(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた種類の物体または対象物の位置を特定するための装置であって、
第１の誘電物質から形成されかつ内室を有するハウジング（２００）であって、前記内室の内部に第２の誘電物質（６０１）を有するハウジングと；
前記ハウジング上に配置されかつ装置の長軸にほぼ平行に方向付けられた、５ミリワット〜２０ミリワットのパワーレベル、および６００〜８１０ナノメータの波長を有するレーザのレーザ輻射源（３００）と；
前記第２誘電物質と接触して配置された導電性材料から形成され、かつ回転軸（Ｅ）を画成するハンドル（１０１）とを備え、
前記ハンドルは、上記装置が誘電泳動力および該誘電泳動力により発現される計測可能な量を上記装置中に生じて応答するように構成され、前記力は検知される前記物体または対象物の一様でない電場パターンに関連づけられ、かつ、レーザ輻射の導入により増大され、前記力は前記回転軸（Ｅ）の周囲に結果として生じるトルクを生じることにより、検知される前記物体または対象物に向かって前記装置を方向づけることにより特徴づけられた装置。
【請求項２】
前記レーザ輻射源が複数のレーザを含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のレーザが前記ハウジングに対して幾何学的に最適な位置に配置されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ輻射源が、ナノメータ〜キロメータ範囲のコヒーレンス長さを有するレーザ輻射線を発生させる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記レーザ輻射源が６００ナノメータの波長で動作する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記レーザ輻射源が５ミリワットの輻射パワーを生じる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記レーザ輻射源が２０ミリワットの輻射パワーを生じる請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記レーザ輻射源が、ミリメータ範囲のコヒーレンス長さを有するレーザ輻射線を発生させる請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記レーザ輻射源が８０８ナノメータの波長で動作する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザ輻射源が５ミリワットの輻射パワーを生じる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記レーザ輻射源が２０ミリワットの輻射パワーを生じる請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記レーザ輻射源が、ミリメータ範囲のコヒーレンス長さを有するレーザ輻射線を発生させる請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ輻射源が６３２．８ナノメータの波長で動作する請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ輻射源が５ミリワットの輻射パワーを生じる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記レーザ輻射源が２０ミリワットの輻射パワーを生じる請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザ輻射源が、数１０センチメートルの範囲のコヒーレンス長さを有するレーザ輻射線を発生させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザ輻射源が６００ナノメータの波長で動作する請求項３に記載の装置。
【請求項１８】
前記レーザ輻射源が８０８ナノメータの波長で動作する請求項３に記載の装置。
【請求項１９】
前記レーザ輻射源が６３２．８ナノメータの波長で動作する請求項３に記載の装置。
【請求項２０】
予め決められた種類の物体または対象物の位置を特定するための方法であって、
第１の誘電物質から形成されかつ内室を有するハウジング（２００）であって、前記内室の内部に第２の誘電物質（６０１）を有するハウジング（２００）と、装置の長軸にほぼ平行に方向付けられたレーザ輻射源（３００）と、ハンドル（１０１）とを有する位置特定装置をもたらす段階と、
前記第２の誘電体物質と接触して配置された導電性材料から形成され、かつ上記装置が誘電泳動力および該誘電泳動力により発現される計測可能な量を上記装置中に生じて応答するように構成された前記ハンドルで位置特定装置を保持する段階と、
前記特定装置を、レーザ輻射源が５ミリワット〜２０ミリワットのパワーレベル、および６００〜８１０ナノメータの波長を有するレーザ輻射線を出射しているときに、検出されるべき前記物体または対象物の概略方向に走査する段階と、
前記物体または対象物の一様でない電場パターンに関連づけられ、かつレーザ輻射の導入により増大された検知可能な誘電泳動力の発現により生じる、検知される前記物体または対象物に向かっての前記特定装置の方向付けを観測する段階とを含む方法。
【請求項２１】
予め定められた種類の物体または対象物の位置を特定するための位置特定装置であって、
前記装置の長軸にほぼ平行に方向付けられた５ミリワット〜２０ミリワットのパワーレベル、および６００〜８１０ナノメータの波長を有するレーザーのレーザ輻射源（３００）を含む分極ユニット（１０１，２００）を備え、
前記分極ユニット（１０１，２００）には、目標物により示される空間的に一様でない電場に従って分極帯電パターンが誘起され、かつ、前記レーザ輻射源が目標物に向かう方向に輻射線を出射し、
