電磁波イメージング装置
【課題】測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングする。
【解決手段】構造物の曲面に電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、構造物の構造物物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信アンテナとを有し、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３をコンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置する。
【解決手段】構造物の曲面に電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、構造物の構造物物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信アンテナとを有し、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３をコンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物の表面状態（曲面状態）をイメージングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電柱や鉄道の架線柱等に利用されているコンクリートポールＣＰには、製造過程や歳月の経過に伴って腐朽や欠陥が生じることが少なくない。このような腐朽や欠陥はコンクリートポールＣＰの強度を著しく劣化させ、電線や架線を危険な状態に陥らせる。例えば、コンクリートポールＣＰの内部でクラックや剥離が発生すると、構造の強度が低下し、ついには倒壊する危険性が生じることがある。
【０００３】
このような事故を未然に防止するためには、コンクリートポールＣＰの内部のクラックや剥離を早期の段階で検知することが必要になる。簡易な手段としてはコンクリートポールＣＰの劣化を外部から目視によって検査する方法が考えられるが、目視ではクラックや剥離している位置や形状を正確に記録できない。また、実際にはコンクリートポールＣＰの側面の表面は貼紙防止シートＳＴによって覆われている場合が多く、過去に設置された全てのコンクリートポールＣＰについて貼紙防止シートＳＴを一旦剥がし、検査後に再び被覆するには手間がかかる。
【０００４】
これに対し、従来のＸ線ＣＴや超音波イメージングを、コンクリートポールＣＰの内部の非破壊検査に応用することが考えられる。
【０００５】
Ｘ線ＣＴは、Ｘ線の透過能が高いことを利用して、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置を対向して配置し、測定対象を透過して検知されたＸ線のデータから測定対象内部を映像化する技術である。
【０００６】
超音波イメージングは、パルス状に超音波を測定対象の表面から入射させ、測定対象中を伝搬する弾性波を検知し、腐朽や欠陥を見通す技術である。この場合も、基本的には超音波発生装置と超音波検知装置とを測定対象を挟んで対向配置させる。
【０００７】
しかしながら、一般的なコンクリートポールＣＰは地面に対して水平にひび割れが入るため、超音波イメージングにおいては、超音波発生装置と超音波検知装置をひび割れを挟んで上下に対向して配置する必要がある。検知能としては、上下に挟み込んだどこかにあるという程度であり、正確な位置を確認することは困難である。また、超音波発生装置と超音波検知装置は振動子を用いて超音波を入射するため、表面反射を低減するためにグリースを塗布する必要がある。１本のコンクリートポールＣＰに対して３００ｍｇのグリースを一本使用する割合であり、完全なる非破壊、非接触ではないため、環境負荷が大きくなる。
【０００８】
また、現行のＸ線ＣＴにおいては、測定対象の後ろ側に検知装置を配置する必要があり、実際のコンクリートポールＣＰには塀や壁などの障害物が近接しているため、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置の両方を設置可能なスペースを確保することは困難である。特にＸ線については、その電離作用による人体への影響により使用ライセンスの取得が必要であることから、公の場に設置されたコンクリートポールＣＰの点検をＸ線ＣＴを用いて実施することは困難である。
【０００９】
このような問題を解消するため、特許文献１、２には、ミリ波帯の電磁波を利用して測定対象を検査する技術が開示されている。ミリ波帯の電磁波を１つの送信アンテナから測定対象に放射し、その測定対象で反射した電磁波をアレイ化された複数の受信アンテナでそれぞれ受信し、受信した電磁波の反射強度に基づいて画像を描画することを測定対象に沿って繰り返すことにより、測定対象の表層内部の２次元透視画像をリアルタイムイメージングしている。これにより、測定対象の表面が貼紙防止シートＳＴで被覆されている場合であっても、その表面状態を容易に２次元画像として記録することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２８８２６５号公報
【特許文献２】特許第４３６９９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、複数の受信アンテナが直線状に配置されているため、コンクリートポールＣＰのように測定表面が曲面状態（湾曲状態）である場合には、その曲面（側面）に対して垂直に放射されない電磁波の反射波を確実に受信することは困難である。また、外側に位置する受信アンテナは内側の受信アンテナよりもコンクリートポールＣＰの曲面（側面）からの距離が大きいため、反射波の受信強度は小さい。
【００１２】
従って、コンクリートポールＣＰに発生したクラックや剥離の検出感度や空間分解能が低下するという問題があった。また、このような問題を避けるため、検出感度や空間分解能のより高い内側の受信アンテナで得られた測定データのみを使用することも考えられるが、コンクリートポールＣＰの撮像範囲が小さくなるという問題がある。
【００１３】
また、コンクリートポールＣＰは上端ほど断面の半径が小さくて曲率が大きいため、その上端に向かって特許文献１、２に開示された従来の電磁波イメージングシステムを走査させると、直線状に配置された複数の受信アンテナのうち一部がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に接触し、その接触位置よりも高い位置では検査できないという問題もある。
【００１４】
また、その従来の電磁波イメージングシステムで使用される送信アンテナ数は１つであるため、測定対象で反射した電磁波を直線状に配置された複数の受信アンテナで受信するには、放射する電磁波を測定対象に拡散放射可能な指向性の低いアンテナであることが求められる。
【００１５】
すると、図１０に示すように、送信アンテナの放射面中心から放射された電磁波と放射面周縁近傍から放射された電磁波とでは、各放射端から測定対象に到達するまでの距離が異なるため、測定対象に対する放射強度に大きな差が生じてしまう。また、送信アンテナの放射面中心から周縁近傍になるに従って放射される電磁波の測定対象への入射角が大きくなるため、外側の受信アンテナであっても反射された電磁波を確実に受信できない。
【００１６】
従って、特許文献１、２に開示された従来技術では、測定対象の測定位置によって放射強度が異なり、送信アンテナの中心から離れた位置（即ち、２次元透視画像のエッジ画素に相当）での画素のＳＮ比が低くなり、広範囲に渡って適切にイメージングできないという問題もある。
【００１７】
また、そのような従来技術では、測定対象と受信アンテナとの間の撮像距離を放射する電磁波の波長以下にすることによって測定対象表面の微小変化により生じる散乱波の微小変化を捉えているが、例えば複数の受信アンテナとして平面スロットアンテナが使用されているため、撮像距離が確実に電磁波の波長以下となるように測定対象の表面形状に合わせて個々の受信アンテナをそれぞれ形成することは非常に難しいという問題もある。特に、測定対象がコンクリートポールＣＰである場合には、測定される表面は湾曲していることから、この問題は顕著に発生する。
【００１８】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に記載の電磁波イメージング装置は、ミリ波帯の電磁波を放射しながら構造物の曲面を走査することにより前記曲面の表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置において、前記構造物の曲面に前記電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、当該構造物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信回路と、を有し、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、それぞれ、前記構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが、それぞれ、構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されているため、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。
【００２１】
