JP5412379B2 - 投射型飛翔体 - Google Patents

Description

本発明は、投射型飛翔体に関する。

従来、遠方に存在する目的地の状況を観察する技術として、カメラを内蔵した投下体をヘリコプター等の飛行機に搭載して目的地上空まで運搬した後、その目的地上空から地上へ向けて投下体を投下し、当該投下体が地上に落下するまでの間に地上の状況をカメラで撮影し、その撮影画像を無線通信によりオペレータが駐在する待機所に設置された地上受信装置へ伝送する技術が知られている。

特開２００８−１４５０１４号公報

上記従来技術は、カメラを内蔵した投下体をヘリコプター等の飛行機に搭載して目的地上空まで運搬する必要があるため、目的地の状況を遠隔地に居るオペレータが把握するまでに時間がかかり、リアルタイム性が要求される場面では採用することができなかった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、遠隔地に居ながら目的地の状況をリアルタイムに把握することの可能な投射型飛翔体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、投射型飛翔体に係る第１の解決手段として、投射装置によって投射されて目的地に向かって飛翔する投射型飛翔体であって、地上或いは海上を撮影するカメラと、該カメラによる撮影画像を無線通信によって受信装置へ伝送する通信装置とを具備することを特徴とする。
また、本発明では、投射型飛翔体に係る第２の解決手段として、投射装置によって投射されて目的地に向かって飛翔する投射型飛翔体であって、地上或いは海上を撮影するカメラ及び該カメラによる撮影画像を無線通信によって受信装置へ伝送する通信装置を内蔵する投下体と、該投下体を任意のタイミングで投下する投下装置とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明では、投射型飛翔体に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記カメラは赤外線カメラであることを特徴とする。

本発明に係る投射型飛翔体によれば、目的地までごく短時間で到達して撮影を開始することができるため、オペレータは遠隔地に居ながら目的地の状況をリアルタイムに把握することが可能となる。

本発明の第１実施形態における投射型飛翔体Ａの構成概略図（ａ）及び投射型飛翔体Ａに設けられた通信装置３のブロック構成図（ｂ）である。 投射型飛翔体Ａの動作を時系列的に表した図である。 本発明の第２実施形態における投射型飛翔体Ｂの構成概略図（ａ）及び投射型飛翔体Ｂに設けられた通信装置１６のブロック構成図（ｂ）である。 投射型飛翔体Ｂの動作を時系列的に表した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態における投射型飛翔体Ａの構成概略図である。この図に示すように、第１実施形態における投射型飛翔体Ａは、不図示の投射装置によって投射されて目的地に向かって回転しながら飛翔するものであり、先端（飛翔方向側）に向かって徐々に縮径する略円筒形状のケーシング１の内部空間に、地上（或いは海上）を撮影するカメラ２と、該カメラ２による撮影画像を無線通信によって地上（或いは海上）に設置された受信装置（図示省略）へ伝送する通信装置３とが設けられた構成となっている。なお、ケーシング１の先端は平らであっても良い。

カメラ２は、例えば赤外線カメラであり、レンズが外部に露出するように、且つ入射光軸がケーシング１の中心軸に対して略直交するように、ケーシング１の内部空間に固定設置されている。このカメラ２は、後述の通信装置３と信号ケーブルを介して接続されており、通信装置３による制御の下、レンズを介して入射された赤外線をＣＣＤ素子表面に結像させ、ＣＣＤ素子から得られる電気信号を通信装置３に出力する。なお、ＣＣＤ素子から得られる電気信号は撮影画像（赤外線画像）に応じた信号であるため、以下ではこの信号を撮影画像信号と称す。

また、図１（ａ）では、カメラ２がケーシング１の先端付近に設置されているように図示しているが、上記の設置条件（レンズが外部に露出し且つ入射光軸がケーシング１の中心軸に対して略直交する）を満足するのであれば、ケーシング１内のどの位置にカメラ２を設置しても良い。なお、図１（ａ）の点線で示すように、カメラ２を、レンズの入射光軸がケーシング１の中心軸に対して略平行となるようにケーシング１の先端に取り付けても良い。

