JP2018013350A - レーザ遠隔測長器 - Google Patents

Abstract

【課題】所要の２点間の長さを遠隔から非接触で測定可能なレーザ遠隔測長器を提供する。
【解決手段】可視光の測距光１３を射出し、測定点からの反射測距光１８の受光結果に基づき測距を行う測距部６と、前記測距光を２方向間で往復走査させる光軸偏向部３と、２方向間の広がり角を検出する角度検出器と、演算制御部７とを具備し、該演算制御部は、２方向で照射される前記測距光の照射点の測距結果と、前記２方向間の広がり角とに基づき、前記照射点間の距離を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の長さを測定するレーザ遠隔測長器に関するものである。

建築工事に於いて、例えば天井、床、柱、壁面の長さ等、構造物の各測定対象物の長さの測定が頻繁に行われる。

上記した構造物の各測定対象物の長さ測定は、従来ではメジャー（コンベックス）により測定対象物の一端から他端まで掛渡して行っている。又、近年では、レーザ測距器を測定対象物の一端に設置し、レーザ測距器で他端までの距離を測定している。

然し乍ら、メジャーにより測定を行う場合、メジャーを保持する為、２人以上の作業者が必要となる。又、メジャー、レーザ測距器のいずれの場合も、測定対象物の少なくとも一端にメジャー又はレーザ測距器を位置決めする必要がある。従って、天井等人の手の届かない位置にある測定対象物の測定を行なう際には、脚立等を用い、測定作業が可能な様に作業者が測定対象物に接近する必要があり、作業性が悪かった。

米国特許出願公開第２０１５／０２０４９７６号明細書

本発明は、所要の２点間の長さを遠隔から非接触で測定可能なレーザ遠隔測長器を提供するものである。

本発明は、可視光の測距光を射出し、測定点からの反射測距光の受光結果に基づき測距を行う測距部と、前記測距光を２方向間で往復走査させる光軸偏向部と、２方向間の広がり角を検出する角度検出器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、２方向で照射される前記測距光の照射点の測距結果と、前記２方向間の広がり角とに基づき、前記照射点間の距離を演算するレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記光軸偏向部は走査ミラーであり、前記演算制御部は前記走査ミラーを所要の回転角で往復回転させるレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記光軸偏向部は、独立して回転可能な重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは、中心部に形成され、前記測距光を所要の偏角、所要の方向で偏向する測距光軸偏向部と、外周部に形成され、該測距光軸偏向部と同一の偏角、方向で前記反射測距光を偏向する反射測距光軸偏向部とを有し、前記演算制御部は前記光学プリズムをそれぞれ独立して回転させるレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記光軸偏向部を構成する光学プリズムは、フレネルプリズムであるレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、鉛直又は水平に対する傾斜角、傾斜方向を検出可能な姿勢検出装置を更に具備するレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記２方向間の広がり角を増加及び減少させるビーム操作部を更に具備するレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記測距光を連続点灯させて走査させるレーザ遠隔測長器に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記測距光を点滅させつつ走査させるレーザ遠隔測長器に係るものである。

更に又本発明は、前記演算制御部は、２方向の前記照射点の時のみ前記測距光を点灯させるレーザ遠隔測長器に係るものである。

本発明によれば、可視光の測距光を射出し、測定点からの反射測距光の受光結果に基づき測距を行う測距部と、前記測距光を２方向間で往復走査させる光軸偏向部と、２方向間の広がり角を検出する角度検出器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、２方向で照射される前記測距光の照射点の測距結果と、前記２方向間の広がり角とに基づき、前記照射点間の距離を演算するので、構造物の天井等、手の届かない位置にある測定対象物であっても、非接触で容易に前記照射点間の距離測定が可能となり、作業時間の短縮が図れ、作業性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係るレーザ遠隔測長器の光学系を示す概略図である。 走査鏡及びその周辺部を示す斜視図である。 前記レーザ遠隔測長器による２点間の距離測定を説明する説明図である。 本発明の第２の実施例に係るレーザ遠隔測長器の光学系を示す概略図である。 （Ａ）は前記レーザ遠隔測長器による測距光の走査方向を説明する説明図であり、（Ｂ）は測距光の軌跡の傾きを説明する説明図である。 本発明の第３の実施例に係るレーザ遠隔測長器の光学系を示す概略図である。 姿勢検出装置を示す概略平面図である。 前記レーザ遠隔測長器の鉛直に対する傾斜を説明する説明図である。 （Ａ）は天井と床との間の鉛直距離測定を説明する説明図であり、（Ｂ）は側壁と側壁との間の水平距離測定を説明する説明図である。 測定対象物の倒れ測定を説明する説明図である。 本発明の第４の実施例に係るレーザ遠隔測長器の光学系を示す概略図である。 本発明の第５の実施例に係るレーザ遠隔測長器を示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の第１の実施例に係るレーザ遠隔測長器について説明する。