請求項２に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１に記載の電磁波イメージング装置において、前記複数の送信アンテナが、各送信アンテナから放射される各電磁波が前記構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、複数の送信アンテナが、各送信アンテナから放射される各電磁波が構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されているため、構造物の曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００２３】
請求項３に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１又は２に記載の電磁波イメージング装置において、前記複数の送信アンテナが、前記構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、複数の送信アンテナが、構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されているため、構造物の曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００２５】
請求項４に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記送信アンテナ及び／又は前記受信アンテナの位置を変えることにより、前記送信アンテナ又は前記受信アンテナの電磁波放射端から前記構造物の曲面までの距離を調整するアンテナ調整機構を更に有することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、送信アンテナ及び／又は受信アンテナの位置を変えることにより、送信アンテナ又は受信アンテナの電磁波放射端から構造物の曲面までの距離を調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００２７】
請求項５に記載の電磁波イメージング装置は、請求項４に記載の電磁波イメージング装置において、前記アンテナ調整機構が、前記送信アンテナの向きを変えることにより、前記構造物の曲面に対する前記電磁波の入射角を調整することを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、送信アンテナの向きを変えることにより、構造物の曲面に対する電磁波の入射角を調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下をより確実に防止し、より良好なイメージングを行うことができる。
【００２９】
請求項６に記載の電磁波イメージング装置は、請求項５に記載の電磁波イメージング装置において、前記アンテナ調整機構が、前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように前記送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を更に確実に防止し、更に良好なイメージングを行うことができる。
【００３１】
請求項７に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記送信アンテナと前記受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、前記送信回路と前記受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとし、前記電磁波の放射を当該モジュール単位で切り替える制御回路を更に有することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、送信回路と受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとするため、モジュール配置の自由度を高くすることができる。また、電磁波の放射をモジュール単位で切り替えるため、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００３３】
請求項８に記載の電磁波イメージング装置は、請求項７に記載の電磁波イメージング装置において、前記制御回路が、前記送受信アンテナから放射される前記電磁波の強度を調整することを特徴とする。
【００３４】
請求項９に記載の電磁波イメージング装置は、請求項７又は８に記載の電磁波イメージング装置において、前記制御回路が、前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナから放射される各電磁波の強度をそれぞれ個別に調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】電磁波イメージング装置の外観を斜視方向から示す図である。
【図２】電磁波イメージング装置の利用状態を示す図である。
【図３】電磁波イメージング装置の内部構成を示す図である。
【図４】電磁波イメージング装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図５】ミリ波モジュールの回路構成を示す図である。
【図６】ミリ波モジュールの配置例を示す図である。
【図７】ミリ波モジュールの他の配置例を示す図である。
【図８】アンテナ調整機構の動作を説明する図である。
【図９】アンテナ制御及び電磁波の強度制御を説明する図である。
【図１０】従来の電磁波イメージングシステムの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る電磁波イメージング装置の外観を斜視方向から示す図である。電磁波イメージング装置１は１つの筐体１０により構成され、その筐体１０の上部には利用者によって把持される把持部１１が形成され、下部の四隅には電磁波イメージング装置１を前進又は後進させる車輪１２が装着されている。なお、曲面（側面）上での走査を容易にするため、その曲面（側面）と平行になるように車輪軸が設計されている。
【００３９】
図２は、電磁波イメージング装置の利用状態を示す図である。利用者は、測定対象のコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に貼られた貼紙防止シートＳＴの表面に車輪１２を接触させ、コンクリートポールＣＰの上端又は下端の一方向に向かって貼紙防止シートＳＴの表面で電磁波イメージング装置１を走査させる。
【００４０】
その走査中、電磁波イメージング装置１は、下部（図１の下側）からミリ波帯の電磁波を貼紙防止シートＳＴを透過してコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に放射し、その曲面（側面）で反射した電磁波を受信して、その反射した電磁波に係る測定データを通信線３を介してデータ処理装置５に送信する。
【００４１】
データ処理装置５は、受信した測定データをイメージング処理（測定データに基づく画像処理）して、走査された走査領域でのコンクリートポールＣＰの曲面（側面）の表面状態を２次元透視画像として画面に表示出力し、その表示結果を記録する。これにより、利用者は、コンクリートポールＣＰの表面に発生したクラックや剥離を検知することができる。
【００４２】
なお、この電磁波イメージング装置１は、電源線７を介して接続された外部の電源装置９により電力が供給されて動作するものとする。外部の電源装置９に代えて、電磁波イメージング装置１の内部にバッテリーを具備させることも可能である。
【００４３】
また、コンクリートポールＣＰの一例としては電柱が挙げられるが、測定対象が表面形状に曲面を持つ構造体（例えば、円柱状、円筒状、円錐形状の構造体、又はそれらの形状の一部）であれば、本実施の形態に係る電磁波イメージング装置１を利用してクラックや剥離を検知することができる。
【００４４】
また、貼紙防止シートＳＴの表面に車輪１２を接触させるのに代えて、コンクリートポールＣＰの表面に車輪１２を直接接触させても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
図３は、電磁波イメージング装置の内部構成を示す図である。図４は、電磁波イメージング装置の機能ブロック構成を示す図である。電磁波イメージング装置１は、ミリ波モジュール１３と、ミリ波モジュール把持板１４と、アンテナ調整機構１５と、バイアス回路１６と、ベースバンド回路１７と、モジュール切替器１８と、制御回路１９と、マイコン２０と、距離センサ２１と、電源回路２２と、車輪１２とで構成されている。そして、それら全てが１つの筐体１０の内部又は外部に具備されている。
【００４６】
なお、ここで説明した内部構成は本発明の説明に必要な一部であって、電磁波イメージング装置１が装置として実現される際にはフィルタ回路等その他様々な回路や機構が具備される。
【００４７】
ミリ波モジュール１３は、電磁波放射端が電磁波イメージング装置１の下部（図３の下側）に向けて配置された送受信アンテナ１３ａと、その送受信アンテナ１３ａに接続されて電磁波を放射及び受信する送受信回路１３ｂとが一体化された１つのモジュールとして構成されている。そして、測定対象であるコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に電磁波を送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射して、その曲面（側面）で反射した電磁波を当該送受信アンテナ１３ａで受信する。
