JPH02171680A - マイクロ波画像再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、目標物体に向けてマイクロ波を送信し、該
目標物体からの散乱波によって目標物体の可視像を再生
して表示するマイクロ波画像再生装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図は、Ｇ、　ＴｒｉＣＯＩｅＳらによって出かれた
文献Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎａｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉ　Ｅ　
Ｅ　Ｅ　　Ｖｏｌ、　６５　。

Ｎｏｌ　、　Ｊａｎｕａｒｙ（１９７７）　ｏ　１０８
〜１２１に記載された従来のマイクロ波画像再生装置の
構成を示すものである。図において、１は発振器、２は
周波数シフタ、３は送信アンテナ、４は送信ビーム、５
は目標物体、６は目標物体５からの散乱波、７は基準信
号用ホーン、８はグロー放電検出器アレー、９は信号処
理回路、１０は発光ダイオードアレー、１１は光学系、
１２はインコヒーレント／コヒーレントイメージ変換器
、１３は読出しレーザ光、１４は再生光である。

次に動作について説明する。

発振器１から発生されたの周波数ｆＲＦのマイクロ波信
号は周波数シフタ２に入力され、ここでΔｆの周波数シ
フトを受け、周波数がｒｆ’ＲＦ＝ｆＲＦ＋Δｆ」とな
って送信アンテナ３に入力される。

これにより、送信アンテナ３からは周波数ｆ　’ＲＦの
マイクロ波が放射され、目標物体５に向かう送信ビーム
４が形成される。送信アンテナ３の遠方に位置している
目標物体５に送信ビーム４が入射されると、散乱波６パ
放射される。この散乱波６は空間中を伝搬し、グロー放
電検出器アレ−８に入射される。一方、発振器１から発
生されたマイクロ波信号の一部は基準信号用ホーン７を
励振し、上記ホーン７からマイクロ波を放射させる。こ
のホーン７から放射されたマイクロ波は、目標物体５か
らの散乱波６と合成されてグロー斂電検出器アレ−８に
入射される。このグロー放電検出器アレー８は、文献Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｏｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ
Ｖｏｌ、　６０　、　　（１９７２）ρ７５９〜７６０
に示されているように、マイクロ波からミリ波の電波に
対してアンテナと検出器の作用を有するものであり、２
次元平面に配設した多数の検出素子アレーを有している
。そこで、このグロー放電検出器アレー８の各検出素子
アレーによる検出信号は、信号処理回路９で検波、増幅
されて発光ダイオードアレー１０のそれぞれの発光素子
に入力される。これにより、発光ダイオードアレー１０
上には、散乱光６とホーン７からの放射マイクロ波によ
る干渉縞のグロー放電検出器アレー８上での強度分布が
各発光素子の発光状態によって表示される。

次に、発光ダイオードアレー１０の出射光は光学系１１
によりインコヒーレント／コヒーレントイメージ変換器
１２に結像される。このインコヒーレント／コヒーレン
トイメージ変換器１２は液晶やＢＳＯ結晶などの空間光
変調器の一種である。

従って、インコヒーレント／コヒーレントイメージ変換
器１２には、発光ダイオードアレー１０上の干渉縞の強
度分布、すなわちホログラムが記録されることになる。

そこで、このホログラムを読出すためにイメージ変換器
１２に読出しレーザ光１３を照射する。すると、ホログ
ラムが再生光１４としてが再生される。この再生光１４
の強度は目標物体５からの散乱波６の強度に比例したも
のとなっているので、この再生光１４を観測すれば目標
物体５の像を確認することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のマイクロ波が像再生装置は以上のように構成され
ているが、グロー放電検出器アレー８のような特殊なア
ンテナ検出器を用いなければならない。また、効率が悪
く、高価なインコヒーレント／コヒーレントイメージ変
換器１２を必要とする。さらに、グロー放電検出器アレ
−８は平面上に検出素子を整然と配列した構造のもので
あるため、アンテナとしての配設位置に制約を受けるな
どの問題あった。

この発明は上記のような問題を解消するためになされた
もので、特殊で高価な部品を用いることなく、しかもア
ンテナの配設位置を自由に選択することができるマイク
ロ波画像再生装置を提供することを目的とする。

ＣＳ題を解決するための手段〕 この発明に係るマイクロ波画像再生装置は、マイクロ波
信号を発生する発振器１と、この発振器１から発生され
たマイクロ波信号によってマイクロ波を目標物体５に向
けて送信号ると共に、目標物体５から放射された散乱波
６を受信号るアンテナ（アレーアンテナ１５）と、この
アンテナで受信した散乱波６の振幅と位相に対応したレ
ーザ光を発生するレーザ光発生手段（レーザダイオード
アレー１７）と、このレーザ光発生手段から発生された
レーザ光を所定の結像位置に結像させる光学系２０と、
この光学系２０の結像位置に配置された陽像素子２１と
、目標物体５の可視像を表示する表示手段（表示装置２
３）と、前記撮像素子２１の出力信号を処理し、前記表
示手段に目標物体５の可視像として表示させる信号処理
手段（信号処理回路２２）とを備えることにより、構成
される。

