ミリ波イメージングシステムとその撮像方法
【課題】ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く、隠蔽された検知対象物の形状を特定することが困難である場合に、撮像領域を拡大して視認性を向上させることができるミリ波イメージングシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、特定の形状の光学反射板２０を被測定物１６の表面に長手ｙ方向がスキャナ２の移動ｘ方向と直交する向きにして貼り付け、スキャナ２に光学検出器３０を設け、被測定物表面の光学反射板を含む線分ｘｉに沿ってスキャナを移動させることによりビーム強度スキャン測定と光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、スキャナの走査移動距離ｄを算出すると共に、光学強度スキャン測定にて光学反射板の直交方向の幅ｗを求め、関数関係ｙ＝ｆ（ｗ）に基づき直交方向の幅ｗより長手方向の位置ｙを算出し、ｙ位置のｘ方向のスキャン画像を得るミリ波イメージングシステムである。
【解決手段】本発明は、特定の形状の光学反射板２０を被測定物１６の表面に長手ｙ方向がスキャナ２の移動ｘ方向と直交する向きにして貼り付け、スキャナ２に光学検出器３０を設け、被測定物表面の光学反射板を含む線分ｘｉに沿ってスキャナを移動させることによりビーム強度スキャン測定と光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、スキャナの走査移動距離ｄを算出すると共に、光学強度スキャン測定にて光学反射板の直交方向の幅ｗを求め、関数関係ｙ＝ｆ（ｗ）に基づき直交方向の幅ｗより長手方向の位置ｙを算出し、ｙ位置のｘ方向のスキャン画像を得るミリ波イメージングシステムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波を利用し、隠蔽物を通して透視を行うミリ波イメージングシステムとその撮像方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く検知対象物の形状を特定することが困難である場合に、光学反射板による位置合わせを行いながらスキャンを繰り返すことで撮像領域を拡大するミリ波イメージングシステムとその撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波を利用する透視スキャナを用いる検査ニーズは世の中に数多く存在する。一例として、戦後の高度成長期に建設された高速道路などの老朽化したコンクリート構造物や近年の施工不良マンションなどの耐久性検査を挙げる。
【０００３】
コンクリート構造物の耐久性を検査する際の最重要項目の一つは、コンクリート表面のひび割れ検査である。ひび割れは、地震等によって構造物に応力が加わるとコンクリートが破断して生じる。コンクリートの表面でひび割れが発生すると、そこから雨水等が入り込み、内部の鉄筋に到達すると腐食が始まり、鉄筋の強度が落ちて構造物の耐久性低下を引き起こす。このような構造物の耐久性低下を未然に防ぐには、表面ひび割れの早期発見と補修の実施が重要となる。補修が必要となるひび割れの程度を示すには、コンクリート表面に現れたひび割れの「幅」を指標として用いる場合が多い。鉄筋への到達と直接的に関わる「深さ」も重要な指標であるが、ひび割れ幅から深さをある程度予測できるため、表面のひび割れ幅を用いて補修実施の要否を判断するのが一般的となっている。
【０００４】
構造物の耐久性に関する許容ひび割れ幅に関しては、各国の提案基準によって若干のばらつきがある。おおよそ、乾燥空気中であれば幅０．３〜０．４ｍｍ、湿空中であればそれ以下の値を許容ひび割れ幅と規定しているものが多く、幅が０．２ｍｍ以上に達したひび割れについては、充填材や被覆による補修、あるいは鋼製アンカー等による補強を実施する対象としている（非特許文献１）。
【０００５】
現在のひび割れ診断は目視による検査が主流であるが、実際の構造物の壁には塗装や壁紙装飾あるいは補修材などの隠蔽物によって被覆されている場合がしばしばあり、常に目視検査が行えるとは限らない。
【０００６】
従来技術としてＸ線を使う検査方法も考えられるが、Ｘ線は送受信センサを対向に配置して透視像を得るため、測定構造物の裏側に回り込めない状況では使用困難であることや、安全面に関わる問題も出てくる。
【０００７】
また、ひび割れ発生の要因はコンクリートの材料・施工・環境・構造・外力などの条件又はその組み合わせによって多岐に渡るため、ひび割れの現れる場所と時期を予測したり制御したりすることは不可能に近い。したがって、ひび割れ点検作業は構造物の広域に渡って行うことが望ましいが、超音波のように探触子を当てて探る方法では作業時間が掛かるため、実施上の課題を抱えている。
【０００８】
以上のように、既存の技術によって被覆されたコンクリート表面のひび割れを迅速に検査することは困難であった。が、近年になり、ミリ波ビームを媒体とした透視技術が開発されてきた（特許文献１、特許文献２）。ミリ波とは周波数が３０〜３００ＧＨｚ、波長が１〜１０ｍｍの電磁波であり、隠蔽物である壁紙や塗装等の被覆を透過し易く、かつ、コンクリート内部には入り難いため、コンクリート表面のみを検査するのに適している。コンクリート表面に斜めからミリ波を当てると、ひび割れがない平坦な部分では、反射波が一方向へ集中し、ひび割れがある部分では、ひび割れのエッジにおいて反射波が四方八方へ散乱する。そのゆえに、ビーム発生器とビーム受信器とを対向配置すると、表面における反射ビーム強度の違いによってひび割れ部分を検知できる。現在のところ、特許文献１および特許文献２に記載のミリ波イメージング技術は、使用困難で安全上問題のあるＸ線を用いずに被覆物によって隠蔽されたコンクリート表面のひび割れ検知を可能とする唯一の手段であるが、以下に述べる改良課題を抱えている。
【０００９】
上述のミリ波イメージング技術では、撮像素子を１次元状に配置した数センチメートル程度の撮像幅を有するスキャナを現場作業者がコンクリート表面を転がし、画像モニタに映し出された透視像を見てひび割れの有無を判断する。この場合、撮像素子の１次元配置方向は、スキャナの移動方向と直交している。
【００１０】
しかしながら、波長が数ミリメートルのミリ波によって得られた透視像は検知対象となるサブミリメートル幅のひび割れを明瞭に映し出す解像度を有していないためピンボケしており、さらに、検知対象となるひび割れの他にコンクリート表層内部の骨材・細骨材・気泡等もノイズとして映るため、数センチメートル程度の撮像幅ではひび割れを特定するのに十分な視認性を得られず、現場作業者がひび割れを見落とすことが危惧される。
【００１１】
この課題を解決するには、撮像素子の数を増やして撮像幅を拡大することが考えられるが、画素数を増やすとスキャナ本体のサイズが大きくなって現場における作業性と可搬性が低下し、また、装置が高価になるという新たな問題点が生ずることになる。
【００１２】
この「画素数と撮像幅」というジレンマは、ひび割れを検知対象としたミリ波スキャナのみならず、検知対象物が撮像幅に対して小さいという状況下において、他用途の透視スキャナにおいても共通した問題となっている。
【００１３】
以上のような理由から、撮像幅の狭いミリ波透視スキャナで検知対象物を特定する技術の開発が要望されてはいるが、これまでのところ、そのような技術は実現できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−１２１２３０号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１２１４号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「コンクリートのひび割れ調査、補修・補強指針」、２７４〜２７９頁、社団法人日本コンクリート工学協会編著、２００３年出版。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く、隠蔽された検知対象物の形状を特定することが困難である場合に、撮像領域を拡大して視認性を向上させることができるミリ波イメージングシステム及びその撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の特徴は、スキャナのビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を前記スキャナのビーム検出器で測定しつつ、前記スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナを用いたミリ波イメージングシステムの撮像方法において、平面状の光学反射板であって、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の光学反射板を前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付け、前記スキャナに光学検出器を設け、前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って、前記スキャナを移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出し、前記スキャンにより得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離とし、前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とするミリ波イメージングシステムの撮像方法である。
【００１８】
上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、ならびに、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【００１９】
また、上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記被測定物表面に、前記光学反射板を２枚貼り付け、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と光学反射板間の通過距離とを算出し、前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出し、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向の位置を、前記角度を元に前記光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正し、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【００２０】
さらに、上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記平面状の光学反射板は、幾何学的特性である形状、光学的特性である反射率、又は色の１つあるいは複数を組み合わせ、前記直交方向の幅を表記するものとすることができる。
【００２１】
