JPWO2014157511A1 - Reflected light measuring device - Google Patents
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Abstract
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。Provided is a reflected light measurement device that has a simple structure and good workability in processing and assembly while eliminating the influence of stray light caused by reflection on the top and bottom surfaces of a window. A housing case 25 that houses an optical system including a light source 21 that emits light toward the measurement target surface and a light receiving unit 24 that receives reflected light from the measurement target surface, and has an opening in the direction of the measurement target surface; An exit window 27 inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis Y of the light emitted from the light source 21 is provided in a part of the window 26 of the reflected light measurement device provided with a window 26 that seals the opening of the housing case 25; The light emitted from the light source 21 is irradiated toward the measurement target surface through the emission window 27.
Description
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。 The present invention measures the amount of light reflected from the light source to the measurement target surface to detect the presence or absence of a detection target existing on the measurement target surface, and the distance to the measurement target surface or the reflectance of the measurement target surface. The present invention relates to a reflected light measuring device for measuring the above.
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。 Conventionally, the amount of light reflected from the light source to the measurement target surface is measured to detect the presence or absence of a detection target existing on the measurement target surface, and the distance to the measurement target surface or the reflectance of the measurement target surface is determined. As a reflected light measuring device for measurement, for example, an oil film detecting device, a distance measuring device, a reflectance measuring device, and the like are known. These reflected light measuring devices contain a light source for irradiating light and a light receiving unit for receiving reflected light in a housing case to prevent water condensation in an optical system and protect an electrical part, and are sealed watertight by a window. It is configured.
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。 In such a reflected light measuring device, normal measurement may be disturbed by stray light other than the light intended for the measurement. The following apparatus is used as a reflected light measuring apparatus in which measures are taken to eliminate the influence of stray light caused by reflection / scattering of light from the light source by the top surface (inner surface) and bottom surface (outer surface) of the window. Is provided.
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。
For example, a detector of a conventional oil film detection apparatus such as Patent Document 1 includes a
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。 Patent Document 2 discloses a light projecting element that generates light and irradiates an object with a light projection beam, a position detection type light receiving element that receives reflected light from a measurement object via a light receiving lens, and a light receiving element. And a signal processing means for detecting the distance to the measurement object based on the output of the light beam, and a position perpendicular to the light projection beam at a position where the light projection beam and the scattered light from the measurement object are transmitted. Light attenuation that attenuates the reflected light by placing it at an angle from the surface and forming a window material that forms part of the case that houses the light projecting element and the light receiving element, and a position where the light projection beam is directly reflected by the window material A distance measuring device comprising means is disclosed.
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。 However, these conventional reflected light measuring devices are mounted with the window for sealing the opening of the storage case being inclined at a predetermined angle from a vertical surface with respect to the side wall of the storage case (a parallel surface with respect to the horizontal cross section of the storage case 15). Therefore, there is a problem that the design and processing are complicated, the workability of processing and assembly is poor, and the cost is increased.
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。
Further, in the conventional measuring apparatus, since the
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。 Further, for example, a conventional distance measuring apparatus such as Patent Document 2 removes the influence of stray light caused by the top and bottom surfaces of the window, and similarly to the conventional oil film detector of FIG. Are attached to the apparatus at a predetermined angle with respect to the optical axis. However, in order to prevent the stray light from adversely affecting the measurement, the housing is provided with a light attenuating means for shielding and attenuating stray light. Therefore, the structure is complicated and the cost increases due to the increase in parts. There was a problem.
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。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is easy to work and assemble with a simple structure while eliminating the influence of stray light caused by reflection on the top and bottom surfaces of the window. An object of the present invention is to provide a reflected light measuring device.
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。 In order to achieve the above object, a reflected light measuring apparatus according to the present invention includes a light source that irradiates light toward a measurement target surface, and a light reception signal that receives the reflected light from the measurement target surface and that corresponds to the amount of light received. A reflected light measuring apparatus comprising: an optical system including a light receiving unit that outputs a light; a housing case that houses the optical system and has an opening in a direction of the measurement target surface; and a window that seals the opening of the housing case. The window is disposed perpendicular to the side wall of the housing case, and has a part of the window that has an exit window inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light source, and the light emitted from the light source. Is irradiated toward the surface to be measured through the exit window.
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。 According to the present invention, the window itself that seals the opening of the housing case is arranged perpendicular to the side wall of the housing case, and therefore, the structure for sealing the opening of the housing case may be a general one, and processing and assembly work It is possible to provide a reflected light measuring device with good characteristics. In addition, an exit window that transmits the emitted light is provided in a part of the window so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light emitted from the light source. It is possible to provide a reflected light measuring apparatus that can accurately measure the influence of the generated stray light on the measurement.
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。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
An oil film detection device, which is an example of a reflected light measurement device according to an embodiment of the present invention, irradiates a measurement target surface such as a water surface with a laser beam from a light source, receives reflected light from the measurement target surface, and applies it to the measurement target surface. The oil film which exists is detected. This focuses on the fact that the reflectance of light from the oil film is higher than the reflectance of light from the water surface, measures the intensity of the reflected light from the water surface (the amount of light received), and processes the light reception signal according to the amount of light received Thus, a method using the difference in light reflectance between the water surface and the oil film, which detects the oil film, is employed. In general, it is said that the reflectance of light from the water surface is about 2%, and the reflectance of light from the oil film is between 3 and 4%, and the reflected light from the oil film is 1.5 to 2 times greater. So strong. Therefore, the presence or absence of an oil film is detected by applying light of a certain intensity to the water surface, measuring the intensity of the reflected light (the amount of light received) by the light receiving unit, and processing the light received signal in various ways. Can do. When an oil film is detected, an alarm is output.
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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example and an operation of a
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。
The
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。
The light source /
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。
The
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。
The
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。The
The
The
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。FIG. 2 is a bottom view of the
The
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。Next, the operation and action of an oil film detection apparatus which is an example of the reflected light measurement apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG.
The light emitted and scanned by the light source / scanning
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。The light transmitted through the
Moreover, the
The light reception signal corresponding to the light intensity (light reception amount) detected by the
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。
As described above, in the oil film detection device which is an example of the reflected light measurement device according to the embodiment of the present invention, the
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。
The
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。As a result, the laser light emitted from the light source / scanning
In addition, since the space efficiency is good without increasing the height dimension, an increase in the size of the apparatus can be avoided.
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。
The present embodiment has been described with an oil film detection device that is an example of a reflected light measurement device, but is a reflected light measurement device that measures the amount of reflected light emitted from a light source to a measurement target surface, for example, a distance measurement device, The present invention can also be implemented in a reflectance measuring device or the like. In the case of these measurement devices, unlike the oil film detection device, the direction of light irradiating the measurement target surface is not limited to the substantially vertical direction. For example, the light can be irradiated substantially parallel to the horizontal direction. . In this case, the
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。 Further, in the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
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
DESCRIPTION OF
23 Through-
Claims (1)
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。An optical system including a light source that emits light toward a measurement target surface, and a light receiving unit that receives reflected light from the measurement target surface and outputs a light reception signal according to the amount of light received;
A housing case for housing the optical system and having an opening in the direction of the measurement target surface;
A window for sealing the opening of the housing case;
A reflected light measuring device comprising:
The window is disposed perpendicular to the side wall of the housing case, and has a part of the window that is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light emitted from the light source,
The reflected light measuring apparatus, wherein the light emitted from the light source is irradiated toward the measurement target surface through the emission window.
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