(57)【要約】【課題】レーダ検出したい所望領域の設定確認を容易に行うことができるとともに、少なくとも水中のレーダ検出の解像度を高くすることができる可搬型レーザレーダ装置を提供すること。【解決手段】可視領域および／または近赤外領域の画像を取得する近赤外線カメラ１１０と、近赤外線カメラ１１０の撮像中心を中心とした所定領域に対して、水に対して透過性の高い波長４００〜５５０ｎｍのレーザ光を照射するレーザレーダであるレーザ装置１０と、レーザ装置１０の自己位置および前記レーザ光の出射中心方向を検出するＧＰＳ装置２０及び姿勢方位計３０と、近赤外線カメラ１１０が撮像した画像をモニタ表示する入出力部４０と、近赤外線カメラ１１０の撮像中心を中心としたレーザ装置１０の検出領域を入出力部４０にモニタ表示する監視制御モジュールＭ１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視領域および／または近赤外領域の画像を取得する撮像部と、
前記撮像部の撮像中心を中心とした所定領域に対して、水に対して透過性の高い波長４００〜５５０ｎｍのレーザ光を照射するレーザレーダと、
前記レーザレーダの自己位置および前記レーザ光の出射中心方向を検出する位置姿勢検出部と、
前記撮像部が撮像した画像をモニタ表示する出力部と、
前記撮像部の撮像中心を中心とした前記レーザレーダの検出領域を前記出力部にモニタ表示する制御部と、
を備えたことを特徴とする可搬型レーザレーダ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記撮像部のズーミングに合わせて前記レーザレーダの検出領域を変更表示することを特徴とする請求項１に記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項３】
圧力センサを備え、
前記位置姿勢検出部は慣性計測機能を有し、
前記制御部は、前記圧力センサの検出結果から自己位置が水中であると判断した場合に、前記位置姿勢検出部の慣性計測機能を用いて水中の自己位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項４】
圧力センサを備え、
前記制御部は、前記圧力センサの検出結果から自己位置が空中であると判断した場合に、水面からの反射をもとに前記レーザ光が照射された水面までの距離を求め、前記水面における屈折による水面下のレーダ検出対象位置を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記出力部に前記レーザレーダが検出した３次元データをモニタ表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項６】
遠赤外領域の画像を取得する遠赤外撮像部を備え、
前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像と前記遠赤外撮像部が撮像した画像とを重畳してモニタ表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項７】
送受信機能を有した通信部を備え、
前記制御部は、少なくとも、前記レーザレーダの自己位置および前記レーザ光の出射中心方向とともに、前記レーザレーダの検出結果を、前記通信部を介して送信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像を、前記通信部を介して送信することを特徴とする請求項７に記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記通信部を介して音声通信を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の可搬型レーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記通信部は、前記レーザレーダのレーダ光を変復調して送受信することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の可搬型レーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ検出したい所望領域の設定確認を容易に行うことができるとともに、少なくとも水中のレーダ検出の解像度を高くすることができる可搬型レーザレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中間の通信やレーダ検知では、水中で電磁波が大きく減衰することから、現在、音波を用いた通信やレーダ検知が実用化されている。特に、海中ではイオンなどの電気的影響を受けて電磁波の減衰は大きくなる。一方、可視光は水中での減衰が小さいことから水中通信システムの実用化が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、青緑色のレーザ光を用いて水中間の通信を行う水中通信システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５５４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の津波などによって海岸近傍の比較的浅い水深３０ｍ程度の海底状態を探査する場合に音波を用いても解像度が低いため、海底状態を精度高く探査することができなかった。
【０００６】
