(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度を有するバックグラウンド環境の中に位置する、ミリメートル波長放射の見かけの温度を有する少なくとも１つの物体（３）を発見するための装置であって：
バックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度と前記物体（３）のミリメートル波長放射の見かけの温度との間にコントラストを作るためにバックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度を変化させるための手段（１ａ，１ｂ，２ｂ；１ａ，２ａ；７；１８）と、
バックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度と前記物体（３）のミリメートル波長放射の見かけの温度との間のコントラストを検出するための検出手段とを含み、
前記バックグラウント・ミリメートル波長放射の見かけの温度を変化させるための手段が、囲い（２ａ，２ｂ；２ａ；４０）と少なくとも一つの実質的に非干渉性のミリメートル波放射源（４）とから成り、前記囲いと前記放射源（１ａ，１ｂ；１ａ；７；１８）とが、前記物体（３）が実質的に均一に照射される様に構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記放射源（２ａ，２ｂ，２ａ）により放射されたミリメートル波長放射（４）を反射するための反射手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
前記反射手段は、反射性内面を有する反射囲い（２ａ，２ｂ；２ａ）を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項４】
前記反射囲い（２ａ，２ｂ；２ａ）は部分楕円体であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
【請求項５】
前記反射囲いは１つ以上の開口部（４１，４２）を有する部屋（４０）であり、その１つ以上の開口部の各々は入り口領域（４３，４４）を有し、ミリメートル波長放射が該囲い（４０）の外側から該囲い（４０）の中へ反射して入り込むのを防止するために該入り口領域（４３，４４）はバックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度のそれと実質的に同じ見かけミリメートル波長放射の見かけの温度を有する放射性材料でコーティングされていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
【請求項６】
前記反射性内面は、該反射性内面から反射されたミリメートル波長放射（４）が拡散されることとなるように、小凹所パターンが浮き出すように加工されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
【請求項７】
前記反射性内面に、小凹所のある反射カバーが設けられていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの放射源が、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発生するための放射面を有し、該放射面は該囲いの一部分であって、物体がミリメートル波長放射で実質的に均一に照射されるようになっていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項９】
前記囲いは、前記放射源の前記放射面から形成された少なくとも１つの側を有するキュービクルであることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、少なくとも１つの物体（５）から反射され、また、その物体から放射されたミリメートル波長放射を検出するための１つ以上のミリメートル波撮像カメラ（５）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項１１】
その１つ以上のミリメートル波撮像カメラ（５）は少なくとも１つのミリメートル波動作中心周波数を有することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
【請求項１２】
実質的に異なるミリメートル波動作中心周波数を有する２つ以上のミリメートル波撮像カメラ（５）を含むことを特徴とする請求の範囲１１項に記載の装置。
【請求項１３】
１つ以上のミリメートル波撮像カメラ（５）は該囲い（２ａ，２ｂ；２ａ）の外側に据え付けられることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
【請求項１４】
１つ以上のミリメートル波撮像カメラは該囲い（２ａ，２ｂ；２ａ）の中に据え付けられることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
【請求項１５】
１つ以上のミリメートル波撮像カメラ（５）には、少なくとも１つの物体のミリメートル波長像を作るためのプロセッサ及びテレビジョンモニターが付随していることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
