(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダ部を備えた航行障害物探知装置であって、
前記レーザレーダ部は、
認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、
受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、
前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段と、
前記レーザ光照射手段によって前記パルスレーザ光が照射される照明領域と前記受光部の受光領域とが同一となるように自動的に制御する照明及び受光領域制御装置と
を有している航行障害物探知装置。
【請求項２】
請求項１記載の航行障害物探知装置において、
前記動作間隔信号に応答して前記シャッタ動作の開時間間隔が設定される
航行障害物探知装置。
【請求項３】
請求項１記載の航行障害物探知装置において、
更に、
前記パルスレーザ光が前記認識対象物体に照射されるように、前記ガイド手段によってガイドされた前記パルスレーザ光を反射する反射手段を備え、
前記反射手段は、雲台に搭載され、
前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、
船舶の動揺を検出するセンサーと、
前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えた航行障害物探知装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の航行障害物探知装置において、
前記受光部は、光学レンズ系によって前記認識対象物体からの反射光を集光する
航行障害物探知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水上、水中、水底の障害物を探知し、その障害物を避けて安全に航行させるための航行障害物探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照して、従来例を説明する。避航操船装置１は、インターフェース１９を介して、ドップラーソナー２、衛星航法装置３およびジャイロコンパス４に接続されており、インターフェース２０を介して、レーダ（衝突予防装置）５に接続されている。また、避航操船装置１は、計画航路入力装置１３を介して、航海装置６に接続され、インターフェース２１を介して、オートパイロット７、並びに主機リモコン８および操舵リモコン８ａに接続されている。
【０００３】
ドップラーソナー２から自船の縦方向船速ｖｖ、横方向船速ｖｈがインターフ
ェース１９経由で船速・針路演算装置９に送信され、ここで自船の船速ｖ、針路ψが計算される。船速ｖと針路ψは、船速・針路演算装置９から避航航路計画装置１０に取り込まれる。
【０００４】
衛星航法装置３からはインターフェース１９経由で自船位データｐが、ジャイロコンパス４からは同じくインターフェース１９経由で船首方位φが避航航路計画装置１０に送られる。
【０００５】
レーダ（衝突予防装置）５からは、自船から他船への方位φｔ，ｉ、他船との距離ｄｔ，ｉ、他船の針路ψｔ，ｉ、他船の船速ｖｔ，ｉ、が、インターフェース２０および演算装置２２経由で、避航航路計画装置１０に送られるとともに、閉塞領域演算装置１１にも取り込まれる。閉塞領域演算装置１１では、各他船毎に閉塞領域（他の船舶を入れない領域・船間距離）ＣＡｉを長方形として計算する。他船の閉塞領域ＣＡｉは、避航航路計画装置１０に送られる。
【０００６】
また、自船が航行すべき計画航路ＰＲは、航海装置６またはＣＲＴ入力装置１２から計画航路入力装置１３を経て避航航路計画装置１０へ入力される。避航航路計画装置１０では、上記の各種データと、記憶装置１４に記憶された海図に基づいて入力された座礁危険領域ＤＡ、及び記憶装置１５に記憶された知識ベース内のルールを用いて避航航路ＡＲが計画される。
【０００７】
上記の処理において実際に避航航路計画装置１０で取り扱われる上記データは、図５に示す型式でＣＲＴ表示装置１６に表示される。同図で、符号ｐｖは自船ベクトル、ｔｖ１、ｔｖ２、ｔｖ３は他船ベクトル、ＤＡは座礁危険領域、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３はそれぞれの他船の閉塞領域、ＰＲは元の計画航路、ＴＲは自船の航跡、ＡＲは避航航路、ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３はそれぞれ避航のために計画された変更点、ψ０は避航航路ＡＲに沿って自船を航行させるための針路指令値、Ｖ０は船速指令値である。
【０００８】
針路指令値ψ０と船速指令値Ｖ０は、避航操船のための支援情報となり、これに従って手動操船が実施できる。図４に示すように、スイッチ１７を閉、スイッチ１８を開とした場合、前記情報ψ０、Ｖ０は、インターフェース２１を介して、オートパイロット７へ送られ、自動操船状態となる。一方、スイッチ１７を開、スイッチ１８を閉とした場合、前記情報ψ０、Ｖ０は、主機リモコン８および操舵リモコン８ａへ送られ、手動操船状態となる。
【０００９】
