DE10328581A1

DE10328581A1 - Laserentfernungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE10328581A1
Application number: DE10328581A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kadoma Honda; Hiroshi Kadoma Maeda; Takashi Kadoma Kishida; Kazunari Kadoma Yoshimura; Kazufumi Kadoma Oogi; Hideshi Kadoma Hamaguchi; Yoshimitsu Kadoma Nakamura; Kuninori Kadoma Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: CN1480709A; US20040051860A1; CN100464158C; DE10328581B4; JP2004085529A; US6847435B2; DE10328581A8

Abstract

Eine Laserentfernungsmessvorrichtung zum Messen der Entfernung zwischen Gegenständen unter Verwendung von Laserlicht, die wenigstens von der Vorrichtung her gesehen in zwei Richtungen liegen, umfasst zwei Projektoren von Laserstrahlen entlang einer bestimmten Projektionsachse in Richtung auf jeden der Gegenstände, einen Photodetektor zum Empfangen von von jedem Gegenstand reflektiertem Projektionslicht, einen Entfernungsmessprozessor zum Messen der Entfernung von einem Referenzpunkt der Vorrichtung zu jedem Gegenstand auf der Basis des Empfangssignals zur Projektion durch den Photodetektor, und einen Entfernungsberechnungsprozessor zur Berechnung der Entfernung zwischen den Gegenständen auf der Basis der durch den Entfernungsmessprozessor gemessenen Entfernungsdaten und auf der Basis des durch zwei Projektionsachsen gebildeten Winkels, bei der die Projektionsachse von einem Projektor in Bezug auf den anderen Projektor im Winkel veränderbar ist. Daher kann die Entfernung zwischen Gegenständen leicht und bei hoher Genauigkeit durch nur einen Entfernungsmessvorgang gemessen werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserentfernungsmessvorrichtung zur Berechnung der Entfernung zwischen Wandflächen, die beispielsweise auf einer Gebäudebaustelle oder Elektroinstallationsbaustelle verwendet wird.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Als Entfernungsmessvorrichtung dieser Art ist bislang eine wie in 23A gezeigte Entfernungsmessvorrichtung 20 bekannt (siehe beispielsweise Japanische Offenlegung Patentveröffentlichung Nr. HEI 8-35820). Diese Entfernungsmessvorrichtung 20 umfasst einen Läufer 22, der an einem Stabelement 21 entlang gleitet, einen Codierer zum Erzeugen eines Impulses bei jeder bestimmten Bewegungsstrecke des Läufers 22, Photodetektoren 23a, 23b zum Erfassen des Laserstrahls, eine LCD-Vorrichtung 24 sowie weitere Elemente. Das Verfahren zur Verwendung dieser Vorrichtung 20 ist in 23B gezeigt, in dem ein Laserprojektor 26 in einem Raum 25 an einer Referenzposition installiert wird, Lichtstrahlen in vier senkrechte Richtungen B1, B2, B3, B4 ausgesendet werden, diese Vorrichtung 20 im Raum 25 in einem Zustand mit durchgehender Linie und einem Zustand mit unterbrochener Linie platziert wird, und während der Läufer 22 das Stabelement 21 entlang bewegt wird, wird der Lichtstrahl von den Photodetektoren 23a, 23b erfasst und dabei die Bewegungsstrecke des Läufers 22 abgelesen. Somit werden die Abmessungen des Raums 25 gemessen.

Als andere herkömmliche Entfernungsmessvorrichtung ist eine wie in 24A gezeigte Entfernungsmessvorrichtung 30 bekannt (siehe beispielsweise Japanische Offenlegung Patentveröffentlichung Nr. HEI 5-288549). Diese Vorrichtung 30 umfasst einen Drehtisch 32, der drehbar auf einer Basis 31 angebracht ist, einen Motor 35 zu dessen Drehung und Antrieb, einen Drehcodierer 33 zum Erzeugen von Impulsen in einer Anzahl, die zum Drehwinkel des Drehtisches 32 an der Basis 31 proportional ist, einen am Drehtisch 32 angebrachten Laserentfernungsmesser 34 sowie weitere Elemente. Das Verfahren zur Verwendung dieser Vorrichtung 30 ist in 24B gezeigt, bei dem Reflektoren (nicht gezeigt) an Referenzpunkten X, Y, Z eines zu vermessenden Raums 25 installiert sind, der numerische Zählwert des Zählers als Winkeldaten gespeichert wird, wenn der Laserentfernungsmesser 34 der Vorrichtung 30 in Richtung der Winkel _2, _3 zeigt, und die Ausgangsdaten vom Laserentfernungsmesser 23 als Entfernungsdaten L1, L2, L3 gespeichert werden. Somit ist die Vorrichtung 30 im Raum 25 installiert, an Messpunkten werden Reflektoren platziert, und Entfernungssignale, die durch Aussenden vom Laserentfernungsmesser 34 zu den Reflektoren erhalten werden, werden an jedem Drehwinkel _2, _3 ausgelesen, und dieser Vorgang wird an jeder Ecke oder an jedem bestimmten Referenzpunkt des Raums 25 wiederholt. Im Ergebnis können Diagonallängen S2, S3 und andere Abmessungen des Raums 25 gemessen werden.

In einem weiteren, anderen Stand der Technik wird unter Verwendung mehrerer, an der Karosserie eines fahrenden Fahrzeugs vorgesehener Versatzmessgeräte in Laserbauart der Abstand von Fahrspuren erfasst, die Erfassungsposition wird durch eine Recheneinheit bestimmt, und der Spurabstand wird ausgewertet (siehe beispielsweise Japanische Offenlegung Patentveröffentlichung Nr. HEI 6-42927). Bei diesem Versatzmessgerät in Laserbauart wird ein Laser parallel zu den Achsen an rechten und linken Messecken (Radkranzseite) der Spuren ausgesendet, und aus dem reflektierten Licht wird kontinuierlich der Abstand zwischen den Spuren bestimmt.

Bei diesen Entfernungsmessvorrichtungen 20, 30 und bei der Spurabstandsmessvorrichtung kann jedoch die Entfernung von nur einer Richtung gemessen werden. Das heißt, dass zum Messen der Entfernung zwischen zwei voneinander beabstandeten Gegenständen, da ein Abstrahl- und ein Messpunkt der Vorrichtung vonnöten sind, die Entfernung mehrere Male gemessen werden muss, indem man den Einbauzustand der Vorrichtung verändert, wobei eine Stirnfläche der beiden Gegenstände als Referenz verwendet wird, oder es muss an der Referenzposition ein Reflektor installiert werden, und dies nimmt viel Zeit und Arbeit in Anspruch und es erfordert große Erfahrung und Fachkenntnis, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. Bei einem Mechanismus, der dazu ausgelegt ist, die gesamte Vorrichtung zu drehen, ist die Konstruktion kompliziert und im Bauraum vergrößert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist dazu ersonnen, die Probleme des Standes der Technik zu lösen, und somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserentfernungsmessvorrichtung zu präsentieren, die in der Lage ist, die Entfernung zweier beliebiger Punkte mit einer Messvorrichtung zu messen, ohne besondere Erfahrung oder Fertigkeiten zu erfordern, und die darüber hinaus in der Lage ist, die Entfernung zwischen zwei Punkten leicht und unter hoher Genauigkeit zu messen, ohne dass die Stirnfläche des Gegenstands der Messung herangezogen wird, und die eine einfache und klein bauende Konstruktion hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Laserentfernungsmessvorrichtung zum Messen der Entfernung zwischen Gegenständen unter Verwendung von Laserlicht vor, die wenigstens von der Vorrichtung her gesehen in zwei Richtungen liegen, die mindestens zwei Projektoren zum Projizieren von Laserstrahlen entlang einer bestimmten Projektionsachse in Richtung auf jeden der Gegenstände umfasst, einen Photodetektor zum Empfangen von von jedem Gegenstand reflektiertem Projektionslicht, einen Entfernungsmessprozessor, der die Entfernung vom Referenzpunkt der Vorrichtung zu jedem Gegenstand auf der Basis des Empfangssignals durch den Photodetektor misst, und einen Entfernungsberechnungsprozessor, der die Entfernung zwischen den Gegenständen auf der Basis der durch den Entfernungsmessprozessor gemessenen Entfernungsdaten und auf der Basis des durch mindestens zwei Projektionsachsen gebildeten Winkels berechnet, wobei die Projektionsachse von einem Projektor in Bezug auf den anderen im Winkel veränderbar ist.

