観測装置
【課題】海底泥中、海水中などの酸素量の二次元的な分布状況の時間変動を観測できる観測措置を提供する。
【解決手段】本発明の観測装置１００は、耐圧窓部１２０が設けられ耐圧容器蓋体部１１１によって密閉可能な耐圧容器本体部１１０と、酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイル２００と、耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイル２２２を照射する励起光源（２１０、２１１）と、センサホイル２００を撮影する撮像装置２２２と、からなることを特徴とする。
【解決手段】本発明の観測装置１００は、耐圧窓部１２０が設けられ耐圧容器蓋体部１１１によって密閉可能な耐圧容器本体部１１０と、酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイル２００と、耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイル２２２を照射する励起光源（２１０、２１１）と、センサホイル２００を撮影する撮像装置２２２と、からなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底における底泥−底層水境界の酸素濃度分布の時間変動を可視化することにより観測する観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底における健全な生態系の維持において、海底の底泥表面における溶存酸素量は極めて重要な役割を果たしている。底泥表面の溶存酸素量の調査のためには、例えば、現場の海底にベルジングチャンバーという酸素電極付きの酸素濃度測定室を備えた容器を降ろし、現場で酸素の減少量を測定する方法が用いられている。
【０００３】
また、特許文献１（特開２００７−１２０９９２号公報）には海底酸素量測定装置であって、架設フレームに立設された複数の支柱の上端に透明円板を設け、透明円板が円筒体の上面となって酸素濃度測定室を形成し、透明円板に、酸素濃度測定室内の溶存酸素量測定用の光学式溶存酸素計と、室内攪拌用の攪拌装置とを配置されたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１２０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のものは、海底泥中、海水中の酸素量分布の時間的な変化を捉えることはできない、という問題があった。また、電極などでは海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況を観測することもできない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、耐圧窓部が設けられ耐圧容器蓋体部によって密閉可能な耐圧容器本体部と、酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイルと、前記耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイルを照射する励起光源と、前記センサホイルを撮影する撮像装置と、からなることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の外周にスイッチが設けられ、前記スイッチによって観測が起動されることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の内部に前記励起光源と前記撮像装置とを制御する制御回路が設けられることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の内部に設けられると共に、前記制御回路への電源供給のオンオフを行うメインスイッチを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の観測装置によれば、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変動について観測することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る観測装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る観測装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る観測装置の耐圧容器内の構成の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る観測装置のブロック構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における処理のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る観測装置の観測ポイントへの設置ステップを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る観測装置による底泥−底層水境界の酸素濃度分布の観測例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る観測装置の側面図であり、図２は本発明の実施の形態に係る観測装置の正面図であり、図３は本発明の実施の形態に係る観測装置の耐圧容器内の構成の概略を示す図である。図１乃至図３において、１００は観測装置、１１０は耐圧容器本体部、１１１は耐圧容器蓋体部、１１２、１１２’は螺子体、１１３はＯリング、１１４は取っ手部、１１５は光スイッチ取付部材、１２０は耐圧窓部、１２１は耐圧ガラス、１３０は脚部取付部材、１３１は第１脚部、１３２は第２脚部、１４０は脚部取付部材、１４１は第３脚部、１４２は第４脚部、１５０は光スイッチ、１５２はピン、１６０は水中コネクタ、１６１はケーブル、１６３は環状弾性体、２００はセンサホイル、２１０、２１１は励起光源、２２０はフィルタ、２２１はレンズ部、２２２は撮像装置、２３１は制御回路基板、２３２はメインスイッチ、２４０は電源部をそれぞれ示している。
【００１２】
以下、本発明の観測装置１００を、潜水艇を用いて１０００ｍ〜２０００ｍ程度の深海における底泥−底層水境界にセットし、酸素量分布の二次元的な分布状況を時間の変動と共に観測することを基本的には想定しつつ説明することとするが、本発明の観測装置１００は、湖沼、河川等より広範に用いることができるものである。また、本発明の観測装置１００は、海、湖沼、河川等の底泥−底層水境界に限らず、任意の場所における酸素分布量の調査に用いることができる。
【００１３】
観測装置１００は、ステンレス製の円柱状の耐圧容器本体部１１０の両端部に耐圧容器蓋体部１１１と耐圧窓部１２０とによって、内部に密閉された空間を形成するようになっている。耐圧容器蓋体部１１１は取り外し可能に構成されるものであり、防水のためのＯリング１１３が耐圧容器本体部１１０と耐圧容器蓋体部１１１との間に設けられ、螺子体１１２、１１２’によって、耐圧容器本体部１１０と耐圧容器蓋体部１１１とを固着するようになっている。
【００１４】
本発明の観測装置１００による観測においては、耐圧容器本体部１１０から耐圧容器蓋体部１１１をはずした上で、耐圧容器本体部１１０の内部空間に観測のための構成をセットし、次に観測装置１００を水中の観測ポイントに配置し観測を行い、観測終了後、観測装置１００を水中から引き上げて、耐圧容器蓋体部１１１を取り外し、内部の構成を取り
出し、データ等を取得するようにする。
【００１５】
耐圧容器本体部１１０上部に設けられている取っ手部１１４は、観測装置１００を所望の観測ポイントにセットするときなどのハンドリグ性を向上させるために設けられている。また、耐圧容器本体部１１０の両側部には、第１脚部１３１及び第２脚部１３２が設けられている脚部取付部材１３０、第３脚部１４１及び第４脚部１４２が設けられている脚部取付部材１４０が配されている。これら第１脚部１３１、第２脚部１３２、第３脚部１４１、第４脚部１４２が設けられているために、観測装置１００を深海における底泥にセットする際、底泥に観測装置１００が没してしまうことがなく、観測装置１００が底泥−底層水境界付近で留まり、底泥−底層水境界の二次元酸素分布量の時間変動の観測が可能となる。
【００１６】
観測装置１００の耐圧容器本体部１１０の一方端に装着される耐圧窓部１２０には耐圧ガラス１２１が配されており、耐圧容器本体部１１０内部から耐圧容器本体部１１０外部の様子を観察できるようになっている。観測装置１００の外部における耐圧窓部１２０には、センサホイル２００が設けられている。本発明の観測装置１００においては、このセンサホイル２００によって、酸素分布量を可視化し、これを耐圧容器本体部１１０内部にセットされる撮像装置２２２によって、適当な時間間隔毎に撮影するようにしている。
【００１７】
センサホイル２００は、ＰＥＴなどの透明樹脂フィルム上に、酸素消光材料の薄膜を形成し、さらにその上に黒色シリコン樹脂を塗膜した構成となっている。ここで、酸素消光材料は励起光によって発光する色素と酸素透過性を有するバインダとを含むものである。また、黒色シリコン樹脂は泥や海水中に溶在している酸素を透過する。センサホイル２００は、センサホイル２００の透明樹脂フィルム側を耐圧窓部１２０を完全に覆うように添着し、黒色シリコン樹脂側が測定対象である泥や海水と触れるようにされている。
