JP2010107212A - Distance measuring device - Google Patents

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JP2010107212A
JP2010107212A JP2008276512A JP2008276512A JP2010107212A JP 2010107212 A JP2010107212 A JP 2010107212A JP 2008276512 A JP2008276512 A JP 2008276512A JP 2008276512 A JP2008276512 A JP 2008276512A JP 2010107212 A JP2010107212 A JP 2010107212A
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Application number
JP2008276512A
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Shinichiro Asari
晋一郎 浅利
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance measuring device which enables stable distance measurement irrespective of weather conditions and other various disturbance factors. <P>SOLUTION: The device includes a light-projecting part 11 which outputs laser light toward a target 2, a light-receiving part 12 which receives reflected light from the target 2, and an operation part 13 which calculates a distance to the target 2, based on a time difference from the time of output of the laser light by the light-projecting part 11 to the time of reception of the reflected light by the light-receiving part 12. The light-projecting part 11 outputs the laser light in the quantity equal to or larger than the maximum receivable light quantity of a light-receiving element 16, while the light-receiving part 12 is equipped with a light quantity adjusting mechanism 17 which adjusts the quantity of incident light so that the quantity of light incident on the light-receiving element 16 be equal to or smaller than the maximum receivable light quantity. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定点と被測定点との間の距離の変化を測定するための距離測定装置に関し、特に、屋外など測定条件の悪い場所に設置して用いられるレーザ光を用いた距離測定装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring device for measuring a change in distance between a measuring point and a point to be measured, and in particular, a distance measuring device using a laser beam that is used in a place where measurement conditions are bad such as outdoors. About.

地震や地滑りなど自然災害発生の予測や氷河の移動などを測定するために、地上に設定された二点間の距離を定期的に測定する距離測定装置が用いられている。そのような距離測定装置の1つとして、測定点(又は固定点)に設置された測定装置本体から被測定点(又は移動点)に設置されたミラーなどの目標物に向けてレーザ光を照射し、目標物により反射された光を受光し、レーザ光を照射してから反射光を受光するまでの時間を測定して、測定点と被測定点の間の距離を測定するアクティブ方式の距離測定装置が提案されている(特許文献1参照)。   In order to measure the prediction of natural disasters such as earthquakes and landslides and the movement of glaciers, distance measuring devices that regularly measure the distance between two points set on the ground are used. As one of such distance measuring devices, laser light is irradiated from a measuring device body installed at a measurement point (or a fixed point) toward a target such as a mirror installed at a measurement point (or moving point). The distance of the active method that measures the distance between the measurement point and the point to be measured by receiving the light reflected by the target, measuring the time from receiving the laser light to receiving the reflected light A measuring device has been proposed (see Patent Document 1).

このような距離測定装置は屋外に設置されるため、天候など自然環境による測定条件への影響を受けやすい。例えば、晴天のときには、空気中のレーザ光の減衰が小さいため、受光部に到達する目標物からの反射光の強度は高い。それに対して、雨天や霧の場合、空気中に浮遊する水滴によりレーザ光が散乱されたりするので、レーザ光の減衰が大きく、受光部に到達する目標物からの反射光の強度は小さくなり、且つその度合いは一定ではない。また、長期間距離測定装置が屋外に放置されると、筐体の投光部及び受光部の窓に砂埃や泥などが付着し、これら付着物によってもレーザ光や反射光が減衰される。さらに、被測定点にミラーなどを設置できない場合は、被測定点に元々存在する岩や樹木などを目標物として定め、そこからの反射光を受光するため、目標物の種類や表面状態などによっても、反射光の強度が小さくなる。   Since such a distance measuring device is installed outdoors, it is easily affected by measurement conditions due to the natural environment such as the weather. For example, when the sky is clear, the attenuation of the laser light in the air is small, so the intensity of the reflected light from the target reaching the light receiving unit is high. On the other hand, in the case of rain or fog, the laser light is scattered by water droplets floating in the air, so the attenuation of the laser light is large, the intensity of the reflected light from the target reaching the light receiving unit is small, And the degree is not constant. Further, when the distance measuring device is left outside for a long time, dust or mud adheres to the window of the light projecting part and the light receiving part of the housing, and the laser light and the reflected light are also attenuated by these adhering substances. In addition, when a mirror or the like cannot be installed at the measurement point, the target object is the rock or tree that originally exists at the measurement point, and the reflected light from the target is received. However, the intensity of the reflected light is reduced.

一方、受光部において用いられる、目標物からの反射光を検出するための、例えばフォトダイオードなどの受光素子は、受光した光の強度に応じた適正な信号を出力しうる範囲が存在する。具体的には、受光素子に入射する光の強度が下限閾値よりも小さい場合は、暗電流の影響により出力信号のS/Nが極度に低下する。また、受光素子に入射する光の強度が上限閾値よりも大きい場合は、受光素子の光電変換能力を超えてオーバーフロー状態となる。そのため、距離測定装置の屋外設置に際しては、例えば晴天時を基準にして、受光素子に入射する目標物からの反射光の強度が上限閾値と下限閾値の間になるように、投光部から出力されるレーザ光の強度を調節している。そうすると、上記のような気象条件などの影響によって、受光素子に入射する目標物の反射光の強度が下限閾値を下回る可能性があり、その場合には適正な距離測定を行うことができないという問題を生じる。
特許第2994256号公報
On the other hand, a light receiving element such as a photodiode for detecting reflected light from a target used in the light receiving unit has a range in which an appropriate signal corresponding to the intensity of the received light can be output. Specifically, when the intensity of light incident on the light receiving element is smaller than the lower limit threshold, the S / N of the output signal extremely decreases due to the influence of dark current. When the intensity of light incident on the light receiving element is larger than the upper limit threshold, the photoelectric conversion capability of the light receiving element is exceeded and an overflow state occurs. Therefore, when the distance measuring device is installed outdoors, the light output from the light projecting unit is set so that the intensity of the reflected light from the target incident on the light receiving element is between the upper limit threshold and the lower limit threshold, for example, on a clear day. The intensity of the laser beam is adjusted. Then, due to the influence of the weather conditions as described above, the intensity of the reflected light of the target incident on the light receiving element may be lower than the lower limit threshold value, and in this case, it is impossible to perform an appropriate distance measurement. Produce.
Japanese Patent No. 2994256

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、気象条件その他の様々な外乱要因にかかわらず、安定した距離測定を行うことが可能な距離測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional example, and provides a distance measuring device capable of performing stable distance measurement regardless of weather conditions and other various disturbance factors. Objective.

上記目的を達成するために請求項1の発明は距離測定装置であって、目標物に向けてレーザ光を出力する投光部と、前記目標物からの反射光を受光する受光部と、前記投光部によるレーザ光の出力時刻から前記受光部による反射光の受光時刻までの時間差に基づいて、前記目標物までの距離を演算する演算部とを備え、前記投光部は、前記受光部における受光素子の最大受光可能光量以上の光量のレーザ光を出力し、前記受光部は、前記受光素子に入射する光量が前記最大受光可能光量以下となるように入射光量を調節する光量調節手段を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a distance measuring device, wherein a light projecting unit that outputs laser light toward a target, a light receiving unit that receives reflected light from the target, A calculation unit that calculates a distance to the target based on a time difference from an output time of laser light by the light projecting unit to a reception time of reflected light by the light receiving unit, and the light projecting unit includes the light receiving unit A light amount adjusting means for adjusting the amount of incident light so that the amount of light incident on the light receiving element is less than or equal to the maximum amount of light that can be received. It is characterized by having.

請求項2の発明は、請求項1に記載の距離測定装置において、前記光量調節手段は、光の透過量を減少させる光量減少素子を含むことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the distance measuring device according to the first aspect, the light amount adjusting means includes a light amount reducing element that decreases a light transmission amount.