以上に示した如く、記憶装置１４に記憶された座礁危険領域ＤＡと、レーダ５から取り込んだ他船データにより計算された他船データ毎の閉塞領域ＣＡｉとの、両領域に交錯しないように避航航路計画装置１０が避航航路ＡＲを設定する。このときに、記憶装置１５内の知識ベースとしての、法規（海上衝突予防法など）や経験則が参照され、最終的に安全で法規に合った避航航路ＡＲを決定する。この設定された避航航路ＡＲに対して一定周期で安全性の評価を行い、周囲の状況の変化により危険が増すと、最新のデータをもとに再計画する。
【００１０】
得られた避航航路ＡＲは、図５に示したように、座礁危険領域ＤＡや他船マーク、自船マークとともにＣＲＴ表示装置１６の画面上にグラフィック表示され常時監視可能である。また、併せて、避航航路ＡＲに沿って自船を航行させるための針路、船速指令値ψ０、Ｖ０もＣＲＴ表示装置１６の画面上に表示するとともに、スイッチ１７，１８を切り替えることによってオートリモコン７，主機リモコン８、操舵リモコン８ａによる自動・手動操船も可能となる。
【００１１】
以上の如く、本システムによれば、浅瀬や暗礁、他船に対する避航の安全性、信頼性を高めるとともに、操船者の作業負担軽減、要員の省人化に寄与する自動操船が可能となる。また、船員の誤判断、誤操作防止のための支援装置としても有効である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一方、衝突を防止するための航海支援機器は、依然として従来の電波レーダに依存しており、木製やプラスチック製の小型船舶、浮遊する漁網などの障害物は全く認識できない。また、水中の障害物についても海図が整備されつつあるものの、これに示されていない暗礁は、記憶装置にも入力されないため、認識することができず、運航側からこれらを認知できる装置の必要性が指摘され続けている。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、従来技術では達成できなかった木製小型船舶の探知及び水中障害物探知が可能な、航行障害物探知装置を提供することを目的としている。
本発明の更に他の目的は、下記の実施の形態を通じて、より具体的に明らかに記述される。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の航行障害物探知装置は、レーザレーダ部を備えた航行障害物探知装置であって、前記レーザレーダ部は、認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段とを有している。
【００１５】
本発明の航行障害物探知装置において、前記レーザレーダ部は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えている。
【００１６】
本発明の航行障害物探知装置において、更に、前記パルスレーザ光が前記認識対象物体に照射されるように、前記ガイド手段によってガイドされた前記パルスレーザ光を反射する反射手段を備え、前記反射手段は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えている。
【００１７】
本発明の航行障害物探知装置において、前記雲台には、防振手段が設けられている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る航行障害物探知操船装置を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
本実施形態において、前記従来例と同様の構成要素については、同一符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００１９】
図１および図４に示すように、本実施形態では、従来の電波レーザ５の他に、
レーザレーダ部２３がインターフェース２０を介して避航操船装置１に接続されている。
【００２０】
図１を参照して、レーザレーダ部２３について説明する。
レーザレーダ部２３は、送光システム部２３０と、受光システム部２４０とを備えている。認識対象物体を照明することに用いられるパルス状のレーザ光４０は、パルスレーザ装置１００により発生する。ここで、このパルスレーザ光４０の出力、パルス幅、発生の繰り返し周波数等の特性は、パーソナルコンピュータ等から構成される制御信号発生装置１６０により、ユーザ（観測者）から指定される。そして、この指定に従った制御信号が、制御信号発生装置１６０から、パルスレーザ制御装置２００に伝送され、このパルスレーザ制御装置２００によりパルスレーザ装置１００が動作する。
【００２１】
また、このとき必要な電力は、パルスレーザ用電源装置３００より供される。
さらに、制御信号発生装置１６０とパルスレーザ制御装置２００との間の伝送手段については、光ケーブル１８０ａ等を用いることにより、遠距離間での動作制御が可能となる。
【００２２】
パルスレーザ装置１００により発せられたパルスレーザ光４０は、照明用光学レンズ系５０によって、空間的に拡大（若しくは縮小）され、パルスレーザ照明光４０ａとして、認識対象物体を照明するために照射される。ここで、照明用光学レンズ系５０は、パルスレーザ照明光４０ａ（即ち４０ｃ）が適当な領域となるように、照明領域制御装置６０にて制御される。具体的には、認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときには画像領域全体に認識対象物体が全て含まれるように照明領域４０Ｋを広く設定し、認識対象物体までの距離が長いとき、または認識対象物体が小さいときには画像領域全体に占める認識対象物体の割合が大きくなるように照明領域４０Ｋを狭く設定する。これにより、最終的に得られる画像では、画像領域全体に対して常に最適な割合で認識対象物体が表示されるので、認識対象物体までの距離および認識対象物体の大きさに関係なく常に高分解能を保つことができる。
