JP2011237417A - ミリ波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体などの被写体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、被写体を撮像するミリ波撮像装置において、被写体の配置領域内に外部から入射した熱雑音の影響を受けることなく、鮮明な被写体像が得られるようにする。
【解決手段】被写体２となる人体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の画像を撮像するミリ波撮像装置において、撮像時に被写体２が位置する被写体配置領域（検査対象領域）を挟んで、撮像装置本体１０とは反対側に、遮蔽板４を設ける。遮蔽板４は、外部から検査対象領域内に侵入した熱雑音が、撮像装置本体１０に入射するのを防止するためのものであり、熱雑音を反射可能な金属板若しくは熱雑音を吸収可能な電波吸収体にて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体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を撮像するミリ波撮像装置に関する。

従来、人体などの被写体から放射されるミリ波帯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）。

特開２００３−１７７１７５号公報 特開２００８−２４１３５２号公報

この提案の装置は、被写体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を撮像する所謂パッシブ型の撮像装置であることから、被写体にミリ波を照射し、その反射波から被写体を撮像するアクティブ型の撮像装置に比べて、装置構成を簡単にすることができる。

しかし、こうしたパッシブ型の撮像装置では、被写体から放射される微弱な熱雑音（ミリ波）を受信し、その微弱な受信信号から被写体の撮像画像を生成することになるため、撮像対象となる被写体が配置される被写体配置領域内に外部から熱雑音が入射すると、その熱雑音の影響を受けて、被写体を正常に撮像することができないことがあった。

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ミリ波帯の熱雑音を受信することにより、被写体を撮像するミリ波撮像装置において、被写体の配置領域内に外部から入射した熱雑音の影響を受けることなく、鮮明な被写体像が得られるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、
被写体から放射されるミリ波帯の熱雑音を透過させて、所定の結像位置に当該熱雑音からなる被写体像を結像させるレンズアンテナと、
前記レンズアンテナにより結像された被写体像各部の熱雑音を受信する受信アンテナを備え、該受信アンテナ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、
を備えたミリ波撮像装置において、
撮像時に前記被写体が位置する被写体配置領域を挟んで、前記レンズアンテナとは反対側に、少なくとも前記レンズアンテナからみて前記アンテナ素子により前記被写体像を撮像可能な撮像可能範囲内で、前記熱雑音の通過を阻止する遮蔽板を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のミリ波撮像装置において、前記遮蔽板は、前記熱雑音を反射可能な金属からなることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のミリ波撮像装置において、前記遮蔽板は、前記ミリ波帯の熱雑音を吸収可能な電波吸収体からなることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のミリ波撮像装置において、前記遮蔽板を構成する電波吸収体の温度を一定温度にするための温度調整手段を設けたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のミリ波撮像装置において、前記遮蔽板の上方には、板面が前記レンズアンテナ側に向くよう屈曲させた屈曲部が形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のミリ波撮像装置において、前記遮蔽板と前記レンズアンテナとの間の床面の少なくとも一部を、波形形状にしたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のミリ波撮像装置において、
前記画像データ生成手段は、
前記レンズアンテナによる被写体像の結像位置付近に配置され、当該被写体像を形成している熱雑音を前記アンテナ素子に向けて反射する反射板と、
前記反射板を揺動することで、前記被写体像各位置の熱雑音を前記アンテナ素子へ入射させる走査手段と、
前記走査手段を介して前記反射板を揺動しつつ前記アンテナ素子から受信信号を取り込むことで、前記被写体像を表す画像データを生成する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載のミリ波撮像装置においては、撮像時に被写体が配置される被写体配置領域を挟んで、レンズアンテナとは反対側に、熱雑音の通過を阻止する遮蔽板が設けられている。

そして、この遮蔽板は、少なくとも、レンズアンテナからみてアンテナ素子により被写体像を撮像可能な撮像可能範囲内で、熱雑音の通過を阻止できる大きさになっていることから、外部から被写体配置領域に入射した熱雑音（ミリ波）が、レンズアンテナを介して、アンテナ素子に入射されるのを防止できる。

