(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線方向に移動する移動物体にレーザを照射し、定位置に設置された撮影機材で撮影して計測するレーザ計測方法であって、
前記移動物体に合わせて同等な速度で平行移動する少なくとも１つの移動反射板に、該移動物体の像を投影して反射させ、さらに、反射された前記移動物体の像を少なくとも１つの反射板に投影して前記撮影機材に向かって反射させることで、前記移動物体の像を前記撮影機材に入射させるとともに、
前記レーザの光路途中に設けられ強度補正を行うための校正対象の像を、前記撮影機材に入射させ、
前記移動物体の像と前記校正対象の像とを捉えて、前記移動物体を撮影して計測することを特徴とするレーザ計測方法。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ計測方法において、
移動可能に複数設けられた前記各移動反射板を、それぞれ個別に移動させて光学距離を調整することによって、前記物体の焦点を合わせることを特徴とするレーザ計測方法。
【請求項３】
直線方向に移動する移動物体にレーザを照射し、定位置に設置された撮影機材で撮影して計測するレーザ計測装置であって、
前記移動物体に合わせて同等な速度で平行移動する移動ミラーと、
該移動ミラーからの前記移動物体の像を前記撮影機材へと導く定位置に固定された固定ミラーと、
前記レーザの光路途中に設けられ、強度補正を行うための校正対象と、
前記撮影機材の正面に設けられ、前記移動物体の像と前記校正対象の像とを前記撮影機材に入射させるハーフミラーと、
を備えていることを特徴とするレーザ計測装置。
【請求項４】
請求項３記載のレーザ計測装置において、
３つの前記移動ミラーを有し、
このうちの１つは前記移動物体と同等な速度で平行移動する第１移動ミラーとされ、
また、他の２つは各々の鏡面が所定の角度を有して向き合うように配置されて、前記移動物体から前記撮影機材までの光路長が一定となるように共に移動する第２及び第３移動ミラーとされていることを特徴とするレーザ計測装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載のレーザ計測装置において、
前記移動物体の像が投影される光路途中に焦点調整用レンズを備えていることを特徴とするレーザ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ照射による計測を行うレーザ計測方法及びレーザ計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動する物体（移動物体）を定位置に固定した撮影機材で撮影するためには、撮影機材の撮影範囲を大きくする、つまり物体の移動範囲Ｗすべてを網羅するようにして物体を捉えていた。このことは、撮影機材が移動する物体とともに移動しながら撮影することが困難とされている場合である。
撮影機材の移動が困難な理由として、例えば、比較的大きな形状の撮影機材を移動させ、移動する物体と同調させることが困難であるためであり、同調が狂うと焦点のズレや、撮影範囲から物体を外してしまうことが起こりうるからである。また、定位置に設置された撮影機材を、物体の移動とともに回動させることは、焦点距離が変化するので、同様に焦点のズレが発生する。
そして、撮影機材を移動させる場合には、物体の移動範囲Ｗと同等な撮影機材の移動スペースを確保する必要があること、さらにそのための設備が必要となることも撮影機材での移動撮影を困難としている。特に、高精度な撮影を必要とする場合には、焦点のズレが撮影、さらには撮影された映像の分析等に大きく影響するので、撮影機材における移動撮影は一般的に行われていなかった。
【０００３】
高精度な撮影が必要とされる一例として、レーザ誘起蛍光法（  Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＬＩＦ）による物体の撮影、そして分析するレーザ計測装置がある。ここでいう物体とは、主に流体として説明する。
流体の状態を撮影して分析するレーザ誘起蛍光法（以下、「ＬＩＦ」という）は、計測対象物である流体（例えば、流動するガス、ガスの燃焼状態）にレーザを照射し、蛍光粒子として流体に混入されている分子を励起させることによって、ここで生じる蛍光を捉えて流体の温度・密度各化学種の濃度等を計測することができる。なお、ここでいう蛍光を、流体あるいは物体の物質状態の可視化として以下説明する。
そして、このＬＩＦでは流体の流れを乱すことなく、燃焼などの反応状態を瞬時に取り込むことが可能である。
【０００４】
そして、ＬＩＦにて撮影、計測対象となる物体が移動する場合においても、撮影機材における撮影範囲を大きくして捉えることが一般的である。なお、これら説明にいう移動とは、一定の法則に従って移動する数式に置き換え可能な状態変化をいうものであり、例えば、等速直線運動等をいうものである。
【０００５】
ＬＩＦによる移動する物体の計測を行うレーザ計測装置について図を用いて説明する。図７は従来のレーザ計測装置１の概略構成を説明する全体構成図である。
符号２は計測対象物である移動物体、３は撮影機材、４はレーザＬを出力するレーザ出力装置を示している。また、移動物体２から撮影機材３に向う実線の矢印は、移動物体２の像の入射する光路を示している。
【０００６】
