JP5672203B2 - レーザレーダ装置の設置角度設定システム及びレーザレーダ装置の設置角度設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザレーダ装置におけるレーザビームの走査面を地面と平行に設定するシステム，及びレーザレーダ装置の設置角度設定方法に関する。

図７に示すように、レーザレーダ装置１は、地面２に立設する壁面３に設置され、レーザビームの走査面を監視する場所の地面２と平行になる状態で測定を行うのが一般的である。しかしながら、監視する場所の地面２は必ずしも水平面であるとは限らず、水準器を用いてレーザビームの走査面を水平にしても前記地面２とは平行にならない場合がある。そのため、現状では、図８に示すように、例えば同じ高さｈ３の基準測定対象物４を複数設置して、レーザ走査によりそれらの対象物４が検出できるか確認しながらレーザレーダ装置４の設置角度を調整しており、設置作業が煩雑であるという問題がある。
特許文献１には、等間隔で平行な３つのレーザビームを用いて目標物までの位置を算出する技術が開示されている。
特許第３６５９９５７号公報

特許文献１では、３つのレーザビームを壁面に当てることで計測される２つの距離ａ’，ａ’’が等しくなるように装置を傾けることで、壁面に対してレーザビームが垂直となるように調整することが開示されている。この技術では、壁面が地面に対して垂直である場合のみレーザビームを地面に対して平行にすることができるが、必ずしも壁面が地面に対して垂直であるとは限らないので、課題を解決するために適した技術であるとは言えない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザビームの走査面を、より簡単に地面と平行に設定できるレーザレーダ装置の設置角度設定システム及びレーザレーダ装置の設置角度設定方法を提供することにある。

請求項１記載のレーザレーダ装置の設置角度設定システムによれば、本体が設置面に設置された状態で、レーザビームの走査面を９０°変化させることが可能に構成されたレーザレーダ装置とする。そして、ユーザインターフェイス手段は、先ず、レーザレーダ装置におけるレーザビームの走査面を地面と直角にする第１の作業の指示をユーザに対して報知し、ユーザから第１の作業の完了応答があると、レーザレーダ装置が走査した測定結果のうち、２点の走査角度θ１，θ２について測定された距離ｌ１，ｌ２に基づいて、レーザビームが基準角度０°にある状態で前記地面と平行になるまでの角度差θｘを算出する。
それから、ユーザインターフェイス手段は、レーザレーダ装置の本体を、地面方向に角度差θｘだけ傾ける第２の作業の指示をユーザに対して報知し、ユーザから第２の作業の完了応答があると、レーザレーダ装置におけるレーザビームの走査面を９０°回転させるようにユーザに対して報知する。

すなわち、レーザレーダ装置についてレーザビームの走査面を９０°変化可能な構成を採用した上で、走査角度θ１，θ２について距離ｌ１，ｌ２を測定すれば、レーザビームが基準角度から地面と平行になるまでの角度差θｘを計算により求めることができ、角度差θｘが求められれば、レーザレーダ装置の本体を地面方向に角度差θｘだけ傾けてレーザビームの走査面を９０°回転させることで、レーザビームの走査面が地面と平行なる。従って、従来よりも調整作業を簡単にすることができる。

請求項２記載のレーザレーダ装置の設置角度設定システムによれば、ユーザインターフェイス手段は、角度θ１と地面と直角となる角度との差である角度αを（１）式により算出する。
ｌ１・ｃｏｓα＝ｌ２・ｃｏｓ（α＋θ１−θ２） …（１）
すなわち、（１）式の両辺は、レーザレーダ装置におけるレーザビームの照射点から地面に下ろした垂線の長さを示している。そして、角度αを求めれば、基準角度におけるレーザビームが地面と平行になるまでの角度差θｘは、（２）式により算出できる。
θｘ＝α＋θ１−９０° …（２）

請求項３記載のレーザレーダ装置の設置角度設定システムによれば、ユーザインターフェイス手段は、レーザレーダ装置の本体を地面方向に角度差θｘだけ傾けるため、レーザビームの走査角度が、角度θ２と角度差θｘとの差である角度（θ２−θｘ）を示す際に検出される距離が距離ｌ２となるように調整することをユーザに報知する。ユーザがそのように調整を行うことにより、レーザビームの走査面が地面と直角になっている状態で、基準角度におけるレーザビームが地面と平行になるように調整できる。