一方、可視光レーザレーダを用いることが考えられるが、レーダ検知した所望領域の設定確認が容易ではなく、レーダ検知結果を得るまでに多大な時間と労力とが必要であった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーダ検出したい所望領域の設定確認を容易に行うことができるとともに、少なくとも水中のレーダ検出の解像度を高くすることができる可搬型レーザレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、可視領域および／または近赤外領域の画像を取得する撮像部と、前記撮像部の撮像中心を中心とした所定領域に対して、水に対して透過性の高い波長４００〜５５０ｎｍのレーザ光を照射するレーザレーダと、前記レーザレーダの自己位置および前記レーザ光の出射中心方向を検出する位置姿勢検出部と、前記撮像部が撮像した画像をモニタ表示する出力部と、前記撮像部の撮像中心を中心とした前記レーザレーダの検出領域を前記出力部にモニタ表示する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記撮像部のズーミングに合わせて前記レーザレーダの検出領域を変更表示することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、圧力センサを備え、前記位置姿勢検出部は慣性計測機能を有し、前記制御部は、前記圧力センサの検出結果から自己位置が水中であると判断した場合に、前記位置姿勢検出部の慣性計測機能を用いて水中の自己位置を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、圧力センサを備え、前記制御部は、前記圧力センサの検出結果から自己位置が空中であると判断した場合に、水面からの反射をもとに前記レーダ光が照射された水面までの距離を求め、前記水面における屈折による水面下のレーダ検出対象位置を補正することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記出力部に前記レーザレーダが検出した３次元データをモニタ表示することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、遠赤外領域の画像を取得する遠赤外撮像部を備え、前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像と前記遠赤外撮像部が撮像した画像とを重畳してモニタ表示することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、送受信機能を有した通信部を備え、前記制御部は、少なくとも、前記レーザレーダの自己位置および前記レーザ光の出射中心方向とともに、前記レーザレーダの検出結果を、前記通信部を介して送信することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像を、前記通信部を介して送信することを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記通信部を介して音声通信を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる可搬型レーザレーダ装置は、上記の発明において、前記通信部は、前記レーザレーダのレーダ光を変復調して送受信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、レーザレーダが、可視領域および／または近赤外領域の画像を取得する撮像部の撮像中心を中心とした所定領域に対して、水に対して透過性の高い波長４００〜５５０ｎｍのレーザ光を照射し、制御部が、前記撮像部の撮像中心を中心とした前記レーザレーダの検出領域を前記出力部にモニタ表示するようにしているので、レーダ検出したい所望領域の設定確認を容易に行うことができるとともに、少なくとも水中のレーダ検出の解像度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、この発明の実施の形態である可搬型レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す平面図である。
【図３】図３は、図１に示した可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す正面図である。
【図４】図４は、図１に示した可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、水中における吸収係数および到達距離の波長依存性を示す図である。
【図６】図６は、レーダ検出結果である３次元画像の一例を示す図である。
【図７】図７は、モニタ表示されるレーダ検出領域の変更表示例を示す図である。
【図８】図８は、図１に示した可搬型レーザレーダ装置の使用態様の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、この発明の実施の形態である可搬型レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、この可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す平面図である。図３は、この可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す正面図である。さらに、図４は、この可搬型レーザレーダ装置の上部筐体を除いた外観構成を示す斜視図である。
