(57)【要約】  窓の天面および底面での反射により生じる迷光の影響を除きつつ、簡単な構造で加工や組み立ての作業性が良い反射光測定装置を提供する。  測定対象面に向けて光を照射する光源２１と、測定対象面からの反射光を受光する受光部２４とを含む光学系を収容し、測定対象面の方向に開口を有する収容ケース２５と、収容ケース２５の開口を封じる窓２６と、を備えた反射光測定装置の窓２６の一部に、光源２１から出射された光の光軸Ｙに対して所定角度傾斜した出射窓２７を設け、光源２１から出射された光が、出射窓２７を介して測定対象面に向けて照射されるようにした。
2014157511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象面に向けて光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光して受光量に応じた受光信号を出力する受光部とを含む光学系と、
前記光学系を収容し、前記測定対象面の方向に開口を有する収容ケースと、
前記収容ケースの開口を封じる窓と、
を備えた反射光測定装置であって、
前記窓は、前記収容ケースの側壁に対して垂直に配置され、その一部に、前記光源から出射された光の光軸に対して所定角度傾斜した出射窓を有し、
前記光源から出射した光が、前記出射窓を介して前記測定対象面に向けて照射されることを特徴とする反射光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光源から測定対象面に照射した光の反射光量を測定して、測定対象面に存在する検出対象物の有無を検知したり、測定対象面までの距離や測定対象面の反射率を測定するための反射光測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光源から測定対象面に照射した光の反射光量を測定して、測定対象面に存在する検出対象物の有無を検知したり、測定対象面までの距離や測定対象面の反射率を測定するための反射光測定装置として、例えば、油膜検出装置、距離測定装置、反射率測定装置などが知られている。これらの反射光測定装置は、光学系の結露防止や電気部の保護のために、光を照射する光源や反射光を受光する受光部などを収容ケースに収容して、窓により水密に封じるように構成されている。【０００３】
このような反射光測定装置においては、測定のために意図された光以外の迷光により、正常な測定が乱されることがある。光源からの光が窓の天面（内側面）および底面（外側面）により反射・散乱されることにより生ずる迷光の影響を排除するための対策を施した反射光測定装置として以下のような装置が提供されている。【０００４】
例えば、特許文献１のような従来の油膜検出装置の検出器は、光学系の結露防止や電気部の保護のために、図３に示すように、光源１１、凹面鏡１２、受光部１４等を収容ケース１５に収容し、窓１６により水密に封じるように構成されている。そして、窓１６は、光源から出射された光の光軸Ｘに対して所定角度傾斜するように、収容ケース１５の側壁に対する垂直面（収容ケース１５の水平断面に対する平行面）から傾斜して取り付けられている。これは、光源１１からの出射光が、窓１６の天面および底面で反射して迷光となることを防ぐためのものであり、例えば、光源１１から出射され窓１６の天面で反射した光が凹面鏡１２へ入射したとしても、その反射光はＡの地点へと導かれ、受光部１４には入射しないようになっている。【０００５】
また、特許文献２には、光を発生し投光ビームを物体に照射する投光素子と、測定対象物からの反射光を受光レンズを介して受光する位置検出型の受光素子と、受光素子の出力に基づいて測定対象物までの距離を検出する信号処理手段と、を具備する距離測定装置において、投光ビーム及び測定対象物からの散乱光を透過させる位置に投光ビームに対し垂直な面から傾けて配置され、投光素子と受光素子を収容するケースの一部を構成する窓材と、投光ビームが窓材によって直接反射される位置に配置され、反射光を減衰させる光減衰手段を具備する距離測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公報第２００９／０２２６４９号
【特許文献２】特開平７−３０１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これら従来の反射光測定装置は、収容ケースの開口を封じる窓を、収容ケースの側壁に対する垂直面（収容ケース１５の水平断面に対する平行面）から所定角度傾斜させて取り付けたり、収容ケース自体の形状を複雑化するなどの必要があるため、設計・加工は複雑であり、加工や組み立ての作業性も悪く、コストも嵩むという課題があった。【０００８】
