JP2014527625A - 近接場撮像のためのシステム、方法、装置、およびハンドヘルド走査デバイス、ならびに製品（近接場ミリ波撮像） - Google Patents

Abstract

【課題】近接場ミリ波撮像のためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】特に、波長未満のプローブ要素によって物体を走査し、反射されたエネルギーの位相および強度を取り込み、測定して画像を生成することによって波長未満の分解能の撮像を可能にする近接場ミリ波撮像システムおよび方法が、提供される。【選択図】図２４

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年７月２９日に出願した米国仮出願第６１／５１３，１３８号の優先権を主張するものであり、この米国仮出願の開示は、全体が参照により本明細書に組み込まれている。

分野は、概して、近接場ミリ波撮像のためのシステムおよび方法に関し、特に、波長未満の（sub-wavelength）プローブ要素によって物体を走査し、反射されたエネルギーの位相および強度を取り込み、測定して画像を生成することによって波長未満の分解能の撮像を可能にする近接場ミリ波撮像システムおよび方法に関する。

概して、通常の遠視野（far-field）ミリ波撮像システムが、保安検査（例えば、隠された武器の検出）、衝突回避レーダ、および視界が悪い状況での安全な着陸などのさまざまな用途に広く使用されてきた。これらの通常のシステムは、通例、非常に高価で、複雑で、大きい。例えば、１つの知られている通常の撮像システムは、８９ＧＨｚで動作する１０２４個の受信機モジュールを有する複雑な受動型ミリ波ビデオ・カメラに基づく。このシステムにおいては、回折限界の０．５°の角度分解能を生じる放射を集め、焦点に集中させるために直径１８インチ（４５．７２センチメートル）のプラスチック・レンズが使用される。

これらのシステムの画像品質はすばらしいが、これらの遠視野撮像装置の複雑さとこれらの遠視野撮像装置のコストとが原因で、これらの遠視野撮像装置は、医用撮像などの多くの量の多い用途には用いられてこなかった。これらの遠視野撮像装置の高いコストに加えて、これらの撮像装置によって実現される分解能は、１ｍｍ以下の分解能が必要とされる医療向けの用途で使用されるほど高くない。これらのシステムは、実現され得る最高の画像分解能が回折限界によって定められる遠視野撮像を実行する。例えば、市販の１８インチ（４５．７２センチメートル）８９ＧＨｚのカメラは、アンテナと物体との距離が１ｍである場合に８．７ｍｍの空間分解能に相当する０．５°の角度分解能を有する。このように、現在の遠視野撮像装置が医療向けの用途で使用されることを妨げるそれらの遠視野撮像装置の２つの主な欠点は、それらの遠視野撮像装置の高いコスト、および回折限界によって定められる低い分解能である。

米国仮出願第６１／５１３，１３８号

本発明の目的は、従来技術における課題を解決することにある。

概して、本発明の例示的な実施形態は、近接場ミリ波撮像のためのシステムおよび方法を含み、より詳細には、波長未満のプローブ要素によって物体を走査し、反射されたエネルギーの位相および強度を取り込み、測定して画像を生成することによって波長未満の分解能の撮像を可能にする近接場ミリ波撮像システムおよび方法を含む。

本発明の１つの例示的な実施形態においては、近接場撮像システムが、走査デバイスおよび撮像装置を含む。走査デバイスは、所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを放ち、目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込み、反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定することによって目標物体の表面を走査するように適合される。走査デバイスは、電磁エネルギーを放ち、反射された電磁エネルギーを取り込むために使用される、波長未満の寸法を有するプローブを含む。撮像装置は、反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して目標物体の画像をレンダリングし、画像は、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる。

別の例示的な実施形態においては、近接場撮像のためのハンドヘルド走査デバイスが、筐体と、筐体内に配置されたプローブ・デバイスと、筐体内に配置された第１の半導体チップとを含む。プローブ・デバイスは、所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを放ち、目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むことによって目標物体の表面を走査するように適合される。プローブ・デバイスは、少なくとも１つのプローブ要素を含む。第１の半導体チップは、プローブ・デバイスによって放たれる電磁エネルギーを生成し、プローブ・デバイスによって取り込まれた反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するための集積回路を含む。プローブ・デバイスは、第１の半導体チップ、または第１の半導体チップと別々の第２の半導体チップ上に一体的に形成される可能性がある。プローブ要素は、それぞれが波長未満の寸法を有するプローブ要素の配列を備える可能性がある。

本発明のさらに別の例示的な実施形態においては、近接場撮像方法が提供される。方法は、所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを用いて目標物体の表面を走査するステップと、目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むステップと、反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するステップと、反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して目標物体の画像をレンダリングするステップとを含み、走査するステップおよび取り込むステップは、波長未満の寸法を有するプローブを使用して実行され、画像は、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる。

本発明のこれらのおよびその他の例示的な実施形態が、説明されるか、または添付の図面に関連して読まれるべき例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。

１００ＧＨｚの周波数で動作する遠視野撮像システムに関して、異なるアンテナと物体との距離についてアンテナ・サイズ対遠視野空間分解能を図式的に示す図である。 １００ＧＨｚの周波数で動作する近接場撮像システムに関して、（ｉ）１００ＧＨｚの周波数におけるアンテナ・サイズ対近接場空間分解能と、（ｉｉ）最大の許容可能なアンテナの距離対近接場空間分解能とを図式的に示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、目標物体を走査するための近接場撮像システムをシミュレートするために使用されるコンピュータ・モデルを示す図である。 誘電率ε_ｒ＝２．１を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３次元（３Ｄ）の図である。 誘電率ε_ｒ＝２．１を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの２次元（２Ｄ）の図である。 誘電率ε_ｒ＝１．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの２Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの２Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝２．１を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝２．１を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの２Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの２Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄの図である。 誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する目標物体を用いて図３のコンピュータ・モデルに基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの２Ｄの図である。 本発明の別の例示的な実施形態による、目標物体を走査するための近接場撮像システムをシミュレートするために使用されるコンピュータ・モデルを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による近接場撮像システムを使用して走査された、表面に異なるサイズおよび誘電率のさまざまな特徴が形成された、構築された実験用のテフロン（Ｒ）板を概略的に示す図である。 図１７の実験用のテフロン（Ｒ）板に形成されたさまざまな特徴を撮像することによって得られた生のＳ_１１の振幅データの実験から得られた測定値を示す図である。 図１７の実験用のテフロン（Ｒ）板に形成されたさまざまな特徴を撮像することによって得られた生のＳ_１１の位相データの実験から得られた測定値を示す図である。 図１８の生のＳ_１１の振幅データを処理することによって生成された画像を示す図である。 図２０の画像の一部の立体図である。 図１９の生のＳ_１１の位相データを処理することによって生成された画像を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による近接場ミリ波撮像システムの高レベルの図である。 本発明の例示的な実施形態による近接場ミリ波撮像を実行するための方法の流れ図である。 本発明の実施形態による、本発明の技術の１つまたは複数のコンポーネント／ステップが実装され得るコンピュータ・システムを示す図である。