本発明の別の特徴は、スキャナであって、内蔵するビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を内蔵するビーム検出器で測定しつつ、当該スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナと、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の平面状の光学反射板であって、前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付けられた光学反射板と、前記スキャナに取り付けられ、当該スキャナの移動中に所定の向きに光学信号を発射し、前記光学反射板に反射して戻ってくる反射光学信号を受信し、光学反射強度を検出する光学検出器と、前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って前記スキャナを移動させるときに、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行うビーム強度・光強度スキャン測定手段と、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出する移動距離算出手段と、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離を算出する直交方向距離算出手段と、前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とする長手方向位置算出手段とを備えたミリ波イメージングシステムである。
【００２２】
上記発明のミリ波イメージングシステムにおいては、前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である直交方向における位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示する測定画像合成手段を備えたものとすることができる。
【００２３】
また、上記発明のミリ波イメージングシステムにおいては、前記光学反射板は、前記被測定物表面に２枚貼り付けられ、前記移動距離算出手段は、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と前記光学反射板間の通過距離とを算出し、前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出する角度算出手段と、前記ビーム強度スキャン測定位置として、該スキャナの前記第１の光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置を、前記角度を元に前記第１の光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正する補正手段とを備え、前記測定画像合成手段は、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の透視ミリ波イメージングシステム及びその撮像方法によれば、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く検知対象物の形状を特定することが困難である場合でも、光学反射板による位置合わせを行いながらスキャン回数を繰り返すことによって撮像領域を拡大し、隠蔽された検知対象物の形状を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１〜第３の各実施形態に係るミリ波イメージングシステムのブロック図。
【図２】図１のミリ波イメージングシステムにおけるスキャナのブロック図。
【図３】コンクリート表面とクラックにおけるミリ波の反射特性を示した説明図。
【図４】図２のスキャナにおける送信アンテナ、受信アンテナそれぞれのブロック図。
【図５】図２のスキャナにおける電磁波照射部と電磁波検知部のコンクリートに対する設置例を示す説明図。
【図６】第１、第２の実施形態における制御ＰＣの機能構成を示すブロック図。
【図７】第１の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図８】第１の実施形態のミリ波イメージングシステムにおける光学反射板とスキャン方向（直交方向）と長手方向を示す説明図。
【図９】第２の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図１０】第２の実施形態のミリ波イメージングシステムによるミリ波スキャンにより得られる領域拡大したスキャン画像の説明図。
【図１１】第３の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図１２】第３の実施形態における制御ＰＣの機能構成を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態のミリ波イメージングシステムによる光学反射板、及び直交方向と長手方向とスキャン方向の角度との関係を示す説明図。
【図１４Ａ】第１、第２の実施形態における光学反射板に代えて使用する光学反射部材の説明図。
【図１４Ｂ】第３の実施形態における光学反射板に代えて使用する光学反射部材の説明図。
【図１５】本発明の実施例のミリ波イメージングシステムによる撮像結果の表示画像。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下の説明において、共通する要素若しくは類似する要素については共通の又は類似する符号を用いて説明する。また、本発明において「ターゲット」とは、建物やトンネルなどの構造物に使用されるコンクリートなどを指し、ミリ波帯の電磁波（以下、「ミリ波」と称する。）とは、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの電磁波を指す。また、「媒質」とはアンテナとターゲットとの間に介在しミリ波を伝達可能な仲介物をさす。ミリ波は、可視光が透過する空気などの媒質だけでなく、人間が身にまとう衣類、住宅建材として使用される木材などの可視光では透過しない媒質も透過し、例えばターゲットであるコンクリートに対しては、周波数が１００ＧＨｚの場合、１０ｍｍ程度の深さまでコンクリートの表層を透過する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係るミリ波イメージングシステム１の構成を示している。同図に示すように、ミリ波イメージングシステム１は、移動型でミリ波照射・検知を行うスキャナ２と、このスキャナ２の移動方向の前部に取り付けられた赤外線センサ、レーザ光センサのような光線照射・反射光検知を行う光学検出器３０と、ロックインアンプ３と、制御、演算処理用のパーソナルコンピュータ（以下、「制御ＰＣ」と称する。）４と、ターゲット上の適宜の位置に貼り付けられた光学反射板２０とで構成される。
【００２８】
スキャナ２は、先願に係る公開公報である特許文献１に記載された構成のものと同様である。電磁波照射部５からミリ波をターゲットに照射し、ミリ波のターゲットに対する応答性を電磁波検知部６で測定する。測定された検知信号をロックインアンプ３へ伝送する。一方で、車輪付き筐体７がスキャンした距離を距離センサ８で検知し、検知された距離情報を制御ＰＣ４へ伝送する。
【００２９】
ロックインアンプ３は、単一チャネルで入力される検知信号を位相感応検波し、ミリ波の反射強度を出力する。尚、所望ターゲット信号のＳ／Ｎ比が良好な場合は、ロックインアンプ３を用いずに、受信アンテナ１３の出力を制御ＰＣ４に直接に送出する構成にすることができる。
【００３０】
光学反射板２０は光学反射性がある直角三角形の板材であり、ターゲット１６上の適宜の位置、スキャンする領域の端部の位置にスキャナ２のスキャン方向に直角な方向、すなわち長手方向に長辺が沿うようにして貼り付けられている。この光学反射板２０は三角形に限定されるものではなく、長手方向の位置ｙとこれに直交する直交方向の幅ｗとが一対一に対応する関数関係を持つ形状であればよい。しかしながら、長辺が短辺に対して長い細長い形状の三角形板を採用するのがシステム構成上は簡素化が図れて好ましい。
【００３１】
光学検出器３０は、所定強度の可視光を所定の方向に発射する発光部３１と、ターゲット１６に当たって反射してきた反射光を受光する受光部３２と、発光部３１の発光動作と受光部３２の受光動作を制御し、受光部３２の受光強度を検出して制御ＰＣ４へ出力する制御部３３とを備えている。例えば、光学反射板２０における位置の特定情報が厚みである場合には赤外変位計等を用いる。光学反射板２０における位置の特定情報が色である場合にはＣＣＤセンサ等を用いる。また、光学反射板２０における位置の特定情報が反射率である場合にはレーダ等を用いる。この実施形態では、光学反射率を利用する。
【００３２】
制御ＰＣ４は、ロックインアンプ３で位相感応検波された強度信号及び距離センサ８により検知された距離情報に基づいてターゲットの画像データを生成する。制御ＰＣ４は、これと同時に、光学検出器３０により検知された光学強度信号及び距離センサ８により検知された距離情報に基づいて光学反射板２０のスキャン該当位置での長手方向に直交する直交方向の幅ｗを検出し、また光学反射板２０のスキャン線該当位置でのスキャン開始点ｘ０を検出し、さらにスキャン該当位置の長手方向の位置ｙを算定する。制御ＰＣ４はさらに、検出したスキャン線の長手方向位置ｙ、スキャン開始点ｘ０とこのスキャン開始点ｘ０から始めてスキャン線上の画像データをスキャン位置ｘと対応させて記憶すると共に、画像モニタに表示する演算処理を行う。
【００３３】
次に、スキャナ２の具体的な構成について図２を用いて説明する。同図に示すように、スキャナ２は、電磁波照射部５と、電磁波検知部６と、距離センサ８とを車輪付き筐体７に備える。
【００３４】
電磁波照射部５は、電磁波発生器９と、低周波信号器１０と、変調器１１と、送信アンテナ１２で構成される。電磁波発生器９は、ミリ波を発生する。ここでは例えばＧＵＮＮ発振器を使用し、６０〜１２０ＧＨｚのミリ波を発生する。低周波信号器１０は、外部のロックインアンプ３が位相感応検波可能な範囲の周波数信号を出力する。一方で、変調器１１に周波数信号を出力する。ここでは例えばシンセサイザを使用する。変調器１１は、低周波信号器１０の出力信号を用いて電磁波発生器９の出力信号を変調する。ここでは例えば、ＰＩＮスイッチを使用する。送信アンテナ１２は、ミリ波をターゲットであるコンクリート１６に放射する。ここでは例えばホーンアンテナを使用し、コンクリートにミリ波を拡散照射させる。
【００３５】
電磁波検知部６は、受信アンテナ１３と、検波器１４と、スイッチ１５で構成される。受信アンテナ１３は、コンクリート１６で反射したミリ波を受信する。ここで例えば平面スロットアンテナを使用する。検波器１４は、例えば一列に１６個配列されるものとし、受信アンテナ１３により受信されたミリ波の反射強度を電気信号に変換する。ここで例えば検波器１４には、各々が受信アンテナ１３に接続されたショットキーダイオードを使用し、ミリ波の反射強度を検知する。スイッチ１５は、各々の検波器１４からの出力を順次切り換えて外部のロックインアンプ３へ出力する。ここではスイッチ１５には４００マイクロ秒以下の切り換え速度が可能な電子回路式のＰＩＮダイオードスイッチを使用する。これにより１６個の検波器１４の各々から出力された並列信号が単一入力式のロックインアンプ３に高速出力される。
【００３６】
車輪付き筐体７は、スキャナ２をコンクリート１６に沿ってスキャンする。ここではコンクリート１６の表面に接するように車輪が備え付けられた筐体を使用し、コンクリート１６表面に沿った移動スキャンを容易にしている。車輪付き筐体７のサイズは、例えば数十センチ四方程度の大きさのハンディ型とし、操作者が片手での操作を可能にしている。
【００３７】
距離センサ８は、車輪付き筐体７によりスキャンされた移動距離を検知し、距離情報を外部の制御ＰＣ４へ伝送する。ここでは例えば、車輪付き筐体７の車輪の回転軸に備え付けられロータリーエンコーダにより車輪の移動量を検知し、距離センサ８内部のマイコンにより距離情報を計算し、制御ＰＣ４へ伝送する。
【００３８】
