JP4614685B2 - 手持ち式光電測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、変調したレーザ測距光線による光電式の測距装置に関するものである。

建設現場では、例えば、一定の距離１００ｍ離れた領域を、少なくともｍｍ単位で正確に決定することが必要なことがある。この目的にかなうレーザ測距装置は、光学的測距手段として変調した可視レーザ光線の位相差測定方法を採用し、コリメータ光学レンズ系で収束した光線、好適には、レーザダイオードの可視光を測定対象物の表面に照射させるのが一般的である。測定対象物に当たった光点位置から散乱した測距光線、又は反射光線を受光レンズを介して光検出器の活性面に合焦させる。測距のためには、レーザダイオードの測距光線を集中させるよう変調する、すなわち、光線を測定信号に重畳させる。測定対象物で散乱した又は反射した光を光検出器により受光し、電子機器により濾過した信号から、評価ユニットによって発光体から測定対象物を経て検出器に至る信号の所要時間を決定する。測定距離は、最終的に信号所要時間と光速とから決定する。測距のためには、常に対向面を必要とするが、この対向面は、特に、建築業界での測量、又は壁面もしくは床面が短縮化してある場合には存在しない場合がある。

従来、手で持てるハウジングと、測距光線を発生する電子式光源を有する光電式の測距モジュールと、受光手段と、ディスプレイと、操作素子とを具える光電測距装置がある。（例えば、特許文献１参照。）この装置は、さらに、測距とともに、簡単な面積および体積計算並びに距離からの加算および減算のような追加の計算機能を有している。しかし、０〜２０ｃｍにわたる極めて短い間隔は、光電式測距装置の測定光線方向にハウジングが存在して直接測定することができない。さらに、このような光電式測距装置は、特に、建築業界では、ユーザーにとって常に使用可能状態にあるとは限らず、予め計画を立てた特別な職務のために携行するのが一般的である。
独国特許公開第１９８３６８１２号公報

０〜２ｍにわたる距離の測距のためには、視覚的に読み取ることができるスケールを有する機械的測距手段を使用するのが一般的である。巻き尺および物差しのような測距手段は、小型で取り扱い易く、目標とする平面を必要としない。一般的に５ｍの距離にも巻き尺で対応できる。建築業界の専門的な特別な職種ではユーザー必携であり、測距の際に常に存在する物差し（折り尺、２ｍ棒、１ｍ棒）は、腕の長さくらいの測距の際に、代用して測定を簡単かつ迅速に行うことができるので、極めてよく使われ、なじみがあり、手放すことができない補助手段である。さらに、この物差しによれば、壁および床に極めて明確な線引きマークを付けることができ、また（ほとんど空中における）仮想的構造部分をも測定することができる。しかし、機械的測距手段によれば、特に、見る角度によって、スケールの汚れによる客観的な誤測定や、絶対的誤測定としての単純な計算違いを招く主観的な読み取り間違いを生ずる恐れがある。何メートルも離れた距離は、距離の大きさに基づいて測定誤差を生じ、特に、粗悪に規定された止めポイントもしくは測定ポイント、測距手段のたるみ、圧力もしくは引張力、ならびに測距手段の経年劣化、湿気、熱膨張によって測定誤差を生ずる。建築業界において少なくとも場合によって必要とされる数ミリ単位の測距精度は、身近に常に存在する機械的測距手段では保証できない。

１０個の自己補強性を有する２３ｃｍほどの長さの脚部よりなり、これら脚部を交互に端部を回動自在かつロック可能に連結した折り尺がある。（例えば、特許文献２参照。）この折り尺は、展開した領域の直線に沿って少なくともｍｍもしくはインチ単位に分割した少なくとも１個の視覚的に読み取ることができるスケールを設け、基準点をなす折り尺先端をゼロとして規定する。
独国特許第１９９１６４０９号明細書

さらに、正確な位置決めのためにレーザポインタと組み合わせた建築業界における異なる機械的測定方法がある。（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）さらに、手で持つことができるハウジングに巻き込んだ測距用の巻き尺と、光学的指標としてのレーザポインタとを設けた手持ち測距装置がある。（例えば、特許文献５参照。）ただしこれら特許文献３〜５の場合、レーザ光を測定光線としては使用しない。更に、受光光学系は存在しない。
米国特許第５７１３１３５号明細書 米国特許第５８９４６７５号明細書 米国特許公開第２００２０１９３９６４号公報

