JP2011513721A - Ｓａｒ原理の使用を通じ合焦光学系と協働して改善される分解能を伴うミリ波カメラ - Google Patents

Abstract

本発明は、超高周波数電磁放射線により物体を作像するための装置及び方法に関する。本技術は、複数の受信機での受信で物体による反射後、お互いから個々の送信アンテナによって放射された信号を識別する合成開口を備えた作像システム及び方法を開示している。この関連システムでは、その目的のために、送信機と受信機の行状配置を使用することが知られており、そこで物体は送信機または受信機の行の前面でモータ駆動プラットホーム上で回転している。相対的に本発明の物体は、できる限り低い多くの送信機及び受信機によりできる限り高い解決を達成できる物体の作像装置及び方法を提供することである。本発明による物体を得るために、超高周波放射線により構成され行形状に配置される少なくとも２つの受信機と、前記受信機が前記行と平行な方向における合成開口を用いた作像をもたらすべく動作可能となるコントロールと、前記行と実質的に垂直な平面内にだけ光学的な作像をもたらすように適合された作像光学手段とで構成される超高周波数電磁放射線によって物体をイメージする装置が提案されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超高周波電磁放射線を使用して物体を作像する方法およびそれのための装置に関する。

テラヘルツ周波数帯（ＴＨｚ）は、電磁スペクトルにおける最後の『未開の』周波数範囲の１つであり、言い替えれば、これまでのところその周波数範囲については放射線源および受信機の獲得の困難を伴ってのみ可能性があった。したがって、これまでのところは、その周波数範囲における電磁放射線の応用が、たとえば電波天文学または材料科学等の研究関連の分野に限られている。それに関して言えば、ＴＨｚ周波数範囲は、次のように電磁スペクトル内のそのほかの周波数範囲に勝る重要な利点を提供する。
‐ 多くの光学的に不透明な材料がＴＨｚ周波数範囲においては透明になる。
‐ ＴＨｚ放射線は、イオン化しないため、生物医学的分野において安全であると考えられている。
‐ 所定の回転、直進、またはバイブロニック分子励起が、ＴＨｚ周波数範囲において共振周波数を有する。
‐ ＴＨｚ放射線は、電荷担体動力学、特に、将来的な光子および電子構成要素における基本的な部分を演ずるナノ構造におけるそれに関して基本的な情報の項目を提供する。
‐ ＴＨｚ放射線は、呈する散乱の程度が光学周波数と比較して低く、したがって、たとえば塵埃の形成が次第に度を増して生じる産業環境における使用に特に適切である。
‐ 通信システムが考慮される場合には、より高い周波数がより大きな送信帯域幅を可能にする。

このところＴＨｚ周波数範囲を作像応用に、特に医療テクノロジおよび、たとえばアイデンティティ・チェックのためのセキュリティ・テクノロジに利用できるようにする試みが行われている。それに関して言えば、いわゆる合成作像の方法がしばしば採用される。

しばしば合成開口を用いる作像とも呼ばれる合成作像の原理は、大きな開口を伴うアンテナまたは物体の写真が、小さい開口を伴う移動アンテナまたは移動物体の時間的に連続する複数の写真によって、または小さい開口を伴う複数の静止アンテナまたは静止物体の時間的に連続する複数の写真によって置換されるというものである。

もっともよく知られた合成作像システムは、いわゆる合成開口レーダ（簡潔にＳＡＲ）である。その状況においては、たとえば航空機上に取り付けられたレーダ・システムの送信および受信アンテナが物体を通過する。その移動の途中で物体が可変視角を用いて照射され、相応じて記録される。送信および受信アンテナの経路が充分に既知でない場合に、送信アンテナによって放射され、その物体によって反射されて受信アンテナに戻る高周波信号の強度および位相位置から大きなアンテナの開口を合成することが可能であり、したがって、アンテナの移動方向における高いレベルの位置分解能を達成できる。反射されたレーダ信号の記録データを使用し、空中飛行中の送信アンテナによって照射された各場所について、それに固有の合成アンテナが計算され、アジマス項におけるそれの角度分解能は、飛行または移動の方向における地理的分解能が考察されるすべての距離について同一となるように選択される。

静止応用については、たとえば、ＭＨｚおよびＧＨｚ周波数範囲の非常に高い周波数の放射線を使用して人々を監視するためのシステムが知られており、それにおいては物体と相対的に移動する単一ペアの送信および受信アンテナの代わりとして複数の送信および受信アンテナが使用され、それらが種々の角度において物体を撮像し、それらの信号がＳＡＲ原理に従って評価される。その場合においては、送信アンテナ自体または別々の受信アンテナのうちのいずれも、物体によって反射されるか、またはそれを透過した波の受信に使用できる。可能な限り良好な空間的分解能を達成するために、単一の送信アンテナによって放射された信号が複数の受信アンテナを用いて受信される。

