(57)【要約】【課題】【解決手段】対象物の表面にエネルギを向け、特徴を把握すべき対象物内にて超音波が発生される、パルス型レーザ放出器と、対象物内の振動励起を測定する遠隔手段と組み合わせて備える、対象物の特徴が遠隔的に把握される、隔離的、連続的、リアルタイム、非侵襲的、非放射性利用型、眼に安全、非消耗的である、対象物の特徴を把握するシステムである。
2008542687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔離的、非侵襲的、非放射線利用型、眼に安全、非消耗的である、対象物の特徴を特定するシステムにおいて、
ａ．エネルギを対象物の表面に向け、超音波が特徴を把握すべき対象物内にて発生されるようにする少なくとも１つのパルス型レーザ放出器と、
ｂ．対象物中の振動励起を測定し、これにより、対象物の特徴が遠隔的に把握されるようにする遠隔手段とを組み合わせて備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、振動励起を測定する前記遠隔手段はレーザ振動計を含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、対象物は流体を充填した容器と、パイプとを含む、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、対象物は粉体、液体又は固体を保持する成形物である、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、対象物は、液体を輸送するため使用される輸送用容器、ドラム又はタンクの少なくとも１つである、装置。
【請求項６】
容器の性質を決定する遠隔感知装置において、
容器の寸法、容器の材料及び容器の欠陥の少なくとも１つを決定する手段と、
固体、液体、気体、並びに固体、液体及び気体の混合体の少なくとも１つを検出する手段と、
次のもの、すなわちパイプ内を流れる化学物質、水流又は川を流れる廃棄物、水溜り又はタンク内の静止した液体中の汚染物質の少なくとも１つを検出する手段と、
機械的／音響的振動、低周波音手段、聴覚的手段及び超音波手段の少なくとも１つにより、標本を採取する手段とを備える、遠隔感知装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、標本を採取する手段は、電磁放射線によって励振された振動を有する、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置において、標本を採取する手段は、高周波／マイクロ波放射線によって励振された振動を有する、装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置において、標本を採取する手段は、テラヘルツ放射線によって励振された振動を有する、装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の装置において、光センサを更に含む、装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の装置において、単一パルス、多数パルス、均一な時間間隔、変化する時間間隔、パルスの圧縮、成形パルス及び位相アレーの少なくとも１つを発生させる発生器を有するパルス型レーザを更に含む、装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の装置において、Ｘ線発生器及び検出器を更に含む、装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置において、光センサは、赤外線、可視光及び紫外線の少なくとも１つを含む、装置。
【請求項１４】
請求項６に記載の装置において、干渉計、振動計を更に含む、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、干渉計は参照ビーム干渉計を含む、装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置において、干渉計は単一ビーム干渉計を含む、装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の装置において、干渉計は順応型干渉計を含む、装置。
【請求項１８】
請求項６に記載の装置において、２つの波を混合させることを含む、装置。
【請求項１９】
請求項６に記載の装置において、４つの波を混合させることを含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦支援研究開発に基づいて為された発明に対する権利の主張
米国政府は、国防省により授与された本発明のための背景研究の資金を提供した。
関連出願の相互参照
本出願は、その内容の全体を参考として引用し、本出願に含めた、２００５年５月４日付けで出願された、米国仮特許出願書６０／６７７，７５１号による優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、全体として、安全、機密保護及び工程管理の分野に関する。より具体的には、本発明は、閉じた容器内の潜在的に有害な物質を検出し、工程管理のため、容器の中身の品質にとって重要なパラメータを測定し且つ、その容器自体の欠陥を識別する方法及び装置に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
当該分野の当業者に明らかであるように、閉じた容器中の潜在的に有害な材料を検出することは常に問題となる。このことは、安全上又は健康上の理由、感度又は特定性の欠如のため、Ｘ線光線を採用することができない場合に、特に、そうである。接触式超音波、光分光法、ガスクロマトグラフィ、質量分光法、生物分析法等のようなその他の技術もまた、プラスチック、ガラス、鉄系及び非鉄系金属を含む、閉じた容器の隔離的（ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ）、非侵襲的、連続的、リアルタイム、非消耗的な検査を実施する能力に欠ける。
【０００４】
以下の挿入部には幾つかの文献が記載されている。これら出版物の全ての開示内容は、少なくとも本発明の背景を示し且つ、最新の技術を示す目的のため、明示的に引用して本明細書に含められる。色々な著者が干渉計に対する方法を発表しており、例えば、カムシリン（Ｋａｍｓｈｉｌｉｎ）その他の者は、粗面の僅かな平面外の超音波振動を線形に検出するための干渉測定技術を紹介している（カムシリンその他の者）。この技術は、印加された交流場の下、光屈折性結晶内の分極自己変調（ＰＳＭ）効果に基づくものであるが、この交流場は、界のスクリーニングを排除する。ＰＳＭ干渉計の性能は、カムシリンその他の者により光屈折性シレナイト結晶（Ｂｉ12ＴｉＯ20）にて実験的に実証されている。ＰＳＭ干渉計の性能は、（コボゼフ（Ｋｏｂｏｚｅｖ）その他の者）により光屈折性ＧａＰ結晶にて実験的に実証されている。
【０００５】
以下に引用した米国特許明細書には、それらが意図する目的を少なくとも部分的に満足させる実施の形態が開示されている。以下に引用した先行の米国特許明細書による全ての開示内容は、本発明の背景を示し且つ最新の技術を示すことを含むが、これのみに限定されない目的のため、参考として引用し本明細書に含められる。
【０００６】
米国特許明細書４，４５５，２６８号には、「複合材料を処理する制御システム（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」が開示されている。
【０００７】
米国特許明細書４，７５８，８０３号には、「プラスチックの硬化を音響的に監視するための限界発振器（Ｍａｒｇｉｎａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｕｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）」が開示されている。
【０００８】
