(57)【要約】【課題】製造コストの低減化を図ることができるという効果を有するイメージング装置を提供すること。【解決手段】イメージング装置１００は、デジタル回路１０と、デジタル値の信号をアナログ値のＩＦ信号に変換するＤＡＣ２１と、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換するアップコンバータ２２と、ＲＦ信号を増幅するＰＡ２３と、エレベーション方向に対して周波数走査して被写体に向けてＲＦ信号を送信する送信アンテナ２４と、被写体から反射されたＲＦ信号を受信する受信アンテナ２５と、受信したＲＦ信号を増幅するＬＮＡ２６と、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するダウンコンバータ２７と、アナログ値のＩＦ信号をデジタル値の信号に変換するＡＤＣ２８とを備え、デジタル回路１０は、受信信号を処理して被写体画像を取得する信号処理部１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた周波数帯域の送信信号を所定の方向に周波数走査して被写体に向けて送信する周波数走査アンテナと、前記被写体によって反射された反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えたことを特徴とするイメージング装置。
【請求項２】
予め定められた周波数帯域の送信信号を被写体に向けて送信する送信アンテナと、前記被写体によって反射された反射信号を所定の方向に周波数走査して受信する周波数走査アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えたことを特徴とするイメージング装置。
【請求項３】
予め定められた周波数帯域の送信信号を所定の方向に周波数走査して被写体に向けて送信し、前記被写体によって反射された反射信号を前記所定の方向に周波数走査して受信する周波数走査アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えたことを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を利用して被写体像を取得するイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を利用したイメージングは、可視光が透過しない材料や媒質（例えば、霧、煙、一部の建材など）を通してその向こうのものを見ることができるものとして、従来から知られている。その特質から、安全監視、ボディスキャン、捜索救助など多くの重要なアプリケーションが存在するが、それらのアプリケーションでは、ビデオフレームレートで画像を取得（リアルタイムの動画像を取得）できることが望ましい。また、完全な２次元のセンサアレーを用いる場合以外は、一般的に電波の走査が必要であり、走査方式によってイメージングシステムの特性が大きく変わる。さらに、電波イメージングには、大きく分けてパッシブ方式とアクティブ方式の２種類の方式がある。
【０００３】
（１）パッシブ方式
パッシブ方式のメージングは、基本的に通常の可視光のカメラと同じ原理であり、対象物そのものから自然に放射されている電波と、対象物の周りの物体から同様に放射されている電波が対象物で反射してカメラに向かって飛んでくる電波との合成のエネルギーを受信することによって画像化している。しかしながら、ミリ波帯の完全な２次元センサアレーの製作が難しいため、ビデオフレームレートのイメージングを実現するために、以下のような走査方式が使われている。
【０００４】
例えば、回転する反射鏡による準光学的な機械式走査方式を採用した９４ＧＨｚ帯のイメージングシステムが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に示されたものは、焦点面には、ホーンアンテナ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ディテクタで構成されているセンサ１００個が直線アレー状に固定され、２５Ｈｚのフレームレートを有している。
【０００５】
また、機械式走査の必要のない「ｐｕｐｉｌ  ｐｌａｎｅ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」と呼ばれる技術を用いた８４ＧＨｚ帯のパッシブイメージングシステムもある（例えば、非特許文献２参照）。このシステムでは、３０Ｈｚのフレームレートを有し、アンテナとして、平行平板導波路上に作られた２次元のスロットアレーアンテナを使用しており、エレベーション方向は周波数によって受信方向が変化する周波数走査アンテナとなっており、２０度走査するために１８ＧＨｚの帯域幅となっている。アンテナの出力部には、アジマス方向に２３２本の給電導波管が並んで接続されており、それぞれＬＮＡによって受信信号が増幅される。それぞれの信号は、ロットマンレンズの入力ポートに入力され、アジマス方向に対するビームフォーミング（方位分解）が行われ、各方位に対応する受信信号が出力される。次に、その複数の出力それぞれが、周波数弁別器を通ることによって、エレベーション方向の方位分解が行われ、それぞれの出力がディテクタによって検波され、さらにＡＤコンバータによってデジタイズされて、画像化処理が行われ、これにより画像化される。