【００１８】
酸素消光材料に含有されている色素としては、白金ポルフィリンなどの金属ポルフィリンやルテニウム錯体などの遷移金属錯体などが使用されている。これらの色素に励起光を照射すると、色素分子は励起状態に遷移し、励起状態の色素分子（励起分子）は、基底状態に戻る際に励起光より長い波長のルミネセンス光（蛍光、燐光）を発する。しかし、励起分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸素分子にエネルギを奪われ、酸素分子と励起分子との衝突確率に比例して消光現象が生じる。すなわち、色素の発光強度は、色素周辺の雰囲気の酸素濃度によって増減する。本発明の観測装置１００では、この発光強度を例えば撮像装置によって撮影し、色素周辺の酸素濃度を測定することができる。
【００１９】
実施形態においては、センサホイル２００は、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム上に、ＰｔＯＥＰ（白金ポルフィリン）とポリスチレンペレットを溶かしたトルエン溶液を滴下し、薄膜を形成し、さらにその上に、黒色シリコン樹脂をナイフコートすることによって作製した。
【００２０】
なお、酸素消光材料に含有する色素としては、励起光により蛍光、燐光等を発光し、酸素消光性を示すものであれば特に制限されるものではない。例えば、白金オクタエチルポルフィリン、白金テトラペンタフルオロフェニルポルフィリンなどの白金ポルフィリン等の金属ポルフィリン錯体、フェナンスロリン・ルテニウム・クロライドなどの遷移金属錯体、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族化合物及びその誘導体を使用することができる。特に発光寿命、発光強度、熱的安定性の点から、白金テトラペンタフルオロフェニルポルフィリン又はフェナンスロリン・ルテニウム・クロライドが好ましい。
【００２１】
光スイッチ１５０は、観測装置１００の実観測をスタートするときのトリガーとして用いられ、耐圧容器本体部１１０外部に光スイッチ取付部材１１５によって取り付けられて
いる。光スイッチ１５０は、光スイッチ１５０本体部に挿入されているピン１５２を光スイッチ１５０本体部から引き抜くことがトリガーとなるように構成されるものである。また、本発明の観測装置１００を観測ポイントにセットするまでに、光スイッチ１５０本体部からピン１５２が脱落しないように環状弾性体１６３の弾性力によって、ピン１５２が光スイッチ１５０本体部側に挿入された状態を維持することができるようになっている。
【００２２】
なお、スイッチのトリガーには発光ダイオードなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子を配し、ピンが引き抜かれることで、受光素子に光があたり、制御回路をスタートさせる方式の他に、ピンに磁石を取り付け、ピンを抜いた時に磁気スイッチがオンになるような方式やＳｅａｃｏｎ社製のプラグ式スイッチなども使用することができる。
【００２３】
観測ポイントに観測装置１００がセットされると、潜水作業員による操作、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内に収められた制御回路で観測のためのシーケンスが開始されるようになっている。
【００２４】
観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内部の空間は限られており、撮像装置２２２や制御回路などのための電源部２４０を設けるスペースは限られている。したがって、観測のために用いることができる電源容量は限られたものとなるが、本発明の観測装置１００においては、観測装置１００が観測ポイントにセットされた後に、光スイッチ１５０によるトリガーで観測を開始するようになっているので、限られた電源容量を有効に観測のために用いることができるようになっている。
【００２５】
光スイッチ１５０にはケーブル１６１が接続されており、当該ケーブル１６１のもう一端には水中コネクタ１６０が接続されており、この水中コネクタ１６０が耐圧容器蓋体部１１１側の水中コネクタに嵌合することによって、光スイッチ１５０と耐圧容器本体部１１０内に収容されている制御回路などとの電気接続が確保される。
【００２６】
次に、主に図３を参照しつつ、耐圧容器本体部１１０内部に収容されている制御回路や撮像装置などの構成について説明する。耐圧窓部１２０の耐圧ガラス１２１は、無色透明の耐高圧性を有するガラスであり、耐圧容器本体部１１０内部から耐圧ガラス１２１に取り付けられているセンサホイル２００を観察することできるようになっている。励起光源２１０、２１１は、耐圧ガラス１２１に取り付けられているセンサホイル２００に励起光を照射するための光源である。この励起光源２１０、２１１としては、例えば、酸素消光材料に白金オクタエチルポリオレフィンを用いる材料、日亜化学社製紫外線ＬＥＤ、型番ＮＣＣＵ００１Ｅなど発光波長の中心が３８０ｎｍ付近に来るものを用いることができる。励起光源２１０、２１１により照射されたセンサホイル２００に含有される酸素消光材料は励起状態（励起分子）に遷移し、続いて、基底状態に戻る際に励起光より長い波長のルミネセンス光（蛍光、燐光）を発する。しかし、励起分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸素分子にエネルギを奪われ、酸素分子と励起分子との衝突確率に比例して消光現象が生じる。このような現象により、センサホイル２００の平面の広がりにおいて酸素が存在する箇所としない箇所に応じてルミネセンス光（蛍光、燐光）の強弱が生じることとなる。この様子を撮像装置２２２で撮影することによって、海底泥中、海水中の酸素量分布の二次元的な分布状況を観測することが可能となる。また、この撮像装置２２２によって、例えば一定間隔毎に撮影を繰り返すことで、海底泥中、海水中の酸素量分布の時間的な変化を観測することが可能となる。
【００２７】
フィルタ２２０は酸素消光材料からのルミネセンス光を透過するものであり、撮像装置２２２のレンズ部２２１の先端に装着されている。本実施形態においては、撮像装置２２
２としてはデジタル一眼レフカメラ（Ｃａｎｏｎ社製、型番ＥＯＳ３０Ｄ）を用い、レンズ部２２１としては、マクロレンズ（Ｃａｎｏｎ社製、型番ＥＦ５０ｍｍＦ２．５）を用い、フィルタ２２０としては赤色フィルタを用いた。
【００２８】
本発明の観測装置１００はセンサホイル２００からのルミネセンス光を撮影する構成となっているために、上記ルミネセンス光以外の光が進入しないようにする。このため、例えば、センサホイル２００と耐圧窓１２０の面積が一致しておらず、センサホイル２００と耐圧窓１２０の広がりの差分の箇所から光が進入してくる可能性があるような場合には、その箇所には黒色テープでマスクを施し、耐圧容器内に外部の光が入らないようにする。耐圧容器本体部１１０内や耐圧容器蓋体部１１１を含む耐圧容器内部は黒色に塗装し、内面反射を防ぐようにするとよい。また、撮像装置２２２にインジケーターランプなどが設けられているようなときには、このようなランプには、黒色テープでマスクを施しておくとよい。
【００２９】
制御回路基板２３１は、励起光源２１０、２１１や撮像装置２２２などの構成を制御するための制御回路などが搭載された基板である。本発明の観測装置１００においては、光スイッチ１５０によるトリガーで観測を開始するようになっているが、この光スイッチ１５０自体を起動するためのスイッチがメインスイッチ２３２である。このメインスイッチ２３２は、例えば制御回路基板２３１に設けておくことができる。また、電源部２４０は、撮像装置２２２や制御回路基板２３１に設けられている制御回路に電源を供給するためのバッテリーである。
【００３０】
次に、観測装置１００の制御回路についてより詳しく説明する。図４は本発明の実施の形態に係る観測装置のブロック構成を示す図である。図４において、１５０は光スイッチ、２１０、２１１は励起光源、２２２は撮像装置、２３２はメインスイッチ、２４０は電源部、２５０は制御回路部、２５１は電源監視部、２５２は計時部、２６０は記憶部、２６１は観測シーケンス記憶部（撮影間隔、露光時間など）、２６２は撮影画像データ記憶部をそれぞれ示している。
【００３１】
電源部２４０は制御回路部２５０と撮像装置２２２に電源を供給するようになっており、この電源部２４０は電源監視部２５１によって、例えばその電圧値などが監視されるようになっている。電源監視部２５１による電源部２４０の監視結果は制御回路部２５０に入力されるようになっている。
【００３２】
メインスイッチ２３２は、そのオンオフによって制御回路部２５０に電力を供給したり、遮断したりすることを可能とするものである。
【００３３】
制御回路部２５０は、例えばマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータと他の構成を接続するインターフェイス手段、観測シーケンスを指定するための入力装置などで構成されており、記憶部２６０に記述されているプログラムによって動作するようになっている。
【００３４】
光スイッチ１５０は、図４には図示されていない発光素子と受光素子とから構成されており、発光素子と受光素子との間の光路が遮られているときにはオフ状態をとるようになっており、
受光素子が発光素子からの光を受光しているときにはオン状態をとるようになっている。このような光スイッチ１５０の動作は、制御回路２５０によって制御することができる。
