JPH1183996A - ミリ波検出装置 - Google Patents

ミリ波検出装置

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JPH1183996A
JPH1183996A JP25266197A JP25266197A JPH1183996A JP H1183996 A JPH1183996 A JP H1183996A JP 25266197 A JP25266197 A JP 25266197A JP 25266197 A JP25266197 A JP 25266197A JP H1183996 A JPH1183996 A JP H1183996A
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millimeter wave
signal
wave
reflected
luminance
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JP25266197A
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Masao Mizuno
雅男 水野
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Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons

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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 衣服を通過し人体に害のない微弱なミリ波を
用いて，衣服の下に隠蔽している禁制品を発見する。 【構成】 ミリ波検出装置は，ミリ波を送信し，禁制品
によって反射されて戻ってきたミリ波を受信するミリ波
送信／受信装置４，被検査人までの距離を測定する超音
波センサ７，被検査人の可視画像を撮像するＣＣＤカメ
ラ３，および処理装置５によって構成されている。処理
装置５の表示装置６には，ＣＣＤカメラ３によって撮像
された被検査人の可視画像に重ねて，反射ミリ波による
輝度画像が表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明はミリ波を用いて金属体，その他
のミリ波反射体を検出する装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】隠蔽された物体の検出，たとえば衣服の
下に隠された，またはスーツケース等内に秘匿された金
属製の銃，プラスチック製の爆弾，麻薬等の検出のため
の装置は，典型的には禁制品検出装置として知られてお
り，磁気式検出装置，Ｘ線装置等が実用化されている。
磁気式検出装置は，磁界を発生させておき，この磁界内
に銃などの金属体（磁性体）が入ると磁界に変化が生じ
ることを利用するもので，この磁界の変化に基づいて金
属体の存在を検出するものである。Ｘ線装置はスーツケ
ース，バッグ等にＸ線を照射し，そのＸ線透過画像を検
査員が見ることにより，スーツケース等の内部に隠され
た禁制品を発見するものである。
【０００３】しかしながら，磁気式検出装置では非金属
のプラスチックやセラミックのような物体を検出するこ
とができず，また所定の磁場空間内を被検査人が通過す
る必要がある。Ｘ線装置では，人体に有害なＸ線を照射
することができないので，被検査体としてはスーツケー
ス，バッグ等に限られる。
【０００４】
【発明の開示】この発明は，微弱なミリ波を利用して，
衣服によって隠蔽された物体を検出するミリ波検出装置
を提供することを目的とする。
【０００５】この発明によるミリ波検出装置は，ミリ波
を対象物に向けて放射するミリ波送信手段，上記ミリ波
送信手段から送信されたミリ波の対象物からの反射波を
受信するミリ波受信手段，ミリ波受信手段によって受信
した反射波の強度に応じたレベルの信号を生成する検波
手段，上記検波手段によって検波された信号を輝度信号
に変換する輝度信号生成手段，上記対象物を撮像してそ
の映像信号を出力する撮像手段，および上記撮像手段か
ら出力される映像信号によって表わされる対象物の可視
画像に上記輝度信号にもとづく輝度画像を重ねて表示す