前記位置特定装置は、該分極帯電パターンに応答して、誘電泳動力および該誘電泳動力により発現される計測可能な量を上記装置中に生じ、
前記力は、レーザー輻射の導入により増大され、
前記力は、前記検知される前記物体または対象物へ向かって前記装置を方向付けることを特徴とする位置特定装置。
【請求項２２】
前記レーザ輻射源が複数のレーザを含む請求項２１に記載の位置特定装置。
【請求項２３】
内部に誘電体を有する位置特定装置を用いて目標物の位置を特定するための方法であって、
位置特定装置から５ミリワット〜２０ミリワットのパワーレベル、および６００〜８１０ナノメータの波長を有するレーザ輻射線を、前記装置の長軸にほぼ平行な方向に出射することと、
目標物により示される空間的に一様でない電場内に、前記位置特定装置を置くことと、
前記目標物により示される空間的に一様でない電場に従って分極帯電パターンを検知することを含み、
前記分極帯電パターンの探知は、前記装置が前記分極帯電パターンに応答して、誘電泳動力および該力の計測可能な量を前記装置中に生じることによりおこなわれ、
前記力はレーザ輻射の導入により増大され、
前記力は、検知される前記物体または対象物に向かって前記装置を方向づけることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、種々の物体および対称物の検知を誘電運動学(dielectrokinesis)を用いて促進するための方法および装置に関する。特に、本発明は、生命のある人間および動物、ならびに生命のない物体、例えばある種のプラスチックを含む、様々な物体の位置を特定するための方法および装置に関する。位置特定は、物体もしくは対象物により固有に示される、３次元の一様でない電場の空間勾配パターンによって生じる力、その力により生じるトルク、加速度、振動、またはその力に由来する計測可能な他の量を観測および検出することにより行われる。前記空間勾配パターンは、本発明の装置が操作者によって用いられるときに本発明の装置より検出される。本発明に従えば、レーザエネルギーを組み込むことにより、局所領域が発生し、それにより誘電泳動力およびトルクがかなりの程度増大され、それにより、レーザを用いない装置と比較して検知能力が増大される。
２．従来の技術
生命体または非生命体の物体の存在および／または不在の検知は、視界を遮って介在する構造物の有無または電磁障害（ＥＭＩ）、気候条件などに関わりなく、多種多様の用途を有する。それらの用途は、法律の執行、軍事目的、消火および救助活動、緊急サービス、乗員が乗り込む前の飛行機、列車および自動車における輸送警備、新旧の建設産業、万引き防止対策、ならびに他の種々の警備および非警備に関する分野および操作を含む。
【０００２】
本発明の発明者に１９９８年５月５日に付与された「誘電泳動を利用して物体を位置特定する装置および方法」と題する米国特許第５，７４８，０８８号の全文を援用して本文の記載の一部とする。この特許出願には、誘電泳動およびそれにより生じる誘電運動として知られる現象を利用して、物体の存在／不在を、検知される物体が視覚的に判断し難いかどうかに関係なく検知することが記載されている。
【０００３】
要するに、米国特許第５，７４８，０８８号に詳細に記載されているように、誘電泳動とは、初期に中性である物体が空間的に一様でない外部電場による誘起によって誘電分極電荷を帯びて生じる力と、その力に引き続いて生じるトルクの機械的動作とを示す。電場の空間的不均一さは、空間勾配、すなわち電場の空間変化率により測定される。誘電泳動効果の基本的な操作原理は、発生する力（またはトルク）が常に同一の方向を指し示そうとすることである。すなわち、時間または信号（＋／−）に関係なく最大の局所電場勾配に向うことである。
【０００４】
誘電泳動力は、互いに複合されて力を発生する５つの要素に依存している。これらの要素は、初期に中性であった物体の形状および容積；中性物体およびその周囲を取り巻く媒体（例えば、空気、空気と障害物、水蒸気など）の相対的な分極率；外部電場；ならびに外部電場の空間勾配を含む。例えば、Ｈ．Ａ.ポールによる「誘電泳動」(Cambridge University Press (1978))を参照のこと。
【０００５】
米国特許第５，７４８，０８８号に記載されている装置は、物体が固有に示す一様でない電場を平方した空間勾配の３次元パターンの結果生じる力を用いて、装置操作者に対する目標物体の正確な位置および方向を指し示す。誘電泳動（dielectrophoresis）として知られる動電学的効果(electrokinetic  effect)を用いて、ある力とその力に引き続いて生じるトルクとを装置のアンテナおよび他の構成部品上に誘起し、それにより、目標物の方向と位置の迅速な探知を行う。
【０００６】
さらに、本発明の発明者による、共に係属中の、１９９８年５月４日に出願された「材料に特有の一様でない静電帯電空間勾配パターンと誘電泳動とのリンクによる非生命体の挙動ライン(Line of Bearing)位置特定方法」と題する米国特許出願０９／０７１，８２５号と、１９９８年５月４日に出願された「種に特有の心臓ＥＣＧの一様でない電場パターンと誘電泳動とをリンクする、生命体の挙動ライン位置特定装置および方法」と題する米国特許出願０９／０７１，８０６号との全文を援用して本文の記載の一部とする。これらの特許出願は、誘電泳動を利用した、非生命体および生命体の位置検知を記載している。この検知は、一様でない電場空間勾配パターンを、誘電泳動を介して、特有の力およびそれに続いて生じるトルクと、高いアスペクト比（長さ／半径）のアンテナ並びに位置特定装置内の選択的誘電分極マッチング部品およびフィルタリング部品上で連結させる。そして、たとえ、物体が、金属、誘電体、プラスチック、土、木などからつくられた視界を遮る、障害物に隠された位置にあっても、および／またはＥＭＩが存在しても、即時に更新される挙動ラインを、物体または材料の最大表面の電場空間勾配に、そしてそれにより物体または対象物自体に与える。