【００３５】
励起光源２１０、２１１は、制御回路２５０によって制御されて、明滅するものである。なお、必要に応じて、励起光源２１０、２１１の電力を電源部２４０から供給するよう
にしてもよい。計時部２５２は、観測装置１００における観測シーケンスを管理するために基本となる時間をカウントしておくためのものである。
【００３６】
記憶部２６０は、制御回路部２５０を動作させるためのプログラムを記憶したり、制御回路部２５０のワークエリアとして機能したりする。また、特に本発明においては、記憶部２６０には、観測シーケンス（撮影間隔、露光時間、撮影回数、励起光源明滅タイミングなど）記憶部２６１のエリアと、撮影画像データ記憶部２６２のエリアとを有している。
【００３７】
観測シーケンス記憶部２６１には、観測装置１００における観測シーケンスが記憶される。このような観測シーケンスとしては、例えば、励起光源２１０、２１１をどのタイミングで明滅させ、そしてそれに合わせて、撮像装置２２２でどのように撮影を行うか（露光時間をどうするか、絞り値をどのように設定して撮影を行うか）、一度に何回の撮影を行うか、次の撮影までの待ち時間をどれだけとするか、一連の観測シーケンスにおいて、全部で何回の撮影を行うか、などが記述されている。最も単純な観測シーケンスとしては、撮像装置２２２の撮影間隔、露光時間と、それに合わせた励起光源２１０、２１１の明滅タイミングからなる。観測シーケンス記憶部２６１に記憶される観測シーケンスは必要に応じて書き換えたり、あるいは、制御回路部２５０の入力装置の操作によって変更したりできるようになっている。
【００３８】
また、撮影画像データ記憶部２６２には、撮像装置２２２で記憶された撮影画像データが記憶される。この撮影画像データ記憶部２６２に記憶されている撮影画像データは、適当なインターフェイス手段により外部に取り出すことができるようになっている。このため、海底での観測終了後に、観測装置１００から撮影画像データを取得することができるようになっている。
【００３９】
なお、撮像装置２２２に撮影画像データを記憶する適当な記憶装置が設けられている場合には、記憶部２６０に必ずしも撮影画像データ記憶部２６２を設ける必要はない。
【００４０】
次に、観測装置１００の設置工程や制御回路２５０における処理フローについて説明する。図５は本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における処理のフローチャートを示す図であり、図６は本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図であり、図７は本発明の実施の形態に係る観測装置の観測ポイントへの設置ステップを示す図である。
【００４１】
本発明の観測装置１００による観測においては、耐圧容器本体部１１０から耐圧容器蓋体部１１１を取り外し、制御回路基板２３１等を取り出し、撮影画像データ記憶部２６２の容量を十分に確保し、電源部２４０を満充電として、メインスイッチ２３２をオンとする。次に、制御回路部の観測シーケンス記憶部２６１用の、例えばＢＣＤスイッチを操作し、全撮影回数を設定する。制御回路は外部のコンピュータとのインターフェイス（例えば、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＡＲＴやＵＳＢ）を内蔵させ、コンピュータのプログラムによって、観測シーケンス記憶部２６１に撮影回数などの情報を入力することもできる。最後に耐圧容器蓋体部１１１を閉め、光スイッチ１５０、水中コネクタ１６０をセットする。
【００４２】
観測装置１００を、このような状態とした上で、潜水艇や潜水作業員によって観測装置１００を海底面のポイントにセットする。その様子を示しているのが図７（Ａ）である。観測装置１００には、第１脚部１３１、第２脚部１３２、第３脚部１４１、第４脚部１４２が設けられているために、観測装置１００を深海における底泥にセットする際、底泥に観測装置１００が没してしまうことがなく、観測装置１００が底泥−底層水境界付近で留まり、図７（Ｂ）に示すような状態となる。
【００４３】
観測装置１００がセットされ、潜水作業員による操作、図７（Ｂ）に示すような状態となり、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内に収められた制御回路で観測のためのシーケンスが開始されるようになっている。この状態を示すのが、図７（Ｃ）のステップである。
【００４４】
ここで、光スイッチ１５０の構造、動作についてより詳しく説明する。図８は本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図であり、図９は本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。図８及び図９において、１５０は光スイッチ、１５２はピン、１５３は遮光部、１５４は操作部、１５５、１５５’はフック、１５６は発光素子、１５７は受光素子、１５８、１５８’は取付調整穴、１６０は水中コネクタ、１６１はケーブルをそれぞれ示している。
【００４５】
光スイッチ１５０は、観測装置１００の実観測をスタートするときのトリガーとして用いられるスイッチであり、発光素子１５６及び受光素子１５７が内蔵される光スイッチ１５０本体部と、光スイッチ１５０本体部に挿入されているピン１５２とからなっている。
【００４６】
ピン１５２は、潜水作業員や潜水艇のマニピュレータが光スイッチ１５０を扱うときのハンドルの役目をする操作部１５４と、この操作部１５４に連なるようにして設けられている遮光部１５３とから構成されており、全体として図示するようにＴ字形状をなしている。ピン１５２の遮光部１５３は、光スイッチ１５０本体部に装着されているときに、発光素子１５６と受光素子１５７との間の光路を遮る。潜水作業員や潜水艇のマニピュレータがピン１５２を光スイッチ１５０本体部から引き抜くことにより、遮光部１５３が取り外され、受光素子１５７が発光素子１５６が発する光を受光し、光スイッチ１５０はオン状態となる。
【００４７】
取付調整穴１５８、１５８’は発光素子１５６と受光素子１５７とを光スイッチ１５０本体部に取り付けるため、及び、発光素子１５６と受光素子１５７とを取り付けるとき、発光素子１５６、受光素子１５７の取付位置を調整するために利用される穴である。これらの取付調整穴１５８、１５８’からは、発光素子１５６、受光素子１５７の取付後、エポキシ樹脂等が充填されて、素子の封入が行われる。
【００４８】
フック１５５、１５５’は、光スイッチ１５０本体部からピン１５２が脱落しないように環状弾性体１６３を掛け回しておくときに利用される突状体である。光スイッチ１５０は、フック１５５、１５５’に掛け回された環状弾性体１６３の弾性力によって、ピン１５２が光スイッチ１５０本体部側に挿入された状態を維持する。この状態が図８に示す状態である。
【００４９】
これに対して、観測装置１００が観測ポイントにセットされると、潜水作業員による操作、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００において、観測のための観測シーケンスが開始されるようになっているが、この状態を示しているが図９や図７（Ｃ）である。
【００５０】
次に、以上のように観測装置１００が観測ポイントにセットされ、光スイッチ１５０でトリガーされると、制御回路２５０がどのような処理を行うかについてフローチャートで説明する。なお、図５及び図６に示すフロー処理は観測装置１００の１つの制御形態であり、その他の制御形態を排するものではない。
【００５１】
図５のステップＳ１００においては、メインスイッチ２３２がオンとされ、制御回路２５０の処理が開始される。この動作は、観測装置１００を海底にセットする前の陸上で行われる。次に、耐圧容器蓋体部１１１が装着され、光スイッチ１５０本体部にピン１５２が挿入されて、水中コネクタ１６０がセットされる。そして、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示されるように観測装置１００が海底の観測ポイントにセットされる。
【００５２】
ステップＳ１０１では、光スイッチ１５０がオンされたか否かが判定される。ステップＳ１０１における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０１における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ１０１をループする。
【００５３】
光スイッチ１５０がオンとなり、ステップＳ１０２に進むと、観測シーケンスを管理するために計時部２５２の計時処理が開始される。
【００５４】
ステップＳ１０３では、観測シーケンスにて設定されている全ての撮影回数分の撮影が終了したか否かが判定される。ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０８に進み処理を終了する。ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときには、ステップＳ１０４に進む。
【００５５】
続いてステップＳ１０４では、電源監視部２５１からの信号が参照され、電源部２４０の電圧が所定電圧以上であるか否かが判定される。ステップＳ１０４の判定の結果がＹＥＳであるとき、すなわち電源部２４０の電圧が所定値以上であり、電源部２４０に撮像装置２２０を駆動するために十分な電力が確保されているときにはステップＳ１０５に進む。
