(57)【要約】マイクロ波および／またはミリメートル波画像化のためにセンサアレイで使用するための切り換えスロットセンサ。アレイ内の複数のセンサの位置は、対象物からの電界を検出するために、対象物から離れた位置に空間的ドメインを定義する。センサはそれぞれ、面外伝送ラインを有し、測定された電界およびセンサの位置を表す信号を出力する。プロセッサが、信号を復号し、対象物の画像を生成する。
2013540983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサアレイで使用するための切り換えスロットセンサであって、
その内部にスロットが形成された導電性の表面と、
前記スロットを横切って接続された能動素子と、
前記スロットの近くで前記導電性の表面に実質的に垂直に配向された伝送ラインであって、前記伝送ラインが、前記スロットを選択的に変調する前記能動素子に結合された給電を提供し、前記センサからの出力信号が、前記変調されたスロットにおいて検出された電界を表す、伝送ラインと
を備える切り換えスロットセンサ。
【請求項２】
前記スロットを横切って接続された前記能動素子が、前記給電に応答してその前記共振周波数を選択的に変更する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記給電が前記能動素子に電気的に結合される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記給電が前記能動素子に電磁気的に結合される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記伝送ラインが、マイクロストリップラインを備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記伝送ラインが切り換え式である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記能動素子が、前記スロットに電気的に接続されたＰＩＮダイオードを備え、前記センサの出力信号が、前記変調されたスロットにおいて検出された前記電界の位相および大きさを表す、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記導電性の表面が、前記センサアレイを画定するように、対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置において、その内部に形成された複数のスロットを有し、前記スロットの各々が、前記スロットを横切って接続されたそれぞれの能動素子と、前記スロットの各々を選択的に変調するように前記スロットに結合されたそれぞれの給電とを有し、前記センサアレイが前記対象物からの電界を測定する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
プロセッサが、前記複数のスロットから受信した出力信号に基づいて前記定義された空間的ドメイン内の前記対象物を表す多次元のプロファイルを生成するように構成されている、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記変調されたスロットが、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の１つまたは複数のタイプを備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記センサアレイが、ミリメートル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に記載のセンサ。
【請求項１２】
対象物からの電界を測定するための、複数の切り換えスロットセンサを有するセンサアレイであって、前記センサが、前記対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置に配列され、前記センサが各々、前記センサのそれぞれの位置で検出された前記電界を表す出力信号を供給する、センサアレイ
を備える画像化システムであって、
前記センサの各々が、
その内部に形成されたスロットを有する導電性の表面であって、第１の面を画定する導電性の表面と、
前記スロットを横切って接続された能動素子と、
前記第１の面とは異なりかつ前記第１の面に平行でない第２の面内に配向された伝送ラインであって、前記スロットを選択的に変調する前記能動素子に結合された給電を提供する伝送ラインと、
前記センサから前記出力信号を受信する、前記アレイに動作可能に接続されたレシーバと、
前記受信した出力信号に基づいて前記定義された空間的ドメインの前記対象物を表す多次元の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、
前記多次元のプロファイルの画像を表示する表示装置と
を備える、画像化システム。
【請求項１３】
前記スロットを横切って接続された前記能動素子が、前記給電に応答してその前記共振周波数を選択的に変更する、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項１４】
前記給電が、前記能動素子に電気的に結合される、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項１５】
前記給電が、前記能動素子に磁気的に結合される、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項１６】
前記伝送ラインが、マイクロストリップラインを備える、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項１７】
前記能動素子が、前記スロットに電気的に接続されたダイオードを備える、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項１８】
ダイオードが、ＰＩＮダイオードを備え、前記各センサの出力信号が、前記センサに電気的に接続される前記ＰＩＮダイオードによって変調された前記それぞれのスロットにおいて検出された電界の位相および大きさを表す、請求項１７に記載の画像化システム。
【請求項１９】
前記第２の面が前記第１の面に実質的に垂直である、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項２０】
前記センサ各々の前記出力信号が、前記センサアレイ内のセンサの前記それぞれの位置に対応する固有の独自性を有し、前記プロセッサが、前記出力信号各々の前記固有の独自性に基づいて、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１２に記載の画像化システム。
【請求項２１】
前記対象物を照らす電界源をさらに備え、前記電界が、超高周波よりも大きい周波数を有する電磁エネルギーを含み、前記電界によって照らされた前記対象物によって散乱される、請求項１２に記載の画像化システム。
【請求項２２】
対象物の多次元のプロファイルを生成する方法であって、
前記対象物を電界で照らすことであって、前記電界が、超高周波よりも大きい周波数を有する電磁エネルギーを含み、前記電界によって照明された前記対象物によって散乱される、照らすことと、
前記散乱した電界を複数の位置で複数の切り換えスロットセンサによってサンプリングすることであって、前記位置が、前記対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応し、前各センサの各々が、スロットを横切って接続された能動素子を備え、前記スロットが、第１の面を画定し、前記センサの各々が、前記第１の面とは異なりかつ前記第１の面に平行でない第２の面内に配向された伝送ラインをさらに備える、サンプリングすることと、
前記センサから出力信号を受信することと、
前記センサから前記受信した出力信号に基づいて前記定義された空間的ドメイン内に前記対象物を表す多次元のプロファイルを生成することと
を含む方法。
【請求項２３】
