(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、
前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、
焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、
前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像を検出する画像検出手段と、
前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記画像に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記計測処理手段は、前記焦点を合わせた各位置毎の前記画像に基づいて、光の強度が所定値以上である範囲を前記計測対象物に対応する像として特定した後、その特定した前記計測対象物の像を横切る所定の直線に沿った光の強度分布を求め、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが基準値よりも小さいときに前記計測対象物にはピントが合っていないと判断し、一方、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが前記基準値以上であるときに前記計測対象物にピントが合っていると判断することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、
前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、
焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、
前記光学レンズ系を通過した光を、波長が所定の第一波長値である第一の光と波長が前記第一波長値と異なる所定の第二波長値である第二の光と前記第一の光及び前記第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタ手段と、
前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を前記フィルタ手段を介して取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像であって、前記第一の光によって得られる第一画像、前記第二の光によって得られる第二画像及び前記第三の光によって得られる第三画像からなるものを検出する画像検出手段と、
前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記第三画像に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、
前記ピントが合っている前記計測対象物の像の各々について、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第一画像上の位置における前記第一の光の強度と、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第二画像上の位置における前記第二の光の強度とを求め、その求めた前記第一の光の強度及び前記第二の光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項４】
前記計測処理手段は、前記焦点を合わせた各位置毎の前記第三画像に基づいて、光の強度が所定値以上である範囲を前記計測対象物に対応する像として特定した後、その特定した前記計測対象物の像を横切る所定の直線に沿った光の強度分布を求め、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが基準値よりも小さいときに前記計測対象物にはピントが合っていないと判断し、一方、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが前記基準値以上であるときに前記計測対象物にピントが合っていると判断することを特徴とする請求項３記載の測距装置。
【請求項５】
移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、
前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、
焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、
前記光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状の開口部と、前記開口部を通過した光をその光の前記開口部の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分光する回折格子とを有する分光手段と、
前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を前記分光手段を介して取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像であって、前記画像上の直交する二つの座標軸のうち一方の座標軸が前記開口部の長さ方向に沿った位置を表し他方の座標軸が波長を表すものを検出する画像検出手段と、
前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記画像に基づいて前記一方の座標の値が同一である画素点における光の強度を加算することにより前記一方の座標に対する光の強度分布を導出した後、その導出した前記光の強度分布に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、
前記ピントが合っている前記計測対象物の像の各々について、前記一方の座標の値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が所定の第一波長値である前記画像上の位置における光の強度と、前記一方の座標値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第一波長値と異なる所定の第二波長値である前記画像上の位置における光の強度とを求め、その求めた二つの光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項６】
前記計測処理手段は、前記光の強度分布において光の強度が所定値以上である範囲を前記計測対象物に対応する像として特定した後、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが基準値よりも小さいときに前記計測対象物にはピントが合っていないと判断し、一方、前記計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが前記基準値以上であるときに前記計測対象物にピントが合っていると判断することを特徴とする請求項５記載の測距装置。
【請求項７】
前記シャッタ手段は電子シャッタであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の測距装置。
【請求項８】
連続発振のレーザ光又はパルス発振のレーザ光を前記第二光学系、前記第一光学系を介して前方に照射するレーザ発振手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の測距装置。
【請求項９】
波長が前記第一波長値及び前記第二波長値以外の波長を有する連続発振のレーザ光又はパルス発振のレーザ光を前記第二光学系、前記第一光学系を介して前方に照射するレーザ発振手段を備えることを特徴とする請求項３、４、５、６又は７記載の測距装置。
【請求項１０】
前記光学レンズ系に、前記レーザ光の波長と同じ波長の光を透過するバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項８記載の測距装置。
【請求項１１】
所定の第一波長値及び前記第一波長値と異なる所定の第二波長値以外の波長を有するパルス発振のレーザ光を、移動している多数の計測対象物に向けて前方に放射するレーザ発振手段と、
前記計測対象物で反射して戻ってきた前記レーザ光を二つに分けるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分けられた一方の前記レーザ光を検出する光検出手段と、
前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発した時間と前記光検出手段が前記レーザ光を検出した時間との時間差に基づいて当該レーザ光が当たった前記計測対象物までの距離を算出し、その算出した結果に基づいて前記計測対象物の奥行き方向の分布を計測する計測処理手段と、
前記多数の計測対象物に向けて設置され、前記ビームスプリッタで分けられた他方の前記レーザ光を含む前記計測対象物からの光を結像させる光学レンズ系と、
前記光学レンズ系を通過した光を、波長が前記第一波長値である第一の光と波長が前記第二波長値である第二の光と前記第一の光及び前記第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタ手段と、
前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発するタイミングに対応してシャッタ手段を切ることにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた画像であって、前記第一の光によって得られる第一画像、前記第二の光によって得られる第二画像及び前記第三の光によって得られる第三画像からなるものを検出する画像検出手段と、
前記第三画像に基づいて前記計測対象物で反射した前記レーザ光による前記計測対象物の像を認識し、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第一画像上の位置における前記第一の光の強度と、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第二画像上の位置における前記第二の光の強度とを求め、その求めた前記第一の光の強度及び前記第二の光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項１２】
所定の第一波長値及び前記第一波長値と異なる所定の第二波長値以外の波長を有するパルス発振のレーザ光を、移動している多数の計測対象物に向けて前方に放射するレーザ発振手段と、
前記計測対象物で反射して戻ってきた前記レーザ光を二つに分けるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分けられた一方の前記レーザ光を検出する光検出手段と、
前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発した時間と前記光検出手段が前記レーザ光を検出した時間との時間差に基づいて当該レーザ光が当たった前記計測対象物までの距離を算出し、その算出した結果に基づいて前記計測対象物の奥行き方向の分布を計測する計測処理手段と、
前記多数の計測対象物に向けて設置され、前記ビームスプリッタで分けられた他方の前記レーザ光を含む前記計測対象物からの光を結像させる光学レンズ系と、
前記光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状の開口部と、前記開口部を通過した光をその光の前記開口部の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分光する回折格子とを有する分光手段と、
前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発するタイミングに対応してシャッタ手段を切ることにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた画像であって、前記画像上の直交する二つの座標軸のうち一方の座標軸が前記開口部の長さ方向に沿った位置を表し他方の座標軸が波長を表すものを検出する画像検出手段と、