請求項3の発明は、請求項2に記載の距離測定装置において、前記光量減少素子は、液晶素子であり、液晶素子の濃淡調整を行うことにより透過光量を調節することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the distance measuring device according to the second aspect, the light amount reducing element is a liquid crystal element, and the amount of transmitted light is adjusted by adjusting the density of the liquid crystal element.

請求項4の発明は、請求項3に記載の距離測定装置において、前記液晶素子は、その入射面側の偏光フィルタの偏光方向と前記目標物からの反射光の偏光方向とが一致するように取り付けられていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to the third aspect, the liquid crystal element has a polarization direction of a polarizing filter on an incident surface side thereof and a polarization direction of reflected light from the target. It is attached.

請求項5の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の距離測定装置において、前記光量調節手段は、前記投光部がレーザ光を出力しうる状態にないときには、受光素子に入射する光量が最小となる状態をとることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to any one of the first to third aspects, the light amount adjusting means receives light when the light projecting unit is not in a state capable of outputting laser light. It is characterized by taking a state where the amount of light incident on the element is minimized.

請求項6の発明は、請求項1に記載の距離測定装置において、前記光量調節手段は、集光レンズ及び前記受光素子に対する前記集光レンズの相対的な位置を変化させる変位機構で構成され、前記受光素子の受光面に対する前記集光レンズの焦点位置をその光軸方向に移動させることによって前記受光素子に入射する光量を調節することを特徴とする。   The invention of claim 6 is the distance measuring device according to claim 1, wherein the light amount adjusting means includes a condenser lens and a displacement mechanism that changes a relative position of the condenser lens with respect to the light receiving element, The amount of light incident on the light receiving element is adjusted by moving the focal position of the condenser lens with respect to the light receiving surface of the light receiving element in the optical axis direction.

請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置において、過去の測定時において前記受光素子に入射した光量値又は前記受光素子からの出力信号のレベル値を記憶する光量値記憶手段をさらに備えたことを特徴とする。   A seventh aspect of the present invention is the distance measuring device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the light amount incident on the light receiving element or the level of the output signal from the light receiving element at the time of past measurement. The apparatus further includes a light quantity value storage means for storing the value.

請求項8の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置において、前回の測定してからの経過時間が所定時間よりも短いときは、前記光量調節手段による光量調節を停止することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to any one of the first to sixth aspects, when the elapsed time from the previous measurement is shorter than a predetermined time, the light amount adjusting means The light quantity adjustment is stopped.

請求項9の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置において、前記目標物は、被測定箇所に向けられた反射体であることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to any one of the first to sixth aspects, the target is a reflector directed to a location to be measured.

請求項10の発明は、請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の距離測定装置において、前記光量調節手段による光量調節を行わず、前記目標物からの反射光がその光量を減衰されずに前記受光素子に入射したときでも、入射光量が前記受光素子の最小受光可能光量に満たないときは、入射光量が前記受光素子の最小受光可能光量以上となるように、前記投光部は、出力されるレーザ光の強度を高くすることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the distance measuring device according to any one of the first to ninth aspects, the light amount is not adjusted by the light amount adjusting means, and the reflected light from the target attenuates the light amount. Even when the light is incident on the light receiving element, if the incident light quantity is less than the minimum receivable light quantity of the light receiving element, the light projecting unit is configured so that the incident light quantity is equal to or greater than the minimum receivable light quantity of the light receiving element. Is characterized by increasing the intensity of the output laser beam.

請求項1の発明によれば、投光部からは、受光部における受光素子の最大受光可能光量以上の光量のレーザ光が出力されるけれども、受光部に光量調節手段が設けられているため、仮に測定条件がよく、且つ目標物の表面の反射率が高い場合であっても、受光素子に入射する光量を最大受光可能光量以下となるように調節することができ、受光素子におけるオーバーフローを防止して、適正な距離測定を行うことができる。また、測定条件が悪く、且つ目標物の表面の反射率が低い場合であっても、投光部から出力されるレーザ光の強度を適宜選択することにより、受光素子に入射する光量を受光素子の最低受光可能光量以上にすることができる。その結果、S/Nの高い測定が可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the light projecting unit outputs a laser beam having a light quantity equal to or greater than the maximum receivable light quantity of the light receiving element in the light receiving part, but the light receiving part is provided with the light quantity adjusting means. Even if the measurement conditions are good and the reflectance of the surface of the target is high, the amount of light incident on the light receiving element can be adjusted to be less than the maximum receivable light amount, preventing overflow in the light receiving element. Thus, an appropriate distance measurement can be performed. Further, even when the measurement conditions are poor and the reflectance of the surface of the target is low, the amount of light incident on the light receiving element can be selected by appropriately selecting the intensity of the laser light output from the light projecting unit. The minimum amount of light that can be received can be increased. As a result, measurement with a high S / N becomes possible.

請求項2の発明によれば、光量調節手段が、光の透過量を減少させる光量減少素子を含んでいるので、光量分布が正規分布に近く、光束の中央部分に光線が集中しているレーザ光であっても、光量減少素子により均一に透過光量を減少させることができる。光量減少素子としては、例えばNDフィルタ、半透明の板、磨りガラス、メッシュや格子状の板、ハーフミラーなどを用いることが可能である。さらに、これら種類の異なる光量減少素子を組み合わせて使用してもよい。   According to the invention of claim 2, since the light amount adjusting means includes the light amount reducing element for reducing the light transmission amount, the light amount distribution is close to the normal distribution, and the light beam is concentrated in the central portion of the light beam. Even for light, the amount of transmitted light can be reduced uniformly by the light amount reducing element. As the light quantity reducing element, for example, an ND filter, a translucent plate, polished glass, a mesh or lattice plate, a half mirror, or the like can be used. Further, these different kinds of light quantity reducing elements may be used in combination.

請求項3の発明によれば、光量減少素子として液晶素子を用い、液晶素子の濃淡調整を行うことにより透過光量を調節するので、機械的な駆動機構を必要とせず、機械的な駆動機構の故障の可能性がないという意味では、NDフィルタなどを用いるよりも有利である。なお、NDフィルタなどにも液晶素子にはない有利点もあるため、一概にいずれが優れているとは断定できない。   According to the third aspect of the present invention, a liquid crystal element is used as the light quantity reducing element, and the transmitted light quantity is adjusted by adjusting the density of the liquid crystal element. In the sense that there is no possibility of failure, it is more advantageous than using an ND filter or the like. In addition, since the ND filter has an advantage that the liquid crystal element does not have, it cannot be determined that either one is superior.

請求項4の発明によれば、光量減少素子として液晶素子を用いる場合において、液晶素子は、その入射面側の偏光フィルタの偏光方向と前記目標物からの反射光の偏光方向とが一致するように取り付けられているので、目標物からの反射光が偏光を有していても、偏光フィルタによってカットオフされる成分を少なくすることができ、そうでない場合に比べて、液晶素子に入射する目標物からの反射光の光量を増加させることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, when a liquid crystal element is used as the light quantity reducing element, the polarization direction of the polarizing filter on the incident surface side of the liquid crystal element matches the polarization direction of the reflected light from the target. Therefore, even if the reflected light from the target has polarized light, the component cut off by the polarizing filter can be reduced, and compared with the case where the reflected light from the target does not, the target incident on the liquid crystal element can be reduced. The amount of reflected light from the object can be increased.