【０００６】
（２）アクティブ方式
アクティブ方式のイメージングはレーダの一種でもあり、送信機から視野に向かって電波を照射し、視野から戻ってくる反射波を観測することによって画像を得る。したがって、画像のＳＮ比は単純に送信パワーを上げることで改善できるなどの特徴を有する。
【０００７】
アクティブ方式を用いたものとしては、例えば、連続波を送信する１つの固定送信機をもち、受信アンテナとして、パッチアンテナが２次元に配列された可変反射鏡を用いて、ビームを走査することのできるアンテナをもつシステムがある（例えば、非特許文献３参照）。各々のパッチアンテナは、印加される制御電圧によって反射する位相を変えることができ、パッチアンテナアレー全体で電子的にビームフォーミングを行い、被写体上に作る焦点位置を高速に走査することができるようになっている。
【０００８】
また、従来のアクティブイメージングにおいて、送信機及び受信機をそれぞれ１つずつ用いて、アジマス方向及びエレベーション方向の両方向とも時間的に走査、すなわち２次元の視野画像を構成する全ピクセルを逐次的に走査するシステムもある。このシステムの場合、それぞれのピクセルに送受信機が向いている時間ｔｄｗｅｌｌは、ｔｄｗｅｌｌ＝１／ＦＭＮ（Ｆ：フレームレート、Ｍ：アジマス方向のピクセル数、Ｎ：エレベーション方向のピクセル数）と表される。そして、被写体で反射した電波をこのｔｄｗｅｌｌ内で受信する必要がある。したがって、比較的解像度の高いイメージングシステム、例えばＦ＝６０Ｈｚ、Ｍ＝Ｎ＝２００のものでは、最大観測距離Ｒｍａｘは、Ｒｍａｘ＜ｃｔｄｗｅｌｌ／２＝６２．５ｍ（ｃ：光速）となり、比較的短いものとなる。
【０００９】
この最大観測距離を伸ばす方法の一つとして、例えば非特許文献４に述べられているように、周波数走査アンテナとＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）送受信機を用いる方法がある。例えば、エレベーション方向に関して、周波数を掃引することによってビームを走査する。一方、アジマス方向には、他の走査方式を用い、エレベーション走査を逐次繰り返す。受信したビート周波数と受信時刻との関係から、被写体の方位及び距離が求められる。受信機はエレベーションの走査時間全体（１／ＦＭ）に渡って受信信号を観測できるので、最大観測距離は大幅に伸びる。例えば、前述のものと同様に、Ｆ＝６０Ｈｚ、Ｍ＝Ｎ＝２００とした場合、最大観測距離は１２．５ｋｍとなる。
【００１０】
しかしながら、１ピクセル分のビート周波数の時間長ｔｐｉｘｅｌは、ｔｐｉｘｅｌ＝１／ＦＭＮと短いので、ビート周波数の測定精度は、ｔｐｉｘｅｌの逆数のピクセルあたりの帯域幅Ｂｐｉｘｅｌ＝１／ｔｐｉｘｅｌとなる。方位分解能がアンテナで決まるビーム幅よりも大きくならないようにするために、隣り合う方位分解セル（ピクセル）の間の周波数変化は測定精度（Ｂｐｉｘｅｌ）よりも十分大きくなければならない。
【００１１】
したがって、必要な帯域幅（コヒーレントに受信する帯域幅）Ｂは、Ｂ≫ＦＭＮ２となり、Ｆ＝６０Ｈｚ、Ｍ＝Ｎ＝２００とした場合、４８０ＭＨｚより十分大きくなければならない。周波数分析を行うために、受信信号をデジタイズすることを考慮すると、解像度及びフレームレートが高い場合には、非特許文献４に示されたものでは、受信帯域幅が広くなりすぎてしまうという課題があった。
【００１２】
この課題の解決を図るものとして、例えば特許文献１に示されたミリ波イメージングシステムがある。このミリ波イメージングシステムは、霧や埃などで視界の悪い状況でのヘリコプタの着陸を支援するためのものであり、ロットマンレンズと多数の受信機系統の使用により、アジマス方向のピクセルを同時に観測することができる。したがって、ピクセルあたりの観測時間は、１／ＦＮになり、最大観測距離を大きくすることができる。
【００１３】
特許文献１に示されたミリ波イメージングシステムの構成を図５に示す。このシステムでは周波数を変えることによってエレベーション方向にファンビーム（扇状のビーム）を走査できる周波数走査アンテナを用いている。すなわち、送信ミリ波周波数を７８−８１ＧＨｚの間でリニアに掃引することにより、送信ビームをエレベーション方向に走査するものである。
【００１４】
図５に示すように、特許文献１に示されたものは、掃引モジュール１、送信用周波数走査アンテナ２ａを含むアップコンバータ２、ヘテロダインダウンコンバータ３、周波数走査アンテナ４ａに接続されたロットマンレンズ４、ベースバンドダウンコンバータ５、データ処理モジュール６を備え、以下のように動作する。
【００１５】
まず、送信側において、掃引モジュール１を使用して中間周波数における周波数掃引信号を生成し、アップコンバータ２でミリ波に周波数変換し、送信用周波数走査アンテナ２ａから送信する。