【００４８】
ここで、ミリ波モジュール１３の具体的な回路構成について説明する。図５は、ミリ波モジュールの回路構成を示す図である。ミリ波モジュール１３は、バイアス回路１６を通じて供給される電源電圧±５．２Ｖの電圧レベルを電源電圧±４．５Ｖに変換する電圧変換回路１３１と、電圧変換回路１３１により変換された電圧レベルを更に調整し、ＲＦ回路１３４で発生させる電磁波の周波数を調整する電圧調整器１３２と、バイアス回路１６から供給される変調信号（１００ｋＨｚ、０−２Ｖの矩形波）から正パルス及び負パルスをそれぞれ生成する正負パルス生成回路１３３と、電圧変換回路１３１と電圧調整器１３２と正負パルス生成回路１３３とからそれぞれ出力された正パルス信号・負パルス信号や電源電圧を用いてミリ波帯の電磁波を発生するＲＦ回路（高周波発生回路）１３４と、発生した電磁波をアンテナガイド１３５により導いて電磁波放射端から外部に放射する送受信アンテナ１３ａとで構成される。
【００４９】
また、送受信アンテナ１３ａは、測定対象であるコンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波を受信してＲＦ回路１３４に導き、ＲＦ回路１３４は、その導かれた電磁波を受信してベースバンド回路１７に送信する。
【００５０】
なお、電圧変換回路１３１と、電圧調整器１３２と、正負パルス生成回路１３３と、ＲＦ回路１３４とは、前述した送受信回路１３ｂに相当している。また、送受信回路１３ｂと送受信アンテナ１３ａとの接続部にレール機構や回動機構を設け、送受信回路１３ｂに対する送受信アンテナ１３ａの位置や向きを単独で可変させることも可能である。ミリ波帯の電磁波を放射可能な送受信アンテナとしては、例えば、ホーンアンテナ、パッチアンテナ、テーパスロットアンテナ、導波管端やロッドアンテナ等で実現可能である。
【００５１】
ミリ波モジュール把持板１４は、複数のミリ波モジュール１３を一列に並べて配置し、固定する。ここで、ミリ波モジュール把持板１４によって配置されるミリ波モジュール１３の配置方法について説明する。図６は、ミリ波モジュールの配置例を示す図である。図６（ａ）は、ミリ波モジュール把持板１４に配置されたミリ波モジュール群を斜視方向から見た図であり、図６（ｂ）は、そのミリ波モジュール群を図３の右側から見た図である。
【００５２】
この配置例では、複数のミリ波モジュール１３（即ち、複数の送受信アンテナ１３ａ）を、コンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化してミリ波モジュール把持板１４の一面に配置する。これにより、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。また、電磁波イメージング装置１の走査中に送受信アンテナ１３ａがコンクリートポールＣＰに接触することを防ぐことができる。
【００５３】
具体的には、コンクリートポールＣＰの半径が１５０ｍｍの場合には、曲率が１／１５０となるように複数の送受信アンテナ１３ａを円弧状に並べ、並べられた各送受信アンテナ１３ａをそれぞれ有する各ミリ波モジュール１３をミリ波モジュール把持板１４にそれぞれ配置し、固定する。
【００５４】
例えば、隣接する送受信アンテナ１３ａの間隔を全て等しく５ｍｍとし、車輪１２をコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に接触させた状態で各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離が全て等しく５ｍｍとなるように、その曲面（側面）に対する全ての送受信アンテナ１３ａの高さを調整して配置する。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になり、電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００５５】
特に、貼紙防止シートＳＴが張られたコンクリートポールＣＰを走査する場合には、その貼紙防止シートＳＴの最上部の曲率に合わせて円弧状にミリ波モジュール１３を配置することが望ましい。コンクリートポールＣＰの断面の曲率は上端ほど大きいため、貼紙防止シートＳＴの最上部の曲率に合わせることにより、曲率の小さいコンクリートポールＣＰの下端を走査する場合であっても、送受信アンテナ１３ａが貼紙防止シートＳＴに接触することを確実に防止することができる。
【００５６】
図７は、ミリ波モジュールの他の配置例を示す図である。図７（ａ）に示すように、当該他の配置例では、複数のミリ波モジュール１３（即ち、複数の送受信アンテナ１３ａ）を、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置する。特に、コンクリートポールＣＰの断面が真円である場合には、図７（ｂ）に示すように、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波の放射軸がコンクリートポールＣＰの断面中心で交わるようにそれぞれ配置することで、電磁波が曲面（側面）に対して垂直に入射されるようになる。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００５７】
アンテナ調整機構１５は、ミリ波モジュール把持板１４やミリ波モジュール１３の位置や方向を制御して、送受信アンテナ１３ａの位置（高さ）や方向（角度）を調整する。これにより、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００５８】
すなわち、図８に示すように、ミリ波モジュール把持板１４を上下方向に駆動させる。これにより、複数の送受信アンテナ１３ａの各電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離Ｌを一度に調整する。又は、ミリ波モジュール把持板１４に配置された各ミリ波モジュール１３の固定位置をそれぞれ上下方向に変動させる。これにより、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離Ｌをそれぞれ個別に調整する。
【００５９】
また、ミリ波モジュール把持板１４を図８の回転方向に駆動させる。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して複数の送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の入射角θを一度に調整する。又は、ミリ波モジュール把持板１４に配置された各ミリ波モジュール１３の中心軸を回転方向にそれぞれ変化させ、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端の向きをそれぞれ変える。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して各送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の入射角θをそれぞれ個別に調整する。
【００６０】
特に、図９に示すように、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように、ミリ波モジュール把持板１４又は送受信アンテナ１３ａの位置及び向きを調整することが望ましい。
【００６１】
なお、ミリ波モジュール把持板１４やミリ波モジュール１３の位置や方向の制御は、例えば、任意の位置（高さ）や方向（角度）でミリ波モジュール把持板１４又はミリ波モジュール１３を固定するネジや、ミリ波モジュール１３を把持するジグに上下方向に沿って調整可能なレールを付設すること、等により実現可能である。
【００６２】
また、上述した送受信回路１３ｂと送受信アンテナ１３ａとの接続部にレール機構や回動機構が設けられることにより、送受信アンテナ１３ａが送受信回路１３ｂから独立して位置や方向が調整可能な場合には、送受信アンテナ１３ａのみをアンテナ調整機構１５による制御対象とすることも可能である。
【００６３】
バイアス回路１６は、電源回路２２から供給される電源電圧を用いて電源電圧±５．２Ｖの電圧をミリ波モジュール１３の電圧変換回路１３１に出力し、１００ｋＨｚ、０−２Ｖの矩形波の変調信号をミリ波モジュール１３の正負パルス生成回路１３３に出力する。
【００６４】
ベースバンド回路１７は、ミリ波モジュール１３のＲＦ回路１３４から送信された反射電磁波を受け取り、その反射電磁波の強度値を検出する。
【００６５】
モジュール切替器１８は、制御回路１９からの切替信号に基づいて、動作させるミリ波モジュール１３を切り替える。このようなモジュール切替器１８は、切替信号が印加されるゲート電極を有するトランジスタ等のスイッチ素子により実現可能である。
【００６６】
制御回路１９は、電磁波を放射するミリ波モジュール１３を選択して切り替えるための切替信号をモジュール切替器１８に出力する。これにより、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、選択されたミリ波モジュール１３からのみ電磁波が放射されるので、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００６７】
