束することができる。したがって、当業者によって認識されるように、本発明の諸実施形態は、電波を調整し集束するために様々な方法を使用することができる。
【００２２】
レンズ組み立て品４０４は、レイリー基準によって決定されたレンズ径を必要とする可能性がある。任意の画像処理器の空間分解能は（任意の周波数の場合）レイリー基準によって制限される。レイリー基準は、画像処理器の分解能を、検出された放射線の波長および開口径、すなわち、同図のレンズの直径に関連付けるものである。たとえば、９４ＧＨｚで４ミリラジアンの角度分解能を達成するには、約１メートルの開口を必要とする。また、光学レンズの制限により、レンズ径より小さいスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）でひずみのない画像を生成することが難しくなる。したがって、４ミリラジアンの角度分解能を有する９４ＧＨｚの画像処理器は、従来の光学機器を使用して実現される場合、レンズ・ベースの画像処理システムのために１立方メートルというほぼ最小のボリュームを必要とする。
【００２３】
再構成可能焦点面アレイを作成するためにフェーズドアレイ技法を使用することにより、画像処理器の熱感度、ビデオ・レート、および空間分解能を急速に相互にトレードオフすることができ、フェーズドアレイと同じ速度で電子的に操縦することができ、従来のレンズ・システムよりかなり速く機械的にスキャンまたは再集束することができる。この実施形態はかなり大きいレンズ・システムを含む可能性があるが、当業者であれば、それが特定の適用例における好ましい実施形態である可能性があることを認識するであろう。このような適用例としては、サイズ、重量、およびボリュームが重大な欠点にならない実施形態を含む。このような実施形態の１つは、固定ポータル・セキュリティ画像処理器にすることができる。
【００２４】
図６は、焦点面アレイ画像処理器４０２として構成された装置１０２の一実施形態例のより詳細な図を示している。この実施形態は、アンテナ１０６からの無線周波信号を結合するように構成された電力結合器（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）５０２を含む。また、この実施形態は複数の無線周波スイッチ５０４も含む。それぞれの無線周波スイッチ５０４は、無線周波アンテナ１０６のそれぞれ１つに結合される。このように、それぞれのアンテナ１０６からの信号は、個々に画像処理するか、または電力結合器５０２によってアンテナ１０６からの他の無線周波信号と結合することができる。この実施形態は、それぞれのアンテナ１０６のために電力結合器５０２に結合された移相器５０６をさらに含む。個々のアンテナ１０６、無線周波スイッチ５０４、および移相器５０６は、画像処理器エレメント５０８の一部であるということができる。
【００２５】
Ｓ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ他による「Ａ  １６−Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｐｈａｓｅｄ−Ａｒｒａｙ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ＩＣ  ｆｏｒ  ６０−ＧＨｚ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ＳｉＧｅ  ＢｉＣＭＯＳ」（２０１０  ＲＦＩＣ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｐａｐｅｒｓ）に記載されているように、電力結合器５０２は４段階のバイナリＲＦ電力結合ツリーを含むことができる。当業者であれば、企図された発明に適用可能な様々な電力結合方法を認識するであろう。電力結合器５０２に続いて、信号は可変利得増幅器５１０を通過し、続いて検波器５１２を通過することができる。検波器の出力は積分器５１４を通過し、次にデジタル信号処理の前にアナログ・デジタル変換器５１６によってデジタル化することができる。これら４つの要素および同様の諸実施形態はピクセル検出器回路５１８および５１９と呼ぶことができる。一実施形態では、ピクセル検出器回路５１８および５１９は、デジタル領域においてＡＤＣおよびその他の機能（ＶＧＡ、積分）からなる混成信号／デジタル実現例を有することができる。
【００２６】