前記多次元のプロファイルの画像を表示することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記伝送ラインを介して前記センサ各々の前記能動素子に結合された給電を提供することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記給電に応答して前記スロットの前記共振周波数を選択的に変更することによって前記センサ各々の前記スロットを変調することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記給電を前記センサ各々の能動素子に電気的に結合することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記給電を前記センサ各々の能動素子に電磁気的に結合することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記センサに電気的に接続された前記能動素子を介して前記センサ各々のスロットに負荷をかけることをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の面が前記第１の面に実質的に垂直になるように、前記センサ各々の伝送ラインを前記センサ各々のスロットに対して配向することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
センサアレイで使用するための切り換えスロットセンサであって、
その内部に形成されたスロットを有する導電性の表面であって、センサの面を画定する導電性の表面と、
前記スロットを横切って接続された能動素子と、
前記能動素子に結合された面外伝送ラインであって、前記伝送ラインが、前記スロットを選択的に変調し前記センサから出力信号を送信する前記能動素子に給電を提供し、前記出力信号が、前記変調されたスロットにおいて検出された電界を表す、伝送ラインと
を備える切り換えスロットセンサ。
【請求項３１】
前記伝送ラインが、前記スロットの近くで前記導電性の表面に実質的に垂直に配向される、請求項３０に記載の切り換えスロットセンサ。
【請求項３２】
対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置に配列された複数の切り換えスロットセンサであって、前記対象物からの電界を検出するために、超高周波よりも大きい周波数で電磁エネルギーを受けそれに応答する、スロットセンサ
を備える画像化システムであって、
前記センサの各々が、
その内部に形成されたスロットを有する導電性の表面であって、第１の面を画定する導電性の表面と、
前記スロットを横切って接続された能動素子と、
前記第１の面とは異なりかつ前記第１の面に平行でない第２の面内に配向された伝送ラインであって、前記スロットを変調するように前記スロットの共振周波数を選択的に変更し、前記変調されたスロットの前記共振周波数に応じて前記センサのそれぞれの位置で検出された前記電界を表す出力信号を送信するために前記能動素子に結合された給電を提供する、伝送ラインと、
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前記センサから受信するために、前記センサに動作可能に接続されたレシーバと、
前記センサからの前記受信した出力信号に基づいて、前記定義された空間的ドメインにおける前記対象物を表す多次元の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
を備える画像化システム。
【請求項３３】
前記プロセッサにより生成された前記多次元のプロファイルの画像を表示するために、前記プロセッサに動作可能に接続された表示装置をさらに備える、請求項３２に記載の画像化システム。
【請求項３４】
前記電界が、マイクロ波またはミリメートル波の電磁エネルギーを含む、請求項３２に記載の画像化システム。
【請求項３５】
前記複数のセンサがセンサアレイを備える、請求項３２に記載の画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の利益についての声明
米国政府は、海軍研究事務所によって授与された認可番号Ｎ０００１４−０９−１−０３６９の条件によって提供された合理的な条件で他者にライセンスを供与するように特許権者に要求するために、ペイドアップライセンスおよび限定された状況における権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野で知られた非破壊のリアルタイム画像化は、電磁放射を使用して検査中の対象物の特性を検出する。一般に、電磁界源は、対象物を照らし、センサ素子アレイが、その対象物によって散乱された電界を受信する。センサ信号はそれぞれ、一般的に、ある信号を別の信号から分離するための別個のピックアップ回路を必要とする。例えば、画像化に関する従来の変調散乱手法（ＭＳＴ）は、電磁界をサンプリングするのに不十分なダイポールアンテナを使用しており、したがって、特に周波数が高い電磁界に関して感度が十分でない。画像化のための切り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、こうした従来の切り換えアンテナアレイの画像化は、特に周波数が高いときに、十分な解像度を提供しない。
【０００３】
さらに、信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させるようにさらに改良することが望まれる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の態様を具体化する画像化システムおよび画像化方法が、マイクロ波および／またはミリメートル波の電磁放射を受けそれに応答する切り換えスロットセンサアレイを提供する。アレイ内のセンサの位置は、対象物によって散乱された電磁界を検出するために対象物から離れた空間的ドメインを定義する。センサはそれぞれ、検出した電磁界およびセンサの位置を表す信号を出力する。それらの信号を復号することによって、対象物の画像を生成することができる。本発明の態様により、高測定感度、高空間解像度、リアルタイム動作、携帯性、および改良したＳＮ比が可能になる。
【０００５】
この発明の概要は、以下の発明を実施するための形態でさらに説明する単純化した形態の選択した概念を導入するために提供される。この発明の概要は、特許請求する主題の鍵となる特性または本質的な特性を特定することを意図するものではなく、特許請求する主題の範囲の決定の補助として使用されることを意図するものでもない。
【０００６】
他の特性は、本明細書で以下に部分的に明らかになり、それらを部分的に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の態様を具体化するマイクロ波およびミリメートル波画像化システムを示す。
【図２Ａ】図１のシステムのアレイで使用するのに適した例示的なセンサを示す。
【図２Ｂ】図１のシステムのアレイで使用するのに適した別の例示的なセンサを示す。
【図３Ａ】給電をセンサに電気的に結合するための、面外伝送ラインを有する図２Ｂのセンサの側面図を示す。
【図３Ｂ】給電をセンサに電気的に結合するための、面外伝送ラインを有する図２Ｂのセンサの上面図をそれぞれ示す。
【図４Ａ】給電をセンサに電気的に結合するための、インラインスイッチおよびインピーダンストランスフォーマを備えた面外伝送ラインを有する、図２Ｂのセンサの側面図を示す。
【図４Ｂ】給電をセンサに電気的に結合するための、インラインスイッチおよびインピーダンストランスフォーマを備えた面外伝送ラインを有する、図２Ｂのセンサの上面図を示す。
【図５】面外伝送ラインに組み込まれたＰＩＮダイオードのＤＣバイアスの例示的な回路図を示す。
【図６Ａ】給電をセンサに電気的に結合するための、面外の同軸伝送ラインを有する図２Ｂのセンサを示す。
【図６Ｂ】給電をセンサに電磁気的に結合するための、面外の同軸伝送ラインを有する図２Ｂのセンサを示す。
【図７Ａ】本発明の実施形態によるセンサアレイの例示的な配列を示す。
【図７Ｂ】本発明の実施形態によるセンサアレイの例示的な配列を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
対応する参照記号は、複数の図面にわたって対応する部分を指す。
【０００９】
ここで図１を参照すると、本発明の態様を具体化する画像化システム２１が、特に、電磁スペクトルのマイクロ波領域およびミリメートル波領域の周波数（すなわち、超高周波を超える周波数）などの比較的高い周波数で使用するための、頑強かつ高感度なシステムを提供する。少なくとも１つの実施形態では、画像化システム２１は、電界をサンプリングするためのアレイ２３を含む。アレイ２３は、「レティナ」とも呼ばれ、レティナの空間的な範囲にわたって分配された多数のアレイ素子、すなわちセンサ２５を有する。以下により詳細に説明するように、マイクロ波およびミリメートル波画像化システム２１の一実施形態は、導体スクリーン、プリント配線板（ＰＣＢ）基板などに切り込みを入れるかまたは別法で形成した変調されたスロットアンテナ（図２Ａおよび図２Ｂ参照）を用いてそのセンサ２５を実装している。
