▶ パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-28
(45)【発行日】2024-09-05
(54)【発明の名称】ミリ波レーダー撮像デバイス及び方法
(51)【国際特許分類】
G01S 13/89 20060101AFI20240829BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20240829BHJP
H01L 27/144 20060101ALI20240829BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240829BHJP
【ＦＩ】
G01S13/89
H01L31/02 D
H01L27/144 K
H01L27/146 A
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021014905
(22)【出願日】2021-02-02
(65)【公開番号】P2021131382
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2024-02-02
(31)【優先権主張番号】16/795,068
(32)【優先日】2020-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】504407000
【氏名又は名称】パロ アルト リサーチ センター，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(72)【発明者】
【氏名】フェルザット・マイケルデイビット・イナンロウ
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５２６８１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１０２１４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３５６６２５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２
Ｇ０１Ｓ １３／００ － １３／９５
Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２
Ｈ０１Ｌ ２７／１４４
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ミリ波（ｍｍＷ）撮像システムであって、ｍｍＷ放射線を標的に送信するように構成されたｍｍＷ源と、
ｍｍＷ撮像デバイスであって、
前記標的から受信した後方散乱放射線を可視光に直接変換するように構成されたアップコンバータ素子のアレイであって、第１の表面及び第２の表面を有する、アップコンバータ素子のアレイと、
前記アップコンバータ素子のアレイの前記第１の表面に光学的に結合され、前記標的から受信した後方散乱放射線を前記アップコンバータ素子に方向付けるように構成されている、第１の集束レンズと、
光検出器のアレイであって、前記光検出器のアレイは第１の表面及び第２の表面を有し、前記光検出器のアレイの前記第１の表面は、前記アップコンバータ素子によって放出された可視光を受信するように構成され、前記光検出器のアレイは、前記標的の光学画像を示す電気信号を生成するように構成されている、光検出器のアレイと、を含む、ｍｍＷ撮像デバイスと、
前記アップコンバータ素子のアレイの前記第２の表面と前記光検出器のアレイの前記第１の表面との間に配設された光学レンズであって、前記光学レンズは、前記アップコンバータ素子のアレイよって放出された光を前記光検出器のアレイに方向付けるように構成されている、光学レンズと、
前記光検出器のアレイに結合された表示画素のアレイを含むディスプレイであって、前記ディスプレイは、前記光検出器のアレイによって生成された電気信号を前記標的の光学画像に変換するように構成されている前記ディスプレイと、
前記光検出器のアレイに結合された復号器であって、前記復号器は、ＲＦＩＤタグとして構成されている前記標的に符号化されているデータを復号するように構成されている前記復号器と、
ユーザによる携帯及び手持ち操作用に構成されているハウジングであって、前記ハウジングは少なくとも前記ｍｍＷ撮像デバイスを収容するような寸法を有しており、前記アップコンバータ素子のアレイ、前記第１の集束レンズ、前記光検出器のアレイ、前記光学レンズ、及び前記ディスプレイは、前記ハウジング内の共通の軸に沿ってお互いに軸方向に整列している、前記ハウジングと、を備える、ｍｍＷ撮像システム。
【請求項2】
前記第１の集束レンズが、誘電体レンズ又はメタマテリアルレンズを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記ｍｍＷ源に又は前記ｍｍＷ源に近接して配設され、前記標的において前記ｍｍＷ放射線を方向付けるように構成されている第２の集束レンズを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第２の集束レンズが、誘電体レンズ又はメタマテリアルレンズを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
少なくとも前記アップコンバータ素子のアレイ及び前記光検出器のアレイが、統合光電変換器を画定するようにパッケージ化されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
少なくとも前記アップコンバータ素子のアレイ、前記光学レンズ、及び前記光検出器のアレイが、統合光電変換器を画定するようにパッケージ化されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記ｍｍＷ源が第１のハウジング内に配設されており、前記第１のハウジングは、少なくとも前記ｍｍＷ撮像デバイスを収容する寸法を有する前記ハウジングから物理的に分離可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記ｍｍＷ源が、少なくとも前記ｍｍＷ撮像デバイスを収容する寸法を有する前記ハウジング内に配設されているか又は前記ハウジングによって支持されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記ディスプレイが、動画を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記標的はチップレスＲＦＩＤタグを含み、前記復号器は、前記チップレスＲＦＩＤタグに符号化されているデータを復号するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記ｍｍＷ撮像システムは、可視光に対して実質的に非透過性であるバリアを通して前記標的を撮像するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
