JP3030330B2 - レーザーパルスを用いた水中レーザー視認装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーパルスを
用いた水中レーザー視認装置に係わり、特に水中に配さ
れた視認対象物を視認する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−０７２２５０号公報に、濁っ
て透明度の悪い水中（例えば海中）の視認対象物をより
鮮明に視認することが可能な水中レーザー視認装置に係
わる技術が開示されている。この公知文献に記載された
水中レーザー視認装置は、支援船上に設けられたレーザ
ー発振器から出力されたレーザーパルスを光ファイバケ
ーブルを介して潜水艇（照射手段）に導き、該潜水艇か
ら視認対象物に向けてレーザーパルスを照射し、視認対
象物から得られる反射光を検出することにより視認対象
物の映像を得るようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記水中レ
ーザー視認装置では、光ファイバケーブルを介してレー
ザーパルスを支援船から潜水艇に導くように構成されて
いるので、視認対象物に照射できるレーザーパルスの出
力は、光ファイバケーブルの電送容量によって制限を受
ける。一方、視認対象物の映像は、該視認対象物に照射
するレーザーパルスの光量を増大させてレーザーパルス
のパルス幅を狭くすることにより鮮明化されることが知
られている。したがって、上述した従来の水中レーザー
視認装置では、鮮明な映像を得るために十分な光量のレ
ーザーパルスを視認対象物に照射できないという問題点
があった。

【０００４】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、以下の点をその目的としている。 （１）視認対象物に照射するレーザーパルスの光量を増
大させることが可能なレーザーパルスを用いた水中レー
ザー視認装置を提供する。 （２）視認対象物に照射するレーザーパルスのパルス幅
を短くすることが可能なレーザーパルスを用いた水中レ
ーザー視認装置を提供する。 （３）より鮮明な視認対象物の映像を得ることが可能な
レーザーパルスを用いた水中レーザー視認装置を提供す
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の手段として、レーザー発振装置によって発生
されたレーザーパルスを水中に配された照射手段から水
中の視認対象物に照射し、該レーザーパルスの反射光を
検出して視認対象物の映像を生成するレーザー視認装置
であって、前記レーザー発振装置は、視認対象物に照射
するレーザーパルスの光量を増大させるために前記水中
に配された照射手段に備えられ、水上から供給される高
圧交流電力によって作動するという手段が採用される。

【０００６】第２の手段として、上記第１の手段におい
て、照射手段が周囲の水によってレーザー発振装置を冷
却する冷却装置を備えるという手段が採用される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照し
て、本発明に係わるレーザーパルスを用いた水中レーザ
ー視認装置の一実施形態について説明する。

【０００８】 図１は、本実施形態のレーザーパルスを
用いた水中レーザー視認装置の外観を示す概略図であ
る。この図において、符号１は支援船、２は潜水艇（照
射手段）、また３はケーブルである。支援船１には潜水
艇２に電力を供給する電源１ａと潜水艇２によって撮影
された視認対象物の映像を表示するモニタ１ｂとが設け
られる。ケーブル３は、支援船１から一定距離（数十メ
ートル）離間し水中を航行する潜水艇２に上記電力と視
認対象物の映像信号を伝送する。

【０００９】潜水艇２は、例えば圧力容器２ａ、２ｂと
照射・撮像装置２ｃと表示装置２ｄとによって構成され
る。圧力容器２ａ、２ｂは高耐圧性の容器であり、内部
に収納される各装置を水圧から保護するために設けられ
る。照射・撮像装置２ｃは、耐圧ガラス等で形成された
照射部２ｃ1と受光部２ｃ2とを有し、照射部２ｃ1から
視認対象物にパルス状のレーザー光（レーザーパルス）
を照射するとともに、該レーザーパルスが視認対象物に
反射して得られる反射光を受光部２ｃ2で捉える。 表示
装置２ｄは、例えば小型軽量で小電力の液晶表示装置が
用いられ、上記反射光に基づいて生成された視認対象物
の映像を表示する。