前記画像に基づいて前記計測対象物で反射した前記レーザ光による前記計測対象物の像を認識し、前記一方の座標の値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第一波長値である前記画像上の位置における光の強度と、前記一方の座標値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第二波長値である前記画像上の位置における光の強度とを求め、その求めた二つの光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば炉内での加熱状況を知るために粒状又は粉状の石炭、微粉炭、廃棄プラスチックやコークスの分布を調べる場合等に使用される測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製鉄所等においては、溶鉱炉で原料を溶解する場合に、燃料として例えば粒状又は粉状の石炭やコークスが用いられる。このとき、原料は溶鉱炉の上方より投入する。そして、石炭やコークスを燃焼させることにより、熱風を溶鉱炉の下部から送り、原料を溶解する。ここで、粒状又は粉状の石炭やコークスは燃焼中は高速で舞っている。ところで、石炭やコークスを燃焼しているときに、その空間分布に偏りがあると、原料を均一に加熱することができず、製品の品質が低下する。このため、粒状又は粉状の石炭やコークスが偏りなく舞うように調整することにより、原料を均一に加熱し、生産性の向上を図る必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、このような粒状又は粉状の石炭やコークス等のように、移動する多数の計測対象物の分布を調べるための装置としては、撮像手段で一方向から計測対象物の画像を取り込み、その画像に基づいて計測対象物の分布を計測するものがある。しかしながら、この装置では、一方向から見たときの平面的な分布しか計測することができず、計測対象物が奥行き方向に沿ってどのように分布しているかについての情報は得ることができない。このため、従来の装置を用いて得られる粒状又は粉状の石炭やコークスの平面的な分布についての情報のみに基づいて、石炭やコークスの燃焼を調整しても、原料を均一に加熱することはほとんど不可能であった。
【０００４】
また、粒状又は粉状の石炭やコークスの燃焼についての定量的な情報として、それら粉状物又は粒状物の温度を知ることができれば、炉内を均一に加熱することができる。このため、粒状又は粉状の石炭やコークスの奥行き方向の分布を計測すると共に、それらの温度を計測することができる装置の開発が望まれている。
【０００５】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、移動する計測対象物の奥行き方向の分布を計測することができる測距装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、移動する計測対象物の奥行き方向の分布を計測すると共にその計測対象物の温度を計測する測距装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る測距装置は、移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像を検出する画像検出手段と、前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記画像に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明に係る測距装置は、移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、前記光学レンズ系を通過した光を、波長が所定の第一波長値である第一の光と波長が前記第一波長値と異なる所定の第二波長値である第二の光と前記第一の光及び前記第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタ手段と、前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を前記フィルタ手段を介して取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像であって、前記第一の光によって得られる第一画像、前記第二の光によって得られる第二画像及び前記第三の光によって得られる第三画像からなるものを検出する画像検出手段と、前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記第三画像に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、前記ピントが合っている前記計測対象物の像の各々について、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第一画像上の位置における前記第一の光の強度と、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第二画像上の位置における前記第二の光の強度とを求め、その求めた前記第一の光の強度及び前記第二の光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明に係る測距装置は、移動している多数の計測対象物に向けて設置され且つ前記計測対象物に向かう方向に沿って前後に移動可能に構成されており、前記計測対象物からの光をその進行方向と逆向きに反射する第一光学系と、前記第一光学系で反射した光を前記計測対象物からの光の進行方向と同じ向きに反射する第二光学系と、焦点の合う位置及び焦点深度がそれぞれ所望の値になるように調整されており、前記第二光学系で反射した光を結像させる光学レンズ系と、前記光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状の開口部と、前記開口部を通過した光をその光の前記開口部の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分光する回折格子とを有する分光手段と、前記第一光学系を移動することによって前記光学レンズ系の前記焦点の合う位置を少なくとも前記焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、前記光学レンズ系を通過した光を前記分光手段を介して取り込むことにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた複数の画像であって、前記画像上の直交する二つの座標軸のうち一方の座標軸が前記開口部の長さ方向に沿った位置を表し他方の座標軸が波長を表すものを検出する画像検出手段と、前記光学レンズ系の前記焦点を合わせた各位置毎の前記画像に基づいて前記一方の座標の値が同一である画素点における光の強度を加算することにより前記一方の座標に対する光の強度分布を導出した後、その導出した前記光の強度分布に基づいてピントが合っている前記計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する前記計測対象物の個数を求め、その求めた結果に基づいて前記焦点を合わせた各位置に対する前記計測対象物の分布を計測する計測処理手段と、前記ピントが合っている前記計測対象物の像の各々について、前記一方の座標の値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が所定の第一波長値である前記画像上の位置における光の強度と、前記一方の座標値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第一波長値と異なる所定の第二波長値である前記画像上の位置における光の強度とを求め、その求めた二つの光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明に係る測距装置は、所定の第一波長値及び前記第一波長値と異なる所定の第二波長値以外の波長を有するパルス発振のレーザ光を、移動している多数の計測対象物に向けて前方に放射するレーザ発振手段と、前記計測対象物で反射して戻ってきた前記レーザ光を二つに分けるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分けられた一方の前記レーザ光を検出する光検出手段と、前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発した時間と前記光検出手段が前記レーザ光を検出した時間との時間差に基づいて当該レーザ光が当たった前記計測対象物までの距離を算出し、その算出した結果に基づいて前記計測対象物の奥行き方向の分布を計測する計測処理手段と、前記多数の計測対象物に向けて設置され、前記ビームスプリッタで分けられた他方の前記レーザ光を含む前記計測対象物からの光を結像させる光学レンズ系と、前記光学レンズ系を通過した光を、波長が前記第一波長値である第一の光と波長が前記第二波長値である第二の光と前記第一の光及び前記第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタ手段と、前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発するタイミングに対応してシャッタ手段を切ることにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた画像であって、前記第一の光によって得られる第一画像、前記第二の光によって得られる第二画像及び前記第三の光によって得られる第三画像からなるものを検出する画像検出手段と、前記第三画像に基づいて前記計測対象物で反射した前記レーザ光による前記計測対象物の像を認識し、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第一画像上の位置における前記第一の光の強度と、前記計測対象物の像の前記第三画像上の位置に対応する前記第二画像上の位置における前記第二の光の強度とを求め、その求めた前記第一の光の強度及び前記第二の光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明に係る測距装置は、所定の第一波長値及び前記第一波長値と異なる所定の第二波長値以外の波長を有するパルス発振のレーザ光を、移動している多数の計測対象物に向けて前方に放射するレーザ発振手段と、前記計測対象物で反射して戻ってきた前記レーザ光を二つに分けるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分けられた一方の前記レーザ光を検出する光検出手段と、前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発した時間と前記光検出手段が前記レーザ光を検出した時間との時間差に基づいて当該レーザ光が当たった前記計測対象物までの距離を算出し、その算出した結果に基づいて前記計測対象物の奥行き方向の分布を計測する計測処理手段と、前記多数の計測対象物に向けて設置され、前記ビームスプリッタで分けられた他方の前記レーザ光を含む前記計測対象物からの光を結像させる光学レンズ系と、前記光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状の開口部と、前記開口部を通過した光をその光の前記開口部の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分光する回折格子とを有する分光手段と、前記レーザ発振手段が前記レーザ光を発するタイミングに対応してシャッタ手段を切ることにより、前記計測対象物の移動を止めた瞬間の状態を捉えた画像であって、前記画像上の直交する二つの座標軸のうち一方の座標軸が前記開口部の長さ方向に沿った位置を表し他方の座標軸が波長を表すものを検出する画像検出手段と、前記画像に基づいて前記計測対象物で反射した前記レーザ光による前記計測対象物の像を認識し、前記一方の座標の値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第一波長値である前記画像上の位置における光の強度と、前記一方の座標値が前記計測対象物の像の所定位置であり前記他方の座標が前記第二波長値である前記画像上の位置における光の強度とを求め、その求めた二つの光の強度を用いて二色温度計測法により前記計測対象物の温度を計測する温度計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第一実施形態である測距装置の概略構成図である。
第一実施形態の測距装置は、図１に示すように、第一光学系１０と、第二光学系２０と、光学レンズ系３０と、画像検出部４０と、画像処理部５０と、コンピュータ６０とを備えるものである。
