KR100361972B1

KR100361972B1 - 수중 레이저 영상인식장치

Info

Publication number: KR100361972B1
Application number: KR1020017006710A
Authority: KR
Inventors: 사카이히로시; 히로세겐지; 이가라시히로토시; 아키조노준이치; 사토에이지; 다카하시요시아키; 아사츠마하루카즈; 사이토도시타카; 후지이이치로
Original assignee: 운유쇼고완기쥬츠겐큐쇼쵸; 이시가와지마 하리마 주고교(주); 고쿠도고츠쇼 호쿠리쿠치호세이비교쿠쵸
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2002-11-22
Also published as: WO1998019178A1; GB2324221A; KR19990076786A; GB2324221B; US6304289B1; GB9813355D0; KR100363624B1

Abstract

본 발명은 레이저 펄스를 수중에 위치한 피사체에 조사하고, 상기 레이저 펄스의 반사광에 기초하여 피사체의 영상을 생성하는 수중 레이저 영상인식장치에 관한 것으로서, 레이저 펄스를 출사함과 동시에 상기 반사광을 수광하여 피사체의 영상을 생성하는 레이저 발신 수광장치와, 상기 레이저 발신 수광장치로부터 출사된 레이저 펄스의 진로를 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 설정하는 것과 함께, 입사된 반사광의 진로를 레이저 발신 수광장치의 수광 광축으로 설정하는 광진로 설정장치와, 상기 광진로 설정장치 및 상기 레이저 발신 수광장치를 수납함과 함께, 광진로 설정장치에 의해 진로가 설정된 레이저 펄스 및 그 반사광을 투과시키는 제1, 제2 광투과창을 구비한 내압용기와, 지지체에 고정되고 또한 상기 제1 방향을 회전축의 방향으로 하여 압력용기를 회동이 자유롭게 지지하는 장착수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 레이저 영상인식장치{Submerged laser visual recognizer}

본 발명은 레이저광을 이용하여 수중에 위치한 피사체를 영상인식하는 수중 레이저 텔레비전 및 수중 레이저 영상인식장치에 관한 것이다.

레이저광을 이용함으로써 투명도가 나쁜 수중에 위치한 피사체를 선명하게 영상인식하는 레이저 영상인식장치가 있다. 일본특허공개 평7-072250호 공보에는 이러한 레이저 영상인식장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

종래, 이런 류의 레이저 영상인식장치는 레이저 펄스(펄스형의 레이저광)를 발생시키는 레이저 발진기와, 이 레이저 펄스를 수중의 피사체에 조사함과 동시에 그 반사광을 검출하는 광조사 검출장치와, 이 광조사 검출장치의 방향을 제어함과 함께 그 출력에 기초해 피사체의 영상을 표시하는 제어장치로 구성되어 있다. 이들 중, 레이저 발진기와 제어장치는 해상의 모선상에 구비되고, 광조사 검출장치는 수중 피사체의 근방에 배치·고정된다.

또, 이런 류의 레이저 영상인식장치에 있어서는, 모선상에 구비된 레이저 발진기에서 발생된 레이저 펄스를 광섬유 케이블을 통해서 수중의 광조사 검출장치로 보내고, 이 광조사 검출장치에서 피사체를 향해서 레이저 펄스가 조사되고, 피사체로부터의 반사광이 광조사 검출장치에 의해 검출되어, 그 검출신호가 모선상의 제어장치에 전달되어 파사체의 영상이 모니터 등에 표시되도록 되어 있다.

또한, 종래의 레이저 영상인식장치에서는, 광조사 검출장치는 수압에 대항할 수 있도록 내압용기내에 설치되고, 팬틸트(Pan-tilt) 장치에 의해 지지된다. 이 경우 광조사 검출장치는 비교적 큰 중량이 되기 때문에 팬틸트 장치로는 비교적 대형의 것을 사용할 필요가 있었다. 이와 같이 대형 팬틸트 장치를 사용할 경우, 광조사 검출장치의 운반이 불편해지기 때문에 수중에서의 광조사 검출장치의 고정작업의 작업성이 떨어지고, 또 일단 고정한 것을 이동시킬 경우의 작업성도 나빴다.

한편, 레이저 펄스의 강도를 향상시키는 것으로 보다 선명한 피사체의 영상을 얻을 수 있다고 알려져 있는데, 상술한 바와 같이 종래에는 수중의 광조사 검출장치로는 광섬유 케이블을 통해서 모선상의 레이저 발진기로부터 레이저 펄스가 전송· 공급되기 때문에, 이 광섬유 케이블의 광전송용량에 따라 피사체에 조사할 수 있는 레이저 펄스의 강도가 한정된다. 따라서, 피사체에 대해서 충분히 선명한 영상을 얻을 수가 없고 특히 영상인식거리가 커질 경우에는 영상의 열화가 현저하였다. 또, 레이저 발진기로서 YAG-OPO(Optical Parametric Oscilator) 등이 사용되고 있기때문에 소비전력이 크다는 문제점도 있다.