【請求項１６】
前記放射源（８）は：
ミリメートル波長放射（４）を発生するための、光学的厚さｔを有する放射性材料の層と、
この放射性材料の層（８）の温度を高めるための加熱手段（９）とを含んでおり、
その放射性材料の層（８）の温度を高めるとバックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度が高まるようになっていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記加熱手段は、少なくとも１つの加熱エレメント（９）を含むことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項１８】
前記放射源（７）は金属層（１０）も含んでおり、
その金属層（１０）と放射性材料の層（８）とは、ミリメートル波長領域である放射率εを有する構造を形成し、
放射性材料の層（８）の光学的厚さｔは、前記構造（８，１０）からのミリメートル波長放射の発生が実質的に最大となるような厚さであることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の装置。
【請求項１９】
前記構造（８，１０）の放射率εは０．５と１との間にあることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の装置。
【請求項２０】
前記構造（８，１０）の放射率εは実質的に１．０に等しいことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の装置。
【請求項２１】
前記金属層（１０）はアルミニウムであることを特徴とする請求の範囲第１９項又は第２０項に記載の装置。
【請求項２２】
放射性材料（８）は、クレイ・タイル、アスベスト耐火ブランケット（asbestos fire blanket）、又は耐火セメント（fire cement）のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項２３】
前記放射源（７）は、更に、放射源（７）からの赤外線の放射を減少させるための断熱手段（１２，１３，１４，１６）を更に含んでいることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項２４】
前記断熱手段はガラスマット（１２）を包含することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の装置。
【請求項２５】
前記放射源（７）は、該放射源（７）の放射面からのミリメートル波長放射（４）の発生が実質的に最大になるように、該放射性材料（８）から放射されるミリメートル波長放射を内部で反射するための少なくとも１つの付加的金属層（１１）を包含することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項２６】
前記放射源（１８）は：
ミリメートル波長放射（４）を発生するための材料の層（１９）と、
該放射性材料（１９）の温度を下げるための冷却手段とを包含しており、
この材料の層（１９）の温度を下げるとバックグラウンド・ミリメートル波長放射の見かけの温度が低下するようになっていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記材料層（１９）はレーダー吸収材料（ＲＡＭ）であることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の装置。
【請求項２８】
前記冷却手段は冷凍ユニット（２０）を含むことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の装置。
【請求項２９】
前記放射源（１８）は、前記放射性材料層（１９）を囲むミリメートル放射透明層（５０）も含んでいることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の装置。
【請求項３０】
前記放射源（１ａ，１ｂ；１ａ）としては、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発生する１つ以上のガンダイオードを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記放射源としては、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発生する複数のガス放電ノイズ放射源を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３２】
放射されたミリメートル波長放射を拡散させるための１つ以上の光学エレメントを包含することを特徴とする請求の範囲第３０項又は第３１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、衣類の下に隠されている物体を識別するために使うことのできる、特に屋内環境で使うことのできる、ミリメートル波撮像装置に関する。このシステムは、空港で使う保安システムとして特に有用である。
