(57)【要約】【課題】  道路上に設置した場合、正確に水膜膜厚を正確に測定することができる水膜膜厚測定装置を提供する。【解決手段】  水膜膜厚測定装置は、水膜表面に空気中から斜め入射するレーザ光を発光するレーザ光源１と、水膜表面からの反射レーザ光及び道路表面からの反射レーザ光とを検出するリニアイメージセンサ２と、２つの反射レーザ光のリニアイメージセンサ上の位置に基づいて水膜膜厚を演算する演算器３とを備える。水膜膜厚測定装置を道路上に設置するときは、道路に反射板を埋め込んでもよい。また、道路に黒色光吸収層８を背面に有する透明板７を埋め込み、ガラス表面（道路表面）からの反射レーザ光の広がりを防止し位置Ｘ２においても細くて強い光りが得られる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上に設置され、前記道路上の水膜膜厚を測定する水膜膜厚測定装置において、
該水膜表面に空気中から斜め入射するレーザ光を発光するレーザ光源と、
前記水膜表面からの反射レーザ光及び該道路表面からの反射レーザ光とを検出するリニアイメージセンサと、
２つの前記反射レーザ光の前記リニアイメージセンサ上の位置に基づいて前記水膜膜厚を演算する演算器とを備えることを特徴とする水膜膜厚測定装置。
【請求項２】
前記道路に反射板を埋め込み、
前記反射板の表面を前記道路の表面と一致させることを特徴とする請求項１記載の水膜膜厚測定装置。
【請求項３】
前記道路に黒色光吸収層を背面に有する透明板を埋め込み、
前記透明板の表面を前記道路の表面と一致させることを特徴とする請求項１記載の水膜膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水膜膜厚測定装置に関し、特に、道路上の水膜の膜厚をレーザ光によって測定する水膜膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水膜の膜厚を測定する水膜膜厚測定装置・方法は各種知られている。
例えば、特許文献１に開示された「ベルトキャスタの冷却水膜の厚さの測定方法」は、注入溶鉱薄層流を搬送する連続鋳造機のベルトキャスタの背面から供給される冷却水膜の厚さの測定方法である。具体的には、ベルトキャスタの長辺モールド鋼鈑からの超音波エコーを連続的に撮影し、第（ｎ＋１）枚目の画像から第ｎ枚目の画像を順次減算処理して、モールド鋼鈑内の多重エコーを消去し、冷却水膜の厚みを測定する。
【０００３】
また、特許文献２に開示された「ベルトキャスタの冷却水膜の厚さの測定方法および装置」は、注入溶鉱薄層流を搬送する連続鋳造機のベルトキャスタの背面から供給される冷却水膜の厚さの測定方法である。具体的には、ベルトキャスタの長辺モールド鋼鈑の背後にて冷却水流の導入排出をつかさどるパッドに取りつけた超音波探触子と、当該超音波探触子の近傍に設置した超音波反射体とを備え、ベルトキャスタからの超音波エコーと、冷却水流表面からの超音波エコーに基づいて冷却水流の厚さを求める。
【０００４】
また、特許文献３に開示された「ベルトキャスタの冷却水膜の厚さの測定方法」は、注入溶鉱薄層流を搬送する連続鋳造記のベルトキャスタの背面から供給される冷却水膜の厚さの測定方法である。具体的には、ベルトキャスタからの超音波エコーと、冷却水流表面からの超音波エコーに基づいて冷却水流の厚さを求める。
【０００５】
また、特許文献４に開示された「水膜の膜厚測定装置」では、降雨時における走行車両の安全を確保するため、ランダム偏光のレーザ光を路上の水膜に斜め前方に照射し、水面からの反射光と水底面からの反射光を検知し、水膜の膜厚を演算し出力する。具体的には、ランダム偏光であるレーザ光Ｓを水膜の水面に対して斜めに照射するレーザ照射装置と、水面からの反射光ＳＡと水底面からの反射光ＳＢとの光路上に備えられた偏光板と、偏光板で反射されたＳＡを受光する光位置検出器４Ａと、偏光板を透過したＳｂを受光する光位置検出器４Ｂと、４Ａ、４Ｂにおける各受光点ＰＡ、ＰＢの座標を入力し、水膜膜厚を演算子出力する。
【０００６】
また、特許文献５に開示された「水膜膜厚測定装置」では、ワイパを取りつけた自動車の前面ガラス上の水膜膜厚を測定するために、水膜での赤外線吸収率により水膜の膜厚を測定する。具体的には、赤外線光源はＮi−Ｃｒヒータであり、水の吸収ピークである１．９２μｍと、２．９４μｍの赤外線を発光する。そして、フィルタにより、測定波長を切替えて、２．９４μｍの赤外線で４μｍまでの水膜膜厚を精度良く測定し、１．９２ミクロンの赤外線で３００μｍまでの水膜膜厚を精度良く測定する。
【０００７】