次に、コンクリートで反射したミリ波の特性について図３を用いて説明する。同図は、コンクリート表面とクラックにおけるミリ波の反射特性を示した図である。コンクリート１６の表面からの反射波のビームパターンを実線で、クラック１７からの反射波のビームパターンを破線でそれぞれ模式的に示している。
【００３９】
同図に示すように、コンクリート１６の表面が平らかつ滑らかである場合、コンクリート１６に対して垂直な垂直軸Ｋに対して角度θ１で入射したミリ波Ｗｉｎは、垂直軸Ｋに対して入射側の逆側に表面反射する。このとき入射角と反射角の法則により、垂直軸Ｋに対して角度θ１で表面反射するミリ波の強度が最大となる。
【００４０】
一方で、ミリ波が１０ｍｍ程度の深さのコンクリート表層を透過して入射した場合、コンクリート１６の内部に浸透したミリ波は、ミリオーダーのクラックが有する凹凸構造により、様々な角度方向に散乱反射する。
【００４１】
これにより、受信アンテナ１３によりコンクリート１６で反射したミリ波を受信し、コンクリート１６で表面反射するミリ波Ｗｃｒｔとコンクリート表層内部のクラック１７で散乱反射するミリ波Ｗｃｒｋの反射特性の違いから、クラック１７を検出することができる。
【００４２】
次に、送信アンテナと受信アンテナの構成及び設置方法について図４、５を用いて説明する。図４は、送信アンテナと受信アンテナの構成を概略的に示した図である。電磁波照射部５と電磁波検知部６においては、異なるアンテナを用いたバイスタティック系の電磁波送受信方式により、ミリ波の送受信を行うこととし、同図（ａ）に示すように電磁波照射部５における送信アンテナ１２には主軸がＢ１で表されるホーンアンテナを使用し、同図（ｂ）に示すように電磁波検知部６における受信アンテナ１３には主軸がＢ２で表される平面スロットアンテナを使用する。
【００４３】
図５は、電磁波照射部と電磁波検知部のコンクリートに対する設置例を示す。同図に示すように、コンクリート１６の表面に垂直な垂直軸Ｋとしたとき、送信アンテナ１２の主軸Ｂ１及び垂直軸Ｋのなす角度θ１と、受信アンテナ１３の主軸Ｂ２及び垂直軸Ｋのなす角度θ２とが異なるように設置する。同図では、受信アンテナ１３の主軸Ｂ２及び垂直軸Ｋのなす角度θ２が、θ１よりも角度φだけ大きい状態を示している。
【００４４】
このように送信アンテナ１２と受信アンテナ１３を設置することで、受信アンテナ１３の方向とコンクリート１６で表面反射したミリ波成分の進行方向とが異なるので、表面反射したミリ波成分が受信アンテナ１３に入るのが抑制され、所望信号であるコンクリート１６表層内部のクラック１７で散乱反射したミリ波成分のＳＮ比が向上し、クラック１７の検出精度が向上する。
【００４５】
このような構成としたことで、スキャナ２の電磁波発生器９で発生したミリ波は、車輪付き筐体７底面の開口部からコンクリート１６へ照射され、コンクリート１６で反射した反射波が複数の受信アンテナ１３で受信され、それぞれの受信アンテナ１３に対応する検波器１４によって検知される。検知された反射強度は、ダイオードの整流作用によって電圧値に変換され、ロックインアンプ３によりその強度が数値化され制御ＰＣ４の画面に表示される。このとき、コンクリート１６で表面反射した反射波と、コンクリート表層内部のミリオーダーのクラック１７で散乱反射した反射波の反射強度の違いから、クラック１７を検知することができる。
【００４６】
さらに、一列に幅ｌｗの中にｎ個配列された検波器１４の各々から並列出力された出力信号を、電子回路式の切り換えスイッチ１５により順次切り換えることで、各検波器からの複数の並列信号が高速に出力され、一方向のスキャンでｌｗ幅の画像データを生成することができる。
【００４７】
これにより、操作者が手で車輪付き筐体７をコンクリートの表面に沿ってスキャンすると、距離センサ８によってスキャン移動距離情報が制御ＰＣ４に伝送される。一方で、制御ＰＣ４により、ロックインアンプ３で数値化されたスイッチ１５からの出力信号の強度を、スキャン方向ｘのスキャナ２の移動距離に合わせて次々に描画することで、広範囲に渡ってコンクリート１６表面のｘ方向に沿って一定幅ｌｗの二次元画像をリアルタイムに得ることができる。
【００４８】
スキャン線ｘの長手方向位置ｙを自動測定する手順について、図６の制御ＰＣ４の演算処理機能を処理機能ごとに分解して示した機能ブロック図、また図７、図８を用いて説明する。制御ＰＣ４は、距離センサ８からの距離信号を入力してデータ化する移動距離入力部４１、光学検出器３０からの光学強度信号を入力してデータ化する光学強度入力部４０２、ロックインアンプ３からのミリ波強度信号を入力してデータ化するミリ波強度入力部４０３、光学強度入力部４０２からの光学強度データと移動距離入力部４０１の出力するスキャン方向ｘの移動距離ｄを対応付けて順次記憶する移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４、ミリ波強度入力部４０３のミリ波強度データと同じくスキャン方向ｘの移動距離ｄと対応付けて順次記憶する移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５を備えている。
【００４９】
制御ＰＣ４は、また、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４の処理データから光学反射板２０のスキャン方向ｘの横断幅ｗとその横断の終了点ｘ０（開始点であってもよい）とを検出する反射板幅検出部４０６、幅ｗを与える横断終了点ｘ０の光学反射板長辺上の頂点（０，０）からの距離ｙを算出する関数ｙ＝ｆ（ｗ）を記憶し、この関数に前記検出幅ｗを当てはめることによって横断終了点ｘ０の長手方向位置ｙを求める長手方向位置検出部４０７を備えている。
【００５０】
制御ＰＣ４は、さらに、移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５が１スキャンごとに処理する撮像幅ｌｗの画像データを得るスキャン画像処理部４０８、スキャン画像処理部４０８の得たスキャン方向（ｘ方向）の各スキャン点の画像データを、長手方向位置検出部４０７が求めたスキャン線の長手方向位置ｙと対応付けて画像記憶部４１０にストアする長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部４０９、画像記憶部４１０の画像データを読み出して長手方向位置ｙ上に撮像幅ｌｗ分でスキャン長さ分の領域の画像合成を行い、ターゲット１６の二次元のミリ波イメージを得て画像モニタ４１２に表示させる画像合成部４１１を備えている。
【００５１】
この実施形態のミリ波イメージングシステムでは、スキャナ２の送信アンテナ１２で放射されたミリ波が、媒質を透過した後にターゲット１６で反射し、受信アンテナ１３及び検波器１４により検知された反射波の強度を、ロックインアンプ３で数値化することで、コンクリート１６で表面反射した反射波と、コンクリート１６表層内部のミリオーダーのクラック１７で散乱反射した反射波の反射強度の違いから、クラック１７を検出する。さらに、車輪付き筐体７でコンクリート１６の表面に沿ってスキャンすることで、距離センサ８により検知した距離情報に基づいて、スキャン線ｘ方向の一定撮像幅ｌｗのコンクリート１６表面の二次元画像データを形成する。
【００５２】
そして、このスキャナ２のスキャン時のスキャン線の長手方向の位置ｙは、次のようにして特定する。上述したように、光学反射板２０は、ターゲットであるコンクリート１６の上の適宜の位置、つまり、通常ターゲット１６のスキャン対象領域の近くで、かつ、スキャンの邪魔にならない位置に貼り付ける。
【００５３】
この光学反射板２０は、長手方向の位置を一意に特定できることが特徴であり、例えば図８に示すような三角形状である。スキャナ２のスキャン方向をｘとし、それに直交する長手方向をｙとし、スキャンｘｉの長手方向位置ｙｉとすれば、図８に示す横断幅ｗｉが光学反射板２０の長手方向の位置ｙｉを一意に特定する情報となる。
【００５４】
スキャナ２に設置した光学検出器３０が光学反射板２０上を通過するようにコンクリート１６の表面のスキャンを行えば、光学検出器３０が光学反射板２０の位置で光学反射強度が強くなるので、この光学反射強度が強い部分の長さを光学反射板２０の幅ｗとする。そして、この幅ｗの値から、スキャナ２のスキャン時のそのスキャン線の長手方向位置ｙをｙ＝ｆ（ｗ）の関数式にて換算する。光学反射板２０は、その長辺を長手方向ｙに一致させることにより、光学反射板２０の検出終了点をスキャン方向の一つのスキャン基点（０，ｙ）とする位置合わせも行う。
【００５５】
いま、あるスキャン番号をｘｉとする。このスキャンｘｉにおいて、光学検出器３０が検出した光学反射板２０の横断幅ｗｉであったとする。この場合、スキャンｘｉの長手方向の位置ｙｉは、ｙｉ＝ｆ（ｗｉ）にて得る。そして、光学反射板２０の検出終了点をこのスキャンｘｉの開始基点（ｄｉ１，ｙｉ）＝（０，ｙｉ）とする。すなわち、距離センサ８の検出するターゲット１６に対するスキャン開始点とし、ここからスキャンｘｉが直交ｘ方向に行われ、スキャナ２のスキャン方向に刻み増分Δｄずつｍ点スキャンするとして、このΔｄごとに距離センサ８の移動距離ｄｉｊと（ｄｉｊ，ｙｉ）点におけるミリ波反射強度のデータ（ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）とを対応づけてスキャンデータを得たとする。ここで、スキャン点は、ｄｉ１（開始点），ｄｉ２，…，ｄｉｍ（終了点）であり、各ｄｉｊ点のスキャンにおける（ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）は、スキャナ２の撮像幅ｌｗの中にｎ個の検出点があり、スキャン幅ｌｗの中でｎ点ずつ同時にスキャンすることを意味している。
【００５６】
これによって、画像モニタ４１２には、図１５（ａ）に示すようなミリ波スキャン画像３５が表示される。
【００５７】
以上のように、この実施形態のミリ波イメージングシステム及びそれを用いた撮像方法によれば、ミリ波スキャン対象であるターゲット１６に対して長手方向の正確な位置ｙｉにおいて直交方向ｘにｌｗ幅のミリ波スキャン画像３５が得られる。
【００５８】
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係るミリ波イメージングシステムの全体構成を示し、図１０は画像モニタ４１２の表示例を示している。この実施形態のシステム構成は第１の実施の形態と共通であり、図１、図２に示したものである。そして、スキャナ２によるミリ波スキャンは、スキャン幅ｌｗずつｙ位置をずらせて繰り返し行う点、また、制御ＰＣ４内では、スキャン幅ｌｗずつｙ位置をずらせて行った各スキャンｘｉでのミリ波反射強度データ（ｄｉｊ；ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）を画像データ記憶部４１０にストアする点、そして、画像合成部４１１が、画像データ記憶部４１０にストアされているｙ位置をずらせて行った複数ｐ回（ｘ１〜ｘｐのスキャン）のミリ波反射強度データを画像合成し、画像モニタ４１２に描画することでターゲット１６の広いスキャン対象面の内部の２次元透視画像を得るようにした点が、第１の実施形態とは異なる。
【００５９】
本発明のミリ波イメージングシステムの実施例にて得たモニタ画像を図１５（ｂ）に示している。撮像幅ｌｗが１ｃｍのミリ波スキャナ２を用いて、セラミックタイル下のコンクリートひび割れ（幅０．３５ｍｍ）を９スキャン分撮像した。図１５（ａ）に示すように、画素アレイの撮像幅ｌｗが１ｃｍであるとき、Ａの位置に潜むひび割れの有無を画像から認識することは困難である。図１５（ｂ）は、撮像幅ｌｗずつずらせたスキャン位置ｙ１〜ｙ９それぞれにおいて合計９スキャンｘ１〜ｘ９を行い、９スキャン分の撮像画像を合成したものであり、ひび割れ形状を明瞭に認識できることが分かる。