レーザ遠隔測長器１は、測定装置本体２と、光軸偏向部としての走査鏡３とを有している。尚、前記レーザ遠隔測長器１は、片手で携帯（ハンドヘルド）可能となっている。

前記測定装置本体２内には、測距光射出部４、測距光受光部５、測距部６、演算制御部７が収納されると共に一体化されている。又、前記測定装置本体２の所要の位置には、操作部８、表示部９が設けられている。尚、該表示部９をタッチパネルとし、前記操作部８と兼用させてもよい。

前記測距光射出部４は、射出光軸１１を有し、該射出光軸１１上に発光素子１２、例えば可視光の測距光１３を射出するレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸１１上に前記測距光１３を平行光束とする投光レンズ１４が設けられている。又、前記射出光軸１１上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡１５と、本体基準軸である受光光軸１６（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡１７とによって、前記射出光軸１１は前記受光光軸１６と合致する様に偏向される。

更に、前記射出光軸１１は前記走査鏡３によって直角に偏向され、測定対象物の方向に向けられる。前記走査鏡３と前記第１反射鏡１５と前記第２反射鏡１７とで、射出光軸偏向部が構成される。前記発光素子１２から発せられた前記測距光１３は、前記射出光軸偏向部を経て、測定対象物に照射される。

前記測距光受光部５は、前記受光光軸１６を有し、前記測距光受光部５には測定点（照射点）で反射された反射測距光１８が前記走査鏡３を経て入射する。

前記受光光軸１６上に結像レンズ２１が配設されている。又、該結像レンズ２１の結像側に受光素子１９、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられ、前記結像レンズ２１は、前記反射測距光１８を前記受光素子１９に結像する。該受光素子１９は前記反射測距光１８を受光し、受光信号を発する。該受光信号は、前記測距部６に入力される。尚、前記第２反射鏡１７は、前記測距光１３を反射できる程度に前記結像レンズ２１よりも径が小さくなっている。

更に、前記受光光軸１６（即ち、前記射出光軸１１）上で、前記走査鏡３は前記結像レンズ２１の物側に配設されている。又、前記走査鏡３は、前記受光光軸１６（即ち、前記射出光軸１１）を中心として回転自在となっている。

又、前記走査鏡３の下端には被動ギア２０が設けられている（図２参照）。該被動ギア２０は、モータ２３の駆動軸の先端に設けられた駆動ギア２２と噛合し、前記走査鏡３は前記モータ２３によって回転される。前記走査鏡３の回転角は、回転角検出器、例えばエンコーダ２４によって検出される。該エンコーダ２４は検出信号を発し、該検出信号は前記演算制御部７に入力される。

前記測距部６は、前記発光素子１２を制御し、前記測距光１３としてレーザ光線を発光させる。該測距光１３は、前記第１反射鏡１５と前記第２反射鏡１７により前記受光光軸１６上に偏向されると共に、前記走査鏡３により測定点に向う様直角に偏向される。

測定点で反射された前記反射測距光１８は、前記走査鏡３を介して前記測定装置本体２に入射し、前記結像レンズ２１によって前記受光素子１９に結像される。該受光素子１９は、受光信号を前記測距部６に出力し、該測距部６は前記受光信号に基づき測定点の測距を行う。測定点の測距結果は、前記演算制御部７に入力される。

該演算制御部７は、入出力制御部、演算器（ＣＰＵ）、記憶部等から構成されている。該記憶部には、測距作動を制御する測距プログラム、前記走査鏡３の回転を制御する制御プログラム、任意の２点の測定点の測距結果及び２点間を往復回転する前記走査鏡３の回転角、即ち２点間の広がり角に基づき２点間の距離を演算する距離演算プログラム、前記表示部９に測距データ、距離データ等を表示させる為の表示プログラム等のプログラムが格納されている。更に、前記記憶部には、測距データ、距離データ等の測定結果が格納される。

次に、前記レーザ遠隔測長器１による測定動作について、図３を参照して説明する。

先ず、前記発光素子１２から前記測距光１３が発せられる。該測距光１３は前記投光レンズ１４で平行光束とされ、前記走査鏡３を介して測定点に向けて射出される。

測定点で反射された前記反射測距光１８は、前記走査鏡３を介して前記測定装置本体２に入射され、前記結像レンズ２１により前記受光素子１９に集光される。尚、前記反射測距光１８の光軸は、前記走査鏡３により、前記受光光軸１６と合致する様に偏向される。