軟Ｘ線に基づく既存の技術は、良好な解決策を与えるけれども、スキャナーに繰り返しさらされる人たち、特に空港の職員達に健康上の危険となりがちである。受動システムは、有害な放射を避けるので、有利である。更に、空港で通常使われている金属探知棒及びアーチ通路などの保安システムは、爆発物などの非金属の物体を発見することはできない。
ミリメートル波は、衣類を通過する性質を持っており、従って人の身体の像を造りだし、衣類の下に隠されているものの像を描くために使うことができる。受動ミリメートル波撮像は、ミリメートル波長領域の電磁放射の、物体からの放射及び反射、及び物体の通過を利用して場面或いは人の見かけ上の温度マップ或いは像を造る技術である。受動撮像という用語は、普通は、放射のレベルが自然なバックグラウンド放射と同等であるような撮像プロセスを記述するために使われる。
ミリメートル波撮像カメラを用いれば、衣類の下に銃を隠している人の、屋外で記録された像は、その銃をはっきりと見えるようにして表示するが、その理由は、それが冷たい空の温度（the cold sky temperature）を反映するのに対して、その人の見かけ上の温度は周囲のそれに遙かに近いからである。人の肌とは異なる性質を有する他の物は、その人とは異なる温度を有するように見えるので、ミリメートル波撮像で見ることができる。
像は、場面からの電磁放射の放射照度を記録するピクセルから成り、それは、場面にわたって走査されることのできる１つ以上の放射計上に収束される。ミリメートル波長で金属は高度に反射性であるのに対して他の材料は反射性が遙かに低いので、この技術は金属製の物体を非金属製の物体から区別するのに特に良好である。
良好なミリメートル波結像は、被写体が適宜照射されることを条件とする。このことは、屋外では空が適当な放射源となるので、容易に達成されるけれども、空港などの屋内環境では、これは不可能である。
米国特許第５，２２７，８００号は、それ自体としては干渉性の放射を各々発するガンダイオードのアレイの形の、非干渉性ミリメートル放射源を含むミリメートル波撮像システムを開示している。該ダイオードのアレイの端から端までにわたって製造許容誤差に変動があるために、それは実質的に非干渉性の放射源となる。該システムは、照射立体角を与える多数のガンダイオードから成る照射パネルに依拠している。しかし、被写体を前面の完全な半球から充分に照射するためには、多数のダイオードが必要である。更に、各ダイオードは点放射源であるので、得られた像の中の、場面中の物に鏡のように反射された放射のグリントが生じることになる。更に、各ダイオードは、それ自体としては干渉性であるので、鏡面反射は干渉効果を生じさせ、従って、得られた像の中にスペックルを生じさせることがある。
本発明は、これらの問題を克服するミリメートル波撮像装置に関する。
本発明に従って、バックグラウンド・ミリメートル温度を有するバックグラウンド環境の中に位置する、ミリメートル温度を有する少なくとも１つの物体を発見するための装置は：
バックグラウンド・ミリメートル温度と少なくとも１つの物体のミリメートル温度との間にコントラストを作るためにバックグラウンド・ミリメートル温度を変化させるための手段と、
バックグラウンド・ミリメートル温度と少なくとも１つの物体のミリメートル温度との間のコントラストを検出するための検出手段とを含んでいる。
本発明の１実施態様では、バックグラウンド・ミリメートル温度を変化させるための手段は：
実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発するための、放射面を有する、少なくとも１つの放射源と、
物体がミリメートル波長放射で実質的に均一に照射されることとなるように、該放射源により放射されたミリメートル波長放射を反射するための反射手段とを含むことができる。
このシステムは、空港や税関で使われるような、衣類の下に隠されている物を識別する保安システムとして使われることができる。このシステムでは、放射源を極めて小さくすることができ、得られる像の中に、放射が場面中の物から鏡面反射された箇所にグリントが生じないので、このシステムは従来技術と比べて有利である。更に、照射立体角の大半を安価な反射性材料で提供することができる。
該反射手段は、反射性内面を有する囲いを含むことができる。好ましくは、その囲いは、部分楕円体であり、該反射性内面は、該反射性内面から反射されたミリメートル波長放射が拡散されることとなるように、小凹所パターンが浮き出すように加工されていてよい。
本発明の代替の実施態様では、バックグラウンド・ミリメートル温度を変化させるための手段は、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発するための放射面を有する少なくとも１つの放射源を含むことができ、その放射面は、物体がミリメートル波長放射で実質的に均一に照射されることとなるように、該囲いの一部分を形成する。例えば、この実施態様では、該囲いは、少なくとも１つの側が該照射源の該放射面から形成されているキュービクルであってよい。