米国特許明細書４，８６２，３８４号には、「音響変換器を使用して動粘度を用いる方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」が開示されている。
【０００９】
米国特許明細書５，５０５，０９０号には、「複合的材料及び半モノコック構造体の非破壊検査方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｉｖｅ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉ−Ｍｏｎｏｃｏｑｕｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」が開示されている。
【００１０】
米国特許明細書５，５３３，３３９号には、「複合的材料の弾性的性質の非破壊的測定方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」が開示されている。
【００１１】
米国特許明細書６，０２９，５２０号には、「パーティクル板及び同様の材料を製造するためのプレス機内での樹脂の超音波監視（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｒｅｓｉｎ  ｉｎ  ａ  Ｐｒｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｏａｒｄ  ａｎｄ  Ｓｉｍｉｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」が開示されている。
【００１２】
しかし、例えば、容器のような物品の測定を行い、以下の検査状態、すなわち、携帯型、隔離的、非侵襲的、連続的、リアルタイム、非放射線利用型で且つ非消耗的な検査の１つ又はより多くを実行するための経済的で且つ正確な方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
要約すれば、本発明は、センサを有する検査システムに関する。このシステムは、鉄系金属、非鉄系金属、ガラス、プラスチック及び有機質材料を含む多岐に渡る材料にて出来た、閉じた容器を隔離的、非侵襲的、連続的、リアルタイム、非放射線利用型、非消耗的であって、眼にとって安全に検査する能力を有している。各機能については、以下により詳細に説明する。
【００１４】
隔離的とは、基本設計に対して特定の調節を為して、近接して（ミリメートル）又は、長距離（キロメートル）にてセンサが作用することが好ましいことを意味する。この場合、センサは、実行可能な隔離的検出技術であることが示されているレーザ利用の超音波発生及び検査法を使用することが好ましい。
【００１５】
非侵襲的とは、材料の流れに対して閉じられた容器中身の材料の性質をセンサが測定することが好ましいことを意味する。この場合、センサは、実行可能な非侵襲的検出技術であることが示されているレーザ利用の超音波発生及び検出法を使用することが好ましい。
【００１６】
連続的とは、介入することなく、センサが多くの連続的な測定を行うことが好ましいことを意味する。この場合、センサは、１ないし１０Ｈｚの範囲の反復速度を有し、また、センサが容器に向けられている限り、データを標本から連続的に採取することができる。
【００１７】
リアルタイムとは、結果が数秒内に又は数秒の何分の１の間に利用可能であることが好ましいことを意味する。この場合、センサは、１ないし１０Ｈｚの範囲の反復速度を有し且つ、センサが容器に向けられている限り、データを連続的に標本から採取することができることが好ましい。
【００１８】
非放射線利用型とは、センサは、センサに対するエネルギ源を発生させるべく放射性崩壊を受ける材料を使用することを必要としないことが好ましいことを意味する。この場合、センサは、文献にて、「眼に安全な（ｅｙｅ−ｓａｆｅ）」電磁スペクトルの領域であると考えられている１．５ｕｍのレーザ光線を使用することが好ましい。
【００１９】
非消耗的とは、センサは、感知アクティビティによって消耗する化学的又は生物学的成分を必要としないことを好ましいことを意味する。この場合、センサの全体は、部品リスト及び関係した図面に記載されたように、ハードウェア及びソフトウェアから成っており、これらは、何らの使い捨て型試験キット、成分又はその他の消耗媒体を使用することを必要としないことが好ましい。
【００２０】
眼に安全とは、センサが人間の眼を破壊する光線を発しないことが好ましいことを意味する。この場合、センサは、文献にて、「眼に安全な」領域と考えられている電磁スペクトルの１．５ｕｍのレーザ光線を使用することが好ましい。
【００２１】
本発明の別の特徴は、堅固で且つ高信頼性であり、これにより不稼働時間及び作動コストを減ずる装置を提供することである。
本発明の更に別の特徴は、上述した特徴の１つ又はより多くを有し、しかも製造及び、組み立てが比較的簡単であり、また、使用する機器、時間及び資源が最小で済む装置を提案することである。かかる製造方法において、サブシステムは、その他の製造メーカから購入し、これらのサブシステムの最終的な組み立て及び一体化は中央の箇所にて実行されよう。
【００２２】
本発明の別の特徴は、ポリマー製品の製造時に生ずる架橋結合の相転移を監視するため非侵襲的プロセスセンサを提供することである。本発明の更に別の特徴は、冷凍飲料又は名目的でない材料の中身についてリターンナブルな飲料樽の隔離的、非侵襲的検査を実行することである。
【００２３】
本発明の更に別の特徴は、放射性材料を使用せずに、飲料缶及び瓶の隔離的、非侵襲的レベルの検査を実行することである。
本発明の更に別の特徴は、化学的及び（又は）生物学的武器用のドラム、パイプ、弾頭、爆弾、及びその他の閉じた容器に対する隔離的、非侵襲的検査を実行することである。注：化学的（又は）生物学的武器用の閉じた容器は、全体として、鉄系、非鉄系、ポリマー又はガラス容器の何れかにて出来ている。
【００２４】
本発明の別の特徴は、積層材料を形成する間の欠陥を検出することである。
本発明の更に別の特徴は、国境検問所を通る車両のタイヤ内の密輸品を検出することである。本発明の別の特徴は、米国の国境内に輸送される容器内の中身を認証することである。本発明の更に別の特徴は、接触式超音波センサ（例えば、ＧＥ）により現在行なわれているパイプライン中の流れ特徴を識別することである。本発明の別の特徴は、パイプラインの欠陥を識別することである。
【００２５】
本発明の更に別の特徴は、連続的なリアルタイムの非侵襲的センサを使用して缶詰及び瓶入りの食料製品の品質を保証することである。本発明の別の特徴は、例えば、閉じた水容器内の数滴の生物学的材料（酪農脂肪、血液）のような、少量の生物学的材料を検出することである。
【００２６】
本発明の更に別の特徴は、閉じた容器内の材料の混合体を測定することである。
本発明の別の特徴は、本発明の上記の特徴を満足させるべく使用することのできる方法を提供することである。本発明の更に別の特徴は、予見可能で且つ再現可能であり、これにより変動値及び作動コストを軽減する方法を提供することである。
【００２７】
本発明の別の特徴は、上述した特徴の１つ又はより多くを含み、しかも比較的低熟練の作業者によって設定及び作動が比較的簡単に行い得る方法を提供することである。
本発明の上記及びその他の特徴並びに目的は、以下の説明及び添付図面と共に検討したとき、一層良く理解されるであろう。しかし、以下の説明は、本発明の好ましい実施の形態を示すものではあるが、単に説明のためであり、限定的なものではないことを理解すべきである。本発明の精神から逸脱せずに、本発明の範囲内にて多くの変更及び改変を具体化することができ、本発明は、かかる改変例の全てを包含するものである。
【００２８】
本発明を構成する有利な点及び特徴、並びに本発明により提供される典型的な機構の構造及び作用のより明確な説明は、添付図面に示し且つ本明細書の一部を形成する図面に示した一例としての、従って、非限定的な実施の形態を参照することにより、容易に明らかになるであろう。幾つかの図面にて、同様の参照番号は同一の要素を表わし、図１ないし図７には、本発明の色々な特徴が示されている。
