(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭い視野の電磁センサにおいて、
送信タイミング信号に応じて一連の電磁信号を送信する送信機と、
受信タイミング信号に応じて前記一連の電磁信号をサンプルし、かつサンプル信号を発生する受信機と、
前記送信タイミング信号を前記送信機に供給し、かつ前記受信タイミング信号を前記受信機に供給するタイミング回路と、
前記受信機の出力に結合され、かつ前記サンプル信号に応答して、前記送信機と前記受信機との間の直接ＲＦ経路中に位置する物体の特性の指示を与える信号プロセッサと、を備え、前記受信機は、前記受信タイミング信号によって、前記送信機と前記受信機との間の前記直接ＲＦ経路に沿って移動する直接経路伝搬波の各電磁信号の一部をサンプルすることを特徴とする狭い視野の電磁センサ。
【請求項２】
前記特性が密度であることを特徴とする請求項１の狭い視野の電磁センサ。
【請求項３】
前記特性が厚さであることを特徴とする請求項１の狭い視野の電磁センサ。
【請求項４】
電子トリップワイヤにおいて、
送信タイミング信号に応答して、一連のＲＦバーストを発生する送信機と、
受信タイミング信号に応答して、各ＲＦバーストの一部をサンプルし、かつサンプル受信信号を発生する受信機と、
前記受信機が、前記送信機と前記受信機との間の前記ＲＦバーストの、直接ＲＦ経路に沿って移動する直接経路伝搬波に対応する各ＲＦバーストの一部をサンプルするように、前記送信タイミング信号を前記送信機に、かつ受信タイミング信号を前記受信機に供給するタイミング回路と、
前記受信機の出力に結合され、かつ前記サンプル受信信号に応答して、物体が前記直接ＲＦ経路に沿って前記ＲＦバーストの経路を妨害する場合、けられ指示を与えるけられ指示回路とを備えていることを特徴とする電子トリップワイヤ。
【発明の詳細な説明】
米国政府はローレンス・リブモア国立研究所の運営に関して米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の契約番号Ｗ７４０５−ＥＮＧ−４８による本発明における権利を有する。
継続出願データ
本出願は１９９４年９月６日に出願された代理人簿第ＩＬ−９５１６号の米国出願番号０８／３００，９０９号の名称「飛行時間無線位置決め方式」の一部継続出願である。
発明の背景
発明の分野
本発明は電子センサに関するもので、特に狭い視野の応用における超広帯域送信機および受信機を利用するセンサに関するものである。
関連技術の説明
狭い視野のセンサの１つのタイプは「トリップワイヤ」と呼ぶことができる。機械的「トリップワイヤ」は、圧力が狭い視野の経路に横切って置かれたトリップワイヤに加えられると狭い視野内あるいは狭い視野を通る動きを検出する。電磁放射あるいは超音波で形成されるような非機械的「トリップワイヤ」も存在する。レーザ、赤外線、および超音波の「トリップワイヤ」は経路を横切って狭い視野内の破裂状態を検知することによって狭い視野内あるいは狭い視野を通る動きを検出する。「トリップワイヤ」の出願例の中には獲物の捕獲、コンベヤベルトのカウント、人数のカウント、および自動ドア用安全検出のためにこれを使用するものもある。したがって、「トリップワイヤ」センサは獲物を捕獲するためにネットを付勢し、コンベヤベルト上の物体をカウントし、戸口の入口にいる人をカウントするため、あるいは人が戸口付近にいるとき、開放している自動ドアを閉じないようにするために使用することができる。
一般的な狭い視野の電子センサはレーザ、超音波、あるいは赤外線の技術に基づいている。レーザあるいは赤外線ビーム遮断センサは狭い分野に集束することができる。しかしながら、この視野の両端間の視程が要求され、またこの視程に影響を及ぼすあらゆるものがセンサを損なうかもしれない。したがって、日光、ごみ、あるいは雪はこのセンサの適切な働きを妨害する。赤外線センサは範囲調整も全然ない。同様に、光学センサおよび超音波センサは、ごみ、雨、雪、あるいは他のどんな物質による妨害も受ける。日光は光学センサに対して有害な妨害も与える。
光学センサ、赤外線センサおよび磁気センサにおけるトランスデューサは、製造するのにも費用がかかるので、商業目的でこれらを製造するのは魅力がない。他のセンサはあまりにも多くの電力を消耗するので工業的にも実行できない。
トリップワイヤとして応用されるＦＭ−ＣＷおよびドップラーのレーダーセンサは制限も受ける。すなわち、使用されるより高い周波数による低物質貫通力や音声周波数処理、周波数密集および乏しい短い範囲の動作と結合した短いレーダ波長の使用によって生じるマイクロフォニック雑音である。
狭いビーム幅を有する方向性アンテナは、適切に狭い分野、すなわちトリップワイヤを備えることができるけれども、コンパクトなパッケージにおいて費用がかかりすぎる。さらに、ある周波数では、狭いビーム幅は、複雑さを増さないでコンパクトなアンテナを製造するのはほとんど不可能である。低い周波数のマイクロウエーブ帯域は一つの例である。したがって、この帯域で、物質貫通力は役に立つが、コンパクトで、実際に使用可能な狭いビーム幅アンテナはない。
これらのセンサの他の制限は、画像処理応用に関して、物体の所定の特性が得ることができないということである。例えば、物体の任意の所望の領域での物体の厚さあるいは密度は測定することができない。
有効的で、商業上実際的なセンサは、製造するのに費用がかからないべきであり、できるだけ少ない電力を消耗し、長持ちすべきであり、ごみ、雨、雪および日光のような厳しい環境状態に耐久性があり、影響を受けるべきでない。さらに、センサは、物質を傷つけないである種の物質を貫通できる信号を使用できるべきである。このような物質貫通力によって、ユーザは、安全目的で木材、コンクリート、他の物質の後ろにこれらのセンサを設置することができる。コンパクトサイズのセンサは、コストを削減し、複雑さを減らし、容易な設置ができることも望ましい。他の応用では、センサそれ自体の運動に敏感でない運動センサは、これらのセンサが移動物体に設置される場合、特に有用である。
発明の概要
本発明は、ごみ、雨、雪、および日光のような厳しい環境状態の影響を受けない費用効率の高い、低電力、および長持ちする電子センサである。さらに、本発明のセンサは、ある種の物質を（物質を傷つけないで）貫通できる信号を使用し、ユーザは安全目的で木材、コンクリート、他の物質の後ろにこれらのセンサを設置することができる。センサは、その性能を損なわないで、移動物質の上にも配置できる。センサは、電子トリップワイヤおよび画像処理応用のために使用することができる。