【００１２】
第一実施形態では、多数の計測対象物２がランダムに落下しており、それらの計測対象物２について、光学レンズ系３０の中心軸方向に平行な方向（以下、奥行き方向とも称する。）に対する分布を測定する場合について説明する。ここで、計測対象物２は画像検出部４０の前方、約６〜１０ｍのところを通過する場合を考える。また、計測対象物２は球形状をしており、その直径は約１〜２ｃｍである。更に、第一実施形態では、計測対象物２に一様な自然光が当たっているものとする。
【００１３】
第一光学系１０は、移動している多数の計測対象物２に向けて設置されており、計測対象物２からの光Ｌ（像）をその進行方向と逆向きに反射するものである。この第一光学系１０は、反射鏡１１と、その下側に設けられた反射鏡１２とを有する。第二光学系２０は、第一光学系１０で反射した光を、計測対象物２からの光の進行方向と同じ向きに反射するものであり、反射鏡２１と、その下側に設けられた反射鏡２２とを有する。
【００１４】
計測対象物２には自然光が一様に当たっており、計測対象物２で反射した光のうち第一光学系１０に向かって進む光Ｌは、反射鏡１１で反射した後、反射鏡１２に入射する。反射鏡１２は、その入射した光を反射して、奥行き方向に平行な方向であって計測対象物２の側に進行させる。また、反射鏡１２で反射した光は、反射鏡２１で反射した後、反射鏡２２に入射する。反射鏡２２は、その入射した光を奥行き方向に平行な方向に反射して、光学レンズ系に３０に導く。特に、第一実施形態では、第二光学系２０の反射鏡２１，２２の間隔や向き等を調整することにより、光学レンズ系３０及び画像検出部４０を動かすことなく、光軸の調整をすることができる。このため、セッティング時の調整を容易に行うことができるという利点がある。
【００１５】
光学レンズ系３０は、第二光学系２０で反射した計測対象物２のイメージ光を結像させるものであり、画像検出部４０の前側に取り付けられる。光学レンズ系３０としては、可能な限り焦点深度の浅いカメラレンズを用いる。特に、第一実施形態では、ニコン株式会社製のニッコールＥＤ１８０ｍｍＦ２．８Ｓを使用している。このカメラレンズのレンズ構成は５群５枚である。ここで、焦点深度とは、光学レンズ系３０の焦点をある位置に合わせたときに、その位置と奥行き方向に沿ってはっきり見える位置との距離の最大値をいう。一般に、焦点の合う位置を一定にしたときには、焦点深度は、カメラレンズの絞り値を大きくするほど深く、カメラレンズの焦点距離が大きいほど浅くなる。また、カメラレンズの絞り値及び焦点距離が同じであれば、焦点の合う位置をカメラレンズに近づけるほど浅くなる。焦点深度が浅くなるにしたがって、焦点の合う位置の前後の像のぼけは著しくなる。いわゆるバカチョンカメラで撮影したものが視界の全てのものにピントが合っているように見えるのは、焦点深度が極端に深いためである。上記のカメラレンズは、その絞り値を開放（Ｆ２．８）に設定して使用する。このとき、画像検出部４０の光電面から６ｍの位置に焦点を合わせたとすると、焦点深度は約７０ｍｍである。尚、以下では、説明を分かりやすくするために、画像検出部４０の光電面から６ｍの位置に焦点を合わせたときに、光学レンズ系３０の焦点深度が５０ｍｍである場合について説明することにする。
【００１６】
また、第一光学系１０は、反射鏡１１及び反射鏡１２を一緒にして、奥行き方向に沿って前後に移動可能に構成されている。第一光学系１０を移動すると、計測対象物２からの光が光学レンズ系３０に入射するまでの距離が変わり、これにより、光学レンズ系３０の焦点の合う位置Ｐを奥行き方向に沿ってずらすことができる。また、第一光学系１０と第二光学系２０とを設け、計測対象物２からの光を二度折り返して、光学レンズ系３０に導くことにより、第一光学系１０をある一定距離だけ奥行き方向に沿って動かすと、光学レンズ系３０の焦点の合う位置Ｐは、第一光学系１０の動かした距離の二倍移動することになる。したがって、光学レンズ系３０の焦点の合う位置Ｐをある距離ｄだけ図１の左側（右側）に動かしたい場合には、第一光学系１０をその距離ｄの半分ｄ／２だけ図１の左側（右側）に動かすだけでよい。
【００１７】
ところで、第一光学系１０及び第二光学系２０を設けなくとも、光学レンズ系３０を構成する各レンズの相対位置を変えることにより、光学レンズ系３０の焦点の合う位置をずらすことができる。しかしながら、光学レンズ系３０の各構成レンズの相対位置を変えると、光学レンズ系３０の焦点が合う位置に応じて、焦点深度が変わってしまう。これでは、光学レンズ系３０の焦点の合う位置を変えるにしたがって、画像検出部４０では焦点深度の異なる画像を検出することになる。第一実施形態では、後述するように、焦点深度を利用して計測対象物２の位置を計測するので、焦点深度が常に一定である画像を検出する必要がある。このため、第一光学系１０を移動可能に構成し、第一光学系１０を動かすことにより、焦点深度はそのままにして、光学レンズ系３０の焦点の合う位置だけを変えることにしている。
【００１８】
但し、実際には、画像検出部４０から光学レンズ系３０の焦点の合う位置までの距離が５、６ｍ以上である場合、光学レンズ系３０を構成する各レンズの相対位置を変えても、焦点深度が大きな影響を受けることはない。したがって、この場合、計測対象物２の位置をあまり高精度で求める必要がなければ、第一光学系１０を移動させる代わりに、オートフォーカスで光学レンズ系３０を構成する各レンズの相対位置を変えることにより、光学レンズ系３０の焦点の合う位置をずらすようにしてもよい。
【００１９】
尚、第一光学系１０及び第二光学系２０を設けずに、光学レンズ系３０と画像検出部４０とを一体として移動することも考えられるが、画像検出部４０にはケーブル等の付属物が付いているため、これら付属物ごと動かすのは容易ではない。第一実施形態のように第一光学系１０だけを動かすことにより、光学レンズ系３０の焦点の合う位置を容易にずらすことができる。
【００２０】
画像検出部４０としては、高感度の理化学用ＣＣＤカメラと電子シャッタ（ゲート）とを組み合わせたゲーティングＣＣＤを用いる。図２は画像検出部４０の概略構成図である。画像検出部４０は、図２に示すように、光電面４１と、多数の細いガラスパイプを束ねたものであるマイクロチャネルプレート４２と、蛍光面４３と、多数のＣＣＤからなる撮像部４４とを有する。光電面４１上には、光学レンズ系３０により計測対象物２からの光が光学像として結像する。光電面４１に入射した光は光電面４１で光電変換され、その変換された電子はマイクロチャネルプレート４２を通過する際に増幅される。そして、その増幅された電子が蛍光体４３上に入射すると、再び光に変換され、その後、その光は撮像部４４に入る。このとき、光電面４１とマイクロチャネルプレート４２との間に印加する電圧差により、ゲーティング動作、すなわち電子シャッタの開閉動作が制御される。この電子シャッタの、計測対象物２からの光を撮像部４４に取り込む露光時間（露光時間の逆数をシャッタスピードと称することにする。）は、最短で５ナノ秒、すなわち５×１０-9秒である。この最高のシャッタスピード（２×１０8 ／秒）は、光の速度で動いているものが約１５０ｃｍしか進めない時間に相当する。この電子シャッタを用いれば、機械的に動いているものは必ず止めて撮像することができる。第一実施形態では、計測対象物２がどんなに高速で移動していても、その移動を止めた瞬間の状態を捉えた画像を得ることができるように、高速シャッタスピードを有する電子シャッタを用いることにしている。尚、計測対象物２があまり高速に移動していなければ、電子シャッタの代わりに、例えば機械シャッタを用いてもよい。
【００２１】
このように画像検出部４０の電子シャッタは、計測対象物２の移動を止めた状態で捉えることができるようなシャッタスピードに設定する。また、電子シャッタを短い時間のうちに頻繁に切ったのでは、同一の計測対象物２が複数の画像に写ってしまうことがある。このため、同一の計測対象物２は一つの画像でしか検出されることのないように、計測対象物２の速度や位置等に応じて、電子シャッタの切るタイミングを定める必要がある。
【００２２】
ところで、第一実施形態で使用する画像検出部４０では、マイクロチャネルプレート４２の各ガラスパイプの太さが約８５μｍであり、一方、撮像部４４の各ＣＣＤの直径は約２０μｍである。このため、一つのガラスパイプを通って来た光は隣り合う四つのＣＣＤに入ることになり、あたかもＣＣＤの数が四分の一に減ったかのように、画像分解能が低下する。このように、電子シャッタを有するＣＣＤカメラの画像分解能が、電子シャッタのデバイスの分解能に応じて落ちてしまうことは、機械シャッタとの相違点であり、電子シャッタの持つ欠点と言える。しかながら、将来的には電子シャッタのデバイスの分解能が向上する可能性があるので、このことが致命的な欠点となるわけではない。
【００２３】
画像処理部５０は、ＣＣＤカメラのＣＣＤ一個当たりの輝度信号（画像信号）を８ビットでＡ／Ｄ変換し、その変換して得られた画像データを画像メモリに取り込むものである。コンピュータ６０は、図１に示すように、コンピュータ本体６１と、ＣＲＴ表示装置６２と、キーボード及びマウス（不図示）と、出力装置（不図示）とを有する。コンピュータ本体６１は、画像検出部４０の動作を制御すると共に、画像処理部５０の画像メモリに記憶された画像データを読み出し、画像データに基づいて計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理を行う。ＣＲＴ表示装置６２は、画像データを画面上に表示したりするものである。また、オペレータは、キーボード及びマウスを用いて、電子シャッタのシャッタスピードを入力する。
【００２４】
第一実施形態では、画像検出部４０は、第一光学系１０を移動することによって光学レンズ系３０の焦点の合う位置を少なくとも光学レンズ系３０の焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、電子シャッタを用いて一定時間内に何度も光学レンズ系３０を通過した光をＣＣＤカメラに取り込むことにより、ランダムに移動する計測対象物の瞬間の状態を捉えた複数の画像を検出する。コンピュータ本体６１は、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎の画像データに基づいて、画像処理ソフト等を用いてエッジ検出等を施して、各計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断することにより、計測対象物２を検知し、またその位置を算出する。すなわち、ピントが合っていると判断された計測対象物２は当該焦点を合わせた位置を通過したことになり、これによりその計測対象物２の位置が分かる。また、ピントが合っていると判断された計測対象物２の像の個数が、当該一定時間に、当該焦点を合わせた位置を通過した計測対象物２の個数となる。例えば、光学レンズ系３０の焦点の合う位置を画像検出部４０の光電面から前方６ｍのところに設定して、１０秒間に多数の画像を検出した場合に、ピントの合った計測対象物２の像の個数が１００個あったときには、計測対象物２はその６ｍの位置を１秒当たり１０個落下しているになる。このように、光学レンズ系３０の焦点の合う位置を一定距離ずつずらしながら、画像を検出することにより、奥行き方向に沿った各位置を通過する計測対象物２の個数を統計的に知ることができる。
【００２５】
また、このように計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断して、計測対象物２の位置を計測するので、光学レンズ系３０の焦点の合う位置から前後に焦点深度だけ離れたところに位置している計測対象物２は、すべて当該焦点が合う位置に存在しているものと判断される。すなわち、計測対象物２の位置をどれぐらいの距離間隔で計測することができるかを表す最小の尺度（分解能）は、焦点深度によって定まることになる。第一実施形態で使用する光学レンズ系３０については、上述したように画像検出部４０の光電面から前方６ｍの距離において焦点深度が５ｃｍであるので、計測対象物２の位置を例えば１０ｃｍ単位で計測することができる。さらに短い距離間隔で計測対象物２の位置を計測したい場合には、光学レンズ系３０の焦点深度を一層浅くする必要がある。
【００２６】
次に、計測対象物２の像にピントが合っているか否かの判断をどのようにして行うかについて説明する。ここでは、背景が白色である場合と黒色である場合とに分けて考えることにする。
