JPH11230713A - 光学式測定装置 - Google Patents

光学式測定装置

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JPH11230713A
JPH11230713A JP3107798A JP3107798A JPH11230713A JP H11230713 A JPH11230713 A JP H11230713A JP 3107798 A JP3107798 A JP 3107798A JP 3107798 A JP3107798 A JP 3107798A JP H11230713 A JPH11230713 A JP H11230713A
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正美 石井
Kiyohide Sekimoto
清英 関本
Yutaka Hisamitsu
豊 久光
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数を大幅に減少し且つ投光側と受光側
との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要とし
て光学式測定装置の耐振動性を大幅に向上する。 【解決手段】 パルスレーザー光を対象物に向けて投光
し、その反射光を受光するまでの時間計測により対象物
までの距離を測定するようにした光学式測定装置に関
し、投光用光ファイバコア３１の終端と受光用光ファイ
バコア３２の始端とを光軸を同方向に向け互いに近接さ
せて同一クラッド内に一体的に保持して成る双方向性の
光ファイバ３３を用い、この光ファイバ３３の先端部を
投光受光兼用レンズ３４の焦点位置近傍に配置し、投光
用光学系と受光用光学系とを一つの系にまとめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物までの距離
を非接触で遠隔から測定できる光学式測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、対象物の表面形状を非接触で遠隔
から認識する形状認識装置として用いられている光学式
測定装置が知られており、例えば船艙にバラ積みされた
石炭や鉄鉱石等の対象物の表面位置、即ち対象物の積層
高さの計測等に用いられている。
【０００３】図５に示すように、このような従来の光学
式測定装置１は、例えば投光部２、部分透過ミラー３、
光学式スキャナを成すＸ軸ミラー４及びＹ軸ミラー６と
その駆動部５，７、保護窓部８、受光部９等からなるセ
ンサヘッド部１０と、システム制御部１１、パルスレー
ザー発振器１２、スキャナ制御回路１３、時間間隔計測
器１４等からなる信号処理部１５とにより構成されてい
る。
【０００４】そして、システム制御部１１からの指令に
基づいてパルスレーザー発振器１２からパルスレーザー
光が発信され、該パルスレーザー光が投光部２から投光
されて部分透過ミラー３、Ｘ軸ミラー４、Ｙ軸ミラー
６、保護窓部８を介し船艙１６内にバラ積みされた対象
物１７へ照射されるようになっている。
【０００５】この時、システム制御部１１からの指令に
基づいてスキャナ制御回路１３によりＸ軸ミラー４の駆
動部５及びＹ軸ミラー６の駆動部７が制御され、Ｘ軸ミ
ラー４及びＹ軸ミラー６が回転または往復旋回されて、
投光部２からのパルスレーザー光が船艙１６内にバラ積
みされた対象物１７上で二次元走査される。
【０００６】そして、対象物１７から反射された反射光
は、保護窓部８、Ｙ軸ミラー６、Ｘ軸ミラー４、及び部
分透過ミラー３を介して受光部９で受光され、該受光部
９から時間間隔計測器１４へと送られて該時間間隔計測
器１４にてパルスレーザー光が投光されてから受光され
るまでの時間が計測され、この時間に基づきシステム制
御部１１にて対象物１７までの距離が求められると共
に、これらの距離データを合成して対象物１７の表面形
状が認識されるようにしてある。
【０００７】図６は前述した光学式測定装置１のセンサ
ヘッド部１０内における投光部２及び受光部９の詳細を
示すもので、前記投光部２は、パルスレーザー発振器１
２からパルスレーザー光を導く投光用光ファイバ１８
と、該投光用光ファイバ１８を保持するホルダ１９と、
該ホルダ１９を光軸に対し直角な軸を中心に俯仰自在に
装着したホルダベース２０と、該ホルダベース２０を光
軸方向に進退動自在に装着したトランスレーションステ
ージ２１と、投光用光ファイバ１８の終端から投光され
るパルスレーザー光の投光角を絞る投光レンズ２２と、
該投光レンズ２２を保持するレンズホルダ２３とにより
構成されている。
【０００８】一方、前記受光部９は、部分透過ミラー３
により反射された反射光を集光する受光レンズ２４と、
該受光レンズ２４を保持するレンズホルダ２５と、前記
受光レンズ２４により集光された反射光を時間間隔計測
器１４へ導く受光用光ファイバ２６と、該受光用光ファ
イバ２６を保持するホルダ２７と、該ホルダ２７を光軸
に対し直角な軸を中心に俯仰自在に装着したホルダベー
ス２８と、該ホルダベース２８を光軸方向に進退動自在
に装着したトランスレーションステージ２９ととにより
構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の光学式測定装置１においては、投光部２と受光
部９とが分離構成されていた為、投光用光学系と受光用
光学系の二つの系が必要となって部品点数が多くなり、
しかも、投光側と受光側との光軸を合せる為の多くの調
整箇所（可動部分）が必要となって振動に対し構造的に
弱くなってしまうという不具合があった。