【００５６】
これに対して、ステップＳ１０４の判定の結果がＮＯであるとき、すなわち電源部２４０の電圧が所定値未満であり、電源部２４０に撮像装置２２０を駆動するために十分な電力が確保できないときにはステップＳ１０８に進み、制御回路２５０での処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ１０５では、計時部２５２が参照され、撮影シーケンス記憶部２６１に設定されている所定の時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１０５における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ１０５をループし、所定時間が経過し、判定の結果がＹＥＳであるときにはループを抜けて、ステップＳ１０６に進む。
【００５８】
ステップＳ１０６では、撮影処理のサブルーチンが実行される。この撮影処理サブルーチンからリターンすると、ステップＳ１０７に進むようになっている。
【００５９】
ステップＳ１０７においては、観測シーケンスにて設定されている撮影回数をカウントするためのカウンタを１ディクリメントする。引き続いて、ステップＳ１０３に進む。
【００６０】
本フローのように撮影処理のサブルーチンが設定した回数実行されるので、本発明の観測装置１００では、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変化を観測することができることとなる。
【００６１】
次に図６を参照して撮影処理サブルーチンについて説明する。図６においてステップＳ２００で撮影処理のサブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、励起光源２１０、２１１がオンされて、センサホイル２００における酸素消光材料の色素を励起光によって発光させる。
【００６２】
続いて、ステップＳ２０２では、撮像装置２２２のシャッターを開放して露光を開始す
る。ステップＳ２０３では、撮影シーケンス記憶部２６１に記憶されている所定の露光時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ２０３の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２０３をループし、判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０４に進む。
【００６３】
ステップＳ２０４では、撮像装置２２２のシャッターを閉じて露光を終了する。続く、ステップＳ２０５では、励起光源２１０、２１１がオフされる。そして、ステップＳ２０６では、撮影画像データ記憶部２６０に撮影画像データを記憶する処理を行う。次のステップＳ２０７でメインルーチンへリターンする。
【００６４】
以上のように構成される観測装置１００によって取得される撮影画像データ例を示す。図１０は本発明の実施の形態に係る観測装置による底泥−底層水境界の酸素濃度分布の観測例を示す図である。図１０の観測例は、撮影画像データ記憶部２６０に記憶された撮影画像データに、酸素の分布量が把握しやすいように画像加工を施したものである。
【００６５】
以上のように本発明の観測装置１００によれば、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変動について観測することができるようになる。
【００６６】
なお、図５におけるステップＳ１０６の撮影処理サブルーチンについては種々のルーチンが考えられる。そこで、次に、図１１を参照しつつ、撮影処理サブルーチンに係る他の実施形態について説明する。図１１は本発明の他の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。本実施形態における撮影処理サブルーチンでは、１回の撮影処理サブルーチンで、数回の撮影画像データを取得するように設定したものである。
【００６７】
図１１において、ステップＳ３００で撮影処理のサブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ３０１に進み、撮影シーケンス記憶部２６１の撮影シーケンスが読み込まれて、１回撮影時の露光回数が読み込まれる。このように撮影シーケンスには、撮影時１回につき、複数回の露光を行うようにしておいてもよい。撮影時１回につき、複数回の露光を実行すると、後のデータ処理などの段階で、複数回露光の平均値を算出することができ、より酸素濃度画像の精度を向上させることができる。
【００６８】
次に、ステップＳ３０２では、撮像装置２２２のシャッターを開放して露光の準備を行う。そして、ステップＳ３０３で励起光源２１０、２１１がオンされて、センサホイル２００における酸素消光材料の色素を励起光によって発光させる。続く、ステップＳ３０４では、撮影シーケンス記憶部２６１に記憶されている所定の露光時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ３０４の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３０４をループし、判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、で励起光源２１０、２１１をオフとし、続くステップＳ３０６で、撮影画像データ記憶部２６０に撮影画像データを記憶する処理を行う。
【００６９】
続いて、ステップＳ３０７では、撮影シーケンスに設定された露光回数に達したか否かが判定される。ステップＳ３０７の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３０３に進み、再び露光を行う。一方、ステップＳ３０７の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０８に進み、撮像装置２２２のシャッターを閉じて、次のステップＳ３０９でメインルーチンへリターンする。
【００７０】
このような本発明の他の実施形態によれば、１回の撮影時に、複数回露光して撮影画像データを得るものであるので、後の撮影画像データの画像処理において、画像を積算して平均値をとることで、酸素濃度画像の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、本発明の他の実施形態においては、撮像装置２２２のシャッターを開いてから励起光源２１０、２１１がオンとなり、センサホイル２００における酸素消光材料の色素の励起を行い、露光時間に達したと判定された後に、励起光源２１０、２１１をオフとして励起を終え、露光１回分の撮像画像データを取得するような動作が実行される。励起光源２１０、２１１によって、励起時間を制御する方が、シャッターによって励起時間を制御するよりも、露光の時間制御を正確に制御することができるため、本実施形態によれば、より正確なデータを取得することが可能となる。なお、撮影は光が当たらない状態で行うこととなるので、撮像装置２２２のシャッターを開放してから励起光源２１０、２１１で励起を行うようにしても支障はない。
【符号の説明】
【００７２】
１００・・・観測装置、１１０・・・耐圧容器本体部、１１１・・・耐圧容器蓋体部、１１２、１１２’・・・螺子体、１１３・・・Ｏリング、１１４・・・取っ手部、１１５・・・光スイッチ取付部材、１２０・・・耐圧窓部、１２１・・・耐圧ガラス、１３０・・・脚部取付部材、１３１・・・第１脚部、１３２・・・第２脚部、１４０・・・脚部取付部材、１４１・・・第３脚部、１４２・・・第４脚部、１５０・・・光スイッチ、１５２・・・ピン、１５３・・・遮光部、１５４・・・操作部、１５５、１５５’・・・フック、１５６・・・発光素子、１５７・・・受光素子、１５８、１５８’・・・取付調整穴、１６０・・・水中コネクタ、１６１・・・ケーブル、１６３・・・環状弾性体、２００・・・センサホイル、２１０、２１１・・・励起光源、２２０・・・フィルタ、２２１・・・レンズ部、２２２・・・撮像装置、２３１・・・制御回路基板、２３２・・・メインスイッチ、２４０・・・電源部、２５０・・・制御回路部、２５１・・・電源監視部、２５２・・・計時部、２６０・・・記憶部、２６１・・・観測シーケンス記憶部（撮影間隔、露光時間、励起光源明滅タイミング等記憶部）、２６２・・・撮影画像データ記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底における底泥−底層水境界の酸素濃度分布の時間変動を可視化することにより観測する観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底における健全な生態系の維持において、海底の底泥表面における溶存酸素量は極めて重要な役割を果たしている。底泥表面の溶存酸素量の調査のためには、例えば、現場の海底にベルジングチャンバーという酸素電極付きの酸素濃度測定室を備えた容器を降ろし、現場で酸素の減少量を測定する方法が用いられている。
【０００３】