よって、本発明のミリ波撮像装置によれば、遮蔽板により、被写体の後方から撮像可能範囲内に入射する不要な熱雑音を遮断することができるようになり、その不要な熱雑音の影響を受けることなく、被写体を撮像することができるようになる。

このため、本発明のミリ波撮像装置を用いて被写体を撮像すれば、鮮明な被写体像を得ることができ、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際の検知精度を高めることができる。

ここで、遮蔽板は、不要な熱雑音（ミリ波）を遮蔽することができればよく、請求項２に記載のように、熱雑音を反射可能な金属にて構成してもよく、或いは、請求項３に記載のように、熱雑音を吸収可能な電波吸収体にて構成してもよい。

そして、このうち、電波吸収体は、熱雑音の透過率及び反射率が低く、放射率が高く、しかも、周囲温度が高くなる程、熱雑音（ミリ波）の放射が強くなることから、遮蔽板を電波吸収体にて構成した際には、周囲温度が低く温度変化が少ない条件下で利用する、というように、その利用条件を制限する必要がある。

このため、遮蔽板を電波吸収体にて構成する際には、請求項４に記載のように、遮蔽板を構成する電波吸収体の温度を一定温度にするための温度調整手段を設けることが望ましい。更に言えば、その設定温度は、人体温度と大きな温度差を有した温度に設定するのが望ましい。

これに対し、金属板は、熱雑音の反射率が高く、放射率及び透過率は低く、しかも、これらは温度の影響を受け難いことから、遮蔽板を金属にて構成した際には、利用条件を制限することなく利用することができる。

なお、遮蔽板を金属にて構成する場合、アンテナ素子にて受信されるミリ波帯の熱雑音を遮蔽できればよいので、必ずしも金属板にて構成する必要はなく、網目状のものを利用してもよく、或いは、合成樹脂フィルムに金属箔や金属性のメッシュを貼り付けた導電性フィルムを利用してもよい。

一方、請求項５に記載のように、遮蔽板の上方には、板面がレンズアンテナ側に向くよう屈曲させた屈曲部を形成してもよい。
そしてこのようにした場合、遮蔽板による熱雑音（ミリ波）の遮蔽可能範囲が同じであれば、遮蔽板の高さを低くすることができる。

よって、請求項５に記載の発明は、遮蔽板を高さ制限がある場所に設置する際に極めて有効な発明となる。
ところで、撮像可能範囲に床面が含まれる場合、床面から反射した熱雑音（ミリ波）により、撮像画像が乱れることも考えられる。

このため、このような場合には、請求項６に記載のように、遮蔽板とレンズアンテナとの間の床面の少なくとも一部を、波形形状にすることで、床面の表面における反射を抑制し、熱雑音（ミリ波）の透過性を向上させて、その反射波がレンズアンテナから受信アンテナへ入射するのを防止するようにしてもよい。

そして、このようにすれば、床面からの反射波の影響を受けることなく、より鮮明な撮像画像を得ることができる。
また、画像データ生成手段は、レンズアンテナにより結像される被写体像の画像領域に、多数のアンテナ素子を２次元配置し、各アンテナ素子からの出力を順次取り込むことで、画像データを生成するようにしてもよい。

しかし、このためにはミリ波帯の熱雑音を受信可能な多数のアンテナ素子を２次元状に配置した平面アンテナや、各アンテナ素子からの受信信号を各々処理する多数の信号処理回路が必要になるため、ミリ波撮像装置のコストアップを招くことになる。

そこで、画像データ生成手段は、請求項７に記載のように、反射板と、走査手段と、制御手段とから構成し、制御手段が、走査手段を介して反射板を揺動しつつアンテナ素子から受信信号を取り込むことで画像データを生成するようにするとよい。

つまり、このようにすれば、平面アンテナを用いる場合に比べて、アンテナ素子や信号処理回路（後述の検波回路や増幅回路等）の数を減らして、ミリ波撮像装置のコスト低減を図ることができる。