【００１６】
受信側においても、送信アンテナと同様に周波数によってエレベーション方向に受信ビーム方向が変化する周波数走査アンテナ４ａを用いている。この周波数走査アンテナ４ａにはアジマス方向に並んだ１７６チャンネルの出力があり、それぞれＲＦ増幅器を通してロットマンレンズ４に接続されている。ロットマンレンズ４では、各ＲＦ増幅器からの信号を位相合成してアジマス方向にビームフォーミングが行われる。ロットマンレンズ４の出力ポートは１９２あるので、アジマス方向に１９２個の受信ビームを形成していることになる。
【００１７】
次に、ロットマンレンズ４からの１９２個の出力は、ヘテロダインダウンコンバータ３において、それぞれ個別にミリ波ローカル信号とミクサで混合されて、中間周波数に変換される。その中間周波数信号は、ベースバンドダウンコンバータ５においてさらに送信信号と同じ周波数掃引信号とミクサで混合されてベースバンド信号となり、データ処理モジュール６でデジタルサンプリングされる。このアジマス方向の１９２本分の受信ビームのそれぞれのサンプリングは、送信周波数を７８ＧＨｚから８１ＧＨｚまで掃引しながら２２サンプル取得するので、１９２×２２ピクセルの２次元画像を１フレームごとに取得できる。視野角は９０度×１０度である。
【００１８】
さらに、データ処理モジュール６で、時間領域の受信信号をフーリエ変換することにより、ＦＭＣＷのビート周波数を求めることができ、距離分解能（電波の進行方向の分解能）として５ｍの値を得ることができる。また、送信信号の掃引周波数は６０Ｈｚであるので、フレームレートは６０Ｈｚとなる。
【００１９】
【非特許文献１】Ｒ．Ａｐｐｌｅｂｙ  ｅｔ  ａｌ，"Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｓｃａｎｎｅｄ  ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  ｗａｖｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｔ  ９４ＧＨｚ"，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＶＩ，Ｖｏｌ．５０７７，  ２００３
【非特許文献２】Ｓ．Ｃｌａｒｋ  ｅｔ  ａｌ，"Ａ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｗｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃａｍｅｒａ"，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ３２ｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｉｍａｇｅｒｙ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，  ２００３
【非特許文献３】Ｐ．Ｃｏｒｒｅｄｏｕｒａ  ｅｔ  ａｌ，"Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  １０∧７  ｐｏｉｎｔｓ  ａ  ｓｅｃｏｎｄ  ａｎｄ  ｕｓｉｎｇ  ｎｏ  ｍｏｖｉｎｇ  Ｐａｒｔｓ"，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＩＸ，  Ｖｏｌ．６２１１，  Ａｐｒｉｌ  ２００６
【非特許文献４】Ｋ−Ｌ  Ｃｈａｎ  ｅｔ  ａｌ，"Ａ  Ｂｅａｍ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｒａｄａｒ，"ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ５，ｐｐ．１２２３−１２２７，  １９９８
【特許文献１】Ｊ．Ｌｏｕｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ，"Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｒａｄａｒ  Ｓｙｓｔｅｍ"，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．７，０１９，６８２，  Ｍａｒｃｈ  ２００６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１に示された従来のものは、図５に示すように、多数のＲＦ増幅器、ミクサ、ＡＤコンバータ、多チャンネルのデジタル信号処理回路が必要となり、装置が複雑化してしまうので、製造コストが増大するという課題があった。
【００２１】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも製造コストの低減化を図ることができるイメージング装置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】
【００２２】
