JP7178790B2 - distance measuring device - Google Patents

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本発明は、レーザー光を利用して対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring device that measures the distance to an object using laser light.

従来からレーザー光を利用して、対象物までの直接距離を測定する距離測定装置が知られている。また本技術を応用して、任意の2点間距離を測定する技術や装置も知られている。特許文献1には、測定対象点へレーザー光を投射した上で、測定対象点が含まれる範囲の画像を撮像し、前記の画像内におけるレーザー光の位置情報にもとづいて対象物までの直接距離や2点間距離を算出する距離測定装置が開示されている。また、特許文献2には、レーザー光を偏向させて任意の2点間の距離を算出する測距装置が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a distance measuring device that uses a laser beam to directly measure a distance to an object. Techniques and devices that apply this technique to measure the distance between any two points are also known. In Patent Document 1, a laser beam is projected onto a point to be measured, an image of a range including the point to be measured is captured, and the direct distance to the object is calculated based on the positional information of the laser beam in the image. and a distance measuring device for calculating the distance between two points. Further, Patent Literature 2 discloses a distance measuring device that deflects laser light and calculates the distance between any two points.

特開2017-090422号公報JP 2017-090422 A 特開2012-058124号公報JP 2012-058124 A

しかしながら、このような従来の距離測定装置は、装置を測定台に固定するなどした上で、あらかじめ決められた方向に離れた2点間の距離を測定するものであった。したがって、距離測定装置をユーザが手に持って使用するような測定を行いづらいという課題があった。 However, such a conventional distance measuring device measures the distance between two points separated in a predetermined direction after fixing the device on a measuring stand. Therefore, there is a problem that it is difficult for the user to perform the measurement while holding the distance measuring device in his/her hand.

本発明にかかる距離測定装置は、上記を鑑み、
本体と、
測定対象点までの距離を計測する距離計測部と、
前記本体の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記距離計測部による距離測定中の前記本体の変位を検出する変位検出部と
を備え、
前記距離計測部によって計測した任意の2点の測定対象点それぞれまでの距離と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第一の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第一の姿勢と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第二の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第二の姿勢と、前記変位検出部によって算出した前記第一の姿勢から前記第二の姿勢までの前記距離測定装置の変位量を用いて、前記2点間の距離を測定することを特徴とする。
In view of the above, the distance measuring device according to the present invention is
the main body;
a distance measuring unit that measures a distance to a point to be measured;
an orientation detection unit that detects the orientation of the main body;
a displacement detection unit that detects displacement of the main body during distance measurement by the distance measurement unit;
The distance measurement at the time when the distance to each of two arbitrary measurement points measured by the distance measurement unit and the distance to the first measurement point calculated by the posture detection unit are measured by the distance measurement unit A first orientation, which is the orientation of the device, and a second orientation, which is the orientation of the distance measuring device at the time when the distance to the second measurement target point is measured by the distance measurement unit calculated by the orientation detection unit. and measuring the distance between the two points by using the amount of displacement of the distance measuring device from the first posture to the second posture calculated by the displacement detection unit.

本発明によれば、任意の2点間距離を測定する際の誤差を低減し、測定精度を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the error at the time of measuring the distance between arbitrary 2 points can be reduced, and a measurement precision can be improved.