レーザＬは移動物体２に対して照射され、移動物体２に混入されている分子を励起させる役目を担っている。このレーザＬは、例えばシート状に移動物体２の移動範囲Ｗ外にあるレーザ出力装置４から出力され、レーザＬの光路途中にあるレーザ反射用ミラー６で直角方向に反射されて移動物体２に照射されている。また、レーザＬの光路途中には校正対象５が設けられ、レーザＬの強度補正がなされることになる。
撮影機材３は、移動物体２の移動方向に対して垂直方向となる場所に位置しており、移動物体２から距離α以上離れている。
【０００７】
撮影機材３の正面には、２つのレンズ７，８と、ハーフミラー９（「ビームスプリッター」ともいう）が設けられている。ハーフミラー９は撮影機材３に入射する光、つまり撮影対象５からの像と移動物体２からの像とを撮影機材３に導いている。また、２つのレンズ７，８のうちの一方は、レンズ面が移動物体２に向けられたレンズ７であり、他方はレンズ面が校正対象５に向けられたレンズ８である。そして、これらレンズ７，８は互いのなす角が直角となるように配置され、その間にハーフミラー９が両レンズ７，８のなす角の半分の角度で設置されている。
【０００８】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
移動物体２には、レーザ出力装置４から出力されたレーザＬが入射し、移動物体２の物質状態が可視化される。可視化された移動物体２の像は、レンズ７に入射して屈折されることで収束し、ハーフミラー９に入射する。
ハーフミラー９に入射した移動物体２の像は、このハーフミラー９を直進して通過し、撮影機材３に入射する。また、この移動物体２の像の入射角度に対して直角方向からハーフミラー９に入射する校正対象５の像は、レンズ８における屈折作用によって収束されてハーフミラー９から撮影機材３に入射する。
そして、移動物体２の像と校正対象５の像とは、撮影機材３に映し出され、この像を捉えることで移動物体２の撮影がなされることになる。
【０００９】
撮影機材３は、移動物体２を大きな撮影範囲で捉えており、撮影範囲と移動範囲Ｗとがほぼ同一となるように撮影が行われる。これによって、移動物体２が定位置に固定された撮影機材３で撮影されることになる。
撮影された移動物体２の像は、レーザＬによって移動物体２の状態が可視化されており、この像を分析することで、例えば物体の温度・密度、各化学種の濃度などが計測可能となる。
【００１０】
また、移動物体２を撮影する際において、移動物体２の焦点を合わせるには、予め移動物体２と撮影機材３との距離αをレンズ７の屈折率に応じて設定することで導くことができる。距離αをおいて移動物体２と撮影機材３とが離れているので、移動物体２が移動範囲Ｗを移動しても移動物体２と撮影機材３との距離はほとんど変化せず、このことによって移動物体２の焦点ズレを発生させずに撮影がなされている。
【００１１】
また、レーザＬを移動物体２に照射する場合、レーザＬの強度補正を行う必要がある。レーザＬの強度補正を行うための判断材料となるのが校正対象５の像である。撮影機材３が校正対象５の像を捉えることで、移動物体２に照射するレーザＬに対して強度補正を行うこととなり、レーザＬの状態が変化することになる。
【００１２】
従って、レーザＬの変化によって、撮影される移動物体２と校正対象５との映像が同時に変化するため、校正対象５の映像を予め認識しておくことで移動物体２の物質状態を様々な角度から的確に把握して撮影、そして分析することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成における移動物体２のレーザ計測装置においては、撮影された移動物体２の映像は、大きな撮影範囲の中の部分的なものになるため、分解能（解像度）が低いという問題があった。映像の分解能が低いと、移動物体２の物質状態を正確に計測することは困難となり、良好な分析結果を得ることが難しくなる。
【００１４】
また、分解能を確保するために撮影範囲を狭くして撮影機材３を移動物体２と一緒に移動させることとしても、移動する２つを正確に同調させることは困難である。これは撮影機材３が必ずしも小型で移動させやすいものとは限られないからである。また、撮影機材３を移動させる際に、移動物体２の像の焦点がずれる可能性が高く、正確な撮影環境を構築することも困難である。
また、レーザＬの強度補正を行う必要があり、仮に撮影機材３を移動させる場合には、これらハーフミラー９や各レンズ７，８、さらには校正対象５を同時に移動させる必要がある。従って、構造の複雑化が生じてしまう。
【００１５】
さらに、撮影機材３を移動させるためのスペースが必要となることによって、レーザ計測装置が大型化してしまい、使用環境の制約が生じる場合もある。また、撮影機材３を移動させるためのスペース確保に伴って、撮影機材３を移動可能にするための設備、例えばレール、台車等が必要となり、特に計測に悪影響を及ぼす振動が発生しないように構成することは、コストの面からもユーザにとって大きな負担となる。
【００１６】
