JP4796834B2 - 距離測定方法及び距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光線を測距光として測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法及び距離測定装置、特に測距光を走査する距離測定方法及び距離測定装置に関するものである。

距離測定装置として、レーザ光線を測距光として測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を用いて測定対象物迄の距離を測定する場合、測定対象物に対して１対１の関係で距離測定を行う視準型の光波距離測定方法と、測距光を走査させながら測定対象物からの反射光を受光して距離測定を行う走査型の光波距離測定方法がある。

通常、レーザ光線が光源より発光される場合、干渉により発光面内での強度分布があり、図１０に示す様に強度分布により測距光３であるレーザ光線の測距光束断面３′にはスペックルパターン４が生じる。従って、照射される前記測距光３も強度分布に起因するスペックルパターン４を含んでいる。この為、測定対象物に照射されたレーザ光線の光束中心部からの反射光で測定した場合、或は光束周辺部からの反射光で測定した場合、スペックルパターンに起因する測距距離の相違を生じる。

上記した視準型の光波距離測定方法では、測距光の光束の中心部分を視準して測定を行う為、固定された状況での測定となり、繰返し測定が可能となる。それにより測距値が平均化され、スペックルパターンによる測距値の変動を低減することができる。

又、特許文献１、或は特許文献２に示される様に、測距光束の位相斑、光強度斑を均質化することで、スペックルパターンの影響の排除を行っている。

一方、走査型の光波距離測定方法では、図１１に示される様に、測距光３が測定対象物２に対して移動しているので、測距時に前記測定対象物２が測距光束断面３′の中心に有るとは限らず、前記測定対象物２が前記測距光束断面３′の周辺部に存在する場合もある。この為、測距をした場合、測距光束の中心部で測距した結果と周辺部で測距した結果が混在することになる。尚、図１１は測定対象物２としてポール１に設けられた測距用プリズムを示しており、測距光３が走査面５内を走査されている。

前記測距光束断面３′の周辺部で測距した場合、周辺光量及びスペックルパターンの影響で測距光を検出した場合の重心位置が変り、検出タイミングにズレを生じてしまう。

光波距離測定装置は、反射測距光６と内部参照光との位相差或は時間的なズレから求められる時間に基づき距離を測定するものであり、前記反射測距光６に位相のズレがあると、求められる測定距離の値に重大な誤差を生じてしまう。

又測距光３は常に走査されていることから、測定対象物２を視準した状態で、繰返し測定を行うことができないのでスペックルパターンの影響を排除することができない。従って、走査型の光波距離測定方法では、１つの測定対象物からの測距光束の部分的な反射に基づく１回の測定となってしまう為、測距光束のスペックルパターンに影響された測距値となってしまう。

更に、距離測定に使用される測距光は、所定の光強度を有していないと測定対象物からの反射光に関するＳ／Ｎ比が下がってしまい、測定精度が悪くなってしまうという問題がある。繰返し測定が可能である場合は、繰返し測定で平均化し測距精度を向上させることが可能となるが、測定回数が１回となる走査型の光波距離測定では、測距光の光強度（光量）を増大させることが必要となる。

特許２５８０１４８号公報

特開２０００−１６２５１７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、走査型の光波距離測定方法及び光波距離測定装置に於いて、測距光の光束断面でのスペックルパターンの影響を平均化し、光強度を増大させることなく、測定精度を向上させようとするものである。

本発明は、測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の光束を少なくとも１つ有する測距光を走査照射し、前記光束が測定対象物を横切る間に少なくとも２回パルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化する距離測定方法に係り、又測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の複数の光束が回転と直交方向に重なる測距光を走査照射し、前記光束が測定対象物を横切る間に少なくとも２回パルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化する距離測定方法に係り、又パルス発光回数が可変であり、測定対象物迄の距離が離れるに応じて発光回数が増加する距離測定方法に係り、又前記パルス発光が発光周波数ｆ、前記走査速度が回転角速度Ωであり、測定対象物からの反射光を少なくとも２回受光する様に、前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωが設定される距離測定方法に係り、又初期発光周波数ｆ0 、初期回転角速度Ω0 で測距光が初期走査照射して、測定対象物からの反射測距光を受光し、少なくとも受光回数を含む走査情報を取得し、該走査情報に基づき、前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωを設定する距離測定方法に係り、又測定対象物を含む測距発光範囲及び該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で部分発光する距離測定方法に係るものである。