本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の送信信号を所定の方向に周波数走査して被写体に向けて送信する周波数走査アンテナと、前記被写体によって反射された反射信号を受信する受信アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えた構成を有している。
【００２３】
この構成により、本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の信号を一時に送受信し、周波数走査した所定の方向に対応する反射信号を所定の方向から同時に得ることができるので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の送信信号を被写体に向けて送信する送信アンテナと、前記被写体によって反射された反射信号を所定の方向に周波数走査して受信する周波数走査アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えた構成を有している。
【００２５】
この構成により、本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の信号を一時に送受信し、周波数走査した所定の方向に対応する反射信号を所定の方向から同時に得ることができるので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の送信信号を所定の方向に周波数走査して被写体に向けて送信し、前記被写体によって反射された反射信号を前記所定の方向に周波数走査して受信する周波数走査アンテナと、前記反射信号を周波数領域の信号に変換して前記被写体の画像を取得する画像取得手段とを備えた構成を有している。
【００２７】
この構成により、本発明のイメージング装置は、予め定められた周波数帯域の信号を一時に送受信し、周波数走査した所定の方向に対応する反射信号を所定の方向から同時に得ることができるので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、従来のものよりも製造コストの低減化を図ることができるという効果を有するイメージング装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明のイメージング装置を、ミリ波を用いて被写体像を取得するものに適用した例を挙げて説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
まず、本発明に係るイメージング装置の第１の実施の形態における構成について説明する。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態におけるイメージング装置１００は、デジタル回路１０と、デジタル値の信号をアナログ値のＩＦ（中間周波数）信号に変換するＤＡコンバータ（以下「ＤＡＣ」）２１と、ＩＦ信号をＲＦ（無線周波数）信号に変換するアップコンバータ２２と、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器（以下「ＰＡ」）２３と、図示しない被写体に向けてＲＦ信号を送信する送信アンテナ２４と、被写体から反射されたＲＦ信号を受信する受信アンテナ２５と、受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器（以下「ＬＮＡ」）２６と、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するダウンコンバータ２７と、アナログ値のＩＦ信号をデジタル値の信号に変換するＡＤコンバータ（以下「ＡＤＣ」）２８とを備えている。
【００３２】
デジタル回路１０は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）の中に実装されて構成され、デジタル値の送信信号を生成する送信信号生成部１１と、受信信号を処理する信号処理部１２と、送信信号生成部１１及び信号処理部１２の動作を制御する制御部１３とを備えている。なお、図示を省略したが、ＤＡＣ２１及びＡＤＣ２８に供給されるクロック信号、アップコンバータ２２及びダウンコンバータ２７に供給される局部発振信号は互いに位相がロックされている。
【００３３】
送信信号生成部１１は、帯域幅Ｂを有する所定の周波数成分を含む信号を生成し、ＤＡＣ２１に出力するようになっている。なお、本実施の形態における送信信号生成部１１は、１５０ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの周波数成分（帯域幅Ｂ＝４５０ＭＨｚ）を含む信号を生成するものとする。
【００３４】
制御部１３は、送信信号生成部１１及び信号処理部１２の動作を制御するようになっている。
【００３５】
