JPH10239364A

JPH10239364A - 波動分布観測方法及び波動分布表示方法

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Publication number: JPH10239364A
Application number: JP3910797A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kitayoshi; 均北▲吉▼
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電波ホログラムを用いた波動分布観測におい
て、１回のアンテナ走査により複数の周波数スペクトル
でのデータを獲得できるようにする。【解決手段】走査アンテナ１２によって、水平偏波成分
及び垂直偏波成分の観測信号Ｓ_H(ｆ),Ｓ_V(ｆ)をそれぞ
れ受信する。固定アンテナ１３からの観測信号Ｓ_R(ｆ)
をフィルタリング部１６に入力するとともに、観測信号
Ｓ_R(ｆ),Ｓ_H(ｆ),Ｓ _V(ｆ)の中から１つを選んでもう一
つのフィルタリング部１５に入力する切換スイッチ１７
を設ける。切換スイッチ１７を切り換えることによっ
て、１つの観測中心周波数ｆ_nに対して、３種類の相関
値【外１】を求め、これらを用いて、観測中心周波数ｆ_nを切り換
えたときの位相ロックループの位相オフセットをキャン
セルする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電波ホログラムを
用いた波動分布の観測方法に関し、特に、高周波回路基
板などにおける電流分布や電磁波の放射の状況を可視化
するための方法と、この種のベクトル流れの表示に適し
た表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁波の干渉性を用いた電波ホログラム
の技術により電磁波源を可視化することが実用化されて
おり、例えば、観測対象における高周波電流分布の測
定、不要電磁波輻射の低減などのために使用されてい
る。電波だけでなく音波を用いても同様にホログラムを
得ることができ、音源分布の可視化して騒音源を特定す
ることなどに役立てられている。

【０００３】従来の波動分布（波源像）の再生の方法で
は、２次元干渉観測を行って２次元複素インタフェログ
ラム（複素ホログラム）を求め、このインタフェログラ
ムを再生することによって波動分布を表示するようにし
ている。具体的には、電磁波源の解析を行う場合、ある
観測周波数を設定し、固定アンテナと移動（走査）アン
テナの２つのアンテナを用い、観測対象から離れた位置
に走査観測面を設定し、この走査観測面内で移動アンテ
ナを移動させつつ両方のアンテナで観測対象からの信号
を受信し、移動アンテナが走査観測面内の各点にあると
きにその点での２つのアンテナからの信号の複素相関値
を求めることにより、複素インタフェログラムを求めて
いる。あるいは固定アンテナと移動アンテナの一方から
参照波を送信し、他方でこの参照波を受信し、送信信号
と受信信号との複素相関値から複素インタフェログラム
を求めるようにしてもよい。

【０００４】電波の場合には、垂直偏波成分と水平偏波
成分とを分離して観測することが容易に可能であるか
ら、ホログラム像を再生して得られる波源像は、従来、
同一の観測対象に対し、水平偏波成分の振幅分布、水平
偏波成分の位相分布、垂直偏波成分の振幅分布及び垂直
偏波成分の位相分布の４通りの表現方法で表示するのが
一般的であった。

【０００５】本発明者は、電波ホログラムや音波ホログ
ラムによる波動分布（波源像）の解析に関して、特開平
8-201459号公報、あるいは特願平7-289848、特願平7-28
9851、特願平8-265997、特願平8-268249などの出願で、
波源像再生のための新たな測定方法や装置、さらには演
算方法について提案を行っている。特に、特開平8-2014
59号公報のものでは、１次波源を見渡すことができる位
置において、２つの周波数で２次元インタフェログラム
をそれぞれ取得して波源像を再生し、走査観測面から各
再生波源像までの伝搬遅延時間を考慮して各波源を３次
元空間に再配置し、これら再配置された波源からの波動
を再放射し合成して、３次元波動強度を推定している。
すなわち、この特開平8-201459号公報に開示された方法
では、２周波数での波源像をそれぞれ再生することによ
り、３次元空間内での波動強度を推定でき、波動の３次
元分布を知ることを可能にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固定ア
ンテナと移動アンテナとを使用し電波ホログラムによっ
て波動分布を再生する方法の場合、上述した従来の方法
には、複数の周波数スペクトルでの可視化を行うとき
に、アンテナ走査を各観測周波数ごとに繰り返す必要が
あるという問題点がある。これは、インタフェログラム
を得るための装置には一般にＰＬＬ（フェーズ・ロック
ド・ループ）が含まれており、観測周波数を切り換えた
ときにＰＬＬのロック位相のオフセットが生じるためで
ある。また、観測データに対して逆フーリエ変換を施し
時間応答波形を見る場合には、各観測周波数における絶
対位相の測定が必要であるが、上述した従来の方法で
は、観測周波数を切り換えた際の固定アンテナ側に対す
る絶対位相の評価を行うことができなかった。

【０００７】さらには、波源像や波動分布は、従来、上
述したように、水平及び垂直の各偏波成分ごとにそれぞ
れ振幅と位相の画像を求めて４枚１組の画像として表わ
されることが多いが、このような画像データを解釈する
ためには、誘導モードや位相差に関する専門的な知識を
必要とする。