Da es nicht erforderlich ist, die Entfernung zwischen Gegenständen auf der Basis eines Gegenstandes von mehreren Richtungen zu messen, ist es gemäß der Erfindung anders als im Stand der Technik möglich, die Entfernung zwischen Gegenständen in mehreren Richtungen leicht und unter hoher Genauigkeit durch einen Messvorgang zu messen, ohne die Position der Laserentfernungsmessvorrichtung zu verändern, und ohne dass ein erfahrener oder geschickter Bediener vonnöten wäre. Darüber hinaus ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, einen Reflektor zu installieren oder die gesamte Vorrichtung zu drehen, und das gesamte Messsystem fällt kleiner aus. Daneben kann nur durch Veränderung des Projektionswinkels eines Projektors in Bezug auf den des anderen Projektors die Entfernung in beliebiger Richtung gemessen werden, ohne die Position der Laserentfernungsmessvorrichtung zu verschieben.

Bei der Laserentfernungsmessvorrichtung umfassen die Projektoren und die Photodetektoren vorzugsweise einen Detektor, und es sind mehrere Gruppen von Detektoren und mehrere Entfernungsmessprozessoren vorgesehen, die den mehreren Gruppen von Detektoren entsprechen und in der Lage sind, durch einen Entfernungsmessvorgang die Entfernung in mehreren Richtungen zu messen. Bei dieser Konfiguration mit mehreren Gruppen von Detektoren können Gegenstände an mehreren Positionen gleichzeitig erfasst werden, und die Daten aus den Detektoren können einzeln und gleichzeitig durch die mehreren Entfernungsmessprozessoren verarbeitet werden.

Vorzugsweise hat in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Projektor eine Lichtquelle, und der Lichtstrahl von einer Lichtquelle wird in zwei Richtungen aufgeteilt und zu zwei Gegenständen hin ausgesendet. Bei dieser Konfiguration kann der Lichtstrahl aufgeteilt und von einer Lichtquelle in zwei Richtungen ausgesendet werden, und im Projektionssystem sind zwei Lichtquellen nicht nötig.

Vorzugsweise weist in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Projektor einen Halbleiterlaser zum beidseitigen Aussenden von Projektionslichtstrahlen in zwei Richtungen auf. Bei dieser Konfiguration kann der Lichtstrahl von einem Halbleiterlaser in zwei Richtungen ausgesendet werden, und es ist nicht notwendig, mehrere Strahlteiler oder ähnliche Elemente im optischen Pfad des austretenden Lichts zu installieren.

Vorzugsweise weist in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Photodetektor einen Sensor auf, um von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht sequentiell mittels mehrerer Lichtleitfasern zu erfassen. Bei dieser Konfiguration geht von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht in mehrere Lichtleitfasern ein, und von den Lichtleitfasern wiedergegebenes Licht wird durch einen Sensor im Photodetektor sequentiell verarbeitet; mehrere Photodetektoren sind nicht vonnöten.

Die Laserentfernungsmessvorrichtung umfasst darüber hinaus vorzugsweise einen Strahlteiler, der frei zwischen einem im optischen Pfad des reflektierten Lichts positionierten Zustand und einem vom optischen Pfad versetzten Zustand umschalten kann, in der durch einen einzigen Photodetektor von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht empfangen wird, indem sequentiell umgeschaltet wird. Bei dieser Konfiguration kann durch Umschalten der Position des im optischen Pfad des reflektierten Lichts angeordneten Strahlteilers das von mehreren Gegenständen reflektierte Licht sequentiell von einem Photodetektor erfasst werden. Somit braucht man keine zwei Photodetektoren.

Vorzugsweise ist in der Laserentfernungsmessvorrichtung nur ein Entfernungsmessprozessor vorhanden, der jede Entfernung zu mehreren Gegenständen sequentiell misst, indem der Signalempfang von den mehreren Photodetektoren umgeschaltet wird. Bei dieser Konfiguration kann die Entfernungsmessung von einem Entfernungsmessprozessor durchgeführt werden und der Aufbau des Rechenprozessors ist vereinfacht.

Vorzugsweise ist in der Laserentfernungsmessvorrichtung ein halbdurchlässiger Spiegel im optischen Pfad des reflektierten Lichts angeordnet, und von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht kann mittels des halbdurchlässigen Spiegels von einem Photodetektor empfangen werden. Bei dieser Konfiguration werden mittels eines halbdurchlässigen Spiegels das von einem Gegenstand reflektierte Licht und das von einem anderen Gegenstand reflektierte Licht sequentiell durch einen Photodetektor empfangen, und das von mehreren Gegenständen reflektierte Licht kann empfangen werden, ohne den inneren Aufbau der Vorrichtung zu verändern.

Vorzugsweise ist in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Detektor, der den Projektor und Photodetektor umfasst, in zwei unabhängigen Teilen vorgesehen, die jeweils um die Achse drehbar vorgesehen sind, um den durch die Projektionsachse des Lichtstrahls gebildeten Winkel beliebig zu verändern, mit einem Winkeldetektor zur Erfassung des durch die Projektionsachsen gebildeten Winkels, und wobei die vom Winkeldetektor erhaltenen Winkeldaten als der durch zwei Projektionsachsen gebildete Winkel zur Entfernungsberechnung durch den Entfernungsberechnungsprozessor verwendet werden. Bei dieser Konfiguration kann der Schnittwinkel der Projektionsachse von zwei Detektoren durch den Winkeldetektor erfasst werden, indem zwei unabhängige Detektoren um die Drehachse geöffnet werden, wenn die Lichtstrahlen in zwei Richtungen zu den zu vermessenden Gegenständen ausgesendet werden und wenn das von den Gegenständen reflektierte Licht empfangen und die Entfernung zu jedem Gegenstand gemessen wird. Die aus den beiden Detektoren erhaltenen Winkeldaten und Entfernungsmessdaten werden in den Entfernungsberechnungsprozessor eingegeben und die Entfernung zwischen zwei Punkten wird berechnet. Somit kann durch den Entfernungsmessvorgang das Maß zwischen den Gegenständen in zwei Richtungen in kurzer Zeit bestimmt werden. Man erspart sich folglich die herkömmliche Arbeit des Messens der Entfernung zwischen den Gegenständen, indem einer der Gegenstände in mehreren Richtungen als Referenz verwendet wird. Die zwei unabhängigen Detektoren werden mittels der Drehachse zu einer Einheit, der Aufbau ist vereinfacht und kompakt, und die Vorrichtung ist leicht zu tragen. Im Ergebnis erhält man eine Laserentfernungsmessvorrichtung hoher Genauigkeit, die klein baut und kostengünstig ist.

Vorzugsweise weist in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Winkeldetektor einen Winkelmesser zum Messen des Winkels der beiden Detektoren auf, und eine Eingabevorrichtung zum Eingeben des vom Winkelmesser gelesenen Winkelwerts in den Entfernungsberechnungsprozessor. Bei dieser Konfiguration wird, wenn die beiden Detektoren geöffnet sind, der Öffnungswinkel durch einen Winkelmesser gelesen und dieser Winkel wird in den Entfernungsmessprozessor eingegeben, oder durch Verwendung einer Eingabevorrichtung zur Eingabe von Daten durch Drücken numerischer Tasten wie einem Taschenrechner. Der Aufbau des Winkeldetektors ist vereinfacht, und die Datenübertragung sowie die Empfangsstruktur zwischen dem Winkeldetektor und dem Entfernungsberechnungsprozessor sind vereinfacht.