【００１０】続いて、図２は、上記潜水艇２の電気的構
成を示すブロック図である。この図において、符号４は
レーザー発振装置であり、例えばレーザー媒質に光学的
に非線形を有する結晶を用いたＹＡＧ（Yttrium Alumin
um Garnet）レーザー発振器（波長可変レーザー発振
器）から構成される。レーザー発振装置４は、パルス発
生装置５から供給される波長選択信号に基づいてレーザ
ーパルスの波長を可変するように構成されており、例え
ば波長の可変範囲は４８０ｎｍ（ナノメートル）〜６１
０ｎｍの可視範囲に設定される。

【００１１】また。レーザー発振装置４は、パルス発生
装置５から供給される同期パルスに基づいて同期発振す
るように構成されており、例えば繰返数が５０Ｈｚでパ
ルス幅５ｎｓ（ナノ秒）のレーザーパルスを出射する。
この場合、レーザー発振装置４は、同期発振の方法とし
て、例えばＱスイッチ法を適用することにより、レーザ
ー発振器用電源６から供給される電力に対して効率よく
高出力のレーザーパルスを発振することができる。

【００１２】潜水艇２には、上記支援船１上の電源１ａ
から、例えば数千ボルトの高圧交流電力が供給されるよ
うになっており、レーザー発振器用電源６は、該高圧交
流電力を例えば２００ボルト６０Ｈｚに変圧してレーザ
ー発振装置４および冷却装置７に供給する。

【００１３】冷却装置７は、例えば圧力容器２ａの周囲
の水を取り込んでレーザー発振装置４を冷却するもので
ある。冷却装置７は、圧力容器２ａの周囲の水を利用す
ることにより外形サイズを小さくするとともに冷却効率
を高めている。上記パルス発生装置５は、発振波長を指
示する波長選択信号をレーザー発振装置４に出力すると
ともに、上記同期パルスを該レーザー発振装置４および
遅延検出装置８に出力する。

【００１４】符号９はレンズや反射鏡で構成された光学
系であり、レーザー発振装置４から出射されたレーザー
パルスを上記照射部２ｃ1に導くとともに該レーザーパ
ルスの照射スポット径を設定し照明光として視認対象物
Ａに照射する。

【００１５】ここで、レーザー発振装置４が潜水艇２内
に設けられるので、レーザーパルスは、光ファイバのよ
うな伝送可能な光のエネルギー（光量）に制限のある光
伝送媒体を介することなく視認対象物Ａに照射される。

【００１６】符号１０は光分岐器であり、例えば半透明
鏡が用いられる。光分岐器９は、レーザーパルスが視認
対象物Ａによって反射されて得られたパルス状の反射光
の一部をレーザー検出装置１１に向けて透過させるとと
もに、残りの反射光を光検出器１２に向けて反射する。

【００１７】光検出器１２は、２次元的な広がりを有す
る反射光のうち、例えばその中心部位の強度を電気的な
検出信号に変換して遅延検出装置８に出力する。遅延検
出装置８は、該検出信号と上記同期パルスとの時間的な
ずれ（位相差）を検出し遅延信号としてレーザー検出装
置１１に出力するとともに、検出信号のレベルを検出し
て反射光の強度を示すフォーカス信号としてレーザー検
出装置１１に出力する。

【００１８】レーザー検出装置１１は、フォーカスレン
ズ、シャッタ機能を有する光増幅器であるイメージ・イ
ンテンシファイヤ、受光素子、および走査装置からなる
一種の高感度カメラである。レーザー検出装置１１は、
上記フォーカス信号に基づいてフォーカスレンズを調節
することにより反射光の焦点を受光素子の受光面に合わ
せるとともに、上記遅延信号に基づいてイメージ・イン
テンシファイヤを制御することによりシャッタを開閉
し、パルス状の反射光のうちレーザーパルスが存在する
時間区間のみ受光素子を受光させ、また受光素子に２次
元的に照射された反射光を特定端部から順次走査して視
認対象物Ａの映像信号に変換し、画像処理装置１３に出
力する。

