(57)【要約】【課題】下水管やトンネル等の内壁のひび割れなどを視認検査するのに適した広視野撮像装置において、移動速度を速めても映像のぶれが小さく検査時間の短縮を図った広視野撮像装置を提供する。【解決手段】中央に開口部を有し凸鏡面からなる主鏡１と、主鏡１と対向し中央に開口部を有する副鏡２と、副鏡２の開口部に設置されたレンズ３と、主鏡１及び副鏡２によって反射された反射光とレンズ３を透過し入射した入射光とを受光することにより撮像する撮像装置５と、撮像装置５からの映像情報を表示装置６に向けて出力するための映像情報出力手段と、主鏡１と副鏡２とレンズ３とを搭載した移動手段とを備える。主鏡１は動径方向外側の第１鏡面１ａと動径方向内側の第２鏡面１ｂとを有し、第２鏡面１ｂの曲率半径は第１鏡面１ａの曲率半径に比べて小さいようにした。【選択図】          図１
2004312593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に開口部を有し凸鏡面からなる回転対称形状の主鏡と、前記主鏡と対向し中央に開口部を有する回転対称形状の副鏡と、前記副鏡の開口部に設置されたレンズと、前記主鏡によって副鏡方向へ反射されたのち前記副鏡によって主鏡開口部方向へ反射された反射光と前記レンズを透過し主鏡開口部方向へ入射した入射光とを受光することにより撮像する撮像装置と、撮像装置からの映像情報を表示装置に向けて出力するための映像情報出力手段と、前記主鏡と前記副鏡と前記レンズとを搭載した移動手段とを備え、前記主鏡は動径方向外側の第１鏡面と前記第１鏡面より勾配が緩やかな動径方向内側の第２鏡面とを有し、前記第２鏡面の曲率半径は前記第１鏡面の曲率半径に比べて小さいことを特徴とする広視野撮像装置。
【請求項２】
前記移動手段は、撮像時において前記主鏡から前記副鏡に向かう方向に進行し、前記第２鏡面を介して撮像された被写体が前記第１鏡面を介して撮像されるまでの間に減速または停止できることを特徴とする請求項１記載の広視野撮像装置。
【請求項３】
前記第１鏡面は、前記撮像装置によって撮像された映像のうち入射角９０度方向の映像における主鏡径の単位角度あたりの円周上長さと入射光の前記単位角度あたりの動径方向長さとが等しくなるように形成されたことを特徴とする請求項１記載の広視野撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下水管やトンネル等の内壁のひび割れなどを視認検査するのに適した広視野撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の広視野撮像装置は、相互に対向し中央に貫通孔を有する主鏡及び副鏡、副鏡の中央に固着された凹レンズ、主鏡の貫通孔内部には凸レンズとその直後に配列された光ファイバーとを備えている。主鏡に反射した光は、副鏡でも反射したのち、主鏡の貫通孔を通過して凸レンズに到達する。凹レンズを通過した光は、そのまま主鏡の貫通孔を通過して凸レンズに到達する。凸レンズに到達したこれら２経路の光は、ここで平行光線となって光ファイバーに入射された映像情報となり、ＣＣＤカメラに送られる。このようにして、管内の全内周を撮像している。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４２９２号公報（段落００８４−０１００、図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、広視野撮像装置を管内に進行させて視認検査する際、一般に被写体の管路長が長いために検査時間が長い。