請求項5の発明によれば、光量調節手段は、投光部がレーザ光を出力しうる状態にないとき、すなわち距離測定装置1が測定態勢にないときには、受光素子に入射する光量が最小となる状態をとるので、保護窓などを通して受光素子に入射する自然光の光量を低減することができ、受光素子の劣化を防止又は低減させることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the light amount adjusting means has a minimum amount of light incident on the light receiving element when the light projecting unit is not in a state capable of outputting laser light, that is, when the distance measuring device 1 is not in a measurement posture. Therefore, the amount of natural light incident on the light receiving element through a protective window or the like can be reduced, and deterioration of the light receiving element can be prevented or reduced.

請求項6の発明によれば、光量調節手段として受光素子に対する集光レンズの相対的な位置を変化させ、受光素子の受光面に対する集光レンズの焦点位置をその光軸方向に移動させることによって受光素子に入射する光量を調節するので、上記NDフィルタや液晶素子などの光量減少素子が不要となり、部品点数の削減が可能である。なお、どのような光学系であっても、受光素子に対する集光レンズの相対的な位置調節は必要であるため、構成をさほど複雑にすることなく、光量調節手段を実現することが可能である。   According to the sixth aspect of the present invention, the relative position of the condenser lens with respect to the light receiving element is changed as the light amount adjusting means, and the focal position of the condenser lens with respect to the light receiving surface of the light receiving element is moved in the optical axis direction. Since the amount of light incident on the light receiving element is adjusted, a light amount reducing element such as the ND filter or the liquid crystal element is not necessary, and the number of components can be reduced. In any optical system, it is necessary to adjust the relative position of the condensing lens with respect to the light receiving element. Therefore, it is possible to realize the light amount adjusting means without complicating the configuration. .

請求項7の発明によれば、過去の測定時において受光素子に入射した光量値又は受光素子からの出力信号のレベル値を記憶する光量値記憶手段をさらに備えているので、比較的長い間隔で測定を行う場合、距離測定装置の周辺の測定条件が変化していても、記憶されているレベル値を目標値にして光量調節を行うことにより、受光素子に入射する光量や出力信号の増幅度がほぼ一定になるため、受光素子の特性やノイズレベルが一定になり、測定精度が安定する。なお、過去の測定時における受光素子からの出力信号のレベル値又は受光素子に入射した光量値は、一連の測定動作における最初の測定時のものをそのまま保持し続けていてもよいし、測定動作が行われるたびに、最新の測定時のものに置き換えてもよい。   According to the seventh aspect of the present invention, since the light amount value storage means for storing the light amount value incident on the light receiving element or the level value of the output signal from the light receiving element at the time of past measurement is further provided, When measuring, even if the measurement conditions around the distance measuring device have changed, the amount of light incident on the light receiving element and the amplification level of the output signal can be adjusted by adjusting the light amount with the stored level value as the target value. Is almost constant, the characteristics and noise level of the light receiving element are constant, and the measurement accuracy is stabilized. Note that the level value of the output signal from the light receiving element at the time of past measurement or the light quantity value incident on the light receiving element may be kept as it is at the first measurement in a series of measurement operations, or the measurement operation Each time is performed, it may be replaced with the latest measurement.

請求項8の発明によれば、前回の測定してからの経過時間が所定時間よりも短いときは、距離測定装置の周囲の測定条件はほとんど変化していないと考えられるので、光量調節手段による光量調節を停止することによって、距離測定に要する時間を短縮することができる。また、その場合でも、受光素子に入射する光量が一定の範囲内に保持され、測定精度は維持される。   According to the invention of claim 8, when the elapsed time from the previous measurement is shorter than the predetermined time, it is considered that the measurement conditions around the distance measuring device have hardly changed. By stopping the light amount adjustment, the time required for distance measurement can be shortened. Even in this case, the amount of light incident on the light receiving element is maintained within a certain range, and the measurement accuracy is maintained.

請求項9の発明によれば、目標物として被測定箇所に向けられた反射体を用いることにより、受光素子に入射する目標物からの反射光の光量を、そうでない場合に比べて、増加させることができる。   According to the ninth aspect of the present invention, the amount of reflected light from the target incident on the light receiving element is increased by using a reflector directed to the measurement site as the target as compared to the case where the target is not. be able to.

請求項10の発明によれば、例えば測定条件が悪く、且つ目標物の表面の反射率が低い場合など、光量調節手段による光量調節を行わず、目標物からの反射光がその光量を減衰されずに受光素子に入射したときでも、入射光量が受光素子の最小受光可能光量に満たないときに、入射光量が受光素子の最小受光可能光量以上となるように、投光部から出力されるレーザ光の強度を高くするので、どのような測定条件であっても、受光素子により検出される光のうち、目標物からの反射光成分の割合が大きい、すなわちS/Nの高い測定が可能となる。   According to the invention of claim 10, for example, when the measurement conditions are bad and the reflectance of the surface of the target is low, the light amount is not adjusted by the light amount adjusting means, and the reflected light from the target is attenuated. Even if the light is incident on the light receiving element, the laser output from the light projecting unit will make the incident light quantity equal to or greater than the minimum light receiving capacity of the light receiving element when the incident light quantity is less than the minimum light receiving capacity of the light receiving element. Since the light intensity is increased, the ratio of the reflected light component from the target in the light detected by the light receiving element is large under any measurement condition, that is, measurement with a high S / N is possible. Become.

本発明の一実施形態に係る距離測定装置について説明する。図1は、一実施形態に係る距離測定装置1のブロック構成を示す図である。距離測定装置1は、目標物2に向けてレーザ光を出力する投光部11と、目標物2からの反射光を受光する受光部12と、投光部11によるレーザ光の出力時刻から受光部12による反射光の受光時刻までの時間差に基づいて、目標物2までの距離を演算する演算部13と、これら投光部11,受光部12及び演算部13を収容する筐体14などを備えている。この距離測定装置1は屋外に設置されるため、筐体14は防水構造を有しており、投光部11及び受光部12に対向する保護窓15を有している。なお、電力供給用の太陽電池、データ記録用のメモリ、データ送信用の通信装置などは図示を省略している。   A distance measuring device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a block configuration of a distance measuring device 1 according to an embodiment. The distance measuring device 1 receives light from a light projecting unit 11 that outputs laser light toward the target 2, a light receiving unit 12 that receives reflected light from the target 2, and a laser light output time by the light projecting unit 11. Based on the time difference until the light reception time of the reflected light by the unit 12, the calculation unit 13 that calculates the distance to the target 2, the light projecting unit 11, the light receiving unit 12, the housing 14 that houses the calculation unit 13, etc. I have. Since the distance measuring device 1 is installed outdoors, the housing 14 has a waterproof structure and has a protective window 15 that faces the light projecting unit 11 and the light receiving unit 12. In addition, illustration is abbreviate | omitted about the solar cell for power supply, the memory for data recording, the communication apparatus for data transmission, etc.

投光部11は、特に図示していないが、所定波長を有するレーザ光を出力する半導体レーザなどのレーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光を所定のビーム径を有する平行光束にするコリメートレンズなどで構成されている。受光部12は、例えばフォトダイオードなどの受光素子16と、保護窓15と受光素子16との間に設けられた光量調節機構(光量調節手段)17と、受光素子16からの出力信号を増幅するための信号処理回路(図示せず)などを有している。光量調節機構17の詳細については後述する。   Although not shown in particular, the light projecting unit 11 is a collimator that converts a laser light source such as a semiconductor laser that outputs laser light having a predetermined wavelength and a parallel light beam having a predetermined beam diameter from the laser light output from the laser light source. It consists of a lens. The light receiving unit 12 amplifies the light receiving element 16 such as a photodiode, a light amount adjusting mechanism (light amount adjusting means) 17 provided between the protective window 15 and the light receiving element 16, and an output signal from the light receiving element 16. A signal processing circuit (not shown) and the like. Details of the light amount adjusting mechanism 17 will be described later.

