超声波三维测量装置制造方法及图纸

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。本发明专利技术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。

3-D ultrasonic measuring device

It provides a way to realize a high practical and high resolution device in a three-dimensional measuring device based on ultrasonic signal through a simple structure. In the structure of separating one-dimensional direction according to frequency, the high resolution device with high practicability can be realized by parallel use of low resolution wide field display and high resolution limited area display.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波三维测量装置
本专利技术涉及影像获取装置，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。
技术介绍
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，专利技术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。该方式是专利技术人们所专利技术的记载在专利文献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专利技术人们公知的技术，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，本专利技术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
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术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专利技术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。专利技术效果根据本专利技术，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是表示本专利技术的整体结构的说明图。图6是表示本专利技术的发送波波前形成的说明图。(实施例1)图7是表示本专利技术的多个发送波波前同时形成的说明图。图8是表示本专利技术的全方向多个发送波波前同时形成的说明图。图9是表示本专利技术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所示的本专利技术的送波器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，通过进行设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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...

【专利技术属性】
技术研发人员：片仓景义，松本小百合，佐藤智夫，虻川和纪，
申请(专利权)人：国立研究开发法人海上·港湾·航空技术研究所，片仓景义，
类型：发明
国别省市：日本,JP