ミリ波（ｍｍＷ）撮像システムであって、ｍｍＷ放射線を標的に送信するように構成されたｍｍＷ源と、
ｍｍＷ撮像デバイスであって、
グロー放電デバイス（ＧＤＤ）画素のアレイを含むＧＤＤであって、前記グロー放電デバイスは第１の表面及び第２の表面を有する、ＧＤＤと、
前記グロー放電デバイスの前記第１の表面に又は前記第１の表面に近接して配設され、前記標的から受信した後方散乱放射線を前記ＧＤＤ画素に方向付けるように構成されている、第１の集束レンズと、
光検出器のアレイであって、前記光検出器のアレイは第１の表面及び第２の表面を有する、光検出器のアレイと、
前記ＧＤＤの前記第２の表面と前記光検出器のアレイの前記第１の表面との間に配設された光学レンズであって、前記光学レンズは、前記ＧＤＤ画素によって放出された光を前記光検出器のアレイに方向付けるように構成されている、光学レンズと、
前記光検出器のアレイに結合された表示画素のアレイを含むディスプレイであって、前記ディスプレイは、前記光検出器のアレイによって生成された電気信号を前記標的の光学画像に変換するように構成されている、ディスプレイと、
前記光検出器のアレイに結合された復号器であって、前記復号器は、ＲＦＩＤタグとして構成された前記標的内に符号化されているデータを復号するように構成されている、復号器と、
ユーザによる携帯及び手持ち操作用に構成されているハウジングであって、前記ハウジングは前記ｍｍＷ撮像デバイス及び前記ｍｍＷ源を収容するような寸法を有しており、前記グロー放電デバイス、前記第１の集束レンズ、前記光検出器のアレイ、前記光学レンズ、及び前記ディスプレイは、前記ハウジング内の共通の軸に沿ってお互いに軸方向に整列している、前記ハウジングと、を含む、ｍｍＷ撮像デバイスと、を備える、ｍｍＷ撮像システム。
【請求項13】
少なくとも前記グロー放電デバイス、前記光学レンズ、前記光検出器のアレイ、及び前記ディスプレイは、統合光電変換器を画定するようにパッケージ化されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記ディスプレイは動画を生成するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
前記ｍｍＷ撮像システムは、可視光に対して実質的に非透過性であるバリアを通して前記標的を撮像するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、一般に、ミリ波レーダーセンサ及び標的画像再生技術を用いるものを含む、撮像デバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来技術（例えば、合成開口レーダー、つまりＳＡＲ、多重入出力、つまりＭＩＭＯ）を使用した標的のミリ波（ｍｍＷ）撮像は、典型的には、標的を走査し、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用してスキャンデータを処理することを伴う。ｍｍＷスキャンデータを処理する従来の手法は、計算集約的であり、強力なＤＳＰを必要とする。したがって、標的のｍｍＷ撮像を提供する従来のシステムは、複雑で高価であり、多くの場合、携帯性及び手持ち操作の点で制限される。
【発明の概要】
【0003】
実施形態は、ミリ波（ｍｍＷ）放射線を標的及びｍｍＷ撮像デバイスに送信するように構成されたｍｍＷ源を含むｍｍＷ撮像システムに関する。ｍｍＷ撮像デバイスは、標的から受信した後方散乱放射線を可視光に直接変換するように構成されたアップコンバータ素子のアレイを含む。アップコンバータアレイは、第１の表面及び第２の表面を有する。ｍｍＷ撮像デバイスはまた、アップコンバータアレイの第１の表面に光学的に結合され、標的から受信した後方散乱放射線をアップコンバータ素子に方向付けるように構成された第１の集束レンズを含む。ｍｍＷ撮像デバイスは、光検出器のアレイを更に含む。光検出器アレイは、第１の表面及び第２の表面を有する。光検出器アレイの第１の表面は、アップコンバータ素子によって放出された可視光を受信するように構成されている。光検出器アレイは、標的の光学画像を示す電気信号を生成するように構成されている。
【0004】
実施形態は、ｍｍＷ放射線を標的及びｍｍＷ撮像デバイスに送信するように構成されたｍｍＷ源を備えるｍｍＷ撮像システムに関する。ｍｍＷ撮像デバイスは、グロー放電デバイス（ＧＤＤ）画素のアレイを含むＧＤＤを含む。グロー放電デバイスは、第１の表面及び第２の表面を有する。ｍｍＷ撮像デバイスはまた、グロー放電デバイスの第１の表面に又は第１の表面に近接して配設され、標的から受信した後方散乱放射線をＧＤＤ画素に方向付けるように構成された第１の集束レンズを含む。ｍｍＷ撮像デバイスは、光検出器のアレイを更に含み、光検出器アレイは、第１の表面及び第２の表面を有する。ｍｍＷ撮像デバイスは、ＧＤＤの第２の表面と光検出器アレイの第１の表面との間に配設された光学レンズを含み、光学レンズは、ＧＤＤ画素によって放出された光を光検出器のアレイに方向付けるように構成されている。ｍｍＷ撮像デバイスは、ディスプレイ、復号器、又はディスプレイと復号器との両方を含み得る。ディスプレイは、光検出器のアレイに結合された表示画素のアレイを含み、ディスプレイは、光検出器のアレイによって生成された電気信号を標的の光学画像に変換するように構成されている。復号器は、光検出器のアレイに結合され、ＲＦＩＤタグとして構成された標的に符号化されているデータを復号するように構成されている。
【0005】
