JP2007124510A - Electromagnetic wave imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波を送受信してターゲットの2次元画像を描出するための電磁波イメージング装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave imaging apparatus for drawing a two-dimensional image of a target by transmitting and receiving electromagnetic waves.
従来において、電磁波イメージングとは、ターゲットの電磁波に対する応答性を2次元の画像によって可視化することが目的である。一般に市販されているデジタルカメラなどがその典型例である。2次元の画像は細かい画素の集合であり、縦横それぞれm、nの解像度を有する画像ならば、画素の総数はm×n個となる。 Conventionally, electromagnetic wave imaging is intended to visualize the response of a target to electromagnetic waves with a two-dimensional image. A typical example is a commercially available digital camera. A two-dimensional image is a set of fine pixels. If the image has resolutions of m and n in the vertical and horizontal directions, the total number of pixels is m × n.
もし単一の受光素子を用いて撮像するならば、m×n回受光素子を移動走査する必要があり、100×100画素程度の画像でも10000回もの移動走査回数となるゆえ、現実的な時間内に撮像を終えることができない。従って、m×n個の受光素子を予め2次元に配列したアレイが一般的に用いられている。 If an image is picked up using a single light receiving element, it is necessary to move and scan the light receiving element m × n times, and even an image of about 100 × 100 pixels results in the number of moving scans as many as 10,000 times. The imaging cannot be completed within. Therefore, an array in which m × n light receiving elements are arranged in advance two-dimensionally is generally used.
また、m個の受光素子を一列に配列して、n回の移動走査を行う方式もある。この方式でも大幅に撮像時間を短縮することができる。オフィス機器として市販されているスキャナ装置などがその典型例である。 There is also a system in which m light receiving elements are arranged in a line and n times of moving scanning is performed. Even with this method, the imaging time can be significantly reduced. A typical example is a scanner device commercially available as an office device.
一般に、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を用いてイメージングを行う場合、ターゲットへ向けて電磁波を照射し、その反射波または透過波を検波するアクティブ方式か、またはターゲットから自発的に放射される電磁波を検波するパッシブ方式が取られる。 In general, when imaging using electromagnetic waves in the microwave band or millimeter wave band, an active system that irradiates the target with electromagnetic waves and detects the reflected or transmitted waves, or is spontaneously emitted from the target. A passive method for detecting electromagnetic waves is used.
アクティブ方式を採用した場合、ターゲットに対して直接電磁波を照射できるため、パッシブ方式よりも検知される反射または透過波の信号感度が良いという利点がある。マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波発振器としては、GUNN発振器などが一般に用いられる。GUNN発振器より出力された電磁波をターゲットへ向けて照射するには、ホーン型アンテナ等の送信アンテナを用いて電磁波に指向性を持たせる必要がある。 When the active method is employed, the target can be directly irradiated with electromagnetic waves, and therefore there is an advantage that the signal sensitivity of the reflected or transmitted wave detected is better than that of the passive method. As an electromagnetic wave oscillator in the microwave band or millimeter wave band, a GUNN oscillator or the like is generally used. In order to irradiate the electromagnetic wave output from the GUNN oscillator toward the target, it is necessary to impart directivity to the electromagnetic wave using a transmission antenna such as a horn antenna.
ここで送信アンテナによる電磁波照射の際に問題となるのが、自由空間における電磁波の拡散である。一般に、送信アンテナより自由空間に放射されたマイクロ波およびミリ波帯電磁波は近傍界において球面波となり、徐々に拡散して遠方界においては平面波となる(非特許文献1参照)。
このような従来の技術においては、ターゲット面のある一点を狙って電磁波を照射しても、レーザー光のように電磁波を一点に集中させることは難しかった。 In such a conventional technique, even if an electromagnetic wave is irradiated aiming at a certain point on the target surface, it is difficult to concentrate the electromagnetic wave at one point like a laser beam.