図６の実施形態例は、無線周波アンテナ１０６のアレイがコントローラ１０８によって電子的に操縦されるように選択的に構成されるように構成することができる。電子操縦は、位相偏移により検出された電波の方向を集束することと、アンテナをフェーズドアレイとしてグループ化して画像の各部分での熱分解能を高めることで構成することができるが、これらに限定されない。また、図６の一実施形態例は、ミリ波帯域（約３０〜３００ＧＨｚ）内の電磁波を検出するように構成されるアンテナ１０６を使用することもできる。これらのアンテナ１０６は、上記と同じ方法または同様の方法でシリコン上に形成することができる。また、図６の実施形態例は、以下に詳述するように、低雑音増幅器５２０、可変利得増幅器５１０、およびデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブル５２２も含むことができる。
【００２７】
図７は、無線周波レンズ４０６から集束無線周波信号を検出するための画像処理器アレイ１０４（図１を参照）内の画像処理器エレメント５０８の一実施形態例を示している。画像処理器エレメント５０８は、集束無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナ１０６を含むことができる。一実施形態は、無線周波信号を位相偏移するように構成された移相器５０６を含むことができる。無線周波信号が画像処理器アレイ１０４内の他の画像処理器エレメント５０８によって検出された他の無線周波信号と結合されたときに画像処理器アレイ１０４の少なくとも一部が電子的に操縦されるように位相を偏移することができる。
【００２８】
図７の一実施形態は、無線信号を他の無線信号と結合せずに無線周波信号を画像処理器に渡すように構成された第１のピクセル検出器回路５１９をさらに含む。また、一実施形態は、無線周波信号を移相器５０６または第１のピクセル検出器回路５１９のうちの一方にそらすように構成可能な無線周波スイッチ５０４も含むことができる。異なる諸実施形態では、スイッチの実現例は、受動または能動にすることができ、たとえば、切り替え可能なカスコード負荷を有する増幅器を含むことができる。ここに示されていないが、当業者であれば、検出器の利得変動の影響を低減するために当技術分野で知られているディッケ・スイッチングまたは同様の方法を画像処理器エレメントの一実施形態に組み込むことができることを認識するであろう。
【００２９】
画像処理器エレメント５０８の一実施形態では、アンテナ１０６によって検出された信号は、低雑音増幅器５２０を通過し、次に無線周波スイッチ（または電力分割器）５０４を通過することができ、そのスイッチは移相器５０６または第１のピクセル検出器回路５１９のいずれかに信号を渡す。他の実施形態では、電力分割器５０４は信号の一部分をそれぞれの経路に渡すことができる。移相器５０６に渡された場合、信号は移相器５０６を通過する。一実施形態では、移相器５０６は、Ｍ．Ｄ．ＴｓａｉおよびＡ．Ｎａｔａｒａｊａｎ（ＩＢＭ）による「６０−ＧＨｚ  Ｐａｓｓｉｖｅ  ａｎｄ  Ａｃｔｉｖｅ  ＲＦ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒｓ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ」（ＲＦＩＣ  ２００９、２２３〜２２６ページ）に記載されているように、反射型移相器または能動移相器を含むことができる。移相器５０６を通過した後、信号は次に可変利得増幅器５１０に移行することができる。可変利得増幅器５１０に続いて、複数のＲＦアンテナから検出された信号は、上記の方法により電力結合することができる。
【００３０】
画像処理器エレメント５０８の一実施形態は、画像処理器アレイ１０４が所望の角度まで電子的に操縦されるように移相器５０６によって必要な偏移の度数を決定するように構成されたデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブル５２２をさらに含むことができる。結合された無線周波信号が電力結合器５０２から出力されると、それは第２のピクセル検出器５１８に渡される。第２のピクセル検出器回路５１８は電力結合器に結合され、電力結合された無線周波信号を画像処理器に渡すように構成される。
【００３１】