しかし、米国特許第５，７４８，０８８号、米国特許出願０９／０７１，８２５号および米国特許出願０９／０７１，８０６号の方法および装置は、最大範囲（すなわち検知の最大距離）、力およびその力に続いて生じるトルクの大きさ、ならびに挙動ライン検出器応答時間に関するいくつかの制限を有する。したがって、物体および対象物を検知するための、誘電動性に依存した知られた検知装置の効果を改善および増大させるための手段が必要である。
【０００７】
発明の概要
本発明は、誘電動性を利用して物体および対象物の位置特定を行う改良および向上された方法および装置を提供する。この方法および装置は、従来の誘電動性検知装置に伴う制限を克服し、かつ、本発明の発明者による、先の、米国特許第５，７４８，０８８号、米国特許出願０９／０７１，８２５号および０９／０７１，８０６号に記載された発明を改良したものである。特に、本発明は、レーザエネルギーを用いて誘電動効果を増大させる。これは、レーザ輻射線の空気吸収および他の特性により、誘電率のかなり高い局所領域を創成することにより行われる。そして、これは、また、誘電泳動力およびその結果生じるトルクを増大させ、かつ、物体または対象物によりレーザビーム領域に向かって発生される電場ラインの不均一性を差別的に方向付けすることまたはチャネリングすることにより応答時間を低減する。
【０００８】
誘電泳動とは、動電効果として知られる５つのうちの一つであり（他の四つは電気泳動、電気浸透、Dorn効果、流動電位である）、初期には電気的に中性であった物体が空間的に一様でない電場により誘電分極を誘起され、機械的動作に影響を与える力について説明している。電場の空間における不均一さは、電場の空間勾配により測定することができる。誘電泳動による力はいくつかの要素に非線形な依存性を示し、それら要素には、周囲を取り巻く媒体（空気に加えて間にある壁、木など）の誘電分極率、初期に中性であった物体（装置のアンテナおよび他の構成部品）の分極率と位置関係、装置のアンテナおよび他の構成部品により検出される、目標物の局所的な電場分布を平方した空間勾配、が含まれる。この空間勾配は、装置のアンテナおよび他の構成部品上に誘起される分極電荷により生ずる誘電泳動力によって測定され、この力はアンテナおよび他の構成部品が、予め定めた物体の種類に特有な、３次元の一様でない電場の平方による空間勾配の分布における最大値を常に指し示す（指し示そうとする）ように一定の方向を探査するものである。
【０００９】
この一定方向を探索する力の大きさは、装置のアンテナおよび他の構成部品に対する、位置を特定しようとする物体の角度位置及び径方向の位置の関数として大きく変化し得る。また、介在する媒質（例えば空気）やアンテナおよび他の構成部品に使用される材料の有効誘電分極率によっても影響を受ける。以下の方程式は誘電泳動力を定義しており、式１は初期状態が中性の球形物体（球形アンテナおよび他の構成部品）に働く力を表し、式２は初期状態が中性の円筒形物体（円筒形アンテナおよび他の構成部品）に働く力を表している。
Ｆ=２（πａ３）ε０Ｋ１（Ｋ２−Ｋ１）
／（Ｋ２＋２Ｋ１） ▽｜Ｅ０｜２  ・・式１
Ｆ=Ｌ／ａ（πａ３）ε０Ｋ１（Ｋ２−Ｋ１）／（Ｋ２＋Ｋ１）▽｜Ｅ０｜２  ・・式２
ここで、
Ｆは アンテナおよび装置の他の構成部品により検出される誘電力ベクトルである。
ａは 球あるいは円筒の半径
Ｌは 円筒の長さ（Ｌ／ａはいわゆる軸比）
ε０は 真空の誘電率
Ｋ２は 球あるいは円筒状の材料の誘電率
Ｋ１は 目標物とアンテナおよび他の構成部品双方を取り巻く流体あるい は気体（空気）の誘電率
Ｅ０は アンテナおよび他の構成部品により検出される、目標物によって生成される電場
▽は 空間勾配を求める数学的演算子
を表している。
【００１０】
本文中で用いている用語“アンテナ”は、（非常に現実的な意味において）本発明の装置に存在する、生きた人間の操作者を含むあらゆる構成要素を含んでいることに注意すべきである。従って、本発明の検出器および生きた人間の操作者を構成する材料の誘電率すべてが上式のＫ２全体の値を決定する。これらの材料は球形あるいは円筒形に一様に配置されてはおらず、したがって、Ｋ２の正確な値と、Ｋ１に対するＫ２の関数的関係を、閉じた形の数式において決定することは、不可能ではないにしても困難である。現実的には、異なる種類の物体の位置を正確に特定するために、誘電泳動力とそれに伴って生じるトルク、加速度、振動、または誘電泳動に由来する他の計測可能量の最大値を生じるのに必要となる、誘電体材料の種類と位置が実験により示されてきた（示され続けている）。次の表は、位置検出器（Ｋ２値）に用いられ得る誘電体材料および／またはその周囲の物質（空気、水、壁など）と、それら物質の誘電率とを掲載している。
物質                          誘電率
空気                          １．０
ポリ塩化ビニル                ３．０
ナイロン                      ４．０
ポリエステル                  ５．５
シリコン                      １２．０
２−プロパノール              １９．９
水                            ７８．４
ｎ−ｍａａ                    １９１．３
セレン                        １０００
ＢａＴｉＯ３                  ４０００
（ＣＳ２）ｎ                ２０，０００
金属                                  ∞
肺                            ３×１０７