本発明の一実施形態に係る距離測定装置の斜視図。1 is a perspective view of a distance measuring device according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の内部構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the internal configuration of a distance measuring device according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の直接距離測定方法を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a direct distance measurement method of a distance measurement device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の各種センサ設置方法を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a method of installing various sensors of the distance measuring device according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の姿勢検出方法の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a posture detection method of the distance measuring device according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の変位検出方法の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a displacement detection method of the distance measuring device according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の2点間距離測定原理を示す図。The figure which shows the distance measurement principle between two points of the distance measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の2点間角度測定原理を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the principle of angle measurement between two points of the distance measuring device according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置の2点間距離測定モードの動作フローチャート。4 is an operation flowchart of a distance measurement mode between two points of the distance measurement device according to the embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る距離測定装置のスマートフォン向けアプリケーションの制御画面の一例。An example of the control screen of the application for smart phones of the distance measuring device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る距離測定装置のスマートフォンとの連携による2点間距離測定システムの一例。An example of the distance measurement system between two points|pieces by cooperation with the smart phone of the distance measurement apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
<全体構成>
図1は、本発明の一実施形態にかかる距離測定装置1の外観を示す斜視図である。図1左側に距離測定装置1の正面側を、図1右側に距離測定装置1の背面側を示している。本体10の天面部には、測定対象点に向けてレーザー光を投射する投射部20と、測定対象点からの反射光を受光する受光部30が設けられている。
(First embodiment)
<Overall composition>
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a distance measuring device 1 according to one embodiment of the present invention. The front side of the distance measuring device 1 is shown on the left side of FIG. 1, and the back side of the distance measuring device 1 is shown on the right side of FIG. The top surface of the main body 10 is provided with a projection section 20 for projecting a laser beam toward the point to be measured and a light receiving section 30 for receiving reflected light from the point to be measured.

また、本体10の正面部には距離測定の実行や各種設定の変更などを行う操作部40と、測定結果や各種設定項目を表示する表示部50が設けられている。本実施形態に係る距離測定装置1は、ユーザが手に持って使用することができるようになっており、距離測定装置1を手に持った状態で操作し易い位置に操作部40が配置されている。 Further, on the front portion of the main body 10, an operation section 40 for performing distance measurement and changing various settings, and a display section 50 for displaying measurement results and various setting items are provided. The distance measuring device 1 according to this embodiment can be used by a user holding it in his/her hand, and the operation unit 40 is arranged at a position where it can be easily operated while holding the distance measuring device 1 in his/her hand. ing.

また、本体10の背面部には電池蓋60があり、距離測定装置1内の各部へ電源を供給する電気回路である電源部61と電池が内蔵されている。 A battery cover 60 is provided on the rear surface of the main body 10, and a power source section 61, which is an electric circuit for supplying power to each section in the distance measuring device 1, and a battery are built therein.

以下の説明では、距離測定方式として時間差方式を採用しているものとする。時間差方式とは、レーザー光の発光タイミングと、反射光の受光タイミングとの時間差から、測定対象点までの距離を算出する方式である。距離測定方式は必ずしも時間差方式である必要はなく、その他の測定方式としてよく知られている位相差方式や三角測距方式でも良い。 In the following explanation, it is assumed that the time difference method is adopted as the distance measurement method. The time difference method is a method of calculating the distance to the point to be measured from the time difference between the timing of emitting the laser light and the timing of receiving the reflected light. The distance measurement method does not necessarily have to be the time difference method, and other well-known measurement methods such as the phase difference method and the triangular distance measurement method may be used.

<内部構成>
図2には、本発明の一実施形態に係る距離測定装置1の内部構成を示している。図2に示すように、投射部20はレーザー光の光源となるレーザーダイオード21と、前記のレーザー光を測定対象点に向けて平行に投射する投射レンズ22と、レーザーダイオード21の発光を制御するレーザードライバ23から構成されている。
<Internal configuration>
FIG. 2 shows the internal configuration of the distance measuring device 1 according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the projection unit 20 controls the light emission of the laser diode 21 that serves as the light source of the laser light, the projection lens 22 that projects the laser light in parallel toward the measurement target point, and the laser diode 21. It is composed of a laser driver 23 .

レーザードライバ23は、制御部70内にある距離計測部71からの発光制御信号を受けてレーザー光の出力を行う。またレーザードライバ23は、レーザーダイオード21の発光タイミング信号S1を出力するものとする。 The laser driver 23 receives a light emission control signal from the distance measuring section 71 in the control section 70 and outputs laser light. It is also assumed that the laser driver 23 outputs a light emission timing signal S1 for the laser diode 21. FIG.

発光タイミング信号S1は、必ずしもレーザードライバ23が出力する必要はなく、別の手段で出力できるように投射部20を構成しても良い。たとえば、レーザーダイオード21の発光を検出するための受光センサを別に設けて、その出力信号を発光タイミング信号S1としても良い。 The light emission timing signal S1 does not necessarily need to be output by the laser driver 23, and the projection section 20 may be configured so that it can be output by another means. For example, a light receiving sensor for detecting light emission of the laser diode 21 may be provided separately, and its output signal may be used as the light emission timing signal S1.