それに関して言えば、最先端技術、たとえば特許文献１は、合成開口を用いる作像の方法およびそれのためのシステムを開示しており、それにおいては個別の送信アンテナによって放射された信号を、複数の受信機における受信時に、物体によるそれらの反射または物体を通るそれらの透過に従って互いに区別する。その状況においては、個別の送信アンテナがすべて同一の周波数で時間について連続する信号を放射し、言い替えると個別の送信機から信号の放射が連続してもたらされる。それらの方法においては、各受信機で受信された信号を任意の時間的瞬間における送信機と一意的に関連付けすることが可能であるが、送信機の連続的な賦活が比較的長い測定時間を必要とする。

特許文献１から周知のシステムは、行に似た形で並べた送信機および受信機を使用し、それにおいては３次元物体の走査のために、送信機または受信機のそれぞれの行の正面でモータ駆動プラットフォーム上においてそれが回転される。その方法においては、地表面の上方を通過する航空機によって従来的な航空機搭載ＳＡＲシステムの場合にもたらされるように、３次元物体の表面が測定動作の間に完全に走査される。代替システムにおいては、その方法において物体の完全な合成検出を可能にするために、検出されるべき物体の代わりに、その態様で送信機または受信機の行が物体に関して回転される。

さらに別のシステムは、アレイの態様で送信機および受信機の２次元配置を使用し、それによって３次元物体の完全な合成作像を達成する。しかしながらその種のシステムは、適切な分解能を与えるために両次元内に多数の送信機および受信機を必要とする。

国際公開第２００６／０３６４５４号パンフレット 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０４５ １０３号明細書

メルダッド・スーメク（Ｍｅｈｒｄａｄ Ｓｏｕｍｅｋｈ）の著書「フーリエ・アレイ・イメージング（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｒｒａｙ Ｉｍａｇｉｎｇ）」（プレンティス・ホール（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ）ＰＴＲエディション、１９９４年１月、ＩＳＢＮ‐１０：０１３０６３７６９６）

これに対して本発明の目的は、超高周波放射線を使用して物体を作像する方法およびそれのための装置を提供し、可能な限り少ない数の送信機および受信機を用いて可能な限り高い分解能の達成を可能にし、かつおそらくは作像されるべき物体の回転を回避することとする。

上記のうちの少なくとも１つは、超高周波電磁放射線を使用して物体を作像するための装置によって達成され、当該装置は、行を形成するように配置される少なくとも２つの超高周波放射線用の受信機、それらの受信機が行と平行な方向において合成開口を用いた作像をもたらす動作が可能となるように適合されたコントロール、および行と実質的に垂直な平面においてだけ光学的作像をもたらすように適合された作像光学手段を包含する。

本発明に従った装置は、作像光学手段を使用して第１の方向または次元において従来的な光学的作像をもたらし、それと垂直な第２の方向または次元において合成開口を用いる作像の利点が享受されるハイブリット・システムを表す。

本発明によれば、超高周波放射線と言う表現が、８００ＭＨｚと１０ＴＨｚの間の周波数範囲、言い替えると拡張ＴＨｚ周波数範囲における電磁放射線を示すために使用される。好ましくは作像のために使用される周波数が、３０ＧＨｚと１ＴＨｚの間の範囲であり、特に好ましくは約１００ＧＨｚである。それらの周波数においては、多様な材料の反射および透過特性に大きな差異が生じ、それがたとえば人々監視における役割を演ずる。金属、たとえば小火器または穿刺武器の表面は、この周波数範囲において高い反射率を有するが、生物学的物質、たとえばその武器を担持する者の皮膚の表面は、この周波数範囲において明確な吸収窓を有する。

実施態様においては、本発明に従った装置が、少なくとも超高周波電磁放射線のための第１および第２の放射線源を有し、それらが受信機とともに放射線源および受信機の行を形成するように配置される。その場合に実施態様においては、放射線源によって放射される放射線を用いる物体の照明が、受信機上に放射線を結像するべく働く作像光学手段と同一の手段を用いてもたらされる。

それに関して言えば、本発明に従った装置は、２つの放射線源または受信機に限定されず、実施態様においては、２つより多い送信機および／または受信機を有する。

本発明によれば、行という表現が、放射線源および／または受信機が直線に沿って配置される放射線源および／または受信機の構成を示す。これは、放射線源および／または受信機の１つの方向における並びが、それと垂直な方向におけるより大きい広がりであることを意味する。しかしながら本発明に従った行は、行の各列が１つより多くの放射線源または受信機を有することを排除しない。言い替えると、１つ方向における並びがそれと垂直な方向におけるより大きな広がりである限り、たとえば２×４または４×２０の放射線源または受信機の配置も行と考えられる。

本発明の説明が、作像光学手段が行に対して実質的に垂直な平面内においてだけ光学的結像をもたらすべく適合されると言及するときは、それが、たとえば、平行な関係にある作像光学手段上へのビーム入射が行に対して垂直な平面内においてだけ偏向され、その結果、それらが作像光学手段の後方の線上に合焦されることを意味する。

本発明の実施態様においては、第１の放射線源が第１の一意的に識別可能な電磁信号を放射するべく適合され、第２の放射線源が第２の一意的に識別可能な電磁信号を放射するべく適合され、それにおいて２つの受信機は、それぞれ第１および第２の信号を実質的に同時に受信するように適合される。