また、検査時間を短縮させようとして広視野撮像装置の移動速度を速めると、撮像した映像のぶれが大きくなる問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、移動速度を速めても映像のぶれが小さく検査時間の短縮を図った広視野撮像装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明における広視野撮像装置は、中央に開口部を有し凸鏡面からなる回転対称形状の主鏡と、前記主鏡と対向し中央に開口部を有する回転対称形状の副鏡と、前記副鏡の開口部に設置されたレンズと、前記主鏡によって副鏡方向へ反射されたのち前記副鏡によって主鏡開口部方向へ反射された反射光と前記レンズを透過し主鏡開口部方向へ入射した入射光とを受光することにより撮像する撮像装置と、撮像装置からの映像情報を表示装置に向けて出力するための映像情報出力手段と、前記主鏡と前記副鏡と前記レンズとを搭載した移動手段とを備え、前記主鏡は動径方向外側の第１鏡面と前記第１鏡面より勾配が緩やかな動径方向内側の第２鏡面とを有し、前記第２鏡面の曲率半径は前記第１鏡面の曲率半径に比べて小さいものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される広視野撮像装置の実施の形態１を説明するための主要部断面図である。図１において、中央に開口部を有し凹鏡面からなる回転対称形状の主鏡１と、主鏡１に対向し中央に開口部を有する回転対称形状の副鏡２とが、透明性の支持部材４としてのアクリルカバーによって支持されている。主鏡１と副鏡２とは共通の回転対称軸７に対して回転対称である。主鏡１の開口部には撮像装置５としてのＣＣＤカメラ、副鏡２の開口部にはレンズ３がそれぞれ設置されている。撮像装置５は、主鏡１によって副鏡方向へ反射されたのち副鏡２によって主鏡開口部方向へ反射された反射光と、レンズ３を透過し主鏡開口部方向へ入射した入射光とを受光することにより撮像する。
【０００８】
ここで、主鏡１は動径方向外側の第１鏡面１ａと動径方向内側の第２鏡面１ｂとを有する。第２鏡面１ｂは、鏡面としての勾配が第１鏡面１ａより緩やかである。また、第１鏡面１ａ及び第２鏡面１ｂはともに凸鏡面であるためにそれぞれ曲率半径を有する。第１鏡面１ａと第２鏡面１ｂの境界部は、勾配の変曲点であるとともに曲率半径の変曲点でもあり、第２鏡面１ｂの曲率半径は第１鏡面１ａの曲率半径に比べて小さいものとする。
【０００９】
回転対称軸７を基準（０°方向）とすると、レンズ３は入射角０°〜θ１の入射光を透過するものである。同様に、主鏡１の第２鏡面１ｂは入射角θ１〜θ２の入射光を副鏡方向へ反射するものであり、第１鏡面１ａは入射角θ２〜θ３の入射光を副鏡方向へ反射するものである。ただし、θ２＜９０°＜θ３とする。
【００１０】
また、撮像装置５には、撮像された映像情報を表示装置６に向けて出力するための例えば映像情報出力端子が備えられている。被写体が金属のように電磁波遮蔽性を有する場合でも、この映像情報出力端子に所定の配線を接続すれば、有線方式で表示装置６に映像情報が伝送される。ただし、被写体が電磁波遮蔽性を有していない場合には無線方式を採用してもよい。
【００１１】
図２は、この実施の形態における広視野撮像装置の概略構成図であり、広視野撮像装置が管内に装入された状態を例示している。図２において、移動手段８としての走行車の先頭部に、主鏡１と副鏡２とレンズ３とを含む光学系を搭載している。走行車８は、撮像時において主鏡１から副鏡２に向かう方向に進行し、モータ及びブレーキの遠隔操作によって移動速度を調節できる。すなわち、主鏡１の第２鏡面１ｂを介して撮像された被写体が第１鏡面１ａを介して撮像されるまでの間に、走行車８の減速または停止が可能である。
【００１２】
図３は、この実施の形態において撮像された映像を表示装置６に表示したときの表示画面の模式図である。表示画面には、同心円環状の映像が表示される。中央の映像はレンズ３入射角０°〜θ１の視野に関するもので、これを前方視野映像とする。前方視野映像によって管の奥の状況を視認し、広視野撮像装置を奥に進行させることができる。前方視野映像に隣接する円環状の映像は主鏡１の第２鏡面１ｂによる入射角θ１〜θ２の視野に関するもので、これを斜前方視野映像とする。最外周の円環状の映像は主鏡１の第１鏡面１ａによる入射角θ２〜θ３の視野に関するもので、これを側方視野映像とする。それぞれの視野範囲は適宜設計できるが、例えばθ１＝２０°、θ２＝７０°、θ３＝１１０°とすると、前方視野映像、斜前方視野映像および側方視野映像がバランスよく表示される。
【００１３】
