ミリ波イメージング装置
【課題】画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得る
ことができるミリ波イメージング装置を提供する。
【解決手段】図１のミリ波イメージング装置は、受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、ミリ波帯撮像器Ｃ１の画像とミリ波帯撮像器Ｃ２の画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができる。
ことができるミリ波イメージング装置を提供する。
【解決手段】図１のミリ波イメージング装置は、受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、ミリ波帯撮像器Ｃ１の画像とミリ波帯撮像器Ｃ２の画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができるミリ波イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光に対して不透明なある種の媒質は、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚにあるミリ波帯電磁波に対しては半透明に振る舞う。こうした媒質には、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がある。この性質は隠匿された危険物の察知や、媒質内部の非破壊検査に応用しうるもので、その有用性は極めて大きい。殊にコンクリートの非破壊検査においてミリ波帯の価値の大きいことを本発明の請求者は見いだしている。図１０にコンクリート建造物内部の概念図を示している。コンクリート内部には強度を確保する目的で鉄筋が置かれる。この他、さまざまな用途の配管が置かれる場合があり、表面は塗料の類で覆われる。塗料の類によってコンクリート表面が我々が直接視認することは困難な場合が多い。コンクリート内部の鉄筋の配置、配管の配置などを非破壊検知する方法にはマイクロ波パルスを用いる手法、あるいは超音波パルスを用いる手法が知られている。これらはコンクリート内部の構造を把握することに適するものの、コンクリート表面近傍の情報抽出に成功しない。入射パルスと物体からのエコーが重畳してきり分けができなくなることによっている。ところが一方、コンクリート表面にはその欠陥検知に関する非常に大きな情報が含まれるのである。具体的には表面に現れるクラックである。クラックはコンクリート内部の鉄筋の腐食により生ずる強度劣化を初め、その特性診断にきわめて有効な情報である。現況では、これを塗料を透過してかつ十分な空間解像度をもって検知する手法が知られておらず、塗料を剥離して視認で確認するような原始的な検査が行われているにすぎない。コンクリート表面近傍の非破壊検査手法が実現されれば住の安心安全を確保するという、非常に大きな作用がもたらされるであろう。
【０００３】
概して媒質を透視する技術には、Ｘ線ＣＴ、超音波イメージング、核磁気共鳴イメージングなどが挙げられる。Ｘ線ＣＴによる場合、Ｘ線の透過能が大きいゆえに、媒質よりの反射信号を検知することがむずかしく、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置を対向して配置する必要が生じる。媒質透視を行うにあたって、反射信号を検知が可能となれば、単一の送受信器による簡素なシステム構成が可能であり、適用領域の拡大という観点からも強く望まれるところである。また、得られた像は実像の空間スペクトルに該当し、適当な画像処理を介して初めて人が理解できる像となる。像処理を必ず必要とすることもシステム規模の簡素化が難しいものとなる要因をなしている。システム規模の大なることは超音波イメージング、核磁気共鳴イメージングにおいても同様であって、万人が容易に使用することのできるような簡素な透視技術を提供することが求められる。Ｘ線はまた健康被害の恐れのあることも欠点といえる。
【０００４】
ミリ波帯電磁波は周波数がＸ線、可視光に比し、格段に小さく、媒質を傷つける恐れはまずもってない。また、反射信号を受けて透視像を得ることが可能であり、大変魅力的なイメージング手法といえる。ミリ波帯電磁波を媒質に照射する際には、なるべく開口の大きなアンテナ（合成開口アンテナを含む）を単独で用いる形態と、アンテナから放射された電磁波を結像レンズ系を用いて媒質中に結像させる形態の二つが考えられる。前者では実像のフーリエ像が得られるために逆フーリエ変換を施す画像処理が不可避となる。内部の散乱過程がＸ線の場合のように先験的にわからないため、人間による恣意が介在してしまう。後者の場合には結像点の実像がそのまま得られるため、透視像の解釈に恣意が介在しない。一方、結像する方式によれば電磁波パワーを一点に集中させることができ、また物体内部のセンシングを行う場合には、パワー集中が可能な方式には一層魅力がある。しかしながら、物点および像点での十分な集光のためには応分をＦナンバーを有するレンズを使用する必要があり、レンズ径および焦点距離に応分の大きさが要求され、コンパクトな撮像装置を実現することは難しい。
【０００５】
さて、ところで、反射型イメージングを行う際に、入射ミリ波と散乱ミリ波の干渉性が問題となる場合がある。発振器のコヒーレンス時間が、実用上許される撮像時間を越えてしまうと、像には顕著な干渉縞が生じてしまうのである。散乱波の強度のみに注目する計測を行う場合には、この干渉縞を低減する必要がある。同様の技術がレーザ光源の設計においてなどでは知られるものの1)、ミリ波帯での実効性のある提案はこれまでなされていない。
【０００６】
以上を勘案するならば、ミリ波帯電磁波による新しい非破壊検査手法を次のように実現すれば、多大な作用をもつ発明がかなう。
【０００７】
（１）コンクリート表面のクラック検知などに成功する媒体を用いていること。
【０００８】
（２）十分な空間解像度を有していること。
【０００９】
（３）コンパクトで持ち運びができかつ高速撮像が可能であること。
【００１０】
（４）反射信号検知の体をなしており対向に検知器を置くなどの煩雑なシステムでないこと。
【００１１】
（５）入射波と散乱波との重ね合わせによる干渉縞を低減する機能を備えること。
【特許文献１】特公平９−１２１０６９号公報
【非特許文献１】菊地、「レーザ光発生装置、レーザビーコン装置及びレーザ画像表示装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的とするところは、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができるミリ波イメージング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１は、アンテナがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることを特徴とするミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１４】
本発明の請求項２は、複数のアンテナからなるアンテナアレイがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器アレイＣＡ１およびミリ波帯撮像器アレイＣＡ２と、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１に接続されるアンテナアレイＡＮＴＡ１、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２に接続され、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナアレイＡＮＴＡ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることを特徴とするミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１５】