受光部30は、測定対象点からの反射光を1点に集光する集光レンズ31と、集光した反射光を検出して受光タイミング信号S2を出力する受光センサ32と、受光タイミング信号S2を増幅する信号増幅部33から構成されている。 The light-receiving unit 30 includes a condenser lens 31 that collects reflected light from a measurement target point to one point, a light-receiving sensor 32 that detects the collected reflected light and outputs a light-receiving timing signal S2, and a light-receiving timing signal S2. is composed of a signal amplifier 33 for amplifying the .

なお、受光タイミング信号S2の電圧レベルが、後述の時間差計測部80の検出能力に対して十分に大きい場合は、信号増幅部33を省略する構成としても良い。 If the voltage level of the light receiving timing signal S2 is sufficiently large for the detection capability of the time difference measuring section 80 described later, the signal amplifying section 33 may be omitted.

投射部20からの発光タイミング信号S1、および受光部30からの受光タイミング信号S2は、それぞれ時間差計測部80へ入力される。この時間差計測部80において、2つの信号S1、S2がそれぞれ入力されたタイミングを検出し、その時間差ΔTを算出する。距離計測部71は、時間差計測部80からこの時間差ΔTの情報を受け取り、距離の算出を行う。 The light emission timing signal S1 from the projection unit 20 and the light reception timing signal S2 from the light reception unit 30 are input to the time difference measurement unit 80, respectively. The time difference measuring unit 80 detects the timings at which the two signals S1 and S2 are respectively input, and calculates the time difference ΔT. The distance measuring section 71 receives the information of the time difference ΔT from the time difference measuring section 80 and calculates the distance.

なお、時間差ΔTは必ずしも時間差計測部80で算出する必要はなく、時間差計測部80では2つの信号S1、S2の入力時刻のみを出力し、その情報をもとに距離計測部71で時間差ΔTを算出する構成としても良い。 Note that the time difference ΔT does not necessarily need to be calculated by the time difference measuring unit 80. The time difference measuring unit 80 outputs only the input times of the two signals S1 and S2, and the distance measuring unit 71 calculates the time difference ΔT based on this information. It is good also as a structure which calculates.

距離測定装置1には、センサ部90が設けられている。センサ部90は、地磁気センサ91と加速度センサ92から構成されている。 A sensor unit 90 is provided in the distance measuring device 1 . The sensor section 90 is composed of a geomagnetic sensor 91 and an acceleration sensor 92 .

図2では、センサ部90の構成を地磁気センサ91と加速度センサ92のみとして例示しているが、その他のセンサを設ける構成としても良い。たとえば、地磁気センサ91と加速度センサ92にそれぞれ温度特性がある場合には、温度センサを設置することで、温度変化による各種センサの出力データ校正を行う構成としても良い。また、任意のセンサを設け、その検出結果を表示部50に表示しても良い。 In FIG. 2, the configuration of the sensor unit 90 is illustrated as only the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92, but the configuration may be such that other sensors are provided. For example, if the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 each have temperature characteristics, the temperature sensors may be installed to calibrate the output data of various sensors according to temperature changes. Also, an arbitrary sensor may be provided and the detection result thereof may be displayed on the display unit 50 .

地磁気センサ91では、地球により生じる磁界の大きさと方向を表すベクトルを検出する(以下、地磁気ベクトルと呼ぶ)。制御部70は、通信インターフェースを介して地磁気センサ91と接続されており、地磁気ベクトルをリアルタイムに取得することができる。 The geomagnetic sensor 91 detects a vector representing the magnitude and direction of the magnetic field generated by the earth (hereinafter referred to as a geomagnetic vector). The control unit 70 is connected to the geomagnetic sensor 91 via a communication interface, and can acquire geomagnetic vectors in real time.

