(57)【要約】【課題】対象物との距離に依存することなく対象物の表面反射である第１波（表面反射波）の信号を小さくする。【解決手段】入力信号の強度が低いときに増幅度が大きくなり、入力信号の強度が高いときに増幅度が小さくなる増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する非線形増幅器１５と、入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する線形増幅器１６と、非線形増幅器１５で増幅された電磁波の信号と線形増幅器１６で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する減算合成器１７と、を備える。【選択図】図１
2019100700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射する送信部と、対象物から反射した電磁波を受信する受信部と、を備えた電磁波イメージング装置において、
前記受信部は、
入力信号の強度が低いときに増幅度が大きくなり、入力信号の強度が高いときに増幅度が小さくなる増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第１の増幅回路と、
入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第２の増幅回路と、
前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する合成回路と、
を備えることを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項２】
電磁波を放射する送信部と、対象物から反射した電磁波を受信する受信部と、を備えた電磁波イメージング装置において、
前記受信部は、
時間に応じて増幅度が大きくなる増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第１の増幅回路と、
入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第２の増幅回路と、
前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する合成回路と、
を備えることを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記第１の増幅回路に入力され前記合成回路に入力される電磁波の信号の強度を調整する第１の可変減衰回路と、
前記第２の増幅回路に入力され前記合成回路に入力される電磁波の信号の強度を調整する第２の可変減衰回路と、
を更に備え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】
前記第１の可変減衰回路又は前記第２の可変減衰回路は、
受信する複数の電磁波のうち最大強度の電磁波について、前記合成回路に入力される一方の電磁波の信号の強度と他方の電磁波の信号の強度とに強度差を与えることを特徴とする請求項３に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記合成回路に入力される２つの電磁波の信号の位相を一致させる位相調整回路を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【請求項６】
前記第２の増幅回路は、受信した電磁波の信号の正負を反転する正負反転型増幅回路であり、
前記合成回路は、
前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で正負反転された電磁波の信号とを加算する加算合成回路であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いて対象物をイメージングする電磁波イメージング装置の技術に関し、特に電磁波を受信する受信部の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査ツールの１つとして、電磁波を用いた電磁波イメージング装置がある。電磁波は非金属物質を透過する特徴を有することから、構造物や地中などの内部を非破壊で可視化することが可能である。それ故、コンクリート鉄筋探査や地中埋設物探査などに利用されている。
【０００３】