더하여, 광조사 검출장치는, 레이저 펄스의 조사방향을 바꾸는 팬틸트 장치와 이 팬틸트 장치상에 고정되는 레이저 조사부 및 수광부 등으로 구성되어 있고, 팬틸트 장치가 피사체의 근방에 고정되도록 되어 있다. 따라서 광조사 검출장치의 설치 위치에따라 영상인식대상범위가 한정되는 것과 함께 복수개의 피사체를 영상인식하려 할 경우에는 그 때마다 조사수광장치의 설치위치를 변경할 필요가 있기 때문에 사용상 불편함이 있다. 어느 정도의 중량을 갖는 광조사 검출장치의 수중에서의 설치위치의 변경은 극히 번잡하고 작업성이 나쁘다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로 아래와 같은 목적을 가지고 있다.

(1) 수중에서의 촬영장소의 이동이 용이한 수중 레이저 텔레비전을 제공한다.

(2) 작업성 좋게 피사체를 촬영할 수 있는 수중 레이저 텔레비전을 제공한다.

(3) 보다 선명한 피사체의 영상을 얻을 수 있는 수중 레이저 텔레비전을 제공한다.

(4) 보다 고강도의 레이저 펄스를 피사체에 조사할 수 있는 수중 레이저 텔레비전을 제공한다.

(5) 대형 팬틸트 장치를 사용하는 일 없이 레이저 펄스의 조사방향을 변경할 수 있는 수중 레이저 영상인식장치를 제공한다.

(6) 수중에서의 촬영장소의 이동이 용이한 수중 레이저 영상인식장치를 제공한다.

(7) 작업성 좋게 피사체를 촬영할 수 있는 수중 레이저 영상인식장치를 제공한다.

(8) 보다 선명한 피사체의 영상을 얻을 수 있는 수중 레이저 영상인식장치를 제공한다.

(9) 소비전력을 절감할 수 있는 수중 레이저 영상인식장치를 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 수중 레이저 텔레비전에 따른 기술적 수단으로서, 레이저 발진기로부터 출력된 레이저 펄스를 수중의 피사체에 조사하고, 이 레이저 펄스의 반사광을 검출하여 피사체의 영상을 표시하는 수중 레이저 텔레비전에 있어서, 수중에 이동이 자유롭게 배치되어 수압에 대항하는 것과 함께 레이저 펄스 및 반사광을 투과시키는 광투과부가 설치된 본체와, 이 본체내에 배치된 상기 레이저 발진기와, 본체내에 배치되어 레이저 펄스를 피사체를 향해 조사하는 것과 동시에 반사광을 검출하여 피사체의 영상신호를 생성하는 조사수광수단과, 본체내에 배치되어 상기 영상신호에 기초하여 피사체의 영상을 표시하는 표시수단을 구비하는 수단을 채용한다.

이러한 수단을 채용함으로써 피사체의 촬영과 그 영상표시에 필요한 기기가 수중에 배치되는 본체내에 설치되어, 수중에서 촬영장소의 이동이 극히 용이하다.

한편, 본 발명에서는 수중 레이저 영상인식장치에 따른 기술적 수단으로서, 레이저 펄스를 수중에 배치된 피사체에 조사하고, 이 레이저 펄스의 반사광에 의하여 피사체의 영상을 생성하는 수중 레이저 영상인식장치에 있어서, 레이저 펄스를 출사하는 것과 함께 상기 반사광을 수광하여 피사체의 영상을 생성하는 조사수광수단과, 상기 조사수광수단에서 출사된 레이저 펄스의 진로를 제 1방향 또는 이 제 1방향과 직교하는 제 2방향으로 설정함과 동시에, 이 제 1 혹은 제 2방향으로부터 입사된 반사광의 진로를 조사수광수단의 수광 광축으로 설정하는 광진로 설정장치와, 이 광진로 설정장치 및 상기 조사수광수단을 수납함과 함께 광진로 설정장치에 의해 진로가 설정된 레이저 펄스 및 그 반사광을 투과시키는 제 1, 제 2광투과창을 구비한 내압용기와, 지지체에 고정되고 또 상기 제 1방향을 회전축의 방향으로 하여 압력용기를 회동 가능하게 지지하는 장착수단을 구비하는 구성을 채용한다.