本発明の例示的な実施形態が、近接場ミリ波撮像のためのシステムおよび方法と、より詳細には、波長未満のプローブ要素によって物体を走査し、反射されたエネルギーの位相および強度を取り込み、測定して画像を生成することによって波長未満の分解能の撮像を可能にする近接場ミリ波撮像システムおよび方法とに関連して、以降、さらに詳細に検討される。本発明の例示的な実施形態によれば、近接場撮像システムは、回折限界よりも桁違いに高い波長未満の分解能を実現しながら約６５ＧＨｚ以上（例えば、約１１０ＧＨｚ以上）の周波数範囲で動作することができる。

遠視野対近接場
遠視野アンテナの分解能は、そのアンテナの指向性から計算され得る。アンテナの指向性Ｄ_０は、「すべての方向にわたって平均された放射強度に対するアンテナから所与の方向の放射強度の比」として定義される。この量は、アンテナ・ビーム幅を使って以下のように表され得る。
Ｄ_０〜４πθ^−２ （１）
ここで、θは、対称なパターンに関する、ラジアンで表されたアンテナ・ビーム幅である。さらに、指向性は、アンテナ開口サイズおよび波長を使って以下のように計算され得る。
Ｄ_０＝４πＡλ^−２ （２）
ここで、Ａは、実効アンテナ開口サイズ（effective antennaaperture size）であり、λは、波長である。

式（１）および（２）から、アンテナ・ビーム幅は、以下のように計算可能であり、
θ〜λＡ^−０．５ （３）
空間分解能Ｒ_ｒｅｓは、以下のように表され得る。
Ｒ_ｒｅｓ＝ｚθ〜ｚλＡ^−０．５ （４）
ここで、ｚは、アンテナからの距離である。正方形の開口に関しては、Ｒ_ｒｅｓのより精度の良い式が、以下のように計算され得る。

ここで、ａは、正方形の開口の寸法である。

図１は、１００ＧＨｚの周波数で動作する遠視野撮像システムに関して、異なるアンテナと物体との距離についてアンテナ・サイズ対遠視野空間分解能を図式的に示す。特に、図１は、１００ＧＨｚ（λ＝３ｍｍ）における、３つの異なるアンテナと物体との距離ｚ＝０．１ｍ、ｚ＝０．５ｍ、およびｚ＝１ｍについての正方形アンテナの回折限界分解能Ｒ_ｒｅｓ対アンテナ・サイズａを示す。図１が示すように、１００ＧＨｚにおいて５ｍｍの空間分解能を実現するためには、０．６ｍのアンテナ・サイズが必要とされる。これは、主に、式（５）で表されるように、遠視野撮像装置の回折限界が原因である。

残念なことに、大きなサイズのアンテナだけが遠視野撮像における問題であるわけではない。画像を構築するためには、アンテナ・ビームが、２次元で操られなければならない。これは、機械的な方法かまたは電子的な方法かのどちらかによって行われる可能性がある。機械的な方法は、非常に低速であり、システムのコストを大幅に増加させる可能性がある。電子的な方式は、主アンテナ・ビームを操るように複数のアンテナを制御するために位相配列を使用して実装される可能性があるが、この電子的な方法は、まとまって動作する極めて多くの数の送信機および受信機を必要とする。

１００ＧＨｚの動作周波数に関して１ｍの距離で５ｍｍの空間分解能を実現するために、２つの要素の間の間隔をλ／２として、配列で必要とされる要素の数は、以下のように計算可能であり、

アンテナ配列のサイズは、

である。

遠視野に基づくシステムのこの多数の要素は、システム全体のコストを著しく増やし、そのシステムを医用撮像などの低コストの持ち運び可能な用途に関して非実用的にする。

上で検討された遠視野撮像システムと比較して、近接場撮像システムの分解能は、アンテナ・サイズおよびそのシステムの要素数によって制限されない。図２は、１００ＧＨｚの周波数で動作する近接場撮像システムに関して、（ｉ）１００ＧＨｚの周波数における（メートルで表された）アンテナ（プローブ）サイズ対（ｍｍで表された）近接場空間分解能と、（ｉｉ）（メートルで表された）最大の許容可能なアンテナ（プローブ）の距離対近接場空間分解能とを図式的に示す。図２に示されるように、近接場撮像システムの分解能は、プローブ（近接場アンテナ）のサイズ程度であり、プローブを非常に小さくすることによって高められ得る。図２に示されるように、５ｍｍの分解能を実現するためには、５ｍｍ以下のプローブ・サイズが必要とされる。近接場撮像システムのアンテナ・サイズ、要素数、およびコストは、遠視野システムのアンテナ・サイズ、要素数、およびコストと比較して桁違いに小さい。近接場撮像システムの唯一の制限は、物体とアンテナとの距離である。近接場システムにおける物体とアンテナとの最大の許容可能な距離は、以下の式によって推定され得る。

ここで、ａは、アンテナの最も長い寸法であり、λは、波長である。図２は、１００ＧＨｚにおけるＭＯＡＤ対分解能をさらに示す。１００ＧＨｚにおいて０．５ｍｍの分解能を実現するためには、約０．５ｍｍの近接場プローブ・サイズおよび

未満のＭＯＡＤが望ましい。

シミュレーション結果
以下でさらに詳細に検討されるように、１波長未満の分解能を有する近接場撮像システムが本発明の原理にしたがって実現され得ることを示すためにいくつかのコンピュータ・シミュレーションが行われ、コンピュータ・シミュレーションの結果が、物理的な実験によって得られた測定値を用いて検証された。図３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、および１５は、行われた１つのコンピュータ・シミュレーションを示す。特に、図３は、図４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、および１５に示されるコンピュータ・シミュレーションの結果を得るために使用された、１波長未満の分解能を有する近接場撮像システムのコンピュータ・モデル１００を示す。