又本発明は、所定の発光周波数ｆで測距光をパルス発光させる発光手段と、広がり角φを有する少なくとも１つの光束を有する測距光を照射する光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光手段と、測距光を回転角速度Ωで走査する走査手段と、前記測距光の光束が測定対象物を横切る間に複数回パルス発光される様に前記発光周波数ｆ、前記広がり角φ、前記回転角速度Ωを設定し、前記測定対象物からの反射測距光を複数受光し、受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備した距離測定装置に係り、又前記演算制御部は、ｆφ／Ω≧２となる様に、前記発光手段の発光周波数ｆ、前記走査手段の回転角速度Ωを制御する距離測定装置に係り、又前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記発光周波数ｆを制御する距離測定装置に係り、又前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記回転角速度Ωを制御する距離測定装置に係り、又前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光回数に応じて測距距離の測定精度を判定する距離測定装置に係り、又前記光学系は、光束分割光学部材を具備し、照射される測距光は分割光束の集合体である距離測定装置に係り、更に又前記演算制御部は、前記発光手段を測定対象物を含む測距発光範囲、該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で発光させる様制御する距離測定装置に係るものである。

本発明によれば、測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の光束を少なくとも１つ有する測距光を走査照射し、前記光束が測定対象物を横切る間に少なくとも２回パルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化するので、又測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の複数の光束が回転と直交方向に重なる測距光を走査照射し、前記光束が測定対象物を横切る間に少なくとも２回パルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化するので、走査方式で測距を行う場合に繰返し測定が可能となり、測定精度を向上させることができる。

又本発明によれば、初期発光周波数ｆ0 、初期回転角速度Ω0 で測距光が初期走査照射して、測定対象物からの反射測距光を受光し、少なくとも受光回数を含む走査情報を取得し、該走査情報に基づき、前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωを設定するので、迅速に適正な前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωの設定が可能であり、効率のよい距離測定が可能となる。

又本発明によれば、測定対象物を含む測距発光範囲及び該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で部分発光するので、消費電力を節約できる。

又本発明によれば、所定の発光周波数ｆで測距光をパルス発光させる発光手段と、広がり角φを有する少なくとも１つの光束を有する測距光を照射する光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光手段と、測距光を回転角速度Ωで走査する走査手段と、前記測距光の光束が測定対象物を横切る間に複数回パルス発光される様に前記発光周波数ｆ、前記広がり角φ、前記回転角速度Ωを設定し、前記測定対象物からの反射測距光を複数受光し、受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備したので、走査方式で測距を行う場合に繰返し測定が可能となり、測定精度を向上させることができる。

又本発明によれば、前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記発光周波数ｆを制御するので、又前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記回転角速度Ωを制御するので、測距光の光強度を増大させることなく、所定の測定精度を得ることが可能となる。

又本発明によれば、前記演算制御部は前記受光手段が受光した反射測距光の受光回数に応じて測距距離の測定精度を判定するので、測定結果の精度の判断が可能となると共に測定状況に合わせ必要に応じた測定精度が得られる。

又本発明によれば、前記光学系は、光束分割光学部材を具備し、照射される測距光は分割光束の集合体であるので、発光手段のスペックルパターンが解消され、測定精度が向上する。

又本発明によれば、前記演算制御部は、前記発光手段を測定対象物を含む測距発光範囲、該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で発光させる様制御するので、消費電力を節約できる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず図１〜図４に於いて、本発明が実施される走査型距離測定装置について概略を説明する。

本発明の実施の形態に於いて、測定対象物２は作業者の持つポール１に設けられた測距用プリズムであり、前記ポール１には後述する測距基準面用レーザ光線９を受光する受光センサ装置８が設けられている。