また、制御回路１９は、各ミリ波モジュール１３から放射される電磁波の強度を調整する。例えば、ミリ波モジュール１３のＲＦ回路１３４で電磁波を生成する際に利用する電磁波強度設定値を制御する。特に、図９に示したように、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の強度をそれぞれ調整することが望ましい。
【００６８】
マイコン２０は、制御回路１９を経由してベースバンド回路１７で検知された反射電磁波の強度を受信すると共に、距離センサ２１で検知された電磁波イメージング装置１の移動距離を受信し、その移動距離に応じた各測定位置での反射電磁波の強度を通信線３を介してデータ処理装置５に送信する。
【００６９】
距離センサ２１は、電磁波イメージング装置１の移動距離を検知し、マイコン２０に距離信号（移動距離情報）を伝送する。
【００７０】
電源回路２２は、電源線７を介して電源装置９から電源電圧を受け取り、電磁波イメージング装置１の各構成回路に供給する。
【００７１】
なお、コンクリートポールＣＰの側面は湾曲しているため、車輪１２の接地面がコンクリートポールＣＰの曲面に密着するように車輪の軸を調整可能な機構を車輪１２に具備することが望ましい。例えば、車軸がベアリング等で接続される関節を複数有し、任意の角度の車軸においてもベアリングが車軸の回転を損なうことのないように円滑な動作を行うようにする。
【００７２】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３がコンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されているので、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。また、電磁波イメージング装置１の走査中に送受信アンテナ１３ａがコンクリートポールＣＰに接触することを防止することができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３が、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７４】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３が、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になり、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７５】
本実施の形態によれば、コンクリートポールＣＰの断面が真円である場合には、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波の放射軸がコンクリートポールＣＰの断面中心で交わるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７６】
本実施の形態によれば、ミリ波モジュール１３の位置（即ち、送受信アンテナ１３ａの位置）を変えることにより、送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離を調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００７７】
本実施の形態によれば、ミリ波モジュール１３の角度（即ち、送受信アンテナ１３ａの向き）を変えることにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の入射角を調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下をより確実に防止し、より良好なイメージングを行うことができる。
【００７８】
本実施の形態によれば、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるようにミリ波モジュール把持板１４（即ち、送受信アンテナ１３ａ）の位置又は向きをそれぞれ個別に調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を更に確実に防止し、更に良好なイメージングを行うことができる。
【００７９】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとを一体化して１つのミリ波モジュール１３とするので、ミリ波モジュール１３の配置の自由度を高くすることができる。すなわち、コンクリートポールＣＰの形状に沿って各ミリ波モジュール１３を最適な位置や方向にそれぞれ配置可能となり、局所的な電磁波の放射が可能となって、画素のＳＮ比を改善して画素間のバラツキを抑えることができる。
【００８０】
本実施の形態によれば、電磁波の放射をモジュール単位で切り替えるので、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００８１】
最後に、本実施の形態では、送信機能と受信機能とを共に有する送受信アンテナ１３ａや送受信回路１３ｂを用いて説明したが、送受信アンテナ１３ａに代えて、ホーンアンテナ等の送信アンテナや平面スロットアンテナ等の受信アンテナを用い、それら送信アンテナ及び受信アンテナを、それぞれ、コンクリートポールＣＰの断面の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、同様に、送受信回路１３ｂに代えて、送信機能と受信機能とをそれぞれ個別に行う送信回路や受信回路を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…電磁波イメージング装置
３…通信線
５…データ処理装置
７…電源線
９…電源装置
１０…筐体
１１…把持部
１２…車輪
１３…ミリ波モジュール
１３ａ…送受信アンテナ
１３ｂ…送受信回路
１４…ミリ波モジュール把持板
１５…アンテナ調整機構
１６…バイアス回路
１７…ベースバンド回路
１８…モジュール切替器
１９…制御回路
２０…マイコン
２１…距離センサ
２２…電源回路
１３１…電圧変換回路
１３２…電圧調整器
１３３…正負パルス生成回路
１３４…ＲＦ回路
１３５…アンテナガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物の表面状態（曲面状態）をイメージングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電柱や鉄道の架線柱等に利用されているコンクリートポールＣＰには、製造過程や歳月の経過に伴って腐朽や欠陥が生じることが少なくない。このような腐朽や欠陥はコンクリートポールＣＰの強度を著しく劣化させ、電線や架線を危険な状態に陥らせる。例えば、コンクリートポールＣＰの内部でクラックや剥離が発生すると、構造の強度が低下し、ついには倒壊する危険性が生じることがある。
【０００３】
このような事故を未然に防止するためには、コンクリートポールＣＰの内部のクラックや剥離を早期の段階で検知することが必要になる。簡易な手段としてはコンクリートポールＣＰの劣化を外部から目視によって検査する方法が考えられるが、目視ではクラックや剥離している位置や形状を正確に記録できない。また、実際にはコンクリートポールＣＰの側面の表面は貼紙防止シートＳＴによって覆われている場合が多く、過去に設置された全てのコンクリートポールＣＰについて貼紙防止シートＳＴを一旦剥がし、検査後に再び被覆するには手間がかかる。
【０００４】
これに対し、従来のＸ線ＣＴや超音波イメージングを、コンクリートポールＣＰの内部の非破壊検査に応用することが考えられる。
【０００５】
Ｘ線ＣＴは、Ｘ線の透過能が高いことを利用して、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置を対向して配置し、測定対象を透過して検知されたＸ線のデータから測定対象内部を映像化する技術である。
【０００６】
超音波イメージングは、パルス状に超音波を測定対象の表面から入射させ、測定対象中を伝搬する弾性波を検知し、腐朽や欠陥を見通す技術である。この場合も、基本的には超音波発生装置と超音波検知装置とを測定対象を挟んで対向配置させる。
【０００７】
しかしながら、一般的なコンクリートポールＣＰは地面に対して水平にひび割れが入るため、超音波イメージングにおいては、超音波発生装置と超音波検知装置をひび割れを挟んで上下に対向して配置する必要がある。検知能としては、上下に挟み込んだどこかにあるという程度であり、正確な位置を確認することは困難である。また、超音波発生装置と超音波検知装置は振動子を用いて超音波を入射するため、表面反射を低減するためにグリースを塗布する必要がある。１本のコンクリートポールＣＰに対して３００ｍｇのグリースを一本使用する割合であり、完全なる非破壊、非接触ではないため、環境負荷が大きくなる。
【０００８】
また、現行のＸ線ＣＴにおいては、測定対象の後ろ側に検知装置を配置する必要があり、実際のコンクリートポールＣＰには塀や壁などの障害物が近接しているため、Ｘ線発生装置とＸ線検知装置の両方を設置可能なスペースを確保することは困難である。特にＸ線については、その電離作用による人体への影響により使用ライセンスの取得が必要であることから、公の場に設置されたコンクリートポールＣＰの点検をＸ線ＣＴを用いて実施することは困難である。
【０００９】
