(57)【要約】【課題】物体で反射したミリ波から得られる画像のＳ／Ｎ比を高める。【解決手段】送受信アンテナ１３の主軸１３ＡをターゲットＴの表面の法線Ｈに対して傾けて配置する。【選択図】図３
2007121230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波である電磁波をターゲットに向けて照射するとともに当該電磁波が当該ターゲットで反射した後の電磁波を受信する送受信アンテナを備える電磁波照射・検知装置がアレイ化されており、
前記送受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面の法線に対して傾いている
ことを特徴とする電磁波照射・検知装置。
【請求項２】
ミリ波である電磁波がターゲットの表面の法線に対して主軸を傾けた送信アンテナから当該ターゲットに向けて照射され当該ターゲットで反射した後の電磁波を受信する受信アンテナを備える電磁波検知装置がアレイ化されており、
前記受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾いている
ことを特徴とする電磁波検知装置。
【請求項３】
ミリ波である電磁波をターゲットに向けて照射する送信アンテナを備え、当該送信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面の法線に対して傾いている電磁波照射装置がアレイ化されており、
照射された電磁波が前記ターゲットで反射した後の電磁波を受信する受信アンテナを備え、当該受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾いている電磁波検知装置がアレイ化されている
ことを特徴とする電磁波照射・検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体で反射したミリ波から得られる画像のＳ／Ｎ比を高めうる電磁波照射・検知装置、電磁波検知装置および電磁波照射・検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
我々の生活環境にある物の中には、その内部を見ることはできないが、ミリ波つまりその周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚにある電磁波に対して透過性があり、これにより、内部撮像できるものがある。例えば、衣類や建築土木で使用される建材（木材やコンクリートなど）である。
【０００３】
このミリ波がもつ性質は、隠してある物体（危険物など）を発見するために、あるいは、物体内部の非破壊検査に応用でき、その有用性は極めて大きい。
【０００４】
物体内部を撮像する技術としては、この他に、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ある。
【０００５】
Ｘ線ＣＴでは、透過能が大きいＸ線が物体からほとんど反射しないので、Ｘ線照射装置とＸ線検知装置とが対向配置され、システムが大型化する。超音波イメージングや核磁気共鳴イメージングにおいても同様である。
【０００６】
これに対し、ミリ波は物体で反射するので、装置の対向配置が必要なく、これにより、システムを小型化できる。
【０００７】
例えば、コンクリートは、製造工程であるいは経年変化により、その内部にクラックや腐朽や剥離が生じることがある。
【０００８】
このようなクラックなどは、コンクリートなどの強度を劣化させるので、それが使用される住宅などが地震などで壊れやすくなる。また、トンネルでは地震などでコンクリート塊の落下しやすくなる。
【０００９】
このようなクラックなどは目視できればよいが、住宅建材は壁紙クロスや塗装などによって覆われることが多く、よって、ミリ波による内部撮像が必要となる。
【００１０】
ここで、前述のＸ線ＣＴなどを住宅建材などの内部撮像することを考えると、装置を対向配置させる必要があるので、山間部のトンネルや高層ビルの外壁などの内部撮像には利用できない。これは、超音波イメージングなどでも同様である。よって、物体で反射するミリ波による内部撮像が必要となる。
【００１１】
また、ミリ波と同様に、電磁波を用いるイメージングとして、マイクロ波を用いたものがあり、これは、レーダーシステムでコンクリート内部に埋設された金属管などを探査する用途に用いられているが、空間解像度が低い。
【００１２】
また、電磁波は用いないが、物体内部の撮像技術として、熱分布イメージングがあり、これは、健全部位と腐朽・欠陥部位において熱伝導特性が異なることを利用するものであるが、その熱拡散が速いため、空間解像度が低い。
【００１３】
よって、マイクロ波を用いたイメージングや熱分布イメージングでは得られない高い空間解像度が得られるミリ波による内部撮像が必要となる。