【００２３】
この照明領域制御装置６０に対する制御信号についても、前述と同じように、光ケーブル１８０ｂ等を用い、制御信号発生装置１６０を介して、ユーザ（観測者）が指定することができる。
【００２４】
パルスレーザ照明光４０ａは、反射器（ミラーまたはプリズム）１９０，２０１，２１０で反射されて、符号４０ｂで示した状態から４０ｃの状態となって、照明領域４０Ｋへ照射される。このようにして、照明領域４０Ｋへパルスレーザ光４０ｃが照射され、その領域４０Ｋ内に物体があると、その物体によってパルスレーザ光４０ｃが反射され、反射光８０ａとして戻ってくる。そして、反射光８０ａは、反射器２１０で反射されて、反射光８０ｂとなり、受光用光学レンズ系７０によって受光される。反射器１９０，２０１を設けることによって、照射光４０ａは、反射（４０ｂ）・再反射（４０ｃ）して、反射光８０ａと同軸となる。すなわち、反射器１９０，２０１は、受光用光学レンズ系（受光部）７０の光軸上を照射光４０ｃが進むように、パルスレーザ装置１００から照射されたレーザ光４０ａをガイドしている。これにより、前記受光部による受光可能領域（撮像可能範囲）の全域に対して、レーザ光４０ｃを照射することができ、認識対象物体の見落としの防止および視認性の向上に供することができる。特に、受光部から認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときに、反射器１９０，２０１のようなガイド手段が無いと、照射領域４０Ｋと受光領域８０Ｋとの不一致がより大きな問題となっていた。
なお、反射器２１０は、前記ガイド手段として機能しているわけではなく、反射器１９０，２０１によって、照射光および反射光の光軸は一致する。
【００２５】
反射光８０ｂの受光領域８０Ｋは、受光用光学レンズ系７０によって、照明領域４０Ｋと略同一の領域を有するように制御信号発生装置１６０によってユーザ（観測者）に指定され、照明領域制御装置６０および受光領域制御装置９０は、照明・受光領域４０Ｋ，８０Ｋが互いに同一となるように自動的に制御される。この制御は、制御信号発生装置１６０からの信号により受光領域制御装置９０を駆動することによって、受光用光学レンズ系７０を構成するレンズ群の位置を変化させて行う。
【００２６】
受光用光学レンズ系７０によって集光された、認識対象物体からの信号光は、シャッタ装置１０１を経て、受光装置１２０へ導入される。ここで、シャッタ装置１０１においては、制御信号発生装置１６０により発せられる動作開始信号と動作間隔信号とに従って作動するシャッタ作動制御装置１１０により、シャッタ動作の開（ｏｐｅｎ）と閉（ｃｌｏｓｅ）を行う。
【００２７】
この動作開始時刻は、パルスレーザ装置１００から発せられるパルスレーザ光４０の照射と同期して（つまり、パルスレーザ制御装置２００と同期して）おり、認識対象物体までの距離に応じて変化できるように設定される。また、このとき、認識対象物体までの距離が不明の場合にも、動作開始時刻を僅かずつずらすことによって、認識対象物体を探査することが可能となる。また、動作間隔信号によってシャッタ動作の開（ｏｐｅｎ）時間間隔を設定し、ユーザ（観測者）によって指定された領域からの信号光のみを取り込むことが可能となる。すなわち、上記２つの信号（動作開始時刻及び動作間隔）の組み合わせによって、ユーザ（観測者）は、選択的な断層観測が可能となる。
【００２８】
また、受光装置１２０に対しては、受光装置制御装置１３０より、ゲイン、アイリス（絞り）、撮像周期等の受光特性に関する制御信号が伝送され、この制御信号に従って撮像される。ここで、前述した、受光領域制御装置９０、シャッタ動作制御装置１１０、受光装置制御装置１３０に対する制御信号は、すべて、遠隔から伝送可能なように光ケーブル１８０ｃ，１８０ｄ，１８０ｅ等を介して、制御信号発生装置１６０より発せられる。
【００２９】
受光装置１２０に導入され、撮像された認識対象物体の画像情報は、インターフェース２０を介して避航航路計画装置１０、閉塞領域演算装置１１へ送られる。
【００３０】
次いで、図２を参照して、第２の実施形態について説明する。
レーザレーダ部２３の送光システム部２３１と受光システム部２４１は、防振ゴム、ばね等の防振装置を介して雲台４１Ａに搭載されており、その下面に雲台駆動装置４２Ａが取り付けられている。雲台駆動装置４２Ａは、雲台制御装置４３Ａに接続され、さらに船舶の動揺センサー（加速度計等）４４Ａに接続されている。
【００３１】
本実施形態によれば、雲台４１Ａは、雲台制御装置４３Ａによってユーザに指定され、雲台駆動装置４２Ａによって上下左右任意の方向へ動かされ、船の前方を広い範囲にわたって探査（走査）する。さらに、船の動揺を動揺センサー４４Ａで検知し、その動揺を相殺する信号を雲台制御装置４３Ａで演算し、その信号で雲台駆動装置４２Ａを動かすことにより、また、防振装置の作用により船の動揺や振動によるレーザレーダの認識誤差を防止することができる。