【００１０】
有利なことに、スロットを変調すると、アレイ２３の各スロットは、あるスロットを別のスロットから識別するための固有のコードにより、その独自の出力信号をタグ付けするかまたは別法で区別することが可能になる。マイクロ波の感知および画像化技法は、非常に幅広い用途への利用を示している。送信／受信アンテナとして小さいアパーチャを有するプローブを用いる反射計が、近距離場の非破壊試験（ＮＤＴ）および画像化の用途において使用されることが多い。そのために、プローブのアパーチャ（すなわち、変調されたスロット）が試験体（ＳＵＴ）全体にわたって走査し、測定した出力信号（大きさおよび／または位相）が２次元の強度ラスタ画像にマッピングされる。高速で費用対効果が大きく高解像度のマイクロ波およびミリメートル波画像化システムを、変調された素子（散乱体）のアレイを用いて実装することができる。基本的に、変調により、アレイ素子がその独自の信号を「タグ付けする」ことが可能になり、それにより、信号がそこから受信された位置をレシーバが区別する手段が提供され（すなわち、空間多重化）、かつ固定された検出および平均化を通して全体的なＳＮ比が強化される。
【００１１】
本発明の態様によれば、画像化システム２１は、システムの視野に存在する事実上いかなる対象物２９でも実質的にリアルタイムの画像で生成する。電磁界によって照らするとき、目標対象物２９は、その電磁界の少なくとも一部を、対象物の材料および形状の特性に応じて異なる方向に散乱させる。例えば、照らしている電磁界は、入射または照射しているマイクロ波またはミリメートル波に関連付けられている。マイクロ波およびミリメートル波は誘電材料を貫通するので、画像化システム２１は、そのような材料から成る対象物の内部を見ることができる。同様に、画像化システム２１は、誘電材料に隠されるかまたは別法でその内部に位置する対象物を検出および画像化することができる。画像化システム２１は、対象物２９から離れて位置する、定義された空間領域に対応するいくつかの別々の位置（例えば、面の平面状、円筒状、球状、または任意の形状にされた部分）において、散乱した電界を測定する。
【００１２】
画像化システム２１は電磁放射源の検査も可能にする。例えば、対象物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／またはミリメートル波の電磁放射を放出してもよい。
【００１３】
システム２１の所望の使用に応じて、センサアレイ２３を、異なる形状をとるように特別設計することができる。例えば、アレイ２３を、センサ２５の１次元、２次元、または３次元の分布から作製することができる。代替の実施形態では、センサアレイ２３を、平坦なまたは任意に湾曲した導電性の表面（直線または曲線から成るグリッドに適合する任意の形状（矩形、正方形、三角形、円形、弓形、円錐形、箱形、半球形、球形など））から作製することができる。図１に、矩形パターンに配列した例示的な２次元アレイのセンサ２５を示す。
【００１４】
図１に示すように、アレイ２３は、表示装置３１ならびにレシーバ３５およびプロセッサ３７を含む他のシステム構成要素と一体になっている。レシーバ３５は、アレイ２３の各センサ素子から信号を受信し、その情報をプロセッサ３７に通信する。センサの出力信号が互いに識別可能なので、プロセッサ３７は、レシーバ３５がどのセンサ２５からどの信号を受信したかが分かる。一実施形態では、システム２１は、複数のセンサ２５から信号を受信するために単一のレシーバ３５を使用している。レシーバ３５でセンサ２５から受信した信号を（空間的にも電子的にも）適切に配設することによって、プロセッサ３７は、画像化されている対象物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、つまりマップを獲得する。続いて、プロセッサ３７は、そのマップを処理して、照らされた対象物２９の画像を生成する。各センサ２５から受信し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するプロセッサ３７は、電子的なタグ付けおよび同期化に関するシステムのタイミングを制御する。
【００１５】
別々の位置（すなわち、センサ２５の位置）における測定値に特別な処理を用いると、システム２１は、表示装置３１上に対象物の空間的なおよび／または誘電性のプロファイルの画像を生成する。例えば、画像化システム２１は、ホログラフィ画像など、対象物２９の多次元（すなわち、２次元または３次元）画像を生成および表示する。
【００１６】
図２Ａに、センサ２５のうちの１つとして使用するのに適した例示的なスロット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と、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から識別するように、スロットを通過した信号を変調できるようになる。この例では、ダイオードなどの能動素子４３は、スロット４１に負荷をかけ、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、スロット４１はそれぞれ、アレイ２３を規定するパターンに従って、導電性スクリーン４５内に切り込まれる。能動素子４３（例えば、ＰＩＮ（正固有陰性）ダイオード、可変容量ダイオード、フォトダイオード）は、導電性スクリーン４５をそれぞれのスロット４１の縁部マージンにおいて、各スロット４１の周辺部内に配列されたコンダクタ４７に電気的に接続する。一実施形態では、スロット４１は楕円形であるが、スロット４１が円形を含む任意の数の形状を有することもできることを理解されたい。さらに、以下により詳細に説明するように、スロット４１は、例えば、少なくとも１つの導電性（例えば、銅）の層を有するＰＣＢ上に構築される。スロットを含むＰＣＢが銅の層を２つ以上有する場合は、その配線板の背面および正面上のスロットを囲む銅領域を、バイアを用いて互いに接続することができる。
【００１７】
例示の実施形態では、直流電気または光学バイアスにより、能動素子４３の電子負荷値が変わる。電気的な負荷制御の場合、それぞれ個別の負荷（またはマトリックススイッチ）にルート設定された専用のバイアスライン４９により、例示の実施形態においてバイアス電圧が提供される。ＤＣバイアスは、基本的にはダイオードのＯＮおよびＯＦＦを切り換えて、ダイオードのインピーダンスを制御する。ＰＩＮダイオードの場合は、例えば、ダイオード接合部の両側にゼロまたは負のＤＣバイアス電圧を印加することにより、ダイオードをＯＦＦにし、その結果、それぞれのスロット４１が、アレイ２３内のその位置の電界を表す信号を出力する。順方向のバイアスの場合、ＰＩＮダイオードはＯＮになり、したがって、それぞれのスロット４１からの出力がブロックされる。このようにしてスロット４１に負荷をかけると、本質的にスロットのキャパシタンスが変化し、それにより、その共振周波数が変化する。一実施形態では、能動素子４３は、その電界強度が最大になる位置でスロット４１のうちの対応する１つに電気的に接続される。
【００１８】
以下により詳細に説明するように、スロット４１のサイズ、形状、および間隔は、画像化システム２１のある特定の動作の特徴に応じて変わる。例えば、図２Ａ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は、半径が０．０３１１インチであり、スロット４１の長さに沿った中間に位置する。コンダクタ４７の中心は、スロット４１の幅に対して０．０２２８インチ偏心して配列される。バイアスライン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インチの位置に）に常駐する。
【００１９】
図２Ｂでは、面外伝送ライン５１（図３Ａおよび図３Ｂ参照）が、例示的なスロット４１に給電する。上記で説明したように、非破壊画像化システムの費用対効果が大きい設計は、効率的なアンテナ素子を備えるアレイ２３などの送信／受信切り換えアレイから利益を得る。伝送ライン５１は、例えば、準ＴＥＭモードプリント伝送ライン（マイクロストリップライン、ストリップライン、もしくは共平面導波路（ＣＰＷ）など）、ＴＥ、ＴＭ、またはハイブリッドモードの導波路（矩形の導波路、円形の中空の導波路、もしくは誘電性の導波路など）、あるいはＴＥＭモード同軸ラインである。
【００２０】