Vorzugsweise ist in der Laserentfernungsmessvorrichtung die Projektionsachse wenigstens eines Lichtstrahls in paralleler Konfiguration zur Einbauebene wenigstens eines Detektors, wenn die beiden Detektoren geöffnet sind. Bei dieser Konfiguration kann die Entfernung zwischen zwei Punkten mit beliebigem Winkel unter Verwendung einer Laserentfernungsmessvorrichtung gleichzeitig gemessen werden, und die Projektionsachse des Lichtstrahls befindet sich in Bezug auf die Einbauebene des Detektors in einer parallelen Position, und die Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten kann auf der Basis der Einbauebene, ungeachtet der horizontalen Ausrichtung der Einbauebene, genau gemessen werden. Wenn die beiden Detektoren um 180 Grad geöffnet sind, kann die Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten an Wänden in zwei Richtungen genau gemessen werden.

Vorzugsweise umfasst die Laserentfernungsmessvorrichtung darüber hinaus ein Nivelliergerät zur Erfassung, dass die Einbauebene wenigstens eines Detektors horizontal ist. Bei dieser Konfiguration kann man beim Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten mit beliebigem Winkel über den horizontalen Zustand des Detektors durch das Nivelliergerät genau Bescheid wissen, und es werden genaue Messwerte gesammelt.

Vorzugsweise hat in der Laserentfernungsmessvorrichtung der Entfernungsberechnungsprozessor eine Funktion, die Daten, die sich aus dem Drehwinkel bei durch Lichtstrahlen der beiden Detektoren gebildetem Winkel und der bei diesem Winkel gemessenen Entfernung zusammensetzen, zu speichern. Bei dieser Konfiguration werden die Winkeldaten und die bei jedem Winkel gemessene Entfernung im Entfernungsberechnungsprozessor gespeichert, und aus den gespeicherten Daten kann ein dreidimensionales Profil der gegenständlichen Messebenen wiederhergestellt werden, und die nach der Messung gespeicherten Daten können auch in einer anderen Dateneinrichtung verarbeitet werden.

Vorzugsweise umfasst die Laserentfernungsmessvorrichtung darüber hinaus einen Einstellmechanismus, damit wenigstens ein Detektor auf der Basis des Horizontallage-Erfassungsergebnisses vom Nivelliergerät horizontal gehalten werden kann. Bei dieser Konfiguration kann der Detektor, ungeachtet der Neigung des Einbauortes der Laserentfernungsmessvorrichtung, durch Betätigen des Einstellmechanismus horizontal gehalten werden, und auf der Basis des horizontalen Zustands der Laserentfernungsmessvorrichtung ist eine genaue Entfernungsmessung möglich.

Vorzugsweise umfasst die Laserentfernungsmessvorrichtung darüber hinaus eine Funktion, die zusammengesetzten Daten in einem externen Speichermedium zu speichern. Bei dieser Konfiguration können durch Speichern der zusammengesetzten Daten in einem externen Speichermedium die Daten im Format eines Aufzeichnungsmediums bewahrt werden, und die Daten können in einer Umgebung verarbeitet werden, die sich zur Übertragung nicht eignet.

Vorzugsweise umfasst die Laserentfernungsmessvorrichtung darüber hinaus eine Funktion, die zusammengesetzten Daten an eine externe Dateneinrichtung zu übermitteln. Bei dieser Konfiguration können die Daten durch Übertragung derselben an eine externe Dateneinrichtung wie eine Datenbank in einer externen Speichervorrichtung großer Kapazität gespeichert werden, wenn die Speicherdatenmenge ansteigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematisches Strukturschaubild einer Laserentfernungsmessvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung;

2 ist ein Schaubild, das den Entfernungsmessvorgang der Vorrichtung erläutert;

3A ist ein Strukturschaubild einer andersartigen Ausführungsform;

3B ist ein Strukturschaubild einer andersartigen Ausführungsform;

4 ist ein Schaubild, das den Entfernungsmessvorgang der Vorrichtung erläutert;

5 ist ein Arbeitsablaufplan der Vorrichtung;

6 ist ein Strukturschaubild einer andersartigen Ausführungsform;

7 ist ein Strukturschaubild einer andersartigen Ausführungsform;

8A ist ein Strukturschaubild einer andersartigen Ausführungsform;

8B ist ein Strukturschaubild derselben;

9 ist ein Arbeitsablaufplan einer andersartigen Ausführungsform;

10 ist ein Strukturschaubild einer anderen Ausführungsform;

11 ist ein Strukturschaubild einer anderen Ausführungsform;

12 ist ein Strukturschaubild einer anderen Ausführungsform;

13A ist ein Strukturschaubild einer anderen Ausführungsform;

13B ist ein Strukturschaubild derselben;

14A ist eine Draufsicht einer weiteren andersartigen Ausführungsform;

14B ist eine Seitenansicht derselben;

15 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Einsatzes derselben zeigt;

16A zeigt eine Laserentfernungsmessvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung, die ein Erscheinungsbild des geschlossenen Zustands zweier unabhängiger Detektoren zeigt;

16B ist ein Erscheinungsbild des geöffneten Zustands zweier unabhängiger Detektoren;

17A ist eine perspektivische Ansicht der Vermessung von zwei Punkten zwischen Wand und Decke derselben;

17B ist eine vergrößerte Ansicht von D derselben;

18 ist ein schematisches Strukturschaubild von zwei unabhängigen Detektoren derselben;

19 ist eine perspektivische Ansicht eines Entfernungsmessvorgangs in der Horizontalrichtung in einer anderen Ausführungsform;

20 ist eine perspektivische Ansicht der Installation eines Nivelliergeräts in einer anderen Ausführungsform;

21 ist eine perspektivische Ansicht der Messung der Entfernung zwischen zwei Punkten mit einem spitzen Winkel unter Verwendung der Vorrichtung mit dem Nivelliergerät derselben;

22A ist, in einer anderen Ausführungsform, ein erläuterndes Funktionsschaubild mit einer Funktion des Speicherns von Daten, die sich aus dem Drehwinkel durch den Detektor und dem bei demselben Drehwinkel gemessenen Entfernungswert zusammensetzen;

22B ist ein Schaubild derselben;

22C ist ein Schaubild derselben;

23A ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Messvorrichtung;

23B ist ein erläuterndes Funktionsschaubild derselben;

24A ist eine perspektivische Ansicht einer anderen herkömmlichen Messvorrichtung; und

24B ist ein erläuterndes Funktionsschaubild derselben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt einen schematischen Aufbau in einem 180°-Öffnungszustand zweier unabhängiger Detektoren in einer Laserentfernungsmessvorrichtung A, und 2 zeigt ihren Entfernungsmessvorgang. Diese Vorrichtung A besteht aus einem Gehäuse 40 und hat ein Paar Detektoren 6, die jeweils einen Projektor 4 zum Projizieren eines Lichtstrahls LB in Richtung auf Gegenstände 1, 2, die sich von der Vorrichtung gesehen in mehreren Richtungen befinden, und einen Photodetektor 5 zum Empfangen des reflektierten Lichts LC von den Gegenständen 1, 2. Die Vorrichtung A umfasst darüber hinaus einen Rechenprozessor 9, der je einen Entfernungsmessprozessor 7 zum Empfangen von Erfassungssignalen von den Photodetektoren 5 und Messen von Entfernungen L1, L1 vom Referenzpunkt S der Vorrichtung zu den Gegenständen 1, 2 aufweist, und einen Entfernungsberechnungsprozessor 8 zum Berechnen der Entfernung L zwischen den Gegenständen 1, 2 (= L1 + L2) auf der Basis der gemessenen Entfernungsdaten.

Projektionsachsen des Laserlichts durch die beiden Projektoren 4 sind gegenseitig im Winkel veränderbar, und hierin ist ihr gegenseitiger Winkel von 180° gezeigt. In diesem Beispiel ist die optische Achse des Laserstrahls LB vom Halbleiterlaser LD durch einen Strahlteiler 11 abgelenkt, um zu Signallicht LS zu werden, das auf den Gegenstand gerichtet ist. Diese optische Achse auf den Gegenstand zu ist die Projektionsachse.

