JP2008281379A

JP2008281379A - 携帯型測距装置

Info

Publication number: JP2008281379A
Application number: JP2007124177A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Endo; 正光遠藤
Original assignee: Sokkia Topcon Co Ltd
Current assignee: Sokkia Topcon Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】測定対象物までの距離とともに被測定面の傾斜を広範囲に亘って判定すること。
【解決手段】対物レンズ１８を介して測定対象物に向けて測距光を出射し、その反射光を対物レンズ２０を介して受光素子２２で受光し、測距光と反射光間の位相差を基に測定対象物までの距離を演算部２４で演算し、筐体３８にも受けた基準面４２の当接する被測定面の傾斜を０〜３６０°の範囲で傾斜計１４で測定し、この測定値を演算部２４に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯型測距装置に係り、特に、距離測定とともに傾斜角を測定するに好適な携帯型測距装置に関する。

従来、携帯型測距装置として、例えば、測定に適した目標物（光をある程度反射できる目標物）がある場合は、ノンプリズム型の測距装置として、また測定に適した目標物がない場合は、目標物に設置した反射ターゲットを利用するプリズム型の測距装置として測距可能にしたものが提案されている。下記特許文献では、電気気泡管を用いて装置本体の水平を検出し、装置本体が水平になっているときには、測定対象物までの水平距離を測定し、装置本体が傾斜したときには電気気泡管で傾斜角を求め、この傾斜角と測定対象までの斜距離を基に測定対象までの水平距離を測定することができる。

特開２００２−３９７４８号公報（第３頁〜第５頁、図１、図２）

しかし、従来技術においては、傾斜角を電気気泡管を用いて検出しているため、測定範囲が狭く、基準平面が大きく傾斜したときには傾斜角を正確に測定することができず、したがって正確な斜距離を求めることができないことがある．さらに、従来技術においては、装置本体の鉛直に対する傾斜は測定できるものの、装置本体が設置された平面自体（被測定面）の傾斜は測定できず、使い勝手が悪いという問題もあった。

本発明の目的は、測定対象物までの距離を測定できるとともに被測定面の傾斜角を広範囲に亘って測定することができる携帯型測距装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、光軸を測定対象物（測定対象物に設置した反射プリズムや反射板といった反射ターゲットも含む）に向けて測距光を出射してその反射光を受光し、出射した測距光と受光した反射光との位相差を基に前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計と、前記光波距離計を内蔵するとともに、鉛直軸に直交し前記光波距離計の光軸（送光側の光軸および受光側の光軸）と平行で被測定面に当接可能な基準面を少なくとも有する筐体と、前記筐体に対し前記光軸の前後方向に傾動自在に支持された振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記振り子の傾動に応じて前記基準面の傾斜角を電気的に測定するデジタル傾斜計とを備えた構成とした。

（作用）光波距離計を用いて測定対象物に向けて測距光を出射し、測定対象物で反射した戻り光を受光し、測距光と戻り光の位相差を基に測定対象物までの距離を測定する。筐体が傾斜している場合は、振子の傾動に応じて基準面の傾斜を電気的に測定する傾斜計により光波距離計の傾斜が求まり、斜距離と同時に水平距離も求まる。また、基準面を被測定面に当接させれば、傾斜計により被測定面の傾斜がデジタル表示される。

請求項２に係る発明は、光軸を測定対象物（測定対象物に設置した反射プリズムや反射板といった反射ターゲットも含む）に向けて測距光を出射してその反射光を受光し、出射した測距光と受光した反射光との位相差を基に前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計と、前記光波距離計を内蔵するとともに、鉛直軸に直交し前記光波距離計の光軸と平行で被測定面に当接可能な第１の基準面と前記第１の基準面に直交し被測定面に当接可能な第２の基準面とを有する筐体と、前記筐体に対し前記光軸前後方向に傾動自在に支持された第１の振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記第１の振り子の傾動に応じて前記第１の基準面の傾斜角を電気的に測定するデジタル傾斜計と、前記筐体に対し傾動自在に支持された第２の振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記第２の掘り子の傾動に応じて前記第２の基準面の傾斜角を電気的に測定する第２の傾斜計とを備えた構成とした。