通信装置３は、信号ケーブルを介してカメラ２と接続されており、ケーシング１の内部空間に固定設置されている。図１（ｂ）は、通信装置３のブロック構成図である。この図に示すように、通信装置３は、天地センサ３ａ、ＧＰＳ(Global Positioning System)受信回路３ｂ、信号処理回路３ｃ、伝送回路３ｄ及び送信アンテナ３ｅから構成されている。

天地センサ３ａは、投射型飛翔体Ａの回転飛翔中に、カメラ２のレンズが天を向いているのか、或いは地を向いているのかを検出し、その検出結果を表す天地検出信号を信号処理回路３ｃに出力する。ＧＰＳ受信回路３ｂは、ＧＰＳ衛星から受信した電波信号を復調することで、電波信号に含まれている送信時刻情報及び衛星位置情報を抽出し、抽出したこれらの情報と自身が把握している受信時刻情報とに基づいて、投射型飛翔体Ａの現在位置を検出（算出）し、その検出結果を表す位置検出信号を信号処理回路３ｃに出力する。

信号処理回路３ｃは、天地センサ３ａから入力される天地検出信号及びＧＰＳ受信回路３ｂから入力される位置検出信号に基づいて、投射型飛翔体Ａが目的地上空に位置し、且つカメラ２のレンズが地を向いているという撮影条件が成立したか否かを判定し、その撮影条件が成立した時にのみ撮影動作が実行されるようにカメラ２を制御する。つまり、カメラ２から出力される撮影画像信号は、常に目的地の上空から地上（或いは海上）の状況を写した画像を表すものとなる。

また、この信号処理回路３ｃは、カメラ２から入力される撮影画像信号のデジタル変換、圧縮、符号化、暗号化等を行うことで送信用の画像データを生成し、当該生成した画像データを後述の伝送回路３ｄ及び送信アンテナ３ｅを介して受信装置へ送信する。なお、カメラ２から出力される撮影画像信号がデジタル信号である場合には、信号処理回路３ｃによる撮影画像信号のデジタル変換を行う必要はない。

伝送回路３ｄは、信号処理回路３ｃから入力される画像データのデジタル変調及び周波数変換（アップコンバート）を行うことで、画像データを無線送信可能なＲＦ(Radio Frequency)信号に変換し、当該ＲＦ信号を送信アンテナ３ｅに出力する。送信アンテナ３ｅは、伝送回路３ｄから入力されるＲＦ信号を受信装置に向けて電波送信する。

以上が第１実施形態における投射型飛翔体Ａの構成に関する説明であり、以下では図２を参照しながら投射型飛翔体Ａの動作について時系列的に説明する。なお、図２において、符号１００は投射型飛翔体Ａを目的地に向けて投射する投射装置であり、符号２００は投射型飛翔体Ａから電波送信されるＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号に含まれる画像データを抽出して表示画面に撮影画像を表示する受信装置である。これら投射装置１００及び受信装置２００は、観察対象地である目的地から遠く離れたオペレータが駐在する待機所に設置されている。なお、投射装置１００及び受信装置２００は同じ場所に設置する必要はなく、また、船舶等に搭載して海上に設置しても良い。

図２に示すように、投射型飛翔体Ａは、まず、投射装置１００によって待機所から目的地に向けて投射（発射）される。本実施形態における投射型飛翔体Ａは、弾丸のように推進機構が無く自立飛行ができない飛翔体であるため、火薬の爆発力によって弾丸を発射する大砲などを投射装置１００として用いることができる。

投射型飛翔体Ａは、投射装置１００から投射されると、放物線状の軌道を描きつつ、目的地に向かって回転しながら飛翔する。このように投射型飛翔体Ａが飛翔している間、通信装置３の信号処理回路３ｃは、天地センサ３ａから入力される天地検出信号及びＧＰＳ受信回路３ｂから入力される位置検出信号に基づいて、一定周期で、投射型飛翔体Ａが目的地上空に位置し、且つカメラ２のレンズが地を向いているという撮影条件が成立したか否かを判定するが、目的地上空に到達するまでは上記の撮影条件は成立しないため、カメラ２による撮影は行われない。