最初に、背景が白色である場合について説明する。図３は背景が白色である場合にピントが合っている計測対象物２の画像データを模式的に示した図、図４は背景が白色である場合にピントが合っていない計測対象物２の画像データを模式的に示した図である。まず、コンピュータ本体６１は、画像データに、例えばソフト的にフィルタをかける処理を施すことにより、画像データの中で一定の輝度以上の明るい範囲を見いだす。この明るい範囲は計測対象物２の像を表す範囲として特定される。
【００２７】
次に、コンピュータ本体６１は、画像データに対して、その特定した範囲の中心位置を通り画像上のｘ方向又はｙ方向に平行な直線上の各画素に対する光の強度分布を求める。図５（ａ）は図３の場合にｘ方向の光の強度分布を示す図、図５（ｂ）は図４の場合にｘ方向の光の強度分布を示す図である。計測対象物２は球形状をしているため、計測対象物２の中央からの光はその大部分が光学レンズ系３０に入射するが、計測対象物２の輪郭部分からの光は光学レンズ系３０にほとんど入射しない。また、背景は白色であるので、背景からの光もある程度、光学レンズ系３０に入射する。このため、計測対象物２の像にピントが合っている場合、ｘ方向の光の強度分布は、図５（ａ）に示すように、計測対象物２の像の中央部でピークを持ち、計測対象物２の像の輪郭部分では光の強度の落ち込みが激しい。この輪郭部分における光の強度の落ち込みは、計測対象物２の像にピントが合えば合うほど激しくなる。一方、計測対象物２の像にピントが合わなくなると、光学レンズ系３０には、計測対象物２からの光は分散して入射することになる。このため、計測対象物２の像にピントが合っていない場合、ｘ方向の光の強度分布は、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に比べて、計測対象物２の像の中央部でのピークの形状がなだらかになると共に、その輪郭部分における光の強度の落ち込みが緩やかになる。したがって、計測対象物２の像にピントが合っているか否かは、計測対象物２の像の輪郭部分における光の強度の立ち上がり（傾き）を調べることにより、判断することができる。すなわち、計測対象物２の像の輪郭部分における光の強度の傾きの大きさが所定の基準値以上であれば、計測対象物２の像にピントが合っていると判断し、一方、その傾きの大きさが所定の基準値よりも小さければ、計測対象物２の像にピントが合っていないと判断する。
【００２８】
次に、背景が黒色である場合について説明する。この場合も、コンピュータ本体６１は、まず、画像データの中で一定の輝度以上の明るい範囲を見いだし、この明るい範囲を計測対象物２の像を表す範囲として特定する。そして、画像データに対して、その特定した範囲の中心位置を通り画像上のｘ方向又はｙ方向に平行な直線上の各画素に対する光の強度分布を求める。図６（ａ）は背景が黒色の場合に計測対象物２の像にピントが合っているときのｘ方向の光の強度分布を示す図、図６（ｂ）は背景が黒色の場合に計測対象物２の像にピントが合っていないときのｘ方向の光の強度分布を示す図である。背景が黒色である場合には、背景からの光は光学レンズ系３０にほとんど入射しない。このため、図６（ａ）又は（ｂ）に示すｘ方向の光の強度分布はそれぞれ、図５（ａ）又は（ｂ）に示すｘ方向の光の強度分布において背景に対応する部分の光の強度をゼロにしたものとなる。すなわち、計測対象物２の像にピントが合っている場合、ｘ方向の光の強度分布は、図６（ａ）に示すように、計測対象物２の像の中央部でピークを持ち、計測対象物２の像の輪郭部分では光の強度の傾きが急になる。一方、計測対象物２の像にピントが合っていない場合、ｘ方向の光の強度分布は、図６（ｂ）に示すように、計測対象物２の像の輪郭部分で光の強度の立ち上がりが緩やかになる。したがって、背景が黒色である場合も、ｘ方向又はｙ方向の光の強度分布を求め、その光の強度の傾きを調べることにより、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断することができる。
【００２９】
但し、このように光の強度の傾きに基づいて計測対象物２の像にピントが合っているか否かを正確に判断するためには、計測対象物２の像を表す範囲が画像データ上で最低でも１０画素（第一実施形態では、電子シャッタを有するＣＣＤカメラを用いているため、画素分解能が四分の一に落ちるので、この場合には、四倍の４０画素）ぐらいを占めていなければならない。これよりも以下では、コンピュータ本体６１は光の強度の傾きを算出できないからである。かかる条件を満たさない場合には、光学レンズ系３０として、計測対象物２を一定の大きさ以上に拡大できるもの、例えば望遠レンズ等を使用する必要がある。
【００３０】
尚、第一実施形態では、計測対象物２が球形状である場合を考えているが、一般に、計測対象物２が任意の形状をしている場合であっても、上記のようにｘ方向又はｙ方向の光の強度分布を求め、計測対象物２の像の輪郭部分における光の強度の傾きを調べることにより、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断することができる。
【００３１】
次に、第一実施形態の測距装置において、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する場合の処理手順について説明する。
まず準備作業として、オペレータは、第一光学系１０を図１の右側に移動した後、光学レンズ系３０の各構成レンズの相対位置を調整して、画像検出部４０の光電面から前方、例えば６ｍのところに光学レンズ系３０の焦点を正確に合わせる。以後は、このレンズ光学系３０の各構成レンズの相対位置を変えることはない。また、オペレータは、計測対象物２の落下速度に応じて、計測対象物２の瞬間の状態を捉えた画像を得ることができるような電子シャッタのシャッタスピードを、マウスを用いてＣＲＴ表示装置６２の画面上で入力する。
【００３２】
かかる準備作業が終了した後、オペレータは、キーボード又はマウスを用いて、ＣＲＴ表示装置６２の画面上で、光学レンズ系３０の焦点位置についての情報と、第一光学系１０の位置についての情報とを入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。次に、かかる動作が終了した後、オペレータは、第一光学系１０を５ｃｍだけ図１の左側に移動させる。これにより、光学レンズ系３０の焦点は、画像検出部４０の光電面から前方、６ｍ１０ｃｍのところに合うことになる。そして、オペレータは、その第一光学系１０の位置についての情報を入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は再び、画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。その後も、第一光学系１０を５ｃｍずつ前方に移動しながら、画像検出部４０で画像を検出する処理を上記と同様にして繰り返す。この繰り返す動作は、光学レンズ系３０の焦点が画像検出部４０の光電面から前方１０ｍのところに合うまで行う。
【００３３】
画像検出部４０で得られた各画像信号は、画像処理部５０に送られ、画像処理部５０は画像信号を画像データに変換して、画像メモリに記憶する。コンピュータ本体６１は、画像メモリに記憶された画像データを読み出し、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎の画像データに基づいて、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断する。ピントが合っていると判断された計測対象物２の像の個数が当該一定時間の間に当該焦点の合う位置を通過した計測対象物２の個数となる。コンピュータ本体６１は、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎に、ピントが合っている計測対象物２の像の個数を数え、これから、計測対象物２の奥行き方向の位置に対する分布を求める。例えば、図１に示すように、横軸に焦点を合わせた位置を、縦軸に単位時間当たりの計測対象物の個数をとったヒストグラム６３を作成し、かかるヒストグラムをＣＲＴ表示装置６２の画面上に表示する。
【００３４】
第一実施形態の測距装置では、第一光学系を移動することによって光学レンズ系の焦点の合う位置を少なくとも光学レンズ系の焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、電子シャッタを用いて一定時間内に何度も光学レンズ系を通過した光をＣＣＤカメラに取り込むことにより、移動する計測対象物の瞬間の状態を捉えた多数の画像を検出する。特に、画像検出部として電子シャッタを有するＣＣＤカメラを用いることにより、計測対象物がどんなに高速で移動していても、その瞬間の状態を捉えた画像を得ることができる。そして、焦点を合わせた各位置毎の画像データに基づいてピントが合っている計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する計測対象物の個数を求めることができる。また、その求めた結果から、移動している計測対象物の奥行き方向の分布を計測することができる。
【００３５】
尚、かかる測距装置は様々な分野において適用することができる。例えば、製鉄所等において、溶鉱炉内で粒状又は粉状の石炭、コークスや微粉炭を燃焼させている場合に、石炭やコークスの奥行き方向の分布を計測することができる。この場合には、溶鉱炉の観測窓を介して石炭やコークスからの光を光学レンズ系に導くことになる。石炭やコークスの分布を調べることにより、溶鉱炉内での加熱状況を知ることができる。例えば、石炭やコークスの分布に偏りがあれば、溶鉱炉内で均一な加熱がなされていないことが分かる。また、火力発電所や電子力発電所等において炉内の加熱状況を調べる場合にも、第一実施形態の測距装置を利用することができる。一般に、第一実施形態の測距装置は、移動している粒体や粉体について奥行き方向の分布を調べるのに適している。
【００３６】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。図７は本発明の第二実施形態である測距装置の概略構成図である。尚、第二実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
第二実施形態の測距装置は、図７に示すように、第一光学系１０と、第二光学系２０と、光学レンズ系３０ａと、画像検出部４０と、画像処理部５０と、コンピュータ６０と、レーザ発振装置７０とを備えるものである。
【００３７】
第二実施形態でも、第一実施形態と同様に、落下している多数の計測対象物２についての奥行き方向の分布を計測する場合について説明する。計測対象物２の移動する環境は明るくても暗くてもよいが、ここでは、特に背景が真っ暗であるとする。
第二実施形態の測距装置が第一実施形態のものと異なる主な点は、レーザ発振装置７０を設け、計測対象物２で反射したレーザ光を計測対象物２からの光として画像検出部４０で検出することにより、計測対象物２の位置を算出する点である。かかる構成により、計測対象物２が発光しておらず、真っ暗な状況であっても、計測対象物の奥行き方向の分布を計測することができる。
【００３８】
レーザ発振装置７０は、一定振幅の連続出力を発生するもの（ＣＷレーザ）である。ＣＷレーザとしては、例えば、Ａｒ+ レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いることができる。レーザ光は、ビーム折返し用プリズム１６０で反射した後、第二光学系２０、第一光学系１０を介して、前方に放射される。そして、計測対象物２がレーザ光の光軸上を横切って落下すると、レーザ光はその計測対象物２で反射される。計測対象物２で反射したレーザ光のうち第一光学系１０に向かって進むレーザ光は、第一光学系１０、第二光学系２０を介して、光学レンズ系３０ａに入射することになる。
【００３９】
また、レーザ光のスポット径は、計測対象物２の直径よりも小さくしている。このため、画像検出部４０は、レーザ光の光軸上を通過する計測対象物２であってレーザ光が当たった部分（スポット部分と称する。）の像が写った画像を検出することになる。コンピュータ本体６１は、画像データに基づいて計測対象物２のスポット部分の像にピントが合っているか否かを判断することにより、計測対象物２の位置を計測する。したがって、第二実施形態では、レーザ光の光軸上を通過する計測対象物２だけが計測の対象となる。レーザ光の光軸以外の部分を通過する計測対象物２については、その位置を計測しない。
【００４０】