本発明は、送信機と、受信機と、タイミング回路と、信号プロセッサとを備えている狭い視野の電磁センサと見なすことができる。送信機は、送信タイミング信号に応じて一連の電磁信号を送信する。受信機は、受信タイミング信号に応じて一連の電磁信号をサンプリングし、サンプリング信号を発生する。タイミング回路は、送信タイミング信号を送信機に、受信タイミング信号を、受信タイミング信号が受信機に送信機と受信機との間の直接ＲＦ経路に沿って進む各電磁信号の一部をサンプリングさせる受信機に供給する。受信機の出力に結合され、サンプリング信号に応答する信号プロセッサは、物体の、狭い視野あるいは密度における存在のような特徴のしるしを提供する。
センサは、受信タイミング信号を一連の電磁信号をサンプリングする複数の位相状態に変調する位相変調器も含んでいる。位相変調器は、４つの約０°、約９０°、約１８０°、および約２７０°の位相状態を提供する直角位相変調器を含んでいる。位相変調器に基づいて、受信機は、約５００Ｈｚの周波数で位相状態を逐次変える。他の実施例では、位相状態は、１０Ｈｚと１００Ｈｚとの間の周波数で変わる。
いくつかの実施例では、電磁信号は、狭い帯域信号を供給するように広帯域信号あるいは短いいくつかのサイクルのバーストを提供するＲＦパルスである。電磁信号を発生する本発明の送信機は、ラインレシーバと、送信機パルス形成回路網と、パルス送信機ＲＦスイッチあるいは発振器とをさらに備えている。ラインレシーバは送信タイミング信号を形成する。ラインレシーバの出力に結合され、増幅送信タイミング信号に応答する送信機パルス形成回路網は送信機パルスを発生する。送信機パルス形成回路網の出力に結合され、送信機パルスに応答するパルス送信機ＲＦスイッチあるいは発振器は電磁信号を形成する。
本発明の受信機は、受信機パルス形成回路網と、パルス受信機スイッチあるいはＲＦ発振器と、サンプリング回路とをさらに備えている。タイミング回路の出力に結合され、受信タイミング信号に応答する受信機パルス形成回路網は、受信機パルスを形成する。パルス形成回路網の出力に結合され、受信機パルスに応答するパルス受信機スイッチあるいはＲＦ発振器は、受信機ゲート信号を形成する。パルス受信機ＲＦ発振器の出力に結合され、受信ゲート信号および電磁信号に応答するサンプリング回路はサンプル信号を形成する。
本発明の信号プロセッサは、帯域制限増幅器と、ピーク検出器と、比較器とを備えている。増幅器は、帯域制限され、多数（例えば、１０〜１０，０００）の受信およびサンプルＲＦパルスの整合集積化ができる。サンプリング回路の出力に結合され、サンプル信号に応答する増幅器は増幅サンプル信号を発生する。増幅器の出力に結合され、増幅サンプル信号に応答するピーク検出器は、物体の特徴のしるしであるピーク検出信号を発生する。比較器は、ピーク検出器の出力に結合され、ピーク検出信号および所定の基準信号に応答する。比較器は、ピーク検出信号が基準信号よりも小さい場合、けられ（eclipse）の指示を発生する。
他の実施例では、雑音発生器は、タイミング回路の入力に結合され、ランダム変動をタイミング回路に供給できる。２つのセンサがパルスを同時に送信し、サンプルすることはありそうにないことであるために、これは、同じ場所に配置されたセンサの間での干渉を減少させる。
本発明の他の実施例では、センサは、物体の多次元特性を得るためにスキャナに対して取り付けることができる。スキャナは、並進ステージとプロセッサ・記憶装置とを備えている。並進ステージは、送信機および受信機を取り付け、物体に対して送信機および受信機を移動させる。信号プロセッサに結合され、サンプル信号に応答するプロセッサ・記憶装置は、物体の座標位置および各座標位置でのサンプル信号の大きさを記憶する。
本発明はまた、電子トリップワイヤとも見なすことができる。電子トリップワイヤは、送信機と、受信機と、タイミング回路と、けられ指示回路とを備えている。送信タイミング信号に応答する送信機は、一連のＲＦパルスあるいはバーストを発生する。受信タイミング信号に応答する受信機は、各ＲＦバーストの一部をサンプルし、サンプル受信信号を発生する。タイミング回路は、送信タイミング信号を送信機に、受信タイミング信号を受信機に供給するので、受信機は、送信機と受信機との間のＲＦパルスあるいはバーストの直接ＲＦ経路に相当する各ＲＦの一部だけをサンプルする。受信機の出力に結合され、サンプル受信信号に応答するけられ指示回路は、物体が直接ＲＦパスに沿ってＲＦパルスあるいはバーストの経路を妨害するとき、けられ指示を与える。さらに、電子トリップワイヤは、タイミング回路の入力に結合され、クロック信号を供給するパルス繰り返し周波数発生器を含む。一例では、クロック信号の周波数は約２ＭＨｚである。
本発明のタイミング回路は、パルス繰り返し周波数の出力に結合され、クロック信号に応答し、複数の位相状態の間で逐次移動させ、直接ＲＦ経路に沿って移動するＲＦパルスあるいはバーストをサンプルする受信タイミング信号を発生する位相変調器を備える。タイミング回路は、送信機と受信機との間の直接ＲＦ経路飛行時間距離を補償する遅延回路を含むので、受信機は、直接ＲＦ経路に沿って移動するＲＦバーストの一部をサンプルする。本発明の送信機および受信機は前述のようなセンサの送信機および受信機と同様である。
本発明のけられ指示回路はピーク検出器および比較器を備える。サンプル受信信号に応答するピーク検出器はピーク検出信号を供給する。ピーク検出器の出力に結合され、ピーク検出信号および調整可能な基準信号に応答して、ピーク検出信号が基準信号よりも小さい場合、けられ指示を与える。
本発明は、共通のクロック信号を供給するステップと、送信タイミング信号および受信タイミング信号を共通クロック信号から得るステップであって、前記受信タイミングが、電磁信号のサンプリングが直接ＲＦ経路に対応する電磁信号の到着と一致するように調整されていること、送信タイミング信号に応じて一連の電磁信号を送信するステップと、サンプル信号を供給するように受信タイミング信号に応じて各電磁信号を受信するステップと、物体の特徴のしるしをサンプル信号の大きさから与えるステップとからなる物体の特性を検出する方法として見なすことができる。
一連の電磁信号を送信するステップは、送信タイミング信号に応じて送信パルスを形成し、送信パルスに応じて電磁信号を形成することをさらに含む。電磁信号を受信するステップは、受信タイミング信号に応じて受信機パルスを形成し、直接ＲＦ経路の電磁信号の一部だけをサンプルする受信機パルスに応じて受信ゲート信号を形成し、受信ゲート信号および電磁信号に応じてサンプル信号を形成することをさらに含む。