尚、前記発光素子１２より前記測距光１３を発光させつつ、広がり角がαとなる様、前記走査鏡３を所定の回転角で往復回転させれば、図３に示される様に、前記測距光１３を直線の軌跡２５で走査させることができる。往復の走査時間を視覚の残像時間以下とすることで、前記軌跡２５を直線として視認させることができる。又、前記測距光１３を点滅させることで、輝度を上げることができ、視認性を向上させることができる。或は、前記測距光１３を前記軌跡２５の両端でのみ点灯させる様にすれば、輝度を更に上げることができ、省電力化も図れる。

構造物の天井等の測定対象物の長さを測る際には、例えば測定対象物の任意の２点をそれぞれ第１測定点２６、第２測定点２７とし、前記軌跡２５の両端が前記第１測定点２６、前記第２測定点２７と一致する様、前記レーザ遠隔測長器１の方向、傾きを調整し、更に前記操作部８を介して前記走査鏡３の回転角を調整する。前記測距部６は、前記第１測定点２６迄の距離Ａ、前記第２測定点２７迄の距離Ｂを測距し、前記エンコーダ２４が検出した回転角に基づき広がり角αを求める。

前記演算制御部７は、前記距離Ａと、前記距離Ｂと、広がり角αを基に、前記第１測定点２６と前記第２測定点２７との間の距離Ｃを演算する。該距離Ｃは以下の式で求めることができる。

Ｃ＝√（Ａ² ＋Ｂ² −２ＡＢｃｏｓα）

演算された前記距離Ｃは、前記表示部９に表示される。

上述の様に、第１の実施例では、測定対象物に対して任意の２点を前記第１測定点２６、前記第２測定点２７として設定し、前記軌跡２５の両端が前記第１測定点２６、前記第２測定点２７と一致する様、前記レーザ遠隔測長器１の方向と傾きと前記走査鏡３の回転角を調整することで、前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の距離を測定することができる。

従って、作業者が測定対象物に近づくことなく非接触で２点間の距離を測定できるので、構造物の天井等、測定対象物が手の届かない位置にある場合であっても、２点間の距離測定を容易に行うことができ、又単独での作業が可能となり、作業時間の短縮が図れ、作業性を向上させることができる。

又、可視光の前記測距光１３により前記軌跡２５が形成されるので、該軌跡２５の両端と前記第１測定点２６、前記第２測定点２７との位置合せを目視により容易に行うことができ、作業性を向上させることができる。

更に、前記レーザ遠隔測長器１は、片手で携帯（ハンドヘルド）可能であるので、該レーザ遠隔測長器１の方向と傾きの調整を容易に行うことができ、作業性をより向上させることができる。

次に、図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図４中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、レーザ遠隔測長器１は、光軸偏向部として一対の光学プリズム２８ａ，２８ｂを有し、該光学プリズム２８ａ，２８ｂは測定装置本体２に収納されている。前記光学プリズム２８ａ，２８ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸１６上に該受光光軸１６と直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。前記光学プリズム２８ａ，２８ｂとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの中央部は、測距光１３が透過する測距光軸偏向部となっており、中央部を除く部分は、反射測距光１８が透過する反射測距光軸偏向部となっている。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂとして用いられるフレネルプリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素２９ａと多数のプリズム要素３１ａ、プリズム要素２９ｂと多数のプリズム要素３１ｂによって構成され、板形状を有する。前記プリズム要素２９ａ，２９ｂ及び前記プリズム要素３１ａ，３１ｂは、同一の光学特性を有する。

前記プリズム要素２９ａ，２９ｂは、前記測距光軸偏向部を構成し、前記プリズム要素３１ａ，３１ｂは前記反射測距光軸偏向部を構成する。

前記フレネルプリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なフレネルプリズムを製作できる。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂは、それぞれ前記受光光軸１６を中心に独立して回転可能に配設されている。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの外形形状は、それぞれ前記受光光軸１６を中心とする円形であり、前記反射測距光１８の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの直径が設定されている。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂは、それぞれ外周にリングギア３２ａ，３２ｂが形成されている。該リングギア３２ａ，３２ｂに噛合したピニオンギア（図示せず）を介し、それぞれモータ（図示せず）により個別に回転される様になっている。尚、該モータとしては、回転角を検出できるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いてモータの回転量を検出してもよい。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂは、それぞれ前記モータが回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出される前記測距光１３の前記射出光軸１１を任意の方向に偏向し、受光される前記反射測距光１８の前記受光光軸１６を前記射出光軸１１と平行に偏向する。

尚、投光レンズ１４、前記測距光軸偏向部等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光軸偏向部、結像レンズ２１等は、受光光学系を構成する。