実施形態のミリ波撮像装置全体の構成を表す概略構成図である。 図１に示す撮像装置の構成を表す説明図である。 ミリ波撮像装置の床面の変形例を表す断面図である。 電波吸収体を用いた遮蔽板の構成例を表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用されたミリ波撮像装置全体の構成を表す概略構成図である。
本実施形態のミリ波撮像装置は、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、被写体の配置対象領域である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の画像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。

ここで、撮像装置本体１０には、図２に示すように、検査対象領域内に位置する被写体２から放射されたミリ波帯の熱雑音を装置内に取り込み、熱雑音からなる被写体像を結像させるレンズアンテナ１２と、このレンズアンテナ１２による被写体像の結像位置付近に配置された反射板１４と、この反射板１４にて反射されたミリ波帯の熱雑音を受信してその信号レベルを検出する受信部２０と、反射板１４を中心軸周りに双方向に揺動させて、被写体像各位置の熱雑音を受信部２０へ入射させるアクチュエータ１６とが備えられている。

受信部２０は、ミリ波帯の熱雑音を受信可能な複数のアンテナ素子２０ａを水平方向に配置してなるラインセンサにて構成されており、反射板１４は、水平方向に配置された中心軸周りに揺動されることで、レンズアンテナ１２にて結像された画像を垂直方向に走査し、水平方向一ライン分の熱雑音（ミリ波）を順次ラインセンサに入射させる。

また、受信部２０には、複数のアンテナ素子２０ａからの受信信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路や受信信号をそれぞれ検波する複数の検波回路（検波用のダイオード等）が内蔵されており、各検波回路により検波された検波信号が一ライン分出力される。

そして、この検波信号は、入力装置２４を介して、画像処理装置３０に入力される。
画像処理装置３０は、マイクロコンピュータ等にて構成されており、駆動装置２２を介してアクチュエータ１６を駆動することにより、反射板１４を揺動させて、レンズアンテナ１２による結像画像を垂直方向に走査しつつ、受信部２０に周期的に同期信号を出力することで、受信部２０から結像画像の水平方向一ライン分の検波信号を順次出力させ、その水平方向一ライン分の検波信号を順次取り込むことで、結像体像に対応した画像データを生成する。

そして、画像処理装置３０は、その生成した画像データを、出力装置２６を介して外部のディスプレイや記憶装置へ出力することで、検査対象領域を撮像した撮像画像をディスプレイへ表示するか、或いは、その画像データを記憶装置に記憶させる。

従って、本実施形態のミリ波撮像装置の使用者は、ディスプレイ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。

また、記憶装置に記憶された画像データにてディスプレイに撮像画像を表示させることで、使用者は、検査対象領域に居た人物を確認するとか、その人物が持っている物体を確認するといったことができる。

一方、遮蔽板４は、検査対象領域の外部から検査対象領域内に、撮像装置本体１０の受信部２０にて受信可能なミリ波帯の熱雑音が侵入し、その侵入した熱雑音が撮像装置本体１０内に入射するのを防止するためのものであり、本実施形態では、熱雑音を反射可能な金属板にて構成されている。

そして、この遮蔽板４の大きさは、レンズアンテナ１２からみて、受信部２０により被写体像を撮像可能な撮像可能範囲（図１に一点鎖線で示す領域）をカバーすることのできる大きさになっている。

なお、本実施形態のミリ波撮像装置において、撮像装置本体１０と遮蔽板４との間隔（つまり検査対象領域の幅）Ｌ１は、数メートル（例えば約２．４ｍ）に設定されている。
そして、撮像装置本体１０にて被写体２を撮像する際、使用者は、被写体２である人を遮蔽板４付近に立たせるか、遮蔽板４近傍を歩かせることにより、被写体２から遮蔽板４側に放射されたミリ波帯の熱雑音が遮蔽板４から反射されて撮像装置本体１０に入射するのを防止する。

このように、本実施形態のミリ波撮像装置によれば、検査対象領域を挟んで撮像装置本体１０とは反対側に、ミリ波帯の熱雑音を反射可能な金属板からなる遮蔽板４が設けられている。