【０００８】電流分布や電界分布を表示する方法とし
て、例えば、強度に応じた長さを有する矢印による方
法（G. Vecchi et al., Proc. 26th European Microwav
e Conference, Prague, Sept. 1996, pp. 560-564）、
強度に応じて高さが設定された鳥瞰図による方法（X.
Ding et al., Proc. 26th European Microwave Confer
ence, Prague, Sept. 1996, pp. 574-578）、等高線
による方法（Y. Gao et al., Proc. 26th European Mic
rowave Conference, Prague, Sept. 1996, pp. 662-664
や岡田育子ら,信学技報, MW93-15, pp. 99-104 (1993
-04)）、色分けによる方法（F. Tilley, IEEE 1995 I
nternational EMC Symposium Record, pp.435-439）な
どがあるが、これらの方法では、１枚のグラフあるいは
チャートで表示できる情報量や情報の種類が少ないなど
の問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、１回のアンテナ走査によ
って複数の周波数スペクトルを観測できる波動分布観測
方法を提供することにある。また、専門的な知識を必要
とせずに波動分布データを解釈できる表示方法を提供す
ることも、目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の波動分布
観測方法は、観測対象からの複数の観測周波数の放射波
動に対して２次元干渉測定を実施し、観測対象における
波源像を可視化する方法において、放射波動を検出して
第１の信号として出力する第１のセンサと、放射波動を
検出して第２の信号として出力する第２のセンサと、そ
れぞれ位相ロックループを含み複数の観測周波数のうち
選択された観測周波数の成分を入力信号から抽出する第
１の測定系及び第２の測定系とを使用し、第１の信号を
第１の測定系及び第２の測定系に入力し、そのときの第
１の測定系の出力と第２の測定系の出力との間の相関を
求めて第１の相関値とする第１の工程と、第１の信号を
第１の測定系に入力するとともに第２の信号を及び第２
の測定系に入力し、そのときの第１の測定系の出力と第
２の測定系の出力との間の相関を求めて第２の相関値と
する第２の工程とを有し、異なる観測周波数を選択し
て、選択された観測周波数ごとに第１の工程と第２の工
程を実施し、第１の相関値を用いることにより、観測周
波数を変化させたことによって第２の相関値中に含まれ
る位相ロックループにおける位相オフセット量の影響を
キャンセルする。

【００１１】本発明の第２の波動分布可視化方法は、観
測対象からの複数の観測周波数の放射波動に対して２次
元干渉測定を実施し、観測対象における波動分布を可視
化する方法において、放射波動を検出して第１の信号と
して出力する第１のセンサと、放射波動の第１の偏波成
分及び第２の偏波成分を検出してそれぞれ第２の信号及
び第３の信号として出力する第２のセンサと、それぞれ
位相ロックループを含み複数の観測周波数のうち選択さ
れた観測周波数の成分を入力信号から抽出する第１の測
定系及び第２の測定系とを使用し、第１の信号を第１の
測定系及び第２の測定系に入力し、そのときの第１の測
定系の出力と第２の測定系の出力との間の相関を求めて
第１の相関値とする第１の工程と、第１の信号を第１の
測定系に入力するとともに第２の信号を第２の測定系に
入力し、そのときの第１の測定系の出力と第２の測定系
の出力との間の相関を求めて第２の相関値とする第２の
工程と、第１の信号を第１の測定系に入力するとともに
第３の信号を第２の測定系に入力し、そのときの第１の
測定系の出力と第２の測定系の出力との間の相関を求め
て第３の相関値とする第３の工程と、異なる観測周波数
を選択して、選択された観測周波数ごとに第１の工程と
第２の工程と第３の工程を実施し、第１の相関値を用い
ることにより、観測周波数を変化させたことによって第
２の相関値及び第３の相関値中に含まれる位相ロックル
ープにおける位相オフセット量の影響をキャンセルし、
第１の偏波成分に対する振幅及び位相と第２の偏波成分
に対する振幅及び位相を求める第４の工程と、を有す
る。

【００１２】本発明の波動分布表示方法は、各点におけ
る第１の偏波成分の振幅Ｇ₁"及び位相θ₁"と第２の偏波
成分の振幅Ｇ₂"及び位相θ₂"とに基づいて波動分布を表
示する波動分布表示方法において、各点における振幅Ｇ
₁",Ｇ₂"及び位相Ｈ₁",Ｈ₂"に基づいて楕円を合成し、表
示画面上の点に対応する位置に楕円を表示する。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１及び図３は、本発明
の実施の一形態の波動分布可視化装置の構成を示すブロ
ック図であり、図２はこの波動分布可視化で使用される
ＳＦＩベクトル検波器の構成を示すブロック図である。
この波動分布可視化装置は、波動分布を観測するととも
に、観測された波動分布を可視化して表示するものであ
る。図１は、波動分布可視化装置の測定部の構成を示
し、図３は、この波動分布可視化装置の表示部の構成を
示している。

【００１４】《測定部》まず、測定部の構成について、
図１を用いて説明する。

【００１５】観測対象に対向するようにしてホログラム
観測面１１が配置し、ホログラム観測面１１上を走査ア
ンテナ１２が移動する。走査アンテナ１２は、観測対象
からの電磁波を受信するものであって、水平偏波成分
(Ｈ)と垂直偏波成分(Ｖ)とに分けて観測信号を出力す
る。以下の説明において、ホログラム観測面１１は３次
元ｘｙｚ座標空間におけるｘｙ平面の一部であるとす
る。ここでは、ホログラム観測面１１がｘｙステージか
ら構成され、走査アンテナ１２がこのｘｙステージに入
力する制御信号によりｘ方向及びｙ方向へと移動するも
のとするが、受信アンテナアレーとしてホログラム観測
面１１を構成するようにしてもよい。いずれにせよ、ホ
ログラム観測面１１上の任意の点(ｘ,ｙ)において受信
される水平偏波成分及び垂直偏波成分が、それぞれ、観
測信号Ｓ_H(ｆ),Ｓ_V(ｆ)として出力される。ここでｆは
周波数を表わしている。固定アンテナ１３は第１のセン
サに相当し、走査アンテナ１２は第２のセンサに相当す
る。

【００１６】ホログラム観測面１１からやや離れた位置
には、同じく観測対象からの電磁波を受信して観測信号
Ｓ_R(ｆ)として出力する固定アンテナ１３が設けられて
いる。２次元複素インタフェログラムを得る目的から、
固定アンテナ１３を設ける代りに、観測対象から信号Ｓ
_R(ｆ)を直接取り出すような構成を採用することができ
る。