このような電磁波イメージング装置は、例えば、電磁波の送信・受信を担う送信機、受信機、もしくは送信受信一体型の送受信機、位置を取得する位置情報取得機、それらを制御する制御機、受信データを解析する信号処理機、および表示機で構成される。
【０００４】
電磁波イメージングの測定原理は、ある地点において、電磁波イメージング装置からパルス状の電磁波を空間に放射し、電磁波の伝搬方向に存在する物体で反射され装置に戻ってきた電磁波を受信し、受信信号の時間波形を時刻、位置情報とともに保存する。電磁波を空間に放射した時刻から受信するまでの時刻から電磁波の伝搬時間Ｔを算出でき、さらに電磁波の伝搬速度Ｃを用いて反射物体との距離Ｒ（＝Ｔ×Ｃ÷２）を算出できる。電磁波イメージング装置の位置を移動させながら、各地点で送信・受信を実施し、受信データを集める。集めたデータに対して様々な信号処理、例えば合成開口処理を適用することにより、反射物体を可視化することができる。
【０００５】
一般に、構造物や地中の内部をイメージングする場合、電磁波イメージング装置から発出された電磁波は、構造物や地上などの物体の表面で電磁波の一部が反射し、残りの電磁波が内部へと伝搬する。内部へ伝搬する電磁波は、内部に存在する物体で一部が反射し、残りの電磁波はさらに内部へと伝搬する。これらの反射・伝搬が繰り返され、電磁波が内部へと進行していく。物体表面で反射された電磁波は第１波（表面反射波）として観測され、内部物体で反射された電磁波は第２波、第３波、…となって観測される。
【０００６】
非金属物体での反射の性質は、その物体が持つ誘電率などの電気的性質と形状によって決定付けられている。簡単な例として、理想的な平面波の電磁波が物体表面に垂直に入射した場合の電磁波の反射係数は、εｒを物体の比誘電率として（１−√εｒ）／（１＋√εｒ）で表され、例えば、比誘電率が９のコンクリート表面では（１−３）／（１＋３）＝−２／４＝−１／２となり、入射信号の半分が反射され、残りの半分の信号がコンクリート内部へ伝搬する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１９７６３１号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５１０号公報
【特許文献３】特許第４２５２２２５号公報
【特許文献４】特許第４６０９７４２号公報
【特許文献５】特許第３８１１２９２号公報
【特許文献６】特許第３８６０５７０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“3.6.7 STC回路”、日本財団 図書館、[平成29年11月20日検索]、インターネット<URL : https://nippon.zaidan.info/seikabutsu/1998/00148/contents/063.htm>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非破壊検査のように構造物の内部構造の把握を目的とした電磁波イメージングでは、如何にして第１波（表面反射波）の影響を小さくするか、すなわち、物体表面での反射を抑え、できる限り多くの電磁波エネルギーを物体内部へ進行させ、より深部を観測することができるかが課題となる。
【００１０】
表面反射の影響を小さくする方法としては、電磁波イメージング装置と物体とを電磁気学的に結合させ物体表面での反射量を低減する方法と、反射信号を受信部で処理することで擬似的に受信信号における表面反射の影響を低減する方法が考えられる。
【００１１】
前者の方法は特殊な環境を準備する必要があるため、屋外に設置される設備に対する検査の適用は困難である。後者は、特許文献１〜４に記載されているように、第１波として観測される波の到来時刻を予め定め、その到来時刻を利用して受信回路内に配置したスイッチを制御し、アンテナから受信した信号の第１波のみを遮断するという方式を採用している。
【００１２】
後者の方法によれば、第１波を取り除くことは可能であるが、第１波が観測される波の到来時刻を予め知っておく必要があるという問題がある。送信機から受信機へ周り込むクロストーク信号であれば装置の配置によって到来時刻を確定することは可能であるが、対象物との距離を高精度に担保することは難しい。例えば、対象物に沿って電磁波イメージング装置を走査する場合、対象物が平坦でない場合などは対象物表面との距離が場所により異なってしまう。
【００１３】