画像検出部４０の電子シャッタは、移動する計測対象物２の瞬間の状態を捉えた画像を検出することができるようなシャッタスピードに設定される。また、電子シャッタを短い時間のうちに頻繁に切ったのでは、同一の計測対象物２についてのスポット部分の像が複数の画像に写ってしまうことがある。このため、一つの計測対象物２については一つのスポット部分の像だけが一つの画像に写るように、計測対象物２の速度や位置等に応じて、電子シャッタの切るタイミングを定める必要がある。
【００４１】
光学レンズ系３０ａとしては、第一実施形態の光学レンズ系３０の前面に、レーザ発振装置７０が発するレーザ光の波長と同じ波長の光を透過するバンドパスフィルタ３１を設けたものを用いる。これは、たとえ背景が明るい場合でも、計測対象物２の奥行き方向の分布を測定できるようにするためである。例えば、背景がとても明るく、計測対象物２と背景との区別ができないような状況にあるとする。このとき、バンドパスフィルタ３１を設けることにより、計測対象物２で反射して戻ってきたレーザ光はすべて、バンドパスフィルタ３１を透過し、光学レンズ系３０ａに入射する。これに対して、背景からの光はレーザ光の波長と同じ波長の光しかバンドパスフィルタ３１を透過することができず、したがって一部の光しか光学レンズ系３０ａに入射することができない。このため、画像検出器４０では、レーザ光と背景からの光とを差別化して、スポット部分の像がはっきり写った画像を検出することができる。尚、例えばレーザ光と背景からの光とが強度的に大幅に異なっていたり、その差別化が容易である場合には、必ずしもバンドパスフィルタ３１を用いる必要はない。
【００４２】
コンピュータ本体６１は、第一実施形態と同様にして、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する。具体的には、まず、画像データの中に一定の輝度以上の明るい範囲が存在するか否かを判断する。一定の輝度以上の明るい範囲があれば、その範囲は計測対象物２のスポット部分の像を表す範囲として特定される。次に、そのスポット部分の像を含む画像データに対して、そのスポット部分の像にピントが合っているか否かを判断する。すなわち、その画像データに基づいて、スポット部分の像を表す範囲の中心位置を通り画像上のｘ方向又はｙ方向に平行な直線上の各画素に対する光の強度分布を求める。このとき、バンドパスフィルタ３１を設けたことにより、計測対象物２で反射したレーザ光はほとんど光学レンズ系３０ａに入射するが、計測対象物２からの光のうちレーザ光が照射されなかった部分からの光や背景からの光は光学レンズ系３０ａにほとんど入射しない。このため、計測対象物２のスポット部分の像にピントが合っているときには、ｘ方向又はｙ方向の光の強度分布は、図８に示すように、スポット部分の像の中央部で鋭いピークを持ち、スポット部分の像の輪郭部分では光の強度の傾きが急になる。コンピュータ本体６１は、ｘ方向又はｙ方向の光の強度分布から、スポット部分の像の輪郭部分における光の強度の傾きを求め、その傾きの大きさが所定の基準値以上であれば、スポット部分、したがって計測対象物２の像にピントが合っていると判断する。一方、その傾きの大きさが所定の基準値よりも小さければ、計測対象物２の像にピントが合っていないと判断する。コンピュータ本体６１は、このような判断処理を各画像データについて行い、光学レンズ系３０ａの焦点を合わせた各位置毎に、ピントが合っている計測対象物２の像の個数を数えることにより、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する。
【００４３】
尚、第二実施形態の測距装置において、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する場合の処理手順は、上記第一実施形態と同様である。
第二実施形態の測距装置では、連続発振のレーザ光を発するレーザ発振装置を設け、計測対象物で反射したレーザ光を計測対象物からの光として利用することにより、例えば、計測対象物が自分で発光していなかったり、背景が暗い場合でも、計測対象物のスポット部分の像が明確に写った画像を検出することができる。しかも、このスポット部分の像については、その大きさや光量を予測することができるので、スポット部分の像を認識する処理や、スポット部分の像にピントが合っているか否かの判断処理が、第一実施形態のものに比べて、簡単且つ迅速に行うことができる。その他の効果は、上記第一実施形態のものと同様である。
【００４４】
尚、上記の第二実施形態では、レーザ光のスポット径を計測対象物の直径よりも小さくした場合について説明したが、レーザ光のスポット径は自由に変えることができる。例えば、計測対象物の大きさに応じて、レーザ光のスポット径をある程度大きく調整してもよい。これによりスポット部分の像にピントが合っているか否かの判断がしやすくなる。また、レーザ光を拡げて計測対象物に照射するようにしてもよい。この場合には、コンピュータ本体は、第一実施形態と同様に、計測対象物の像の輪郭部分における光の強度の傾きを調べて、計測対象物の像にピントが合っているか否かを判断することになる。
【００４５】
次に、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明する。図９は本発明の第三実施形態である測距装置の概略構成図である。尚、第三実施形態において、第一及び第二実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
第三実施形態の測距装置は、図９に示すように、第一光学系１０と、第二光学系２０と、光学レンズ系３０ａと、画像検出部４０ａと、画像処理部５０と、コンピュータ６０と、レーザ発振装置７０ａとを備えるものである。
【００４６】
第三実施形態でも、第一実施形態と同様に、落下している多数の計測対象物２についての奥行き方向の分布を計測する場合について説明する。計測対象物２の移動する環境は明るくても暗くてもよいが、ここでは、特に背景が真っ暗であるとする。
第三実施形態の測距装置が第一実施形態のものと異なる主な点は、レーザ発振装置７０ａを設け、計測対象物２で反射したレーザ光を計測対象物２からの光として画像検出部４０ａで検出することにより、計測対象物２の位置を算出する点である。かかる構成により、計測対象物２が発光しておらず、真っ暗な状況であっても、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測することができる。
【００４７】
レーザ発振装置７０ａは、断続するパルス波形出力を発生するもの（パルスレーザ）である。ここでは、パルスレーザとして、例えばＹＡＧレーザを用いる。特に、ＹＡＧレーザの第二高調波（ＳＨＧ）を利用する。このレーザ光の波長は５３２ｎｍであり、パルス幅は約１０ナノ秒、すなわち１０×１０-9秒である。レーザ光は、ビーム折返し用プリズム１６０で反射した後、第二光学系２０、第一光学系１０を介して、前方に放射される。そして、計測対象物２がレーザ光の光軸上を横切って落下し、レーザ光が計測対象物２に当たると、レーザ光はその計測対象物２で反射される。計測対象物２で反射したレーザ光のうち第一光学系１０に向かって進むレーザ光は、第一光学系１０、第二光学系２０を介して、光学レンズ系３０ａに入射することになる。
【００４８】
また、レーザ光のスポット径は、計測対象物２の直径よりも小さくしている。このため、画像検出部４０ａは、レーザ光の光軸上を通過する計測対象物２であってレーザ光が当たった部分（スポット部分）の像が写った画像を検出することになる。コンピュータ本体６１は、画像データに基づいて計測対象物２のスポット部分の像にピントが合っているか否かを判断することにより、計測対象物２の位置を計測する。したがって、第三実施形態でも、第二実施形態と同様に、レーザ光の光軸上を通過する計測対象物２だけが計測の対象となる。レーザ光の光軸以外の部分を通過する計測対象物２については、その位置を計測しない。
【００４９】
画像検出部４０ａは、上記第一及び第二実施形態のものとは異なり、機械シャッタを有するＣＣＤカメラを用いる。第三実施形態では、パルス幅のかなり短いレーザ光を用いることにより、ＣＣＤカメラの露光時間はレーザ光のパルス幅で決まってしまうので、高速でシャッタを切る必要はない。これが、機械シャッタを用いることにしている理由である。
【００５０】
実際、移動している計測対象物２の瞬間の状態を捉えた画像を検出するためには、計測対象物２の移動速度や位置にもよるが、露光時間、したがってレーザ光のパルス幅は、マイクロ秒オーダとする必要がある。この条件は、上記のＹＡＧレーザの第二高調波を利用することにより、満たされている。また、一回の撮像では、計測対象物２で反射して戻ってきた一つのパルスレーザ光のみをＣＣＤカメラで取り込むことができるように、レーザ光のパルス間隔、機械シャッタの切るタイミングを定める必要がある。計測対象物２は移動しているため、二つ以上のパルスレーザ光をＣＣＤカメラに取り込むことにすると、計測対象物２についての正確な情報が得られなくなるからでなる。
【００５１】
また、光学レンズ系３０ａとしては、第二実施形態のものと同様に、レーザ発振装置７０ａが発するレーザ光の波長と同じ波長の光を透過するバンドパスフィルタ３１を設けたものを用いる。コンピュータ本体６１が画像データに基づいて計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する方法は、上記第二実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
第三実施形態の測距装置では、画像検出部として機械シャッタを有するＣＣＤカメラを用いることにより、電子シャッタのデバイスの分解能に起因してＣＣＤカメラの画像分解能が落ちてしまうことがなく、ＣＣＤカメラの持つ画像分解能をそのまま引き出すことができるという利点がある。その他の効果は上記第二実施形態のものと同様である。
【００５３】
尚、上記の第三実施形態では、画像検出部として機械式シャッタを有するＣＣＤカメラを用いる場合について説明したが、電子シャッタを有するＣＣＤカメラを用いることも可能である。
次に、本発明の第四実施形態について図面を参照して説明する。図１０は本発明の第四実施形態である測距装置の概略構成図、図１１（ａ）はその測距装置のフィルタユニットの概略構成図、図１１（ｂ）はその測距装置の画像検出部で得られた画像を説明するための図である。尚、第四実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
【００５４】
第四実施形態の測距装置は、図１０に示すように、第一光学系１０と、第二光学系２０と、光学レンズ系３０と、画像検出部４０と、画像処理部５０と、コンピュータ６０と、フィルタ手段としてのフィルタユニット８０とを備える。
ここでは、第一実施形態と同様に、落下している多数の計測対象物２についての奥行き方向の分布を計測する場合について説明する。また、第四実施形態では、計測対象物２は自ら発光しており、その表面温度を計測する場合についても説明する。フィルタユニット８０は計測対象物２の温度を計測するために設けられたものである。
【００５５】
フィルタユニット８０は、光学レンズ系３０を通過した光を、波長が略４６０ｎｍ（青色）である第一の光と、波長が略６６０ｎｍ（赤色）である第二の光と、第一の光及び第二の光以外の第三の光とに分けるものである。かかるフィルタユニット８０は、図１０に示すように、光学レンズ系３０と画像検出部４０との間に取り付けられ、具体的には、図１１（ａ）に示すように、二つの干渉フィルタ８１，８２と、一つの反射鏡８３とを有する。干渉フィルタ８１は、光学レンズ系３０を通ってきた光のうち波長が略４６０ｎｍの第一の光を透過し、その他の波長の光（第二の光及び第三の光）を反射する。また、干渉フィルタ８２は、干渉フィルタ８１で反射した光のうち波長が略６６０ｎｍの第二の光を反射し、その他の波長の光（第三の光）を透過する。反射鏡８３は、干渉フィルタ８２を透過した第三の光を反射するものである。第四実施形態では、干渉フィルタ８１，８２として、例えばダイクロイックミラーを用いる。
【００５６】
画像検出部４０の光電面４１は、図１１（ａ）に示すように、第一エリアＡ1 、第二エリアＡ2 、第三エリアＡ3 の三つに区分されている。第一エリアＡ1 には干渉フィルタ８１を透過した第一の光が入射し、第二エリアＡ2 には干渉フィルタ８２で反射した第二の光が入射し、そして、第三エリアＡ3 には反射鏡８３で反射した第三の光が入射する。したがって、画像検出部４０では、図１１（ｂ）に示すように、第一エリアＡ1 に対応する第一画像と、第二エリアＡ2 に対応する第二画像と、第三エリアＡ3 に対応する第三画像とからなる画像が検出される。この画像検出部４０で検出された画像信号は画像処理部５０に送られ、ディジタルの画像データに変換されて、画像メモリに記憶される。