Diese Vorrichtung A arbeitet gemäß des Algorithmus des Messens der Entfernung zwischen bestimmten Gegenständen in mehreren Richtungen durch einen Messvorgang. Zwei Entfernungsmessprozessoren 7 und ein Entfernungsberechnungsprozessor 8 sind durch einen Mikrocomputer realisiert. Ein Projektor 4 sendet M (einen oder mehrere) Lichtstrahlen LB zu einem Gegenstand aus, und M reflektierte Lichtstrahlen LC gehen in einen Photodetektor 5 ein. Der andere Projektor 4 sendet N (einen oder mehrere) Lichtstrahlen LB zu einem anderen Gegenstand aus, und N reflektierte Lichtstrahlen LC gehen in einen anderen Photodetektor 5 ein.

Somit können mit zwei Detektoren 6 zwei Gegenstände 1, 2 gleichzeitig erfasst werden, und mit zwei Entfernungsmessprozessoren 7 können die Daten von den Detektoren 6 einzelnen verarbeitet werden, ohne dass bei der Signalverarbeitung irgendein Umschalten erforderlich wäre. Im Ergebnis kann die Entfernung zwischen Gegenständen durch einen Messvorgang gemessen werden, ohne die Position der Laserentfernungsmessvorrichtung A zu verschieben. Das heißt, dass man sich die Arbeit aus dem Stand der Technik des Messens der Entfernung zwischen Gegenständen auf der Basis von einem der Gegenstände in mehreren Richtung erspart, und die Entfernung zwischen Gegenständen in mehreren Richtungen kann in kurzer Zeit, leicht und unter hoher Genauigkeit durch einen Messvorgang gemessen werden, ohne dass ein erfahrener oder geschickter Bediener erforderlich ist. Darüber hinaus ist es anders als im Stand der Technik nicht notwendig, einen separaten Reflektor zu installieren oder die gesamte Vorrichtung zu drehen, und sie ist verglichen mit dem Stand der Technik kompakt und leicht zu tragen, und das gesamte Messsystem kann in der Größe reduziert oder in den Kosten verringert sein.

Die zwei Detektoren 6 der Vorrichtung sind in Aufbau und Funktion identisch. Nur einen von ihnen erläuternd, geht ein Lichtstrahl LB vom im Projektor 4 vorgesehenen Halbleiterlaser LD in den Strahlteiler 11 von einer Projektionslinse 18 ein, und der Lichtstrahl LB wird durch den Strahlteiler 11 in Signallicht LS und Referenzlicht LR aufgeteilt, und durch den Gegenstand 1 reflektiertes und zurücklaufendes Reflexionslicht LC sowie das durch den Strahlteiler 11 laufende Referenzlicht LR treffen aufeinander unter Erzeugung eines Überlagerungssignals, und dieses Überlagerungssignal wird vom Photodetektor 5 empfangen, und die Entfernung L1 zum Gegenstand 1 wird auf der Basis dieses Überlagerungssignals gemessen. Dies ist als optisches Überlagerungs-Interferometrie-Verfahren bekannt. Lichtströme (Überlagerungssignale), die die beiden Photodetektoren 5 verlassen, gehen jeweils in zwei Entfernungsmessprozessoren 7 ein, es werden Messdaten der Entfernung bis zu den Gegenständen 1, 2 erzeugt, und durch Aufaddieren der Entfernungen L1, L2 bis zu den Gegenständen 1, 2 in den Entfernungsberechnungsprozessoren 8, basierend auf den Daten, wird die Entfernung L zwischen den Gegenständen 1, 2 (zwischen Wänden) von zwei Positionen (eine vordere und eine hintere) berechnet. Im Inneren des Photodetektors 5 sind Sammellinsen 17a, 17b, 17c vorgesehen, um das reflektierte Licht LC zum Sensor 13 zu fokussieren. Die Entfernungsmessung durch den Entfernungsmessprozessor 7 kann ausgeführt werden, indem man den Zeitunterschied (TOF: Time of Flight Method) oder den Phasenunterschied von reflektiertem Licht zum Laserabstrahllicht heranzieht. Wenn das TOF-Verfahren eingesetzt wird, wird der in 1 gezeigte Strahlteiler 11 durch einen Spiegel oder halbdurchlässigen Spiegel ersetzt, weil das TOF-Verfahren kein Referenzlicht LR erfordert.

Die 3A und 3B zeigen zwei Detektoren 6 der Laserentfernungsmessvorrichtung A, bei der sich die Projektionsachse _ vom Projektor 4 in einem Detektor 6 von der Projektionsachse _ vom Projektor 4 im anderen Detektor 6 unterscheidet. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. Wie in 3A gezeigt, ist der Gesamtwinkel eines Detektors 6 in Bezug auf die Projektionsachse _ veränderbar. Wie in 3B gezeigt, kann durch Anordnung eines Totalreflexionsspiegels (Strahlteiler 11), der in der Lage ist, den Winkel am optischen Pfad des austretenden Lichts beliebig einzustellen, die Projektionsachse _ in Bezug auf die Projektionsachse variabel eingestellt werden. Mit zwei Detektoren 6 kann, wenn diese im optischen System fixiert sind, die Entfernung nicht gemessen werden, wenn die Position der beiden Gegenstände 1, 2 zur Projektionsachse _ wie im Falle der 3A oder 3B geneigt ist. Bei dieser Ausführungsform dagegen kann mit zwei Detektoren 6, da eine Projektionsachse _ in Bezug auf die andere Projektionsachse _ veränderbar ist, die Entfernung in beliebiger Richtung gemessen werden, ohne die Position der Laserentfernungsmessvorrichtung A zu verschieben, so dass die Entfernung präzise ohne Erfahrung oder besondere Fähigkeiten gemessen werden kann.

In dieser Ausführungsform wird der zwischen der Projektionsachse _ und der Projektionsachse _ gebildete Winkel _ zur Berechnung der Entfernung zwischen Gegenständen verwendet. 4 zeigt einen Fall des Messens der Entfernung L zwischen zwei Punkten (zwischen Gegenständen 1, 2) an der Wand bei einem beliebigen Winkel _ unter Verwendung der Laserentfernungsmessvorrichtung A, und 5 zeigt einen Arbeitsablauf durch den Algorithmus der Entfernungsberechnung in diesem Fall. Zuerst wird ein in einer Richtung liegender Lichtstrahl LB in Projektionsrichtung P1 ausgesendet, und ein in anderer Richtung liegender Lichtstrahl LB wird in Projektionsrichtung P2 (von Projektionsrichtung P1 verschieden) ausgesendet, und es wird von zwei Positionen (Gegenstände 1, 2) der Wandfläche reflektiertes Licht LC empfangen. Nach Beendigung des Empfangs werden Entfernungen Lc1, Lc2 zu den Gegenständen 1, 2 berechnet, und die Entfernung L zwischen den Gegenständen 1, 2 wird berechnet. Hierbei wird die Entfernung L zwischen den Punkten in folgender Formel berechnet. In 4 berechnet sich unter der Annahme, der beliebige Winkel sei _, die Messentfernung in einer Richtung sei Lc1, und die Messentfernung in der anderen Richtung Lc2, die Entfernung L zwischen zwei Punkten gemäß Formel (1). √Lc12 + Lc22 – 2 × Lc1 × Lc2 × cos_ (Formel 1)

Somit kann ohne Verändern der Laserentfernungsmessvorrichtung A die Entfernung L zwischen zwei durch einen beliebigen Winkel _ eingeschlossenen Punkten leicht und unter hoher Genauigkeit gemessen werden. In 4 sollen zwei Positionen an derselben Wand die Gegenstände 1, 2 darstellen, die Gegenstände können aber auch an verschiedenen Wänden vorhanden sein.