【００１７】この波動分布可視化装置の受信系全体に供
給する基準周波数信号ｆ_refを発生するために、基準周
波数源１４が設けられている。また、観測信号を観測中
心周波数ｆ_n、帯域幅ＢＷに帯域制限し、さらに、中間
周波数ｆ_i（例えば２１.４ＭＨｚ）の信号に周波数変換
するために、２つのフィルタリング部１５,１６が設け
られている。一方のフィルタリング部１５には、観測信
号Ｓ_R(ｆ),Ｓ_H(ｆ),Ｓ _V(ｆ)のうち、切換スイッチ１７
で選択されたものが入力し、他方のフィルタリング部１
６には、観測信号Ｓ_R(ｆ)が入力する。切換スイッチ１
７は、後述するように、図示「Ｒ,Ｈ,Ｖ切換」と書かれ
た切換信号によって制御される。このようなフィルタリ
ング部１５,１６は、例えば、基準周波数信号ｆ_refに位
相ロックしたスペクトラムアナライザをゼロスパンモー
ドで動作させることにより実現する。フィルタリンリン
グ部１５,１６での帯域幅ＢＷは外部から設定可能であ
り、例えば、１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ程度である。また、観
測中心周波数ｆ_nは、後述するように、観測周波数リス
トテーブル３３からの出力によって制御されるが、その
範囲は例えば０Ｈｚ〜２６.５ＧＨｚである。各フィル
タリング部１５,１６には、基準周波数信号ｆ_refに位相
ロックしつつ観測中心周波数ｆ_n を可変とするため
に、位相ロックループが含まれている。

【００１８】各フィルタリング部１５,１６の出力側に
は、それぞれ、ミキサ１８,１９が設けられており、ミ
キサ１８,１９には、基準周波数信号ｆ_refに位相ロック
した局部発振器２０,２１から、それぞれ、周波数ｆ_Lと
周波数ｆ_L＋ｆ₀の局部発振信号が供給されている。ここ
で周波数ｆ₀は、例えば１ＭＨｚ程度に設定されてい
る。そして、ミキサ１８の出力側には、帯域幅が上述の
ＢＷであって中心周波数がｆ_i−ｆ_Lであるバンドパスフ
ィルタ２２が設けられ、ミキサ１９の出力側には、帯域
幅がＢＷであって中心周波数がｆ_i−ｆ_L−ｆ₀であるバ
ンドパスフィルタ２３が設けられている。そして、２つ
のバンドパスフィルタ２２,２３の出力は乗算器２４に
入力する。その結果、切換スイッチ１７で選択されて周
波数変換された後の観測信号と、周波数変換された後の
観測信号Ｓ_R(ｆ)とが、乗算器２４で乗算されることに
なる。乗算器２４からの出力は、中心周波数がｆ₀であ
る狭帯域のバンドパスフィルタ２５を介して、合成フー
リエ積分によるベクトル検波（周波数ｆ₀）を行うＳＦ
Ｉ(Synthesized Fourier Integration)ベクトル検波器
２６に入力する。ＳＦＩベクトル検波器２６には、基準
周波数信号ｆ_refも供給されている。ＳＦＩベクトル検
波器２６の構成については、後述する。ＳＦＩベクトル
検波器２６からのベクトル検波出力

【００１９】

【外１】は、干渉演算部２７に入力する。干渉演算部２７につい
ても後述する。

【００２０】次に、この波動分布可視化装置における、
観測中心周波数ｆ_nの切換と走査アンテナ１２の位置の
制御のための構成について説明する。

【００２１】測定周期パルスを発生するためのパルス発
生器３０が設けられており、このパルス発生器３０から
の測定周期パルスは、３進カウンタ３１に入力する。こ
の３進カウンタ３１からの３値の出力が、「Ｒ,Ｈ,Ｖ切
換」のための切換信号であり、切換スイッチ１７での切
換の制御に使用されるとともに、干渉演算部３７に入力
している。また、３進カウンタ３１からの桁上がりＣ
は、Ｎ進カウンタ３２に入力する（Ｎは２以上の自然
数）。Ｎ進カウンタ３２からのＮ値の出力ｎは、観測中
心周波数ｆ_nを切り換えるために使用される。具体的に
は、切換え対象となる複数の観測周波数からなるリスト
を格納した観測周波数リストテーブル３３が設けられて
おり、観測周波数リストテーブル３３では、Ｎ進カウン
タ３２からの出力ｎの値に応じていずれかの周波数が選
択され、選択された観測中心周波数を各フィルタリング
部１５,１６に指示するための信号が、観測周波数リス
トテーブル３３からリスト出力される。

【００２２】一方、ホログラム観測面１１における走査
アンテナ１２の位置を制御するために、Ｍ進カウンタ３
４とＫ進カウンタ３５が設けられている。Ｍ及びＫはい
ずれも２以上の自然数である。Ｍ進カウンタ３４には、
Ｎ進カウンタ３２からの桁上がりＣが入力し、Ｋ進カウ
ンタ３５には、Ｍ進カウンタ３４からの桁上がりが入力
している。Ｍ進カウンタ３４のＭ値の出力ｍが走査アン
テナ１２のｘ座標を決めるために使用され、Ｋ進カウン
タ３５のＫ値の出力ｋが走査アンテナ１２のｙ座標を決
めるために使用される。上述したようにホログラム観測
面１１がＸＹステージから構成されるとすると、Ｍ進カ
ウンタ３４の出力ｍ及びＫ進カウンタ３５の出力ｋは、
ＸＹステージに制御信号として入力することになる。

【００２３】このように構成することにより、走査アン
テナ１２がホログラム観測面１１上の１つの座標点にい
る間に、一連の複数の観測中心周波数での観測が連続し
て行われることになる。この場合、１つの座標点での１
つの観測中心周波数の観測の時に、３進カウンタ３１か
らの出力によって、切換スイッチ１７は、３つの観測信
号Ｓ_R(ｆ),Ｓ_H(ｆ),Ｓ_F(ｆ)の間で一巡する。各観測信
号ごとの観測時間は、パルス発生器３０での測定周期パ
ルスの１周期に等しい。