図１に示される距離測定装置１１は、測距部（後述）と測距基準面設定部（図示せず）とを具備している。前記距離測定装置１１は、前記測距基準面用レーザ光線９を回転照射すると共に、測距光１３を回転照射可能であり、前記測距基準面用レーザ光線９により水平基準面１２を設定できると共に前記測距光１３により複数箇所の前記測定対象物２迄の距離を測定可能としている。前記距離測定装置１１は走査した測距光１３の前記測定対象物２からの反射光を受光して距離測定を行う為、前記測定対象物２が前記測距光１３の照射範囲内に存在することが必要であり、該測距光１３は上下方向に所要の広がりを有している。

前記測距基準面設定部は、少なくとも１つが傾斜した３以上の扇状レーザ光線９ａ，９ｂ，９ｃから成る前記測距基準面用レーザ光線９を回転照射して前記水平基準面１２を形成する。尚、１つが傾斜した３以上の扇状レーザ光線９ａ，９ｂ，９ｃを回転照射するレーザ装置としては、本出願人が特開２００４−２１２０５８号公報に於いて回転レーザ装置を提案している。

少なくとも１つが傾斜した複数の扇状レーザ光線９ａ，９ｂ，９ｃから成る前記測距基準面用レーザ光線９を回転照射し、前記測定対象物２が前記受光センサ装置８を具備し、該受光センサ装置８が２以上の扇状レーザ光線を受光した場合の時間差を求めることで、該時間差と前記扇状レーザ光線の傾斜角より前記距離測定装置１１を中心とした前記水平基準面１２に対する俯仰角を求めることができる。又、俯仰角を基に測距基準面の設定が可能である。

図２は本発明の実施の形態に係る距離測定装置１１の概略を示している。

発光素子１５は、例えばレーザダイオードであり、測距用発光駆動回路１６によって駆動され、レーザ光線を所定の発光周波数ｆでパルス発光する。発せられたレーザ光線はリレーレンズ１７により射出用光ファイバ１８の入射端面に入射され、該射出用光ファイバ１８より射出されたレーザ光線は集光レンズ１９によりコリメートされ、ミラー２１により偏向され、前記測距光１３として測距光軸２２上に照射される。

前記測距光軸２２上には、光束分割光学部材、第１偏向光学部材が配設される。前記光束分割光学部材は回折格子２３、或は小凸レンズの集合であるアレイレンズであり、前記第１偏向光学部材は偏向ミラー２４或はプリズムである。

前記測距光１３は、前記回折格子２３によって上下方向（図２では前記測距光軸２２に対して垂直方向）に整列された所要数の光束に分割される。分割状態を図３に示す。前記測距光１３は前記回折格子２３によって回折された分割光束１３ａの集合体となり、該分割光束１３ａ単体はφの広がり角を有し、隣接する分割光束１３ａ同士は所要の重なりを有している。図３では、分割光束１３ａの半径分が重なった状態を示している。分割光束１３ａの集合体となった前記測距光１３は上下方向に所要の広がりＳを有している。該広がりＳは前述した様に前記測距光１３の照射範囲を決定するものであり、例えば測距距離が２８ｍの場合に前記測距光軸２２を中心に上下５ｍの範囲を照射する様に設定される。又、分割後の前記測距光１３は前記偏向ミラー２４により前記測定対象物２に向う様に偏向される。

該測定対象物２によって反射された反射測距光１３′は前記測距光軸２２に沿って前記偏向ミラー２４に入射し、該偏向ミラー２４によって偏向される。偏向された前記反射測距光１３′は、集光レンズ２５によって受光用光ファイバ２６に入射される。前記反射測距光１３′はリレーレンズ２７を介してフォトダイオード等の受光素子２８によって受光され、該受光素子２８から出力される受光信号は受光回路２９によって所要の信号処理が行われ後述する演算制御部３０に入力される。