本発明の請求項３は、各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器は、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１と、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１のミリ波を変調するミリ波帯変調器ＳＷ１と、ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波が与えられるとともにアンテナに接続されるミリ波帯信号分離器と、このミリ波帯信号分離器で分離されたミリ波により像を撮像するミリ波帯検波器Ｄ１とを備えることを特徴とする請求項１記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１６】
本発明の請求項４は、ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を用いて信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を得る装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１７】
本発明の請求項５は、ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を示す式を微分およびフーリエ変換し、得られた各式と、前記オフセットに相当する位相差とを用いて、信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を示す式を得ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１８】
本発明の請求項６は、オフセット値がミリ波の波長の１／４の値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１９】
本発明の請求項７は、走査方向と撮像対象物の表面とが平行となるように制御する手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、または、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴ２一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１から図９を用いて、本発明に係るミリ波イメージング装置の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１には本発明の第１の実施の形態の構成をブロック図で表した。ミリ波帯撮像器Ｃ１は、内部にミリ波光源を有し、アンテナＡＮＴ１に接続される。同様に、内部にミリ波光源を有するミリ波帯撮像器Ｃ２は、アンテナＡＮＴ２に接続される。ミリ波帯撮像器Ｃ１とミリ波帯撮像器Ｃ２は同一の特性を有することが望ましい。
【００２３】
ミリ波帯撮像器Ｃ１は、その内部のミリ波光源のミリ波がアンテナＡＮＴ１から照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００２４】
ミリ波帯撮像器Ｃ２は、その内部のミリ波光源のミリ波が、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向に、アンテナＡＮＴ２から照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００２５】
撮像の際には、アンテナＡＮＴ１とＡＮＴ２からなるアンテナ送受信系が所定の走査方向に走査される。
【００２６】
第１の実施の形態では、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている。詳しくは、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の開口配置が照射方向に距離Ｘだけ互いに異なる。距離Ｘはミリ波波長程度の軽微なものでよく、設計パラメータであり本来任意である。本実施の形態ではアンテナから照射されたミリ波が撮像対象物によって反射された信号を光学系を介することなく直接撮像する。撮像対象物によるミリ波の回折が顕著でない場合には焦点深度の大きな撮像が実現される。
【００２７】
ちなみに結像レンズ系を伴う撮像方式では、アンテナとレンズの距離、レンズと検知対象物の距離を数センチメートルから数十センチメートルの程度設ける必要が生じ、装置のコンパクト化が叶わない。本実施の形態では、撮像器のアレイ化を妨げる要因となりうる結像レンズ系を使用しないので、コンパクトで持ち運びができかつ高速撮像が可能となる。
【００２８】
図２には、本発明の第２の実施の形態の構成をブロック図で表した。
【００２９】
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１は、第１の実施の形態のミリ波帯撮像器をアレイ化したものであり、複数のアンテナからなるアンテナアレイＡＮＴＡ１が接続される。このとき、ミリ波帯撮像器とアンテナは１対１で接続される。ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１は、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００３０】
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２は、第１の実施の形態のミリ波帯撮像器をアレイ化したものであり、複数のアンテナからなるアンテナアレイＡＮＴＡ２が接続される。このとき、ミリ波帯撮像器とアンテナは１対１で接続される。ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２は、ミリ波が各アンテナから、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向に照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００３１】
撮像の際には、アンテナアレイＡＮＴＡ１とＡＮＴＡ２からなるアンテナ送受信系がアレイの並び方向に対して直交する走査方向に走査される。
【００３２】
この実施の形態では、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている。
【００３３】
つまり、第２の実施の形態は、ミリ波帯撮像器並びにアンテナがアレイ状に配置されることを除いては第１の実施の形態の特徴を共有している。
【００３４】
このようなミリ波帯撮像器ならびにアンテナのアレイ化によって、撮像対象物の異なる部位の応答を同時に検知することが可能となり、第１の実施の形態に比して一層高速な検査が実現される特徴を有する。アレイ化した場合、結像レンズ系の導入は一層困難を伴う。レンズには収差があり、ミリ波照射領域をレンズ中央部分のみに限局して使用する必要がある。アレイ化によって撮像器の空間スケールが肥大化すると、レンズはそれ以上に巨大なものを使用することが不可避となる。コンパクトな装置化の求められている現況では実効性を伴わない。