る表示手段を備えているものである。
【０００６】この発明によると，表示画面に表示された
可視画像によって対象物（たとえば被検査人）を視認す
ることができ，この可視画像に重ねて表示される輝度画
像によって対象物内に隠されているミリ波反射体（検出
物）（たとえば，禁制品）を検出することができる。こ
こでミリ波反射体とは，そのミリ波反射率が高くなくて
もその存在を輝度画像によって視認できる程度の表示輝
度を指示させるものであればよい。このようにして被検
査人に気づかれることなく禁制品等の所持の有無を検査
をすることができる。微弱なミリ波はＸ線のように有害
ではないので，安全に検査することができる。移動可能
なミリ波送信手段およびミリ波受信手段を用いればあら
かじめ決められた領域内に被検査人を誘導することもな
い。
【０００７】好ましくは，対象物までの距離を測定する
距離測定手段，および上記距離測定手段によって測定さ
れた距離にもとづいて，上記輝度信号に現われる信号レ
ベルを補正する手段をさらに設ける。反射ミリ波の受信
レベルは対象物までの距離によって変わる。距離に基づ
いて輝度信号のレベルを調整しているので，距離に基づ
く輝度変化に影響されることなく，反射体の反射率を正
しく表わした輝度画像を得ることができるので，反射体
の種類の判別，（たとえば，金属製の銃，プラスチック
爆弾，麻薬などの区別）も可能となる。
【０００８】
【実施例】
第１実施例 図１は，第１実施例のミリ波検出装置の全体的構成を示
している。
【０００９】ミリ波検出装置は，ミリ波送信／受信装置
４を備えている。このミリ波送信／受信装置４にはＣＣ
Ｄカメラ３と，測距用超音波センサ７とが取付けられて
いる。これらのミリ波送信／受信装置４，ＣＣＤカメラ
３および超音波センサ７は禁制品等を検出すべき場所に
向けられている。ミリ波送信／受信装置４，ＣＣＤカメ
ラ３および超音波センサ７は，光ケーブル，同軸ケーブ
ル等を通して処理装置５に接続されている。ミリ波送信
／受信装置４，ＣＣＤカメラ３，超音波センサ７，処理
装置５および表示装置６を一体構造として可搬可能な装
置とすることも可能である。
【００１０】ミリ波は１〜10mm程度の波長（300 〜30Ｇ
Ｈｚの周波数）をもつ。金属体はミリ波の良好な反射体
である。プラスチック，セラミック，麻薬などは金属体
よりも反射率は低いがミリ波を反射する。一方，ミリ波
はほとんどの衣類や建築建材を事実上通過する。ミリ波
は人体によって吸収され，反射されることは無い。した
がって，ミリ波の反射を利用して衣類等の下に隠された
金属体，プラスチック，セラミック，麻薬などを人体と
区別し，検出することができる。
【００１１】ミリ波送信／受信装置４は固定的に，また
は移動可能に設けられる。たとえば，ミリ波送信／受信
装置４は被検査人１が一人ずつ通過する通路等に向けて
設置される。ミリ波送信／受信装置４が移動可能な場合
には，ＣＣＤカメラ３によって被検査人に狙いを付ける
ことができる。ミリ波送信／受信装置４から検査場所に
向けてミリ波が単発的に，間欠的にまたは連続的に照射
される。
【００１２】ミリ波送信／受信装置４から出射するミリ
波の焦点は検出場所（箇所）（たとえば，そこを通る被
検査人１）に合うように調整されている。ミリ波送信／
受信装置４から出射したミリ波は被検査人の衣服１を透
過し，そこにあるのが人体のみの場合には吸収され，ミ
リ波送信／受信装置４には戻ってこない。被検査人１が
銃等の禁制品を身につけている場合には，その禁制品に
よってミリ波は反射し，反射ミリ波がミリ波送信／受信
装置１に戻ってくる。このとき，例えばミリ波送信／受
信装置１から出射するミリ波の偏波面を右旋波とする
と，反射波は左旋波となる。ミリ波送信／受信装置４は
左旋波の反射ミリ波を受信し，その受信信号を処理装置
５に送る。
【００１３】ＣＣＤカメラ３は検出場所の被検査人の可
視像を撮像する。超音波センサ７は被検査人までの距離
を測定する。ＣＣＤカメラ３から出力される映像信号お
よび超音波センサ７から出力される測距信号も処理装置
５に与えられる。
【００１４】処理装置５はミリ波送信／受信装置４から
送られる反射波信号に検波後信号処理を行なう。また，
ＣＣＤカメラ３からの映像信号に基づいて被検査人の可
視画像を表示装置６に表示するとともに，この画像に重