【００２９】
図面に示した本発明の好ましい実施の形態の説明において、明確化のため、特定の用語を使用する。しかし、本発明は、そのように選んだ特定の用語にのみ限定することを意図するものではなく、特定の用語の各々は、同様の目的を果たすため、同様の態様にて作用する全ての技術的等価物を含むものであることが理解される。例えば、接続されているという用語、又はそれに類似した用語がしばしば使用される。これらの用語は、直接的な接続に限定されず、当該技術の当業者により等価物であるとして認識されるその他の要素を介しての接続を含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明及びその色々な特徴及び有利な点について、以下の説明にて詳細に記載した非限定的な実施の形態に関してより詳細に説明する。
１．システムの概要
１つの実施の形態において、本発明のシステムは、光学的「ブレッドボード（ｂｒｅａｄｂｏａｄ）」に取り付けることのできる光学装置を含む。ブレッドボードは、システムのセンサと標的容器との間の距離を制御可能な仕方にて変化させることを可能にし得るようレールに取り付けることができる。
【００３１】
別の実施の形態において、本発明のシステムは、全ての光学素子、エレクトロニクス及びソフトウェアを単一の手持ち型ユニット内に含む。図５を参照。
好ましい光学装置は、レーザダイオードによりポンビングされるＱスイッチＮｄ：Ｙａｇレーザである励起レーザを含む。レーザの全体がＴＯ−３ケース内に収容され、波長１．５５０μｍ、パルスエネルギ１００μＪ、パルス幅２ｎｓ、ピーク電力５０Ｋｗ、反復速度ＳＳ−１０Ｈｚであることが好ましく、供給されたドライバは、３Ｖバッテリから作用する設計とされている。励起ビームは、光パターン発生器を通じて励振（ｌａｕｎｃｈ）され、また、プローブ及び検出ビームに対し共線形に向けられ角度及び距離に依存する合焦効果を最小にする。励起ビームエネルギが検出器に達するのを防止するため、フィルタが挿入されることが好ましい。高インパルスエネルギ及び連続的な低電力は、この実施の形態を移動体の用途にとって望ましいものにする。
【００３２】
プローブレーザは、ＣＷレーザダイオード（１５５０ｎｍ、１３０ｍＷ）から成ることが好ましい。プローブレーザビームは、光パターン発生器を通じてビームスプリッタ内に励振される。ビームスプリッタは、ビームの第一の部分を標的（プローブ又は透過した物質波（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｗａｖｅ）ビーム）に向け、また、ビームの第二の部分をＣｄＴｅ又は同様のもの（参照ビーム）の光屈折性結晶に向ける。２つの波の混合は、光屈折性結晶内にて行なわれ、形成される信号は、分極ビームスプリッタ及び２つのフォトダイオードから成る高速度の差動検出器によって検出される。
【００３３】
上述したように、１つの実施の形態において、励起光源に対して高ピークＱスイッチ固相レーザが使用される。しかし、この従来のアプローチ法は、特に、炭素又はガラス繊維複合材における表面の損傷を引き起こす高エネルギの光学パルスを照射することを含む。このため、別の実施の形態において、パターン利用の投影システムに代えて簡単な投影システムが使用される。このことは、損傷無しの励起を可能にするが、時間信号をコード化することを必要とする。半導体レーザ源により発生されたパターン列は、また、時間的及び空間的の双方にて極めて広帯域の音響信号を発生させることもできる。
【００３４】
１つの好ましい実施の形態において、プローブレーザは、低コストの近赤外線レーザダイオード（１５５０ｎｍ１３０ｍＷ）である。この光学的構成は、また、コード化した励起レーザ信号を解読することを許容するホログラフィックパターンの生成を実現することもできる。
【００３５】
１５５０ｎｍの領域にてレーザダイオードを使用することは、システムの全体を眼に安全なものにすることを許容する。システムは、選んだ光の波長に適した光学構成要素を使用してその他の光の波長にて形成することができる。勿論、システムは、マイクロ波のような、その他の光線源にて置換してもよい。
【００３６】
半導体結晶は、電荷キャリアの易動性が高く、その結果、空間電荷界が迅速に形成されることが知られている。１９９５年、デライ（Ｄｅｌａｙｅ）、１９９６年、イング（Ｉｎｇ）その他の者、２００１年、カンパニュー（Ｃａｍｐａｇｎｅ）その他の者、２００３年、イイダ（Ｉｉｄａ）その他の者、１９９４年、ブロウイン（Ｂｌｏｕｉｎ）その他の者、２００４年、ゴロバン（Ｇｏｌｏｖａｎ）その他の者、２００１年、コボゼフ（Ｋｏｂｏｚｅｖ）その他の者、１９９０年、クロダ（Ｋｕｒｏｄａ）その他の者を含む、他者は、半導体結晶に基づく光屈折利用の干渉計も実証している。ＧａＰ結晶は、広帯域空隙半導体の代表例であり、光スペクトルの赤及び近赤外線領域において光屈折効果を示す。特に、赤光（波長６３３ｎｍ）にて２つの波の混合は、クロダその他の者によって、ＧａＰ結晶内で最初に観察された。ＧａＰ結晶内での空間−電荷界の形成の応答時間は、１００ｍＷｃｍ-2の光強度にて約５ｍｓであることが分かった。ＰＳＭ効果を使用してスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）−パターンの変位を線形に感知することは、同一の波長にてＧａＰ結晶内で実証されている。実際に実施するためには、材料は、このスペクトル領域内にて低コストのレーザダイオードが利用可能であるから、近赤外線にて多少の電位を示す必要がある。このことは、コボゼフその他の者により実証されており、コボゼフその他の者は、近赤外線（ｌ＝８０７ｎｍ）にて光屈折性ＧａＰ結晶で得られた空間−電荷界の形成の迅速な応答時間を観察したと報告している。コボゼフその他の者は、僅かな位相外振動を検出するためＰＳＭ干渉計を使用することにより、商業的に利用可能なレーザダイオードにより数ミリ秒の応答時間が実現可能であることを知見している。
【００３７】
コボゼフその他の者は、結晶軸［１１０］、［００１］、［１１０］に対して平行な端縁を有する平行六面体の形態にカットしたＧａＰ結晶にて実験した。標本のサイズは、それぞれ３．９７、５．８及び６．５２ｍｍとした。外部電圧を印加するため、銀電極を結晶の表面（１１０）上に蒸着させた。光ビームは、結晶軸［１１０］に対して小さい角度にて伝搬させた。半導性のＧａＰ単結晶（ポイント対称グループ４３ｍ）を日本の住友金属鉱山（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｍｅｔａｌ  Ｍｉｎｉｎｇ  Ｃｏ．）にて成長させた。
【００３８】
コボゼフその他の者は、上述したレーザダイオードは、ガウス分布と全く異なる複雑なビーム強度プロファイルを有することを明らかにした。しかも、このことは、ＰＳＭ干渉計の性能を制限しなかった。散乱光の大きい損失にも拘らず、参照ビームが高強度であるため、迅速な応答性が得られる。
【００３９】
スチェビン（Ｓｈｃｅｒｂｉｎ）その他の者等（バーデルベン（Ｂａｒｄｅｌｅｂｅｎ）その他の者及びイエラシニュアス（Ｊａｒａｓｉｕｎａｓ）その他の者）は、既知の全ての半導体の内、最大の電子光学定数を示すＣｄＴｅ結晶は、近赤外線にて光屈折型の適用例に適していることを示した。
【００４０】
本発明のデータ取得システムは、信号プロセッサを含むことが好ましい。刺激及び応答信号は、アナログ及びデジタル戦略を組み合わせることによって管理される。過度に多くの混乱を引き起こさずに、異なる適用例に合うよう形態変更することができるデジタル技術が中心とされている。
【００４１】
