JP2005069975A - Laser distance measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ距離測定装置に係り、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置に関する。 The present invention relates to a laser distance measuring device, and more particularly to a laser distance measuring device that receives a reflected light from an object in the same direction as a laser light irradiation direction and measures a distance.
従来からレーザ光を利用したレーザ距離測定装置が知られている。このレーザ距離測定装置は、例えば図12に示すように多面体ミラー(ポリゴンミラー)1を一定速度で回転駆動する主走査モータ2と、この主走査モータ2に対してその回転軸を直交するように設けられて、上記ポリゴンミラー1の回転軸を所定の角度範囲内で傾動させて該ポリゴンミラー1の回転面を所定速度で揺動させる副走査モータ3とを備えた光学系を有している。
Conventionally, a laser distance measuring apparatus using laser light is known. For example, as shown in FIG. 12, this laser distance measuring apparatus has a
レーザ光源4から射出されたレーザパルス光は、ハーフミラー5を介してポリゴンミラー1に投射される。このレーザパルス光は、ポリゴンミラー1の回転に応じてレーザ光源4から射出されると共に、副走査モータ3によって所定速度でポリゴンミラー1のミラー面が揺動されて所定の測定範囲に照射される。そして、レーザ光の照射範囲内に存在する対象物からの反射光をポリゴンミラー1によって集光レンズ6に導き、この集光レンズ6によって集光された該反射光を受光素子7が受光する。
The laser pulse light emitted from the
レーザ距離測定装置は、基本的には上述したように構成された光学系が該レーザ距離測定装置の筐体(図示せず)に組み込まれ、この筐体に設けられた例えばガラス窓により形成された窓部を介して対象物との間でレーザ光の照射・反射が行われて該対象物との距離を計測する。
或いは、レーザ光源4から射出されたレーザ光が前述した窓部において反射されて受光素子7に到達する所謂、ノイズを低減して検出精度を向上させる目的で、図13に示すように同一の面構成をなす二つのポリゴンミラー1,1を同一回転軸に取り付けたレーザ距離測定装置もある。これはレーザ光源4から射出され、投光レンズ8を介して投射されたレーザパルス光を一方のポリゴンミラー1の一つで反射して対象物に照射すると共に、該対象物からの反射光を前記ポリゴンミラー1とは異なるポリゴンミラー1で反射して集光レンズ6を介し、受光素子7に導くようにしたものである。このように構成されたレーザ距離測定装置は、上述したレーザ距離測定装置とは異なり、レーザ光源4が射出したレーザ光がガラス窓等で形成された窓部に反射して受光素子7へ到達することがなく、より精度の高い距離測定を行うことができる。
The laser distance measuring device is basically formed of, for example, a glass window provided in the housing (not shown) of the laser distance measuring device in which the optical system configured as described above is incorporated. The laser beam is irradiated / reflected between the object and the object through the window, and the distance to the object is measured.