このような問題を解消するため、特許文献１、２には、ミリ波帯の電磁波を利用して測定対象を検査する技術が開示されている。ミリ波帯の電磁波を１つの送信アンテナから測定対象に放射し、その測定対象で反射した電磁波をアレイ化された複数の受信アンテナでそれぞれ受信し、受信した電磁波の反射強度に基づいて画像を描画することを測定対象に沿って繰り返すことにより、測定対象の表層内部の２次元透視画像をリアルタイムイメージングしている。これにより、測定対象の表面が貼紙防止シートＳＴで被覆されている場合であっても、その表面状態を容易に２次元画像として記録することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２８８２６５号公報
【特許文献２】特許第４３６９９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、複数の受信アンテナが直線状に配置されているため、コンクリートポールＣＰのように測定表面が曲面状態（湾曲状態）である場合には、その曲面（側面）に対して垂直に放射されない電磁波の反射波を確実に受信することは困難である。また、外側に位置する受信アンテナは内側の受信アンテナよりもコンクリートポールＣＰの曲面（側面）からの距離が大きいため、反射波の受信強度は小さい。
【００１２】
従って、コンクリートポールＣＰに発生したクラックや剥離の検出感度や空間分解能が低下するという問題があった。また、このような問題を避けるため、検出感度や空間分解能のより高い内側の受信アンテナで得られた測定データのみを使用することも考えられるが、コンクリートポールＣＰの撮像範囲が小さくなるという問題がある。
【００１３】
また、コンクリートポールＣＰは上端ほど断面の半径が小さくて曲率が大きいため、その上端に向かって特許文献１、２に開示された従来の電磁波イメージングシステムを走査させると、直線状に配置された複数の受信アンテナのうち一部がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に接触し、その接触位置よりも高い位置では検査できないという問題もある。
【００１４】
また、その従来の電磁波イメージングシステムで使用される送信アンテナ数は１つであるため、測定対象で反射した電磁波を直線状に配置された複数の受信アンテナで受信するには、放射する電磁波を測定対象に拡散放射可能な指向性の低いアンテナであることが求められる。
【００１５】
すると、図１０に示すように、送信アンテナの放射面中心から放射された電磁波と放射面周縁近傍から放射された電磁波とでは、各放射端から測定対象に到達するまでの距離が異なるため、測定対象に対する放射強度に大きな差が生じてしまう。また、送信アンテナの放射面中心から周縁近傍になるに従って放射される電磁波の測定対象への入射角が大きくなるため、外側の受信アンテナであっても反射された電磁波を確実に受信できない。
【００１６】
従って、特許文献１、２に開示された従来技術では、測定対象の測定位置によって放射強度が異なり、送信アンテナの中心から離れた位置（即ち、２次元透視画像のエッジ画素に相当）での画素のＳＮ比が低くなり、広範囲に渡って適切にイメージングできないという問題もある。
【００１７】
また、そのような従来技術では、測定対象と受信アンテナとの間の撮像距離を放射する電磁波の波長以下にすることによって測定対象表面の微小変化により生じる散乱波の微小変化を捉えているが、例えば複数の受信アンテナとして平面スロットアンテナが使用されているため、撮像距離が確実に電磁波の波長以下となるように測定対象の表面形状に合わせて個々の受信アンテナをそれぞれ形成することは非常に難しいという問題もある。特に、測定対象がコンクリートポールＣＰである場合には、測定される表面は湾曲していることから、この問題は顕著に発生する。
【００１８】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に記載の電磁波イメージング装置は、ミリ波帯の電磁波を放射しながら構造物の曲面を走査することにより前記曲面の表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置において、前記構造物の曲面に前記電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、当該構造物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信回路と、を有し、前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、それぞれ、前記構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナが、それぞれ、構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されているため、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。
【００２１】
請求項２に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１に記載の電磁波イメージング装置において、前記複数の送信アンテナが、各送信アンテナから放射される各電磁波が前記構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、複数の送信アンテナが、各送信アンテナから放射される各電磁波が構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されているため、構造物の曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００２３】
請求項３に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１又は２に記載の電磁波イメージング装置において、前記複数の送信アンテナが、前記構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、複数の送信アンテナが、構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されているため、構造物の曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００２５】
請求項４に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記送信アンテナ及び／又は前記受信アンテナの位置を変えることにより、前記送信アンテナ又は前記受信アンテナの電磁波放射端から前記構造物の曲面までの距離を調整するアンテナ調整機構を更に有することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、送信アンテナ及び／又は受信アンテナの位置を変えることにより、送信アンテナ又は受信アンテナの電磁波放射端から構造物の曲面までの距離を調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００２７】
請求項５に記載の電磁波イメージング装置は、請求項４に記載の電磁波イメージング装置において、前記アンテナ調整機構が、前記送信アンテナの向きを変えることにより、前記構造物の曲面に対する前記電磁波の入射角を調整することを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、送信アンテナの向きを変えることにより、構造物の曲面に対する電磁波の入射角を調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下をより確実に防止し、より良好なイメージングを行うことができる。
【００２９】
請求項６に記載の電磁波イメージング装置は、請求項５に記載の電磁波イメージング装置において、前記アンテナ調整機構が、前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように前記送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整するため、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を更に確実に防止し、更に良好なイメージングを行うことができる。
【００３１】
請求項７に記載の電磁波イメージング装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記送信アンテナと前記受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、前記送信回路と前記受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとし、前記電磁波の放射を当該モジュール単位で切り替える制御回路を更に有することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、送信回路と受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとするため、モジュール配置の自由度を高くすることができる。また、電磁波の放射をモジュール単位で切り替えるため、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００３３】
請求項８に記載の電磁波イメージング装置は、請求項７に記載の電磁波イメージング装置において、前記制御回路が、前記送受信アンテナから放射される前記電磁波の強度を調整することを特徴とする。