このように、電磁波イメージング装置と対象物との間の距離に依存した表面反射波除去の機構では汎用性が得られず、その都度、調整が必要となる。また、表面反射を除去することは、物体の表面がどこにあるかが不明瞭になり、物体表面付近の情報が除去されることになることから、例えば、表面からの距離を厳密に計測することが不可能となる。
【００１４】
一方、より深部を観測するための方法としては、特許文献５に記載のような背景雑音の除去方法などがある。この方法は、大きい信号と小さい信号とが混在するデータを同時に描画した場合に小さい信号が埋もれてしまい、うまく描画されない問題を解決する。しかし、第１波が大きい場合、電磁波イメージング装置のダイナミックレンジによって一意に決定されてしまう最小検出信号レベルよりも小さい受信信号は、システムノイズに埋もれてしまう。電磁波は伝搬距離の２乗に比例して減衰する特徴を有するため、探査深度が深いほど反射信号は小さくなる特徴がある。それゆえ、この特徴を踏まえると、第１波が大きいほど探査深度が浅くなるという問題が残る。
【００１５】
探査深度を伸ばすための手段として、受信機へのＳＴＣ（Sensitivity Time Control；感度時間制御）機能の追加が考えられる。この機能は、伝搬距離に相当する時間に対して感度を調節するという機能であり、受信信号は受信時刻とともにそのレベルが小さくなる特徴から、時間とともにレベルを大きく増幅させるような調整を実施する。これは、データ取得後の信号処理で実現する方法と、回路的に実現する方法とが考えられる。
【００１６】
前者の方法では背景雑音の除去と同様に最小検出レベルは変化しないため、描画時の見た目を変更するにすぎない。後者の方法の場合、深部の受信信号を増幅できるため、探査深度の向上が見込めるものの、第１波の信号が大きく、第２波以降が非常に小さい場合では、第１波の増幅の飽和による増幅度の限界という問題がある。
【００１７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、対象物との距離に依存することなく対象物の表面反射である第１波（表面反射波）の信号を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る電磁波イメージング装置は、電磁波を放射する送信部と、対象物から反射した電磁波を受信する受信部と、を備えた電磁波イメージング装置において、前記受信部は、入力信号の強度が低いときに増幅度が大きくなり、入力信号の強度が高いときに増幅度が小さくなる増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第１の増幅回路と、入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第２の増幅回路と、前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する合成回路と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る電磁波イメージング装置は、電磁波を放射する送信部と、対象物から反射した電磁波を受信する受信部と、を備えた電磁波イメージング装置において、前記受信部は、時間に応じて増幅度が大きくなる増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第１の増幅回路と、入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信した電磁波の信号を増幅する第２の増幅回路と、前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する合成回路と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に係る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、前記第１の増幅回路に入力され前記合成回路に入力される電磁波の信号の強度を調整する第１の可変減衰回路と、前記第２の増幅回路に入力され前記合成回路に入力される電磁波の信号の強度を調整する第２の可変減衰回路と、を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る電磁波イメージング装置は、請求項３に記載の電磁波イメージング装置において、前記第１の可変減衰回路又は前記第２の可変減衰回路は、受信する複数の電磁波のうち最大強度の電磁波について、前記合成回路に入力される一方の電磁波の信号の強度と