そして、投射型飛翔体Ａが目的地上空に到達すると、信号処理回路３ｃは、天地センサ３ａによってカメラ２のレンズが地を向いていることが検出された場合（つまり、撮影条件が成立した場合）に、撮影動作が実行されるようにカメラ２を制御する。これにより、カメラ２によって目的地の上空から地上の状況が一定周期で撮影され、その撮影画像を表す撮影画像信号がカメラ２から信号処理回路３ｃへ出力される。

信号処理回路３ｃは、撮影画像信号のデジタル変換、圧縮、符号化、暗号化等を行うことで送信用の画像データを生成し、当該生成した画像データを伝送回路３ｄに出力する。また、伝送回路３ｄは、画像データを無線送信可能なＲＦ信号に変換し、当該ＲＦ信号を送信アンテナ３ｅを介して受信装置２００へ電波送信する。

受信装置２００は、投射型飛翔体Ａから電波送信されるＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号に含まれる画像データを抽出して表示画面に撮影画像を表示する。このように受信装置２００に表示された撮影画像は、投射型飛翔体Ａが目的地上空を飛翔している間、カメラ２のレンズが地を向く度に更新されるため、時々刻々と変化する目的地の状況を動画像としてオペレータに提供することができる。

一方、投射型飛翔体Ａが目的地上空から抜けると、通信装置３はカメラ２の制御及び撮影画像の送信（ＲＦ信号の送信）を停止する。そして、投射型飛翔体Ａは、飛翔力を失うと地上（或いは海上）へ向かって降下し、地表面（或いは海面）に衝突して破棄される。なお、秘匿性維持のために、投射型飛翔体Ａに自爆機構を設け、撮影終了後に地表面（或いは海面）に衝突する前、或いは衝突した後に投射型飛翔体Ａを自爆させても良い。

以上のように、本実施形態における投射型飛翔体Ａによれば、弾丸のように大砲などの投射装置１００を用いて目的地に向けて発射することができるため、目的地までごく短時間で到達し、目的地上空を飛翔している間は目的地の状況を動画像としてオペレータに提供することができる。すなわち、本実施形態によれば、オペレータは遠隔地に居ながら目的地の状況をリアルタイムに把握することが可能となる。また、夜間でも目的地の状況を観察することができる。

〔第２実施形態〕
図３（ａ）は、本発明の第２実施形態における投射型飛翔体Ｂの構成概略図である。この図に示すように、第２実施形態における投射型飛翔体Ｂは、投射装置によって投射されて目的地に向かって回転しながら飛翔するものであり、先端に向かって徐々に縮径する略円筒形状のケーシング１１の内部空間に、爆破機構１２と、投下体１４とが設けられた構成となっている。なお、ケーシング１１の先端は平らであっても良い。

爆破機構１２は、火薬の爆発力を利用してケーシング１１を爆破させるものであり、タイマーによって火薬の着火タイミングを制御する機能を有している。このタイマーは、投射型飛翔体Ｂが投射位置から目的地上空に到達するまでの時間を考慮してセットされる。つまり、上記タイマーによるタイムカウント動作が終了した時点でケーシング１１が爆破されて、投下体１４が投射型飛翔体Ｂから目的地の地上（或いは海上）へ向けて投下されることになる。このような爆破機構１２は、投下体１４を任意のタイミングで投下する投下装置として機能するものである。
なお、図３（ａ）では図示を省略しているが、投下体１４にはパラシュートが設けられており、投下体１４が投下された際にはそのパラシュートが開いて落下速度が低減される構成となっている。