例えば、この距離測定装置1を用いて、地滑りなどの自然災害の発生を予測する場合、地滑りが発生しそうな斜面などの被測定点に、あらかじめミラー、白色板、金属板などの反射率の高い目標物を設置しておく。あるいは、被測定点にミラーなどの目標物を設置できない場合は、被測定点に元々存在する岩や樹木などを目標物2として定め、もしも可能であれば、その表面に白色などの反射率の高いシートを貼付し又は反射率の高い塗料を塗布しておく。   For example, when the occurrence of a natural disaster such as a landslide is predicted using the distance measuring device 1, a mirror, a white plate, a metal plate, or the like having a high reflectance is measured in advance on a measurement point such as a slope where a landslide is likely to occur. Set the target. Alternatively, if a target such as a mirror cannot be installed at the point to be measured, the target object 2 is the rock or tree originally present at the point to be measured. If possible, the surface has a reflectance such as white. Affix a high sheet or apply a highly reflective paint.

目標物としてミラーなどの反射体を用いる場合、投光部11から出力されたレーザ光を受光部12に向けて反射させるように反射体の反射面を調節する。その場合、目標物2の表面での反射率は非常に高いので、晴天時など測定条件のよいときには、投光部11から出力されたレーザ光の強度に対する受光部12に入射する反射光の強度の割合は高い。そのため、一般的には、投光部11から出力されるレーザ光の強度を小さくすることによって、受光部12に入射する光量を最大受光可能光量以下で、かつ最小受光可能光量以上となるように調節することも考えられる。しかしながら、晴天時など測定条件のよいときには、保護窓15から受光部12に入射する太陽光などの自然光(ノイズ成分)の強度も高いため、レーザ光の強度を小さくすると、受光部12に入射する反射光(信号成分)の割合が小さくなり(S/Nが小さくなり)、測定精度が低下するという問題を生じる。一方、被測定点にミラーなどの目標物を設置できない場合は、目標物に定めた物体の表面で乱反射された光の一部しか受光部12に到達しないので、晴天時など測定条件のよいときでも投光部11から出力されたレーザ光の強度に対する受光部12に入射する反射光の強度の割合は比較的小さい。さらに、雨や霧などの自然条件や保護窓15の汚れなどが重なれば、受光部12に入射する反射光の強度の割合はさらに小さくなる。そのため、投光部11から出力されるレーザ光の強度をできるだけ高くする必要がある。   When a reflector such as a mirror is used as the target, the reflecting surface of the reflector is adjusted so that the laser beam output from the light projecting unit 11 is reflected toward the light receiving unit 12. In that case, since the reflectance at the surface of the target 2 is very high, the intensity of the reflected light incident on the light receiving unit 12 with respect to the intensity of the laser light output from the light projecting unit 11 when the measurement conditions are good such as in fine weather. The percentage of is high. Therefore, in general, by reducing the intensity of the laser light output from the light projecting unit 11, the amount of light incident on the light receiving unit 12 is less than the maximum receivable light amount and greater than the minimum receivable light amount. It is also possible to adjust. However, when the measurement conditions are good, such as in fine weather, the intensity of natural light (noise component) such as sunlight that enters the light receiving unit 12 from the protective window 15 is high, so that if the intensity of the laser light is reduced, the light enters the light receiving unit 12. The ratio of reflected light (signal component) becomes small (S / N becomes small), resulting in a problem that measurement accuracy is lowered. On the other hand, when a target such as a mirror cannot be installed at the point to be measured, only a part of the light irregularly reflected on the surface of the object determined as the target reaches the light receiving unit 12, so that the measurement conditions are good such as in fine weather. However, the ratio of the intensity of the reflected light incident on the light receiving unit 12 to the intensity of the laser light output from the light projecting unit 11 is relatively small. Furthermore, if natural conditions such as rain and fog and dirt on the protective window 15 overlap, the ratio of the intensity of the reflected light incident on the light receiving unit 12 is further reduced. Therefore, it is necessary to increase the intensity of the laser beam output from the light projecting unit 11 as much as possible.

前述のように、受光素子16は、受光した光の強度に応じた適正な信号を出力するために、受光素子16に入射する光量の上限閾値、すなわち最大受光可能光量及び下限閾値、すなわち最小受光可能光量が存在する。本実施形態においては、目標物の表面における反射率が低く、且つ測定条件が悪いときでも、受光部12における受光素子16に入射する光量が最小受光可能光量以上となるように、投光部11から、受光部12における受光素子16の最大受光可能光量以上の光量のレーザ光を出力させる(レーザ光の強度一定)と共に、測定条件がよいときでも、受光素子に入射する光量が最大受光可能光量以下となるように、光量調節機構17によって、受光素子16への入射光量を調節する。なお、光量調節機構17による光量調節を行わず、目標物2からの反射光がその光量を減衰されずに受光素子16に入射したときでも、入射光量が受光素子16の最小受光可能光量に満たないときは、入射光量が受光素子16の最小受光可能光量以上となるように、投光部11は、出力されるレーザ光の強度を高くすることが好ましい。それによって、どのような測定条件であっても、受光素子16により検出される光のうち、目標物2からの反射光成分の割合が大きい、すなわちS/Nの高い測定が可能となる。   As described above, the light receiving element 16 outputs an appropriate signal according to the intensity of the received light, so that the upper limit threshold of the amount of light incident on the light receiving element 16, that is, the maximum receivable light amount and the lower limit threshold, that is, the minimum light reception. There is a possible amount of light. In the present embodiment, even when the reflectance on the surface of the target is low and the measurement conditions are bad, the light projecting unit 11 so that the amount of light incident on the light receiving element 16 in the light receiving unit 12 is greater than or equal to the minimum receivable light amount. From the above, a laser beam having a light quantity equal to or larger than the maximum receivable light quantity of the light receiving element 16 in the light receiving unit 12 is output (constant laser light intensity), and the light quantity incident on the light receiving element is the maximum receivable light quantity even when measurement conditions are good The incident light amount to the light receiving element 16 is adjusted by the light amount adjusting mechanism 17 so as to be as follows. Even when the light amount adjustment mechanism 17 does not adjust the light amount and the reflected light from the target 2 enters the light receiving element 16 without attenuation of the light amount, the incident light amount satisfies the minimum receivable light amount of the light receiving element 16. When there is no light, it is preferable that the light projecting unit 11 increases the intensity of the output laser light so that the amount of incident light is greater than or equal to the minimum amount of light that can be received by the light receiving element 16. Thereby, under any measurement condition, the ratio of the reflected light component from the target 2 in the light detected by the light receiving element 16 is large, that is, measurement with a high S / N is possible.