実施形態は、ミリ波（ｍｍＷ）撮像システムによって実施される方法に関する。この方法は、ｍｍＷ源から、ｍｍＷ放射線を標的に送信することと、ｍｍＷ撮像デバイスによって、標的からの後方散乱放射線を受信することと、を含む。この方法はまた、受信した後方散乱放射線を可視光に直接アップコンバートすることを含む。この方法は、光電変換器のアレイによって可視光を受信することを更に含む。この方法はまた、標的を表示するためのディスプレイと、チップレスＲＦＩＤタグとして構成された標的に符号化されているデータを復号するための復号器と、のうちの一方又は両方に、光電変換器からの出力を結合することを含む。
【0006】
上記の概要は、開示される各実施形態又は本開示の全ての実施を説明することを意図したものではない。図面及び以下の詳細な説明は、例示的な実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本明細書全体を通して、添付の図面を参照する。
【図1】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ撮像システムのブロック図である。
【図2A】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ撮像システムのブロック図である。
【図2B】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ源及びミラー装置のブロック図である。
【図3】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ撮像システムによって検出され得るチップレスＲＦＩＤタグを示し、ｍｍＷ撮像システムは、ＲＦＩＤタグに符号化されている情報を復号するように更に構成されている。
【図4A】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、それぞれ別個のハウジング内に配置されたｍｍＷ源及びｍｍＷ撮像デバイスを含むｍｍＷ撮像システムを示す。
【図4B】本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、共通ハウジング内に統合されたｍｍＷ源とｍｍＷ撮像デバイスとを含むｍｍＷ撮像システムを示す。
【図5】本明細書に開示される実施形態のいずれかによるｍｍＷ撮像システムによって実装される方法である。
【0008】
図面は、必ずしも縮尺どおりではない。図面に使用される同様の数字は、同様の構成要素を指す。しかしながら、所与の図の構成要素を指す数字の使用は、同じ数字でラベル付けされた別の図における構成要素を制限することを意図していないことが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の実施形態は、標的から後方散乱ｍｍＷ信号を受信するように構成されたｍｍＷ撮像デバイスと、後方散乱ｍｍＷ信号を可視光に直接アップコンバートするように構成された受信機の分散型アレイとを使用する撮像システム及び方法に関する。後方散乱ｍｍＷ信号を可視光に直接アップコンバートする受信機のアレイは、標的の画像を示す電気出力を生成するように構成された光電変換器に光学的に結合される。後方散乱ｍｍＷ放射線を可視光に直接アップコンバートするために受信機のアレイを使用することは、標的を撮像するために走査／移動を必要としないｍｍＷアップコンバート受信機アレイにより、強力なＤＳＰ及び高度な画像処理の必要性を有利に回避する。
【0010】
いくつかの実施形態では、標的画像を示す電気出力は、大領域ディスプレイなど、標的の再生画像を表示するように構成されたディスプレイに伝達される。他の実施形態では、標的画像を示す電気出力は、標的に符号化されているデータを復号するように構成された復号器に伝達される。更なる実施形態では、標的画像を示す電気出力は、ディスプレイ及び復号器に伝達され得る。
【0011】
様々な物体、構造、及び材料を含む様々な種類の標的が想到される。本開示の撮像システムによって検出される標的は、可視光に対して実質的に非透過性であるバリア（例えば、壁、荷物、衣料）によって撮像システムから分離されているものを含む。ＲＦＩＤタグ（例えば、チップレスＲＦＩＤタグ）など、情報を含有する様々な種類の標的が想到されており、この場合、撮像システムは、情報含有標的内に符号化されたデータを復号するための復号器を含む。
【0012】
図１は、本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ撮像システム１００のブロック図である。ｍｍＷ撮像システム１００は、ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０を含む。いくつかの実施形態では、ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０は、共通ハウジング１０１内に収容されるか又はそれによって支持される構成要素である。いくつかの実施形態によれば、ハウジング１０１は、例えば、従来の電子スタッドファインダのものと同様に、ユーザによる携帯及び手持ち操作用に構成されている。他の実施形態では、ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０は、別個のハウジングによって収容又は支持されている構成要素である。ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０の別個のハウジングのうちの一方又は両方は、ユーザによる携帯及び手持ち操作用に構成され得る。
【0013】
図１に示すｍｍＷ撮像システム１００は、標的１０２を撮像するように構成されている。標的１０２は、ミリ波撮像を使用して検出され得る任意の物体、構造、又は材料であり得る。例えば、標的１０２は、可視光に対して実質的に非透過性である（例えば、肉眼では見えない）バリア１０４によってｍｍＷ撮像システム１００から分離されている物体、構造体、又は材料であり得る。ｍｍＷ撮像システム１００は、例えば、壁、衣類、荷物、バックパック、財布、箱、又は容器によって、ｍｍＷ撮像システム１００から分離されている標的１０２を撮像するために用いられ得る。いくつかの実施形態では、標的１０２は、チップレスＲＦＩＤタグなどのＲＦＩＤタグを含む。ｍｍＷ撮像システム１００は、ＲＦＩＤタグを撮像し、ＲＦＩＤタグに符号化されているデータを復号するために用いられ得る。