本発明のいずれの実施態様における検出手段も、少なくとも１つの物体から反射され、また放射されたミリメートル波長放射を検出するための少なくとも１つのミリメートル波撮像カメラを含むことができる。１つの構成では、該装置は、少なくとも１つのミリメートル波動作中心周波数及び帯域幅を有する単一のミリメートル波撮像カメラを含むことができる。代わりの構成では、該装置は２つ以上のミリメートル波撮像カメラを含むことができて、それらの撮像カメラは実質的に異なるミリメートル波動作中心周波数を有する。その１台又は数台のミリメートル波撮像カメラは、該囲いの中に据え付けられるのが好ましいけれども、該囲いの中にも、また外にも据え付けられてよい。
その１台以上のミリメートル波撮像カメラは、少なくとも１つの物体のミリメートル波長像を作るために、付随するプロセッサ及びテレビジョンモニターを有することができる。
本発明の１実施態様では、照射源は：
ミリメートル波長放射を放射するための、光学的厚さｔを有する放射性材料の層と、
この放射性材料の層の温度を高めるための加熱手段とを含むことができ、
その放射性材料の層の温度を高めるとバックグラウンド・ミリメートル温度が高まるようになっている。
前記加熱手段は、少なくとも１つの加熱エレメントを含むことができる。
前記照射源は金属層も含むことができ、
その金属層と放射性材料の層とは、ミリメートル波長領域である放射率εを有する構造を形成し、
放射性材料の層の光学的厚さｔは、前記構造からのミリメートル波長放射の発生が実質的に最大となるような厚さである。
前記構造の放射率εは０．５と１との間にあり、好ましくは実質的に１に等しい。例えば、前記金属層はアルミニウムであり、放射性材料は、クレイ・タイル、アスベスト耐火ブランケット（asbestos fire blanket）、又は耐火セメント（fire cement）のうちのいずれか１つであってよい。
放射源は、更に、放射源からの赤外線の放射を減少させるための断熱手段を包含することができる。この断熱手段はガラスマットを包含することができる。光源は、該光源の放射面からのミリメートル波長放射の放射が実質的に最大になるように、該放射性材料から放射されるミリメートル波長放射を内部で反射するための少なくとも１つの付加的金属層を包含することができる。
代わりの実施態様では、照射源は：
ミリメートル波長放射を放射するための材料の層と、
該放射性材料の温度を下げるための冷却手段とを包含することができ、
この材料の層の温度を下げるとバックグラウンド・ミリメートル温度が低下するようになっている。
照射源は、放射性材料を取り囲む、ドアなどの、ミリメートル放射透明層を包含することもできる。通常は、この材料の層はレーダー吸収材料（ＲＡＭ）であってよい。
或いは、照射源は、１つ以上のガンダイオード、又は、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射を発する複数のガス放電ノイズ源を包含することもできる。更に、放射されたミリメートル波長放射を拡散させるために１つ以上の光学エレメントを包含することができる。
本発明の別の面に従って、ミリメートル波撮像装置に用いられる照射源は：
ミリメートル波長放射を放射するための、光学的厚さｔを有する、放射性材料の層と、
放射性材料の層の温度を高めるための加熱手段とを含んでおり、
放射性材料の層の温度を高めるとバックグラウンド・ミリメートル温度が高まるようになっている。
次に、下記の図を参照して、本発明を例を挙げて説明する。
図１及び２は、ミリメートル波撮像装置の実現可能な形態を示す。
図３は、部屋の形の反射性囲いを示しており、これは本発明の一部分を形成し得る。
図４は、本発明の一部分をなし得る反射性囲いの小凹所のある面の（ａ）平面図及び（ｂ）側面図を示す。
図５は、本発明のミリメートル波撮像装置に使うことのできる“熱い”光源を示す図である。
図６及び７は、本発明のミリメートル波撮像装置に使うことのできる“冷たい”光源の線図を示す。
図８は、本発明のミリメートル波撮像装置に使うことのできるミリメートル波長撮像カメラの基本デザインを示す図である。
図１を参照すると、ミリメートル波撮像システムは、放射源１ａと反射性囲い２ａとを含む。好ましくは放射源１ａと同じデザインの第２放射源１ｂも含まれていて、第２の反射性ドーム２ｂの中に据え付けられている。該ドームは部分楕円体であり、楕円体２ａ、２ｂの各々の焦点の１つに１つの放射源を置くことができる。撮像されるべき被写体３は、ドーム形の囲い２ａ、２ｂの中心で部分楕円体の他方の焦点の位置に立つ。
１つ以上の放射源１ａ、１ｂは、ミリメートル波長放射４を反射性囲い２ａ、２ｂの方へ放射することができる。この放射は、囲い２ａ、２ｂ及び被写体３の間であちこちに跳ね返り、従って被写体３はミリメートル波長放射４で照射される。被写体３から反射されたミリメートル波放射を検出する撮像カメラ（撮像器）５もシステムに含まれている。
更に、被写体３自体も多少のミリメートル波長放射を発生し、それも撮像器５で検出される。被写体３から反射され、また発生された放射は、囲いの窓６を通過して撮像器５に到達することができる。この窓６は、照射の立体角の中のギップであるので、身体の像に多少の加工的影響を及ぼす。
撮像器５を反射性ドーム２ａ、２ｂの中に据え付け、従って窓６を設ける必要を除去し、加工的影響を無くするのが好ましい。そのために、撮像器５の焦点距離によっては、被写体３から反射されたミリメートル波長放射を撮像器５に集束させるために、好ましくはドーム２ａ、２ｂの内側に据え付けられる多鏡システムが必要になることがある。