他の実施例における他のステップは、サンプル信号の大きさと調整可能な基準信号の大きさとを比較し、サンプル信号の大きさが調整可能な基準信号の大きさよりも小さい場合、トリップ指示を与えることを含む。他の実施例は、同じ場所に配置されたセンサの中での干渉を減少させるために共通クロック信号を雑音ディザリングすることを含む。
他の実施例は、電磁信号をサンプリングすることが各々の位相状態が直接ＲＦ経路の電磁信号の前縁を測定された複数の位相状態の中の１つで生じるように受信タイミング信号を供給するようにクロック信号を位相変調するステップを含む。本発明の他の態様および長所は、下記に続く図面、詳細な説明および請求の範囲の見直しによって確認することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例を示す簡略ブロック図である。
図２は、本発明によるセンサ領域およびトリップ領域の簡略モデルである。
図３は、本発明による受信機および送信機のより詳細を示す簡略ブロック図である。
図４は、時間に対する直接経路および間接経路のＲＦ波形の具体的なプロットを示している。
図５は、時間に対するＲＦ波形の具体的なプロットおよび物体が本発明によるトリップ領域を妨害する時のけられ信号を示している。
図６は、本発明によるけられＲＦ信号に一致する受信機のゲート信号あるいはサンプリング信号のタイミングの具体的なプロットを示している。
図７は、物体が本発明によるトリップ領域を横切って通過するときトリップ領域の両端の距離に対してピーク検出器の電圧出力の具体的なプロットを示している。
図８は、２位相変調が使用する時のピーク検出器の電圧出力の具体的なプロットを示している。
図９は、直角位相変調が本発明により使用された時のピーク検出器の電圧出力の具体的なプロットを示している。
図１０は、本発明の実施例の受信機の回路図である。
図１１は、本発明の実施例の送信機の回路図である。
図１２は、コンピュータ支援走査技術が物体の３次元特徴を得る場合の本発明の他の実施例のブロック図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の実施例は、画像処理から電子トリップワイヤまでの範囲に及ぶいろいろなアプリケーションを有する。本発明のセンサは、送信機と受信機との間の範囲を正確に決定するために飛行時間技術を使用する。設定範囲に関して、センサは、送信電磁信号の直接経路伝搬波以外は全て除外する。センサで使用される信号処理回路に関しては、狭いセンサ領域は、全方向性アンテナの場合でさえ有効に発生することができる。センサは隠すことができる。すなわち、安全装置のように、センサは、戸口あるいは玄関のどちらかの側に設置することができ、木製のドアフレームあるいはコンクリート壁の後ろから通行人を検出する。センサは内密にしてある。すなわち、そのＲＦ放射はほとんど検出できない。セシサは製造するのに費用がかからない。すなわち、その部品が費用がかからなく、そのトランスジューサはアンテナとして役立つ短い一本のワイヤである。
安全センサあるいは工業センサとして、本発明の実施例は、自動戸口における人あるいは車の存在を検出あるいはコンベヤベルト上の物体を検出できる。センサは、厳しい環境に対しても密閉することができる。すなわち、センサは、ごみ、雪、木材、コンクリート、及び雨による妨害に影響を受けない。センサシステムは、他のＲＦサービスに対して及び他のＲＦサービスからの妨害を減らすと同時に、周波数の割り当ての必要もなしに複数の電子センサを同じ場所に配置できる超広帯域スペクトル方式のための回路を組み込んでいる。
画像処理に関して、本発明の実施例は、媒体における物体の特徴を撮像する衝撃光子技術とともに使用することに適合させることができる。媒体が空気である場合、電磁放射線は、光の速度で進み、物体を撮像する解像度は低い。媒体が水のようなより高い屈折率を有する場合、電磁放射線はより低速度で進み、より高い撮像解像度が可能である。センサは、物体の特性のしるしを記憶及び他の処理のための画像処理プロセッサに供給する。本発明のセンサによる物体の全走査は、画像処理プロセッサに物体の相等する画像及び他の特性を供給する。本発明のセンサで使用された周波数帯域は、全ての組織、特に、人間の組織を含む哺乳類組織に無害である。
本発明の実施例は、ここで参照するために含まれている１９９４年９月６日に出願された代理人簿第ＩＬ−９５１６号の同時係属の米国出願第０８／３００，９０９号の名称「飛行時間無線位置決め方式」に記載されている。本発明の好ましい実施例の詳細な説明は、図１、図２及び図３が基本概念の例示を与える図面に関して記載されている。
図１において、センサ１００は、受信機１１０と、送信機１２０と、受信機１１０および送信機１２０を互いに接続するケーブル１１２と、送信機アンテナ１２２と、受信機アンテナ１１３とを含んでいる。送信機１２０および受信機１１０は、無線周波数（ＲＦ）信号を使用して、センサ領域１５１を発生する。送信機アンテナ１２２および受信機アンテナ１１３は、各々、全方向に信号を放射する短い一本のワイヤである。送信機アンテナ１２２と受信機アンテナ１１３との間の距離ｄは、ユーザで規定され、任意の所与の設置に対して固定される。しかしながら、最大距離ｄは、経路損失およびＲＦ信号低下に寄与する他の要因によってのみ制限される。
送信機１２０を受信機１１０に結合するために、ケーブルの一方の端部は、受信機１１０のポート１１１に接続され、他方の端部は送信機１２０のポート１２１に接続されている。センサ１００は、受信機１１０のポート１４０で電力を受け取る。受信機１１０および送信機１２０は、それぞれ物体１６０および１６１上に配置されるかあるいは物体１６０および１６１の中に取り付けられる。これらの物体は床あるいは壁の中の任意の支持フレームにある可能性がある。
送信タイミング信号に応じて、送信機１２０は、電磁信号１７０を送信機アンテナ１２２を介して送信する。本発明の一実施例によれば、電磁信号１７０は、短いＲＦパルスあるいはバーストである。受信機１１０は、電磁信号１７０を受信機アンテナ１１３で受信する。近くの物体からの散乱および干渉のために、受信機１１０は、多重経路（直接経路および間接経路）から電磁信号１７０を受信機アンテナ１１３で受信する。