また、従来の測定装置は、例えば図３に示す従来の油膜検出装置のように窓１６は光軸に対して所定角度傾斜して検出器１０に取り付けられているために、検出器１０の垂直方向の寸法も大きくなり検出器１０が大型化する、という課題があった。【０００９】
さらに、例えば特許文献２のような従来の距離測定装置は、窓の天面および底面により生じる迷光の影響を除くため、図３の従来の油膜検知器と同様に、収容部の開口を封じる窓は、光軸に対して所定角度傾斜して装置に取り付けられている。しかし、迷光による測定への悪影響を及ぼすことのないよう収容部内には、迷光を遮光・減衰するための光減衰手段を設けているため、構造が複雑で、部品が増えることにより、コストも嵩む、という課題があった。【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、窓の天面および底面での反射により生じる迷光の影響を除きつつ、簡単な構造で加工や組み立ての作業性が良い反射光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】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明に係る反射光測定装置は、測定対象面に向けて光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光して受光量に応じた受光信号を出力する受光部とを含む光学系と、前記光学系を収容し、前記測定対象面の方向に開口を有する収容ケースと、前記収容ケースの開口を封じる窓と、を備えた反射光測定装置であって、前記窓は、前記収容ケースの側壁に対して垂直に配置され、その一部に、前記光源の光軸に対して所定角度傾斜した出射窓を有し、前記光源から出射した光が、前記出射窓を介して前記測定対象面に向けて照射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、収容ケースの開口を封じる窓自体は、収容ケースの側壁に対して垂直に配置されるため、収容ケースの開口を封じる構造は一般的なものでよく、加工や組み立ての作業性が良い反射光測定装置を提供することができる。また、窓の一部に、出射光を透過させる出射窓が光源から出射された光の光軸に対して所定角度傾斜して設けられていることにより、窓の天面および底面での反射により生じる迷光の測定への影響を除き、精度良く測定することができる反射光測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態における反射光測定装置の一例である油膜検出装置の検出器の構成例および作用を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図１における収容ケースを下面（水面）側から見た底面図であり、受光部と、出射窓との位置関係を示す図である。
【図３】従来の反射光測定装置の一例である油膜検出装置の検出器の構成例および作用を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の実施の形態における反射光測定装置の一例である油膜検出装置は、光源から水面等の測定対象面にレーザ光を照射し、測定対象面からの反射光を受光して測定対象面に存在する油膜を検出するものである。これは、油膜による光の反射率が水面による光の反射率よりも高いことに着目し、水面からの反射光の強度（受光量）を測定し、その受光量に応じた受光信号を処理することにより油膜を検出するという水面と油膜との光の反射率の差を利用した方法を採用している。一般的に、水面による光の反射率は約２％、油膜による光の反射率は３〜４％の間を推移すると言われており、油膜からの反射光の方が１．５〜２倍くらい強い。そこで、一定の強さの光を水面に当てて、反射光の強さ（受光量）を受光部により測定し、その受光信号を各種演算処理することにより、油膜の有無を検出・判別することができる。そして、油膜を検出すると警報を出力するようになっている。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態における反射光測定装置の一例である油膜検出装置の検出器２０の構成例および作用を模式的に示す概略断面図である。この実施の形態における油膜検出装置は、図１に示すような検出器２０と、図示しない変換器とから構成されている。検出器２０と変換器とは、ケーブルにより接続され、検出器２０で測定された反射光の強さ（受光量）に基づく信号が変換器に送られるようになっている。また、変換器は、各種演算処理を行い油膜の有無を検出・判別し、油膜を検出すると警報を出力したり、表示部に状態を表示したりすることができるようになっている。さらに、変換器は、検出器２０を制御する制御信号を出力することもできる。