心筋                          ７×１０６
骨格筋                        １×１０７
肝臓                          ５×１０７
脂肪（１００Ｈｚ）            ２×１０５
腎臓（１０ｋＨｚ）            ５×１０４
血液（１０ｋＨｚ）            ３×１０３
脳（１００ｋＨｚ）            ４×１０３
骨（１００ｋＨｚ）            ４×１０３
この動作原理は、上述の力を利用して、アンテナを、局所的な電場の最大勾配に向けて動かし、それによって見えない物体の方向を指し示すことを含んでいる。
【００１１】
本発明に従えば、米国特許第５，７４８，０８８号、米国特許出願０９／０７１，８２５号および０９／０７１，８０６号に記載されたような装置の性能は、装置のアンテナの長軸に平行な方向のレーザエネルギーを含むことによりかなり改良および向上される。特に、アンテナの長軸に平行な方向に送出されるレーザエネルギーを含むことにより、極限範囲（すなわち最大検知範囲）、力およびそれに続いて発生するトルクの強度、ならびに検出器の最大応答速度におけるかなりの改善がもたらされる。
【００１２】
よく知られているように、レーザは、コヒーレントでほぼ単一の波長（および周波数）の、サブミリメータから紫外線およびｘ線波長の範囲で発光される、高度の指向性を有する電磁輻射線を発生させる装置である。レーザにより発生する光ビームは高度にコヒーレントでかつ単色である。強度の空間コヒーレンスがビーム断面を通じて延在し、伝搬方向に沿ったコヒーレンス長さは、ミリメータから数メータの長さになり得る。レーザビームの伝搬方向に対して横方向に隔離された２点（断面）における光の間のコヒーレンスの測定に加えて、伝搬方向に沿って隔離された点における光の間の相互コヒーレンスからの測定もなされることができる。これは、コヒーレンス長さＬｃを、２つのサンプル地点間の距離がＬｃ未満であるときに強いコヒーレンスが測定されるような長さと定義することを可能にする。関連するコヒーレンス時間はｔｃ＝Ｌｃ／ｃとして定義することができる。Ｌｃまたはｔｃの測定は、波の周波数の拡がりΔｆ（ここで、Δｆ≒１／ｔｃ）に関する情報をもたらす。
【００１３】
光増幅物質に基づいて分類される３つの主要なタイプのレーザ、（１）固体レーザ、（２）ガスレーザおよび（３）液体レーザがある。固体レーザの例は、半導体レーザ、結晶（クリスタル）レーザ、ガラスレーザを含む。半導体レーザは注入レーザとも呼ばれ、小さいキューブ状の半導体を光増幅物質として有する。共通に用いられている物質はガリウム砒素である。半導体は電荷が異なる２つの層を含む。半導体を通過する電流は、コヒーレント光の連続ビームを、２つの層の間の分岐点に沿って射出する。半導体レーザ（レーザダイオードとしても知られる）は、非常に効率的に電気をコヒーレント光に変換する。小さい寸法の半導体レーザは有用である。半導体レーザ、液体レーザおよびガスレーザの概略図が、参考として図６に示されている。
【００１４】
本発明により、レーザ光ビームを検出器のアンテナの長軸に平行に方向付けることにより、誘電動現象に依存する既知の検出器の最大範囲、力およびその結果生じるトルクの発現の大きさと、検出器応答の最大速度とがかなり増大された。
【００１５】
レーザは、誘電動性検出器の性能を向上させる。なぜなら、レーザ光は、その空気により部分的に吸収され、かつ障害物により、通常ほぼ完全に吸収されるからである。この、空気による部分的な吸収により、電子励起および／または熱励起吸収が生じる。このように生じた励起は、（レーザビームが存在する領域に）より高い誘電率および他の特性を有する局所領域をもたらし、それにより、誘電泳動力およびトルクをかなり増大させると同時に、応答時間を、物体または対象物によりレーザ光ビーム領域に向かって発生される電場ラインの不均一性を差別的に方向付けまたは集束することにより低減させる。レーザビームは、その波長、パワー、コヒーレンス長さおよびビーム形状（例えばガウスビーム、集束ガウスビームなど）により特徴づけられる。これらの特徴は全て、本発明によりもたらされる誘電泳動力およびトルクに関して観測される向上レベルに影響を与える。
【００１６】
さらに、誘電泳動力およびトルクのレーザ増大のレベルは、レーザの数（すなわち、部分的に吸収されるビームの有効容積をより大きくする）と、レーザの空間的幾何学的配置（すなわち電場空間勾配の集束の増大）とによる。本文中に詳細に記載するように、複数のレーザは同時に動作し、かつ、検出器自体の全体に直接取り付けられる。与えられた数のレーザに関し、最大レーザ増大のための最適な幾何学的配置は、高度の対称性を有する配置である（例えば、２つのレーザには線が、３つのレーザには正三角形が、そして、４つのレーザには正方形の配置が与えられ、その他の数のレーザについても同様である）。
【００１７】
本発明に従えば、操作者は位置検出装置を手に持ち、ハンドルを通じて検出装置は操作者と電気的につながる。操作者の一部分は電気的に接地しており（地面に立っていることにより）、本来のアースにつながる個々の操作者の体の電気容量（Ｃ）と抵抗（Ｒ）は、検出器のハンドルと電気的に連結している。個々の人間の体におけるＣは１００ｐＦから４００ｐＦの範囲とされ、Ｒは０．０３ｋΩから１ｋΩの範囲とされている。従って検出装置の操作者となる可能性のある様々な人間に関して、一般化した電気パラメーター（ここでは、目標物の電場の空間勾配により装置上に誘起される分極電荷分布であるか、また、電場、電流、電圧もある）の指数関数的減衰における時定数（＝ＲＣ）は約３〜４００μ秒の範囲である。この時定数は末端に直列抵抗を１００ｋΩまで、および並列コンデンサを０．０１μＦまで結合することにより大幅に増加することができる。この結果、操作者の有効時定数は１ないし１０秒までとなる。
