(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方位方向に周波数の異なる超音波を送波する送波器と、
位置が固定された固定レンズと、前記固定レンズとの相対距離を調整することができる可動レンズとを備えると共に、前記送波器から送波された超音波の対象物からの反射波を収束する音響レンズと、
方位方向に細長い受波素子が鉛直方向に複数配列された受波器と、
前記受波器から取得した反射波を信号処理する信号処理装置と、
前記信号処理装置で得られた情報を表示する表示手段とを備えること
を特徴とする映像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の映像取得装置において、
前記受波器は、鉛直方向のみに湾曲し、方位方向と直交する断面が略Ｃ字状の形状を有すること
を特徴とする映像取得装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の映像取得装置において、
前記送波機は、前記超音波を送波する方位方向の送波範囲の両端部で最も低い周波数を送波し、前記送波範囲の両端から中央に向かって送波する周波数が高くなること
を特徴とする映像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像取得装置に係り、海などの水中において超音波等を送波し、その対象物からの反射波を音響レンズで収束するとともに、信号処理を行うことで水の濁度や照度に関わらず広い視野の映像を取得することができる映像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水中の映像を取得する種々の映像取得装置が知られている。この種の映像取得装置は、例えば、船舶等で曳航することで自位置を変えながら、送波器から送波した信号の反射波を送波器と対応する受波器により取得することで、方位と深さ（奥行き）の二次元データを取得し、当該二次元データを時系列に処理することで三次元映像を生成することができる映像取得装置が存在する。
【０００３】
そして、上記のような映像取得装置にあっては、遅延回路を用いず、指向性鋭く、更に送波方向を高速で制御することを目的として、様々な工夫が施された映像取得装置が存在している。
【０００４】
【特許文献１】特開昭４７−２６１６０号公報
【０００５】
特許文献１に記載の映像取得装置は、種々の周波数成分出力を送出し得る送信機と、前記送信機により駆動されかつ入力周波数によってそれぞれ定まる方向に前記入力周波数の音波を送出する配列送波器と、前記配列送波器により発射された音波の目標物からの反射波を収束する音響レンズと、前記音響レンズにより前記反射波がその受波面に結像されかつ前記配列送波器の音波送出方向に直角に線状に配列した複数の受波素子を有する受波器と、前記受波器の各受波素子出力を周波数分析しそれぞれの周波数出力とを同期することにより受波素子の位置ならびにその出力中に含まれる周波数成分によって特定位置にある目標物の二次元的情報を得ることを特徴とする。
【０００６】
このようにして構成された特許文献１に記載の映像取得装置は、超音波の送受波及び信号処理方法として、周波数掃引法を用いることで二次元映像の取得を可能とするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の映像取得装置の構成によると、リアルタイムでの三次元映像の取得をすることができないという問題があった。また、リアルタイムでの三次元映像を取得することができる装置として構成しようとすると、水平方向と鉛直方向とに多チャンネルを有する受波器を用意しなければならず、コストの高騰及び設備の巨大化を招来してしまい実施することができないものであった。
【０００８】
さらに、周波数掃引法を用いた映像取得装置においては、水の濁度や照度に左右されない水中作業、水中セキュリティのための監視等の濁水中や夜間においても水中視認ができる装置として実用化されていないものであった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水の濁度や照度に左右されない水中作業、水中セキュリティのための監視等の濁水中や夜間においても水中視認をすることができる映像取得装置を安価に提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、本発明について説明する。
【００１１】
本発明に係る映像取得装置は、方位方向に周波数の異なる超音波を送波する送波器と、位置が固定された固定レンズと、前記固定レンズとの相対距離を調整することができる可動レンズとを備えると共に、前記送波器から送波された超音波の対象物からの反射波を収束する音響レンズと、方位方向に細長い受波素子が鉛直方向に複数配列された受波器と、前記受波器から取得した反射波を信号処理する信号処理装置と、前記信号処理装置で得られた情報を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る映像取得装置において、前記受波器は、鉛直方向のみに湾曲し、方位方向と直交する断面が略Ｃ字状の形状を有することができる。