〔作用〕

レーザ光発生手段（レーザダイオードアレー１７）はア
ンテナ（アレーアンテナ１５）で受信した散乱波６の振
幅と位相に対応したレーザ光を発生する。このレーザ光
発生手段から発生されたレーザ光は光学系２００結会位
置に配置された搬像素子２１に結像される。すなわち、
散乱波６はレーザ光に変換された形で搬像素子２１に結
像される。この時、散乱波６をフーリエ変換することに
より目標物体５の像が得られるが、このフーリエ変換は
光学系２０で行なわれる。そこで、信号処理手段（信号
処理回路２２）はｉｌｌｌ素像２１の出力信号を処理し
、表示手段（表示装置２３）に目標物体５の可視像とし
て表示させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図である、図におい
て、１はマイクロ波信号を発生する発振器、３は送信ア
ンテナ、１５はｍｌ　（ｍ≧１）の素子アンテナ１５−
１〜１５−ｍで構成されるアレーアンテナ、１６はｍ個
の増幅器１６−１〜１６−ｍで構成される増幅器アレー
、１７はｍ個のレーザダイオード１７−１〜１７−ｍで
構成されるレーザダイオードアレー、１８はｍ本の偏波
面保存光ファイバ１８−１〜１８−ｍで構成される光７
戸イバアレー、２０は光学系、２１は搬像素子、２２は
信号処理回路、２３は表示装置である。

次に、動作について説明する。まず、発振器１から発生
されたマイクロ波信号は送信アンテナ３からマイクロ波
の送信ビーム４として目標物体５に向けて送信される。

すると、目標物体５からの散乱波６が各素子アンテナ１
６−１〜１６−ｍで受信される。そこで、例えばｎ番目
の素子アンテナ１６−ｎで受信された散乱波６の受＠信
号は増幅器アレー１６のｎ番目の増幅器１６−〇で増幅
されてレーザダイオードアレー１７のｎ番目のレーザダ
イオード１７−ｎを駆動し、レーザ光を射出させる。

光フアイバアレー１８を構成するｎ番目の偏波面保存光
ファイバ１８−ｎの一方の端面は上記ｎ番目のレーザダ
イオード１７−ｎに直接もしくはレンズ等を介して結合
されているので、上記レーザダイオード１７−ｎからの
射出光を導波し、も一方の端面１９−ｎから空間中に放
射させる。この放射光はアレーアンテナ１５で受信した
散乱波６の振幅と位相情報を保持している。アレーアン
テナ１５の受信電波は、図示していないが、目標物体表
面における電波の電界分布をフーリエ変換したものであ
る。従って、受信した散乱波６の信号を逆フーリエ変換
すれば目標物体５表面で散乱され、目標物体５の形状な
どの情報を含む電界分布もしくは強度分布が求められる
。この逆フーリエ変換をするのが光学系２０である。

アレーアンテナ１５の空間配列と相似になるように配列
された偏波面保存光ファイバアレー１８の端面１９を光
学系２０の前側焦点位置に配設し、ａｍ素子２１を光学
系２０の後側焦点位置に配設すると、光フアイバアレー
１８の端面１９における光の分布のフーリエ変換像が■
機素子２１の出力として得られる。逆フーリエ変換はフ
ーリエ変換優、座標の正負を入替えることによって得ら
れるので、この演算を信号処理回路２２で行った後、表
示装Ｗ１２３に入力する。これにより、表示装置２３に
目標物体５の可視像５表示される。

以上述べた動作を数式を用いてさらに詳しく述べると次
のようになる。

第２図は目標物体５からの散乱波６とアレーアンテナ１
５面上における電界分布を計算するための座標系を示し
たものである。

この図にお（１て、目標表面における電界分布をｏ（ｘ
ｏ、ｙｏ）、アレーアンテナ１５における受信電波の電
界分布をＬｌ（ｘｉ、ｙｉ）とすると、ける受信電波の
電界分布をＵ（ｘｉ、ｙｉ）とすると、第１式の関係５
成り立つ。