6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Projektor 4 über eine Lichtquelle 10 verfügt, und ein Lichtstrahl LB aus einer Lichtquelle 10 wird aufgeteilt und in zwei Richtungen von Gegenstand 1 und Gegenstand 2 ausgesendet, und es wird die Entfernung zwischen zwei Richtungen gemessen. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. Hier bilden die beiden Projektionsachsen einen Winkel von nahezu 180°. In dieser Ausführungsform wird der Lichtstrahl LB vom Halbleiterlaser LD als eine Lichtquelle 10 des Projektors 4 mittels einer Projektionslinse 18 in einen Strahlteiler 11a gelenkt und in zwei Teile aufgeteilt, wobei einer zum Gegenstand 1 (Wand) und der andere zum Strahlteiler 11b und weiter vom Strahlteiler 11b zum Gegenstand 2 (Wand) ausgesendet wird. Reflektiertes Licht LC vom Gegenstand 1 wird in einem Photodetektor 5 empfangen, und reflektiertes Licht LC vom Gegenstand 2 wird im anderen Photodetektor 5 empfangen. Der Vorgang der Entfernungsberechnung ist derselbe wie oben erwähnt. Da der Lichtstrahl LB in zwei Richtungen ausgesendet wird, sind somit im Projektor 4 zwei Lichtquellen 10 nicht vonnöten, so dass die Laserentfernungsmessvorrichtung mit einfachem Aufbau und in kleiner Größe verwirklicht werden kann.

7 zeigt eine andersartige Ausführungsform, bei der die Entfernung in zwei Richtungen unter Verwendung eines Halbleiterlasers LD mit beidseitiger Aussendung als Projektor 4 gemessen wird. Diese Vorrichtung hat eine Funktion, einen Lichtstrahl LB in zwei Richtungen des Gegenstands 1 und Gegenstands 2 auszusenden, wobei der Lichtstrahl LB in zwei Richtungen des Halbleiterlasers LD genutzt wird, der die Funktion beidseitiger Aussendung hat, den Lichtstrahl LB in zwei Richtungen über und unter der Aussendungsebene auszusenden. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. Hier bilden die Projektionsachsen einen Winkel von 90°. Der Halbleiterlaser LD mit beidseitiger Aussendung sendet Lichtstrahlen LB in oberer und unterer Richtung mittels eines Paars Projektionslinsen 18 (eine obere und eine untere) aus. Der nach oben ausgesendete Lichtstrahl LB wird von der oberen Wand (Gegenstand 2) reflektiert, und das reflektierte Licht LC wird von einem unten angeordneten Photodetektor 5 empfangen. Der nach unten ausgesendete Lichtstrahl LB wird mittels des Strahlteilers 11 in seitlicher Richtung zur Wand (Gegenstand 1) ausgesendet, und das reflektierte Licht LC wird von einem anderen, seitlich angeordneten Photodetektor 5 empfangen. Der Vorgang der Entfernungsberechnung ist derselbe wie oben erwähnt. Die Projektionsrichtung des Lichtstrahls LB vom Halbleiterlaser LD mit beidseitiger Aussendung ist nicht auf die Richtung nach oben und unten begrenzt, sondern kann auch eine seitliche Richtung sein.

Somit sind nur ein Halbleiterlaser LD mit beidseitiger Aussendung und ein Strahlteiler 11 vonnöten, und es ist nicht erforderlich, im optischen Pfad des Lichtstrahls wie in 6 gezeigt zwei Strahlteiler 11a, 11b zu installieren, und der Lichtstrahl LB kann durch einen Strahlteiler 11 in zwei Richtungen aufgeteilt werden, so dass der Innenaufbau der Laserentfernungsmessvorrichtung vereinfacht werden kann.

Die 8A und 8B betreffen eine weitere andersartige Ausführungsform, die ein Beispiel der Auswahl eines Lichtstrahls LB durch zwei Strahlteiler 11a, 11b zeigen, der im Photodetektor 5 empfangen werden soll. Hier bilden zwei Projektionsachsen einen Winkel von nahezu 180°. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1, und nur sich unterscheidende Punkte werden beschrieben. Durch Umschalten der Position der in V-Form angeordneten Strahlteiler 11a und 11b im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC mittels einer Strahlteilerantriebseinheit 19 kann das vom Photodetektor 5 zu erfassende, reflektierte Licht LC ausgewählt werden. Zunächst wird bei dem Entfernungsmessvorgang wie in 8A gezeigt ein Lichtstrahl LB vom Projektor (nicht gezeigt) ausgesendet, ohne die Strahlteiler 11a und 11b im optischen Pfad anzuordnen, und nur das reflektierte Licht LC vom Gegenstand 1 wird direkt im Photodetektor 5 empfangen. Dann werden wie in 8B gezeigt die Strahlteiler 11a und 11b mittels der Strahlteilerantriebseinheit 19 im optischen Pfad angeordnet, und der optische Pfad des Lichtstrahls LB ändert sich. Durch Aussenden des Lichtstrahls LB wird in diesem Zustand nur das reflektierte Licht LC vom Gegenstand 2 im Photodetektor 5 empfangen. Der Entfernungsberechnungsvorgang ist derselbe wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Somit kann durch Umschalten der Position der im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC angeordneten Strahlteiler 11a und 11b und durch Sperren des gesamten reflektierten Lichts LC vom Gegenstand 1, während sich der Strahlteiler 11a im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC befindet, das reflektierte Licht LC von zwei Gegenständen 1, 2 sequentiell in einem Photodetektor 5 empfangen werden. Im Ergebnis werden zwei Photodetektoren 5 nicht benötigt, und die Laserentfernungsmessvorrichtung ist in der Größe reduziert.

9 zeigt ein Beispiel des Arbeitsablaufs durch den Algorithmus des Messens der Entfernung zwischen Gegenständen durch Auswahl des zu empfangenden reflektierten Lichts. Aussenden eines Lichtstrahls zum Gegenstand, wenn das Aussenden des Lichtstrahls zu allen Gegenständen vorüber ist, wird der optische Pfad des reflektierten Lichts von anderen Gegenständen versperrt, mit Ausnahme des optischen Pfads von reflektiertem Licht einer Position. In diesem Zustand wird das reflektierte Licht vom Gegenstand empfangen, und die Entfernung zum Gegenstand berechnet. Unter Veränderung des zu empfangenden reflektierten Lichts (ein Aufbau zum Versperren des optischen Pfads wird als Veränderungseinrichtung verwendet) wird derselbe Vorgang wiederholt. Wenn der Empfang von allen Gegenständen vorüber ist, wird die Entfernung zwischen den Gegenständen berechnet. Somit wird durch Umschalten der optischen Pfade von reflektiertem Licht von mehreren Gegenständen das zu empfangende reflektierte Licht ausgewählt, die Entfernung von jedem Gegenstand wird sequentiell gemessen, und die Entfernung zwischen den Gegenständen wird berechnet. Im Ergebnis kann das in einem Messvorgang auftretende reflektierte Licht von den mehreren Gegenständen genau getrennt und empfangen werden, und die Entfernung lässt sich mit hoher Genauigkeit messen.

10 zeigt eine Ausführungsform des Umschaltens des Empfangs von einem Lichtstrahl LB durch eine Lichtleitfaser 12. In dieser Ausführungsform geht das reflektierte Licht LC von Gegenstand 1 und 2 in die Lichtleitfaser 12 ein, und das reflektierte Licht LC von der Lichtleitfaser 12 wird in einem Sensor 13 in einem gemeinsamen Photodetektor 5 sequentiell verarbeitet. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. Hier bilden zwei Projektionsachsen einen _ Winkel von annähernd 180°. Der Vorgang der Entfernungsberechnung ist derselbe wie oben erwähnt. Somit wird das von den Gegenständen 1, 2 reflektierte Licht LC sequentiell durch einen Sensor 13 des Photodetektors 5 unter Verwendung zweier Lichtleitfasern 12 erfasst, und somit werden zum Empfang von reflektiertem Licht LC aus zwei Richtungen keine zwei Photodetektoren 5 benötigt, so dass die Laserentfernungsmessvorrichtung in der Größe reduziert sein kann.