約１００μＶ（ｐｋ−ｐｋ）の入力と称される雑音を有する市販のパルス発生器／受信機にて増幅が行なわれることが好ましい。これは、１６ビットＡ／Ｄ変換器（０から５Ｖｄｃへの６５５３６カウント数のとき、７６ｕＶの分解能となる）のダイナミックレンジ内にある。この場合、信号の調整は、インピーダンス変換／適合化と、利得が要求されない帯域通過フィルタリングとから成っている。１２ビット変換器が使用される場合、多少の利得が必要とされ、それは、０から５Ｖｄｃの４０９６のカウント数であれば、１．２ｍＶの分解能が得られるからである。従って、利得はコンピュータ制御することが望ましい。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換に影響を与える３つの因子は、標本速度、ダイナミックレンジ、及び記憶深さである。標本速度に関して、利得の自由度を最大にするため「デジタル無線」が使用される。換言すれば、センサは、Ａ／Ｄ変換器と直接、接続される。１０ＭＨｚ以内の成分を標本採取するためには、２０Ｍ標本／秒（それ以上であることが好ましい）以上のものが使用される。制限因子は、提供されるエイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）防止フィルタにおけるものである。実際の帯域幅は、スカートの底部が１０ＭＨｚにて雑音最低値に達したとき、フィルタスカートの膝部分にて終わるようにすることができる。９６ｄＢ／８vaの低通過フィルタは、５ＭＨｚの帯域幅を提供する。
【００４３】
ダイナミックレンジに対して１２又は１６ビット何れかの分解能を有する典型的な２進出力を備える市販の変換器を使用することができる。特定の場合、２０又は２４ビットの変換器さえも使用することができる。好ましくは、信号レベル及び減衰特徴が既知であるならば、ダイナミックレンジは重要ではない。他方、標本の厚さ及び超音波の減衰が著しく変化する場合、ダイナミックレンジはそれに対応する必要がある。更に、これは、コンピュータが前進増幅器の利得を制御する場合、重要でない。
【００４４】
記憶深さに対し、特に、商業的システムの設計において、数メガバイトの標本深さに対応する必要性がある。最初に、戻り信号を求め、次に、標本の深さを最小にするため過程を動的に観察する順応型システムが望まれる。
【００４５】
２０Ｍ標本／秒にてリアルタイムＤＳＰ内で実行されたデジタル信号処理（ＤＳＰ）は、プロセッサに対して敏感である。しかし、標本は、その速度にて捕捉し、次に、遥かに遅い速度にてオフラインで分析することができる。また、反復速度は、任意に遅くすることができるため、オフライン処理は、この遅い速度にて行うことができる。このことは、ＤＰＳが計算のため特定のハードウェアを有することを不要にする。１つの実施の形態において、データは、デジタルオシロスコープから捕捉し且つ、ＰＣに保存することができる。次に、システムは、このデータに対する信号処理アルゴリズムを適用する。
【００４６】
２．好ましい実施の形態の詳細な説明
本発明のシステム１は、全体として、図１ないし図７に示したような構造とされている。該システムは、空港、軍事基地、製造所、輸送センター、建築現場、及び国境警備検問所を含む多岐に渡る環境にて採用することができる。典型的に、本発明の色々な構成要素を採用するユニットの構造は、当該技術の当業者に周知であり、このため、本発明の完全に理解するためにこれについて詳細に説明する必要はない。
【００４７】
次に、色々な有意義な特徴を示す作用を果たす以下の非限定的な例によって本発明の特定の実施の形態について更に説明する。実施例は、本発明を実施することができ、また、当該技術の当業者が本発明を実施することを可能にする方法を単に理解し易くすることを意図するものである。従って、実施例は、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００４８】
図１ないし図４に示したように、本発明の１つの実施の形態は、幾つかの構成要素を保持することが好ましい。システム１は、励起光学素子２と接続されたレーザ源１ａを有している。システムは、容器３及び容器の表面４に向けられる色々な波を発生させる。入射励起波５、伝達した物質波７、反射した物質波、入射プローブ波１１及び反射プローブ波１２を含む波は、全て、プローブレーザ１４から放出されることが好ましい。レーザの波１ａは、主として、容器内の体積（vessel bulk）６に向けられ、また、容器の中身９を決定すべく使用される。集光光学素子１３がプローブ光学素素子１５と共に作用することが好ましい。データ取得システム１６は、反射した物質波１０によって受け取った情報を集める。本発明のシステム１は、制御電極１７、デジタル信号処理システム１８、マイクロプロセッサ１９及びデータベースシステム２０を有することも好ましい。ディスプレイ２１を設けることもできる。関心のある対象物２３は、システム１の色々な波によって探査し、容器３の中身を決定する。以下のグラフ及びテーブルには、本発明の１つの実施の形態を使用する試験の幾つかが示されている。
【００４９】
【表１】
2008542687.tif 000003
【００５０】
【表２】
2008542687.tif 000004
【００５１】
【表３】
2008542687.tif 000005
【００５２】
【表４】
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【００５３】
【表５】
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【００５４】
【表６】
2008542687.tif 000008
【００５５】
【表７】
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【００５６】
【表８】
2008542687.tif 000010
【００５７】
１つの好ましい実施の形態において、システム１の信号の分析は、次のものに基づくことが好ましい。
戻りパルスのタイミングは、容器内の材料の音速を計算するため使用される。スペクトル分析は、容器及び中身の周波数及び減衰応答性を決定するため使用される。この技術は、食料製品を製造するとき色々な組成又は成分を識別するため使用される。液体形態のＶｘは、水と同様の音速を有し、また、材料の分子構成の結果、水と異なる周波数に依存するスペクトルとなることができることが好ましい。
【００５８】
変動増強分析［キシュ（Ｋｉｓｈ）、メンデル（Ｍｅｎｄｅｌ）］は、有用な情報に変換するであろう信号の非ガウス雑音特徴を検討するため使用されることが好ましい。スマルコ（Ｓｍｕｌｋｏ）及びキシュは、化学的センサ信号の確率変数の成分は、スペクトル分析によってのみならず、高順位統計（ＨＯＳ）方法によっても視覚化することのできる価値ある情報を保持することを示唆する方法を特定している。ＨＯＳの分析は、選択度及び感度を著しく改良することになる、従来得られなかった特徴を摘出することを可能にする。非ガウス成分の特徴を把握し且つ、分析した雑音中の非静止音を検出するバイスペクトルに対し特別な注意を払った。スマルコの結果は、材料を識別するためバイスペクトルを適用することができることを示唆するから、このことも試みられよう。
【００５９】
測定の各々に対する超音波データは、多数回のシリーズとして取得し、これらのデータは位相ロックされ且つ、ソフトウェアにて平均化し、雑音底値をかなり上回るクリアな信号が得られた。処理した時間シリーズの三次キュムラント（ｃｕｍｕｌａｎｔ）が次式により得られた。
【００６０】
【数１】
2008542687.tif 000011
【００６１】
これは、スケール因子に対してｋ＝（−１２８．．．１２８）、ｌ＝（−１２８．．．１２８）倍の範囲に渡って行い、ｎは、領域（０．．．６５００）を渡って伸び、以下に掲げた２次元的プロットを形成する。次に、累積率の各々について二次フーリエ変換を実行し、次式により、バイスペクトルを得た。
【００６２】
【数２】
2008542687.tif 000012
【００６３】
バイスペクトルの各々は、正弦及び余弦フーリエ成分の合計値として、グレースケールの画素値にてプロットされている。
好ましい実施の形態の別の例は、一例としてのシステムの形態を示す図６に示されている。この場合、試験中の装置又は対象物（７１）は、例えば、５５ガロンドラム又は容器である。ビームステアリング光学素子（７２）は、例えば、テレフォトレンズである。励起ビームコンバイナ（７３）は、ビームスプリッタであることが好ましい。プローブビームコンバイナ（７４）は、例えば、ビームスプリッタである。好ましい順応型干渉計（７５）は、光屈折型結晶、ミラー及び偏光器である。検出器組立体（７６）は、例えば、ビームスプリッタ差動光検出器の組み合わせである。励起レーザ組立体（７７）は、ＱスイッチＹＡＧレーザを含むことが好ましい一方、プローブレーザ組立体（７８）は、例えば、ダイオードレーザを含むものとする。