【００３５】
図３に各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器の構成例を示す。
【００３６】
ミリ波帯発振器ＯＳＣ１の発振周波数ｆ1は、ミリ波帯にあり、このミリ波帯発振器ＯＳＣ１から出力されたミリ波はミリ波帯変調器ＳＷ１に入力される。
低周波信号生成器ＯＳＣ１１は、例えばｋＨｚ程度の低周波帯にある周波数の低周波信号を生成し、ミリ波帯変調器ＳＷ１は、入力された周波数ｆ1のミリ波帯信号を低周波信号生成器ＯＳＣ１１の低周波信号で変調する。
【００３７】
こうした変調作用を例えば強度変調の体裁で行う場合には、ダイオードの整流作用を利用するＰＩＮスイッチなどを用いる。
【００３８】
ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波はミリ波帯信号分離器ＳＡ１に与えられる。信号分離器ＳＡ１は三つのポートを持ち、ポートＰ１から入力された信号をポートＰ２に出力し、ポートＰ２に入力された信号をポートＰ３より出力する。
【００３９】
たとえば、サーキュレータや方向性結合器として知られる素子がこの機能を実現する。この還流性を用いれば、ポートＰ１より入力された信号をポートＰ２にわたし、ターゲットからの散乱信号を再びポートＰ２より受けたのちに、これをポートＰ３にわたすことができる。
【００４０】
ミリ波帯信号分離器ＳＡ１のポートＰ２に与えられたミリ波は、当該ポートＰ２に接続されたアンテナＡＮＴ１より空間に放射される。放射されたミリ波は、撮像対象物で反射し、反射した散乱波はアンテナＡＮＴ１で受信され、ミリ波帯信号分離器ＳＡ１の作用で入射波と分離されミリ波帯検波器Ｄ１に送られる。ミリ波帯検波器Ｄ１は、ミリ波の信号強度に応じた振幅に対し低周波信号生成器の出力信号を参照信号とする位相感応式の検出を行って像を撮像（可視化）する。
【００４１】
さて、ここでアンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２あるいはアンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の間に設定されるオフセットＸの意義を図４および図５を用いて説明する。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、撮像の対象物にミリ波が入射されると一部が散乱（反射）され、一部が透過する。信号送受信を単一のアンテナを用いて行なう場合には、入射波と散乱波とが重ね合わされて、図４（ｂ）に示すような定在波が誘起されてしまう。散乱計数をΓ、ミリ波の波数をｋとすると、振幅二乗強度は空間座標ｚに対して、
【数１】
【００４３】
なる依存性を呈することになる。空間的にアンテナ送受信系を走査する結果、図５に示すように散乱点のｚ方向の分布を拾って干渉縞が生じてしまう。これを除去し有意義な画像とすることが本実施の形態の効果である。
【００４４】
さて、本実施の形態においては、オフセットＸを設定した二つの撮像系で同時に撮像対象物を撮像する。
【００４５】
図６ではＸ＝λ／４とした場合の、各アンテナと撮像対象物の配置を表している。アンテナＡＮＴ１と撮像対象物表面の距離をｚ1、アンテナＡＮＴ２と撮像対象物表面の距離をｚ2としている。この場合には
【数２】
【００４６】
撮像対象物表面に座標系（ξ，η）、その像面に座標系（ｘ，ｙ）をはり、レンズ系の伝達関数であるポイントスプレッド関数（Point spread function＝PSF）をＳ（ｘ−ξ，ｙ−η）とする。アンテナＡＮＴ１とＡＮＴ２とは同一のＰＳＦを有する光学系をなすように設計する。
【００４７】
さて、位置（ξ，η）における対象物表面の反射係数をΓ（ξ，η）、ｚ座標値をｚ（ξ，η）と書くとき、アンテナＡＮＴ１および２により得られる撮像結果Ｇ1（ｘ，ｙ），Ｇ2（ｘ，ｙ）はそれぞれ、
【数３】
【００４８】
と与えられる。これらの表式は干渉効果が顕著である場合によい近似であってよく実際を反映する。実際をよく反映することについては計測結果をもとに後述する。上記表式において、ｚ1，ｚ2の寄与を排除してΓ（ξ，η）の表式を得ることが、可干渉性に起因する像歪みを排除することを意味している。したがって、上記表式より、Γ（ξ，η）を得るための像処理フローを記述する。
【００４９】
式（３）および式（４）をｘ、ｙもしくはそれらの関数で微分することをまず行なう。ここでは簡単のため、ｘで微分する。すると、
【数４】
【００５０】
となる。ここで、Ｇ1，Ｇ2のｘに関する偏微分をＩ1，Ｉ2とし、Ｓ′はＰＳＦたるＳのｘについての偏微分を意味する。これらはフーリエ変換によって次のように表される。
【数５】
【００５１】
いま、関係式（２）によって、上二式を変形すると、
【数６】
【００５２】
となる。式（９）、（１０）よりｚ1を消去すると、
【数７】
【００５３】
が得られる。この式から明らかなように、散乱係数Γは、ｚ1，ｚ2に依存しない。このことから、本発明の方法で得られる像は、散乱点のｚ方向の分布に起因する干渉縞が生じないことが分かる。
【００５４】
上記では、関係式（２）が成立する場合を例に説明した。この場合は、表式が簡単になり便利であるが、このことは、ｚ1とｚ2の隔たりがλ／４の場合に限らず、任意の値に対しても成り立つので、これを説明する。そこで、ｚ1−ｚ2＝δｚ／２とおく。
【数８】
【００５５】
であり、書き改めれば、
【数９】
【００５６】
と与えられる。上式右辺は、式（９）、（１０）と同一である。従って、式（１１）を求めたときと同様にして、ｚ1，ｚ2に依存しないΓが得られる。すなわち、オフセット値（ｚ1−ｚ2）が任意の値に対しても、散乱点のｚ方向の分布に起因する干渉縞が生じないことが分かる。
【００５７】
以上の像処理フローの有効性を実測に基づく検証によって明確にする。
【００５８】
図７（ａ）に示すような、ミリ波を入射せしめる面にクラックを設けたコンクリートの塊を撮像対象物とした。撮像に当たってはミリ波周波数を１００ＧＨｚとした。その波長は空気中で３ｍｍである。図７（ｂ）には可干渉性による像歪みとして与えた解析モデルと実際の適合性を示す計測結果である。これを得るために、クラックの入ったコンクリート表面を２ｍｍを刻みとして３回撮像した。上述の式を参考にすれば、一回目から三回目に得られる撮像結果Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3は次のように書かれる。
【数１０】
【００５９】
ここでδは刻み値２ｍｍを意味する。これらを適当に変形すると、
【数１１】
【００６０】
を得る。図７（ｂ）は上式右辺の値をｘ，ｙそれぞれの位置において求めその値の散布の様をプロットしたものである。いま、δ＝２ｍｍであるから、クラックなどのかく乱要因の存在しない場合には、これらは
【数１２】
【００６１】
となるべきものである。図７（ｂ）には値が−０．５を中心として分布する様が確認される。この結果によって、我々のモデルがよく実際を反映していることが裏付けられた。
【００６２】
図８には、撮像された各画像とそれに対して像処理を施した後の画像を示す。図８（ａ）にはミリ波帯撮像器Ｃ１（ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１）により撮像された画像を示し、図８（ｂ）にはミリ波帯撮像器Ｃ１（ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１）により撮像された画像を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）には表面に設けたクラックの像と、可干渉性による像歪みのそれぞれが重畳している様が確認できる。両者を選択的に取り除く方法なしには区別することは困難である。クラックの形状を先験的には知り得ない場合にはこの困難は一層顕著になるだろう。