画像化アレイは典型的には平面状であり、間隔が近接した多数の素子を利用するので、これらのシステムの性能は、多くは、アレイ素子の効率およびそれらの給電構造に依存している。さらに、素子間の絶縁、および出力信号の送信と給電の受信との間の絶縁が重要である。コンパクトなアレイの素子と同一面内で効率的な給電および高い絶縁の切り換えを実装することは、マイクロ波の周波数が高い（例えば、２４ＧＨｚ）ときには非常に難しい。有利なことに、図２Ｂに示すような共振切り換えスロットセンサ２５は、面外の給電を有し、マイクロ波画像化アレイのための効率的な素子を提供する。例示の実施形態では、スロット４１は、例えば、例示の実施形態において概して４３で示すＰＩＮダイオードに負荷をかけられる。この実施形態では、センサ２５は直接切り換えられる。
【００２１】
本発明の態様によれば、センサ２５などの、マイクロ波切り換えスロットプローブにより、多くの利益が提供される。例えば、共振スロット４１、ひいてはセンサ２５は小さいフォームファクタを有する。また、共振スロット４１は、様々なアレイ素子間の相互の結合も低い。さらに、変調効率が高いので、ＳＮ比を最大にすることができ、測定感度の向上につながる。
【００２２】
面外伝送ライン５１を用いて、負荷がかかった各スロット４１内に送信されそこから受信された信号を個別に結合させると、導波路などの単一の伝送ラインが１組のスロット４１に給電するときを含めて、アレイ２３の隣接する任意の２つのスロット４１間の高い程度の絶縁を実現することによってシステム全体の効率が向上する。本発明の態様によれば、例示の実施形態により、システム２１が、他のアレイよりもずっと効率的かつ単純な方式のモノスタティックモードで動作することが可能になる。この面外給電構造の２つの設計の変更形態、すなわち電気的結合および電磁気的結合を、本明細書に開示する。結合用バイアなどの導電性素子を用いて伝送ラインをスロットの負荷に接続すると、直接電気結合が提供される。他方では、磁気結合の場合は近接効果により電磁エネルギーがスロットに移送される。
【００２３】
次に図３Ａおよび図３Ｂならびに図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本発明の態様は、伝送ライン５１を用いて、変調されたスロット４１（例えば、ＰＩＮダイオードによって負荷がかかったスロット）に給電することが含まれる。例示の実施形態では、スロット４１は楕円形であるが、スロット４１が円形を含む任意の数の形状を有することもできると理解されたい。
【００２４】
図３Ａおよび図３Ｂならびに図４Ａおよび図４Ｂに示す伝送ライン５１は、スロット４１の面に概して直交するマイクロストリップラインである。図示のように、内部にスロット４１が形成された導電性の表面４５は、第１の面６１を画定する。伝送ライン５１は、第１の面６１とは異なりそれに平行ではない第２の面６３内に配向されている。マイクロストリップラインは、その電磁界がスロット４１内で能動素子４３（すなわち、ＰＩＮダイオード）の位置に集中するので、例えば、伝送ラインに適している。こうした配設は、高解像度の２次元画像化アレイで使用するのに適したコンパクトなプローブに適する。さらに、シールドされた給電素子間の相互の結合が低減される。
【００２５】
このような負荷がかかったスロットまたは切り換えスロット４１を設計するときは、スロット４１とライン５１上に設けられた給電との間のインピーダンス整合に関する問題、ならびに放射および変調の効率に関する問題が考慮される。図３Ａおよび図３Ｂでは、コンダクタ４７などの、スロット４１の円形の負荷への直接的なマイクロストリップライン接続は、バイア６５などの導電性素子を用いた電気結合を提供する。伝送ライン５１からスロット４１への効率的な電磁エネルギー移送を容易化（および最適化）するように、結合パッド６７がサイズ設定および形状設定されている。図３Ａおよび図３Ｂにさらに、面６１を画定する表面４５における正面スロット面に対応する背面スロット面６９を示す。図示のように、センサ２５は、正面スロット面６１と背面スロット面６９とを分離する誘電性の基板７１を含む。誘電性の基板７１はまた、マイクロストリップ伝送ライン５１もその対応するグラウンド面７３から分離する。この実施形態では、接地バイア７５が、表面４５の正面スロット面を背面スロット面６９と接続する。
【００２６】
図３Ａおよび図３Ｂの実施形態と同様であるが、センサ２５は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、インラインスイッチ７７およびインピーダンストランスフォーマ７９を含む。有利なことに、スイッチ７７などのスイッチを面外の給電用伝送ラインに組み込むと、アレイ２３の素子間の絶縁が強化される。インピーダンストランスフォーマ７９により、スロット４１の比較的高いインピーダンス（例えば、数百オーム）を伝送ライン５１のインピーダンス（例えば、ＲＦ回路の典型的な５０Ω）に整合させることが可能になる。一実施形態では、インピーダンストランスフォーマ７９は、スロット４１の共振周波数を整合させるように設計された共振タイプである。代替の実施形態では、図４Ａおよび図４Ｂのセンサ２５は、広帯域のインピーダンストランスフォーマ７９を含む。
【００２７】
スロット４１とマイクロストリップ伝送ライン５１との間で電気結合する場合は、図５に示すように給電用伝送ライン５１を通してＰＩＮダイオード４３にＤＣバイアスをかけることが可能である。図５にさらに、ＲＦチョーク８１を通して給電されるライン４９上のＤＣバイアスを示す。
【００２８】
本発明の態様を具体化するアレイ素子の設計には、スロット４１の面に実質的に垂直のマイクロストリップ給電を用いて、スロット４１内に送信される信号とスロット４１から受信される信号とを結合することが含まれる。面外給電の利益が９０度以外の角度で実現される場合があることを理解されたい。
【００２９】
次に図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、本発明の態様は、伝送ライン５１を用いて、変調されたスロット４１（例えば、ＰＩＮダイオードによって負荷がかかったスロット）に給電することが含まれる。一実施形態では、伝送ライン５１はスロット４１面に概して直交する。図示のように、内部にスロット４１が形成された導電性の表面４５は、第１の面６１を画定する。伝送ライン５１は、第１の面６１とは異なりそれに平行ではない第２の面６３内に配向されている。同軸ラインは、例えば、適切な伝送ラインである。というのは、スロット４１のアパーチャが同軸ラインの断面と同様であり、そのため、面外伝送ライン５１とスロットアンテナ、すなわちセンサ２５との間の整合をより簡単にすることが可能になるからである。この配設は、高解像度の２次元画像化アレイで使用するのに適したコンパクトなプローブに適する。さらに、シールドされた給電素子間の相互の結合が低減される。
【００３０】
このような負荷がかかったスロットまたは切り換えスロット４１を設計するときは、スロット４１とライン５１上に提供された給電との間のインピーダンス整合に関する問題、ならびに放射および変調の効率に関する問題が考慮される。図６Ａでは、スロット４１への直接的な同軸ライン接続により電気結合が提供される。図６Ｂでは、近接効果を通した接続が電磁気結合を提供する。
【００３１】
本発明の態様を具体化するアレイ素子の設計は、スロット４１の面に実質的に垂直の同軸の給電を用いて、スロット４１内に送信される信号とスロット４１から受信する信号とを結合することを含む。面外の給電の利益が９０度以外の角度で実現される場合があることを理解されたい。この面外給電構造の２つの設計の変更形態、すなわち、直接電気結合および電磁気結合を本明細書に開示する。シミュレーションおよび測定の結果は、これらの給電設計を用いて給電ライン上のスイッチによる高い放射効率および向上した切り換え絶縁を実現することができることを示す。
【００３２】
図６Ａおよび図６Ｂに、同軸の給電ラインをそれぞれ用いた異なる２つの給電スキームの概略図を示す。円形の負荷（すなわち、コンダクタ４７）とスロット４１との間に、誘電性の楕円形（または円形）のスロット４１および静電性のギャップ素子４３が、結果的に共振構造をもたらす。両方のプローブ、すなわち、図６Ａに示すセンサ２５および図６Ｂに示すセンサ２５において、同軸ラインは、ＰＣＢ８５の反対側の導電性の表面４５に切り込みを入れた移行スロットを通してスロット４１に給電する。
【００３３】