ＤＡＣ２１は、送信信号生成部１１が生成した帯域幅Ｂのデジタル信号をアナログ変換し、ＩＦ信号としてアップコンバータ２２に出力するようになっている。ここで、ＤＡＣ２１が出力するＩＦ信号は、図１（ａ）に示すように、１５０ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの周波数成分（ｆ１、ｆ２、ｆ３・・・ｆＮ）を含んでいる。なお、本実施の形態においては、後述するようにＮ＝２００としている。
【００３６】
アップコンバータ２２は、帯域幅Ｂを有するＩＦ信号をミリ波帯のＲＦ信号に変換するようになっている。
【００３７】
ＰＡ２３は、アップコンバータ２２からのＲＦ信号の電力を増幅し、送信アンテナ２４に出力するようになっている。
【００３８】
送信アンテナ２４は、図１に示すように、周波数によってエレベーション方向に走査が可能な複数の周波数走査アンテナ素子と、ＲＦ信号の位相を変化させる移相器（図示省略）とを備え、周波数走査アンテナ素子はアジマス方向に並べられ、移相器はそれぞれの周波数走査アンテナ素子に接続されている。すなわち、送信アンテナ２４から出力される送信ビームは、エレベーション方向には周波数で走査することができ、アジマス方向には、フェーズドアレー技術を利用して、位相を調整して合成することにより時間的に走査することができるものである。
【００３９】
本実施の形態においては、送信アンテナ２４から放射される送信ビーム幅をアジマス方向、エレベーション方向とも０．３度とし、送信ビームの走査角度範囲をアジマス方向、エレベーション方向とも６０度とする。また、送信アンテナ２４は、ｆ１'、ｆ２'、ｆ３'・・・ｆＮ'の周波数成分（帯域幅Ｂ＝４５０ＭＨｚ）を含むミリ波を放射するものであり、前述したように、周波数によって送信ビームの方位がエレベーション方向において異なる。
【００４０】
したがって、この送信アンテナ２４においては、４５０ＭＨｚの周波数変化でビーム方位が６０度走査されることとなる。ビーム幅が０．３度であることから、方位分解能（１ピクセルあたりの角度）を０．３度とすることができ、走査角度範囲が６０度であることから、エレベーション方向のピクセル数がＮ＝２００となる。したがってＮ個のピクセルに対して独立に周波数が割り当てられ、ピクセルあたりの帯域幅Ｂｃｅｌｌ＝Ｂ／Ｎ＝２．２５ＭＨｚとなる。
【００４１】
一方、アジマス方向には、フェーズドアレー技術を利用して、毎秒６０回、走査角度範囲が６０度のビーム走査を行うこととすると、フレームレートＦ＝６０Ｈｚとなる。アジマス方向のピクセル数Ｍに関しても、ビーム幅及び走査角度範囲からＭ＝２００となる。したがって、ピクセルあたりの最大観測時間ｔｍａｘ＝１／ＦＭ＝８３μｓとなり、この場合、最大観測距離Ｒｍａｘは１２．５ｋｍ以下となる。
【００４２】
受信アンテナ２５は、送信アンテナ２４から放射される送信ビームの走査範囲をカバーするビーム、すなわちビーム幅がアジマス方向、エレベーション方向ともに６０度のビームを有する固定のアンテナであり、被写体で反射されたＲＦ信号を受信するようになっている。
【００４３】
ＬＮＡ２６は、受信アンテナ２５が受信したミリ波帯のＲＦ信号を増幅してダウンコンバータ２７に出力するようになっている。
【００４４】
ダウンコンバータ２７は、ＬＮＡ２６が増幅したＲＦ信号をＩＦ信号に変換し、ＡＤＣ２８に出力するようになっている。ここで、ダウンコンバータ２７が出力するＩＦ信号は、図１（ｂ）に示すように、ｆ１、ｆ２、ｆ３・・・ｆＮの周波数成分のパワーが被写体像に応じたものとなっている。
【００４５】
ＡＤＣ２８は、ダウンコンバータ２７が出力したＩＦ信号をアナログ値からデジタル値に変換し、信号処理部１２に出力するようになっている。
【００４６】
信号処理部１２は、ＡＤＣ２８からの受信信号に対し離散フーリエ変換を行うことによって周波数領域の信号に変換し、各周波数に対応した方位分解セル（ピクセル）ごとの受信データを取得することができるものであり、例えば図２に示すように構成される。すなわち信号処理部１２は、離散フーリエ変換回路（以下「ＤＦＴ回路」）１２ａと、相互相関処理回路１２ｂと、逆離散フーリエ変換回路（以下「ＩＤＦＴ回路」）１２ｃとを備えている。なお、信号処理部１２は、本発明の画像取得手段に対応するものである。
【００４７】
まず、ＤＦＴ回路１２ａは、ＡＤＣ２８から出力される時系列の受信信号を周波数領域の信号（例えば図２（ａ）参照）に変換するようになっている。具体的には、ＡＤＣ２８の出力信号をｘ（ｔ）とするとＤＦＴ回路１２ａの出力信号は式（１）のように表される。
【数１】
2008145230.tif 000003
【００４８】
ここで、Ｓは観測時間ｔｏｂｓにおけるサンプル数を示す。周波数分解能δｆは、観測時間ｔｏｂｓの逆数となるが、ｔｏｂｓ＝６６．７μｓ（＜ｔｍａｘ）とすると、δｆ＝１／ｔｏｂｓ＝１５ｋＨｚとなり、ピクセル帯域幅Ｂｃｅｌｌよりも十分小さいので、ピクセル値を分離することができる。ＤＦＴ回路１２ａの出力の数をｋとすると、ピクセルあたりｋ＝Ｂｃｅｌｌ／δｆ＝１５０となる。すなわちＤＦＴ出力信号は、Ｎ個のＸｉ（ｉ＝１，２．．．Ｎ）に分けられ、各々のＸｉはｋポイントを含むものとして式（２）のように表すことができる。なお、Ｘｉはｉ番目のピクセル成分（帯域幅Ｂｃｅｌｌ＝２．２５ＭＨｚ）に相当する帯域通過信号に相当する（図２（ｂ））。また、ＬはＩＦ信号内の最低周波数（１５０ＭＨｚ）のＤＦＴインデックスである。