本発明の実施態様においては、個別の放射線源によって放射される電磁信号が、放射される信号の周波数を使用して一意的にエンコードされ、言い替えるとそれらは、それぞれの周波数によって互いに区別される。実施態様においては、それぞれ放射された電磁信号についてまったく同じ周波数を伴う２つの放射線源が存在しないことから、受信機によって受信された各信号が単一の放射線源と一意的に関連付けされることが可能となる。

各受信機が同時に第１および第２の信号を受信することから、短い時間内に放射線源および／または受信機の行の方向においてその受信された信号から大きな開口が合成可能であり、行形式の画像を高レベルの分解能で計算することができる。

この実施態様によれば、電磁信号の周波数という表現が、それらの搬送波周波数を示すために使用され、たとえばそれらの変調周波数ではない。

説明されている周波数エンコーディングの代替として、個別の放射線源によって放射される電磁信号の一意的な識別可能性は、移動無線および通信テクノロジから周知のとおり、同一搬送波周波数においてエンコードする一意的なチャンネルによってもたらすこともできる。

さらに別の実施態様においては、放射線源と受信機が位相ロック関係で結合されているか否かによらず、第１および第２の受信機が位相ロック関係で互いに結合される。その方法においては、電磁信号の検出を干渉法の手段によってもたらすことが可能であり、その場合には、個別の受信機の間の電磁信号の位相差を考慮に入れる干渉法アルゴリズムが画像作成のために使用される。

それに加えて実施態様においては、第１および第２の受信機が放射線源と位相結合される。

それに関して言えば、本発明に従った装置は、特に電磁連続波信号（ＣＷ信号）の放射および受信に適する。実施態様においては、放射された電磁連続波信号の周波数を測定時間にわたって一定に維持することができる。それの代替として、測定時間全体にわたって受信機によって受信される個別の信号のそれぞれの放射線源との一意的な関連付けを可能にするために、２つの信号が同一周波数または同一の一意的に識別可能なシグニチャを有する時間的瞬間が存在しないことを前提として信号の周波数を測定時間にわたって変更することができる。

実施態様においては、第１および第２の信号の放射が実質的に同時にもたらされる。個別の放射線源によって放射される電磁信号の一意的識別可能性が奏して、同時に放射される信号にもかかわらず、それらと放射する放射線源とを一意的に関連付けすることができる。

放射線源および／または受信機の行の構成方向におけるライン形式の画像の計算は、合成開口を用いる作像方法または干渉法のレーダ作像または干渉法の電波天文学に一般に使用されているようなアルゴリズムを使用してもたらされる。それに関して言えば、合成作像の原理を使用する実施態様は、少なくとも２つの受信機によって同時に受信される単一放射線源からの信号が、大きな合成開口を伴う単一仮想アンテナの第１の合成画像を提供するべく処理されることを提供する。その場合に、合成画像の作成が、さらに別の放射線源によって放射されるすべての信号についても同時にもたらされる。

適切な作像アルゴリズムは、たとえば非特許文献１から周知であり、当該文献の内容は、作像アルゴリズムに関する限りにおいてそれの全体が参照によってここに援用される。合成開口を用いる作像としてここに述べられている物体の画像を作り出す方法は、当該文献内の別の箇所ではホログラフ作像または干渉作像とも呼ばれている。

第１および第２の放射線源を有し、それにおいて第１の放射線源が第１の周波数において第１の電磁信号を放射するべく適合され、第２の放射線源が第２の周波数において第２の電磁信号を放射するべく適合され、かつ第１および第２の周波数が互いに異なり、さらにそれぞれが第１および第２の信号を実質的に同時に受信するように適合された少なくとも２つの受信機を有する上述の実施態様は、特許文献２の中で述べられている。特に、少なくとも１つの第１および第２の放射線源および少なくとも２つの受信機を包含する構成は、上に示されている公開済みの明細書の説明の中に見つけることができるが、特にその特許請求の範囲には見つけられない。それに関して言えば、特許文献２の開示は、その全開示とともに参照によってここに援用される。

実施態様においては、作像光学手段が円筒状光学手段を有する。その種の円筒状光学手段は、理想的な意味において非点収差であり、言い替えると円筒軸と垂直な平面内においてだけ光学画像を作り出す。その種の円筒状光学手段は、したがって、円筒軸が放射線源および／または受信機の行と実質的に平行に延びるとき、それらが行と垂直な平面内に光学画像を作り出すが、円筒軸と平行な方向においてはそれらが作像作用を有していないことから、本発明に従った装置内における使用に特に適している。

本発明の意味における円筒状光学手段という表現は、屈折境界面または反射表面が円筒の周縁表面または中空円筒の内側表面またはそれの表面部分によって形成される光学手段を示すために使用される。それらの円筒状光学手段のための本体は、好ましくは周縁または内側表面が基部表面と垂直である直円筒を伴い、それにおいて基部表面または内部断面領域が好ましくは円または楕円によって形成される。放物面または双曲面を伴う光学手段も、本発明に従い、それらが非点収差である限りにおいて円筒状光学手段の中に含まれる。