発光素子１２から発せられた可視光の前記測距光１３は、前記プリズム要素２９ａ，２９ｂ（前記測距光軸偏向部）により測定点に向う様、前記射出光軸１１に沿って偏向される。

又、測定点から反射された前記反射測距光１８は、前記プリズム要素３１ａ，３１ｂ（前記反射測距光軸偏向部）、前記結像レンズ２１を介して前記測定装置本体２に入射し、前記受光素子１９に受光される。該受光素子１９から発せられた受光信号に基づき、測距部６は測定点の測距を行う様になっている。

前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを回転させるモータの回転角は、それぞれ演算制御部７に入力され、該演算制御部７は、前記モータの回転角に基づき、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの回転位置を演算する。更に、前記演算制御部７は、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの屈折率と回転位置とに基づき、前記測距光１３の偏角、偏向方向を演算し、演算結果は前記演算制御部７内の記憶部に格納される。

次に、第２の実施例に於ける前記レーザ遠隔測長器１の測定動作について、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して説明する。

前記プリズム要素２９ａ，２９ｂ、前記プリズム要素３１ａ，３１ｂは、前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂの回転位置（基準位置）が一致した時に最大の偏角、例えば２０°が得られる様になっている。又、前記プリズム要素２９ａ，２９ｂ、前記プリズム要素３１ａ，３１ｂは、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂのいずれか一方が１８０°回転した位置となった時に最小の偏角、即ち偏角が０°となり、射出されるレーザ光線の光軸は前記射出光軸１１と平行となる。前記プリズム要素２９ａ，２９ｂは、例えば±２０°の範囲で測定対象物或は測定対象エリアを前記測距光１３で走査できる様になっている。

前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂとの位置関係を固定した状態で、（前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを一体に回転することで、該光学プリズム２８ａ，２８ｂを透過した前記測距光１３が描く軌跡は、前記射出光軸１１を中心とした円となる。

又、図５（Ａ）に示される様に、前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂを相対回転させた場合、前記光学プリズム２８ａにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｘとし、前記光学プリズム２８ｂにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｙとすると、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂによる光軸の偏向は、該光学プリズム２８ａ，２８ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｚとなる。

例えば、前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂを逆向きに同期して等角度で等速往復回転させた場合、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを透過した前記測距光１３は、直線状に走査される。従って、前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂを逆向きに等角度で等速往復回転させることで、図５（Ａ）に示される様に、前記測距光１３を合成偏向Ｚ方向に直線状の軌跡３３で走査させることができる。

更に、図５（Ｂ）に示される様に、前記光学プリズム２８ａと前記光学プリズム２８ｂを、前記射出光軸１１を中心にβだけ回転させる。即ち、前記レーザ遠隔測長器１を前記射出光軸１１を中心にβだけ傾けるか、或は前記光学プリズム２８ａ，２８ｂをβだけ一体に回転させる。この状態で、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを逆向きに同期して等角度で等速往復回転させることで、前記軌跡３３に対してβ傾斜した軌跡３３′が形成される。

測定対象物の長さを測定する際には、第１の実施例と同様、測定対象物の任意の２点をそれぞれ第１測定点２６、第２測定点２７とし、前記軌跡３３の両端が前記第１測定点２６、前記第２測定点２７と一致する様、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの回転角と合成偏向Ｚ方向の傾斜角を設定する。

前記演算制御部７は、前記第１測定点２６迄の距離と、前記第２測定点２７迄の距離と、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの回転角を基に演算した前記第１測定点２６と前記第２測定点２７間の広がり角を基に、前記第１測定点２６と前記第２測定点２７との間の距離を演算し、表示部９に表示する。

第２の実施例に於いても、前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の距離を測定する際には、前記軌跡３３の両端が前記第１測定点２６、前記第２測定点２７と一致する様、前記レーザ遠隔測長器１の方向と傾きを調整し、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂの回転角を調整するだけでよい。

従って、手の届かない位置にある測定対象物の測定を行う場合であっても、測定対象物に近づくことなく非接触で２点間の距離を測定することができ、作業性を向上させることができる。

又、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを一体に所定角度だけ回転させることで、前記軌跡３３の傾きを調整できる。従って、前記レーザ遠隔測長器１を固定した状態で、前記光学プリズム２８ａ，２８ｂを等速往復回転させつつ、該光学プリズム２８ａ，２８ｂを一体に回転させることで、前記軌跡３３と前記第１測定点２６、前記第２測定点２７との位置合せが可能となり、作業性を向上させることができる。

次に、図６〜図８に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図６中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例は、第１の実施例に於けるレーザ遠隔測長器１に、少なくとも水平を検出可能なセンサ、例えばジンバル機構を有する姿勢検出装置３４を設けた構成となっている。