より詳細には、図３を参照すると、コンピュータ・モデル１００は、基板１１０の上面に円筒状の誘電性物体１２０を埋め込んだ基板１１０を含む。誘電性物体１２０は、２ｍｍの直径を有するように定義され、基板１１０は、誘電率ε_ｒ＝２．１である１０ｍｍ×１０ｍｍのテフロン（Ｒ）板として定義された。誘電性物体１２０および基板１１０の上面は、同じＺ座標に配置された。さらに、コンピュータ・モデル１００は、１００μｍの厚さの空気の層１３０と、空気の層１３０を通じて１００μｍの距離のテフロン（Ｒ）基板１１０の表面を撮像するために使用された２ｍｍの直径のループ形プローブ１４０とを含むように定義された。シミュレートされた画像を構築するために、ループ形プローブ１４０をＸ方向およびＹ方向に沿って動かし、誘電性物体１２０の３つの異なる誘電率の値（すなわち、ε_ｒ＝２．１、１．０、および１０）のそれぞれに関して、ループ形プローブ１４０のそれぞれのｘ−ｙ位置で反射係数Ｓ_１１の測定値を取得することによって１００ＧＨｚの周波数で円筒状の誘電性物体１２０を撮像するためにループ形プローブ１４０が使用された。

図４、５、６、７、８、および９は、誘電性物体１２０の３つの異なる誘電率の値（すなわち、静的比誘電率（static relative permittivity）ε_ｒ＝２．１、１．０、および１０）に関して、異なる（ｘ，ｙ）位置においてループ形プローブ１４０を用いて１００ＧＨｚで得られたＳ_１１の振幅データのシミュレーションの結果を（線形目盛（linear scale）で）示す。特に、図４および５は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝２．１を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３次元（３Ｄ）および２次元（２Ｄ）の図である。加えて、図６および７は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝１．０を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３Ｄおよび２Ｄの図である。さらに、図８および９は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の振幅データの３Ｄおよび２Ｄの図である。

図４および５に示されるように、Ｓ_１１の振幅は、円筒状の誘電性物体１２０の誘電率がテフロン（Ｒ）基板１１０の誘電率（ε_ｒ＝２．１）と等しいので、基板１１０の表面上で変化しない。図６、７、８、および９に示されるように、円筒状の誘電性物体１２０の誘電率がテフロン（Ｒ）基板１１０の誘電率と異なるときは定常波のようなパターンが現れる。図６、７、８、および９における白黒のより暗い階調は、Ｓ_１１のより大きな振幅に対応する。テフロン（Ｒ）基板１１０の誘電率と円筒状の誘電性物体１２０の誘電率との間の差を大きくすることによって、Ｓ_１１の振幅の変動が、以下のように大きくなる。
（１）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝１．０およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝１−２．１＝−１．１であり、
｜Ｓ_１１｜_ｍａｘ＝０．６５、｜Ｓ_１１｜_ｍｉｎ＝０．６１である。
（２）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝２．１およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１−２．１＝０であり、
｜Ｓ_１１｜_ｍａｘ＝０．６４、｜Ｓ_１１｜_ｍｉｎ＝０．６３である（差は数値誤差による）。
（３）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝１０．０およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝１０．０−２．１＝７．９であり、
｜Ｓ_１１｜_ｍａｘ＝０．８０、｜Ｓ_１１｜_ｍｉｎ＝０．５７である。

図１０、１１、１２、１３、１４、および１５は、誘電性物体１２０の３つの異なる誘電率の値（すなわち、ε_ｒ＝２．１、１．０、および１０）に関して、異なる（ｘ，ｙ）位置において得られたＳ_１１の位相データのシミュレーションの結果を（線形目盛で、度数で）示す。特に、図１０および１１は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝２．１を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄおよび２Ｄの図である。加えて、図１２および１３は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝１．０を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄおよび２Ｄの図である。さらに、図１４および１５は、それぞれ、誘電率ε_ｒ＝１０．０を有する誘電性物体１２０を用いて図３のコンピュータ・モデル１００に基づいて得られたシミュレートされたＳ_１１の位相データの３Ｄおよび２Ｄの図である。

図１０および１１に示されるように、Ｓ_１１の位相は、円筒状の誘電性物体１２０の誘電率がテフロン（Ｒ）基板１１０の誘電率（ε_ｒ＝２．１）と等しいので、基板１１０の表面上で変化しない。図１２、１３、１４、および１５に示されるように、基板１１０の誘電率と円筒状の誘電性物体１２０の誘電率との差を大きくすることによって、Ｓ_１１の位相の変動が大きくなる。Ｓ_１１の位相の最大値および最小値は、以下の通りである。
（１）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝１．０およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝１−２．１＝−１．１であり、
（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍａｘ＝−９．４、（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍｉｎ＝−１３．８である。
（２）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝２．１およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１−２．１＝０であり、
（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍａｘ＝−１０．４、（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍｉｎ＝−１１．２である（差は数値誤差による）。
（３）ε_{ｏｂｊｅｃｔ}＝１０．０およびε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝２．１に対して、
ε_{ｏｂｊｅｃｔ}−ε_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝１０．０−２．１＝７．９であり、
（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍａｘ＝−７．８、（Ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１））_ｍｉｎ＝−２４．０である。

近接場プローブの撮像能力をさらに示すために、別のコンピュータ・シミュレーションが、図１６に示される例示的なコンピュータ・モデル２００を使用して行われた。図１６に示されるように、コンピュータ・モデル２００は、基板２１０の上面に９つの円筒状の誘電性物体２２０、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、および２２８を埋め込んだ基板２１０を含む。誘電性物体２２０〜２２８は、２ｍｍの直径を有するように定義され、基板２１０は、誘電率ε_ｒ＝２．１である１０ｍｍ×１０ｍｍのテフロン（Ｒ）基板として定義された。誘電性物体２２０〜２２８および基板２１０の上面は、同じＺ座標に配置された。さらに、コンピュータ・モデル２００は、１００μｍの厚さの空気の層２３０と、空気の層２３０を通じて１００μｍの距離（物体とプローブとの距離）のテフロン（Ｒ）基板２１０の表面を撮像するために使用された２ｍｍの直径のループ形プローブ２４０とを含むように定義された。加えて、誘電性物体２２０〜２２８のうちのどの２つの間の距離も、２ｍｍであるように定義された。

シミュレートされた画像を構築するために、ループ形プローブ２４０がＸ方向およびＹ方向に沿って動かされ、誘電性物体２２０〜２２８の３つの異なる誘電率の値（すなわち、ε_ｒ＝２．１、１．０、および１０）のそれぞれに関して、ループ形プローブ２４０のそれぞれのｘ−ｙ位置で、Ｓ_１１の振幅および位相の測定値が取得された。図４、５、６、７、８、および９に示されたＳ_１１の図と同様に、図１６のコンピュータ・モデル２００に関するシミュレーションの結果は、それぞれの円筒状の誘電性物体２２０〜２２８がＳ_１１の振幅および位相に定常波のようなパターンを生じることを明らかにした。以下で説明されるように、近接場画像のこの重要な特性は、基板の表面付近の実効誘電率（effective dielectric constant）を導出するために使用され得る。以下に示されるように、この方法は、基板（例えば、テフロン（Ｒ）板）の誘電率のマップを構築するために使用され得る。