【００１６】
検出器２０は、光源・走査部２１、凹面鏡２２および受光部２４を収容する収容ケース２５と、収容ケース２５を水密に封じる窓２６とを備え、検出対象面である水面１９、２９上に、水面１９、２９と略平行（水平方向に対して略平行）になるように設置される。なお、検出器２０の筐体は、光を透過しない材質で形成されており、窓２６（出射窓２７を含む）以外から収容ケース２５内へ光が入り込むことはない。
【００１７】
光源・走査部２１は、レーザ光源と、レーザ光を走査する走査部とを備え、光軸Ｙを中心としてレーザ光を走査することにより、検出対象面におけるレーザ光の照射範囲として所望の平面を形成することができるようになっている。そして、光源・走査部２１は、凹面鏡２２の上方に配置され、出射されたレーザ光が水面（検出対象面）１９、２９に向けて略鉛直方向に照射されるように取り付けられている。
【００１８】
凹面鏡２２は、その光軸Ｚが水平方向に対して直交するように配置されるとともに、光軸Ｚ（凹面鏡２２の中心部）よりずれた位置に貫通孔２３を有しており、光源・走査部２１から出射され貫通孔２３を通過して水面１９、２９により反射してきた光を、反射面により集光して光軸Ｚ上の焦点位置に配置された受光部２４に入射させることができるようになっている。貫通孔２３の大きさは、光源・走査部２１により出射され走査される光が透過する範囲と同じかやや大きい程度であることが好ましい。なお、水面１９、２９からの反射光を効率的に検出する上で、貫通孔２３の位置は光軸Ｚ（凹面鏡２２の中心部）に近い方が好ましいが、貫通孔２３を通過した光が直接受光部２４に入射しないような位置にする必要がある。
【００１９】
収容ケース２５は、光源・走査部２１、凹面鏡２２および受光部２４を収容し、収容ケース２５の開口部を水密に封じる窓２６とを備えている。また、Ｂ地点を含む収容ケース２５の内側面は、窓２６（出射窓２７部分を含む）を除いて、収容ケース２５内に反射して生じた迷光がさらに反射することのないように、例えば黒色にするなどして光を吸収する構造になっている。
【００２０】
窓２６は、収容ケース２５を水密に封じるように収容ケース２５の側壁に対して垂直（収容ケース２５の水平断面に対して平行）に取り付けられている。また、窓２６は、その一部に、光源から出射された光の光軸Ｙに対して所定角度傾斜した出射窓２７を有している。
出射窓２７は、光源・走査部２１の鉛直方向に位置し、光源から出射された光を透過させるようになっている。出射窓２７の傾斜角度は、光源から出射され出射窓２７の天面および底面で反射した光が、（１）凹面鏡２２から外れた位置（例えばＢ地点）に導かれるような角度であること、（２）凹面鏡２２に入射してさらに反射したとしても、受光部２４に入射せず、かつ、窓２６（出射窓２７部分を含む）を介して収容ケース２５の外部に出ないような角度であること、のいずれかを満たすことを条件に、凹面鏡２２の曲率、受光部２４の大きさ、出射窓２７の位置等に応じて決定することができる。また、出射窓２７の大きさは、光源・走査部２１により出射され走査される光が透過する範囲と同じかやや大きい程度であることが好ましい。
なお、窓２６および出射窓２７は、光源から出射される光および反射光を透過させるものであればよく、加工のし易さ、重量、コスト等の点から、アクリルなどの透明樹脂により形成することが好ましいが、材質に限定はなく、ガラス等を用いることもできる。
【００２１】
図２は、図１における収容ケース２５を下面（水面）側から見た底面図であり、受光部２４と、出射窓２７との位置関係を示す図である。前述のとおり、貫通孔２３の位置は光軸Ｚ（凹面鏡２２の中心部）に近い方が好ましいが、貫通孔２３を通過した光が直接受光部２４に入射しないようにする必要がある。したがって、出射窓２７も受光部２４とは重ならない位置に設けられており、出射窓２７へ向かう光が受光部２４により遮られることはないようになっている。すなわち、光軸Ｚ（凹面鏡２２の中心部）から少しだけずれた位置に、光軸Ｚと平行して、光源・走査部２１、貫通孔２３および出射窓２７が配置されている。
なお、薄板２４ａは、受光部２４を凹面鏡２２の光軸Ｚ上の焦点位置に固定するために収容ケース２５へ取り付けられているものであり、受光部２４の位置を微調整することができるようになっているが、図１においては図示を省略している。
【００２２】
次に、図１を参照しながら、この実施の形態における反射光測定装置の一例である油膜検出装置の動作および作用を説明する。
