(57)【要約】【課題】人体などの被写体から放射されるマイクロ波帯の熱雑音を受信することにより、被写体を撮像する電波撮像装置において、熱雑音を受信するのに２次元センサやラインセンサを用いることなく、一つの受信素子単体で被写体像を撮像できるようにする。【解決手段】レンズ１６を挟んで配置された２つの反射板１４、１８を、被写体２の垂直走査方向及び水平走査方向にそれぞれ回動することで、レンズ１６により結像される被写体２の画像を構成するミリ波を、画素毎にミリ波センサ２０に入力し、ミリ波センサ２０から各画素のミリ波の信号レベルを順次取り込むことで、画像データを生成する。また、反射板１４は、所定の角度範囲内で揺動させることで、垂直走査を行い、その垂直走査の所定角度毎に、反射板１８が１８０度回転するよう、反射板１８を連続的に回転させることで、水平走査を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から放射されたマイクロ波帯の熱雑音を透過させて被写体像を結像させる電波レンズと、
前記被写体から放射されたマイクロ波帯の熱雑音を前記電波レンズに向けて反射する第１反射板と、
前記第１反射板を板面方向に貫通する第１回転軸周りに前記第１反射板を回動させることで、前記電波レンズにより結像される被写体像の中心位置を前記被写体の第１走査方向に変化させる第１走査手段と、
前記電波レンズにより被写体像の結像位置に配置され、前記電波レンズを透過してきたマイクロ波帯の熱雑音を前記電波レンズとは異なる方向に反射させる第２反射板と、
前記第２反射板による前記熱雑音の反射方向に配置され、前記第２反射板から反射された熱雑音を受信する受信手段と、
前記第２反射板を板面方向に貫通する第２回転軸周りに前記第２反射板を回動させることで、前記第２反射板から前記受信手段に向けて反射される被写体像の中心位置を、前記被写体において前記第１走査方向と直交する第２走査方向に変化させる第２走査手段と、
前記受信手段による熱雑音の受信レベルから前記被写体の画像データを生成する画像データ生成手段と、
を備え、前記第１走査手段及び第２走査手段のうち、一方の走査手段は、前記第１反射板又は前記第２反射板を、前記第１回転軸若しくは前記第２回転軸周りに所定の回転角度範囲内で揺動させるように構成され、他方の走査手段は、前記第１反射板又は前記第２反射板を、前記第１回転軸若しくは前記第２回転軸周りに連続的に回転させるように構成されたことを特徴とする電波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体から放射されるマイクロ波帯の熱雑音を受信することにより被写体を撮像する電波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体などの被写体から放射されるマイクロ波帯（０．３ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）の熱雑音（好ましくは、ミリ波帯（３０ＧＨｚ〜０．３ＴＨｚ）の熱雑音）を受信することによって、被写体を撮像し、その撮像画像から、被写体に隠された武器や密輸品等を検知することが提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００３】
また、この種の電波撮像装置においては、被写体から放射された熱雑音を、電波レンズを介して集波することで、所定の結像位置に被写体像を結像させ、その被写体像各部の信号レベルをミリ波センサ等の受信素子にて受信する。
【０００４】
そして、その受信素子は、ミリ波等、極めて周波数が高い電波の受信レベルを高精度に検出できるようにする必要があるため、受信素子には、受信部（アンテナ等）に加えて受信信号を増幅するローノイズアンプを設ける必要があり、しかも、これら受信部及びローノイズアンプのゲインを一定にする必要がある。
【０００５】
このため、この種の電波撮像装置において、熱雑音受信用の受信素子は極めて高価になるため、被写体の撮像に、受信素子を２次元配置してなる２次元センサを用いることはできず、通常、撮像素子として、受信素子を一方向に配置してなるラインセンサが用いられている。
【０００６】
つまり、従来では、電波レンズによる被写体像の結像位置に、マイクロ波帯の熱雑音を反射する反射板を設け、この反射板を所定の角度範囲内で中心軸周りに回動させることで、被写体を一方向に走査しつつ、各走査位置での一ライン分の熱雑音を順次ラインセンサに入力するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４１３５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８１７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来のように、ラインセンサを用いて被写体を撮像するようにした場合、２次元センサを用いる場合に比べて、電波撮像装置のコストを低減することができるが、ラインセンサは、多数の受信素子を一方向に配置することにより構成されることから、各受信素子の特性のバラツキがあると、被写体像を良好に撮像することができないという問題があった。