第１実施例であり、レーザレーダ装置の設置角度を調整する手順を説明する図 レーザレーダ装置を壁面に設置した状態の（ａ）平面図、（ｂ）側面図 調整手順を示すフローチャート パソコンのディスプレイに表示されるユーザインターフェイス画面を示す図 第２実施例を示す図４相当図（その１） 図４相当図（その２） 従来技術を説明する図（その１） 従来技術を説明する図（その２）

（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図４を参照して説明する。また、図７及び図８と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図２は、本実施例で使用するレーザレーダ装置１１の特徴的な構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は図７と同様に側面図である。一般的なレーザレーダ装置１では、図７に示したように、レーザビームは水平方向に走査面が拡がるように出力される。一方、レーザレーダ装置１１は、壁面（設置面）３に本体１１ａが設置された状態で、走査面が地面２に対して垂直となるように、出力部１１ｂが９０°回転可能となるように構成されている。

また、レーザレーダ装置１１には、パーソナルコンピュータ（パソコン，ユーザインターフェイス手段）１２が通信線１３を介して接続されており、両者は例えばシリアル通信インターフェイスを介して通信可能となっている。パソコン１２は、レーザレーダ装置１１を使用して計測を行う場合のユーザインターフェイスプログラムが搭載されており、ユーザの入力操作に応じてレーザレーダ装置１１に測定指示を出力したり、レーザレーダ装置１１による測定結果をディスプレイ１２Ｄに表示させる。また、ユーザに対して必要なメッセージをディスプレイ１２Ｄに表示したり、図示しないスピーカを介して音声で出力するなどして報知を行う。

次に、本実施例の作用、すなわち、レーザレーダ装置１１の設置角度を調整する手順について図１，図３，図４を参照して説明する。図１は、設置角度の調整手順を説明する図であり、図３は、同手順を示すフローチャートである。図１に示すように、壁面３が水平に対して垂直に立ち上がっているとして、地面２は水平面より俯角方向に傾斜しているとする。ユーザは、レーザレーダ装置１１を監視したい場所の地面２に立設する壁面３に設置すると（Ｓ１）、次に、レーザレーダ装置１１の出力部１１ｂを、通常の使用方向に対して９０°回転させて、図２，図１（ａ）に示す状態，すなわち、走査面が地面２と直角となるようにする（Ｓ２）。その状態で、レーザレーダ装置１１に地面２を走査させる（Ｓ３）。

走査角は、レーザビームを正面方向に出力した状態を基準角度０°とし、その基準角度から、ここでは地面２に対する測定距離が短くなる方向をプラスとする。図２（ｂ）はレーザビームによる走査の状態を示している。測定結果は、図４に示すようにパソコン１２のディスプレイ１２Ｄにリストとして表示される。ここでは、走査角０．５°毎に測定された距離（ｍ）が表示されている。

ユーザは、上記測定結果を参照して適当な２ポイントを選択する。ここでは、図４（ａ）に示すｐ１「走査角１４．０°；距離５．７６ｍ」と、図４（ｂ）に示すｐ２「走査角１０．０°；距離９．５７ｍ」とを選択したものとする。ここで、ｐ１の走査角がθ１，測定距離がｌ１に対応し、ｐ２の走査角がθ２，測定距離がｌ２に対応する（Ｓ４，Ｓ５，第１ステップ）。

図１（ａ）に示すように、地面２に立つ垂線（レーザレーダ装置１１におけるレーザビームの照射点から地面に下ろした垂線）より距離ｌ１の走査線がなす角をαとし、基準角度におけるレーザビームが、地面２と平行になるまで俯角方向に調整する角度をθｘとする。すると、幾何学的関係より（１）式及び（２）式が成り立つ。
ｌ１・ｃｏｓα＝ｌ２・ｃｏｓ（α＋θ１−θ２） …（１）
θｘ＝α＋θ１−９０° …（２）