Ｌｌ　（ｘｉ、ｙｉ　） ＝＝　　（ｅ　Ｊ　ｋＺ　ｉ／ｊ　　λｚ　　１）　　
ｅ　Ｊ　ｋ　（Ｘ　ｊ　　＋ｙｉ　　）／２ｚｉ／　　
／　Ｑ（ＸＯ，ｙＯ）ｅ　”　　”　’　　λ　ｚｉ（
ｘｉｘｏ＋ｙｉｙｏ）ｘｏｄｙ０ ・・・（１） ここで、（ＸＯ、ＭＯ＞は目標物体５表面における座標
、（ｘｉ　、　ｙｉ　）はアレーアンテナ１５上におけ
る座標、ｋ＝２π／λであり、λはマイクロ波の波長を
表わしている。またｚｉは目標物体５とアレーアンテナ
１５までの距離である。

（１）式において、目標物体５と７レーアンテナ１５ま
での距離ｚｉはアレーアンテナ１５の大きさ・ｒ］；〒
２−、、；２＞に比べて充分大きい。

例えばアレーアンテナ１５の大きさを１０ｍ、距１１ｉ
ｚｉを２０Ｋｍ程度、マイクロ波の周波数１０ＧＨｚ（
波長３０　ｃｍ）を考えると、ｅｊｋ（ｘｉ＋ｙｉ）７
２２１ハアレ一アンテナ１５ノ全面面に渡ってほぼ一定
の値「１」をとるものとしてよい。また、ｅｊｋｚｉ／
ｊλ′ｉはアレーアンテナ１５の各素子アンテナに対し
て一定の値をとるので単なる比例定数と考えてよく、増
幅器アレー１６で補正することを考えると、この値を「
１」とおいても問題はない。従って、第（１）式は以下
のように麿き直すことができる。

ＬＪ　　（ｘｉ、ｙｉ　　）　　＝ ／　　ｆ　　ＣＪ　　（ｘＯ、ｙＯ）ｅ−ｊ２　π　（
１／　λ　ｚｉ）（ｘｉｘｏ＋ｙｉｙｏ）ｄＸＯｄ’１
０ ・・・　（２） ここで、関数ａ　（ｘｏ　、ｙｏ）のフーリエ変換をＧ
（ｆｘ、ｆｙ）とすると。

Ｇ（ｆｘ、ｆｙ）　＝ ・・・（３） ｇ（ｘｏ、ｙＯ）＝ ／　ｆ　Ｇ　（ｆｘ、　ｆｙ）　ｅ　ｊ２７ｃ（ｆｘ”
””０）ｄ　ｆｘｄ　ｆｙ・・・　（４） で定義される。この第（３）式の関係を用いると、第（
２）式は Ｕ　（ｘｉ、ｙｉ）＝Ｇ　（ｘｉ／　λｚｉ、　ｙｉ／
　λｚｉ）と閤くことができる。

すなわち、アレーアンテナ１５面上の電界分布は目標物
体上の電界分布のフーリエ変換になっていることがわか
る。従って、アレーアンテナ１５上の電界分布の値を用
いて逆フーリエ変換の演篩を行えば、目標物体５上の電
界分布ｏ　（ｘｏ、ｙＯ）もしくは強度分布１　（１（
ＸＯ，ＶＯ）　　＋　２を求めることができる。従って
、ｎ番目の素子アンテナ１５ｎの出力信号は第（２）式
で与えられるＵ（ｘｉ。

ｙｉ）をｎ番目の素子アンテナ１５−ｎが配置さ・　ｎ れている位置座標（ｘ＋ｙ＋）での電界分布を示した値
である。

そこで、この信号によりｉｗｉ目のレーザダイオ・　ｎ −ド１７−１を駆動すると、この（Ｊ（ｘ＋　　、ｙＨ
ｎ＞に比例した光信号が得られ、上記レーザダイオード
１７−１に結合されている偏波面保存光ファイバアレー
１８−１の端面１９−１からはＵ（ｘｉ　、　ｙｉ　）
に比例した光信号が放射される。

マイクロ波の波長から光への波長変換による拡大率をＭ
＝λ／λｊ（λＪ：レーザ光の波長）、アレーアンテナ
１５の配置を光フアイバアレー１８の放射端に相似縮小
したときの縮小率をａとすると、上記端面１９−１から
の放射光はＬｌ　（ａＸ’ｉ、ａｙ’ｉ）に比例する。

ここで（Ｘ’　ｉ　、　ｙ’　ｉ　）は光フアイバ端面
１９における座標である。この端面１９を凸レンズ作用
を有する光学系２０の前側焦点の位置におくと、後焦点
面Ｚ＝ｆにおける光分布は、良く知られているように、 Ｅ　（ｘＯ’、　ｙｏ’）＝　／　／　Ｇ　（ａ　ｘｉ
’／λｚｉ、　　ａｙ’／　λｆｘ’　　＝ｘｉ’／λ
Ｊｆ　、　　ｆｙ’　　＝ｙｉ’／λ、ｃｒ・・・　（
６） に比例する。ここでｆは光学系２ｏの焦点距離であり、
座標（×０°、　ｙｏｏ）はＩＩ像素子２１面上の座標
である。