【００２４】以上のようにして、座標点及び観測中心周
波数ごとに切換スイッチ１７が切り換わるとして、ＳＦ
Ｉベクトル検波器２６からのベクトル検波出力値

【００２５】

【外２】は、切換スイッチ１７が観測信号Ｓ_R(ｆ)を選択してい
るときには、^*が複素共役を表すとして、

【００２６】

【数１】となり、観測信号Ｓ_H(ｆ)を選択しているときには

【００２７】

【数２】となり、観測信号Ｓ_F(ｆ)を選択しているときには

【００２８】

【数３】となる。ここで、(ｘ,ｙ)は走査アンテナ１２の座標で
あり、θ_fは観測中心周波数を切り換えたときに生じる
ＰＬＬのロック位相オフセット量である。

【００２９】これら３種類のベクトル検波出力値

【００３０】

【外３】は、それぞれ、特許請求の範囲で言う第１の相関値、第
２の相関値及び第３の相関値に対応するものであって、
干渉演算部２７に入力し、干渉演算部２７は、次式のよ
うに、水平偏波成分及び垂直偏波成分に対し、それぞれ
Ｃ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n)及びＣ_V(ｘ,ｙ,ｆ_n)を算出する。

【００３１】

【数４】そして、干渉演算部２７は、Ｃ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n)の振幅と位
相をそれぞれＧ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n)とθ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n)とし、Ｃ
_V(ｘ,ｙ,ｆ_n)の振幅と位相をそれぞれＧ_V(ｘ,ｙ,ｆ_n)と
θ_V(ｘ,ｙ,ｆ_n)として出力し、これらＧ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n),
θ_H(ｘ,ｙ,ｆ_n),Ｇ_V(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_V(ｘ,ｙ,ｆ_n)は、干
渉観測データとして、データメモリ３７に格納される。

【００３２】データメモリ３７は、観測周波数ｆ_n及び
走査アンテナ１２の位置の座標(ｘ,ｙ)ごとに、上述し
た振幅Ｇ_H,Ｇ_Vと位相θ_H,θ_Vとを格納するものであっ
て、書き込みアドレスと読み出しアドレスとを別個に入
力できるように構成されている。すなわち、書き込みア
ドレスとして、Ｎ進カウンタ３２の出力ｎ、Ｍ進カウン
タ３４の出力ｍ及びＫ進カウンタ３５の出力ｋが、それ
ぞれ、ｆ_n,ｘ,ｙを指定するために、データメモリ３７
に並列に入力している。図において「Ｗ」は書き込みア
ドレスであることを示している。また、データメモリ３
７には、後述する表示部から、読み出しアドレスとし
て、ｆ_n,ｘ,ｙをそれぞれ指定する信号が並列に入力し
ている。図において「Ｒ」は、読み出しアドレスである
ことを示している。読み出しアドレスが指定されると、
指定されたｆ_n,ｘ,ｙに対する干渉観測データとして、
Ｇ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),Ｇ_V'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ
_V'(ｘ,ｙ,ｆ_n)が、データメモリ３７から出力される。
書き込みアドレスと読み出しアドレスとを別個に指定で
きることにより、データメモリ３７から読み出されたデ
ータは、"'"を付加することによって、書き込みデータ
から区別している。

【００３３】さらにこのデータメモリ３７は、ホログラ
ム像を再生するための演算機構も備えており、所望に応
じて、上述した振幅Ｇ_H,Ｇ_Vと位相θ_H,θ_Vではなく、ホ
ログラム再生像における振幅と位相をＧ_H'(Ｘ,Ｙ,ｆ_n),
θ_H'(Ｘ,Ｙ,ｆ_n),Ｇ_V'(Ｘ,Ｙ,ｆ_n),θ_V'(Ｘ,Ｙ,ｆ_n)と
して出力する。ここでＸ,Ｙは、観測対象における２次
元座標を示している。ホログラム像の再生を行った場
合、得られる像は観測対象の表面での波動分布（波源
像）を示しており、(Ｘ,Ｙ)を指定することによって、
観測対象上の任意の点を指定することができる。(Ｘ,
Ｙ)は、表示部からの読み出しアドレスにおける(ｘ,ｙ)
としてこのデータメモリ３７に与えられる。

【００３４】本実施の形態では、干渉演算部２７におい
て式(4),(5)に基づき干渉観測データを計算することに
より、式(2),(3)の積分式内に含まれる因子

【００３５】

【外４】がキャンセルされる。したがって、観測周波数の切換を
行ったことに起因するＰＬＬの位相ロックのオフセット
量の影響が、キャンセルされる。さらに、観測信号Ｓ
_R(ｆ)の振幅が干渉観測データに影響を及ぼすことが防
止され、基準位相のみを与えることができる。つまり観
測周波数の切換を行っても、絶対位相の評価を行うこと
ができる。データメモリ３７内の干渉観測データに対し
てホログラム像の再生演算を行うこともできるし、この
干渉観測データを観測周波数ｆ_nに対して逆フーリエ変
換することで、時間応答を知ることができる。ただし、
時間応答を求める場合には、読み出しアドレスとして
は、ｆ_nの代りに時間ｔ_nを用いるものとする。

【００３６】《ＳＦＩベクトル検波器》ここで、ＳＦＩ
ベクトル検波器２６の構成について図２を用いて説明す
る。

【００３７】基準周波数信号ｆ_refが入力するデジタル
シンセサイザ４１が設けられており、デジタルシンセサ
イザ４１では、図示するように、基準周波数信号ｆ_ref
に応じて、階段状に数値が時間変化するデジタル信号が
生成する。このデジタル信号は、一方の正弦波メモリ４
４に入力するとともに、デジタル加算器４３を経て他方
の正弦波メモリ４５に入力する。デジタル加算器４３で
は、進相量に相当する位相データが加算される。正弦波
メモリ４４,４５は、正弦波の１周期を等分した各時間
ごとに正弦波でのそのときの値を格納したものであっ
て、一定の増分でクロックに同期して値が変化するデジ
タル信号を与えることにより、正弦波に相当して値が変
化するデジタル信号を出力する。正弦波メモリ４４,４
５の出力側には、それぞれ、デジタル信号とアナログ信
号とを乗算するアナログデジタル乗算器４６,４７が設
けられており、デジタル信号として正弦波メモリ４４,
４５の出力がそれぞれアナログデジタル乗算器４６,４
７に入力する。