また、特許文献１（特開２００７−１２０９９２号公報）には海底酸素量測定装置であって、架設フレームに立設された複数の支柱の上端に透明円板を設け、透明円板が円筒体の上面となって酸素濃度測定室を形成し、透明円板に、酸素濃度測定室内の溶存酸素量測定用の光学式溶存酸素計と、室内攪拌用の攪拌装置とを配置されたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１２０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のものは、海底泥中、海水中の酸素量分布の時間的な変化を捉えることはできない、という問題があった。また、電極などでは海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況を観測することもできない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、耐圧窓部が設けられ耐圧容器蓋体部によって密閉可能な耐圧容器本体部と、酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイルと、前記耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイルを照射する励起光源と、前記センサホイルを撮影する撮像装置と、からなることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の外周にスイッチが設けられ、前記スイッチによって観測が起動されることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の内部に前記励起光源と前記撮像装置とを制御する制御回路が設けられることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の観測装置において、前記耐圧容器本体部の内部に設けられると共に、前記制御回路への電源供給のオンオフを行うメインスイッチを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の観測装置によれば、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変動について観測することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る観測装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る観測装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る観測装置の耐圧容器内の構成の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る観測装置のブロック構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における処理のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る観測装置の観測ポイントへの設置ステップを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る観測装置による底泥−底層水境界の酸素濃度分布の観測例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る観測装置の側面図であり、図２は本発明の実施の形態に係る観測装置の正面図であり、図３は本発明の実施の形態に係る観測装置の耐圧容器内の構成の概略を示す図である。図１乃至図３において、１００は観測装置、１１０は耐圧容器本体部、１１１は耐圧容器蓋体部、１１２、１１２’は螺子体、１１３はＯリング、１１４は取っ手部、１１５は光スイッチ取付部材、１２０は耐圧窓部、１２１は耐圧ガラス、１３０は脚部取付部材、１３１は第１脚部、１３２は第２脚部、１４０は脚部取付部材、１４１は第３脚部、１４２は第４脚部、１５０は光スイッチ、１５２はピン、１６０は水中コネクタ、１６１はケーブル、１６３は環状弾性体、２００はセンサホイル、２１０、２１１は励起光源、２２０はフィルタ、２２１はレンズ部、２２２は撮像装置、２３１は制御回路基板、２３２はメインスイッチ、２４０は電源部をそれぞれ示している。
【００１２】
以下、本発明の観測装置１００を、潜水艇を用いて１０００ｍ〜２０００ｍ程度の深海における底泥−底層水境界にセットし、酸素量分布の二次元的な分布状況を時間の変動と共に観測することを基本的には想定しつつ説明することとするが、本発明の観測装置１００は、湖沼、河川等より広範に用いることができるものである。また、本発明の観測装置１００は、海、湖沼、河川等の底泥−底層水境界に限らず、任意の場所における酸素分布量の調査に用いることができる。
【００１３】
観測装置１００は、ステンレス製の円柱状の耐圧容器本体部１１０の両端部に耐圧容器蓋体部１１１と耐圧窓部１２０とによって、内部に密閉された空間を形成するようになっている。耐圧容器蓋体部１１１は取り外し可能に構成されるものであり、防水のためのＯリング１１３が耐圧容器本体部１１０と耐圧容器蓋体部１１１との間に設けられ、螺子体１１２、１１２’によって、耐圧容器本体部１１０と耐圧容器蓋体部１１１とを固着するようになっている。
【００１４】
本発明の観測装置１００による観測においては、耐圧容器本体部１１０から耐圧容器蓋体部１１１をはずした上で、耐圧容器本体部１１０の内部空間に観測のための構成をセットし、次に観測装置１００を水中の観測ポイントに配置し観測を行い、観測終了後、観測装置１００を水中から引き上げて、耐圧容器蓋体部１１１を取り外し、内部の構成を取り
出し、データ等を取得するようにする。
【００１５】
耐圧容器本体部１１０上部に設けられている取っ手部１１４は、観測装置１００を所望の観測ポイントにセットするときなどのハンドリグ性を向上させるために設けられている。また、耐圧容器本体部１１０の両側部には、第１脚部１３１及び第２脚部１３２が設けられている脚部取付部材１３０、第３脚部１４１及び第４脚部１４２が設けられている脚部取付部材１４０が配されている。これら第１脚部１３１、第２脚部１３２、第３脚部１４１、第４脚部１４２が設けられているために、観測装置１００を深海における底泥にセットする際、底泥に観測装置１００が没してしまうことがなく、観測装置１００が底泥−底層水境界付近で留まり、底泥−底層水境界の二次元酸素分布量の時間変動の観測が可能となる。
【００１６】
観測装置１００の耐圧容器本体部１１０の一方端に装着される耐圧窓部１２０には耐圧ガラス１２１が配されており、耐圧容器本体部１１０内部から耐圧容器本体部１１０外部の様子を観察できるようになっている。観測装置１００の外部における耐圧窓部１２０には、センサホイル２００が設けられている。本発明の観測装置１００においては、このセンサホイル２００によって、酸素分布量を可視化し、これを耐圧容器本体部１１０内部にセットされる撮像装置２２２によって、適当な時間間隔毎に撮影するようにしている。
【００１７】
センサホイル２００は、ＰＥＴなどの透明樹脂フィルム上に、酸素消光材料の薄膜を形成し、さらにその上に黒色シリコン樹脂を塗膜した構成となっている。ここで、酸素消光材料は励起光によって発光する色素と酸素透過性を有するバインダとを含むものである。また、黒色シリコン樹脂は泥や海水中に溶在している酸素を透過する。センサホイル２００は、センサホイル２００の透明樹脂フィルム側を耐圧窓部１２０を完全に覆うように添着し、黒色シリコン樹脂側が測定対象である泥や海水と触れるようにされている。
【００１８】
酸素消光材料に含有されている色素としては、白金ポルフィリンなどの金属ポルフィリンやルテニウム錯体などの遷移金属錯体などが使用されている。これらの色素に励起光を照射すると、色素分子は励起状態に遷移し、励起状態の色素分子（励起分子）は、基底状態に戻る際に励起光より長い波長のルミネセンス光（蛍光、燐光）を発する。しかし、励起分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸素分子にエネルギを奪われ、酸素分子と励起分子との衝突確率に比例して消光現象が生じる。すなわち、色素の発光強度は、色素周辺の雰囲気の酸素濃度によって増減する。本発明の観測装置１００では、この発光強度を例えば撮像装置によって撮影し、色素周辺の酸素濃度を測定することができる。
【００１９】
実施形態においては、センサホイル２００は、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム上に、ＰｔＯＥＰ（白金ポルフィリン）とポリスチレンペレットを溶かしたトルエン溶液を滴下し、薄膜を形成し、さらにその上に、黒色シリコン樹脂をナイフコートすることによって作製した。
【００２０】
なお、酸素消光材料に含有する色素としては、励起光により蛍光、燐光等を発光し、酸素消光性を示すものであれば特に制限されるものではない。例えば、白金オクタエチルポルフィリン、白金テトラペンタフルオロフェニルポルフィリンなどの白金ポルフィリン等の金属ポルフィリン錯体、フェナンスロリン・ルテニウム・クロライドなどの遷移金属錯体、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族化合物及びその誘導体を使用することができる。特に発光寿命、発光強度、熱的安定性の点から、白金テトラペンタフルオロフェニルポルフィリン又はフェナンスロリン・ルテニウム・クロライドが好ましい。
【００２１】
光スイッチ１５０は、観測装置１００の実観測をスタートするときのトリガーとして用いられ、耐圧容器本体部１１０外部に光スイッチ取付部材１１５によって取り付けられて
