JP2001343234A - 広範囲レーザ距離計および広範囲距離測定方法 - Google Patents

広範囲レーザ距離計および広範囲距離測定方法

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JP2001343234A
JP2001343234A JP2000167494A JP2000167494A JP2001343234A JP 2001343234 A JP2001343234 A JP 2001343234A JP 2000167494 A JP2000167494 A JP 2000167494A JP 2000167494 A JP2000167494 A JP 2000167494A JP 2001343234 A JP2001343234 A JP 2001343234A
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Katsuya Shinobu
克也 信夫
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NEC Engineering Ltd
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲の距離データを一度に取得することが
可能で、小型かつ軽量で携帯に適した広範囲レーザ距離
計を提供する。 【解決手段】 レーザ距離計(20)は、測定対象物の所
定の広い範囲にレーザ光が当たるようにレーザ光源(2
4)からのレーザ光の照射角度を広げて送出する送光光
学系(26)を有し、発散レーザ光を、走査することな
く、測定対象物に向かって照射する。測定対象物で反射
して来たレーザ光は受光光学系(32)によって集光さ
れ、視野絞り(34)の小さな中央開口を介して受光素子
(30)に送られる。視野絞り(34)をXY二次元方向に
動かすことにより、レーザ光を測定対象物上で走査する
のと同じ機能が実現される。視野絞り(34)はサイズと
質量が小さいので、装置全体の小型、軽量化を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
距離を計測するレーザ距離計に係り、特に、広範囲の距
離データを一度に取得することの可能な広範囲レーザ距
離計に関する。本発明は、また、レーザ光を用いて広範
囲の距離データを一度に取得する距離測定方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を用いて対象物体までの距離を
測定するレーザ距離計は知られている(例えば特開昭6
3−038107号公報)。レーザ距離計では、レーザ
光の発射時刻と、測定対象物に当たり反射してきたレー
ザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測
定対象物までの距離が算出される。測定対象物のうちの
ある広がりを持った範囲の距離データをレーザ距離計を
用いて一度に取得することが可能である。これには、従
来、二通りの方法が行われている。第1のやり方は、図
8に示したように、レーザ光源1、送光光学系2、受光
光学系3、および受光部4を備えたレーザ距離計5の内
部に取り付けられたレーザ光走査ミラー6をモータ7等
で動かすことにより、レーザ送受光を走査することから
なる。第2のやり方は、図9に示したように、レーザ距
離計8自体を旋回運台9に水平揺動軸10を介して取り
付け、運台9を垂直軸線を中心として旋回させると共に
レーザ距離計8を水平軸10を中心として揺動させるこ
とによりレーザ送受光を走査することからなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】レーザ送受光を反射ミ
ラーで走査する方式の場合には、反射ミラーはレーザ光
を斜めに受けかつ回転することから、反射ミラーのサイ
ズはレーザ送受光口径に比べてかなり大きくしなければ
ならない。また、反射ミラーサイズに合わせて大きな駆
動モータが必要になることから、装置が大型、大重量に
なるという問題がある。同様に、レーザ距離計自体を旋
回運台によって走査する場合も、旋回部が大型、大重量
になるという問題がある。
【0004】本発明の目的は、広範囲の距離データを一
度に取得することが可能で、小型かつ軽量の広範囲レー
ザ距離計を提供することにある。本発明の他の目的は、
可動部分の質量が小さく高速で動かすことが可能で、広
範囲の距離データを高速で取得することの可能な広範囲
レーザ距離計を提供することにある。本発明の他の目的
は、小型かつ軽量で携帯に適した広範囲レーザ距離計を
提供することにある。他の観点においては、本発明の目
的は、小型で軽量のレーザ距離計を用いて広範囲の距離
データを一度に取得することの可能な距離測定方法を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の広範囲レーザ距
離計および広範囲距離測定方法の特徴は、測定対象物に
対しては所定の広い範囲にレーザ光が当たるように大き
な照射角度に広げてレーザ光を送出するが、その逆に狭
い範囲の反射光しか通過できないように受光素子の前面