図６Ａでは、同軸の給電の、すなわち、伝送ライン５１の中心コンダクタ８７が、２層のＰＣＢ８５のバイアを介して円形のコンダクタ４７に接続される。代替の実施形態では、図６Ｂに示すように、センサ２５は、４層（誘電性の２つの層Ｄ１およびＤ２）のＰＣＢ８５および追加の２つの移行スロットを備える。同軸ラインの内部コンダクタ８７の端部は、ピンに接続されており、そのピンは、第２の誘電性の層においてバイアを貫通し、誘電性の２つの層Ｄ１とＤ２との間に位置する開放回路スタブ８９において終端する。したがって、図６Ａに示すセンサ２５は、同軸の給電とスロット４１との間において直接的な接続を有し、図６Ｂに示すセンサ２５は、近接型の給電を用いる。
【００３４】
プリント基板上の実用的なＫ帯域スロットをシミュレーションすると、垂直の同軸の給電を有する、設計された切り換えスロットプローブの様々な属性が明らかになる。例えば、損失性のコンダクタ、すなわち、銅、およびＲｏｇｅｒｓＲ０４３５０基板（εｒ＝３．４８、ｔａｎδ＝０．００４）（図６Ａのプローブの場合）、ならびにＲｏｇｅｒｓＲＴ５８８０基板（εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝０．０００９）（図６Ｂプローブの場合）。能動素子４３、つまりこの例ではＰＩＮダイオードを、５Ωおよび−ｊ２６５Ωのインピーダンスをそれぞれ有する集中素子としてＯＮ状態およびＯＦＦ状態におけるモデルとしている。そのシミュレーションでは、Ｔｅｆｌｏｎ（εｒ＝２．０８、ｔａｎδ＝０．００４）で充填された内径１．３ｍｍ、外径４．１ｍｍの５０Ωの同軸ラインが、スロット４１に給電する。プローブの他のパラメータを以下の表Ｉに列挙する（ここで、プローブＩは図６Ａに示すセンサ２５を表し、プローブIIは図６Ｂに示すセンサ２５を表す）。
【表１】
2013540983.tif 000003
【００３５】
表１から、スロット４１が小さい（スロットの最大寸法が半波長よりも小さい）ことを理解することができる。図６ＢのプローブIIの場合の設計を最適化することで、スタブの長さが−１ｍｍ、幅が−０．８ｍｍになった。
【００３６】
能動素子４３がＯＦＦのときは、スロット４１は、設計周波数で放射し（スロットが「開放」している）、すなわち、共振周波数の信号がスロットを貫通する。能動素子４３がＯＮのときは、円形の負荷４７とスロット４１の縁部との間の隙間が「短絡する」。その結果、スロット４１は対象の周波数では共振しない。この状態では、スロット４１によりどの信号も通過することができず、すなわち、スロットは「閉鎖」している。その共振周波数では、能動素子４３がＯＦＦのときは、図６Ａのプローブの最低限の応答は、２２．２ＧＨｚのときに約−２８ｄＢであり、図６Ｂのプローブの最低限の応答は、２４ＧＨｚのときに約−２４ｄＢである。能動素子がＯＮのときは、図６Ａのプローブの最低限の応答は、２２．２ＧＨｚのときに約−０．５ｄＢであり、図６Ｂのプローブの最低限の応答は、２４ＧＨｚのときに約−０．４ｄＢである。これは、両方のプローブに関してスロット４１と伝送ライン５１上の給電との間の整合が良好であり、能動素子４３（すなわち、ＰＩＮダイオード）がＯＮのときにスロットを効果的に短絡させることを意味する。このようにして、センサ２５は、最大の変調効率を実現し、有利なことに、放射効率は、両方のプローブに関して高く、漏出は低い。
【００３７】
面外伝送ライン５１によって給電されるプローブは、主要な面（Ｅ面およびＨ面）において幅広いビームを有する。ダイオードがＯＮのときとＯＦＦのときの全体の効率の差から変調効率（ｄＢ）を計算すると、両方のプローブに対して変調効率が比較的高いことが明らかである（図６Ｂのプローブの場合は図６Ａのプローブの場合よりも高い（１３．６ｄＢ対１１．６ｄＢ））。しかし、実際には、変調効率は、（スロットが閉じているときの）信号の漏出および（スロットが開いているときの）損失のせいで低下することがある。
【００３８】
スロット付近の電界のさらなる分析は、ダイオードがＯＦＦ状態（スロットが開放している）ときは、スロットの電界は主に直線偏波されることを示す。
【００３９】
図２Ａおよび図２Ｂをさらに参照すると、能動素子４３は、その対応するスロット４１を変調するように機能する。このようにして、センサ２５は、切り換えスロットセンサ、またはプローブを備える。能動素子４３がＯＦＦのときは、スロット４１は、その位置でアレイ２３に入射する電界を表す信号を通過させる。しかし、能動素子４３がＯＮのときは、スロット４１はこうした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、ひいては、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によりその信号にタグ付けする。
【００４０】
アレイ２３を形成するように配設されると、複数のスロット４１は、比較的高い周波数において高い測定感度および空間解像度を提供する。アレイ２３は、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を含み、マイクロ波周波数およびミリメートル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。対照的に、従来の画像化システムは、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。続いて、アレイ２３は、レシーバ回路、処理回路、および表示回路（すなわち、それぞれレシーバ３５、プロセッサ３７、および表示装置３１）を含む他のシステム構成要素と一体にされる。別々の位置における測定値の特別な処理を利用すると、システム２１は、対象物の空間的なおよび／または誘電性のプロファイルの多次元の画像（例えば、ホログラフィ画像）を生成する。
【００４１】
一実施形態では、アレイセンサ２５（すなわち、変調されたスロット４１）は、対象物２９からの電磁界の適切なサンプリングを提供するように互いに近接して配列される。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の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、そうでなければ対向する２つの対物である、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することが可能になる。センサ２５はそれぞれ、アレイ２３内の特定の素子の位置において電磁界に比例する信号を通過させる。
【００４２】
センサアレイ２３の面積全体にわたって電界の比較的小さな変化を検出することによって、画像化システム２１は、獲得した画像のわずかな対象物の特性を高感度で観察することを可能にする。さらに、画像化システム２１は、実質的にリアルタイム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。さらに、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は比較的コンパクトであり、近接して離間したセンサ２５を有するので、画像化システム２１は、忠実度および空間解像度が高い画像を提供する。
【００４３】
スロットアンテナ４１によって具体化されアレイ２３内に組みこまれたセンサ２５は、システム２１の特定の用途に応じて、サブ共振スロットまたは共振スロットなど、様々な設計を取ることができる。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。連続変調が、１回に１つのスロットを変調することを含む一方で、平行変調は、（例えば、直交変調符号を用いて）同時に複数のスロットを変調することを含む。一部のスロットが平行して変調され、かつ一部が連続して変調されるハイブリッド変調タイプでは、異なる変調パターンが可能である。
【００４４】