実施態様においては、放射線源および／または受信機の行が中空円筒状光学手段の第１の焦点に配置される。本発明の実施態様において、中空円筒状光学手段が本体の内側反射表面の構成を定義する楕円状内部断面領域を有する場合には、円筒状光学手段が２つの焦点を有する。放射線源および／または受信機の円筒状の行が、放射線源および／または受信機が中空円筒状光学手段の反射表面に向かうように第１の焦点に配置される場合には、放射線源によって放射される電磁放射線が楕円状ミラーによって物体上の直線の上に合焦される。行の構成と垂直な方向におけるその作像システムの分解能は、その方向における画像作成のために働く合成開口を伴う行と平行な方向において作像自体によって達成される。

述べられている楕円状または放物状中空ミラーの代替として、本発明の実施態様の作像光学手段は、円筒状望遠鏡、たとえば円筒状カセグレン望遠鏡、ニュートン望遠鏡、シュミット望遠鏡、またはそれらのハイブリット形とすることもできる。

行と垂直な方向において画像を作り出すことを可能にするために、本発明の実施態様においては、円筒状光学手段が円筒軸と平行な、すなわち放射線源および／または受信機の行に対しても平行な軸周りにピボット回転できる。その方法により、行と垂直な方向において物体を走査またはラスタリングすることができる。

さらに別の実施態様においては、それに関して言えば、円筒状光学手段だけでなく、放射線源および／または受信機の行もまた、円筒軸と平行な軸周りにピボット回転する。その場合においては、回転またはピボット運動の軸が、好ましくは放射線源および／または受信機の行によって形成される軸上となる。

システムの構成要素のピボットまたは回転運動の代替として、本発明の実施態様においては、装置の１つまたは複数の要素の直進運動によって作像光学手段の焦線の移動をもたらすこともできる。たとえば、放射線源および／または受信機の行、円筒状光学手段、または１つまたは複数の一次ミラーを、放射線源および／または受信機の方向と垂直な方向において互いに関して変位させることができる。

代替実施態様においては、円筒状光学手段、好ましくは円筒状中空ミラーが放物状基部表面を有する。それに関して言えば、放物状基部表面を有する中空ミラーの場合において、その基部表面は、中空ミラーの内側表面の形状を定義するということになる。

本発明の実施態様は、中空円筒ミラーが作像光学手段の一次ミラーを形成する構成を有し、作像光学手段は、それに加えて二次ミラーを有する。それに関して言えば、実施態様においては二次ミラーが、中空円筒状光学手段の第１の焦点に配置される。その種の構成は、中空円筒状一次ミラーの頂点によって放射される電磁放射線が最初に二次ミラー上に入射され、そこから中空円筒状一次ミラー上に反射され、その後中空円筒状一次ミラーにより１つの次元で物体上において合焦されることを可能にする。

それに関して言えば、本発明の実施態様において、一次ミラーによって作り出される焦線が円筒軸と垂直な方向において変位できるように中空円筒状一次ミラーの円筒軸と実質的に平行な軸周りに二次ミラーがピボット回転できると望ましく、その場合には、その方向における物体の走査も可能となり、それの表面の完全な画像を作り出すことができる。それに関して言えば、実施態様においては、作像光学手段が複数の二次ミラーを有し、それらが好ましくはプリズム状の本体の周面によって形成される。その種の複数の二次ミラーを有する構成は、円筒軸と平行な軸周りに複数の二次ミラーを回転するとき、円筒軸と垂直な方向において高い走査レートをもたらすことができる。

それに関して言えば、本発明の実施態様において、二次ミラーが平坦な表面を有する必要はなく、湾曲された構成とすることも可能である。

本発明のさらに別の実施態様においては、作像光学手段の移動をまったく伴わず、それの代わりとして物体が移動されて測定システムを通過する。その目的のために、たとえば物体を、ベルト・コンベアを使用して直線的に移動するか、またはターンテーブルを使用して回転することができる。人々を監視する特定の場合においては、本発明の実施態様が、チェックされるべき者が移動して独立に測定システムを通過するか、または独立に測定システムの前で回転する限り、それに測定システムの能動的移動成分を分与することも可能である。

さらに別の実施態様においては、本発明に従った装置が作像光学手段の焦点距離を変更するデバイスを有する。その種のデバイスは、深度においては低レベルの鮮明度を伴う作像光学手段を用いる場合であっても、３次元物体の鮮明な画像を達成することを可能にする。

実施態様においては、作像光学手段の焦点距離を変更するためのデバイスが、少なくとも装置の要素の間の間隔に変更を生じさせる要素を有する。その種の要素は、たとえば、装置の構成要素がモータ手段によって駆動され、別の構成要素に関して移動されることを可能にする線形変位手段である。特に、放射線源および／または受信機の行と二次ミラーまたは一次ミラーの間の間隔、または一次ミラーと二次ミラーの間の間隔を変更して焦点距離の変更を達成することができる。