11 zeigt eine Ausführungsform des Umschaltens des Entfernungsmessprozessors 7 durch Signalverarbeitung. Hier sind ein Entfernungsmessprozessor 7 und ein Entfernungsberechnungsprozessor 8 im Prozessor der Laserentfernungsmessvorrichtung A vorgesehen. Der Entfernungsmessprozessor 7 schaltet zwischen dem Empfang von Daten a und Daten b von jedem Photodetektor 5 wie für die Gegenstände 1 und 2 durch Signalverarbeitung um, und berechnet sequentiell die Entfernung zu den Gegenständen 1 und 2. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. In dieser Ausführungsform empfängt der Entfernungsmessprozessor 7 Daten a vom Photodetektor 5 wie für den Gegenstand 1, misst die Entfernung des Gegenstands 1, schaltet durch Signalverarbeitung die Daten um, empfängt Daten b vom Photodetektor 5 wie für Gegenstand 2, und misst die Entfernung des Gegenstands 2. Dann berechnet der Entfernungsberechnungsprozessor 8 die Entfernung zwischen den Gegenständen 1 und 2 in zwei Richtungen. Somit können zwei Vorgänge der Entfernungsmessung durch einen Entfernungsmessprozessor 7 bewerkstelligt werden, und der Aufbau des Prozessors ist vereinfacht.

12 zeigt eine Ausführungsform zum Umschalten des Empfangs von reflektiertem Licht LC durch einen halbdurchlässigen Spiegel 14. Als halbdurchlässige Spiegel 14 sind hier ein Strahlteiler 11a und ein Strahlteiler 11b im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC angeordnet. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. In diesem Beispiel wird der optische Pfad so verändert, dass reflektiertes Licht LC von den Gegenständen 1, 2 den Photodetektor 5 vom halbdurchlässigen Spiegel 14 und Strahlteiler 11b erreichen kann. Der Photodetektor 5 empfängt sequentiell das reflektierte Licht LC von Gegenstand 1 und das reflektierte Licht LC von Gegenstand 2. Der Vorgang der Entfernungsberechnung ist derselbe wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Somit kann durch Anordnen des halbdurchlässigen Spiegels 14 im optischen Pfad die Reflexion von zwei Gegenständen 1, 2 durch einen Photodetektor 5 empfangen werden. Deshalb kann, ohne den Innenaufbau der Laserentfernungsmessvorrichtung zu verändern, das reflektierte Licht LC von den beiden Gegenständen 1, 2 mit dem an der optischen Achse angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 14 sequentiell empfangen werden, der Innenaufbau ist vereinfacht, ein Bewegungsvorgang des halbdurchlässigen Spiegels 14 ist nicht vonnöten, und die Entfernung kann leicht gemessen werden.

Die 13A und 13B zeigen eine Ausführungsform des Anordnens eines beweglichen Verschlusses 15a und eines beweglichen Verschlusses 15b im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC von den Gegenständen 1, 2. Der Verschluss 15a und der Verschluss 15b werden von einer Verschlussantriebseinheit 80 angesteuert, und der optische Pfad des reflektierten Lichts LC von den Gegenständen 1, 2 kann versperrt werden. Beim Empfangen des reflektierten Lichts LC von Gegenstand 1 ist der Verschluss 15b im optischen Pfad positioniert, und beim Empfangen des reflektierten Lichts LC von Gegenstand 2 ist der Verschluss 15a im optischen Pfad positioniert. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. Beim Entfernungsmessvorgang wird zuerst der Verschluss 15b im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC von Gegenstand 2 positioniert, und es wird das reflektierte Licht LC von Gegenstand 1 empfangen. Als Nächstes wird der Verschluss 15b aus dem optischen Pfad des reflektierten Lichts LC von Gegenstand 2 entfernt, der Verschluss 15a wird im optischen Pfad des reflektierten Lichts LC von Gegenstand 1 positioniert, und es wird das reflektierte Licht LC vom Gegenstand 2 empfangen. Der Entfernungsberechnungsvorgang ist derselbe wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Somit kann das reflektierte Licht LC von zwei Gegenständen 1, 2 sequentiell im Photodetektor 5 empfangen werden, indem dessen Durchlauf mechanisch umgeschaltet wird, und es werden keine zwei Photodetektoren 5 benötigt, um reflektiertes Licht LC aus zwei Richtungen zu empfangen, so dass die Laserentfernungsmessvorrichtung in der Größe reduziert sein kann.

Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, können durch Verwendung eines Flüssigkristalls anstatt des Verschlusses in der Ausführungsform optische Pfade reflektierten Lichts von zwei Gegenständen umgeschaltet werden. Wie der Flüssigkristall wird jeder Kristall mit Steuerfunktion der Lichtdurchlässigkeit wie ein PLZT verwendet, und der optische Pfad ist während Stromzufuhr versperrt. In diesem Fall ist die Wirkung dieselbe wie zuvor erwähnt.

Die 14A und 14B zeigen eine Ausführungsform einer Laserentfernungsmessvorrichtung A, die in Lage ist, in drei senkrechten Richtungen zu messen, und 15 zeigt ein Beispiel für deren Einsatz. Ein Lichtstrahl LB vom Halbleiterlaser LD als eine Lichtquelle 10 des Projektors 4 wird unter Verwendung von Strahlteilern 11a, 11b aufgezweigt und in drei Richtungen an den Positionen von Gegenständen 1, 2, 3 ausgesendet. Die übrige Konfiguration ist dieselbe wie in 1. In diesem Beispiel läuft der Lichtstrahl LB vom Projektor 4 durch die Strahlteiler 11a und 11b und wird in drei Richtungen (Deckenrichtung, Wandrichtung, Bodenrichtung) des Gegenstand 1 ausgesendet, der Gegenstand 2 ist unter einem Winkel _1 senkrecht horizontal dazu positioniert, der Gegenstand 3 ist unter einem Winkel _2 senkrecht vertikal dazu positioniert, und deren reflektierte Lichtstrahlen LC werden im Photodetektor 5a und Photodetektor 5b empfangen. Der Entfernungsberechnungsvorgang ist derselbe wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Somit kann die Entfernung zwischen Wandflächen von einer Ecke eines Raumes aus gemessen werden, ohne die Position der Laserentfernungsmessvorrichtung zu verschieben, und die Größe des Raums lässt sich leicht und unter hoher Genauigkeit messen.

Nunmehr werden mit Bezugnahme auf 16A bis 22 beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Die Grundstruktur des Detektors 6 (den Projektor und Photodetektor beinhaltend) der Laserentfernungsmessvorrichtung A ist dieselbe wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, und es unterbleibt eine ausführliche Beschreibung.

Die in den in 16A bis 18 gezeigte Laserentfernungsmessvorrichtung A umfasst zwei unabhängige Detektoren 6, die jeweils einen Projektor 4 zum Aussenden eines Lichtstrahls zu Gegenständen 1, 2, sowie einen Photodetektor 5 zum Empfangen von reflektiertem Licht von den Gegenständen 1, 2 aufweisen. Die beiden unabhängigen Detektoren 6, 6 sind um eine Drehachse 73 im Schnittbereich der Projektionsachse _ des Lichtstrahls drehbar, und bilden eine einzelne Entfernungsmesseinheit C. Die Vorrichtung A umfasst darüber hinaus einen Winkeldetektor 60 wie einen Codierer zum Erfassen des Schnittwinkels _ der Projektionsachsen _ der beiden unabhängigen Detektoren 6, 6, und eine aus einem Mikrocomputer bestehende Recheneinheit 61, um die Entfernung L zwischen zwei Punkten zu berechnen, indem die aus der Entfernungsmesseinheit C erhaltenen Entfernungsmessdaten und die aus dem Winkeldetektor 60 erhaltenen Winkeldaten berechnet werden. Die Außenschalen der beiden Detektoren 6, 6 zum Bilden der Entfernungsmesseinheit C sind in unabhängigen, flachen Kastenformen ausgebildet, eine Seite wird jeweils mit der anderen überlappt, und der Basisendabschnitt (Referenzpunkt S) jedes Detektors 6 ist schwenkbar um die gemeinsame Drehachse 73 angekoppelt. Der vordere Endabschnitt jedes Detektors 6 ist eine Ausstrahlöffnung für einen Lichtstrahls. In einem Detektor 6 sind der Winkeldetektor 60 und die Recheneinheit 61 aufgenommen, und an der Außenfläche dieses Detektors 6 sind eine Bedienungseinheit 74 und eine Anzeigeeinheit 75 vorgesehen.