本発明のさらなる態様は、スロットの伝送特性に影響を与えるように、能動素子４３を用いて、変調されたスロット４１に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、コンパクトな設計を有し（例えば、スロット間隔がλ０／２未満、ここでλ０は自由空間波長である）、狭帯域であるが、比較的高い感度を有する。言い換えると、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、比較的感度が低く同様にコンパクトな設計であるが、より広い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、ある範囲の周波数にわたって適度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λ０／２程度である。有利なことに、より広い帯域の周波数によってホログラフィが可能になる。再構成可能な共振スロットは、（例えば、可変容量ダイオード、ＰＩＮダイオードなどを使用して）掃引周波数の動作に関する共振周波数を制御するために様々な負荷条件を有する共振スロットである。言い換えると、１つまたは複数の追加の能動素子の使用を通してスロットに電気的に負荷をかけると、予測可能なうまく制御した形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、必要とされる場合があるサイズよりも大きい固定のサイズを有し、スロットの寸法、ひいてはそ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ダイオードによって負荷がかけられている。例えば、長さ１ｃｍの再構成可能な形状のスロットは、１ｍｍ毎に能動素子を有してもよい。（いくつかの素子のうちどれを利用してスロットに負荷をかけるかに応じて）様々な位置で様々にスロットに負荷をかけることによって、スロットの選択された別々のまたは重複する部分を開閉してもよい。
【００４５】
代替の実施形態では、再構成可能な形状のスロットは、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの、高度に空間的に選択可能なスクリーン材料から構成され、そのため、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。こうした設計は、電気的な制御によってＬＣＰの実効誘電率を局部的に変化させることに基づいている。ＬＣＰの誘電率が独立にかつ局部的に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、印加した電圧に応答する電気的な特徴を有するＬＣＰ材料に精通している。
【００４６】
再度図１を参照すると、プロセッサ３７は、レシーバ３５によってアレイ２３を介して得た信号を復号して、対象物２９の画像を生成し、センサ２５を変調する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、データ取得（ＤＡＱ）カードを介してアレイ２３とインターフェースし、変調信号を含む制御信号を生成するようにソフトウェアを実行する。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、レシーバ３５）から取得し、続いて、その信号をソフトウェア内で処理および復号する。復号された信号はそれぞれ、コンピュータのスクリーン、すなわち表示装置３１上に表示するために、それぞれのスロット位置に従って配設される。
【００４７】
あるいは、アナログデジタル変換器および表示装置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）が、プロセッサ３７を具体化する。
【００４８】
さらに別の代替の実施形態では、プロセッサ３７は、制御信号を生成するために、別々の構成要素またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイから作製されたデジタルスイッチングネットワークなどの、特別設計の回路を備える。変調されたセンサ信号はそれぞれ、アナログまたはデジタルの処理技法を用いてハードウェア内で復号される。プロセッサ３７は、サンプリングされた測定値を処理し表示する画像を生成するために、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）カードなどを介して復号した信号を取得する。
【００４９】
当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上記で説明した統合スキームの様々な組み合わせを用いて、制御信号を生成し、結果として生じる変調された信号を復号してもよいことを認識するであろう。システムの統合により、携帯型の画像化システム２１を展開できるようになる。さらに、システム構成要素間の１つまたは複数のインターフェースは、無線のインターフェースである（例えば、信号を遠隔で取得または表示することができる）。
【００５０】
レティナ領域（すなわち、アレイ２３の領域）にわたる電界マップの未加工の画像に加えて、画像化システム２１は、画像化された対象物２９の形態／形状の２次元プロファイルおよび３次元プロファイル、ならびに誘電性の特性を得るために、当業者に知られた空間的および／または一時的な合焦技法（例えば、合成アパーチャフォーカシング、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。
【００５１】
有利なことに、アレイ２３の設計において（直交を含む）面外の給電を使用すると、アレイ素子間の絶縁を強化するために、給電用伝送ラインにスイッチを組み込むことが可能になる。さらに、トランスフォーマ７９などのインピーダンストランスフォーマは、比較的高いインピーダンススロット（典型的には、数百Ω）をＲＦ回路で使用されることが多い標準の５０Ωの伝送ラインに整合させることを可能にする。本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、インピーダンストランスフォーマは、スロットの共振周波数を整合させるように設計された共振タイプであるか、または、代替的に広帯域タイプにされる。信号コンバイナまたはデバイダ（例えば、ウィルキンソンコンバイナ）により、単一のポートでスロットアレイを構築することが可能になる。さらに、マルチプレクサまたはコンバイナのネットワークに面外給電を実装することができる。スイッチ、増幅器、およびミキサなどの無線周波数の集積回路（ＲＦＩＣ）は、面外給電と共に容易にマルチプレクサに組み込まれる。さらに別の実施形態では、面外マイクロストリップおよび／またはＣＰＷプリント伝送ラインを有する給電アレイ２３は、画像化アレイの厳しい特別な要件に加えて小型の表面実装ＲＦＩＣを使用することを可能にする。
【００５２】
次に図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、本発明の態様により、より高い解像度および／または感度など得るために画像化システム２１の性能が強化される。例えば、アレイ２３を、散乱する電界の３次元マップを得るために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）かつ／またはそのようなセンサアレイから配設する。あるいは、アレイ２３は、波長毎に得られたサンプルの数を増やすために直交する２つの方向に変位する。言い換えると、画像化システム２１は、アレイ２３の平行移動を提供し、それぞれの位置で対象物の画像を生成し、空間解像度および忠実度がより高い画像を得るようにそれらの画像を処理する手段を含む。
【００５３】
図７Ａのアレイ２３はスロット４１を複数有する（例えば、便宜上図４Ａには６個のスロットが示されている）。アレイ２３が任意の数のスロット４１含んでもよいことを理解されたい。例えば、１つまたは複数の平行移動の変位を受けるアレイ２３の６個のスロットの位置を図４Ａに示す。例示の実施形態では、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、前の位置は破線で示されている。水平方向の変位は右向きでも左向きでもよい。変位アクション、画像生成アクション、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、リアルタイムのままの画像化プロセスが可能になる。一例として、変位はセンサの間隔の半分である。
【００５４】
次に図７Ｂを参照すると、一実施形態において変調されたスロット４１は、直線的に偏波するようにサイズ設定および形状設計されている。例えば、図２Ａまたは図２Ｂのいずれかに示す変調されたスロット４１は、一方向では散乱した電界成分を通過させるが、他の方向ではその電界成分をブロックする、概して縦長の形状を有する。本発明の態様によれば、異なる偏波で散乱した電界を測定すると、画像化された対象物２９に関して明らかになった形状および材料の情報の量が増える。偏波が電界の空間的配向に関与するので、画像化システム２１は、いくつかの偏波でそのアレイ２３、すなわち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異なる偏波を測定する能力は、画像化された対象物２９に関して明らかになった情報の量を増やす。例えば、センサ２５はそれぞれ、電界成分を測定するために直線的に偏波された変調されたスロット４１を備える。直線的に偏波された変調されたスロット４１を使用すると、アレイ２３は、図４Ｂに示す中心点を中心に、垂直偏波から水平偏波までレティナを９０度回転させる（破線で示す）ことによって、直行する方向に散乱した電界を測定することができるようになる。さらに、回転アクションを迅速に実行すると、リアルタイムのままの画像化プロセスが可能になる。画像化システム２１の実装形態に従って回転の量および方向を変更してもよいことを理解されたい。