【００２１】
図１〜図４において、この可搬型レーザレーダ装置１００は、可搬型のレーザレーダ装置である。可搬型レーザレーダ装置１００は、レーザ装置１０、ＧＰＳ装置２０、姿勢方位計３０、圧力センサ３１、入出力部４０、メモリ５０、操作部６０、通信部７０、バッテリ８０、近赤外線カメラ１１０、遠赤外線カメラ１２０、および上述した各部が接続される監視制御モジュールＭ１を有する。また、監視制御モジュールＭ１は、レーダ制御モジュールＭ２、撮像制御モジュールＭ３、通信制御モジュールＭ４、および制御部Ｃを有する。なお、バッテリ８０は、上述した各構成部分に電源供給を行うものである。
【００２２】
レーザ装置１０は、送光部１１および受光部１２を有し、それぞれの光軸Ｃ１，Ｃ２は、近赤外線カメラ１１０の光軸Ｃ３および遠赤外線カメラ１２０の光軸Ｃ４に平行であり、近赤外線カメラ１１０および遠赤外線カメラ１２０に隣接配置される。送光部１１は、半導体レーザモジュール１１ａおよびスキャン部１１ｂを有し、レーダ制御モジュールＭ２の制御のもとに、半導体レーザモジュール１１ａからパルスレーザ光を出力させるとともに、スキャン部１１ｂによってこのパルスレーザ光を所定範囲でスキャンさせる。受光部１２は、送光部１１から出射されたパルスレーザ光の反射光を受光する。レーダ制御モジュールＭ２は、送光部１１から出射したパルスレーザ光と受光部１２で受光したパルスレーザ光との時間差とをもとに観測対象までの距離を測定し、この距離とパルスレーザ光の出射方向とをもとに、観測対象の３次元データを生成する。
【００２３】
半導体レーザモジュール１１ａは、８０９ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザを有し、この８０９ｎｍの吸収線を有するＮｄ：ＹＡＧ結晶に照射して励起させ、９４６ｎｍのレーザ光を出力させ、さらに、この９４６ｎｍのレーザ光を２次高調波発生素子（ＳＨＧ）に照射して４７３ｎｍ（青色）の２次高調波のレーザ光を出力する。この４７３ｎｍのレーザ光は、レーザ制御モジュールＭ２による外部変調によってパルス出力される。このパルスレーザ光は、ポリゴンミラーなどのスキャン部１１ｂによって走査されて出力される。
【００２４】
図５は、水中における光の透過と到達距離とを示した図である。図５に示すように、水中における光の吸収係数αは、可視光領域で急激に小さくなる。吸収係数αの逆数、すなわち光強度が１／ｅ（３７％）となる距離を到達距離とすると、到達距離が３０ｍ以上となる波長域は、４００ｎｍ〜５５０ｎｍ（紫色〜青色〜緑色）となる。可視光領域から離れると、紫外光側で波長が200nm〜0.2nm くらいの範囲では到達距離が１ｍｍ以下になり、赤外光側でも波長が１．３μｍ〜２ｃｍくらいの範囲では到達距離が１ｍｍ以下となり、実質的に透過しない。
【００２５】
ここで、半導体レーザモジュール１１ａから出力されるレーザ光は、４７３ｎｍ（青色）であり、３０ｍ以上の到達距離を得ることができる。なお、半導体レーザモジュール１１ａは、４７３ｎｍに限らず、４００〜５５０ｎｍのレーザ光を出力できるものであればよい。これによって、水中のレーダ検出の解像度を高めることができる。
【００２６】
なお、レーダ制御モジュールＭ２は、レーザ装置１０が計測したレーダ情報をもとに、図６に示したような３次元画像を生成する。
【００２７】
ＧＰＳ装置２０は、可搬型レーザレーダ装置１００が空中に存在する場合、衛星からの情報をもとに、自己位置（３次元位置）を求める。
【００２８】
姿勢方位計３０は、３軸ジャイロなどによって、慣性計測を行うとともにレーザ装置１０の光軸Ｃ１の方向を計測する。特に、可搬型レーザレーダ装置１００が水中に存在する場合、ＧＰＳ装置２０の計測結果を引き継いで自己位置を計測する。
【００２９】
圧力センサ３１は、圧力を検出する。そして、レーダ制御モジュールＭ２は、この圧力検出結果をもとに、可搬型レーザレーダ装置１００が水中に存在するか否かを判断し、水中に存在する場合、姿勢方位計３０によって自己位置を計測させ、水中に存在しない場合、すなわち空中に存在する場合には、ＧＰＳ装置２０によって自己位置を計測させる。
【００３０】
レーダ制御モジュールＭ２は、レーザ装置１０が計測したレーダ情報、ＧＰＳ装置２０あるいは姿勢方位計３０が計測した自己位置、および姿勢方位計３０が計測した光軸Ｃ１の方向をもとに観測対象の３次元データを生成する。なお、レーダ制御モジュールＭ２は、可搬型レーザレーダ装置１００が空中に存在し、光軸Ｃ１の方向が鉛直かつ下方以外の場合、光軸Ｃ１の方向およびパルスレーザ光の水面から反射光の時間差をもとに、水面位置を検出し、空中と水中とのレーザ光の屈折を加味して観測対象のレーダ情報を補正する。
【００３１】
近赤外線カメラ１１０は、可視領域あるいは近赤外領域の画像を撮像する。遠赤外線カメラ１２０は、遠赤外領域の画像を撮像する。近赤外線カメラ１１０および遠赤外線カメラ１２０は、これらの撮像の制御を行う撮像制御モジュールＭ３に接続される。なお、遠赤外線カメラ１２０は、ボロメータ型の撮像素子を有している。
【００３２】
近赤外線カメラ１１０と遠赤外線カメラ１２０は、それぞれ光学ズーム機能および／またはデジタルズーム機能を有し、撮像制御モジュールＭ３は、近赤外線カメラ１１０と遠赤外線カメラ１２０とのズームを同じにし、それぞれ取得する画像の視野角（画角）が同じになるように連動させる制御を行う。したがって、近赤外線カメラ１１０と遠赤外線カメラ１２０とのズーム倍率は常に同じとなる。しかも、近赤外線カメラ１１０の光軸Ｃ３と遠赤外線カメラ１２０の光軸Ｃ４とは平行であり、近赤外線カメラ１１０と遠赤外線カメラ１２０とは隣接配置されるため、光軸Ｃ３，Ｃ４は、ほぼ同一の光軸を有することになる。この結果、近赤外線カメラ１１０が取得する近赤外画像と遠赤外線カメラ１２０が取得する遠赤外画像とは、常に同一の被写体領域をもつ画像が取得されることになる。