いる。光スイッチ１５０は、光スイッチ１５０本体部に挿入されているピン１５２を光スイッチ１５０本体部から引き抜くことがトリガーとなるように構成されるものである。また、本発明の観測装置１００を観測ポイントにセットするまでに、光スイッチ１５０本体部からピン１５２が脱落しないように環状弾性体１６３の弾性力によって、ピン１５２が光スイッチ１５０本体部側に挿入された状態を維持することができるようになっている。
【００２２】
なお、スイッチのトリガーには発光ダイオードなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子を配し、ピンが引き抜かれることで、受光素子に光があたり、制御回路をスタートさせる方式の他に、ピンに磁石を取り付け、ピンを抜いた時に磁気スイッチがオンになるような方式やＳｅａｃｏｎ社製のプラグ式スイッチなども使用することができる。
【００２３】
観測ポイントに観測装置１００がセットされると、潜水作業員による操作、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内に収められた制御回路で観測のためのシーケンスが開始されるようになっている。
【００２４】
観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内部の空間は限られており、撮像装置２２２や制御回路などのための電源部２４０を設けるスペースは限られている。したがって、観測のために用いることができる電源容量は限られたものとなるが、本発明の観測装置１００においては、観測装置１００が観測ポイントにセットされた後に、光スイッチ１５０によるトリガーで観測を開始するようになっているので、限られた電源容量を有効に観測のために用いることができるようになっている。
【００２５】
光スイッチ１５０にはケーブル１６１が接続されており、当該ケーブル１６１のもう一端には水中コネクタ１６０が接続されており、この水中コネクタ１６０が耐圧容器蓋体部１１１側の水中コネクタに嵌合することによって、光スイッチ１５０と耐圧容器本体部１１０内に収容されている制御回路などとの電気接続が確保される。
【００２６】
次に、主に図３を参照しつつ、耐圧容器本体部１１０内部に収容されている制御回路や撮像装置などの構成について説明する。耐圧窓部１２０の耐圧ガラス１２１は、無色透明の耐高圧性を有するガラスであり、耐圧容器本体部１１０内部から耐圧ガラス１２１に取り付けられているセンサホイル２００を観察することできるようになっている。励起光源２１０、２１１は、耐圧ガラス１２１に取り付けられているセンサホイル２００に励起光を照射するための光源である。この励起光源２１０、２１１としては、例えば、酸素消光材料に白金オクタエチルポリオレフィンを用いる材料、日亜化学社製紫外線ＬＥＤ、型番ＮＣＣＵ００１Ｅなど発光波長の中心が３８０ｎｍ付近に来るものを用いることができる。励起光源２１０、２１１により照射されたセンサホイル２００に含有される酸素消光材料は励起状態（励起分子）に遷移し、続いて、基底状態に戻る際に励起光より長い波長のルミネセンス光（蛍光、燐光）を発する。しかし、励起分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸素分子にエネルギを奪われ、酸素分子と励起分子との衝突確率に比例して消光現象が生じる。このような現象により、センサホイル２００の平面の広がりにおいて酸素が存在する箇所としない箇所に応じてルミネセンス光（蛍光、燐光）の強弱が生じることとなる。この様子を撮像装置２２２で撮影することによって、海底泥中、海水中の酸素量分布の二次元的な分布状況を観測することが可能となる。また、この撮像装置２２２によって、例えば一定間隔毎に撮影を繰り返すことで、海底泥中、海水中の酸素量分布の時間的な変化を観測することが可能となる。
【００２７】
フィルタ２２０は酸素消光材料からのルミネセンス光を透過するものであり、撮像装置２２２のレンズ部２２１の先端に装着されている。本実施形態においては、撮像装置２２
２としてはデジタル一眼レフカメラ（Ｃａｎｏｎ社製、型番ＥＯＳ３０Ｄ）を用い、レンズ部２２１としては、マクロレンズ（Ｃａｎｏｎ社製、型番ＥＦ５０ｍｍＦ２．５）を用い、フィルタ２２０としては赤色フィルタを用いた。
【００２８】
本発明の観測装置１００はセンサホイル２００からのルミネセンス光を撮影する構成となっているために、上記ルミネセンス光以外の光が進入しないようにする。このため、例えば、センサホイル２００と耐圧窓１２０の面積が一致しておらず、センサホイル２００と耐圧窓１２０の広がりの差分の箇所から光が進入してくる可能性があるような場合には、その箇所には黒色テープでマスクを施し、耐圧容器内に外部の光が入らないようにする。耐圧容器本体部１１０内や耐圧容器蓋体部１１１を含む耐圧容器内部は黒色に塗装し、内面反射を防ぐようにするとよい。また、撮像装置２２２にインジケーターランプなどが設けられているようなときには、このようなランプには、黒色テープでマスクを施しておくとよい。
【００２９】
制御回路基板２３１は、励起光源２１０、２１１や撮像装置２２２などの構成を制御するための制御回路などが搭載された基板である。本発明の観測装置１００においては、光スイッチ１５０によるトリガーで観測を開始するようになっているが、この光スイッチ１５０自体を起動するためのスイッチがメインスイッチ２３２である。このメインスイッチ２３２は、例えば制御回路基板２３１に設けておくことができる。また、電源部２４０は、撮像装置２２２や制御回路基板２３１に設けられている制御回路に電源を供給するためのバッテリーである。
【００３０】
次に、観測装置１００の制御回路についてより詳しく説明する。図４は本発明の実施の形態に係る観測装置のブロック構成を示す図である。図４において、１５０は光スイッチ、２１０、２１１は励起光源、２２２は撮像装置、２３２はメインスイッチ、２４０は電源部、２５０は制御回路部、２５１は電源監視部、２５２は計時部、２６０は記憶部、２６１は観測シーケンス記憶部（撮影間隔、露光時間など）、２６２は撮影画像データ記憶部をそれぞれ示している。
【００３１】
電源部２４０は制御回路部２５０と撮像装置２２２に電源を供給するようになっており、この電源部２４０は電源監視部２５１によって、例えばその電圧値などが監視されるようになっている。電源監視部２５１による電源部２４０の監視結果は制御回路部２５０に入力されるようになっている。
【００３２】
メインスイッチ２３２は、そのオンオフによって制御回路部２５０に電力を供給したり、遮断したりすることを可能とするものである。
【００３３】
制御回路部２５０は、例えばマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータと他の構成を接続するインターフェイス手段、観測シーケンスを指定するための入力装置などで構成されており、記憶部２６０に記述されているプログラムによって動作するようになっている。
【００３４】
光スイッチ１５０は、図４には図示されていない発光素子と受光素子とから構成されており、発光素子と受光素子との間の光路が遮られているときにはオフ状態をとるようになっており、
受光素子が発光素子からの光を受光しているときにはオン状態をとるようになっている。このような光スイッチ１５０の動作は、制御回路２５０によって制御することができる。
【００３５】
励起光源２１０、２１１は、制御回路２５０によって制御されて、明滅するものである。なお、必要に応じて、励起光源２１０、２１１の電力を電源部２４０から供給するよう
にしてもよい。計時部２５２は、観測装置１００における観測シーケンスを管理するために基本となる時間をカウントしておくためのものである。
【００３６】
記憶部２６０は、制御回路部２５０を動作させるためのプログラムを記憶したり、制御回路部２５０のワークエリアとして機能したりする。また、特に本発明においては、記憶部２６０には、観測シーケンス（撮影間隔、露光時間、撮影回数、励起光源明滅タイミングなど）記憶部２６１のエリアと、撮影画像データ記憶部２６２のエリアとを有している。
【００３７】
観測シーケンス記憶部２６１には、観測装置１００における観測シーケンスが記憶される。このような観測シーケンスとしては、例えば、励起光源２１０、２１１をどのタイミングで明滅させ、そしてそれに合わせて、撮像装置２２２でどのように撮影を行うか（露光時間をどうするか、絞り値をどのように設定して撮影を行うか）、一度に何回の撮影を行うか、次の撮影までの待ち時間をどれだけとするか、一連の観測シーケンスにおいて、全部で何回の撮影を行うか、などが記述されている。最も単純な観測シーケンスとしては、撮像装置２２２の撮影間隔、露光時間と、それに合わせた励起光源２１０、２１１の明滅タイミングからなる。観測シーケンス記憶部２６１に記憶される観測シーケンスは必要に応じて書き換えたり、あるいは、制御回路部２５０の入力装置の操作によって変更したりできるようになっている。
【００３８】
また、撮影画像データ記憶部２６２には、撮像装置２２２で記憶された撮影画像データが記憶される。この撮影画像データ記憶部２６２に記憶されている撮影画像データは、適当なインターフェイス手段により外部に取り出すことができるようになっている。このため、海底での観測終了後に、観測装置１００から撮影画像データを取得することができるようになっている。
【００３９】