【００６０】
［第３の実施形態］
図１１は、本発明の第３の実施形態に係るミリ波イメージングシステムの全体構成を示している。この実施形態は、ターゲット１６の表面に２つの光学反射板２０Ａ，２０Ｂを貼り、スキャナ２の移動方向の光学反射板２０Ａ，２０Ｂに対する角度θを自動算出することを特徴とする。これにより、スキャナ２の基点側の第１の光学反射板２０Ａからのスキャン方向に沿った移動距離、ならびに、スキャナ２のスキャン方向に対し直角である方向における位置について、より正確に補正を行うことが可能となる。
【００６１】
この実施形態における制御ＰＣ４の処理機能は図１２のようになる。すなわち、図６に示した第１、第２の実施形態における制御ＰＣ４の処理機能と共通する移動距離入力部４１、光学強度入力部４０２、ミリ波強度入力部４０３、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４、移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５を備えている。
【００６２】
制御ＰＣ４は、また、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４の処理データから光学反射板２０Ａ，２０Ｂそれぞれのスキャン線の通過距離ｒ，ｒ′、光学反射板２０Ａ，２０Ｂ間の通過距離Ｒを算出する反射板幅検出部４０６０、スキャン線の長手ｙ方向に対する角度θを算出するスキャン角度検出部４０７１、スキャンｘｉについて第１の光学反射板２０Ａの長辺上の頂点（０，０）からスキャン開始点までの距離ｙｉを算出する長手方向位置検出部４０７２を備えている。
【００６３】
制御ＰＣ４は、また、スキャン画像処理部４０８、スキャン画像処理部４０８の得た角度θのスキャン方向の画像データを、長手方向位置検出部４０７２が求めたスキャン基点の位置（０，ｙｉ）、スキャン番号ｘｉと対応付けて画像記憶部４１０にストアする長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部４０９０を備え、さらに、第２の実施形態と同様に画像記憶部４１０にストアされている画像データのθ傾いた状態での画像合成を行い、ターゲット１６の二次元のミリ波イメージを得て画像モニタ４１２に表示させる画像合成部４１１を備えている。
【００６４】
この実施形態のミリ波イメージングシステムを用いた撮像方法を図１３を用いて説明する。ここでは、２つの直角二等辺三角形板を光学反射板２０Ａ，２０Ｂとして用いている。第１の光学反射板２０Ａは、（ｘ，ｙ）座標がそれぞれ（０，０），（０，ａ），（ａ，ａ）に頂点を持つ直角二等辺三角形である。また、第２の光学反射板２０Ｂは、（ｘ，ｙ）座標がそれぞれ（−Ａ，０），（−Ａ，ａ），（−Ａ−ａ，ａ）に頂点を持つ直角二等辺三角形である。スキャナ２の光学検出器３０が測定を行ったところ、第１の光学反射板２０Ａの通過距離がｒ、光学反射板２０Ａ，２０Ｂ間の通過距離がＲ、第２の光学反射板２０Ｂの通過距離がｒ′だったとする。この時、スキャナ２の移動方向のｘ軸からのずれは、θ＝±ａｒｃｓｉｎ（Ａ／Ｒ）で表される。また、ｒ＜ｒ′であるので、θ＞０となることから、結果として、θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ／Ｒ）で与えられる。
【００６５】
これにより、この実施形態のミリ波イメージングシステム及びそれを用いた撮像方法によれば、光学検出器３０の軌跡をより正確に算出することができ、スキャナ２の位置座標（ｘ，ｙ）をより正確に表すことができ、この結果、ミリ波イメージングシステムの撮像が正確なものとなる。
【００６６】
［他の実施形態］
図１４Ａは、本発明の第１、第２の実施形態のミリ波イメージングシステムで用いた光学反射板２０に代えて使用する光学反射部材２０１を示している。図１４Ａの光学反射部材２０１は、光学反射部２０２を１箇所に設け、周辺を透明部２０３にした１枚の部材で構成したものである。図１４Ｂは、本発明の第３の実施形態のミリ波イメージングシステムで用いた光学反射板２０Ａ，２０Ｂに代えて使用する光学反射部材２１０を示している。図１４Ｂの光学反射部材２１０は、光学反射部２１１Ａ，２１１Ｂを２箇所に設け、周辺を透明部２１２にした１枚の部材で構成したものである。これらの光学反射部材２００，２１０を利用しても上記第１〜第３の実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施形態に対して種々の変形や変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１…ミリ波イメージングシステム
２…スキャナ
４…制御ＰＣ
１６…コンクリート（ターゲット）
１７…クラック
２０，２０Ａ，２０Ｂ…光学反射板
３０…光学検出器
４０１…移動距離入力部
４０２…光学強度入力部
４０３…ミリ波強度入力部
４０４…移動距離・光学強度データ対応付け処理部
４０５…移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部
４０６…反射板幅検出部
４０７…長手方向位置検出部
４０８…スキャン画像処理部
４０９…長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部
４１０…画像記憶部
４１１…画像合成処理部
４１２…画像モニタ
４０６０…反射板幅検出部
４０７１…スキャン角度検出部
４０７２…長手方向位置検出部
４０９０…長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波を利用し、隠蔽物を通して透視を行うミリ波イメージングシステムとその撮像方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く検知対象物の形状を特定することが困難である場合に、光学反射板による位置合わせを行いながらスキャンを繰り返すことで撮像領域を拡大するミリ波イメージングシステムとその撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波を利用する透視スキャナを用いる検査ニーズは世の中に数多く存在する。一例として、戦後の高度成長期に建設された高速道路などの老朽化したコンクリート構造物や近年の施工不良マンションなどの耐久性検査を挙げる。
【０００３】
コンクリート構造物の耐久性を検査する際の最重要項目の一つは、コンクリート表面のひび割れ検査である。ひび割れは、地震等によって構造物に応力が加わるとコンクリートが破断して生じる。コンクリートの表面でひび割れが発生すると、そこから雨水等が入り込み、内部の鉄筋に到達すると腐食が始まり、鉄筋の強度が落ちて構造物の耐久性低下を引き起こす。このような構造物の耐久性低下を未然に防ぐには、表面ひび割れの早期発見と補修の実施が重要となる。補修が必要となるひび割れの程度を示すには、コンクリート表面に現れたひび割れの「幅」を指標として用いる場合が多い。鉄筋への到達と直接的に関わる「深さ」も重要な指標であるが、ひび割れ幅から深さをある程度予測できるため、表面のひび割れ幅を用いて補修実施の要否を判断するのが一般的となっている。
【０００４】
構造物の耐久性に関する許容ひび割れ幅に関しては、各国の提案基準によって若干のばらつきがある。おおよそ、乾燥空気中であれば幅０．３〜０．４ｍｍ、湿空中であればそれ以下の値を許容ひび割れ幅と規定しているものが多く、幅が０．２ｍｍ以上に達したひび割れについては、充填材や被覆による補修、あるいは鋼製アンカー等による補強を実施する対象としている（非特許文献１）。
【０００５】
現在のひび割れ診断は目視による検査が主流であるが、実際の構造物の壁には塗装や壁紙装飾あるいは補修材などの隠蔽物によって被覆されている場合がしばしばあり、常に目視検査が行えるとは限らない。
【０００６】
従来技術としてＸ線を使う検査方法も考えられるが、Ｘ線は送受信センサを対向に配置して透視像を得るため、測定構造物の裏側に回り込めない状況では使用困難であることや、安全面に関わる問題も出てくる。
【０００７】
また、ひび割れ発生の要因はコンクリートの材料・施工・環境・構造・外力などの条件又はその組み合わせによって多岐に渡るため、ひび割れの現れる場所と時期を予測したり制御したりすることは不可能に近い。したがって、ひび割れ点検作業は構造物の広域に渡って行うことが望ましいが、超音波のように探触子を当てて探る方法では作業時間が掛かるため、実施上の課題を抱えている。
【０００８】
以上のように、既存の技術によって被覆されたコンクリート表面のひび割れを迅速に検査することは困難であった。が、近年になり、ミリ波ビームを媒体とした透視技術が開発されてきた（特許文献１、特許文献２）。ミリ波とは周波数が３０〜３００ＧＨｚ、波長が１〜１０ｍｍの電磁波であり、隠蔽物である壁紙や塗装等の被覆を透過し易く、かつ、コンクリート内部には入り難いため、コンクリート表面のみを検査するのに適している。コンクリート表面に斜めからミリ波を当てると、ひび割れがない平坦な部分では、反射波が一方向へ集中し、ひび割れがある部分では、ひび割れのエッジにおいて反射波が四方八方へ散乱する。そのゆえに、ビーム発生器とビーム受信器とを対向配置すると、表面における反射ビーム強度の違いによってひび割れ部分を検知できる。現在のところ、特許文献１および特許文献２に記載のミリ波イメージング技術は、使用困難で安全上問題のあるＸ線を用いずに被覆物によって隠蔽されたコンクリート表面のひび割れ検知を可能とする唯一の手段であるが、以下に述べる改良課題を抱えている。
【０００９】
上述のミリ波イメージング技術では、撮像素子を１次元状に配置した数センチメートル程度の撮像幅を有するスキャナを現場作業者がコンクリート表面を転がし、画像モニタに映し出された透視像を見てひび割れの有無を判断する。この場合、撮像素子の１次元配置方向は、スキャナの移動方向と直交している。
【００１０】
しかしながら、波長が数ミリメートルのミリ波によって得られた透視像は検知対象となるサブミリメートル幅のひび割れを明瞭に映し出す解像度を有していないためピンボケしており、さらに、検知対象となるひび割れの他にコンクリート表層内部の骨材・細骨材・気泡等もノイズとして映るため、数センチメートル程度の撮像幅ではひび割れを特定するのに十分な視認性を得られず、現場作業者がひび割れを見落とすことが危惧される。
【００１１】
この課題を解決するには、撮像素子の数を増やして撮像幅を拡大することが考えられるが、画素数を増やすとスキャナ本体のサイズが大きくなって現場における作業性と可搬性が低下し、また、装置が高価になるという新たな問題点が生ずることになる。
【００１２】
この「画素数と撮像幅」というジレンマは、ひび割れを検知対象としたミリ波スキャナのみならず、検知対象物が撮像幅に対して小さいという状況下において、他用途の透視スキャナにおいても共通した問題となっている。
【００１３】