【００３８】乗算器２４（図１参照）からバンドパスフ
ィルタ２５を経てこのＳＦＩベクトル検波器２６に入力
した入力信号は、バンドパスフィルタ４２を介してアナ
ログデジタル乗算器４６,４７のアナログ側の入力端子
に供給される。アナログデジタル乗算器４６,４７の出
力は、それぞれ、積分器４８,４９を介し、アナログデ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５０,５１に入力する。
そして、各アナログデジタル変換器５０,５１の出力
は、演算部５２に入力し、ベクトル検波結果が算出され
る。

【００３９】結局、デジタルシンセサイザ４１と正弦波
メモリ４４,４５を使用することによって、基準周波数
信号ｆ_refに位相がロックした任意の周波数の正弦波を
このＳＦＩベクトル検波器２６での基準信号として発生
させている。そして、各アナログデジタル乗算器４６,
４７は、このようにして基準周波数信号ｆ_refから合成
された例えば１ＭＨｚの基準信号と入力信号とを乗算
し、この乗算結果は積分器４８,４９で積分される。し
たがって、デジタル加算器６３で加える位相データを移
相量π／４に相当する値とすることにより、入力信号の
うち周波数１ＭＨｚの成分について、余弦成分と正弦成
分とが抽出され、ベクトル検波が行われたことなる。

【００４０】《表示部》次に、図３を用いて、本実施の
形態の波動分布可視化装置における表示部の構成を説明
する。

【００４１】表示部全体の動作の基準となる正弦波信号
を発生するために表示正弦波信号発生器６１が設けられ
ている。また、この正弦波信号が入力する同期パルス発
生器６２が設けられており、この同期パルス発生器６２
は、正弦波信号に同期して、データメモリ３７（図１）
への読み出しアドレスを生成するための同期パルスを発
生する。データメモリ３７においては書き込みアドレス
と読み出しアドレスとを独立して与えることができるた
め、正弦波信号の周波数及び位相は、測定部での基準周
波数信号ｆ_refに対して独立に定めることができる。

【００４２】同期パルス発生器６２からの同期パルス
は、まず、Ｍ進カウンタ６３に入力し、このＭ進カウン
タ６３のＭ値の出力ｍ'は、干渉観測データでのｘ座標
を指定するために使用される。Ｍ進カウンタ６３の桁上
がりＣはＫ進カウンタ６４に入力し、このＫ進カウンタ
６４のＫ値の出力ｋ'は、干渉観測データでのｙ座標を
指定するために使用される。さらに、Ｋ進カウンタ６４
の桁上がりＣはＮ進カウンタ６５に入力し、このＮ進カ
ウンタ６５のＮ値の出力ｎ'は、干渉観測データでの観
測中心周波数ｆ_n（あるいはｔ_n）を指定するために使用
される。測定部の観測周波数リストテーブル３３と同様
の観測周波数リストテーブル６６が設けられており、こ
の観測周波数リストテーブル６６は、Ｎ進カウンタ６５
の出力ｎ'を入力としてこの出力ｎ'の値に対応する観測
中心周波数ｆ_n'の値を出力する。時間応答に基づく解析
を行う場合には、観測周波数リストテーブル６６の代り
に、各観測中心周波数ｆ_nに対応した時間ｔ_nを格納した
時間リストテーブルを設け、出力ｎ'の値に応じて時間
ｔ_n'が出力されるようにすればよい。ここで、Ｍ,Ｋ,Ｎ
の値は、測定部でのＭ進カウンタ３４、Ｋ進カウンタ３
５及びＮ進カウンタ３２におけるＭ,Ｋ,Ｎの値とそれぞ
れ同じにすることが好ましい。もっとも、データメモリ
３７からホログラム再生像を読み出す場合には、再生像
における座標点の数を考慮してここでのＭやＫの値を定
めればよい。Ｍ進カウンタ６３、Ｋ進カウンタ６４、Ｎ
進カウンタ６５の順序はここで述べたものに限定される
ものではなく、また、測定部でのカウンタ３２,３４,３
５の接続順序に拘束されるものでもない。

【００４３】各カウンタ６３〜６５から出力されるｘ,
ｙ,ｆ_n（あるいはｔ_n）は、読み出しアドレスとしてデ
ータメモリ３７に与えられ、その結果、データメモリ３
７から、この表示部に、干渉観測データとして、Ｇ_H'
(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),Ｇ _V'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_V'
(ｘ,ｙ,ｆ_n)が入力する。特に、観測対象表面での電流
分布などを解析する場合には、Ｇ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_H'
(ｘ,ｙ,ｆ_n),Ｇ_V'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_V'(ｘ,ｙ,ｆ_n) とし
て、ホログラム再生像における振幅や位相が入力する。
以下、Ｇ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),θ_H'(ｘ,ｙ,ｆ_n),Ｇ_V'(ｘ,ｙ,
ｆ_n)及びθ_V'(ｘ,ｙ,ｆ_n)をそれぞれＧ_H',θ_H',Ｇ_V'及
びθ_V'とする。

【００４４】これらＧ_H',θ_H',Ｇ_V'及びθ_V'は、まず、
偏波状態演算部６７に入力し、以下に示す式にしたがっ
て、θ_d,φ,τ,ａが算出される。ここで、θ_dは両偏波
成分間での位相差を表わし、φは電流分布のベクトル流
れの方向を示し、τは渦状態を示し、ａは流れの大きさ
（両偏波成分の合成振幅）を示している。