また、その結果、検波器において計測される反射/透過波の強度は、ターゲット点の周辺領域における反射/透過波の強度が重畳したものとなる。このようなターゲット点周辺の電磁波重畳特性はPSF(Point Spread Function)と呼ばれ、電磁波イメージングで得られる画像の所謂ピンボケの主たる要因となっていた。 As a result, the intensity of the reflected / transmitted wave measured by the detector is superimposed with the intensity of the reflected / transmitted wave in the peripheral area of the target point. Such an electromagnetic wave superposition characteristic around the target point is called a PSF (Point Spread Function) and has been a main factor of so-called defocusing of an image obtained by electromagnetic wave imaging.
また、このようなピンボケ画像に対して画像処理アルゴリズム等を適用して事後的にピンボケを修復する手法が取られているが、計算機による画像処理演算は時間が掛かる上、毎回確実に劣化修復に成功する保証もなかった。 In addition, although a method has been taken to repair the blur after applying an image processing algorithm or the like to such a blurred image, the image processing calculation by the computer takes time, and it is sure to repair the deterioration every time. There was no guarantee of success.
また、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波イメージング装置において、ターゲットの狙い点のみからの反射/透過波を抽出して信号強度を測定する技術が要求されているものの、その実現は困難であった。 In addition, in the electromagnetic wave imaging apparatus in the microwave band and the millimeter wave band, a technique for measuring the signal intensity by extracting the reflected / transmitted wave from only the target point of the target is required, but its realization is difficult. .
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、電磁波をターゲットに集中させて照射し、反射した電磁波も収束させて受信し、もって良好な画像を得ることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to concentrate and receive electromagnetic waves on a target and converge and receive reflected electromagnetic waves, thereby obtaining a good image.
課題を解決するために、請求項1に記載の本発明は、送信アンテナがターゲットに向けて放射して反射する電磁波を受信アンテナで受信して前記ターゲットの画像を得るための電磁波イメージング装置において、電磁波がターゲットにおいて焦点を結ぶためのレンズを前記前記送信アンテナの送信開口部に配置している。 In order to solve the problem, the present invention according to claim 1 is an electromagnetic wave imaging apparatus for obtaining an image of the target by receiving an electromagnetic wave radiated and reflected by the transmitting antenna toward the target by the receiving antenna. A lens for focusing the electromagnetic wave on the target is disposed at the transmission opening of the transmission antenna.
また、請求項2に記載の本発明は、請求項1において、前記レンズは、前記受信アンテナの受信開口部にも配置されている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the lens is also disposed in a reception opening of the reception antenna.
また、請求項3に記載の本発明は、請求項1または2において、前記レンズは、凸レンズである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the lens is a convex lens.
また、請求項4に記載の本発明は、請求項1または2において、前記レンズは、略円柱状である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the lens has a substantially cylindrical shape.
本発明によれば、電磁波をターゲットに集中させて照射でき、反射した電磁波も収束させて受信でき、もって良好な画像を得ることができる。 According to the present invention, electromagnetic waves can be focused and irradiated on a target, and reflected electromagnetic waves can be converged and received, so that a good image can be obtained.