実験結果
実際の実験によってシミュレーションの結果を検証するために、１から４８までの範囲の誘電率を有する異なる材料を取り付けられたテフロン（Ｒ）板でできた模型（phantom）が構築され、テフロン（Ｒ）板の近接場画像を取り込むために近接場ループ・プローブおよび１１０ＧＨｚのベクトル・ネットワーク・アナライザが使用された。以下に示されるように、実験結果は、１００ＧＨｚで０．５ｍｍの画像分解能を達成することが実現可能であることを実証する。図１７は、本発明の例示的な実施形態による近接場撮像システムを使用して走査された、表面に異なるサイズおよび誘電率のさまざまな特徴が形成された、構築された実験用のテフロン（Ｒ）板を概略的に示す図である。

より詳細には、この実験においては、テフロン（Ｒ）板３００に特定の深さまでドリルで穴を掘り、異なる誘電率を有する材料で穴を埋めることによってテフロン（Ｒ）板３００に複数の特徴１〜３０が形成された。特に、以下の特徴が、図１７のテフロン（Ｒ）板３００に形成された。
特徴１：直径ｄ＝１ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３０
特徴２：それぞれ直径ｄ＝１ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３０
特徴３：直径ｄ＝１ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝４８
特徴４：それぞれ直径ｄ＝１ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝８
特徴５：寸法ｌ（長さ）×ｗ（幅）＝３ｍｍ×１ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴６：寸法ｌ×ｗ＝３ｍｍ×１ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝３
特徴７：直径ｄ＝１ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴８：それぞれ直径ｄ＝１ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝１
特徴９：直径ｄ＝１ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝１
特徴１０：それぞれ直径ｄ＝１ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴１１：直径ｄ＝３ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３
特徴１２：それぞれ直径ｄ＝３ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴１３：直径ｄ＝３ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴１４：それぞれ直径ｄ＝３ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３０
特徴１５：寸法ｌ（長さ）×ｗ（幅）＝２ｍｍ×３ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝４８
特徴１６：寸法ｌ×ｗ＝２ｍｍ×３ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝３０
特徴１７：直径ｄ＝３ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６
特徴１８：それぞれ直径ｄ＝３ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝８
特徴１９：直径ｄ＝３ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝８
特徴２０：それぞれ直径ｄ＝３ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３
特徴２１：寸法ｌ（長さ）×ｗ（幅）＝５ｍｍ×３ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝８
特徴２２：寸法ｌ×ｗ＝５ｍｍ×３ｍｍの長方形の穴、誘電率ε_ｒ＝１
特徴２３：直径ｄ＝５ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３
特徴２４：それぞれ直径ｄ＝５ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３
特徴２５：直径ｄ＝５ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝３０
特徴２６：それぞれ直径ｄ＝５ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝８
特徴２７：直径ｄ＝５ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝１
特徴２８：それぞれ直径ｄ＝５ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝１
特徴２９：直径ｄ＝５ｍｍの円形の穴、誘電率ε_ｒ＝４８
特徴３０：それぞれ直径ｄ＝５ｍｍの２つの隣接する円形の穴、誘電率ε_ｒ＝６

実験用のテフロン（Ｒ）板２００の画像を生成するために、近接場ｍｍ波撮像システムが、手製のループ・プローブおよび１１０ＧＨｚのベクトル・ネットワーク・アナライザを使用して作製された。手製のループ・プローブは、１ｍｍの同軸ケーブルを使用して１１０ＧＨｚのベクトル・ネットワーク・アナライザに接続された。ベクトル・ネットワーク・アナライザは、２５０ＭＨｚの線形ステップ（linear step）で６５ＧＨｚから１１０ＧＨｚまでの間で未較正の（un-calibrated）反射係数Ｓ_１１を測定するために使用された。測定の精度を上げるために、テフロン（Ｒ）板とループ・プローブとの間の距離が固定されたままであり、それによって、実験にまったく誤差が入らないようにするように、ループ・プローブが固定され、テフロン（Ｒ）板がＸ方向およびＹ方向に動かされた。この測定において、ループ・プローブとテフロン（Ｒ）板との間の距離は、約８０μｍで固定された。

図１８および１９は、図１７の実験用のテフロン（Ｒ）板３００に形成されたさまざまな特徴を撮像することによって得られた生のＳ_１１の振幅および位相データの実験から得られた測定値を示す。特に、図１８は、図１７の実験用のテフロン（Ｒ）板３００の異なる（ｘ，ｙ）位置における生のＳ_１１の測定値の振幅を示す。図１８においては、Ｓ_１１の振幅が大きくなるにつれて、色合いが、より濃くなるように変化する。上で検討されたコンピュータ・シミュレーションの結果と同様に、さまざまな特徴（誘電体で満たされた穴）の誘電率とテフロン（Ｒ）板（基礎の材料）の誘電率との差は、波の振幅が特徴のために使用された材料の誘電率に依存するような定常波のようなパターンを生じる。特徴で使用される材料の誘電率を大きくすることによって、波の振幅が大きくなる。

さらに、図１９は、図１７の実験用のテフロン（Ｒ）板３００の異なる（ｘ，ｙ）位置における生のＳ_１１の測定値の位相を示す。図１８のＳ_１１の振幅の画像と同様に、図１９の位相の画像における定常波のようなパターンの振幅は、所与の特徴で使用される材料の誘電率を大きくすることによって大きくなる。本発明の原理によれば、近接場画像のこの独特な特性は、所与の特徴の材料の誘電率を推定するために使用され得る。特に、誘電率の画像が、以下の計算を使用して生成され得る。
ｆ_ａｍｐ（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ａｍｐ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝ （９）
ｆ_{ｐｈａｓｅ}（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝ （１０）
ここで、（ｘ，ｙ）は、画像の画素の座標であり、ｆ_ａｍｐは、Ｓ_１１の振幅から導出される関数であり、ｆ_{ｐｈａｓｅ}は、Ｓ_１１の位相から導出される関数であり、ｖａｒは、ｘとｘ_０との距離がｄ未満であり、ｙとｙ_０との距離もｄ未満であるような点（ｘ，ｙ）に対して得られる分散関数を表す。