Alternatively, the same surface as shown in FIG. 13 is used for the purpose of reducing the so-called noise and improving the detection accuracy, in which the laser light emitted from the
ちなみに、上述した動作原理に基づいたレーザ距離測定装置が種々提唱されている(例えば、特許文献1〜4を参照)。
しかしながら、上述したように窓部に設けられた例えばガラスによって、レーザ光源4から射出されたレーザ光の一部が反射されて受光素子7へ到達することが否めない。このため、この反射光によって検出精度が低下するという問題があった。またこの方式のレーザ距離測定装置において、レーザ光源4が射出するレーザビーム径を大きくする場合、受光レンズ径をこのレーザビーム径より大きくする必要があり、装置が大型になるという問題もある。
However, it cannot be denied that a part of the laser light emitted from the
一方、投光用と受光用とに別々のポリゴンミラーを備えたレーザ距離測定装置にあっては、レーザ光源4から射出したレーザ光がレーザ距離測定装置の窓部で反射して受光素子7に戻ってくるという懸念はないものの、ポリゴンミラー1の形状が大きくなってしまう。このため、該ポリゴンミラー1を回転軸に対して所定の範囲で揺動させてレーザ光を二次元に走査する揺動機構が大型で複雑な機構となり、レーザ距離測定装置の小型化が困難であるという問題もあった。
On the other hand, in the laser distance measuring device provided with separate polygon mirrors for light projection and light reception, the laser light emitted from the
また、レーザ距離測定装置が発するレーザ光を二次元に走査する場合、走査領域がポリゴンミラー1の走査機構(揺動機構)の制約を受けるため、走査領域を大きくとることができないという問題もある。勿論、走査領域を拡大するためにはポリゴンミラー1を大型にすればよい反面、ポリゴンミラーの走査機構(揺動機構)も大きくなるという問題もある。更にはポリゴンミラーの寸法が長くなるため、回転速度の安定性が犠牲になるという懸念があると共に、このポリゴンミラーを稼働させるモータを含む稼働機構が大がかりなものとなってしまい、レーザ距離測定装置の組み立てや調整に時間がかかるという問題もあった。
In addition, when the laser light emitted from the laser distance measuring device is scanned two-dimensionally, the scanning area is restricted by the scanning mechanism (swinging mechanism) of the
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、レーザ光を二次元に走査するスキャン走査領域および画角を任意に選択することが可能であり、小型化が可能で組み立および調整が容易なレーザ距離測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is to arbitrarily select a scan scanning area and an angle of view for scanning laser light two-dimensionally, and to achieve downsizing. An object of the present invention is to provide a laser distance measuring device that can be easily assembled and adjusted.
上述した目的を達成するため、本発明に係るレーザ距離測定装置は、レーザ光を投射する発光部と、この発光部と光学的に対峙する光軸上に配置された受光部と、回転軸に対して所定の角度に位置づけられた複数のミラー面を有し、前記光軸上に配置されて回転駆動され、前記発光部から投射された前記レーザ光を前記ミラー面の一つで反射して対象物に照射すると共に、対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して前記受光部に導くポリゴンミラーと、前記光軸を軸として所定方向に前記ポリゴンミラーの回転軸を揺動させる揺動部と、前記ポリゴンミラーの回転に同期して前記発光部からのレーザ光の投射を制御する投射制御部と、この投射制御部が前記発光部に与える投射許可信号と前記受光部が受光した受光信号との伝搬遅延時間から対象物までの距離を算出する距離演算部とを具備したことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a laser distance measuring device according to the present invention includes a light emitting unit that projects laser light, a light receiving unit that is disposed on an optical axis that is optically opposed to the light emitting unit, and a rotating shaft. A plurality of mirror surfaces positioned at a predetermined angle with respect to each other, arranged on the optical axis and driven to rotate, and reflects the laser light projected from the light emitting unit by one of the mirror surfaces. A polygon mirror that irradiates an object and reflects laser light reflected by the object on a mirror surface different from the mirror surface and guides the laser light to the light receiving unit, and rotation of the polygon mirror in a predetermined direction about the optical axis A swing unit that swings the shaft, a projection control unit that controls projection of laser light from the light emitting unit in synchronization with the rotation of the polygon mirror, and a projection permission signal that the projection control unit gives to the light emitting unit; The light receiving unit And wherein the propagation delay time of the received light signal that includes a distance calculator for calculating a distance to the object.
好ましくは、前記ポリゴンミラーは、90度ずつミラー面を異ならせた少なくとも4面体を有する多面体から構成される。具体的には、例えば4面体、8面体、12面体等の多角形状の多面体として構成される。 Preferably, the polygon mirror is composed of a polyhedron having at least a tetrahedron with different mirror surfaces by 90 degrees. Specifically, it is configured as a polygonal polyhedron such as a tetrahedron, an octahedron, or a dodecahedron.