以上のような理由から、撮像幅の狭いミリ波透視スキャナで検知対象物を特定する技術の開発が要望されてはいるが、これまでのところ、そのような技術は実現できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−１２１２３０号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１２１４号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「コンクリートのひび割れ調査、補修・補強指針」、２７４〜２７９頁、社団法人日本コンクリート工学協会編著、２００３年出版。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く、隠蔽された検知対象物の形状を特定することが困難である場合に、撮像領域を拡大して視認性を向上させることができるミリ波イメージングシステム及びその撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の特徴は、スキャナのビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を前記スキャナのビーム検出器で測定しつつ、前記スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナを用いたミリ波イメージングシステムの撮像方法において、平面状の光学反射板であって、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の光学反射板を前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付け、前記スキャナに光学検出器を設け、前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って、前記スキャナを移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出し、前記スキャンにより得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離とし、前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とするミリ波イメージングシステムの撮像方法である。
【００１８】
上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、ならびに、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【００１９】
また、上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記被測定物表面に、前記光学反射板を２枚貼り付け、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と光学反射板間の通過距離とを算出し、前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出し、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向の位置を、前記角度を元に前記光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正し、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【００２０】
さらに、上記発明のミリ波イメージングシステムの撮像方法においては、前記平面状の光学反射板は、幾何学的特性である形状、光学的特性である反射率、又は色の１つあるいは複数を組み合わせ、前記直交方向の幅を表記するものとすることができる。
【００２１】
本発明の別の特徴は、スキャナであって、内蔵するビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を内蔵するビーム検出器で測定しつつ、当該スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナと、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の平面状の光学反射板であって、前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付けられた光学反射板と、前記スキャナに取り付けられ、当該スキャナの移動中に所定の向きに光学信号を発射し、前記光学反射板に反射して戻ってくる反射光学信号を受信し、光学反射強度を検出する光学検出器と、前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って前記スキャナを移動させるときに、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行うビーム強度・光強度スキャン測定手段と、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出する移動距離算出手段と、前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離を算出する直交方向距離算出手段と、前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とする長手方向位置算出手段とを備えたミリ波イメージングシステムである。
【００２２】
上記発明のミリ波イメージングシステムにおいては、前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である直交方向における位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示する測定画像合成手段を備えたものとすることができる。
【００２３】
また、上記発明のミリ波イメージングシステムにおいては、前記光学反射板は、前記被測定物表面に２枚貼り付けられ、前記移動距離算出手段は、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と前記光学反射板間の通過距離とを算出し、前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出する角度算出手段と、前記ビーム強度スキャン測定位置として、該スキャナの前記第１の光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置を、前記角度を元に前記第１の光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正する補正手段とを備え、前記測定画像合成手段は、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の透視ミリ波イメージングシステム及びその撮像方法によれば、ミリ波透視スキャナの撮像幅が狭く検知対象物の形状を特定することが困難である場合でも、光学反射板による位置合わせを行いながらスキャン回数を繰り返すことによって撮像領域を拡大し、隠蔽された検知対象物の形状を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１〜第３の各実施形態に係るミリ波イメージングシステムのブロック図。
【図２】図１のミリ波イメージングシステムにおけるスキャナのブロック図。
【図３】コンクリート表面とクラックにおけるミリ波の反射特性を示した説明図。
【図４】図２のスキャナにおける送信アンテナ、受信アンテナそれぞれのブロック図。
【図５】図２のスキャナにおける電磁波照射部と電磁波検知部のコンクリートに対する設置例を示す説明図。
【図６】第１、第２の実施形態における制御ＰＣの機能構成を示すブロック図。
【図７】第１の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図８】第１の実施形態のミリ波イメージングシステムにおける光学反射板とスキャン方向（直交方向）と長手方向を示す説明図。
【図９】第２の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図１０】第２の実施形態のミリ波イメージングシステムによるミリ波スキャンにより得られる領域拡大したスキャン画像の説明図。
【図１１】第３の実施形態のミリ波イメージングシステムのスキャン動作状態を示す概念図。
【図１２】第３の実施形態における制御ＰＣの機能構成を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態のミリ波イメージングシステムによる光学反射板、及び直交方向と長手方向とスキャン方向の角度との関係を示す説明図。
【図１４Ａ】第１、第２の実施形態における光学反射板に代えて使用する光学反射部材の説明図。
【図１４Ｂ】第３の実施形態における光学反射板に代えて使用する光学反射部材の説明図。
【図１５】本発明の実施例のミリ波イメージングシステムによる撮像結果の表示画像。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下の説明において、共通する要素若しくは類似する要素については共通の又は類似する符号を用いて説明する。また、本発明において「ターゲット」とは、建物やトンネルなどの構造物に使用されるコンクリートなどを指し、ミリ波帯の電磁波（以下、「ミリ波」と称する。）とは、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの電磁波を指す。また、「媒質」とはアンテナとターゲットとの間に介在しミリ波を伝達可能な仲介物をさす。ミリ波は、可視光が透過する空気などの媒質だけでなく、人間が身にまとう衣類、住宅建材として使用される木材などの可視光では透過しない媒質も透過し、例えばターゲットであるコンクリートに対しては、周波数が１００ＧＨｚの場合、１０ｍｍ程度の深さまでコンクリートの表層を透過する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係るミリ波イメージングシステム１の構成を示している。同図に示すように、ミリ波イメージングシステム１は、移動型でミリ波照射・検知を行うスキャナ２と、このスキャナ２の移動方向の前部に取り付けられた赤外線センサ、レーザ光センサのような光線照射・反射光検知を行う光学検出器３０と、ロックインアンプ３と、制御、演算処理用のパーソナルコンピュータ（以下、「制御ＰＣ」と称する。）４と、ターゲット上の適宜の位置に貼り付けられた光学反射板２０とで構成される。
【００２８】
スキャナ２は、先願に係る公開公報である特許文献１に記載された構成のものと同様である。電磁波照射部５からミリ波をターゲットに照射し、ミリ波のターゲットに対する応答性を電磁波検知部６で測定する。測定された検知信号をロックインアンプ３へ伝送する。一方で、車輪付き筐体７がスキャンした距離を距離センサ８で検知し、検知された距離情報を制御ＰＣ４へ伝送する。
【００２９】
ロックインアンプ３は、単一チャネルで入力される検知信号を位相感応検波し、ミリ波の反射強度を出力する。尚、所望ターゲット信号のＳ／Ｎ比が良好な場合は、ロックインアンプ３を用いずに、受信アンテナ１３の出力を制御ＰＣ４に直接に送出する構成にすることができる。
【００３０】
光学反射板２０は光学反射性がある直角三角形の板材であり、ターゲット１６上の適宜の位置、スキャンする領域の端部の位置にスキャナ２のスキャン方向に直角な方向、すなわち長手方向に長辺が沿うようにして貼り付けられている。この光学反射板２０は三角形に限定されるものではなく、長手方向の位置ｙとこれに直交する直交方向の幅ｗとが一対一に対応する関数関係を持つ形状であればよい。しかしながら、長辺が短辺に対して長い細長い形状の三角形板を採用するのがシステム構成上は簡素化が図れて好ましい。
【００３１】
光学検出器３０は、所定強度の可視光を所定の方向に発射する発光部３１と、ターゲット１６に当たって反射してきた反射光を受光する受光部３２と、発光部３１の発光動作と受光部３２の受光動作を制御し、受光部３２の受光強度を検出して制御ＰＣ４へ出力する制御部３３とを備えている。例えば、光学反射板２０における位置の特定情報が厚みである場合には赤外変位計等を用いる。光学反射板２０における位置の特定情報が色である場合にはＣＣＤセンサ等を用いる。また、光学反射板２０における位置の特定情報が反射率である場合にはレーダ等を用いる。この実施形態では、光学反射率を利用する。