ね合わせて，反射ミリ波を検波した信号による画像を，
超音波センサ７からの距離情報によって補正した上で表
示装置６に表示する。
【００１５】図２はミリ波送信／受信装置４に内蔵され
たミリ波送信／受信回路を示すブロック図である。図３
は図２に示すミリ波送信／受信回路を，より具体的に示
す回路図である。図３において，レンズ10の図示が省略
されている。
【００１６】送信アンテナ16および受信アンテナ11の前
方には誘電体よりなるレンズ10が設けられている。レン
ズ10は送信アンテナ16から出射したミリ波が検出場所に
焦点が合うように，かつ受信アンテナ11に合焦して入射
するように調整されている。送信アンテナ16の前方と，
受信アンテナ11の前方のそれぞれに，別個にレンズを設
けてもよい。レンズ10の位置を超音波センサ７からの測
距信号に基づいて制御し，オートフォーカシングを実現
するようにしてもよい。
【００１７】送信アンテナ16および受信アンテナ11には
円偏波パッチアンテナが用いられている。送信アンテナ
11の２箇所の切欠きを結ぶ直線と受信アンテナ16の２箇
所の切欠きを結ぶ直線とが直交するようにこれらのアン
テナ11，16の姿勢が定められている。送信アンテナ16は
右旋波（円偏波）のミリ波を発射し，受信アンテナ11は
左旋波（円偏波）のミリ波を受信する。逆に，送信アン
テナ16から左旋波を出射させ，受信アンテナ11で右旋波
を受信させるようにしてもよい。いずれにしても，ミリ
波が金属等で反射すると円偏波の旋回方向が反転するの
で，これを利用して反射波を送信波と区別して受信でき
る。送信アンテナ，受信アンテナとしては円偏波ホーン
アンテナも使用することができる。送受信波を共に直線
偏波とすることも可能である。
【００１８】ミリ波発振回路17は共振回路と正帰還用の
ＦＥＴ32を含む。共振回路は抵抗によって終端されたス
トリップライン33と誘電体共振器31とから構成されてい
る。ミリ波発振回路はガンダイオードを用いて構成する
こともできる。
【００１９】ミリ波発振回路17で発生したミリ波信号は
マッチング・ネットワーク34を介してハイブリッド回路
35に送られ，ここで送信アンテナ16と，ミキサ12の方向
性結合器39とに分れる。送信アンテナ16に伝送されたミ
リ波信号は，右旋波の円偏波ミリ波信号として空間に放
射される。
【００２０】一方，左旋波の反射ミリ波は受信アンテナ
11によって受信されミキサ12に送られる。ミキサ12は方
向結合回路39と，ストリップライン37で終端されたショ
ットキ・ダイオード36を含む。受信されたミリ波信号は
ミキサ12において送信ミリ波信号の一部と混合され，シ
ョットキ・ダイオード36の非線形抵抗により，両ミリ波
信号の和と差の周波数をもつ信号が生成される。アンテ
ナ11によって受信された信号を，送信信号とではなく，
独立に発生させたミリ波信号とミキサ12によって混合さ
せることもできる。この場合にはミリ波送／受信装置４
と被検査人とが全く静止した状態にあっても中間周波数
の抽出が可能である。
【００２１】ミキサ12の出力信号は帯域フィルタ13に入
力し，ここで高周波成分（送，受信ミリ波信号や和の周
波数をもつ信号）が除去され，中間周波数（差の周波
数）の信号（たとえば２ＧＨｚの信号）がフィルタ13か
ら出力される。帯域フィルタ13は，ストリップライン38
とコンデンサ40とから構成される。中間周波信号は増幅
回路14によって増幅された後，検波ダイオード15によっ
て検波され，直流信号ａとして処理装置５に送られる。
【００２２】図４は処理装置５の回路構成を，ＣＣＤカ
メラ３および超音波センサ７の回路とともに示すブロッ
ク図である。図５は信号処理部28の処理の流れを示すフ
ローチャートである。
【００２３】処理装置５は信号増幅部23，Ａ／Ｄコンバ
ータ24，信号処理部28，画像処理部22および表示装置６
を含む。
【００２４】ミリ波送信／受信装置４から処理装置５に
送られた反射ミリ波の検波信号ａは信号増幅部23によっ
て増幅されたのち，Ａ／Ｄコンバータ24によってディジ
タルデータＡに変換される。信号処理部28はこのディジ
タルデータＡを読み込む（ステップ41）。
【００２５】超音波センサ７は超音波を検出場所に向け
て放射し，その場所（被検査者１）で反射して戻ってき
た反射超音波を受信する。超音波信号処理部27は超音波
