WO2013094306A1 - 電磁波可視化装置 - Google Patents

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electromagnetic wave
sensor
electromagnetic
visualization device
lens
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彩 大前
ウンベルト パオレッティ
保夫 矢作
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株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic wave visualization device.
  • Patent Document 1 discloses a method of scanning a sensor that detects electromagnetic field intensity, detecting the position of the sensor from a camera image, and superimposing the electromagnetic field intensity and the sensor position on a display. Yes.
  • Patent Documents 2 and 3 a plurality of antennas are arranged, and direction-of-arrival estimation signal processing such as MUSIC method (Multiple Signal Classification) and ESPRIT method (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) is performed on each antenna signal.
  • MUSIC method Multiple Signal Classification
  • ESPRIT method Estimat of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques
  • Patent Document 4 a wind speed radar using a lens and an antenna is realized.
  • the present invention provides an electromagnetic wave visualization device that can visualize the source of electromagnetic noise in real time.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a typical configuration of the present invention is as follows. That is, An emission direction separation unit that changes the emission direction of the electromagnetic wave according to the incident direction of the electromagnetic wave, A plurality of sensors that detect energy of electromagnetic waves emitted from the emission direction separation unit and output detection signals having strengths according to the magnitudes of the detected energy; When the detection signal can be received from each of the plurality of sensors and the detection signal is received from the sensor, a display signal including information on the arrival direction of the electromagnetic wave associated with the sensor that has transmitted the detection signal is displayed.
  • the electromagnetic wave visualization apparatus includes a display unit capable of displaying the arrival directions of a plurality of electromagnetic waves, and displaying the arrival direction of the electromagnetic waves when the display signal is received.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electromagnetic wave visualization device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of measurement by the electromagnetic wave visualization apparatus according to the present embodiment.
  • the electromagnetic wave visualization device includes an emission direction separation unit 11 having a separation function of separating the emission direction of an electromagnetic wave according to the arrival direction (incident direction) of the electromagnetic wave, and the energy of the electromagnetic wave.
  • a sensor unit 12 in which a plurality of sensors 12 (1), 12 (2), 12 (3),...
  • a camera unit 14 For inducing voltage are arranged, and imaging for capturing an image of a measurement target and outputting an image signal of the captured image
  • a camera unit 14 a processing unit 13 that processes signals from the sensor unit 12 and the camera unit 14, and a display unit 15.
  • Each sensor 12 (1), 12 (2), 12 (3)... Is signal-connected to the processing unit 13 by a transmission line 12d.
  • the camera unit 14 is signal-connected to the processing unit 13 by a transmission line 14d.
  • the display unit 15 is signal-connected to the processing unit 13 and the transmission line 13d.
  • the emission direction separation unit 11 is configured by, for example, an electromagnetic lens, and converges the electromagnetic wave incident on the lens, and changes the emission direction and emission position of the electromagnetic wave emitted from the lens according to the arrival direction of the incident electromagnetic wave. Are converged at different positions with respect to the arrival directions of the electromagnetic waves, that is, are focused. Details of the lens will be described later.
  • the sensor unit 12 senses the energy of the electromagnetic wave emitted from the emission direction separation unit 11 and outputs a detection signal having a strength corresponding to the magnitude of the sensed energy 12 (1), 12 (2), A plurality of 12 (3)... Are arranged. Therefore, a sensor at a position corresponding to the convergence position (focus) of the electromagnetic wave incident on the lens outputs a detection signal. That is, the sensor that outputs the detection signal differs depending on the convergence position of the electromagnetic wave incident on the lens.
  • the processing unit 13 can receive a detection signal from each of the plurality of sensors of the sensor unit 12, and has a table in which the sensor position and the arrival angle of the electromagnetic wave, that is, arrival direction information of the electromagnetic wave are associated. is doing.
  • a detection signal is received from one of the sensors of the sensor unit 12
  • the arrival direction information of the electromagnetic wave corresponding to the sensor position is obtained from the position information of the sensor that has transmitted the detection signal with reference to this table, and
  • a display signal including direction-of-arrival information and strength information of the received detection signal is output.
  • the processing unit 13 receives an image signal of an image taken by the camera unit 14, and displays a display signal obtained by superimposing a signal including electromagnetic wave arrival direction information and detection signal strength information on the image signal. Create and output to the display unit 15.
  • the display unit 15 can display the positions of a plurality of noises.
  • the display unit 15 receives a display signal from the processing unit 13, the display unit 15 performs measurement based on electromagnetic wave arrival direction information and detection signal strength information included in the display signal.
  • the electromagnetic wave generation position in the object and the strength of the detection signal that is, the strength of the electromagnetic wave are displayed on, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or the like.
  • the display unit 15 displays the display signal received from the processing unit 13, thereby simultaneously displaying an image captured by the camera unit 14.
  • the display unit 15 displays the information including the electromagnetic wave arrival direction information and the detection signal strength information so as to be superimposed on the measurement target image captured by the camera unit 14.
  • the electromagnetic wave 18 generated from the noise source 17 of the measurement target 16 is separated by the electromagnetic wave lens 11 that is an emission direction separation unit, that is, emitted from the electromagnetic wave lens 11 according to the arrival direction of the electromagnetic wave.
  • the emission direction of the electromagnetic wave is changed and incident on the sensor unit 12.
  • a sensor in which energy is induced by incidence of electromagnetic waves transmitted through the electromagnetic lens 11 outputs a detection signal having a strength corresponding to the magnitude of the induced energy.
  • the processing unit 13 recognizes the sensor position (number) that outputs the detection signal and the strength of the detection signal.
  • the processing unit 13 has a table in which the sensor position (number) and the arrival angle of the electromagnetic wave are associated with each other, and the arrival angle of the electromagnetic wave with reference to the table based on the position information of the sensor that outputs the detection signal. Get. In this way, information on the position where the electromagnetic wave is generated can be obtained in the measurement object based on the angle of arrival of the electromagnetic wave. Further, the processing unit 13 receives an image signal of an image taken by the camera unit 14, and the arrival direction of the electromagnetic wave obtained based on the sensor position information, that is, the generation position information of the electromagnetic wave in the measurement target, in the image signal. Then, a display signal is generated by superimposing signals including the detection signal strength information, that is, the electromagnetic wave strength information, and is output to the display unit 15.
  • the display unit 15 displays the display signal received from the processing unit 13, thereby displaying the position of the noise source 17 of the measurement target 16 and the magnitude of the noise on the image captured by the camera unit 14. Realize visualization.
  • an image 16 a of the measurement object 16 is displayed on the display unit 15, and further, the position of the image 17 a of the noise source 17 and the magnitude of noise are displayed on the image.
  • the magnitude of the noise is indicated by the size of the image 17a, it may be expressed in color by another method, for example, a relative numerical value display, or a numerical value may be displayed on the screen.
  • the processing unit 13 when the processing unit 13 receives a detection signal from any of the sensors of the sensor unit 12, if the strength of the received detection signal is equal to or greater than a predetermined value, the processing unit 13 does not include the strength information of the received detection signal, A display signal including only the arrival direction information of the electromagnetic wave associated with the sensor that has transmitted the detection signal may be output.
  • the display unit 15 performs display regardless of the strength of the detection signal when displaying the position of the sensor. For example, in the example of FIG. 2, the magnitude of noise is displayed at a constant magnitude regardless of the strength of the detection signal.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a Luneberg lens according to the first embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic wave 32 when electromagnetic waves having different angles of arrival such as the electromagnetic wave 32 and the electromagnetic wave 33 are incident on the lens, the electromagnetic wave 32 converges on the focal point 32f, and the electromagnetic wave 33 converges on the focal point 33f. Since a plurality of electromagnetic waves incident from different arrival directions converge at different points, the arrival direction of the electromagnetic waves can be determined from the focal position where the electromagnetic waves converge.
  • the ideal value of the relative dielectric constant ⁇ r at the position r from the center of the Luneberg lens 11a follows the following equation when the lens diameter is 2R.
  • the relative dielectric constant ⁇ r is continuously changed.