他方の電磁波の信号の強度とに強度差を与えることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る電磁波イメージング装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記合成回路に入力される２つの電磁波の信号の位相を一致させる位相調整回路を更に備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に係る電磁波イメージング装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁波イメージング装置において、前記第２の増幅回路は、受信した電磁波の信号の正負を反転する正負反転型増幅回路であり、前記合成回路は、前記第１の増幅回路で増幅された電磁波の信号と前記第２の増幅回路で正負反転された電磁波の信号とを加算する加算合成回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、対象物との距離に依存することなく対象物の表面反射である第１波（表面反射波）の信号を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】受信回路の構成を示す図である。
【図２】放射電磁波の波形を示す図である。
【図３】図１の５つの位置で計測される信号の波形を示す図である。
【図４】非線形増幅器の増幅特性を示す図である。
【図５】線形増幅器の増幅特性を示す図である。
【図６】ＳＴＣ機能付き増幅器による受信信号波形の補正を示す図である。
【図７】ＳＴＣ機能付き増幅器（第１例）の増幅特性を示す図である。
【図８】ＳＴＣ機能付き増幅器（第２例）の増幅特性を示す図である。
【図９】地中探査の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
＜概要＞
電磁波イメージング装置内の受信回路のダイナミックレンジを決めるデバイスは、アナログ信号をデジタル信号へ変換するＡＤ変換器である。そこで、本発明では、ＡＤ変換器に出力するアナログ信号の第１波（表面反射波）を小さくする方法を提案する。具体的には、受信した電磁波の信号の強度が表面反射波（第１波）と物体内部からの反射波（第２波以降）とで大きく違うという特徴を利用する。
【００２８】
＜電磁波イメージング装置の受信回路の構成＞
図１は、本実施形態に係る電磁波イメージング装置の受信回路１の代表的構成を示す図である。この受信回路１は、電磁波イメージング装置の受信部内に構成され、図１に示すように、受信アンテナ１１と、分岐回路１２と、第１の可変減衰器１３と、第２の可変減衰器１４と、非線形増幅器１５と、線形増幅器１６と、減算合成器１７と、位相器１８と、増幅器１９と、出力端子２０と、を備えて構成される。
【００２９】
受信アンテナ１１は、電磁波イメージング装置の送信部から放射されたパルス状の電磁波であって、電磁波の伝搬方向に存在する対象物で反射され戻ってきた電磁波を受信する受信アンテナである。
【００３０】
分岐回路１２は、入力端子が受信アンテナ１１に接続され、受信アンテナ１１で受信した電磁波の信号を２つに分配して、２つの出力端子からそれぞれ出力する分岐回路である。
【００３１】
第１の可変減衰器１３は、入力端子が分岐回路１２の一方の出力端子に接続され、減衰量を可変できる可変減衰器（第１の可変減衰回路）である。この第１の可変減衰器１３は、非線形増幅器１５に入力される信号の強度を調整する機能と、減算合成器１７に入力される信号の強度を調整する機能とを備え、非線形増幅器１５に入力され減算合成器１７に入力される電磁波の信号の強度を調整するために用いられる。
【００３２】
第２の可変減衰器１４は、入力端子が分岐回路１２の他方の出力端子に接続され、減衰量を可変できる可変減衰器（第２の可変減衰回路）である。この第２の可変減衰器１４は、線形増幅器１６に入力される信号の強度を調整する機能と、減算合成器１７に入力される信号の強度を調整する機能とを備え、線形増幅器１６に入力され減算合成器１７に入力される電磁波の信号の強度を調整するために用いられる。
【００３３】
非線形増幅器１５は、入力端子が第１の可変減衰器１３の出力端子に接続され、入力信号の強度が低いときに増幅度が大きくなり、入力信号の強度が高いときに増幅度が小さくなる増幅度で、入力された電磁波の信号を増幅する非線形増幅器（第１の増幅回路）である。
【００３４】
