CN109661591A - 超声波三维测量装置 - Google Patents

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佐藤智夫
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Abstract

提供在基于超声波信号的三维测量装置中，通过简单的结构来实现实用性高的高分辨率装置的方式。本发明是在根据频率分离一维方向的结构中，通过并行使用低分辨率广视野显示和高分辨率区域限制显示，从而以简单的结构来实现实用性高的高分辨率装置。

Description

超声波三维测量装置
技术领域
本发明涉及影像获取装置，关于在海洋等水中发送音响信号并通过来自该对象物的反射波而与水的浊度或照度无关地来获取宽阔的空间的三维影像的三维摄像装置。
背景技术
为了实现三维摄像，基本上需要将电极二维地配置成矩阵状，并且为了实现高分辨率装置，需要大量(10000个左右)的电极，并且实用化极为困难。
因此，发明人正在开发一种三维摄像方式，其具有按频率在不同的方向上照射超声波的一维排列的送波器、以及在与送波器排列方向正交的方向上进行一维分割的受波器。
各种各样的按频率在不同的方向上照射超声波并进行三维摄像的方式广为熟知。
图1表示了基于按频率在不同的方向上扫射超声波的方法的公知例。该方式是发明人们所发明的记载在专利文献1中的方式。
图1中的送波器8按每个方位来发送频率不同的超声波。送波器8的最简单的构成法是发明人们公知的技术，并且已在专利文献2中公开。
如图2所示，基于该公知技术的送波器8，在偏振轴方向21交互地反转而形成的压电元件20双面上，作为共用电极，形成一对接地电极22和信号电极23。
若在该共用电极22、23之间施加一个驱动信号25，则根据该信号频率在传播介质9中的不同的方向上放射超声波波前26，并在x轴方向上扫描对象区域10。
由于送波器8的形状是棒状，因此如图1所示，该超声波波前26变为在x轴方向上窄、在z轴方向上宽的扇形超声波束13。
在这里，设超声波波前26传播的方向为超声波波前放射方向24。以下，将超声波波前26相对于x轴(送波器8的排列方向)倾斜的角度设为θ，相对于z轴(假设为垂直方向)倾斜的角度为ψ。
图3表示送波器8的工作原理。若在共用电极22、23之间施加正弦波驱动信号25，则由于形成图3的圆弧所示的波前(通过实线和虚线表示相位相差180度的情况)，并且同时刻相邻的波前的相位反转，因此在送波器8的法线方向上放射音波被抵消，并在倾斜的方向即超声波波前放射方向24上形成超声波束。
在图3中，在频率高的情况下，由于波长短，因此如图3的a)所示，在正面附近方向上形成高频发送波波前27。另一方面，在频率低的情况下，由于波长长，因此如图3的b)所示，在更倾斜的方向上形成低频发送波波前28。
另一方面，如图4所示，来自物体15的反射声波14通过受波用的二维聚焦声透镜11电极在z轴方向(垂直方向)上被分割，并在一维排列的受波检测面12上摄像而变为物体像17。
在图1的结构中，对象物15的z方向位置通过受波检测面12上的分割元素16的位置而知晓。
此外，由于根据对象物15的方位θ(相对于x轴方向倾斜的角度)，被照射的信号的频率不同，因此如图4所示，对象物15的水平方向位置通过元素输出信号18中的信号频率分量强度19而知晓。
此外，由于通过声波传播时间知晓至对象物15的距离，因此能够获得对象物15的三维信息。
在这里，在这样的送波器的结构中，虽然基于专利文献3所示的孔径分割的短脉冲化也能够实现，但根据图3的工作原理，基本上发送脉冲长度变长，并且距离分辨率降低。
因此，本发明提供一种在通过频率来分离一维方向的结构中，基于正交排列的一维排列受波器的、距离分辨率高的三维摄像方式。
现有技术文献
专利文献1：特公昭52-47697号公报
专利文献2：特开昭47-26160公报
专利文献3：特开2010-71967公报
非专利文献
非专利文献1：海洋声学会编“海洋声的基础和应用”成山堂书店2004年
发明内容
发明要解决的课题
本发明提供一种具有高距离分辨率的三维摄像方式。
用于解决课题的手段
本发明提供一种在通过频率来分离一维方向的结构中，通过将发送波短脉冲化，通过一维排列的送波器和一维排列的受波器而具有高距离分辨率的三维摄像方式。
发明效果