光源・走査部２１により出射され走査された光は、光源から出射された光の光軸Ｙを中心として破線に示すような広がりをもった範囲で略鉛直方向に照射される。この光は、窓２６の一部に設けられた出射窓２７内を透過するようになっている。出射窓２７は光源から出射された光の光軸Ｙに対して所定角度傾斜しているため、その天面および底面で反射した光が収容ケース２５内に反射して迷光が生じても、凹面鏡２２から外れたＢ地点に導かれるようになっており、反射光測定の支障となる迷光となることはない。
【００２３】
出射窓２７を透過した光は水面１９、２９で反射し、窓２６を透過して凹面鏡２２を介して受光部２４に到達する。図１の破線は、光の照射範囲の外縁において、水面１９、２９が完全な平面であるとした場合の光路を表しているが、実際の測定においては、水面１９、２９には揺らぎ（波）があるため、反射光が常に一定の光路で凹面鏡２２に戻るということはなく、凹面鏡２２の反射面が広いほど、油膜を検出する可能性が高まる。
また、水面１９は、水位が高くなっているときの状態を示すものであり、水面２９は、水位が低いときの状態を示すものである。光源・走査部２１から出射された光は、略鉛直方向に照射されるため、水位が変動しても、水面１９、２９に光が照射される平面が常に形成され、表面反射した光を凹面鏡２２で捉えることができる。
なお、受光部２４で検出した光の強さ（受光量）に応じた受光信号は、変換器に送られて各種演算処理され、油膜の有無の判断に用いられる。そして、油膜を検出した場合には、警報信号を出力する等の処理が行われる。
【００２４】
このように、この発明の実施の形態における反射光測定装置の一例である油膜検出装置では、収容ケース２５を水密に封じる窓２６を、収容ケース２５の側壁に対して垂直（収容ケース２５の水平断面に対して平行）に配置するようにしたため、収容ケース２５を水密に封じる構造は一般的なものでよく、加工や組み立ての作業性が良い。
【００２５】
出射窓２７は、光源・走査部２１から出射されたレーザ光が、窓２６の天面および底面で反射した光が迷光となって受光部２４で検出されてしまうことを防ぐため、光源から出射された光の光軸Ｙに対して斜め、すなわち、光軸Ｙに対して所定角度傾斜して設けられている。ここで、図１に示すこの実施の形態において、図３に示す従来の油膜検出装置と同様に、１枚の窓を斜めに取り付けたとすると、上下方向の寸法もかなり大きくなってしまう。そこで、この発明の実施の形態においては、窓２６は収容ケース２５の側壁に対して垂直に配置し、光源・走査部２１から出射されたレーザ光が透過する出射窓２７のみが光源から出射された光の光軸Ｙに対して所定角度傾斜するように構成した。
【００２６】
その結果、光源・走査部２１から出射されたレーザ光が窓２６で反射して迷光となることが防止され、精度良く反射光を測定することができる。
また、高さ方向の寸法が大きくなることなく、スペース効率がよいため、装置の大型化を避けることができる。
【００２７】
本実施の形態は、反射光測定装置の一例である油膜検出装置により説明したが、光源から測定対象面に照射した光の反射光量を測定する反射光測定装置である、例えば、距離測定装置や反射率測定装置などにおいても本願発明を実施することができる。これらの測定装置の場合、油膜検出装置と異なり、測定対象面に照射する光の方向は、略鉛直方向に限ったものではなく、例えば、水平方向に対して略平行にも光が照射され得る。この場合、窓２６は、収容ケース２５の垂直断面に対して平行に配置される。また、出射窓２７が光源から出射された光の光軸Ｙに対して所定角度傾斜しているために、測定に支障となる迷光の影響を除くことができるので、特許文献２に開示された従来の距離測定装置のように光減衰手段を設けることに比べて部品を減らすことができるため、安価であり、簡易な構造となる。
【００２８】
また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０，２０  検出器
１１，２１  光源・走査部
１２，２２  凹面鏡
１４，２４  受光部
１５，２５  収容ケース
１６，２６  窓
１９，２９  水面（検出対象面）
２３  貫通孔
２７  出射窓
Ｘ，Ｙ  光源から出射された光の光軸
Ｚ  凹面鏡の光軸
【図１】
2014157511.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2014157511.tif 000007
2014157511.tif 000008
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