図１に示されている構成は、放射源１ａ、１ｂから放射されたミリメートル波長放射４の可能な限りの多くが、ドーム２ａ、２ｂから被写体３へ反射されて、放射源１ａ、１ｂの反射が満たすあらゆる角度から、被写体３が撮像されることを保証する。更に、この構成の形態は放射源１ａ、１ｂから発射された放射４が、撮像されるべき被写体３上に実質的に均一に分散されるようになっている。照射の中の何らかのギャップに対応する人工的影響を被写体３の像に生じさせるのを防止するために、被写体３をあらゆる方向から照射する必要がある。
被写体３の均一な照射を確保するためには、ドーム２ａ、２ｂの内側反射面の形状が正確な楕円体であることが重要である。しかし、代わりの実施態様では、反射性ドーム２ａ、２ｂの内面を小凹所のあるフォイルでコーティングしてもよく、或いはその表面を直接整形してもよい。これは拡散効果を生じさせ、この場合にはドーム２ａ、２ｂの形状は、システムの性能にとっては、さほど重要ではなくなる。例えば、これは、後述するように、囲いの形状を、部屋のそれに緩めることを可能にすることがある。小凹所のある表面の好ましい特徴について、後でいっそう詳しく説明する。
拡散フォイルを使用すれば、あらゆる角度から被写体３に到達するエネルギー束が減少する。従って、なるべく多くの放射をドーム形囲い２ａ、２ｂの中へ反射させて戻すために、床（水平軸の位置にある）と後壁（図の平面内にある）とを金属で覆うのが好ましい。ドーム２ａ、２ｂの反射面に拡散フォイルを設けずに床覆いを用いてもよい。反射性ドーム２ａ、２ｂの使用は、被写体３の位置に大きな照射立体角が存在することを、即ち、局在していない照射を、保証する。
図２は、このシステムの代わりの構成を示しており、この構成では、単一の部分楕円体ドーム２ａの一方の焦点に位置する唯一の放射源１ａが使われる。前の例の場合と同じく、ドーム２ａから反射された放射は、楕円体の中心にいる被写体３を照射する。なるべく多くの放射が囲いの中へ反射されて戻って、最終的に被写体３に到達するように、側壁及び後壁（ｙ−ｚ平面及びｘ−ｚ平面）及び床（ｘ−ｙ平面）は、好ましくは金属で覆われる。
前述したように、撮像器が見通すために存在するギャップを通して不均一な温度が囲いの中に入り込まないように、撮像器５を完全に囲い２ａの中に据え付けるのが好ましいかも知れない。完全に閉じた囲いは、最高に均一な照射を得ることを可能にする。形態が入念に制御されることを条件として、例えば人が出入りできるように、囲いに開口部を設けることも可能である。
開口部を有する適当な囲い形態が図３に示されている。これは、２つの開口部４１、４２をそれぞれ入り口領域４３及び出口領域４４に有する反射チャンバー４０（この場合には、部屋の３つの壁）を示しており、それらを通って人がチャンバー４０に出入りできるようになっている。この様な開放囲いの本質的特徴は、外側からの放射が内側に反射して入り込む道が無いように、入り口領域が照射チャンバーとおなじ見かけ温度の放射性材料４３（例えばレーダー吸収材料（Radar Absorbing Material（RAM））でコーティングされることである。
本発明の代わりの実施態様では、反射手段に依拠せずに被写体が非干渉性放射で直接照射されるように、図１、２及び３を参照して前述したいずれの囲いの反射面もミリメートル波放射性材料又は放射源と置換されてよい。その放射面は、反射囲いと同じく、被写体を実質的に均一に照射しなければならない。放射面が使われるのであれば、例えば３つの壁又は側だけを有する部分囲いを使うことが可能となる。例えば、３つの側があり、その各面が放射性材料でコーティングされている囲いの中に立っている被写体にとっては、その被写体の後ろの第４の側はあまり重要ではないであろう。放射性の壁又は側を有する部分囲い又は完全囲いが実用的でありそうなのは、その囲いが例えばキュービクルの形を取るなど、サイズが割合に小さい場合に限られる。この明細書の目的上、“囲い”という用語は、完全に囲まれたスペースだけを意味するものではない。
本発明の好ましい実施態様では、小凹所のあるフォイルを反射囲いの表面に付けることができ、或いは囲いの表面を、小凹所のパターンをなすように直接整形することもできる。図４（ａ）及び４（ｂ）は、それぞれ、囲い（例えば図１の反射ドーム２ａ、２ｂ）の整形された表面であるか、又は囲い表面に付けられた別の外被により与えられる典型的な小凹所のある表面３０を示す平面図及び側面図である。通常、小凹所、本発明の好ましい実施態様では、小凹所のあるフォイルを反射囲いの表面に付けることができ、或いは囲いの表面を小凹所のあるパターンをなすように直接整形することができる。図４（ａ）及び４（ｂ）は、それぞれ、囲い（例えば図１の反射ドーム２ａ、２ｂ）の整形された表面であるか、又は囲い表面に付けられた別の外被により与えられる典型的な小凹所のある表面３０を示す平面図及び側面図である。通常、表面の小凹所３１は１ｍｍと４０ｍｍの間、好ましくは約１０ｍｍ、の中心間距離（ｄ）を有することができる。通常、各小凹所は球形で、その曲率半径（ｃ）は１ｍｍと４０ｍｍの間であり、高さ（ｈ）は１ｍｍと２０ｍｍの間、好ましくは２ｍｍと３ｍｍの間である。実験的には、互いに１０ｍｍだけ離れていて、４ｍｍの小凹所曲率半径及び２．７ｍｍの高さ（ｈ）を有する小凹所のあるフォイルを表面に付けた楕円体囲いで、良好な像コントラストが達成された。