上述したレーザ距離測定装置にあっては、発光部と光学的に対峙する光軸上に受光部を配置すると共に、この光軸中に配置した複数のミラー面を有するポリゴンミラーの一つミラーで、発光部から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して前記受光部に導いている。そして、前記光軸を軸として所定方向に前記ポリゴンミラーの回転軸を揺動部により揺動させている。このため、レーザ光を二次元に走査するスキャン走査領域および画角を任意に選択することができる。 In the laser distance measuring apparatus described above, a light receiving unit is disposed on an optical axis that is optically opposed to the light emitting unit, and a single mirror of a polygon mirror having a plurality of mirror surfaces disposed in the optical axis. The laser beam projected from the light emitting unit is reflected and applied to the object, and the laser beam reflected by the object is reflected by a mirror surface different from the mirror surface and guided to the light receiving unit. Then, the rotation axis of the polygon mirror is swung by a swinging portion in a predetermined direction with the optical axis as an axis. For this reason, it is possible to arbitrarily select a scan scanning region and an angle of view in which laser light is scanned two-dimensionally.
また前記このポリゴンミラーは、90度ずつミラー面を異ならせた少なくとも4面体を有する多面体からなっているので、発光部から投射されたレーザ光が例えばレーザ距離測定装置に設けられた窓(ガラス窓)によって反射する所謂、ノイズが受光部に入り込むことがなく、高精度の距離測定を行うことが可能であると共に、小型化が可能で組み立および調整が容易なレーザ距離測定装置を提供することができる。 In addition, the polygon mirror is a polyhedron having at least a tetrahedron whose mirror surfaces are different by 90 degrees, so that the laser light projected from the light emitting unit is, for example, a window (glass window) provided in a laser distance measuring device. A so-called noise that does not enter the light receiving portion, and can perform a highly accurate distance measurement, and can provide a laser distance measuring device that can be miniaturized and easily assembled and adjusted. it can.
以下、本発明の一実施形態に係るレーザ距離測定装置に関し、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明に係るレーザ距離測定装置を示す概略構成図である。この図において、10は、パルス状のレーザ光を射出して測定対象物に該レーザ光を照射する発光部であり、レーザ光を射出するレーザ光源(発光素子)4と、この発光素子4が射出したパルスレーザ光をビーム状にして測定対象物(図示せず)に効率よくレーザ光を投射する投光レンズ8を備えている。
Hereinafter, a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a laser distance measuring apparatus according to the present invention. In this figure,
一方、このレーザ発光部10と光学的に対峙する光軸上には、受光部20が設けられている。この受光部20は、測定対象物から反射されるレーザ光を後述するポリゴンミラー1のミラー面によって反射された光を受光して電気信号に変換する受光素子7を備えている。この受光部20には、ポリゴンミラー1のミラー面によって反射された光を効率よく受光素子7に与える集光レンズ6および外乱光の影響を低減させる光学フィルタ9が設けられている。
On the other hand, a