この投下体１４は、地上（或いは海上）を撮影するカメラ１５、該カメラ１５による撮影画像を無線通信によって受信装置へ伝送する通信装置１６及び錘１７を内蔵する、略円筒形状の筐体である。カメラ１５は、例えば赤外線カメラであり、レンズの入射光軸が投下体１４の中心軸に対して略平行となるように、投下体１４の内部空間に固定設置されている。このカメラ１５は、後述の通信装置１６と信号ケーブルを介して接続されており、通信装置１６による制御の下、レンズを介して入射された赤外線をＣＣＤ素子表面に結像させ、ＣＣＤ素子から得られる電気信号（撮影画像信号）を通信装置１６に出力する。

通信装置１６は、信号ケーブルを介してカメラ１５と接続されており、投下体１４の内部空間に固定設置されている。図３（ｂ）は、通信装置１６のブロック構成図である。この図に示すように、通信装置１６は、ＧＰＳ受信回路１６ａ、信号処理回路１６ｂ、伝送回路１６ｃ及び送信アンテナ１６ｄから構成されている。

ＧＰＳ受信回路１６ａは、ＧＰＳ衛星から受信した電波信号を復調することで、電波信号に含まれている送信時刻情報及び衛星位置情報を抽出し、抽出したこれらの情報と自身が把握している受信時刻情報とに基づいて、投下体１４の現在位置を検出（算出）し、その検出結果を表す位置検出信号を信号処理回路１６ｂに出力する。

信号処理回路１６ｂは、ＧＰＳ受信回路１６ａから入力される位置検出信号に基づいて、投下体１４が目的地上空に位置しているという撮影条件が成立したか否かを判定し、その撮影条件が成立した時にのみ撮影動作が実行されるようにカメラ１５を制御する。
また、この信号処理回路１６ｂは、カメラ１５から入力される撮影画像信号のデジタル変換、圧縮、符号化、暗号化等を行うことで送信用の画像データを生成し、当該生成した画像データを後述の伝送回路１６ｃ及び送信アンテナ１６ｄを介して地上受信装置へ送信する。なお、カメラ１５から出力される撮影画像信号がデジタル信号である場合には、信号処理回路１６ｂによる撮影画像信号のデジタル変換を行う必要はない。

伝送回路１６ｃは、信号処理回路１６ｂから入力される画像データのデジタル変調及び周波数変換（アップコンバート）を行うことで、画像データを無線送信可能なＲＦ信号に変換し、当該ＲＦ信号を送信アンテナ１６ｄに出力する。送信アンテナ１６ｄは、伝送回路１６ｃから入力されるＲＦ信号を受信装置に向けて電波送信する。

錘１７は、投下体１４の内部空間においてカメラ１５側の底面に設けられている。この錘１７は、投下体１４が投射型飛翔体Ｂから投下されてパラシュートが開いた際に、常にカメラ１５のレンズが地を向くようにするために用意されたものである。
つまり、投下体１４の落下中に、カメラ１５から出力される撮影画像信号は、常に目的地上空から地上（或いは海上）の状況を写した画像を表すものとなる。
なお、錘１７の役割を投下体１４の筐体で実現しても良い。つまり、投下体１４が投射型飛翔体Ｂから投下された後、常にカメラ１５のレンズが地を向くように、投下体１４のカメラ１５側が重くなるように筐体の形状設計を行っても良い。この場合、錘１７を投下体１４内に設ける必要はなくなる。

以上が第２実施形態における投射型飛翔体Ｂの構成に関する説明であり、以下では図４を参照しながら投射型飛翔体Ｂの動作について時系列的に説明する。
図４に示すように、投射型飛翔体Ｂは、まず、第１実施形態と同様に、大砲等の投射装置１００によって待機所から目的地に向けて投射（発射）される。

投射型飛翔体Ｂは、投射装置１００から投射されると、放物線状の軌道を描きつつ、目的地に向かって回転しながら飛翔する。このように投射型飛翔体Ｂが飛翔している間、爆破機構１２はタイマーによるタイムカウント動作を行い、タイムカウント動作が終了した時点、つまり投射型飛翔体Ｂが目的地上空に到達した時点で、ケーシング１１を爆破させる。これにより、ケーシング１１が爆破されて投射型飛翔体Ｂから投下体１４が地上へ向けて投下される。