場面のミリメートル波像は、その場面からのミリメートル波長放射の放射及び反射に起因して撮像カメラで受け止められる放射に依拠する。場面中の与えられた物体については、ミリメートル波長放射の発生は一定であって、その物体の熱的温度と、そのミリメートル放射率とに左右される。しかし、反射は、周囲の場面と、撮像されるべき物体のミリメートル反射率（the millimetric reflectivity）とに左右されるので、変わる可能性がある。
ミリメートル波撮像システムは、特に、人の衣類の下に隠されている物体を識別するための保安システムとして使用可能である。普通のミリメートル波撮像技術を使う場合には、人が身に付けて隠している物体について、周囲の見かけ上の温度が人及び物体のそれに近いようにシステムが構成されているときには、その人及び物体について観測されるミリメートル温度には殆ど差がない。隠されている物体を容易に発見できるようにするために、反射された放射の差（これは、放射の差に起因するものより遙かに大きい可能性がある）を通して物体を発見できるように、環境のミリメートル温度コントラスト（即ちミリメートル波長領域におけるエネルギーの変動）を増大させることができる。従って、隠されている物体は人の身体の肌のそれと差のある見かけ温度を持つことになり、得られるミリメートル波像における隠されている物体と人とのコントラストが増大することになる。
例えば、人が身につけている物体の見かけ温度は：
T = εT O+ rTS+ tTB  式１
で与えられ、ここでTOは物体の温度であり、TSはミリメートル照射温度（the millimetric illumination temperature）であり、TBは物体の後ろの身体の温度であり、ε、r及びtは、それぞれ、物体の放射率、反射率及び透過率である。身体に付けられている衣類の下に隠されている物体は、身体のそれに非常に近い温度を有するので、TO = TBであり、またε+ r + t = 1であるので、式１は下記のような形になる：
T = TO - r(TO - TS)
例えば、反射率が０．１７６であり、１５６Ｋで空により照射されている２６３Ｋの温度の物体については、この物体の見かけ温度は２４０Ｋである。
環境のミリメートル温度を変化させるために、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射の束を作るミリメートル波長放射の“熱い”放射源を使って環境のミリメートル温度を高めることができる。その代わりに、非干渉性ミリメートル波長放射の比較的に小さな、或いは実質的にゼロの、束を作る“冷たい”放射源を使って、環境のミリメートル温度を下げることができる。“熱い”放射源及び“冷たい”放射源の双方が、撮像されるべき被写体３と環境とのミリメートル温度コントラストを作り出す効果を持っている。
干渉性放射の検出は、像の質に影響を及ぼす干渉縞を生じさせる結果をもたらすので、放射源から発生される放射４がミリメートル波撮像カメラの動作帯域幅内で実質的に非干渉性であることが放射源１ａ、１ｂの不可欠の性質である。この出願の目的上、“実質的に非干渉性”という用語は“１つ以上のミリメートル波撮像カメラの動作帯域幅内で実質的に非干渉性”であることを意味すると解されなければならない。
図５を参照すると、“熱い”放射源７は、非干渉性のミリメートル波長放射を放射する材料８の層を含んでいる。材料８は、２層のアルミニウム１０、１１に挟まれた加熱エレメント９の系列により熱せられる。材料８の層の温度を変化させることにより材料８から放射されるミリメートル波長放射の束を変化させることができる。
加熱エレメント９との良好な熱的接触を確保するために、該エレメントの形状と整合するパターンをなす溝がアルミニウム板１０に刻まれている。板９、１０は、アルミニウム又はその他の、熱伝導率の高い金属から作ることができる。通常は、上側の板１０の厚み（ｘ）は１０〜１２ｍｍであり、下側の板１１の厚み（ｙ）は３〜５ｍｍである。
熱い放射源７は薄いガラスマット１２も含んでいて、これは高度に断熱性の材料から作られている２つのシート断熱層１３、１４により支持されている。この層構造１３、１２、１４は、放射及び伝導による放射源７からの熱のロスを減少させるものであり、好ましくはミリメートル波長放射に対して透明である。断熱層１３、１４に、ミリメートル波長放射４を通過させる穴１５を開けることができる。
放射源７は、断熱層１３、１４と同じ材料又は同じ性質を有する材料から構成することのできる通常は５０ｍｍの厚みの下側断熱層１６と、通常は数ｍｍの厚みの底部アルミニウム板１７とも含んでいる。材料８からアルミニウム板１７の方に放射されたミリメートル波長放射は全てアルミニウム板１０によって反射され、下側の層１６、１７には到達しないので、アルミニウム板１７は、反射器としてではなくて、主として支持構造として作用する。
“熱い”放射源７は、材料８から放射されたミリメートル波放射が実質的に該放射源を通って層１３へ伝わるけれども赤外線は内部で反射されて、照射源７からの熱のロスが最小限となるように設計されている。従って、２層スタック８、１０（放射性材料８の層とアルミニウム板１０）の構造は、スタック８、１０の放射率を最大にするように設計されている。これは、層８からの反射が干渉効果を通して最小限となるように層８の厚みを調整することによって達成され得る。層８の厚さ（z）が、その光路長lが式l =σ1／2(nλ/4)を満たすように調整されたとき、最小限の反射が生じる。ここでnは奇数であり、λは層８に入射する放射の波長であり、σは材料８の誘電率である（これはμ0 = 1を仮定しており、このμ0は自由空間の透磁率である）。