【００３４】
請求項９に記載の電磁波イメージング装置は、請求項７又は８に記載の電磁波イメージング装置において、前記制御回路が、前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナから放射される各電磁波の強度をそれぞれ個別に調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】電磁波イメージング装置の外観を斜視方向から示す図である。
【図２】電磁波イメージング装置の利用状態を示す図である。
【図３】電磁波イメージング装置の内部構成を示す図である。
【図４】電磁波イメージング装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図５】ミリ波モジュールの回路構成を示す図である。
【図６】ミリ波モジュールの配置例を示す図である。
【図７】ミリ波モジュールの他の配置例を示す図である。
【図８】アンテナ調整機構の動作を説明する図である。
【図９】アンテナ制御及び電磁波の強度制御を説明する図である。
【図１０】従来の電磁波イメージングシステムの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る電磁波イメージング装置の外観を斜視方向から示す図である。電磁波イメージング装置１は１つの筐体１０により構成され、その筐体１０の上部には利用者によって把持される把持部１１が形成され、下部の四隅には電磁波イメージング装置１を前進又は後進させる車輪１２が装着されている。なお、曲面（側面）上での走査を容易にするため、その曲面（側面）と平行になるように車輪軸が設計されている。
【００３９】
図２は、電磁波イメージング装置の利用状態を示す図である。利用者は、測定対象のコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に貼られた貼紙防止シートＳＴの表面に車輪１２を接触させ、コンクリートポールＣＰの上端又は下端の一方向に向かって貼紙防止シートＳＴの表面で電磁波イメージング装置１を走査させる。
【００４０】
その走査中、電磁波イメージング装置１は、下部（図１の下側）からミリ波帯の電磁波を貼紙防止シートＳＴを透過してコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に放射し、その曲面（側面）で反射した電磁波を受信して、その反射した電磁波に係る測定データを通信線３を介してデータ処理装置５に送信する。
【００４１】
データ処理装置５は、受信した測定データをイメージング処理（測定データに基づく画像処理）して、走査された走査領域でのコンクリートポールＣＰの曲面（側面）の表面状態を２次元透視画像として画面に表示出力し、その表示結果を記録する。これにより、利用者は、コンクリートポールＣＰの表面に発生したクラックや剥離を検知することができる。
【００４２】
なお、この電磁波イメージング装置１は、電源線７を介して接続された外部の電源装置９により電力が供給されて動作するものとする。外部の電源装置９に代えて、電磁波イメージング装置１の内部にバッテリーを具備させることも可能である。
【００４３】
また、コンクリートポールＣＰの一例としては電柱が挙げられるが、測定対象が表面形状に曲面を持つ構造体（例えば、円柱状、円筒状、円錐形状の構造体、又はそれらの形状の一部）であれば、本実施の形態に係る電磁波イメージング装置１を利用してクラックや剥離を検知することができる。
【００４４】
また、貼紙防止シートＳＴの表面に車輪１２を接触させるのに代えて、コンクリートポールＣＰの表面に車輪１２を直接接触させても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
図３は、電磁波イメージング装置の内部構成を示す図である。図４は、電磁波イメージング装置の機能ブロック構成を示す図である。電磁波イメージング装置１は、ミリ波モジュール１３と、ミリ波モジュール把持板１４と、アンテナ調整機構１５と、バイアス回路１６と、ベースバンド回路１７と、モジュール切替器１８と、制御回路１９と、マイコン２０と、距離センサ２１と、電源回路２２と、車輪１２とで構成されている。そして、それら全てが１つの筐体１０の内部又は外部に具備されている。
【００４６】
なお、ここで説明した内部構成は本発明の説明に必要な一部であって、電磁波イメージング装置１が装置として実現される際にはフィルタ回路等その他様々な回路や機構が具備される。
【００４７】
ミリ波モジュール１３は、電磁波放射端が電磁波イメージング装置１の下部（図３の下側）に向けて配置された送受信アンテナ１３ａと、その送受信アンテナ１３ａに接続されて電磁波を放射及び受信する送受信回路１３ｂとが一体化された１つのモジュールとして構成されている。そして、測定対象であるコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に電磁波を送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射して、その曲面（側面）で反射した電磁波を当該送受信アンテナ１３ａで受信する。
【００４８】
ここで、ミリ波モジュール１３の具体的な回路構成について説明する。図５は、ミリ波モジュールの回路構成を示す図である。ミリ波モジュール１３は、バイアス回路１６を通じて供給される電源電圧±５．２Ｖの電圧レベルを電源電圧±４．５Ｖに変換する電圧変換回路１３１と、電圧変換回路１３１により変換された電圧レベルを更に調整し、ＲＦ回路１３４で発生させる電磁波の周波数を調整する電圧調整器１３２と、バイアス回路１６から供給される変調信号（１００ｋＨｚ、０−２Ｖの矩形波）から正パルス及び負パルスをそれぞれ生成する正負パルス生成回路１３３と、電圧変換回路１３１と電圧調整器１３２と正負パルス生成回路１３３とからそれぞれ出力された正パルス信号・負パルス信号や電源電圧を用いてミリ波帯の電磁波を発生するＲＦ回路（高周波発生回路）１３４と、発生した電磁波をアンテナガイド１３５により導いて電磁波放射端から外部に放射する送受信アンテナ１３ａとで構成される。
【００４９】
また、送受信アンテナ１３ａは、測定対象であるコンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波を受信してＲＦ回路１３４に導き、ＲＦ回路１３４は、その導かれた電磁波を受信してベースバンド回路１７に送信する。
【００５０】
なお、電圧変換回路１３１と、電圧調整器１３２と、正負パルス生成回路１３３と、ＲＦ回路１３４とは、前述した送受信回路１３ｂに相当している。また、送受信回路１３ｂと送受信アンテナ１３ａとの接続部にレール機構や回動機構を設け、送受信回路１３ｂに対する送受信アンテナ１３ａの位置や向きを単独で可変させることも可能である。ミリ波帯の電磁波を放射可能な送受信アンテナとしては、例えば、ホーンアンテナ、パッチアンテナ、テーパスロットアンテナ、導波管端やロッドアンテナ等で実現可能である。
【００５１】
ミリ波モジュール把持板１４は、複数のミリ波モジュール１３を一列に並べて配置し、固定する。ここで、ミリ波モジュール把持板１４によって配置されるミリ波モジュール１３の配置方法について説明する。図６は、ミリ波モジュールの配置例を示す図である。図６（ａ）は、ミリ波モジュール把持板１４に配置されたミリ波モジュール群を斜視方向から見た図であり、図６（ｂ）は、そのミリ波モジュール群を図３の右側から見た図である。
【００５２】
この配置例では、複数のミリ波モジュール１３（即ち、複数の送受信アンテナ１３ａ）を、コンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化してミリ波モジュール把持板１４の一面に配置する。これにより、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。また、電磁波イメージング装置１の走査中に送受信アンテナ１３ａがコンクリートポールＣＰに接触することを防ぐことができる。
【００５３】
具体的には、コンクリートポールＣＰの半径が１５０ｍｍの場合には、曲率が１／１５０となるように複数の送受信アンテナ１３ａを円弧状に並べ、並べられた各送受信アンテナ１３ａをそれぞれ有する各ミリ波モジュール１３をミリ波モジュール把持板１４にそれぞれ配置し、固定する。
【００５４】
例えば、隣接する送受信アンテナ１３ａの間隔を全て等しく５ｍｍとし、車輪１２をコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に接触させた状態で各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離が全て等しく５ｍｍとなるように、その曲面（側面）に対する全ての送受信アンテナ１３ａの高さを調整して配置する。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になり、電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００５５】
特に、貼紙防止シートＳＴが張られたコンクリートポールＣＰを走査する場合には、その貼紙防止シートＳＴの最上部の曲率に合わせて円弧状にミリ波モジュール１３を配置することが望ましい。コンクリートポールＣＰの断面の曲率は上端ほど大きいため、貼紙防止シートＳＴの最上部の曲率に合わせることにより、曲率の小さいコンクリートポールＣＰの下端を走査する場合であっても、送受信アンテナ１３ａが貼紙防止シートＳＴに接触することを確実に防止することができる。