（作用）光波距離計を用いて測定対象物に向けて測距光を出射し、測定対象物で反射した戻り光を受光し、測距光と戻り光の位相差を基に測定対象物までの距離を測定する。筐体が傾斜している場合は、振子の傾動に応じて基準面の傾斜を電気的に測定する傾斜計により光波距離計の傾斜が求まり、斜距離と同時に水平距離も求まる。また、第１の基準面または第２の基準面を被測定面に当接させれば、第１の傾斜計または第２の傾斜計により被測定面の傾斜がデジタル表示される。

請求項３に係る発明は、請求項１または２の携帯型測距装置において、前記傾斜計を、コイルを巻回したコアを吊り線で筐体から懸吊して構成した振り子と、前記コイルを挟んで前記振り子の傾動方向に対向配置した水久磁石と、筐体が傾斜したときの前記振り子の位置変化に相当する電流を出力する位置検出器と、前記位置検出器の出力が一定となるように前記コイルに電流を出力する作動増幅器とを備え、該コイルと前記磁石間での電磁気作用により振り子が筐体内の一定位置に保持され、このときの前記コイルに流れる電流を傾斜角として検出しデジタル表示するように構成したものである。

（作用）筐体（の基準面）が傾斜しても振り子は常に位置検出器による平衡位置に保持されるので、基準面の当接する被測定面の傾斜角０〜３６０°に亘って測定することができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明によれば、測定対象物までの距離およびコンパクトな筐体に設けた基準面の当接する被測定面の傾斜をそれぞれ簡単に測定することができる。特に、室内の縦横高さの寸法測度や壁や天井や床の傾き判定に非常に便利で、大工さんの作業の大幅な効率化を期待できる。

請求項２に係る発明によれば、測定対象物までの距離およびコンパクトな筐体に設けた基準面の当接する被測定面の傾斜をそれぞれ簡単に測定することができ、特に筐体に基準面が２カ所あるため被測定対象面の傾斜測定に便利である。

請求項３に係る発明によれば、筐体（の基準面）が傾斜しても振り子は常に位置検出器による平衡位置に保持されるので、基準面の当接する被測定面の傾斜を０〜３６０°の広範囲で正確に測定することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１〜４は本発明の一実施例である携帯型測距装置を示し、図１は平面視した同製置のブロック構成図、図２は同装置の斜視図、図３は同装置を構成する傾斜計の回路構成図、図４は傾斜計の要部である振り子の斜視図である。

図１において、携帯型測距装置１０は、片手で持てる程度の矩形状の筐体３８内に光波距離計１２と傾斜計１４を備え、携帯可能に構成されている。

光波距離計１２は、発光部として、発光源である可視光ＬＥＤなどの発光素子１６と、この発光を集光して測定対象物に向けて測距光として出射する送光側対物レンズ１８と、測定対象物から反射された反射光を受光する受光側対物レンズ２０と、対物レンズ２０を透過した入射光を受光するフォトダイオードなどの受光素子２２と、測距光と入射光との位相差を基に測定対象物までの距離を測定演算する演算部２４とを備えて構成されている。なお、送光側の光軸Ｌ１と受光側の光軸Ｌ２は平行に配置されている。

測定対象物までの距離を測定するに際しては、測距光の周渡数を短距離用と長距離用の数種の周波数によって明暗の長さ、すなわち波長λを変化させ、それぞれの１／２波長の距離を測定することで、測定対象までの距離が短い場合と長い場合に分けて距離を測定することができる。例えば、測距光の周波数を１５ＭＨ_Ｚにすると、波長λ＝２０ｍとなり、１０ｍまでの距離が測れる。一方、測距光の周波数を１５０ｋＨｚにすれば、λ＝２０ｍとなり１ｋｍまでの距離を測定することができる。

一方、傾斜計１４は、被測定面の傾斜を０〜３６０°に亘って測定し、この測定値をデジタル値で出力することができるように構成されている。

具体的には、傾斜計１４は、図３に示すように、コア２５、フィードバックコイル２６、永久磁石２８、振り子３０、位置検出器３２、差動増幅器３４、抵抗３６を備える。振り子３０は、図４に示すように、フィードバックコイル２６を捲回したコア２５が板状の吊り線３１の下端寄りに取り付けられ、筐体３８に対し固定保持された支点４０に上端側が懸吊支持されて、光波距離計１２の光軸（送光側の光軸Ｌ１，受光側の光軸Ｌ２）の前後方向（図１の上下方向、図３矢印方向）にのみ傾動（揺動）可能に設けられている。振り子３０の揺動方向には、フィードバックコイル２６を挟んで永久磁石２８のＮ極とＳ極が相対向配置されている。さらに振り子３０の（吊り線４０）の先端側（下端側）には位置検出器３２が相対向して配置され、位置検出器３２の一方が差動増幅器３４のマイナス入力端子に接続され、位置検出器３２の他方が差動増幅器３４のプラス端子に接続されている。そして、差動増幅器３４はフィードバックコイル２６を介して抵抗３６に接続され、抵抗３６の電圧Ｅが図示しない電庄計によって測定できるように構成されている。