加速度センサ92では、装置に印加される重力と装置の移動に伴って発生する加速度の合成ベクトルを検出する。制御部70は、通信インターフェースを介して加速度センサ92と接続されており、装置に加わる重力と加速度の合成ベクトルをリアルタイムに取得することができる。 The acceleration sensor 92 detects a resultant vector of the gravity applied to the device and the acceleration generated along with the movement of the device. The control unit 70 is connected to an acceleration sensor 92 via a communication interface, and can obtain a combined vector of gravity and acceleration applied to the device in real time.

図2では、制御部70から地磁気センサ91と加速度センサ92に対して独立な通信ラインで接続しているが、地磁気センサ91および加速度センサ92として、同じ通信インターフェース仕様のセンサを採用して、通信ラインを共通化する構成としても良い。たとえば、IICシリアル通信に対応の地磁気センサ91および加速度センサ92を採用して、それぞれのセンサに異なるアドレスを設定すれば、上記の共通化が可能である。これにより、制御部70の通信インターフェース資源を節約することができる。 In FIG. 2, the control unit 70 is connected to the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 via independent communication lines. It is good also as a structure which makes a line common. For example, by adopting the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 compatible with IIC serial communication and setting different addresses to the respective sensors, the above commonization is possible. Accordingly, communication interface resources of the control unit 70 can be saved.

地磁気センサ91と加速度センサ92を距離測定装置1内に配置する際、それぞれのセンサがもつ座表系XYZは、互いに一致するように配置しておくことが望ましい。詳細については後述するが、これにより後述の姿勢検出、変位検出を容易に行うことが可能である。 When the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 are arranged in the distance measuring device 1, it is desirable to arrange the coordinate system XYZ of each sensor so as to match each other. Although the details will be described later, this makes it possible to easily perform attitude detection and displacement detection, which will be described later.

制御部70には、地磁気センサ91と加速度センサ92からの取得データをもとに、距離測定装置1の3次元空間における姿勢を検出する姿勢検出部72と、距離測定装置1の3次元空間における変位量を検出する変位検出部73が含まれる。また、距離計測部71、姿勢検出部72、および変位検出部73の結果をもとに、3次元空間内の任意の2点間距離を算出する2点間距離算出部74と、3次元空間内の任意の2点間がなす角度を算出する2点間角度算出部75が含まれる。詳細な2点間距離の算出方法については後述する。 The control unit 70 includes an orientation detection unit 72 that detects the orientation of the distance measuring device 1 in the three-dimensional space based on data acquired from the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92, and an orientation detection unit 72 that detects the orientation of the distance measuring device 1 in the three-dimensional space A displacement detector 73 is included to detect the amount of displacement. Further, based on the results of the distance measurement unit 71, the orientation detection unit 72, and the displacement detection unit 73, a two-point distance calculation unit 74 calculates a distance between any two points in the three-dimensional space, and a three-dimensional space A two-point angle calculator 75 is included to calculate an angle between any two points in the . A detailed method for calculating the distance between two points will be described later.

<直接距離測定>
以下では、距離測定装置1から測定対象点までの直接距離の測定方法について説明する。距離計測部71は、レーザードライバ23に対して発光制御信号を出力する。レーザードライバ23は発光制御信号を受け、レーザーダイオード21の発光を行う。発光されたレーザー光は、投射レンズ22を介して平行光となり、投射部20から測定対象点に向けて出力される。また同時に、レーザードライバ23はレーザーダイオード21の発光タイミング信号S1を時間差計測部80へ出力する。
<Direct distance measurement>
A method for measuring the direct distance from the distance measuring device 1 to the point to be measured will be described below. The distance measuring section 71 outputs a light emission control signal to the laser driver 23 . The laser driver 23 receives the light emission control signal and causes the laser diode 21 to emit light. The emitted laser light becomes parallel light through the projection lens 22 and is output from the projection unit 20 toward the measurement target point. At the same time, the laser driver 23 outputs the light emission timing signal S1 of the laser diode 21 to the time difference measuring section 80 .