根据本发明，能够提高距离分辨率，并且能够实现三维摄像用超声波摄像装置的高分辨率。
附图说明
图1是表示公知例的说明图。
图2是表示基于公知例的送波器的说明图。
图3是表示基于公知例的送波器的工作原理的说明图。
图4是表示基于公知例的受波器面的状况的说明图。
图5是表示本发明的整体结构的说明图。
图6是表示本发明的发送波波前形成的说明图。(实施例1)
图7是表示本发明的多个发送波波前同时形成的说明图。
图8是表示本发明的全方向多个发送波波前同时形成的说明图。
图9是表示本发明的时间缩短全方向多个发送波波前同时形成的说明图。(实施例2)
图10是表示发送波形的一例的说明图。
图11是表示发送波形频谱的一例的说明图。
图12是表示能够同时发送的极限波前数Uw的说明图。
图13是表示多个返回波的工作的说明图(图示每两次发送)。
图14是表示基于多个返回波的波前数KUw的说明图
图15是表示基于多个返回波的极限摄像时间TFK的说明图。
图16是表示凹面聚焦的发送波结构的说明图。(实施例4)
图17是表示受波器和受波指向性合成部的说明图。(实施例5)
图18是表示受波指向性合成部和滤波器组的说明图。
图19是表示基于基本结构的显示状况的说明图。
图20是表示基于低分辨率显示的显示状况的说明图。
图21是表示基于ψ方向显示的显示状况的说明图。
图22是表示基于ψ方向显示的超高速显示的显示状况的说明图。
图23是表示基于θ方向显示的显示状况的说明图。
图24是表示基于交叉显示的显示状况的说明图。
图25是表示基于深度门显示的显示状况的说明图。
图26是表示基于关注区域显示的显示状况的说明图。
图27是表示光标显示的说明图。
图28是表示低分辨率显示和交叉显示或光标显示的重合显示的说明图。
图29是表示低分辨率显示、光标显示、交叉显示的3种并列显示的说明图。
图30是表示低分辨率显示、光标显示、关注区域显示的3种并列显示的说明图。
图31是低分辨率显示和交叉显示的2种重叠显示和关注区域显示的复合显示的说明图。
图32是表示自动深度门显示的说明图。
图33是表示进行以距离F1为焦点的送波的方法的说明图。
图34是表示在相邻的多个方向上将同一频率的波前进行送波的方法的说明图。
图35是表示对受波器的孔径整体进行振幅加权的方法的说明图。
图36是表示将受波器的孔径整体进行分割而使用的方法的说明图。
具体实施方式
以下，通过实施例在以下详细说明设高解析度化为可能的各种结构。
(实施例1)一维发送波排列的延迟控制驱动(频率配置、正面方向高频)
图5表示本实施例的整体结构。
以下表示形成本实施例的送波器分辨率即θ方向分辨率的发送波指向性合成处理的工作。
图5所示的本发明的送波器108的全部孔径为WT，如图6所示，通过将具有时间差T0的同一波形施加给各送波元件，如众所周知的那样，在由元件间隔WT0和时间差T0而决定的方向上送出声波。
由于送波器108的形状为在x方向上宽、在z方向上窄，因此相反地形成在z方向上宽、在x方向上窄的形状的照射波前46。
基于送波器108的、照射波前46的x方向宽为送波器分辨率，由装置结构实现的最高的分辨率即送波器极限分辨率由声波的衍射极限角ΩDT而定，并由送波器孔径WT、声波波长λS照射方位θ给出，为ΩDT＝λS/(WTcosθ)。
根据图6的基本结构，由于通过一次发送接收仅进行一个方向上的测量，因此摄像速度变慢。
因此，在图7的结构中，将具有fL、fM、fH多个频率(在该例中为3种)的波形通过不同的时间差来发送。
在这里，由于送波器的驱动电子电路具有电压极限，因此如图7所示，通过进行设定以使各波形在时间上不重叠，从而成为电子电路的有效使用结构。
若进行这样的送波，则具有fL、fM、fH多个频率的波前被送波到与各自的时间差对应的不同的方向上，并且通过将由受波器138的一个元件即受波元件156得到的接收信号通过滤波器201而分解成各频率分量，从而通过一次发送接收能够得到多个方向的测量结果。
像这样，在具有fL、fM、fH多个频率的波前在不同的方向上送波的情况下，由于频率越大或者偏向角越大，被放射到目标方位以外的不必要的放射的强度越强，因此如图7所示，有效的结构为：在正面方向上放射高频信号并在边缘方向上放射低频信号。