線形増幅器１６は、入力端子が第２の可変減衰器１４の出力端子に接続され、入力信号の強度に対して線形な増幅度で、入力された電磁波の信号を増幅する線形増幅器（第２の増幅回路）である。
【００３５】
減算合成器１７は、２つの入力端子が非線形増幅器１５の出力端子と線形増幅器１６の出力端子とにそれぞれ接続され、非線形増幅器１５で増幅された電磁波の信号から線形増幅器１６で増幅された電磁波の信号を減算する減算合成器（減算合成回路）である。
【００３６】
位相器１８は、減算合成器１７内で減算合成処理部１７’と非線形増幅器１５との間に配置され、減算合成処理部１７’に入力される電磁波の信号の位相を調整する位相器（位相調整回路）である。この位相器１８は、非線形増幅器１５から減算合成処理部１７’へ入力される電磁波の信号の位相を、線形増幅器１６から減算合成処理部１７’へ入力される電磁波の信号の位相に一致させるために用いられる。
【００３７】
増幅器１９は、入力端子が減算合成器１７の出力端子に接続され、減算合成器１７で減算合成された電磁波の信号の強度を所定倍に増幅する増幅器（増幅回路）である。
【００３８】
出力端子２０は、増幅器１９の出力端子に接続され、増幅器１９で増幅された電磁波の信号を受信部内のＡＤ変換器へ出力するための出力端子である。
【００３９】
＜電磁波イメージング装置の受信回路の動作＞
次に、受信回路１の動作について説明する。図２は、対象物に放射した電磁波の波形である。本動作ではパルス波とする。図３は、その対象物で反射され受信した電磁波の波形である。本動作では、第１波〜第３波とする。図３の（１）〜（５）は、図１の（１）〜（５）の各位置で計測される波形に対応する。なお、縦軸は電磁波の信号の強度であり、横軸は時間軸である。
【００４０】
まず、受信回路１は、電磁波イメージング装置の送信部から放射され、対象物で反射され戻ってきたパルス状の電磁波（図２）を受信アンテナ１１で受信する。例えば、物体表面で反射した第１波と、内部物体で反射した第２波、第３波を受信する。深度が深いほど反射信号強度は小さくなるので、第１波、第２波、第３波の各信号の強度は、指数関数的に減衰する（図３（１））。
【００４１】
次に、受信回路１は、受信アンテナ１１で受信した電磁波の信号を分岐回路１２で２つに分配し、分配した２つの信号を第１の可変減衰器１３と第２の可変減衰器１４とをそれぞれ介して非線形増幅器１５と線形増幅器１６にそれぞれ入力する。このとき、第１の可変減衰器１３及び第２の可変減衰器１４は、それぞれ、非線形増幅器１５と線形増幅器１６からそれぞれ減算合成器１７に入力される２つの第１波の信号の強度が互いに同一となるように、分配した２つの信号の強度を調整する。
【００４２】
次に、受信回路１は、減算合成器１７に入力される一方の信号に対しては非線形増幅器１５で増幅し、もう一方の信号に対しては線形増幅器１６で増幅する。非線形増幅器１５は、入力信号の強度が低いときに増幅度を大きくし、入力信号の強度が高いときに増幅度を小さくする増幅特性（図４）を備えるので、受信時に指数関数的に減衰していた第１波、第２波、第３波の各信号の強度は一定になる（図３（２））。また、線形増幅器１６は、入力信号の強度に対して線形な増幅度で増幅する増幅特性（図５）を備えるので、受信時に指数関数的に減衰していた第１波、第２波、第３波の各信号の強度は単純に定数倍される（図３（３））。
【００４３】
次に、受信回路１は、非線形増幅器１５と線形増幅器１６からそれぞれ出力された２つの信号の位相を位相器１８で一致させ、減算合成器１７で減算合成する（図３（４））。この減算処理により、分波された第１波、第２波、第３波の全ての信号が相殺される。
【００４４】
最後に、受信回路１は、減算合成器１７から出力された信号を増幅器１９でダイナミックレンジに適した強度に増幅し（図３（５））、出力端子２０からＡＤ変換器へ出力する。各波に対する増幅器１９の増幅度が同じであれば分波された波は完全に相殺され、第１波の信号はゼロとなる。
【００４５】
以上より、本構成では、指数関数的に減衰する第１波、第２波、第３波に対して、それぞれの電磁波を２つの信号に分配し、一方の信号を、入力信号に対して増幅度が異なる（小さい信号ほど増幅度が大きい）非線形増幅器１５で増幅し、もう一方の信号を、入力信号に対して一定の増幅度を有する線形増幅器１６で増幅して、増幅後の２つの信号の差分を減算合成器１７で求めて取り出し、かつ、減算合成器１７に入力される２つの第１波の信号の強度が互いに同一となるように調整するので、第１波の信号の強度を劇的に低減し、第２波以降の信号を残すことができる。