【００６４】
好ましい励起ビームドライバ（７９）は、電流コントローラのパルス発生回路である。プローブレーザドライバ（８０）は、例えば、ダイオードフィードバックを有する定電流供給源である。順応型干渉計（８１）用のドライブエレクトロニクスは、光屈折型結晶に対するバイアス供給源を含むことが好ましい。検出器エレクトロニクス（８２）は、例えば、差動増幅器を含む。
【００６５】
好ましくは、マイクロプロセッサ組立体（８３）は、ＰＣ１０４ミニコンピュータモジュールであり、パワーマネジメント（８４）は、給電源バッテリ充電モジュールを含むものとする。熱マネージメント（８５）は、例えば、熱電冷却器と、コントローラとを含む。ユーザインターフェース（８６）は、例えばＬＣＤタッチスクリーンモジュールである。通信インターフェース（８７）は、例えば、Ｗｉ-Ｆｉインターフェースモジュール、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）インターフェースモジュール、ＵＳＢインターフェースモジュール、ＺｉｇＢｅｅインターフェースモジュールである。光学サブシステム（８８）（例えば、図７を参照）。ビジネスインテリジェンスサブシステム（８９）は、例えば、アプリケーションサーバ、データベースサーバ、アプリケーションソフトウェア、データベースソフトウェア及びデータであり、輸送容器の中身に対するリストパラメータを提供し、及び輸送容器の中身のソフトウェアマニフェストに対するソフトウェアの一体化を実現する。
【００６６】
光学サブシステムの別の好ましい実施の形態が図７に示されている。この実施例において、試験中の容器又は装置（２０１）は、例えば、５／５５／６５ガロンドラムである。テレフォトレンズ（２０２）も提供される。励起レーザ（２０３）は、実施例１において、波長１．５４μｍ、パルスエネルギ１００μＪ、パルス幅２ｎｓ、ピーク電力５０ｋｗ、反復速度ＳＳないし１０ＨｚのＴＯ−３ケース内に収容されたダイオード−ポンピングした固相レーザである。実施例２において、波長１．５４μｍ、パルスエネルギ４ｍＪ、パルス幅７ｎｓ、反復速度ＳＳないし１０Ｈｚのダイオードポンプ固相レーザが提供される。
【００６７】
プローブレーザ（２０４）は、例えば、１５５０ｎｍの波長範囲のＩｎＧａＡｓＰ  ＭＱＷにて１３０ｍＶの単一横断モードを有するファブリペローレーザキャビティである。別の実施例において、１５５０ｎｍの波長範囲のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＳＱＷにて４４ｍＷの単一の横断モードが提供される。
【００６８】
実施例１において、非偏光ビームスプリッタ（２０５）は、寸法許容公差±０．２ｍｍ、平坦度１／４＠６３２．８ｎｍ／２５ｍｍ、表面品質６０／４０スクラッチディッグ、５０／５０±５％不規則偏光、Ｔ＝（Ｔｓ+Ｔｐ）／２、Ｒ＝（Ｒｓ＋Ｒｐ）／２、ビーム偏倚＜３アーク分、２０ｍｍを有するＢＫ７グレードＡ光ガラスから成っている。実施例２において、該ビームスプリッタは、狭小帯域：ＢＫ７グレードＡの光ガラスと、広帯域：寸法許容公差±０．２ｍｍ、平坦度１／４＠４３２．８ｎｍ／２５ｍｍ、表面品質６０／４０スクラッチディッグ、透過度４５％±５％、吸収率＜１０％、ビーム偏倚＜３アーク分の、ＳＦ５光ガラスとを有している。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ（２０６）は、狭小帯域：ＢＫ７グレードＡの光ガラスと、広帯域：寸法許容公差±０．２ｍｍ、消光比＞１００：１、平坦度１／４＠６３２．８ｎｍ／２５ｍｍ、表面品質６０／４０スクラッチディッグ、主透過度Ｔｐ＞９５％及びＴｓ＜１％、主反射率Ｒｓ＞９９％、及びＲｐ＞５％、ビーム偏倚＜３アーク分のＳＦ５光ガラスとであることが好ましい。偏光器（２０７）は、１５５０にて名目５０％の線形ＮＩＲ偏光器であることが好ましい。これと代替的に、偏光器は、１０，０００：１以上の消光比、高透過度、広い受光角度及び低い波面歪みを有する線形偏光器としてもよい。
【００７０】
遅速板（２０８）は、５ｍｍ×５ｍｍの寸法を有し、材料は、結晶石英、基板はＢＫ−７、厚さ２ｍｍであり、接着はセメント、波長１５５０ｎｍ、被覆はＡＲ＜０．５％であることが好ましい。実施例２において、板は、寸法許容公差＋０．０、−０．２ｍｍ、幅歪み＜１／８＠６３２．８、遅速許容公差＜１／５００、平行度＜１アーク秒、クリア開口率＞８０％、表面品質２０／１０スクラッチディッグ、中心波長にて両面における被覆Ｒ＜０．２％の結晶石英である。
【００７１】
実施例１における光屈折型結晶（２０９）は、それぞれ結晶軸［１１２］、［１１１］［１１０］の方向に沿ってカットした４ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有し、結晶軸［１１０］の方向に対して平行な面は研磨され、結晶軸［１１１］の方向に対して平行な面は銀めっきされた、１０-9Ωｃｍ-1の暗伝導度を提供するようゲルマニウムが添加された結晶、ＣｄＴｅ、Ｇｅが提供される。実施例２において、それぞれ結晶軸［１１２］、［１１１］、［１１０］の方向に沿ってカットした３ｍｍ×３ｍｍ×５ｍｍの寸法を有し、結晶軸［１１０］の方向に対して平行な面は研磨され、結晶軸［１１１］の方向に対して平行な面は銀めっきされた、バナジウムを添加した結晶、ＣｄＴｅ：Ｖが提供される。実施例３において、それぞれ結晶軸［００１］、［１１０］［１１０］の方向に沿ってカットした寸法５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの寸法を有し、結晶軸［１１０］の方向に対して平行な面は研磨された、添加物無しの結晶、ＧａＡｓが提供される。
【００７２】
実施例１におけるミラー（２１０）は、ＢＫ７、パイレックス、又はＵＶ石英ガラスであり、また、寸法許容公差＋０．０、−０．２ｍｍ、厚さ許容公差±０．２ｍｍ、クリア開口率＞８０％、平坦度１／１０＠６３３ｎｍ、平行度＜１アーク分、表面品質２０／１０（Ｓ／Ｄ）、斜角（面取り加工）０．１５〜０．３５ｍｍ×４５°表面幅×４５°±１５°、被覆面（Ｓ１）ＡＯＩ＝０°、Ｒ＞９９．８％、ＡＯＩ＝４５°、Ｒ＞９９．５％（Ｒｓ＞９９．９％、Ｒｐ＞９９．２％）であることが好ましい。実施例２において、材料は、ＢＫ７グレードＡの光ガラスであり、寸法許容公差＋０．０、−０．２ｍｍ、厚さ許容公差±０．２ｍｍ、クリア開口率＞８０％、平行度＜１アーク分、表面品質６０／４０（Ｓ／Ｄ）及び斜角（面取り加工）０．１５〜０．３５ｍｍ×４５°表面幅×４５°±１５°である。
【００７３】
実施例１におけるフォトダイオード（２１１）は、１５ＭＨｚ帯域幅及び１２００−２６００ｎｍ、Φ１ｍｍの作用面を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオードである。実施例２において、フォトダイオードは、１ＧＨｚ帯域幅、１０００−１６００ｎｍ、７５ｕｍの作用面を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオードである。
【００７４】
本発明を実施する当該発明者により考えられる最良の形態について上記に開示したが、本発明の実施は、これにのみ限定されるものではない。背景となる本発明の着想の精神及び範囲から逸脱せずに、本発明の特徴に対して色々な追加、改変例及び再配置を具体化することが可能であることが明らかであろう。
【００７５】
更に、個々の構成要素は、開示した形状にて形成し又は開示した形態にて組み立てる必要はなく、実質的に任意の形状にて提供し且つ実質的に任意の形態にて組み立てることが可能である。更に、構成要素は、物理的に分離したモジュールとして本明細書にて説明したが、これらの構成要素は、該構成要素が関係した装置内に一体化することが可能であることが明らかであろう。更に、開示された実施の形態の各々の開示された特徴の全ては、かかる特徴が相互に排他的である場合を除いて、その他の開示された実施の形態の各々の開示された特徴と組み合わせ又はそれらの特徴と置換することが可能である。