【0014】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ撮像システム１００は、約３０ＧＨｚ～約３００ＧＨｚの範囲（例えば、ＥＨＦ又は極超短波の範囲）のＲＦ信号を送受信するように構成されている。このスペクトルの電波は、約１０～１ミリメートルの波長を有する。ゆえに、この周波数帯域内の放射線はミリ波と称される。ｍｍＷ撮像システム１００は、物体の検出、並びに例えばこれらの物体の範囲、速度、及び角度を求めるためのミリ波撮像を実行し得る。短波長のＲＦ信号を使用することにより、ｍｍＷ撮像システム１００は、サブミリ範囲の精度及び高解像度を提供し得る。ｍｍＷ撮像システム１００によって生成されるＲＦ信号は、プラスチック、乾式壁、及び衣料などの様々な材料を貫通することができ、雨、霧、埃、及び雪などの環境条件に影響されない。ｍｍＷ撮像システム１００は、高角度精度を有するコンパクトなビームを形成することなどによって、高指向性であるように構成され得る。いくつかの実施形態では、ｍｍＷ撮像システム１００によって生成されたビームは、標準的な光学技術を使用して集束され、操縦され得る。本開示における実施形態はｍｍＷ撮像を対象としているが、本明細書に開示される撮像デバイス及び方法は、ＥＨＦ（例えば、マイクロ波帯又はテラヘルツ帯）の範囲外にあるＲＦ信号を使用して実行され得ることが理解される。
【0015】
ｍｍＷ源１１０は、アンテナ１１３に動作可能に結合された高周波（ＲＦ）送信機１１１を含む。ｍｍＷ源１１０は、ｍｍＷ放射線１１２を標的１０２に送信するように構成されている。前述したように、標的１０２は、可視光に対するバリア１０４によってｍｍＷ撮像システム１００から分離されていてもよい。ｍｍＷ撮像デバイス１２０は、標的１０２から後方散乱放射線１１４を受信し、処理するように構成されている。ｍｍＷ撮像デバイス１２０は、ｍｍＷアップコンバート受信機１２２及び光電変換器１２４を含む。いくつかの実施形態では、ｍｍＷ撮像デバイス１２０は、標的ＩＤ検出器１３０及び／又はディスプレイ１４０を含み得る。標的ＩＤ復号器１３０は、ＲＦＩＤタグ（例えば、チップレスＲＦＩＤタグ）など、標的１０２に符号化されているデータを復号するように構成されている。ディスプレイ１４０は、ｍｍＷ撮像デバイス１２０によって再生された標的１０２の画像を表示するように構成されている。標的ＩＤ復号器１３０とディスプレイ１４０との両方を含む実施形態では、ＲＦＩＤタグに符号化され、標的ＩＤ復号器１３０によって復号されたデータは、ディスプレイ１４０上に提示され得る。
【0016】
ｍｍＷ撮像システム１００は、システム１００の動作を調整するように構成されたプロセッサ１４５を含み得る。プロセッサ１４５は、ｍｍＷ撮像デバイス１２０の構成要素であり得る。前述したように、ｍｍＷ撮像デバイス１２０は、ｍｍＷアップコンバート受信機１２２が、標的１０２から受信した後方散乱放射線を可視光に直接変換するため、強力なＤＳＰ及び高度な画像処理ソフトウェアを含む必要はない。標的ＩＤ復号器１３０を含む実施形態によれば、プロセッサ１４５は、標的ＩＤ復号器１３０を組み込むか又はそれに結合され得る。
【0017】
プロセッサ１４５は、マルチコアプロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ハードウェアコントローラ、ソフトウェアコントローラ、プログラマブル論理コントローラなどの組み合わされたハードウェア及びソフトウェアデバイス、並びにプログラマブル論理デバイス（例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）のうちの１つ以上として実装され得るか又はそれを含み得る。プロセッサ１４５は、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＲＯＭ、又はフラッシュメモリなどのメモリを含むか又はそれに動作可能に結合され得る。プロセッサ１４５はまた、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの大量記憶デバイスに動作可能に結合され得る。
【0018】
図１に更に示すように、ｍｍＷ撮像システム１００は、プロセッサ１４５に動作可能に結合されたユーザインターフェース１５２を含み得る。ユーザインターフェース１５２は、手動で作動可能なスイッチ（例えば、プッシュボタン、トグルスイッチ、容量性スイッチ）及び／又は音声起動制御部を含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１４０は、ユーザインターフェース１５２の構成要素であり得、タッチディスプレイとして構成され得る。ｍｍＷ撮像システム１００はまた、従来の又は再充電可能な電池（例えば、リチウムイオン電池）などの電源１５４、及び／又は電力線接続から電力を受け取るための電力変換器を含む。ｍｍＷ撮像システム１００は、ｍｍＷ撮像システム１００と外部システムとの間の有線又は無線通信を容易にするように構成された通信デバイス１５０を含み得る。例えば、通信デバイス１５０は、ＩＥＥＥ ８０２．１１（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標））又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（例えばＢＬＥ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）４．２、５．０、５．１、５．２又はそれ以上）の仕様に従って無線通信を提供するように構成されたトランシーバ及びアンテナを組み込み得る。通信デバイス１５０は、ＵＳＢインターフェースなどの有線通信インターフェースを組み込み得る。
【0019】
前述したように、ｍｍＷ撮像システム１００の様々な実施形態は、ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０を収容及び／又は支持する共通ハウジング１０１を含み得る。共通ハウジング１０１は、支持構造（例えば、三脚、構造固定具、機械固定具）上へのｍｍＷ撮像システム１００の取り付けを容易にするように構成された取り付けカプラ１０３を含み得る。他の実施形態では、ｍｍＷ源１１０及びｍｍＷ撮像デバイス１２０は、別個のハウジングによって収容及び／又は支持され得、そのうちの一方又は両方は、取り付けカプラ１１５、１１７を含み得る。
【0020】