もちろん、ＬＩＦによるレーザ計測に関わらず、カメラ（撮影機材）で移動する被写体（移動物体）を撮影する場合においても、カメラを移動させて撮影することは焦点のズレを発生させ、カメラを移動させるための設備、及びこの設備の設置スペース確保が必要となるので、撮影方法及び撮影装置に対して大きな問題となる。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、物体の焦点をずらさずに高分解能で撮影することが可能で、ＬＩＦ等による物体の計測精度の向上が図られたレーザ計測方法及びレーザ計測装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、直線方向に移動する移動物体にレーザを照射し、定位置に設置された撮影機材で撮影して計測するレーザ計測方法であって、
前記移動物体に合わせて同等な速度で平行移動する少なくとも１つの移動反射板に、該移動物体の像を投影して反射させ、さらに、反射された前記移動物体の像を少なくとも１つの反射板に投影して前記撮影機材に向かって反射させることで、前記移動物体の像を前記撮影機材に入射させるとともに、前記レーザの光路途中に設けられ強度補正を行うための校正対象の像を、前記撮影機材に入射させ、前記移動物体の像と前記校正対象の像とを捉えて、前記移動物体を撮影して計測することを特徴とする。
【００１９】
物体の像は、移動しながらも移動反射板に常に投影されてこの反射板から反射される。移動反射板によって反射する角度は、移動反射板の平面に直交する平面を基準として、入射角度と対象となる方向に反射することになる。そして、この反射した像を反射板に投影して、さらに反射板の平面に直交する平面を基準として、入射角度と対象となる方向に反射させる。
このことによって、反射板から反射した物体の像を撮影機材に入射させることが可能となる。そして、撮影機材がここに映し出された物体の像を捉えることで、物体の撮影が行われることになる。
この方法によれば、移動する物体を常に捉えてこの像を撮影機材に入射させることができ、また、定位置にある物体を移動反射板が狭い範囲で投影しながら物体全体の像を捉えることも可能である。例えば後者の場合は、撮影対象が比較的大きくても、部分毎に連続して撮影して移動反射板が移動した範囲すべてを拡大して捉えることとなる。
なお、反射板あるいは移動反射板を複数配置することによって物体の像を数回に渡って反射させ、最終的に撮影機材に物体の像を導いて撮影することとしてもよい。反射板は入射する光の像を反射させることが可能な、例えばミラー等を用いることが好適であり、撮影する状況に合わせて光の波長を変化させる機能を有しているものを使用することとしてもよい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のレーザ計測方法において、
移動可能に複数設けられた前記各移動反射板を、それぞれ個別に移動させて光学距離を調整することによって、前記物体の焦点を合わせることを特徴とする。
【００２１】
それぞれ個別に移動する移動反射板を複数設置し、少なくとも１つを物体を捉えるように移動させて物体の像を投影する。そして、投影された像を反射させて２つ目の移動反射板に投影させる。この２つ目の移動反射板は、物体を直接投影する移動反射板と異なる速度で移動するものとされ、像の焦点を合わせる作用をもたらす。つまり、１つ目と異なる速度で別の移動反射板を移動させることによって、物体から撮影機材までの光学距離を調整することができ、焦点のズレを回避する作用を促す。
そして、２つ目の移動反射板と共に移動する３つ目の移動反射板に上記像を投影させて反射させることで反射板に像が投影される。さらに、反射板から撮影機材に物体の像を反射させることによって、物体の撮影が行われることになる。
なお、３つ目の移動反射板は、２つ目の移動反射板と同一な速度で移動させることが望ましく、これによって常に２つ目の移動反射板から３つ目の移動反射板に最小限で像を投影させることができる。もちろん、移動反射板あるいは反射板をさらに構成して撮影機材に移動物体の像を映し出すこととしてもよい。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、直線方向に移動する移動物体にレーザを照射し、定位置に設置された撮影機材で撮影して計測するレーザ計測装置であって、
前記移動物体に合わせて同等な速度で平行移動する移動ミラーと、該移動ミラーからの前記移動物体の像を前記撮影機材へと導く定位置に固定された固定ミラーと、前記レーザの光路途中に設けられ、強度補正を行うための校正対象と、前記撮影機材の正面に設けられ、前記移動物体の像と前記校正対象の像とを前記撮影機材に入射させるハーフミラーと、を備えていることを特徴とする。
【００２５】
少なくとも１つの移動ミラーには移動物体が投影されて固定ミラーに向かって像を反射する。そして、固定ミラーに投影された移動物体の像は撮影機材に向かって反射し、撮影機材での撮影がなされることになる。移動ミラーが複数ある場合には、再度他の移動ミラーに像が投影されて固定ミラーに反射される場合もある。また、固定ミラーが複数ある場合であっても、他の固定ミラーを介して撮影機材に移動物体の像を入射させることとしてもよい。
移動ミラー及び固定ミラーの配置は、移動物体の移動方向に垂直な面に対して４５度の角度で設置することが望ましい。
移動ミラー及び固定ミラーを介して反射した移動物体の像は、撮影機材に入射する手前でハーフミラーを通過する。一方、校正対象の像がハーフミラーの屈折作用によって撮影機材に向かって入射する。