【００６３】
図８（ｃ）には、図示しない装置により各画像を像処理した後の画像を示す。クラックのみがよく協調された画像を得ることに成功している。本実施の形態の有効性が実測によって裏付けられたことを主張するところである。
【００６４】
なお、本実施の形態によっては、例えば図９に概念図を示すような理想的な非破壊検査装置を実現することができる。検知対象物に一次元のアレイセンサを近接して走査せしむる構成をとり、センサとともに検知対象内部の透視像がモニタに表示されるという機能を有する。Ｘ線、超音波では反射型検知は困難である。またマイクロ波帯レーダでは解像度に難があり、また装置の小型化が困難である。こうしたインタフェースをもって非破壊検査装置が実現されるのは検知媒体としてミリ波を用いることが鍵となっている。本実施の形態はミリ波帯撮像を実効性のあるものとするために不可避の要素を包含しており、きわめて重要な効果を有している。また、ミリ波を用いることによってミリメートル以下程度の空間解像度を確保し、コンクリート表面クラック等の検知にも成功する。
【００６５】
上記のオフセット値は任意だが、式（２）に示すように、ミリ波の波長の１／４の値とすれば、式（１３）よりも簡略化された式（８）を用いることができ、よって処理負担が少なく、迅速な処理が行える。
【００６６】
また、上記式を用いた処理は、走査方向と撮像対象物の表面とが平行な場合に最適な結果が得られる。平行とするために、本実施の形態の装置側の配置を制御する手段を設けても良いし、逆に撮像対象物を回転させるなどしてその配置を制御する手段を設けても良い。具体的には、走査方向と撮像対象物表面とでなす角度を検出する手段と、検出された角度が０度になるように装置や撮像対象物を配置する手段とを設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を説明する図である。
【図３】ミリ波帯撮像器の構成例を説明する図である。
【図４】信号可干渉性を説明する図であり、詳しくは、図４（ａ）は、ミリ波信号の伝搬の様子を示す図であり、図４（ｂ）は、定在波の励起を示す図である。
【図５】信号可干渉性に起因する像歪みの成因を説明する図である。
【図６】Ｘ＝λ／４とした場合の、各アンテナと撮像対象物の配置を表した図である。
【図７】図７（ａ）は、撮像対象物の概要を示す図であり、図７（ｂ）は、撮像結果のモデルとの適合性を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、ミリ波帯撮像器Ｃ１等による画像を示す図であり、図８（ｂ）は、ミリ波帯撮像器Ｃ２等による画像を示す図であり、図８（ｃ）は、各画像を合成した後の画像の図である。
【図９】本実施の形態により実現可能な非破壊検査装置の概念図である。
【図１０】コンクリート非破壊検査の概要を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２…アンテナ
ＡＮＴＡ１、ＡＮＴＡ２…アンテナアレイ
Ｃ１，Ｃ２…ミリ波帯撮像器
ＣＡ１、ＣＡ２…ミリ波帯撮像器アレイ
Ｄ１…ミリ波帯検波器
ＯＳＣ１…ミリ波帯発振器
ＯＳＣ１１…低周波信号生成器
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…ポート
ＳＡ１…ミリ波帯信号分離器
ＳＷ１…ミリ波帯変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができるミリ波イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光に対して不透明なある種の媒質は、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚにあるミリ波帯電磁波に対しては半透明に振る舞う。こうした媒質には、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がある。この性質は隠匿された危険物の察知や、媒質内部の非破壊検査に応用しうるもので、その有用性は極めて大きい。殊にコンクリートの非破壊検査においてミリ波帯の価値の大きいことを本発明の請求者は見いだしている。図１０にコンクリート建造物内部の概念図を示している。コンクリート内部には強度を確保する目的で鉄筋が置かれる。この他、さまざまな用途の配管が置かれる場合があり、表面は塗料の類で覆われる。塗料の類によってコンクリート表面が我々が直接視認することは困難な場合が多い。コンクリート内部の鉄筋の配置、配管の配置などを非破壊検知する方法にはマイクロ波パルスを用いる手法、あるいは超音波パルスを用いる手法が知られている。これらはコンクリート内部の構造を把握することに適するものの、コンクリート表面近傍の情報抽出に成功しない。入射パルスと物体からのエコーが重畳してきり分けができなくなることによっている。ところが一方、コンクリート表面にはその欠陥検知に関する非常に大きな情報が含まれるのである。具体的には表面に現れるクラックである。クラックはコンクリート内部の鉄筋の腐食により生ずる強度劣化を初め、その特性診断にきわめて有効な情報である。現況では、これを塗料を透過してかつ十分な空間解像度をもって検知する手法が知られておらず、塗料を剥離して視認で確認するような原始的な検査が行われているにすぎない。コンクリート表面近傍の非破壊検査手法が実現されれば住の安心安全を確保するという、非常に大きな作用がもたらされるであろう。
【０００３】
概して媒質を透視する技術には、Ｘ線ＣＴ、超音波イメージング、核磁気共鳴イメージングなどが挙げられる。Ｘ線ＣＴによる場合、Ｘ線の透過能が大きいゆえに、媒質よりの反射信号を検知することがむずかしく、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置を対向して配置する必要が生じる。媒質透視を行うにあたって、反射信号を検知が可能となれば、単一の送受信器による簡素なシステム構成が可能であり、適用領域の拡大という観点からも強く望まれるところである。また、得られた像は実像の空間スペクトルに該当し、適当な画像処理を介して初めて人が理解できる像となる。像処理を必ず必要とすることもシステム規模の簡素化が難しいものとなる要因をなしている。システム規模の大なることは超音波イメージング、核磁気共鳴イメージングにおいても同様であって、万人が容易に使用することのできるような簡素な透視技術を提供することが求められる。Ｘ線はまた健康被害の恐れのあることも欠点といえる。
【０００４】
ミリ波帯電磁波は周波数がＸ線、可視光に比し、格段に小さく、媒質を傷つける恐れはまずもってない。また、反射信号を受けて透視像を得ることが可能であり、大変魅力的なイメージング手法といえる。ミリ波帯電磁波を媒質に照射する際には、なるべく開口の大きなアンテナ（合成開口アンテナを含む）を単独で用いる形態と、アンテナから放射された電磁波を結像レンズ系を用いて媒質中に結像させる形態の二つが考えられる。前者では実像のフーリエ像が得られるために逆フーリエ変換を施す画像処理が不可避となる。内部の散乱過程がＸ線の場合のように先験的にわからないため、人間による恣意が介在してしまう。後者の場合には結像点の実像がそのまま得られるため、透視像の解釈に恣意が介在しない。一方、結像する方式によれば電磁波パワーを一点に集中させることができ、また物体内部のセンシングを行う場合には、パワー集中が可能な方式には一層魅力がある。しかしながら、物点および像点での十分な集光のためには応分をＦナンバーを有するレンズを使用する必要があり、レンズ径および焦点距離に応分の大きさが要求され、コンパクトな撮像装置を実現することは難しい。