すなわち、（１）式の両辺は上記垂線の長さを示している。そして、角度αを求めれば、基準角度におけるレーザビームが地面２と平行になるまでの角度差θｘは、（２）式により算出できる。（１）式より、角度αは以下のように求められる。
ｌ１・ｃｏｓα／ｌ２＝ｃｏｓα・ｃｏｓ（θ１−θ２）
＋ｓｉｎα・ｓｉｎ（θ１−θ２）
ｌ１／ｌ２＝ｃｏｓ（θ１−θ２）＋ｔａｎα・ｓｉｎ（θ１−θ２）
ｔａｎα＝｛ｌ１／ｌ２−ｃｏｓ（θ１−θ２）｝／ｓｉｎ（θ１−θ２）
α＝ｔａｎ^-1［｛ｌ１／ｌ２−ｃｏｓ（θ１−θ２）｝／ｓｉｎ（θ１−θ２）］
上述したｐ１，ｐ２の測定結果についてユーザが角度θｘを計算するとθｘ＝４°となる（Ｓ６，第２ステップ）。図１（ｂ）に示すように、レーザレーダ装置１１の走査角が角度（θ２−θｘ）となったときに測定された距離がｌ２になれば、レーザビームの基準角度が地面２と平行になる。
θ２−θｘ＝１０°−４°＝６°
となるから、ユーザは、レーザレーダ装置１１の出力部１１ｂを、本体１１ａに対して俯角方向に傾けて、図４（ｃ）に示すように、走査角６°において測定される距離がｌ２＝９．５７ｍとなるように調整する（Ｓ７）。そのように調整すれば、レーザビームの基準角度は地面２と平行になるので、その状態で、図１（ｃ）に示すように出力部１１ｂを９０°回転させれば（Ｓ８，第３ステップ）レーザビームの走査面は地面２と平行になる。

以上のように本実施例によれば、レーザレーダ装置１１について、本体１１ａが壁面３に設置された状態でレーザビームの走査面を９０°変化させることが可能な構成を採用し、レーザビームの走査面を地面２と直角にした状態で、２つの走査角度θ１，θ２について地面までの距離ｌ１，ｌ２をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて、レーザビームが基準角度０°にある状態で、地面２と平行になるまでの角度差θｘを算出する。そして、レーザレーダ装置１１の本体１１ａを地面２の方向に角度差θｘだけ傾けて、レーザビームの走査面を９０°回転させるようにした。

すなわち、走査角度θ１，θ２について距離ｌ１，ｌ２を測定すれば、レーザビームが基準角度から地面２と平行になるまでの角度差θｘを計算により求めることができ、角度差θｘが求められれば、レーザレーダ装置１１の本体１１ａを地面２の方向に角度差θｘだけ傾けてレーザビームの走査面を９０°回転させることで、レーザビームの走査面が地面２と平行なる。従って、従来よりも調整作業を簡単にすることができる。

そして、角度θ１と地面２と直角となる角度との差である角度αを（１）式により算出し、基準角度におけるレーザビームが地面２と平行になるまでの角度差θｘを（２）式により算出することができる。また、本体１１ａを地面２の方向に角度差θｘだけ傾けるため、レーザビームの走査角度が、角度θ２と角度差θｘとの差である角度（θ２−θｘ）を示す際に検出される距離が距離ｌ２となるように調整するので、レーザビームの走査面が地面２と直角になっている状態で、基準角度におけるレーザビームが地面２と平行になるように調整できる。

（第２実施例）
図５及び図６は第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例は、第１実施例と同様の手順でレーザレーダ装置１１の設置角度を調整する場合に、パソコン１２が関与する度合をより高めてユーザの作業負担を軽減する例を示す。

図５及び図６は、図４と同様にパソコン１２のディスプレイ１２Ｄに表示されるユーザインターフェイス画面の例である。先ず、パソコン１２は、図５（ａ）に示すように「レーザレーダを取り付けてください。」といった文字メッセージを表示させる。ユーザが、そのメッセージに従いレーザレーダ装置１１を壁面３に設置して（Ｓ１）、例えばジョイパッドやマウスなどのポインティングデバイスにより画面上の「次へ」をクリックする（作業完了応答）。