【００３２】
制御ＰＣ４は、ロックインアンプ３で位相感応検波された強度信号及び距離センサ８により検知された距離情報に基づいてターゲットの画像データを生成する。制御ＰＣ４は、これと同時に、光学検出器３０により検知された光学強度信号及び距離センサ８により検知された距離情報に基づいて光学反射板２０のスキャン該当位置での長手方向に直交する直交方向の幅ｗを検出し、また光学反射板２０のスキャン線該当位置でのスキャン開始点ｘ０を検出し、さらにスキャン該当位置の長手方向の位置ｙを算定する。制御ＰＣ４はさらに、検出したスキャン線の長手方向位置ｙ、スキャン開始点ｘ０とこのスキャン開始点ｘ０から始めてスキャン線上の画像データをスキャン位置ｘと対応させて記憶すると共に、画像モニタに表示する演算処理を行う。
【００３３】
次に、スキャナ２の具体的な構成について図２を用いて説明する。同図に示すように、スキャナ２は、電磁波照射部５と、電磁波検知部６と、距離センサ８とを車輪付き筐体７に備える。
【００３４】
電磁波照射部５は、電磁波発生器９と、低周波信号器１０と、変調器１１と、送信アンテナ１２で構成される。電磁波発生器９は、ミリ波を発生する。ここでは例えばＧＵＮＮ発振器を使用し、６０〜１２０ＧＨｚのミリ波を発生する。低周波信号器１０は、外部のロックインアンプ３が位相感応検波可能な範囲の周波数信号を出力する。一方で、変調器１１に周波数信号を出力する。ここでは例えばシンセサイザを使用する。変調器１１は、低周波信号器１０の出力信号を用いて電磁波発生器９の出力信号を変調する。ここでは例えば、ＰＩＮスイッチを使用する。送信アンテナ１２は、ミリ波をターゲットであるコンクリート１６に放射する。ここでは例えばホーンアンテナを使用し、コンクリートにミリ波を拡散照射させる。
【００３５】
電磁波検知部６は、受信アンテナ１３と、検波器１４と、スイッチ１５で構成される。受信アンテナ１３は、コンクリート１６で反射したミリ波を受信する。ここで例えば平面スロットアンテナを使用する。検波器１４は、例えば一列に１６個配列されるものとし、受信アンテナ１３により受信されたミリ波の反射強度を電気信号に変換する。ここで例えば検波器１４には、各々が受信アンテナ１３に接続されたショットキーダイオードを使用し、ミリ波の反射強度を検知する。スイッチ１５は、各々の検波器１４からの出力を順次切り換えて外部のロックインアンプ３へ出力する。ここではスイッチ１５には４００マイクロ秒以下の切り換え速度が可能な電子回路式のＰＩＮダイオードスイッチを使用する。これにより１６個の検波器１４の各々から出力された並列信号が単一入力式のロックインアンプ３に高速出力される。
【００３６】
車輪付き筐体７は、スキャナ２をコンクリート１６に沿ってスキャンする。ここではコンクリート１６の表面に接するように車輪が備え付けられた筐体を使用し、コンクリート１６表面に沿った移動スキャンを容易にしている。車輪付き筐体７のサイズは、例えば数十センチ四方程度の大きさのハンディ型とし、操作者が片手での操作を可能にしている。
【００３７】
距離センサ８は、車輪付き筐体７によりスキャンされた移動距離を検知し、距離情報を外部の制御ＰＣ４へ伝送する。ここでは例えば、車輪付き筐体７の車輪の回転軸に備え付けられロータリーエンコーダにより車輪の移動量を検知し、距離センサ８内部のマイコンにより距離情報を計算し、制御ＰＣ４へ伝送する。
【００３８】
次に、コンクリートで反射したミリ波の特性について図３を用いて説明する。同図は、コンクリート表面とクラックにおけるミリ波の反射特性を示した図である。コンクリート１６の表面からの反射波のビームパターンを実線で、クラック１７からの反射波のビームパターンを破線でそれぞれ模式的に示している。
【００３９】
同図に示すように、コンクリート１６の表面が平らかつ滑らかである場合、コンクリート１６に対して垂直な垂直軸Ｋに対して角度θ１で入射したミリ波Ｗｉｎは、垂直軸Ｋに対して入射側の逆側に表面反射する。このとき入射角と反射角の法則により、垂直軸Ｋに対して角度θ１で表面反射するミリ波の強度が最大となる。
【００４０】
一方で、ミリ波が１０ｍｍ程度の深さのコンクリート表層を透過して入射した場合、コンクリート１６の内部に浸透したミリ波は、ミリオーダーのクラックが有する凹凸構造により、様々な角度方向に散乱反射する。
【００４１】
これにより、受信アンテナ１３によりコンクリート１６で反射したミリ波を受信し、コンクリート１６で表面反射するミリ波Ｗｃｒｔとコンクリート表層内部のクラック１７で散乱反射するミリ波Ｗｃｒｋの反射特性の違いから、クラック１７を検出することができる。
【００４２】
次に、送信アンテナと受信アンテナの構成及び設置方法について図４、５を用いて説明する。図４は、送信アンテナと受信アンテナの構成を概略的に示した図である。電磁波照射部５と電磁波検知部６においては、異なるアンテナを用いたバイスタティック系の電磁波送受信方式により、ミリ波の送受信を行うこととし、同図（ａ）に示すように電磁波照射部５における送信アンテナ１２には主軸がＢ１で表されるホーンアンテナを使用し、同図（ｂ）に示すように電磁波検知部６における受信アンテナ１３には主軸がＢ２で表される平面スロットアンテナを使用する。
【００４３】
図５は、電磁波照射部と電磁波検知部のコンクリートに対する設置例を示す。同図に示すように、コンクリート１６の表面に垂直な垂直軸Ｋとしたとき、送信アンテナ１２の主軸Ｂ１及び垂直軸Ｋのなす角度θ１と、受信アンテナ１３の主軸Ｂ２及び垂直軸Ｋのなす角度θ２とが異なるように設置する。同図では、受信アンテナ１３の主軸Ｂ２及び垂直軸Ｋのなす角度θ２が、θ１よりも角度φだけ大きい状態を示している。
【００４４】
このように送信アンテナ１２と受信アンテナ１３を設置することで、受信アンテナ１３の方向とコンクリート１６で表面反射したミリ波成分の進行方向とが異なるので、表面反射したミリ波成分が受信アンテナ１３に入るのが抑制され、所望信号であるコンクリート１６表層内部のクラック１７で散乱反射したミリ波成分のＳＮ比が向上し、クラック１７の検出精度が向上する。
【００４５】
このような構成としたことで、スキャナ２の電磁波発生器９で発生したミリ波は、車輪付き筐体７底面の開口部からコンクリート１６へ照射され、コンクリート１６で反射した反射波が複数の受信アンテナ１３で受信され、それぞれの受信アンテナ１３に対応する検波器１４によって検知される。検知された反射強度は、ダイオードの整流作用によって電圧値に変換され、ロックインアンプ３によりその強度が数値化され制御ＰＣ４の画面に表示される。このとき、コンクリート１６で表面反射した反射波と、コンクリート表層内部のミリオーダーのクラック１７で散乱反射した反射波の反射強度の違いから、クラック１７を検知することができる。
【００４６】
さらに、一列に幅ｌｗの中にｎ個配列された検波器１４の各々から並列出力された出力信号を、電子回路式の切り換えスイッチ１５により順次切り換えることで、各検波器からの複数の並列信号が高速に出力され、一方向のスキャンでｌｗ幅の画像データを生成することができる。
【００４７】
これにより、操作者が手で車輪付き筐体７をコンクリートの表面に沿ってスキャンすると、距離センサ８によってスキャン移動距離情報が制御ＰＣ４に伝送される。一方で、制御ＰＣ４により、ロックインアンプ３で数値化されたスイッチ１５からの出力信号の強度を、スキャン方向ｘのスキャナ２の移動距離に合わせて次々に描画することで、広範囲に渡ってコンクリート１６表面のｘ方向に沿って一定幅ｌｗの二次元画像をリアルタイムに得ることができる。
【００４８】
スキャン線ｘの長手方向位置ｙを自動測定する手順について、図６の制御ＰＣ４の演算処理機能を処理機能ごとに分解して示した機能ブロック図、また図７、図８を用いて説明する。制御ＰＣ４は、距離センサ８からの距離信号を入力してデータ化する移動距離入力部４１、光学検出器３０からの光学強度信号を入力してデータ化する光学強度入力部４０２、ロックインアンプ３からのミリ波強度信号を入力してデータ化するミリ波強度入力部４０３、光学強度入力部４０２からの光学強度データと移動距離入力部４０１の出力するスキャン方向ｘの移動距離ｄを対応付けて順次記憶する移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４、ミリ波強度入力部４０３のミリ波強度データと同じくスキャン方向ｘの移動距離ｄと対応付けて順次記憶する移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５を備えている。
【００４９】
制御ＰＣ４は、また、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４の処理データから光学反射板２０のスキャン方向ｘの横断幅ｗとその横断の終了点ｘ０（開始点であってもよい）とを検出する反射板幅検出部４０６、幅ｗを与える横断終了点ｘ０の光学反射板長辺上の頂点（０，０）からの距離ｙを算出する関数ｙ＝ｆ（ｗ）を記憶し、この関数に前記検出幅ｗを当てはめることによって横断終了点ｘ０の長手方向位置ｙを求める長手方向位置検出部４０７を備えている。
【００５０】
制御ＰＣ４は、さらに、移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５が１スキャンごとに処理する撮像幅ｌｗの画像データを得るスキャン画像処理部４０８、スキャン画像処理部４０８の得たスキャン方向（ｘ方向）の各スキャン点の画像データを、長手方向位置検出部４０７が求めたスキャン線の長手方向位置ｙと対応付けて画像記憶部４１０にストアする長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部４０９、画像記憶部４１０の画像データを読み出して長手方向位置ｙ上に撮像幅ｌｗ分でスキャン長さ分の領域の画像合成を行い、ターゲット１６の二次元のミリ波イメージを得て画像モニタ４１２に表示させる画像合成部４１１を備えている。
【００５１】
この実施形態のミリ波イメージングシステムでは、スキャナ２の送信アンテナ１２で放射されたミリ波が、媒質を透過した後にターゲット１６で反射し、受信アンテナ１３及び検波器１４により検知された反射波の強度を、ロックインアンプ３で数値化することで、コンクリート１６で表面反射した反射波と、コンクリート１６表層内部のミリオーダーのクラック１７で散乱反射した反射波の反射強度の違いから、クラック１７を検出する。さらに、車輪付き筐体７でコンクリート１６の表面に沿ってスキャンすることで、距離センサ８により検知した距離情報に基づいて、スキャン線ｘ方向の一定撮像幅ｌｗのコンクリート１６表面の二次元画像データを形成する。
【００５２】
そして、このスキャナ２のスキャン時のスキャン線の長手方向の位置ｙは、次のようにして特定する。上述したように、光学反射板２０は、ターゲットであるコンクリート１６の上の適宜の位置、つまり、通常ターゲット１６のスキャン対象領域の近くで、かつ、スキャンの邪魔にならない位置に貼り付ける。
【００５３】
この光学反射板２０は、長手方向の位置を一意に特定できることが特徴であり、例えば図８に示すような三角形状である。スキャナ２のスキャン方向をｘとし、それに直交する長手方向をｙとし、スキャンｘｉの長手方向位置ｙｉとすれば、図８に示す横断幅ｗｉが光学反射板２０の長手方向の位置ｙｉを一意に特定する情報となる。
【００５４】