図２０および２１は、式（９）で定義された関数を使用して生成された画像を示し、図２２は、式（１０）で定義された関数によって生成された画像を示す。特に、図２０は、式（９）を使用して図１８の生のＳ_１１の振幅データを処理することによって生成された画像を示し、各点の分散ｆａｍｐ（ｘ，ｙ）を計算するために１６×１６画素のブロックが使用された。さらに、図２２は、式（１０）を使用して図１９の生のＳ_１１の位相データを処理することによって生成された画像を示し、各点の分散ｆｐｈａｓｅ（ｘ，ｙ）を計算するために１６×１６画素のブロックが使用された。

図２０および２２は、近接場プローブを使用してＳ_１１のデータを取り込んで得られるＳ_１１のデータの振幅または位相の分散を描くことによって物体の誘電性のマップが作成され得ることを示す。図２０および２２の画像は、各特徴の誘電率１、３、６、８、３０、または４８が画像上に示されるようにして図１７のさまざまな特徴１〜３０を示す。図２０および２２に示される画像に基づけば、表面の誘電率が所与の特徴の近くで増加するにつれ、画像の色が（周りのテフロン（Ｒ）板の材料の色と比較して）暗くなる。

これらの画像の分解能を調べるために、２つのズームされた画像が、図２６および２７に示される。これらの図に基づけば、０．５ｍｍよりも優れた分解能が、１１０ＧＨｚ（λ＝２．７ｍｍ）で実現される。我々の知る限りでは、１１０ＧＨｚ未満の周波数で動作するミリ波撮像システムの中で、これは、報告されている最も高い分解能である。

図２３は、本発明の例示的な実施形態による近接場ミリ波撮像システムの高レベルの図である。概して、図２３は、ハンドヘルド走査デバイス４１０と、撮像システム４２０と、ディスプレイ４３０とを含む近接場ミリ波撮像システム４００を示す。ハンドヘルド走査デバイス４１０は、表面にプローブの配列を形成したプローブ配列のチップ４１２と、信号処理機能を実行するためのさまざまな種類の集積回路を有するＣＭＯＳ処理チップ４１４とを含む。走査デバイス４１０は、好適な有線接続４１６（または無線などのその他の好適な接続）を用いて撮像システム４２０に結合される。ディスプレイ４３０は、撮像システム４２０に接続される。

概して、走査デバイス４１０は、所与の動作ミリメートルまたはテラヘルツ周波数（例えば、１００ＧＨｚ）で電磁エネルギーを放ち、反射された電磁エネルギーの強度および位相（すなわち、Ｓ_１１の振幅およびＳ_１１の位相）を測定することにより走査デバイス４１０で試験用の物体の表面を走査することによって動作する。プローブ配列のチップ４１２は、１つの表面に形成されたプローブの配列（例えば、小さなループ・プローブの配列）を含む半導体チップである可能性がある。例えば、プローブ配列のチップ４１２は、それぞれ直径２ｍｍのループ形プローブ、または波長未満の寸法のその他の種類のプローブ（例えば、１／８ダイポール・アンテナ型プローブ）の配列を含む可能性があり、例えば、配列のサイズは、１インチ（２．５４センチメートル）×１インチ（２．５４センチメートル）または２インチ（５．０８センチメートル）×２インチ（５．０８センチメートル）である。本発明のその他の実施形態においては、プローブ配列のチップ４１２は、単一のプローブ要素（例えば、１つのループ形プローブ）を含む可能性がある。しかし、より高速で効率的な測定を実現するために、複数のプローブ要素（プローブ要素の配列）で形成されたプローブ・デバイスが好ましい。

実際には、単一のプローブを用いると、走査デバイス４１０は、物体の所望の表面領域上のさまざまな点でＳ_１１のデータを収集するために試験用の物体の表面上を手動で動かされなければならない（手動走査）。プローブの配列を用いると、走査デバイス４１０は、試験用の物体の何らかの所望の表面領域上にプローブ配列のチップ４１２を位置付けるために手動で走査される可能性があり、物体の表面は、各プローブ要素を順に、またはすべて同時に作動させ、各プローブ要素の応答を測定することによって（手動で走査されるのとは対照的に）電子的に走査される可能性がある。このように、プローブ配列のサイズに応じて、比較的大きな表面領域、例えば、数インチ四方が、走査デバイス４１０を手動で動かす必要なしに一度に走査され得る。プローブ配列のチップ４１２は、物体の表面がプローブ配列のチップ４１２のパッケージング材料のみによってプローブ配列のチップのアクティブな表面から隔てられるようにしてプローブ配列のチップ４１２が試験用の物体の表面に密着させられ得るように、走査デバイス４１０の筐体内に入れられる可能性がある。

上述のように、ＣＭＯＳ処理チップ４１４は、信号処理機能を実行するためのさまざまな種類の集積回路を含む。概して、回路は、プローブ配列のチップ４１２に送信され、プローブ配列のチップ４１２上の１つまたは複数のプローブ要素のそれぞれによって放たれる電磁信号を生成するためのエミッタと、プローブ配列のチップ４１２上のプローブ要素によって取り込まれ、ＣＭＯＳ処理チップ４１４に送信される反射された電磁エネルギーを受信するための受信機と、プローブ配列のチップ４１２によって取り込まれた反射された電磁エネルギーの振幅および位相からＳ_１１のデータを生成するためのベクトル・ネットワーク・アナライザの処理機能を実装するためによく使用されるその他の好適な回路とを含む。プローブ配列のチップ４１２およびＣＭＯＳ処理チップ４１４は、２つの別々のチップとして示されているが、プローブ配列の回路と処理回路とは、１つのチップ上に実装される可能性があり、または処理機能は、２つ以上の別々のチップに実装される可能性がある。

撮像システム４２０は、接続４１６を介して走査デバイス４１０からＳ_１１のデータを受信し、Ｓ_１１のデータを処理して、走査された物体の画像をレンダリングし、ディスプレイ４３０上に表示する。例えば、本発明の原理によれば、プローブ配列のチップ４１２の近接場エネルギーに関して収集されたＳ_１１のデータは、上記の式（９）および（１０）に基づいて、所与の特徴の材料の誘電率を推定し、走査された物体の構成要素の誘電率の推定された差に基づいて画像をレンダリングするために使用され得る。撮像システム４２０は、Ｓ_１１のデータを処理し、画像をレンダリングすることができる任意のソフトウェアまたはハードウェア・システムあるいはその両方である可能性がある。例えば、以下で検討されるように、図２５は、図２３の撮像システム４２０を実装するために使用され得るシステム／装置を示す。その他の実施形態においては、上で検討されたＣＭＯＳ処理チップ４１４の処理機能の一部が、撮像システム４２０によって実装される可能性があり、逆もまた同様である。