【００４５】

【数５】さらにこの測定部では、振幅を表示する際の振幅値の最
大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎが予め設定されて入力してい
る。そして、この最大値Ｍａｘや最小値Ｍｉｎを基準と
した表示を行うために、演算部６８が設けられている。
演算部６８は、ａ,Ｍａｘ,Ｍｉｎを入力として、

【００４６】

【数６】を算出する。すなわち、ＭａｘとＭｉｎとで規定される
ダイナミックレンジ内での流れの大きさａの程度を対数
で表わしたものが得られる。

【００４７】観測周波数リストテーブル６６から出力さ
れるｆ_n'（あるいはｔ_n'）、偏波状態演算部６７から出
力されるθ_d,φ,τ,ａ及び演算部６８から出力される
ａ'の各変量の中から１つの変量を選ぶために色情報切
換スイッチ７０が設けられており、色情報切換スイッチ
７０で選択された変量がアドレス値としてカラーコード
テーブル７１に与えられる。カラーコードテーブル７１
は変量の値に応じた色信号ｃを出力するものであり、こ
のカラーコードテーブル７１の存在によって、変量に応
じた色相で表示が行われるようになる。この色信号ｃ
は、ブランキングのためのゲート回路７２を経由して、
線情報として観測結果を表示する線情報表示部７３に出
力される。線情報表示部７３は、画面上の２次元座標
(ｘ',ｙ')で指定された点に対して色信号ｃで表わされ
る色を表示するものである。後述するように、座標
(ｘ',ｙ')は常時変化しているので、結局、線情報表示
部７３は、色信号ｃで表わされる色の線を描くことにな
る。線情報表示部７３には、観測周波数リストテーブル
６６から出力される観測中心周波数ｆ_n'（あるいは時間
ｔ_n'）の値を表示するための数値表示窓７４が付随して
いる。

【００４８】振幅値の最小値Ｍｉｎと上述の振幅ａとを
比較するコンパレータ７５が設けられ、コンパレータ７
５の出力は、周期パルス発生器６２からの周期パルスと
ともに、ブランキング制御のために、ゲート７２に入力
する。ゲート７２は、振幅ａが最小値Ｍｉｎより小さい
場合、あるいは周期パルスがハイレベルになっていると
きに、黒の色信号（図示"１"）を出力し、これ以外に場
合にカラーコードテーブル７１からの色信号ｃ（図示"
０"）を出力する。

【００４９】次に、線情報表示部７３での瞬間的な表示
座標(ｘ',ｙ')を指定するための回路について説明す
る。ここでは、加算器７６を用い、Ｍ進カウンタ６３の
出力ｍ'によって表わされるｘ座標値に、水平偏波成分
での振幅Ｇ_H'と位相θ_H'から算出される偏差量Δｘを加
えてｘ'としている。同様に、加算器７７を用い、Ｋ進
カウンタ６４の出力ｎ'によって表わされるｙ座標値
に、垂直偏波成分での振幅Ｇ_V'と位相θ_V'から算出され
る偏差量Δｙを加えてｘ'としている。偏差量Δｘ,Δｙ
は、以下に示すように、それぞれ０を中心として周期的
に変化し、これによって、線情報表示部７３において、
座標(ｘ,ｙ)を中心とする楕円が描かれることになる。
本実施の形態では、この楕円の大きさや向き、扁平の度
合によって、観測対象における電流分布のベクトル流れ
を表現している。

【００５０】ここでは、偏差量Δｘを決定するために、
演算部７８,７９と位相シフタ８０と乗算器８１が使用
され、偏差量Δｙを決定するために、演算部８２,８３
と位相シフタ８４と乗算器８５が使用されている。ま
た、振幅について、対数基準で扱うのか真数基準で扱の
かを選択するために、２連スイッチからなる表示振幅モ
ード切換スイッチ８６が設けられている。

【００５１】水平偏波成分に関し、演算部７８は、
Ｇ_H',Ｍａｘ,Ｍｉｎを入力として、

【００５２】

【数７】を計算する。これにより、ダイナミックレンジの中での
水平偏波成分の振幅を対数で表わしたものが得られる。
演算部７９は、Ｇ_H',Ｍａｘを入力として、

【００５３】

【数８】を計算する。これにより、最大値Ｍａｘに対する水平偏
波成分の振幅の割合を真数で表わしたものが得られる。
また、位相シフタ８０は、表示正弦波信号発生器６１か
らの正弦波信号の位相をθ_H'だけずらすものである。そ
して、演算部７８,７９の出力のうち表示振幅モード切
換スイッチ８６で選択された方のものと、位相シフタ８
０の出力とが乗算器８１に入力し、乗算器８１の出力が
上述の偏差量Δｘとなる。

【００５４】同様に、垂直偏波成分に関し、演算部８２
によって、

【００５５】

【数９】が計算され、演算部８３によって、

【００５６】

【数１０】が計算される。位相シフタ８４は正弦波信号の位相をθ
_V'だけずらし、演算部８２,８３の出力のうち表示振幅
モード切換スイッチ８６で選択された方のものと、位相
シフタ８４の出力とが乗算器８５に入力し、乗算器８５
の出力が上述の偏差量Δｘとなる。

【００５７】以上のようにして、線情報表示部７３での
瞬間的な表示座標(ｘ',ｙ')が決まり、色情報切換スイ
ッチ７０で選択された変量の値に基づく色で、この座標
点(ｘ',ｙ')での表示がなされることになる。もちろ
ん、線情報表示部７３での表示の際には、観測対象の画
像をカメラ等により取り込み、この画像を重ね合わせる
ようにして表示を行ってもよい。さらに、等高線による
表示方法を併用するようにしてもよい。