に視野絞りを配置し、この視野絞りを二次元方向に動か
すことによりレーザ光を走査するのと同じ機能を果たす
ことにある。
【0006】このため、本発明のレーザ距離計は、レー
ザ光源と、測定対象物の所定の範囲を照射するべく前記
光源からのレーザ光の照射角度を広げて送出する送光光
学系と、測定対象物で反射して来たレーザ光を集光する
受光光学系と、集光されたレーザ光を受光する受光素子
を備えその受光素子の出力に基づいて測定対象物までの
距離を演算する受光部と、前記受光光学系と受光素子と
の間に配置され受光光学系の光軸に垂直な二次元方向に
移動可能な視野絞り、とを備えていることを特徴として
いる。
【0007】また、本発明の広範囲距離測定方法は、測
定対象物の所定の範囲を照射角度を広げた発散レーザ光
で照射し、測定対象物で反射されたレーザ光を集光し、
受光素子の前面に配置した視野絞りを受光素子の光軸に
垂直な二次元方向に移動させながら集光されたレーザ光
を受光素子で受光し、受光素子の出力に基づいて測定対
象物までの距離を演算することを特徴としている。
【0008】このように、本発明のレーザ距離計および
距離測定方法では、測定対象物の任意の範囲に発散レー
ザ光を照射するので、レーザ光はその範囲内にある種々
の物体或いは点から反射して来るが、受光素子の前面に
配置された視野絞りによってその反射光の一部のみを通
過させ、距離測定の対象となる点或いは物体を限定する
ことができる。そして、レーザ光が照射された範囲に相
当する量だけこの視野絞りを動かすことにより、レーザ
光が照射された範囲内の距離データを得ることができ、
従来必要であったレーザ光走査機構を省略しながらもレ
ーザ光を反射ミラーによって走査したのと同じ効果を得
ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を示す図1を参照
するに、本発明のレーザ距離計20は、レーザダイオー
ド22などからなるレーザ光源24と、レーザ光源24
からのレーザ光を所定のビーム照射角度に設定するため
の送光光学系26を有する。レーザ距離計20は、更
に、測定対象物に当って反射してきたレーザ光を受けて
受光部28のフォトダイオード30に集光するための受
光光学系32と、受光部28の直前に配置された視野絞
り34を備えている。受光部28はフォトダイオード3
0の出力に基づいて測定対象物までの距離を演算するべ
くプログラムされた演算部を備えている。
【0010】図5を参照するに、視野絞り34は例えば
厚さ0.1mmのステンレス鋼板で製作することがで
き、受光光学系32で集光されたレーザ光の一部しか通
過させないように中央部に小さな穴36が明けてある。
視野絞り34を受光部28の光軸に垂直な二次元XY方
向に走査させるため、視野絞り34は互いに直交するX
軸駆動用ボイスコイルモータ38とY軸駆動用ボイスコ
イルモータ40からなる駆動機構42に連結してある。
これらのモータ38、40は駆動回路44によって制御
される。視野絞り34の位置を検出するため、視野絞り
34には位置センサーとして2次元ポジションセンサー
デバイス(PSD)46が取り付けてある。
【0011】次に、このレーザ距離計20の作動と使用
の態様並びに本発明の距離測定方法を説明するに、レー
ザダイオード22から発したレーザ光は、図1に示すよ
うに、レーザダイオード22の前面に配置された送光光
学系26によって、ビーム照射角度が広げられ、測定対
象物のうちの所望の広い範囲にレーザ光が当たるように
発散レーザ光として送出される。
【0012】広範囲に広げられたレーザ光は、図2に示
すように、例えば山又は建造物のような測定対象物48
に照射され、測定対象物48の一定の範囲の領域を照射
する。測定対象物48に当たって反射したレーザ光は、
受光光学系32によって集光され、フォトダイオード3
0にて検出される。受光部28はレーザ光がレーザダイ
オード24から照射された時刻とフォトダイオード30
がレーザ光を検出した時刻との差に基づいて測定対象物
48までの距離を演算し距離データを取得する。
【0013】図3に示すように、測定対象物48で反射
したレーザ光は、広い範囲から異なる様々な角度で戻っ
てくるが、視野絞り34には小さな穴36しか明けてな
いので、測定対象物48上の限定された部位48Aから
の反射レーザ光しか視野絞り34の穴36を通過してフ
ォトダイオード30に達することができない。従って、
視野絞り34の穴36を通過したレーザ光を反射した部
位48Aについてのみ距離データが取得できることにな
り、測定対象物48上の広範な領域から計測部位48A
を特定することができる。
【0014】そして、図4に示すように、視野絞り34
の位置をXY方向に動かすことにより、測定対象物48
上の同時に照射された同じ範囲のうちの計測部位48A
を変え、測定対象物48の広範囲の部位について距離デ
ータを取得することができる。例えば、 互いに直交す
る2つのボイスコイルモータ38および40を制御する
ことにより図6に示すようなパターンで視野絞り34を
走査する場合には、計測部位48AはY軸用ボイスコイ
ルモータ40により距離Aを動く間に、X軸用ボイスコ