そして、振り子３０が傾くと、位置検出器３２が振り子３０位置の変化を検出し、位置検出器３２における変化が０となるように、差動増幅器３４からフィードバックコイル２６に電流が出力されて、フィードバックコイル２６に流れる電流と永久磁石２８間の電磁気作用により、振り子３０が元の位置に保持される、即ち、振り子３０は常に元の位置に保持される。

即ち、筐体３８には、光波距離計１２の光軸と平行で光波距離計１２の鉛直軸Ｌｙ（図１の紙面と垂直な軸）と直交する基準面４２（図１の紙面垂直方向手前側である筐体３８の前面側に形成されている）が設けられ、筐体３８（の基準面４２）が水平面に設置されたときには、振り子３０は、鉛直軸Ｌｙに平行であって、光波距離計１２の光軸および筐体３８に設けられた基準面４２と直交している。そして図３において、傾斜計１４（筐体３８）が左側が下となるように傾斜したときには、図示するように、フィードバックコイル２６にはＮ−Ｎが生じ、逆に傾斜計１４が（筐体３８）が右側が下となるように傾斜したときには、フィードバックコイル２６にはＳ−Ｓが生じる。このように、振り子３０の傾斜に応じた電流がフィードバックコイル２６に流れて、位置検出器３２が平衡となるように振り子３０が作動する。

このときのフィードバックコイル２６に流れる電流は抵抗３６を介して出力電圧Ｅに変換され、この出力電圧Ｅは、基準面４２の傾斜角すなわち基準面４２が当接する被測定面Ｆの傾斜として出力され、この出力電圧Ｅはアナログデジタル変換器（図示省略）を介して演算部２２に出力され、デジタルデータとして筐体３８の上面に設けられた表示部３９に表示される。

また、演算部２４では、光波距離計１２で測定した測定対象物までの距離（斜距離）と傾斜計１４で求めた傾斜角から測定対象物までの水平距離を演算し、表示部３９には斜距離とともに水平距離も併せて表示される。

なお、本実施例では、出力電圧Ｅに関して温度補償することについては配慮されていないが、温度補償を行うに際しては、例えば、特公平５−１４２０２号公報に紀載されている構成を採用することができる。

このように本実施例における傾斜計１４では、筐体３８が振り子３０の揺動可能な方向に対し如何に傾斜したとしても、振り子３０が常に一定に初期位置に保持されるので、基準面４２が当接する被測定面の傾斜を０〜３６０°という広範囲で測定することができる。

図５および６は、本発明の第２の実施例である携帯型測距装置を示し、図５は平面視した同装置のブロック構成図、図６は同装置の斜視図である。

この第２の実施例では、筐体３８には、鉛直軸Ｌｙと垂直な第１の基準面４２と、第１の基準面４２に直交する第２の基準面４４とを設け、傾斜計１４と同一の機能を有する傾斜計１４ａ，１４ｂを光波距離計１２とともに筐体３８内に内蔵したものであり、他の構成は第１の実施例で示す図１のものと同様である。

傾斜計１４ａは、振り子３０が傾斜したときに、筐体３８の傾斜に伴って、第１の基準面４２の傾斜角（光軸方向の傾斜角）を測定する第１の傾斜計として構成されており、傾斜計１４ｂは、振り子３０が傾斜したときに、筐体３８の傾斜に伴って、第２の基準面４４の傾斜角（光軸と９０°方向の傾斜角）を測定する第２の傾斜計として構成されている。各傾斜計１４ａ、１４ｂの測定値はそれぞれデジタルデ一夕に変換された後、演算部２２に出力されるようになっている。そして各傾斜計１４ａ、１４ｂはそれぞれの基準面の当接する被測定面の傾斜を０〜３６０°の範囲で測定可能であり、例えば、傾斜計１４ａを用いて床などの水平度を測定することができ、傾斜計１４ａまたは１４ｂを用いて柱などの鉛直度を測定することができる。