図示しないが、前記発光素子１５からのレーザ光線の一部が分割され、前記受光素子２８に入射する様に内部参照光路が形成されており、該内部参照光路を経た内部参照光と、前記反射測距光１３′とは機械的、或は電気的に切替えられ、或は分別されて前記受光素子２８に受光され、内部参照光と前記反射測距光１３′の比較で前記測定対象物２迄の距離が演算され、測定される様になっている。

前記発光素子１５、前記測距用発光駆動回路１６、前記射出用光ファイバ１８、前記受光用光ファイバ２６、前記受光素子２８、前記受光回路２９、及び図示しない内部参照光路等は測距部２０を構成する。

前記測距基準面用レーザ光線９は、レーザダイオード等の発光素子３１から発せられ、回折格子３２等の光学部材を透過することで、複数のファンビームが分割形成され、更にファンビームの少なくとも１つは水平面に対して傾斜している。該ファンビームは第２偏向光学部材、例えばペンタプリズム３３によって前記測距光軸２２と平行に偏向され、前記測距基準面用レーザ光線９として照射される。該測距基準面用レーザ光線９は前記受光センサ装置８によって受光される。前記発光素子３１は基準用発光駆動回路３４によって駆動され、該基準用発光駆動回路３４、前記測距用発光駆動回路１６はそれぞれ前記演算制御部３０によって駆動状態が制御される。

該演算制御部３０には記憶部５５が接続されており、該記憶部５５には距離測定装置１１の測定を実行する為のシーケンスプログラム、測距距離を演算する等の演算プログラム、或は測定条件に対応する測定結果精度判定を行う為のプログラムが格納され、更に前記記憶部５５は前記演算制御部３０が演算した結果を記憶する様になっている。

前記偏向ミラー２４、前記ペンタプリズム３３は一体的に回転可能に保持され、所要の駆動手段、例えばモータ（後述）により回転される様になっており、前記偏向ミラー２４、前記ペンタプリズム３３、駆動手段は回転照射部３６を構成する。

図４は前記距離測定装置１１の回転照射部３６の概略を示している。尚、図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

下基板３７の上側には円筒状の投光窓３８が配置され、該投光窓３８は透明ガラス等の材質となっている。該投光窓３８の上端には上基板３９が設けられ、前記投光窓３８の内部には中間基板４１が設けられている。

前記下基板３７、前記中間基板４１に軸受４２を介して円筒状のプリズムホルダ４３が設けられ、該プリズムホルダ４３は前記集光レンズ２５の光軸（図２参照）を中心に回転自在となっている。前記プリズムホルダ４３の内部には偏向光学部材として前記ペンタプリズム３３が設けられ、前記プリズムホルダ４３の円筒面の前記ペンタプリズム３３に対峙する部分には基準レーザ光線用投光窓４５が設けられている。

前記ペンタプリズム３３は、前記回折格子３２を透過した前記測距基準面用レーザ光線９を偏向して前記測距光軸２２と平行に照射するものである。

前記プリズムホルダ４３の上側には該プリズムホルダ４３と同心にミラーホルダ４４が一体的に設けられ、該ミラーホルダ４４の内部には前記偏向ミラー２４が保持されている。前記ミラーホルダ４４の円筒面の前記偏向ミラー２４に対峙する部分には、測距用投光窓５０が設けられている。

前記上基板３９にはレンズホルダ４６が設けられ、該レンズホルダ４６に前記集光レンズ２５が保持されており、上記した様に該集光レンズ２５の光軸は前記ミラーホルダ４４の回転中心と合致している。又、前記集光レンズ２５の光軸上には該集光レンズ２５の径より小さい前記ミラー２１、前記受光用光ファイバ２６の入射端面が配置されており、又前記ミラー２１によって偏向された光軸上には射出用光ファイバ１８の射出端面が配置されている。

前記プリズムホルダ４３の上端には走査ギア４７が固着され、前記中間基板４１には走査モータ４８、エンコーダ４９が設けられ、前記走査モータ４８の出力軸には駆動ギア５１が設けられ、前記エンコーダ４９の入力軸には従動ギア５２がそれぞれ嵌着され、前記駆動ギア５１、前記従動ギア５２は前記走査ギア４７に噛合している。