【００５７】
コンピュータ６０のコンピュータ本体６１は、計測対象物２の奥行き方向の分布と計測対象物２の表面温度を計測する。計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理は、画像検出部４０で検出された画像のうち第三画像に基づいて行う。この第三画像を用いる点を除けば、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理は、上記第一実施形態のものと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
一方、計測対象物２の表面温度を計測するには、公知の二色温度計測法を用いる。二色温度計測法とは、熱放射体の二つの波長４６０ｎｍ、６６０ｎｍにおける光の強度の比がその放射体の温度の関数で表されることを利用して、放射体の温度を計測するものである。計測対象物２の温度計測は、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する際にピントが合っていると判断された計測対象物２の像の各々について行う。コンピュータ本体６１は、計測対象物２の像の第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光（波長４６０ｎｍ）の強度と、その計測対象物２の像の第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光（波長６６０ｎｍ）の強度とを求める。そして、その求めた第一の光の強度と第二の光の強度とを用いて、計測対象物２の温度を計測する。
次に、第四実施形態の測距装置において、計測対象物２の奥行き方向の分布及び計測対象物２の表面温度を計測する処理手順について説明する。
【００５９】
まず準備作業として、オペレータは、第一光学系１０を図１０の右側に移動した後、光学レンズ系３０の各構成レンズの相対位置を調整して、画像検出部４０の光電面から前方、例えば６ｍのところに光学レンズ系３０の焦点を正確に合わせる。また、オペレータは、計測対象物２の落下速度に応じて、計測対象物２の瞬間の状態を捉えた画像を得ることができるような電子シャッタのシャッタスピードを、マウスを用いてＣＲＴ表示装置６２の画面上で入力する。
【００６０】
かかる準備作業が終了した後、オペレータは、キーボード又はマウスを用いて、ＣＲＴ表示装置６２の画面上で、光学レンズ系３０の焦点位置についての情報と、第一光学系１０の位置についての情報とを入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。このとき、各画像において、その第一画像には、波長４６０ｎｍの第一の光による像が写り、第二画像には、波長６６０ｎｍの第二の光による像が写り、そして、第三画像には、波長４６０ｎｍ及び６６０ｎｍ以外の波長の第三の光による像が写る。
【００６１】
次に、かかる動作が終了した後、オペレータは、第一光学系１０を５ｃｍだけ図１０の左側に移動させる。これにより、光学レンズ系３０の焦点は、画像検出部４０の光電面から前方、６ｍ１０ｃｍのところに合うことになる。そして、オペレータは、その第一光学系１０の位置についての情報を入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は再び、画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。その後も、第一光学系１０を５ｃｍずつ前方に移動しながら、画像検出部４０で画像を検出する処理を上記と同様にして繰り返す。この繰り返す動作は、光学レンズ系３０の焦点が画像検出部４０の光電面から前方１０ｍのところに合うまで行う。
【００６２】
画像検出部４０で得られた各画像信号は、画像処理部５０に送られ、画像処理部５０は画像信号を画像データに変換して、画像メモリに記憶する。コンピュータ本体６１は、最初に、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する。すなわち、画像メモリに記憶された画像データを読み出し、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎の画像データのうち第三画像に基づいて、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断する。コンピュータ本体６１は、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎に、ピントが合っている計測対象物２の像の個数を数え、これから、計測対象物２の奥行き方向の分布を求める。
【００６３】
次に、コンピュータ本体６１は、計測対象物２の表面温度を計測する。上記の計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理の際にピントが合っていると判断された計測対象物２の像については、その中心が第三画像上においてどこに位置しているかが既に特定されている。コンピュータ本体６１は、その計測対象物２の像の中心を表す第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光（波長４６０ｎｍ）の強度を求めると共に、その計測対象物２の像の中心を表す第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光（波長６６０ｎｍ）の強度を求める。そして、これら二つの波長（４６０ｎｍ、６６０ｎｍ）における光の強度を用いて、当該計測対象物２の温度を計測する。このようにして、移動する計測対象物２の奥行き方向の分布を求めると同時に、計測対象物２の温度を計測することができる。
【００６４】
第四実施形態の測距装置では、光学レンズ系を通過した光を、波長が略４６０ｎｍである第一の光と、波長が略６６０ｎｍである第二の光と、第一の光及び第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタユニットを設けたことにより、画像検出部は、第一の光によって得られる第一画像と、第二の光によって得られる第二画像と、第三の光によって得られる第三画像とからなる多数の画像を検出することができる。このため、第三画像に基づいてピントが合っていると判断された計測対象物の像の各々について、計測対象物の像の第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光の強度と、計測対象物の像の第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光の強度とを求めることにより、二色温度計測法を用いて、計測対象物の温度を計測することができる。尚、その他の効果は上記第一実施形態のものと同様である。
【００６５】
次に、本発明の第五実施形態について図面を参照して説明する。図１２は本発明の第五実施形態である測距装置の概略構成図、図１３はその測距装置の分光ユニットの概略構成図である。尚、第五実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
【００６６】
第五実施形態の測距装置は、図１２に示すように、第一光学系１０と、第二光学系２０と、光学レンズ系３０と、画像検出部４０と、画像処理部５０と、コンピュータ６０と、分光手段としての分光ユニット９０とを備える。
第五実施形態では、第四実施形態と同様に、落下している多数の計測対象物２についての奥行き方向の分布を計測すると共に、その計測対象物２の表面温度を計測する場合について説明する。分光ユニット９０は、計測対象物２の温度を計測するために設けられたものである。
【００６７】
分光ユニット９０は、光学レンズ系３０と画像検出部４０との間に取り付けられる。分光ユニット９０は、図１３に示すように、スリット（開口部）９１と、二つの反射鏡９２ａ，９２ｂと、二つの凹面鏡９３ａ，９３ｂと、回折格子９４とを有する。スリット９１は、光学レンズ系３０を通過した光の一部を分光ユニット９０内に取り込むためのものであり、略長方形状をしている。スリット９１を通過した光は、反射鏡９２ａ及び凹面鏡９３ａで反射された後、回折格子９４に入射する。回折格子９４は、スリット９１を通過した光を、その光のスリット９１の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分光するものである。そして、回折格子９４で分光した光は、凹面鏡９３ｂ及び反射鏡９２ｂで反射した後、画像検出部４０の光電面に入る。
【００６８】
このため、画像検出部４０は、スリット９１の幅方向に対応する方向には分光されており、スリット９１の長さ方向に対応する方向には分光されていない光を検出することになる。したがって、画像検出部４０で検出される画像は、例えば、図１４（ａ）に示すように、ｙ座標軸がスリット９１の長さ方向の位置を表し、ｘ座標軸が波長を表すものとなる。すなわち、その画像上の各画素点は、その点のｙ座標に対応するスリット９１の長さ方向の位置を通過した光であって、その点のｘ座標に対応する波長を有する光の強度の情報を持っている。尚、画像検出部４０で検出された画像信号は画像処理部５０に送られ、ディジタルの画像データに変換されて、画像メモリに記憶される。
【００６９】
コンピュータ６０のコンピュータ本体６１は、計測対象物２の奥行き方向の分布と計測対象物２の表面温度を計測する。計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理は、原理的には上記第一実施形態のものと同様である。しかし、画像検出部４０は分光ユニット９０で分光した光を検出するので、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断する処理が上記第一実施形態のものと若干異なる。すなわち、コンピュータ本体６１は、例えば、図１４（ａ）に示す画像データに基づいて、同じｙ座標を持つ画素点について、それらの光の強度を加算することにより、図１４（ｂ）に示すように、スリット９１の長さ方向に対する光の強度分布を求める。次に、この光の強度分布において一定の強度以上の明るい範囲を見いだす。この明るい範囲は計測対象物２の像を表す範囲として特定される。その後、コンピュータ本体６１は、そのスリットの長さ方向の光の強度分布に基づいて、計測対象物２の像の輪郭部分における光の強度の傾きを求める。その光の強度の傾きの大きさが所定の基準値以上であれば、計測対象物２の像にピントが合っていると判断し、一方、その傾きの大きさが所定の基準値よりも小さければ、計測対象物２の像にピントが合っていないと判断する。
【００７０】
一方、計測対象物２の表面温度を計測するには、上記の第四実施形態と同様に、公知の二色温度計測法を用いる。この計測対象物２の温度計測は、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する際にピントが合っていると判断された計測対象物２の像の各々に対して行う。コンピュータ本体６１は、ｙ座標が計測対象物２の像の所定位置でありｘ座標が４６０ｎｍである画像上の位置における光の強度と、ｙ座標が計測対象物２の像の所定位置でありｘ座標が６６０ｎｍである画像上の位置における光の強度とを求める。そして、その求めた二つの光の強度を用いて、計測対象物２の温度を計測する。
【００７１】
次に、第五実施形態の測距装置において、計測対象物２の奥行き方向の分布及び計測対象物２の表面温度を計測する処理手順について説明する。
まず準備作業として、オペレータは、第一光学系１０を図１２の右側に移動した後、光学レンズ系３０の各構成レンズの相対位置を調整して、画像検出部４０の光電面から前方、例えば６ｍのところに光学レンズ系３０の焦点を正確に合わせる。また、オペレータは、計測対象物２の落下速度に応じて、計測対象物２の瞬間の状態を捉えた画像を得ることができるような電子シャッタのシャッタスピードを、マウスを用いてＣＲＴ表示装置６２の画面上で入力する。
【００７２】