次に、光量調節機構17の具体的構成例について説明する。図2(a)及び(b)は、光量調節機構17の第1構成例及びその変形例を示す。図2(a)に示す第1構成例では、光量調節機構17は、保護窓15を通して入射した反射光を受光素子16の受光面に集光するための集光レンズ21と、複数のNDフィルタ(光量減少素子)22と、NDフィルタ22を集光レンズ21の光軸に対して直交する方向に移動させる駆動機構(図示せず)などで構成されている。この第1構成例では、各NDフィルタ22は、それぞれ同じ濃度のものを使用している。一方、図2(b)に示す変形例では、各NDフィルタ22は、それぞれ濃度の異なるものを使用している。後者の場合、光量調節機構17による光量調節の段数をより多くすることができる。また、駆動機構は、各NDフィルタ22を個別に移動させることができることは言うまでもない。さらに、図示しないが、NDフィルタ22を1枚で構成してもよく、その場合NDフィルタ22は部分的に濃度が変化するように形成されていることが好ましい。それによって、光軸に直交する方向におけるNDフィルタ22の位置によって、透過光量を変化させることができる。   Next, a specific configuration example of the light amount adjustment mechanism 17 will be described. 2A and 2B show a first configuration example of the light amount adjustment mechanism 17 and a modification thereof. In the first configuration example shown in FIG. 2A, the light amount adjusting mechanism 17 includes a condenser lens 21 for condensing the reflected light incident through the protective window 15 on the light receiving surface of the light receiving element 16, and a plurality of ND filters. (Light quantity reducing element) 22 and a drive mechanism (not shown) that moves the ND filter 22 in a direction orthogonal to the optical axis of the condenser lens 21. In the first configuration example, each ND filter 22 has the same density. On the other hand, in the modification shown in FIG. 2B, each ND filter 22 has a different density. In the latter case, the number of steps of light amount adjustment by the light amount adjustment mechanism 17 can be increased. Needless to say, the drive mechanism can move each ND filter 22 individually. Further, although not shown, the ND filter 22 may be constituted by a single sheet. In that case, the ND filter 22 is preferably formed so that the density partially changes. Thereby, the amount of transmitted light can be changed depending on the position of the ND filter 22 in the direction orthogonal to the optical axis.

なお、光量調節機構17として、写真レンズなどに用いられる虹彩絞りも使用可能ではあるが、レーザダイオードなどの光源から出力されるレーザ光の光量分布は正規分布に近く、光束の中央部分に光線が集中しているため、虹彩絞りよりも、均一に透過光量を減少させうるNDフィルタの方が有効である。また、光量減少素子として、NDフィルタの他に、半透明の板、磨りガラス、メッシュや格子状の板、ハーフミラーなどを用いることも可能である。さらに、これら種類の異なる光量減少素子を組み合わせて使用してもよい。さらに、光量減少素子としてハーフミラーを使用する場合、受光素子を2個使用し、ハーフミラーを透過した光を受光する場合と、ハーフミラーにより反射された光を受光する場合に切り替えて測定することも可能である。   Note that an iris diaphragm used for a photographic lens or the like can be used as the light amount adjusting mechanism 17, but the light amount distribution of the laser light output from a light source such as a laser diode is close to a normal distribution, and a light beam is present at the center of the light beam. Since they are concentrated, an ND filter that can reduce the amount of transmitted light uniformly is more effective than an iris diaphragm. In addition to the ND filter, a translucent plate, frosted glass, a mesh or lattice plate, a half mirror, or the like can be used as the light amount reducing element. Further, these different kinds of light quantity reducing elements may be used in combination. Furthermore, when using a half mirror as the light reduction element, use two light receiving elements to switch between receiving light that has passed through the half mirror and receiving light reflected by the half mirror. Is also possible.

次に、距離測定装置1の測定動作について説明する。距離測定開始に際して、演算部13は、受光素子16からの出力をモニタし、受光素子16からの出力が上記最大受光可能光量のときの出力信号のレベル以下となるように、適宜NDフィルタ22を移動させて、集光レンズ21の光軸上に投入する。このとき、投光部11から実際にレーザ光を出力させてもよいし、あるいは、投光部11からレーザ光を出力させずに、測定開始前に、保護窓15を通して受光素子16に入射するノイズ成分である自然光の強度を測定してもよい。例えば晴天のように測定条件がよいときは自然光の強度も高いので、自然光の強度を測定することによって、測定条件を推定することが可能である。後者の場合、測定開始と同時に、適正なレベルの信号が受光素子16から出力されるため、測定に要する時間を短縮することができる。   Next, the measurement operation of the distance measuring device 1 will be described. At the start of the distance measurement, the calculation unit 13 monitors the output from the light receiving element 16 and appropriately adjusts the ND filter 22 so that the output from the light receiving element 16 is equal to or lower than the level of the output signal when the maximum light receivable light amount. It is moved and put on the optical axis of the condenser lens 21. At this time, laser light may be actually output from the light projecting unit 11, or laser light is not output from the light projecting unit 11 and is incident on the light receiving element 16 through the protective window 15 before starting measurement. You may measure the intensity | strength of the natural light which is a noise component. For example, since the intensity of natural light is high when the measurement conditions are good, such as in fine weather, the measurement conditions can be estimated by measuring the intensity of natural light. In the latter case, since a signal of an appropriate level is output from the light receiving element 16 at the same time as the start of measurement, the time required for measurement can be shortened.

投光部11からは、例えば矩形パルス状のレーザ光が目標物2に対して出力され、レーザ光は目標物2によって反射される。目標物2によって反射された光は、光量調節機構17を通過して、さらに集光レンズ21により受光素子16の受光面に集光される。光量調節機構17を通過する際、目標物2からの反射光の強度が高いと予測される場合は、あらかじめNDフィルタ22などの光量減少素子が光路上に投入されているので、受光素子16に入射する光量は、最大受光可能光量以下で、かつ最小受光可能光量以上に調整されている。そのため、演算部13は、受光素子16からの出力信号から矩形パルス状の信号を取り出すことができ、投光部11によるレーザ光の出力時刻から受光部12による反射光の受光時刻までの時間差を計測し、さらにその時間差に基づいて目標物2までの距離を演算することができる。演算された目標物2までの距離は、測定開始時刻などの時間情報と共に、メモリに記憶され、あるいは遠隔地に設けられた親機に無線送信される。   From the light projecting unit 11, for example, a rectangular pulse laser beam is output to the target 2, and the laser beam is reflected by the target 2. The light reflected by the target 2 passes through the light amount adjustment mechanism 17 and is further condensed on the light receiving surface of the light receiving element 16 by the condenser lens 21. When the intensity of the reflected light from the target 2 is predicted to be high when passing through the light amount adjusting mechanism 17, a light amount reducing element such as the ND filter 22 is inserted in the optical path in advance. The amount of incident light is adjusted to be equal to or smaller than the maximum receivable light amount and larger than the minimum receivable light amount. Therefore, the calculation unit 13 can extract a rectangular pulse signal from the output signal from the light receiving element 16, and the time difference from the output time of the laser beam by the light projecting unit 11 to the reception time of the reflected light by the light receiving unit 12 can be calculated. The distance to the target 2 can be calculated based on the time difference. The calculated distance to the target 2 is stored in a memory together with time information such as a measurement start time, or is wirelessly transmitted to a parent device provided at a remote place.

このような距離測定装置1は、あらかじめ地上に設定された測定点と被測定点の2点間の距離を定期的に測定し、距離が変化している場合は、距離の変化から測定点に対する移動量及び移動方向などを測定することができる。さらに、測定間隔と移動量から被測定点の移動速度や加速度などを演算することも可能である。距離の変化が小さい場合は、あらかじめ設定された間隔(例えば、数時間おき)で測定を行うが、距離の変化が大きくなると、地滑りなどの自然災害の発生が近くなったと推定できるため、測定間隔を短くして(例えば数分おき)、あるいは連続的に測定することが好ましい。   Such a distance measuring device 1 periodically measures the distance between two points, that is, a measurement point set on the ground in advance and a point to be measured, and when the distance changes, the distance from the change to the measurement point is measured. The amount of movement and the direction of movement can be measured. Furthermore, it is possible to calculate the moving speed and acceleration of the measurement point from the measurement interval and the moving amount. When the change in distance is small, measurement is performed at preset intervals (for example, every few hours). However, if the change in distance is large, it can be estimated that natural disasters such as landslides are near, so the measurement interval It is preferable to measure continuously (for example, every few minutes) or continuously.