材料８の層は、好ましくは、ミリメートル波長で適切に高い（なるべく１に近い、好ましくは１に等しい）バルク放射率（bulk emissivity）を有する材料である。例えば、粘度は、０．９３という高いバルク放射率を有するので、適当な材料である。同様に、耐火セメント及びアスベスト耐火ブランケットも、それぞれ０．７及び０．８５のバルク放射率を持っていて、適当な材料である。
結局、“熱い”放射源７の構造、層に使われる材料及びその厚さは、具体的な照射必要条件、即ち、“熱い”放射源は、得られたミリメートル波長像の中の興味ある特定の物を識別するのに充分な、衣類の下の肌のそれとの温度差を作るのに充分なミリメートル波長放射を発生しなければならないという必要条件、に依存する。更に、これは、撮像される場面により放射され及びその場面から反射されたミリメートル波長放射を検出するのに使われる撮像器の感度に依存する。
例えば、高感度の撮像器５が使われる場合には、被写体３と、隠されている物体との対照をなす温度は小さくてもよいので、１より相当小さな放射率を有する材料８を使うことができる。しかし、特に、肌のそれに近い放射率を有する衣類の下の物を像の中で識別できる可能性を高めるために、粘度などの、放射率の高い材料を使うのがいっそう有益である。“熱い”放射源７を確実に扱いやすいサイズにするために、材料を慎重に選ぶことにより種々の層の厚さをなるべく小さくするのも好ましい。
通常、“熱い”放射源７の合計の厚さは、持ち運びができるように１０ｃｍ未満であり、全ての層が通常は表面積が１平方メートルである。もう一つの必要条件は、撮像されるべき物体３の位置で申し分のない温度コントラストを達成するために必要な放射源７における熱さのレベルに材料８が耐えることができることである。通常は、これは３００℃の領域にあり、具体的照射必要条件に左右される。“熱い”放射源７は、大表面積から非干渉性のミリメートル波長放射４を放射する拡散照射器であるという性質を持っている。
図６を参照すると、代わりの実施態様では、ミリメートル波撮像装置は環境のミリメートル温度を下げることによって、環境と撮像されるべき被写体３との所要の温度コントラストを作り出すための“冷たい”放射源１８を含むことができる。通常、冷たい放射源１８は、冷却されるとミリメートル波長放射４をごく僅かしか放射しなくなり、従って高い吸収率（absorbtivity）を有するレーダー吸収材料（ＲＡＭ）１９（通常は黒鉛が混入されている泡沫）のシートを含むことができる。黒鉛が混入されている泡沫シートは市販されていて、（図４に示されているように）穴のある表面２１を有することができる。
冷たい放射源１８はＲＡＭ１９の温度を制御するための冷凍ユニット２０も含んでいる。理想的には、ＲＡＭは、人である被写体３と、衣類の下に隠されている何らかの物体との間の最大の温度コントラストを達成する温度まで冷却される。図７を参照すると、材料１９は、熱伝導率の低いマイクロ波透過ドア５０の背後に囲い込まれている。例えば、ドア５０は発泡ポリスチレンで構成される。
本発明の他の実施態様では、放射を大きな放射源領域に拡散させる追加の光学エレメントを伴う点放射源照射器が、所要のミリメートル波長放射束を作るのに必要な特性を持っているので、一種の“熱い”放射源として使われる。通常、点放射源は、普通のガンダイオードなどの、半導体装置の形をとる。標準モードで動作するとき、ガンダイオードは干渉性の放射を生じさせる。しかし、或るバイアス条件が採用されるならば、非干渉性ミリメートル波長放射の適当な放射源となる非干渉性“ノイズ”モードで該ダイオードを動作させることが可能である。
通常、非干渉性モードで動作するガンダイオード・ノイズ放射源の出力は２−３ｍＷであり、これは、衣類を通して測定したときに衣類の下の爆発物などの興味ある物を識別するのに充分な、肌の温度との差を作り出すために必要なパワーを被写体３の位置に生じさせるのに充分である。図１及び２の場合と同じく、点放射源照射器を、複数の放射源については１ａ、１ｂの位置に（図１）、単一の放射源については１ａの位置に（図２）置くことができる。
前述した要素により、通常は２ｎＷの出力（これは、所要の総出力の約千分の一である）を各々有するガス放電ノイズ放射源のアレイを点放射源照射器として使ってもよい。
或いは、狭帯域幅放射源を使い、それを周波数に関して撮像カメラの積分時間と比べて速い速度で掃引することによって適当な“放射源”を作ることができる。適当な熱い放射源の設計特徴を適当な冷たい放射源の設計特徴にも当てはめることができ、またその逆も可能である。
普通の屋外でのミリメートル波撮像では、空が非干渉性ミリメートル波長放射の放射源となる。しかし、撮像されるべき物体によっては、空は必ずしも常に充分な照射を与えるとは限らない。更に、屋内でのミリメートル波撮像では、放射源が少なくとも相当の利益となり、また不可欠であることもある。本発明のミリメートル波撮像システムには放射源が組み込まれており、該システムは、もちろん屋外でも使用され得るけれども、特に屋内での使用を意図している。しかし、適当な放射源は建物の中に容易に収まらなければならず、また携帯可能であるのが好ましい。特にこのことの故に、意図する目的のためのミリメートル波長放射放射源としては空は不適切である。