【０００９】
また、こうした特性のバラツキを低減するには、受信素子の製造工程や検査・調整工程を見直し、所望の特性が得られる受信素子のみを利用するようにすればよいが、このようにすると、ラインセンサのコストアップを招き、また、電波撮像装置を量産することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、人体などの被写体から放射されるマイクロ波帯の熱雑音を受信することにより、被写体を撮像する電波撮像装置において、熱雑音を受信する受信素子を多数利用する２次元センサやラインセンサを用いることなく、一つの受信素子単体で被写体像を撮像できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の電波撮像装置は、
被写体から放射されたマイクロ波帯の熱雑音を透過させて被写体像を結像させる電波レンズと、
前記被写体から放射されたマイクロ波帯の熱雑音を前記電波レンズに向けて反射する第１反射板と、
前記第１反射板を板面方向に貫通する第１回転軸周りに前記第１反射板を回動させることで、前記電波レンズにより結像される被写体像の中心位置を前記被写体の第１走査方向に変化させる第１走査手段と、
前記電波レンズにより被写体像の結像位置に配置され、前記電波レンズを透過してきたマイクロ波帯の熱雑音を前記電波レンズとは異なる方向に反射させる第２反射板と、
前記第２反射板による前記熱雑音の反射方向に配置され、前記第２反射板から反射された熱雑音を受信する受信手段と、
前記第２反射板を板面方向に貫通する第２回転軸周りに前記第２反射板を回動させることで、前記第２反射板から前記受信手段に向けて反射される被写体像の中心位置を、前記被写体において前記第１走査方向と直交する第２走査方向に変化させる第２走査手段と、
前記受信手段による熱雑音の受信レベルから前記被写体の画像データを生成する画像データ生成手段と、
を備え、前記第１走査手段及び第２走査手段のうち、一方の走査手段は、前記第１反射板又は前記第２反射板を、前記第１回転軸若しくは前記第２回転軸周りに所定の回転角度範囲内で揺動させるように構成され、他方の走査手段は、前記第１反射板又は前記第２反射板を、前記第１回転軸若しくは前記第２回転軸周りに連続的に回転させるように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電波撮像装置によれば、電波レンズを挟んで第１反射板と第２反射板とが設けられ、これら各部を介して、被写体から放射されたマイクロ波帯の熱雑音を、受信手段に導く。
【００１３】
また、第１反射板は、第１走査手段により、当該第１反射板を板面方向に貫通する第１回転軸周りに回動され、この回動により、電波レンズにより結像される被写体像の中心位置が、被写体の第１走査方向に変化する。
【００１４】
また、第２反射板は、第２走査手段により、当該第２反射板を板面方向に貫通する第２回転軸周りに回動され、この回動により、第２反射板から受信手段に向けて反射される被写体像の中心位置が、被写体において第１走査方向と直交する第２走査方向に変化する。
【００１５】
このため、第１走査手段及び第２走査手段による第１反射板及び第２反射板の回動により、受信手段には、被写体を第１走査方向及び第２走査方向に走査することにより得られる被写体各部の熱雑音が順に入力されることになる。
【００１６】
よって、画像データ生成手段にて、第１走査手段及び第２走査手段の動作に合わせて受信手段による熱雑音の受信レベルを取り込むことで、被写体の２次元画像に対応した画像データを生成することができる。
【００１７】
また、本発明では、第１走査手段及び第２走査手段のうち、一方の走査手段は、第１反射板又は第２反射板を、第１回転軸若しくは第２回転軸周りに所定の回転角度範囲内で揺動させるように構成され、他方の走査手段は、第１反射板又は前記第２反射板を、第１回転軸若しくは第２回転軸周りに連続的に回転させるように構成される。
【００１８】
これは、本発明のように、第１反射板及び第２反射板を互いに直交する方向に走査させて、２次元画像を撮像する場合、一方の反射板（例えば、第１反射板）を所定の走査量（角度）だけ回動させる間に、他方の反射板（例えば、第２反射板）を一走査分回動させる必要があり、他方の反射板の一走査時間を短縮する必要があるためである。
