JP5299854B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

この発明はレーザ光等のビーム光を用いる距離測定装置に関する。

距離測定装置は、レーザ光を出射するレーザダイオード等の発光素子と、発光素子からの出射光を測定対象物に照射する対物レンズと、測定対象物からの反射光を受光レンズを介して受光する受光素子と、受光素子で受光された反射光に基いて測定対象物までの距離を求める測定部とを備えている。
この距離測定装置は、レーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を受光素子で受光し、レーザ光を出射してから受光素子で受光されるまでの時間を測定することによって測定対象物までの距離を測定する。

ところで、この距離測定装置では２つの測定対象物間の距離を測定することはできなかった。

２つの測定対象物間の距離を測定するには、各測定対象物までの直線距離を測定し、測定結果から演算する必要がある。

しかし、上記の方法によって２つの測定対象物間の距離を測定するには測定した距離を記憶するためのメモリ、発光素子と各測定対象物とを結ぶ直線のなす角度及び発光素子から各測定対象物までの距離を求めるための演算回路等が必要となる。

そのため、２つの測定対象物間の距離を測定する機能を距離測定装置に持たせた場合には、角度及び距離を求めるための演算回路等によって距離測定装置の構成が複雑となり、測定に手間がかかり、操作が煩雑化するという問題がある。

また、この距離測定装置で測定対象物の高さを測定する場合にも同様の問題があった。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は簡単な操作で測定対象物間の間隔や測定対象物の高さを測定できる距離測定装置を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、ビーム光を出射する発光手段と、前記発光手段からの出射光を測定対象物に照射する対物レンズと、前記測定対象物からの反射光を受光レンズを介して受光する受光手段と、前記受光手段で受光された前記反射光に基づいて前記測定対象物までの距離を求める測定手段とを備えている距離測定装置において、接眼レンズに回転可能に支持され、２つの前記測定対象物の位置を指示する一対の指標を有する回転リングと、前記回転リングの変位量を検出する回転位置検出ポテンショメータと、前記回転位置検出ポテンショメータの検出結果に基づいて視野角を演算する角度演算回路とを備え、前記２つの測定対象物に対する視野角を決定する視野角設定手段と、前記一対の指標を表示する表示手段と、前記測定手段による距離測定結果と前記視野角設定手段で設定された視野角とに基づいて前記２つの測定対象物間の距離を演算する演算手段とを備えていることを特徴とする。

視野角設定手段によって設定された２つの測定対象物に対する視野角と測定手段によって求められた測定対象物までの距離とを用いて２つの測定対象物間の距離を求めることができる。

接眼レンズに回転可能に支持され、指標を有する回転リングの変位量を回転位置検出手段で検出し、この回転位置検出手段の検出結果に基いて角度演算回路で視野角を演算する。

以上説明したように請求項１又は２記載の発明の距離測定装置によれば、簡単な操作で測定対象物間の間隔や測定対象物の高さを測定することができる。

請求項３記載の発明の距離測定装置によれば、簡単な構成で視野角を求めることができる。

図１はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の正面図である。 図２はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の上面図である。 図３はこの発明の一実施例に係る距離測定装置の側面図である。 図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。 図５は視野角設定部を図４のＡ矢視方向から見た図である。 図６は演算・制御回路を説明するブロック構成図である。 図７はポテンショ回転角度と視野角との関係を示す図である。 図８は距離測定装置とターゲットとの関係を説明する図である。 図９は図８におけるＬＣＤ表示部の拡大図である。 図１０は２つのターゲット間の間隔を測定する方法を説明する図である。 図１１は２つのターゲット間の間隔を測定する方法を説明する図である。 図１２はＬＣＤ表示部の一例を示す拡大図である。 図１３はＬＣＤ表示部の他の例を示す拡大図である。 図１４は２つのターゲット間の間隔を測定する方法を説明する図である。 図１５はＬＣＤ表示部の一例を示す拡大図である。 図１６はターゲットの高さを測定する方法を説明する図である。 図１７はターゲットの高さを測定する方法を説明する図である。 図１８はＬＣＤ表示部の一例を示す拡大図である。 図１９はＬＣＤ表示部の他の例を示す拡大図である。 図２０はＬＣＤ表示部の変形例を示す拡大図である。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る距離測定装置１の正面図、図２はその上面図、図３はその側面図である。

距離測定装置１の正面及び背面にはそれぞれ側板１１がねじ１２によってボディ１３に取り付けられている。

距離測定装置１の一方の側面には対物レンズ１４と受光レンズ１５とが配置されている。また、距離測定装置１の他方の側面に配置された接眼部には目当てゴム１６が取り付けられている。