図１はセンサ領域１５２を示している。図２は、より詳細なセンサ領域１５２の表示を示している。図１および図２に関して、センサ領域１５２はトリップ領域１５１を含んでいる。両方の領域は、形状が概念的に円筒状であり、送信機アンテナ１２２と受信機アンテナ１１３との間にある。センサ領域１５２は、ｒＳＲの半径を有し、ｎｒＳＲ２ｄの大きさを占有する。トリップ領域１５１は、ｒＴＲの半径およびより狭いｎｒＴＲ２ｄの大きさを占有する。トリップ領域１５１は、送信機１２０から受信機１１０までの電磁信号１７０の直接ＲＦ経路も示している。
図２のセンサ領域の円筒状の表示は１つのモデルである。いかなる物理的モデルも存在しない。実際、応用及び設置に応じて、送信機アンテナ１２２と受信機アンテナ１１３との間の領域は、木材、コンクリート、ごみ、あるいは他の物質によって部分的に妨害されるかも知れない。このモデルは、センサの作動が電磁信号の送信機と受信機間の直接ＲＦ経路でもあるトリップ領域と呼ばれる狭い円筒状領域で可能であるという概念をただ伝えるにすぎない。
物体が最初にセンサ領域１５２に、次にトリップ領域１５１に衝突するように物体がその長さ、すなわち距離ｄを横切る方向にセンサ領域１５２を横切って移動する場合、受信機１１０によって受信された電磁信号の大きさは減少する。物体が、ほぼそっくりそのままトリップ領域１５１を妨害あるいは覆い隠す場合、（図１における）受信機１１０のけられ指示器１３０は、センサが作動されたことを指示する出力を供給する。けられ指示器１３０は、センサ１００による他の制御、測定、あるいは通信のための信号を供給する。
電磁信号の大きさは、検出されている物体の厚さおよび密度を示している。電磁信号の大きさは、通過する“衝撃光子”の数に応じて変動する。したがって、物体がそっくりそのままトリップ領域を覆い隠す場合、電磁信号の大きさは、同じ厚さのより低い密度を有する物体に対してよりも特定の厚さの高密度の物体に対してより低い。物体の各座標位置のための電磁信号の大きさに基づいて、物体の特性が決定される。例えば、物体の各座標位置の密度は電磁信号
の大きさから得ることができる。センサ出力１８０はゲート電磁信号の大きさを供給する。けられ指示器１３０が作動状態である場合、１８０で読み取られるあらゆる電圧に関して、物体の密度あるいは厚さのような特性の測定値が物体の各座標位置で得ることができる。プロセッサ・記憶装置は、イメージングに関するような電磁信号の大きさの記憶およびその後の信号処理を提供する。
電子トリップワイヤとして使用される場合、トリップ領域は任意のトリップ領域の一部に沿って物体の存在を示すために使用することができる。電磁信号の大きさが十分低い（所定のしきい値以下）である場合、センサはけられ指示を与える。けられ指示信号は他の処理、制御、あるいは通信のために使用することができる。
図３は、本発明によるセンサ２００のより詳細なブロック図を示している。電力がポート２０３を介してセンサ２００に供給される。本例では、９ボルト電源で十分である。ポート２０３は、本例において５ボルトのほぼ一定のＶＤＤ電源を調整する電圧調整器２０４に接続されている。
パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）発生器２１４は、本例では、センサ２００のための２ＭＨｚクロック信号、あるいはタイミング信号を供給する。２ＭＨｚタイミング信号は、送信機２２０および受信機２１０の両方によって使用される。送信機２２０に関しては、２ＭＨｚタイミング信号はラインドライバ２１５に供給される。コンデンサ２１６は、ラインドライバ２１５の出力とノード２１１との間に接続されている。インダクタ２０７は、ノード２１１で電源とケーブル２１２との間に結合され、送信機２２０に電力を供給する。タイミング信号および注入電力の両方は重ね合わされ、ケーブル２１２を介して送信機２２０に供給される。
送信機２２０は、ポート２２１で重ね合わされた電力および信号を受信する。電力取り出し回路は、ポート２２１とノード２４４との間に接続されたインダクタ２２２を含んでいる。コンデンサ２２３は、ノード２４４とアース（ＧＮＤ）との間に接続されている。この電力取り出し回路からの電力は送信機２２０の全ての他の部品に供給される。ラインレシーバ２２５はタイミング信号を受信する。コンデンサ２２４はポート２２１とラインレシーバ２２５との間に接続されている。ラインレシーバ２２５の出力は、本例では、ゲート式あるいはパルス２ＧＨｚ送信機ＲＦ発振器２２７のために２ｎｓのパルスを発生する送信機パルス形成回路網（ＰＦＮ）に供給される。ゲート式２ＧＨｚ送信機ＲＦ発振器は、ポート２２８を介して４分の１波長（λ／４）ワイヤのモノポール送信機アンテナ２２９に接続されている。送信機アンテナ２２９は、全ての方向に電磁信号、すなわち２ｎｓＲＦバーストを放射する。
センサ領域２０１は、円筒として示され、円筒状トリップ領域２０２を含んでいる。トリップ領域２０２は、送信機アンテナ２２９から受信機アンテナ２４３までの電磁信号の直接経路である。
ＰＲＦ発生器２１４で発生されたノード２４７のタイミング信号は受信機２１０によっても使用される。Ｎ分周器２１７は、タイミングを受信し、減少周波数の第１の位相信号を供給し、ノード２１９で９０°の位相状態を示す。ノード２１９の第１の位相信号は、ノード２３０で第１の位相信号の周波数の１／２の第２の位相信号を発生し、タイミング信号からの１８０°の位相状態を示す２分周器にも供給される。直角位相変調器２４５は、ノード２４６のタイミング信号、ノード２１９の第１の位相信号、およびノード２３０の第２の位相信号を受信する。直角位相変調器２４５の出力は、０°、９０°、１８０°、２７０°の４つの位相状態の間を飛んで動く位相信号である。位相信号は、５００Ｈｚの周波数で一方の位相状態から他方の位相状態に飛んで動く。他の実施例では、位相信号は、１０Ｈｚと１００ＫＨｚとの間の周波数で一方の位相状態から他方の位相状態に飛んで動く。本質的には、位相信号は、（位相状態の各々によって示される）他の時間遅れを後の遅延回路２３１に供給する。