スキャナ２に設置した光学検出器３０が光学反射板２０上を通過するようにコンクリート１６の表面のスキャンを行えば、光学検出器３０が光学反射板２０の位置で光学反射強度が強くなるので、この光学反射強度が強い部分の長さを光学反射板２０の幅ｗとする。そして、この幅ｗの値から、スキャナ２のスキャン時のそのスキャン線の長手方向位置ｙをｙ＝ｆ（ｗ）の関数式にて換算する。光学反射板２０は、その長辺を長手方向ｙに一致させることにより、光学反射板２０の検出終了点をスキャン方向の一つのスキャン基点（０，ｙ）とする位置合わせも行う。
【００５５】
いま、あるスキャン番号をｘｉとする。このスキャンｘｉにおいて、光学検出器３０が検出した光学反射板２０の横断幅ｗｉであったとする。この場合、スキャンｘｉの長手方向の位置ｙｉは、ｙｉ＝ｆ（ｗｉ）にて得る。そして、光学反射板２０の検出終了点をこのスキャンｘｉの開始基点（ｄｉ１，ｙｉ）＝（０，ｙｉ）とする。すなわち、距離センサ８の検出するターゲット１６に対するスキャン開始点とし、ここからスキャンｘｉが直交ｘ方向に行われ、スキャナ２のスキャン方向に刻み増分Δｄずつｍ点スキャンするとして、このΔｄごとに距離センサ８の移動距離ｄｉｊと（ｄｉｊ，ｙｉ）点におけるミリ波反射強度のデータ（ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）とを対応づけてスキャンデータを得たとする。ここで、スキャン点は、ｄｉ１（開始点），ｄｉ２，…，ｄｉｍ（終了点）であり、各ｄｉｊ点のスキャンにおける（ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）は、スキャナ２の撮像幅ｌｗの中にｎ個の検出点があり、スキャン幅ｌｗの中でｎ点ずつ同時にスキャンすることを意味している。
【００５６】
これによって、画像モニタ４１２には、図１５（ａ）に示すようなミリ波スキャン画像３５が表示される。
【００５７】
以上のように、この実施形態のミリ波イメージングシステム及びそれを用いた撮像方法によれば、ミリ波スキャン対象であるターゲット１６に対して長手方向の正確な位置ｙｉにおいて直交方向ｘにｌｗ幅のミリ波スキャン画像３５が得られる。
【００５８】
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係るミリ波イメージングシステムの全体構成を示し、図１０は画像モニタ４１２の表示例を示している。この実施形態のシステム構成は第１の実施の形態と共通であり、図１、図２に示したものである。そして、スキャナ２によるミリ波スキャンは、スキャン幅ｌｗずつｙ位置をずらせて繰り返し行う点、また、制御ＰＣ４内では、スキャン幅ｌｗずつｙ位置をずらせて行った各スキャンｘｉでのミリ波反射強度データ（ｄｉｊ；ｐｊ１，ｐｊ２，…，ｐｊｎ）を画像データ記憶部４１０にストアする点、そして、画像合成部４１１が、画像データ記憶部４１０にストアされているｙ位置をずらせて行った複数ｐ回（ｘ１〜ｘｐのスキャン）のミリ波反射強度データを画像合成し、画像モニタ４１２に描画することでターゲット１６の広いスキャン対象面の内部の２次元透視画像を得るようにした点が、第１の実施形態とは異なる。
【００５９】
本発明のミリ波イメージングシステムの実施例にて得たモニタ画像を図１５（ｂ）に示している。撮像幅ｌｗが１ｃｍのミリ波スキャナ２を用いて、セラミックタイル下のコンクリートひび割れ（幅０．３５ｍｍ）を９スキャン分撮像した。図１５（ａ）に示すように、画素アレイの撮像幅ｌｗが１ｃｍであるとき、Ａの位置に潜むひび割れの有無を画像から認識することは困難である。図１５（ｂ）は、撮像幅ｌｗずつずらせたスキャン位置ｙ１〜ｙ９それぞれにおいて合計９スキャンｘ１〜ｘ９を行い、９スキャン分の撮像画像を合成したものであり、ひび割れ形状を明瞭に認識できることが分かる。
【００６０】
［第３の実施形態］
図１１は、本発明の第３の実施形態に係るミリ波イメージングシステムの全体構成を示している。この実施形態は、ターゲット１６の表面に２つの光学反射板２０Ａ，２０Ｂを貼り、スキャナ２の移動方向の光学反射板２０Ａ，２０Ｂに対する角度θを自動算出することを特徴とする。これにより、スキャナ２の基点側の第１の光学反射板２０Ａからのスキャン方向に沿った移動距離、ならびに、スキャナ２のスキャン方向に対し直角である方向における位置について、より正確に補正を行うことが可能となる。
【００６１】
この実施形態における制御ＰＣ４の処理機能は図１２のようになる。すなわち、図６に示した第１、第２の実施形態における制御ＰＣ４の処理機能と共通する移動距離入力部４１、光学強度入力部４０２、ミリ波強度入力部４０３、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４、移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部４０５を備えている。
【００６２】
制御ＰＣ４は、また、移動距離・光学強度データ対応付け処理部４０４の処理データから光学反射板２０Ａ，２０Ｂそれぞれのスキャン線の通過距離ｒ，ｒ′、光学反射板２０Ａ，２０Ｂ間の通過距離Ｒを算出する反射板幅検出部４０６０、スキャン線の長手ｙ方向に対する角度θを算出するスキャン角度検出部４０７１、スキャンｘｉについて第１の光学反射板２０Ａの長辺上の頂点（０，０）からスキャン開始点までの距離ｙｉを算出する長手方向位置検出部４０７２を備えている。
【００６３】
制御ＰＣ４は、また、スキャン画像処理部４０８、スキャン画像処理部４０８の得た角度θのスキャン方向の画像データを、長手方向位置検出部４０７２が求めたスキャン基点の位置（０，ｙｉ）、スキャン番号ｘｉと対応付けて画像記憶部４１０にストアする長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部４０９０を備え、さらに、第２の実施形態と同様に画像記憶部４１０にストアされている画像データのθ傾いた状態での画像合成を行い、ターゲット１６の二次元のミリ波イメージを得て画像モニタ４１２に表示させる画像合成部４１１を備えている。
【００６４】
この実施形態のミリ波イメージングシステムを用いた撮像方法を図１３を用いて説明する。ここでは、２つの直角二等辺三角形板を光学反射板２０Ａ，２０Ｂとして用いている。第１の光学反射板２０Ａは、（ｘ，ｙ）座標がそれぞれ（０，０），（０，ａ），（ａ，ａ）に頂点を持つ直角二等辺三角形である。また、第２の光学反射板２０Ｂは、（ｘ，ｙ）座標がそれぞれ（−Ａ，０），（−Ａ，ａ），（−Ａ−ａ，ａ）に頂点を持つ直角二等辺三角形である。スキャナ２の光学検出器３０が測定を行ったところ、第１の光学反射板２０Ａの通過距離がｒ、光学反射板２０Ａ，２０Ｂ間の通過距離がＲ、第２の光学反射板２０Ｂの通過距離がｒ′だったとする。この時、スキャナ２の移動方向のｘ軸からのずれは、θ＝±ａｒｃｓｉｎ（Ａ／Ｒ）で表される。また、ｒ＜ｒ′であるので、θ＞０となることから、結果として、θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ／Ｒ）で与えられる。
【００６５】
これにより、この実施形態のミリ波イメージングシステム及びそれを用いた撮像方法によれば、光学検出器３０の軌跡をより正確に算出することができ、スキャナ２の位置座標（ｘ，ｙ）をより正確に表すことができ、この結果、ミリ波イメージングシステムの撮像が正確なものとなる。
【００６６】
［他の実施形態］
図１４Ａは、本発明の第１、第２の実施形態のミリ波イメージングシステムで用いた光学反射板２０に代えて使用する光学反射部材２０１を示している。図１４Ａの光学反射部材２０１は、光学反射部２０２を１箇所に設け、周辺を透明部２０３にした１枚の部材で構成したものである。図１４Ｂは、本発明の第３の実施形態のミリ波イメージングシステムで用いた光学反射板２０Ａ，２０Ｂに代えて使用する光学反射部材２１０を示している。図１４Ｂの光学反射部材２１０は、光学反射部２１１Ａ，２１１Ｂを２箇所に設け、周辺を透明部２１２にした１枚の部材で構成したものである。これらの光学反射部材２００，２１０を利用しても上記第１〜第３の実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施形態に対して種々の変形や変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１…ミリ波イメージングシステム
２…スキャナ
４…制御ＰＣ
１６…コンクリート（ターゲット）
１７…クラック
２０，２０Ａ，２０Ｂ…光学反射板
３０…光学検出器
４０１…移動距離入力部
４０２…光学強度入力部
４０３…ミリ波強度入力部
４０４…移動距離・光学強度データ対応付け処理部
４０５…移動距離・ミリ波強度データ対応付け処理部
４０６…反射板幅検出部
４０７…長手方向位置検出部
４０８…スキャン画像処理部
４０９…長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部
４１０…画像記憶部
４１１…画像合成処理部
４１２…画像モニタ
４０６０…反射板幅検出部
４０７１…スキャン角度検出部
４０７２…長手方向位置検出部
４０９０…長手方向位置・スキャン画像対応付け処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャナのビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を前記スキャナのビーム検出器で測定しつつ、前記スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナを用いたミリ波イメージングシステムの撮像方法において、
平面状の光学反射板であって、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の光学反射板を前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付け、
前記スキャナに光学検出器を設け、
前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って、前記スキャナを移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出し、
前記スキャンにより得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離とし、
前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、
前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とすることを特徴とするミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項２】
前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、ならびに、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置を与え、
前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項1に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項３】
前記被測定物表面に、前記光学反射板を２枚貼り付け、
前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と光学反射板間の通過距離とを算出し、