また本発明に係るレーザ距離測定装置には、回転軸に対して所定の角度に位置づけられた複数のミラー面を有するポリゴンミラー1が設けられている。このポリゴンミラー1は、前述した発光部10と受光部20とが光学的に対峙する光軸上に配置されて主走査モータ2により回転駆動される。そして、発光部10から投射されたレーザ光を、ポリゴンミラー1の一つのミラー面で反射して対象物に照射すると共に、この対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導くようになっている。
The laser distance measuring apparatus according to the present invention is provided with a
そして詳細は後述するが、このレーザ距離測定装置には、前述した発光部10と受光部20とで形成されたレーザ光の光軸を中心軸として所定方向に前記ポリゴンミラー1の回転軸を揺動させる揺動部が設けられている(図1には図示せず)。この揺動部は、発光部10から投射され、ポリゴンミラー1によって対象物に照射されるレーザ光を揺動部の揺動方向に走査する役割を担っている。
As will be described in detail later, this laser distance measuring device swings the rotational axis of the
また、このレーザ距離測定装置には、駆動部40によって回転駆動されるポリゴンミラー1の回転に同期して発光部10から投射されるレーザ光の射出タイミングを制御する投射制御部11が設けられている。一方、受光部20には、対象物から反射されたレーザ光のレベルに応じて受光素子7が出力する電気信号を増幅する増幅部21が設けられている。そして、このレーザ距離測定装置には、投射制御部11が発光部10に与えた投射許可信号および受光部20が受光して増幅部21によって増幅された受光信号をそれぞれ受けて、その伝搬遅延時間から対象物までの距離を算出する距離演算部50が設けられている。
In addition, the laser distance measuring device is provided with a
ここに本発明に係るレーザ距離測定装置が特徴とするところは、発光部10と光学的に対峙する光軸上に配置された受光部20とで形成される光軸中に複数のミラー面を有するポリゴンミラー1を配置し、そのポリゴンミラー1の一つのミラー面によって上記発光部10から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射すると共に、該対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して上記受光部20に導く点にある。
The laser distance measuring device according to the present invention is characterized in that a plurality of mirror surfaces are formed in the optical axis formed by the
このような特徴を有するレーザ距離測定装置に関し、図面を参照しながらより詳細に説明する。図2(a)は、発光部10と受光部20とで形成された光軸上に配置されたポリゴンミラー1を示す図である。この図に示すように、発光部10と光学的に対峙する光軸上に受光部20を配置すると共に、この光軸中に、ポリゴンミラー1を配置する。詳しくは、このポリゴンミラー1は、該ポリゴンミラー1の回転軸(中心軸)Oと前記光軸との間に所定のオフセットdだけ離して位置づけられる。このポリゴンミラー1は、上述したように駆動部40によって制御される主走査モータ2によって所定の回転速度で回転駆動される。
The laser distance measuring apparatus having such a feature will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 2A is a diagram showing the
いま、ポリゴンミラー1が四面体で形成されたものとして、その中心軸Oと、該ポリゴンミラー1のミラー面の一辺とでなす線分が、投光部10と受光部20とで形成される光軸と直交する位置にあるときポリゴンミラー1は基準角[0°]にあると定義する。つまり発光部10と受光部20とで形成される光軸と、ポリゴンミラー1のミラー面の一辺とでなす線分が、[90°]の角度をなしているとき基準角[0°]にあるものとする。
Now, assuming that the
さてポリゴンミラー1が主走査モータ2によって回転駆動され、ミラー面の一辺の角度が、基準角[0°]に到達する前でその角度(回転角)が[α°]の位置にあったとする。このとき、発光部10からレーザ光が投射されたとすると、このレーザ光は、ポリゴンミラー1の一つのミラー面に入射角[α°]で入射する共に、この入射角[α°]でもって対象物に照射される。そして、対象物から反射されたレーザ光は、ポリゴンミラー1の別のミラー面に到達する。このときミラー面に入射する反射レーザ光は、[90°−α°]の角度でミラー面に入射すると共に、[90°−α°]の角度で該ミラー面を反射されて受光部20に導かれる。
Now, it is assumed that the
或いは、図2(b)に示すようにポリゴンミラー1が回転駆動され、そのミラー面の一辺部の角度が、基準角[0°]を過ぎた角度(回転角)[−β°]の位置にあったとき、発光部10からレーザ光が投射されたとする。このレーザ光は、ポリゴンミラー1の一つのミラー面に入射角[90°−β°]で入射すると共に、入射角[90°−β°]でもって対象物に照射される。