  • the relative dielectric constant ⁇ r is not relative to the distance r from the center of the lens 11a. It is formed (set) so as to change continuously (stepped).
  • FIG. 4 is an example of the ideal value and the actual set value of the relative dielectric constant of the Luneberg lens according to the first example.
  • the vertical axis represents the relative dielectric constant ⁇ r, and the horizontal axis represents r / R.
  • 41 is an ideal value
  • 42 is an actual set value.
  • Approaching 2 The Luneberg lens 11a can also be realized by making a hole in a material having a constant relative dielectric constant ⁇ r to change the effective dielectric constant.
  • the lens used as the emission direction separation unit 11 is not limited to the Luneberg lens, and any method having an emission direction separation function corresponding to the arrival direction of the electromagnetic wave may be used.
  • an aspherical lens can be used.
  • FIG. 5 is an example of a measurement apparatus that combines the electromagnetic lens and the sensor unit according to the first embodiment.
  • the left half (left half in FIG. 5) of the spherical Luneberg lens 11 a is an electromagnetic wave incident part, and the right half is covered with the sensor part 12.
  • the electromagnetic wave 32 and the electromagnetic wave 33 incident on the left half electromagnetic wave incident portion focus on different positions on the right half spherical surface according to the incident direction.
  • the sensors 12 (1), 12 (2)... 12 (n) By arranging the sensors 12 (1), 12 (2)... 12 (n) at positions corresponding to the focal position of the Luneberg lens 11a, the arrival direction of the electromagnetic wave and the magnitude of the energy (the electromagnetic wave) Strength).
  • the signal of each sensor is transmitted to the processing unit 13 via the signal transmission line 12d.
  • the electromagnetic wave 32 converges on the sensor 12 (n)
  • the electromagnetic wave 33 converges on the sensor 12 (1).
  • FIG. 6 is an overhead view of a sheet-like low reflection electromagnetic field sensor which is a sensor unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the low reflection electromagnetic field sheet of FIG.
  • the low reflection electromagnetic field sensor of the present embodiment is realized by a mushroom-like metal periodic structure as will be described later.
  • metal patches 21 are periodically arranged on the first layer that is the surface of the plate-like dielectric 20. Specifically, a plurality of metal patches 21 are arranged in a grid pattern in the row direction (horizontal direction) and the column direction (vertical direction). For example, metal patches 21 (1), 21 (2), 21 (3)... Are arranged in the row direction. Each metal patch 21 is connected by a resistor 25. A via 22 described later is provided in the center of each metal patch 21.
  • Each metal patch 21 is sufficiently small with respect to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave to be measured, and the length of one side of the metal patch 21 is (1/10) ⁇ or less.
  • the length of one side of the metal patch 21 is 12.5 mm or less.
  • the metal patch 21 is a square metal plate in this embodiment, but is not limited to a square.
  • a ground 24 that is a conductor as a second layer parallel to the first layer is provided near the back surface of the dielectric 20 as a surface having substantially the same size as the surface of the dielectric 20.
  • the ground 24 is connected to each metal patch 21 by a via 22 that is a conductor with the dielectric 20 interposed therebetween.
  • the metal patch 21 (1) is connected to the ground 24 by the via 22 (1)
  • the metal patch 21 (2) is connected to the ground 24 by the via 22 (2)
  • the metal patch 21 (3) is connected to the via 22. Connected to the ground 24 by (3).
  • a voltage sensor 27 is provided on the back surface of the dielectric 20 so as to correspond to the resistor 25 on a one-to-one basis.
  • a voltage sensor via 26 which is a conductor for connecting to the voltage sensor 27, is provided and penetrates the dielectric 20 and the ground 24 and is connected to the voltage sensor 27.
  • the ground 24 is provided with a hole through which the voltage sensor via 26 passes.
  • the ground 24 and the voltage sensor via 26 are not electrically connected.
  • voltage sensor vias 26 (1) and 26 (2) are provided at both ends of the resistor 25 (1) and connected to the voltage sensor 27 (1), and both ends of the resistor 25 (2).
  • voltage sensor vias 26 (3) and 26 (4) are provided and connected to the voltage sensor 27 (2).
  • the voltage sensor 27 detects the voltage induced at both ends of the resistor 25 through the voltage sensor via 26. Specifically, for example, the voltage sensor 27 (1) detects a voltage induced at both ends of the resistor 25 (1), and the voltage sensor 27 (2) detects a voltage induced at both ends of the resistor 25 (2). The sensor 27 (3) detects the voltage induced across the resistor 25 (3).
  • the voltage sensor 27 is composed of, for example, an amplifier, an AD converter, a voltage measuring device, and the like.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining camera position correction according to the first embodiment.
  • a camera for taking an image of the measurement object 16 may be arranged at the center of the lens (center position) like the camera 81 shown in FIG. Become. Therefore, in actuality, like the camera 82, it is arranged at a position separated from the center of the lens by the camera position difference 83. Since the actual image 82b obtained by the camera 82 is shifted in position by the camera position difference 83 as compared with the image 81b in the case where the camera is at the lens center, the center position correction of the camera position difference 83 is performed.
  • the maximum viewing angle ⁇ of the camera is known, and as described above, the arrival angle information of the electromagnetic wave measured by the sensor unit 12 refers to a table in which the position of the sensor unit and the arrival angle information of the electromagnetic wave are associated with each other. can get.
  • the viewing angle of the camera 82 and the viewing angle of the electromagnetic field measurement result by the lens unit 11 and the sensor unit 12 are matched, and the image of the measurement object 16 is taken by the camera 82 in a state where both viewing angles are matched.
  • 11 and the sensor unit 12 measure electromagnetic waves
  • the processing unit 13 corrects the center position of the camera position difference 83, and the images of both are superimposed and displayed on the display unit 15, thereby realizing visualization of electromagnetic wave analysis. .
  • the material of the dielectric 20 is, for example, thin polyimide, has flexibility, and can be bent. Therefore, it becomes easy to attach the low reflection electromagnetic field sheet along the spherical surface of the Luneberg lens 11a.
  • a plate-shaped sensor may be divided along the lens.
  • the voltage sensor 27 that measures the voltage for detecting the electromagnetic wave is used.
  • any other device that can detect the energy of the electromagnetic wave such as an element that measures electric power, may be used.
  • the low reflection electromagnetic field sensor is configured by using the square metal patch 21 as the electromagnetic wave absorbing element. However, it is an element that absorbs the electromagnetic wave and generates energy between the elements even if it is not non-reflective. Any shape may be used.
  • the sensor unit 12 and the processing unit 13 are separated, but may be integrated.
  • the generation position of the electromagnetic wave is displayed and the magnitude of the electromagnetic wave energy is displayed.
  • the electromagnetic wave energy magnitude is not displayed, that is, the electromagnetic wave having an energy of a predetermined value or more. It is also possible to display only the position where the error occurs.
  • the arrival direction of electromagnetic waves can be detected and displayed in real time.
  • the magnitude of electromagnetic wave energy can be detected and displayed in real time.
  • the Luneberg lens is used as the emission direction separation unit, it is possible to easily achieve convergence of incoming electromagnetic waves.
  • a flexible low reflection electromagnetic field sheet is used as the sensor unit, it can be easily attached to the Luneberg lens.
  • a low reflection electromagnetic field sensor constituted by a metal patch, a resistor, or the like is used, the energy of incoming electromagnetic waves can be efficiently absorbed.
  • the resistance is 377 ⁇ , which is the same as the wave impedance, the energy of the incoming electromagnetic wave can be efficiently absorbed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an emission direction separation unit having a plurality of electromagnetic lenses according to the second embodiment.
  • aspherical lenses 11b and 11c are used as the electromagnetic lenses.
  • the sensor part 12 is made into planar shape, it is not restricted to planar shape.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted. As shown in FIG.
  • two aspherical lens 11b and aspherical lens 11c are arranged in series along the incident direction of the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave energy collected by the large-diameter aspherical lens 11b is converted into an aspherical surface.