【００５５】
あるいは、レティナ空間に配列された直線的に偏波する２組のセンサ素子により、直交する２つの電界成分を（連続してまたは同時に）測定することが可能になる。こうした代替の実施形態では、ある組のセンサ２５は、第１の方向に沿って配向されたスロット４１を備え、もう一方の組のセンサ２５は、第１の方向に直交する第２の方向に沿って配向されたスロット４１を備える。さらに別の代替の実施形態では、センサ２５は、直交する２つの電界成分を（連続してまたは同時に）測定するために、偏波にわたる電気的な制御を用いて二重偏波されたセンサ素子を備える。
【００５６】
別の実施形態では、アレイ２３は、より高い空間解像度を得、かつ／または照射面積の寸法を増やすように走査される（すなわち、機械的に移動する）。例えば、２組のセンサ２５を有するアレイ２３またはリニアアレイ２３は、対象物の近くで平行移動することができる。
【００５７】
上記で説明した概略的な動作は、照明源（例えば、アンテナ）とは関係がなく、電磁界照明源に応じて、異なる動作モードが可能である。対象物から散乱した光エネルギーを受けるだけのヒトの目の網膜とは異なり、センサアレイ２３、つまりレティナは、マイクロ波エネルギーおよび／またはミリメートル波エネルギーを受信するだけでなく送信するために使用されてもよい。画像化システム２１は、独立した照明源によって生成され対象物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パッシブとすることができる。こうしたパッシブモードでは、独立した照明源は照明領域を生成し、それにより、画像化システム２１は、散乱した電界の空間マップを得ることができる。一般には、こうした独立の照明源は、レティナ空間的ドメインの外部にあり、アレイ２３の一部分ではない。同様に、対象物２９自体が、画像化システム２１とは関係なく電磁放射を放出する。一方で、アクティブ動作モードでは、電界照明源は画像化システム２１の一部分である。アクティブモードで動作するときは、１つまたは複数のセンサ２５は、アレイ２３が散乱した電界をサンプリングするときに、対象物２９を照明するレティナ領域内に構築された放射源を構成する。アクティブモードは、多くの用途で幅広い使用を提供し、異なる位置および分配に対応する異なるパターンが生成される場合があるので携帯性が促進される。図１の構成は単なる例示であり、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、目標対象物２９は、図１に示すように外部電界源とアレイ２９との間に配設されてもよい。さらに別の代替の実施形態では、電界は、アレイ２３自体から放射し、対象物２９にぶつかり、次いで、アレイ２３に向かって戻るように散乱する。
【００５８】
再度図１を参照すると、レシーバ３５は、動作モード（アクティブ／パッシブ）に応じてトランシーバ（レシーバ／トランスミッタ）として働くことができる。パッシブ動作の場合は、レシーバ３５は、レシーバとしてのみ働く（聞くだけ）。アクティブモードでは、レシーバ３５はやはり、アンテナなどを通して照明信号を提供する電界源を有する。この例では、レシーバ３５は、送信された信号を開始するたけでなく、アレイ２３からの信号を受信し、プロセッサ３７によりさらなる処理に適した形態にする（例えば、事前調整およびダウンコンバージョン）。
【００５９】
マイクロ波およびミリメートル波画像化システム２１は、少なくとも以下の用途で有効である。
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（ＲＣＳ）測定に関する急速な電界測定。
Ｂ．一般的なマイクロ波およびミリメートル波画像化。
Ｃ．誘電性の複合材料特性および材料特性の非破壊試験。
Ｄ．標的の位置特定および到達角度の推定。
Ｅ．衝突防止装置。
Ｆ．ＥＭＩおよびＥＭＣ。
Ｇ．超広帯域マイクロ波およびミリメートル波通信リンク。
Ｈ．監視システムおよびセキュリティシステム。
Ｉ．密輸品の検出。
【００６０】
本発明の態様によれば、センサアレイ２３で使用する切り換えスロットセンサ２５は、導電性の表面４５を含む。導電性の表面４５は、その内部に形成されたスロット４１を有し、能動素子４３は、スロットを横切って接続されている。伝送ライン５１は、スロット４１の近くで導電性の表面４５に実質的に垂直に配向されており、スロット４１を選択的に変調する能動素子４３に結合された給電を設ける。この例では、センサ２５からの出力信号が、変調されたスロット４１において検出された電界を表す。
【００６１】
本発明の態様を具体化する画像化システム２１は、対象物２９からの電界を検出するための複数の切り換えスロットセンサ２５を有するセンサアレイ２３を備える。センサ２５は、対象物２９から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置に配設される。また、センサ２５はそれぞれ、センサのそれぞれの位置で検出された電界を表す出力信号を提供する。センサ２５はそれぞれ、第１の面を画定する導電性の表面４５を含む。導電性の表面４５は、その内部に形成されたスロット４１を有し、能動素子４３は、それを横切って接続されている。伝送ライン５１は、第１の面とは異なりその第１の面に平行でない第２の面内に配向されている。伝送ライン５１は、スロット４１を選択的に変調する能動素子４３に結合された給電を設ける。画像化システム２１はさらに、センサ２５から出力信号を受信する、アレイ２３に動作可能に接続されたレシーバ３５と、受信した出力信号に基づいて定義された空間的ドメインの対象物２９を表す多次元の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とを備える。さらに、画像化システム２１は、多次元のプロファイルの画像を表示する表示装置３１を含む。
【００６２】
本発明の態様を具体化する方法により、対象物２９の多次元のプロファイルを生成する。その方法は、電界で対象物２９を照らすことであって、その電界が、超高周波よりも大きい周波数を有する電磁エネルギーを含み、その電界によって照らされた対象物２９によって散乱する、照明することを含む。その方法はまた、散乱した電界を複数の位置で複数の切り換えスロットセンサ２５によってサンプリングすることも含む。それらの位置は、対象物２９から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する。さらに、各センサ２５は、スロット４１を横切って接続された能動素子４３と伝送ライン５１とを備える。スロット４１は、第１の面を画定し、伝送ライン５１は、第１の面とは異なりその第１の面に平行でない第２の面内で方向付けされている。その方法は、センサ２５から出力信号を受信することと、センサ２５から受信した出力信号に基づいて定義された空間的ドメインの対象物２９を表す多次元のプロファイルを生成することとをさらに含む。
【００６３】
別の実施形態では、センサアレイ２３で使用する切り換えスロットセンサ２５は、導電性の表面４５、能動素子４３、および伝送ライン５１を含む。導電性の表面４５内に形成されたスロット４１は、スロットを横切って接続された能動素子４３を有し、能動素子４３に結合された面外伝送ライン５１は、スロット４１を選択的に変調する給電を提供し、変調されたスロット４１において検出された電界を表す出力信号を送信する。
【００６４】