像这样，通过在分别不同的方向上送波具有多个频率的波前，并且将由受波器138的一个元件即受波元件156的接收端子44得到的、来自反射体的接收信号通过滤波器201而分解成各频率分量，从而通过一次发送接收能够得到多个方向的测量结果，并且各个反射体存在的θ方向的位置通过滤波器的选择频率而知晓。
像这样，在具有fL、fM、fH多个频率的波前在不同方向上发送的情况下，一次发送接收所需的时间为图7所示的TF1。
接着，对使用了波形包驱动的第2实施例进行说明。
(实施例2)波形包驱动(先行单方向，缩短死区时间带)
在图7的结构中，为了确保全视野，例如如图8所示，在两个半面的各方向上进行频率不同的发送，并且由于发送波期间为全部倾斜延迟时间的和(T2+T3+T4+T5)、在发送期间内接收变得困难，因此附近的死区区域变大。
在这样的发送波指向性合成处理中，如图9所示，通过构成为发送波波前的方位单调地变化的顺序，从而在死区时间为仅左右的最大倾斜延迟时间的和(T4+T5)、且尤其照射方位变多的情况下，能够大幅缩短死区时间。
接着，对使用了多次交织发送的第3实施例进行说明。
(实施例3)多次交织发送(高分辨率化)
在图7的发送波指向性合成处理中，距离分辨率由发送信号的时间长度而决定。在这里，在图7的结构中，若将发送信号波形设为图10所示的菱形，将发送信号的全部时间长度设为2T，则发送信号的频谱为图11所示，频带宽为1/T。
因此，若设送波器的频带为图12所示的W，则一次发送波所允许的放射方向的最大数被限制为UW＝W/(1/T)方向。
因此，在发送波指向性合成处理中，如图13所示，在多次发送波中，若在分别不同的方向上放射声波，则各发送波中的频率利用变为图14a)、b)，并且能够通过这些接收信号而实现向图14c)所示的多个方向的测量。
从而，通过在多次的发送波中在分别不同的方向上放射声波，从而在被限制的送波器的频带中维持足够的距离分辨率并实现朝向多个方向的独立的声波发送接收。
虽然图14将通过两次的发送接收来完成一个画面的情况作为例子而进行了说明，但如图15中所示，通过K次(K为大于2的自然数)的发送接收来完成一个画面的结构当然也能够实现，并且虽然完成一个画面的摄像时间TFK变长，但朝向更多个方向的独立的声波放射在被限制的送波器的频带中维持足够的距离分辨率而实现。
像这样，在通过K次的发送接收来完成一个画面的结构中，一个画面的完成所需的摄像时间变长，并且摄像时间变为图15所示的、K次的发送接收所需的时间TFK。
接着，对使用了凹面聚焦的第4实施例进行说明。
(实施例4)凹面聚焦
图16表示在近距离中防止解析度降低的结构。
在本结构中，如图16所示，通过延迟电路VD给予凹面延迟，从而能够使发送波波前聚焦在选择的距离上。
接着，对使用了受波排列方向的受波指向性合成的第5实施例进行说明。
(实施例5)受波排列方向的受波指向性合成
通过图5的整体结构对本实施例的受波器分辨率即ψ方向(受波排列方向)上的受波指向性合成处理进行说明。
图5的如图17所示，朝向受波器138的入射时刻根据z轴方向位置而变化。
因此，为了进行同相位加法运算，对来自受波器138的V个信号需要关于z轴方向的指向性合成处理。
在非专利文献1中详细说明了该受波指向性合成处理，作为一例如下进行受波指向性合成处理：在受波指向性合成部37中，通过将延迟电路49的延迟时间端子50与上方接收波前47的倾斜角ψ1对应而选择，从而补偿接收信号51中的信号的时间差或相位差，并将补偿后的信号进行加算。
基于受波器138的、接收波前47、48的z方向宽为受波器分辨率，并且通过装置结构实现的最高的分辨率即受波器极限分辨率由声波的衍射极限角ΩDR而定，并且通过受波器孔径WR、声波波长λS、受波方位ψ给出，为ΩDR＝λS/(WRcosψ)。
在这里，通过将延迟时间端子50的选择位置设定为凹面状，从而也能够实现着眼于特定距离的聚焦接收。
通过该同相位加算处理，仅以角度ψ1倾斜的上方接收波前47作为上方接收输出52而输出，并且正面方向接收波前48作为正面接收输出53而分别独立地输出。
因此，与ψ方向有关的位置通过受波指向性合成部37的P个接收输出位置而知晓。
接着，对三维空间测量对象的基本工作进行说明。
像这样的、与反射体的ψ方向位置对应的受波指向性合成部37的各接收输出被施加到图18所示的滤波器组109。
滤波器组109由多个滤波器201构成，并且在各滤波器201的端子分别作为对应的频率分量f1至fU被分离输出。