前記走査モータ４８が駆動されることで、前記プリズムホルダ４３、前記ミラーホルダ４４が回転され、前記ペンタプリズム３３から射出される前記測距基準面用レーザ光線９が回転照射されて測距基準面を設定し、前記偏向ミラー２４から前記測距光１３が測距の為に回転照射される。

前記エンコーダ４９は前記ペンタプリズム３３、前記偏向ミラー２４の回転角を検出し、前記エンコーダ４９からの検出信号は図２に示される信号処理回路５４により増幅、Ａ／Ｄ変換等所要の信号処理されて前記演算制御部３０に入力される。該演算制御部３０は前記エンコーダ４９の検出結果で、前記測距基準面用レーザ光線９、前記測距光１３の照射方向を検出する様になっている。

前記走査モータ４８はモータ駆動部５３によって駆動され、前記演算制御部３０は該モータ駆動部５３を介して前記走査モータ４８を所定の速度に制御する。例えば、前記エンコーダ４９からの検出結果を基に、前記走査モータ４８による前記プリズムホルダ４３の回転角速度が前記演算制御部３０により演算され、演算結果を基に前記プリズムホルダ４３の回転角速度、即ち前記測距光１３の走査速度が回転角速度Ωとなる様に前記走査モータ４８の回転速度が制御される。

又、前記測定対象物２で反射された前記反射測距光１３′が前記受光用光ファイバ２６を介して前記受光素子２８に受光された時の角度が前記エンコーダ４９から検出され、検出角度は前記演算制御部３０を介して前記記憶部５５に記憶される。又、該記憶部５５には前記広がり角φ、及び前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωが記憶される。

前記距離測定装置１１による測定は、前記測距基準面用レーザ光線９、前記測距光１３を射出した状態で、又前記走査モータ４８により前記プリズムホルダ４３、前記ミラーホルダ４４が定速回転された状態で実施される。

前記射出用光ファイバ１８から射出された前記測距光１３は、連続回転照射され、所要箇所の前記測定対象物２を照射することで該測定対象物２からの反射測距光が前記偏向ミラー２４に入射し、更に前記集光レンズ２５を経て前記受光用光ファイバ２６に入射し、該受光用光ファイバ２６を介して前記受光素子２８により受光されて前記測定対象物２迄の測距が行われる。又、前記受光素子２８が受光した時の前記エンコーダ４９からの信号に基づき前記測距光１３の照射方向が検出され、測距結果と照射方向の角度が対応されて前記記憶部５５に記憶される。又、前記照射方向が検出されるので、測定した前記測定対象物２の特定も同時に行われる。

又、前記測距基準面用レーザ光線９を前記受光センサ装置８が検出することで、前記距離測定装置１１に対する前記測定対象物２の俯仰角が検出され、該測定対象物２の測距距離と前記仰角とで前記測定対象物２の水平基準面に対する高さが測定される。

以下、本発明に於ける測距の作用について図５〜図７を参照して説明する。尚、図６〜図７中で示す光束は説明を簡略化する為１本の分割光束１３ａのみを示している。

前記射出用光ファイバ１８から射出された測距光１３は前記回折格子２３により複数の分割光束１３ａに分割され、前記測距光軸２２上に射出される。従って、前記距離測定装置１１から照射される前記測距光１３は複数の分割光束１３ａの重なりにより平均化されスペックルパターンの影響の少ない光束となっている。尚、本発明の場合、前記測距光１３が上下に所要の広がりを有し、充分な光強度を有している場合は前記回折格子２３を省略してもよく、前記測距光１３にスペックルパターンの影響があった状態でも測距光の光束断面内でのスペックルパターンを平均化し、光強度を増大させることなく、測定精度を向上させることができる。

上記した様に、測距光１３の発光周波数ｆ、測距光１３の回転角速度Ω、分割光束１３ａの広がり角φの条件で、前記測距光１３を回転照射すると、前記測定対象物２と前記分割光束１３ａとの関係は、図６に示される様になる。尚、図６は前記測定対象物２と前記分割光束１３ａとの相対移動関係を示しており、該分割光束１３ａが同一位置で点滅し、前記測定対象物２が回転角速度Ωで移動している状態を示している。

