[发明专利]超声波三维测量装置

说明书

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。

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