이러한 수단을 채용하는 것에 의해, 당해 수중 레이저 영상인식장치의 방향을 바꾸는 일 없이, 레이저 펄스는 제 1방향에 위치한 피사체 혹은 제 1방향과 직교하는 제 2방향의 피사체에 조사되어 각 피사체의 영상을 촬영할 수가 있다. 게다가, 압력용기는 제 1방향을 회전축의 방향으로 하여 회동되기 때문에 제 1방향과 직교하는 면내에서 레이저 펄스의 조사방향을 용이하게 설정하여 촬영할 수가있다. 따라서 수중에서 피사체의 촬영작업의 작업성을 향상시킬 수 있고 또 종래와 같이 대형의 팬틸트 장치를 사용하는 일 없이 레이저 펄스의 조사방향을 변경하여 피사체를 촬영할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 레이저 텔레비전의 일 실시형태의 외관 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 수중 레이저 텔레비전의 일 실시형태에 있어서 본체의 배면 구성을 나타내는 평면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 수중 레이저 텔레비전의 일 실시형태에 있어서 본체내의 기기구성을 나타내는 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 수중 레이저 영상인식장치의 일 실시형태의 외관구성을 나타내는 정면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 수중 레이저 영상인식장치의 일 실시형태의 외관구성을 나타내는 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 수중 레이저 영상인식장치의 일 실시형태에 있어서 레이저 조사수광장치의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 수중 레이저 영상인식장치의 일 실시형태에 있어서 레이저 조사수광장치의 구성을 나타내는 측면도이다.

이하에서는 본 발명의 최량의 실시형태를 보다 이해하기 쉽도록 각 도면을 참고로 하여 설명한다.

우선 본 발명의 수중 레이저 텔레비전에 따른 최량의 실시형태에 대해서 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

도 1에서, 부호 A는 수중에 배치되는 수중 레이저 텔레비전, B는 모선, C는 연결 케이블이다. 수중 레이저 텔레비전(A)은 수압에 대항하도록 형성된 원통모양의 본체(1)와 추진부(2)(추진수단)로 구성되어 있다. 본체(1)는 수심 10미터 정도의 수압에 대항할 수 있도록 압력용기로 구성되어 있고, 내부에 설치된 각종 기기를 주위의 물에 대해 밀폐상태로 유지하는 것이다. 이 본체(1)의 선단부에는 아크릴 혹은 유리 등의 투명부재로 된 돔 모양의 광투과부(1a)가 설치되어 있고, 이 광투과부(1a)를 통해서 본체(1)내에서 레이저 펄스가 수중의 피사체를 향해 조사되는 것과 동시에 이 레이저 펄스의 피사체로부터의 반사광을 받아들여 피사체의 영상이 촬영된다.

추진부(2)는 모터에 의해 구동되고, 본체(1)의 좌우에 1쌍이 설치되어 있다. 즉 이 추진부(2)가 구동되는 것에 의해 이 수중 레이저 텔레비전(A)은 수중을 항행한다. 또, 도 2에서 부호 1b는 손잡이로, 원통모양의 본체(1) 배면(광투과부(1a)와반대측)의 좌우에 1쌍 설치되어 있다. 이 손잡이(1b)는, 예를 들어 본체(1)의 방향 등을 조작할 경우에 잠수부 등이 붙잡는 것이다.

부호 1c는 상기 배면에 설치된 창문부로, 아크릴판 등의 투명한 부재로 형성되어 있다. 잠수부는 이 창문부(1c)를 통해서 본체(1) 내부에 구비된 표시수단(후술)에 표시된 피사체의 영상을 확인할 수가 있다. 부호 3은 마찬가지로 배면에 설치된 조작 패널로, 이 수중 레이저 텔레비전(A)에 전원을 투입하는 스위치나 추진부(2)를 작동시키기 위한 스위치 등 수중 레이저 텔레비전(A)에 의해 피사체의 영상을 촬영하기 위한 각종 스위치가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 수중 레이저 텔레비전(A)은 연결 케이블(C)을 통해서 수상의 모선(B)에 접속되어 있다. 이 모선(B)에는 모니터(b1)가 구비되어 있고 수중 레이저 텔레비전(A)으로부터 출력된 피사체의 영상 신호가 연결 케이블(C)을 통해서 입력된다. 이 연결 케이블(C)은 이와 같이 피사체의 영상신호를 모선(B)에 전송하는 것과 함께 수중 레이저 텔레비전(A)이 필요로 하는 전원의 일부를 모선(B)으로부터 수중 레이저 텔레비전(A)에 전송한다. 이 전원은 예를 들면 440볼트 60헤르츠의 3상 교류로 수중 레이저 텔레비전(A)에 전송된다.

이어서, 도 3을 참조하여 상기 본체(1) 내부에 구비된 각종 기기에 대해 상세히 설명한다. 부호 4는 공통 기판, 5는 레이저 발진기, 5A는 레이저 발진기용 전원, 6은 광학계, 7은 조사방향 설정수단, 8은 촬상부, 9는 I/I(영상 증폭기)용 전원, 10은 액정 디스플레이(표시수단) 및 11은 제어부이다. 공통 기판(4)은 본체(1) 내부에 각 기기를 고정하기 위해 본체(1)에 고정된 것으로 상기 각 기기는 이 공통기판(4)에 의해 본체(1)에 고정된다.