前記分割光束１３ａの光束は前記測定対象物２を照射する位置で、直径Ｄの広がり断面を有し、前記測定対象物２は直径ｄの面積を有している。

前記測距光１３は発光周波数ｆでパルス発光され、回転角速度Ωで回転しているので、パルス間の移動量（回転角）はΩ／ｆ（＜φ）となる。従って、前記測定対象物２が前記測距光１３を横切った場合、φ／（Ω／ｆ）＝ｆφ／Ω＝ｎ回の反射測距光１３′が前記距離測定装置１１に入射することになる。尚、前記測定対象物２の直径ｄに相当する部分が測距光１３′の光束となる。この様に、横方向に多点測距することで測距値が平均化され測距精度を高めることができる。

図７は静止している前記測定対象物２をパルス発光された前記測距光１３が横切る場合を示しており、ｎ回の前記反射測距光１３′が得られる状態を示している。

而して、前記距離測定装置１１でｎ回の繰返し測定が行われ、繰返し測定で測距値が平均化され測距精度を向上させることが可能となる。更に、図６に示される様に、前記測定対象物２は前記スペックルパターン４のある部分、無い部分の光束を反射するので、ｎ回の繰返し測定でスペックルパターンの影響が平均化され、高精度の測定結果が得られる。

又、繰返し回数ｎは、測定精度と相関関係があり、予め繰返し回数ｎと測定精度との関係を測定しておき、前記記憶部５５に格納しておけば、繰返し回数ｎで測定した場合の測定精度が判定できる。或は、距離測定の状況に合わせ測定精度を設定すれば、設定した測定精度を得る為の繰返し回数ｎが求められる。

尚、前記分割光束１３ａの直径Ｄと前記測定対象物２の直径ｄの関係は、前記分割光束１３ａの広がり角φ、測距距離Ｌによって決定され、広がり角φ、測距距離Ｌが大きい程Ｄ＞＞ｄとなり、前記反射測距光１３′の光強度、即ち前記受光素子２８が受光する前記反射測距光１３′の光量は減少し、又該反射測距光１３′が前記分割光束１３ａの光束断面の局部に限定される為スペックルパターンの影響も大きくなる（図６参照）。従って、広がり角φ、測距距離Ｌが大きく、Ｄ＞＞ｄの場合は、Ω／ｆの値を小さくして、即ち発光周波数ｆを大きく、或は回転角速度Ωを小さくして前記繰返し回数ｎの値が大きくなる様に、前記発光素子１５の発光を制御し、或は前記走査モータ４８の回転速度を制御する。前記繰返し回数ｎの値を大きくすることで、１回の受光光量の減少を補うことができ、又繰返し回数ｎの反射測距光１３′は前記分割光束１３ａの光束断面の複数箇所の部分となり、前記スペックルパターン４を含むものと含まないものが混在し、該スペックルパターン４が平均化される。

又、測距距離Ｌが小さくなり、ｄ／Ｄの値が大きくなると、前記反射測距光１３′の光強度が大きくなり、又光束の広い面積部分を同時に用いることになる。従って、前記スペックルパターン４の影響も小さくなり、前記繰返し回数ｎの値は小さくて済む様になる。尚、測定の平均効果を得る為、ｎ≧２となる様に発光周波数ｆ、回転角速度Ωが設定されることが好ましい。

而して、広がり角φ、測距距離Ｌに応じて、発光周波数ｆ、回転角速度Ωを適宜制御することで、発光素子１５の発光強度を変えることなく、高精度の距離測定が可能となる。

尚、発光周波数ｆ、回転角速度Ωは、最も厳しい測定条件に合わせて、固定的に設定してもよく、或は測距距離に応じて発光周波数ｆ、回転角速度Ωを変更する様にしてもよい。

測距距離に応じて発光周波数ｆ、回転角速度Ωを変更する場合の作動について説明する。

前記記憶部５５には測定開始時の初期作動条件、例えば発光周波数ｆ0 、回転角速度Ω0 が設定入力されている。尚、前記広がり角φは距離測定装置１１の光学系により決定される固定値とし、前記発光素子１５の発光強度は一定とする。