在这里，由于反射体存在的θ方向的位置与反射信号的频率对应，因此反射体的θ方向的位置通过按频率分量而被分离输出的各滤波器201的端子而知晓。
因此，上方接收信号以及正面接收信号作为上方接收滤波输出202以及正面接收滤波输出203而得到，并且通过这些输出端子的位置来知晓反射体所存在的θ方向以及ψ方向位置的位置。
此外，由于到对称物15的距离r通过超声波的往返时间而知晓，因此通过这3个信息而完全掌握三维空间内的测量对象的形状，并且实现三维摄像。
若需要关于滤波器组109的全部端子进行以上的处理，并且设由送波器结构而定的θ方向的最大视野为E，最高分辨率为ε，则滤波器组109的所需端子数U＝E/ε，若由受波器结构而定的ψ方向的最大视野为H，最大分辨率为η，则受波指向性合成部37的所需输出端子数P＝H/η。
在这里，设声波的波长为λ，由送波器结构而定的θ方向的最大视野E近似为λ/WT0，θ方向的最高分辨率ε为λ/WT。
此外，由受波器结构而定的ψ方向的最大视野H近似为λ/WR0，并且ψ方向的最高分辨率η为λ/WR0。
另一方面，若设距离方向的视野为R，分辨率为ρ，则距离方向的观测点的数量为L＝R/ρ，并且通过该基本工作，为了测量三维空间内的全部的观测点的信息，如图19所示，进行U×P×R次的指向性合成处理。
这些基于受波指向性合成部37以及滤波器组109的受波指向性合成处理也能构成为基于使用延迟线等的模拟处理，但也能构成为将接收信号数字化，并且通过数值运算来实施受波指向性合成处理的整体。
该基本工作中的声波传播时间为TFK，且由此不能缩短摄像时间，该TFK给出摄像限制时间。
在这里，在进行U×P×R次的指向性合成处理的情况下，在处理装置的性能不足的情况下，指向性合成的处理时间TP为图15所示的K次的发送接收所需的摄像极限时间TFK以上，并且摄像时间由处理时间TP(>TFK)而决定。
以上通过将受波指向性合成部37的各接收输出施加到滤波器组109的顺序而进行了说明，但由于这些处理为线性处理，不赖于处理的顺序，因此也能构成为使滤波处理先行，并对滤波处理的结果进行受波指向性合成。
接着，对显示通过上述的三维摄像装置而得到的信息的方法进行说明。
(低分辨率显示)
为了以最高精度来测量全部的观测点的信息，需要U×P×R的指向性合成处理，但也能根据使用情况而减少处理次数。
因此，考虑以下结构：故意使送波器分辨率或者受波器分辨率从由装置的孔径和频率而定的各自的极限性能降低、或者进一步强制性地使距离分辨率也降低的低分辨率显示。
在这里，如图20所示，若设为使θ方向、ψ方向、距离方向的分辨率分别降低α、β、γ倍，则根据显示信息数的减少，即使指向性合成处理次数也最低减少到(U/α)×(P/β)×(R/γ)。
进一步地，若使θ方向、ψ方向的分辨率分别降低α、β、γ倍，则还能使送波器以及受波器的开口分别减小α、β、γ倍。
在以下中，为了简单起见，设仅考虑由显示信息数的减少而产生的效果。
即使仅考虑由显示信息数的减少而产生的效果，用于测量观测点的信息的指向性合成处理次数也为(U/α)×(P/β)×(R/γ)，并且在低分辨率显示中，能够一次将处理负荷降低1/(α×β×γ)倍，若α＝β＝γ＝3，则能够将处理负荷降低为1/27。
在这里，若使θ方向的分辨率降低α倍，则发送波次数K变为Ka，且KUw>U>KaUw>U/α，并且图15所示的K次的发送接收所需的摄像极限时间TFK被缩短为TFKa，对于基本工作能够实现TFK/TFKa倍的高速摄像。
另外，显示方法不限于上述的方法，例如也能够设为部分数据显示1：ψ方向显示。
具体地，如图21所示，若考虑通过最高分辨率仅测量送波器分辨率方向即θ方向的一个扇型截面的情况，则其为P×R的指向性合成处理，声波传播中的摄像极限时间为图7中的一次发送接收时间TF1(＝TFK/K)，并且对于基本工作能够实现K倍的超高速摄像。
进一步地，也能设为部分数据显示2：超高速显示。具体地，如图22所示，若θ方向的扇形截面的测量截面数为图12所示的一次送波所允许的放射方向最大数UW以内，则声波传播中的摄像极限时间仍为一次发送接收时间TF1(＝TFK/K)，并且能够实现超高速摄像。
此外，也能设为部分数据显示3：θ方向显示。在这里，如图23所示，若考虑通过最高分辨率仅测量受波器分辨率方向即ψ方向的一个扇形截面的情况，则其为U×R次的指向性合成处理，指向性合成中的处理负荷减小到1/P，这种情况下的摄像极限时间为图15中的TFK，并且摄像速度与基本工作同等。