【００１４】
また、土木や建築で扱われる物は、サブミリメートル（およそ０．２ｍｍ）の精度で作られるので、この精度でクラックを発見するには、ミリ波を使用するにしても、Ｓ／Ｎ比（感度）を高める必要がある。
【特許文献１】特表２０００−６０２５８７号公報
【非特許文献１】小原治之、「コンクリート床版検査用３次元映像化レーダの開発」、第７回地下電磁計測ワークショップ論文集、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体で反射したミリ波から得られる画像のＳ／Ｎ比を高めうる電磁波照射・検知装置、電磁波検知装置および電磁波照射・検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、ミリ波である電磁波をターゲットに向けて照射するとともに当該電磁波が当該ターゲットで反射した後の電磁波を受信する送受信アンテナを備える電磁波照射・検知装置がアレイ化されており、前記送受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面の法線に対して傾いていることを特徴とする電磁波照射・検知装置をもって解決手段とする。
【００１７】
請求項２の本発明は、ミリ波である電磁波がターゲットの表面の法線に対して主軸を傾けた送信アンテナから当該ターゲットに向けて照射され当該ターゲットで反射した後の電磁波を受信する受信アンテナを備える電磁波検知装置がアレイ化されており、前記受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾いていることを特徴とする電磁波検知装置をもって解決手段とする。
【００１８】
請求項３の本発明は、ミリ波である電磁波をターゲットに向けて照射する送信アンテナを備え、当該送信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面の法線に対して傾いている電磁波照射装置がアレイ化されており、照射された電磁波が前記ターゲットで反射した後の電磁波を受信する受信アンテナを備え、当該受信アンテナの主軸が前記ターゲットの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾いている電磁波検知装置がアレイ化されていることを特徴とする電磁波照射・検知システムをもって解決手段とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送受信アンテナの主軸がターゲットの表面の法線に対して傾いている、あるいは、受信アンテナの主軸がターゲットの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾いていることで、反射波の多くは送受信アンテナ、あるいは、受信アンテナへ入射せず、よって、得られる画像のＳ／Ｎ比を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る電磁波照射・検知装置の構成とその利用形態を示す図である。
【００２２】
電磁波照射・検知装置１は、電磁波の送受信に同一のアンテナを用いるモノスタティック系の撮像方式を採用しており、例えばＧＵＮＮ発振器などの電磁波発生器１１、電磁波を所定の方向に導くサーキュレータ１２、主軸１３Ａを有する送受信アンテナ１３、例えばショットキーダイオードなどを用いた検波器１４を備える。実際には、この電磁波照射・検知装置１を複数並べてアレイ化され、その中では、複数の送受信アンテナ１３（例えば平面スロットアンテナ）が並べて配置されている。また、その中の各検波器１４は、計測器２（ロックインアンプなど）に対して順次に接続されるようになっている。計測器２は表示器３に接続されている。
【００２３】
図２は、各送受信アンテナ１３の主軸の配置を示す図である。
【００２４】
送受信アンテナ１３は、劣化により内部にクラックや腐朽や剥離などが生じた又はそのような疑いがもたれたコンクリート壁などのターゲットＴの表面に対して、その並び方向が平行となるようにターゲットＴに向けられ、かつ、その主軸１３ＡがターゲットＴの表面の法線Ｈに対して傾けて配置される。ここでは、主軸１３Ａと法線Ｈとでなす角度をφ（≠０）と示している。
【００２５】
なお、主軸１３Ａは、電磁波照射・検知装置１の並び方向に傾いていても良いし、並び方向に対して直交する方向に傾いていても良いし、どちらに対しても傾いているようであってもよい。並び方向に傾ける場合は、予めそのようにアレイ化するのが好ましい。一方、直交する方向に傾ける場合は、使用時にそのように傾ければよい。
【００２６】
各電磁波照射・検知装置１は、ターゲットＴとの距離を保ちつつ、その並び方向に対して直交する方向あるいはそれより傾いた方向に移動していき、移動の間の各タイミングで以下のことを行う。
