(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光を対象物に向けて投光し、その反射光を受光するまでの時間計測により対象物までの距離を測定するようにした光学式測定装置において、投光用光ファイバコアの終端と受光用光ファイバコアの始端とを光軸を同方向に向け互いに近接させて一体的に保持し且つ同一レンズの焦点位置近傍に配置すると共に、投光用光ファイバコアの開口数を受光用光ファイバコアの開口数以下にして、レンズを透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に含まれるように構成したことを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
レンズを介し投光されたパルスレーザー光を二次元走査する光学式スキャナを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学式測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物までの距離を非接触で遠隔から測定できる光学式測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対象物の表面形状を非接触で遠隔から認識する形状認識装置として用いられている光学式測定装置が知られており、例えば船艙にバラ積みされた石炭や鉄鉱石等の対象物の表面位置、即ち対象物の積層高さの計測等に用いられている。
【０００３】
図５に示すように、このような従来の光学式測定装置１は、例えば投光部２、部分透過ミラー３、光学式スキャナを成すＸ軸ミラー４及びＹ軸ミラー６とその駆動部５，７、保護窓部８、受光部９等からなるセンサヘッド部１０と、システム制御部１１、パルスレーザー発振器１２、スキャナ制御回路１３、時間間隔計測器１４等からなる信号処理部１５とにより構成されている。
【０００４】
そして、システム制御部１１からの指令に基づいてパルスレーザー発振器１２からパルスレーザー光が発信され、該パルスレーザー光が投光部２から投光されて部分透過ミラー３、Ｘ軸ミラー４、Ｙ軸ミラー６、保護窓部８を介し船艙１６内にバラ積みされた対象物１７へ照射されるようになっている。
【０００５】
この時、システム制御部１１からの指令に基づいてスキャナ制御回路１３によりＸ軸ミラー４の駆動部５及びＹ軸ミラー６の駆動部７が制御され、Ｘ軸ミラー４及びＹ軸ミラー６が回転または往復旋回されて、投光部２からのパルスレーザー光が船艙１６内にバラ積みされた対象物１７上で二次元走査される。
【０００６】
そして、対象物１７から反射された反射光は、保護窓部８、Ｙ軸ミラー６、Ｘ軸ミラー４、及び部分透過ミラー３を介して受光部９で受光され、該受光部９から時間間隔計測器１４へと送られて該時間間隔計測器１４にてパルスレーザー光が投光されてから受光されるまでの時間が計測され、この時間に基づきシステム制御部１１にて対象物１７までの距離が求められると共に、これらの距離データを合成して対象物１７の表面形状が認識されるようにしてある。
【０００７】
図６は前述した光学式測定装置１のセンサヘッド部１０内における投光部２及び受光部９の詳細を示すもので、前記投光部２は、パルスレーザー発振器１２からパルスレーザー光を導く投光用光ファイバ１８と、該投光用光ファイバ１８を保持するホルダ１９と、該ホルダ１９を光軸に対し直角な軸を中心に俯仰自在に装着したホルダベース２０と、該ホルダベース２０を光軸方向に進退動自在に装着したトランスレーションステージ２１と、投光用光ファイバ１８の終端から投光されるパルスレーザー光の投光角を絞る投光レンズ２２と、該投光レンズ２２を保持するレンズホルダ２３とにより構成されている。
【０００８】
一方、前記受光部９は、部分透過ミラー３により反射された反射光を集光する受光レンズ２４と、該受光レンズ２４を保持するレンズホルダ２５と、前記受光レンズ２４により集光された反射光を時間間隔計測器１４へ導く受光用光ファイバ２６と、該受光用光ファイバ２６を保持するホルダ２７と、該ホルダ２７を光軸に対し直角な軸を中心に俯仰自在に装着したホルダベース２８と、該ホルダベース２８を光軸方向に進退動自在に装着したトランスレーションステージ２９ととにより構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光学式測定装置１においては、投光部２と受光部９とが分離構成されていた為、投光用光学系と受光用光学系の二つの系が必要となって部品点数が多くなり、しかも、投光側と受光側との光軸を合せる為の多くの調整箇所（可動部分）が必要となって振動に対し構造的に弱くなってしまうという不具合があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、部品点数を大幅に減少し且つ投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要として光学式測定装置の耐振動性を大幅に向上することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パルスレーザー光を対象物に向けて投光し、その反射光を受光するまでの時間計測により対象物までの距離を測定するようにした光学式測定装置において、投光用光ファイバコアの終端と受光用光ファイバコアの始端とを光軸を同方向に向け互いに近接させて一体的に保持し且つ同一レンズの焦点位置近傍に配置すると共に、投光用光ファイバコアの開口数を受光用光ファイバコアの開口数以下にして、レンズを透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に含まれるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
このようにすれば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系にまとめることが可能となるので、部品点数が大幅に減少されることになり、しかも、振動による投光側と受光側との光軸のずれが原理的に生じなくなる為、投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）が不要となり、その耐振動性が大幅に向上されることになる。
【００１３】
また、投光用光ファイバコアの開口数を受光用光ファイバコアの開口数以下にして、レンズを透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に含まれるように構成しているので、対象物から反射された反射光の光量をより多く受光して該反射光を高感度に検出することが可能となる。
【００１４】
更に、本発明においては、レンズを介し投光されたパルスレーザー光を二次元走査する光学式スキャナを備えることが可能であり、このようにすれば、対象物の広範囲に亘る距離データを容易に且つ効率良く得ることが可能となり、これらの距離データを合成して対象物の表面形状を認識する形状認識装置として用いることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１７】