そして、この遮蔽板４の大きさは、レンズアンテナ１２（換言すれば撮像装置本体１０）からみて、受信部２０によりミリ波帯の熱雑音を受信可能な撮像可能範囲（図１に一点鎖線で示す領域）をカバーできる大きさになっているので、検査対象領域の外から検査対象領域に入射した不要な熱雑音が、レンズアンテナ１２を介して受診部２０に入射するのを防止できる。

よって、本実施形態によれば、撮像装置本体１０において、検査対象領域外から入射した熱雑音の影響を受けることなく、検査対象領域内に居る人（被写体２）を撮像することができるようになり、鮮明な撮像画像を得ることができる。

そして、その撮像画像は、表示若しくは記憶されることから、使用者は、表示若しくは記憶された撮像画像に基づき、被写体２に隠された武器や密輸品等を精度良く検知することができるようになる。

なお、本実施形態においては、アクチュエータ１６及びその駆動装置２２が、本発明の走査手段に相当し、画像処理装置３０が本発明の制御手段に相当する。
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、図１に点線で示すように、遮蔽板４には、上方で板面を被写体２側に屈曲させることで屈曲部４ａを形成してもよい。
そしてこのようにした場合、熱雑音（ミリ波）の遮蔽可能範囲が同じであれば、遮蔽板４の高さを低くすることができる（図１では高さをＨ１だけ低くできる）。

よって、この構成は、遮蔽板４を高さ制限がある場所に設置する際に極めて有効な構成となる。
また、上記実施形態では、遮蔽板４として、金属板を用いるものとして説明したが、遮蔽板は、検査対象領域外から入射した熱雑音（ミリ波）を遮蔽することができればよいことから、熱雑音を吸収可能な電波吸収体を用いて構成してもよく、金属からなる網目状のものを用いて構成してもよく、或いは、導電性フィルムを用いて構成してもよい。

また、撮像装置本体１０による撮像可能範囲に床面が含まれる場合、床面から反射した熱雑音（ミリ波）により、撮像画像が乱れることも考えられる。
そこで、図３に示すように、撮像時に被写体２が載る床面には、電波吸収体であるフェライト等を混入させたシート材６を敷設し、その上に、補強用の床材８を設けるようにしてもよい。

なお、この床材８は、熱雑音（ミリ波）を透過可能な合成樹脂にて構成すればよいが、その表面には、所謂コルゲート加工によって波形形状の凹凸を形成することが望ましい。
つまり、このようにすれば、床材８表面からの熱雑音（ミリ波）の反射が抑制されるため、その反射波が撮像装置本体１０に入射するのを防止できる。また、被験者の滑り止めにもなる。

一方、このように床や遮蔽板に電波吸収体を用いる場合、電波吸収体は、温度や湿度によって特性が変化することから、温度や湿度を一定に保持することが望ましい。
そこで、電波吸収体を用いて床や遮蔽板を形成する際には、図４に示すように、裏面に電波吸収体からなるシート材６を積層した表板３２と、裏板３４とで、内部空間３６を有する遮蔽板本体４０を構成し、その内部空間３６に、温度調整手段としての空調装置４０から一定温度・一定湿度の空調空気を送り込むようにするとよい。

そして、このときの空調空気の設定温度は、人体温度と大きな温度差を有するような温度に設定するのがよい。
ここで、図４に示す遮蔽体本体４０は、被写体の後方に配置される遮蔽部３８だけでなく、被写体が載るための床部３９も備えた、断面Ｌ字型に形成されており、空調装置４２は、遮蔽体本体４０が設置される床の上に置かれ、遮蔽体本体４０の下端後方から空調空気を送り込むことで、遮蔽体本体４０の床部３９の内部空間と遮蔽部３８の内部空間とに同時に空調空気を送り込むようにされている。

そして、遮蔽体本体４０の遮蔽部３８に送り込まれた空調空気は、遮蔽部３８の上端側から循環用パイプ４４を介して、空調空気４２に戻され、温度、湿度が調整された後、再度、遮蔽体本体４０に送られる。