【００１９】
つまり、反射板を回動させて被写体を走査する場合には、通常、特許文献２に記載のように、反射板を所定の回転角度だけ回転軸周りに回動させる。しかし、２つの反射板をこのように回動させて、画像を撮像するには、一方の反射板の回動を極めて高速にする必要があり、実現が難しい。
【００２０】
また、反射板による走査速度を高めるには、特許文献１に記載のように、ポリゴンミラーを利用することも考えられる。しかし、ポリゴンミラーは、反射面と回転軸とが一致しないため光路長の差が生じ、その光路長の差を補正するための画像処理が必要になるとか、鮮明な撮像画像が得られないという問題が生じる。
【００２１】
そこで、本発明では、高速走査が必要な反射板を連続回転させることで、反射板を所定角度範囲内で回動させるときのように、その回転方向を切り換えることなく、被写体を走査でき、しかも、その走査に、反射板の表面と裏面とをそれぞれ利用できるようにすることで、反射板の一走査に要する時間を短縮しているのである。
【００２２】
このため、本発明によれば、２つの反射板を利用して被写体を２次元方向に走査するにも関わらず、被写体の撮像時間が長くなるのを防止し、例えば、被写体が動いても、被写体画像を良好に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態の電波撮像装置全体の構成を表す概略構成図である。
【図２】図１に示す撮像装置本体の内部構成を表す側面図である。
【図３】撮像装置本体に設けられるレンズと一対の反射板との配置状態を説明する斜視図である。
【図４】制御回路にて実施される撮像処理を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態の電波撮像装置は、空港などで乗客が危険物を隠し持っていないかどうかをチェックするのに使用されるものであり、図１に示すように構成されている。
【００２５】
すなわち、本実施形態の電波撮像装置は、検査対象領域に位置する乗客を被写体２として、被写体２から放射されるミリ波帯の熱雑音を受信することにより被写体２を撮像する撮像装置本体１０と、検査対象領域を挟んで撮像装置本体１０とは反対側に設けられた遮蔽板４とから構成されている。
【００２６】
遮蔽板４は、撮像装置本体１０から見て、被写体２の後方から入射してくる不要な熱雑音を遮断するためのものであり、金属板にて構成されている。
また、撮像装置本体１０は、図２、図３に示すように、被写体２から放射されたミリ波帯の熱雑音を、電波透過部１２を介して内部に取り込み、反射板１４、レンズ１６、反射板１８を介して、ミリ波センサ２０に導くように構成されている。
【００２７】
ここで、レンズ１６は、撮像装置本体１０内に、中心軸が垂直方向となるよう配置されており、反射板１４及び反射板１８は、レンズ１６を挟んで、レンズ１６の上下に配置されている。
【００２８】
反射板１４は、被写体から放射され、電波透過部１２を介して撮像装置本体１０内に入射してきたミリ波帯の熱雑音を、レンズ１６に向けて反射するためのものである。
そして、この反射板１４の左右の側縁からは、反射板１４の板面に沿った水平方向の回転軸周りに回動自在に、反射板１４を支持する支持軸２２が突設されている。
【００２９】
また、この支持軸２２は、撮像装置本体１０のケースの内壁に回転可能に固定されている。
また、反射板１４の裏面（電波透過部１２とは反対側の面）の上端部は、リンク２８を介して、モータ２４の回転軸２５に設けられた円板２６に連結されている。
【００３０】
これは、モータ２４（延いては円板２６）の回転により、反射板１４を、支持軸２２にて形成される回転軸周りに所定角度範囲で回動させるためである。
なお、撮像装置本体１０のケースは、電波透過部１２を除いて電波を遮蔽可能な金属材にて矩形の箱状に形成されており、そのケースの内壁面には、内部に入射したミリ波がケースの内壁面で反射して拡散されることのないよう、電波吸収体が設けられている。
【００３１】
次に、レンズ１６は、反射板１４を介して入射してきたミリ波体の熱雑音を透過させることで、下方の反射板１８の配置位置に被写体２の画像を結像させるものである。
また、反射板１８は、レンズ１６による被写体像の結像位置で、レンズ１６を垂直方向に透過してきた熱雑音を、ミリ波センサ２０に向けて水平方向に反射するためのものである。
【００３２】
そして、反射板１８の上下の端縁からは、反射板１８の板面に沿って、垂直・水平方向に対し略４５度傾斜した中心軸周りに回動自在に、反射板１８を支持するための支持軸３２が突設されている。
【００３３】