【００１３】
また、本発明に係る映像取得装置において、前記送波機は、前記超音波を送波する方位方向の送波範囲の両端部で最も低い周波数を送波し、前記送波範囲の両端から中央に向かって送波する周波数が高くなることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る映像取得装置は、音響レンズを位置が固定された固定レンズと、固定レンズとの相対距離を調整することができる可動レンズとを備えているので、水とレンズとの音速の温度依存性が異なることによる受波器上の結像面での像のボケや歪み、及び送波器から送波された周波数が方位方向に異なる周波数を送波しているため、周波数の音速の依存性が異なることによる受波器の上の結像面での像のボケや歪みを調整することができる。
【００１５】
また、本発明に係る映像取得装置は、方位方向に異なる周波数の超音波を送波し、対象物からの反射波を音響レンズで収束し、方位方向に細長い受波素子が鉛直方向に複数配列され、方位方向と直交する断面が略Ｃ字状の形状を有する受波器によって反射波を受波し、受波信号を処理するので、映像取得装置を安価に製造することができると共に、映像取得装置を定点に固定した状態で、水中の濁度や照度に左右されない水中作業、水中セキュリティのための監視等の濁水中や夜間においても水中視認をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る映像取得装置の構成を示す概略図であり、図２は、本実施形態に係る映像取得装置を構成する受波器４０を示す斜視図であり、図３は、本実施形態に係る映像取得装置を構成する音響レンズ３０及び受波器４０の断面を示す断面図であり、図４は、本実施形態に係る映像取得装置における信号処理装置５０の処理方法を示す概略図であり、図５は、本実施形態に係る映像取得装置の表示手段６０の表示方法を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る映像取得装置１は、方位方向Ｘに周波数の異なる超音波１１を送波する送波器１０と、前記送波器１０から送波された超音波１１の対象物２０からの反射波２１を収束する音響レンズ３０と、方位方向Ｘと直交する断面が略Ｃ字状の形状を有するとともに、方位方向Ｘに細長い受波素子４１が鉛直方向に複数配列された受波器４０と、前記受波器４０から取得した反射波２１を信号処理する信号処理装置５０と、前記信号処理装置５０で得られた情報を表示する表示手段６０とを備えている。
【００１９】
送波器１０から送波される超音波１１は、図１の方位方向Ｘの両端において最も低い周波数を送波し、方位方向の中心の方向に方位方向Ｘに沿って、漸次高い周波数の超音波を送波している。従って、方位方向Ｘの両端の略中央の位置で最も高い周波数を送波するようになっている。
【００２０】
また、図１に示すように、送波器１０から送波される超音波１１は、扇状のファンビームとして送波されている。さらに、超音波１１は、２０ｋ〜２ＭＨｚの周波数が用いられる。このように、送波信号として超音波を用いると、超音波は光と比較して、波長が長く、且つ、指向性が強いことから、濁水中で散乱せず、夜間などの照度が低い条件でも吸収されないため、液体中で減衰が少なく、遠方まで伝搬することができる。このため、濁水中や夜間でも映像取得装置の送波信号として使用することができる。
【００２１】
送波器１０から送波された超音波１１は、水中の対象物２０に反射して反射波２１を生じる。この反射波２１は、音響レンズ３０を用いて収束され、鉛直方向Ｙに分解されて受波器４０の結像面４０ａに収束するようになっている。
【００２２】
ここで、図２及び図３に示すように、受波器４０は、方位方向Ｘと直交する断面が略Ｃ字状の形状を有しており、受波器４０の結像面４０ａには、方位方向Ｘに細長い受波素子４１が鉛直方向に配列されている。なお、本実施形態に係る受波器４０は、この受波素子４１を鉛直方向に６４個配列し、鉛直方向に６４チャンネルを有する受波器４０として構成されている。
【００２３】
さらに、図３に示すように、音響レンズ３０は、固定レンズ３１と可動レンズ３２から構成されている。可動レンズ３２は、固定レンズ３１と受波器４０の結像面４０ａとの間の任意の位置に移動することができるように構成されており、固定レンズ３１と可動レンズ３２との相対距離を調整することができるようになっている。このように、固定レンズ３１と可動レンズ３２との相対距離を調整可能に設置したので、周波数に応じて適宜その位置を調整することで、水とレンズとの音速の温度依存性が異なることによる受波器４０上の結像面４０ａでの像のボケや歪みの調整、及び送波器１０から送波された周波数が方位方向Ｘに異なる周波数を送波しているため、周波数の音速の依存性が異なることによる受波器４０上の結像面４０ａでの像のボケや歪みの調整をすることができるようになっている。なお、音響レンズ３０は、固定レンズ３１、可動レンズ３２ともにアクリル樹脂により構成されている。