  • the light is further converged by the lens 11 c and transmitted to the sensor unit 12.
  • electromagnetic waves (shown by solid lines) incident on the aspheric lens 11b from the horizontal direction are converged by the aspheric lens 11b and incident on the aspheric lens 11c, and further converged by the aspheric lens 11c.
  • the sensor 12 (4) is focused.
  • electromagnetic waves (shown by broken lines) incident on the aspherical lens 11b from an oblique direction are converged by the aspherical lens 11b and incident on the aspherical lens 11c, further converged by the aspherical lens 11c, and then sensor 12 ( The focus is on 3).
  • the shape and number of aspheric lenses may be any shape and number as long as the energy intensity that can be received by the sensor 12 is increased.
  • the emission direction separation unit 11 of the second embodiment is effective in increasing the diameter of the lens in order to increase the sensitivity of electromagnetic wave detection. Since the energy of the electromagnetic wave at the focal position is determined by the effective aperture area of the lens, the larger the lens diameter, the easier it is to collect energy. Moreover, energy can be efficiently collected by arranging a plurality of lenses.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an emission direction separator using the parabolic antenna according to the third embodiment.
  • the sensor unit 12 is planar, but is not limited to planar.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted. It is not only the lens that has the function of separating and amplifying electromagnetic waves.
  • an antenna such as a parabolic antenna can be realized.
  • the plurality of parabolic antennas 11d (1), 11d (2), 11d (3), and 11d (4) are directly connected to the electromagnetic waves from the electromagnetic wave generation sources. Arrange them in an array so that they can be incident.
  • Each parabolic antenna is installed at a different angle to change the focal position of the reflected wave with respect to the arrival direction of the electromagnetic wave.
  • the antenna 11 d (1) reflects and emits the electromagnetic wave 18 (1) incident in the lateral direction in FIG. 10 to converge to the sensor 12 (1), and the antenna 11 d (2)
  • the electromagnetic wave 18 (2) slightly downward from 18 (1) is reflected, emitted, and converged on the sensor 12 (2), and the antenna 11d (3) receives the electromagnetic wave 18 (downward slightly from the electromagnetic wave 18 (2). 3) is reflected and emitted to converge to the sensor 12 (3), and the antenna 11d (4) reflects and emits the electromagnetic wave 18 (4) slightly downward from the electromagnetic wave 18 (3) to emit the sensor 12 (3). Converge to 4).
  • the sensors 12 (1), 12 (2), 12 (3), and 12 (4) at the focal positions of the parabolic antennas, only electromagnetic waves from a specific direction are detected. The direction of arrival is estimated.
  • FIG. 11 is an overhead view of a low reflection electromagnetic field sheet which is a sensor unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a ground pattern diagram of the low reflection electromagnetic field sheet according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the row voltage sensor wiring according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the column voltage sensor wiring according to the fourth embodiment.
  • the low reflection electromagnetic field sensor of the present embodiment is realized by a mushroom-type metal periodic structure formed by a metal patch and a via disposed in the center of the metal patch. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • metal patches 51 are periodically arranged on the first layer that is the surface of the plate-like dielectric 50. Specifically, a plurality of metal patches 51 are arranged in a grid pattern in the row direction (horizontal direction) and the column direction (vertical direction). For example, metal patches 51 (1), 51 (2), 51 (3)... Are arranged in the first row, and metal patches 51 (1), 51 (21), 51 are arranged in the first column. (31) is arranged. Each metal patch 51 is connected by a resistor 55. A via 52 described later is provided in the center of each metal patch 51.
  • Each metal patch 51 is sufficiently small with respect to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave to be measured, like the metal patch 21 of the first embodiment, and the length of one side of the metal patch 51 is (1/10) ⁇ or less.
  • the dielectric 50 is, for example, thin polyimide, has flexibility, and can be bent.
  • a ground 54 that is a conductor is provided as a second layer parallel to the first layer with a dielectric 50 interposed therebetween, as a surface that is substantially the same size as the surface of the dielectric 50.
  • FIG. 12 shows a ground pattern diagram of the low reflection electromagnetic field sheet according to the fourth embodiment.
  • the ground 54 is connected to each metal patch 51 by a via 52 that is a conductor with the dielectric 50 interposed therebetween.
  • the metal patch 51 (1) is connected to the ground 54 via the via 52 (1)
  • the metal patch 51 (2) is connected to the ground 54 via the via 52 (2)
  • the metal patch 51 (3) is connected to the via 52. Connected to the ground 54 by (3).
  • a row voltage sensor wiring 57 shown in FIG. 13 is provided with the dielectric 50 sandwiched between the ground 54 and a back surface of the dielectric 50 between the row voltage sensor wiring 57 shown in FIG.
  • the row voltage sensor 58 is connected to the row voltage sensor wiring 57 via a row voltage sensor via 56.
  • the column voltage sensor 68 is directly connected to the column voltage sensor wiring 67.
  • a voltage sensor via 53 which is a conductor, is provided.
  • the voltage sensor via 53 passes through the dielectric 50 and the ground 54, and is connected to the row voltage sensor 58 and the column voltage sensor 68 via the row voltage sensor wiring 57 and the column voltage sensor wiring 67.
  • the ground 54 is provided with a hole through which the voltage sensor via 53 is passed, so that the ground 54 and the voltage sensor via 53 are not electrically connected.
  • voltage sensor vias 53 (1) and 53 (2) are provided at both ends of the resistor 55 (1) in the first row and the first column.
  • the voltage sensor via 53 (1) is connected to the row voltage sensor wiring 57 (1) and the column voltage sensor wiring 67 (1)
  • the voltage sensor via 53 (2) is connected to the row voltage sensor wiring 57 (2). It is connected to the column voltage sensor wiring 67 (2).
  • Row voltage sensor wires 57 (1) and 57 (2) are connected to the row voltage sensor 58 (1)
  • column voltage sensor wires 67 (1) and 67 (2) are connected to the column voltage sensor 68 (1). Is connected.
  • both ends of the resistor 55 (1) are connected to the row voltage sensor 58 (1) and the column voltage sensor 68 (1).
  • both ends of the resistor 55 (2) in the first row and second column are connected to the row voltage sensor 58 (1) and the column voltage sensor 68 (2), and the resistor 55 (3) in the first row and third column is connected. Both ends are connected to a row voltage sensor 58 (1) and a column voltage sensor 68 (3). Further, both ends of the resistor 55 (21) in the second row and first column are connected to the row voltage sensor 58 (2) and the column voltage sensor 68 (1), and both ends of the resistor 55 (31) in the third row and first column are connected. The row voltage sensor 58 (3) and the column voltage sensor 68 (1) are connected.
  • the row voltage sensor 58 detects a voltage induced in the resistor 55 in the same row through the voltage sensor via 53, and the column voltage sensor 68 induces in the resistor 55 in the same column through the voltage sensor via 53.
  • the voltage to be detected is detected.
  • the row voltage sensor 58 (1) detects the voltage induced in the resistors 55 (1), 55 (2), 55 (3)... In the first row, and the column voltage sensor 68 (1).
  • the row voltage sensor 58 detects the row in which the voltage is induced, and the column voltage sensor 68 simultaneously detects the column in which the voltage is induced. Can be detected.
  • the number of voltage sensors can be reduced as compared with the first embodiment.
  • any sensor that can detect the energy of the element may be used instead of the voltage sensor that detects the voltage.
  • row voltage sensor wiring 57 the row voltage sensor 58, the column voltage sensor wiring 67, and the column voltage sensor 68 have been described, the same applies to the vertical direction resistance, for example, the resistance 55 (11).
  • Row voltage sensor wiring, row voltage sensor, column voltage sensor wiring, and column voltage sensor can be provided. It is also possible to adopt a configuration in which no vertical resistance is provided.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a main part of the three-dimensional electromagnetic field measurement apparatus according to the fifth embodiment.
  • the lens unit 11 in the first example is configured by a plurality of lenses that directly receive electromagnetic waves from noise sources, in the example of FIG. 15, two Luneberg lens lenses 11f and 11g, It detects the distance of the noise source.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the hemispherical surfaces of the lenses 11f and 11g on the electromagnetic wave incident side are arranged facing the noise source 17.