本発明の目的は、長い距離を十分高い精度で測定でき、短い距離の測定の際に目標表面を必要としない手持ち測距装置を得るにある。さらに、特に、建築業界で種々の用途に汎用的に使用できまた実用的な手持ち測距装置を得るにある。

この目的を達成するため、本発明は、ハウジングと、測距光線を発生する電子式光源を有する光電式の測距モジュールと、測定対象物に反射する測距光線の一部を受光する受光手段と、計算した距離を表示する表示手段とを具える手持ち式光電測距装置において、前記ハウジングに、さらに、機械的測距手段を設けたことを特徴とする。

本発明光電測距装置によれば、手慣れたまた有効であることが実証済みの方法で測定できる通常の汎用的な機械的測距手段と組み合わせたため、問題となる場所で、それぞれに適合する測距手段を選択することができる。特に、建築業界では、ユーザー必携の機械的測距手段を手持ち測距装置と一緒に持ち歩く必要なく、また、予期しない測定作業が必要になった際に近傍に対向面がなくとも、要求された精度で離れた領域の測距を行うことができる。

本発明の好適な実施例においては、前記機械的測距手段に対して手動で着脱自在にした結合点を構成する連結素子を設ける。この構成によれば、機械的測距手段を自己補強性のモジュールとして一時的測定目的のために手持ち測距装置から分離することができる。

本発明の好適な実施例においては、光学的測距光線を発生したり、また光学的測距方法を実行したりを外部から操作する操作素子を設け、好適には、この操作素子を押しボタンとする。この構成によれば、光学的測距を簡単に手動で作動させることができる。

本発明の好適な実施例においては、光電式の測距モジュールに、距離の加算を含む他の計算機能を有する計算手段を設け、他の計算機能としては、好適には、距離の減算、面積計算、体積計算を含むものとする。この構成によれば、基準距離又は多数の測定に基づいて、複雑な測定課題に対処することができる。

本発明の好適な実施例においては、共通の第１基準点は、機械的測距手段による距離Ｘの測定用基準点とともに、測距光線の測定用基準点をなすものとする。この構成によれば、測距用途に応じて手持ち測距装置の配置を変更することなく測距を行うことができるようになる。

本発明の好適な実施例においては、機械的測距手段に接続した好適には、装置内部に内蔵した制御手段を設け、この制御手段を光電式の測距モジュールに制御可能に接続する。この構成によれば、機械的測距手段によって光電式測距モジュールを制御することができる。

本発明の好適な実施例においては、制御手段を、ハウジングに対する機械的測距手段の相対位置を感知する少なくとも１個の非接触センサとして構成し、この非接触センサは、好適には、測距手段に埋設した永久磁石を感知する、又は測距手段設けた透光孔を感知するホールセンサ又は光検出器とする。この構成によれば、本発明制御手段は機械的接触を生ずる制御手段よりも、信頼性高く、汚れにくく、磨耗しにくくなる。

本発明の好適な実施例においては、前記ハウジングに対して機械的測距手段の長さが変化する端部を第２基準点とし、この第２基準点から第１基準点までの基準距離を、制御手段の制御の下に計算手段によって検出可能にする。この構成によれば、光電式の測距モジュール、特に、一体のマイクロコントローラは、基準距離を知ることができる。

本発明の好適な実施例においては、計算手段により計算する距離を、基準距離に基づいて計算するものとする。この構成によれば、基準距離を光測定距離に加算することができる。

第２基準点を床に位置決めし、手持ち測距装置を胸の高さに位置決めすることにより、人間工学的な使用が可能になる。

本発明の好適な実施例においては、制御手段には、光電式の測距モジュールに電源から給電するためのスイッチ手段を接続し、ハウジングに対する機械的測距のみが必要な場合に前記給電を遮断するようにする。この構成によれば、機械的測距手段の目的に応じた目視作業用に手持ち測距装置を準備することができ、目視によらない測距を回避し、したがって、電源の早い消耗を回避できる。