Alternatively, as shown in FIG. 2B, the
そして、対象物によって反射されたレーザ光は、ポリゴンミラー1の別のミラー面に到達する。このミラー面に入射する反射レーザ光は、[β°]の角度でミラー面に入射すると共に、[β°]の角度で該ミラー面を反射されて受光部20に導かれる。
つまり、ポリゴンミラー1の回転に応じて発光部10から投射されるパルス状のレーザ光を制御することによって、ポリゴンミラー1の回転角と等しい位置にある対象物にレーザ光を照射することができる。そして、駆動部40、主走査モータ2によって回転されるポリゴンミラー1の回転角に応じた所定のタイミングで発光部10からパルス状のレーザ光を投射することで、該対象物までの距離を測定することができる。
Then, the laser light reflected by the object reaches another mirror surface of the
That is, by controlling the pulsed laser light projected from the
ちなみにポリゴンミラー1の寸法は、測定対象とする対象物に応じた必要な走査角(回転角)が得られるよう決定すればよい。つまり発光部10から投射されるレーザ光(レーザビーム)の一部が欠けることなく測定対象物に照射されると共に、測定対象物からの反射レーザ光を受光できるようミラーの寸法を決定すればよい。例えば、発光部10および受光部20の各レーザビーム径をφ35mmとし、ポリゴンミラー1の反射によって測定対象物にレーザ光を照射する範囲を、上述したポリゴンミラー1の基準回転角[0°]を基準としてその前後の回転角[±30°]の範囲とした場合、ポリゴンミラー1の一辺の長さは、[35/sin30°=70mm]となる。したがって、ポリゴンミラー1のミラー寸法を、高さ[35mm]、幅[70mm]とすればよい。
Incidentally, the dimensions of the
尚、上述したポリゴンミラー1は、理解を容易にするため四面体としたが、例えば、図3に示すように[45°]ずつミラー面を異ならせた8面体の他、図示しないが12面体、4n面体(ただしn≧4)としてもかまわない。要は発光部10と受光部20とで形成される光軸中にポリゴンミラー1を設けて、発光部10から投射されたレーザ光を該ポリゴンミラー1のミラー面の一つで反射して対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導くと共に、これら一対のミラー面に発光部10から入射するレーザ光の入射角と、受光部20に出射される出射角との和が90°になるように構成すればよい。
The
また、このレーザ光は、後述する揺動部によってレーザ光の光軸を中心軸として所定方向に前記ポリゴンミラー1の回転軸が揺動(副走査)されるので、該レーザ光が二次元に走査されて、二次元配置された対象物までの距離を測定することができる。基本的にこの揺動の角度(副走査角)は、本発明のレーザ距離測定装置において任意に設定することが可能である。つまり全周方向(360°)に亘って副走査を行うことも可能である。
In addition, since the rotation axis of the
このように発光部10と光学的に対峙する光軸上に配置された受光部20との光軸中に複数のミラー面を有するポリゴンミラー1を配置し、そのポリゴンミラー1の一つのミラー面によって発光部10から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射すると共に、該対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導いているので、発光部10が投射したレーザ光がレーザ距離測定装置の筐体(図示せず)に設けられた窓部(例えばガラス窓)で反射されて受光部20にノイズを与えることがなく、高精度の距離測定が可能となる。
In this way, the
また、発光部10が投射するレーザ光のパルス周期(タイミング)とポリゴンミラー1を主走査する回転速度および該ポリゴンミラーを揺動する副走査の揺動速度(回転速度)によって計測の対象とする領域およびその分解能を任意に設定することが可能である。つまり、計測対象の範囲は、発光部10が投射するレーザ光のパルス周期(タイミング)とポリゴンミラー1を主走査する回転速度および該ポリゴンミラーを揺動させる副走査の揺動速度(回転速度)によってメッシュ状に任意に決定することができる。例えば発光部10から投射されるレーザ光のパルス周期が一定であるとすれば、メッシュの粗い計測を行う場合には、主走査モータ2の回転速度および副走査モータ3の揺動速度(回転速度)を速くすればよく、逆にメッシュの細かい計測を行う場合には、主走査モータ2の回転速度および副走査モータ3の揺動速度(回転速度)を遅くすればよい。このように本発明に係るレーザ距離測定装置は、要求される分解能に応じた計測が可能である。
Further, the measurement is performed based on the pulse period (timing) of the laser light projected by the