【００１８】
これにより検出装置のアンテナおよび他の構成部品上の誘起分極電荷パターンにより引き起こされる誘電泳動力は検出され、その力は、装置上の誘起分極電荷パターンが操作者の体を通して地面に減退しうるより速く補充されるので、瞬時に補充でき、固定できるようになる。この効果は空間的な誘電泳動力の自己補正の性質を利用しており、またそう呼ばれている（常に目標物の３次元電場の平方の空間勾配パターンが最大となる方向を指し示す、あるいは指し示そうとし、非生命体の場合、この勾配パターンは、誘起された静電帯電であり得る）。
【００１９】
検出装置は、正確な水平状態から下方にほとんど傾斜されずにバランスを保って保持され、操作者は前後する一定かつ均一な動作で検出器を走査する。アンテナは検出装置の前方に延長され、装置の他の構成部品と共に、上述の力にしたがって作動する。この力は、続いて、適切に定められた回転軸の周りにトルクを生じ、検出器のアンテナおよび他の構成部品を、検出器の範囲内にある任意の目標物によって固有に示される一様でない電場の平方による、空間勾配の最大値の方向へ向かわせる。
【００２０】
４つのＮ―チャンネル Ｊ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が内部で検出装置のアンテナに連結しており、アンテナの長さを有効に変えるためにトランジスタの非線形領域で作用する。これらＦＥＴのうち３つは、アンテナ縦軸から等距離でかつ１２０°毎に隔てられたモジュール内に配置されている。第４のＦＥＴは、その軸の下方で、検出装置の背部モジュール内に配置されている。３つの電位差計が、ＦＥＴを通る電流値の調節のために最初の３つのモジュール上に設置され、それにより検出器を調整する。第４のＦＥＴの感度と周波数応答は、ＮＰＮ型トランジスタのベースに結合された６点切り替えスイッチによって調節される。周波数応答を変化させることによりあらゆる外部発信源からの電磁高周波信号及びノイズを拒絶するよう装置を調整でき、その発信源には、あらかじめ定めた目標物の種類に固有の三次元の一様でない電場を平方した空間勾配パターンにのみ検出器を相互作用させかつ応答させるため、操作者自身にかかわる発信源も含まれる。
【００２１】
既知の物体の前で前後する一定速度かつ均一な直線的動作で検出装置を走査している間、操作者は、最大の力とその結果生じるトルクが検出され、それを用いてアンテナおよび他の構成部品が目標物を狙うようになるまで６点切り替えスイッチを調節する。スイッチの設定の後で、操作者は検出装置が目標物を直接指し示すか指し示そうとするまで、はじめの三つのＦＥＴの感度を調節する。異なる物体については異なる誘電体材料が、アンテナおよび他の構成部品に用いられる。検出可能な物体の例として、金属、プラスチック、ポリマーおよび他の非生命体材料が含まれる。この装置に関する研究は継続されており、様々な種類の目標物を特異的に検出するための装置の幾何学的デザインと構成材料の双方に関して、今後確立されてゆく可能性があるという結果が得られている。
【００２２】
上記の検出器の動作は、１以上のレーザ発光装置を、検出器のアンテナの長軸に対して平行な方向にビームが発光されるように配置することにより増大される。１以上のレーザが用いられる場合には、それらのレーザの、誘電動力に対する作用を最適化することが好ましい。これは、ビームを最適な幾何学的形状に配置することにより行われる。例えば、３つのレーザが用いられる場合には、ビームは、三角形の形状に配置され、すなわち、レーザは、正三角形の頂点に配置されて、ビームを三角形の面を横切る方向に発光する。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、誘電率がかなり高くかつ他の特性を有する局所領域を創成することにより誘電動効果を増大させることである。これにより、誘電泳動力およびその結果生じるトルクがかなり増大し、かつ、応答時間が、物体または対象物によりレーザビーム領域に向かって発生される電場ラインの不均一さを差別的に方向付けすることにより低減する。
【００２４】
本発明の別の目的は、従来の誘電動学による検出器の性能を、レーザエネルギーを用いて、得られる装置の誘電動的効果を増大させることにより改良することである。
【００２５】
これらおよび他の目的ならびにそれらの利点は、改良および増強された誘電動性検出器を提供する本発明により達成される。本発明は、第１の誘電物質から形成されかつ内室を有するハウジングであって、前記内室の内部に第２の誘電物質を有するハウジングと；装置の長軸に平行な方向に方向づけられたレーザ輻射線を用いる補助的装置と；ハンドルを形成する曲折した棒であって、ハウジングの内室から延在しかつハウジング後端から出ている第１端部を有する該棒とを含み、装置の操作者はハウジングおよびハンドルを把持し、かつ装置を、検出されるべき物体または対象物の範囲内に、装置が、前記物体または対象物が示す固有の一様でない電場の平方による空間勾配の３次元パターンと反応して、誘電泳動力および該誘電泳動力により発現される計測可能な量を装置上に生じ、それにより該装置が前記物体または対象物に対して特有の方向を示すように保持する。
【００２６】
例示的な具体例の詳細な説明
ここで、本発明の例示的な具体例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。補助レーザ装置を含む挙動ライン検出器の概略図である図１Ａ〜１Ｃを参照すると、該装置からレーザビームが発光される様子が示されている。アンテナ１０２はナイロンあるいは類似の材料からなる背部２０９、入れ子式の接合部分２１０、終端ノブ２１１を含む。アンテナ１０２は同軸に配置された中央の誘電体ハウジング２００から突出している。ここで重要なのは、アンテナ１０２は必ずしも入れ子式である必要はなく、一体型の硬質な、あるいは折り曲げ可能なアンテナであっても良いということである。さらに検出装置１００のあらゆる部品が効果的にアンテナとして働くので、生成する力は大幅に減少するがアンテナ１０２が装備されていなくとも検出装置は作用する。