該撮像システムに用いるミリメートル波撮像カメラ５の動作は、当業者にとっては普通のものである。ミリメートル波撮像器５の基本デザインが図８に示されている。撮像カメラ５は、主反射器２２と、副反射器２３と、受信器２４とを含んでいる。被写体３から反射され（及び、それから放射され）て入ってきた放射４’は、主反射器２２により副反射器２３へ反射され、受信器２４に集束される。これは、位置決め及びデータ収集制御ユニット２６によりフィードバック・ループを介して制御されるパン及びチルト・システム２５に取り付けられている。ミリメートル波長像は、適当なプログラミングされているプロセッサ２７により処理され、テレビジョンモニター２８で表示され或いはパターン認識システムに送られる。
テレビジョンモニター２８上の像は、撮像器５が場面（即ち被写体３）上を走査されてゆくときに順に記録されてゆくピクセルから構成されている。例えば、撮像カメラ５は、物体空間走査を用いて、一連の隣接し合う複数チャネル垂直走査により画像を作ることができる。
撮像カメラ５はコンピュータ・キーボード（図示されていない）から制御されることができ、或る範囲の温度感度及び視野を用いることができる。例えば、典型的な撮像カメラについては、温度感度の選択範囲は２段階の平方根で０．８Ｋから０．１Ｋまでであり、その結果として、各ステップ間で積分時間は２倍となり、従ってフレーム時間も２倍となる。温度感度が０．８Ｋから０．１Ｋに変化すると、フレーム時間は６４倍に増大する。撮像器５におけるチャネルの個数を増やすことにより、フレーム時間を増大させることなく感度を高めることもできる。通常、０．２Ｋと０．３Ｋとの間の温度感度が適切である。
好ましくは、走査時間は実時間テレビジョン・レートに実質的に等しいけれども、空港で人々を撮像する目的のためには０．５−１秒間にわたる走査が適切であり、それは、その人達がこの短時間の間だけ動かずにいるだけでよいからである。
通常、ミリメートル波長領域は１０ＧＨｚと４００ＧＨｚとの間の領域であると定義されており、撮像カメラはこの範囲内の１つ以上のミリメートル波中心周波数で場面を撮像する能力を持つことができ、指定された中心周波数は通常は数ＧＨｚの帯域幅を有する。例えば、９４ＧＨｚの動作中心周波数と数ＧＨｚの帯域幅とでは、撮像カメラは９２ＧＨｚと９６ＧＨｚとの間のミリメートル波長放射に対して感度がよい。
例えば、中心周波数９４ＧＨｚでの撮像は、衣類を充分に透過させると共に充分な空間解像度を得るための良好な折衷策である。或いは、撮像器は、単一の撮像カメラを使って可変的中心周波数で撮像できるように中心周波数走査可能であってもよい。他の実施例では、システムに２つ以上の撮像カメラが含まれていて、その各々が異なるミリメートル波中心周波数（例えば３５ＧＨｚ及び９４ＧＨｚ）を持っていて、いろいろな解像度及びコントラスト（即ち、通常は数ＧＨｚの動作帯域幅について３３及び３７ＧＨｚの間と９２及び９６ＧＨｚの間）の映像場面を与える。
好ましくは、撮像カメラ５の空間分解能は、撮像されるべき人が通常所持しているような小さな物体を分解できる程度のものである。従って、空間分解能は好ましくは１−３ｃｍの間にある。例えば、受信器２４から１ｍの距離に焦点を合わせることができて２ｃｍの空間分解能を有する撮像カメラ５は、空港で用いるミリメートル波長撮像システムに用いるのに適している。屋内で用いるためには、受信器２４の焦点距離は、システムが著しく大きなスペースをしめることのないように、あまり長くない方が好都合である。
ミリメートル波撮像装置は、場面を受動撮像することを可能にする。特に、衣類を通して測定されたときには、衣類の下に隠されている爆発物や銃などの金属製物体は肌のそれとは違う温度を有するので、これは、その様な隠されている物体を発見するのに役立つ。該装置は、得られるミリメートル波像における、隠されている物体と人とのコントラストを強め、通知を受けた操作員が隠されている物体を見やすくする。
この特許出願の目的上、“放射源”という語は、場面中の環境のミリメートル温度を高めることのできる、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射の束を作るための手段（“熱い”放射源）と、場面中の環境のミリメートル温度を下げることのできる、実質的に非干渉性のミリメートル波長放射の比較的に小さな束、又は実質的にゼロの束、を作るための手段（“冷たい”放射源）とを指す。ミリメートル波長放射の束は、１つ以上のミリメートル波撮像カメラの動作帯域幅内で実質的に非干渉性でなければならない。
【図１】
0004174075.tif 000002
【図２】
0004174075.tif 000003
【図３】
0004174075.tif 000004
【図４ａ】
0004174075.tif 000005
【図４ｂ】
0004174075.tif 000006
【図５】
0004174075.tif 000007
【図６】
0004174075.tif 000008
【図７】
0004174075.tif 000009
【図８】
0004174075.tif 000010