図２Ａは、本明細書に開示される実施形態のいずれかによる、ｍｍＷ撮像システム２００を示す。ｍｍＷ撮像システム２００は、ｍｍＷ源２１０及びｍｍＷ撮像デバイス２２０を含む。ｍｍＷ源２１０は、ｍｍＷ放射線２１２を標的２０２に送信するように構成されている。いくつかの実施形態では、図２Ｂに示すように、ｍｍＷ源２１０を含む装置はミラー装置２１１（例えば、球面ミラー）も含んでもよい。ミラー装置２１１は、ｍｍＷ放射線２１２を標的２０２に方向付けるように構成及び配置され得る。標的２０２は、可視光に対して実質的に非透過性であるバリア２０４によって、ｍｍＷ撮像システム２００から分離されていてもよい。
【0021】
いくつかの実施形態では、集束レンズ２１３は、ｍｍＷ源２１０に又はｍｍＷ源２１０に近接して配置され、標的２０２においてｍｍＷ放射を方向付けるように構成され得る。集束レンズ２１３は、誘電体レンズ（例えば、誘電体レンズアンテナ又は金属板レンズアンテナ）又はメタマテリアルレンズであり得る。集束レンズ２１３は、ｍｍＷ源２１０によって生成されたｍｍＷ放射線をコリメートし、コリメートされたｍｍＷ放射線を標的２０２に方向付けるように構成され得る。例えば、ｍｍＷ源２１０によって生成されたｍｍＷ放射線の球面波面は、集束レンズ２１３によって平面波面に変換され得る。
【0022】
ｍｍＷ撮像デバイス２２０は、標的２０２から後方散乱放射線２１４を受信し、処理するように構成されている。いくつかの実施形態によれば、ｍｍＷ撮像デバイス２２０は、アップコンバータ素子２２４ａのアレイ２２４と、光検出器素子２２８ａのアレイを含む光検出器アレイ２２８と、表示画素のアレイを含むディスプレイ２３０と、を含む。他の実施形態では、ｍｍＷ撮像デバイス２２０は、アップコンバータアレイ２２４及び光検出器アレイ２２８を含むが、ディスプレイ２３０を除外する（例えば、図３に示されるチップレスＲＦＩＤタグなどの、ＲＦＩＤタグの形態の標的２０２を検出し、復号することを目的とする実施形態）。
【0023】
アップコンバータアレイ２２４のアップコンバータ素子２２４ａ（例えば、アップコンバータ画素）は、標的２０２から受信した後方散乱放射線２１４を可視光に直接変換するように構成されている。アップコンバータアレイ２２４は、第１の表面２２５ａ及び第２の表面２２５ｂを有する。ｍｍＷ撮像デバイス２２０は、アップコンバータアレイ２２４の第１の表面に光学的に結合された集束レンズ２２２を含む。集束レンズ２２２は、標的２０２から受信した後方散乱放射線２１４をアップコンバータアレイ２２４のアップコンバータ素子２２４ａに方向付けるように構成されている。例えば、集束レンズ２２２は、標的２２０から受信した後方散乱放射線２１４をコリメートし、コリメートされた後方散乱放射をアップコンバータアレイ２２４に方向付けるように構成され得る。集束レンズ２２２は、集束レンズ２１３と同様であり得る誘電体レンズ又はメタマテリアルレンズであり得る。
【0024】
いくつかの実施形態によれば、アップコンバータアレイ２２４は、グロー放電デバイス（ＧＤＤ）画素２２４ａのアレイを含むＧＤＤとして実装される。ＧＤＤ画素２２４ａのそれぞれは、それぞれのＧＤＤ画素２２４ａによって受信された入射ｍｍＷ放射線２１４に直線的に比例する強度を有する可視光を放出する。
【0025】
光検出器アレイ２２８は、アップコンバータアレイ２２４によって放出された可視光の画像をキャプチャするように構成されている。より具体的には、光検出器アレイ２２８は、アップコンバータアレイ２２４から放出された可視光を測定するように構成されている。光検出器アレイ２２８は、光検出器素子２２８ａのアレイを含む。様々な実施形態では、光検出器アレイ２２８は、光電変換器素子のアレイを含む。
【0026】
光検出器アレイ２２８は、アクティブ画素センサ（ＡＰＳ）であり得、それぞれの画素センサユニットセル２２８ａは、光検出器（例えば、ｐｉｎ型フォトダイオード）及び１つ以上のアクティブトランジスタを含む。例えば、光検出器アレイ２２８は、ＧＤＤデバイス２２４からの発光の画像をキャプチャするように構成された電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化半導体（ＣＭＯＳ）デバイス（例えば、ＣＭＯＳカメラ）を含み得る。光検出器アレイ２２８は焦点面アレイ（ＦＰＡ）であり得、ＦＰＡは、光検出器アレイ２２８がＧＤＤ画素２２４ａを検出し、同時に撮像することを可能にし得る。標的２０２の画像は、アップコンバータアレイ２２４によって放出される発光の、光検出器アレイの測定に従って構築され得る。画像は、アップコンバータアレイ２２４に入射するｍｍＷ放射線２１４を示す、アップコンバータアレイ２２４のグローの指標を提供する。
【0027】
いくつかの実施形態では、光検出器アレイ２２８は、それぞれのフォトサイトにおける電荷量を測定し、この測定値をバイナリ形式に変換することによって、それぞれの光検出器素子の値をデジタル値に変換するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含むか又はそれに結合され得る。例えば、それぞれの光検出器素子２２８ａに関連付けられた可変電子信号は、対応する画像位置の強度値として非常に迅速に読み出され得る。強度値のデジタル化に続いて、標的２０２の画像が再生され得る。ディスプレイ２３０を含む実施形態によれば、標的２０２の再生画像は、ディスプレイ２３０上に表示され得る。ディスプレイ２３０は、例えば、ＬＥＤ／ＬＣＤディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、又はｍｉｃｒｏＬＥＤディスプレイとして実装され得る。ディスプレイ２３０は、タッチディスプレイであってもよい。ディスプレイ２３０は、例えば、スマートフォンディスプレイ又はＩｐａｄ（登録商標）ディスプレイと同様のサイズであってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２３０は、アップコンバータアレイ２２４及び光検出器アレイ２２８による標的画像データのリアルタイム又はほぼリアルタイムの処理を表す動画を生成するように構成されている。例えば、ディスプレイ２３０は、Ｈ．２６Ｘ（例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣ）ビデオ符号化規格に従って画像データを処理するように構成されたデジタルビデオ処理回路を組み込むか又はそれに結合され得る。