位相信号は、任意の１つのサンプリング間隔で、受信機２１０がその前縁の近くからのある位相状態の電磁信号をゲートするかあるいはサンプルするように調整される遅延回路２３１に供給される。位相信号なしに、遅延回路２３１は、受信機２１０が送信機２２０からの到着電磁信号をサンプルする時間を制御する。送信機２２０と受信機２１０との間の距離が一定であるために、遅延は容易に計算することができる。理論的には、受信機２１０は、その立ち上がりエッジで到着直接ＲＦ経路の電磁信号をサンプルすべきである。しかしながら、回路部品および他の環境状態の変動のために、受信機２１０は、立ち上がりエッジで常に正確にサンプルできない。したがって、遅延回路２３１は、到着電磁信号の立ち上がりエッジの近くのサンプルポイントを受信機に与える。位相信号に関しては、新しいサンプルポイントは最初のサンプルポイントからの位相状態であるポイントにある。全部のサンプルがＰＲＦ発生器２１４の周波数で生じるけれども、位相状態はより低速で変化する。したがって、１つの例では、サンプリングは２ＭＨｚで生じるが、位相状態は５００Ｈｚで変化する。
次に、遅延位相信号は、２ｎｓのパルスを２ＧＨｚパルス受信機ＲＦ発振器２３３に供給する受信機パルス形成回路網（ＰＦＮ）２３２に供給される。パルス受信機ＲＦ発振器２３３の出力はサンプリング２３４に供給される。一実施例では、サンプリング回路は、ＲＦ発振器およびポート２４２の受信電磁信号のためのミクサ回路の役目を果たす単一ダイオード・ホールド回路である。遅延回路２３１の調整は、受信機ＰＦＮが送信機２２０からポート２４２に直接経路の電磁信号が到着した時点でパルス受信機ＲＦ発振器２３３にパルスを発生させるように行うことができる。このようなパルスを発生させることは、直接ＲＦ経路に対応する電磁信号の立ち上がりの近くにあり、５００Ｈｚで変調された位相状態にある電磁信号の一部のサンプリング回路２３４によるゲーティングあるいはサンプル・ホールドを生じる。
サンプリング回路２３４の出力で、保持コンデンサ２３５はノード２４７とＧＮＤとの間に結合される。直角位相変調器２４５の出力の位相信号は５００Ｈｚの割合で５つの位相状態の間で飛んで動くために、保持コンデンサ２３５で検出された電磁信号は５００Ｈｚのスペクトル成分を有する。検出された電磁信号は、増幅器２３６によって増幅され、増幅された電磁信号を発生する。増幅器２３６は、帯域制限され、多数（例えば、１０〜１０，０００）の受信およびサンプルＲＦパルスの整合集積化を実現できる。ピーク検出器２３７は、増幅電磁信号のピークを検出し、ノード２３８でＶＰＤを発生する。
ＶＰＤは一方の入力を比較器２３９に供給する。他方の入力ＶＲＥＦは、可変抵抗器２４０に直列に接続された共通電圧源ＶＤＤによって発生される。ＶＲＥＦのためのリードは可変抵抗器２４０に接続されている。比較器２３９はＶＰＤとＶＲＥＦとを比較する。ＶＰＤがＶＲＥＦより小さい場合、論理レベル信号は、けられが生じたことを示すけられ指示器２４１に供給される。前述のように、けられは、トリップ領域２０２の領域の長さを横切る方向に沿う物体によるトリップ領域２０２の妨害である。したがって、送信機アンテナ２２９と受信機アンテナ２４３との間の直接経路を全部覆い隠す場合、ＶＰＤはＶＲＥＦ以下のレベルに減少する。それとは別にして、ＶＰＤに対応するセンサ出力２５０から読み取れる電圧は、物体の特性を示し、その後の処理のために記憶することができる。全物体が走査される場合、物体の全ての座標位置に対する複数のＶＰＤの読み取りは、例えば、物体のいろいろな点の密度の測定値を提供する。
本発明の他の実施例では、センサは電子トリップワイヤとして使用することができる。前述のように、物体が送信機アンテナ２２９と受信機２４３との間の直接経路を全部覆い隠す場合、ＶＰＤはＶＲＥＦ以下のレベルに減少する。ＶＰＤがＶＲＥＦよりも小さい場合、論理レベル信号は、けられが生じたことを示すけられ指示器２４１に供給される。けられ指示器２４１の論理レベルは、物体がトリップ領域２０２を全部覆い隠したかどうかの指示を与える。他の実施例では、トリップ領域２０２の部分けられは、センサを“トリップ”させるのに十分である。ＶＲＥＦの調整はユーザ選択トリップポイントを供給する。
図３に示されるように、本発明の他の実施例では、センサは、ランダムにあるいは擬似ランダムにディザリングされたＰＲＦ動作を使用する。雑音ディザリングがない場合、エミッションスペクトルはパルス繰り返し周波数の高調波でスペクトルラインを示している。スペクトルラインで形成されたエンベロープは単一のインパルスによって発生されたスペクトルと形状が同一である。ランダムあるいはコード発生擬似変調、あるいはディザーのいずれかが付加されるならば、エミッションスペクトルは単一インパルスの形状に似ているように拡大することができる。したがって、個別ラインに集中されたエネルギーが広がるために、ピーク振幅は減少される。従来の受信機への干渉は、したがって減少され、熱雑音に似ている。雑音ディザリングがある場合、複数の、別々のセンサ２００は、ＰＲＦ発生器２１４に結合された雑音発生器２１３と干渉なしに同じ場所に配置することができる。雑音発生器２１３はＰＲＦ発生器２１４にランダム変動を導入する。
したがって、図３では、本発明の一実施例は、タイミング信号および電力信号のための受信機にケーブルを介して結合された受信機および送信機を有するセンサを示している。送信機は、送信機アンテナを介して電磁信号を送信し、受信機は送信電磁信号を受信する。パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）発生器は、受信機および送信機の両方によって使用されるタイミング信号を発生する。送信機では、タイミング信号は、パルス送信機ＲＦ発振器が短いＲＦパルスあるいはバーストの形式で電磁信号を送信機アンテナに供給できるためにパルス形成回路網（ＰＲＦ）によって使用される。電磁信号は、放射され、直接経路の電磁信号および時限間接経路の電磁信号の形式で受信機アンテナで受信される。
受信機は、パルス受信機ＲＦ発振器および受信機パルス形成回路網（ＰＦＮ）によって作動されるサンプリング回路に対して直接経路の電磁信号をゲートする。遅延回路は、送信機アンテナと受信機アンテナとの間の距離に対して調整するので、受信機ＰＦＮは、ＰＦＮが作動されるまで、パルス受信機ＲＦ発振器を作動しない。すなわち、受信機ゲーティング機能は送信された直接ＲＦ経路の電磁信号の到着と一致する。直角位相変調器は、位相信号を遅延回路に供給する。位相信号は、５００Ｈｚの割合で４つの位相状態（０°、９０°、１８０°、２７０°）の間で飛んで動き、電磁信号のサンプリングポイントをサンプリング回路に供給する。直角位相変調器は、ＰＲＦ発生器からタイミング信号を受信する。次に、検出された電磁信号は増幅され、ピーク検出され、次に比較器によって電圧基準に比較される。物体がセンサのトリップ領域を覆い隠す場合、得られる検出電磁信号の大きさは、比較器の入力での電圧基準の大きさよりも小さく、比較器の出力はこのけられ指示を与える。