かかる準備作業が終了した後、オペレータは、キーボード又はマウスを用いて、ＣＲＴ表示装置６２の画面上で、光学レンズ系３０の焦点位置についての情報と、第一光学系１０の位置についての情報とを入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。こうして検出された各画像は、ｙ座標軸がスリット９１の長さ方向を表し、ｘ座標軸が波長を表すものである。かかる動作が終了した後、オペレータは、第一光学系１０を５ｃｍだけ図１２の左側に移動させる。そして、その第一光学系１０の位置についての情報を入力すると共に、画像検出の動作を開始する旨のボタンを押す。すると、コンピュータ本体６１は再び、画像検出部４０に信号を送り、画像検出部４０の電子シャッタが一定時間内に何度も切られて、多数の画像が検出される。その後も、第一光学系１０を５ｃｍずつ前方に移動しながら、画像検出部４０で画像を検出する処理を上記と同様にして繰り返す。この繰り返す動作は、光学レンズ系３０の焦点が画像検出部４０の光電面から前方１０ｍのところに合うまで行う。
【００７３】
画像検出部４０で得られた各画像信号は、画像処理部５０に送られ、画像処理部５０は画像信号を画像データに変換して、画像メモリに記憶する。コンピュータ本体６１は、最初に、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する。すなわち、画像メモリに記憶された画像データを読み出し、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎の画像データに基づいて、スリット９１の長さ方向に対する光の強度分布を求める。そして、その光の強度分布を用いて、計測対象物２の像にピントが合っているか否かを判断する。コンピュータ本体６１は、光学レンズ系３０の焦点を合わせた各位置毎に、ピントが合っている計測対象物２の像の個数を数え、これから、計測対象物２の奥行き方向の分布を求める。
【００７４】
次に、コンピュータ本体６１は、計測対象物２の表面温度を計測する。上記の計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する処理の際にピントが合っていると判断された各計測対象物２の像については、その中心が画像上においてどのｙ座標に対応するものかが既に特定されている。コンピュータ本体６１は、ｙ座標がその計測対象物２の像の中心を表す位置であってｘ座標が波長４６０ｎｍである画素点における光の強度と、ｙ座標がその計測対象物２の像の中心を表す位置であってｘ座標が波長６６０ｎｍである画素点における光の強度とを求める。そして、これら二つの波長（４６０ｎｍ、６６０ｎｍ）における光の強度を用いて、当該計測対象物２の温度を計測する。このようにして、移動する計測対象物２の奥行き方向の分布を求めると同時に、計測対象物２の温度を計測することができる。
【００７５】
第五実施形態の測距装置では、光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状のスリットと、スリットを通過した光をその光のスリットの幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分ける回折格子とを有する分光ユニットを設けたことにより、画像検出部は、例えばｙ座標軸がスリットの長さ方向の位置を表しｘ座標軸が波長を表す画像を検出することができる。このため、かかる画像に基づいて計測対象物の奥行き方向の分布を計測する際にピントが合っていると判断された計測対象物の像の各々について、ｙ座標が計測対象物の像の所定位置でありｘ座標が４６０ｎｍである画像上の位置における光の強度と、ｙ座標が計測対象物の像の所定位置でありｘ座標が６６０ｎｍである画像上の位置における光の強度とを求めることにより、二色温度計測法を用いて、計測対象物の温度を計測することができる。尚、その他の効果は上記第一実施形態のものと同様である。
【００７６】
次に、本発明の第六実施形態について図面を参照して説明する。図１５は本発明の第六実施形態である測距装置の概略構成図である。尚、第六実施形態において、第一及び第四実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
第六実施形態の測距装置は、図１５に示すように、光学レンズ系３０と、画像検出部４０ａと、画像処理部５０と、コンピュータ６０と、レーザ発振装置７０ｂと、フィルタユニット８０と、光検出器１１０と、電気信号処理保存器１２０とを備えるものである。ここで、コンピュータ６０のコンピュータ本体６１と電気信号処理保存器１２０とが本発明の信号処理手段の役割を果たす。
【００７７】
第六実施形態では、第四実施形態と同様に、落下している多数の計測対象物２についての奥行き方向の分布を計測すると共に、その計測対象物２の表面温度を計測する場合について説明する。このとき、計測対象物２の表面温度を計測する方法は第四実施形態のものと同様であるが、計測対象物２の奥行き方向の分布を求める方法は第四実施形態のものと全く異なる。
【００７８】
第六実施形態では、レーザ発振装置７０ｂ、光検出器１１０、電気信号処理保存器１２０、コンピュータ本体６１により、計測対象物２の奥行き方向の分布を計測する。レーザ発振装置７０ｂは、断続するパルス波形出力を発生するもの（パルスレーザ）である。パルスレーザとしては、例えばＮ2 レーザを用いる。このレーザ光の波長は３３７ｎｍであり、パルス幅は１０-12 秒である。このパルス幅は第三実施形態で使用するものに比べてかなり短い。一般に、レーザ発振装置７０ｂとしては、４６０ｎｍ及び６６０ｎｍ以外の波長のレーザ光を発するものを用いる必要がある。これは、後述するように、計測対象物２が発する光のうち波長４６０ｎｍ及び６６０ｎｍの光と、計測対象物２で反射して戻ってきたレーザ光とをフィルタユニット８０で分けることができるようにするためである。また、レーザ光のスポット径は、計測対象物２の直径よりも小さくする。レーザ発振装置７０ｂは、一つのパルスレーザ光を発すると、その発生タイミングと同時に、一つのパルスレーザ光を発した旨の信号をコンピュータ本体６１と電気信号処理保存器１２０とに送る。
【００７９】
レーザ発振装置７０ｂから発せられたパルスレーザ光は、ビーム折返し用プリズム１６０を介して、移動している多数の計測対象物２に向けて前方に放射される。そして、計測対象物２がパルスレーザ光の光軸上を横切って落下し、パルスレーザ光が計測対象物２に当たると、パルスレーザ光はその計測対象物２で反射される。計測対象物２で反射したパルスレーザ光のうち光学レンズ系３０に向かって進むものは、ビームスプリッタ１７０で二つに分けられる。ビームスプリッタ１７０で分けられた一方のパルスレーザ光はさらに反射鏡１８０で反射して、光検出器１１０に入射する。また、ビームスプリッタ１７０で分けられた他方のパルスレーザ光はそのまま直進して、光学レンズ系３０に入射する。
【００８０】
光検出器１１０は、計測対象物２で反射して戻ってきたパルスレーザ光を検出するものである。かかる光検出器１１０は、パルスレーザ光を検出すると、パルスレーザ光を検出した旨の信号を電気信号処理保存器１２０に送る。電気信号処理保存器１２０は、レーザ発振装置７０ｂからのパルスレーザ光を発した旨の信号を受け取った時間と、光検出器１１０からのパルスレーザ光を検出した旨の信号を受け取った時間とに基づいて、計測対象物２の距離を算出するものである。すなわち、パルスレーザ光を検出した旨の信号を受け取った時間が、パルスレーザ光を発した旨の信号を受け取った時間からΔｔだけ遅れていたとすると、この時間差Δｔは、レーザ発振装置７０ｂから計測対象物２までの距離ｄ1 と計測対象物２から光検出器１１０までの距離ｄ2 とをパルスレーザ光が進んだときに要した時間である。したがって、大気中の光の速度をｃとすれば、Δｔを計測することにより、パルスレーザ光が進んだ全距離ｄ1 ＋ｄ2 は、ｄ1 ＋ｄ2 ＝Δｔ×ｃから容易に求めることができる。また、レーザ光の進行ルートは予め分かっているので、求めた全距離ｄ1 ＋ｄ2 に基づいて、例えばＣＣＤカメラの光電面から計測対象物２までの奥行き方向の距離を簡単に得ることができる。電気信号処理保存器１２０は、こうして算出した計測対象物２の距離に関する情報をコンピュータ本体６１に送る。コンピュータ本体６１は、電気信号処理保存器１２０から送られる情報に基づいて、算出した各距離毎の計測対象物２の個数を数えることにより、計測対象物２の奥行き方向の分布を求める。
【００８１】
光学レンズ系３０は、計測対象物２が発する光及び計測対象物２で反射して戻ってきたレーザ光を含む計測対象物２からの光を結像させるものであり、多数の計測対象物２に向けて設置される。ここで、光学レンズ系３０は、第一実施形態の場合とは異なり、焦点深度を深くして、視野に含まれるすべてのものにピントが合うように調整する。フィルタユニット８０は、光学レンズ系３０と画像検出部４０ａとの間に取り付けられる。
【００８２】
画像検出部４０ａは、機械シャッタを有するＣＣＤカメラである。第四実施形態で詳述したように、フィルタユニット８０は、光学レンズ系３０を通過した光を、波長が略４６０ｎｍである第一の光と、波長が略６６０ｎｍである第二の光と、第一の光及び第二の光以外の第三の光とに分けるものである。第六実施形態では、レーザ光の波長が３３７ｎｍであるので、計測対象物２で反射して戻ってきたレーザ光は第三の光に含まれ、第一の光及び第二の光に含まれることはない。第一の光及び第二の光には、計測対象物２が発する光及び背景からの光が含まれる。また、画像検出部４０ａの光電面は、第一の光が入射する第一エリア、第二の光が入射する第二エリア、第三の光が入射する第三エリアに区分されている。このため、画像検出部４０ａでは、第一エリアに対応する第一画像と、第二エリアに対応する第二画像と、第三エリアに対応する第三画像とからなる画像が検出される。この画像検出部４０ａで検出された画像信号は画像処理部５０に送られ、ディジタルの画像データに変換されて、画像メモリに記憶される。尚、第六実施形態では、画像検出部４０ａで検出した画像は、計測対象物２の温度を検出するためだけに使用する。
【００８３】
コンピュータ本体６１は、電気信号処理保存器１２０から送られる各計測対象物の距離情報に基づいて計測対象物２の奥行き方向の分布を求めると共に、画像メモリに記憶された画像データに基づいて計測対象物２の表面温度を計測するものである。コンピュータ本体６１は、計測対象物２の温度を計測する場合には、第三の光によって得られた第三画像に基づいて計測対象物２のスポット部分の像の位置を検出した後、その検出した第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光の強度と、その検出した第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光の強度とを求める。そして、その求めた第一の光の強度と第二の光の強度とを用いて、公知の二色温度計測法により計測対象物２の温度を計測する。
【００８４】
次に、第六実施形態の測距装置において、計測対象物２の奥行き方向の分布及び計測対象物２の表面温度を計測する処理手順について説明する。
オペレータがキーボード又はマウスを用いてＣＲＴ表示装置６２の画面上で、処理を開始する旨のボタンを押すと、コンピュータ本体６１は各部に信号を送り、処理が開始される。レーザ発振装置７０ｂは、一つのパルスレーザ光を発すると、パルスレーザ光を発した旨の信号をコンピュータ本体６１と電気信号処理保存器１２０とに送る。レーザ発振装置７０ｂから発せられたパルスレーザ光が計測対象物２に当たると、その計測対象物２で反射したパルスレーザ光のうち光学レンズ系３０に向かって進むものはビームスプリッタ１７０で二つに分けられる。そして、分けられた二つのパルスレーザ光はそれぞれ、光検出器１１０、光学レンズ系３０に導かれる。
【００８５】
光検出器１１０は、計測対象物２で反射して戻ってきたパルスレーザ光を検出すると、パルスレーザ光を検出した旨の信号を電気信号処理保存器１２０に送る。電気信号処理保存器１２０は、レーザ発振装置７０ｂからのパルスレーザ光を発した旨の信号を受け取った時間と光検出器１１０からのパルスレーザ光を検出した旨の信号を受け取った時間との時間差に基づいて、当該レーザ光が当たった計測対象物２までの距離を算出する。電気信号処理保存器１２０は、こうして計測した計測対象物２の距離に関する情報をコンピュータ本体６１に送る。コンピュータ本体６１は、こうして電気信号処理保存器１２０から送られる多数の情報に基づいて、算出した各距離毎の計測対象物２の個数を数えることにより、計測対象物２の奥行き方向の分布を求める。
【００８６】