【００１９】画像処理装置１３は、例えばノイズ低減処
理や輪郭強調処理等の画像処理を上記映像信号に施して
表示装置２ｄおよびモニタ１ｂに出力する。なお、図示
しないが、レーザー発振装置４と冷却装置７とを除く他
の上記各部は、専用に設けられた回路電源から電力の供
給を受けるように構成される。この回路電源は、電源１
ａから供給された交流電力を整流して各機器に供給する
ものである。

【００２０】ここで、上記レーザー発振装置４〜画像処
理装置１３までの各機器は潜水艇２内に備えられるが、
消費電力が大きく発熱量の多いレーザー発振装置４は、
冷却装置７とともに圧力容器２ａ内に収納され、他の機
器は圧力容器２ｂ内に収納される。なお、上記各機器
は、図示しない制御装置によって統一的に制御されるも
のである。

【００２１】次に、上記レーザーパルスを用いた水中レ
ーザー視認装置の動きについて説明する。 まず、視認
対象物Ａの撮影に先立って撮影に最適なレーザーパルス
の波長選択が行われる。すなわち、潜水夫あるいは支援
船１からの制御によって照射・撮像装置２ｃが視認対象
物Ａの所定部位に向けられると、例えば最短波長つまり
波長４８０ｎｍのレーザーパルスが波長選択信号に基づ
いてレーザー発振装置４から出射される。そして、４８
０ｎｍよりも波長の長いレーザーパルスが順次連続して
レーザー発振装置４から出射される。このレーザーパル
スの波長は、波長４８０ｎｍ〜６１０ｎｍに亘って連続
的にあるいは一定波長間隔を隔てて離散的に増加され
る。

【００２２】これら各波長のレーザーパルスは光学系９
から水中を透過して視認対象物Ａに順次照射され、視認
対象物Ａからの反射光として光検出器１２に検出され
る。そして、該各々の反射光の強度を示す検出信号が光
検出器１２から遅延検出装置８に順次出力される。

【００２３】ここで、水中を透過するレーザーパルスの
透過率は、水の濁度や懸濁物の粒子径等に応じて波長選
択性がある。つまり、光検出器１２によって検出される
反射光の強度は、潜水艇２から視認対象物Ａまでの間に
存在する水の水質に応じて、最大となる波長が異なる。
遅延検出装置８は、各波長の検出信号のレベルを比較す
ることにより水中における透過率の最も高い波長（最適
波長）を選択する。例えば、最適波長が５５０ｎｍであ
った場合、遅延検出装置８は、次に出力するレーザーパ
ルスの波長つまり実際に視認対象物Ａの映像を得るため
のレーザーパルスの波長として波長５５０ｎｍを選択す
るようにレーザー発振装置４に指示する。

【００２４】続いて、このようにして選択された最適波
長つまり波長５５０ｎｍのレーザーパルスを用いて視認
対象物Ａの撮影が行われる。すなわち、当該レーザーパ
ルスが視認対象物Ａに照射され、その反射光に基づいて
視認対象物Ａの映像がレーザー検出装置１１によって生
成される。この場合、当該反射光に基づいて生成された
フォーカス信号が光検出器１２からレーザー検出装置１
１に供給されて反射光の焦点が受光素子の受光面に合わ
せられる。

【００２５】また、当該反射光から生成された遅延信号
に基づいてイメージ・インテンシ・ファイヤのシャッタ
・タイミングが制御され、反射光が存在する時間区間の
み該反射光が受光素子に受光されるように設定される。
シャッタ・タイミングをこのように制御することによ
り、潜水艇２から視認対象物Ａまでの間に存在する水に
含まれた懸濁物による反射光を除去し、真に視認対象物
Ａによって反射されたレーザーパルスのみを検出でき
る。

【００２６】さらに、受光素子に２次元的に照射された
反射光の強度が、特定の端部から順次走査されて視認対
象物Ａの映像信号が生成されて画像処理装置１３に出力
される。この映像信号には、視認対象物Ａの状態をより
鮮明に表示するノイズ低減処理や輪郭強調処理等の画像
処理が画像処理装置１３によって施されて表示装置２ｄ
やモニタ１ａに出力される。そして、表示装置２ｄやモ
ニタ１ａには視認対象物Ａの鮮明な映像が表示される。