さて上述した本発明に係るレーザ距離測定装置の揺動部30の具体的な構成について図4を参照しながらより詳細に説明する。この図において図1に示したレーザ距離測定装置の構成と同一部材は図1と同一の番号を付してその説明を略述する。ちなみにこの図は、揺動部30を示したものであり、発光部10、ポリゴンミラー1および揺動部30だけを描いたものであって、その他の構成部位を省略している。
Now, a specific configuration of the
ポリゴンミラー1は、コの字状の把持具31によって回動自在となるよう把持されている。この把持具31の開口部32の一方の側面には、壁面部33が設けられて、該把持具31に保持されたポリゴンミラー1に発光部10から投射されたレーザ光を与える貫通孔34が設けられている。この貫通孔34は、発光部10から投射されたレーザ光のビーム径より略大きな孔として壁面部33に設けられている。
The
また、この把持具31は、貫通孔34を貫くレーザ光の光軸を中心軸として所定の角度でポリゴンミラー1を揺動させる揺動機構35に取り付けられる。この揺動機構35は、副走査モータ3と、この副走査モータ3の回転を減速させる減速ギヤ36および副走査モータ3の回転角を検出して例えばパルス状の信号を出力するエンコーダ37を備えて構成される。そして副走査モータ3の回転に伴って変化するエンコーダ37の出力信号を受けて、副走査モータ3を制御すると共に、揺動機構35に設けられた例えばギヤによって減速して、把持具31を所定の角度範囲で往復揺動させるようになっている。
The
具体的にこの揺動機構35は、例えば図5にその原理的な構成図を示すように副走査モータ3の回転速度を減速させた減速ギヤ36の出力軸3aに、クランク38aとコンロッド38bとからなるリンク機構38を把持具31に取り付けて構成される。そして副走査モータ3の回転に伴ってクランク38aが回動すると共に、このクランク38aに取り付けられたコンロッド38bが往復運動する。すると、コンロッド38bの他端部に取り付けられた把持具31が、レーザ光の光軸を中心軸として所定の角度範囲で往復揺動する。
Specifically, the
或いは、揺動機構35は、例えば図6にその原理的な構成図を示すように副走査モータ3の回転速度を減速して出力する減速ギヤ36の出力軸3aに取り付けたピニオンギヤ39aおよび一端を把持具31に取り付けて該ピニオンギヤにより往復駆動されるラックギヤ39bとを用いて構成してもよい。この場合、副走査モータ3を所定の範囲で往復回動させることで、ピニオンギヤ39aを介してラックギヤ39bが往復駆動される。すると把持具31は、レーザ光の光軸を中心軸として所定の角度範囲で往復揺動する。
Alternatively, the
尚、詳細は後述するが、上述した揺動機構35は、所定の角度範囲内だけに限られることなく、発光部10と受光部20とで形成されるレーザ光の光軸を中心軸として把持具31を360°回転するように構成してもかまわない。
このように構成した本発明に係るレーザ距離測定装置は、ポリゴンミラー1の一つのミラー面によって発光部10から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射すると共に、該対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導いているので、発光部10が投射したレーザ光がレーザ距離測定装置の図示しない筐体に設けた窓部(図示せず)で反射することなく、高精度の距離測定が可能となる。
Although the details will be described later, the above-described
The laser distance measuring device according to the present invention configured as described above reflects the laser beam projected from the
また揺動機構35は、例えば図7にその原理的な構成図を示すように、回転軸方向に中空の貫通孔をそれぞれ備えた副走査モータ3、減速ギヤ36およびエンコーダ37を把持具31の壁面部33に設けた貫通孔34に取り付けた構成としてもよい。この場合は、それぞれの貫通孔を介して発光部10から投射されたレーザ光が把持具31に取り付けられたポリゴンミラー1のミラー面に到達して、該把持具31の開口部から対象物にレーザ光を照射することが可能である。このように構成することによって、発光部10と受光部20とで形成されるレーザ光の光軸を中心軸として把持具31が360°回転することができる。
For example, as shown in FIG. 7, the swinging
つまり把持具31を発光部10および受光部20とで形成されるレーザ光の光軸を中心軸として360°回転させることが可能となる。このため後述するように該レーザ光の光軸が対象物(例えば地面)と鉛直になるように配置すれば、レーザ距離測定装置を配置した周囲の[360°]全周にわたって測定対象物との距離を測定することが可能となる。この場合であっても、ポリゴンミラー1の一つのミラー面によって発光部10から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射すると共に、該対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導いているので、発光部10が投射したレーザ光がレーザ距離測定装置の筐体に設けた窓部で反射されることがなく、高精度の距離測定が可能となる。
That is, the