送信の時点からその反射波受信の時点までの時間に基づ
いて，超音波センサ７（すなわちミリ波送信／受信装置
４）から被検査人１までの距離を表わすデータを得る。
信号処理部28は，超音波センサ７からの距離データｃを
読み込む（ステップ42）。なお，距離の測定は三角測量
を光学系の測定方法に応用しても実現できる。
【００２６】信号処理部28は反射ミリ波の検波信号のデ
ィジタルデータＡを距離データｃを用いて補正する（ス
テップ43）。図６は距離データｃをパラメータとして用
いた輝度補正の考え方を示している。ディジタルデータ
Ａは表示装置６の表示画面の中央にそのデータの大きさ
に応じた輝度で表示される。反射ミリ波の強度は，被検
出物の反射率を一定とした場合，被検出物がミリ波送信
／受信装置４の近くにあれば高く，遠くにあれば低い。
表示装置６の表示画面には被検出物の反射率に応じた輝
度で表示が行なわれることが好ましい。そこで反射ミリ
波信号の強度（すなわち検波信号のレベル）を距離に応
じて補正する。検波信号のレベルがある一定の大きさで
あっても，被検出物が近くにある場合には（距離；
小），そのレベルによって表わされる輝度よりも低い輝
度（暗くする）で表示するようにし，逆に被検出物が遠
くにある場合には（距離；大），表示装置６に与えるべ
き輝度信号のレベルを高く（明るく）する。
【００２７】このようにして補正されたディジタルデー
タ（反射ミリ波の検波信号）に基づいて輝度信号が作成
され（ステップ44），かつミリ波による被検出物表示の
位置が表示装置６の表示画面の中央にくるように輝度信
号のタイミングが調整される（ステップ45）。
【００２８】図７は表示装置６のための垂直周期信号，
ＣＣＤカメラ３から得られる映像信号，輝度信号，およ
びそれらの合成映像信号（表示用の映像信号）を示すも
のである。輝度信号には被検出物のミリ波反射率に応じ
た信号成分Ｐが含まれる。この信号成分Ｐは垂直周期信
号を基準として，隣接する垂直周期信号のほぼ中間付近
にあるいくつかの水平走査期間内に現われるように，し
かもこれらの水平走査期間の中間位置に現われるように
作成される。信号成分Ｐの時間幅およびいくつの水平走
査期間に出現させるようにするかは，表示画面上に表示
すべき，被検出物を表わす輝点の横および縦の長さに応
じて定めればよい。
【００２９】このようにしてタイミングが定められた輝
度信号ｄは画像処理部22に与えられる（ステップ46）。
【００３０】ＣＣＤカメラ３による撮像により得られた
被検査人を表わす映像信号はＣＣＤカメラ３のＣＣＤカ
メラ撮像部21から出力され，処理装置５の画像処理部22
に与えられる。画像処理部22はＣＣＤカメラからの映像
信号と信号処理部28からの輝度信号ｄを重ね合わせ（図
７参照），表示用の映像信号を作成して表示装置６に与
える。
【００３１】したがって，表示装置６の表示画面には，
ＣＣＤカメラ３によって撮影された被検査人の像と，そ
の像のほぼ中央部に反射ミリ波による像（方形のウィン
ドウ）が重ねて表示される。図４には検出物が存在する
ことによりミリ波像が黒く表示されている表示例と，検
出物が存在しないのでミリ波像が白く表示されている表
示例とが示されている。表示画面内の左上の位置には，
ミリ波の反射レベルを輝度で表わすヒストグラムが表示
される。これは，検出物の反射レベルのおおよその目安
を与えるものである。検出物の反射レベルによってそれ
が金属体であるのか，他の材質のものであるのかの推測
も可能となる。反射ミリ波によるウィンドウ内の表示を
含めて表示画面をカラーにするかモノクロにするかは任
意に定めればよい。また，反射レベルの高低と輝度レベ
ルの低高とを逆にしてもよい。
【００３２】第２実施例 上記実施例ではミリ波受信アンテナは１個であるから，
検出場所の一点からの反射ミリ波しか受信できない。こ
のため，表示画面に表示される検出物は１つのウィンド
ウ（またはピクセル；表示画面上の一画素とは異なり，
一般には複数画素で構成される）にのみ表示される。
【００３３】第２実施例のミリ波検出装置は横一列に並
べられた８個のアンテナをもつ。
【００３４】図８において，ミリ波送信／受信装置４Ａ
の先端部の下部には送信アンテナ８が設けられている。
この送信アンテナ８から検出場所に向けてミリ波が放射
される。ミリ波送信／受信装置４Ａの背面に表示装置６
Ａが設けられている。この表示装置６Ａの表示画面の高