前記距離測定装置１１により測定を開始すると、先ず初期条件で測定が開始される。即ち、測距光１３の発光周波数ｆ0 、測距光１３の回転角速度Ω0 で測定される。

前記測距光１３が前記測定対象物２を走査することで、前記受光素子２８が反射測距光１３′を受光した回数、更に反射測距光１３′の受光強度が検出される。

前記演算制御部３０は、受光強度を基に適正な測定繰返し回数ｎを求め、受光回数がｎとなる様に、発光周波数ｆ又は回転角速度Ωを変更する。例えば、発光周波数ｆを大きくすることで測定繰返し回数ｎを増やすことができる。或は、発光周波数ｆを変えないで、前記回転角速度Ωを小さくしても測定繰返し回数ｎを増やすことができる。又、前記測定対象物２迄の距離が離れるに応じて周速度が大きくなるが、この場合も発光周波数ｆを大きくして発光回数を増加させ受光回数がｎとなる様にする。

適正な発光周波数ｆ、回転角速度Ωが演算されると、該演算結果に基づき前記演算制御部３０は前記測距用発光駆動回路１６を介して前記発光素子１５の発光状態を制御し、又前記モータ駆動部５３を介して前記走査モータ４８を所定の回転速度となる様に制御する。

前記発光素子１５、前記走査モータ４８が制御された状態で、本測定が実行される。

尚、上記説明では単一の分割光束１３ａについて説明したが、該分割光束１３ａの集合体である測距光１３について、図８により説明する。尚、図８中、図６中と同一のものには同符号を付してある。

前記測距光１３は上下に整列された分割光束１３ａの集合体であり、又該分割光束１３ａは所要部分で重なり合っている。

前記測距光１３の広がりＳの範囲に測定対象物２がある場合、前記分割光束１３ａの少なくとも１つが、該測定対象物２を通過し、該測定対象物２により分割光束１３ａが反射測距光１３′として反射され、該反射測距光１３′は前記集光レンズ２５を介して前記受光用光ファイバ２６に入射し、前記受光素子２８によって受光される。

尚、図８は前記測定対象物２が分割光束１３ａの直径部分を通過する状態で、前記発光素子１５が８回点滅した場合を示している。

又、上記実施の形態では、回折格子２３、アレイレンズ等の光束分割光学部材により、測距光１３を上下方向に分割したが、前記ミラー２１を所要範囲で往復回転する走査手段を設け、測距光１３の広がりがＳとなる様に往復走査させてもよい。

図９は、分割光束１３ａが二重三重に重なった状態の測距光１３にて、測定対象物２を横切り測定した場合を示している。（Ａ）は分割光束１３ａが二重三重に重なった状態の測距状態を示し、（Ｂ）は重なったそれぞれの分割光束１３ａの測距状態を分離して示し、（Ｃ）はそれぞれの分割光束１３ａの測距状態を完全に重ねた状態を示したものである。重なった測距光束の上下方向の複数の反射光が得られ、結果的に測距は上下方向の平均値となる。

又、距離測定を行う場合の測距光の発光状態としては、全周発光させてもよく、或は、測定対象物２を含む所定の角度の範囲のみで部分発光させてもよい。

尚、部分発光させる場合は、測定開始時に１回転或は数回転全周発光させ、測定対象物２の位置を検出し、部分発光させる方向（位置）、測距発光範囲（角度）を設定する。又、発光開始直後の発光素子の不安定な発光状態が測定に影響しない様に、測距発光範囲の前にダミー発光範囲を設ける。