【0028】
光検出器アレイ２２８は、第１の表面２２９ａ及び第２の表面２２９ｂを有する。いくつかの実施形態によれば、光学レンズ２２６は、アップコンバータアレイ２２４の第２の表面２２５ｂと、光検出器アレイ２２８の第１の表面２２９ａとの間に配設される。光学レンズ２２６は、アップコンバータアレイ２２４の要素２２４ａによって放射された可視光を光検出器素子２２８ａのアレイに方向付けるように構成されている。
【0029】
いくつかの実施形態では、光検出器アレイ２２８及び光学レンズ２２６の代わりに、赤外線焦点面アレイ（infrared focal plan array）（ＩＲＦＰＡ）などの焦点面アレイ（ＦＰＡ）が使用されてもよい。一般的には、ＦＰＡは、撮像システムの焦点面に位置付けられた光検出器のアレイを含む。典型的には、焦点面アレイは、数千個、又は更には数百万個の検出器を含む矩形の二次元アレイを含む。検出器は、典型的には、フォトダイオード又は光導電検出器などの光検出器であり、これらのそれぞれは、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの寸法を有し得る。ガイガーモードのアバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）のアレイでは、極めて感度が高く、高速な検出が達成可能である。有用なＦＰＡ技術としては、とりわけ、ポリシリコン（例えば、ＬＴＰＳ－ＴＦＴなどの低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ））、非晶質シリコン、及び有機フォトセンサが挙げられる。様々な実施形態による焦点面アレイには、大領域エレクトロニクスが使用され得、その例は、共通所有の米国特許第９，２５９，９６１号、同第８，０７７，２３５、及び同第７，１２５，４９５号に開示されており、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。
【0030】
いくつかの実施形態によれば、ｍｍＷ撮像システム２００は、図３に示されるチップレスＲＦＩＤタグ３０２などのチップレスＲＦＩＤタグの形態の標的２０２と共に使用するように構成され得る。チップレスＲＦＩＤは、タグに符号化されたデータを抽出するために電磁波を適用する無線データキャプチャ技術である。図３に示されるチップレスＲＦＩＤタグ３０２は、素子又はグリフ３０６の配置を含む。グリフ３０６は、典型的には、基材３０５（例えば、誘電体基材）上に配設されているパターン化された導電性材料を含む。グリフ３０６は、多種多様な基材３０５、例えば、紙、厚紙、パッケージ、紙カップ、パレット、衣料品上に形成されてもよい。グリフ３０６は、導電性材料を含む印刷インクで製造されてもよい。いくつかの実施態様では、印刷されたアッシュ（aches）は、ニッケル、炭素、カーボンナノチューブ、及び銀ナノワイヤのうちの１つ以上を含み得る。グリフ３０６は、誘電体基材３０５上の金属をエッチングすることによって製造され得る。例えば、グリフ３０６は、銅又はアルミニウムをエッチングすることによって製造され得る。グリフ３０６は、例えばインジウムスズ酸化物などの透明導体をエッチングすることによって製造され得る。いくつかの実施態様では、グリフ３０６は、例えば、銅、アルミニウム、金、及び／又は銀のうちの１つ以上の導電性リボンを使用する熱伝達プロセスによって製造され得る。
【0031】
図３に示す実施形態では、グリフ３０６は、チップレスＲＦＩＤタグ３０２の基材３０５上に空間的に情報を符号化するように配置される。図３に示される代表的なチップレスＲＦＩＤタグ３０２は、ｎ＝８列、３０６ａ～３０６ｈ、及びｍ＝４行を含む。列内のグリフ３０６の存在は、バイナリ「１」値を符号化するために使用され得る。列内のグリフ３０６の非存在は、バイナリ「０」値を符号化するために使用され得る。この例示的な実施例では、チップレスＲＦＩＤタグ３０２は、８ビットのバイナリ値「１１００１１０１」を符号化する。
【0032】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ撮像システム２００は、復号器２４２に結合されるか又はそれを組み込む標的検出器２４０を含む。標的検出器２４０及び／又は復号器２４２は、前述したタイプのプロセッサ（単数又は複数）によって実行され得る。前述したように、チップレスＲＦＩＤタグ３０２などのＲＦＩＤタグを検出し、復号するように構成されたｍｍＷ撮像システム２００の実施形態は、ディスプレイ２３０を含むことも又は除外することもできる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２３０は、ｍｍＷ撮像システム２００の構成要素である必要はなく、外部ディスプレイ（例えば、ディスプレイ２３０と同じ又は同様である）は、ｍｍＷ撮像システム２００に動作可能に結合され得る。
【0033】
ｍｍＷ源２１０は、チップレスＲＦＩＤタグ３０２でｍｍＷ放射線を送信するように構成されており、チップレスＲＦＩＤタグ３０２は、可視光に対して実質的に非透過性のバリア２０４から分離されていてもいなくても、又はそれに囲い込まれていてもいなくてもよい。ｍｍＷ撮像デバイス２２０は、チップレスＲＦＩＤタグ３０２から後方散乱放射線を受信するように構成されている。標的検出器２４０は、通信リンク２３５を介して光検出器アレイ２２８によって生成されたデータを受信するように構成されている。標的検出器２４０はまた、アップコンバータアレイ２２４及び光検出器アレイ２２８によって再生された標的２０２の画像を検出するように構成されている。標的検出器２４０に動作可能に結合された復号器２４２は、チップレスＲＦＩＤタグ３０２に符号化されたデータを復号するように構成されている。この代表的な例では、復号器２４２は、チップレスＲＦＩＤタグ３０２に符号化された８ビットのバイナリ値「１１００１１０１」を復号する。
【0034】