【００５６】
図７は、ミリ波モジュールの他の配置例を示す図である。図７（ａ）に示すように、当該他の配置例では、複数のミリ波モジュール１３（即ち、複数の送受信アンテナ１３ａ）を、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置する。特に、コンクリートポールＣＰの断面が真円である場合には、図７（ｂ）に示すように、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波の放射軸がコンクリートポールＣＰの断面中心で交わるようにそれぞれ配置することで、電磁波が曲面（側面）に対して垂直に入射されるようになる。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００５７】
アンテナ調整機構１５は、ミリ波モジュール把持板１４やミリ波モジュール１３の位置や方向を制御して、送受信アンテナ１３ａの位置（高さ）や方向（角度）を調整する。これにより、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００５８】
すなわち、図８に示すように、ミリ波モジュール把持板１４を上下方向に駆動させる。これにより、複数の送受信アンテナ１３ａの各電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離Ｌを一度に調整する。又は、ミリ波モジュール把持板１４に配置された各ミリ波モジュール１３の固定位置をそれぞれ上下方向に変動させる。これにより、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離Ｌをそれぞれ個別に調整する。
【００５９】
また、ミリ波モジュール把持板１４を図８の回転方向に駆動させる。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して複数の送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の入射角θを一度に調整する。又は、ミリ波モジュール把持板１４に配置された各ミリ波モジュール１３の中心軸を回転方向にそれぞれ変化させ、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端の向きをそれぞれ変える。これにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して各送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の入射角θをそれぞれ個別に調整する。
【００６０】
特に、図９に示すように、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように、ミリ波モジュール把持板１４又は送受信アンテナ１３ａの位置及び向きを調整することが望ましい。
【００６１】
なお、ミリ波モジュール把持板１４やミリ波モジュール１３の位置や方向の制御は、例えば、任意の位置（高さ）や方向（角度）でミリ波モジュール把持板１４又はミリ波モジュール１３を固定するネジや、ミリ波モジュール１３を把持するジグに上下方向に沿って調整可能なレールを付設すること、等により実現可能である。
【００６２】
また、上述した送受信回路１３ｂと送受信アンテナ１３ａとの接続部にレール機構や回動機構が設けられることにより、送受信アンテナ１３ａが送受信回路１３ｂから独立して位置や方向が調整可能な場合には、送受信アンテナ１３ａのみをアンテナ調整機構１５による制御対象とすることも可能である。
【００６３】
バイアス回路１６は、電源回路２２から供給される電源電圧を用いて電源電圧±５．２Ｖの電圧をミリ波モジュール１３の電圧変換回路１３１に出力し、１００ｋＨｚ、０−２Ｖの矩形波の変調信号をミリ波モジュール１３の正負パルス生成回路１３３に出力する。
【００６４】
ベースバンド回路１７は、ミリ波モジュール１３のＲＦ回路１３４から送信された反射電磁波を受け取り、その反射電磁波の強度値を検出する。
【００６５】
モジュール切替器１８は、制御回路１９からの切替信号に基づいて、動作させるミリ波モジュール１３を切り替える。このようなモジュール切替器１８は、切替信号が印加されるゲート電極を有するトランジスタ等のスイッチ素子により実現可能である。
【００６６】
制御回路１９は、電磁波を放射するミリ波モジュール１３を選択して切り替えるための切替信号をモジュール切替器１８に出力する。これにより、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、選択されたミリ波モジュール１３からのみ電磁波が放射されるので、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００６７】
また、制御回路１９は、各ミリ波モジュール１３から放射される電磁波の強度を調整する。例えば、ミリ波モジュール１３のＲＦ回路１３４で電磁波を生成する際に利用する電磁波強度設定値を制御する。特に、図９に示したように、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナ１３ａから放射される各電磁波の強度をそれぞれ調整することが望ましい。
【００６８】
マイコン２０は、制御回路１９を経由してベースバンド回路１７で検知された反射電磁波の強度を受信すると共に、距離センサ２１で検知された電磁波イメージング装置１の移動距離を受信し、その移動距離に応じた各測定位置での反射電磁波の強度を通信線３を介してデータ処理装置５に送信する。
【００６９】
距離センサ２１は、電磁波イメージング装置１の移動距離を検知し、マイコン２０に距離信号（移動距離情報）を伝送する。
【００７０】
電源回路２２は、電源線７を介して電源装置９から電源電圧を受け取り、電磁波イメージング装置１の各構成回路に供給する。
【００７１】
なお、コンクリートポールＣＰの側面は湾曲しているため、車輪１２の接地面がコンクリートポールＣＰの曲面に密着するように車輪の軸を調整可能な機構を車輪１２に具備することが望ましい。例えば、車軸がベアリング等で接続される関節を複数有し、任意の角度の車軸においてもベアリングが車軸の回転を損なうことのないように円滑な動作を行うようにする。
【００７２】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３がコンクリートポールＣＰの曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されているので、測定表面が曲面であっても確実にその表面状態をイメージングすることができる。また、電磁波イメージング装置１の走査中に送受信アンテナ１３ａがコンクリートポールＣＰに接触することを防止することができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３が、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波がコンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能を均等化し、広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７４】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとが一体化された複数のミリ波モジュール１３が、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になり、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７５】
本実施の形態によれば、コンクリートポールＣＰの断面が真円である場合には、各送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端から放射される各電磁波の放射軸がコンクリートポールＣＰの断面中心で交わるようにそれぞれ配置されているので、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）で反射した電磁波の検出感度や空間分解能をより確実に均等化し、より広範な撮像範囲を確保することができる。
【００７６】
本実施の形態によれば、ミリ波モジュール１３の位置（即ち、送受信アンテナ１３ａの位置）を変えることにより、送受信アンテナ１３ａの電磁波放射端からコンクリートポールＣＰの曲面（側面）までの距離を調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を防止し、良好なイメージングを行うことができる。
【００７７】
本実施の形態によれば、ミリ波モジュール１３の角度（即ち、送受信アンテナ１３ａの向き）を変えることにより、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の入射角を調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下をより確実に防止し、より良好なイメージングを行うことができる。
【００７８】
本実施の形態によれば、コンクリートポールＣＰの曲面（側面）に対する電磁波の放射強度分布が一定になるようにミリ波モジュール把持板１４（即ち、送受信アンテナ１３ａ）の位置又は向きをそれぞれ個別に調整するので、２次元透視画像の画素のＳＮ比の低下を更に確実に防止し、更に良好なイメージングを行うことができる。