一方、コンピュータ本体６１は、レーザ発振装置７０ｂからパルスレーザ光を発した旨の信号を受け取ると、機械シャッタを切る旨の信号を画像検出部４０ａに送る。これにより機械シャッタが切られ、画像検出部４０ａで画像が検出される。ここで、機械シャッタの最高のシャッタスピードは、ミリ秒オーダである。このため、当該パルスレーザ光が計測対象物２に当たり、その計測対象物２で反射したパルスレーザ光は、機械シャッタが開いている間に、ビームスプリッタ１７０、光学レンズ系３０、フィルタユニット８０を介して画像検出部４０ａに必ず入射することになる。また、かかる画像には、当然のことながら、計測対象物２が発する光、背景からの光についての情報も含まれている。この画像検出部４０ａで検出された画像信号は画像処理部５０に送られ、ディジタルの画像データに変換されて、画像メモリに記憶される。
【００８７】
その後、コンピュータ本体６１は、画像メモリに記憶された画像データを読み出し、画像データのうち第三画像に基づいて計測対象物２のスポット部分の像を認識し、その像の中心を特定する。ここで、第六実施形態では、光学レンズ系３０を視野のすべてのものにピントが合うように調整しているため、第三画像にはスポット部分の像が明確に写るので、そのスポット部分の像を容易に特定することができる。コンピュータ本体６１は、そのスポット部分の像の中心を表す第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光（波長４６０ｎｍ）の強度を求めると共に、そのスポット部分の像の中心を表す第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光（波長６６０ｎｍ）の強度を求める。そして、これら二つの波長（波長４６０ｎｍ、６６０ｎｍ）における光の強度に基づいて、計測対象物２の温度を計測する。このようにして、移動する計測対象物２の奥行き方向の分布を求めると同時に、計測対象物２の温度を計測することができる。
【００８８】
第六実施形態の測距装置では、パルスレーザ光を発してから戻ってくるまでの時間差に基づいて計測対象物の距離を算出することにより、計測対象物の距離を高分解能で求めることができる。したがって、その算出した結果から各距離毎の計測対象物２の個数を数えることにより計測対象物の奥行き方向の分布を高精度で求めることができる。また、パルスレーザ光が当たった各計測対象物毎に、その計測対象物の位置と温度を計測することができる。
【００８９】
尚、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、上記の第四実施形態では、第一実施形態の測距装置にフィルタユニットを設けることにより、計測対象物の奥行き方向の分布を求めると共に、計測対象物の温度を計測する場合について説明したが、第二実施形態の測距装置又は第三実施形態の測距装置にフィルタユニットを設けるようにしてもよい。図１６は第二実施形態の測距装置にフィルタユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図、図１７は第三実施形態の測距装置にフィルタユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。尚、図１６及び図１７において、第一乃至第四実施形態のものと同一の機能を有するものには同一の符号を付している。
【００９０】
図１６又は図１７の測距装置において、光学レンズ系３０としては、バンドパスフィルタを設けない第一実施形態のものを用いる。また、図１６の測距装置におけるレーザ発振装置７０、又は図１７の測距装置におけるレーザ発振装置７０ａとしては、二色温度計測法で用いる二つの波長４６０ｎｍ及び６６０ｎｍ以外の波長を持つレーザ光を発するものを用いる。これにより、第三画像には計測対象物のスポット部分の像が明確に写るため、第三画像に基づいてスポット部分の像を認識する処理や、スポット部分の像にピントが合っているか否かの判断処理が簡単且つ迅速に行うことができるという利点がある。これらの測距装置は、上記第四実施形態のものと同様の効果を奏する。
【００９１】
また、上記の第五実施形態では、第一実施形態の測距装置に分光ユニットを設けることにより、計測対象物の奥行き方向の分布を求めると共に、計測対象物の温度を計測する場合について説明したが、第二実施形態の測距装置又は第三実施形態の測距装置に分光ユニットを設けるようにしてもよい。図１８は第二実施形態の測距装置に分光ユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図、図１９は第三実施形態の測距装置に分光ユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。尚、図１８及び図１９において、第一乃至第四実施形態のものと同一の機能を有するものには同一の符号を付している。
【００９２】
図１８又は図１９の測距装置において、光学レンズ系３０としては、バンドパスフィルタを設けない第一実施形態のものを用いる。また、図１８の測距装置におけるレーザ発振装置７０、又は図１９の測距装置におけるレーザ発振装置７０ａとしては、二色温度計測法で用いる二つの波長４６０ｎｍ及び６６０ｎｍ以外の波長を持つレーザ光を発するものを用いる。これにより、画像には計測対象物のスポット部分の像が明確に写るため、スポット部分の像を認識する処理や、スポット部分の像にピントが合っているか否かの判断処理が簡単且つ迅速に行うことができる。これらの測距装置は、上記第五実施形態のものと同様の効果を奏する。
【００９３】
また、上記の第六実施形態において、フィルタユニット８０に代えて分光ユニット９０を用いることにより、第五実施形態と同様にして計測対象物の温度を検出するようにしてもよい。
また、上記の第四及び第五実施形態では、第一の光の波長が４６０ｎｍ、第二の光の波長が６６０ｎｍである場合について説明したが、第一の光として４６０ｎｍと異なる波長の光を用い、第二の光として６６０ｎｍ及び第一の光の波長と異なる波長の光を用いてもよい。
【００９４】
更に、上記の第四乃至第六実施形態では、移動する計測対象物の奥行き方向の分布を計測すると共に、その計測対象物の温度を計測する場合について説明したが、第四乃至第六実施形態の測距装置は、移動する計測対象物の温度のみを計測する温度計測装置として使用することも可能である。
加えて、上記の各実施形態では、計測対象物が直径約１〜２ｃｍの球形状をしている場合について説明したが、計測対象物は粒状物だけでなく粉状物であってもよい。一般に、本発明は、どのような大きさ・形状の物に対しても適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第一光学系を移動することによって光学レンズ系の焦点の合う位置を少なくとも光学レンズ系の焦点深度と同じ距離ずつずらす度に、シャッタ手段を用いて一定時間内に少なくとも一度、光学レンズ系を通過した光を画像検出手段に取り込むことにより、移動する計測対象物の瞬間の状態を捉えた複数の画像を検出することができる。そして、焦点を合わせた各位置毎の画像データに基づいてピントが合っている計測対象物の像の個数を数えることにより当該焦点を合わせた位置を移動する計測対象物の個数を求めることができるので、その求めた結果から、移動している計測対象物の奥行き方向の分布を計測することができる。
【００９６】
また、光学レンズ系を通過した光を、波長が第一波長値（例えば略４６０ｎｍ）である第一の光と、波長が第一波長値と異なる第二波長値（例えば略６６０ｎｍ）である第二の光と、第一の光及び第二の光以外の第三の光とに分けるフィルタ手段を設けることにより、画像検出手段は、第一の光によって得られる第一画像と、第二の光によって得られる第二画像と、第三の光によって得れらる第三画像とからなる多数の画像を検出することができる。このため、第三画像に基づいてピントが合っていると判断された計測対象物の像の各々について、計測対象物の像の第三画像上の位置に対応する第一画像上の位置における第一の光の強度と、計測対象物の像の第三画像上の位置に対応する第二画像上の位置における第二の光の強度とを求めることにより、二色温度計測法を用いて、計測対象物の温度を計測することができる。
【００９７】
更に、上記フィルタ手段の代わりに、光学レンズ系を通過した光の一部を取り込むための長方形状の開口部と、開口部を通過した光をその光の開口部の幅方向に対応する方向に沿って各波長の光に分ける回折格子とを有する分光手段を設けることにより、画像検出手段は、例えばｙ座標軸が開口部の長さ方向の位置を表しｘ座標軸が波長を表す画像を検出することができる。このため、かかる画像に基づいて計測対象物の奥行き方向の分布を計測する際にピントが合っていると判断された計測対象物の像の各々について、ｙ座標が計測対象物の像の所定位置でありｘ座標が第一波長値である画像上の位置における光の強度と、ｙ座標が計測対象物の像の所定位置でありｘ座標が第二波長値である画像上の位置における光の強度とを求めることにより、二色温度計測法を用いて、計測対象物の温度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図２】その測距装置の画像検出部の概略構成図である。
【図３】背景が白色である場合にピントが合っている計測対象物の画像データを模式的に示した図である。
【図４】背景が白色である場合にピントが合っていない計測対象物の画像データを模式的に示した図である。
【図５】（ａ）は図３の場合にｘ方向の光の強度分布を示す図、（ｂ）は図４の場合にｘ方向の光の強度分布を示す図である。
【図６】（ａ）は背景が黒色の場合に計測対象物の像にピントが合っているときのｘ方向の光の強度分布を示す図、（ｂ）は背景が黒色の場合に計測対象物の像にピントが合っていないときのｘ方向の光の強度分布を示す図である。
【図７】本発明の第二実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図８】球形状の計測対象物の像にピントが合っている場合の光の強度分布を示す図である。
【図９】本発明の第三実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第四実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図１１】（ａ）はその測距装置のフィルタユニットの概略構成図、（ｂ）はその測距装置の画像検出部で得られた画像を説明するための図である。
【図１２】本発明の第五実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図１３】その測距装置の分光ユニットの概略構成図である。
【図１４】（ａ）は画像データを説明するための図、（ｂ）はスリットの長さ方向に対する光の強度分布の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第六実施形態である測距装置の概略構成図である。
【図１６】第二実施形態の測距装置にフィルタユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。
【図１７】第三実施形態の測距装置にフィルタユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。
【図１８】第二実施形態の測距装置に分光ユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。
【図１９】第三実施形態の測距装置に分光ユニットを加えて構成した測距装置の概略構成図である。
【符号の説明】
２    計測対象物
１０    第一光学系
１１，１２    反射鏡
２０    第二光学系
２１，２２    反射鏡
３０，３０ａ    光学レンズ系
３１    バンドパスフィルタ
４０，４０ａ    画像検出部
４１    光電面
４２    マイクロチャネルプレート
４３    蛍光面
４４    撮像部
５０    画像処理部
６０    コンピュータ
６１    コンピュータ本体
６２    ＣＲＴ表示装置
７０，７０ａ，７０ｂ    レーザ発振装置
８０    フィルタユニット
８１，８２    干渉フィルタ
８３    反射鏡
９０    分光ユニット
９１    スリット
９２ａ，９２ｂ    反射鏡
９３ａ，９３ｂ    凹面鏡
９４    回折格子
１１０    光検出器
１２０    電気信号処理保存器
１６０    ビーム折返し用プリズム
１７０    ビームスプリッタ
１８０    反射鏡
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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