一実施例では、厚さあるいは密度のような物体の特性を示す、得られる検出信号の大きさは、物体を通過する“衝撃光子”の数に応じて変わり、したがって、より低い信号レベルは物体のより高い密度を示し、より高い信号レベルはより低い密度を示す。他の実施例では、けられ指示器は電子トリップワイヤ応用のために使用することができる。得られる検出信号が基準電圧以下である場合、トリップは生じ、けられ指示器で指示された。雑音ディザリングされた動作の場合、複数で、別個のセンサは干渉なしで同じ場所に配置することができる。
図４、図５および図６は、時間に対する受信電磁信号の大きさの具体的なプロットを示す。図４は、センサ領域が妨害されない場合、受信機アンテナの電磁信号を示している。初期ＲＦパルスあるいはバースト３０１は、直接経路の電磁信号を示している。遅延ＲＦバースト３０２は、間接経路の電磁信号を示している。図５は、センサのトリップ領域を覆い隠す物体の結果を示している。直接経路のＲＦバースト３０３は、実質的に大きさが減少されるのに対して、間接経路からの遅延ＲＦバースト３０４は大ささに影響を及ぼさない。図６は、直接ＲＦ経路の電磁信号信号の到着と一致するように設置中調整されるパルス受信機ＲＦ発振器からのＲＦパルスのタイミングを示している。図５とともに検討すると、図６は、覆い隠されたＲＦバーストと時間が一致する受信機のゲーティング信号あるいはサンプリング信号を示している。
図７は、ピーク検出電圧ＶＰＤへのトリップ領域の影響を示している。横座標、すなわち、水平軸は、物体が、センサ領域４０１の外側の点から、センサ領域４０１およびトリップ領域４０２を通って、最後にセンサ領域４０１の外側の点までの円筒状のセンサ領域４０１の長さを横切る方向に移動するときの距離を示している。縦座標、すなわち垂直軸は、比較器２３９の入力でのピーク検出電圧ＶＰＤの大きさを示している（図３を参照）。
図７が示すように、物体がセンサ４０１の外側に置かれた場合、ＶＰＤはセンサ領域電圧ＶＳＲより上のレベルにある。物体がセンサ領域４０１の中に移動すると、ＶＰＤはＶＳＲよりも小さいが、トリップ領域電圧ＶＴＲ（あるいは電圧基準ＶＲＥＦ）以上のレベルにある。センサ領域では、妨害物体からの散乱は干渉を生じ、したがってＶＰＤを減少する。物体がセンサ領域４０２の中に移動すると、ＶＰＤは、さらに減少するが、ＶＴＲ（ＶＲＥＦ）以上のレベルのままである。物体が電磁信号の全直接経路を実質的に妨害する場合、けられが生じ、ＶＰＤはＶＲＥＦ以下に落ちる。このようなけられが生じると、センサはけられ指示を与える。けられ指示とともに、ＶＰＤの大きさは、物体の密度、厚さ、あるいは存在のような特性を示し、その後の画像処理工程で使用することができる。電子トリップワイヤ応用に関しては、けられ指示は、セクタが“トリップ”あるいは作動されたことを与える。ＶＲＥＦは、物体がトリップ領域４０２の中に移動するや否やけられ指示が与えられるように調整することができる。したがって、ＶＲＥＦのユーザの調整できる値に応じて、けられ指示は、物体が部分けられを生じるこれらの状態および物体が電磁信号の直接ＲＦ経路の全部のけられを実質的に生じるこれらの状態のために与えることができる。
図８および図９は、異なる位相変調方式が電磁信号を検出するために受信機内で使用される場合のＶＰＤへの影響を示している。図８は、送信機アンテナと受信機アンテナとの間の距離が変わり、２進位相変調が使用されるときのＶＰＤの感度パターンを示している。受信機は、５００Ｈｚの割合で０°と１８０°との間で交互にサンプルする。しかしながら、図８が示すように、λ／２の間隔でのヌルは存在する。これらのヌルは、ミクサとしての役割を果たすサンプリング回路での送信機ＲＦパルスと受信機ＲＦゲーティングパルスとのビートによって引き起こされる。ヌルを除去するために、サンプリングが５００Ｈｚの割合で０°、９０°、１８０°、２７０°で得られる場合、直角位相変調が使用される。図９は、除去されたヌルを有する得られるＶＰＤ感度パターンを示している。
図１０および図１１は、本発明の実施例の受信機および送信機のそれぞれの代表的な回路図を示している。部品の値および特定の製造者のＩＣ装置の部品名は例として役立つだけである。
図１０はセンサの受信機部の詳細回路図を示している。本例では、ＩＣ１は、ナショナルセミコンダクタ７４ＡＣ０４のヘックスインバータであり、ＩＣ２はモトローラのＭＣ１４０６９のヘックスインバータであり、ＩＣ３はモトローラのＭＣ１４０２０の２進カウンタであり、インバータ６０６、６０９、６１８、６１９、６２５および６２７はＩＣ１に提供されている。２進カウンタ６１５はＩＣ３に提供されている。
９ボルト電源の形の電力は、ポート６０１とＧＮＤとの間に並列に接続されたコンデンサ６０４とともにポート６０１のセンサに供給される。セイコーの部品第８１２−５０号の電圧調整器６０２はポート６０１とポート６０３との間にも並列に接続されている。コンデンサ６０５はポート６０３とＧＮＤとの間に接続されている。ポート６０３で、５ボルトのＶＤＤは、（図１１に示されるように）受信機６００および送信機に供給される。
パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）発生器に関しては、インバータ６０６の入力はノード６６６接続されている。抵抗器６０７は、ノード６６６とノード６６７との間に接続されている。コンデンサ６０８は、インバータ６０９の出力でノード６６６とノード６６８との間に接続されている。インバータ６０９の入力はノード６６７に接続されている。本例では、２ＭＨｚタイミング信号が発生される。
ノード６６８でのタイミング信号は、並列の２つのインバータ６１８、６１９を含むラインドライバに供給される。タイミング信号６６８は、インバータ６１８および６１９の共通に結合された入力に供給される。これらのインバータ６１８、６１９の出力は、ノード６７２でも共通に結合されている。結合コンデンサ６２０は、ノード６７２とノード６７３との間に結合されている。ＶＤＤからの付加電力はノード６７３でラインに供給される。インダクタ６２１は電源とノード６７３との間に接続されている。抵抗器６２２は、ノード６７３と、重ね合わされた電力およびタイミング信号がケーブル６７４を介して供給されるノード６２３との間に接続されている。