本発明の好適な実施例においては、前記機械的測距手段を巻き尺とし、好適には、ばね特性で自己補強性を有するスチール製バンドにより構成する。この構成によれば、手持ち測距装置のハウジング内部の狭い空間に巻き取ることができる。

本発明の好適な実施例においては、機械的測距手段を折り尺により構成する。この構成によれば、個別に展開可能な自己補強性のある測定バーの形式の機械的測距手段とし、空間内でそれぞれ個別に自由な向きをとれる。さらに、孔の中のような近づきにくい場所における測定も簡単に測定バーを差し込むことができる。

本発明の好適な実施例においては、前記折り尺を５〜１５個、最適には１０個の脚部により構成し、順次に各脚部の端部を交互に回動可能かつロック可能に連結し、長さを１０ｃｍ〜３０ｃｍの範囲、最適には２３ｃｍの寸法とする。この構成によれば、通常の折り尺によって脚部長さと展開する脚部の個数で測距することができる。

次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。

３個のデカルト座標系投影図である図１ａ〜図１ｃに示すように、光電式手持ち測距装置１は、手で持つことができるハウジング２と、光電式の測距モジュール３を有する。測距モジュール３は、内蔵したマイクロコントローラの形式の計算手段４と、光学的測距光線Ｓを発生するコリメータ光学レンズ付きレーザダイオードの形式の電子的光源５と、単一指向性を有する受光手段６と、マイクロコントローラ４によって計算した距離Ｘを英数字表示する表示手段７と、押しボタン式の外部から操作できる操作素子８とを具え、この操作素子８は、測距用の押しボタン、更に、例えば、距離の加算および減算、並びに面積計算および体積計算のような計算手段４の特別な機能用の押しボタンがある。ハウジング２には、更に、ばね特性で自己補強性を有しかつ測距光線Ｓの方向に引き出すことができるスチール製の巻き尺９を配置する。巻き尺９の目盛りを視覚的に読み取ることによる測距、並びに測距光線５による測距に関して、手持ち測距装置１の反対側の側面が共通の第１基準点１０ａをなす。手持ち測距装置１内に配置しかつ巻き尺９の前方端部側に設けた孔１４（図１ｄ参照）を感知する光検出器の形式の制御手段１３を、電子的スイッチとして構成したスイッチ手段１５に接続する。このスイッチ手段１５は、光電式の測距モジュール３に給電するバッテリの形式の電源１６に接続し、引き出した巻き尺９による目視で測距する場合に測距モジュールへの給電を遮断するようにする。

図２に本発明の第２の実施例を示し、この実施例では、手持ちハウジング２に、このハウジングに対して同一平面上に回動して折り畳まれる自己補強した５個の脚部１７よりなり、折り畳み長さが２３ｃｍの折り尺１１を設ける。手持ち測距装置１は、長さ方向に互いに離して配列した５個のホール‐センサの形式の制御手段１３を設け、この制御手段１３により光電式の測距モジュール３を非接触で制御し、これらホール‐センサは対応の永久磁石１８を感知し、これら永久磁石１８は折り尺１１における各脚部１７の異なる位置に埋め込まれる。計算手段４において、展開回動した脚部１７の数を検出し、これら回動展開した脚部の数は先端側の端部が第２基準点１０ｂをなし、マイクロコントローラの形式の計算手段４により、第１基準点１０ａから第２基準点１０ｂまでの基準距離Ｒを計算する。第２基準点１０ｂから隔たっている距離Ｘを計算する際に、測距光線Ｓにより反対方向に測定した光学的測距距離Ｍを基準距離Ｒに加算する。手持ち測距装置１には、側面に休止可能な燕尾型案内（図２および図３ａ参照）の形式の連結素子１９を設け、この連結素子１９は、視覚的に読み取り可能なスケール２０（図３ｂ参照）を有する折り尺１１の各脚部の対応形状部分に対して手動で着脱自在の接合点をなす。