また、この支持軸３２のうち、反射板１８の上端縁側の支持軸３２は、撮像装置本体１０に固定された支持部材３５にて回転自在に支持され、反射板１８の下端縁側の支持軸３２は、撮像装置本体１０に固定されたモータ３４の回転軸に連結されている。
【００３４】
この結果、反射板１８は、モータ３４の回転により、支持軸３２にて形成される回転軸周りに回転することになる。
なお、反射板１８は、その板面両面が、電波を反射可能に鏡面加工されており、反射板１４は、電波透過部１２に面した片面だけが、電波を反射可能に鏡面加工されている。
【００３５】
また、反射板１４を回動可能に支持する支持軸２２、及び、反射板１８を回転可能に支持する支持軸３２には、それぞれ、反射板１４、１８の回転位置を検出するためのエンコーダ３０、３６が設けられている。
【００３６】
次に、ミリ波センサ２０は、ミリ波帯の熱雑音を受信可能な一つのアンテナ素子とアンテナ素子からのミリ波帯の受信信号を増幅するローノイズアンプとから構成されている。
そして、このミリ波センサ２０からの受信信号は、処理回路３８に入力され、処理回路３８内で検波及びＡ／Ｄ変換されることで、受信信号の信号レベルを表すデジタルデータに変換される。
【００３７】
また、処理回路３８にて生成されたデジタルデータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心に構成されたマイクロコンピュータからなる制御回路４０に入力される。また、制御回路４０には、モータ２４及び３４をそれぞれ駆動する駆動回路４２、４４が接続されている。
【００３８】
そして、制御回路４０は、上記各駆動回路４２、４４を介してモータ２４、３４を回転させることで、ミリ波センサ２０に入射する熱雑音の発生位置を、被写体２を垂直方向及び水平方向に走査した位置に変化させる。
【００３９】
また、制御回路４０は、その走査位置変化に応じて処理回路３８から受信信号レベルを表すデジタルデータを取り込むことで、被写体２のミリ波画像データを生成し、その生成したミリ波画像データを、外部の表示装置４６に出力することで、表示装置４６に被写体２のミリ波画像を表示させる。
【００４０】
以下、このように制御回路４０にて実行される撮像処理を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
この撮像処理は、制御回路４０の動作モードが画像の撮像モードに設定されているとき、制御回路４０において、繰り返し実行される処理である。
【００４１】
図４に示すように、撮像処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、駆動回路４２、４４を介してモータ２４、３４を駆動することで、反射板１４及び１８を、それぞれ、エンコーダ３０、３６にて検出される所定の原点位置に位置決めする初期化の処理を実行する。
【００４２】
次に、Ｓ１２０では、ミリ波センサ２０の出力（詳しくは処理回路３８から入力されるデジタルデータが所定値（例えば０Ｖに対応した値）となるよう、処理回路３８内の検波電圧若しくはＡ／Ｄ変換回路の基準電圧等を補正する、校正処理を実行する。
【００４３】
そして、続くＳ１３０では、モータ２４を駆動することで、反射板１４の回転位置を、垂直方向の走査開始位置に設定し、モータ３４により反射板１８を一定速度で連続的に回転させることで、処理回路３８からデジタルデータを取り込むイメージング処理を開始する。
【００４４】
このようにイメージング処理が開始されると、まず、Ｓ１４０にて、反射板１８が１８０度回転する水平走査一走査当たりに、予め設定された所定回数、処理回路３８からの入力データをサンプリングすることで、反射板１８の一走査分、ミリ波受信信号を読み込む。
【００４５】
そして、続くＳ１５０では、Ｓ１４０によるミリ波受信信号のサンプリング処理を、反射板１４による全垂直走査範囲分実行したか否かを判断することで、全走査範囲分の受信信号の読み込みが完了したか否かを判断する。
【００４６】
Ｓ１５０にて、全走査範囲分の受信信号の読み込みが完了していないと判断されると、Ｓ１６０に移行し、モータ２４を駆動することで、反射板１４を所定角度だけ回動させることで、反射板１４による垂直走査位置を次の走査位置まで変化させ、Ｓ１４０に移行する。
【００４７】
一方、Ｓ１５０にて、全走査範囲分の受信信号の読み込みが完了したと判断されると、Ｓ１７０に移行し、その読み込んだ全走査範囲分の受信信号の受信レベル（デジタルデータ）に基づき、被写体２の一画面分の画像データ（２次元画像データ）を生成する。
【００４８】
そして、Ｓ１７０では、その生成した一画面分の画像データを外部の表示装置４６に出力することで、表示装置４６に被写体２の撮像画像を表示させると共に、その画像データを外部の記憶装置（ハードディスク等；図示せず）に記憶し、当該撮像処理を一端終了する。