投射されたレーザー光は、測定対象点を反射して受光部30へ入射する。受光部30へ入射したレーザー光は、集光レンズ31を介して、受光センサ32の受光面上に集光される。受光センサ32はレーザー光を検出して、受光タイミング信号S2を出力する。受光タイミング信号S2は、信号増幅部33を介して増幅され、時間差計測部80へ入力される。 The projected laser light is reflected by the measurement target point and enters the light receiving section 30 . The laser light incident on the light receiving section 30 is condensed on the light receiving surface of the light receiving sensor 32 via the condensing lens 31 . The light receiving sensor 32 detects the laser light and outputs a light receiving timing signal S2. The light reception timing signal S2 is amplified via the signal amplification section 33 and input to the time difference measurement section 80 .

時間差計測部80は、発光タイミング信号S1が入力された時刻tと、受光タイミング信号S2が入力された時刻tの時間差ΔT(=t-t)を計測し、その結果を距離計測部71へ出力する。この時間差ΔTは、レーザーダイオード21から照射されたレーザー光が受光センサ32に到達するまでの飛行時間でもある。 The time difference measuring unit 80 measures the time difference ΔT (=t 2 −t 1 ) between the time t 1 when the light emission timing signal S1 is input and the time t 2 when the light reception timing signal S2 is input, and measures the distance. Output to unit 71 . This time difference ΔT is also the time of flight until the laser light emitted from the laser diode 21 reaches the light receiving sensor 32 .

距離計測部71は、時間差ΔTの情報をもとに、距離測定装置1から測定対象点までの距離Dを算出する。一般に、測定距離Dはレーザー光の飛行時間ΔTの半分でレーザー光が進む距離であり、光の速度をcとすると、次式により求めることができる。

Figure 0007178790000001
The distance measuring unit 71 calculates the distance D from the distance measuring device 1 to the point to be measured based on the information on the time difference ΔT. In general, the measured distance D is the distance that the laser beam travels in half the flight time ΔT of the laser beam, and can be obtained by the following equation, where c is the speed of light.
Figure 0007178790000001

ただし、ここで距離Dは図3(a)に示すように、レーザーダイオード21の発光面と受光センサ32の受光面が、同一平面P上に存在するように配置されているものとし、この面Pから測定対象物上の測定対象点に至る距離である。 However, here, as shown in FIG. 3A, the distance D is such that the light-emitting surface of the laser diode 21 and the light-receiving surface of the light-receiving sensor 32 are arranged on the same plane P, and this plane It is the distance from P to the measurement target point on the measurement target.

レーザーダイオード21の発光面と受光センサ32の受光面が同一面上にない場合、また、距離測定の基準面Pを異なる別の基準面P′に採用する場合は、以下のように求める必要がある。すなわち、図3(b)に示すように、基準面P′からレーザーダイオード21の発光面までの距離をD、基準面P′から受光センサ32の受光面までの距離をDとして、次式により求めることができる。

Figure 0007178790000002
When the light-emitting surface of the laser diode 21 and the light-receiving surface of the light-receiving sensor 32 are not on the same plane, or when the reference plane P for distance measurement is adopted as a different reference plane P', the following calculation is required. be. That is, as shown in FIG . 3B, the distance from the reference plane P' to the light emitting surface of the laser diode 21 is D1, and the distance from the reference plane P ' to the light receiving surface of the light receiving sensor 32 is D2. It can be obtained by the formula.
Figure 0007178790000002

一般に、回路上では信号の伝達に時間的な遅延が発生する。時間差計測部80で計測される時間差ΔTには、この遅延時間が含まれており、レーザー光の発光から受光までの正確な時間差を知るためには、ΔTに対してこの遅延時間を補正する必要がある。すなわち、発光タイミング信号S1の回路上の遅延時間をΔt、受光タイミング信号S2の回路上の遅延時間をΔtとすると、時間差計測部80が検出した時刻t、tと、レーザー光をレーザーダイオード21が発光、受光センサ32が受光した真の時刻t′、t′の間にはそれぞれ次の関係がある。

Figure 0007178790000003
In general, a time delay occurs in signal transmission on a circuit. This delay time is included in the time difference ΔT measured by the time difference measuring unit 80, and in order to know the accurate time difference from the emission of the laser light to the light reception, it is necessary to correct the delay time for ΔT. There is That is, when the circuit delay time of the light emission timing signal S1 is Δt 1 and the circuit delay time of the light reception timing signal S2 is Δt 2 , the times t 1 and t 2 detected by the time difference measuring unit 80 and the laser light are The following relationships exist between true times t 1 ′ and t 2 ′ at which the laser diode 21 emits light and the light receiving sensor 32 receives light.
Figure 0007178790000003