【００２７】
中央の誘電体ハウジング２００には、三つのモジュール２０１、２０２、２０３および３００が取り付けられている。上部のモジュール２０１はアンテナ１０２および中央の誘電体ハウジング２００の共通の軸の直上に、その軸に沿って設置されている。右側下方のモジュール２０２および左側下方のモジュール２０３は互いに、そして上部モジュール２０１からも１２０°離れて位置し、またその共通軸に沿っている。モジュール２０１、２０２、２０３は、各々、対応する可変抵抗制御ノブ２０４、２０５、２０６を有している。左側下方モジュール２０３，右側下方モジュール２０２は、放物状アンテナ２０８，２０７をそれぞれ含んでおり、この放物状アンテナ双方はそれぞれモジュールの後方に広がって取り付けられている。ハンドル１０１は金属の棒で形成され、中央の誘電体ハウジング２００からその同軸上に突き出している。ハンドル１０１はまず上方に曲がり水平に短く延び、ハンドルを形成するために下方に曲がり、底部の調整モジュール２１２を支持するため前方に曲がっている。調整モジュール２１２は、可変抵抗制御ノブ２１３および上部モジュールに連結されているケーブル２１４を含んでいる。レーザビーム発光装置３００が、誘電ハウジング２００の頂部に、装置３００から発光されるビーム３０１が中心軸に平行であるように配置されている。複数のレーザ３００が検出器１００に含まれても良いことが理解されるであろう。複数のレーザが用いられるときに、レーザから発光されるビームが幾何学的に最適な配置で配置されることが好ましい。例えば、３つのレーザが用いられるときには、ビームは、好ましくは正三角形の３点から放射し、４つのレーザが用いられるときには、ビームは、好ましくは正方形の４つの角から放射するという配置になる。
【００２８】
検出器１００の前方部の幾つかの横断面図が図９に示されている。斜線を付した円は、検出器１００に対するレーザビームの断面を示す。図９に示すように、２つのレーザが用いられるときには直線的な配置（すなわち１８０度隔離された位置）が最適であり、３つのレーザが用いられるときには、最適な配置は、３つのレーザを正三角形の頂点に位置づけることである。４つまたは５つのレーザ（図示せず）が用いられるときには、レーザは、それぞれ、正方形または正五角形の頂点に最適に配置される。図１Ａ〜１Ｃに示すように、１つのレーザが用いられるときには、レーザのビームは、単にアンテナに平行であればよい。
【００２９】
検出装置１００の電気回路図が、図３に示されている。アンテナ１０２は最適の低域（ローパス）フィルターＦ１に連結され、このフィルターは操作者Ａ自身の発する信号も含め電磁波の外部発信源からのあらゆる高周波信号及びノイズを除去する。電気回路の細部、幾何学的デザイン、検出装置１００を構成する材料は、予め定めた目標物の種類に応じて最適となるように選択される。低域フィルターＦ１からの出力は、３つのＮ−チャンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートに供給される。この３つのＦＥＴは増幅器として働き、３つのモジュール内に一つずつ収容されている。右側下方のモジュール２０２にはＦＥＴ Ｊ１および０〜１００ｋΩの可変抵抗Ｒ１が含まれ、上部モジュール２０１にはＦＥＴ Ｊ２、直流電流計Ｍ１、０〜１００ｋΩの可変抵抗Ｒ３、およびピエゾブザーＰ１が内包され、左側下方のモジュール２０３にはＦＥＴ Ｊ３、０〜１００ｋΩの可変抵抗Ｒ２、オンオフスイッチＳ１、および９ボルトのバッテリーＢ１が含まれている。
【００３０】
可変抵抗Ｒ１およびＲ２はそれぞれＦＥＴ Ｊ１およびＪ３の電流利得を調節する。ＦＥＴの利得を調節することにより、これら素子にかかる有効な静電的効果がＦＥＴ Ｊ２に対してバランスされる。ＦＥＴ Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３の全体の利得は０〜１００ｋΩの可変抵抗Ｒ３により調節される。直流電流計Ｍ１は、三つすべてのＦＥＴを通る合成電流値を与える。加えてピエゾブザーＰ１は回路を流れる電流の増加に伴い周波数が増加すると音を発する。バッテリーＢ１は回路を操作するのに必要とされる電圧（望ましくは９ボルト）を供給し、スイッチＳ１は、増幅器Ｊ１〜Ｊ３をオンオフする手段をもたらす。
【００３１】
底部モジュール２１２には、これまでに説明したように操作者の電気的パラメーターの時定数（ＲＣ）を自然に起こるμ秒単位から秒単位まで増加させるのに必要な回路を含んでおり、この回路は目標物の示す誘電泳動力およびその結果生ずるトルク、加速度、振動、誘電泳動力に由来するその他の計測可能量を検出装置１００で検出するのに必要とされる。１／８インチの接地したジャックＧＰ１は、プラグをジャックＧＰ１に差し込むことで回路にアース線を供給するために使用される。一旦差し込まれるとプラグは、参照用物体ＲＥを経て、３．３ｋΩの抵抗Ｒ４、２２ｋΩの抵抗Ｒ５、１００ｋΩの抵抗Ｒ６、０．１μＦのコンデンサＣ３、クリッパダイオードＤ３およびＤ４、および６点切り替えスイッチの一個所のそれぞれにアース電位を供給する。６点切り替えスイッチＳ２は、６個所の１つに切り替わり上記素子のうちの１つに、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のベースを結合することができる。このＮＰＮ型トランジスタＱ１は調節回路の一部を構成し、この回路には、また、Ｎ−チャンネルＦＥＴ Ｊ４、第１の０．０１μＦコンデンサＣ１、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、電線５００、二番目の０．０１μＦコンデンサＣ２が含まれている。短絡プラグをジャックＧＰ１に差し込んだりはずしたりすることおよびスイッチＳ２の位置を変えることでトランジスタＱ１の利得を調節することができ、底部モジュール２１２の調節された回路全体の周波数応答を、最大値が得られるよう変えることができる。