なお、前記した実施例では、測距光送光側の光軸Ｌ1と測距光受光側の光軸Ｌ２が平行に構成されているが、従来技術の欄で示した特許文献（特開２００２−３９７４８号公報）で図示されているように、送光側の光軸Ｌ１と受光側の光軸Ｌ２を同軸に構成した構造であってもよい。

また、前記した実施例では、傾斜計１４（１４ａ、１４ｂ）を、コイル２６を巻回したコアを吊り線３１で筐体から懸吊して構成した振り子３０と、コイル２６を挟んで振り子３０の傾動方向に対向配置した永久磁石２８と、筐体３８が傾斜したときの振り子３０の位置変化に相当する電流を出力する位置検出器３２と、位置検出器３２の出力が一定となるようにコイル２６に電流を出力する差動増幅器３４とを備え、コイル２６と磁石２８間での電磁気作用により振り子３０が磁石２８内の一定位置に保持され、このときのコイル２６に流れる電流を傾斜角として検出する構成となっているが、筐体３８に対し光軸の前後方向に傾動自在に支持された振り子３０を有し、筐体３８が傾斜したときに振り子３０の傾動に応じて基準面４２（４４）の傾斜角を電気的に測定するデジタル傾斜計であれば、実施例の構成に限定されるものではない。

本発明に係る携帯型測距装置の第１の実施例を示す平面視ブロック構成図である。同装置の斜視図である。同装置を構成する傾斜計の回路構成図である。傾斜計の要部である振り子の斜視図である。本発明に係る携帯型測距装置の第２実施例を示すブロック構成図である。同装置の斜視図である。

符号の説明

１０携帯型測距装置
１２光波距離計
１４傾斜計
１６発光素子
１８送光側対物レンズ
２０受光側対物レンズ
２２受光素子
２４演算部
３０振り子
３２位置検出器
３４差動増幅器
３８筐体
４２基準面（第１の基準面）
４４第２の基準面
Ｌｙ鉛直軸
Ｌ１送光側の光軸
Ｌ２受光側の光軸

Claims

光軸を測定対象物に向けて測距光を出射してその反射光を受光し、出射した測距光と受光した反射光との位相差を基に前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計と、前記光波距離計を内蔵するとともに、鉛直軸に直交し前記光波距離計の光軸と平行で被測定面に当接可能な基準面を少なくとも有する筐体と、前記筐体に対し前記光軸の前後方向に傾動自在に支持された振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記振り子の傾動に応じて前記基準面の傾斜角を電気的に測定するデジタル傾斜計とを備えてなる携帯型測距装置。
光軸を測定対象物に向けて測距光を出射してその反射光を受光し、出射した測距光と受光した反射光との位相差を基に前記測定対象物までの距離を測定する光波距離計と、前記光波距離計を内蔵するとともに、鉛直軸に直交し前記光波距離計の光軸と平行で被測定面に当接可能な第１の基準面と前記第１の基準面に直交し被測定面に当接可能な第２の基準面とを有する筐体と、前記筐体に対し前記光軸の前後方向に傾動自在に支持された第１の振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記第１の振り子の傾動に応じて前記第１の基準面の傾斜角を電気的に測定するデジタル傾斜計と、前記筐体に対し傾動自在に支持された第２の振り子を有し、前記筐体が傾斜したときに前記第２の振り子の傾動に応じて前記第２の基準面の傾斜角を電気的に測定する第２の傾斜計とを備えてなる携帯型測距装置。
請求項１または２に記載の携帯型測距装置において、前記傾斜計は、コイルを巻回したコアを吊り線で筐体から懸吊して構成した振り子と、前記コイルを挟んで前記振り子の傾動方向に対向配置した永久磁石と、筐体が傾斜したときの前記振り子の位置変化に相当する電流を出力する位置検出器と、前記位置検出器の出力が一定となるように前記コイルに電流を出力する差動増幅器とを備え、該コイルと前記磁石間での電磁気作用により振り子が筐体内の一定位置に保持され、このときの前記コイルに流れる電流を傾斜角０〜３６０°として検出しデジタル表示するように構成されたことを特徴とする携帯型測距装置。