図1は、電磁波イメージング装置の実施の形態の構成図を示す。この図1には、電磁波を送信するための電磁波送信部3と、電磁波送信部3が送信して反射した電磁波を受信するための電磁波受信部4と、が示されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an electromagnetic wave imaging apparatus. FIG. 1 shows an electromagnetic
電磁波送信部3は、電磁波を発振させるための電磁波発振部6と、電磁波発振部6で発振した電磁波を自由空間へ放射するためのアレイ型送信アンテナ8と、アレイ型送信アンテナ8から放射された電磁波を所定の位置へ集中させるためのレンズ1と、を備えている。
The electromagnetic
電磁波受信部4は、受信した電磁波を電気信号に変換するための検波を行う検波器5と、電磁波を受信するためのアレイ型受信アンテナ7と、所定の位置から反射してくる電磁波を集中してアレイ型受信アンテナ7に入射させるためのレンズ2と、を備えている。
The electromagnetic
このような図1の構成において、電磁波発振部6は、例えばマイクロ波/ミリ波帯のGUNN発振器などを用いることができる。アレイ型送信アンテナ8は、例えば複数の平面型スロットアンテナを基板上に等間隔で整列配置した構成を備えている。レンズ1は、例えばマイクロ波/ミリ波帯電磁波の集光レンズとして作用するテフロン(登録商標)レンズ等を適用することができる。
In the configuration of FIG. 1, the electromagnetic
電磁波発振部6にて発振し出力される電磁波は分岐されてアレイ型送信アンテナ8の最終端辺に整列配置された複数のスロットアンテナから自由空間へ放射される。放射された電磁波は近接あるいは接触して配置されたレンズ1に入射する。
The electromagnetic wave oscillated and output by the electromagnetic
レンズ1は入射した電磁波を内部で屈折させてターゲット面9へ照射し、焦点ライン(狙い点)12として電磁波を集中させる。焦点ライン12は、ターゲット面9上に電磁波がレンズ1によって集中させられることにより出現する特異点であり、電磁波強度は周囲に比して高まっている。
The lens 1 refracts incident electromagnetic waves inside and irradiates the
なお、壁紙10はコンクリート壁などのターゲット面9の表面に貼付されている。クラック11は電磁波イメージング装置で映像化する対象物の一例である。このクラック11は壁紙10の下に存在するので、壁紙10を剥がさずに目視で確認することは不可能である。そして、電磁波はこの壁紙10を透過してターゲット面9や、クラック11へ到達している。
The
一方、電磁波送信部4における検波器5は、例えばショットキーダイオードを用いることができる。アレイ型受信アンテナ7はアレイ型送信アンテナ8と同じく、例えば複数の平面型スロットアンテナを基板上に整列配置した構成を備えている。レンズ2はレンズ1と同じく、例えばマイクロ波/ミリ波帯電磁波の集光レンズとして作用するテフロン(登録商標)レンズ等を用いることができる。
On the other hand, the detector 5 in the electromagnetic
電磁波送信部3よりターゲット面9に照射された電磁波は、ターゲット面9で反射して反射波となり、レンズ2の内部において屈折してアレイ型受信アンテナ7の開口部に集中する。反射波が集中する開口部付近では反射波の強度は周囲に比して高くなっている。
The electromagnetic wave irradiated to the
そして集中した反射波は、アレイ型受信アンテナ7に接続された検波器5によって検波され、電気信号に変換され、図示しない画像処理手段によりこの電気信号に基づいてターゲット面9の2次元画像を描出する。
The concentrated reflected waves are detected by the detector 5 connected to the array type receiving antenna 7 and converted into an electric signal, and a two-dimensional image of the
このような構成の電磁波送信部3と電磁波受信部4をターゲット面9に向けて、焦点ライン12をターゲット面9上にて走査させることにより、ターゲット面9の2次元画像を取得することができる。こうして取得した2次元画像には、例えば壁紙10の下にクラック11が存在している場合には、このクラック11を明瞭に描出することができる。すなわち自由空間において拡散した電磁波をレンズ1、2によって集中(収束)させることによって、所謂ピンボケを低減した画像を描出することができる。
A two-dimensional image of the
なお、レンズ1、2は好ましくは凸レンズを用い、凸レンズの断面形状は図1に示すような円柱状や、あるいは半円状、連続する任意の曲線断面等であってもよい。レンズ1、2を同時に用いることで電磁波の送信/受信の両方でレンズ効果を発揮できるが、例えば電磁波の送信側にのみレンズ(レンズ1)を配してもよく、あるいは受信側のみレンズ(レンズ2)を配してもよい。さらに、レンズ1、2はアレイ型送信アンテナ8とアレイ型受信アンテナ7の両者の長手方向に沿って配置されているが、このレンズ1、2に替えてアレイを構成する送信開口/受信開口のそれぞれに個別に独立した複数のレンズを配置してもよい。
The
また、ターゲット面9からの反射波ではなく透過波を測定する場合には、ターゲット面9を間に挟んで、アレイ型送信アンテナ8とレンズ1の組合わせと、アレイ型受信アンテナ7とレンズ2の組合わせと、を対向させるように設置すればよい。こうすることにより、反射波測定の場合と同様に、レンズ1によりターゲット面9に集中した電磁波をレンズ2によりさらに集中して受信することができる。
When measuring a transmitted wave instead of a reflected wave from the
次の図2は、レンズによる電磁波の収束を説明するための説明図を示している。 Next, FIG. 2 shows an explanatory diagram for explaining convergence of electromagnetic waves by the lens.