本発明の実施態様においては、作像光学手段の焦点距離を変更するためのデバイスが回転軸周りに回転できる複数の二次ミラーによって形成され、それらの二次ミラーは、二次ミラーから回転軸までの間隔が互いに異なるように適合される。その方法においては、回転軸周りに複数の二次ミラーを回転運動させたとき、放射線源および／または受信機の行と垂直な方向においてピボット回転される作像光学手段の焦点線だけでなく、二次ミラーのそれぞれが、一次ミラーの第１の焦点から異なる間隔を伴い、その結果、焦線の位置が、作像プロセスのために二次ミラーのうちのいずれが使用されているか、またそれがどのような傾きに関係するかということに依存する。その方法においては、物体の表面の走査の間に作像光学手段の焦点距離を離散的な段階を通じて走査することが可能であり、回転軸のもっとも近くに配置される二次ミラーと回転軸からもっとも離れた二次ミラーの間隔の間の差と実質的に等しい深度にわたって物体の鮮明な作像を達成できる。

さらに別の実施態様においては、それに関して、二次ミラーが異なる焦点距離を伴うように異なる曲率半径を有し、それが作像光学手段の合計の焦点距離に影響を与える。

本発明のこのほかの利点、特徴、および可能な用途は、以下の実施態様の説明および関連図面から明らかになるであろう。

本発明に従った装置の第１の実施態様の立体斜視図である。 本発明の実施態様における放射線源および受信機の構造および回路を図式的に示したブロック図である。 本発明に従った装置の代替実施態様の立体斜視図である。 本発明の多様な実施態様を図式的に示した説明図である。 本発明の多様な実施態様を図式的に示した説明図である。

図１は、複数の放射線源１１０および受信機１１１を包含する行形状の構成１および円筒状の中空ミラー２を伴う本発明に従った装置の第１の実施態様を示す。中空ミラー２の内側反射表面は、行１の方向と垂直な平面における楕円によって定義される。行形状の構成１は、相互に近接並置された関係で不規則に連続する放射線源１１０および受信機１１１を有する。図解されている実施態様においては、行がそれぞれ５つの放射線源１１０および受信機１１１を有する。これは、個別の放射線源と受信機の放射と受信の位置の間に複数の間隔を提供する。したがって、ある次元において、すなわち相互に近接並置された関係の方向においては少ない数の放射線源および受信機を用いてｋ空間内の良好なカバレッジがすでに達成されており、ｋは逆波数ベクトルである。垂直な行形状の放射線源１１０および受信機１１１のアレイは、楕円状中空円筒ミラー２の第１の焦点に配置される。垂直方向、すなわち行１と平行な方向において、ミラー２は湾曲されてなく、その結果、円筒レンズの場合と同様に行１と垂直な平面においては非点収差の作像だけが実装される。

ここには示されていない代替実施態様においては、中空円筒状ミラー２を円筒状レンズによって置換することができる。その場合においては、行１から見たときにレンズの後方に物体が配置されることになる。

作像されるべき物体は、概略で中空ミラーの第２の焦点に配置される。図１においては物体の位置が物体平面４によって示されている。円筒状光学手段２の焦線に対応する垂直線上にある物体平面４内に配置されるすべての物点は、放射線源および受信機の合成アレイ２を使用して作像される。

それに関して言えば、合成の合焦が、測定された信号の振幅および位相の評価を可能にする適切なアルゴリズムを使用して垂直方向６においてもたらされる。推移時間情報の項、すなわち位相位置に関する情報の項がある場合には、行１から物体の間隔に関する情報の再構築をもたらすことも可能である。

放射線源および受信機の行形状のアレイ１を使用して合成作像が１つの次元においてだけもたらされるという事実は、物体平面４内の作像される物体表面の再構築のための送信要素１１０および受信要素１１１両方の数、さらには演算パワーに掛かる要求が、完全な合成システムとの比較において顕著に低減されることを意味する。それに加えて、信号内の著しい利得が水平方向５において中空ミラー２を用いる作像が奏して少なくとも１つ方向において達成されることから、この構成の信号対雑音比は、空間内の２つの方向において合成開口を計算する完全な合成システムとの比較において顕著に改善される。

水平方向５において中空ミラー２によってもたらされる単一の焦線に配置される物点以外の作像も可能にするために、行１および中空ミラー２を包含する構成が、回転軸３に関してピボット回転できる。その方法によれば、物体平面４内において焦線を、行１および中空ミラー２を包含する構成のピボット運動によって水平方向５にピボット回転することができる。その方法によれば、物体平面４内に配置された物体全体を走査によってデジタル画像に変換できる。

図２は、図１の放射線源１１０および受信機１１１の行１の構造を図式的に示す。行１は、それぞれ５つの送信機または放射線源１１０および受信機１１１を有する。これ点に関して言えば、図中にはそれぞれ４つの放射線源１１０および受信機１１１だけが明示的に図解されているが、追加の放射線源および受信機を伴ってシステムが同様に続くことがいくつかの黒丸によって示されている。