図４Ａは、様々な実施形態による、ｍｍＷ源４１０及びｍｍＷ撮像デバイス４２０を含むｍｍＷ撮像システム４００ａを示す。図４Ａに示す実施形態では、ｍｍＷ源４１０は、ｍｍＷ撮像デバイス４２０から物理的に分離されているｍｍＷ撮像システム４００ａの構成要素である。ｍｍＷ源４１０は、ハウジング４１２内に収容されるか又はそれによって支持され、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ハウジング４２１内に収容されるか又はそれによって支持される。いくつかの実施形態では、ハウジング４１０、４２１のうちの一方又は両方は、ユーザによる携帯可能な手持ち操作用に構成され得る。他の実施形態では、ハウジング４１０、４２１のうちの一方又は両方は、結合機構を介して構造又は機械に取り付けるように構成され得る（例えば、図１に示される取り付けカプラ１１５、１０３を参照されたい）。
【0035】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ源４１０は、ｍｍＷ源４１０のハウジング４１２内に収容されるか又はそれによって支持される一体型集束レンズ４１３を含み得る。他の実施形態では、集束レンズ４１３は、ハウジング４１２に機械的に結合され（又はハウジング４１２に近接して位置付けられ）、ｍｍＷ源４１０に光学的に結合され得る、別個のハウジング４１５内に収容されるか又はそれによって支持され得る。前述のように、集束レンズ４１３は、ｍｍＷ源４１０の任意の構成要素であり得る。
【0036】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ｍｍＷ撮像デバイス４２０のハウジング４２１内に収容されるか又はそれによって支持される一体型集束レンズ４２２を含み得る。他の実施形態では、集束レンズ４２２は、ハウジング４２１に機械的に結合され（又はハウジング４２１に近接して位置付けられ）、ｍｍＷ撮像デバイス４２０に光学的に結合され得る、別個のハウジング４２３内に収容されるか又はそれによって支持される。
【0037】
第１の実施形態によれば、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ハウジング４２１内にパッケージ化された少なくともアップコンバートアレイ４２４と光検出器アレイ４２８とを含み、統合光電変換器を集合的に画定する。第２の実施形態では、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ハウジング４２１内にパッケージ化された少なくとも集束レンズ４２２、アップコンバートアレイ４２４、及び光検出器アレイ４２８を含み、統合光電変換器を集合的に画定する。第３の実施形態では、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ハウジング４２１内にパッケージ化された少なくとも集束レンズ４２２、アップコンバートアレイ４２４、光学レンズ４２６、及び光検出器アレイ４２８を含み、統合光電変換器を集合的に画定する。他の実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態、及び第３の実施形態のいずれかは、ハウジング４２１内にディスプレイ４３０を更に含み、統合光電変換器及び表示デバイスを集合的に画定し得る。これらの実施形態のいずれかは、チップレスＲＦＩＤタグを検出し、チップレスＲＥＩＤタグに符号化された情報を復号するように構成された標的検出器及び／又は復号器を更に含み得る（例えば、図２Ａに示す標的検出器２４０及び復号器２４２を参照されたい）。
【0038】
図４Ｂは、様々な実施形態による、ｍｍＷ源４１０及びｍｍＷ撮像デバイス４２０を含むｍｍＷ撮像システム４００ｂを示す。図４Ｂに示す実施形態では、ｍｍＷ源４１０及びｍｍＷ撮像デバイス４２０は、共通ハウジング４２５内に収容されるか又はそれによって支持されるｍｍＷ撮像システム４００ｂの一体型構成要素である。いくつかの実施形態では、ハウジング４２５は、ユーザによる携帯可能な手持ち操作用に構成され得る。他の実施形態では、ハウジング４２５は、結合機構を介して構造又は機械に取り付けるように構成され得る（例えば、図１に示す取り付けカプラ１０３を参照されたい）。
【0039】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ源４１０は、ｍｍＷ撮像システム４００ｂのハウジング４２５内に収容されるか又はそれによって支持される一体型集束レンズ４１３を含み得る。他の実施形態では、集束レンズ４１３は、ハウジング４２５に機械的に結合され（又はハウジング４１２に近接して位置付けられ）、ｍｍＷ源４１０に光学的に結合され得る、別個のハウジング４１５内に収容されるか又はそれによって支持され得る。前述のように、集束レンズ４１３は、ｍｍＷ撮像システム４００ｂの任意の構成要素であり得る。
【0040】
様々な実施形態によれば、ｍｍＷ撮像デバイス４２０は、ｍｍＷ撮像システム４００ｂのハウジング４２５内に収容されるか又はそれによって支持される一体型集束レンズ４２２を含み得る。他の実施形態では、集束レンズ４２２は、ハウジング４２５に機械的に結合され（又はハウジング４２５に近接して位置付けられ）、ｍｍＷ撮像デバイス４２０に光学的に結合され得る、別個のハウジング４２３内に収容されるか又はそれによって支持される。いくつかの実施形態によれば、図４Ｂに示すｍｍＷ撮像デバイス４２０は、チップレスＲＦＩＤタグを検出し、チップレスＲＥＩＤタグに符号化された情報を復号するように構成された標的検出器及び／又は復号器を含み得る（例えば、図２Ａに示す標的検出器２４０及び復号器２４２を参照されたい）。標的検出器及び／又は復号器は、ハウジング４２５（又は別個のハウジング）内に収容されるか又はそれによって支持され得る。
【0041】
図５は、本明細書に開示される実施形態のいずれかによるｍｍＷ撮像システムによって実行される方法である。図５に示す方法は、ｍｍＷ放射線を標的に送信すること（５０２）を伴う。ｍｍＷ放射線を標的に送信すること（５０２）は、送信されたｍｍＷ放射線を（例えば、集束レンズを介して）コリメートすることを伴い得る。いくつかの実施形態では、この方法は、標的に衝突する前に、可視光に対して実質的に非透過性であるバリアを介してｍｍＷ放射線を送信することを伴う。この方法は、標的から後方散乱放射線を受信すること（５０４）を伴う。いくつかの実施形態では、この方法は、可視光に対して実質的に透過性でないバリアを通過した後に、標的から後方散乱放射線を受信することを伴う。標的から後方散乱放射を受信すること（５０４）は、受信した後方散乱放射線を（例えば、集束レンズを介して）コリメートすることを伴い得る。