【００３２】
先に記載した表に示された、生きている組織の非常に高いＵＬＦ誘電率は、人間の操作者の電気的に接地された身体が、目標物から放出される一様でない電場パターンを偏向し、集束しまたは焦点を合わせることを可能にする。この作用は、検出器付近の電場束密度をかなり増大させる。この電場ラインの集束は、トルクを発生させる誘電泳動力を増大させる。その結果、人間の操作者が電束密度を計測するときに、装置を均一かつ一定速度の直線的運動で前後に移動してトルクを発生しかつ固定(lock-on)すると、検出器の増幅またはゲインが効率的に増大する。
【００３３】
トルクが発生する回転(pivoting)応答は、さらなる回路要素、例えばコンデンサ、抵抗器および／またはインダクタを、図３を参照して先に説明した回路に付加することによりさらに増大されることができる。これらの回路要素は、検出器の応答時間を低減させる。要素のための好ましい値の範囲は、コンデンサに関しては５６ｍＦまでであり、抵抗器に関しては５０００ＭΩまでであり、インダクタに関しては２００ｍＨまでである。これらの回路要素は、装置の分極反応および減衰時間定数を変更しかつ最適化するために働く。
【００３４】
これまで述べたように、図３のあらゆる部品はアンテナの延長物として働き、それらは誘電泳動力と、その結果生じる、検出装置１００によって検出されるトルクを増加させる。検出装置操作者としての人間は、すべて異なる静電容量（Ｃ）と抵抗（Ｒ）を持っており、それが誘電泳動力とそれに続くトルクを捕らえかつ固定するために、時定数（＝ＲＣ）を小さくする結果となる。Ｒ１〜Ｒ３およびＳ２を調節することにより、個々の操作者と検出装置１００は同時に調整かつ最適化され、特定の操作者と検出装置１００にとって最大の誘電泳動力およびその結果生ずるトルクを検出できることになる。これは参照用物体（見えている人物など）を用い、Ｓ２とＲ３を個々の操作者が、誘電泳動力およびトルクの最大値を検出するまで調節することで成し遂げられる。一旦Ｓ２の位置が決定されると、操作者はその方向が分かり、参照用物体に向けてアンテナを引き出す。もしこの方向が正確に参照用物体の方を向いていないと、Ｒ１およびＲ２を、検出装置１００に働くトルクでアンテナ１０２が直接参照用物体を指し示すようになるまで調節する。検出装置１００が調整され最適化された後は、見えない物体の位置を、装置を用いて容易に特定できる。
【００３５】
中央の誘電体ハウジング２００の内部が、レーザ３００および該レーザから発光されるレーザビーム３０１と共に図４に示されている。入れ子式のアンテナ２１０の一端６０４はハウジング２００の前端内に延在しており、一方、ハンドル１０１の一端６０３はハウジング２００の後端内に延在している。レーザ３００はハウジング上に配置されている。キャビティ６００が第１の誘電体物質６０１で満たされ、アンテナ２１０の内端６０４およびハンドル１０１の内端６０３の両方を囲んでいる。キャビティ６００の周囲には第２の誘電体物質６０２があり、これはキャビティ６００の形状を定め、内端６０４および内端６０３がハウジング２００から出ている付近でアンテナ１０２の内端６０４とハンドル１０１の内端６０３に接触している。操作者の手に持たれたハンドル１０１は回転軸Ｅを画成し、その周囲に誘電泳動力が結果として生じるトルク、加速度、振動、泳動力に由来するその他の計測可能量を生ずる。末端６０４および６０３は、距離Ｄをもって隔てられており、この距離は操作者に特異的であり、最大の誘電泳動力およびトルクに関して、検出装置１００の応答および感度全体に影響する。
【００３６】
種々の物体に対する、アンテナ上のトルク効果を最大にするための特異的な誘電体材料はいまだ調査中であるが、非生命体の位置を正確に特定するために有効なトルクを生ずる誘電体が発見された。特に、ハンドル１０１およびアンテナ１０２は好ましくはいくつかの金属を含み、物質６０１は空気、物質６０２はポリ塩化ビニル、アンテナの背後部分２０９はナイロンである。加えて、モジュール２０１、２０２、２０３内の回路および底部モジュール２１２は、ポリ塩化ビニルに包まれており、モジュールそれ自体、ハウジング２００、放物型アンテナ２０７および２０８もまたポリ塩化ビニルで構成される。これらの材料が使用された場合には、有効誘電泳動力、それに続くトルクとがアンテナおよび他の構成部品によって検出され、正確に人間または他の物体もしくは対象物の存在する位置が特定される。誘電体物質６０１は、以下の物質から選択してよく、その場合に生じるトルクのレベルが変わる。それらの物質は、水（蒸留、脱イオン化したもの）、グリセロール、（ジ）エチレン、トリエチレングリコール、２−エチル−１，３ヘキサンジオール、γ−ブチロラクトン、ジメチルプロピオナミド、ジメチルスルホン酸、メタノール、エタノール、２−プロパノール、２−プロピル−２メタノール、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）など、もしくは幾つかのよく知られたエンジニアリングプラスチックの任意の１つ、または、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、およびチタン酸ジルコニウム酸鉛である。装置のハウジング材６０２は、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、または、任意の１以上のよく知られたエンジニアリングプラスチックから製造されることができる。
【００３７】