ノード６６７のタイミング信号は２進カウンタのクロック入力６１６に供給される。２進カウンタ６１５は、ポート６６９でそのＶＤＤ入力、ポート６７０でそのＧＮＤ、ポート６１７で常にアースされたリセット信号を受信する。アースされたリセット信号によって、カウンタ６１５は、タイミング信号の立ち下がりエッジに応じて常にカウントできる。２進カウンタ６１５の出力は、Ｑ１１に対してはポート６１０にあり、Ｑ１２に対してはポート６１１にある。抵抗器６１２は、Ｑ１１の出力ポート６１０とノード６７１との間に接続されている。抵抗器６１３は、Ｑ１２の出力ポート６１１とノード６７１との間に接続されている。抵抗器６１４は、ノード６６８とノード６７１との間に接続されている。コンデンサはノード６７１とＧＮＤとの間に接続されている。２進カウンタ６１５の出力は、付加時限を供給し、受信機のサンプリング機能のタイミングを制御する。
遅延回路は、送信機アンテナと受信機アンテナとの間の距離の変動を補償するために備えられている。インバータ６２５の入力はノード６７１に接続されている。インバータ６２５の出力は、パルス形成回路網（ＰＦＮ）を作動させるために時限を調整するために使用される可変抵抗器６２６に接続されている。コンデンサ６２８は、ノード６７５とＧＮＤとの間に接続されている。インバータ６２７の入力はノード６７５に接続されている。インバーダ６２７の出力は、パルスＲＦ発振器を作動させるパルス形成回路網（ＰＦＮ）に接続されている。
パルス形成回路網（ＰＦＮ）の入力は遅延回路に依存する。コンデンサ６２９はインバータ６２７の出力とノード６７６との間に接続されている。抵抗器６３０はノード６７６とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器６３１およびインダクタ６３２は、ノード６７６とノード６６７との間に直列に接続されている。コンデンサ６３３は、ノード６６７とＧＮＤとの間に接続されている。本例では、得られるパルスは２ｎｓの持続時間を有する。次に、得られるパルスはパルスＲＦ発振器に印加される。
本例では、ｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ６３５は、市販の部品第ＮＥ８５６号である。トランジスタ６３５のエミッタはノード６６７に接続されている。トランジスタ６３５のベースは、ＧＮＤに接続されているインダクタ６３４に接続されている。トランジスタのコレクタは、他方の端部でノード６７８に接続されたインダクタ６８９に接続されている。コンデンサ６３７はノード６７８とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器６３６はノード６７８とＶＤＤ電源との間に接続されている。トランジスタ６３５のコレクタはコンデンサ６３８にも接続されている。コンデンサ６３８の対向する極板はノード６３９に接続されている。ノード６３９は、受信機ゲートに対してパルスＲＦバーストのための接続および送信機からの電磁信号を供給する。本例では、パルスＲＦ発振器の周波数は２ＧＨｚである。受信機アンテナ６４０はノード６３９に接続されている。
電磁信号６４１は、全ての方向から受信機アンテナ６４０に到着する。直接経路に対応するＲＦバーストは高速に到着する。しかしながら、遅延回路は、ＲＦ発振器のＲＦパルス発生のタイミングを制御するので、電磁信号をゲーティングするＲＦパルスは直接経路の電磁信号と一致する。
サンプリング回路に関しては、この例は、市販の部品第ＨＳＭＳ２８１０号であるダイオード６４３を使用する。受信アンテナ６４０は一般的には長さが１．５インチのワイヤで形成されている。ダイオード６４３の陰極はノード６３９に接続され、ダイオード６４３の陽極はノード６７９に接続されている。抵抗器６４４は、ＶＤＤ電源とノード６７９との間に接続されている。抵抗器６４２は、ＧＮＤとノード６３９との間に接続されている。サンプル電磁信号を保持する保持コンデンサ６４５はノード６７９とＧＮＤとの間に接続されている。
ピーク検出器とサンプリング回路との間に置かれた増幅器回路に関しては、本例は、その部品の１つとして、市販の部品第２Ｎ３９０４号であるｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ６４８を使用する。この増幅器は帯域制限され、多数（例えば、１０〜１０，０００）の受信・サンプルＲＦパルスの整合集積化を実現できる。結合コンデンサ６４６は、ノード６７９とトランジスタ６４８のベースとの間に接続されている。抵抗器はトランジスタ６４８のコレクタとＶＤＤ電源との間にも接続されている。トランジスタ６４８のエミッタはＧＮＤに接続されている。結合コンデンサ６４９は、トランジスタ６４８のコレクタとインバータ６５１の入力との間に接続されている。抵抗器６５０は、インバータ６５１の入力とインバータ６５１の出力と間に接続されている。
ピーク検出器に関しては、抵抗器６５２は、インバータ６５１の出力とインバータ６５３の入力との間に接続されている。抵抗器６５４は、インバータ６５３の入力とノード６８０との間に接続されている。コンデンサ６５６はノード６８０とＧＮＤとの間に接続されている。インバータ６５３の出力はダイオード６５５のアノードに接続されている。ダイオード６５５の陰極はノード６８０に接続されている。ＶＰＤはノード６８０に現れる。したがって、画像処理応用に関しては、ノード６８０でのＶＰＤの大きさはトリップ領域の物体の密度あるいは厚さを示している。好ましい実施例では、対応するＶＰＤの大きさは記憶され、さらにイメージングのためにさらに処理される前にトリップ領域の全けられが必要とされる。本例では、ダイオード６５５は市販の部品第ＩＮ４１４８号である。
比較器に関しては、抵抗器６５７はノード６８０とノード６８１との間に接続されている。可調整基準電圧ＶＲＥＦに関しては、ＶＤＤ電源は抵抗器６６２および抵抗器６６３に供給される。可変抵抗器６６３の一方の端部はＧＮＤに接続されている。抵抗器６５８は、ノード６８１と可変抵抗器６６３のタップとの間に接続されている。可変抵抗器６６３を調整することによって、異なる“トリップ”ポイント、すなわちＶＲＥＦは使用可能である。したがって、電子トリップワイヤ応用では、トリップ領域の全けられは、センサを“トリップ”すなわち作動させることは必要がない。しかしながら、電子トリップワイヤの実施例では、ほぼ全部のけられはセンサを作動させる必要がある。