此外，与图22同样，若将ψ方向的扇形截面数增大到PP，则变为PP×U×R次的指向性合成处理，虽然指向性合成中的处理负荷与扇形截面数PP成比例地增加，但摄像极限时间仍为TFK，并且摄像速度与基本工作同等。
此外，也能够设为部分数据显示4：交叉显示。交叉显示是指并用了上述的θ方向显示和ψ方向显示的显示方法。若并用这样的θ方向显示和ψ方向显示，则变为图24所示的交叉显示。
在这里，如图24所示，若考虑通过最高分辨率仅测量θ方向和ψ方向的各自一个扇形截面的情况，则其为(P+U)×R的指向性合成处理，若设U≒P，则指向性合成中的处理负荷被减少至基本工作的大致2/P，并且这种情况下的摄像极限时间为图15中的TFK，并且摄像速度与基本工作同等。
在这里，将图24的两个扇形截面相交叉的轴OOXY作为轴而旋转的旋转交叉显示也能通过配置旋转角度设定部件而实现，在该旋转交叉显示中也为(P+U)×R的指向性合成处理，并且这种情况下的摄像极限时间也为图15中的TFK，且其工作与交叉显示同等。
在这里，在图24中仅显示截面位置、且不显示各截面的反射信号信息的工作通过θ方向的着眼方位QX和ψ方向的着眼方位QY的设定而选择轴OOXY，进一步地，若添加用于选择特定距离UR的部件，则变为选择三维空间内的任意的位置QXYR(QX、QY、QR)，并且被用作为光标显示图27，且能够选择任意的位置，其中光标显示图27基于配置用于设定3个变量QX、QY、QR的输入部件。
作为一次性选择两个变量的输入部件，操纵杆或轨迹球等广为熟知。
进一步地，通过配置用于设定作为第3变量的距离方向的位置UR的输入部件，从而能够选择三维空间内的任意的位置QXYR(QX、QY、QR)。
此外，如图25所示，若着眼于特定距离UR，并通过光标工作来选择三维空间内的任意的位置QXYR(QX、QY、QR)，并作为深度门显示而显示与OOXY交叉的一个截面ZR，则该显示为(P+U)的指向性合成处理，若U≒P，则指向性合成中的处理负荷被减少至基本工作的大致2P，并且该情况下的摄像极限时间为图15中的TFK，且摄像极限速度与基本工作同等。
此外，通过输入装置进行图25中的角度ΩU、ΩV的设定而显示与轴OOXY交叉的任意的截面，从而能够设为旋转深度门显示。在这种情况下也为(P+U)的指向性合成处理，若U≒P，则指向性合成中的处理负荷被减小至基本工作的大致2P，并且在这种情况下，摄像极限时间也为图15中的TFK，且摄像极限速度与基本工作同等。
此外，在图25所示的深度门显示中，也能够设为配置多个(NZR个)截面ZR的多个深度门显示，并且在这样的多个深度门显示中为(P+U)×NZR的指向性合成处理，并且虽然负荷增大到深度门显示的NZR倍，但这种情况下的摄像极限时间为图15中的TFK，且摄像极限速度与基本工作同等。
此外，作为显示方法，也可以使用部分数据显示8：关注区域显示以及区域体积。在这里，如图26所示，若设定关注区域，并将θ方向、ψ方向、距离方向的观测区域分别限定于a、b、c点，则用于测量观测点的信息的指向性合成处理次数为(a×b×c)/(U×P×R)，若设a＝U/3、b＝P/3、c＝R/3，则能够将处理负荷降低至1/27，并且能在维持三维方向的视野以及摄像时间(＝TFK)的状态下进行三维测量。
在这里，若关注区域中的a在放射方向最大数UW内，则声音传播中的摄像极限时间仍为一次发送接收时间TF1(＝TFK/K)，并且能够实现超高速摄像。
由于目前为止说明的低分辨率显示或各种部分数据显示的处理负荷小，因此并用并显示作为一例的以下各种显示方式的情况能够任意设定而无需大幅增大处理能力：图28所示的低分辨率显示和交叉显示的两种重叠显示，图29所示的低分辨率显示、光标显示、交叉显示的3种并行显示，图30所示的低分辨率显示、光标显示、关注区域显示的3种并行显示，或者图31所示的低分辨率显示和交叉显示的两种重叠显示和关注区域显示的3种复合显示等。
此外，如图25所示，着眼于特定距离UR，并且在选择三维空间内的任意的位置QXYR(QX、QY、QR)的深度门显示中，通过将特定距离UR设为低分辨率显示的各方向上的最初的强力信号到达距离，从而如图32所示，能够使用通过高分辨率来显示对象的表面的自动深度门显示。
该自动深度门显示的摄像极限时间和摄像极限速度与通常的深度门显示同等。