すると、次は図５（ｂ）に示すように「（通常の）レーザ走査面に対して９０°レーザレーダを回転させてください。」といった文字メッセージを表示させる。ユーザが、そのメッセージに従い出力部１１ｂを９０°回転させてから（Ｓ２）画面上の「次へ」をクリックすると、次は図５（ｃ）に示すように「レーザ走査を開始してください。」といった文字メッセージを表示させる。ユーザが「次へ」をクリックすると、レーザレーダ装置１１による走査が開始され（Ｓ３）、測定結果が図５（ｄ），図６（ａ）に示すように表示される。

パソコン１２は、図５（ｄ），図６（ａ）に示すように測定結果を表示するのに伴い、ユーザにθ１，θ２を選択させるためのメッセージを表示する。「θ１を入力してください。」，「θ２を入力してください。」等である。例えば、ユーザが図５（ｄ）よりθ１＝１５°を選択し、図６（ａ）よりθ２＝１０°を選択してそれぞれの画面で「次へ」をクリックすると、パソコン１２は、それらの選択結果に応じて第１実施例と同様に、（１）式，（２）式に従い角度差θｘを計算し、角度（θ２−θｘ）を計算した結果を図６（ｂ）に示すように表示する。

この場合、角度（θ２−θｘ）＝６°であり、例えば「表示の角度（６°）にて表示の距離（ｌ２＝９．５７ｍ）になるようにレーザレーダの取り付け角度を調整してください」といったメッセージを表示する（Ｓ６，Ｓ７）。ユーザが、そのメッセージに従い出力部１１ｂの角度調整を行い「次へ」をクリックすると、パソコン１２は、「レーザレーダを９０°回転してください。」といった文字メッセージを表示させる。ユーザが、そのメッセージに従い出力部１１ｂを９０°回転させてから（Ｓ８）画面上の「次へ」をクリックすると処理を終了する。

以上のように第２実施例によれば、パソコン１２は、レーザレーダ装置１１におけるレーザビームの走査面を地面２と直角にするようにユーザに対して報知し、ユーザからの作業完了応答があると、レーザレーダ装置１１が走査した測定結果のうち、２点の走査角度θ１，θ２について測定された距離ｌ１，ｌ２に基づいて角度差θｘを算出する。それから、レーザレーダ装置１１の本体１ａを、地面方向に角度差θｘだけ傾けるようにユーザに対して報知し、作業完了応答があると、レーザビームの走査面を９０°回転させるようにユーザに対して報知する。

すなわち、パソコン１２が角度差θｘを計算するので、ユーザ自身が計算を行う必要がない。そして、ディスプレイ１２Ｄに表示されるユーザインターフェイス画面を参照し、報知されるメッセージに従った手順で作業すれば、レーザビームの走査面が地面２と平行なるように簡単に調整できる。また、パソコン１２は、本体１１ａを地面方向に角度差θｘだけ傾けるため、レーザビームの走査角度が、角度θ２と角度差θｘとの差である角度（θ２−θｘ）を示す際に検出される距離が距離ｌ２となるように調整することをユーザに報知する。したがって、ユーザがそのように調整を行えば、レーザビームの走査面が地面２と直角になっている状態で、基準角度におけるレーザビームが地面２と平行になるように調整できる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にも限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
地面が水平面より仰角方向に傾斜している場合も同様に、角度差θｘ（符号は負となる）を求めることができる。
レーザビームの角度を調整する場合は、レーザレーダ装置１１の本体１１ａを壁面３に取り付ける角度を調整しても良い。
走査角は、０．５°単位でなくても良い。

第２実施例において、θ１，θ２をユーザに選択させることなく、パソコン１２が適切な測定点を自動的に選択して角度差θｘを計算しても良い。
また、第２実施例における図６（ｂ）の指示メッセージは、「出力部を４°（＝θｘ）地面方向に傾けてください。」としても良く、ユーザはその指示に応じて調整を行えばよい。第１実施例についても、同様に調整を行っても良い。
ユーザインターフェイス手段は、パーソナルコンピュータである必要はなく、レーザレーダ装置の専用機器であっても良い。また、ユーザインターフェイス手段がレーザレーダ装置の本体に設けられていても良い。

２は地面、３は壁面（接地面）、１１はレーザレーダ装置、１１ａは本体、１１ｂは出力部、１２はパーソナルコンピュータ（ユーザインターフェイス手段）を示す。

Claims (6)