撮影機材にレーザが照射された校正対象の像が映し出されることによって、移動物体の像を校正対象の像と照らし合わせて確認することができ、校正対象を通過するレーザの性質を変化させることによって、レーザの強度補正を行って、移動物体の可視化状態を変化させることも可能となる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のレーザ計測装置において、
３つの前記移動ミラーを有し、このうちの１つは前記移動物体と同等な速度で平行移動する第１移動ミラーとされ、また、他の２つは各々の鏡面が所定の角度を有して向き合うように配置されて、前記移動物体から前記撮影機材までの光路長が一定となるように共に移動する第２及び第３移動ミラーとされていることを特徴とする。
【００２７】
移動物体と同等な速度で移動する第１移動ミラーには、移動物体が投影されて反射し、第２移動ミラーに投影される。第２移動ミラーと第３移動ミラーとは、同じ速度で移動し、第２移動ミラーに移動物体の像が投影されることによって、互いに移動しながらも第３移動ミラーに第２移動ミラーから反射した移動物体の像が投影される。そして、第３移動ミラーによって反射した移動物体の像は固定ミラーに投影され、ここで反射されて撮影機材に入射することとなる。
また、移動物体から撮影機材までの光路長が一定となるように、第２移動ミラーと第３移動ミラーとは同じ速度で移動しながらも、第１移動ミラーと異なる速度で移動することになる。これによって、第１移動ミラーと第２移動ミラーとの距離が次第に変化し、また、固定ミラーと第３移動ミラーとの距離も次第に変化する。従って、第１移動ミラー単独の移動による光路長の変化が差し引かれて、移動物体から撮影機材までの光路長は変化しないことになる。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４記載のレーザ計測装置において、
前記移動物体の像が投影される光路途中に焦点調整用レンズを備えていることを特徴とする。
【００２９】
移動物体の像は、投影される光路の途中で焦点調整用レンズに入り、ここで屈折率が調整されて焦点が合わせられることとなる。そして、焦点が合った移動物体の像は、再び光路を辿って撮影機材に入射し、ここで映し出された像が撮影されることになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態における移動物体のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。図１において、符号２は移動範囲Ｗを速度Ｖで直線方向に移動する移動物体、３は撮影機材、４はレーザＬを出力するレーザ出力装置、５はレーザＬの強度補正を行う校正対象を示している。そして、符号１０は移動物体２とともに速度Ｖで移動する移動ミラーを示し、１１は定位置に固定された固定ミラーを示している。
【００３５】
レーザ出力装置４から出力されるレーザＬは、線状の光の場合もあれば、シート状の光の形態で出力される場合もあり、計測対象となる移動物体２の状態に合わせて適宜変更可能とされている。レーザＬの出力方向にはレーザ反射用ミラー６が設けられ、レーザ出力装置４からのレーザ出力方向に対してレーザ反射用ミラー６の平面が４５度の角度で設置されている。そして、ここで反射したレーザＬが移動物体２に照射されるようになっている。このような計測対象に対するレーザ照射は、ＬＩＦをいうものである。また、レーザ出力装置４とレーザ反射用ミラー６との間には校正対象５が設けられており、レーザＬが照射されている。
【００３６】
撮影機材３は、移動物体２の移動方向に対して垂直方向となる場所に位置している。そして、撮影機材３の正面には、２つの各レンズ７，８と、ハーフミラー９が設けられている。ハーフミラー９は撮影機材３に入射する２つの像、つまり撮影対象となる移動物体２の像と、校正対象５の像を撮影機材３に導いている。また、２つある各レンズ７，８のうちの一方は、レンズ面が移動物体２に向けられた正面レンズ７であり、他方はレンズ面が校正対象５に向けられた校正用レンズ８である。そして、これら各レンズ７，８は互いのなす角が直角となるように配置され、その間にハーフミラー９が設置されている。なお、ハーフミラー９はブロック形状で構成されたものとしてもよい。
【００３７】
移動物体２と撮影機材３との間には２つの各ミラー１０，１１が設けられ、一方は移動物体２と共に速度Ｖで移動する移動ミラー１０であり、他方は撮影機材３の正面且つ、移動ミラー１０の移動方向の延長線上に設置された固定ミラー１０である。
移動ミラー１０は移動物体２の移動範囲Ｗと同じ範囲間で移動可能とされ、設置される角度は移動ミラー１０から移動物体２へとつながる直線と、移動ミラー１０から固定ミラー１１へとつながる直線とのなす角の半分の方向に、移動ミラー１０の平面に直交する平面が重なるような角度とされている。つまり、移動ミラー１０に投影された移動物体２の像が、固定ミラー１１に投影されるような角度で設置されている。
定位置に固定された固定ミラー１１の設置角度においても、固定ミラー１１から移動ミラー１０へとつながる直線と、固定ミラー１１から撮影機材３へとつながる直線とのなす角の半分の方向に、固定ミラー１１の平面に直交する平面が重なる角度とされている。つまり、固定ミラー１１に投影された移動物体２の像が、撮影機材３に入射されるような角度で設置されている。
【００３８】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