距離の変化が小さく、比較的長い間隔で測定を行う場合、距離測定装置1の周辺の測定条件が変化している可能性が高いため、測定のたびに光量調節機構17による光量調節を行う必要がある。前述のように、受光素子16からの出力信号に対して増幅処理などによるレベル調節が行われるが、光量調節機構17による光量調節と増幅処理などの組み合わせによって、受光素子16の特性や信号のノイズレベルが変化し、測定精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、受光部12又は演算部13にメモリ(光量値記憶手段)を設け、過去の測定時における受光素子16からの出力信号のレベル値、換言すれば受光素子16に入射した光量値を記憶させるようにしてもよい。そして、メモリに記憶されているレベル値を目標値にして、出力信号の増幅度を一定にした状態で、受光素子16からの出力信号のレベルがメモリに記憶されているレベル値とほぼ同じになるように、光量調節機構17を駆動すればよい。そうすることによって、受光素子16に入射する光量や出力信号の増幅度がほぼ一定になるため、受光素子16の特性やノイズレベルも一定になり、測定精度が安定する。なお、過去の測定時における受光素子16からの出力信号のレベル値又は受光素子16に入射した光量値は、一連の測定動作における最初の測定時のものをそのまま保持し続けていてもよいし、測定動作が行われるたびに、最新の測定時のものに置き換えてもよい。   When the distance change is small and the measurement is performed at relatively long intervals, it is highly possible that the measurement conditions around the distance measuring device 1 have changed. Therefore, it is necessary to adjust the light amount by the light amount adjusting mechanism 17 every time the measurement is performed. There is. As described above, level adjustment is performed on the output signal from the light receiving element 16 by amplification processing or the like, but the characteristics of the light receiving element 16 and noise of the signal are obtained by a combination of light amount adjustment and amplification processing by the light amount adjustment mechanism 17. Levels can change and affect measurement accuracy. Therefore, a memory (light quantity value storage means) is provided in the light receiving section 12 or the calculation section 13 to store the level value of the output signal from the light receiving element 16 in the past measurement, in other words, the light quantity value incident on the light receiving element 16. You may do it. The level of the output signal from the light receiving element 16 is substantially the same as the level value stored in the memory, with the level value stored in the memory as the target value and the amplification degree of the output signal being constant. The light quantity adjustment mechanism 17 may be driven so that By doing so, the amount of light incident on the light receiving element 16 and the amplification degree of the output signal become substantially constant, so that the characteristics and noise level of the light receiving element 16 become constant, and the measurement accuracy is stabilized. The level value of the output signal from the light receiving element 16 at the time of past measurement or the light amount value incident on the light receiving element 16 may be kept as it is at the time of the first measurement in a series of measurement operations. Each time a measurement operation is performed, it may be replaced with the latest measurement.

一方、測定間隔が短い場合、あるいは連続的に測定する場合、すなわち、前回の測定してからの経過時間が所定時間よりも短いときは、距離測定装置1の周囲の測定条件はほとんど変化していないと考えられる。その場合、受光素子16からの出力信号が、最大受光可能光量に相当するレベル以下で、かつ最小受光可能光量に相当するレベル以上であることを条件として、光量調節機構17の駆動を停止してもよい。それによって、距離測定に要する時間を短縮することができる。また、その場合でも、受光素子16に入射する光量が一定の範囲内に保持され、測定精度は維持される。   On the other hand, when the measurement interval is short or continuously measured, that is, when the elapsed time from the previous measurement is shorter than the predetermined time, the measurement conditions around the distance measuring device 1 are almost changed. It is not considered. In that case, the drive of the light amount adjusting mechanism 17 is stopped on condition that the output signal from the light receiving element 16 is equal to or lower than the level corresponding to the maximum light receivable light level and equal to or higher than the level corresponding to the minimum light receivable light amount. Also good. Thereby, the time required for distance measurement can be shortened. Even in this case, the amount of light incident on the light receiving element 16 is maintained within a certain range, and the measurement accuracy is maintained.

図3(a)及び(b)は、光量調節機構17の第2構成例及びその変形例を示す。図3(a)に示す第2構成例では、光量調節機構17は、集光レンズ21と、透過型の液晶素子(光量減少素子)31と、その駆動回路(図示せず)などで構成されている。また、図3(b)に示す変形例では、集光レンズ21と、反射型の液晶素子(光量減少素子)32と、その駆動回路(図示せず)などで構成されている。液晶素子は、駆動電圧を変化させることによって、透過率又は反射率を変化させること(すなわち、濃淡調整)ができるので、光量減少素子として使用することができる。液晶素子の種類や駆動特性(駆動電圧と透過率などの関係)は特に限定されない。   FIGS. 3A and 3B show a second configuration example of the light amount adjustment mechanism 17 and its modification. In the second configuration example shown in FIG. 3A, the light amount adjusting mechanism 17 includes a condenser lens 21, a transmissive liquid crystal element (light amount reducing element) 31, a drive circuit (not shown), and the like. ing. In addition, in the modification shown in FIG. 3B, the condenser lens 21, a reflective liquid crystal element (light quantity reducing element) 32, a drive circuit (not shown), and the like are included. Since the liquid crystal element can change the transmittance or the reflectance by changing the driving voltage (that is, the density adjustment), it can be used as a light quantity reducing element. The type of liquid crystal element and driving characteristics (relationship between driving voltage and transmittance) are not particularly limited.

図2に示す第1構成例では、NDフィルタ22などの光量減少素子を、集光レンズ21の光軸に直交する方向に移動させるように構成されているので、機械的な駆動機構を必要としている。それに対して、図3(a)及び(b)に示す第2構成例では、液晶素子31及び32は集光レンズ21の光軸上に挿入されたままであり、機械的な駆動機構を必要としていない。そのため、第2構成例の方が、機械的な駆動機構の故障の可能性がないという意味では有利である。   In the first configuration example shown in FIG. 2, the light amount reducing element such as the ND filter 22 is configured to move in a direction orthogonal to the optical axis of the condenser lens 21, so that a mechanical drive mechanism is required. Yes. On the other hand, in the second configuration example shown in FIGS. 3A and 3B, the liquid crystal elements 31 and 32 remain inserted on the optical axis of the condenser lens 21 and require a mechanical drive mechanism. Not in. Therefore, the second configuration example is more advantageous in the sense that there is no possibility of failure of the mechanical drive mechanism.

レーザ光には偏光を有しており、目標物2からの反射光にも偏光を有している。一方、液晶素子の入射面側には偏光フィルタが設けられている。ここで、液晶素子への入射光、すなわち目標物2からの反射光の偏光方向と液晶素子の偏光フィルタの偏光方向とが一致していない場合、偏光フィルタの存在によって液晶素子への入射光の光量が減少されてしまう。一方、ノイズ成分となる自然光は偏光を有さないか、あるいは反射光とは異なる偏光を有していることが多い。このことは、目標物2からの反射光の光量が少ない場合に、信号である目標物2からの反射光の光量が、偏光フィルタによってさらにカットオフされ、S/Nが低下するという問題を生じる。そのため、図4に示すように、液晶素子31又は32は、その入射面側の偏光フィルタの偏光方向と目標物2からの反射光の偏光方向とが一致するように取り付けられていることが好ましい。それにより、偏光フィルタによってカットオフされる成分を少なくすることができ、そうでない場合に比べて、液晶素子に入射する目標物2からの反射光の光量を増加させることができる。   The laser light has polarization, and the reflected light from the target 2 also has polarization. On the other hand, a polarizing filter is provided on the incident surface side of the liquid crystal element. Here, when the polarization direction of the incident light to the liquid crystal element, that is, the reflected light from the target 2 does not match the polarization direction of the polarizing filter of the liquid crystal element, the incident light to the liquid crystal element is caused by the presence of the polarizing filter. The amount of light is reduced. On the other hand, natural light, which is a noise component, often has no polarization or has a polarization different from that of reflected light. This causes a problem that when the amount of reflected light from the target 2 is small, the amount of reflected light from the target 2 as a signal is further cut off by the polarizing filter, and the S / N is lowered. . Therefore, as shown in FIG. 4, the liquid crystal element 31 or 32 is preferably attached so that the polarization direction of the polarization filter on the incident surface side thereof matches the polarization direction of the reflected light from the target 2. . Thereby, the component cut off by the polarizing filter can be reduced, and the amount of reflected light from the target 2 incident on the liquid crystal element can be increased as compared with the case where it is not.