さのほぼ中央部に，被検査人の画像に重ねて，８個のア
ンテナで受信した反射ミリ波のレベルを輝度で表わす８
個のピクセル（ウィンドウ）が横一列に表示されてい
る。他の構成は図１に示すものと同じである。
【００３５】図９はミリ波検出装置の回路構成を表わす
ブロック図である。図２〜図４に示すものと同じものに
は同一の符号を付し，重複説明を省略する。なお，送信
アンテナを含むミリ波の送信を行なう回路部分の図示は
省略されている。
【００３６】１×８のアンテナ・エレメントをもつ受信
アンテナ装置（ＦＰＡフォーカル・プレーン・アレイま
たはフォーカル・プレーンに置かれたアンテナ・アレ
イ）29において，各アンテナ・エレメントごとにミキ
サ，帯域フィルタ，中間周波数増幅器および検波回路が
設けられている。８個のアンテナ・エレメントの検波回
路の検波信号は，タイミング・ジェネレータ30から出力
されるタイミング信号に応じて，時系列的にＦＰＡ29か
ら出力され，Ａ／Ｄインバータ24によってディジタル・
データＡ１に変換される。
【００３７】信号処理部28はこれらのディジタル・デー
タＡ１によって横一列の８個のピクセル表示を行なえる
ように，輝度信号ｄ１を作成する。この輝度信号ｄ１は
画像処理部32でＣＣＤカメラ３の映像信号ｂに重ね合わ
され，表示用の映像信号ｅ１として表示装置６Ａに与え
られる。
【００３８】ＦＰＡとして他の配列のアンテナ・エレメ
ントを持つものも使用できる。たとえば，縦一列に並べ
られたアンテナ・エレメントを持つＦＰＡでは，反射ミ
リ波のレベルを表わすピクセル表示が縦一列に表わされ
る。４×４のアンテナ・エレメントを持つＦＰＡを用い
れば，４×４のピクセルによる検出物表示が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるミリ波検出装置の全体的構
成を示す斜視図である。
【図２】ミリ波送信／受信装置のミリ波送信／受信回路
のブロック図である。
【図３】図２に示すミリ波送信／受信装置のミリ波送信
／受信回路の具体的回路図である。
【図４】処理装置の回路構成を，ＣＣＤカメラおよび超
音波センサを含めて示すブロック図である。
【図５】信号処理部における処理の流れを示すフローチ
ャートである。
【図６】反射ミリ波信号の信号レベルを表わす輝度レベ
ルを，距離データによって補正する考え方を示すグラフ
である。
【図７】輝度画像が表示画面の中央に位置するように，
タイミングをとる様子を示すタイミングチャートであ
る。
【図８】第２実施例におけるミリ波検出装置のミリ波送
信／受信装置，ＣＣＤカメラおよび超音波センサを示す
斜視図である。
【図９】第２実施例における処理装置の回路構成を，Ｃ
ＣＤカメラおよび超音波センサを含めて示すブロック図
である。
【符号の説明】
３ ＣＣＤカメラ ４，４Ａ ミリ波送信／受信装置 ５ 処理装置 ６，６Ａ 表示装置 ７ 超音波センサ 11 受信アンテナ 16 送信アンテナ 29 ＦＰＡ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｇ０１Ｖ 3/12 Ｇ０１Ｖ 3/12 Ａ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ミリ波を対象物に向けて放射するミリ波
    送信手段，上記ミリ波送信手段から送信されたミリ波の
    対象物からの反射波を受信するミリ波受信手段，ミリ波
    受信手段によって受信した反射波の強度に応じたレベル
    の信号を生成する検波手段，上記検波手段によって検波
    された信号を輝度信号に変換する輝度信号生成手段，上
    記対象物を撮像してその映像信号を出力する撮像手段，
    および上記撮像手段から出力される映像信号によって表
    わされる対象物の可視画像に上記輝度信号にもとづく輝
    度画像を重ねて表示する表示手段を備えたミリ波検出装
    置。
  2. 【請求項２】 対象物までの距離を測定する距離測定手
    段，および上記距離測定手段によって測定された距離に
    もとづいて，上記輝度信号に現われる信号レベルを補正
    する手段をさらに備えた請求項１に記載のミリ波検出装
    置。
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