【００７６】
参考文献
１９９０年、英国、ブリストルのＣ．Ｂ．スクルビィ（Ｓｃｒｕｂｙ）、Ｌ.Ｅ.ドレイン（Ｄｒａｉｎ）、アダム  ヒルガー（Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ）によるレーザ超音波：技術及び応用（Ｌａｓｅｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）。
【００７７】
１９９８年１１月のＫ．イエラシニュアス、Ｖ.ギデリス（Ｇｕｄｅｌｉｓ）、Ｐ．デライ、Ｇ．ルーゼン（Ｒｏｏｓｅｎ）による科学的計測器のレビュー（Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、６９巻、１１号、３７７６ページ。
【００７８】
１９９３年８月２３日のＨ．Ｊ．フォン  バーデルベン（ｖｏｎ  Ｂａｒｄｅｌｅｂｅｎ）、Ｊ．Ｃ．ローネイ（Ｌａｕｎａｙ）、Ｖ．マゾイヤー（Ｍａｚｏｙｅｒ）によるアプライド  フィジックス  レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）６３（８）、ページ１１４０。
【００７９】
Ｋ．スチェビン、Ｖ．ダニリュック（Ｄａｎｙｌｙｕｋ）、Ｚ．ザーハルク（Ｚａｋｈａｒｕｋ）、Ｉ．ラレンコ（Ｒａｒｅｎｋｏ）、Ｍ．Ｂ．クレイン（Ｋｌｅｉｎ）による合金及び化合物ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）３７１（２００４）、１９１ページ。
【００８０】
１９９４年８月２２日のＡ．ブロウイン、Ｊ−Ｐ．モンチャリン（Ｍｏｎｃｈａｌｉｎ）によるアプライド  フィジックス  レター６５（８）。
１９９１年１２月１６日のＲ.Ｋ.イング（Ｉｎｇ）、Ｊ−Ｐ．モンチャリンによるアプライド  フィジックス  レター５９（２５）、３２３３ページ
２００４年のＬ．Ａ．ゴロフヴァン（Ｇｏｌｏｇｖａｎ）、Ｇ．Ｉ．ペトロフ（Ｐｅｔｒｏｖ）、Ｓ．Ａ．ガブリロフ（Ｇａｖｒｉｌｏｖ）、Ｖ．Ａ．メルニコフ（Ｍｅｌ’ｎｉｋｏｖ）、Ｌ．リー（Ｌｉ）、Ｓ．Ｏ．クノロフ（ｋｎｏｎｒｏｖ）、Ａ．Ｂ．フェドトフ（Ｆｅｄｏｔｏｖ）、Ａ．Ｍ．ゼルチコフ（Ｚｈｅｌｔｉｋｏｖ）、Ｐ．Ｋ．カフカロフ（Ｋａｓｈｋａｒｏｖ）、Ｖ．Ｙ．ティモシェンコ（Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ）、Ｖ．Ｖ．ヤコブロフ（Ｙａｋｏｖｌｅｖ）によるＳＰＩＥ論文集（Ｐｒｏｃ．Ｏｆ  ＳＰＩＥ）、５３６０巻、３３３ページ。
【００８１】
１９９０年１１月のＫ．クロダ（Ｋｕｒｏｄａ）、Ｙ．オカザキ（Ｏｋａｚａｋｉ）、Ｔ．シムラ（Ｓｈｉｍｕｒａ）、Ｍ．チハラ（Ｃｈｉｈａｒａ）、Ｍ．イトウ（Ｉｔｏｈ）、Ｉ．オグラ（Ｏｇｕｒａ）によるオプティクス  レターズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、１５（２１）、１１９７ページ。
【００８２】
２００１年５月のＯ．コボゼフ、Ａ．カムシリン、Ｅ．ライタ（Ｒａｉｔａ）、Ｎ．ナゼスチキナ（Ｎａｚｈｅｓｔｋｉｎａ）、Ｔ．ジャスケレネン（Ｊａａｓｋｅｌａｉｎｅｎ）によるジャーナル  オブ  オプティクス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ）Ａ、３（３）Ｌ９。
【００８３】
１９９５年１１月のＰ．デライによるアプライド  フィジックス  レター６７（２２）、ページ３２５１。
Ｒ．Ｋ．イング、Ｄ．ローヤー（Ｒｏｙｅｒ）、Ｂ．ポエット（Ｐｏｕｅｔ）、Ｓ．クリスナスワムミー（Ｋｒｉｓｈｎａｓｗａｍｙ）による１９９６年、ＩＥＥＥ超音波シンポジウム（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）、６８１ページ。
【００８４】
２００１年５月のＢ．カンパニュー、Ａ．ブロウイン、Ｌ．プジョル（Ｐｕｊｏｌ）、Ｊ．Ｐ．モンチャリンによる科学的計測器のレビュー７２（５）、２４７８ページ。
Ｙ．イイダ（Ｉｉｄａ）、Ｓ．アシハラ（Ａｓｈｉｈａｒａ）、Ｈ．オノ（Ｏｎｏ）、Ｔ．シムラ、Ｋ．クロダ、Ａ．カムシリン、Ｏ．マトバ（Ｍａｔｏｂａ）によるジャーナル  オブ  オプティクス（Ｊ．Ｏｐｔ）Ａ．５（２００３）Ｓ４５７。
【００８５】
１９９５年７月１５日のトクユキ  ホンダ（Ｔｏｋｕｙｕｋｉ  Ｈｏｎｄａ）、トシヒサ  ヤマシタ（Ｔｏｓｈｉｈｉｓａ  Ｙａｍａｓｈｉｔａ）、ヒロカズ  マツモト（Ｈｉｒｏｋａｚｕ  Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ）によるジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス（Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、Ｂｉ１２ＳｉＯ２０  Ｊｐｎにおける２波混合による粗面の超音波ナノメートル動作の光学的測定（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｏｕｇｈ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｂｙ  Ｔｗｏ−Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ）、３４巻（１９９５）、３７３７−３７４０パート１、７Ａ番。
【００８６】
２０００年のカムシリン  Ａ  Ａ、パイバサーリ（Ｐａｉｖａｓａａｒｉ）Ｋ、クレイン  Ｍ  Ｂ、ポエット  Ｂによるアプライド  フィジックス  レター７７  ４０９８−１００。
【００８７】
１９９７年７月１４日のＰ．デライ、Ａ．ブロウイン、Ｄ．ドロレット（Ｄｒｏｌｅｔ）、Ｌ−Ａ．デ  モントモリオン（ｄｅ  Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎ）、Ｇ．ルーゼン、Ｊ−Ｐ．モンチャリンによるジャーナル  オブ  オプティクス  ソサイアティ、Ａｍ．Ｂ、オプト  フィジックス（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ，Ｏｐｔ．Ｐｈｙｓ）に印加された直流界の下、光屈折性ＩｎＰ：Ｆｅによる散乱面の超音波動作の検出（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｂｙ  ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ＩｎＰ：Ｆｅ  ｕｎｄｅｒ  ａｎ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｄｃ  ｆｉｅｌｄ）（米国）１７２３−３４。
【００８８】
２００４年１１月のリーレイ  ペング（Ｌｅｉｌｅｉ  Ｐｅｎｇ）、ダビッド（Ｄａｖｉｄ）Ｄ．ノルテ（Ｎｏｌｔｅ）、ピング  ユー（Ｐｉｎｇ  Ｙｕ）、ミシェル（Ｍｉｃｈａｅｌ）Ｒ．メローチ（Ｍｅｌｌｏｃｈ）による光屈折性量子ウェルを使用する順応型光コヒーレンス−ドメイン反射計測法（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  ｕｓｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ）、ＪＯＳＡ  Ｂ、２１巻、１１号、１９５３−１９６３。
【００８９】