  • Sensor portions 12f and 12g are provided on the hemispherical surfaces of the lenses 11f and 11g opposite to the electromagnetic wave incident side, respectively.
  • the distance between the lenses 11f and 11g that is, the distance between the center of the lens 11f and the center of the lens 11g is defined as dx.
  • the distance between the noise source 17 and the installation positions of the lenses 11f and 11g that is, the length of the perpendicular 85 drawn from the noise source 17 with respect to the straight line connecting the center of the lens 11f and the center of the lens 11g, is d. Is 86. If the distance between the center of the lens 11g and the intersection 86 is a, the distance between the center of the lens 11f and the intersection 86 is dx ⁇ a.
  • Equation 3 when Equation 3 is solved for a and substituted into Equation 2, the following equation is obtained, and the distance d to the noise source 17 is known.
  • a spherical Luneberg lens When a spherical Luneberg lens is used, it has information on both the elevation angle and the azimuth angle as the detection angle, so that the two lenses 11f and 11g, the two sensor units 12f and 12g, and the processing unit 13 are used in a three-dimensional manner.
  • the position of the noise source 17 can be detected.
  • the two-dimensional position (noise arrival direction) of the noise source 17 is displayed, and the distance to the noise source 17 is expressed by a numerical value (for example, 15 m) together with this display. Display it.
  • the lens and the sensor unit may be a plurality of three or more.
  • the fifth embodiment described above it is possible to detect the arrival direction of the electromagnetic wave, that is, the two-dimensional position of the electromagnetic wave generation source and the distance to the electromagnetic wave generation source, and thus specify the three-dimensional position of the electromagnetic wave generation source. It becomes easy.
  • this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
  • the generation position of electromagnetic waves and the magnitude of energy are displayed on the background photographed by the camera.
  • the configuration does not use the background photographed by the camera, that is, the relative generation position and energy of the electromagnetic waves. It is also possible to display the size. It is also possible to adopt a configuration in which the magnitude of electromagnetic wave energy is not displayed, that is, only the generation position of an electromagnetic wave having energy of a predetermined value or more is displayed.
  • SYMBOLS 11 Ejection direction separation part, 11a ... Luneberg lens, 11b ... Aspherical lens, 11c ... Aspherical lens, 11d ... Parabolic antenna, 12 ... Sensor part, 12d ... Transmission line, 13 ... Processing part, 13d ... Transmission line, DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Camera part, 14d ... Transmission line, 15 ... Display part, 16 ... Measurement object, 16a ... Measurement object image, 17 ... Noise source, 17a ... Noise source image, 18 ... Electromagnetic wave, 20 ... Dielectric, 21 ... Metal patch , 22 ... via, 24 ... ground, 25 ... resistor, 26 ... voltage sensor via, 27 ...

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Abstract

　電磁波可視化装置が、電磁波の入射方向に応じて電磁波の射出方向を変える射出方向分離部と、射出方向分離部から射出された電磁波のエネルギーを感知して、該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号をそれぞれ出力する複数のセンサと、複数のセンサのそれぞれから検知信号を受信可能であって、センサから検知信号を受信すると、該検知信号を送信したセンサの位置情報を基にテーブルを参照して得た電磁波の到来方向情報を含む表示信号を出力する処理部と、複数の電磁波の到来方向をそれぞれ表示可能であって、表示信号を受信すると、該表示信号に含まれるセンサの位置情報から得る電磁波到来方向情報に基づき、当該電磁波の到来方向を表示する表示部とを備える。

Description

電磁波可視化装置
  本発明は、電磁波可視化装置に関するものである。
  社会インフラを支えるさまざまな電子装置は、高機能化に伴い高速化し、これらの機器から放射される電磁ノイズは、今後さらに増加する無線通信機器に対して電磁干渉を起こさないよう設計される必要がある。電磁干渉問題が発生した際には、現場での迅速なサーベイが必要であり、これらの電磁ノイズの発生源をリアルタイムに可視化する装置が求められている。
  電磁波の可視化技術として、特許文献１では電磁界強度を検知するセンサを走査し、センサの位置をカメラ画像から検知して、電磁界強度とセンサ位置とをディスプレイ上で重ね合わせる方式が示されている。
  特許文献２，３ではアンテナを複数配置し、各アンテナの信号に対してＭＵＳＩＣ法（Multiple Signal Classification）やＥＳＰＲＩＴ法（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などの到来方向推定信号処理を行い、その情報を元にディスプレイ上に電磁界分布を描く手法が示されている。