【0042】
この方法はまた、受信した後方散乱放射（コリメートされ得る）を可視光に直接アップコンバートすること（５０６）を伴う。この方法は、可視光を（例えば、任意選択の光学レンズを通して）光電変換器のアレイに方向付けること（５０８）を伴う。いくつかの実施形態では、この方法は、標的を表示するためのディスプレイに光電変換器からの出力を結合すること（５１０）を伴う。他の実施形態では、この方法は、ＲＦＩＤタグ（例えば、チップレスＲＦＩＤタグ）として構成された標的に符号化されたデータを復号するための復号器に光電変換器からの出力を結合すること（５２０）を伴う。更なる実施形態では、本方法は、ブロック５１０及び５２０の結合工程を伴う。
【0043】
本明細書において、本開示の一部をなす添付の図面のセットを参照するが、少なくとも当業者は、本明細書に記載される実施形態の様々な適応及び修正が、本開示の範囲内であるか、又はその範囲から逸脱しないことを理解するであろう。例えば、本明細書に記載される実施形態の態様は、様々な方法で互いに組み合わせることができる。したがって、添付の特許請求の範囲内で、特許請求される発明は、本明細書に明示的に記載されるもの以外に実施されてもよいことを理解されたい。
【0044】
本明細書に引用される全ての参考文献及び刊行物は、本開示と直接矛盾し得る範囲を除いて、その全体が参照により本開示に明示的に組み込まれる。別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴サイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数字は、用語「厳密に」又は「約」のいずれかによって修飾されるものとして理解され得る。したがって、反対の指示がない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を活用して、又は例えば、実験誤差の典型的な範囲内で、当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【0045】
端点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲を含む。本明細書において、数を修飾する用語「最大で」又は「以下」（例えば、「最大で５０」）は、その数（例えば、５０）を含み、数を修飾する用語「以上」（例えば、「５以上」）は、その数（例えば、５）を含む。
【0046】
用語「動作可能に結合された」又は「接続された」は、直接的（互いに直接接触している）又は間接的（２つの要素の間に１つ以上の要素を有し、２つの要素を取り付ける）のいずれかで互いに取り付けられている要素を指す。いずれの用語も、結合又は接続は、構成要素が少なくともいくつかの機能を実行するために相互作用することを可能にするように構成されていることを記載するために互換的に使用され得る「機能的に」及び「動作可能に」によって修正されてもよい（例えば、無線チップは、無線通信のための無線周波数電磁信号を提供するために、アンテナ素子に動作可能に機能的に結合されてもよい）。
【0047】
「頂部」、「底部」、「側部」、及び「端部」などの配向に関する用語は、構成要素の相対的位置を記載するために使用されるものであり、企図される実施形態の配向を制限することを意味するものではない。例えば、「頂部」及び「底部」を有するものとして記載される実施形態はまた、内容がそうでない旨を明確に述べていない限り、様々な方向に回転される実施形態も包含する。
【0048】
「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」、又は「いくつかの実施形態」などの言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構成、組成、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、全体にわたる様々な場所でのこのような語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構成、組成、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
【0049】
「好ましい」及び「好ましくは」という語は、特定の状況下で特定の利益をもたらし得る本開示の実施形態を指す。しかしながら、同じ又は他の状況下で、他の実施形態が好ましい場合もある。更に、１つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用ではないことを示唆するものではなく、本開示の範囲から他の実施形態を除外することを意図するものではない。
【0050】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、内容がそうでない旨を明確に述べていない限り、複数の指示物を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用するとき、用語「又は」は、内容がそうでない旨を明確に述べていない限り、一般に「及び／又は」を含む意味で用いられる。
【0051】
本明細書で使用するとき、「有する（have）」、「有する（having）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「備える、含む（comprise）」、「備える、含む（comprising）」などは、制限のない意味で使用され、一般に「含むが、限定するものではない」を意味する。「から本質的になる（consisting essentially of）」、「からなる（consisting of）」などは、「含む（comprising）」などに包含されることが理解されるであろう。用語「及び／又は」は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの少なくとも２つの組み合わせを意味する。
【0052】
「のうちの少なくとも１つ」、「のうちの少なくとも１つを含む」、及び「のうちの１つ以上」は、リスト内の項目のうちのいずれか１つ、及びリスト内の２つ以上の項目の任意の組み合わせを指す。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】