本発明光電式測距装置の第１実施例の説明図であり、（ａ）は本発明装置の平面図、（ｂ）は測距状況を示す側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）のＩｄの方向に見た拡大部分平面図である。 本発明光電式測距装置の第２実施例の測距状況を示す説明図である。 （ａ）は図２の部分IIａの拡大図、（ｂ）は図２のIIｂの方向に見た平面図である。

符号の説明

１ 光電式手持ち測距装置
２ ハウジング
３ 光電式の測距モジュール
４ 計算手段
５ 電子的光源
６ 受光手段
７ 表示手段
８ 操作素子
９ 巻き尺
10ａ 第１基準点
10ｂ 第２基準点
１１ 折り尺
１２
１３ 制御手段
１４ 孔
１５ スイッチ手段
１６ 電源
１７ 脚部
１８ 永久磁石
１９ 連結素子
２０ スケール

Claims (8)

1. 手で持つことができるハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）内に設けた光電式の測距モジュール（３）であって、測距光線（Ｓ）を発生する電子式光源（５）、測定対象物（ＭＯ）に反射する前記測距光線（Ｓ）の一部を受光する受光手段（６）、測定した距離（Ｘ）を表示する表示手段（７）、および付加的な計算機能を有する計算手段（４）、を有する、該光電式の測距モジュール（３）と、
   を具える手持ち式光電測距装置において、
   前記ハウジングに、さらに、視覚的に読み取り可能なスケール（２０）を有する伸展可能な折り尺（１１）として構成した機械的測距手段（１１）を着脱自在に設け、
   前記光電式の測距モジュール（３）は、機械的測距手段（１１）および測距光線（Ｓ）の双方に共通する、距離（Ｘ）測定用の第１基準点（１０ａ）を有するものとし、
   前記光電式の測距モジュール（３）は、前記機械的測距手段（１１）に接続した制御手段（１３）を有する構成とし、この制御手段（１３）は、光電式の測距モジュールに接続して、前記光電式の測距モジュールを制御する構成とし、
   前記ハウジング（２）における前記第１基準点（１０ａ）からの長さが変化する前記機械的測距手段（１１）の端部は、第２基準点（１０ｂ）をなし、前記光電式の測距モジュール（３）は、前記第２基準点（１０ｂ）から前記第１基準点（１０ａ）までの基準距離（Ｒ）を、制御手段（１３）の制御の下に前記計算手段（４）によって検出可能な構成とした
   ことを特徴とする手持ち式光電測距装置。
2. 前記機械的測距手段（１１）は、前記ハウジング（２）に対して手動で着脱自在に連結する連結素子（１９）を有する着脱式の機械的測距手段（１１）として構成した請求項１記載の手持ち式光電測距装置。
3. 前記光電式の測距モジュール（３）は、光学的測距光線（Ｓ）を発生したり、また光学的測距方法を実行したりを外部から操作する操作素子（８）を有する構成としこの操作素子を押しボタンとした請求項１又は２記載の手持ち式光電測距装置。
4. 前記光電式の測距モジュール（３）の計算手段（４）は、距離の加算を含む他の計算機能を有し、他の計算機能としては、距離の減算、面積計算、体積計算を含むものとした請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の手持ち式光電測距装置。
5. 制御手段（１３）を、ハウジング（２）に対する機械的測距手段（１１）の相対位置を感知する少なくとも１個の非接触センサとして構成し、この非接触センサは、測距手段（１１）に埋設した永久磁石を感知するホールセンサとした請求項１記載の手持ち式光電測距装置。
6. 前記光電式の測距モジュール（３）は、前記第２基準点（１０ｂ）から前記測定対象物（ＭＯ）までの距離（Ｘ）を、前記計算手段（４）により前記基準距離（Ｒ）を考慮して計算する構成とした請求項１記載の手持ち式光電測距装置。
7. 制御手段（１３）には、光電式の測距モジュール（３）に電源（１６）から給電するためのスイッチ手段（１５）を接続し、ハウジング（２）に対する機械的測距のみが必要な場合に前記給電を遮断するようにした請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の手持ち式光電測距装置。
8. 前記折り尺（１１）を５〜１５個の脚部（１７）により構成し、各脚部の長さ（Ｌ）を１０ｃｍ〜３０ｃｍの範囲の寸法とした請求項１記載の手持ち式光電測距装置。

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