  特許文献４ではレンズとアンテナを用いた風速レーダを実現している。
ＷＯ２００９/０２８１８６号公報 特開２００５-２０７８４７号公報 特開２０１１-５３０５５号公報 特開２００８-１２２４１６号公報
  特許文献１に記載の技術では、装置の表面をセンサで走査するため、装置のどの部位から電磁ノイズが放射しているのかを捉えやすい。一方で、走査するために電磁ノイズのリアルタイム性は失われ、バースト的に放射される電磁ノイズは捉えにくいという問題がある。また、特許文献２に記載の技術ではマルチパスの影響を受けやすく、マルチパスの影響を軽減しようとすると特許文献３に記載の技術のように、段階的に到来方向推定を行う必要があり、リアルタイム性が失われる可能性がある。また、特許文献４に記載の技術では、受信センサにアンテナを用いており、アンテナ間の干渉を避け、かつ分解能を上げるためにはアンテナを機械的に操作する必要がある。このため、この方式でもリアルタイム性が失われる。
  上述したように、特許文献１～４の技術では、電磁ノイズの発生源をリアルタイムに可視化することが困難である。そこで、本発明では、電磁ノイズの発生源をリアルタイムに可視化することのできる電磁波可視化装置を提供する。
  本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
　電磁波の入射方向に応じて電磁波の射出方向を変える射出方向分離部と、
  前記射出方向分離部から射出された電磁波のエネルギーを感知して、該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号をそれぞれ出力する複数のセンサと、
  前記複数のセンサのそれぞれから前記検知信号を受信可能であって、前記センサから前記検知信号を受信すると、該検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向の情報を含む表示信号を出力する処理部と、
  複数の電磁波の到来方向をそれぞれ表示可能であって、前記表示信号を受信すると電磁波の到来方向を表示する表示部とを、電磁波可視化装置が備えることを特徴とする。
  本発明によれば、リアルタイムに電磁波の発生源を可視化することが可能である。
本発明の実施形態に係る電磁波可視化装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る電磁波可視化装置による測定例を示す図である。 本発明の第１実施例に係る電磁波レンズ（ルネベルグレンズ）を説明する図である。 本発明の第１実施例に係るルネベルグレンズの比誘電率の設定値の例である。 本発明の第１実施例に係るルネベルグレンズとセンサ部を組み合わせた測定装置の例である。 本発明の第１実施例に係るセンサ部である低反射電磁界シートの俯瞰図である。 図６の低反射電磁界シートの断面図である。 本発明の第１実施例に係るカメラ位置補正を説明する図である。 本発明の第２実施例に係る複数枚の電磁波レンズを有する射出方向分離部を説明する図である。 本発明の第３実施例に係るパラボラアンテナを用いた射出方向分離部を説明する図である。 本発明の第４実施例に係るセンサ部である低反射電磁界シートの俯瞰図である。 本発明の第４実施例に係る低反射電磁界シートのグランドパターン図である。 本発明の第４実施例に係る行電圧センサ配線を示す図である。 本発明の第４実施例に係る列電圧センサ配線を示す図である。 本発明の第５実施例に係る３次元電磁界測定装置の要部を示す図である。
  本発明の実施形態における電磁波可視化装置の構成について、図１と図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電磁波可視化装置の構成図である。図２は、本実施形態に係る電磁波可視化装置による測定例を示す図である。
  図１に示すように、本実施形態では、電磁波可視化装置は、電磁波の到来方向（入射方向）に応じて電磁波の射出方向を分離する分離機能を有する射出方向分離部１１と、電磁波のエネルギーによって電圧を誘起する複数のセンサ１２（１）、１２（２）、１２（３）・・・を配置したセンサ部１２と、測定対象の画像を撮影し該撮影した画像の画像信号を出力する撮像部であるカメラ部１４と、センサ部１２やカメラ部１４からの信号を処理する処理部１３と、表示部１５とを備える。各センサ１２（１）、１２（２）、１２（３）・・・は、処理部１３と、それぞれ伝送線路１２ｄにより信号接続されている。カメラ部１４は、処理部１３と、伝送線路１４ｄにより信号接続されている。表示部１５は、処理部１３と、伝送線路１３ｄにより信号接続されている。
  射出方向分離部１１は、例えば、電磁波レンズで構成され、レンズに入射する電磁波を収束させるとともに、入射する電磁波の到来方向に応じて、レンズから射出する電磁波の射出方向や射出位置を変え、複数の電磁波の到来方向に対してはそれぞれ異なる位置に収束させる、つまり焦点を結ぶようにするものである。レンズの詳細は後述する。センサ部１２は、射出方向分離部１１から射出された電磁波のエネルギーを感知して該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力するセンサ１２（１）、１２（２）、１２（３）・・・を複数配置している。したがって、レンズに入射する電磁波の収束位置（焦点）に対応する位置にあるセンサが検知信号を出力するようになっている。すなわち、レンズに入射する電磁波の収束位置に応じて、検知信号を出力するセンサが異なるものである。
  処理部１３は、センサ部１２の複数のセンサのそれぞれから検知信号を受信可能であって、その内部にはセンサ位置と電磁波の到来角度、すなわち電磁波の到来方向情報とを対応付けたテーブルを有している。センサ部１２のセンサのいずれかから検知信号を受信すると、該検知信号を送信したセンサの位置情報から、このテーブルを参照してセンサ位置に対応する電磁波の到来方向情報を得て、当該電磁波の到来方向情報と前記受信した検知信号の強さ情報とを含む表示信号を出力する。また、処理部１３では、カメラ部１４で撮影した画像の画像信号を受信しており、この画像信号に、電磁波到来方向情報と検知信号の強さ情報とを含む信号を重ね合わせた表示信号を作成して、表示部１５へ出力する。
  表示部１５は、複数のノイズの位置をそれぞれ表示可能であって、処理部１３から表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる電磁波到来方向情報と検知信号の強さ情報とに基づき、測定対象における電磁波発生位置と検知信号の強さ、すなわち電磁波の強さとを、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等に表示する。また、表示部１５は、処理部１３から受信した表示信号を表示することで、カメラ部１４で撮影した画像も同時に表示する。このように、表示部１５では、電磁波到来方向情報と検知信号の強さ情報とを含む情報が、カメラ部１４で撮影された測定対象の画像に重ねられて表示される。
  図２の例で説明すると、例えば測定対象１６のノイズ源１７から発生した電磁波１８を、射出方向分離部である電磁波レンズ１１で分離、つまり、電磁波の到来方向に応じて電磁波レンズ１１から射出する電磁波の射出方向を変え、センサ部１２へ入射させる。センサ部１２では、電磁波レンズ１１を透過した電磁波が入射してエネルギーが誘起されたセンサが、誘起されたエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力する。処理部１３では、検知信号を出力したセンサ位置（番号）と検知信号の強さとを認識する。処理部１３の内部には、センサ位置（番号）と電磁波の到来角度とを対応づけたテーブルを有しており、検知信号を出力したセンサの位置情報を基にテーブルを参照し電磁波の到来角度を得る。このようにして電磁波の到来角度により測定対象において電磁波の発生位置情報を得ることができる。また、処理部１３では、カメラ部１４で撮影した画像の画像信号を受信しており、この画像信号に、センサ位置情報を基に得られる電磁波の到来方向、すなわち測定対象における電磁波の発生位置情報と、検知信号の強さ情報、すなわち電磁波の強さ情報とを含む信号を重ね合わせた表示信号を作成して、表示部１５へ出力する。表示部１５は、処理部１３から受信した表示信号を表示することで、カメラ部１４で撮影した画像上に、測定対象１６のノイズ源１７の位置と、ノイズの大きさを表示し、電磁波の可視化を実現する。
  図２の例では、表示部１５に、測定対象１６の画像１６ａが表示され、さらに、その画像上に、ノイズ源１７の画像１７ａの位置とノイズの大きさが表示されている。ノイズの大きさは、画像１７ａの大きさで示されているが、別の方法、例えば、相対的な数値表示により、色で表しても良く、また画面上に数値を表示しても良い。