【０００５】
さて、ところで、反射型イメージングを行う際に、入射ミリ波と散乱ミリ波の干渉性が問題となる場合がある。発振器のコヒーレンス時間が、実用上許される撮像時間を越えてしまうと、像には顕著な干渉縞が生じてしまうのである。散乱波の強度のみに注目する計測を行う場合には、この干渉縞を低減する必要がある。同様の技術がレーザ光源の設計においてなどでは知られるものの1)、ミリ波帯での実効性のある提案はこれまでなされていない。
【０００６】
以上を勘案するならば、ミリ波帯電磁波による新しい非破壊検査手法を次のように実現すれば、多大な作用をもつ発明がかなう。
【０００７】
（１）コンクリート表面のクラック検知などに成功する媒体を用いていること。
【０００８】
（２）十分な空間解像度を有していること。
【０００９】
（３）コンパクトで持ち運びができかつ高速撮像が可能であること。
【００１０】
（４）反射信号検知の体をなしており対向に検知器を置くなどの煩雑なシステムでないこと。
【００１１】
（５）入射波と散乱波との重ね合わせによる干渉縞を低減する機能を備えること。
【特許文献１】特公平９−１２１０６９号公報
【非特許文献１】菊地、「レーザ光発生装置、レーザビーコン装置及びレーザ画像表示装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的とするところは、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができるミリ波イメージング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１は、アンテナがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることを特徴とするミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１４】
本発明の請求項２は、複数のアンテナからなるアンテナアレイがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器アレイＣＡ１およびミリ波帯撮像器アレイＣＡ２と、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１に接続されるアンテナアレイＡＮＴＡ１、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２に接続され、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナアレイＡＮＴＡ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることを特徴とするミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１５】
本発明の請求項３は、各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器は、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１と、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１のミリ波を変調するミリ波帯変調器ＳＷ１と、ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波が与えられるとともにアンテナに接続されるミリ波帯信号分離器と、このミリ波帯信号分離器で分離されたミリ波により像を撮像するミリ波帯検波器Ｄ１とを備えることを特徴とする請求項１記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１６】
本発明の請求項４は、ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を用いて信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を得る装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１７】
本発明の請求項５は、ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を示す式を微分およびフーリエ変換し、得られた各式と、前記オフセットに相当する位相差とを用いて、信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を示す式を得ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１８】
本発明の請求項６は、オフセット値がミリ波の波長の１／４の値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【００１９】
本発明の請求項７は、走査方向と撮像対象物の表面とが平行となるように制御する手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のミリ波イメージング装置を用いることによって上述する課題を解決する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、または、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴ２一方が他方に対し照射方向にオフセットされていることで、画像を処理することにより、信号可干渉性に起因する歪みを除去した画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１から図９を用いて、本発明に係るミリ波イメージング装置の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１には本発明の第１の実施の形態の構成をブロック図で表した。ミリ波帯撮像器Ｃ１は、内部にミリ波光源を有し、アンテナＡＮＴ１に接続される。同様に、内部にミリ波光源を有するミリ波帯撮像器Ｃ２は、アンテナＡＮＴ２に接続される。ミリ波帯撮像器Ｃ１とミリ波帯撮像器Ｃ２は同一の特性を有することが望ましい。
【００２３】
ミリ波帯撮像器Ｃ１は、その内部のミリ波光源のミリ波がアンテナＡＮＴ１から照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００２４】
ミリ波帯撮像器Ｃ２は、その内部のミリ波光源のミリ波が、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向に、アンテナＡＮＴ２から照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００２５】
撮像の際には、アンテナＡＮＴ１とＡＮＴ２からなるアンテナ送受信系が所定の走査方向に走査される。
【００２６】