Wie in den 17A und 17B gezeigt ist, werden die beiden Detektoren 6, 6 um die Drehachse 73 aufgeklappt, und Lichtstrahlen werden in zwei Richtungen zu zwei Gegenständen 1, 2 (in diesem Beispiel Wand und Decke bzw. Wand und gegenüberliegende Wand) ausgesendet, das reflektierte Licht von den Gegenständen 1, 2 wird empfangen, und die Entfernung zu den Gegenständen 1, 2 gemessen. Dabei wird der Schnittwinkel _ der Projektionsachsen _ der beiden Detektoren 6, 6 durch den Winkeldetektor 60 gemessen, und diese aus den beiden Detektoren 6, 6 erhaltenen Winkel- und Entfernungsmessdaten werden in die Recheneinheit 61 eingegeben, und die Entfernung L zwischen zwei Punkten wird durch die Recheneinheit 61 berechnet. Somit kann durch einen Messvorgang die Entfernung L zwischen Gegenständen 1, 2 in zwei Richtungen in kurzer Zeit gemessen werden. Daher erspart man sich im Gegensatz zum Stand der Technik die Zeit und Arbeit des Messens der Entfernung zwischen Gegenständen durch Referenz auf einen der Gegenstände in mehreren Richtungen, und die Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten kann leicht und genau gemessen werden, ohne dass ein erfahrener oder geschickter Bediener erforderlich wäre. Darüber hinaus ist, da die beiden unabhängigen Detektoren 6, 6 zum Bilden der Entfernungsmesseinheit C mittels der Drehachse 73 zu einer Einheit zusammengefasst sind, der Aufbau vereinfacht und kompakt, lässt sich leicht tragen, und das gesamte Messsystem lässt sich in der Größe reduzieren.

Als anderes Beispiel des Winkeldetektors 60 kann ein Winkelsensor des Volumentyps verwendet werden. In diesem Fall lässt sich der Winkeldetektor 60 unter niedrigen Kosten zusammensetzen, indem die Veränderung des elektrischen Widerstands des Winkelsensors als Signal der Winkelveränderung der beiden Detektoren 6, 6 herausgenommen wird. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann der Winkeldetektor 60 aus einem Winkelmesser zum visuellen Messen des Winkels _ der beiden Detektoren 6, 6, und. aus einer Eingabevorrichtung zum Eingeben des vom Winkelmesser gelesenen Winkelwerts in die Recheneinheit 61. Im Ergebnis ist der Aufbau des Winkeldetektors 60 vereinfacht, die Datenübertragung und die Empfangsstruktur zwischen dem Winkeldetektor 60 und der Recheneinheit 61 ist vereinfacht, und von daher kann nicht nur der Winkeldetektor 60, sondern die gesamte Laserentfernungsmessvorrichtung kostengünstig dargeboten werden.

Wenn nebenbei bemerkt die beiden Detektoren 6, 6 verbunden werden, indem sie wie in 16A und 16B gezeigt in der Axialrichtung der Drehachse 73 übereinandergelegt werden, kann die Projektionsachse _ des Lichtstrahls von jedem Detektor 6 in der Axialrichtung abweichen, und verglichen mit dem auf derselben Ebene befindlichen Projektionswinkel _ kann in der Winkelerfassung ein geringfügiger Fehler auftreten. Dementsprechend kann zu Korrektur des Erfassungswinkelfehlers vorzugsweise eine Korrekturschaltung vorgesehen sein, um die Genauigkeit der Winkelerfassung zu erhöhen. Anstelle der Drehachse 73 kann der Referenzpunkt an das vordere Ende jedes Detektors 6 gesetzt werden.

19 zeigt ein weiteres andersartiges Beispiel. Beim Messen der Entfernung in der Horizontalrichtung befindet sich eine Einbauebene 64 der Entfernungsmesseinheit C am Boden oder an einer horizontalen Plattform, die zwei Detektoren 6, 6 werden um 180° geöffnet, der Lichtstrahl LB von einem Detektor 6 wird zu einer Wand ausgesendet, und der Lichtstrahl LB vom anderen Detektor 6 wird zur anderen, gegenüberliegenden Wand ausgesendet. In diesem Fall kann, indem die Projektionsachse _ horizontal zur Einbauebene 64 gehalten wird, die Entfernung L zwischen zwei Punkten mit einem beliebigen Winkel _ gleichzeitig und genau gemessen werden, ohne die Laserentfernungsmessvorrichtung A zu bewegen. Die Entfernungsmesseinheit C umfasst ein Nivelliergerät 65 zum Überprüfen der horizontalen Lage.

Die 20 und 21 zeigen Anwendungsbeispiele. 20 zeigt einen Fall, wo in der Vertikalrichtung gemessen wird, und 21 zeigt einen Fall, wo die Entfernung zwischen zwei Punkten mit einem spitzen Winkel _" gemessen wird. Die zuvor erwähnte, in 17A und 17B gezeigte Ausführungsform entspricht einem Fall mit einem stumpfen Winkel _. Beim Messen der Entfernung L zwischen zwei Punkten mit einem beliebigen Winkel _ sind die gesammelten Entfernungsmessergebnisse sind korrekt, wenn die Entfernungsmesseinheit C nicht horizontal ist. Dementsprechend kann durch Bestätigung der horizontalen Konfiguration der Projektionsachse _ jedes Lichtstrahls LB und der Entfernungsmesseinheit C durch das Nivelliergerät 65, wenn die beiden Detektoren 6, 6 geöffnet sind, die Entfernung L zwischen zwei Punkten ungeachtet der horizontalen Lage der Einbauebene 64 genau gemessen werden.

Das Nivelliergerät 65 ist nicht auf eine einachsige Bauart beschränkt, es kann auch eine zweiachsige Bauart verwendet werden. Wenn es zur Messung der Entfernung zwischen zwei Punkten in der Horizontalrichtung verwendet wird, wird ein einachsiges Nivelliergerät eingesetzt. Bei Verwendung in der Entfernungsmessung in der Vertikalrichtung muss es in zwei Richtungen horizontal liegen, und somit wird ein zweiachsiges Nivelliergerät verwendet. Dabei wird es durch Erfassung der Neigung eines Detektors 6, und einer zu dieser Neigung in einer Vertikalrichtung liegenden Neigung, so eingestellt, dass die beiden Neigungen zu Null werden können, und die Entfernung in der Vertikalrichtung kann genau gemessen werden.

Diese Vorrichtung kann darüber hinaus einen abnehmbaren, handbetätigten Einstellmechanismus (nicht gezeigt) zur visuellen Erfassung der Horizontallage aufweisen, und zur manuellen Einstellung, so dass die Entfernungsmesseinheit horizontal gehalten werden kann. Im Ergebnis kann, wenn die Einbauebene der Entfernungsmesseinheit geneigt ist, die Entfernungsmesseinheit ungeachtet des Neigungszustands der Einbauebene der Laserentfernungsmessvorrichtung manuell horizontal gehalten werden, und auf der Basis des horizontalen Zustands ist ein genauer Entfernungsmessvorgang möglich. In einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung einen abnehmbaren, automatischen Einstellmechanismus zum Erfassen der Horizontallage des Nivelliergeräts aufweisen, und zur automatischen Einstellung, so dass die Entfernungsmesseinheit horizontal gehalten werden kann. In diesem Fall kann sie darüber hinaus eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen der Daten über die Horizontallage vom Nivelliergerät zur Recheneinheit umfassen, und eine Antriebseinheit zum Ansteuern des automatischen Einstellmechanismus, und die Recheneinheit kann so ausgelegt sein, dass sie auf der Basis der Daten über die Horizontallage vom Nivelliergerät ein Signal zum Ansteuern des automatischen Einstellmechanismus zur Antriebseinheit ausgibt. Als Lagesensor kann beispielsweise ein Libellenlagesensor verwendet werden. Bei Neigung sperrt der Libellenlagesensor den Strom durch seien Libelle und verhindert einen Stromfluss, und es entsteht ein von der Neigung abhängiger Strombetrag. Als automatischer Einstellmechanismus kann die horizontale Lage beispielsweise durch Antreiben einer rechten und linken Antriebswelle auf der Basis der Daten von einem in seitlicher Richtung geneigten Nivelliergerät eingestellt werden, und durch Antreiben einer vorderen und hinteren Antriebswelle auf der Basis der Daten von einem anderen, in der Längsrichtung geneigten Nivelliergerät. In einem anderen Beispiel kann ein automatischer Einstellmechanismus integral in der Vorrichtung vorgesehen sein, in der Entfernungsmesseinheit, wo das Nivelliergerät eingebaut ist, um die Horizontallage des Nivelliergeräts zu erfassen und es automatisch einzustellen, so dass die Entfernungsmesseinheit horizontal gehalten werden kann.