この図2において、電磁波を収束させるためのレンズには誘電率9.0のテフロン(登録商標)レンズを用い、電磁波は100GHz帯に設定した例を示している。誘電体レンズ15に入射する前の電磁波16は平行または拡散方向に放射されている。この電磁波16が誘電体レンズ15に入射すると、誘電体レンズ15と空気との境面で屈折する。誘電体レンズ15の凸レンズ形状により光学レンズによる集光と同じく、電磁波16は収束されて焦点17に集中し、この焦点17における電磁波強度を高めることができる。 FIG. 2 shows an example in which a Teflon (registered trademark) lens having a dielectric constant of 9.0 is used as a lens for converging electromagnetic waves, and the electromagnetic waves are set in a 100 GHz band. The electromagnetic wave 16 before entering the dielectric lens 15 is radiated in the parallel or diffusing direction. When the electromagnetic wave 16 enters the dielectric lens 15, it is refracted at the boundary surface between the dielectric lens 15 and air. Due to the convex lens shape of the dielectric lens 15, the electromagnetic wave 16 is converged and concentrated at the focal point 17 as in the case of the condensing by the optical lens, and the electromagnetic wave intensity at the focal point 17 can be increased.
以上説明した本実施の形態によれば、電磁波をターゲットに集中させて照射でき、反射した電磁波も収束させて受信でき、もって良好な画像を得ることができる。 According to the present embodiment described above, it is possible to irradiate the electromagnetic waves while concentrating them on the target, and it is possible to receive the reflected electromagnetic waves in a converged manner, thereby obtaining a good image.
1、2 レンズ
3 電磁波送信部
4 電磁波受信部
5 検波器
6 電磁波発振器
7 アレイ型受信アンテナ
8 アレイ型送信アンテナ
9 ターゲット面
10 壁紙
11 クラック
12 焦点ライン
15 誘電体レンズ
16 電磁波
17 焦点
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電磁波がターゲットにおいて焦点を結ぶためのレンズを前記前記送信アンテナの送信開口部に配置したことを特徴とする電磁波イメージング装置。 In the electromagnetic wave imaging apparatus for obtaining an image of the target by receiving the electromagnetic wave reflected by the transmitting antenna radiated toward the target with the receiving antenna,
An electromagnetic wave imaging apparatus, wherein a lens for focusing an electromagnetic wave on a target is disposed in a transmission opening of the transmission antenna.
前記受信アンテナの受信開口部にも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。 The lens is
The electromagnetic wave imaging apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic wave imaging apparatus is also disposed in a reception opening of the reception antenna.
The electromagnetic wave imaging apparatus according to claim 1, wherein the lens has a substantially cylindrical shape.
Priority Applications (1)
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JP (1) | JP2007124510A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011510279A (en) * | 2008-01-18 | 2011-03-31 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップ | Method and apparatus for monitoring the surface of slag and molten metal in a mold |
JP2012013559A (en) * | 2010-07-01 | 2012-01-19 | National Institute Of Information & Communication Technology | Radio wave imaging method and device |
CN106324594A (en) * | 2016-07-28 | 2017-01-11 | 上海无线电设备研究所 | Terahertz rapid two-dimensional scanning system and method |
JP2020060485A (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Radar device |
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2005
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