上記の関係から、レーザー光の発光から受光までの真の時間差ΔT′は、次式により求めることができる。

Figure 0007178790000004
From the above relationship, the true time difference .DELTA.T' from the emission of the laser beam to the reception of the laser beam can be obtained by the following equation.
Figure 0007178790000004

すなわち、前記の式2におけるΔTを上記のΔT′で置き換えることにより、正確に距離を算出することが可能である。

Figure 0007178790000005
That is, it is possible to accurately calculate the distance by replacing ΔT in the above equation 2 with the above ΔT'.
Figure 0007178790000005

式4からわかるように、発光タイミング信号S1の遅延時間Δtと、受光タイミング信号S2の遅延時間Δtが同じであれば、ΔTとΔT′は等しくなる。すなわち、遅延時間ΔtとΔtが同じになるように回路を構成することで、距離計測部71の計算上で前記の遅延時間Δt、Δtを無視するようにしても良い。 As can be seen from Equation 4 , if the delay time Δt1 of the light emission timing signal S1 and the delay time Δt2 of the light reception timing signal S2 are the same, ΔT and ΔT' are equal. That is, by configuring the circuit so that the delay times Δt 1 and Δt 2 are the same, the delay times Δt 1 and Δt 2 may be ignored in the calculation of the distance measuring unit 71 .

<姿勢検出>
以下では、距離測定装置1の姿勢を検出するために、姿勢検出部72で行う処理内容についての一例を示す。数式を扱う上で、スカラー量とベクトル量を区別するために、ベクトル量については「ベクトル」と明記し、数式中においては太字で表す。
<Posture detection>
An example of the processing performed by the posture detection unit 72 to detect the posture of the distance measuring device 1 will be described below. In order to distinguish between scalar quantities and vector quantities when dealing with mathematical formulas, vector quantities are specified as "vectors" and expressed in bold in the formulas.

距離測定装置1内における地磁気センサ91と加速度センサ92、それぞれがもつ座表系XYZは、図4に示すように、互いに方向が一致するように配置しているものとする。また、レーザー光の投射方向はX軸方向になるように配置しているものとする。また、距離測定装置1は3次元空間内で静止しており、加速度センサ92は重力ベクトルのみを検出しているものとする。 As shown in FIG. 4, it is assumed that the coordinate systems XYZ of the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 in the distance measuring device 1 are arranged in the same direction as each other. It is also assumed that the projection direction of the laser light is arranged in the X-axis direction. Also, it is assumed that the distance measuring device 1 is stationary in a three-dimensional space, and that the acceleration sensor 92 detects only the gravitational vector.

ただし、加速度センサ92が重力ベクトルのみを検出していれば、距離測定装置1が必ずしも静止している必要はない。すなわち、距離測定装置1が等速直線運動をしている場合であれば、以下の姿勢検出方法を適用することができる。 However, if the acceleration sensor 92 detects only the gravitational vector, the distance measuring device 1 does not necessarily have to be stationary. That is, if the distance measuring device 1 is in uniform linear motion, the following attitude detection method can be applied.

姿勢検出部72は、通信インターフェースを介して、地磁気センサ91から地磁気ベクトルを、加速度センサ92から重力ベクトルを、それぞれ取得する。各センサから出力されるデータは、各センサが検出するベクトルの座標系XYZに対する座標成分である。以下では、この地磁気ベクトル、重力ベクトルを、それぞれ地磁気ベクトルB、重力ベクトルGで表すことにする。 The attitude detection unit 72 acquires a geomagnetic vector from the geomagnetic sensor 91 and a gravitational vector from the acceleration sensor 92 via the communication interface. The data output from each sensor is the coordinate component of the vector detected by each sensor with respect to the coordinate system XYZ. In the following, the geomagnetic vector and the gravitational vector are represented by the geomagnetic vector B and the gravitational vector G, respectively.