距離測定装置１の上面には電源・測定スイッチ１７とモードスイッチ１８とが配置されている。

図４は図２のIV−IV線に沿う断面図、図５は視野角設定部３０を図４のＡ矢視方向から見た図である。

距離測定装置１は、レーザ発光部（発光手段）２０と、光路変換ミラー２１と、プリズム２２と、対物レンズ１４と、ＬＣＤ表示部（表示手段）２３と、接眼レンズ２４と、受光レンズ１５と、受光部（受光手段）２５と、電源部２６とを備える。

レーザ発光部２０には例えばレーザダイオードが用いられる。

光路変換ミラー２１は発光部２０から出射され、発光レンズ２８で集光された出射光をプリズム２２、対物レンズ１４を介してターゲット（測定対象物）５へ向けるように導く。

ＬＣＤ表示部２３は対物レンズ１４と接眼レンズ２４とを結ぶ光軸Ｌ上に配置されている。ＬＣＤ表示部２３に表示されたレチクル２３Ａ等は接眼レンズ２４によって拡大される（図９参照）。

接眼レンズ２４には視野角設定部（視野角設定手段）３０が設けられている。

視野角設定部３０は、回転リング３１と、回転位置検出ポテンショメータ（回転位置検出手段）３２と、後述する角度計算部（角度演算回路）３３（図６参照）とで構成されている。

回転リング３１は接眼レンズ２４の外周に回転可能に支持されるとともに、カムピン３４によって固定されている。この回転リング３１にはターゲット５ａ，５ｂの位置を指示する三角形をした一対の指標３５が縦方向に形成されている（図５参照）。

回転位置検出ポテンショメータ３２は回転リング３１に結合され、回転リング３１の変位量を検出する。回転位置検出ポテンショメータ３２はボディ１３に固定されている。

受光部２５は例えばフォトダイオードが用いられる。受光部２５の受光電流は演算・制御回路４０（図６参照）へ出力される。

図６は演算・制御回路４０を説明するブロック構成図である。

演算・制御回路４０は、ＣＰＵ４１と、ＬＣＤドライバ４２と、カウンタ４３と、タイミングコントローラ４４と、ＬＤドライバ４５と、増幅回路４６と、コンパレータ４７とを備えている。

タイミングコントローラ４４はクロック発生回路４４Ａとスタート信号回路４４Ｂとを備える。

クロック発生回路４４Ａは、水晶発振子やセラミック発振子を用いて発生したマスタクロックを、例えばフリップフロップで分周して基準クロックとなるクロック信号４４ａを発生させる。このクロック信号４４ａは、トリガ信号４１ａが入力したとき、カウンタ４３へ出力される。

スタート信号回路４４Ｂはクロック信号４４ａの入力に同期してスタート信号４４ｂを出力する。

ＬＤドライバ４５は、スタート信号４４ｂを入力したとき、投光信号４５ａを発生する。

このＬＤドライバ４５は、ｎｐｎトランジスタと、エミッタ抵抗を備え、スタート信号４４ｂに基づいてレーザ発光部２０を定電流駆動して一定時間点灯させる構成とする。

増幅回路４６は受光素子２５の受光電流を光パワーに応じた電圧信号に変換して増幅する。

コンパレータ４７は増幅回路４６の出力と閾値となる基準電圧とを入力し、増幅回路４６の出力が閾値レベルを越えたとき、例えばＨレベルのストップ信号４７ａを出力する。

カウンタ４３は、スタート信号４４ｂを入力したとき、カウントを開始し、ストップ信号４７ａを入力したとき、カウントを終了し、カウント値をＣＰＵ４１へ出力する。

ＣＰＵ４１は距離計算部（測定手段）４１Ａ、間隔計算部（演算手段）４１Ｂ及び角度計算部３３を備えている。

距離計算部４１Ａは基準クロックの周波数とカウント値とから得られたターゲット５までの往復時間と光速とからターゲット５ａ，５ｂまでの距離ｄを計算する。

角度計算部３３は回転位置検出ポテンショメータ３２の検出結果からメモリ６を参照して視野角θ（図１０参照）を求める。

間隔計算部４１Ｂは２つのターゲット５ａ，５ｂ間の間隔（距離）Ｌやターゲットの高さＨを計算し、表示信号４１ｂを出力する。

ＣＰＵ４１は、電源・測定スイッチ１７が押されて測定スタート信号１７ａが入力したとき、タイミングコントローラ４４へトリガ信号４１ａを出力する。

なお、電源・測定スイッチ１７が一定時間（例えば８秒）操作されないとき、ＣＰＵ４１はＬＣＤ表示部２３等への電力の供給を止め、自動的に電源のオフを行う。

ＣＰＵ４１は、モードスイッチ１８が押されたとき、測定距離単位（メートル（ｍ）とヤード（ＹＤ））、間隔測定モード（間隔−遠近測定モード、高さ測定モード）等のモードを順番に切り替える。