カスリン  アサートン（Ｋａｔｈｒｙｎ  Ａｔｈｅｒｔｏｎ）、ブライアン  カルシュー（Ｂｒｉａｎ  Ｃｕｌｓｈａｗ）、フェンゾン  ドング（Ｆｅｎｇｚｈｏｎｇ  Ｄｏｎｇ）、パン  ジュン（Ｐａｎ  Ｊｕｎ）、Ｓ．ガレス  ピース（Ｇａｒｅｔｈ  Ｐｉｅｒｃｅ）、コリン（Ｃｏｌｉｎ）Ｉ．スウィフト（Ｓｗｉｆｔ）によるＳＰＩＥ論文集、４４１７巻、１９から３２ページの低パワーレーザ源からの広帯域幅レーザ発生超音波の生成及び検出（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｌａｓｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｆｒｏｍ  ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅｓ）。
【００９０】
１９９５年のホンダ  Ｔ、ヤマシタ  Ｔ、マツモト  Ｈによる日本ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス  ３４  ３７３７−４０。
デライ  Ｐ、ブロウイン  Ａ、ドロレット  Ｄ、デ  モントモリオン  Ｌ−Ａ、ルーゼン  Ｇ、モンチャリン  Ｊ−Ｐによる１９９７年、ジャーナル  オブ  オプティクス  ソサイアティ、Ａｍ．Ｂ  １４  １７２３−３４。
【００９１】
ジアリ（Ｚｉａｒｉ）Ｍ、ステイア（Ｓｔｅｉｅｒ）Ｗ  Ｈ、ラノン（Ｒａｎｏｎ）Ｐ  Ｍ、クレイン  Ｍ  Ｂ、トリベジ（Ｔｒｉｖｅｄｉ）Ｓ  Ｂによる１９９２年、ジャーナル  オブ  オプティク  ソサイアティ、Ａｍ．Ｂ  ９  １４６１−６。
【００９２】
カムシリンＡ  Ａ、パイバサーリ  Ｋ、クレイン  Ｍ  Ｂ、ポエット  Ｂによる２０００年、アプライド  フィジックス  レター７７  ４０９８−１００。
カムシリンＡ  Ａ、パイバサーリ  Ｋ、コメンコ（Ｋｈｏｍｅｎｋｏ）Ａ  Ｖ、ファンテス−ヘルナンデス（Ｆｕｅｎｔｅｓ−Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ）Ｃ  Ａによる１９９９年、オプティクス  レター２４  ８３２−４。
【００９３】
カムシュリン  Ａ  Ａ、イイダ  Ｙ、アシハラ  Ｓ、シムラ  Ｔ、クロダ  Ｋによる１９９９年、アプライド  フィジックス  レター７４  ２５７５−７。
グラス（Ｇｌａｓｓ）Ａ  Ｍ、ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）Ａ  Ｍ、オルセン（Ｏｌｓｏｎ）Ｄ  Ｈ、シンプソン（Ｓｉｍｐｓｏｎ）Ｗ、バルマン（Ｂａｌｌｍａｎ）Ａ  Ａによる１９８４年４月、アプライド  フィジックス  レター４４  ９４８−５０。
【００９４】
クロダ  Ｋ、オカザキ  Ｙ、シムラ  Ｔ、オカムラ（Ｏｋａｍｕｒａ）Ｈ、チハラ  Ｍ、イトウ  Ｍ、オグラ  Ｉによる１９９０年、オプティクス  レターズ１５  １１９７−９。
【００９５】
ライタ（Ｒａｉｔａ）Ｅ、コボゼフ  Ｏ、カムシリン  Ａ  Ａ、プロコフィエフ（Ｐｒｏｋｏｆｉｅｖ）Ｖ  Ｖによる２０００年、オプティクス  レターズ２５  １２６１−３。
【００９６】
ステパノフ（Ｓｔｅｐａｎｏｖ）Ｓ、ペトロフ  Ｍ  Ｐによる１９８８年、Ｐグンター及びＪ  Ｐハイグナード編集（ｅｄ  Ｐ  Ｇｕｎｔｅｒ  ａｎｄ  ＪＰ  Ｈｕｉｇｎａｒｄ）による光屈折性材料及びその応用、基本現象（Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）（ベルリン：スプリンガー）２６３ページ。
【００９７】
Ｊ．Ｍ．スマルコ*、Ｌ．Ｂ．キシュによる印刷２００４年のセンサ及び材料（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）１６巻。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】容器の中身の材料の性質を探知するとき、伝送した物質波及び反射した物質波と共に本発明の１つの実施の形態を示す図である。
【図２】容器の中身の汚染物質に対する材料の性質を探知するとき、伝送した物質波及び反射した物質波と共に本発明の１つの実施の形態を示す図である。
【図３】容器の材料の欠陥を探知するとき、伝送した物質波及び反射した物質波と共に本発明の１つの実施の形態を示す図である。
【図４】伝送した物質波が容器の反対側部にて検出される、本発明の１つの実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の手持ち型可動パッケージの１つの実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の１つのシステムの形態の概略図である。
【図７】本発明の光学サブシステムの概略図である。
【図１】
2008542687.tif 000013
【図２】
2008542687.tif 000014
【図３】
2008542687.tif 000015
【図４】
2008542687.tif 000016
【図５】
2008542687.tif 000017
【図６】
2008542687.tif 000018
【図７】
2008542687.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月27日(2008.2.27)
【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】
携帯型の非接触式のセンサシステムであって、
特徴を把握するべき対象物の一つの面に複数のレーザパルスを発射するように構成されたレーザ発生サブシステムであって、レーザパルスがパターンによりコード化されており、発射されたレーザパルスが前記対象物内に超音波を生成する前記レーザ発生サブシステムと；
前記対象物からの戻りレーザパルスを受け取るように構成されたレーザ検出サブシステムと；
前記レーザ発生サブシステム及び前記レーザ検出サブシステムに機能的に関連付けられたビームステアリングサブシステムと；
前記受け取られた戻りレーザパルスを分析し、前記対象物の特徴を把握するように構成され、マイクロプロセッサを含む分析サブシステムと；
電力管理サブシステムと；
ユーザインターフェースと；
前記センサシステムと、該センサシステム外部の装置との間の通信を可能にするように構成された通信インターフェースと；を備え、
前記センサシステムはハンド−ヘルドに構成されている、センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、
前記対象物は、プラスチック、ガラス、鉄系及び非鉄系金属の少なくとも１つを含む、センサシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記対象物は容器からなる、センサシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサシステムにおいて、前記容器は液体を備える、センサシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のセンサシステムにおいて、前記容器は閉鎖されている、センサシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサシステムにおいて、前記分析サブシステムによる前記対象物の特徴の把握には、前記容器の内容物の特徴の把握を含む、センサシステム。
【請求項７】
請求項５に記載のセンサシステムにおいて、