【数２】
2008145230.tif 000004
【００４９】
次に、相互相関処理回路１２ｂは、ｉ番目のピクセルのｋ＝１５０点の信号と、そのピクセルに対応する元の送信信号（周波数領域の信号であり例えば図２（ｃ）参照）との相互相関処理（周波数領域であるので乗算）を行うようになっている。元の送信信号のｉ番目のピクセルに相当する周波数領域の送信信号をＲｉ（ｆ）とすると、相互相関Ｃｉ（ｆ）は、式（３）のように表される。なお、記号＊は複素共役を示す。
【数３】
2008145230.tif 000005
【００５０】
次に、ＩＤＦＴ回路１２ｃは、式（４）に基づいて逆離散フーリエ変換を行うことによって、視野の奥行き方向のプロファイル（以下「距離プロファイル」）ｃｉ（ｔ）を取得するようになっている。
【数４】
2008145230.tif 000006
【００５１】
すなわちＩＤＦＴ回路１２ｃは、１ピクセル分のデータとして、距離プロファイル（距離分解能δＲ＝ｃ／２Ｂｃｅｌｌ＝６７ｍ、１５０ポイント）を取得するものである（例えば図２（ｄ）参照）。
【００５２】
以上のように、信号処理部１２は、式（１）〜（４）を用いて説明した処理を各アジマス方向において行うことにより、被写体の３次元画像を取得することができるようになっている。なお、信号処理部１２の構成は前述のものに限定されるものではなく、例えば離散フーリエ変換に代えて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いる構成としてもよい。
【００５３】
次に、本実施の形態におけるイメージング装置１００の動作について説明する。
【００５４】
まず、送信信号生成部１１は、１５０ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの周波数成分（帯域幅Ｂ＝４５０ＭＨｚ）を有するデジタル値の信号を生成し、ＤＡＣ２１に出力する。
【００５５】
次いで、ＤＡＣ２１は、送信信号生成部１１が生成した帯域幅Ｂのデジタル信号をアナログ信号に変換し、１５０ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの周波数成分（ｆ１、ｆ２、ｆ３・・・ｆＮ）を含むＩＦ信号をアップコンバータ２２に出力する。なお、前述のように、本実施の形態においてはＮ＝２００である。
【００５６】
さらに、アップコンバータ２２は、デジタル回路１０から供給される局部発振信号に基づいて、ＩＦ信号をミリ波帯のＲＦ信号に変換し、ＰＡ２３に出力する。
【００５７】
引き続き、ＰＡ２３は、アップコンバータ２２からのＲＦ信号の電力を増幅し、送信アンテナ２４に出力する。
【００５８】
次いで、送信アンテナ２４は、エレベーション方向に対してはＲＦ信号の周波数ｆ１'、ｆ２'、ｆ３'・・・ｆＮ'に応じて送信ビームの方向を変化させ、アジマス方向に対してはフェーズドアレー技術を利用して位相を調整して合成することにより時間的に走査することによって、ＲＦ信号を被写体に向けて送信する。
【００５９】
引き続き、受信アンテナ２５は、被写体によって反射されたＲＦ信号を受信し、ＬＮＡ２６に出力する。
【００６０】
次いで、ＬＮＡ２６は、ＲＦ信号を増幅し、ダウンコンバータ２７に出力する。
【００６１】
さらに、ダウンコンバータ２７は、ＬＮＡ２６が出力したＲＦ信号をＩＦ信号に変換し、ＡＤＣ２８に出力する。
【００６２】
続いて、ＡＤＣ２８は、ダウンコンバータ２７が出力したＩＦ信号をアナログ値からデジタル値に変換し、信号処理部１２に出力する。
【００６３】
そして、信号処理部１２は、ＡＤＣ２８からの受信信号に対し離散フーリエ変換を行うことによって周波数領域の信号に変換し、各周波数に対応したピクセルごとの受信データを取得する。ここで取得される受信データは、被写体の距離プロファイルを含む３次元画像のデータであり、外部システムに出力される。
【００６４】
以上のように、本実施の形態におけるイメージング装置１００によれば、送信アンテナ２４は、エレベーション方向に対してはＲＦ信号の周波数ｆ１'、ｆ２'、ｆ３'・・・ｆＮ'に応じた方向にビームを同時に送信し、アジマス方向に対してはフェーズドアレー技術を利用して位相を調整して合成することにより時間的に走査することによってＲＦ信号を被写体に向けて送信し、受信アンテナ２５は、被写体によって反射されたＲＦ信号を受信し、信号処理部１２は、受信信号に対し離散フーリエ変換を行うことによって周波数領域の信号に変換し、各周波数に対応したピクセルごとの受信データを取得する構成としたので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【００６５】