座標系XYZは各センサ、ひいては距離測定装置1に固定された座標系であるため、距離測定装置1の姿勢変化に伴って、地表に対して動的な座標系である。そこで、各センサから得られる地磁気ベクトルBと重力ベクトルGを利用して、地表に対して静的な座標系を以下の手順で形成する。 Since the coordinate system XYZ is a coordinate system fixed to each sensor and thus to the distance measuring device 1, it is a dynamic coordinate system with respect to the ground surface as the posture of the distance measuring device 1 changes. Therefore, using the geomagnetic vector B and the gravitational vector G obtained from each sensor, a static coordinate system with respect to the earth's surface is formed by the following procedure.

地磁気ベクトルBと重力ベクトルGは、地表で考えるかぎり常に一次独立の関係にある。しかし、地磁気は地表に対して伏角をもつため、地磁気ベクトルBと重力ベクトルGは互いに直交関係にはない。そこで図5(a)に示すように、重力ベクトルGに垂直な平面Pを考え、その平面上への地磁気ベクトルBの射影ベクトルから地磁気ベクトルB′を求める。この方法はグラム・シュミットの直交化法としても知られており、以下の式により求めることができる。

Figure 0007178790000006
The geomagnetic vector B and the gravitational vector G are always linearly independent as far as the earth's surface is concerned. However, since the geomagnetism has an inclination with respect to the earth's surface, the geomagnetic vector B and the gravitational vector G are not orthogonal to each other. Therefore, as shown in FIG. 5(a), a plane PG perpendicular to the gravitational vector G is considered, and the geomagnetic vector B' is obtained from the projection vector of the geomagnetic vector B onto that plane. This method is also known as the Gram-Schmidt orthogonalization method, and can be obtained by the following equation.
Figure 0007178790000006

ここで、地磁気ベクトルBの射影ベクトルを長さが1となるように正規化したものを地磁気ベクトルB′、重力ベクトルGを長さが1となるように正規化したものを重力ベクトルG′としている。B・G′は地磁気ベクトルBと重力ベクトルG′の内積を、|G|は重力ベクトルGの絶対値を表す。上記の地磁気ベクトルB′は、地磁気ベクトルBと地表に対して同じ方向を向き、かつ重力ベクトルGと互いに直交関係にあるベクトルとなる。 Here, the projection vector of the geomagnetic vector B normalized to have a length of 1 is defined as a geomagnetic vector B', and the gravity vector G normalized to have a length of 1 is defined as a gravity vector G'. there is BG' represents the inner product of the geomagnetic vector B and the gravitational vector G', and |G| represents the absolute value of the gravitational vector G. The geomagnetic vector B' is directed in the same direction with respect to the earth's surface as the geomagnetic vector B, and is orthogonal to the gravitational vector G. As shown in FIG.

前記の地磁気ベクトルB′と重力ベクトルG′から、外積ベクトルNを次のように定義する。

Figure 0007178790000007
From the geomagnetic vector B' and the gravitational vector G', the outer product vector N is defined as follows.
Figure 0007178790000007

ここで、G′×B′は重力ベクトルG′と地磁気ベクトルB′との外積を表す。 Here, G'×B' represents the outer product of the gravitational vector G' and the geomagnetic vector B'.

上記の手順で求めた重力ベクトルG′、地磁気ベクトルB′、外積ベクトルNの3つのベクトルは、それぞれのベクトルの長さが1に正規化され、かつ互いに直交関係にあるベクトル群である。また、上記のベクトルG′、B′、Nは、地磁気ベクトルBと重力ベクトルGが地表に対して常に一定であるため、地表に対して静的なベクトル群である。そこで、上記のベクトルG′、B′、Nをそれぞれベクトルe′、e′、e′と書き直し、それぞれが指す方向をX′軸、Y′軸、Z′軸とすると、座標系X′Y′Z′は右手系の直交座標系を形成する。この座標系X′Y′Z′を距離測定装置1の新たな基準座標系として採用する。 The three vectors of the gravitational vector G', the geomagnetic vector B', and the outer product vector N obtained by the above procedure are a group of vectors whose lengths are normalized to 1 and which are orthogonal to each other. The above vectors G', B', and N are a static vector group with respect to the earth's surface because the geomagnetic vector B and the gravitational vector G are always constant with respect to the earth's surface. Therefore, if the above vectors G', B', and N are rewritten as vectors ex', ey', and ez', respectively, and the directions pointed by them are the X ', Y ', and Z ' axes, the coordinate system is X'Y'Z' form a right-handed orthogonal coordinate system. This coordinate system X'Y'Z' is employed as a new reference coordinate system for the distance measuring device 1. FIG.