図７は、該姿勢検出装置３４の詳細を示している。

矩形枠形状の外フレーム５１の内部に矩形枠形状の内フレーム５３が軸受５２、第１水平軸５４を介し、回転自在に設けられ、前記内フレーム５３の内部に傾斜検出ユニット５６が軸受５７、第２水平軸５５を介して回転自在に設けられる。

前記内フレーム５３は前記第１水平軸５４，５４を中心に３６０゜回転自在であり、前記傾斜検出ユニット５６は前記第２水平軸５５を中心に３６０゜回転自在となっている。

従って、前記傾斜検出ユニット５６は前記外フレーム５１に対して２軸方向に回転自在に支持されており、前記内フレーム５３を回転自在に支持する機構、前記傾斜検出ユニット５６を回転自在に支持する機構はジンバル機構を構成する。前記傾斜検出ユニット５６は前記外フレーム５１に対してジンバル機構を介して支持され、前記傾斜検出ユニット５６は、回転の制約を受けることなく、前記外フレーム５１に対して全方向に自在に回転し得る様になっている。

前記第１水平軸５４の一端部には第１被動ギア５８が嵌着され、該第１被動ギア５８には第１駆動ギア５９が噛合している。前記外フレーム５１の下面には第１モータ６１が設けられている。前記内フレーム５３は前記第１駆動ギア５９及び前記第１被動ギア５８を介して前記第１モータ６１によって回転される。

前記第１水平軸５４の他端部には第１エンコーダ６２が設けられ、該第１エンコーダ６２は前記内フレーム５３の前記外フレーム５１に対する前記第１水平軸５４，５４を中心とする回転角を検出する。

前記第２水平軸５５の一端部には、第２被動ギア６３が嵌着され、該第２被動ギア６３には第２駆動ギア６４が噛合している。又、前記内フレーム５３の側面（図示では左側面）には第２モータ６５が設けられている。前記傾斜検出ユニット５６は、前記第２駆動ギア６４及び前記第２被動ギア６３を介して前記第２モータ６５によって回転される。

前記第２水平軸５５の他端部には第２エンコーダ６６が設けられ、該第２エンコーダ６６は前記内フレーム５３に対する前記傾斜検出ユニット５６の前記第２水平軸５５を中心とする回転角を検出する。

前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６によって検出される回転角は、傾斜演算処理部６８に入力される。

前記傾斜検出ユニット５６は、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２を有しており、該第１傾斜センサ７１、該第２傾斜センサ７２からの検出信号は、前記傾斜演算処理部６８に入力される。

前記第１傾斜センサ７１は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第２傾斜センサ７２は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。

尚、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２のいずれも、前記第１エンコーダ６２が検出する回転方向（傾斜方向）、前記第２エンコーダ６６が検出する回転方向（傾斜方向）の２軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。

前記傾斜演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２からの検出結果に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に該傾斜角、傾斜方向に相当する前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角を演算する。前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の演算結果は、演算制御部７に入力される。

尚、前記姿勢検出装置３４は、前記外フレーム５１が水平に設置された場合に、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する様に設定され、更に前記第１エンコーダ６２の出力、前記第２エンコーダ６６の出力が共に基準位置（回転角０゜）を示す様に設定される。

以下、前記姿勢検出装置３４の作用について説明する。

先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。高精度に傾斜を検出する場合としては、例えば前記姿勢検出装置３４が設置式の三脚に設けられた場合であり、応答性が要求されない場合である。

前記姿勢検出装置３４が傾斜すると、前記第１傾斜センサ７１が傾斜に応じた信号を出力する。

前記傾斜演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角、傾斜方向を０にする為の、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の回転量を演算し、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を前記回転量駆動する駆動指令を発する。

前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動により、演算された傾斜角、傾斜方向の逆に傾斜する様、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５が駆動され、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動量（回転角）は前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６によって検出され、回転角が前記演算結果となったところで前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動が停止される。

更に、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する様、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の回転が微調整される。

この状態では、前記外フレーム５１が傾斜した状態で、前記傾斜検出ユニット５６が水平に制御される。

従って、前記傾斜検出ユニット５６を水平とする為に、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５により、前記内フレーム５３、前記傾斜検出ユニット５６を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６で検出した回転角に基づき求められる。

前記傾斜演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果に基づき前記姿勢検出装置３４の傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、前記姿勢検出装置３４の傾斜後の姿勢を示す。

前記傾斜演算処理部６８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出装置３４の検出信号として前記演算制御部７に出力する。