図5は、光量調節機構17の第3構成例を示す。第3構成例では、光量調節機構17は、集光レンズ21と、集光レンズ21をその光軸方向に移動させる機構(図示せず)などで構成されている。集光レンズ21をその光軸方向に移動させることによって、焦点位置が光軸方向に移動する。図6(a)は、集光レンズ21の焦点位置が受光素子16の受光面にあり、受光素子16の受光面への入射光量が最大となる場合を示している。図6(b)及び(c)は、それぞれ集光レンズの焦点位置が受光素子16の受光面の後方及び前方にあり、入射光束が円錐形に拡大され、受光素子16の受光面へは入射光束の一部しか入射していない場合を示している。このように、集光レンズ21を光軸方向に移動させることによっても、受光素子16の受光面に入射する光量を変化させることができる。   FIG. 5 shows a third configuration example of the light amount adjustment mechanism 17. In the third configuration example, the light amount adjustment mechanism 17 includes a condenser lens 21 and a mechanism (not shown) that moves the condenser lens 21 in the optical axis direction. By moving the condenser lens 21 in the optical axis direction, the focal position moves in the optical axis direction. FIG. 6A shows a case where the focal position of the condenser lens 21 is on the light receiving surface of the light receiving element 16 and the amount of light incident on the light receiving surface of the light receiving element 16 is maximized. 6B and 6C, the focal position of the condenser lens is behind and in front of the light receiving surface of the light receiving element 16, respectively, and the incident light beam is expanded in a conical shape and incident on the light receiving surface of the light receiving element 16. The case where only a part of the light beam is incident is shown. In this way, the amount of light incident on the light receiving surface of the light receiving element 16 can also be changed by moving the condenser lens 21 in the optical axis direction.

なお、第3構成例においては、集光レンズ21の焦点位置と受光素子16の受光面の相対的な位置を変化させられればよく、必ずしも集光レンズ21を移動させる必要はない。例えば、集光レンズ21の位置を固定し、受光素子16を光軸方向に移動させるものであってもよい。あるいは、集光レンズ21及び受光素子16の位置を固定し、集光レンズ21と受光素子16の間にプリズムなどの光学素子を挿入させるものであってもよい。あるいは、光路中に平面又は曲面ミラーを設け、ミラーを回転させることによって受光素子16に入射する光量を調節してもよい。あるいは、集光レンズやプリズムの屈折率を変化させたり、集光レンズや曲面ミラーの曲率を変化させることによって受光素子16に入射する光量を調節させたりしてもよい。さらに、これらの構成を組み合わせてもよい。   In the third configuration example, it is only necessary to change the relative position of the focal position of the condensing lens 21 and the light receiving surface of the light receiving element 16, and the condensing lens 21 is not necessarily moved. For example, the position of the condenser lens 21 may be fixed and the light receiving element 16 may be moved in the optical axis direction. Alternatively, the positions of the condenser lens 21 and the light receiving element 16 may be fixed, and an optical element such as a prism may be inserted between the condenser lens 21 and the light receiving element 16. Alternatively, a plane or curved mirror may be provided in the optical path, and the amount of light incident on the light receiving element 16 may be adjusted by rotating the mirror. Or you may adjust the light quantity which injects into the light receiving element 16 by changing the refractive index of a condensing lens or a prism, or changing the curvature of a condensing lens or a curved mirror. Furthermore, these configurations may be combined.

ところで、投光部11がレーザ光を出力しうる状態にないとき、すなわち距離測定装置1が測定態勢にないときでも、受光部12の受光素子16には、保護窓15を通して、常時自然光などが入射し、受光素子16の受光面において光電変換が行われ、受光素子16の劣化が進行している。特に晴天などの測定条件がよいときには、受光素子16に入射する自然光の光量も多く、劣化の進行が速くなる。そこで、投光部11がレーザ光を出力しうる状態にないときには、光量調節機構17は、受光素子に入射する光量が最小となる状態をとることが好ましい。例えば、図2に示す光量調節機構17の第1構成例では、電源オフのときにNDフィルタ22が集光レンズ21の光軸上に位置し、目標物2間での距離を測定するときにのみ、必要に応じて、光軸上からNDフィルタ22を待避させるように、駆動機構を動作させればよい。また、図3(a)及び(b)に示す光量調節機構17の第2構成例では、電源オフのときに、液晶素子の透過率又は反射率が最小になるような液晶を用いればよい。さらに、図4に示す光量調節機構17の第3構成例では、電源オフのときに、すなわち初期位置において、集光レンズ21の焦点位置が受光素子16の受光面から離れているように設定すればよい。   By the way, even when the light projecting unit 11 is not in a state capable of outputting laser light, that is, when the distance measuring device 1 is not in a measurement posture, the light receiving element 16 of the light receiving unit 12 always receives natural light or the like through the protective window 15. Incident light is subjected to photoelectric conversion on the light receiving surface of the light receiving element 16, and deterioration of the light receiving element 16 proceeds. In particular, when measurement conditions such as sunny weather are good, the amount of natural light incident on the light receiving element 16 is also large, and the progress of deterioration is accelerated. Therefore, when the light projecting unit 11 is not in a state where laser light can be output, the light amount adjusting mechanism 17 preferably takes a state where the amount of light incident on the light receiving element is minimized. For example, in the first configuration example of the light amount adjusting mechanism 17 shown in FIG. 2, when the ND filter 22 is positioned on the optical axis of the condenser lens 21 when the power is turned off and the distance between the targets 2 is measured. Only if necessary, the drive mechanism may be operated so as to retract the ND filter 22 from the optical axis. In the second configuration example of the light amount adjusting mechanism 17 shown in FIGS. 3A and 3B, a liquid crystal that minimizes the transmittance or reflectance of the liquid crystal element when the power is turned off may be used. Furthermore, in the third configuration example of the light amount adjusting mechanism 17 shown in FIG. 4, the power lens is set so that the focal position of the condenser lens 21 is away from the light receiving surface of the light receiving element 16 at the initial position. That's fine.

なお、本発明に係る距離測定装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、その発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、様々な変形が可能である。上記実施形態では、目標物として、ミラーなどを例示したが、それらに限定されるものではなく、ガラスビーズ、コーナーキューブ、プリズムなどの再起反射素子などを用いてもよい。また、目標物の表面は必ずしも平面である必要はなく、球面などの曲面であってもよい。   The distance measuring device according to the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In the above embodiment, a mirror or the like is exemplified as the target, but the target is not limited thereto, and a re-reflection element such as a glass bead, a corner cube, or a prism may be used. Further, the surface of the target is not necessarily a flat surface, and may be a curved surface such as a spherical surface.

また、投光部11、受光部12及び演算部13は、必ずしも同一の筐体14内に設けられている必要はなく、それぞれ別の筐体に設けられ、異なった位置に設置されていてもよい。あるいは、投光部11、受光部12及び演算部13のうちの2つが他の1つと別の筐体に設けられていてもよい。   In addition, the light projecting unit 11, the light receiving unit 12, and the calculation unit 13 are not necessarily provided in the same casing 14, and may be provided in different casings and installed at different positions. Good. Alternatively, two of the light projecting unit 11, the light receiving unit 12, and the calculation unit 13 may be provided in a separate housing from the other one.