레이저 발진기(5)는 전용으로 설치된 레이저 발진기용 전원(5A)에서 공급된 전력에 의해 펄스상의 레이저 광(레이저 펄스)을 발진하는 것이다. 레이저 발진기(5)로서는, 예를들어 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 레이저 발진기중 2차 고주파(SHG)광인 파장 532nm의 것이 적용된다. 이 레이저 발진기(5)는 제어부(11)에서 공급되는 동기 펄스에 의해 발진동작이 제어되도록 되어 있고, 예를 들어 반복수가 50Hz이고 펄스폭 6ns인 레이저 펄스를 발진하여 광학계(6)에 출사한다. 또, 이 레이저 발진기(5)는 동기 발진 수단으로서 Q스위치법을 적용하고 있어 전원효율이 좋고 고출력 레이저 펄스를 발진할 수가 있다.

광학계(6)는 렌즈나 반사경으로 구성되고, 레이저 발진기(5)에서 입사된 레이저 펄스의 스폿 지름을 집속함과 동시에 광로를 변경하여 조사방향 설정수단(7)을 향해서 출사하는 것이다. 조사방향 설정수단(7)은 광투과부(1a)를 통해서 수중에 출사되는 레이저 펄스의 조사방향을 제어하는 수단이고, 레이저 펄스를 전반사하는 반사경(7a)과 이 반사경(7a)의 방향을 설정하는 팬틸트 장치(7b)로 구성된다. 팬틸트 장치(7b)는 모터구동되는 것이고, 지지점(7c)을 중심으로 반사경(7a)을 도면과 평행한 평면내에서 회동시킴과 함께 축(7d)을 회동시켜 반사경(7a)을 도면과 수직인 평면내에서 회동시키도록 구성된다.

이와 같이 구성된 조사방향 설정수단(7)에서, 반사경(7a)은 광학계(6)로부터 반사경(7a)으로 입사된 레이저 펄스를 전방에서 아랫방향에 걸쳐, 또 측방향의 일정범위에 걸쳐서 수중으로 출사한다. 이 수중으로 출사된 레이저 펄스는 피사체에조사되고 이 피사체에 의해 반사된 반사광이 광투과부(1a)를 통해 반사경(7a)에 입사하게 된다. 반사경(7a)은 이 피사체에서의 반사광을 촬상부(8)를 향해서 반사한다.

촬상부(8)는 상기 반사광에 대해 초점을 맞추는 포커스 렌즈, 셔터기능 및 광증폭 기능을 가지는 영상 증폭기(I/I), CCD(Charge Coupled Device) 등의 촬상 소자 및 주사장치 등으로 된 일종의 고감도 카메라이다. 이렇게 구성된 촬상부(8)는 레이저 펄스의 피사체로부터의 반사광에 기초하여 피사체의 영상신호를 생성하고, 액정 디스플레이(10) 및 상기 연결 케이블(C)에 출력한다. 또, 상기 광학계(6)와 조사방향 설정수단(7), 촬상부(8)는 조사수광수단을 구성하고 있다.

I/I용 전원(9)은 상기 영상 증폭기의 전용 전원이다. 액정 디스플레이(10)는 표시면이 상기 창문부(1c)에 대향하도록 공통 기판(4)에 고정된다. 제어장치(11)는 CPU(중앙연산장치) 및 제어 프로그램이 기억된 메모리 등으로 구성되어 있고, 조작 패널(3)에서 입력된 조작정보 및 제어 프로그램에 의하여 동작하는 CPU로 상기 각 기기를 제어한다.

또, 상술한 각종 기기들 중, 소비 전력량이 커 전용전원을 갖는 레이저 발진기(5)와 영상 증폭기를 제외한 각 기기는 연결 케이블(C)을 통해서 모선(B)에서 공급되는 교류전력으로 구동되도록 되어있다.

다음으로, 상기 수중 레이저 텔레비전의 작동에 대해서 설명한다.

우선, 잠수부에 의해 수중 레이저 텔레비전(A)의 방향이 피사체의 방향으로 향하게 된다. 이 때, 추진부(2)를 작동시킴으로써 것으로 수중에서의 수중 레이저텔레비전(A)의 위치를 용이하게 이동할 수가 있다. 여기서, 피사체의 촬영깊이에서 수중 레이저 텔레비전(A)에 작용하는 중력과 부력이 균형잡히도록 수중 레이저 텔레비전(A)의 중량을 배려함으로써 수중 레이저 텔레비전(A)을 정지상태로 유지하는 것이 용이하게 된다.

이와 같이 수중 레이저 텔레비전(A)의 방향이 설정되면, 레이저 발진기(5)에서 파장 532nm, 반복수 50Hz, 또 펄스폭 6ns의 레이저 펄스가 출사되고, 이 레이저 펄스는 광학계(6)를 통해서 반사경(7a)에 조사되고, 이 반사경(7a)에 의해 반사되어 광투과부(1a)를 통해서 수중의 피사체에 조사된다. 여기서, 레이저 펄스의 파장 532nm은 수중에서의 레이저 펄스의 투과율이 양호한 파장이고, 레이저 펄스는 저손실로 수중을 전파하여 피사체에 조사된다. 이 때, 피사체에는 일정한 스폿 지름으로 레이저 펄스가 조사되고, 그 조사부위에서는 레이저 펄스가 반사되어 반사광이 발생한다. 이 반사광은 수중을 전파하여 광투과부(1a)에 입사되고 이 광투과부(1a)를 통해서 반사경(7a)에 입사되어 촬상부(8)를 향해서 반사된다.