【００４６】
すなわち、第１波の信号の強度が大幅に低減し、第２波以降の信号が大きく増幅するので、観測しやすくすることができる。これにより、第１波の強度が引き上げていたダイナミックレンジの限界により決定される最小検出レベルも劇的に下がり、より小さな信号も検出可能となる。すなわち、より探査深度の深い信号を拾うことが可能となる。
【００４７】
（変形例１）
本実施の形態では、非線形増幅器１５を用いて説明した。
【００４８】
一方、第１の可変減衰器１３から減算合成器１７に入力される電磁波の信号は、図３（２）の波形と同様な図６（ｃ）に示す波形であればよい。また、受信した各電磁波の信号が時間に伴い次第に小さくなる減衰特徴（図６（ａ））があることを考慮すると、時間に伴い信号の増幅度を上げる回路（図６（ｂ））を用いればよい。
【００４９】
そこで、非線形増幅器１５の代わりに、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）機能を備えるＳＴＣ機能付き増幅器を用いても同じ効果を得ることができる。ＳＴＣ機能付き増幅器は、時間に応じて増幅度が大きくなる増幅度で、入力された電磁波の信号を増幅する増幅器（第１の増幅回路）である。
【００５０】
例えば、図７に示すように、増幅器の増幅度を時間的にコントロールする時間的な可変増幅器を用いることができる。この可変増幅器の増幅度の傾きを受信信号の時間に対する強度の変化（減衰曲線）にあわせて設定すれば、受信信号の強度を補正すること、つまり、第１波も第２波も第３波も同じ強度に補正することができる。
【００５１】
その他、図８に示すように、一定の増幅度をもつ増幅器（図８（ａ））と、時間的に減衰量をコントロールできる可変減衰器（図８（ｂ））とを組み合わせても、ＳＴＣ機能付き増幅器を実現することができる。一定の増幅度に対して、時間とともに減衰量が小さくなる波形を加算すると、時間とともに増幅する特性（図８（ｃ））を得ることができる。
【００５２】
（変形例２）
本実施の形態では、減算合成器１７の減算合成処理部１７’に入力される第１波に係る２つの信号の強度を互いに一致させる方法について説明した。しかし、第１波の信号の強度を完全に同一レベルに調整すると、表面反射の位置特定が難しくなる。
【００５３】
そこで、その２つの信号の強度に多少の強度差を設ける方が望ましい。具体的には、例えば第１の可変減衰器１３と第２の可変減衰器１４において、受信した電磁波のうち最大強度の第１波について、減算合成器１７に入力される一方の電磁波の信号の強度と他方の電磁波の信号の強度とに強度差（わずかに異なる多少の強度差）を与えるように、それら２つの信号の強度を調整する。
【００５４】
（変形例３）
本実施の形態では、減算合成器１７を用いて説明した。
【００５５】
一方、減算合成器１７は、非線形増幅器１５で増幅された電磁波の信号と、線形増幅器１６で増幅された電磁波の信号との絶対的な大きさの差分を算出する合成回路であればよい。
【００５６】
そこで、減算合成器１７の代わりに加算合成器（加算合成回路）を用い、かつ、正負反転型の線形増幅器（正負反転型増幅回路）１６を用いても同様の効果を得ることができる。この場合、正負反転型の線形増幅器１６は、入力された電磁波の信号を増幅するとともに、その信号の正負を反転する。また、加算合成器は、非線形増幅器１５で増幅された電磁波の信号と正負反転型の線形増幅器１６で増幅かつ正負反転された電磁波の信号とを加算する。
【００５７】
（変形例４）
本実施の形態では、位相器１８が、非線形増幅器１５の後段、かつ、減算合成器１７内にある場合について説明した。一方、減算合成器１７の減算合成処理部１７’に入力される２つの電磁波の信号の位相を一致させることができればよいので、例えば、線形増幅器１６の後段に配置してもよいし、減算合成器１７の外部に配置してもよい。
【００５８】
（具体例）
図９を用いて地中探査の例を説明する。電磁波イメージング装置５００は、電磁波を送信アンテナから空間に放射する送信部２００と、対象物から反射した電磁波を受信アンテナ（図１の受信アンテナ１１）で受信する受信部１００と、受信部１００から出力されるデータを保存・加工・表示する出力部３００と、を備える。
【００５９】