【００１０】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、部品点数を大幅に減少し且つ投光側と受光側との光
軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要として光学
式測定装置の耐振動性を大幅に向上することを目的とし
ている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、パルスレーザ
ー光を対象物に向けて投光し、その反射光を受光するま
での時間計測により対象物までの距離を測定するように
した光学式測定装置において、投光用光ファイバコアの
終端と受光用光ファイバコアの始端とを光軸を同方向に
向け互いに近接させて一体的に保持し且つ同一レンズの
焦点位置近傍に配置したことを特徴とするものである。
【００１２】このようにすれば、投光用光学系と受光用
光学系とを一つの系にまとめることが可能となるので、
部品点数が大幅に減少されることになり、しかも、振動
による投光側と受光側との光軸のずれが原理的に生じな
くなる為、投光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇
所（可動部分）が不要となり、その耐振動性が大幅に向
上されることになる。
【００１３】また、本発明においては、投光用光ファイ
バコアの開口数を受光用光ファイバコアの開口数以下に
して、レンズを透過したパルスレーザー光の投光領域が
反射光の受光領域内に含まれるように構成することが好
ましく、このようにすれば、対象物から反射された反射
光の光量をより多く受光して該反射光を高感度に検出す
ることが可能となる。
【００１４】更に、本発明においては、レンズを介し投
光されたパルスレーザー光を二次元走査する光学式スキ
ャナを備えることが可能であり、このようにすれば、対
象物の広範囲に亘る距離データを容易に且つ効率良く得
ることが可能となり、これらの距離データを合成して対
象物の表面形状を認識する形状認識装置として用いるこ
とが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。
【００１６】図１〜図４は本発明を実施する形態の一例
を示すもので、図５及び図６と同一の符号を付した部分
は同一物を表わしている。
【００１７】図１に示す如く、本形態例の光学式測定装
置３０は、前述した図５の光学式測定装置１と略同様
に、パルスレーザー光を対象物１７に向けて投光し、そ
の反射光を受光するまでの時間計測により対象物１７ま
での距離を測定するようにしたものであるが、パルスレ
ーザー光の投光と反射光の受光とを共通の投光受光部３
６により行うようにしており、より具体的には、図２に
示す如く、投光用光ファイバコア３１の終端と受光用光
ファイバコア３２の始端とを光軸を同方向に向け互いに
近接させて同一クラッド内に一体的に保持して成る双方
向性の光ファイバ３３を用い、図３に示す如く、この光
ファイバ３３の先端部を投光受光兼用レンズ３４の焦点
位置近傍に配置し、図４に示す如く、前記光ファイバ３
３を保持するホルダ３５と、前記投光受光兼用レンズ３
４を保持するレンズホルダ３７とをセンサヘッド部１０
内に固定設置するようにしており、前記光ファイバ３３
の基端部側については、その途中で投光用光ファイバコ
ア３１と受光用光ファイバコア３２とを夫々個別に担持
するようにした二つの光ファイバ３３ａ，３３ｂに分岐
して、投光用光ファイバコア３１を担持する光ファイバ
３３ａ側をパルスレーザー発振器１２に接続し、受光用
光ファイバコア３２を担持する光ファイバ３３ｂ側を時
間間隔計測器１４に接続するようにしてある。
【００１８】ここで、対象物１７から反射された反射光
の光量をより多く受光する為には、図３及び図４に示す
ように、投光用光ファイバコア３１の開口数（ＮＡ：ｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を受光用光ファ
イバコア３２の開口数以下にし、投光受光兼用レンズ３
４を透過したパルスレーザー光の投光領域が反射光の受
光領域内に含まれるようにすると良い。
【００１９】而して、このように光学式測定装置３０を
構成すれば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系
にまとめることが可能となるので、部品点数が大幅に減
少されることになり、しかも、振動による投光側と受光
側との光軸のずれが原理的に生じなくなる為、投光側と
受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部分）が不
要となり、その耐振動性が大幅に向上されることにな
る。
【００２０】従って上記形態例によれば、投光用光学系
と受光用光学系とを一つの系にまとめて部品点数を大幅
に減少することができ、しかも、投光側と受光側との光
軸を合せる為の調整箇所（可動部分）を不要とすること
ができるので、その耐振動性を大幅に向上することがで
き、従来において適用が困難であった振動の大きな運搬
機上等での使用を実現することができる。
【００２１】また、特に本形態例においては、投光用光
ファイバコア３１の開口数を受光用光ファイバコア３２
の開口数以下にして、投光受光兼用レンズ３４を透過し
たパルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に
常に含まれるように構成しているので、対象物１７から
反射された反射光の光量をより多く受光して該反射光を
高感度に検出することができ、遠方の対象物１７まで確
実に距離計測を行うことができる。