前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出し、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向の位置を、前記角度を元に前記光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正し、
前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項４】
前記平面状の光学反射板は、幾何学的特性である形状、光学的特性である反射率、又は色の１つあるいは複数を組み合わせ、前記直交方向の幅を表記することを特徴とする請求項１又は３に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項５】
スキャナであって、内蔵するビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を内蔵するビーム検出器で測定しつつ、当該スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナと、
長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の平面状の光学反射板であって、前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付けられた光学反射板と、
前記スキャナに取り付けられ、当該スキャナの移動中に所定の向きに光学信号を発射し、前記光学反射板に反射して戻ってくる反射光学信号を受信し、光学反射強度を検出する光学検出器と、
前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って前記スキャナを移動させるときに、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行うビーム強度・光強度スキャン測定手段と、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出する移動距離算出手段と、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離を算出する直交方向距離算出手段と、
前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とする長手方向位置算出手段とを備えたことを特徴とするミリ波イメージングシステム。
【請求項６】
前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である直交方向における位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示する測定画像合成手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のミリ波イメージングシステム。
【請求項７】
前記光学反射板は、前記被測定物表面に２枚貼り付けられ、
前記移動距離算出手段は、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と前記光学反射板間の通過距離とを算出し、
前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出する角度算出手段と、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、該スキャナの前記第１の光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置を、前記角度を元に前記第１の光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正する補正手段とを備え、
前記測定画像合成手段は、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項５又は６に記載のミリ波イメージングシステム。
【請求項１】
スキャナのビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を前記スキャナのビーム検出器で測定しつつ、前記スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナを用いたミリ波イメージングシステムの撮像方法において、
平面状の光学反射板であって、長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の光学反射板を前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付け、
前記スキャナに光学検出器を設け、
前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って、前記スキャナを移動させることにより、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行い、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出し、
前記スキャンにより得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離とし、
前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、
前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とすることを特徴とするミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項２】
前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、ならびに、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である前記長手方向の位置を与え、
前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項1に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項３】
前記被測定物表面に、前記光学反射板を２枚貼り付け、
前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と光学反射板間の通過距離とを算出し、
前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出し、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向の位置を、前記角度を元に前記光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正し、
前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項４】
前記平面状の光学反射板は、幾何学的特性である形状、光学的特性である反射率、又は色の１つあるいは複数を組み合わせ、前記直交方向の幅を表記することを特徴とする請求項１又は３に記載のミリ波イメージングシステムの撮像方法。
【請求項５】
スキャナであって、内蔵するビーム発生器より被測定物表面にミリ波ビームを照射し、前記ビームの内、前記被測定物表面から反射又は散乱される成分を内蔵するビーム検出器で測定しつつ、当該スキャナに前記被測定物表面を移動させることにより前記ビームの反射強度又は散乱強度のスキャナ移動方向依存性を収集するスキャナと、
長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係を持つ形状の平面状の光学反射板であって、前記被測定物表面に、前記長手方向が前記スキャナの移動方向と直交する向きにして貼り付けられた光学反射板と、
前記スキャナに取り付けられ、当該スキャナの移動中に所定の向きに光学信号を発射し、前記光学反射板に反射して戻ってくる反射光学信号を受信し、光学反射強度を検出する光学検出器と、
前記被測定物表面の前記光学反射板を含む線分に沿って前記スキャナを移動させるときに、前記ビームの反射強度又は散乱強度の測定によるビーム強度スキャン測定と、前記光学検出器による光学強度スキャン測定とを同時に行うビーム強度・光強度スキャン測定手段と、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の開始点又は終了点からのスキャナの移動距離をもって、前記光学強度スキャン測定時ならびに前記ビーム強度スキャン測定時における前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った移動距離を算出する移動距離算出手段と、
前記光学強度スキャン測定により得られた光学強度スキャン測定像について、前記光学反射板の反射強度に相当する光学強度の始点から終点までのスキャナの移動距離をもって、該スキャン時における前記光学反射板上の直交方向の通過距離を算出する直交方向距離算出手段と、
前記通過距離を前記直交方向の幅とし、前記長手方向の位置とこれに直交する直交方向の幅とが一対一に対応する関数関係に基づき、前記直交方向の幅より前記長手方向の位置を算出し、前記算出した長手方向の位置を、前記スキャナによるスキャン位置とする長手方向位置算出手段とを備えたことを特徴とするミリ波イメージングシステム。
【請求項６】
前記線分に沿って行う前記ビーム強度スキャン測定、前記光学強度スキャン測定、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置の算出については、異なる複数の線分に対して行い、前記ビーム強度スキャン測定位置として、前記スキャナの前記光学反射板からの進行方向に沿った距離、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である直交方向における位置を与え、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示する測定画像合成手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のミリ波イメージングシステム。
【請求項７】
前記光学反射板は、前記被測定物表面に２枚貼り付けられ、
前記移動距離算出手段は、前記スキャン時における第１の光学反射板の通過距離と第２の光学反射板の通過距離と前記光学反射板間の通過距離とを算出し、
前記算出結果の１つ又は複数を元に、前記スキャナの移動方向の第１の光学反射板に対する角度を算出する角度算出手段と、
前記ビーム強度スキャン測定位置として、該スキャナの前記第１の光学反射板からの進行方向に沿った距離の算出、ならびに、前記スキャナの進行方向に対し直角である長手方向における位置を、前記角度を元に前記第１の光学反射板との相対的な位置関係が分かるように補正する補正手段とを備え、
前記測定画像合成手段は、前記スキャナの前記ビーム強度スキャン測定位置と、前記ビーム強度測定結果とを対応付けて画像モニタ上に表示することを特徴とする請求項５又は６に記載のミリ波イメージングシステム。
【図６】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２８６３０８（Ｐ２０１０−２８６３０８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９２７２（Ｐ２００９−１３９２７２）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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