【００５８】次に、このような表示座標(ｘ',ｙ')によ
って、どのような表示がなされるかについて、詳細に説
明する。位相シフタ８０,８４は、それぞれ、θ_H',θ_V'
である位相シフトを同一の正弦波信号に与えるものであ
る。そして、位相シフタ８０,８４の出力は、対数基準
であるか真数基準であるかは別にして、乗算器８１,８
５により、それぞれ、振幅Ｇ_H',Ｇ_V'倍だけされる。そ
の結果、図４に示されるような楕円の軌跡を描くことに
なる。楕円の長直径をａ、長直径がＨ軸となす角をφ、
楕円の開き角（長直径の一端をはさんで、楕円の中心と
短直径の一端がなす角）をτとすると、これら、ａ,φ,
τは、それぞれ、上述の式(9),(7),(8)で表わされる。
すなわち、楕円の長軸の向きが電流分布などにおけるベ
クトル流れの向きを表わし、長軸の長さａは流れの大き
さ、楕円の開き角τは渦状態を表わすことになる。開き
角τが小さいほど、直線状に近い電流または偏波を有す
ることになる。

【００５９】図５(a),(b)は、表示例を模式的に示して
いる。図５(a)では、観測対象９１の画像（図示破線）
に重ね合わせて表示されているとして、各座標点での観
測結果が楕円９２として表わされている。また図５(b)
では、図５(a)に示す観測結果から予想されるベクトル
流れを実線で示している。本実施の形態では、このよう
な表示方法を採用することにより、電流のぶつかり合い
によって生じる、矢印だけでは表現できないような渦状
態も、容易に確認することができる。また、この表示方
法によれば、偏波成分ごとに振幅と位相をそれぞれ画像
化する従来の方法はもとより、鳥瞰図や等高線による方
法に比べても、より多くの情報を分かりやすく提示する
ことができる。

【００６０】なお、時間応答の表示では、観測中心周波
数ｆ_n'から時間ｔ_n'への変換を考慮して、以下のように
データメモリ３７での演算を実行する。

【００６１】

【数１１】ここでＷ(ｆ_n)は重み関数であって、例えば、ｆ_maxを最
大周波数として、Ｗ(ｆ_n)＝ｃｏｓ(πｆ_n／２ｆ_max)を
使用する。

【００６２】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上述した形態に限定されるものではな
い。例えば測定部において、３進カウンタ３１、Ｎ進カ
ウンタ３２、Ｍ進カウンタ３４及びＫ進カウンタ３５の
接続順序は、上述したものに限定されるものではなく、
ホログラム観測面１１の機構などに応じて入れ替えるこ
とが可能である。ただし、走査アンテナ１２の走査回数
を減らすという目的からは、ホログラム観測面１１上の
各座標点ごとに、一連の観測中心周波数での観測を１回
で済ますことが好ましい。また、フィルタリング部１
５,１６の動作安定性を考慮すると、観測中心周波数ｆ_n
の切換よりも、切換スイッチ１７の切換の方が高速に行
えるから、１つの座標点での１つの観測中心周波数ｆ_n
ごとに、観測信号Ｓ_R(ｆ),Ｓ_H(ｆ),Ｓ_V(ｆ)の切換を行
うことが好ましい。

【００６３】上述した実施の形態では、測定部におい
て、フィルタリング部１５,１６からの出力を異なる周
波数の信号に変換し、これら２つの信号を乗算してから
ＳＦＩベクトル検波器２６によってベクトル検波してい
るが、例えば、特開平8-201459号公報の図１に示すよう
に、フィルタリング部１５,１６からの信号を同一周波
数の信号に変換し、それぞれに対して別個にフーリエ積
分を行う構成とすることも可能である。

【００６４】表示部での表示において、色情報として、

【００６５】

【数１２】で表わされる式中の位相を与えてもよい。ここで、

【００６６】

【外５】は楕円の長軸ベクトルを与え、

【００６７】

【外６】の位相は長軸方向に合成されたベクトルの位相となる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の観測方法
は、第１の信号を第１の測定系及び第２の測定系に入力
し、そのときの相関を求めて第１の相関値とする第１の
工程と、第１の信号を第１の測定系に入力するとともに
第２の信号を第２の測定系に入力し、そのときの相関を
求めて第２の相関値とする第２の工程とを設け、異なる
観測周波数を選択して、選択された観測周波数ごとにこ
の第１の工程と第２の工程とを実施することにより、観
測周波数を切り替える際に生じる位相ロックループのオ
フセット量をキャンセルすることができ、異なる観測周
波数での２次元複素インタフェログラムの観測が１回の
走査で行えるようになるという効果がある。

【００６９】また、本発明の表示方法は、両偏波成分そ
れぞれの振幅や位相に応じて長軸の長さや長軸の向き、
開き角などが変化する楕円を各測定点に対応して表示す
ることにより、電流分布等のベクトル流れを簡単に認識
できるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の波動分布可視化装置に
おける測定部の構成を示すブロック図である。