【００２７】
電磁波発生器１１は、電磁波（具体的には、ミリ波）を発生する。サーキュレータ１２はその電磁波を送受信アンテナ１３に与え、送受信アンテナ１３はその電磁波を放射する。つまり、電磁波をターゲットＴに照射する。
【００２８】
図３は、その電磁波の挙動を示す図である。
【００２９】
送受信アンテナ１３からの電磁波はターゲットＴの内部へ入射し、内部に生じたクラックなどに特有の凹凸で乱反射し、ターゲットＴから出射する。
【００３０】
図４は、コンクリートに対する１００ＧＨｚ帯の電磁波の透過強度を調べた実験結果を示す図である。これによれば、電磁波は、１０ｍｍ程度の深度まで入射することがわかる。よって、ターゲットＴの内部へ入射した電磁波は、そこまでのクラックなどで反射するのである。
【００３１】
図１の送受信アンテナ１３は、ターゲットＴから出射した反射波の一部を受信する。そして、この電磁波をサーキュレータ１２がその分波作用により検波器１４へ送る。各検波器１４は、その電磁波の強度を電圧に変換して、その電圧の信号を順次に計測器２に送信する。
【００３２】
計測器２は、移動の間の各タイミングで順次に送信された信号により、ターゲットＴの画像を生成し、表示器３に表示する。
【００３３】
図３に戻り、送受信アンテナ１３からの電磁波はターゲットＴ内部のクラックなどで反射するだけでなく、表面でも乱反射する。反射波は、傾向としては全反射した電磁波成分の進行方向に進む。
【００３４】
法線Ｈに対し主軸１３Ａを傾けていないと、反射波の多くが送受信アンテナ１３へ入射することとなる。
【００３５】
図５（ａ）は、１００ｍＶ／ｍＷの感度を有するショットキーダイオードを検波器１４に用いて、主軸１３Ａを傾けていないとき、つまり角度φ＝０度のときに得られた画像を示す図である。図５（ｂ）は、この画像の領域に存在する０．２ｍｍ幅のクラックを示す図である。主軸１３Ａを傾けていないと、反射波の多くが送受信アンテナ１３へ入射するので、画像には、クラックが良く反映されない。
【００３６】
一方、第１の実施の形態では、主軸１３Ａを傾けたことで、全反射成分は送受信アンテナ１３へは少なくとも入射せず、また反射波の多くは送受信アンテナ１３へ入射しない。
【００３７】
図６（ａ）は、同じ感度のショットキーダイオードを検波器１４に用いて、主軸１３Ａを法線Ｈとでなす角度が６度となるように傾けたときに得られた画像を示す図である。図６（ｂ）は、この画像の領域に存在する０．２ｍｍ幅のクラックを示す図である。主軸１３Ａを傾けると、反射波の多くは送受信アンテナ１３へ入射しないので、画像には、クラックが良く反映される。つまり、ＳＮ比（感度）を高められる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図７は、第２の実施の形態に係る電磁波照射・検知システムの構成とその利用形態を示す図である。理解を助けるため、図１に示したものと同一のものには同一符号を付与する。
【００３９】
電磁波照射・検知システムは、電磁波の送受信に異なるアンテナを用いるバイスタティック系の撮像方式を採用しており、図７（ａ）に示す電磁波照射装置１１０と、図７（ｂ）に示す電磁波検知装置１２０とを備える。
【００４０】
電磁波照射装置１１０は、電磁波発生器１１、電磁波を放射する送信アンテナ１５を備える。実際には、複数の送信アンテナ１５（例えば平面スロットアンテナ）が並べてアレイ化され、その中では、各送信アンテナ１５が互いに同じ方向を向いている。よって、各送信アンテナ１５の主軸１５Ａ同士は平行である。
【００４１】
電磁波検知装置１２０は、電磁波を受信する受信アンテナ１６、検波器１４を備える。実際は、複数の電磁波検知装置１２０が、送信アンテナ１５と同じ方向に並べてアレイ化され、その中では、各受信アンテナ１６（例えば平面スロットアンテナ）が互いに同じ方向を向いている。よって、各受信アンテナ１６の主軸１６Ａ同士は平行である。また、アレイ化された電磁波検知装置１２０の中の各検波器１４は、計測器２に対し順次に接続されるようになっている。計測器２は表示器３に接続されている。
【００４２】
図８は、各主軸１５Ａと各主軸１６Ａの配置を示す図である。
【００４３】
送信アンテナ１５は、ターゲットＴの表面に対して、その並び方向が平行となるようにターゲットＴに向けられ、かつ、その主軸１５ＡがターゲットＴの表面の法線Ｈに対して傾けて配置される。ここでは、主軸１５Ａと法線Ｈとでなす角度をφ（≠０）と示している。
【００４４】
なお、主軸１５Ａは、送信アンテナ１５の並び方向に傾いていても良いし、並び方向に対して直交する方向に傾いていても良いし、どちらに対しても傾いているようであっても良い。
【００４５】