図２４は、本発明の例示的な実施形態による近接場ミリ波撮像を実行するための方法の流れ図である。特に、図２４は、図２３のシステム４００の動作の例示的な形態を示す。最初のステップは、近接場プローブ・デバイスを使用して目標物体を走査することを含む（ステップ５００）。走査するプロセスは、１つまたは複数のプローブ要素から目標物体の表面領域に電磁エネルギーを放ち、次に、１つまたは複数のプローブ要素を用いて目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むことを含む。そして、走査による反射された電磁エネルギーは、走査による１組のＳ_１１のデータを生成し、収集するためのベクトル・ネットワーク分析機能（vector network analyzing function）を使用して処理される（ステップ５０２）。これらのステップ（５００）および（５０２）は、図２３に示された走査デバイス４１０によって実行され得る。

次に、Ｓ_１１のデータは、走査された物体の異なる表面の構成要素の誘電率を推定するために処理される（ステップ５０４）。それから、推定された誘電率のデータに基づいて、走査された物体の画像がレンダリングされ、表示される（ステップ５０６）。これらのステップ（５０４）および（５０６）は、図２３に示された撮像システム４２０によって実施され得る。画像のレンダリング方法は、レンダリングされた画像がカラーまたはグレースケールで表示される可能性があり、異なる色または異なる白黒の階調が目標物体の走査された表面に含まれる材料の誘電率の差に関する情報を与える知られている画像処理技術を使用して実装され得る。

上で検討された撮像システムおよび方法は、（癌にかかった皮膚組織を検出する）診断目的の医用撮像、薬の錠剤で使用される接着剤、自動車に使用される塗料などの品質のチェックなどのさまざまな分野で利用され得る。上述のように、本明細書において検討された近接場ミリ波撮像システムは、１１０ＧＨｚで０．５ｍｍの空間分解能を実現することができる。さらに、本発明の原理による近接場ミリ波撮像システムは、低コストで製造され得る。さらに言えば、図２３を参照して上で検討されたように、走査プローブは、商用のＣＭＯＳプロセスを使用して製造されるチップを用いて実装され得る。要するに、本発明による近接場ｍｍ波撮像システムは、遠視野に基づくシステムと比較してより優れた分解能を提供しながら、市販の遠視野に基づくシステムよりも桁違いに安いコストで製造され得る。

当業者に理解されるであろうように、本発明の態様は、システム、装置、方法、またはコンピュータ・プログラム（製品）として具現化され得る。したがって、本発明の態様は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせる実施形態の形態をとる可能性があり、これらはすべてが概して本明細書において「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼ばれることがある。さらに、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラム・コード（を具現化する１つまたは複数のコンピュータ可読媒体で具現化された）コンピュータ・プログラム（製品）の形態をとる可能性がある。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが、利用される可能性がある。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読ストレージ媒体である可能性がある。コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、電子、磁気、光、電磁、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイス、あるいはこれらの任意の好適な組み合わせである可能性があるが、これらに限定されない。コンピュータ可読ストレージ媒体のより詳細な例（非網羅的なリスト）には、以下、すなわち、１つもしくは複数の配線を有する電気的な接続、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュ・メモリ）、光ファイバ、ポータブル・コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせが含まれる。本明細書の文脈において、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連して使用するためのプログラムを含むまたは記憶することができる任意の有形の媒体である可能性がある。

コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドで、または搬送波の一部としてコンピュータ可読プログラム・コードを具現化する伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播される信号は、電磁的、光学的、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがこれらに限定されないさまざまな形態のうちの任意の形態をとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連して使用するためのプログラムを伝達、伝播、または搬送することができる任意のコンピュータ可読媒体である可能性がある。

コンピュータ可読媒体上に具現化されるプログラム・コードは、無線、有線、光ファイバ・ケーブル、ＲＦなど、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を用いて送信される可能性がある。

本発明の態様の動作を実行するためのコンピュータ・プログラム・コードは、Ｊａｖａ（Ｒ）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語と、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの通常の手続き型プログラミング言語とを含む１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述され得る。プログラム・コードは、すべてユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンのソフトウェア・パッケージとしてユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的にかつ遠隔のコンピュータ上で部分的に、またはすべて遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で実行され得る。最後の場合では、遠隔のコンピュータが、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得るか、または外部コンピュータへの接続が（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）行われ得る。

本発明の態様が、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム（製品）の流れ図または構成図あるいはその両方を参照して、本明細書において説明されている。流れ図または構成図あるいはその両方の各ブロック、および流れ図または構成図あるいはその両方のブロックの組み合わせは、コンピュータ・プログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。これらのコンピュータ・プログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、流れ図または構成図あるいはその両方の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するための手段をもたらすように、多目的コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を生産するためのその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに与えられる可能性がある。

これらのコンピュータ・プログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、流れ図または構成図あるいはその両方の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施する命令を含む製品をもたらすように、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体に記憶される可能性もある。

コンピュータ・プログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置で実行される命令が、流れ図または構成図あるいはその両方の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータで実施されるプロセスを生成するために一連の操作のステップがコンピュータ、その他のプログラム可能な装置、またはその他のデバイスで実行されるようにするために、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスにロードされる可能性もある。

図２３および２４は、本発明のさまざまな実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータ・プログラム（製品）のあり得る実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。これに関連して、流れ図または構成図の各ブロックは、（１つまたは複数の）規定された論理的な機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表す可能性がある。一部の代替的な実装においては、ブロックで示された機能が、図面に示された順序とは異なる順序で行われる可能性があることにも留意されたい。例えば、連続で示された２つのブロックが、実際には実質的に同時に実行される可能性があり、またはそれらのブロックが、関連する機能に応じて逆順に実行されることもあり得る。構成図または流れ図あるいはその両方の各ブロックと、構成図または流れ図あるいはその両方のブロックの組み合わせとは、規定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアに基づくシステム、または専用のハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装され得ることも認められるであろう。

１つまたは複数の実施形態は、多目的コンピュータまたはワークステーションで実行されるソフトウェアを利用することができる。図２５を参照すると、コンピューティング・ノード５１０には、多数のその他の多目的または専用コンピューティング・システム環境または構成で動作可能なコンピュータ・システム／サーバ５１２が存在する。コンピュータ・システム／サーバ５１２で使用するのに好適である可能性があるよく知られているコンピューティング・システム、環境、または構成、あるいはそれらすべての例には、パーソナル・コンピュータ・システム、サーバ・コンピュータ・システム、シン・クライアント、シック・クライアント、ハンドヘルドまたはラップトップ・デバイス、マルチプロセッサ・システム、マイクロプロセッサに基づくシステム、セット・トップ・ボックス、プログラム可能な家庭用電化製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、および上記のシステムまたはデバイスのいずれかを含む分散型クラウド・コンピューティング環境などが含まれるがこれらに限定されない。