また、特許文献６に開示された「水膜測定装置」では、車両前方の水膜の厚さを、前方を照射する光が水によって減衰された割合から算出する。具体的には、水に対して適度な吸収（１ｍｍ当り透過率約３０％）を有するアイセーフ波長（１．５３〜１．５５μｍ）を用い、水膜下の路面からの後方拡散反射光強度を検知し減衰量を求め、水膜の膜さを算出する。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−９５７５４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開昭６１−９６４０４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開昭６２−１６１００６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開平４−１５７３０６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】実開平６−３７７０８号公報（図４、段落００２４）
【特許文献６】特開平７−１９８３４１号公報（図１、段落００１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１〜６では、移動するベルトキャスタ上の水膜膜厚を測定したり、走行中の車両から風防ガラス水膜膜厚や路上の水膜膜厚を測定することが目的であり、複雑な測定装置・方法が要求される。
これに対して、道路上の水膜膜厚を、道路上に設置した装置で測定するには、特許文献１〜６に開示された複雑な測定装置は不要であり、より簡易な装置により、正確に水膜膜厚を測定することが求められている。
そこで、本発明は、道路上で正確に水膜膜厚を正確に測定することができる水膜膜厚測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、道路上の水膜にレーザ光を斜め入射させ、水膜表面及び道路面からの反射光をリニアイメージセンサで受光する。そして、２つの反射光を受光したリニアイメージセンサ上の位置に基づいて、水膜膜厚を測定する。
【００１１】
具体的には、上述した課題を解決するための手段としての第１の発明は、道路上に設置され、上記道路上の水膜膜厚を測定する水膜膜厚測定装置において、該水膜表面に空気中から斜め入射するレーザ光を発光するレーザ光源と、上記水膜表面からの反射レーザ光及び該道路表面からの反射レーザ光とを検出するリニアイメージセンサと、２つの上記反射レーザ光の上記リニアイメージセンサ上の位置に基づいて上記水膜膜厚を演算する演算器とを備える。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、上記道路に反射板を埋めみ、上記反射板の表面を上記道路の表面と一致させる。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、上記道路に黒色光吸収層を背面に有する透明板を埋め込み、上記透明板の表面を上記道路の表面と一致させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、道路上に設置した場合に正確に水膜膜厚を測定することができる水膜膜厚測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は、本実施形態の水膜膜厚測定装置のブロック図である。
本実施形態の水膜膜厚測定装置は、道路上に設置され、上記道路上の水膜膜厚を測定する水膜膜厚測定装置であり、該水膜表面に空気中から斜め入射するレーザ光を発光するレーザ光源１と、上記水膜４の表面からの反射レーザ光及び該道路５の表面からの反射レーザ光とを検出するリニアイメージセンサ２と、２つの上記反射レーザ光の上記リニアイメージセンサ上の位置に基づいて上記水膜膜厚を演算する演算器３とを備える。
レーザ光源１は、可視光又は赤外光を発光する。偏光は、円偏光又は直線偏光を用いるが、偏光面が入射面に垂直なＳ偏光であれば、Ｐ偏光とは異なり、入射角が大きくても反射率が低下しないため、有利である。
リニアイメージセンサ２は、位置Ｘ１で水膜４の表面からの反射レーザ光を検知するとともに、位置Ｘ２で道路５の表面からの反射レーザ光を検知する。
演算器３は、リニアイメージセンサ２の出力ＯＵＴに基づいて、水膜４の膜厚を演算する。
水膜４は、降水などにより、道路５上に溜まったものである。
道路５は、コンクリート舗装、アスファルト舗装などが施されている。
なお、水膜膜厚測定装置を道路５の上に設置する場合、道路５の表面は、水膜膜厚測定装置を設置する部分（少なくともレーザ光が反射される部分）については、研磨などにより平滑化してもよい。平滑化処理により、道路５の表面での、レーザー光の乱反射を抑制し、位置Ｘ２での反射レーザ光スポットの広がりを防止するとともに、道路５の表面でのレーザー光の反射強度の減少を防止する。
【００１７】