図解されている実施態様においては、物体１０８が放射線源１１０と受信機１１１の間に配置され、その結果、放射線源１１０および受信機１１１に関する物体１０８のそれぞれの位置に応じて、物体１０８を透過した放射線または物体１０８によって反射された放射線が受信機１１１によって検出される。

システムは、装置をコントロールするため、およびデータ収集または画像生成のためにコンピュータ１０９を有する。

各放射線源１１０は、送信機中間周波数信号１１２を生成するための信号発生器１０２をはじめ混合器１０３および送信アンテナ１０４を有する。それに加えて各放射線源１１０は、３０ＧＨｚの周波数において無線周波数信号１１３を生成するための信号発生器１０１に接続されている。各放射線源１１０の混合器１０３は、無線周波数信号１１３と、対応する送信機中間周波数信号１１２を混合するべく働く。その場合においてもたらされる混合された信号は、送信アンテナ１０４を使用して放射線源１１０によって放射される。

図解されている実施態様においては、混合器１０３がいわゆる単側波帯混合器であり、無線周波数信号１１３と送信機中間周波数信号１１２の周波数から和の周波数だけを含む信号を作り出す。放射線源１１０の信号発生器１０２によって作り出される各中間信号１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、．．．は、ほかの中間周波数と異なる周波数の信号である。図解されている実施態様においては、第１の中間周波数１１２ａが２ＭＨｚ、第２の中間周波数１１２ｂが４ＭＨｚ、１１２ｃが６ＭＨｚ、第４の中間周波数１１２ｄが８ＭＨｚ、以下同様となる。放射線源１１０の混合器１０３が無線周波数信号１１３と送信機中間周波数信号１１２から和の信号だけをそれぞれ作り出すことからアンテナ１０４によって放射され、物体１０８を照明する電磁信号もまた、送信機中間周波数信号と同一の周波数間隔を有する。

代替実施態様（図示せず）においては、単側波帯混合器１０３がそれぞれ、無線周波数信号１１３と、対応する送信機中間周波数信号１１２の間の差の信号だけを作り出す。それに関して言えば、混合器１０３が２つのまったく同じかまたはオーバーラップする周波数を作り出すことがなく、かつ放射線源１１０によって放射される電磁信号について個別の放射線源１１０との一意的な関係が保証されることだけが決定的な考慮事項となる。

追加の実施態様（同様に図示せず）においては、２つの隣接する混合器１０３に、単一の中間周波数発生器１０２の信号が供給され、それにおいては、第１の混合器１０３が無線周波数信号１１３と送信機中間周波数信号から差の周波数だけを作り出す側波帯混合器となり、第２の混合器１０３が無線周波数信号と送信機中間周波数信号から和の周波数だけを作り出す単側波帯混合器となる。さらに別の実施態様においては、アンテナ１０３の第１の放射線源に無線周波数信号１１３を直接供給し、放射されるそのほかのすべての信号が混合処理によって作り出されるが、その場合においても放射された電磁信号の周波数によって放射線源１１０との信号の一意的な関連付けが可能である。

信号発生器１０２によって作り出される中間周波数信号１１２は、コンピュータ１０９によって検出され、検出されると、その後に続いて個別の受信された信号とソース１１０の関連付けが可能になる。その目的のために、発生器１０２の信号出力がコンピュータ１０９に接続される。

図２には、放射線源１１０と類似の構造の受信機１１１も示されている。受信機１１１の各々は、受信アンテナ１０５および混合器１０６を包含する。受信機１１１の混合器１０６には、それぞれ対応する受信アンテナ１０５および信号発生器１０１が接続される。受信機１１１の混合器１０６は、単側波帯混合器であり、無線周波数信号１１３と受信アンテナ１０５によって受信された信号の間の差の周波数を伴う中間周波数信号を形成する。

受信機１１１の各々は、発生器１０２の２つの送信機中間周波数信号の最大周波数間隔に対応する検出帯域幅を有する。受信アンテナ１０５の各々が放射線源１１０によって放射されたすべての信号を受信し、それらの信号が混合器１０６によって無線周波数信号１１３と混合されるとき、すべての受信機１１の受信機中間周波数信号１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、．．．が送信機中間周波数信号１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、のすべての周波数における信号成分を、それらが物体１０８を透過するか、またはそれによって反射され、かつ対応する受信アンテナ１０５へ到達する限りにおいて含む。各信号出力１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ．．．は、したがって放射線源１１０の１つと一意的に関連付けすることができる中間周波数信号のセットを含む。

受信機中間周波数信号１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、．．．は、コンピュータ１０９に接続される。コンピュータは、各受信機１１１のために対応するデマルチプレクサを有し、各セットの受信機中間信号を、それがそれぞれの受信機１１１によって作り出されるときに、それのスペクトル周波数成分に分解し、かつそれらを評価することを可能にする。