【００４９】
この結果、本実施形態の電波撮像装置の使用者は、表示装置４６に表示された撮像画像を見ることで、検査対象領域に被写体２となる人が居ることを検知したり、その表示画像から被写体２である人が隠し持っている凶器を検知したりすることができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の電波撮像装置によれば、２つの反射板１４、１８を被写体２の垂直走査方向及び水平走査方向にそれぞれ回動することで、レンズ１６により結像される被写体２の画像を構成するミリ波を、画素毎にミリ波センサ２０に入力し、ミリ波センサ２０から各画素のミリ波の信号レベルを順次取り込むことで、画像データを生成する。
【００５１】
このため、従来のように、ミリ波センサを２次元配置した２次元イメージセンサや、ミリ波センサを一列に配置したラインセンサを使用することなく、一つのミリ波センサを用いて、被写体２を撮像した画像データを得ることができ、装置構成を簡単にすることができる。
【００５２】
また、一つのミリ波センサだけで電波撮像装置を構成できるので、ミリ波センサのバラツキの影響を受けることなく、鮮明な画像データを生成することができる。
また特に、本実施形態では、反射板１４を所定の角度範囲内で揺動させることで、垂直走査を行い、その垂直走査の所定角度毎に、反射板１８が１８０度回転するよう、反射板１８を連続的に回転させることで、水平走査を行う。
【００５３】
このため、反射板１８を所定角度範囲内にて回動させて、水平走査を行うようにした場合に比べて、水平走査１回当たりの走査時間を短縮することができ、被写体２の撮像をより高速に行うことができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、レンズ１６が、本発明の電波レンズに相当し、反射板１４が、本発明の第１反射板に相当し、反射板１８が、本発明の第２反射板に相当し、ミリ波センサ２０が、本発明の受信手段に相当する。
【００５５】
また、本実施形態において、制御回路４０は、本発明の第１走査手段、第２走査手段、及び画像データ生成手段の機能を実現するものである。詳しくは、制御回路４０にて実行される撮像処理のうち、Ｓ１３０及びＳ１６０ｎ処理と、モータ２４、エンコーダ３０、及び駆動回路４２が、本発明の第１走査手段に相当し、Ｓ１４０の処理と、モータ３４、エンコーダ３６、及び駆動回路４４が、本発明の第２走査手段に相当し、Ｓ１５０及びＳ１７０の処理が、本発明の画像データ生成手段に相当する。
【００５６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、反射板１４を所定角度範囲で回動させることで、垂直走査を行い、その垂直走査の所定の走査角度毎に、反射板１８が１８０度回転して水平走査されるように、反射板１８を連続回転させることで、被写体２を撮像するものとして説明した。
【００５７】
しかし、これとは逆に、反射板１８を所定角度範囲で回動させることで、水平走査を行い、その水平走査の所定の走査角度毎に、反射板１４が１８０度回転して垂直走査されるように、反射板１４を連続回転させるようにしても、被写体２を撮像することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、反射板１４を所定角度で回動させるに当たって、リンク２８及び円板２６を介して反射板１４に連結されたモータ２４を用いるものとして説明したが、モータ２４に代えて、ロッドの突出長さを調整可能なソレノイドを利用してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、被写体２から放射されるミリ波帯の熱雑音を受信することで、被写体２を撮像するものとして説明したが、ミリ波帯以外のマイクロ波からなる熱雑音を受信するようにしても、被写体２を撮像することはできる。
【符号の説明】
【００６０】
２…被写体、４…遮蔽板、１０…撮像装置本体、１２…電波透過部、１４…反射板、１６…レンズ、１８…反射板、２０…ミリ波センサ、２２…支持軸、２４…モータ、２５…回転軸、２６…円板、２８…リンク、３０…エンコーダ、３２…支持軸、３４…モータ、３５…支持部材、３６…エンコーダ、３８…処理回路、４０…制御回路、４２，４４…駆動回路、４６…表示装置。
【図１】
2013167529.tif 000003
【図２】
2013167529.tif 000004
【図３】
2013167529.tif 000005
【図４】
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