ＬＣＤドライバ４２は表示信号４１ｂを入力したとき、点灯信号４２ａを出力してＬＣＤ表示部２３を点灯させる。

なお、メモリ６にはＥＥＰＲＯＭが用いられている。

図７はポテンショ回転角度θpと視野角θとの関係を示す図である。

メモリ６には回転位置検出ポテンショメータ３２の回転角度θpに対する視野角θのデフォルト値が図７に示されるテーブルとして記憶されている。したがって、回転角度θpが設定されれば、これに対応して視野角θが決定される。

次に、この距離測定装置１を用いてターゲット５までの直線距離ｄを測定する方法を説明する。

図８は距離測定装置１とターゲット５との関係を説明する図、図９は図８におけるＬＣＤ表示部２３の拡大図である。

図８では木（ターゲット５）までの距離をｄとしている。

まず、電源・測定スイッチ１７を押して、このＬＣＤ表示部２３にレチクル２３Ａ、単位２３Ｂ、電池残量２４Ｃ、モード２３Ｄ等を表示させる。これらの表示はターゲット５の像と重ね合せて接眼レンズ２４を通して見ることができる（図９参照）。

次に、ターゲット５にレチクル２３Ａの位置を合わせ、電源・測定スイッチ１７を再度押してターゲット５に向けてレーザ光を照射する。

ターゲット５からの反射光が受光部２５で受光され、距離計算部４１Ａでターゲット５までの距離ｄが計算され、ＬＣＤ表示部２３に表示される。

次に、ほぼ同一線上にある２つのターゲット５ａ，５ｂ間の間隔を測定する方法を図１０、図１１を参照して説明する。

図１０、図１１は２つのターゲット５ａ，５ｂ間の間隔を測定する方法を説明する図、図１２はＬＣＤ表示部２３の一例を示す拡大図、図１３はＬＣＤ表示部２３の他の例を示す拡大図である。図１０〜図１３はターゲット５ａ，５ｂの遠近を考慮しない場合の例である。

まず、モードスイッチ１８を押してモードを間隔−測定モードにし、ターゲット５ａとターゲット５ｂとの中間にレチクル２３Ａの位置を合わせる。

次に、回転リング３１を回転させて指標３５を動かし、指標３５をターゲット５ａ，５ｂに合わせる。

このとき、回転位置検出ポテンショメータ３２で検出された回転リング３１の回転角度θpは角度計算部３３へ出力され、視野角θがメモリ６を参照して決定される。

なお、図１３は、図１１より見易くするため、指標３５ａ，３５ｂの位置をＬＣＤ表示部２３に表示した例である。

図１３では回転リング３１の回転角度θpに連動して指標３５ａ，３５ｂ間の間隔が変わる。斜線部分（指標３５ａ，３５ｂの位置を示す）と白抜き部分とはコントラストによって明暗を付けている。斜線部分が指標位置表示手段として機能する。

次に、電源・測定スイッチ１７を再度押してターゲット５ａ又はターゲット５ｂに向けてレーザ光を照射する。ターゲット５ａ又はターゲット５ｂからの反射光が受光部２５で受光され、距離計算部４１Ａでターゲット５ａ又はターゲット５ｂまでの距離ｄ（例えば８８．８ｍ）が計算され、ＬＣＤ表示部２３に表示される（図１２参照）。

間隔計算部４１Ｂでは、視野角θと距離ｄとから２つのターゲット５ａとターゲット５ｂとの間隔Ｌ（例えばＬ＝１５）を求め、ＬＣＤ表示部２３に表示する（図１２参照）。

なお、間隔Ｌは数１を用いて求められる。

図１４，図１５はターゲットの遠近を考慮した場合の例である。

図１４は２つのターゲット５ａ，５ｂ間の間隔を測定する方法を説明する図、図１５はＬＣＤ表示部の一例を示す拡大図である。

まず、モードスイッチ１８を押してモードを間隔−遠近測定モードにし、ターゲット５ａとターゲット５ｂとの中間にレチクル２３Ａの位置を合わせる。

次に、回転リング３１を回転させて指標３５をターゲット５ａ，５ｂに合わせる。

このとき、回転位置検出ポテンショメータ３２で検出された回転リング３１の回転角度θpは角度計算部３３へ出力され、視野角θがメモリ６を参照して決定される。

次に、電源・測定スイッチ１７を再度押してターゲット５ａへ向けてレーザ光を照射する。ターゲット５ａからの反射光が受光部２５で受光され、距離計算部４１Ａでターゲット５ａまでの距離ｄ１が計算され、ＬＣＤ表示部２３に表示され、メモリ６に記憶される。