이 반사광은 촬상부(8)의 영상 증폭기에 의해 광증폭되고 촬상소자에 의해 수광·주사되어 피사체의 영상신호로 변환된다. 이 때, 포커스 렌즈가 조절되어 반사광의 초점이 촬상소자의 수광면에 일치됨과 동시에, 영상 증폭기는 제어부(11)로부터 입력되는 동기 펄스에 기초하여 셔터를 개폐함으로써 펄스상의 반사광 중 일정 강도 이상의 부분(시간구간), 즉 레이저 펄스의 정반사광에 상당하는 부분의 반사광만을 촬상소자에 수광시킨다.

여기서, 수중을 전파하여 수중 레이저 텔레비전(A)에 입사되는 광에는, 레이저 펄스의 피사체에 의한 정반사광외에 수중의 부유입자 등에 의해 발생한 산란광이 포함된다. 이 산란광은 피사체의 상태를 반영한 것이 아니기 때문에 정반사광에 대해서 일종의 노이즈가 된다. 따라서 영상 증폭기의 셔터를 개폐하여 레이저 펄스의 정반사광만을 촬상소자에 수광시킴으로써, 산란광에 의한 영향을 배제하고 고품질의 피사체 영상을 얻을 수가 있게 된다.

촬상부(8)에서 출력된 영상신호는 액정 디스플레이(10)에 입력되어 피사체의 영상이 표시된다. 잠수부는 액정 디스플레이(10)에 표시된 영상에 의해 피사체의 상태를 확인하고 필요에 따라 조작패널(3)에서 팬틸트 장치(7b)를 작동시킴으로써피사체의 촬영부위 등을 조정할 수가 있다. 또, 이 피사체의 영상신호는 촬상부(8)에서 연결 케이블(C)을 통해서 모선(B)상의 모니터(b1)에도 입력되기 때문에 이 모니터(b1)에도 피사체의 영상이 표시된다. 즉 모선(B)상의 모니터(b1)에도 수중의 액정 디스플레이(10)에 표시되는 것과 동일한 피사체의 영상이 표시되기 때문에 어떠한 통신수단을 통해서 모선(B)에서 잠수부에게 지시를 줌으로써 촬영부위를 변경시킬 수 있다.

마지막으로, 상술한 본 실시형태의 수중 레이저 텔레비전(A)에 의하면, 레이저 발진기(5)로서 YAG-SHG광을 출력하는 것을 적용하고 있기 때문에 YAG 레이저 발진기에서도 파장을 가변시킬 수가 있는 YAG-OPO(Optical Parametric Oscilator)를 적용한 경우와 비교해서 레이저 발진기용 전원(5A)의 용량을 대폭, 예를들어 1/10정도로 삭감할 수가 있다. 즉 본 수중 레이저 텔레비전(A)은 레이저 펄스의 발진에 필요한 소비전력이 종래와 비교해 대폭으로 절감되기 때문에 충전회수를 삭감하여장시간에 걸친 촬영이 가능하다.

또, 이와 같은 실시형태에 따르면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 잠수부가 잡고서 수중을 이동하게 되는 본체(1) 내부에 피사체의 촬영과 그 영상표시에 필요한 각종 기기가 설치되기 때문에, 종래와 같이 조사수광수단을 고정할 필요가 없다. 따라서 작업성이 뛰어나게 피사체를 촬영할 수가 있다. 특히 복수개의 피사체를 촬영하는 경우에 작업성이 좋다.

(2) 레이저 발진기(5)를 수중에 배치된 본체(1)내에 설치하기 때문에 종래와 같이 광섬유를 통해서 모선으로부터 수중의 조사수광수단에 레이저 펄스를 전파시킬 필요가 없고, 따라서 종래와 비교하여 고강도의 레이저 펄스를 피사체에 조사할 수가 있다. 이 결과 종래보다 선명한 피사체의 영상을 얻을 수 있게 되었다.

(3) 광투과부(1a)는 돔 모양으로 형성되고, 조사수광수단은 광투과부(1a)를 통해서 피사체를 향해서 출사되는 레이저 펄스의 조사방향을 설정하는 조사방향 설정 수단을 구비하기 때문에 본체(1)의 방향을 일정하게 한 상태에서 레이저 펄스를 일정한 범위에 걸쳐 조사할 수가 있다. 따라서, 예를들어 본체(1)의 방향을 설정한 후에 액정 디스플레이(10)에 표시되는 피사체의 영상을 확인함으로써 촬영부위 등을 수정할 수가 있다.