Ｅ（ｘｏｏ、ｙＯ’）＝Ｑ（（−ｆ　／Ｈｚｉ）ａｘじ
、（−ｆ／Ｈｚｉ）ａｙｉ’） ・・・　〈７） 第（７）式に示したように、撮像素子２１面上には目標
物体表面における電界分布Ｑ　（ＸＯ、ｙＯ）の座標を
反転させた値に比例したものが得られる。すなわち、目
標物体５０強度分布Ｂ求まり、Ｒ画素子２１からの出力
信号はこの強度分布に比例したものであるから信号処理
回路２２で座標を反転させる演算を行った後、表示装置
２３に表示させれば、目標物体５をのマイクロ波で観測
した画像を得ることができる。

以上のようにこの実施例は、レーザダイオードアレー１
７を利用し、目標物体５からの散乱波６に対応したレー
ザ光を発生させ、そのレーザ光を光学系２０を介して撮
像素子２１に結像させ、その搬像出力信号を処理して表
示装置２３に目標物体５の可視像として再生表示するよ
うにしたものである。このため、グロー放電検出器など
の特殊で高価な部品を用いなくても目標物体５の像を表
示させることができる。また、アレーアンテナ１５を用
いているため、アンテナの配置に何等の制約も生じない
。

なお、第１図において、アレーアンテナ１５の各素子ア
ンテナ１５−１〜１５−ｍの配置は必ずしも同一平面上
にある必要はなく、任意の面上に配置し、その配置に相
似形となるように偏波面保存光ファイバ１８の端面１９
を配置すれば同様の結果を得ることができる。さらに、
レーザダイオードアレー１７の出射端を光フアイバアレ
ー１８の端面１９の部位に直接、アレーアンテナ１５の
空間配置と相似配置になるように配置してもよい。

さらに、マイクロ波の送信と受信とを別々のアンテナで
行っているが、第３図の他の実施例に示すように、アレ
ーアンテナ１５−１〜１５−ｍと増幅器アレー１６−１
〜１６−ｍとの間にサーキュレータ２４−１〜２４−ｍ
で構成されたサーキュレータアレー２４を挿入し、送信
アンテナと受信アンテナとを共用するように構成しても
よい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、レーザ光源と光変調器
を組合せ、目標物体からの散乱波に対応したレーザ光を
発生させ、そのレーザ光を光学系を介してＩ！＃！Ｉ素
子に結像させ、その搬像出力信号を処理して表示装置に
目標物体の可視像として再生表示するようにしたもので
ある。このため、グロー斂電検出器などの特殊で高価な
部品を用いなくても目標物体の像を表示させることがで
きる。

また、アレーアンテナを用いているため、アンテナの配
置を自由に選択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は目
標の開口面と観測面における座標系を説明する図、第３
図はこの発明の他の実施例を示す構成図、第４図は従来
装置の構成を示す図である。 １・・・発振器、２・・・周波数シフタ、３・・・送信
アンテナ、４・・・送信ビーム、５・・・目標物体、６
・・・散乱波、７・・・基準信号用ホーン、８・・・グ
ロー放電検出器アレー、９・・・信号処理回路、１０・
・・発光ダイオードアレー、１１・・・光学系、１２・
・・イン上コヒーレント／コヒーレントイメージ変換器
、１３・・・読出しレーザ光、１４・・・再生光、１５
・・・アレーアンテナ、１６・・・増幅器アレー、１７
・・・レーザダイオードアレー、１８・・・光フアイバ
ーアレー、１９・・・端面、２０・・・光学系、２１・
・・−像素子、２２・・・信号処理回路、２３・・・表
示装置、２４・・・サーキュレータアレー なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標物体に向けてマイクロ波を送信し、該目標物体から
   の散乱波によって目標物体の可視像を再生して表示する
   マイクロ波画像再生装置において、マイクロ波信号を発
   生する発振器と、この発振器から発生されたマイクロ波
   信号によってマイクロ波を目標物体に向けて送信すると
   共に、目標物体から放射された散乱波を受信するアンテ
   ナと、このアンテナで受信した散乱波の振幅と位相に対
   応したレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、このレ
   ーザ光発生手段から発生されたレーザ光を所定の結像位
   置に結像させる光学系と、この光学系の結像位置に配置
   された撮像素子と、目標物体の可視像を表示する表示手
   段と、前記撮像素子の出力信号を処理し、前記表示手段
   に目標物体の可視像として表示させる信号処理手段とを
   備えるマイクロ波画像再生装置。