このように、遮蔽板を、内部空間３６を有する遮蔽板本体４０とその内部空間３６に空調空気を送り込む空調装置４２とで構成すれば、遮蔽板本体４０に設けられた電波吸収体からなるシート材６の温度・湿度を一定に保ち、撮像装置本体１０により常時安定した撮像画像が得られるようになる。

なお、遮蔽部３８及び床部３９の表板３２には、ミリ波の透過率の高いものを使用するのが望ましい。
また、床部３９の表板３２の表面には、図３に示したように、所謂コルゲート加工によって波形形状の凹凸を形成することが望ましい。

また次に、上記実施形態においては、熱雑音を受信する受信部２０を、アンテナ素子を一列に配置してなるラインセンサにて構成し、アクチュエータ１６を介して反射板１４を垂直方向に揺動（走査）することで、被写体２の画像を撮像するものとして説明したが、例えば、アクチュエータ１６を、反射板１４を水平方向にも垂直方向にも走査可能に構成すれば、受信部２０を一つのアンテナ素子にて構成することができる。

また例えば、受信部２０を、複数のアンテナ素子を平面上に配置した２次元センサ（換言すれば平面アンテナ）として構成すれば、走査用の反射板１４やアクチュエータ１６を用いることなく、被写体２の画像を撮像することができる。

一方、上記実施形態のように、遮蔽板４を設けて、熱雑音検出用のアンテナ素子に不要な熱雑音が入射されるのを防止する技術は、人を検知する検知装置に適用することもできる。

２…被写体、４…遮蔽板、６…シート材（電波吸収体）、８…床材、１０…撮像装置本体、１２…レンズアンテナ、１４…反射板、１６…アクチュエータ、２０…受信部、２０ａ…アンテナ素子、２２…駆動装置、２４…入力装置、２６…出力装置、３０…画像処理装置、３２…表板、３４…裏板、３６…内部空間、３８…遮蔽部、３９…床部、４０…遮蔽板本体、４２…空調装置、４４…循環用パイプ。

Claims (7)

1. 被写体から放射されるミリ波帯の熱雑音を透過させて、所定の結像位置に当該熱雑音からなる被写体像を結像させるレンズアンテナと、
   前記レンズアンテナにより結像された被写体像各部の熱雑音を受信する受信アンテナを備え、該受信アンテナ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、
   を備えたミリ波撮像装置において、
   撮像時に前記被写体が位置する被写体配置領域を挟んで、前記レンズアンテナとは反対側に、少なくとも前記レンズアンテナからみて前記アンテナ素子により前記被写体像を撮像可能な撮像可能範囲内で、前記熱雑音の通過を阻止する遮蔽板を設けたことを特徴とするミリ波撮像装置。
2. 前記遮蔽板は、前記熱雑音を反射可能な金属からなることを特徴とする請求項１に記載のミリ波撮像装置。
3. 前記遮蔽板は、前記ミリ波帯の熱雑音を吸収可能な電波吸収体からなることを特徴とする請求項１に記載のミリ波撮像装置。
4. 前記遮蔽板を構成する電波吸収体の温度を一定温度にするための温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のミリ波撮像装置。
5. 前記遮蔽板の上方には、板面が前記レンズアンテナ側に向くよう屈曲させた屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のミリ波撮像装置。
6. 前記遮蔽板と前記レンズアンテナとの間の床面の少なくとも一部を、波形形状にしたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のミリ波撮像装置。
7. 前記画像データ生成手段は、
   前記レンズアンテナによる被写体像の結像位置付近に配置され、当該被写体像を形成している熱雑音を前記アンテナ素子に向けて反射する反射板と、
   前記反射板を揺動することで、前記被写体像各位置の熱雑音を前記アンテナ素子へ入射させる走査手段と、
   前記走査手段を介して前記反射板を揺動しつつ前記アンテナ素子から受信信号を取り込むことで、前記被写体像を表す画像データを生成する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のミリ波撮像装置。