なお、前述の実施の形態において、１５０ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの周波数成分（帯域幅Ｂ＝４５０ＭＨｚ）の信号を含むＩＦ信号をアップコンバートしたミリ波の電波を用いて被写体像を取得するものに適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の周波数とは異なる信号を含むミリ波帯の電波や、マイクロ波帯の電波を用いる構成としても同様の効果が得られる。
【００６６】
また、前述の実施の形態において、送信アンテナ２４は、エレベーション方向に対して周波数走査し、アジマス方向に対して時間的に走査する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、アジマス方向に対して周波数走査し、エレベーション方向に対して時間的に走査する構成としても同様の効果が得られる。
【００６７】
また、前述の実施の形態において、例えばエレベーション方向に１次元の周波数走査アンテナを使用する場合、アジマス方向の走査を行う手段についてはよく知られた、機械式走査、電気的に反射方向を走査できる反射鏡などで実現することができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、本実施の形態におけるイメージング装置２００は、本発明の第１の実施の形態におけるイメージング装置１００（図１参照）に対して送信アンテナと受信アンテナとを入れ替えたものであり、その他の構成は同様であるので、同様な構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態におけるイメージング装置２００は、デジタル回路１０と、デジタル値の信号をアナログ値のＩＦ信号に変換するＤＡＣ２１と、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換するアップコンバータ２２と、ＲＦ信号を増幅するＰＡ２３と、図示しない被写体に向けてＲＦ信号を送信する送信アンテナ３１と、被写体から反射されたＲＦ信号を受信する受信アンテナ３２と、受信したＲＦ信号を増幅するＬＮＡ２６と、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するダウンコンバータ２７と、アナログ値のＩＦ信号をデジタル値の信号に変換するＡＤＣ２８とを備えている。
【００７０】
送信アンテナ３１は、予め定められた視野に対して一様に、帯域幅Ｂ＝４５０ＭＨｚをもつミリ波の電波を放射するようになっている。
【００７１】
受信アンテナ３２は、周波数によってエレベーション方向に走査が可能な複数の周波数走査アンテナ素子と、ＲＦ信号の位相を変化させる移相器（図示省略）とを備え、周波数走査アンテナ素子はアジマス方向に並べられ、移相器はそれぞれの周波数走査アンテナ素子に接続されている。すなわち、受信アンテナ３２が受信する受信ビームは、エレベーション方向には周波数で走査することができ、アジマス方向には、フェーズドアレー技術を利用して、位相を調整して合成することにより時間的に走査することができるものである。
【００７２】
以上のように、本実施の形態におけるイメージング装置２００によれば、送信アンテナ３１は、予め定められた視野に対して一様に所定の帯域幅の信号を含むミリ波の電波を放射し、受信アンテナ３２は、エレベーション方向に対してはＲＦ信号の周波数ｆ１'、ｆ２'、ｆ３'・・・ｆＮ'に応じて受信ビームの方向を変化させ、アジマス方向に対してはフェーズドアレー技術を利用して位相を調整して合成することにより時間的に走査することによって被写体で反射されたＲＦ信号を受信し、信号処理部１２は、受信信号に対し離散フーリエ変換を行うことによって周波数領域の信号に変換し、各周波数に対応したピクセルごとの受信データを取得する構成としたので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【００７３】
なお、前述の実施の形態において、受信アンテナ３２は、エレベーション方向に対して周波数走査し、アジマス方向に対して時間的に走査する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、アジマス方向に対して周波数走査し、エレベーション方向に対して時間的に走査する構成としても同様の効果が得られる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
図４に示すように、本実施の形態におけるイメージング装置３００は、本発明の第１の実施の形態におけるイメージング装置１００（図１参照）に対して送信アンテナと受信アンテナとを共用化したものであり、その他の構成は同様であるので、同様な構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態におけるイメージング装置３００は、デジタル回路１０と、デジタル値の信号をアナログ値のＩＦ信号に変換するＤＡＣ２１と、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換するアップコンバータ２２と、ＲＦ信号を増幅するＰＡ２３と、図示しない被写体に向けてＲＦ信号を送信するとともに被写体で反射されたＲＦ信号を受信する送受信アンテナ３３と、この送受信アンテナ３３にＲＦ信号を出力するとともに送受信アンテナ３３から受信信号が入力されるサーキュレータ３４と、受信したＲＦ信号を増幅するＬＮＡ２６と、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するダウンコンバータ２７と、アナログ値のＩＦ信号をデジタル値の信号に変換するＡＤＣ２８とを備えている。