다음으로, 본 발명의 수중 레이저 영상인식장치에 따른 최량의 실시형태에 대해서 상기 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 4에서, 부호 21은 원통 모양의 내압용기로, 그 양단면( 21a, 21b)에는 이 원통 모양의 내압용기(21)의 중심축선(L)을 회전중심으로 하는 축(21c, 21d)이 각각 설치되어 있다. 또, 내압용기(21)의 단면(21a)에는 중심에 광을 투과시키는 원형의 광투과창(21e)이 설치되고, 이 광투과창(21e)의 근방에서 내압용기(21)의 원주면(21f) 즉, 중심축선(L)에 직교하는 방향으로도 광투과창(21g)이 설치되어 있다. 이들 광투과창(21e, 21g)은 유리 혹은 아크릴 평판으로 형성된다.

단면(21a)에 설치된 축(21c)은 속이 빈 모양이고, 화살표(X)방향에서 단면(21a)으로 향한 경우에 도 5에 도시한 바와 같이 광투과창(21e)이 보이도록 형성되어 있다. 또, 내압용기(21)의 각 축(21c, 21d)은 ㄷ자형으로 형성된 장착 프레임(22)(장착수단)의 양단부(22a, 22b)에 베어링 등을 통해서 회동이 자유롭게 지지된다. 즉, 내압용기(21)는 장착 프레임(22)의 양단부(22a, 22b)의 사이에 넣어지고 동시에 회전이 자유롭게 이 장착 프레임(2)에 지지되어 있다.

또, 내압용기(21)의 축(21d) 선단에는 톱니바퀴(21h)가 부설되고, 이 톱니바퀴(21h)에는 모터(23)축에 설치된 톱니바퀴(23a)가 물려져 있다.

모터(23)는 회전각도를 높은 정밀도로 설정할 수 있는 스텝핑 모터로 브라켓(23b)을 통해서 장착 프레임(22)에 지지된다. 장착 프레임(22)의 단부(22a)에는 상기 광투과창(21e)과 부합되는 위치에 홀(22c)이 부설되고, 상술한 바와 같이 화살표(X)방향에서 광투과창(21e)을 볼 수 있게 되어있다. 이러한 장착 프레임(22)은 예를 들어 원격조작에 의해 수중을 자립항행하는 자립항행장치 혹은 잠수부에 의한 보조조작하에 수중을 항행하는 항행장치 등에 장착된다.

더하여, 내압용기(21)는 수심 10미터 정도의 수압에 대항할 수 있도록 구성되어 있고, 주위의 물에 대해서 내부를 밀폐상태로 유지하고 있다. 내압용기(22)의내부에는 수중에 위치한 피사체의 영상을 촬영하기위한 각종 기재, 예를들어 레이저 발신 수광장치(24), 광진로 설정장치(25), 전원(26) 및 제어장치(27) 등이 수납되어 있다.

이어서, 도 6을 참조하여 상기 레이저 발신 수광장치(24)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 이 도면에서 부호 24a는 방수기능을 갖는 원통형의 몸체이다. 몸체(24a)의 내부에는 레이저 발진기(24b)와 광학계(24c), 촬상장치(24d)가 공통 프레임(24e)를 통해서 배치·고정되고 동시에 수중에서 내압용기(21)의 밸런스를 잡아주고 레이저 발진기(24b)를 냉각하기위한 물탱크(24f)가 구비되어 있다. 레이저 발진기(24b)는 YAG 레이저 발진기중 2차 고조파광(파장 : 532nm)을 발생하는 것이 적용되고, 예를들어 반복수가 50Hz이고 펄스폭 6ns인 레이저 펄스를 발진하고 광학계(24c)를 향해 출사한다.

광학계(24c)는 레이저 펄스에 평행광화 등의 광학처리를 행하는 것이다. 촬상장치(24d)는 레이저 펄스가 피사체에 반사해서 얻어지는 반사광을 수광하고, 이 반사광에 기초하여 피사체의 영상신호를 생성한다. 촬상장치(24d)는 셔터 기능과 광증폭 기능을 구비해, 미약한 반사광을 광증폭하는 것과 동시에 레이저 펄스의 펄스 주기에 동기해서 선택적으로 반사광을 수광소자에 수광시키는 영상 증폭기를 구비하고 있다.

이 원통형의 몸체(24a)는 상기 중심축선(L)을 중심축으로 하도록, 즉 내압용기(21)에 대해서 동심형 또는 단면부(24g)가 광투과창(21e)과 평행하게 마주보는 방향으로 내압용기(21) 내부에 고정되어 있다. 또, 단면부(24g)에는 레이저 펄스를투과시키는 레이저 펄스 투과창(24h)과 반사광을 투과시키는 반사광 투과창(24i)이 부설되어 있다. 광학계(24c)는 그 광축이 중심축선(L)과 평행하고 또 레이저 펄스 투과창(24h)과 부합되도록, 또 촬상장치(24d)는 그 광축이 중심축선(L)과 평행하고 반사광투과창(24i)과 부합되도록 각각 몸체(24a)에 고정되어 있다. 레이저 펄스 투과창(24h)과 반사광투과창(24i)은 유리 혹은 아크릴 등의 평판으로 형성되고, 또 도 7에 도시한 바와 같이 화살표(X)방향에서 봤을 때 광투과창(21e)과 겹치는 위치관계와 크기로 형성되어 있다.