  なお、処理部１３は、センサ部１２のセンサのいずれかから検知信号を受信すると、受信した検知信号の強さが所定値以上の場合に、該受信した検知信号の強さ情報を含まず、該検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向情報のみを含む表示信号を出力するよう構成することもできる。この場合、表示部１５は、センサの位置を表示する際に、検知信号の強さに関わらない表示を行う。例えば、図２の例では、ノイズの大きさは、検知信号の強さに関わらず一定の大きさで表示される。
（第１実施例）
  次に、射出方向分離部１１に電磁波レンズであるルネベルグレンズを用いる第１実施例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施例に係るルネベルグレンズを説明する図である。電磁波レンズの一つであるルネベルグレンズ１１ａは、レンズを形成する球体の比誘電率εrを、外周から中心に向かってεr＝1からεr＝２に徐々に変化させた構造体である。このレンズに電磁波が入射すると、到来角によりレンズの表面のある位置に焦点を結ぶ。
  例えば図３に示すように、電磁波３２、電磁波３３のように到来角の異なる電磁波がレンズに入射した場合、電磁波３２は焦点３２ｆに収束し、電磁波３３は焦点３３ｆに収束する。異なる到来方向から入射した複数の電磁波は、それぞれ異なる一点に収束するため、電磁波が収束した焦点位置から、その電磁波の到来方向が分かる。
  ルネベルグレンズ１１ａの中心から距離ｒの位置の比誘電率εrの理想値は、レンズの直径を２Ｒとすると以下の式に従う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  ルネベルグレンズ１１ａでは、連続的に比誘電率εrが変化していくことが望ましいが、実際には図４に示すように、比誘電率εrがレンズ１１ａの中心からの距離ｒに対して非連続的（階段状）に変化するように形成（設定）されている。図４は、第１実施例に係るルネベルグレンズの比誘電率の理想値と実際の設定値の例であり、縦軸は比誘電率εr、横軸はｒ／Ｒである。図４において、４１は理想値であり、４２は実際の設定値である。ｒ／Ｒが１に近づくほど、つまり、球状のレンズ表面に近づくほど比誘電率εrが１に近づき、ｒ／Ｒが０に近づくほど、つまり、球状のレンズ中心に近づくほど比誘電率εrが２に近づいている。
  なお、比誘電率εrが一定の物質に穴をあけて実効的な誘電率を変化させることで、ルネベルグレンズ１１ａを実現することもできる。
  また、本実施例では球状のルネベルグレンズを用いたが、射出方向分離部１１として用いるレンズはルネベルグレンズに限らず、電磁波到来方向に応じた射出方向分離機能を有していればどのような形状でもよく、例えば、非球面レンズを用いることもできる。
  電磁波レンズとセンサ部を組み合わせた測定装置の例を、図５を用いて説明する。図５は、第１実施例に係る電磁波レンズとセンサ部を組み合わせた測定装置の例である。球形のルネベルグレンズ１１ａの左半分（図５における左半分）を電磁波入射部とし、右半分をセンサ部１２で覆っている。左半分の電磁波入射部に入射した電磁波３２及び電磁波３３は、その入射方向に応じて、右半分の球面上の異なる位置に焦点を結ぶ。このルネベルグレンズ１１ａの焦点位置に対応する位置に、センサ１２（１）、１２（２）・・・１２（ｎ）を配置することで、電磁波の到来方向とそのエネルギーの大きさ（電磁波の強さ）を検知する。各センサの信号は、それぞれ信号伝送線路１２ｄを経由して処理部１３に伝送される。図５の例では、電磁波３２はセンサ１２（ｎ）に収束し、電磁波３３はセンサ１２（１）に収束している。
  次に、第１実施例のセンサ部１２について、図６と図７を用いて説明する。図６は、第１実施例に係るセンサ部であるシート状の低反射電磁界センサの俯瞰図である。図７は、図６の低反射電磁界シートの断面図である。本実施例の低反射電磁界センサは、後述するようにマッシュルーム状の金属の周期構造で実現される。
  図６に示すように、板状の誘電体２０の表面である第１層に、金属パッチ２１が周期状に配置されている。詳しくは、複数の金属パッチ２１が行方向（横方向）と列方向（縦方向）に、碁盤の目状に配置されている。例えば、行方向には、金属パッチ２１（１）、２１（２）、２１（３）・・・が配置されている。各金属パッチ２１は、抵抗２５により接続されている。各金属パッチ２１の中央には、それぞれ、後述するビア２２が設けられている。
  各金属パッチ２１は、測定する電磁波の波長λに対して十分小さい大きさであり、金属パッチ２１の１辺の長さは、（１／１０）λ以下である。例えば、測定する電磁波の周波数が２．４ＧＨｚの場合は、金属パッチ２１の１辺の長さは１２．５ｍｍ以下とする。金属パッチ２１は、本実施例では正方形の金属板であるが、正方形に限られるものではない。
  図７に示すように、誘電体２０の裏面近くに、第１層と平行な第２層として導体であるグランド２４が、誘電体２０の面と略同じ大きさの面として設けられている。グランド２４は、誘電体２０を挟んで導体であるビア２２により、各金属パッチ２１と接続されている。詳しくは、金属パッチ２１（１）はビア２２（１）によりグランド２４と接続され、金属パッチ２１（２）はビア２２（２）によりグランド２４と接続され、金属パッチ２１（３）はビア２２（３）によりグランド２４と接続される。
  図７に示すように、誘電体２０の裏面には、電圧センサ２７が抵抗２５と１対１で対応するように設けられている。抵抗２５の両端部には、電圧センサ２７と接続するための導体である電圧センサ用ビア２６が設けられ、誘電体２０とグランド２４を貫通して、電圧センサ２７に接続されている。グランド２４には、電圧センサ用ビア２６を通す穴が設けられており、グランド２４と電圧センサ用ビア２６は電気的に導通しないようになっている。詳しくは、例えば、抵抗２５（１）の両端部に、電圧センサ用ビア２６（１），２６（２）が設けられ、電圧センサ２７（１）に接続され、抵抗２５（２）の両端部に、電圧センサ用ビア２６（３），２６（４）が設けられ、電圧センサ２７（２）に接続されている。
  電圧センサ２７は、電圧センサ用ビア２６を介して、抵抗２５の両端に誘起する電圧を検出する。詳しくは、例えば、電圧センサ２７（１）は抵抗２５（１）の両端に誘起する電圧を検出し、電圧センサ２７（２）は抵抗２５（２）の両端に誘起する電圧を検出し、電圧センサ２７（３）は抵抗２５（３）の両端に誘起する電圧を検出する。電圧センサ２７は、例えば、増幅器やＡＤ変換器や電圧測定器等により構成される。
  電磁波が、低反射電磁界シートを構成する金属パッチ２１のいずれかに照射されると、照射された金属パッチ２１に接続された抵抗２５にのみ電圧が誘起されるため、その抵抗２５に接続された電圧センサ２７の位置から電磁波の到来方向がわかる。
  このとき、抵抗２５を波動インピーダンスと同様の３７７Ωとすれば、空間とセンサ部１２のインピーダンスが整合され、電磁波が反射せずセンサ部１２に電磁波のエネルギーが吸収される。
  次に、第１実施例に係るカメラ位置について、図８を用いて説明する。図８は、第１実施例に係るカメラ位置補正を説明する図である。
  測定対象１６の画像を撮影するためのカメラは、図８に示すカメラ８１のように、レンズ中央（中心位置）に配置できればよいが、レンズ中央に配置すると、電磁波の測定の際に障害物となる。そこで、実際には、カメラ８２のように、レンズ中央からカメラ位置差分８３だけ離した位置に配置する。カメラ８２で得られる実際の画像８２ｂは、カメラがレンズ中心にある場合の画像８１ｂと比較して、カメラ位置差分８３だけ位置がずれているので、カメラ位置差分８３の中心位置補正を行う。
  また、カメラの最大視野角θは既知であり、前述したように、センサ部１２で測定した電磁波の到来角度情報は、センサ部の位置と電磁波の到来角度情報を対応づけたテーブルを参照して得られる。カメラ８２の視野角とレンズ部１１とセンサ部１２による電磁界測定結果の視野角とを合わせ、該両視野角を合わせた状態で、カメラ８２で測定対象１６の画像を撮影するとともに、レンズ部１１とセンサ部１２で電磁波を測定し、処理部１３で、カメラ位置差分８３の中心位置補正を行い、両者の画像を重ねて、表示部１５に表示することにより、電磁波解析の可視化を実現する。
  誘電体２０の材質は、例えば薄いポリイミドであり、柔軟性を有し、折り曲げ可能である。したがって、ルネベルグレンズ１１aの球面に沿って、低反射電磁界シートを取り付けることが容易となる。そのほかに、板状のセンサを分割してレンズに沿わせても良い。
  本実施例では、電磁波の検出用に電圧を測定する電圧センサ２７を用いたが、電磁波のエネルギーを検出できるものであれば別のもの、例えば電力を測定する素子等であってもよい。
  また、本実施例では、電磁波吸収素子として正方形状の金属パッチ２１を用いて低反射電磁界センサを構成したが、無反射でなくとも電磁波を吸収し、素子間にエネルギーを生じさせる素子であればどのような形であってもよい。また、センサ部１２と処理部１３は分離型としたが、一体型としてもよい。
  また、本実施例では、電磁波の発生位置を表示するとともに電磁波のエネルギーの大きさを表示する構成としたが、電磁波のエネルギーの大きさを表示しない構成、つまり、所定値以上のエネルギーを有する電磁波の発生位置のみを表示する構成とすることも可能である。
  以上説明した第１実施例によれば、次の効果を得ることができる。
  （１）電磁波の到来方向を検知して、リアルタイムに表示することができる。
  （２）電磁波のエネルギーの大きさを検知して、リアルタイムに表示することができる。