【００７９】
本実施の形態によれば、送受信アンテナ１３ａと送受信回路１３ｂとを一体化して１つのミリ波モジュール１３とするので、ミリ波モジュール１３の配置の自由度を高くすることができる。すなわち、コンクリートポールＣＰの形状に沿って各ミリ波モジュール１３を最適な位置や方向にそれぞれ配置可能となり、局所的な電磁波の放射が可能となって、画素のＳＮ比を改善して画素間のバラツキを抑えることができる。
【００８０】
本実施の形態によれば、電磁波の放射をモジュール単位で切り替えるので、電磁波の放射をモジュール単位で行うことが可能となり、電磁波の送受信を画素毎に完結動作させることができる。
【００８１】
最後に、本実施の形態では、送信機能と受信機能とを共に有する送受信アンテナ１３ａや送受信回路１３ｂを用いて説明したが、送受信アンテナ１３ａに代えて、ホーンアンテナ等の送信アンテナや平面スロットアンテナ等の受信アンテナを用い、それら送信アンテナ及び受信アンテナを、それぞれ、コンクリートポールＣＰの断面の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、同様に、送受信回路１３ｂに代えて、送信機能と受信機能とをそれぞれ個別に行う送信回路や受信回路を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…電磁波イメージング装置
３…通信線
５…データ処理装置
７…電源線
９…電源装置
１０…筐体
１１…把持部
１２…車輪
１３…ミリ波モジュール
１３ａ…送受信アンテナ
１３ｂ…送受信回路
１４…ミリ波モジュール把持板
１５…アンテナ調整機構
１６…バイアス回路
１７…ベースバンド回路
１８…モジュール切替器
１９…制御回路
２０…マイコン
２１…距離センサ
２２…電源回路
１３１…電圧変換回路
１３２…電圧調整器
１３３…正負パルス生成回路
１３４…ＲＦ回路
１３５…アンテナガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波帯の電磁波を放射しながら構造物の曲面を走査することにより前記曲面の表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置において、
前記構造物の曲面に前記電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、当該構造物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信回路と、を有し、
前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、それぞれ、前記構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されていることを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナは、
各送信アンテナから放射される各電磁波が前記構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナは、
前記構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
前記送信アンテナ及び／又は前記受信アンテナの位置を変えることにより、前記送信アンテナ又は前記受信アンテナの電磁波放射端から前記構造物の曲面までの距離を調整するアンテナ調整機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記アンテナ調整機構は、
前記送信アンテナの向きを変えることにより、前記構造物の曲面に対する前記電磁波の入射角を調整することを特徴とする請求項４に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項６】
前記アンテナ調整機構は、
前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように前記送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項５に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項７】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、前記送信回路と前記受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとし、
前記電磁波の放射を当該モジュール単位で切り替える制御回路を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記送受信アンテナから放射される前記電磁波の強度を調整することを特徴とする請求項７に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項９】
前記制御回路は、
前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナから放射される各電磁波の強度をそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項７又は８に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１】
ミリ波帯の電磁波を放射しながら構造物の曲面を走査することにより前記曲面の表面状態をイメージングする電磁波イメージング装置において、
前記構造物の曲面に前記電磁波を複数の送信アンテナからそれぞれ放射する複数の送信回路と、当該構造物の曲面で反射した電磁波を複数の受信アンテナでそれぞれ受信する複数の受信回路と、を有し、
前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、それぞれ、前記構造物の曲率に合わせて円弧状にアレイ化して配置されていることを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナは、
各送信アンテナから放射される各電磁波が前記構造物の曲面に対して垂直に入射されるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナは、
前記構造物の曲面に対して等しい距離となるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
前記送信アンテナ及び／又は前記受信アンテナの位置を変えることにより、前記送信アンテナ又は前記受信アンテナの電磁波放射端から前記構造物の曲面までの距離を調整するアンテナ調整機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記アンテナ調整機構は、
前記送信アンテナの向きを変えることにより、前記構造物の曲面に対する前記電磁波の入射角を調整することを特徴とする請求項４に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項６】
前記アンテナ調整機構は、
前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように前記送信アンテナの位置又は向きをそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項５に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項７】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとで構成される送受信アンテナと、前記送信回路と前記受信回路とで構成される送受信回路とを一体化して１つのモジュールとし、
前記電磁波の放射を当該モジュール単位で切り替える制御回路を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記送受信アンテナから放射される前記電磁波の強度を調整することを特徴とする請求項７に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項９】
前記制御回路は、
前記構造物の曲面に対する電磁波の放射強度分布が一定になるように各送受信アンテナから放射される各電磁波の強度をそれぞれ個別に調整することを特徴とする請求項７又は８に記載の電磁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２０１２−１１７８６１（Ｐ２０１２−１１７８６１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６２４４（Ｐ２０１０−２６６２４４）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【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２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【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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