図８は、アンテナ１０６が検出すべき画像の瞳孔面４１０に位置決めされる、無線周波画像を検出するための装置の一実施形態例を示している。この装置は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路１０８上に形成された無線周波アンテナ１０６のアレイ１０４と、ＲＦ画像の一部分に焦点が合うようにアンテナ１０６からの無線周波信号を選択的に位相偏移させるように構成されたコントローラ１１０とを含むことができる。また、この実施形態例は、以下に説明し、図９に示されているように、それぞれのアンテナ１０６用の移相器と、位相偏移した無線周波数を結合するための１つまたは複数の電力結合器も含むことができる。
【００３２】
また、この装置は、１つまたは複数のパッケージ化集積回路１０８と、その機能について以下に記載する少なくとも１つの結合器回路７０４も含むことができる。一実施形態では、パッケージ化集積回路の各アレイは対応する結合器回路７０４とともに形成される。一実施形態では、この装置は、無線周波アンテナ１０６によって検出された無線周波信号間の位相コヒーレンスを維持するために使用される局部発振器７０６も含むことができる。この局部発振器７０６は、結合器回路７０４からパッケージ化集積回路１０８のそれぞれに分配される局部発振器信号７０８を発生することができる。複数の結合器回路の場合、すべてのパッケージ化集積回路１０８全体にわたって単一の局部発振器信号を分配することができる。図８は４つのパッケージ化集積回路１０８を指す矢印およびそれらからの矢印のみを示しているが、矢印とそれらが表す対応回路がそれぞれのパッケージ化集積回路１０８について存在する可能性があることに留意されたい。
【００３３】
瞳孔面４１０に構成された一実施形態は、フェーズドアレイ技法を使用して瞳孔面アレイを生成し、光学レンズの必要性を除去することができる。パッケージ化集積回路１０８のアレイは、光学レンズの焦点面ではなく、画像処理器の瞳孔面４１０に配置され、（開口を決定する光学レンズ・サイズを有するのではなく）アレイの全体的な外部寸法が画像処理器の開口を形成する。信号処理により、瞳孔面４１０で収集された情報から画像が再構築される。
【００３４】
すべてのアンテナ１０６は、１つのフェーズドアレイ１０４として、または、たとえば、列ごとに編成された複数のフェーズドアレイ１０４として、まとめて使用することができる。いずれの場合も、アンテナ１０６が異なるパッケージ化集積回路１０８上で実現されることにもかかわらず、位相コヒーレンスは個々のエレメント間で維持する必要がある。一実施形態では、複数のアンテナ１０６からの信号は、位相偏移され、電力結合され、プリント回路板レベルでの分配のために中間周波数（「ＩＦ」）信号に周波数逓降される。この周波数逓降は局部発振器信号７０８を使用し、この信号はすべてのパッケージ化集積回路１０８に共通し、回路板レベルで分配される。それぞれのパッケージ化集積回路１０８はアンテナ１０６からの信号を列ごとに処理できるようにすることができ、それぞれの列はアンテナ１０６の１つまたは複数の列から成る。その場合、それぞれの列ごとに１つのＩＦ出力信号が存在することになるであろう。結合器回路７０４は、列ごとのＩＦ信号をそれぞれのＩＦ信号経路内の移相器５０６と結合し、それぞれのＩＦ信号経路用の配線における異なる位相偏移の補償を可能にすることになるであろう。
【００３５】
図８の瞳孔面アレイ１０４は、ｘ方向のＫ個のパッケージ化集積回路１０８とｙ方向のＬ個のパッケージ化集積回路１０８を含む、パッケージ化集積回路１０８のＫ×Ｌアレイ１０４から成る可能性がある（Ｋ≧１およびＬ≧１）。次に、それぞれのパッケージ化集積回路１０８はアンテナ１０６のＮ×Ｍアレイ１０４から成るであろう。パッケージ化集積回路１０８は合計でＮ×Ｍ個の無線周波アンテナ１０６を含むことになるであろう（Ｎ≧１およびＭ≧１）。列ごとに信号を処理する場合、パッケージ化集積回路１０８はＭ個のＩＦ出力を有する可能性がある。パッケージ化集積回路１０８は、パッケージ化集積回路１０８のＲＦ出力に接続されたＮ×Ｍ個のアンテナ１０６を含むことになるであろう。結合器回路７０４はパッケージ化集積回路１０８のＩＦ出力を結合することになるであろう。この実施形態例では、結合器回路７０４はＫ×Ｌ×Ｍ個のＩＦ入力を有するであろう。結合器回路７０４は、入力の数が大きくなりすぎた場合に複数のパッケージ化ＩＣ上に実現される可能性がある。また、結合器回路７０４は、それぞれのパッケージ化集積回路１０８に分配される局部発振器信号７０８も生成することができる。
【００３６】