測距光を部分発光させることで、省エネルギ化することができ、電池の消耗量を低減させることができ、又ダミー発光させることで測定の安定化が図れる。

本発明の実施の形態の概略を示す説明図である。 本発明の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に於ける測距光射出部の説明図である。 本発明の実施の形態に於ける回転照射部の断面図である。 本発明の実施の形態の測定状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける測距光と測定対象物との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける測距光と測定対象物との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける分割光束と測定対象物との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける分割光束と測定対象物との関係を示す説明図である。 従来例に於ける測距光と測定対象物との関係を示す説明図である。 従来例に於ける測距光と測定対象物との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ ポール
２ 測定対象物
８ 受光センサ装置
９ 測距基準面用レーザ光線
１３ 測距光
１３ａ 分割光束
１３′ 反射測距光
１５ 発光素子
１６ 測距用発光駆動回路
２３ 回折格子
２８ 受光素子
２９ 受光回路
３０ 演算制御部
４８ 走査モータ
４９ エンコーダ
５３ モータ駆動部
５４ 信号処理回路
５５ 記憶部

Claims (13)

1. 測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の光束を少なくとも１つ有する測距光を走査照射し、前記光束の広がり断面の直径に対し前記測定対象物の直径が小さく、前記光束が測定対象物を横切る間に、前記広がり断面の少なくとも２つの異なる位置に前記測定対象物が位置する時に前記測距光をパルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化することを特徴とする距離測定方法。
2. 測距光を測定対象物に照射し、反射光を受光して距離測定を行う距離測定方法に於いて、所定の広がり角の複数の光束が回転と直交方向に重なる測距光を走査照射し、前記光束の広がり断面の直径に対し前記測定対象物の直径が小さく、前記光束が測定対象物を横切る間に、前記広がり断面の少なくとも２つの異なる位置に前記測定対象物が位置する時に前記測距光をパルス発光させ、少なくとも２回反射光を受光して測距し、測距結果を平均化することを特徴とする距離測定方法。
3. 測定対象物迄の距離が離れるに応じて発光周波数が増加する請求項１又は請求項２の距離測定方法。
4. 前記パルス発光が発光周波数ｆ、前記走査速度が回転角速度Ωであり、測定対象物からの反射光を少なくとも２回受光する様に、前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωが設定される請求項１の距離測定方法。
5. 初期発光周波数ｆ0 、初期回転角速度Ω0 で測距光が初期走査照射して、測定対象物からの反射測距光を受光し、少なくとも受光回数を含む走査情報を取得し、該走査情報に基づき、前記発光周波数ｆ、前記回転角速度Ωを設定する請求項１の距離測定方法。
6. 測定対象物を含む測距発光範囲及び該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で部分発光する請求項１の距離測定方法。
7. 所定の発光周波数ｆで測距光をパルス発光させる発光手段と、広がり角φを有する少なくとも１つの光束を有する測距光を照射する光学系と、測定対象物からの反射測距光を受光する受光手段と、測距光を回転角速度Ωで走査する走査手段と、前記光束の広がり断面の直径に対し前記測定対象物の直径が小さく、前記測距光の光束が測定対象物を横切る間に、前記広がり断面の複数の異なる位置に前記測定対象物が位置する時にそれぞれ前記測距光をパルス発光される様に前記発光周波数ｆ、前記広がり角φ、前記回転角速度Ωを設定し、前記測定対象物からの反射測距光を複数受光し、受光結果に基づき前記測定対象物迄の距離を演算する演算制御部とを具備したことを特徴とする距離測定装置。
8. 前記演算制御部は、ｆφ／Ω≧２となる様に、前記発光手段の発光周波数ｆ、前記走査手段の回転角速度Ωを制御する請求項７の距離測定装置。
9. 前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記発光周波数ｆを制御する請求項７の距離測定装置。
10. 前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光光量に応じて前記回転角速度Ωを制御する請求項７の距離測定装置。
11. 前記演算制御部は、前記受光手段が受光した反射測距光の受光回数に応じて測距距離の測定精度を判定する請求項７の距離測定装置。
12. 前記光学系は、光束分割光学部材を具備し、照射される測距光は分割光束の集合体である請求項７の距離測定装置。
13. 前記演算制御部は、前記発光手段を測定対象物を含む測距発光範囲、該測距発光範囲の前のダミー発光範囲で発光させる様制御する請求項７の距離測定装置。

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