【００３２】
次に、図３を参照して、第３の実施形態について説明する。
照明光及び反射光の反射器２１０Ｂは、防振装置を介して雲台４１Ｂに搭載され、その下面に雲台駆動装置４２Ｂが取り付けられている。雲台駆動装置４２Ｂは、雲台制御装置４３Ｂに接続され、さらに船舶の動揺センサー４４Ｂに接続されている。
【００３３】
反射器２１０Ｂを搭載した雲台４１Ｂは、雲台制御装置４３Ｂによってユーザに指定され、雲台駆動装置４２Ｂによって船の前方を広範に探査できる。さらに、動揺センサー４４Ｂの船の動揺信号を相殺するよう雲台制御装置４３Ｂで雲台駆動装置４２Ｂを制御し、防振装置の作用とともにレーザレーダの誤認識を防止できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明による航行障害物探知装置によれば、前記レーザレーダ部は、認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段とを備えているため、従来の操船システムでは達成し得なかった小型木造船、海面浮遊物、水中障害物まで探知可能で、前記受光部による受光可能領域（撮像可能範囲）の全域に対して、レーザ光を照射することができ、認識対象物体の見落としの防止および視認性の向上に供することができる。特に、受光部から認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときに、ガイド手段が無いと、照射領域と受光領域との不一致がより大きな問題となっていたが、本発明によれば、その問題を解消することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記レーザレーダ部は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備え、あるいは、前記反射手段は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備え、さらに、前記雲台には、防振手段が設けられているため、雲台は、雲台制御手段によってユーザに指定され、雲台駆動手段によって上下左右任意の方向へ動かされ、船の前方を広い範囲にわたって探査（走査）する。さらに、船の動揺をセンサーで検知し、その動揺を相殺する信号を雲台制御手段で演算し、その信号で雲台駆動手段を動かすことにより、また、防振手段の作用により船の動揺や振動によるレーザレーダの認識誤差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第１の実施形態に係る航行障害物探知操船装置を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図２】  図２は、第２の実施形態を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図３】  図３は、第３の実施形態を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図４】  図４は、従来一般の航行障害物探知操船装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  図５は、従来一般の航行障害物探知操船装置を構成するＣＲＴ表示装置の画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
５…レーダ（障害物探知部）
７…オートパイロット（自動運航手段）
８…主機リモコン（自動運航手段）
９…船速・針路演算装置（船速針路演算手段）
１０…避航航路計画装置（避航航路計画決定手段、進路船速指令値演算手段）
１１…閉塞領域演算装置（閉塞領域演算手段）
１４…第１の記憶手段
１５…第２の記憶手段
１６…ＣＲＴ表示装置（表示手段）
２３…レーザレーダ部
２３ａ…レーザレーダ部
２３ｂ…レーザレーダ部
４０…パルスレーザ光
４０ａ…パルスレーザ光
４０ｂ…パルスレーザ光
４０ｃ…パルスレーザ光
４１Ａ…雲台
４１Ｂ…雲台
４２Ａ…雲台駆動装置（雲台駆動手段）
４２Ｂ…雲台駆動装置（雲台駆動手段）
４３Ａ…雲台制御装置（雲台制御手段）
４３Ｂ…雲台制御装置（雲台制御手段）
４４Ａ…センサー
４４Ｂ…センサー
７０…受光用レンズ系（受光部）
８０ａ…反射光
８０ｂ…反射光
１００…パルスレーザ装置（レーザ光照射手段）
１０１…シャッター装置（シャッタ手段）
１２０…受光装置（撮像手段）
１９０…反射器（ガイド部）
２０１…反射器（ガイド部）
ｐ…自船位データ
ｖ…自船の進路
ψ…自船の進路方向への船速
ｖｖ…自船の縦方向船速データ
ｖｈ…自船の横方向船速データ
φ…船首方位
ｄｔ，ｉ…自船と他船との距離
ψｔ，ｉ…他船の針路（進路）
ｖｔ，ｉ…他船の船速
ＣＡｉ…閉塞領域
ＤＡ…座礁危険領域
ＡＲ…避航航路
ｖ０…船速指令値
ψ０…進路指令値
ｐｖ…自船ベクトル
ｔｖ１…他船ベクトル
ｔｖ２…他船ベクトル
ｔｖ３…他船ベクトル
ＴＲ…自船の航跡
【図１】
0003848817.tif 000002
【図２】
0003848817.tif 000003
【図３】
0003848817.tif 000004
【図４】
0003848817.tif 000005
【図５】
0003848817.tif 000006