  （３）射出方向分離部としてルネベルグレンズを用いるので、到来する電磁波を収束することが簡易に実現できる。
  （４）センサ部として柔軟な低反射電磁界シートを用いるので、ルネベルグレンズに取り付けることが容易となる。
  （５）金属パッチや抵抗等により構成される低反射電磁界センサを用いるので、到来する電磁波のエネルギーを効率よく吸収できる。加えて、抵抗を波動インピーダンスと同様の３７７Ωとすると、さらに、到来する電磁波のエネルギーを効率よく吸収できる。
（第２実施例）
  次に、射出方向分離部１１に非球面レンズを用いる第２実施例を、図９を用いて説明する。図９は、第２実施例に係る複数枚の電磁波レンズを有する射出方向分離部を説明する図であり、ここでは、電磁波レンズとして非球面レンズ１１ｂ，１１ｃを用いている。また、センサ部１２は平面状としているが、平面状に限られるものではない。他の構成は、第１実施例と同様なので説明を省略する。
  図９に示すように、電磁波の入射方向に沿って直列に、非球面レンズ１１ｂ、非球面レンズ１１ｃの２枚を並べて配置し、大口径の非球面レンズ１１ｂで集めた電磁波エネルギーを、非球面レンズ１１ｃでさらに収束して、センサ部１２に伝える。
  図９の例では、非球面レンズ１１ｂに対し水平方向から入射した電磁波（実線で示す）は、非球面レンズ１１ｂで収束されて非球面レンズ１１ｃに入射し、非球面レンズ１１ｃでさらに収束されて、センサ１２（４）で焦点を結んでいる。また、非球面レンズ１１ｂに対し斜め方向から入射した電磁波（破線で示す）は、非球面レンズ１１ｂで収束されて非球面レンズ１１ｃに入射し、非球面レンズ１１ｃでさらに収束されて、センサ１２（３）で焦点を結んでいる。非球面レンズの形状や枚数は、センサ１２が受信できるエネルギー強度をかせげれば、任意の形状、枚数でよい。
  このように、第２実施例の射出方向分離部１１は、電磁波検知の高感度化のためにレンズの大口径化を図る場合に有効である。焦点位置での電磁波のエネルギーはレンズの有効開口面積によって決まるため、レンズを大口径にするほどエネルギーを集めやすい。また、レンズを複数枚配置することにより、効率的にエネルギーを集めることができる。
（第３実施例）
  次に、射出方向分離部１１にアンテナを用いる第３実施例を、図１０を用いて説明する。図１０は、第３実施例に係るパラボラアンテナを用いた射出方向分離部を説明する図である。センサ部１２は平面状としているが、平面状に限られるものではない。他の構成は、第１実施例と同様なので説明を省略する。
  電磁波を分離し増幅する機能を有するのは、レンズのみではない。例えば、パラボラアンテナのようなアンテナでも実現可能である。図１０に示すように、第３実施例では、複数のパラボラアンテナ１１ｄ（１）、１１ｄ（２）、１１ｄ（３）、１１ｄ（４）を、各アンテナが電磁波発生源からの電磁波をそれぞれ直接入射できるよう、アレー状に配置する。各パラボラアンテナは、互いに角度を変化させて設置し、電磁波の到来方向に対する反射波の焦点位置を変化させる。
  図１０の例では、アンテナ１１ｄ（１）は、図１０において横方向に入射する電磁波１８（１）を、反射し射出してセンサ１２（１）に収束させ、アンテナ１１ｄ（２）は、電磁波１８（１）よりもやや下向きの電磁波１８（２）を、反射し射出してセンサ１２（２）に収束させ、アンテナ１１ｄ（３）は、電磁波１８（２）よりもやや下向きの電磁波１８（３）を、反射し射出してセンサ１２（３）に収束させ、アンテナ１１ｄ（４）は、電磁波１８（３）よりもやや下向きの電磁波１８（４）を、反射し射出してセンサ１２（４）に収束させる。
  このように、各パラボラアンテナの焦点の位置に、センサ１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）を配置することで、それぞれ特定の方向からの電磁波のみを検知し、その到来方向を推定する。
（第４実施例）
  次に、センサ部１２として、行毎及び列毎に電圧センサを設ける第４実施例を、図１１ないし図１４を用いて説明する。図１１は、第４実施例に係るセンサ部である低反射電磁界シートの俯瞰図である。図１２は、第４実施例に係る低反射電磁界シートのグランドパターン図である。図１３は、第４実施例に係る行電圧センサ配線を示す図である。図１４は、第４実施例に係る列電圧センサ配線を示す図である。本実施例の低反射電磁界センサは、第１実施例のセンサと同様に、金属パッチと金属パッチの中央に配置したビアで形成されるマッシュルーム型の金属の周期構造で実現される。他の構成は、第１実施例と同様なので説明を省略する。
  図１１に示すように、板状の誘電体５０の表面である第１層に金属パッチ５１が周期状に配置されている。詳しくは、複数の金属パッチ５１が行方向（横方向）と列方向（縦方向）に、碁盤の目状に配置されている。例えば、１行目には、金属パッチ５１（１）、５１（２）、５１（３）・・・が配置され、１列目には、金属パッチ５１（１）、５１（２１）、５１（３１）・・・が配置されている。各金属パッチ５１の間は、抵抗５５により接続されている。各金属パッチ５１の中央には、それぞれ、後述するビア５２が設けられている。
  各金属パッチ５１は、第１実施例の金属パッチ２１と同様に、測定する電磁波の波長λに対して十分小さい大きさであり、金属パッチ５１の１辺の長さは、（１／１０）λ以下である。また、誘電体５０は、例えば薄いポリイミドであり、柔軟性を有し、折り曲げ可能である。
  第１実施例と同様に、誘電体５０を挟んで、第１層と平行な第２層として導体であるグランド５４が、誘電体５０の面と略同じ大きさの面として設けられている。第４実施例に係る低反射電磁界シートのグランドパターン図を図１２に示す。
  グランド５４は、誘電体５０を挟んで導体であるビア５２により、各金属パッチ５１と接続されている。詳しくは、金属パッチ５１（１）はビア５２（１）によりグランド５４と接続され、金属パッチ５１（２）はビア５２（２）によりグランド５４と接続され、金属パッチ５１（３）はビア５２（３）によりグランド５４と接続される。
  さらに、グランド５４との間で誘電体５０を挟んで、図１３に示す行電圧センサ配線５７が設けられ、さらに、誘電体５０の裏面には、図１３に示す行電圧センサ配線５７との間で誘電体５０を挟んで、図１４に示す列電圧センサ配線６７と行電圧センサ５８と列電圧センサ６８が設けられている。
  行電圧センサ５８は、行電圧センサ用ビア５６を介して、行電圧センサ配線５７に接続されている。列電圧センサ６８は、直接、列電圧センサ配線６７に接続されている。
  抵抗５５の両端部には、導体である電圧センサ用ビア５３が設けられている。電圧センサ用ビア５３は、誘電体５０とグランド５４を貫通し、行電圧センサ配線５７と列電圧センサ配線６７を介して、行電圧センサ５８と列電圧センサ６８に接続されている。グランド５４には、電圧センサ用ビア５３を通す穴が設けられており、グランド５４と電圧センサ用ビア５３は電気的に導通しないようになっている。
  詳しくは、例えば、１行１列目の抵抗５５（１）の両端部に、電圧センサ用ビア５３（１），５３（２）が設けられる。電圧センサ用ビア５３（１）は、行電圧センサ配線５７（１）と列電圧センサ配線６７（１）に接続され、電圧センサ用ビア５３（２）は、行電圧センサ配線５７（２）と列電圧センサ配線６７（２）に接続される。行電圧センサ５８（１）には、行電圧センサ配線５７（１）と５７（２）が接続され、列電圧センサ６８（１）には、列電圧センサ配線６７（１）と６７（２）が接続されている。かくして、抵抗５５（１）の両端は、行電圧センサ５８（１）と列電圧センサ６８（１）に接続される。
  同様にして、１行２列目の抵抗５５（２）の両端は、行電圧センサ５８（１）と列電圧センサ６８（２）に接続され、１行３列目の抵抗５５（３）の両端は、行電圧センサ５８（１）と列電圧センサ６８（３）に接続されている。また、２行１列目の抵抗５５（２１）の両端は、行電圧センサ５８（２）と列電圧センサ６８（１）に接続され、３行１列目の抵抗５５（３１）の両端は、行電圧センサ５８（３）と列電圧センサ６８（１）に接続されている。
  行電圧センサ５８は、電圧センサ用ビア５３を介して、同じ行の抵抗５５に誘起する電圧を検出し、列電圧センサ６８は、電圧センサ用ビア５３を介して、同じ列の抵抗５５に誘起する電圧を検出する。詳しくは、例えば、行電圧センサ５８（１）は、１行目の抵抗５５（１）、５５（２）、５５（３）・・・に誘起する電圧を検出し、列電圧センサ６８（１）は、１列目の抵抗５５（１）、５５（２１）、５５（３１）・・・に誘起する電圧を検出する。したがって、行電圧センサ５８と列電圧センサ６８により、どの抵抗５５に電圧が誘起したかがわかる、つまり、電磁波の到来方向がわかる。
  このように、第４実施例においては、行電圧センサ５８で電圧が誘起される行を検知し、同時に列電圧センサ６８で電圧が誘起される列を検知することで、電圧が誘起される素子の位置を検知することができる。第４実施例によれば、電圧センサの数を、第１実施例よりも少なくすることができる。
  なお、第４実施例においても、第１実施例と同様に、電圧を検知する電圧センサでなくとも、素子のエネルギーを検知できるセンサであればよい。