次に、前記姿勢検出装置３４が携帯される機器に装備され、携帯された状態でデータを取得する場合の、該姿勢検出装置３４の作用について説明する。

携帯された状態では、前記姿勢検出装置３４の姿勢は刻々と変化する。従って、高応答性の前記第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき、姿勢検出が行われる。

先ず、水平状態を前記第１傾斜センサ７１により検出し、その後の姿勢変化を高応答性の前記第２傾斜センサ７２により求め、該第２傾斜センサ７２からの検出結果に基づき姿勢検出をする様に制御すれば、前記姿勢検出装置３４の傾斜角、傾斜方向をリアルタイムで検出することが可能となる。

更に、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３は共に３６０゜以上の回転が可能である。即ち、前記姿勢検出装置３４がどの様な姿勢となろうとも（例えば、該姿勢検出装置３４の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。

従って、傾斜センサの測定範囲の制限がなく、広範囲、全姿勢での姿勢検出が可能である。

高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢検出が行われるが、該第２傾斜センサ７２は前記第１傾斜センサ７１に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

高精度の該第１傾斜センサ７１と高応答性の前記第２傾斜センサ７２を具備し、該第２傾斜センサ７２による検出結果を前記第１傾斜センサ７１の検出結果で較正することで、前記第２傾斜センサ７２のみの検出結果に基づき高精度の姿勢検出が可能となる。

更に、前記第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角、傾斜方向に基づき、該傾斜角、傾斜方向が０になる様に前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を駆動し、更に前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する迄前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動を継続する。前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第２傾斜センサ７２の傾斜角を較正することができる。

従って、予め、前記第２傾斜センサ７２の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ７１による水平検出と前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第２傾斜センサ７２に検出された傾斜角、傾斜方向の較正（キャリブレーション）をすることができ、前記第２傾斜センサ７２による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。

又、前記演算制御部７は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ７２からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する。又、前記演算制御部７は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ７１が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する。

尚、前記演算制御部７の記憶部には、前記第１傾斜センサ７１の検出結果と前記第２傾斜センサ７２の検出結果との比較結果を示すデータテーブルである対比データが格納されている。前記第２傾斜センサ７２からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する場合、前記演算制御部７は前記対比データに基づき前記第２傾斜センサ７２による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ７２による検出結果を前記第１傾斜センサ７１の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出装置３４による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

演算された前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角を合成することで、傾斜角と傾斜方向が演算される。該傾斜角と傾斜方向は、前記姿勢検出装置３４が取付けられる測定装置本体２の、鉛直に対する傾斜角、傾斜方向に対応する。

第３の実施例では、前記姿勢検出装置３４により水平を検出できるので、図８に示される様に、Ｘ軸、Ｚ軸を水平方向の２軸、Ｙ軸を鉛直方向の軸とすると、水平に対する前記測定装置本体２の２方向の傾きγ2 、γ3 を検出することができる。更に、該傾きγ2 、γ3 を基に、鉛直（Ｙ軸）に対する前記測定装置本体２の傾きの方向及び傾きγ1 を演算により求めることができる。

従って、任意の２点の測定点が同一水平線上にない場合、前記姿勢検出装置３４の検出結果に基づき、２点間の測距光の軌跡の水平に対する傾斜角を求めることができる。又、傾斜角と２点間の距離に基づき、２点間の水平距離と２点間の鉛直距離を求めることができる。

更に、前記レーザ遠隔測長器１と測定点との間の斜距離を測定し、該斜距離と前記姿勢検出装置３４により検出された傾斜角とに基づき、前記レーザ遠隔測長器１と測定点との間の水平距離と鉛直距離とを測定することができる。

第３の実施例では、前記測定装置本体２の傾斜に拘わらず、２点の測定点間の水平距離と鉛直距離とを測定可能である。従って、前記レーザ遠隔測長器１を水平に保持し、走査鏡３の回転角（偏角）を１８０°とし、床と天井とをそれぞれ測定点とした場合、床と天井との間の鉛直距離を測定することができる。又、前記レーザ遠隔測長器１を鉛直に保持し、前記走査鏡３の回転角を１８０°とし、壁と壁とをそれぞれ測定点とした場合、壁と壁の間の水平距離を測定することができる。

更に、前記レーザ遠隔測長器１の鉛直に対する傾きγ1 と水平に対する傾きγ2 、γ3 を検出可能であるので、前記レーザ遠隔測長器１が傾斜していた場合でも、検出した傾きγ2 、γ3 に基づき測定値を較正することで、床と天井との鉛直距離、壁と壁との水平距離を測定することができる。

図９（Ａ）は、測定対象物３０、例えば構造物の床３０ａと正面壁３０ｂとの境界に位置する測定点を第１測定点２６とし、天井３０ｃと前記正面壁３０ｂとの境界に位置する測定点を第２測定点２７とし、前記レーザ遠隔測長器１により前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の鉛直距離を測定した場合を示している。