図２は、道路に反射板を埋め込んだ場合の水膜膜厚測定装置のブロック図である。
反射板６は、ステンレス板、トタン板などの金属板であってもよい。これにより、道路５の表面でレーザー光が乱反射されることなく、位置Ｘ２での反射レーザ光強度を大きくすることができる。
【００１８】
図３は、道路に黒色光吸収層を有する透明板を埋め込んだ場合の水膜膜厚測定装置のブロック図である。
透明板は、例えばガラス板７（例えば石英ガラス板（屈折率１．４５８））であり、水膜の屈折率１．３３より大きいため、水膜４とガラス板７との界面でレーザ光は反射されるとともに屈折される。界面（道路５の表面と同一平面にある）で反射されたレーザ光は、リニアイメージセンサ２の位置Ｘ２において検出される。一方、界面で屈折されたレーザ光は、ガラス板７の背面の黒色光吸収層８で吸収される。ここに、黒色光吸収層８は、黒色光吸収材料をガラス板７の背面に塗布したものであってもよい。また、黒色光吸収層８は、黒色光吸収板をガラス板７の背面に密着したものであってもよい。
なお、ガラス板７に替えて、アクリルなどの透明プラスチック板を使用してもよい。
【００１９】
図４は、リニアイメージセンサ２の一例のブロック図である。
リニアイメージセンサ２は、光電変換部（Ｗ）３１と、１０進ジョンソンカウンタ（Ｘ）３２、０〜２０００の１０進カウンタ（Ｙ）３３と、データラッチ回路（Ｚ）３４からなり、データラッチ回路（Ｚ）３４の出力ＯＵＴは、演算器３に入力される。
【００２０】
図５は、リニアイメージセンサ２の各部の信号のタイミングチャートである。
サンプルホールドパルスＳＨは、リニアイメージセンサ２の一端から他端までの光電変換信号ＳＩＧをサンプリングするためのパルスである。
転送パルスＴＰは、光電変換信号を光電変換部（Ｗ）３１の出力端子まで転送するためのパルスであり、アナログシフトレジスタークロックである。
光電変換信号ＳＩＧは、位置Ｘ１で水膜表面反射光を検知した信号と、位置Ｘ２で道路表面反射光を検知した信号をそれぞれ出力するパルス出力である。
次に、図４のブロック図と図５のタイミングチャートとの関係について説明する。
まず、位置Ｘ１の出力によって、１０進ジョンソンカウンタ（Ｘ）３２が１歩進して、Ｑ１がｈｉｇｈとなる。
この時、ＡＮＤゲートが開き、転送パルスＴＰが０〜２０００の１０進カウンタ（Ｙ）３３に入力される。
次に、光電変換部（Ｗ）３１の出力端子から位置Ｘ２の光電変換出力が出力されると、１０進ジョンソンカウンタ（Ｘ）３２はさらに１歩進して、Ｑ１はｌｏｗとなり、Ｑ２はｈｉｇｈとなる。Ｑ１がｌｏｗとなることにより、ＡＮＤゲートは閉となる。したがって、０〜２０００の１０進カウンタ（Ｙ）３３には、位置Ｘ１から位置Ｘ２までの転送パルスＴＰ（個数Ｎ個）がカウントされる。
こうしてカウントされたパルス数Ｎはデータラッチ回路（Ｚ）３４に送られ記憶され、演算器３に出力される。
【実施例】
【００２１】
レーザ光源１から入射角４５度で空気（屈折率１）から水膜４（膜厚ｄ、屈折率１．３３）の表面に入射させた。したがって、リニアイメージセンサ上の点Ｘ１とＸ２との間の距離をＸとすると、ｄ＝Ｘ／（２・ｔａｎ（３２°）・ｓｉｎ（４５°））＝１・１３Ｘである。
また、リニアイメージセンサ２のＰＮフォトダイオード（寸法１４μｍ×１４μｍ）の数が２０４８とした。
リニアイメージセンサ２の出力ＯＵＴ（カウント数）がＮである時、Ｘ＝１４・Ｎμｍとなる。
したがって、水膜膜厚ｄ＝１．１３・１４・Ｎμｍとなる。
本実施例では、水膜膜厚ｄが１ｍｍ〜５ｍｍのとき、５０μｍ〜１００μｍ間隔で測定可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、レーザ光により水膜膜厚を測定することにより道路の安全管理に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の水膜膜厚測定装置のブロック図
【図２】道路に反射板を埋め込んだ場合の水膜膜厚測定装置のブロック図
【図３】道路に黒色光吸収層を有する透明板を埋め込んだ場合の水膜膜厚測定装置のブロック図
【図４】リニアイメージセンサの一例のブロック図
【図５】リニアイメージセンサの各部の信号のタイミングチャート
【符号の説明】
【００２４】
１  レーザ光源
２  リニアイメージセンサ
３  演算器
４  水膜
５  道路
６  反射板
７  ガラス板などの透明板
８  黒色光吸収層
Ｘ１  水膜表面反射光検出位置
Ｘ２  道路表面反射光検出位置
ＯＵＴ  Ｘ１とＸ２間の光電変換セルのカウント数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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