移動物体２には、レーザ出力装置４から出力されて一旦レーザ反射用ミラー６で直角に反射したレーザＬが照射される。このレーザＬの照射によって移動物体２の物質状態が可視化され、移動物体２の像は移動ミラー１０に常時投影される。像を投影しながら移動する移動ミラー１０は、投影された移動物体２の像を固定ミラー１１に向けて反射させ、これによって固定ミラー１１には移動物体２の像が投影されることになる。
【００３９】
さらに、固定ミラー１１による反射作用によって、移動物体２の像は撮影機材３の方向に向かって投影される。そして、像は正面レンズ７に入射して屈折することによって収束し、ハーフミラー９を通過する。ハーフミラー９を通過した移動物体２の像は、撮影機材３に映し出され、この像を捉えることで移動物体２の撮影がなされることになる。
【００４０】
撮影機材３によって移動物体２が撮影されることで、これを例えばディスプレイ等に表示することとなる。そして、撮影機材３は定位置に固定されたまま移動物体２を捉えており、さらに移動物体２と平行に移動する移動ミラー１０に移動物体２が大きく投影されるので、撮影機材３は移動物体２を撮影範囲一杯に撮影することとなる。つまり、撮影範囲全体に渡って撮影範囲を設定する必要がなく、撮影範囲を狭くすることができ、撮影される映像の分解能が上がることになる。そして、撮影範囲が狭くなった分を移動ミラー１０で撮影範囲を拡大することとなる。
【００４１】
また、レーザＬを移動物体２に照射する場合、レーザＬの強度補正を行う必要がある。レーザＬの強度補正を行うための判断材料となるのが校正対象５の像である。校正対象５の像は、校正用レンズ８に捉えられて屈折し、収束してハーフミラー９に入る。ハーフミラー９は校正対象５の像を直角に屈折させて、撮影機材３に向けて反射させる。そして、撮影機材３が校正対象５の像を捉えることで、校正対象５に照射されるレーザＬに対して予め計測した校正値と比較して強度補正することとなり、移動物体２に照射されるレーザＬを変化させて移動物体２を撮影することが可能となる。無論、校正対象５を移動させることなくレーザＬの強度補正が行える。
【００４２】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な分析が可能なレーザ計測を行うことができる。また、撮影機材３及び校正対象５等を移動させる必要がなく、移動ミラー１０のみを移動させる構成なので、焦点のずれが少なく構造の簡略化が図られたレーザ計測装置を提供することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図２は第２の実施形態における移動物体２のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。なお、本実施形態は上述した第１の実施形態のレーザ計測装置と比較して一部構成が異なるため、その点について説明しその他は同一符号で示してその説明を省略する。図２において、符号１０ａは移動物体２とともに速度Ｖで移動する移動ミラーを示し、１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ定位置に固定された各固定ミラーを示している。
【００４４】
移動物体２と撮影機材３との間には、移動ミラー１０ａと、３つの固定ミラー１１ａ，１１ｂ，１１ｃとが設けられている。移動物体２の像を常時投影して反射する移動ミラー１０ａの移動方向には、これと同じ角度、つまり平行に設置された１つ目の固定ミラー１１ａが設けられている。この１つ目の固定ミラー１１ａは、移動ミラー１０ａが移動する直線の延長線上にあって、投影した像を反射させる。この反射方向には、２つ目の固定ミラー１１ｂが上述した固定ミラー１１ａに対して９０度の角度で設けられており、移動物体２の像が固定ミラー１１ｂに投影されるような角度で設置されている。そして、固定ミラー１１ｂは投影した像を移動物体２の移動方向と反対の方向に像を反射させる。
さらに、２つ目の固定ミラー１１ｂにおける像の反射方向には、撮影機材３の正面に設置された３つ目の固定ミラー１１ｃがある。この３つ目の固定ミラーは、移動物体２の像が撮影機材３に入射するような角度で設置されている。この３つ目の固定ミラー１１ｃは、投影された像を正面レンズ７の方向、つまり、撮影機材３に向けて反射可能な角度に設置され、移動物体２の像を反射させる。
【００４５】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
移動物体２には、レーザ出力装置４から出力されて一旦レーザ反射用ミラー６で直角に反射したレーザＬが照射される。このレーザＬの照射によって移動物体２の物質状態が可視化され、可視化された移動物体２の像は、移動ミラー１０ａに常時投影される。像を投影しながら移動する移動ミラー１０ａは、投影された移動物体２の像を１つ目の固定ミラー１１ａに向けて反射させ、これによって固定ミラー１１ａには移動物体２の像が投影される。
さらに、１つ目の固定ミラー１１ａから２つ目の固定ミラー１１ｂに像が投影されて、ここから３つ目の固定ミラー１１ｃに向かって像が反射する。
【００４６】
そして、３つ目の固定ミラー１１ｃによる反射作用によって、移動物体２の像は撮影機材３の方向に向かって反射する。移動物体２の像は正面レンズ７に入射して屈折することによって収束し、ハーフミラー９を通過して撮影機材３に入る。ハーフミラー９で直進した移動物体２の像は、撮影機材３に映し出され、撮影機材３がこの像を捉えることで移動物体２の撮影がなされることとなる。