イルモータ38により距離Bを動く。
【0015】視野絞り34の移動量δは、受光光学系3
2の焦点距離fと走査角θで表すことができ、δ=f×
tanθである。最大走査角θmaxを±5°、焦点距
離fを40mmとすると、最大移動量δ=f×tanθ
≒3.5mmとなる。このようにして求められる視野絞
り34の移動範囲と、データ取得速度に関係する視野絞
り34の移動速度に基づいて、適切なボイスコイルモー
タが選択される。
【0016】視野絞り34の位置情報は、視野絞り34
の先端に取り付けられた2次元PSD46によって取得
する。この視野絞り34の位置データとその位置で取得
した距離データから、測定対象物48上の広範囲の計測
部位について距離データを取得することができる。
【0017】以上には本発明の特定の実施例を記載した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の修
正や変更を施すことができる。例えば、視野絞り34の
駆動機構42はボイスコイルモータに限定されるもので
はなく、図7に示すように、DCモータ50、52によ
り駆動されるボールネジ54、56とX軸用ガイド5
8、Y軸用ガイド60との組み合わせも可能である。ま
た、レーザ光源24は、レーザダーオード22に限定さ
れるものではなく、短時間で計測が行えるよう照射周波
数は高い方がよいが、固体レーザ媒質や液体レーザ媒質
を使用することも可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明の第1の効果は、広範囲の距離デ
ータを一度に取得するためには視野絞りを動かすだけで
よく、この視野絞りは小型で質量が小さいので、駆動モ
ータも小さくすることが可能であり、装置全体を小型、
軽量にすることができるということである。本発明の第
2の効果は、視野絞りの大きさと質量が小さいので、高
速で動かすことが可能となり、距離データを高速で取得
することができるということである。本発明の第3の効
果は、レーザ距離計を小型かつ軽量化することができる
ので、携帯が可能となり、レーザ距離計の運用用途の拡
大を図ることができるということである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ距離計のブロック図である。
【図2】図1に示したレーザ距離計による距離計測の概
念図である。
【図3】図1に示したレーザ距離計による距離計測の概
念図である。
【図4】図1に示したレーザ距離計による距離計測の概
念図である。
【図5】図1に示したレーザ距離計の視野絞りの駆動機
構の正面図である。
【図6】図1に示したレーザ距離計による距離計測の概
念図である。
【図7】視野絞りの駆動機構の変化形の概念図である。
【図8】従来の広範囲距離測定方式の斜視図である。
【図9】従来の他の広範囲距離測定方式の斜視図であ
る。
【符号の説明】
20: レーザ距離計 24: レーザ光源 26: 送光光学系 28: 受光部 30: 受光素子 32: 受光光学系 34: 視野絞り 42: 視野絞り駆動機構 46: 位置センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA02 AA06 DD02 FF32 FF33 GG04 HH04 HH13 JJ09 JJ18 LL30 LL61 MM16 QQ13 QQ23 2F112 AD01 BA03 BA10 CA12 DA01 DA13 DA25 DA28 DA40 FA03 FA21 FA45 5J084 AA05 AD01 BA03 BA36 BB02 BB37 CA03 EA31

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源と、測定対象物の所定の範囲
    を照射するべく前記光源からのレーザ光の照射角度を広
    げて送出する送光光学系と、測定対象物で反射して来た
    レーザ光を集光する受光光学系と、集光されたレーザ光
    を受光する受光素子を備えその受光素子の出力に基づい
    て測定対象物までの距離を演算する受光部と、前記受光
    光学系と受光素子との間に配置され受光光学系の光軸に
    垂直な二次元方向に移動可能な視野絞り、とを備えてい
    ることを特徴とするレーザ距離計。
  2. 【請求項2】 前記視野絞りを二次元方向に移動させる
    駆動モータおよび駆動回路を有する請求項1に基づくレ
    ーザ距離計。
  3. 【請求項3】 前記視野絞りの位置情報を取得する位置
    センサーを有する請求項2に基づくレーザ距離計。
  4. 【請求項4】 測定対象物の所定の範囲を照射角度を広
    げた発散レーザ光で照射し、測定対象物で反射されたレ
    ーザ光を集光し、受光素子の前面に配置した視野絞りを
    受光素子の光軸に垂直な二次元方向に移動させながら集
    光されたレーザ光を受光素子で受光し、受光素子の出力
    に基づいて測定対象物までの距離を演算することを特徴
    とする広範囲距離測定方法。
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