一方、受信アンテナ１６は、ターゲットＴの表面に対して、その並び方向が平行となるようにターゲットＴに向けられ、かつ、その主軸１６Ａが、ターゲットＴの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾くように配置される。ここでは、かかる進行方向と法線Ｈとでなす角度をφ（≠０）と示している。また、受信アンテナ１６の主軸１６Ａと進行方向とでなす角度をθ（≠０）と示している。
【００４６】
なお、主軸１６Ａは、電磁波検知装置１２０の並び方向に傾いていても良いし、並び方向に対して直交する方向に傾いていても良いし、どちらに対しても傾いているようであっても良い。また、並び方向に対して直交する方向に傾いている場合、主軸１６Ａと法線Ｈとでなす角度が、進行方向と法線Ｈとでなす角度θよりも小さくなるように傾いていても良いし、主軸１６Ａと法線Ｈとでなす角度が当該角度θよりも大きくなるように傾いていても良い。
【００４７】
また、送信アンテナ１５と受信アンテナ１６のいずれについても、並び方向に傾ける場合は、予めそのようにアレイ化するのが好ましい。一方、直交する方向に傾ける場合は、使用時にそのように傾ければよい。
【００４８】
電磁波照射・検知システムは、ターゲットＴとの距離を保ちつつ、その並び方向に対して直交する方向に移動していき、移動の間の各タイミングで以下のことを行う。
【００４９】
電磁波発生器１１は、電磁波（ミリ波）を発生する。送受信アンテナ１３はその電磁波を放射する。つまり、電磁波をターゲットＴに照射する。
【００５０】
図３の説明と同様に、送信アンテナ１５からの電磁波はターゲットＴの内部へ入射し、内部に生じたクラックなどで乱反射し、ターゲットＴから出射する。
【００５１】
図７（ｂ）の受信アンテナ１６は、ターゲットＴから出射した反射波の一部を受信する。そして、各検波器１４は、その電磁波の強度を電圧に変換して、その電圧の信号を順次に計測器２に送信する。
【００５２】
計測器２は、移動の間の各タイミングで順次に送信された信号により、ターゲットＴの画像を生成し、表示器３に表示する。
【００５３】
図３の説明と同様に、送信アンテナ１５からの電磁波はターゲットＴ内部のクラックなどで反射するだけでなく、表面でも乱反射する。反射波は、傾向としては全反射した電磁波成分が進む方向に進む。
【００５４】
受信アンテナ１６の主軸１６Ａを、ターゲットＴの表面で全反射する電磁波成分の進行方向に対して傾けていないと、この電磁波成分を含めて、反射波の多くが受信アンテナ１６へ入射することとなる。
【００５５】
しかし、第２の実施の形態では、主軸１６Ａを傾けたことで、全反射成分は受信アンテナ１６へは少なくとも入射せず、また反射波の多くは受信アンテナ１６へ入射しない。
【００５６】
よって、画像には、クラックなどが良く反映される。つまり、ＳＮ比（感度）を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態に係る電磁波照射・検知装置の構成とその利用形態を示す図である。
【図２】各送受信アンテナ１３の主軸の配置を示す図である。
【図３】電磁波の挙動を示す図である。
【図４】コンクリートに対する１００ＧＨｚ帯の電磁波の透過強度を調べた実験結果を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、主軸１３Ａを傾けていないときに得られた画像を示す図であり、図５（ｂ）は、この画像の領域に存在するクラックを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、主軸１３Ａを傾けたときに得られた画像を示す図であり、図６（ｂ）は、この画像の領域に存在するクラックを示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る電磁波照射・検知システムの構成とその利用形態を示す図である。
【図８】各主軸１５Ａと各主軸１６Ａの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  電磁波照射・検知装置
２  計測器
３  表示器
１１  電磁波発生器
１２  サーキュレータ
１３  送受信アンテナ
１３Ａ、１５Ａ、１６Ａ  主軸
１４  検波器
１５  送信アンテナ
１６  受信アンテナ
１１０電磁波照射装置
１２０  電磁波検知装置
Ｈ  法線
Ｔ  ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007121230.tif 000006
【図７】
2007121230.tif 000007
【図８】
2007121230.tif 000008
【図５】
2007121230.tif 000009
【図６】
2007121230.tif 000010