また、校正対象５の像が校正用レンズ８によって収束してハーフミラー９に入射し、このハーフミラー９の屈折作用により、入射方向に対して直角に屈折して撮影機材３に入ることになる。
【００４７】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な計測・分析が可能なレーザ計測を行うことができる。また、撮影機材３及び校正対象５を移動させることなく、移動ミラー１０ａのみを移動させる構成なので、計測装置内の構成を容易に変更して焦点のずれが少ないレーザ計測装置を提供することができる。そして、複数の固定ミラー１１ａ，１１ｂ，１１ｃを使用することによって、撮影機材３の設置場所の制約がなくなり、像を確実に捉えることができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
図３は第３の実施形態における移動物体２のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。なお、本実施形態は上述した第１または第２の実施形態のレーザ計測装置と比較して一部構成が異なるため、その点について説明しその他は同一符号で示してその説明を省略する。図３において、符号１０ａは移動物体２とともに速度Ｖで移動する第１移動ミラー（移動ミラー）を示し、１０ｂ，１０ｃは移動ミラー１０ａの移動速度の１／２の速度で且つ同一方向に移動する第２移動ミラーと第３移動ミラー（共に移動ミラー）を示している。
【００４９】
第１移動ミラー１０ａは、上述した第１の実施形態と同様な動作を行うものであって、速度Ｖで移動物体２とともに平行に移動する。第２移動ミラー１０ｂは、移動物体２の像を直接投影する移動ミラー１０ａと同じ角度、つまり平行に設置されており、移動ミラー１０ａと同一方向に移動する。さらに、第２移動ミラー１０ｂと共に移動する第３移動ミラー１０ｃとは鏡面が向き合うように且つ、それぞれのなす角が９０度とされて設置されている。従って、第２移動ミラー１０ｂは、移動物体２の像を第３移動ミラー１０ｃに向けて反射可能な角度に設置されていることになる。第３移動ミラー１０ｃの反射方向には、撮影機材３の正面に設置された固定ミラー１１ｃがあって、投影された像を正面レンズ７の方向、つまり、撮影機材３に向けて反射可能な角度を有して設置されている。
【００５０】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
レーザＬの照射によって可視化された移動物体２の像は、第１移動ミラー１０ａに常時投影される。像を投影しながら移動する第１移動ミラー１０ａは、投影された移動物体２の像を第２移動ミラー１０ｂに向けて反射させ、これによって第３移動ミラー１０ｃには移動物体２の像が投影される。第２移動ミラーと第３移動ミラーとが、同調して移動物体２と１／２の速度で移動するため、移動物体２から撮影機材３までの投影される光路長が一定に保たれる。
【００５１】
そして、固定ミラー１１ｃによる反射作用によって、移動物体２の像は撮影機材３の方向に向かって反射し、この像は正面レンズ７に入射して屈折することによって収束する。そしてハーフミラー９を通過して撮影機材３に映し出され、撮影が行われることとなる。
同様に、校正対象５の像が校正用レンズ８で収束してハーフミラー９に入り、ここで屈折して、撮影機材３で撮影されることとなる。
【００５２】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、撮影機材３及び校正対象５を移動させることなく移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な分析・計測が可能なレーザ計測を構築することができる。さらに、第２及び第３移動ミラー１０ｂ、１０ｃを移動させることによって、移動物体２から撮影機材３までの光路長が一定に保たれるので、像の焦点を合わせることができ、焦点ずれがないレーザ計測装置を提供することができる。
【００５３】
［第４の実施形態］
図４は第４の実施形態における移動物体のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。なお、本実施形態のレーザ計測装置は、上述した第２の実施形態のレーザ計測装置と比較して一部構成が異なるため、その点について説明しその他は同一符号で示してその説明を省略する。図４において、符号１３は焦点調整用レンズを示している。この焦点調整用レンズ１３は、凸形状のレンズ部１３ａと凹形状の凹レンズ部１３ｂとからなり、３つ目の固定ミラー１１ｃと正面レンズ７との間に設けられている。
凹レンズ部１３ｂは、移動物体２の移動速度Ｖを焦点距離ｆで除した値、つまり、速度Ｖ／ｆで移動するものである。
【００５４】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
レーザＬの照射によって可視化された移動物体２の像は、第２の実施形態と同様に３つ目の固定ミラー１１ｃから撮影機材３に向かって反射する。ここで、像は焦点調節用レンズ１３に入射して、凹レンズ部１３ｂがＶ／ｆの速度で移動することによって、移動物体２の焦点距離が調節され、像の焦点が合わされる。焦点が合った像は、正面レンズ７に入射して屈折することによって収束する。そしてハーフミラー９を通過して撮影機材３に映し出され、撮影が行われることとなる。同様に、校正対象５の像が校正用レンズ８で収束してハーフミラー９に入り、ここで屈折して、撮影機材３で撮影されることとなる。