第１の実施の形態では、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている。詳しくは、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の開口配置が照射方向に距離Ｘだけ互いに異なる。距離Ｘはミリ波波長程度の軽微なものでよく、設計パラメータであり本来任意である。本実施の形態ではアンテナから照射されたミリ波が撮像対象物によって反射された信号を光学系を介することなく直接撮像する。撮像対象物によるミリ波の回折が顕著でない場合には焦点深度の大きな撮像が実現される。
【００２７】
ちなみに結像レンズ系を伴う撮像方式では、アンテナとレンズの距離、レンズと検知対象物の距離を数センチメートルから数十センチメートルの程度設ける必要が生じ、装置のコンパクト化が叶わない。本実施の形態では、撮像器のアレイ化を妨げる要因となりうる結像レンズ系を使用しないので、コンパクトで持ち運びができかつ高速撮像が可能となる。
【００２８】
図２には、本発明の第２の実施の形態の構成をブロック図で表した。
【００２９】
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１は、第１の実施の形態のミリ波帯撮像器をアレイ化したものであり、複数のアンテナからなるアンテナアレイＡＮＴＡ１が接続される。このとき、ミリ波帯撮像器とアンテナは１対１で接続される。ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１は、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００３０】
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２は、第１の実施の形態のミリ波帯撮像器をアレイ化したものであり、複数のアンテナからなるアンテナアレイＡＮＴＡ２が接続される。このとき、ミリ波帯撮像器とアンテナは１対１で接続される。ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２は、ミリ波が各アンテナから、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向に照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像する。
【００３１】
撮像の際には、アンテナアレイＡＮＴＡ１とＡＮＴＡ２からなるアンテナ送受信系がアレイの並び方向に対して直交する走査方向に走査される。
【００３２】
この実施の形態では、アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている。
【００３３】
つまり、第２の実施の形態は、ミリ波帯撮像器並びにアンテナがアレイ状に配置されることを除いては第１の実施の形態の特徴を共有している。
【００３４】
このようなミリ波帯撮像器ならびにアンテナのアレイ化によって、撮像対象物の異なる部位の応答を同時に検知することが可能となり、第１の実施の形態に比して一層高速な検査が実現される特徴を有する。アレイ化した場合、結像レンズ系の導入は一層困難を伴う。レンズには収差があり、ミリ波照射領域をレンズ中央部分のみに限局して使用する必要がある。アレイ化によって撮像器の空間スケールが肥大化すると、レンズはそれ以上に巨大なものを使用することが不可避となる。コンパクトな装置化の求められている現況では実効性を伴わない。
【００３５】
図３に各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器の構成例を示す。
【００３６】
ミリ波帯発振器ＯＳＣ１の発振周波数ｆ1は、ミリ波帯にあり、このミリ波帯発振器ＯＳＣ１から出力されたミリ波はミリ波帯変調器ＳＷ１に入力される。
低周波信号生成器ＯＳＣ１１は、例えばｋＨｚ程度の低周波帯にある周波数の低周波信号を生成し、ミリ波帯変調器ＳＷ１は、入力された周波数ｆ1のミリ波帯信号を低周波信号生成器ＯＳＣ１１の低周波信号で変調する。
【００３７】
こうした変調作用を例えば強度変調の体裁で行う場合には、ダイオードの整流作用を利用するＰＩＮスイッチなどを用いる。
【００３８】
ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波はミリ波帯信号分離器ＳＡ１に与えられる。信号分離器ＳＡ１は三つのポートを持ち、ポートＰ１から入力された信号をポートＰ２に出力し、ポートＰ２に入力された信号をポートＰ３より出力する。
【００３９】
たとえば、サーキュレータや方向性結合器として知られる素子がこの機能を実現する。この還流性を用いれば、ポートＰ１より入力された信号をポートＰ２にわたし、ターゲットからの散乱信号を再びポートＰ２より受けたのちに、これをポートＰ３にわたすことができる。
【００４０】
ミリ波帯信号分離器ＳＡ１のポートＰ２に与えられたミリ波は、当該ポートＰ２に接続されたアンテナＡＮＴ１より空間に放射される。放射されたミリ波は、撮像対象物で反射し、反射した散乱波はアンテナＡＮＴ１で受信され、ミリ波帯信号分離器ＳＡ１の作用で入射波と分離されミリ波帯検波器Ｄ１に送られる。ミリ波帯検波器Ｄ１は、ミリ波の信号強度に応じた振幅に対し低周波信号生成器の出力信号を参照信号とする位相感応式の検出を行って像を撮像（可視化）する。
【００４１】
さて、ここでアンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２あるいはアンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の間に設定されるオフセットＸの意義を図４および図５を用いて説明する。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、撮像の対象物にミリ波が入射されると一部が散乱（反射）され、一部が透過する。信号送受信を単一のアンテナを用いて行なう場合には、入射波と散乱波とが重ね合わされて、図４（ｂ）に示すような定在波が誘起されてしまう。散乱計数をΓ、ミリ波の波数をｋとすると、振幅二乗強度は空間座標ｚに対して、
【数１】
【００４３】
なる依存性を呈することになる。空間的にアンテナ送受信系を走査する結果、図５に示すように散乱点のｚ方向の分布を拾って干渉縞が生じてしまう。これを除去し有意義な画像とすることが本実施の形態の効果である。
【００４４】
さて、本実施の形態においては、オフセットＸを設定した二つの撮像系で同時に撮像対象物を撮像する。
【００４５】
図６ではＸ＝λ／４とした場合の、各アンテナと撮像対象物の配置を表している。アンテナＡＮＴ１と撮像対象物表面の距離をｚ1、アンテナＡＮＴ２と撮像対象物表面の距離をｚ2としている。この場合には
【数２】
【００４６】
撮像対象物表面に座標系（ξ，η）、その像面に座標系（ｘ，ｙ）をはり、レンズ系の伝達関数であるポイントスプレッド関数（Point spread function＝PSF）をＳ（ｘ−ξ，ｙ−η）とする。アンテナＡＮＴ１とＡＮＴ２とは同一のＰＳＦを有する光学系をなすように設計する。
【００４７】
さて、位置（ξ，η）における対象物表面の反射係数をΓ（ξ，η）、ｚ座標値をｚ（ξ，η）と書くとき、アンテナＡＮＴ１および２により得られる撮像結果Ｇ1（ｘ，ｙ），Ｇ2（ｘ，ｙ）はそれぞれ、
【数３】
【００４８】
と与えられる。これらの表式は干渉効果が顕著である場合によい近似であってよく実際を反映する。実際をよく反映することについては計測結果をもとに後述する。上記表式において、ｚ1，ｚ2の寄与を排除してΓ（ξ，η）の表式を得ることが、可干渉性に起因する像歪みを排除することを意味している。したがって、上記表式より、Γ（ξ，η）を得るための像処理フローを記述する。
【００４９】
式（３）および式（４）をｘ、ｙもしくはそれらの関数で微分することをまず行なう。ここでは簡単のため、ｘで微分する。すると、