図９は、パッケージ化集積回路１０８の一実施形態例の回路図を詳細に示している。瞳孔面４１０で使用するために構成されたパッケージ化集積回路１０８の一実施形態例は、それぞれのアンテナ１０６用の１つの移相器５０６と、位相偏移した無線周波数を結合するための１つまたは複数の電力結合器５０２とを含むことができる。アンテナ１０６は、上記のものと同様に、パッケージ化集積回路１０８内に形成することができる。一実施形態では、アンテナ１０６はパッケージ層３０４内に形成することができるが、他の諸実施形態では、アンテナ１０６は集積回路ダイ３０２の一部にすることができる。また、アンテナ１０６は、３０〜３００ＧＨｚの無線周波数帯域内の電磁波を検出するように構成することもできる。
【００３７】
瞳孔面で使用するために構成されたパッケージ化集積回路１０８の一実施形態例はＮ個の無線周波アンテナ１０６と１つの出力とを含むことができるが、異なる実施形態はＮ×Ｍ個のＲＦアンテナ１０６とＭ個のＩＦ出力とを有することができる。それぞれのアンテナ１０６は１つの移相器５０６と結合される。ビーム形成は、アンテナ１０６によって検出されたそれぞれの信号の位相および利得を調整することによって実施される。個々のアンテナ１０６および移相器５０６は画像処理器エレメント５０８の一部として記述することができ、この画像処理器エレメントは低雑音増幅器５２０、デジタル・ビーム・ルックアップ・テーブル５２２、および可変利得増幅器５１０も含むことができる。
【００３８】
画像処理器エレメント５０８に続いて電力結合器（電力結合ツリーともいう）５０２が存在する可能性があり、そこでＮ個の信号経路が結合される。電力結合器５０２に続いて、信号は周波数ミキサ８０２によりＩＦ周波数に周波数変換（混合）することができ、その信号はＩＦ信号の振幅を調整するために可変減衰器８０４および増幅器８０６を通過することができる。一実施形態では、局部発振器信号７０８は、回路板レベルで分配することができ、パッケージ化集積回路１０８への入力にすることができ、そこで周波数が逓倍され（図９では９倍）、ミキサの発振器入力として使用することができる。局部発振器信号７０８は、フルレート局部発振器信号７０８が回路板上で経路指定されることに関連する問題（減衰および結合など）を回避するためにより低い周波数で分配することができるが、他の諸実施形態ではこれは有利ではない場合もある。
【００３９】
図１０は、画像処理器アレイ１０４内の画像処理器エレメント５０８の実施形態を示している。一実施形態は、瞳孔面に位置決めされ、無線周波信号を受信するように構成された無線周波アンテナ１０６を含むことができる。また、この実施形態は、無線周波信号を位相偏移させるように構成された移相器５０６も含むことができる。位相は、無線周波信号が画像処理器アレイ１０４内の他の画像処理器エレメントによって検出された他の無線周波信号と結合されたときに画像処理器アレイ１０４が電子的に操縦されるように偏移させることができる。他の画像処理器エレメント５０８は、瞳孔面の画像処理器エレメント５０８から物理的に隔離することができる。一実施形態は、この画像処理器エレメント５０８と画像処理器アレイ１０４内の他の画像処理器エレメント５０８による位相コヒーレンスを維持するための共通局部発振器信号をさらに含むことができる。
【００４０】
瞳孔面アレイ用の画像処理器エレメント５０８の一実施形態は、増幅器５２０と可変利得増幅器５１０も含むことができる。また、画像処理器エレメント５０８の一実施形態は、画像処理器アレイが所望の角度まで電子的に操縦されるように移相器５０６によって必要な偏移の度数を決定するように構成されたデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブル５２２も含むことができる。また、画像処理器エレメント５０８は、無線周波信号を他の無線周波信号と電力結合して、電力結合された無線周波信号を出力するように構成されたパッケージ化集積回路１０８の一部として形成することもできる。他の実施形態では、画像処理器エレメント５０８はパッケージ化集積回路１０８とは別に形成することができる。ここに示されていないが、当業者であれば、検出器の利得変動の影響を低減するためにディッケ・スイッチングまたは同様の方法を画像処理器エレメント５０８の一実施形態に組み込むことができることを認識するであろう。
【００４１】
図１１は、結合器回路７０４の一実施形態例を示している。結合器回路７０４は、たとえば、パッケージ化集積回路１０８からのＩＦ信号をそれぞれのＩＦ信号経路内の移相器５０６と列ごとに結合し、それぞれのＩＦ信号経路用の配線における異なる位相偏移の補償を可能にすることができる。結合器回路（複数も可）７０４は、パッケージ化集積回路１０８の数のＭ倍に等しい総数の入力を有することができる。結合器回路７０４は、少なくとも処理中の列の数に等しい複数の出力を有することができる。