更に、ターゲット５ｂに向けてレーザ光を照射する。ターゲット５ｂからの反射光が受光部２５で受光され、距離計算部４１Ａでターゲット５ｂまでの距離ｄ２が計算され、ＬＣＤ表示部２３に表示される。

間隔計算部４１Ｂでは、視野角θとメモリ６に記憶された距離ｄ１，ｄ２とから２つのターゲット５ａとターゲット５ｂとの間隔Ｌを求め、ＬＣＤ表示部２３に表示する。

なお、間隔Ｌは数２を用いて求められる。

次に、ターゲット５の高さＨを測定する方法を図１６〜図１９を参照して説明する。

図１６、図１７はターゲット５の高さを測定する方法を説明する図、図１８はＬＣＤ表示部の一例を示す拡大図、図１９はＬＣＤ表示部２３の他の例を示す拡大図である。

まず、モードスイッチ１８を高さモードに切り替える。

ターゲット５である木の根元から頂部にかけて回転リング３１の指標３５を合わせて視野角θを求め、ＬＣＤ表示部２３に表示する。

次に、電源・測定スイッチ１７を押してターゲット５に向けてレーザ光を照射してターゲット５までの距離ｄを求め、ＬＣＤ表示部２３に表示する。

間隔計算部４１Ｂでは、視野角θと距離ｄとからターゲット５の高さＨを求め、ＬＣＤ表示部２３に表示する（図１８参照）。

なお、高さＨは数３を用いて求められる。

この実施形態によれば、回転リング３１を回転させるだけの簡単な操作でターゲット５ａ，５ｂ間の間隔やターゲット５の高さを測定することができる。また、構成が簡単であるので、距離測定装置１の小型化を図ることができる。

図２０はＬＣＤ表示部の変形例を示す拡大図である。

この変形例では指標３５ｂを位置Ｐ１に移動して一方のターゲット５ｂの位置を検出した後、指標３５ｂを位置Ｐ２へ移動して他方のターゲット５ａの位置を検出する点で上記のＬＣＤ表示部と異なる。

視野角は指標３５ｂの移動量から決定される。

なお、上記各実施形態では視野角設定部に回転リングを用いたが、回転リングに代えてスライド式のものを用いてもよいことは勿論である。

また、測定結果はモードスイッチ１８により記憶の有無を選択可能であり、電源・測定スイッチ１７を再度押すことにより測定結果を読み出し、表示させることが可能である。

１ 距離測定装置
５，５ａ，５ｂ ターゲット（測定対象物）
１４ 対物レンズ
１５ 受光レンズ
２０ 発光部（発光手段）
２３ ＬＣＤ表示部（表示手段）
２５ 受光部（受光手段）
３０ 視野角設定部（視野角設定手段）
３１ 回転リング
３２ 回転位置検出ポテンショメータ（回転位置検出手段）
３３ 角度計算部（角度演算回路）
３５，３５ａ，３５ｂ 指標
４１Ａ 距離計算部（測定手段）
４１Ｂ 間隔計算部（演算手段）
ｄ 距離
θ 視野角

Claims (1)

1. ビーム光を出射する発光手段と、
   前記発光手段からの出射光を測定対象物に照射する対物レンズと、
   前記測定対象物からの反射光を受光レンズを介して受光する受光手段と、
   前記受光手段で受光された前記反射光に基づいて前記測定対象物までの距離を求める測定手段とを備えている距離測定装置において、
   接眼レンズに回転可能に支持され、２つの前記測定対象物の位置を指示する一対の指標を有する回転リングと、前記回転リングの変位量を検出する回転位置検出ポテンショメータと、前記回転位置検出ポテンショメータの検出結果に基づいて視野角を演算する角度演算回路とを備え、前記２つの測定対象物に対する視野角を決定する視野角設定手段と、
   前記一対の指標を表示する表示手段と、
   前記測定手段による距離測定結果と前記視野角設定手段で設定された視野角とに基づいて前記２つの測定対象物間の距離を演算する演算手段と
   を備えていることを特徴とする距離測定装置。

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