상기 광진로 설정장치(25)는 레이저발신 수광장치(24)와 내압용기(21)의 단면(21a) 사이에 설치되고 회전축(25a)으로 지지된 전반사경(25a)이다. 회전축(25a)은 편편한 광투과창(21g) 및 중심축선(L)에 직교하는 방향으로 부설되고, 스텝핑 모터 등의 작동기에 의해 구동되도록 되어 있다. 제어장치(27)는 레이저 발진기(24b) 및 촬상장치(24d)의 작동을 총괄적으로 제어하는 것으로, CPU 및 제어 프로그램이 기억된 메모리 등으로 구성된다.

전원(26)은 레이저 발진기(24b) 및 촬상장치(24d)에 전력을 공급하는 것이다. 특히, 레이저 발진기(24b)와 상기 영상 증폭기는 전력 소비량이 커서, 전원(26)의 용량은 이들 기재의 소비전력에 맞추어 설정되어 있다. 또, 부호 28은 연결 케이블로 피사체의 영상신호를 외부로 출력하는 것과 동시에 외부에서 입력된 조작정보를 제어장치(27)에 입력하기 위한 것이다.

이어서, 이렇게 구성된 수중 레이저 영상인식장치의 작동에 대해서 설명한다. 수중 레이저 영상인식장치는, 상술한 바과 같이 수중을 항행하는 항행장치 등에 장착되어 사용되는 것이고, 이 경우에 단면(21a)이 항행방향(전방)이 된다. 그리고 항행장치에 부설된 조작수단의 조작정보가 연결 케이블(28)을 통해서 제어장치(27)에 입력되어 촬영이 개시된다.

촬영이 개시되면, 레이저 펄스가 레이저 발진기(24b)에서 출력되고, 광학계(24c) 및 레이저 펄스 투과창(24h)을 통해서 전방으로 출사된다. 여기서 피사체가 항행장치의 전방에 설치된 구조물인 경우 제어장치(27)는 광진로 설정장치(25)를 작동시켜 전반사경(25b)이 레이저 펄스의 진로를 차단하지 않는 상태로 한다. 이 결과 레이저 펄스는 광투과창(21e)에 선택적으로 입사되고, 전방에 위치한 피사체에 조사된다. 그리고, 이 레이저 펄스는 피사체에 의해 반사되어 그 반사광이 광투과창(21e)에 입사된다.

또, 이 반사광은 반사광 투과창(24i)을 통해서 촬상장치(24d)에 입사되고, 수중에서 일정 거리를 두고 해당 수중 레이저 영상인식장치와 대치하는 피사체의 영상신호가 생성된다. 이 영상신호는 촬상장치(24d)에서 연결 케이블(28)을 거쳐 외부로 나가, 예를 들어 항행장치에 설치된 모니터 혹은 물위 모선상에 구비된 모니터 등에 입력·표시된다.

한편, 상기 구조물에 대신하여 물밑바닥의 상태를 촬영하려 할 경우에는, 광진로 설정장치(25)가 구동되고, 레이저 발진수광장치(24)에서 출사된 레이저 펄스가 광투과창(21g)에 입사되도록 전반사경(25b)의 반사면 각도가 설정된다. 이 결과 레이저 펄스는 항행장치의 전방과 직교하는 방향에 있는 바닥에 조사되고, 또 모터(23)를 작동함으로써 내압용기(21)가 중심축선(L)을 회전중심으로 하여 회전되기 때문에 레이저 펄스의 조사방향이 중심축선(L)에 직교하는 면내에서 조절된다.

이와 같이 조사방향이 설정된 레이저 펄스는 바닥에서 반사되어 그 반사광이 광투과창(21g)을 통해 전반사경(25b)에 입사되고, 촬상장치(24d)를 향해 전반사되 어 바닥의 영상신호가 생성된다. 이 경우, 항행장치의 방향을 바꾸는 일 없이 레이저 펄스의 조사방향을 변경할 수 있기 때문에 촬영의 작업성을 향상시킬 수가 있다.

덧붙여, 상기 실시형태에서는 비교적 중량물인 전원을 내압용기내에 배치하는 구성을 채용하고 있는데, 항행장치에 고정되는 내압용기는 경중량인 편이 조작이 용이하고 촬영의 작업성이 좋다. 따라서 다른 실시형태로서, 전원을 별도의 전원용 내압용기내에 배치하고 항행장치에 고정되는 내압용기와의 사이를 전력 케이블로 접속하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 전원용 내압용기는 항행장치에 비교적 가까운 곳에 배치된다.

본 실시형태의 수중 레이저 영상인식장치에 의하면 아래와 같은 효과를 얻을 수가 있다.