ここで、管壁に例えば正方形状の模様があるとすると、図３に示すように側方視野映像はほぼ正方形状に表示されるが、斜前方視野映像は側方視野映像に比べて動径方向に圧縮されたように表示される。図４は、動径方向における映像の圧縮度合を、入射角と円環状映像中心からの距離とに関する特性図として表現したものである。このように斜前方視野映像と側方視野映像とで動径方向への圧縮度合が異なるのは、映像の動径方向への圧縮度合は凸鏡面の曲率半径に関係し、第２鏡面１ｂの曲率半径が第１鏡面１ａの曲率半径に比べて小さいためである。
【００１４】
広視野撮像装置を管の奥方向に進行させると、視野の移動に伴なって表示映像も変化する。ここで、表示画面上における斜前方視野及び側方視野の単位速度ベクトルは、図３の矢印のごとく表示された映像の動径方向への圧縮度合に比例する。すなわち、広視野撮像装置を任意速度で進行させた場合、斜前方視野映像は側方視野映像に比べて変化の程度が少なく、ぶれも小さい。
【００１５】
このため、斜前方視野映像に関してはぶれが小さいので、広視野撮像装置の移動速度を速めても管壁の状況を視認できる。したがって、斜前方視野映像を用いて管壁の異常探索を行なえば、異常探索時間の短縮ひいては検査時間の短縮を図ることができる。
【００１６】
さらに、斜前方視野映像によって発見された疑異常箇所について、側方視野映像を用いて詳細に検査する。すなわち、ぶれが小さい斜前方視野映像を用いることにより広視野映像装置の移動速度を速めて検査時間の短縮を図るとともに、斜前方視野映像で発見した疑異常箇所については解像度の高い側方視野映像で詳細に検査するため、検査時間を短縮したとしても検査精度を低下させることがない。さらに望ましくは、側方視野映像で詳細に検査する際に側方視野映像のぶれを抑制するため、走行車８の移動速度調節機能によって広視野撮像装置を減速あるいは停止させることである。例えば入射角６０°方向で疑異常箇所を発見した場合、広視野撮像装置の速度を調節しながら、この疑異常箇所が入射角９０°方向に映るまで進行して詳細に検査する。このように、進行方向に対して斜前方視野映像で異常探索し、側方視野映像で詳細検査を行なうため、広視野撮像装置を後退させることなく円滑な視認検査を実施できる。
【００１７】
また、主鏡１の第２鏡面１ｂの曲率半径は、第１鏡面１ａの曲率半径の半分から３分の１程度が好ましい。この範囲であれば、斜前方視野映像が過度に圧縮されることなく、異常探索に適した映像が得られる。
【００１８】
なお、第１鏡面１ａと第２鏡面１ｂの境界部において、鏡面の勾配を連続的に変化させ、斜前方視野映像と側方視野映像とが滑らかに繋がっているようにしてもよい。さらに、管内が暗い場合を想定して広視野撮像装置に照明を装備すること、ならびにこの広視野撮像装置で得られた同心円環状の映像を矩形状の映像に変換することは適宜実施できる。矩形状の映像に変換すると、映像全体にわたり被写体の縦横比の歪みを低減できる。
【００１９】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２を説明するための表示画面に表示された円環状映像の模式図である。この実施の形態は、実施の形態１における側方視野映像のうち入射角９０°方向の映像について、被写体の縦横比を正確に表示したものである。円環状映像において、入射角θ２方向が映る円の半径をＬ２、入射角９０°方向が映る円の半径をＬ９０、入射角θ３方向が映る円の半径をＬ３とする。また、θ２＝９０°−α、θ３＝９０°＋βとする。Ａは入射角θ２方向が映る円上の点、Ｂは入射角θ３方向が映る円上の点であり、ＡＢは入射角差がα＋βである動径方向長さを示し、ＡＢ＝Ｌ３−Ｌ２である。また、Ｃ及びＤは入射角９０°方向が映る円上の点であり、ＣＤは主鏡径一周３６０°のうち角度α＋βに相当する円周上長さを示し、ＣＤ＝２πＬ９０（α＋β）／３６０°である。
【００２０】
入射角９０°方向の映像について、被写体の縦横比を歪みなく正確に表示するには、線分ＡＢと線分ＣＤが等しくなればよい。よって、（１）式が成り立つ。
【００２１】
【数１】
2004312593.tif 000003
【００２２】