前記第１測定点２６と前記第２測定点２７との間の距離を測定した際の、前記レーザ遠隔測長器１の鉛直に対する傾斜角が前記姿勢検出装置３４で検出される。検出された傾斜角に基づき前記床３０ａと前記天井３０ｃの真の鉛直距離（図９（Ａ）中破線矢印で示す）を測定することができる。即ち、任意の姿勢で、前記床３０ａと前記正面壁３０ｂとの境界線上の任意の測定点と、前記天井３０ｃと前記正面壁３０ｂとの境界線上の任意の測定点を測定することで、前記床３０ａと前記天井３０ｃとの間の正確な鉛直距離を測定することができる。

又、図９（Ａ）では、前記走査鏡３の回転角（偏角）を１８０°とすることなく、即ち該走査鏡３を反転させることなく、前記床３０ａと前記天井３０ｃとの間の鉛直距離を測定することができる。

図９（Ｂ）は、前記正面壁３０ｂと側壁３０ｄ，３０ｅとの境界に位置する測定点をそれぞれ第１測定点２６、第２測定点２７とし、前記レーザ遠隔測長器１により前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の水平距離を測定した場合を示している。

図９（Ｂ）に示す場合、前記第１測定点２６と前記第２測定点２７との間の距離を測定した際の、前記レーザ遠隔測長器１の水平に対する傾斜角が前記姿勢検出装置３４で検出される。検出された傾斜角に基づき前記側壁３０ｄ，３０ｅ間の真の水平距離（図９（Ｂ）中破線矢印で示す）を測定することができる。

又、前記走査鏡３の回転角（偏角）を１８０°とすることなく、即ち該走査鏡３を反転させることなく、前記側壁３０ｄと前記側壁３０ｅとの間の水平距離を測定することができる。

更に、図１０に於いて、前記測定対象物３０の倒れ測定を行う場合について説明する。前記床３０ａと前記正面壁３０ｂと前記側壁３０ｄとの交点を第１測定点２６、前記天井３０ｃと前記正面壁３０ｂと前記側壁３０ｄとの交点を第２測定点２７とし、前記第１測定点２６と前記第２測定点２７との間で測距光１３を往復走査させた場合、該測距光１３の軌跡は前記正面壁３０ｂと前記側壁３０ｄとの境界線と一致する。

ここで、鉛直線（Ｙ軸）に対する前記軌跡の傾きを前記姿勢検出装置３４で検出することで、前記測定対象物３０の鉛直に対する倒れを測定することができる。

又、該測定対象物３０の前記天井３０ｃと前記正面壁３０ｂと前記側壁３０ｅとの交点を第１測定点２６′、前記天井３０ｃと前記正面壁３０ｂと前記側壁３０ｄとの交点を前記第２測定点２７とし、前記第１測定点２６′と前記第２測定点２７との間で前記測距光１３を往復走査させた場合、該測距光１３の軌跡は前記測定対象物３０の前記天井３０ｃと前記正面壁３０ｂとの境界線と一致する。

ここで、水平線（Ｘ軸）に対する前記軌跡の傾きを前記姿勢検出装置３４で検出することで、前記測定対象物３０の水平に対する倒れを測定することができる。

次に、図１１に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図１１中、図４、図６中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第４の実施例は、第２の実施例に於けるレーザ遠隔測長器１に、少なくとも水平を検出可能なセンサ、例えば姿勢検出装置３４を設けた構成となっている。

第４の実施例に於いても、該姿勢検出装置３４により、水平２方向に対する測定装置本体２の傾きγ2 、γ3 （図８参照）、鉛直に対する該測定装置本体２の傾きγ1 （図８参照）を検出することができる。

従って、任意の２点の測定点が同一水平線上にない場合、前記姿勢検出装置３４の検出結果に基づき、２点間の測距光の軌跡の水平に対する傾斜角を求めることができる。又、傾斜角と２点間の距離に基づき、２点間の水平距離と２点間の鉛直距離を求めることができる。

更に、前記レーザ遠隔測長器１と測定点との間の斜距離を測定し、該斜距離と前記姿勢検出装置３４により検出された傾斜角とに基づき、前記レーザ遠隔測長器１と測定点との間の水平距離と鉛直距離とを測定することができる。

尚、第３の実施例と同様に、床と壁との境界を第１測定点２６（図９（Ａ）参照）とし、天井と壁との境界を第２測定点２７（図９（Ａ）参照）とし、前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の距離を測定することで、前記レーザ遠隔測長器１を用いて床と天井との間の鉛直距離を測定することができる。