Ein weiteres, andersartiges Beispiel wird unter Bezug auf 22A, 22B und 22C erläutert. Die Vorrichtung in diesem Beispiel hat eine Funktion, die Daten zu speichern, die sich aus dem Drehwinkel und dem Schnittwinkel der Lichtstrahlen der zwei Detektoren 6, 6 und aus der bei diesem Drehwinkel gemessenen Entfernung zusammensetzen. Wo eine Stufe zwischen beiden Enden der zu vermessenden Ebenen ausgebildet ist, wie in 22A gezeigt, wird, während der Lichtstrahl von einem Detektor 6 noch an einem Ende der zu vermessenden Ebene ausgesendet wird, der andere Detektor 6 gedreht und wie in 22B gezeigt der Drehwinkel verbreitert (von _1 auf _2), bis der Lichtstrahl vom anderen Detektor 6 von einem Ende 1' der zu vermessenden Ebene 86 zum anderen Ende 2' der zu vermessenden Ebene 87 wandert. Somit kann durch Speichern (in der Recheneinheit) der durch den Winkeldetektor erfassten Winkeldaten und durch Speichern (in der Recheneinheit) jedes Entfernungswerts, der jeweils am Winkel _ gemessen wurde, ein dreidimensionales Profil der zu vermessenden Ebene, bei D in 22C gezeigt, aus den gespeicherten Daten wiedererlangt werden. Die zusammengesetzten Daten können auch in einem externen Speichermedium gespeichert werden. Darüber hinaus kann ein Übertragungsmechanismus zum Informationsaustausch mit einer externen Dateneinrichtung in der Entfernungsmesseinheit vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht auf die Konfiguration der vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Rahmen verändert oder modifiziert werden, ohne vom eigentlichen Charakter der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann, wenn die Projektionsachse durch Drehen eines Detektors in Bezug auf den anderen Detektor verändert wird, und wenn eine Projektionsachse in paralleler Bewegung in Bezug auf die andere steht, aufgrund des Aufbaus der Drehachse die Abweichung korrigiert werden, wenn die Entfernung zwischen zwei Punkten im Entfernungsberechnungsprozessor berechnet wird. Hier ist in einem geschlossenen Zustand einer Gruppe von Detektoren ein vertikal gestapelter Aufbau (siehe 16A und 16B) gezeigt, aber anstelle des vertikal gestapelten Aufbaus kann der linke und rechte Detektor in derselben Ebene seitlich um die Drehachse platziert werden.

Claims

Laserentfernungsmessvorrichtung zum Messen der Entfernung zwischen Gegenständen unter Verwendung von Laserlicht, die wenigstens von der Vorrichtung her gesehen in zwei Richtungen liegen, umfassend: mindestens zwei Projektoren zum Projizieren von Laserstrahlen entlang einer bestimmten Projektionsachse in Richtung auf jeden der Gegenstände, einen Photodetektor zum Empfangen von von jedem Gegenstand reflektiertem Projektionslicht, einen Entfernungsmessprozessor, der die Entfernung vom Referenzpunkt der Vorrichtung zu jedem Gegenstand auf der Basis des Empfangssignals durch den Photodetektor misst, und einen Entfernungsberechnungsprozessor, der die Entfernung zwischen den Gegenständen auf der Basis der durch den Entfernungsmessprozessor gemessenen Entfernungsdaten und auf der Basis des durch mindestens zwei Projektionsachsen gebildeten Winkels berechnet, wobei die Projektionsachse von einem Projektor in Bezug auf den anderen im Winkel veränderbar ist.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Projektoren und die Photodetektoren einen Detektor umfassen, und mehrere Gruppen von Detektoren vorgesehen sind, und mehrere Entfernungsmessprozessoren vorgesehen sind, die den mehreren Gruppen von Detektoren entsprechen und in der Lage sind, durch einen Entfernungsmessvorgang die Entfernung in mehreren Richtungen zu messen.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Projektor eine Lichtquelle hat, und der Lichtstrahl von einer Lichtquelle in zwei Richtungen aufgeteilt wird und zu zwei Gegenständen hin ausgesendet wird.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Projektor einen Halbleiterlaser zum beidseitigen Aussenden von Projektionslichtstrahlen in zwei Richtungen aufweist.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Photodetektor einen Sensor aufweist, um von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht sequentiell mittels mehrerer Lichtleitfasern zu erfassen.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, darüber hinaus einen Strahlteiler umfassend, der frei zwischen einem im optischen Pfad des reflektierten Lichts positionierten Zustand und einem vom optischen Pfad versetzten Zustand umschalten kann, wobei durch einen einzigen Photodetektor von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht empfangen wird, indem sequentiell umgeschaltet wird.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei nur ein Entfernungsmessprozessor vorhanden ist, der jede Entfernung zu mehreren Gegenständen sequentiell misst, indem der Signalempfang von den mehreren Photodetektoren umgeschaltet wird.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein halbdurchlässiger Spiegel im optischen Pfad des reflektierten Lichts angeordnet ist, und von mehreren Gegenständen reflektiertes Licht mittels des halbdurchlässigen Spiegels von einem Photodetektor empfangen werden kann.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor, der den Projektor und Photodetektor umfasst, in zwei unabhängigen Teilen vorgesehen ist, die jeweils um die Achse drehbar vorgesehen sind, um den durch die Projektionsachse des Lichtstrahls gebildeten Winkel beliebig zu verändern, mit einem Winkeldetektor zur Erfassung des durch die Projektionsachsen gebildeten Winkels, und wobei die vom Winkeldetektor erhaltenen Winkeldaten als der durch zwei Projektionsachsen gebildete Winkel zur Entfernungsberechnung durch den Entfernungsberechnungsprozessor verwendet werden.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Winkeldetektor einen Winkelmesser zum Messen des Winkels der beiden Detektoren aufweist, und eine Eingabevorrichtung zum Eingeben des vom Winkelmesser gelesenen Winkelwerts in den Entfernungsberechnungsprozessor.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Projektionsachse wenigstens eines Lichtstrahls in paralleler Konfiguration zur Einbauebene wenigstens eines Detektors ist, wenn die beiden Detektoren geöffnet sind.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 11, darüber hinaus mit einem Nivelliergerät zur Erfassung, dass die Einbauebene wenigstens eines Detektors horizontal ist.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Entfernungsberechnungsprozessor eine Funktion hat, die Daten, die sich aus dem Drehwinkel bei durch Lichtstrahlen der beiden Detektoren gebildetem Winkel und der bei diesem Winkel gemessenen Entfernung zusammensetzen, zu speichern.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 12, darüber hinaus einen Einstellmechanismus umfassend, damit wenigstens ein Detektor auf der Basis des Horizontallage-Erfassungsergebnisses vom Nivelliergerät horizontal gehalten werden kann.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 13, darüber hinaus eine Funktion enthaltend, die zusammengesetzten Daten in einem externen Speichermedium zu speichern.
Laserentfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 13, darüber hinaus eine Funktion enthaltend, die zusammengesetzten Daten an eine externe Dateneinrichtung zu übermitteln.