インバータ６５９は、ノード６８１とノード６８２との間に接続されている。トリップ領域が物体によって覆い隠される場合、ノード６８２のハイ論理レベルがけられ指示器に現れる。ノード６８２はインバータ６６１の入力にも接続されている。インバータ６６１のノード６６５の出力は、けられ指示器６６４およびノード６８２での論理レベルの相補出力である。抵抗器６６０は、ノード６８１とノード６６５との間に接続されている。
図１１は、本発明の実施例の送信機部の詳細回路図を示している。送信機は、電力取り入れ回路と、ラインレシーバと、パルス形成回路網と、パルスＲＦ発振器とを含んでいる。本例では、ＩＣ４（インバータ７０８）はナショナル・セミコンダクタの７４Ｃ０４ヘックスインバータである。
センサの受信機部からの重ね合わされた電力およびタイミング信号は、ケーブル７２１を介して送信機のポート７０１に供給される。重ね合わされた信号の電力成分は、インダクタ７０２がノード７２２とノード７２３との間に接続されている電力取り入れ回路に供給される。重ね合わされた信号のクロック成分は、結合コンデンサがノード７２２とノード７２４との間に接続されているラインレシーバに供給される。抵抗器７０６はノード７２４とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器７０４はノード７２４とノード７２３との間に接続されている。市販部品第ＩＮ４１４８号であるダイオード７０５に関しては、陰極はノード７２３に結合され、陽極はノード７２４に結合される。市販部品第ＩＮ４１４８号でもあるダイオード７０７に関しては、陰極はノード７２４に結合され、陽極はＧＮＤに結合される。インバータ７０８の入力はノード７２４に結合される。電力取り入れ回路からの電力はポート７２５でインバータ７０８に供給される。コンデンサ７０９は、ノード７２３とＧＮＤとの間にも配置されている。抵抗器７１０は、ノード７２３とノード７２９との間に配置されている。さらに、コンデンサ７１６は、ノード７２９とＧＮＤとの間に配置されている。
パルス形成回路網（ＰＦＮ）に関しては、コンデンサ７１１は、インバータ７０８の出力とノード７２６との間に配置されている。抵抗器７１２は、ノード７２６とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器７１３およびインダクタ７１４は、ノード７２６とノード７２７との間に直列に配置されている。コンデンサは、ノード７２７とＧＮＤとの間に配置されている。本例では、２ｎｓのパルスは２ＧＨｚのパルスＲＦ発振器に供給されている。
２ｎｓのパルスに応じて、２ＧＨｚのパルスＲＦ発振器は２ｎｓのＲＦバーストを供給する。本例で使用される市販のｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ７１８は部品第ＮＥ８５６号である。トランジスタ７１８に関しては、エミッタはノード７２７に結合され、コレクタはノード７２８に結合され、ベースは、ＧＮＤに接続されたインダクタ７１７に結合されている。電力取り入れ回路からの付加電力は、ノード７２９とノード７２８との間に配置されているインダクタ７１５によって供給されている。次に、２ｎｓのＲＦバーストの形の電磁信号は、１．５インチワイヤからなる送信機アンテナ７２０に供給される。
けられ全部がトリップ領域内で生じる場合、好ましいモードはけられ指示を与える受信機を使用するけれども、他の実施例は、受信機の比較器の段で基準電圧ＶＲＥＦのレベルを調整することによってトリップ領域の部分けられを取り入れている。したがって、本発明の特定の応用はセンサの“トリップ”ポイントを決定する。
図１２に示されるように、本発明の他の実施例では、物体を走査することを達成することができる。センサは、受信機８０１と、ケーブル８０２と、送信機８０３と、信号プロセッサ・記憶装置８０４と、受信機アンテナ８１０と、送信機アンテナ８０９とを含む。センサは、コンピュータ支援並進、あるいはコンピュータ支援トモグラフィ（ＣＡＴ）走査で利用されるものと同様に並進ステージ８０７、８０８に配置することができる。図１２は２つの別個の装置であるような並進ステージ８０７、８０８を示しているけれども、これらのステージは実際、単一のステージとして示すことができる。送信機および受信機にとって重要なことは、並進ステージで同時に移動させることである。けられ指示器８０５および検出サンプル信号８０６は、信号プロセッサ・記憶装置８０４に供給される。
媒体８１２の中の物体８１２は、プラットホーム８１３の上に置かれている。物体の特性を得るために、並進ステージ８０７、８０８はｘｚ平面に沿って移動される。これは、ｙ軸を通るあらゆる所望のｘ、ｚ座標位置の密度情報を提供する。すなわち、任意の所与の座標位置ｘ，ｙ，ｚに関しては、ｙ軸に沿ってとらえられるようなこの座標位置の物体の密度を決定することができる。
送信機アンテナ８０９と受信機アンテナ８１０との間の直接ＲＦ経路として形成されるセンサ領域は最初の座標位置に配置されている。並進ステージ８０７、８０８は１つの軸（ｘあるいはｚのいずれか）に沿って所望のステップで進めるように移動される。検出サンプル信号の大きさおよび座標位置は、プロセッサ・記憶装置８０４で処理され、記憶される。次に、並進ステージは、処理ステップおよび記憶ステップが新しい座標位置に対して再び達成される次の座標位置に移動される。並進ステージを移動させ、検出サンプル信号の大きさを処理し、座標位置および検出サンプル信号の大きさを記憶するステップの全部が、あらゆる所望の座標位置のためのデータが記録されるまで、実行される。物体８１２の３次元表示に関しては、各平面に対する上記のステップは、θ＝０°からθ＝１８０°に及ぶ全ての平面に対する全ての座標位置ｘ、ｙ、ｚのためのデータが記録されるまで、ｚ軸の周りに増加するあらゆる角度θに対して実行される。
本発明の好ましい実施例の前述の記載は説明する目的で示されたものである。それは完全であり、あるいは本発明を開示された正確な形式に限定することが意図されたものではない。明かに、多数の修正および変更は当業者に明らかである。本発明の範囲は下記の請求範囲および均等物によって規定されるべきことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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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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