【００２２】更には、図１に示されている如く、前述し
た図５の光学式測定装置１の場合と同様に、Ｘ軸ミラー
４及びＹ軸ミラー６とその駆動部５，７からなる光学式
スキャナをセンサヘッド部１０内に備え、投光受光兼用
レンズ３４を介し投光されたパルスレーザー光を二次元
走査し得るようにしておけば、対象物１７の広範囲に亘
る距離データを容易に且つ効率良く得ることが可能とな
り、これらの距離データを合成して対象物１７の表面形
状をシステム制御部１１にて認識する形状認識装置とし
て用いることが可能となる。
【００２３】尚、本発明の光学式測定装置は、上述の形
態例にのみ限定されるものではなく、投光用光ファイバ
コアと受光用光ファイバコアとは、必ずしも同一クラッ
ド内に形成しなくても良く、例えば投光用光ファイバコ
アと受光用光ファイバコアとを個別に担持した二本の光
ファイバを互いに沿わせて一体的に接合した構造を採用
しても良いこと、また、光学式スキャナは、必ずしもＸ
軸ミラーとＹ軸ミラーとの二枚組からなる構造に限定さ
れず、例えば一枚のミラーを互いに直交する二軸回りに
傾動し得るよう保持した構造の光学式スキャナとしても
良いこと、更に、単なる距離計測装置として用いる場合
には、光学式スキャナを備えなくても良いこと、その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更
を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】上記した本発明の光学式測定装置によれ
ば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２５】（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によ
れば、投光用光学系と受光用光学系とを一つの系にまと
めて部品点数を大幅に減少することができ、しかも、投
光側と受光側との光軸を合せる為の調整箇所（可動部
分）を不要とすることができるので、その耐振動性を大
幅に向上することができ、従来において適用が困難であ
った振動の大きな運搬機上等での使用を実現することが
できる。
【００２６】（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、対象物から反射された反射光の光量をより多く
受光して該反射光を高感度に検出することができ、遠方
の対象物まで確実に距離計測を行うことができる。
【００２７】（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明
によれば、対象物の広範囲に亘る距離データを容易に且
つ効率良く得ることができ、これらの距離データを合成
して対象物の表面形状を認識する形状認識装置として用
いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図であ
る。
【図２】図１の投光受光部に用いられている双方向性の
光ファイバの詳細図である。
【図３】図２の光ファイバと投光受光兼用レンズとの配
置関係を示す概念図である。
【図４】図１の投光受光部の詳細図である。
【図５】従来例を示す概略図である。
【図６】図５の投光部及び受光部の詳細図である。
【符号の説明】
４ Ｘ軸ミラー（光学式スキャナ） ５ 駆動部（光学式スキャナ） ６ Ｙ軸ミラー（光学式スキャナ） ７ 駆動部（光学式スキャナ） １７ 対象物 ３０ 光学式測定装置 ３１ 投光用光ファイバコア ３２ 受光用光ファイバコア ３４ 投光受光兼用レンズ（レンズ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久光 豊 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルスレーザー光を対象物に向けて投光
    し、その反射光を受光するまでの時間計測により対象物
    までの距離を測定するようにした光学式測定装置におい
    て、投光用光ファイバコアの終端と受光用光ファイバコ
    アの始端とを光軸を同方向に向け互いに近接させて一体
    的に保持し且つ同一レンズの焦点位置近傍に配置したこ
    とを特徴とする光学式測定装置。
  2. 【請求項２】 投光用光ファイバコアの開口数を受光用
    光ファイバコアの開口数以下にして、レンズを透過した
    パルスレーザー光の投光領域が反射光の受光領域内に含
    まれるように構成したことを特徴とする請求項１に記載
    の光学式測定装置。
  3. 【請求項３】 レンズを介し投光されたパルスレーザー
    光を二次元走査する光学式スキャナを備えたことを特徴
    とする請求項１又は２に記載の光学式測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG97974A1 (en) * 1999-11-16 2003-08-20 Sony Corp Optical transmission/reception apparatus
CN111051915A (zh) * 2017-09-05 2020-04-21 伟摩有限责任公司 Lidar传送器和接收器的共享波导

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JP2020532731A (ja) * 2017-09-05 2020-11-12 ウェイモ エルエルシー Ｌｉｄａｒ送光器および受光器の共有導波路

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