【００７６】
送受信アンテナ３３は、周波数によってエレベーション方向に走査が可能な複数の周波数走査アンテナ素子と、ＲＦ信号の位相を変化させる移相器（図示省略）とを備え、周波数走査アンテナ素子はアジマス方向に並べられ、移相器はそれぞれの周波数走査アンテナ素子に接続されている。
【００７７】
サーキュレータ３４は、ＰＡ２３が出力したＲＦ信号を送受信アンテナ３３に供給し、送受信アンテナ３３が受信した受信信号をＬＮＡ２６に供給するようになっている。
【００７８】
以上のように、本実施の形態におけるイメージング装置３００によれば、送受信アンテナ３３は、送受信時においてエレベーション方向に対してはＲＦ信号の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３・・・ｆＮに応じて送受信ビームの方向を変化させ、アジマス方向に対してはフェーズドアレー技術を利用して位相を調整して合成することにより時間的に走査することによって被写体で反射されたＲＦ信号を送受信し、信号処理部１２は、受信信号に対し離散フーリエ変換を行うことによって周波数領域の信号に変換し、各周波数に対応したピクセルごとの受信データを取得する構成としたので、一対のみの送受信機で被写体の画像を取得できることとなり、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
【００７９】
また、送受信アンテナ３３は、送信時と受信時の両ビームにおいて、エレベーション方向のピクセルに対して周波数が割り当てられた構成となっているので、本実施の形態におけるイメージング装置３００は、第１の実施の形態と比べて受信アンテナの利得を大きくできるため、同じ受信ＳＮを得るための送信出力を下げることができる、あるいは、同じ送信出力で、高いＳＮ比を得ることができるという効果を有する。
【００８０】
また、本実施の形態におけるイメージング装置３００は、受信ビームの幅を比較的狭くすることができるので、マルチパスなどの影響を避けることができる、すなわち、不要な反射波による画質劣化を抑えることができる。
【００８１】
なお、前述の実施の形態において、送受信アンテナ３３は、エレベーション方向に対して周波数走査し、アジマス方向に対して時間的に走査する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、アジマス方向に対して周波数走査し、エレベーション方向に対して時間的に走査する構成としても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係るイメージング装置は、従来のものよりも装置の回路を大幅に簡易化することができ、製造コストの低減化を図ることができるという効果を有し、電波を利用して被写体像を取得するイメージング装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係るイメージング装置の第１の実施の形態における構成を示すブロック図
【図２】本発明に係るイメージング装置の第１の実施の形態における信号処理部の構成を示すブロック図
【図３】本発明に係るイメージング装置の第２の実施の形態における構成を示すブロック図
【図４】本発明に係るイメージング装置の第３の実施の形態における構成を示すブロック図
【図５】従来のイメージング装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００８４】
１０  デジタル回路
１１  送信信号生成部
１２  信号処理部（画像取得手段）
１２ａ  ＤＦＴ回路
１２ｂ  相互相関処理回路
１２ｃ  ＩＤＦＴ回路
１３  制御部
２１  ＤＡＣ
２２  アップコンバータ
２３  ＰＡ
２４  送信アンテナ
２５  受信アンテナ
２６  ＬＮＡ
２７  ダウンコンバータ
２８  ＡＤＣ
３１  送信アンテナ（周波数走査アンテナ）
３２  受信アンテナ（周波数走査アンテナ）
３３  送受信アンテナ（周波数走査アンテナ）
３４  サーキュレータ
１００、２００、３００  イメージング装置
【図１】
2008145230.tif 000007
【図２】
2008145230.tif 000008
【図３】
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【図４】
2008145230.tif 000010
【図５】
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