本発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック構成を示す図。The figure which shows the block structure of the distance measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)は上記距離測定装置における受光部、特に光量調節機構の第1構成例を示す図、(b)はその変形例を示す図。(A) is a figure which shows the 1st structural example of the light-receiving part in the said distance measuring device, especially a light quantity adjustment mechanism, (b) is a figure which shows the modification. (a)は上記光量調節機構の第2構成例を示す図、(b)はその変形例を示す図。(A) is a figure which shows the 2nd structural example of the said light quantity adjustment mechanism, (b) is a figure which shows the modification. 上記光量調節機構の第2構成例における液晶素子の取り付け方向を説明する図。The figure explaining the attachment direction of the liquid crystal element in the 2nd structural example of the said light quantity adjustment mechanism. 上記光量調節機構の第3構成例を示す図。The figure which shows the 3rd structural example of the said light quantity adjustment mechanism. (a)〜(c)は、それぞれ集光レンズと受光素子の相対的な位置の変化と受光素子に入射する光束の関係を示す図。(A)-(c) is a figure which shows the relationship between the change of the relative position of a condensing lens and a light receiving element, and the light beam which injects into a light receiving element, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

1 距離測定装置
2 目標物
11 投光部
12 受光部
13 演算部
14 筐体
15 保護窓
16 受光素子
17 光量調節機構(光量調節手段)
21 集光レンズ
22 NDフィルタ
31、32 液晶素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distance measuring device 2 Target object 11 Light projection part 12 Light receiving part 13 Calculation part 14 Case 15 Protection window 16 Light receiving element 17 Light quantity adjustment mechanism (light quantity adjustment means)
21 Condensing lens 22 ND filter 31, 32 Liquid crystal element

Claims (10)

目標物に向けてレーザ光を出力する投光部と、前記目標物からの反射光を受光する受光部と、前記投光部によるレーザ光の出力時刻から前記受光部による反射光の受光時刻までの時間差に基づいて、前記目標物までの距離を演算する演算部とを備え、
前記投光部は、前記受光部における受光素子の最大受光可能光量以上の光量のレーザ光を出力し、
前記受光部は、前記受光素子に入射する光量が前記最大受光可能光量以下となるように入射光量を調節する光量調節手段を備えたことを特徴とする距離測定装置。
A light projecting unit that outputs laser light toward a target, a light receiving unit that receives reflected light from the target, and a time from the output of laser light by the light projecting unit to the time of receiving reflected light by the light receiving unit An arithmetic unit that calculates the distance to the target based on the time difference of
The light projecting unit outputs a laser beam having a light quantity greater than or equal to the maximum receivable light quantity of the light receiving element in the light receiving part,
The distance measuring device according to claim 1, wherein the light receiving unit includes a light amount adjusting unit that adjusts an incident light amount so that a light amount incident on the light receiving element is equal to or less than the maximum receivable light amount.
前記光量調節手段は、光の透過量を減少させる光量減少素子を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。   The distance measuring device according to claim 1, wherein the light amount adjusting unit includes a light amount reducing element that reduces a light transmission amount. 前記光量減少素子は、液晶素子であり、液晶素子の濃淡調整を行うことにより透過光量を調節することを特徴とする請求項2に記載の距離測定装置。   The distance measuring device according to claim 2, wherein the light amount reducing element is a liquid crystal element, and the transmitted light amount is adjusted by adjusting the density of the liquid crystal element. 前記液晶素子は、その入射面側の偏光フィルタの偏光方向と前記目標物からの反射光の偏光方向とが一致するように取り付けられていることを特徴とする請求項3に記載の距離測定装置。   The distance measuring device according to claim 3, wherein the liquid crystal element is attached so that a polarization direction of a polarization filter on an incident surface side thereof coincides with a polarization direction of reflected light from the target. . 前記光量調節手段は、前記投光部がレーザ光を出力しうる状態にないときには、受光素子に入射する光量が最小となる状態をとることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の距離測定装置。   4. The light amount adjusting unit according to claim 1, wherein the light amount adjusting unit takes a state in which the light amount incident on the light receiving element is minimized when the light projecting unit is not in a state capable of outputting laser light. The distance measuring device according to one item. 前記光量調節手段は、集光レンズ及び前記受光素子に対する前記集光レンズの相対的な位置を変化させる変位機構で構成され、前記受光素子の受光面に対する前記集光レンズの焦点位置をその光軸方向に移動させることによって前記受光素子に入射する光量を調節することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。   The light amount adjusting means includes a condensing lens and a displacement mechanism that changes a relative position of the condensing lens with respect to the light receiving element, and a focal position of the condensing lens with respect to a light receiving surface of the light receiving element is an optical axis thereof. The distance measuring device according to claim 1, wherein the amount of light incident on the light receiving element is adjusted by moving in the direction. 過去の測定時において前記受光素子に入射した光量値又は前記受光素子からの出力信号のレベル値を記憶する光量値記憶手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置。   7. A light amount value storage unit for storing a light amount value incident on the light receiving element or a level value of an output signal from the light receiving element at the time of past measurement. The distance measuring device according to one item. 前回の測定してからの経過時間が所定時間よりも短いときは、前記光量調節手段による光量調節を停止することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置。   The distance measurement according to any one of claims 1 to 6, wherein when the elapsed time from the previous measurement is shorter than a predetermined time, the light amount adjustment by the light amount adjusting means is stopped. apparatus. 前記目標物は、被測定箇所に向けられた反射体であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の距離測定装置。   The distance measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein the target is a reflector directed to a measurement location. 前記光量調節手段による光量調節を行わず、前記目標物からの反射光がその光量を減衰されずに前記受光素子に入射したときでも、入射光量が前記受光素子の最小受光可能光量に満たないときは、入射光量が前記受光素子の最小受光可能光量以上となるように、前記投光部は、出力されるレーザ光の強度を高くすることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の距離測定装置。   When the amount of incident light is less than the minimum receivable light amount of the light receiving element even when the reflected light from the target is incident on the light receiving element without being attenuated, without adjusting the light amount by the light amount adjusting means. 10. The light projecting unit increases the intensity of the output laser beam so that the incident light amount is equal to or greater than the minimum light receivable amount of the light receiving element. The distance measuring device according to one item.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012103192A (en) * 2010-11-12 2012-05-31 Sokkia Topcon Co Ltd Light wave distance meter
JP2012202857A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Toyota Central R&D Labs Inc Distance measuring device
KR20190034980A (en) * 2017-09-25 2019-04-03 삼성전자주식회사 Optical sensing system and optical apparatus including the same
WO2022025658A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 주식회사 우아한형제들 External light influence solution system for mobile robot and method therefor
JP2022049370A (en) * 2020-09-16 2022-03-29 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド Control device, imaging device, control method, and program

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012103192A (en) * 2010-11-12 2012-05-31 Sokkia Topcon Co Ltd Light wave distance meter
JP2012202857A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Toyota Central R&D Labs Inc Distance measuring device
KR20190034980A (en) * 2017-09-25 2019-04-03 삼성전자주식회사 Optical sensing system and optical apparatus including the same
US11372104B2 (en) 2017-09-25 2022-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical sensing system and optical apparatus including the same
KR102532603B1 (en) * 2017-09-25 2023-05-15 삼성전자주식회사 Optical sensing system and optical apparatus including the same
WO2022025658A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 주식회사 우아한형제들 External light influence solution system for mobile robot and method therefor
JP2022049370A (en) * 2020-09-16 2022-03-29 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド Control device, imaging device, control method, and program
JP7048012B2 (en) 2020-09-16 2022-04-05 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド Control device, image pickup device, control method, and program

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