図１に示す如く、本形態例の光学式測定装置３０は、前述した図５の光学式測定装置１と略同様に、パルスレーザー光を対象物１７に向けて投光し、その反射光を受光するまでの時間計測により対象物１７までの距離を測定するようにしたものであるが、パルスレーザー光の投光と反射光の受光とを共通の投光受光部３６により行うようにしており、より具体的には、図２に示す如く、投光用光ファイバコア３１の終端と受光用光ファイバコア３２の始端とを光軸を同方向に向け互いに近接させて同一クラッド内に一体的に保持して成る双方向性の光ファイバ３３を用い、図３に示す如く、この光ファイバ３３の先端部を投光受光兼用レンズ３４の焦点位置近傍に配置し、図４に示す如く、前記光ファイバ３３を保持するホルダ３５と、前記投光受光兼用レンズ３４を保持するレンズホルダ３７とをセンサヘッド部１０内に固定設置するようにしており、前記光ファイバ３３の基端部側については、その途中で投光用光ファイバコア３１と受光用光ファイバコア３２とを夫々個別に担持するようにした二つの光ファイバ３３ａ，３３ｂに分岐して、投光用光ファイバコア３１を担持する光ファイバ３３ａ側をパルスレーザー発振器１２に接続し、受光用光ファイバコア３２を担持する光ファイバ３３ｂ側を時間間隔計測器１４に接続するようにしてある。
【００１８】
ここで、対象物１７から反射された反射光の光量をより多く受光する為には、図３及び図４に示すように、投光用光ファイバコア３１の開口数（ＮＡ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）を受光用光ファイバコア３２の開口数以下にし、投光受光兼用レンズ３４を透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に含まれるようにすると良い。
【００１９】
而して、このように光学式測定装置３０を構成すれば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系にまとめることが可能となるので、部品点数が大幅に減少されることになり、しかも、振動による投光側と受光側との光軸のずれが原理的に生じなくなる為、投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）が不要となり、その耐振動性が大幅に向上されることになる。
【００２０】
従って上記形態例によれば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系にまとめて部品点数を大幅に減少することができ、しかも、投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要とすることができるので、その耐振動性を大幅に向上することができ、従来において適用が困難であった振動の大きな運搬機上等での使用を実現することができる。
【００２１】
また、特に本形態例においては、投光用光ファイバコア３１の開口数を受光用光ファイバコア３２の開口数以下にして、投光受光兼用レンズ３４を透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に常に含まれるように構成しているので、対象物１７から反射された反射光の光量をより多く受光して該反射光を高感度に検出することができ、遠方の対象物１７まで確実に距離計測を行うことができる。
【００２２】
更には、図１に示されている如く、前述した図５の光学式測定装置１の場合と同様に、Ｘ軸ミラー４及びＹ軸ミラー６とその駆動部５，７からなる光学式スキャナをセンサヘッド部１０内に備え、投光受光兼用レンズ３４を介し投光されたパルスレーザー光を二次元走査し得るようにしておけば、対象物１７の広範囲に亘る距離データを容易に且つ効率良く得ることが可能となり、これらの距離データを合成して対象物１７の表面形状をシステム制御部１１にて認識する形状認識装置として用いることが可能となる。
【００２３】
尚、本発明の光学式測定装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、投光用光ファイバコアと受光用光ファイバコアとは、必ずしも同一クラッド内に形成しなくても良く、例えば投光用光ファイバコアと受光用光ファイバコアとを個別に担持した二本の光ファイバを互いに沿わせて一体的に接合した構造を採用しても良いこと、また、光学式スキャナは、必ずしもＸ軸ミラーとＹ軸ミラーとの二枚組からなる構造に限定されず、例えば一枚のミラーを互いに直交する二軸回りに傾動し得るよう保持した構造の光学式スキャナとしても良いこと、更に、単なる距離計測装置として用いる場合には、光学式スキャナを備えなくても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上記した本発明の光学式測定装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系にまとめて部品点数を大幅に減少することができ、しかも、投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要とすることができるので、その耐振動性を大幅に向上することができ、従来において適用が困難であった振動の大きな運搬機上等での使用を実現することができる。
【００２６】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、対象物から反射された反射光の光量をより多く受光して該反射光を高感度に検出することができ、遠方の対象物まで確実に距離計測を行うことができる。
【００２７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、対象物の広範囲に亘る距離データを容易に且つ効率良く得ることができ、これらの距離データを合成して対象物の表面形状を認識する形状認識装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の投光受光部に用いられている双方向性の光ファイバの詳細図である。
【図３】図２の光ファイバと投光受光兼用レンズとの配置関係を示す概念図である。
【図４】図１の投光受光部の詳細図である。
【図５】従来例を示す概略図である。
【図６】図５の投光部及び受光部の詳細図である。
【符号の説明】
４          Ｘ軸ミラー（光学式スキャナ）
５          駆動部（光学式スキャナ）
６          Ｙ軸ミラー（光学式スキャナ）
７          駆動部（光学式スキャナ）
１７          対象物
３０          光学式測定装置
３１          投光用光ファイバコア
３２          受光用光ファイバコア
３４          投光受光兼用レンズ（レンズ）
【図１】
0003675153.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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