【００４２】
結合器回路７０４の一実施形態例では、ＩＦ入力信号のそれぞれは、可変利得増幅器５１０と、付随するデジタル・ビーム・ルックアップ・テーブル５２２を有する移相器５０６との組み合わせを通過することができる。次に、複数の信号は電力結合器５０２により電力結合することができる。当業者であれば、信号の周波数次第で、ここで使用する電力結合器５０２および移相器５０６がパッケージ化集積回路１０８で使用されるものとは異なる可能性があることを認識するであろう。電力結合後、信号は包絡線検波の前に他の可変利得増幅器５１０を通過する。検波器の出力は、ピクセル検出器回路５１８により、上記のようにデジタル信号処理の前に積分しデジタル化することができる。
【００４３】
パッケージ化集積回路１０８および結合器回路７０４は、回路板またはパッケージ・レベルで接続される個別のデバイスとして示されているが、適用例によっては、それらの機能を単一のＩＣ上に結合することもできる。さらに、ＲＦ、ＩＦ、および局部発振器信号７０８について与えられた周波数は、典型的な９４ＧＨｚの画像処理システムに基づくものであるが、これらの周波数は適用例次第で異なる可能性がある。瞳孔面アレイ画像処理器は依然としてレイリー基準によって制限されるが、光学レンズ・システムの除去により、レンズ径に等しいスタンドオフの必要性が除去される。
【００４４】
図１２は、瞳孔面構成が低密度充填アレイ１１０２として実現可能な装置の一実施形態例を示している。低密度充填アレイ１１０２は、その要素のすべてが充填されているわけではないアレイである。一実施形態では、無線周波アンテナ１０６のアレイは、アレイ１０４が低密度充填アレイとして実現されるように、均一グリッド上の２つまたはそれ以上のポイントに配置されたアンテナ１０６を含むことができる。一実施形態では、無線周波アンテナ１０６のアレイ１０４は第１のアンテナ・アレイ１０４と第２のアンテナ・アレイ１０４とを含むことができる。第１のアンテナ・アレイと第２のアンテナ・アレイは、瞳孔面の実質的に向かい合わせの端部に間隔をおいて配置することができる。他の実施形態では、低密度充填アレイ１１０２は、低密度充填アレイ１１０２の内部に配置された複数の列とともに、低密度充填アレイ１１０２の向かい合わせの端部に２列のアンテナ１０６を有するパッケージ化集積回路１０８を配列することにより実現できるであろう。したがって、１メートル×１メートルの低密度充填アレイ１１０２は、それぞれが高さ１メートルで幅が数センチメートルである複数列のパッケージ化集積回路１０８から成る可能性があり、最も外側の２列は１メートルだけ分離されているが、アレイの内部の多くは未装填である。アンテナ１０６間の位相コヒーレンスは、上記の瞳孔面実施形態のアーキテクチャを使用して維持することができる。
【００４５】
図１３は、無線周波信号を画像処理するための方法の一実施形態例を示している。この方法は、アンテナ１０６のアレイ１０４に属す無線周波アンテナ１０６から集束無線周波信号を受信する受信動作１２０２を含むことができる。また、この方法は、ピクセル検出器回路５１８から移相器５０６に無線周波信号を切り替えるための切り替え動作１２０４も含むことができる。ピクセル検出器回路５１８は、その無線信号を他の無線信号と結合せずに無線周波信号を画像処理器に渡すように構成することができる。移相器５０６は、アンテナ１０６のアレイ１０４の少なくとも一部が電子的に操縦されるように無線周波信号を位相偏移させるように構成することができる。この電子操縦は、無線周波信号がアンテナ１０６のアレイ１０４内の他のアンテナ１０６によって検出された他の無線周波信号と結合されたときに行うことができる。この方法は、画像の少なくとも一部の熱分解能および空間分解能を調整するための変更動作１２０６をさらに含むことができる。
【００４６】
本発明の好ましい諸実施形態について説明してきたが、当業者であれば、現在および将来のいずれでも、以下に示す特許請求の範囲に入る様々な改良および機能強化を行えることを理解されるであろう。特許請求の範囲は、始めに記載した本発明の適切な保護を維持するものであると解釈すべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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