投下体１４が投下されるとパラシュートが開き、錘１７によってカメラ１５のレンズが地を向くように姿勢制御されたまま投下体１４は自由落下する。この時、投下体１４に内蔵された通信装置１６の信号処理回路１６ｂは、ＧＰＳ受信回路１６ａから入力される位置検出信号を基に、投下体１４が目的地上空に位置しているという撮影条件が成立したと判定し、撮影動作が実行されるようにカメラ１５を制御する（シャッターを一定周期で切る）。

これにより、カメラ１５によって目的地の上空から地上の状況が一定周期で撮影され、その撮影画像を表す撮影画像信号がカメラ１５から信号処理回路１６ｂへ出力される。信号処理回路１６ｂは、撮影画像信号のデジタル変換、圧縮、符号化、暗号化等を行うことで送信用の画像データを生成し、当該生成した画像データを伝送回路１６ｃに出力する。また、伝送回路１６ｃは、画像データを無線送信可能なＲＦ信号に変換し、当該ＲＦ信号を送信アンテナ１６ｄを介して受信装置２００へ電波送信する。

受信装置２００は、投下体１４から電波送信されるＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号に含まれる画像データを抽出して表示画面に撮影画像を表示する。このように受信装置２００に表示された撮影画像は、投下体１４が目的地上空を自由落下している間、一定周期で更新されるため、時々刻々と変化する目的地の状況を動画像としてオペレータに提供することができる。

投下体１４は、地表面（目的地が海上の場合は海面）まで落下すると地表面（或いは海面）に衝突して破棄される。なお、秘匿性維持のために、投下体１４に自爆機構を設け、撮影終了後に地表面（或いは海面）に衝突する前、或いは衝突した後に投下体１４を自爆させても良い。

以上のように、本実施形態における投射型飛翔体Ｂによれば、弾丸のように大砲などの投射装置１００を用いて目的地に向けて発射することができるため、目的地までごく短時間でカメラ１５を内蔵する投下体１４を運搬することができ、投下体１４を投下した後は、投下体１４によって目的地の状況を動画像としてオペレータに提供することができる。すなわち、本実施形態によれば、オペレータは遠隔地に居ながら目的地の状況をリアルタイムに把握することが可能となる。また、夜間でも目的地の状況を観察することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記第１及び第２実施形態では、カメラ２或いはカメラ１５として赤外線カメラを使用したが、夜間の運用を行う必要がない場合には通常の可視光を検出するカメラを用いても良い。また、夜間運用時においても、投射型飛翔体Ａ或いはＢに照明弾を発射する機構を設けることで、通常の可視光を検出するカメラを用いることができる。

（２）上記第１及び第２実施形態では、目的地の状況を表す撮影画像のみを受信装置２００に送信する場合を例示したが、ＧＰＳ機能によって取得した位置情報を撮影画像とともに受信装置２００に送信するようにしても良い。また、気象センサ（気温センサ、湿度センサ、気圧センサ等）を、第１実施形態であればケーシング１内に、第２実施形態であれば投下体１４内に設けることで、撮影画像とともに気象情報を受信装置２００に送信するようにしても良い。

Ａ、Ｂ…投射型飛翔体、１、１１…ケーシング、２、１５…カメラ、３、１６…通信装置、１２…爆破機構、１４…投下体、１００…投射装置、２００…受信装置

Claims (1)

1. 投射装置によって投射されて目的地に向かって飛翔する投射型飛翔体であって、
   地上或いは海上を撮影する赤外線カメラと、
   該赤外線カメラによる撮影画像を無線通信によって受信装置へ伝送する通信装置と、
   前記赤外線カメラが天を向いているか地を向いているかを検出する天地センサと、
   該天地センサから入力される天地検出信号に基づいて前記赤外線カメラが地を向いていると判定すると、前記赤外線カメラに撮影動作を実行させる信号処理回路と
   を具備することを特徴とする投射型飛翔体。

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