【００５５】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、撮影機材３及び校正対象５を移動させることなく移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な分析・計測が可能なレーザ計測を構築することができる。さらに、焦点調整用レンズ１３によって焦点が合わされるので、容易に調整できて焦点ずれがないレーザ計測装置を提供することができる。
【００５６】
［第５の実施形態］
図５は第５の実施形態における移動物体２のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。なお、本実施形態のレーザ計測装置は、上述した第２または第４の実施形態のレーザ計測装置と比較して一部構成が異なるため、その点について説明しその他は同一符号で示してその説明を省略する。図５において、符号１４は焦点調整用レンズを示している。この焦点調整用レンズ１４は、凸形状のレンズ部１４ａと凹形状の凹レンズ部１４ｂとからなり、像が投影される光路中にある２つ目の固定ミラー１１ｂと３つ目の固定ミラー１１ｃとの間に設けられている。
凹レンズ部１４ｂは、移動物体２の移動速度Ｖを焦点距離ｆで除した値、つまり、速度Ｖ／ｆで移動するものである。
【００５７】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
レーザＬの照射によって可視化された移動物体２の像は、第２の実施形態と同様に２つ目の固定ミラー１１ｂから３つ目の固定ミラー１１ｃに向かって反射される。この間で、像は焦点調節用レンズ１４に入射して、凹レンズ部１３ｂがＶ／ｆの速度で移動することによって、像の焦点が合わされる。焦点が合った像は、３つ目の固定ミラー１１ｃに投影されてさらに反射することによって、正面レンズ７に入射する。そして、正面レンズ７に入射した像がここで屈折することによって収束がなされ、その後にハーフミラー９を通過して撮影機材３に入射することになる。同様に、校正対象５の像が校正用レンズ８で収束してハーフミラー９に入り、ここで屈折して、撮影機材３で撮影されることとなる。
【００５８】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、撮影機材３及び校正対象５を移動させることなく移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な分析及び計測が可能なレーザ計測を構築することが可能となる。さらに、各固定ミラー１１ｂ，１１ｃ間に焦点調整用レンズ１３が設けられるので、焦点のズレがないコンパクトなレーザ計測装置を構成することができる。
【００５９】
［第６の実施形態］
図６は第６の実施形態における移動物体２のレーザ計測装置の概略構成を示す全体図である。なお、本実施形態のレーザ計測装置は、上述した第２の実施形態のレーザ計測装置と比較して一部構成が異なるため、その点について説明しその他は同一符号で示してその説明を省略する。図６において、符号１０ｂは移動ミラー１０ｂを示し、１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは３つの各固定ミラーを示している。
移動ミラー１０ｂは、移動物体２と同様に紙面右側に向かって速度Ｖで移動し、投影した移動物体２の像を移動物体２の移動方向と反対側に反射させる。
また、この反射方向には１つ目の固定ミラー１１ｄが設けられており、さらにこれと９０度の角度を有して第２の固定ミラー１１ｅが設けられている。従って、１つ目の固定ミラー１１ｄは、移動物体２の像を２つ目の固定ミラー１１ｅに向けて反射可能な角度に設置されていることになる。
３つ目の固定ミラー１１ｆは、撮影機材３の正面に位置しており、第２の固定ミラー１１ｅからの反射した像を捉え、撮影機材３に移動物体２の像を反射させることが可能な角度を有して設置されている。
【００６０】
移動物体２が撮影される仕組みについて説明する。
レーザＬの照射によって可視化された移動物体２の像は、移動ミラー１０ｂに常時投影され、移動物体２の移動方向と反対側にある１つ目の固定ミラー１１ｄに投影される。つまり、ここで像が進む方向は、移動物体２の移動方向と反対側とされている。
そして、２つ目の固定ミラー１１ｅに像を反射させてから、この固定ミラー１１ｅは移動物体２の移動方向と同じ方向に像を反射させる。この先には３つ目の固定ミラー１１ｆがあり、ここに像が投影されることによって、この像はさらに撮影機材３に向かって反射し、正面レンズ７に入射する。以下、第２の実施形態と同様に撮影機材３に移動物体２の像と校正対象５の像とが映し出されることになり、撮影が行われることとなる。
【００６１】
以上説明した本実施形態のレーザ計測装置によれば、撮影機材３及び校正対象５を移動させることなく移動物体２を高分解能で撮影することができ、高精度な分析及び計測が可能なレーザ計測を構築することができる。さらに、各固定ミラー１１ｄ，１１ｅ、１１ｆを移動物体２の移動範囲Ｗ外にほぼ設置することができるので、大きな移動範囲Ｗを有する移動物体２に的確に対応して撮影及び計測することが可能なレーザ計測装置を提供することができる。