送信部２００からパルス波の電磁波（図２）を送信する。送信されたパルス波の一部は、地表面で反射し、装置方向に反射波ｓとして戻り、受信信号の第１波として観測される。地表面で反射されなかったパルス波の一部は地中内を伝搬し、埋設物Ａでそのパルス波の一部が反射し、装置方向に反射波ａとして戻り、受信信号の第２波として観測される。埋設物Ａで反射されなかったパルス波の一部はさらに地中内を伝搬し、埋設物Ｂに到達する。埋設物Ｂでそのパルス波の一部が反射し、装置方向に反射波ｂとして戻り、受信信号の第３波として観測される。埋設物Ｂで反射されずに残ったパルス波はさらに地中深く伝搬していく。ここでは、埋設物Ｂよりも深くには反射物がないものとする。
【００６０】
最終的に電磁波イメージング装置５００が受信する受信波は、第１波、第２波、第３波となる（図３（１））。受信信号は２つに分岐され、一方の信号は非線形増幅器１５により図３（２）に示すように増幅され、もう一方は線形増幅器１６により図３（３）に示すように増幅される。図３（２）と図３（３）の２つの波形を減算合成器１７で減算合成すると第１波は打ち消しあい大幅に信号強度が小さくなる。第２波、第３波も打ち消しあうが図３（２）と図３（３）の信号強度が大きく異なるため、第１波に比べて第２波、第３波は大きい信号強度となる（図３（４））。その後、増幅器１９を通して図３（５）の出力を得る。
【００６１】
＜効果＞
本実施の形態によれば、非線形増幅器１５が、入力信号の強度が低いときに増幅度が大きくなり、入力信号の強度が高いときに増幅度が小さくなる増幅度で、受信した一方の電磁波の信号を増幅し、線形増幅器１６が、入力信号の強度に対して線形な増幅度で、受信したもう一方の電磁波の信号を増幅し、減算合成器１７が、それら２つの電磁波の信号の絶対的な大きさの差分を算出するので、対象物の距離に依存せずに対象物の表面反射である第１波の信号を小さくすることができる。また、第１波の信号が小さくなることで、電磁波イメージング装置が取得できる最小検出信号レベルも格段に小さくすることができる。つまり、より深部からの小さい反射信号を捉えることが可能となる。すなわち、地中探査深度を向上することができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、一方の第１波の信号の強度ともう一方の第１波の信号の強度とに強度差を与えるので、表面反射信号が完全に取り除かれるわけではないことから、表面の形状を正確にトレースでき、表面付近の情報を落とすことがなく表面からの正確な距離が計測することが可能となる。また、第１波とその次に来る第２波との時間差が小さい場合でも第２波に影響を与えることなく観測することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、受信した電磁波の信号を受信回路１の内部で分岐して用いるので、つまり、合成対象である２つの信号が共に受信により得た信号であるため、外部環境状況に左右されずに処理することができ、安定した効果を得ることができる。一般的なシステムでは、代表的な固定的な信号Ａを予め準備しておき、受信信号Ｂから固定信号Ａを引き算するという演算処理を行う。外部環境が変化した場合、受信信号Ｂは変動するが固定信号Ａは固定であり変動成分が含まれていないため、外部環境の変化に応じた差分が重畳されてしまう。例えば、外部環境としては電磁波イメージング装置と対象物との間の距離が考えられるが、基本的には距離を一定にして計測するものの、受信する時間的タイミングは常には一致しないことから、電磁波イメージング装置と対象物との間の距離が変動すると固定信号Ａでは適切に処理することができない。一方、本実施の形態では、距離が変動し電磁波を受信する時間的なタイミングが変化したとしても、受信回路１の内部処理で対処するため、演算処理を適切に実施することができる。例えば、電磁波イメージングと対象物との間の距離が変わっても測定結果に影響はない。対象物との距離に依存しないことから、電磁波イメージング装置の利用形態の制約を大きく緩和する効果も得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…受信回路
１１…受信アンテナ
１２…分岐回路
１３…第１の可変減衰器
１４…第２の可変減衰器
１５…非線形増幅器
１６…線形増幅器
１７…減算合成器
１７’…減算合成処理部
１８…位相器
１９…増幅器
２０…出力端子
１００…受信部
２００…送信部
３００…出力部
５００…電磁波イメージング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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