【００２７】上述した本実施形態のレーザーパルスを用
いた水中レーザー視認装置によれば、レーザー発振装置
４および冷却装置７が小型化されて潜水艇２の圧力容器
２ａ内に収納される。また、冷却装置７は周囲の水を用
いて効率よくレーザー発振装置４を冷却する。したがっ
て、レーザー発振装置を支援船側に備え光ファイバを介
して潜水艇に伝送する従来の水中レーザー視認装置と比
較して、視認対象物に照射するレーザーパルスの強度を
飛躍的に向上させることができる。この結果、レーザー
パルスのパルス幅を狭くし、水中の懸濁物による反射光
を除去して背景ノイズの少ない鮮明な視認対象物の映像
を得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるレ
ーザー視認装置によれば以下のような効果を奏する。 （１）レーザー発振装置は、視認対象物に照射するレー
ザーパルスの光量を増大させるために水中に配された照
射手段に備えられ、水上から供給される高圧交流電力に
よって作動するので、従来の装置にようにレーザーパル
スの伝送エネルギーに制約を与える光ファイバ等の光伝
送媒体を介することなく照射手段から視認対象物に向け
てレーザーパルスを照射することが可能であり、したが
って視認対象物に照射するレーザーパルスの光量を増大
させることが可能である。 （２）視認対象物に高出力のレーザーパルスを照射する
ことにより反射光の受光レベルが増大するため、レーザ
ーパルスのパルス幅を短くすることが可能である。 （３）レーザー検出装置による反射光の検出において、
例えば高速シャッタ等を用いて真に視認対象物から得ら
れる反射光のみを選択してレーザーパルスを検出する場
合、レーザーパルスのパルス幅を短くすることにより背
景ノイズを押さえて目標物をより鮮明に視認することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザーパルスを用いた水中レ
ーザー視認装置の外観を示す概略図である。

【図２】本発明に係わるレーザーパルスを用いた水中レ
ーザー視認装置において、潜水艇の電気的構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 支援船 １ａ モニタ ２ 潜水艇（照射手段） ２ａ，２ｂ 圧力容器 ２ｃ 照射・撮像装置 ２ｃ1 照射部 ２ｃ2 受光部 ２ｄ 表示装置 ３ ケーブル ４ レーザー発振装置 ５ パルス発生装置 ６ レーザー発振器用電源 ７ 冷却装置 ８ 遅延検出装置 ９ 光学系 １０ 光分岐器 １１ レーザー検出装置 １２ 光検出器 １３ 画像処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 憲治 新潟県新潟市入船町４−3778 運輸省第 一港湾建設局新潟機械整備事務所内 (72)発明者 五十嵐 浩俊 新潟県新潟市入船町４−3778 運輸省第 一港湾建設局新潟機械整備事務所内 (72)発明者 秋園 純一 神奈川県横須賀市長瀬３丁目１番１号 運輸省港湾技術研究所内 (72)発明者 佐藤 栄治 神奈川県横須賀市長瀬３丁目１番１号 運輸省港湾技術研究所内 (72)発明者 高橋 義明 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川 島播磨重工業株式会社 東京第一工場内 (72)発明者 石田 士朗 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 朝妻 春和 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川 島播磨重工業株式会社 東京第一工場内 (72)発明者 斉藤 利貴 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 平３−138582（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−236844（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−191167（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−266649（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−72250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−74437（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 17/00 - 17/95 G01S 7/48 - 7/51 H01S 3/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー発振装置によって発生されたレ
   ーザーパルスを水中に配された照射手段から水中の視認
   対象物に照射し、該レーザーパルスの反射光を検出して
   視認対象物の映像を生成するレーザー視認装置であっ
   て、前記レーザー発振装置は、視認対象物に照射するレーザ
   ーパルスの光量を増大させるために前記水中に配された
   照射手段に備えられ、水上から供給される高圧交流電力
   によって作動する ことを特徴とするレーザー視認装置。
2. 【請求項２】 照射手段が周囲の水によってレーザー発
   振装置を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする請
   求項１記載のレーザー視認装置。