コンピュータ・システム／サーバ５１２は、コンピュータ・システムによって実行されるプログラム・モジュールなどのコンピュータ・システムが実行可能な命令の幅広い文脈で説明される可能性がある。概して、プログラム・モジュールは、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、ロジック、データ構造などを含む可能性がある。コンピュータ・システム／サーバ５１２は、通信ネットワークを介して接続された遠隔の処理デバイスによってタスクが実行される分散型クラウド・コンピューティング環境で実施される可能性がある。分散型クラウド・コンピューティング環境においては、プログラム・モジュールは、メモリ・ストレージ・デバイスを含むローカルのコンピュータ・システムのストレージ媒体と遠隔のコンピュータ・システムのストレージ媒体との両方に配置される可能性がある。

図２５に示されるように、コンピューティング・ノード５１０のコンピュータ・システム／サーバ５１２は、多目的コンピューティング・デバイスの形態で示されている。コンピュータ・システム／サーバ５１２のコンポーネントは、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニット５１６と、システム・メモリ５２８と、システム・メモリ５２８を含むさまざまなシステム・コンポーネントをプロセッサ５１６に結合するバス５１８とを含む可能性があるがこれらに限定されない。

バス５１８は、さまざまなバス・アーキテクチャのいずれかを使用したメモリ・バスまたはメモリ・コントローラ、周辺バス、アセラレーテッド・グラフィックス・ポート、およびプロセッサまたはローカル・バスを含む数種のバス構造のいずれかのうちの１つまたは複数を表す。限定ではなく例として、そのようなアーキテクチャは、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、マイクロ・チャネル・アーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、ビデオ電子装置規格化協会（ＶＥＳＡ）ローカル・バス、および周辺装置相互接続（ＰＣＩ）バスを含む。

通常、コンピュータ・システム／サーバ５１２は、さまざまなコンピュータ・システムが読み取り可能な媒体を含む。そのような媒体は、コンピュータ・システム／サーバ５１２によってアクセス可能である任意の利用可能な媒体である可能性があり、揮発性の媒体と不揮発性の媒体との両方、取り外し可能な媒体および取り外し不可能な媒体を含む。

システム・メモリ５２８は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）５３０またはキャッシュ・メモリ５３２あるいはその両方などの揮発性メモリの形態のコンピュータ・システムが読み取り可能な媒体を含み得る。コンピュータ・システム／サーバ５１２は、その他の取り外し可能／取り外し不可能な揮発性／不揮発性のコンピュータ・システムのストレージ媒体をさらに含み得る。単なる例として、ストレージ・システム５３４は、（図示されておらず、通常「ハード・ドライブ」と呼ばれる）取り外し不可能な不揮発性の磁気媒体からの読み出しと、その磁気媒体への書き込みとのために提供される可能性がある。図示されていないが、取り外し可能な不揮発性の磁気ディスク（例えば、「フロッピー（Ｒ）・ディスク」）からの読み出しと、その磁気ディスクへの書き込みとのための磁気ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、またはその他の光媒体などの取り外し可能な不揮発性の光ディスクからの読み出し、またはその光ディスクへの書き込みのための光ディスク・ドライブが、提供される可能性がある。そのような場合、それぞれが、１つまたは複数のデータ媒体のインターフェースによってバス５１８に接続される可能性がある。本明細書において示され、説明されるように、システム・メモリ５２８は、本発明の実施形態の機能を実行するように構成されるプログラム・モジュールの組（例えば、少なくとも１つ）を有する少なくとも１つのプログラム（製品）を含み得る。プログラム・モジュール５４２の組（少なくとも１つ）を有するプログラム／ユーティリティ５４０は、限定ではなく例として、システム・メモリ５２８に記憶される可能性があり、オペレーティング・システム、１つまたは複数のアプリケーション・プログラム、その他のプログラム・モジュール、およびプログラム・データも、システム・メモリ５２８に記憶される可能性がある。オペレーティング・システム、１つもしくは複数のアプリケーション・プログラム、その他のプログラム・モジュール、およびプログラム・データのそれぞれ、またはこれらの何らかの組み合わせは、ネットワーキング環境の実装を含む可能性がある。概して、プログラム・モジュール５４２は、本明細書において説明された本発明の実施形態の機能または方法あるいはその両方を実行する。

また、コンピュータ・システム／サーバ５１２は、キーボード、ポインティング・デバイス、ディスプレイ５２４などの１つもしくは複数の外部デバイス５１４、ユーザがコンピュータ・システム／サーバ５１２とインタラクションすることを可能にする１つもしくは複数のデバイス、またはコンピュータ・システム／サーバ５１２が１つもしくは複数のその他のコンピューティング・デバイスと通信することを可能にする任意のデバイス（例えば、ネットワーク・カード、モデムなど）、あるいはそれらすべてと通信することができる。そのような通信は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース５２２を介して行われ得る。そしてさらに、コンピュータ・システム／サーバ５１２は、ネットワーク・アダプタ５２０を介して、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、通常の広域ネットワーク（ＷＡＮ）、または公衆ネットワーク（例えば、インターネット）、あるいはそれらすべてなどの１つまたは複数のネットワークと通信することができる。示されるように、ネットワーク・アダプタ５２０は、バス５１８を介してコンピュータ・システム／サーバ５１２のその他のコンポーネントと通信する。示されていないが、その他のハードウェア・コンポーネントまたはソフトウェア・コンポーネントあるいはその両方が、コンピュータ・システム／サーバ５１２と併せて使用され得ることを理解されたい。例には、マイクロコード、デバイス・ドライバ、冗長な処理ユニット、外部ディスク・ドライブ・アレイ、ＲＡＩＤシステム、テープ・ドライブ、およびデータ・アーカイブ・ストレージ・システムなどが含まれるが、これらに限定されない。

本発明の例示的な実施形態が添付の図面を参照して本明細書において説明されたが、本発明は、それらの厳密な実施形態に限定されず、本発明の範囲または精神を逸脱することなく当業者によってさまざまなその他の変更および修正が行われ得ることを理解されたい。

Claims (25)