図７は、対称となる目標物体７００および取り囲まれている地面７０２を示している。物体の分極電荷７０１は、一様でない電場７０４を生成し、この電場は図示したように特有の空間分布を持っている。そして一様でないこの電場線７０４は、特有の空間勾配パターンを持っている（図には描かれていない）。一様でない電場の電気力線７０４は、取り囲むアース面７０２で終点となり、そこに逆の分極電荷７０３を誘起する。例えば本発明の装置のような、初期において電気的に中性な物体あるいは媒体７０５は一様でない電場線の中央に示されている。中性の物体７０５は、特定の誘電体物質７０７で満たされたキャビティ７０６を含んでいる。この一様でない電場は、誘電体物質７０７中に分極電荷７０９および７１０を誘起する。中性物質７０５は突出したアンテナ７０８もまた含んでいる。アンテナ７０８は特定の誘電体材料から形成され、キャビティ７０６と誘電体物質７０７に直接接触している。突出したアンテナ７０８は、図７を含む平面に垂直な回転軸７１１を構成する。誘電泳動力は、回転軸（ピボットライン）７１１の周りにアンテナ７０８のトルク運動として容易に検出される。
【００３８】
図８Ａは、レーザ３００およびレーザビーム３０１を介してのレーザ輻射の導入により生じる電場ラインの集束を示す。レーザビーム３０１が初期に中性の本体から放射されつつ導入されるときに、一様でない電場ラインは、レーザビーム３０１のレーザ輻射により生じる、より誘電率が高い領域に指向する傾向を有する。図８Ａのレーザビームおよび電場ラインをＡ−Ａで切断した断面図が図８Ｂに示されている。図８Ｂに示すように、一様でない電場ライン７０４は、上記のように高誘電率の領域を創成するレーザビーム３０１により、方向修正されかつ収束または方向付けられる。
【００３９】
レーザ輻射を含むことにより、かなりの高誘電率および他の特性を有する局所領域が創成され、それが誘電泳動力およびそれにより生じるトルクをかなり増大させて、誘電動性効果が増大する。また、レーザ輻射を含むことにより、物体または目標物がレーザビーム領域に向かって発生する一様でない電場ラインを優先的に方向付けまたは収束することにより応答時間が短縮される。レーザの効果は、検知領域、力の強さ、および、それによる検出器におけるトルクの発生ならびに検出器の最大速度を増大させることにより誘電動性検知装置の操作性能を増大させる。レーザ輻射の全パワーレベルが０．０１ミリワット〜１００メガワットの範囲のレーザを利用可能であり、誘電動性効果を増幅させるのに有用であるが、５ミリワット〜２０ミリワットのパワーレベルが好ましい。また、１０８ナノメータ（マイクロ波）〜数１０ナノメータ（ｘ線）のレーザ輻射波長を有するレーザも利用可能であり、誘電動性効果を増大させるために働くが、６００ナノメータ〜８１０ナノメータの範囲の波長が好ましい。さらに、これらのレーザがナノメータ範囲〜キロメータ範囲のコヒーレンス長さを有する輻射線を生成し得ることが分かる。
【００４０】
先に説明して図９に示したように、複数のレーザが所定の検出器に付加されて、誘電動力およびトルクを増大させ得る。複数のレーザは検出器に直接取り付けられた状態で同時に動作し、レーザのビームは全て検出器のアンテナに対して平行である。与えられた数のレーザに関し、レーザを最大に増幅させるための最適な幾何学的配置は、高度の対称性を有する配置であることが分かっている。例えば、２つのレーザは直線状に配置されるべきであり、３つのレーザは（図９の例に示したように）正三角形の頂点に配置されるべきであり、４つのレーザは正方形の頂点に配置されるべきであり、その他の数のレーザについても同様である。
【００４１】
本発明を、本発明の特定の具体例と関連して記載してきたが、多くの別の具体例、変更および変型例があることは当業者に明らかであろう。したがって、本発明の好ましい具体例は、本文中に説明したように、例示的であり、限定的なものではない。特許請求の範囲に定義されている本発明の精神および全範囲から逸脱せずに、種々の変更がなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａ〜１Ｃは、補助的レーザ装置を含む挙動ライン検出器の概略図であり、該装置から発光されるレーザビームを示す。
【図２】  図２は、人間の操作者が本発明の装置を用いて、目標とする人間の挙動ラインを、障害が有るときまたは無いときに検知している概略図である。
【図３】  図３は、３つの主要モジュールと検出器の底部調節モジュールとの電気回路概略図である。
【図４】  図４は、本発明に従う検出器の長手方向および中心を通る断面図である。
【図５】  図５は、コヒーレントレーザビーム輻射の特性と非コヒーレント非レーザ輻射光の特性とを比較した概略図である。
【図６】  図６は、例示的なタイプのレーザの説明図である。
【図７】  図７は、誘電泳動効果の概略図である。
【図８】  図８Ａは、レーザビームが生じる、より高い誘電性恒常領域に向けられた一様でない電場ラインを示し、図８Ｂは、レーザ付近の一様でない電場ラインの断面図である。
【図９】  図９は、本発明の好ましい具体例に従う検出器の前部の複数の断面図であり、複数のレーザの最適な幾何学的配置を示す。
【符号の説明】
１０２  アンテナ、
２００  ハウジング２００、
２０１、２０２、２０３  モジュール
３００  レーザ
３０１  レーザビーム、
Ｆ１  ローパスフィルター、
【図１Ａ】
0004393699.tif 000002
【図１Ｂ】
0004393699.tif 000003
【図１Ｃ】
0004393699.tif 000004
【図２】
0004393699.tif 000005
【図３】
0004393699.tif 000006
【図４】
0004393699.tif 000007
【図５】
0004393699.tif 000008
【図６】
0004393699.tif 000009
【図７】
0004393699.tif 000010
【図８Ａ】
0004393699.tif 000011
【図８Ｂ】
0004393699.tif 000012
【図９】
0004393699.tif 000013