【数４】
【００５０】
となる。ここで、Ｇ1，Ｇ2のｘに関する偏微分をＩ1，Ｉ2とし、Ｓ′はＰＳＦたるＳのｘについての偏微分を意味する。これらはフーリエ変換によって次のように表される。
【数５】
【００５１】
いま、関係式（２）によって、上二式を変形すると、
【数６】
【００５２】
となる。式（９）、（１０）よりｚ1を消去すると、
【数７】
【００５３】
が得られる。この式から明らかなように、散乱係数Γは、ｚ1，ｚ2に依存しない。このことから、本発明の方法で得られる像は、散乱点のｚ方向の分布に起因する干渉縞が生じないことが分かる。
【００５４】
上記では、関係式（２）が成立する場合を例に説明した。この場合は、表式が簡単になり便利であるが、このことは、ｚ1とｚ2の隔たりがλ／４の場合に限らず、任意の値に対しても成り立つので、これを説明する。そこで、ｚ1−ｚ2＝δｚ／２とおく。
【数８】
【００５５】
であり、書き改めれば、
【数９】
【００５６】
と与えられる。上式右辺は、式（９）、（１０）と同一である。従って、式（１１）を求めたときと同様にして、ｚ1，ｚ2に依存しないΓが得られる。すなわち、オフセット値（ｚ1−ｚ2）が任意の値に対しても、散乱点のｚ方向の分布に起因する干渉縞が生じないことが分かる。
【００５７】
以上の像処理フローの有効性を実測に基づく検証によって明確にする。
【００５８】
図７（ａ）に示すような、ミリ波を入射せしめる面にクラックを設けたコンクリートの塊を撮像対象物とした。撮像に当たってはミリ波周波数を１００ＧＨｚとした。その波長は空気中で３ｍｍである。図７（ｂ）には可干渉性による像歪みとして与えた解析モデルと実際の適合性を示す計測結果である。これを得るために、クラックの入ったコンクリート表面を２ｍｍを刻みとして３回撮像した。上述の式を参考にすれば、一回目から三回目に得られる撮像結果Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3は次のように書かれる。
【数１０】
【００５９】
ここでδは刻み値２ｍｍを意味する。これらを適当に変形すると、
【数１１】
【００６０】
を得る。図７（ｂ）は上式右辺の値をｘ，ｙそれぞれの位置において求めその値の散布の様をプロットしたものである。いま、δ＝２ｍｍであるから、クラックなどのかく乱要因の存在しない場合には、これらは
【数１２】
【００６１】
となるべきものである。図７（ｂ）には値が−０．５を中心として分布する様が確認される。この結果によって、我々のモデルがよく実際を反映していることが裏付けられた。
【００６２】
図８には、撮像された各画像とそれに対して像処理を施した後の画像を示す。図８（ａ）にはミリ波帯撮像器Ｃ１（ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１）により撮像された画像を示し、図８（ｂ）にはミリ波帯撮像器Ｃ１（ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１）により撮像された画像を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）には表面に設けたクラックの像と、可干渉性による像歪みのそれぞれが重畳している様が確認できる。両者を選択的に取り除く方法なしには区別することは困難である。クラックの形状を先験的には知り得ない場合にはこの困難は一層顕著になるだろう。
【００６３】
図８（ｃ）には、図示しない装置により各画像を像処理した後の画像を示す。クラックのみがよく協調された画像を得ることに成功している。本実施の形態の有効性が実測によって裏付けられたことを主張するところである。
【００６４】
なお、本実施の形態によっては、例えば図９に概念図を示すような理想的な非破壊検査装置を実現することができる。検知対象物に一次元のアレイセンサを近接して走査せしむる構成をとり、センサとともに検知対象内部の透視像がモニタに表示されるという機能を有する。Ｘ線、超音波では反射型検知は困難である。またマイクロ波帯レーダでは解像度に難があり、また装置の小型化が困難である。こうしたインタフェースをもって非破壊検査装置が実現されるのは検知媒体としてミリ波を用いることが鍵となっている。本実施の形態はミリ波帯撮像を実効性のあるものとするために不可避の要素を包含しており、きわめて重要な効果を有している。また、ミリ波を用いることによってミリメートル以下程度の空間解像度を確保し、コンクリート表面クラック等の検知にも成功する。
【００６５】
上記のオフセット値は任意だが、式（２）に示すように、ミリ波の波長の１／４の値とすれば、式（１３）よりも簡略化された式（８）を用いることができ、よって処理負担が少なく、迅速な処理が行える。
【００６６】
また、上記式を用いた処理は、走査方向と撮像対象物の表面とが平行な場合に最適な結果が得られる。平行とするために、本実施の形態の装置側の配置を制御する手段を設けても良いし、逆に撮像対象物を回転させるなどしてその配置を制御する手段を設けても良い。具体的には、走査方向と撮像対象物表面とでなす角度を検出する手段と、検出された角度が０度になるように装置や撮像対象物を配置する手段とを設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を説明する図である。
【図３】ミリ波帯撮像器の構成例を説明する図である。
【図４】信号可干渉性を説明する図であり、詳しくは、図４（ａ）は、ミリ波信号の伝搬の様子を示す図であり、図４（ｂ）は、定在波の励起を示す図である。
【図５】信号可干渉性に起因する像歪みの成因を説明する図である。
【図６】Ｘ＝λ／４とした場合の、各アンテナと撮像対象物の配置を表した図である。
【図７】図７（ａ）は、撮像対象物の概要を示す図であり、図７（ｂ）は、撮像結果のモデルとの適合性を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、ミリ波帯撮像器Ｃ１等による画像を示す図であり、図８（ｂ）は、ミリ波帯撮像器Ｃ２等による画像を示す図であり、図８（ｃ）は、各画像を合成した後の画像の図である。
【図９】本実施の形態により実現可能な非破壊検査装置の概念図である。
【図１０】コンクリート非破壊検査の概要を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２…アンテナ
ＡＮＴＡ１、ＡＮＴＡ２…アンテナアレイ
Ｃ１，Ｃ２…ミリ波帯撮像器
ＣＡ１、ＣＡ２…ミリ波帯撮像器アレイ
Ｄ１…ミリ波帯検波器
ＯＳＣ１…ミリ波帯発振器
ＯＳＣ１１…低周波信号生成器
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…ポート
ＳＡ１…ミリ波帯信号分離器
ＳＷ１…ミリ波帯変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、
ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、
前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、
アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている
ことを特徴とするミリ波イメージング装置。
【請求項２】
複数のアンテナからなるアンテナアレイがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器アレイＣＡ１およびミリ波帯撮像器アレイＣＡ２と、