【００６２】
以上、６つの実施形態に係るレーザ計測装置を説明したが、本発明はこれらに限定解釈されるものではなく、各実施形態を組み合わせて校正してもよい。例えば、第４及び第５の実施形態に示した焦点調節用レンズ（１３あるいは１４）を移動物体２の像が投影される光路中に設ける構成としてもよい。また、移動物体２を投影・反射する各移動ミラーと各固定ミラーとにおける各構成を説明したが、移動物体２の像を投影・反射させる作用を有する反射板であってもよい。
【００６３】
さらに、上記６つの実施形態は、ＬＩＦによるレーザ計測装置を用いて説明したがこれに限定解釈されるものではなく、例えば、レーザＬを使用しない撮影のみを主眼においた撮影装置において構成することができる。
これによれば、カメラ等の撮影機材を移動させずに移動物体を的確に捉えた撮影を行うことができる。
【００６４】
さらに、撮影対象である移動物体２は、撮影範囲内とされた移動範囲Ｗで直線移動する場合を説明したが、例えば、撮影対象が移動しない物体であって、撮影範囲全体にわたって撮影する必要がない場合に撮影することとしてもよい。
つまり、移動ミラーで物体を部分的に連続して投影し、物体を捉えることである。この場合、撮影範囲を狭くして撮影することになるので、撮影における分解能が上がり、より高精度な撮影、さらには分析・計測が可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の移動物体の計測方法及び計測装置においては以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明は、撮影範囲に合わせて平行移動する少なくとも１つの移動反射板に物体の像を投影して反射させ、さらに反射された物体の像をすくなくとも１つの反射板に投影して撮影機材に向かって反射させるレーザ計測方法としたので、撮影機材を移動させずに物体全体を捉えつつ撮影範囲を狭くすることができ、高分解能で物体を撮影することができる。
【００６６】
請求項２記載の発明は、移動可能に複数設けられた各移動反射板を、それぞれ個別に移動させて光学距離を調整することによって物体の焦点を合わせるレーザ計測方法とされているので、物体の焦点を合わせて的確な撮影を行うことができる。
【００６８】
請求項３記載の発明は、移動物体に合わせて平行移動する移動ミラーと、該移動ミラーからの移動物体の像を撮影機材へと導く定位置に固定された固定ミラーとを備えているので、撮影機材を移動させずに移動物体に追従して撮影範囲一杯に移動物体を撮影することができ、高分解能でブレの少ないレーザ計測装置を提供することができる。
また、レーザの光路中に強度補正を行うための校正対象を有し、校正対象を投影するハーフミラーが撮影機材の正面に備えられたレーザ計測装置とされているので、撮影機材及び校正対象を移動させることなく、高分解能で焦点のずれがない撮影を行うことができ、レーザの強度補正を的確に行って高精度な計測を行うことが可能なＬＩＦ等におけるレーザ計測装置を提供することができる。
【００６９】
請求項４記載の発明は、３つの移動ミラーを有してこのうちの１つは移動物体と同等な速度で平行移動する第１移動ミラーとされ、また、他の２つは各々の鏡面が所定の角度を有して向き合うように配置されて、移動物体から撮影機材までの光路長が一定となるように共に移動する第２及び第３移動ミラーとされているので、移動物体から撮影機材までの光学距離を補正して移動物体の焦点を合わせることができ、高分解能で撮影可能なレーザ計測装置を提供することができる。
【００７０】
請求項５記載の発明は、移動物体の像が投影される光路中に焦点調整用レンズを備えているので、移動物体の焦点を容易に合わせることができ、高分解能で撮影可能なレーザ計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図３】本発明に係る第３の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図４】本発明に係る第４の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図５】本発明に係る第５の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図６】本発明に係る第６の実施形態におけるレーザ計測装置の概略構成を説明するレーザ計測装置の全体図である。
【図７】従来の移動物体のレーザ計測装置を説明する全体図である。
【符号の説明】
２  移動物体（物体）
３  撮影機材
４  レーザ出力装置
５  校正対象
９  ハーフミラー
１０  移動ミラー
１０ａ  第１移動ミラー
１０ｂ  第２移動ミラー
１０ｃ  第３移動ミラー
１１  固定ミラー
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ  固定ミラー
１３，１４  焦点調節用レンズ
Ｌ  レーザ
【図１】
0003593084.tif 000002
【図２】
0003593084.tif 000003
【図３】
0003593084.tif 000004
【図４】
0003593084.tif 000005
【図５】
0003593084.tif 000006
【図６】
0003593084.tif 000007
【図７】
0003593084.tif 000008