1. 本体が設置面に設置された状態でレーザビームの走査面を９０°変化させることが可能に構成され、前記レーザビームを照射した反射光を受光することで、対象物までの距離及び角度を測定するレーザレーダ装置と、
   このレーザレーダ装置による測定結果，並びに作業指示メッセージをユーザに対して報知し、且つ前記測定結果に基づく演算処理を実行するユーザインターフェイス手段とで構成され、
   前記ユーザインターフェイス手段は、前記レーザレーダ装置における前記レーザビームの走査面を前記地面と直角にする第１の作業の指示をユーザに対して報知し、
   ユーザにより前記第１の作業を完了したことを示す応答があると、前記レーザレーダ装置が走査した測定結果のうち、２点の走査角度θ１，θ２（θ１＞θ２）について測定された距離ｌ１，ｌ２に基づいて、前記レーザビームが基準角度０°にある状態で前記地面と平行になるまでの角度差θｘを算出し、
   前記レーザレーダ装置の本体を、前記地面方向に前記角度差θｘだけ傾ける第２の作業の指示をユーザに対して報知し、
   ユーザにより前記第２の作業を完了したことを示す応答があると、前記レーザレーダ装置における前記レーザビームの走査面を９０°回転させるようにユーザに対して報知することを特徴とするレーザレーダ装置の設置角度設定システム。
2. 前記ユーザインターフェイス手段は、前記角度θ１と、前記地面と直角となる角度との差である角度αを、（１）式により算出し、
   ｌ１・ｃｏｓα＝ｌ２・ｃｏｓ（α＋θ１−θ２） …（１）
   前記角度差θｘを、（２）式により算出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置の設置角度設定システム。
   θｘ＝α＋θ１−９０° …（２）
3. 前記ユーザインターフェイス手段は、前記レーザレーダ装置の本体を前記地面方向に前記角度差θｘだけ傾けるため、前記レーザビームの走査角度が、前記角度θ２と前記角度差θｘとの差を示す際に検出される距離が前記距離ｌ２となるように調整することをユーザに報知すること特徴とする請求項１又は２記載のレーザレーダ装置の設置角度設定システム。
4. レーザビームを照射した反射光を受光することで、対象物までの距離及び角度を測定するレーザレーダ装置を、地面に立設する設置面に設置した状態で、前記レーザビームの走査面を前記地面と平行に設定する方法であって、
   前記レーザレーダ装置として、前記設置面に設置された状態で、前記レーザビームの走査面を９０°変化させることが可能であるものを使用し、
   前記レーザレーダ装置による測定結果，及び作業指示メッセージをユーザに対して報知し、且つ前記測定結果に基づく演算処理を実行するユーザインターフェイス手段を用意し、
   前記レーザレーダ装置におけるレーザビームの走査面を前記地面と直角にするようにユーザに対して報知する第１ステップと、
   前記レーザビームの走査面を前記地面と直角にした状態で、２つの走査角度θ１，θ２（θ１＞θ２）について、前記地面までの距離ｌ１，ｌ２をそれぞれ測定する第２ステップと、
   前記測定結果に基づいて、前記レーザビームが基準角度０°にある状態で、前記地面と平行になるまでの角度差θｘを算出する第３ステップと、
   前記レーザレーダ装置の本体を前記地面方向に前記角度差θｘだけ傾けるようにユーザに対して報知する第４ステップと、
   前記レーザレーダ装置の本体を前記地面方向に前記角度差θｘだけ傾けた状態で、前記レーザビームの走査面を９０°回転させるようにユーザに対して報知する第５ステップとからなることを特徴とするレーザレーダ装置の設置角度設定方法。
5. 前記第３ステップにおいて、前記角度θ１と、前記地面と直角となる角度との差である角度αを、（１）式により算出し、
   ｌ１・ｃｏｓα＝ｌ２・ｃｏｓ（α＋θ１−θ２） …（１）
   前記角度差θｘを、（２）式により算出することを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ装置の設置角度設定方法。
   θｘ＝α＋θ１−９０° …（２）
6. 前記第３ステップにおいて、前記レーザビームの走査角度が、前記角度θ２と前記角度差θｘとの差を示す際に検出される距離が前記距離ｌ２となるように調整することを特徴とする請求項４又は５記載のレーザレーダ装置の設置角度設定方法。

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