【００３３】
また、撮像制御モジュールＭ３は、撮像操作部６１の指示あるいは予め設定されることによって、近赤外画像と遠赤外画像とに対してエッジ処理などの所定の画像処理を施し、それぞれを重ね合わせた合成画像を生成する。
【００３４】
ここで、撮像制御モジュールＭ３は、制御部Ｃを介してレーザ制御モジュールＭ２に連動し、入出力部４０に表示される近赤外画像あるいは遠赤外画像、または近赤外画像と遠赤外画像との合成画像上に、レーダ検出領域をズームに合わせて表示出力する。
【００３５】
例えば、図７に示すように、光軸Ｃ１，Ｃ２を光軸Ｃ３，Ｃ４に合わせた中心ＣＴに対し、ズームに合わせたレーダ検出領域Ｅ１〜Ｅ３のモニタ表示を変更表示する。この結果、レーダ検出したい所望領域の設定確認が容易となる。
【００３６】
入出力部４０は、撮像制御モジュールＭ３から出力される画像、観測対象の３次元画像、可搬型レーザレーダ装置１００の自己位置などのデータを出力するものであり、たとえば電子ビューファインダなどによって実現される。電子ビューファインダは入出力部４０の出力機能として実現され、接眼レンズ４２および接眼レンズ光学系４１を介して画像や観察対象の３次元画像を認識することができる。なお、液晶パネルなどによって直接表示出力してもよい。なお、入出力部４０は、音声の入出力機能をも有する。
【００３７】
通信部７０は、無線電波によって外部と送受信する機能を有する。一方、通信制御モジュールＭ４は、可搬型レーザレーダ装置１００が水中に存在するときは、レーザ装置１０のレーザ光を用いた通信制御を行う。すなわち、スキャン部１１ｂによるレーザ光の出射方向が光軸Ｃ１に一致するように固定するとともに、半導体レーザモジュール１１ａに対して外部変調を行って、上述した３次元画像、撮像画像、音声データ、テキストデータなどの各種データを送受信する。もちろん、可搬型レーザレーダ装置１００が空中に存在する場合であっても、レーザ装置１０のレーザ光を用いた通信を行ってもよい。ここで、制御部Ｃは、レーザ装置１０のレーザ光を用いた通信を行う場合であって、通信先の３次元位置が既知の場合、姿勢方位計３０の検出結果をもとに、通信先のレーザ光が向いているか否かを入出力部４０に出力して案内することが好ましい。
【００３８】
操作部６０は、撮像操作部６１、レーダ操作部６２、および通信操作部６３を有する。撮像操作部６１は、ズーミングを行うためのボタンや、レリーズボタンなどを有するとともに、近赤外線カメラ１１０によって撮像された近赤外画像と遠赤外線カメラ１２０によって撮像された遠赤外画像とのいずれか一方のみの出力、あるいは双方の重ね合わせ画像あるいは合成画像の出力を指示するボタンも有する。もちろん、電源スイッチも有する。また、レーダ操作部６２は、観測対象に対するレーザ光照射を指示するボタンを有する。通信操作部６３は、少なくとも、現在、入出力部４０に表示されている情報を通信部７０による無線電波通信あるいは通信制御モジュールＭ４によるレーザ通信のいずれかによる送受信制御ボタンや、音声通信ボタンなどを有する。
【００３９】
なお、メモリ５０は、レーダ制御モジュールＭ２や撮像制御モジュールＭ３などが取得した各種の情報を格納する着脱自在の記憶媒体である。
【００４０】
図８は、可搬型レーザレーダ装置１００の使用状態の一例を示している。図８に示すように、例えば水深３０ｍ以内の海底２０１の状態をレーダ検知する場合、例えば、ヘリコプター３００に搭乗し、可搬型レーザレーダ装置１００を空中から鉛直下方に向けてレーザ光を照射することによって、解像度の高い海底状態を迅速に得ることができる。これによって、例えば、海底２０１に沈んでいる物体の回収等を速やかに行うことができる。なお、水面２００によってもレーザ光は反射するが、この反射光の情報は除去することができるとともに、水深を測る場合に用いることができる。また、潜水した人３０１が水中内で、可搬型レーザレーダ装置１００を操作することによって、水中内で海底２０１の海底状態を得ることもできる。さらに、海底状態に限らず、水中に浮遊する物体２０２、例えば機雷などを精度高く検知することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１  可搬型レーザレーダ装置
１０  レーザ装置
１１  送光部
１１ａ  半導体レーザモジュール
１１ｂ  スキャン部
１２  受光部
２０  ＧＰＳ装置
３０  姿勢方位計
３１  圧力センサ
４０  入出力部
４１  接眼レンズ光学系
４２  接眼レンズ
５０  メモリ
６０  操作部
６１  撮像操作部
６２  レーダ操作部
６３  通信操作部
７０  通信部
８０  バッテリ
１１０  近赤外線カメラ
１２０  遠赤外線カメラ
Ｍ１  監視制御モジュール
Ｍ２  レーダ制御モジュール
Ｍ３  撮像制御モジュール
Ｍ４  通信制御モジュール
Ｃ  制御部
Ｃ１〜Ｃ４  光軸
【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】
2013210346.tif 000008
【図７】
2013210346.tif 000009
【図８】
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