なお、撮像装置２２２に撮影画像データを記憶する適当な記憶装置が設けられている場合には、記憶部２６０に必ずしも撮影画像データ記憶部２６２を設ける必要はない。
【００４０】
次に、観測装置１００の設置工程や制御回路２５０における処理フローについて説明する。図５は本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における処理のフローチャートを示す図であり、図６は本発明の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図であり、図７は本発明の実施の形態に係る観測装置の観測ポイントへの設置ステップを示す図である。
【００４１】
本発明の観測装置１００による観測においては、耐圧容器本体部１１０から耐圧容器蓋体部１１１を取り外し、制御回路基板２３１等を取り出し、撮影画像データ記憶部２６２の容量を十分に確保し、電源部２４０を満充電として、メインスイッチ２３２をオンとする。次に、制御回路部の観測シーケンス記憶部２６１用の、例えばＢＣＤスイッチを操作し、全撮影回数を設定する。制御回路は外部のコンピュータとのインターフェイス（例えば、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＡＲＴやＵＳＢ）を内蔵させ、コンピュータのプログラムによって、観測シーケンス記憶部２６１に撮影回数などの情報を入力することもできる。最後に耐圧容器蓋体部１１１を閉め、光スイッチ１５０、水中コネクタ１６０をセットする。
【００４２】
観測装置１００を、このような状態とした上で、潜水艇や潜水作業員によって観測装置１００を海底面のポイントにセットする。その様子を示しているのが図７（Ａ）である。観測装置１００には、第１脚部１３１、第２脚部１３２、第３脚部１４１、第４脚部１４２が設けられているために、観測装置１００を深海における底泥にセットする際、底泥に観測装置１００が没してしまうことがなく、観測装置１００が底泥−底層水境界付近で留まり、図７（Ｂ）に示すような状態となる。
【００４３】
観測装置１００がセットされ、潜水作業員による操作、図７（Ｂ）に示すような状態となり、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００の耐圧容器本体部１１０内に収められた制御回路で観測のためのシーケンスが開始されるようになっている。この状態を示すのが、図７（Ｃ）のステップである。
【００４４】
ここで、光スイッチ１５０の構造、動作についてより詳しく説明する。図８は本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図であり、図９は本発明の実施の形態に係る観測装置の光スイッチの構成・利用形態を示す図である。図８及び図９において、１５０は光スイッチ、１５２はピン、１５３は遮光部、１５４は操作部、１５５、１５５’はフック、１５６は発光素子、１５７は受光素子、１５８、１５８’は取付調整穴、１６０は水中コネクタ、１６１はケーブルをそれぞれ示している。
【００４５】
光スイッチ１５０は、観測装置１００の実観測をスタートするときのトリガーとして用いられるスイッチであり、発光素子１５６及び受光素子１５７が内蔵される光スイッチ１５０本体部と、光スイッチ１５０本体部に挿入されているピン１５２とからなっている。
【００４６】
ピン１５２は、潜水作業員や潜水艇のマニピュレータが光スイッチ１５０を扱うときのハンドルの役目をする操作部１５４と、この操作部１５４に連なるようにして設けられている遮光部１５３とから構成されており、全体として図示するようにＴ字形状をなしている。ピン１５２の遮光部１５３は、光スイッチ１５０本体部に装着されているときに、発光素子１５６と受光素子１５７との間の光路を遮る。潜水作業員や潜水艇のマニピュレータがピン１５２を光スイッチ１５０本体部から引き抜くことにより、遮光部１５３が取り外され、受光素子１５７が発光素子１５６が発する光を受光し、光スイッチ１５０はオン状態となる。
【００４７】
取付調整穴１５８、１５８’は発光素子１５６と受光素子１５７とを光スイッチ１５０本体部に取り付けるため、及び、発光素子１５６と受光素子１５７とを取り付けるとき、発光素子１５６、受光素子１５７の取付位置を調整するために利用される穴である。これらの取付調整穴１５８、１５８’からは、発光素子１５６、受光素子１５７の取付後、エポキシ樹脂等が充填されて、素子の封入が行われる。
【００４８】
フック１５５、１５５’は、光スイッチ１５０本体部からピン１５２が脱落しないように環状弾性体１６３を掛け回しておくときに利用される突状体である。光スイッチ１５０は、フック１５５、１５５’に掛け回された環状弾性体１６３の弾性力によって、ピン１５２が光スイッチ１５０本体部側に挿入された状態を維持する。この状態が図８に示す状態である。
【００４９】
これに対して、観測装置１００が観測ポイントにセットされると、潜水作業員による操作、潜水艇のマニピュレータからの操作によって、環状弾性体１６３が取り外され、光スイッチ１５０本体部からピン１５２から引き抜かれる。これによって、観測装置１００において、観測のための観測シーケンスが開始されるようになっているが、この状態を示しているが図９や図７（Ｃ）である。
【００５０】
次に、以上のように観測装置１００が観測ポイントにセットされ、光スイッチ１５０でトリガーされると、制御回路２５０がどのような処理を行うかについてフローチャートで説明する。なお、図５及び図６に示すフロー処理は観測装置１００の１つの制御形態であり、その他の制御形態を排するものではない。
【００５１】
図５のステップＳ１００においては、メインスイッチ２３２がオンとされ、制御回路２５０の処理が開始される。この動作は、観測装置１００を海底にセットする前の陸上で行われる。次に、耐圧容器蓋体部１１１が装着され、光スイッチ１５０本体部にピン１５２が挿入されて、水中コネクタ１６０がセットされる。そして、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示されるように観測装置１００が海底の観測ポイントにセットされる。
【００５２】
ステップＳ１０１では、光スイッチ１５０がオンされたか否かが判定される。ステップＳ１０１における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０１における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ１０１をループする。
【００５３】
光スイッチ１５０がオンとなり、ステップＳ１０２に進むと、観測シーケンスを管理するために計時部２５２の計時処理が開始される。
【００５４】
ステップＳ１０３では、観測シーケンスにて設定されている全ての撮影回数分の撮影が終了したか否かが判定される。ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０８に進み処理を終了する。ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときには、ステップＳ１０４に進む。
【００５５】
続いてステップＳ１０４では、電源監視部２５１からの信号が参照され、電源部２４０の電圧が所定電圧以上であるか否かが判定される。ステップＳ１０４の判定の結果がＹＥＳであるとき、すなわち電源部２４０の電圧が所定値以上であり、電源部２４０に撮像装置２２０を駆動するために十分な電力が確保されているときにはステップＳ１０５に進む。
【００５６】
これに対して、ステップＳ１０４の判定の結果がＮＯであるとき、すなわち電源部２４０の電圧が所定値未満であり、電源部２４０に撮像装置２２０を駆動するために十分な電力が確保できないときにはステップＳ１０８に進み、制御回路２５０での処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ１０５では、計時部２５２が参照され、撮影シーケンス記憶部２６１に設定されている所定の時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１０５における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ１０５をループし、所定時間が経過し、判定の結果がＹＥＳであるときにはループを抜けて、ステップＳ１０６に進む。
【００５８】
ステップＳ１０６では、撮影処理のサブルーチンが実行される。この撮影処理サブルーチンからリターンすると、ステップＳ１０７に進むようになっている。
【００５９】
ステップＳ１０７においては、観測シーケンスにて設定されている撮影回数をカウントするためのカウンタを１ディクリメントする。引き続いて、ステップＳ１０３に進む。
【００６０】
本フローのように撮影処理のサブルーチンが設定した回数実行されるので、本発明の観測装置１００では、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変化を観測することができることとなる。
【００６１】
次に図６を参照して撮影処理サブルーチンについて説明する。図６においてステップＳ２００で撮影処理のサブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、励起光源２１０、２１１がオンされて、センサホイル２００における酸素消光材料の色素を励起光によって発光させる。
【００６２】
続いて、ステップＳ２０２では、撮像装置２２２のシャッターを開放して露光を開始す