さらに別の実施形態では、画像化システム２１は、対象物２９から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置に配列された、切り換えスロットセンサ２５を複数備える。それらのセンサ２５は、超高周波よりも高い周波数で電磁エネルギーを受けそれに応答し、対象物２９からの電界を検出する。センサ２５はそれぞれ、第１の面を画定する導電性の表面４５を含む。導電性の表面４５は、その内部に形成されたスロット４１を有し、能動素子４３は、それを横切って接続される。伝送ライン５１は、第１の面とは異なりその第１の面に平行でない第２の面内に配向される。伝送ライン５１は、スロット４１の共振周波数を選択的に変更する能動素子４３に結合された給電を提供し、スロットの共振周波数に応じて、センサのそれぞれの位置で検出された電界を表す出力信号を送信する。画像化システム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、センサ２５に動作可能に接続されたレシーバ３５と、受信した出力信号に基づいて定義された空間的ドメインの対象物２９を表す多次元の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とを備える。
【００６５】
本明細書に例示および説明した本発明の実施形態の実行の順序または動作の性能は、別段の指定がない限り本質的ではない。すなわち、それらの動作は、別段の指定がない限りいかなる順序でも実行されてもよく、本発明の実施形態は、追加的な動作、または本明細書で説明したより少ない動作を含んでもよい。例えば、別の動作の前、それと同時、またはその後に特定の動作を実行または実施することが本発明の態様の範囲内に包含されることが企図される。
【００６６】
本発明の態様は、コンピュータが実行可能な命令によって実施されてもよい。そのコンピュータが実行可能な命令は、コンピュータが実行可能な１つまたは複数の構成要素またはモジュール内に編成されてもよい。本発明の態様は、任意の数および編成のこうした構成要素またはモジュールを用いて実施されてもよい。例えば、本発明の態様は、図に示しかつ本明細書で説明した、特定のコンピュータが実行可能な命令または特定の構成要素もしくはモジュールに限定されない。本発明の他の実施形態は、本明細書で例示および説明した機能よりも多くの機能または少ない機能を有する、様々なコンピュータが実行可能な命令または構成要素を含んでもよい。
【００６７】
本発明の態様またはその実施形態の要素を導入するときは、冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」、および「ｓａｉｄ（前記）」は、１つまたは複数の要素があることを意味することを意図する。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包含的なものであり、列挙した要素以外に追加の要素が存在する場合があることを意味することを意図する。
【００６８】
本発明の態様を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の態様の範囲から逸脱することなしに修正および変更が可能であることが明らかであろう。本発明の態様の範囲から逸脱することなしに上記の構築物、製品、および方法に様々な変更を行うこともできるので、上記の説明に包含され添付の図面に示された全ての事項が例示的であり、限定的な意味はないと解釈されるものであると意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月19日(2013.2.19)
【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】
対象物からの電界を測定するための、複数の切り換えスロットセンサを有するセンサアレイであって、前記センサが、前記対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応する位置に配列され、前記センサが各々、前記センサのそれぞれの位置で検出された前記電界を表す出力信号を供給する、センサアレイ
を備える画像化システムであって、
前記センサの各々が、
その内部に形成されたスロットを有する導電性の表面であって、第１の面を画定する導電性の表面と、
前記スロットを横切って接続された能動素子と、
前記第１の面とは異なりかつ前記第１の面に平行でない第２の面内に配向された伝送ラインであって、前記スロットを選択的に変調する前記能動素子に結合された給電を提供する伝送ラインと、
前記センサから前記出力信号を受信する、前記アレイに動作可能に接続されたレシーバと、
前記受信した出力信号に基づいて前記定義された空間的ドメインの前記対象物を表す多次元の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、
前記多次元のプロファイルの画像を表示する表示装置と
を備える、画像化システム。
【請求項２】
前記スロットを横切って接続された前記能動素子が、前記給電に応答してその前記共振周波数を選択的に変更する、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項３】
前記給電が、前記能動素子に電気的に結合される、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項４】
前記給電が、前記能動素子に磁気的に結合される、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項５】
ダイオードが、ＰＩＮダイオードを備え、前記各センサの出力信号が、前記センサに電気的に接続される前記ＰＩＮダイオードによって変調された前記それぞれのスロットにおいて検出された電界の位相および大きさを表す、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項６】
前記第２の面が前記第１の面に実質的に垂直である、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項７】
前記センサ各々の前記出力信号が、前記センサアレイ内のセンサの前記それぞれの位置に対応する固有の独自性を有し、前記プロセッサが、前記出力信号各々の前記固有の独自性に基づいて、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に記載の画像化システム。
【請求項８】
前記対象物を照らす電界源をさらに備え、前記電界が、超高周波よりも大きい周波数を有する電磁エネルギーを含み、前記電界によって照らされた前記対象物によって散乱される、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項９】
前記電界が、マイクロ波またはミリメートル波の電磁エネルギーを含む、請求項１に記載の画像化システム。
【請求項１０】
対象物の多次元のプロファイルを生成する方法であって、
前記対象物を電界で照らすことであって、前記電界が、超高周波よりも大きい周波数を有する電磁エネルギーを含み、前記電界によって照明された前記対象物によって散乱される、照らすことと、
前記散乱した電界を複数の位置で複数の切り換えスロットセンサによってサンプリングすることであって、前記位置が、前記対象物から離れて位置する定義された空間的ドメインに対応し、前各センサの各々が、スロットを横切って接続された能動素子を備え、前記スロットが、第１の面を画定し、前記センサの各々が、前記第１の面とは異なりかつ前記第１の面に平行でない第２の面内に配向された伝送ラインをさらに備える、サンプリングすることと、
前記センサから出力信号を受信することと、
前記センサから前記受信した出力信号に基づいて前記定義された空間的ドメイン内に前記対象物を表す多次元のプロファイルを生成することと
を含む方法。
【請求項１１】
前記多次元のプロファイルの画像を表示することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記伝送ラインを介して前記センサ各々の前記能動素子に結合された給電を提供することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記給電に応答して前記スロットの前記共振周波数を選択的に変更することによって前記センサ各々の前記スロットを変調することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサに電気的に接続された前記能動素子を介して前記センサ各々のスロットに負荷をかけることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の面が前記第１の面に実質的に垂直になるように、前記センサ各々の伝送ラインを前記センサ各々のスロットに対して配向することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【国際調査報告】
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