【００２４】
さらにまた、図３に示すように、固定レンズ３１は、両面に凹部を有する凹レンズとして形成されており、可動レンズ３２は、入射側（固定レンズ３１側）の面が中心に凸部を有する凹レンズ、放射側（受波器４０側）の面が周縁部に円環状の凸部を有する凹レンズとして形成されている。
【００２５】
また、図３に示すように、音響レンズ３０は、反射波２１を受波器４０の結像面４０ａの鉛直方向Ｙに分割された音響像として結像する。このように、結像面４０ａに配置された受波素子４１の任意のチャンネルで反射波２１の音圧を受信信号として取得する。
【００２６】
従って、音響レンズ３０によって鉛直方向Ｙに分解された反射波２１を結像面４０ａに配列された任意のチャンネルに相当する受波素子４１で受波することにより、対象物２０の鉛直方向Ｙの位置情報を得ることができるようになっている。
【００２７】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る映像取得装置１の信号処理装置５０での信号処理について説明する。
【００２８】
図４に示すように、受波器４０の各受波素子４１で取得した受信信号を、各チャンネル毎に受信信号を信号処理装置５０でＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）による情報処理を行う。この情報処理により、各チャンネル毎に処理結果５１ａ、５１ｂ、５１ｃを得ることができる。そして、この処理結果５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより、対象物からの反射波２１が存在する周波数帯には、音圧Ｐの変化を観察することができ、送波器１０から送波した周波数と対象物２０から反射した反射波２１の周波数とを対比することで、対象物２０の方位方向Ｘの位置情報を得ることができる。従って、受信信号の周波数ｆの高低及び音圧Ｐの変化から対象物の方位方向の位置情報を得ることができるようになっている。また、上述したように、対象物の鉛直方向の位置情報は、各チャンネルの鉛直方向の位置から得ることができる。
【００２９】
このようにして得られた対象物の位置情報を、チャンネル毎に鉛直方向に並べて表示することで、図５に示すように表示手段６０において、撮像６１を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、受波器４０は、結像面４０ａに６４チャンネルを有する受波器４０として説明したが、このチャンネル数は、撮像したい対象物の形状や必要な解像度に応じて適宜変更することができる。この場合、結像面４０ａに配列する受波素子４１の数を増減することで、容易にチャンネル数を変更することができる。
【００３１】
さらに、この映像取得装置１を用いて、撮像を連続的に行うことで、撮像に時間軸を付与することができ、動画のような三次元画像を撮像することができる。このような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３２】
このように構成された映像取得装置１は、水の濁度や照度に左右されない水中作業、水中セキュリティのための監視等の濁水中や夜間においても水中視認をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る映像取得装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る映像取得装置を構成する受波器４０を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る映像取得装置を構成する音響レンズ３０及び受波器４０の断面を示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る映像取得装置における信号処理装置５０の処理方法を示す概略図である。
【図５】本実施形態に係る映像取得装置の表示手段６０の表示方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    映像取得装置、  １０    送波器、  １１    超音波、  ２０    対象物、  ２１    反射波、  ３０    音響レンズ、  ３１    固定レンズ、  ３２    可動レンズ、  ４０    受波器、  ４０ａ  結像面、  ４１    受波素子、  ５０    信号処理装置、  ６０    表示手段、  ６１    撮像、  Ｘ    方位方向、  Ｙ    鉛直方向
【図１】
0005176227.tif 000002
【図２】
0005176227.tif 000003
【図３】
0005176227.tif 000004
【図４】
0005176227.tif 000005
【図５】
0005176227.tif 000006