1. 所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを放ち、目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込み、前記反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定することによって前記目標物体の表面を走査するように適合された走査デバイスであって、前記電磁エネルギーを放ち、前記反射された電磁エネルギーを取り込むために使用される、波長未満の寸法を有するプローブを備える、前記走査デバイスと、
   前記反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して前記目標物体の画像をレンダリングするための撮像装置であって、前記画像が、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる、前記撮像装置とを備える近接場撮像システム。
2. 前記プローブが、半導体チップの表面上に形成されたプローブ要素の配列を備える、請求項１に記載の近接場撮像システム。
3. 前記プローブ要素が、ループ形要素である、請求項２に記載の近接場撮像システム。
4. 前記ループ形要素が、それぞれ、約２ｍｍ以下の直径を有する、請求項３に記載の近接場撮像システム。
5. 前記反射された電磁エネルギーの前記測定された強度および位相が、Ｓ_１１のパラメータである、請求項１に記載の近接場撮像システム。
6. 前記走査デバイスが、Ｓ_１１のパラメータを計算するためのベクトル・ネットワーク・アナライザの機能を実装する集積回路を有する半導体チップを備える、請求項１に記載の近接場撮像システム。
7. 前記撮像装置が、Ｓ_１１のパラメータを計算する、請求項１に記載の近接場撮像システム。
8. 前記撮像装置が、前記反射された電磁エネルギーの前記測定された強度および位相を使用して、走査された目標物体の構成要素の誘電率を推定し、前記走査された物体の前記構成要素の誘電率の推定された差に基づいて前記画像をレンダリングする、請求項１に記載の近接場撮像システム。
9. 前記反射された電磁エネルギーの前記測定された強度および位相が、Ｓ_１１のパラメータである、請求項８に記載の近接場撮像システム。
10. 前記画像の画素が、
    ｆ_ａｍｐ（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ａｍｐ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝
    ｆ_{ｐｈａｓｅ}（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝
    のように計算され、（ｘ，ｙ）は、画像の画素の座標を示し、ｆ_ａｍｐは、Ｓ_１１の振幅から導出される関数であり、ｆ_{ｐｈａｓｅ}は、Ｓ_１１の位相から導出される関数であり、ｖａｒは、ｘとｘ_０との距離がｄ未満であり、ｙとｙ_０との距離がｄ未満であるような点（ｘ，ｙ）に対して得られる分散関数を表す、請求項８に記載の近接場撮像システム。
11. 前記所与の動作周波数が、約１００ＧＨｚ以上であり、前記波長が、約３ｍｍ以下であり、前記画像の前記波長未満の分解能が、約０．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の近接場撮像システム。
12. 所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを用いて目標物体の表面を走査するステップと、
    前記目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して前記目標物体の画像をレンダリングするステップとを含み、
    前記走査するステップおよび前記取り込むステップが、波長未満の寸法を有するプローブを使用して実行され、
    前記画像が、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる、撮像方法。
13. 前記プローブが、プローブ要素の配列を備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記プローブ要素が、ループ形要素である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ループ形要素が、それぞれ、約２ｍｍ以下の直径を有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して前記目標物体の画像をレンダリングするステップが、走査された目標物体の構成要素の誘電率を推定し、前記走査された物体の前記構成要素の誘電率の推定された差に基づいて前記画像をレンダリングするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記反射された電磁エネルギーの前記測定された強度および位相が、Ｓ_１１のパラメータである、請求項１６に記載の方法。
18. 前記画像をレンダリングするステップが、前記画像の画素値を
    ｆ_ａｍｐ（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ａｍｐ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝
    ｆ_{ｐｈａｓｅ}（ｘ_０，ｙ_０）＝ｖａｒ｛ｐｈａｓｅ（Ｓ_１１（ｘ，ｙ））｜（ｄｉｓｔ（ｘ，ｘ_０）＜ｄ）かつ（ｄｉｓｔ（ｙ，ｙ_０）＜ｄ）｝
    のように計算するステップであって、（ｘ，ｙ）は、画像の画素の座標を示し、ｆ_ａｍｐは、Ｓ_１１の振幅から導出される関数であり、ｆ_{ｐｈａｓｅ}は、Ｓ_１１の位相から導出される関数であり、ｖａｒは、ｘとｘ_０との距離がｄ未満であり、ｙとｙ_０との距離がｄ未満であるような点（ｘ，ｙ）に対して得られる分散関数を表す、前記計算するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記所与の動作周波数が、約１００ＧＨｚ以上であり、前記波長が、約３ｍｍ以下であり、前記画像の前記波長未満の分解能が、約０．５ｍｍ以下である、請求項１２に記載の方法。
20. コンピュータによって実行されるときに近接場撮像のための方法のステップを実行する、有形で具現化されたプログラム・コードを含むコンピュータ可読ストレージ媒体を含む製品であって、前記方法のステップが、
    目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して前記目標物体の画像をレンダリングするステップとを含み、
    走査するステップおよび前記取り込むステップが、波長未満の寸法を有するプローブを使用して実行され、
    前記画像が、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる、製品。
21. 近接場撮像のための装置であって、
    メモリと、
    前記メモリに結合され、
    目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するステップと、
    前記反射された電磁エネルギーの測定された強度および位相を使用して前記目標物体の画像をレンダリングするステップとを実行するための、前記メモリに記憶されたコードを実行するように構成されたプロセッサであって、
    走査するステップおよび前記取り込むステップが、波長未満の寸法を有するプローブを使用して実行され、
    前記画像が、波長未満の分解能を有するようにレンダリングされる、前記プロセッサとを備える、装置。
22. 近接場撮像のためのハンドヘルド走査デバイスであって、
    筐体と、
    前記筐体内に配置されたプローブ・デバイスであって、所与の動作周波数で波長を有する電磁エネルギーを放ち、目標物体から反射された電磁エネルギーを取り込むことによって前記目標物体の表面を走査するように適合され、少なくとも１つのプローブ要素を有する、前記プローブ・デバイスと、
    前記筐体内に配置された第１の半導体チップであって、前記プローブ・デバイスによって放たれる前記電磁エネルギーを生成し、前記プローブ・デバイスによって取り込まれた前記反射された電磁エネルギーの強度および位相を測定するための集積回路を備える、前記第１の半導体チップとを備える、ハンドヘルド走査デバイス。
23. 前記プローブ・デバイスが、前記第１の半導体チップ上に一体的に形成される、請求項２２に記載のハンドヘルド走査デバイス。
24. 前記プローブ・デバイスが、第２の半導体チップ上に一体的に形成される、請求項２２に記載のハンドヘルド走査デバイス。
25. 前記少なくとも１つのプローブ要素が、それぞれが波長未満の寸法を有するプローブ要素の配列を含む、請求項２２に記載のハンドヘルド走査デバイス。

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