(1) 레이저 발진기(24b)로서 YAG-SHG(2차 고조파)광을 출력하는 것이 적용되기 때문에, YAG-OPO(Optical Parametric Oscilator)를 적용한 경우와 비교해서 전원(26)의 용량을 대폭으로, 예를들어 1/10 정도로 삭감할 수가 있다. 즉, 본 수중 레이저 영상인식장치는 레이저 펄스의 발진에 필요한 소비전력이 종래와 비교해서 대폭적으로 절감된다.

(2) 광투과창(21e, 21g)은 평판 모양으로 형성되기 때문에, 굴곡진 광투과창을 사용한 경우와 비교해서 레이저 펄스 및 반사광이 광투과창을 투과할 때에 크게 굴절되는 일이 없고, 따라서 광투과창으로 인하여 피사체의 영상이 일그러지는 것을 막을 수가 있다.

(3) 종래와 같이 광섬유 케이블에 의해 수상에서 수중까지 레이저 펄스를 전송할 필요가 없기 때문에 피사체에 조사되는 레이저 펄스의 강도를 증대시킬 수가 있고, 따라서 종래와 비교하여 보다 선명한 피사체의 영상을 얻을 수가 있다.

(4) 광진로 설정장치(25)는 레이저 펄스의 일부를 광투과창(21e)을 향해 투과시킴과 동시에 그 일부를 광투과창(21g)을 향해 반사하는 반투명경, 혹은 반사면에 직교하는 방향으로 회동이 자유롭게 지지되어 회동각도를 가변하여 레이저 펄스를 광투과창(21e)으로 전파 혹은 광투과창(21g)으로 반사하는 전반사경으로 구성되기 때문에 구성이 간단하다.

(5) 지지체로서 수중을 항행하는 수중항행장치를 적용한 경우, 수중에서의 이동이 더욱 용이하게 되고, 따라서 촬영의 작업성이 향상된다.

Claims

레이저 펄스를 수중에 위치한 피사체에 조사하고, 상기 레이저 펄스의 반사광에 기초하여 피사체의 영상을 생성하는 수중 레이저 영상인식장치에 있어서,

레이저 펄스를 출사함과 동시에 상기 반사광을 수광하여 피사체의 영상을 생성하는 레이저 발신 수광장치와,

상기 레이저 발신 수광장치로부터 출사된 레이저 펄스의 진로를 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 설정하는 것과 함께, 상기 제1 방향 또는 제 2 방향으로부터 입사된 반사광의 진로를 레이저 발신 수광장치의 수광 광축으로 설정하는 광진로 설정장치와,

상기 광진로 설정장치 및 상기 레이저 발신 수광장치를 수납함과 함께, 광진로 설정장치에 의해 진로가 설정된 레이저 펄스 및 그 반사광을 투과시키는 제1 광투과창 및 제2 광투과창을 구비한 내압용기와,

지지체에 고정되고 또한 상기 제1 방향을 회전축의 방향으로 하여 상기 내압 용기를 회동이 자유롭게 지지하는 장착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 발신 수광장치의 전원장치는 내압용기에 대해 별도로 설치된 전원용 내압용기내에 수납되고, 내압용기와 전원용 내압용기는 전원 케이블로 접속되는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 광투과창은 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제2항에 있어서, 상기 각각의 광투과창은 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제1항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 레이저 펄스의 일부를 제1 광투과창을 향해서 투과시킴과 동시에 그 일부를 제2 광투과창을 향해 반사하는 반투명경인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제2항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 레이저 펄스의 일부를 제1 광투과창을 향해서 투과시킴과 동시에 그 일부를 제2 광투과창을 향해 반사하는 반투명경인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제3항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 레이저 펄스의 일부를 제1 광투과창을 향해서 투과시킴과 동시에 그 일부를 제2 광투과창을 향해 반사하는 반투명경인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제4항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 레이저 펄스의 일부를 제1 광투과창을 향해서 투과시킴과 동시에 그 일부를 제2 광투과창을 향해 반사하는 반투명경인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제2항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 반사면에 직교하는 방향으로 회동이 자유롭게 지지된 전반사경으로, 회동각도를 가변하여 레이저 펄스를 제1 광투광창으로 전파 또는 제2 광투과창으로 반사하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제3항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 반사면에 직교하는 방향으로 회동이 자유롭게 지지된 전반사경으로, 회동각도를 가변하여 레이저 펄스를 제1 광투광창으로 전파 또는 제2 광투과창으로 반사하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제4항에 있어서, 상기 광진로 설정장치는 반사면에 직교하는 방향으로 회동이 자유롭게 지지된 전반사경으로, 회동각도를 가변하여 레이저 펄스를 제1 광투광창으로 전파 혹은 제2 광투과창으로 반사하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제2항에 있어서, 상기 지지체는 수중을 항행하는 수중항행장치인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.
제2항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 2차 고조파광을 발생하는 YAG 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 수중 레이저 영상인식장치.