また、図６に示すように、円環状映像中心から被写体までの長さＬと被写体からの入射光の入射角θが比例関係にあると、（２）式が成り立つ。
【００２３】
【数２】
2004312593.tif 000004
【００２４】
（１）式に（２）式を代入して整理すると、（３）式が得られる。これより、Ｌ２とＬ３の比は（４）式の通りとなる。
【００２５】
【数３】
2004312593.tif 000005
【００２６】
【数４】
2004312593.tif 000006
【００２７】
このようにして、第１鏡面１ａの内径Ｌ２と外径Ｌ３を形成すると、側方視野映像のうち入射角９０°方向の映像について、被写体の縦横比を正確に表示できる。したがって、この実施の形態では、側方視野映像に表示された疑異常箇所の形状を正確に把握できる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３を説明するための広視野撮像装置の概略構成図であり、広視野撮像装置が管内に装入された状態を例示している。この実施の形態は、実施の形態２と異なる手法によって、側方視野映像のうち入射角９０°方向の映像について被写体の縦横比を正確に表示したものである。さらに、表示画面上の側方視野映像における被写体の長さの比を動径方向に正確に表示するようにしたものである。
【００２９】
図７において、管の内半径をｒ、入射光の入射角９０°方向を原点として管内壁上における広視野撮像装置の進行方向側への任意の距離をＤとする。図８に示すように、距離Ｄと映像中心から被写体までの長さＬが比例関係にあるとすると、（５）式が成り立つ。このとき、入射角９０°方向ではＤ＝０であるから、Ｌ９０は（６）式のようになる。
【００３０】
【数５】
2004312593.tif 000007
【００３１】
【数６】
2004312593.tif 000008
【００３２】
ここで、入射角９０°方向の映像の縦横比が正確に表示されるときの第１鏡面１ａの内径Ｌ２と外径Ｌ３の比を求めるため、（６）式を（１）式に代入して整理すると、（７）式が得られる。これより、Ｌ２とＬ３の比は（８）式の通りとなる。
【００３３】
【数７】
2004312593.tif 000009
【００３４】
【数８】
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【００３５】
この関係が成り立つように主鏡の形状を形成することにより、表示画面上において、管の内壁の映像における被写体の長さの比を動径方向に正確に表示できるとともに、入射角９０°方向の被写体の縦横比も正確に表示できる。したがって、この実施の形態では、側方視野映像に表示された疑異常箇所の形状を正確に把握できることに加え、例えば側方視野映像に複数の疑異常箇所が表示されている場合、それぞれの疑異常箇所の大きさを比較することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、広視野撮像装置の移動速度を速めてもぶれが小さい斜前方視野映像を用いて被写体の異常探索を行なえるため、検査時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を説明するための主要部断面図である。
【図２】実施の形態１を説明するための概略構成図である。
【図３】実施の形態１を説明するための表示画面の模式図である。
【図４】実施の形態１を説明するための特性図である。
【図５】実施の形態２を説明するための表示画面の模式図である。
【図６】実施の形態２を説明するための特性図である。
【図７】実施の形態３を説明するための概略構成図である。
【図８】実施の形態３を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１  主鏡、１ａ  第１鏡面、１ｂ  第２鏡面、２  副鏡、３  レンズ、４  支持部材、５  撮像装置、６  表示装置、７  回転対称軸、８  移動手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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