  また、以上の説明では、説明を簡易にするため、図１１における横方向の抵抗、つまり、金属パッチ５１間を横方向に接続する抵抗、例えば抵抗５５（１）等について、電圧センサ用ビア５３や行電圧センサ配線５７や行電圧センサ５８や列電圧センサ配線６７や列電圧センサ６８を説明したが、縦方向の抵抗、例えば抵抗５５（１１）等についても、同様な、電圧センサ用ビアや行電圧センサ配線や行電圧センサや列電圧センサ配線や列電圧センサ（いずれも不図示）を設けることができる。なお、縦方向の抵抗を設けない構成とすることも可能である。
（第５実施例）
  次に、３次元における電磁波発生源の位置を特定できる第５実施例を、図１５を用いて説明する。図１５は、第５実施例に係る３次元電磁界測定装置の要部を示す図である。
  第５実施例においては、第１実施例におけるレンズ部１１を、それぞれノイズ源からの電磁波を直接入射する複数のレンズ、図１５の例では、２つのルネベルグレンズレンズ１１ｆ、１１ｇで構成し、ノイズ源の距離を検知するものである。他の構成は、第１実施例と同様なので説明を省略する。
  図１５に示すように、ノイズ源１７に対し、レンズ１１ｆと１１ｇの電磁波入射側の半球面を向けて配置する。レンズ１１ｆと１１ｇの電磁波入射側と反対側の半球面には、それぞれ、センサ部１２ｆと１２ｇが設けられている。レンズ１１ｆと１１ｇの間の距離、つまり、レンズ１１ｆの中心とレンズ１１ｇの中心との間の距離をｄｘとする。ノイズ源１７と、レンズ１１ｆ，１１ｇの設置位置との間の距離、つまり、レンズ１１ｆの中心とレンズ１１ｇの中心を結ぶ直線に対し、ノイズ源１７から下ろした垂線８５の長さをｄ、交点を８６とする。レンズ１１ｇの中心と交点８６との間の距離をaとすると、レンズ１１ｆの中心と交点８６との間の距離はｄｘ－aとなる。
  ノイズ源１７からの電磁波を、レンズ１１ｆで検知した角度を検知角度α1、レンズ１１ｇで検知した角度を検知角度α2とすると、距離dとの間に以下の数式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
   ここで式３をaについて解き、式２に代入すると以下の式を得られ、ノイズ源１７までの距離ｄがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  球状のルネベルグレンズを使用した場合には、検知角度として、仰角と方位角の双方の情報を持つので、２つのレンズ１１ｆ，１１ｇと２つのセンサ部１２ｆ，１２ｇおよび処理部１３により、３次元におけるノイズ源１７の位置を検知することができる。２次元表示の表示部に表示する場合は、例えば、ノイズ源１７の２次元位置（ノイズの到来方向）を表示し、この表示と併せて、ノイズ源１７までの距離を数値（例えば１５ｍ）で表示するようにする。
  なお、本実施例では２つのレンズおよびセンサ部を用いる場合を示したが、レンズおよびセンサ部は、３つ以上の複数としてもよい。
  以上説明した第５実施例によれば、電磁波の到来方向つまり電磁波発生源の２次元位置と、電磁波発生源までの距離とを検知することができるので、電磁波発生源の３次元位置を特定することが容易となる。
  なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
  上述の実施形態では、電磁波の発生位置とエネルギーの大きさとを、カメラで撮影した背景上に表示したが、カメラで撮影した背景を用いない構成、つまり、電磁波の相対的な発生位置とエネルギーの大きさとを表示する構成とすることも可能である。
  また、電磁波のエネルギーの大きさを表示しない構成、つまり、所定値以上のエネルギーを有する電磁波の発生位置のみを表示する構成とすることも可能である。
  １１…射出方向分離部、１１ａ…ルネベルグレンズ、１１ｂ…非球面レンズ、１１ｃ…非球面レンズ、１１ｄ…パラボラアンテナ、１２…センサ部、１２ｄ…伝送線路、１３…処理部、１３ｄ…伝送線路、１４…カメラ部、１４ｄ…伝送線路、１５…表示部、１６…測定対象、１６ａ…測定対象映像、１７…ノイズ源、１７ａ…ノイズ源映像、１８…電磁波、２０…誘電体、２１…金属パッチ、２２…ビア、２４…グランド、２５…抵抗、２６…電圧センサ用ビア、２７…電圧センサ、３２…電磁波、３２ｆ…焦点、３３…電磁波、３３ｆ…焦点、４１…理論値、４２…設定値、５０…誘電体、５１…金属パッチ、５２…ビア、５３…電圧センサ用ビア、５４…グランド、５５…抵抗、５６…行電圧センサ用ビア、５７…行電圧センサ配線、５８…行電圧センサ、６７…列電圧センサ配線、６８…列電圧センサ、８１…カメラ（レンズ中心位置）、８１ａ…カメラがレンズ中心にある場合の最大視野、８１ｂ…カメラがレンズ中心にある場合の画像、８２…カメラ（実際配置位置）、８２ａ…実際の最大視野、８２ｂ…実際の画像、８３…カメラ位置補正、８４…最大視野角θ、８５…垂線、８６…交点。

Claims (10)

  1.   電磁波の入射方向に応じて電磁波の射出方向を変える射出方向分離部と、
      前記射出方向分離部から射出された電磁波のエネルギーを感知して、該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号をそれぞれ出力する複数のセンサと、
      前記複数のセンサのそれぞれから前記検知信号を受信可能であって、前記センサから前記検知信号を受信すると、該検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向の情報を含む表示信号を出力する処理部と、
      複数の電磁波の到来方向をそれぞれ表示可能であって、前記表示信号を受信すると電磁波の到来方向を表示する表示部とを、備えることを特徴とする電磁波可視化装置。
  2.   請求項１に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記表示部は、前記検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向を表示する際に、前記検知信号の強さに応じた表示を行うことを特徴とする電磁波可視化装置。
  3.   請求項１に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記処理部は、前記センサから受信した検知信号の強さが所定値以上の場合に、該検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向の情報を含む表示信号を出力することを特徴とする電磁波可視化装置。
  4.   請求項１ないし請求項３に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記射出方向分離部は、電磁波レンズで構成されることを特徴とする電磁波可視化装置。
  5.   請求項４に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記電磁波レンズはルネベルグレンズで構成され、前記複数のセンサは柔軟性のある低反射電磁界シートで構成されることを特徴とする電磁波可視化装置。
  6.   請求項４に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記電磁波レンズは、電磁波の入射方向に沿って直列に配置された複数の非球面レンズで構成されることを特徴とする電磁波可視化装置。
  7.   請求項１ないし請求項３に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記射出方向分離部は、それぞれ電磁波が直接入射される複数のアンテナで構成されることを特徴とする電磁波可視化装置。
  8.   請求項１ないし請求項７に記載の電磁波可視化装置であって、
      測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
      前記処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサに対応づけられた電磁波の到来方向の情報とを含む表示信号を出力し、
      前記表示部は、前記表示信号を受信すると、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波可視化装置。
  9.   請求項１ないし請求項８に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記処理部は前記複数のセンサの位置と電磁波の到来方向とを対応づけたテーブルを有しており、前記検知信号を出力したセンサの位置情報を基に前記テーブルを参照し電磁波の到来方向情報を得ることを特徴とする電磁波可視化装置。
  10.   請求項１ないし請求項９に記載の電磁波可視化装置であって、
      前記射出方向分離部は、複数、互いに離間して設けられ、
      前記処理部は、前記複数のセンサからの検知信号に基づき、電磁波発生源から前記複数の射出方向分離部へ入射する電磁波の検知角度をそれぞれ求めて、該求めたそれぞれの検知角度により、前記電磁波発生源の３次元位置情報を含む表示信号を出力し、
      前記表示部は、前記電磁波発生源の３次元位置表示を行うことを特徴とする電磁波可視化装置。
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