合成開口を用いて獲得された画像の演算のための周知のアルゴリズムを使用して、物体１０８の、焦線に対応する列の対応する画像が受信機中間周波数信号１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、．．．からコンピュータ１０９内において計算されてストアされる。そのプロセスが、焦線の多様な走査位置およびオプションとして焦点距離について反復される。その情報を使用して、システムのユーザのために表示スクリーン上で物体の画像を表現できる。

図３は、図１の構成の代替実施態様を示す。図３の構成は、楕円状中空円筒ミラー２’を有し、それが複数のミラー７’とともに一次ミラー２’および二次ミラー７’を包含する構成を形成する。

この構成においては、放射線源および受信機の行１’が中空円筒状ミラー２’の頂点、すなわち楕円状ミラーの第１の焦点からもっとも離れた点に配置される。図１の実施態様について前述したとおり、行１’の軸はミラー２’の円筒軸と平行に向き付けされる。

図解されている実施態様においては、二次ミラー７’がプリズム状の本体の側面を形成する。プリズム状の本体は、回転軸３’周りに回転可能に配置され、図３における複数の二次ミラー７’の回転は、図１における行１およびミラー２の全体的な構成のピボット運動に置き換わる。複数の二次ミラー７’の回転軸３’周りの回転運動は、物体平面４’内の焦線の、方向５’に沿ったピボット運動を生じさせる。プリズム状の本体上における複数の二次ミラー７’の構成は、物体平面４’内に配置された物体を焦線が走査する走査速度が増加可能であることを意味する。

図４ａ）乃至ｆ）は、放射線源および受信機の行１、１’、中空ミラー２、２’を伴う種々の配置を示しており、また図４ｃ）乃至ｆ）は、追加の二次ミラーの配置も示している。

図４ａ）乃至ｆ）における配置は互いに異なり、かつ図１および３の配置とも部分的に異なるが、それらの要素には、まったく同じ参照番号が用いられている。

図４ａ）は、図１の立体斜視図に示された構成を上から見た平面図を示す。これに関して言えば、回転軸３周りの行１および楕円筒状ミラー２の回転運動が、どのようにして方向５内における焦線の変位を生じさせるかを明瞭に見ることができる。

図４ｂ）は、ミラー２および行１の構成のピボット運動が行１の横変位によって、すなわち行１の方向の変位によって置換される代替実施態様を示す。その種の変位もまた、物体平面内における焦線の横変位を生じさせ、したがって１つ方向内における物体のラスタリングを可能にする。

図４ｃ）乃至４ｆ）は、作像光学手段が、一次ミラー２’および二次ミラー７’を有する望遠鏡を形成する配置を示す。一次ミラー２’および二次ミラー７’はともに、１つ方向内に湾曲された表面をそれぞれ有する円筒状光学手段である。放射線源および受信機の行１’は、それぞれの場合において望遠鏡の焦点の近くに配置される。

図４ｃ）においては、行１’、中空円筒状一次ミラー２’、および湾曲された二次ミラー７’を包含する全体構成が、方向５’内に焦線を伴って物体の表面を走査するために、回転軸３’周りに往復運動のピボット回転を行う。

それの代替として図４ｄ）の構成においては、放射線源および受信機の行１’が方向５’と平行な直進運動を伴って往復動され、物体平面においては焦線の横変位を生じさせる。

図４ｄ）の構成とは異なり、図４ｅ）の構成においては二次ミラー７’が方向５’内で変位され、その方法により物体の上で焦線の方向５’内の横運動が生じる。

図４ｆ）は、図３の実施態様と類似の構成を示しているが、複数の二次ミラー７’が回転軸３’周りに回転され、その結果、高い周波数で物体を走査することができる。図３の実施態様に対し、図４ｆ）の構成の二次ミラー７’は、湾曲された表面を有する。それに加えて個別の二次ミラー７’は、回転軸３’からの間隔が相互に異なる。その方法においては、一次ミラー２’および二次ミラー７’を包含する望遠鏡の焦点距離が回転軸３’周りのプリズム状の本体の回転の間に離散的な段階で変更され、その結果、焦点距離が離散的な段階で変更されることから鮮明度の深度における合成の増加が達成される。

原開示の目的については、本明細書、図面、および請求の範囲から当業者が理解するとおり、すべての特徴がそのほかの特徴にのみ関連する特定の用語で述べられたとしても、すべての特徴を個別に結合すること、およびここに開示されたほかの特徴または特徴のグループとの任意の組み合わせにおいて結合することが、それが明示的に除外されてないか、または技術的側面がその種の組み合わせを不可能または無意味としない限りにおいていずれも可能であることが指摘される。すべての考えられる特徴の組み合わせの包括的かつ明確な表現は、本明細書の簡潔および読みやすさだけのためにここに与えられている。

本発明は、図面および以上の記載の中で詳細に述べられ、図解されているが、それらの図解および記載は例にすぎず、請求の範囲によって定義されるところの保護範囲に対する限定と見なされるべきでない。本発明は、開示された実施態様に限定されない。