目前为止说明的低分辨率显示或各种部分数据显示不限于固定到装置的坐标，也能利用导航装置的数据变换成地球坐标显示而进行显示。
目前为止说明的各种部分数据显示通过并用能够始终观察广泛的区域的低分辨率显示而被特别有效地利用。
在目前为止说明的低分辨率显示或各种部分数据显示中，虽然会发生在双方中部分信号变为相同的情况，但在这种情况下，能够通过共用该信号来提高摄像速度。
为了并用目前为止说明的各种高分辨率部分数据显示和低分辨率显示，必须提供具有高分辨率的能力的送波器。
在具备高分辨率的能力的送波器的结构中，进一步具备具有低分辨率的能力的送波器是不经济的。
虽然通过将具有高分辨率的能力的送波器的孔径减小，能够简单地进行低分辨率的发送，但若根据该方法，则送波器孔径的一部分被浪费。
因此，图33所示的方法为使用高分辨率送波器的孔径整体，当目标距离为F时，进行以距离F1为焦点的送波，并将分辨率降低为W1的手法。
此外，图34所示的方法为使用高分辨率送波器的孔径整体，通过在相邻的多个方向上发送同一频率的波前A、B，从而将发送波束作为C而变宽的方法。
在具备具有高分辨率的能力的受波器的结构中，进一步具备具有低分辨率的能力的受波器是不经济的。
虽然通过将具有高分辨率的能力的受波器的孔径减小，能够简单地进行低分辨率的发送，但若根据该方法，则受波器孔径的一部分被浪费。
因此，图35所示的方法是对高分辨率受波器的孔径整体进行振幅加权的方法，例如，若进行海明(Hamming)加权，则即使使用全部孔径，分辨率也会按照目标降低到1/2，实现不必要的应答的改善。
此外，图36所示的方法是将高分辨率受波器的孔径整体进行分割而使用，并且对各个孔径进行指向性合成处理，并在对各指向性合成结果分别进行检波后进行加算的方法，即使使用全部的孔径，分辨率也会按照目的与分割数成比例地下降(在图中设为2分割)，并且也实现不规则噪声的压制。
此外，当然也能够实现将极限分辨率显示、和限制了对象空间区域的极限分辨率显示并行而显示(并行细化显示)。
像这样，在进行了并行细化显示的情况下，通过将限制了对象空间区域的极限分辨率显示设为限制了送波器分辨率方向的空间区域的显示，从而能够完全沿用测量结果。
此外，在这种情况下，由于基于一次发送接收的测量结果也能够观察，因此大幅提高耐运动性。
产业上的利用可能性
根据本发明，通过简便的装置而实现基于超声波的高精度的三维摄像。
标号说明
8 送波器
9 传播介质
10 对象区域
11 二维聚焦声透镜
12 一维排列
受波检测面
13 扇形超声波波束
14 反射声波
15 对象物
16 分割元件
17 物体像
18 元件输出信号
19 信号频率分量强度
20 压电元件
21 偏振轴方向
22 接地电极
23 信号电极
24 超声波波前放射方向
25 驱动信号
26 超声波波前
27 高频发送波波前
28 低频发送波波前
37 受波指向性合成部
42 信号电极
43 接地电极
44 信号端子
46 照射波前
47 上方接收波前
48 正面方向接收波前
49 延迟电路
50 延迟时间端子
51 接收信号
52 上方接收输出
53 正面接收输出
108 送波器
109 滤波器组
138 送波器
156 受波元件
201 滤波器
202 上方接收滤波输出
203 正面接收滤波输出

Claims (24)

1.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，构成为与所述送波器的排列方向正交的正面方向附近的发送波波前为高频，边缘方向的发送波波前为低频。
2.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，通过所述发送波波前的方位单调变化的顺序来进行发送。
3.一种超声波三维测量装置，其特征在于，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，在一次发送接收期间中，使发送的发送波波前的总数根据送波器的频带和发送信号的频谱而变化。
4.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，在进行了受波信号的受波指向性合成处理后，进行频率分量分离。
5.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，使受波信号的频率分量分离先行，其次进行受波指向性合成。