る。ステップＳ２０３では、撮影シーケンス記憶部２６１に記憶されている所定の露光時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ２０３の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２０３をループし、判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０４に進む。
【００６３】
ステップＳ２０４では、撮像装置２２２のシャッターを閉じて露光を終了する。続く、ステップＳ２０５では、励起光源２１０、２１１がオフされる。そして、ステップＳ２０６では、撮影画像データ記憶部２６０に撮影画像データを記憶する処理を行う。次のステップＳ２０７でメインルーチンへリターンする。
【００６４】
以上のように構成される観測装置１００によって取得される撮影画像データ例を示す。図１０は本発明の実施の形態に係る観測装置による底泥−底層水境界の酸素濃度分布の観測例を示す図である。図１０の観測例は、撮影画像データ記憶部２６０に記憶された撮影画像データに、酸素の分布量が把握しやすいように画像加工を施したものである。
【００６５】
以上のように本発明の観測装置１００によれば、海底泥中、海水中の酸素量の二次元的な分布状況の時間的な変動について観測することができるようになる。
【００６６】
なお、図５におけるステップＳ１０６の撮影処理サブルーチンについては種々のルーチンが考えられる。そこで、次に、図１１を参照しつつ、撮影処理サブルーチンに係る他の実施形態について説明する。図１１は本発明の他の実施の形態に係る観測装置の制御回路における撮影処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。本実施形態における撮影処理サブルーチンでは、１回の撮影処理サブルーチンで、数回の撮影画像データを取得するように設定したものである。
【００６７】
図１１において、ステップＳ３００で撮影処理のサブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ３０１に進み、撮影シーケンス記憶部２６１の撮影シーケンスが読み込まれて、１回撮影時の露光回数が読み込まれる。このように撮影シーケンスには、撮影時１回につき、複数回の露光を行うようにしておいてもよい。撮影時１回につき、複数回の露光を実行すると、後のデータ処理などの段階で、複数回露光の平均値を算出することができ、より酸素濃度画像の精度を向上させることができる。
【００６８】
次に、ステップＳ３０２では、撮像装置２２２のシャッターを開放して露光の準備を行う。そして、ステップＳ３０３で励起光源２１０、２１１がオンされて、センサホイル２００における酸素消光材料の色素を励起光によって発光させる。続く、ステップＳ３０４では、撮影シーケンス記憶部２６１に記憶されている所定の露光時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ３０４の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３０４をループし、判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、で励起光源２１０、２１１をオフとし、続くステップＳ３０６で、撮影画像データ記憶部２６０に撮影画像データを記憶する処理を行う。
【００６９】
続いて、ステップＳ３０７では、撮影シーケンスに設定された露光回数に達したか否かが判定される。ステップＳ３０７の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３０３に進み、再び露光を行う。一方、ステップＳ３０７の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０８に進み、撮像装置２２２のシャッターを閉じて、次のステップＳ３０９でメインルーチンへリターンする。
【００７０】
このような本発明の他の実施形態によれば、１回の撮影時に、複数回露光して撮影画像データを得るものであるので、後の撮影画像データの画像処理において、画像を積算して平均値をとることで、酸素濃度画像の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、本発明の他の実施形態においては、撮像装置２２２のシャッターを開いてから励起光源２１０、２１１がオンとなり、センサホイル２００における酸素消光材料の色素の励起を行い、露光時間に達したと判定された後に、励起光源２１０、２１１をオフとして励起を終え、露光１回分の撮像画像データを取得するような動作が実行される。励起光源２１０、２１１によって、励起時間を制御する方が、シャッターによって励起時間を制御するよりも、露光の時間制御を正確に制御することができるため、本実施形態によれば、より正確なデータを取得することが可能となる。なお、撮影は光が当たらない状態で行うこととなるので、撮像装置２２２のシャッターを開放してから励起光源２１０、２１１で励起を行うようにしても支障はない。
【符号の説明】
【００７２】
１００・・・観測装置、１１０・・・耐圧容器本体部、１１１・・・耐圧容器蓋体部、１１２、１１２’・・・螺子体、１１３・・・Ｏリング、１１４・・・取っ手部、１１５・・・光スイッチ取付部材、１２０・・・耐圧窓部、１２１・・・耐圧ガラス、１３０・・・脚部取付部材、１３１・・・第１脚部、１３２・・・第２脚部、１４０・・・脚部取付部材、１４１・・・第３脚部、１４２・・・第４脚部、１５０・・・光スイッチ、１５２・・・ピン、１５３・・・遮光部、１５４・・・操作部、１５５、１５５’・・・フック、１５６・・・発光素子、１５７・・・受光素子、１５８、１５８’・・・取付調整穴、１６０・・・水中コネクタ、１６１・・・ケーブル、１６３・・・環状弾性体、２００・・・センサホイル、２１０、２１１・・・励起光源、２２０・・・フィルタ、２２１・・・レンズ部、２２２・・・撮像装置、２３１・・・制御回路基板、２３２・・・メインスイッチ、２４０・・・電源部、２５０・・・制御回路部、２５１・・・電源監視部、２５２・・・計時部、２６０・・・記憶部、２６１・・・観測シーケンス記憶部（撮影間隔、露光時間、励起光源明滅タイミング等記憶部）、２６２・・・撮影画像データ記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧窓部が設けられ耐圧容器蓋体部によって密閉可能な耐圧容器本体部と、
酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイルと、
前記耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイルを照射する励起光源と、
前記センサホイルを撮影する撮像装置と、からなることを特徴とする観測装置。
【請求項２】
前記耐圧容器本体部の外周にスイッチが設けられ、前記スイッチによって観測が起動されることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項３】
前記耐圧容器本体部の内部に前記励起光源と前記撮像装置とを制御する制御回路が設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
【請求項４】
前記耐圧容器本体部の内部に設けられると共に、前記制御回路への電源供給のオンオフを行うメインスイッチを有することを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項１】
耐圧窓部が設けられ耐圧容器蓋体部によって密閉可能な耐圧容器本体部と、
酸素消光材料を含み前記耐圧窓部に配されるセンサホイルと、
前記耐圧容器本体部に設けられ前記センサホイルを照射する励起光源と、
前記センサホイルを撮影する撮像装置と、からなることを特徴とする観測装置。
【請求項２】
前記耐圧容器本体部の外周にスイッチが設けられ、前記スイッチによって観測が起動されることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項３】
前記耐圧容器本体部の内部に前記励起光源と前記撮像装置とを制御する制御回路が設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
【請求項４】
前記耐圧容器本体部の内部に設けられると共に、前記制御回路への電源供給のオンオフを行うメインスイッチを有することを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２３６９０２（Ｐ２００９−２３６９０２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９４３６（Ｐ２００９−３９４３６）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（５０４１９４８７８）独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（５０４１９４８７８）独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【Ｆターム（参考）】
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