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１に接続されるアンテナアレイＡＮＴＡ１、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２に接続され、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナアレイＡＮＴＡ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、
前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、
アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている
ことを特徴とするミリ波イメージング装置。
【請求項３】
各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器は、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１と、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１のミリ波を変調するミリ波帯変調器ＳＷ１と、ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波が与えられるとともにアンテナに接続されるミリ波帯信号分離器と、このミリ波帯信号分離器で分離されたミリ波により像を撮像するミリ波帯検波器Ｄ１とを備える
ことを特徴とする請求項１記載のミリ波イメージング装置。
【請求項４】
ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を用いて信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を得る装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項５】
ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を示す式を微分およびフーリエ変換し、得られた各式と、前記オフセットに相当する位相差とを用いて、信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を示す式を得ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項６】
オフセット値がミリ波の波長の１／４の値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項７】
走査方向と撮像対象物の表面とが平行となるように制御する手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項１】
アンテナがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器Ｃ１およびミリ波帯撮像器Ｃ２と、
ミリ波帯撮像器Ｃ１に接続されるアンテナＡＮＴ１、ミリ波帯撮像器Ｃ２に接続され、アンテナＡＮＴ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナＡＮＴ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、
前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、
アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている
ことを特徴とするミリ波イメージング装置。
【請求項２】
複数のアンテナからなるアンテナアレイがそれぞれ接続されるとともに、ミリ波が各アンテナから照射され撮像対象物で反射して当該アンテナで受信されたときの当該受信されたミリ波により像を撮像するミリ波帯撮像器アレイＣＡ１およびミリ波帯撮像器アレイＣＡ２と、
ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１に接続されるアンテナアレイＡＮＴＡ１、ミリ波帯撮像器アレイＣＡ２に接続され、アンテナアレイＡＮＴＡ１からのミリ波の照射方向と同一の照射方向にミリ波を照射し反射したミリ波を受信するアンテナアレイＡＮＴＡ２、を有するアンテナ送受信系とを備え、
前記アンテナ送受信系が、所定の走査方向に走査されるミリ波イメージング装置であって、
アンテナアレイＡＮＴＡ１とアンテナアレイＡＮＴＡ２の一方が他方に対し照射方向にオフセットされている
ことを特徴とするミリ波イメージング装置。
【請求項３】
各ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２または各ミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２を構成するミリ波帯撮像器は、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１と、ミリ波帯発振器ＯＳＣ１のミリ波を変調するミリ波帯変調器ＳＷ１と、ミリ波帯変調器ＳＷ１で変調されたミリ波が与えられるとともにアンテナに接続されるミリ波帯信号分離器と、このミリ波帯信号分離器で分離されたミリ波により像を撮像するミリ波帯検波器Ｄ１とを備える
ことを特徴とする請求項１記載のミリ波イメージング装置。
【請求項４】
ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を用いて信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を得る装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項５】
ミリ波帯撮像器Ｃ１、Ｃ２の各像またはミリ波帯撮像器アレイＣＡ１、ＣＡ２の各像を示す式を微分およびフーリエ変換し、得られた各式と、前記オフセットに相当する位相差とを用いて、信号可干渉性に起因する歪みを除去した像を示す式を得ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項６】
オフセット値がミリ波の波長の１／４の値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【請求項７】
走査方向と撮像対象物の表面とが平行となるように制御する手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のミリ波イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４２７８０（Ｐ２００６−２４２７８０Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５９７５１（Ｐ２００５−５９７５１）
【出願日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【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１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【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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