前記対象物は、輸送用容器、パイプ、ドラム、タンク、弾頭、爆弾、化学兵器の容器及び生物兵器の容器の少なくとも１つである、センサシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記対象物は有機的である、センサシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記レーザ発生サブシステムは、レーザダイオードによりポンビングされるＱ−スイッチレーザである、センサシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記レーザ発生サブシステムは、フィードバックを採用するドライバサブシステムにより駆動されるプローブレーザである、センサシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記レーザ発生サブシステムは、１０３ナノメートルのオーダの波長範囲を有するプローブレーザである、センサシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記レーザ検出サブシステムは、プローブレーザ及び順応型干渉計を有する、センサシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、データベースを更に備える、センサシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記通信インターフェースは、前記通信システムと前記データベースとの間の通信を可能にするように構成されている、センサシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記分析サブシステムは、前記対象物に関して、音速、周波数応答性、及び減衰応答性のうち少なくとも１つを決定する、センサシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記分析サブシステムは、スペクトル分析を用いて前記対象物の特徴を把握する、センサシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記分析サブシステムは、複数の材料に関付けられた波形のパターン認識を用いて前記対象物の特徴を把握する、センサシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記分析サブシステムは、欠陥または汚染物質の存在を検出するように構成されている、センサシステム。
【請求項１９】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記ユーザインターフェースは、ディスプレイを含む、センサシステム。
【請求項２０】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記センサシステムは、バッテリから電力を受け取るように構成されている、センサシステム。
【請求項２１】
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、前記センサシステムは、ユーザにより把持可能な取っ手部を有するハウジングを備える、センサシステム。
【請求項２２】
非接触で対象物の特徴を把握するための携帯型のハンド−ヘルド装置であって、
特徴を把握すべき物体の一つの面に複数のレーザパルスを発射するように構成された励起レーザであって、発射されたレーザパルスがパターンによりコード化されており、発射されたレーザパルスが前記対象物内に超音波を生成する、前記励起レーザと；
前記励起レーザを駆動するように構成された第１のドライバと；
プローブレーザビームを発射するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブレーザビームの少なくとも一部は、前記対象物に発射される、前記プローブレーザと；
前記プローブレーザを駆動するように構成された第２のドライバと；
前記励起レーザ及び前記プローブレーザのうち少なくとも１つに機能的に関連付けられたビームステアリングモジュールと；
前記対象物から戻りレーザパルスを受け取るように構成された順応型干渉計と；
前記受け取った戻りパルスを分析し、複数の材料に関連付けられた波形のパターン認識を通じて前記対象物の特徴を把握するように構成されているマイクロプロセッサと；
電力管理要素であって、前記ハンド−ヘルド装置がバッテリにより供給される電力を介して動作可能に構成されている、前記電力管理要素と；
ディスプレイを含むユーザインターフェースと；
前記ハンド−ヘルド装置と、該ハンド−ヘルド装置外部の第２の装置との間の通信を可能にするように構成されている通信インターフェースと；
前記ハンド−ヘルド装置の電気的及び光学的要素を収容するように構成されたハウジングと；
を備えるハンド−ヘルド装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載のハンド−ヘルド装置において、前記通信インターフェースは、無線通信可能に構成されている、ハンド−ヘルド装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載のハンド−ヘルド装置において、前記電力管理要素は、バッテリを充電するように構成された充電モジュールを有する、ハンド−ヘルド装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載のハンド−ヘルド装置において、前記ハウジングは、前記ディスプレイを収容するように構成されている、ハンド−ヘルド装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
更に、個々の構成要素は、開示した形状にて形成し又は開示した形態にて組み立てる必要はなく、実質的に任意の形状にて提供し且つ実質的に任意の形態にて組み立てることが可能である。更に、構成要素は、物理的に分離したモジュールとして本明細書にて説明したが、これらの構成要素は、該構成要素が関係した装置内に一体化することが可能であることが明らかであろう。更に、開示された実施の形態の各々の開示された特徴の全ては、かかる特徴が相互に排他的である場合を除いて、その他の開示された実施の形態の各々の開示された特徴と組み合わせ又はそれらの特徴と置換することが可能である。
本発明は、隔離的、非侵襲的、非放射線利用型、眼に安全、非消耗的である、対象物の特徴を特定するシステムにおいて、
ａ．エネルギを対象物の表面に向け、超音波が特徴を把握すべき対象物内にて発生されるようにする少なくとも１つのパルス型レーザ放出器と、
ｂ．対象物中の振動励起を測定し、これにより、対象物の特徴が遠隔的に把握されるようにする遠隔手段とを組み合わせて備える、システムに関する。
このシステムにおいて、振動励起を測定する前記遠隔手段はレーザ振動計を含むことが可能である。対象物は流体を充填した容器と、パイプとを含むことが可能である。対象物は粉体、液体又は固体を保持する成形物であることが可能である。対象物は、液体を輸送するため使用される輸送用容器、ドラム又はタンクの少なくとも１つであることが可能である。
別の本発明は、容器の性質を決定する遠隔感知装置において、
容器の寸法、容器の材料及び容器の欠陥の少なくとも１つを決定する手段と、
固体、液体、気体、並びに固体、液体及び気体の混合体の少なくとも１つを検出する手段と、
次のもの、すなわちパイプ内を流れる化学物質、水流又は川を流れる廃棄物、水溜り又はタンク内の静止した液体中の汚染物質の少なくとも１つを検出する手段と、
機械的／音響的振動、低周波音手段、聴覚的手段及び超音波手段の少なくとも１つにより、標本を採取する手段とを備える、遠隔感知装置に関する。
この遠隔感知装置において、標本を採取する手段は、電磁放射線によって励振された振動を有することが可能である。標本を採取する手段は、高周波／マイクロ波放射線によって励振された振動を有することが可能である。標本を採取する手段は、テラヘルツ放射線によって励振された振動を有することが可能である。光センサを更に含むことが可能である。単一パルス、多数パルス、均一な時間間隔、変化する時間間隔、パルスの圧縮、成形パルス及び位相アレーの少なくとも１つを発生させる発生器を有するパルス型レーザを更に含むことが可能である。Ｘ線発生器及び検出器を更に含むことが可能である。光センサは、赤外線、可視光及び紫外線の少なくとも１つを含むことが可能である。干渉計、振動計を更に含むことが可能である。干渉計は参照ビーム干渉計を含むことが可能である。干渉計は単一ビーム干渉計を含むことが可能である。干渉計は順応型干渉計を含むことが可能である。２つの波を混合させることを含むことが可能である。４つの波を混合させることを含むことが可能である。
【国際調査報告】
2008542687.tif 000020
2008542687.tif 000021