同様に、正面壁と側壁との境界をそれぞれ第１測定点２６（図９（Ｂ）参照）、第２測定点２７（図９（Ｂ）参照）とし、前記第１測定点２６、前記第２測定点２７間の距離を測定することで、前記レーザ遠隔測長器１を用いて側壁と側壁との間の水平距離を測定することができる。

次に、図１２に於いて、本発明の第５の実施例について説明する。

第５の実施例では、測定装置本体２にビーム操作部３５を設け、該ビーム操作部３５は前記測定装置本体２の前後方向にスライド可能となっている。又、該測定装置本体２は、前記ビーム操作部３５のスライドの変位を検出する変位検出器３６を具備している。前記ビーム操作部３５をスライドさせると、前記変位検出器３６がスライドの変位を検出し、検出結果は演算制御部７（図１参照）に入力される。該演算制御部７は、スライドの変位に対応して、測距光１３の広がり角を増減する。即ち、第１測定点２６、第２測定点２７間の軌跡２５の長さが拡大及び縮小される。

例えば、前記ビーム操作部３５を第１の実施例、第３の実施例に適用した場合、該ビーム操作部３５のスライドにより、走査鏡３（図１参照）の往復回転角の増加及び減少が可能となる。

又、前記ビーム操作部３５を第２の実施例、第４の実施例に適用した場合、該ビーム操作部３５のスライドにより、光学プリズム２８ａ，２８ｂ（図４参照）の往復回転角の増加、減少が可能となる。

第５の実施例では、前記ビーム操作部３５のスライドだけで、前記軌跡２５の長さの拡大及び縮小が可能となるので、該軌跡２５の両端と前記第１測定点２６、前記第２測定点２７の位置合せを目視により容易に行うことができ、作業性を向上させることができる。

尚、第５の実施例では、前記ビーム操作部３５を前後にスライド可能な構成としているが、例えば表示部９（図１参照）をタッチパネルとし、該表示部９上でのスライド動作により前記軌跡２５の長さを拡大及び縮小させる様にしてもよい。

又、前記測定装置本体２に撮像部を別途設け、前記表示部９に表示される撮像結果を基に、前記ビーム操作部３５により前記軌跡２５の長さを拡大及び縮小させてもよい。

１ レーザ遠隔測長器
２ 測定装置本体
３ 走査鏡
６ 測距部
７ 演算制御部
８ 操作部
１１ 射出光軸
１３ 測距光
１６ 受光光軸
２５ 軌跡
２６ 第１測定点
２７ 第２測定点
２８ａ，２８ｂ 光学プリズム
２９ａ，２９ｂ プリズム要素
３１ａ，３１ｂ プリズム要素
３３ 軌跡
３４ 姿勢検出装置
３５ ビーム操作部

Claims (9)

1. 可視光の測距光を射出し、測定点からの反射測距光の受光結果に基づき測距を行う測距部と、前記測距光を２方向間で往復走査させる光軸偏向部と、２方向間の広がり角を検出する角度検出器と、演算制御部とを具備し、該演算制御部は、２方向で照射される前記測距光の照射点の測距結果と、前記２方向間の広がり角とに基づき、前記照射点間の距離を演算するレーザ遠隔測長器。
2. 前記光軸偏向部は走査ミラーであり、前記演算制御部は前記走査ミラーを所要の回転角で往復回転させる請求項１に記載のレーザ遠隔測長器。
3. 前記光軸偏向部は、独立して回転可能な重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは、中心部に形成され、前記測距光を所要の偏角、所要の方向で偏向する測距光軸偏向部と、外周部に形成され、該測距光軸偏向部と同一の偏角、方向で前記反射測距光を偏向する反射測距光軸偏向部とを有し、前記演算制御部は前記光学プリズムをそれぞれ独立して回転させる請求項１に記載のレーザ遠隔測長器。
4. 前記光軸偏向部を構成する光学プリズムは、フレネルプリズムである請求項３に記載のレーザ遠隔測長器。
5. 鉛直又は水平に対する傾斜角、傾斜方向を検出可能な姿勢検出装置を更に具備する請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載のレーザ遠隔測長器。
6. 前記２方向間の広がり角を増加及び減少させるビーム操作部を更に具備する請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載のレーザ遠隔測長器。
7. 前記演算制御部は、前記測距光を連続点灯させて走査させる請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載のレーザ遠隔測長器。
8. 前記演算制御部は、前記測距光を点滅させつつ走査させる請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載のレーザ遠隔測長器。
9. 前記演算制御部は、２方向の前記照射点の時のみ前記測距光を点灯させる請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載のレーザ遠隔測長器。

Images