【図２】ＳＦＩベクトル検波器の構成を示すブロック図
である。

【図３】本発明の実施の一形態の波動分布可視化装置に
おける表示部の構成を示すブロック図である。

【図４】表示に使用する楕円グラフを説明する図であ
る。

【図５】(a),(b)は表示例を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１１ホログラム観測面１２走査アンテナ１３固定アンテナ１４基準周波数源１５,１６フィルタリング部１７切換スイッチ１８,１９ミキサ２０,２１局部発振器２２,２３.２５バンドパスフィルタ２４,８１,８５乗算器２６ＳＦＩベクトル検波器２７干渉演算部３０パルス発生器３１３進カウンタ３２,６５Ｎ進カウンタ３３,６６観測周波数リストテーブル３４,６３Ｍ進カウンタ３５,６４Ｋ進カウンタ３７データメモリ６１表示正弦波信号発生器６２同期パルス発生器６７偏波状態演算部６８,７８,７９,８２,８３演算部７０色情報切換スイッチ７１カラーコードテーブル７２ゲート回路７３線情報表示部７４数値表示窓７６,７７加算器８０,８４位相シフタ８６表示振幅モード切換スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の観測周波数の放射波動に対して２
次元干渉測定を実施し、波動分布を観測する方法におい
て、前記放射波動を検出して第１の信号として出力する第１
のセンサと、前記放射波動を検出して第２の信号として
出力する第２のセンサと、それぞれ位相ロックループを
含み前記複数の観測周波数のうち選択された観測周波数
の成分を入力信号から抽出する第１の測定系及び第２の
測定系とを使用し、前記第１の信号を前記第１の測定系及び前記第２の測定
系に入力し、そのときの前記第１の測定系の出力と前記
第２の測定系の出力との間の相関を求めて第１の相関値
とする第１の工程と、前記第１の信号を前記第１の測定系に入力するとともに
前記第２の信号を前記第２の測定系に入力し、そのとき
の前記第１の測定系の出力と前記第２の測定系の出力と
の間の相関を求めて第２の相関値とする第２の工程とを
有し、異なる観測周波数を選択して、選択された観測周波数ご
とに前記第１の工程と前記第２の工程を実施し、前記第
１の相関値を用いることにより、観測周波数を変化させ
たことによって前記第２の相関値中に含まれる前記位相
ロックループにおける位相オフセット量の影響をキャン
セルすることを特徴とする波動分布観測方法。
【請求項２】観測対象からの複数の観測周波数の放射
波動に対して２次元干渉測定を実施し、前記観測対象に
おける波動分布を観測する方法において、前記放射波動を検出して第１の信号として出力する第１
のセンサと、前記放射波動の第１の偏波成分及び第２の
偏波成分を検出してそれぞれ第２の信号及び第３の信号
として出力する第２のセンサと、それぞれ位相ロックル
ープを含み前記複数の観測周波数のうち選択された観測
周波数の成分を入力信号から抽出する第１の測定系及び
第２の測定系とを使用し、前記第１の信号を前記第１の測定系及び前記第２の測定
系に入力し、そのときの前記第１の測定系の出力と前記
第２の測定系の出力との間の相関を求めて第１の相関値
とする第１の工程と、前記第１の信号を前記第１の測定系に入力するとともに
前記第２の信号を前記第２の測定系に入力し、そのとき
の前記第１の測定系の出力と前記第２の測定系の出力と
の間の相関を求めて第２の相関値とする第２の工程と、前記第１の信号を前記第１の測定系に入力するとともに
前記第３の信号を前記第２の測定系に入力し、そのとき
の前記第１の測定系の出力と前記第２の測定系の出力と
の間の相関を求めて第３の相関値とする第３の工程と、異なる観測周波数を選択して、選択された観測周波数ご
とに前記第１の工程と前記第２の工程と前記第３の工程
を実施し、前記第１の相関値を用いることにより、観測
周波数を変化させたことによって前記第２の相関値及び
前記第３の相関値中に含まれる前記位相ロックループに
おける位相オフセット量の影響をキャンセルし、前記第
１の偏波成分に対する振幅及び位相と前記第２の偏波成
分に対する振幅及び位相を求める第４の工程と、を有す
ることを特徴とする波動分布観測方法。
【請求項３】前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ
の少なくとも一方による受信点の位置を変化させなが
ら、各受信点ごとに、前記第１の偏波成分に対する振幅
Ｇ₁及び位相θ₁と前記第２の偏波成分に対する振幅Ｇ₂
及び位相θ₂を求める、請求項２に記載の波動分布観測
方法。
【請求項４】各受信点における振幅Ｇ₁,Ｇ₂及び位相
Ｈ₁,Ｈ₂に基づいて楕円を合成し、表示画面上の前記受
信点に対応する位置に前記楕円を表示して、波動分布を
可視化する、請求項３に記載の波動分布観測方法。
【請求項５】各受信点における振幅Ｇ₁,Ｇ₂及び位相
Ｈ₁,Ｈ₂に基づいてホログラム像を再生し、再生された
ホログラム像における各点ごとに、前記第１の偏波成分
の振幅Ｇ₁'及び位相θ₁'と前記第２の偏波成分の振幅Ｇ
₂'及び位相θ₂'を求め、各点における振幅Ｇ₁',Ｇ₂'及
び位相Ｈ₁',Ｈ₂'に基づいて楕円を合成し、表示画面上
の前記点に対応する位置に前記楕円を表示して、波動分
布を可視化する、請求項３に記載の波動分布観測方法。
【請求項６】前記各点における振幅Ｇ₁',Ｇ₂'及び位
相Ｈ₁',Ｈ₂'に基づいて偏波状態を演算し、演算された
偏波状態に応じて前記楕円の表示色を変化させる請求項
５に記載の波動分布観測方法。
【請求項７】各点における第１の偏波成分の振幅Ｇ₁"
及び位相θ₁"と第２の偏波成分の振幅Ｇ₂"及び位相θ₂"
とに基づいて波動分布を表示する波動分布表示方法にお
いて、前記各点における振幅Ｇ₁",Ｇ₂"及び位相Ｈ₁",Ｈ₂"に基
づいて楕円を合成し、表示画面上の前記点に対応する位
置に前記楕円を表示することを特徴とする波動分布表示
方法。
【請求項８】前記各点における振幅Ｇ₁",Ｇ₂"及び位
相Ｈ₁",Ｈ₂"に基づいて偏波状態を演算し、演算された
偏波状態に応じて前記楕円の表示色を変化させる請求項
７に記載の波動分布表示方法。
【請求項９】前記振幅Ｇ₁"と前記振幅Ｇ₂"との合成振
幅に応じて前記楕円の長軸の長さを定め、前記第１の偏
波成分及び前記第２の偏波成分によるベクトル流れの方
向と渦の状態に応じてそれぞれ前記楕円の長軸の方向と
開き角とを定める、請求項７または８に記載の波動分布
表示方法。