開示された実施態様における修正は、図面、明細書、および付随する請求の範囲から当業者には明らかである。請求の範囲において、単語「有する」は、そのほかの要素またはステップを排除せず、不定冠詞「或る」は複数を排除しない。異なる請求項の中に特定の特徴が記載されているという単なる事実は、それらの組み合わせを排除しない。請求項内にある参照番号は、保護範囲に対する限定と見なされない。

１ 構成
１’ 放射線源および受信機の行
２ 中空ミラー
２’ 一次ミラー、楕円状中空円筒ミラー
３ 回転軸
３’ 回転軸
４ 物体平面
４’ 物体平面
５ 水平方向
６ 垂直方向
７’ 二次ミラー
１０１ 信号発生器
１０２ 信号発生器
１０３ 混合器
１０４ 送信アンテナ
１０５ 受信アンテナ
１０６ 混合器
１０８ 物体
１０９ コンピュータ
１１０ 放射線源
１１１ 受信機
１１２ 中間周波数信号
１１３ 無線周波数信号

Claims (21)

1. 超高周波数電磁放射線を使用して物体を作像するための装置であって、
   超高周波放射線のための少なくとも２つの受信機（１１１）であって、それらが行（１，１’）を形成するように配置された受信機（１１１）と、
   前記受信機（１１１）が前記行（１，１’）と平行な方向における合成開口を用いた作像をもたらすべく動作可能となるように適合されたコントロールと、
   前記行（１，１’）と実質的に垂直な平面内にだけ光学的な作像をもたらすように適合された作像光学手段（２，２’，７’）と、
   を包含する装置。
2. 少なくとも超高周波電磁放射線のための第１および第２の放射線源（１１０）を有し、それらが前記受信機（１１１）とともに放射線源（１１０）および受信機（１１１）の行（１，１’）を形成するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の放射線源（１１０）が第１の一意的に識別可能な電磁信号を放射するべく適合され、前記第２の放射線源が第２の一意的に識別可能な電磁信号を放射するべく適合されることと、
   前記２つの受信機（１１１）が、それぞれ前記第１および第２の信号を実質的に同時に受信するように適合されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記作像光学手段が円筒状の光学手段（２，２’）を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 放射線源（１１０）および／または受信機（１１１）の前記行が前記円筒状光学手段（２，２’）の前記円筒軸と実質的に平行に延びるように配置されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 前記円筒状光学手段（２，２’）が楕円状の基部表面を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 放射線源（１１０）および／または受信機（１１１）の前記行が前記作像光学手段の第１の焦点に配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記円筒状光学手段（２，２’）がそれの円筒軸と平行な軸（３， ３’）周りに回転できるかまたはピボット回転できることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 前記作像光学手段が一次ミラーを形成する中空円筒状ミラー（２’）を有すること、および前記作像光学手段が二次ミラー（７’）を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
10. 放射線源（１１０）および／または受信機（１１１）の前記行（１’）が前記一次ミラー（２’）の前記基部表面の頂点に配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
11. 前記作像光学手段が軸（３’）周りに配置された複数の二次ミラー（７’）を有することを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記二次ミラー（７’）が前記行と実質的に平行に配置される軸（３’）周りに回転できることを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記作像光学手段の焦点距離を変更するためのデバイスを有することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記作像光学手段の焦点距離を変更するための前記デバイスが放射線源および受信機の前記行（１，１’）、前記一次ミラー（２’）、または前記二次ミラー（７’）の間の少なくとも１つの間隔に変更をもたらすことを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記作像光学手段の焦点距離を変更するための前記デバイスが回転軸周りに回転できる複数の二次ミラー（７’）を有し、それらが、前記回転軸（３’）から前記二次ミラー（７’）までの間隔が互いに異なるように適合されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置。
16. 前記作像光学手段の焦点距離を変更するための前記デバイスが回転軸（３’）周りに回転できる複数の二次ミラー（７’）を有し、それらが異なる曲率半径を有することを特徴とする、請求項１３に装置。
17. 超高周波電磁放射線を使用して物体を作像方法であって、
    少なくとも２つの受信機であって、一列に単一の第１の方向に実質的に延びるように配置される受信機を用いて物体によって反射されるかまたは散乱された前記超高周波電磁放射線を検出するステップと、
    前記第１の方向において合成開口を用いて画像が作り出されるように前記受信機の結果を評価するステップと、
    検出に先行して前記超高周波電磁放射線を結像するステップを包含し、前記結像動作が、前記第１の方向と垂直な平面内においてだけ前記電磁放射線の合焦を含む方法。
18. さらに、
    少なくとも第１および第２の放射線源であって、前記受信機とともに一列に単一方向に実質的に延びるように配置される放射線源を用いて超高周波電磁放射線を放射するステップと、
    前記放射された超高周波電磁放射線を、前記作像光学手段を用いて物体上に合焦させるステップと、
    を包含することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. さらに、前記放射され、合焦される超高周波電磁放射線の焦線を前記第１の方向と垂直な方向において変位させるかまたはピボット運動させるステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. さらに、前記第１の方向と垂直な方向における物体の移動を包含することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の方法。
21. さらに、前記合焦の焦点距離における変更を包含することを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれかに記載の方法。

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