次に、本発明に係るレーザ距離測定装置の揺動部30の別な構成例について図8を参照しながら詳細に説明する。この図において図1のレーザ距離測定装置と同一部材は図1と同一の番号を付してその説明を略述する。
この図に示すレーザ距離測定装置は、発光部10と受光部20とを近接させて光軸方向の長さが短くなるように構成したものである。このレーザ距離測定装置には、発光部10から投射されたレーザ光を反射して該ポリゴンミラー1に与える反射鏡5a,5bが設けられたものとなっている。ちなみにこの反射鏡5a,5bは、図示しない固定治具によって固定されて後述する揺動機構35によってなされるポリゴンミラー1の揺動によっても揺動しないようになっている。そして、前述したように発光部10と光学的に対峙する光軸上に受光部20を配置すると共に、この光軸中にポリゴンミラー1を配置する。
Next, another configuration example of the
The laser distance measuring device shown in this figure is configured such that the
このポリゴンミラー1は、コの字状の把持具31によって把持され、発光部10から投射されたレーザ光を把持具31の開口部32から対象物に照射するようになっている。また把持具31の開口部32の一方の側面には、壁面部33が設けられて、該壁面部33にポリゴンミラー1から受光部20に至る光軸を軸として揺動させる揺動部30が取り付けられている。この揺動部30は、副走査モータ3と、この副走査モータ3の回転を減速させる減速ギヤ36および副走査モータ3の回転角を検出するエンコーダ37を備えて同軸配置されて、所定の角度範囲で把持具30を往復揺動させる。
The
このように構成したレーザ距離測定装置にあっても、ポリゴンミラー1の一つのミラー面によって発光部10から投射されたレーザ光を反射して対象物に照射すると共に、該対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して受光部20に導いているので、発光部10が投射したレーザ光がレーザ距離測定装置の窓部で反射することがなく、高精度の距離測定が可能となる。
Even in the laser distance measuring apparatus configured as described above, the laser beam projected from the
さて、上述したように構成されたレーザ距離測定装置が対象物に照射するレーザパルス光について図9を参照しながら説明する。この図に示すレーザ距離測定装置は、発光部10と受光部20(図9ではそれぞれ省略)とで形成される光軸を、例えば地表面等の測定対象部位の面と平行になるように位置づけたものである。そして、主走査モータ2の回転にあわせて発光部10から投射されるパルス状のレーザの照射タイミングを制御することで、走査方向(x軸方向)に対して等間隔(一定ピッチ)でレーザパルス光が照射される。ちなみに、光軸と地表面とが垂設するx軸基準角[0°]の位置からx軸方向に離れた点については、厳密にはレーザパルスの間隔が狭くなるものの、レーザ距離測定装置とx軸基準角[0°]の点との距離が大きければ無視してよい。
Now, the laser pulse light irradiated onto the object by the laser distance measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. In the laser distance measuring device shown in this figure, the optical axis formed by the
そして、副走査モータ3によって、発光部10と受光部20とで形成される光軸を中心軸としてポリゴンミラー1を所定角度範囲内で揺動させることで、y軸方向にレーザパルス光が照射される(横方向スキャン)。ちなみに副走査モータ3によって揺動されるポリゴンミラー1の揺動速度が、例えば正弦波状に変化するものとすれば、y軸基準角[0°]の近傍では揺動速度が速いためy軸方向のピッチは広くなる一方、揺動の端部においては揺動速度が遅くなるためy軸方向のピッチが狭くなる。
The
或いは、図10に示すように発光部10と受光部20(図10ではそれぞれ省略)とで形成される光軸を、例えば地表面等の測定対象部位の面に対して垂設するように位置づけてもよい。この場合、主走査モータ2の回転にあわせて発光部10から投射されるパルス状のレーザ光の投射タイミングを制御することで、走査方向(x軸方向)に対して等間隔(一定ピッチ)でレーザパルス光が照射される。そして、副走査モータ3によって、光軸を中心軸としてポリゴンミラー1を所定角度範囲内で揺動させることで、y軸方向にレーザパルス光が照射される(縦方向スキャン)。ちなみに副走査モータ3によって揺動されるポリゴンミラー1の揺動速度が、例えば正弦波状に変化するものとすれば、y軸基準角[0°]の近傍では揺動速度が速いためy軸方向のピッチは広くなる一方、揺動の端部においては揺動速度が遅くなるためy軸方向のピッチが狭くなる。これは、前述した横方向スキャンを行うレーザ距離測定装置と同様である。
Alternatively, as shown in FIG. 10, the optical axis formed by the
このように主走査モータ2で駆動されるポリゴンミラー1の回転にあわせて発光部10からパルス状のレーザを対象物に照射することによって、二次元領域の計測を行うことが可能である。