6.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，进行低分辨率显示。
7.一种超声波三维测量装置，具有：
送波器，被排列在一维方向上；以及
受波器，被一维排列在与送波器的排列方向正交的方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同，其特征在于，在该超声波三维测量装置中，进行限制了对象空间区域的极限分辨率显示。
8.如权利要求7所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示限制送波器分辨率方向的空间区域。
9.如权利要求7所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示限制受波器分辨率方向的空间区域。
10.如权利要求7所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示同时限制送波器分辨率方向和受波器分辨率方向的空间区域。
11.如权利要求10所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
使以送波器分辨率方向和受波器分辨率方向的被限制的空间区域的交差区域为轴而显示的限制区域旋转。
12.如权利要求10所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示仅显示截面位置，并且具有选择特定距离的部件。
13.如权利要求7所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示着眼于特定距离，并具有限制距离方向的空间区域的部件。
14.如权利要求7所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示对于送波器分辨率方向、送波器分辨率方向、以及距离方向的全部方向限制区域。
15.如权利要求6所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
将限制了对象空间区域的极限分辨率显示并行而显示。
16.如权利要求13所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制所述距离方向的空间区域的部件，根据低分辨率显示的各方向上的测量信号条件而决定。
17.如权利要求8所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了所述对象空间区域的极限分辨率显示，仅将送波器分辨率方向的空间区域限制到单一发送波波前方向。
18.如权利要求15所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
构成为不缩小所述送波器以及所述受波器的孔径而实现低分辨率显示。
19.一种超声波装置，其特征在于，具有：
送波器，被排列在一维方向上，
该送波器在一次发送接收期间中发送多个发送波波前，并且在被发送的声波的频率根据相对于送波器排列方向的方位而不同的结构中，构成为发送波波前的频率在正面附近方向上放射高频分量，在边缘方向上放射低频分量。
20.如权利要求19所述的超声波装置，其特征在于，
在一次发送期间中发送的波前的方位，对于特定的驱动信号频率，其被限定于送波器前面的全方位方向中单一的方位角方向。
21.如权利要求19所述的超声波装置，其特征在于，
所述送波器按单调变化的顺序来发送波前。
22.如权利要求15所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
构成为相对于低分辨率显示，将限制了对象空间区域的极限分辨率显示相对地扩大而显示。
23.如权利要求1所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
将限制了对象空间区域的极限分辨率显示并行而显示。
24.如权利要求23所述的超声波三维测量装置，其特征在于，
限制了对象空间区域的极限分辨率显示，限制送波器分辨率方向的空间区域。
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