また本発明に係るレーザ距離測定装置は、図11に示すように発光部10と受光部20(図11ではそれぞれ省略)とで形成される光軸が測定対象部位の面(例えば地表面)に対して垂設するように位置づけた場合、発光部10と受光部20とで形成される光軸を中心として[360°]の全域にわたって対象物にパルス状のレーザを照射することができる。つまり主走査モータ2の回転にあわせてパルス状のレーザ光を発光部10が投射することによって、光軸と測定面との交点を中心とした半径方向にレーザ光が照射される一方、副走査モータ3によってポリゴンミラー1が回転駆動されるので、前記光軸と測定面との交点を中心とした同心円状にパルス状のレーザ光を照射することが可能となる。したがって、広範囲にわたる距離測定が可能となり、実用上極めて有効である。
In this way, it is possible to measure a two-dimensional region by irradiating the object with a pulsed laser from the
Further, in the laser distance measuring device according to the present invention, as shown in FIG. 11, the optical axis formed by the
1 ポリゴンミラー
2 主走査モータ
3 副走査モータ
4 レーザ光源(発光素子)
5a,5b 反射鏡
6 集光レンズ
7 受光素子
8 投光レンズ
9 光学フィルタ
10 発光部
11 投射制御部
20 受光部
21 増幅部
30 揺動部
31 把持具
32 開口部
33 壁面部
35 揺動機構
36 減速ギヤ
37 エンコーダ
40 駆動部
50 距離演算部
DESCRIPTION OF
5a,
Claims (2)
この発光部と光学的に対峙する光軸上に配置された受光部と、
回転軸に対して所定の角度に位置づけられた複数のミラー面を有し、前記光軸上に配置されて回転駆動され、前記発光部から投射された前記レーザ光を前記ミラー面の一つで反射して対象物に照射すると共に、対象物によって反射されたレーザ光を前記ミラー面と異なるミラー面で反射して前記受光部に導くポリゴンミラーと、
前記光軸を軸として所定方向に前記ポリゴンミラーの回転軸を揺動させる揺動部と、
前記ポリゴンミラーの回転に同期して前記発光部からのレーザ光の投射を制御する投射制御部と、
この投射制御部が前記発光部に与える投射許可信号と前記受光部が受光した受光信号との伝搬遅延時間から対象物までの距離を算出する距離演算部と
を具備したことを特徴とするレーザ距離測定装置。 A light emitting unit for projecting laser light;
A light receiving portion disposed on an optical axis that is optically opposed to the light emitting portion;
A plurality of mirror surfaces positioned at a predetermined angle with respect to the rotation axis, arranged on the optical axis and driven to rotate, and the laser beam projected from the light emitting unit is one of the mirror surfaces. A polygon mirror that reflects and irradiates the object, reflects the laser light reflected by the object on a mirror surface different from the mirror surface, and guides the laser light to the light receiving unit;
A swinging section that swings the rotation axis of the polygon mirror in a predetermined direction about the optical axis;
A projection control unit that controls the projection of the laser light from the light emitting unit in synchronization with the rotation of the polygon mirror;
A laser distance characterized in that the projection control unit comprises a distance calculation unit for calculating a distance to the object from a propagation delay time between a projection permission signal given to the light emitting unit and a light receiving signal received by the light receiving unit. measuring device.
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