上記の座標系の求め方は一例であり、この限りではない。たとえば、上記のベクトル群e′、e′、e′を空間回転したものを、新たな座標系として採用しても良い。また、必ずしも直交座標系である必要はなく、たとえば斜交座標系を採用しても良い。 The method of obtaining the above coordinate system is an example, and is not limited to this. For example, the above vector group e x ', ey ', and ez ' may be spatially rotated and adopted as a new coordinate system. Further, the orthogonal coordinate system is not necessarily required, and for example, an oblique coordinate system may be adopted.

前述のように、レーザー光の投射方向は各センサのX軸方向になるように配置している。したがって図5(b)のように、座標系X′Y′Z′におけるX軸方向の座標成分を求めれば、地表に対する装置の姿勢を知ることが可能である。 As described above, the projection direction of the laser light is arranged in the X-axis direction of each sensor. Therefore, as shown in FIG. 5(b), it is possible to know the posture of the device with respect to the ground surface by obtaining the coordinate component in the X-axis direction in the coordinate system X'Y'Z'.

以下では、座標系X′Y′Z′におけるX軸方向の座標成分の求め方について、一例を示す。センサ上の座標系XYZにおけるX軸、Y軸、Z軸方向の単位ベクトルを、それぞれベクトルe、e、eとする。このとき、3次元空間内の任意のベクトルRは座標系XYZにおいて、次のように表すことができる。

Figure 0007178790000008
An example of how to obtain the coordinate component in the X-axis direction in the coordinate system X'Y'Z' is shown below. Unit vectors in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions in the coordinate system XYZ on the sensor are assumed to be vectors e x , ey, and e z , respectively. At this time, any vector R in the three-dimensional space can be expressed as follows in the coordinate system XYZ.
Figure 0007178790000008

ここでR、R、Rはそれぞれ、ベクトルRのX軸、Y軸、Z軸方向の座標成分である。一方、ベクトルRは座標系X′Y′Z′において、次のように表すことができる。

Figure 0007178790000009
Here, R x , R y , and R z are coordinate components of the vector R in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively. On the other hand, the vector R can be expressed as follows in the coordinate system X'Y'Z'.
Figure 0007178790000009

ここでR′、R′、R′はそれぞれ、ベクトルRのX′軸、Y′軸、Z′軸方向の座標成分である。上記の式8と式9は、3次元空間内の同じベクトルRを表すため、それぞれの右辺を等式で置くことができる。

Figure 0007178790000010
Here, Rx ', Ry ', and Rz ' are coordinate components of the vector R in the X'-axis, Y'-axis, and Z'-axis directions, respectively. Since Equations 8 and 9 above represent the same vector R in three-dimensional space, the respective right-hand sides can be put in equations.
Figure 0007178790000010

上式を行列形式で書き直すと、次のようになる。

Figure 0007178790000011
Rewriting the above equation in matrix form, we get:
Figure 0007178790000011

ここで(e′e′e′)は、ベクトルe′、e′、e′を列ベクトルにもつ行列を表す。式11の左側から、行列(e′e′e′)の逆行列(e′e′e′)-1を掛けると次式が得られる。

Figure 0007178790000012
Here, (e x 'e y ' ez ') represents a matrix having vectors e x ', ey ', and ez ' as column vectors. Multiplying the inverse matrix (e x 'e y 'e z ') −1 of the matrix (e x 'e y 'e z ') from the left side of Equation 11 yields the following equation.
Figure 0007178790000012

これは、座標系XYZから座標系X′Y′Z′への座標変換式である。すなわち、座標系XYZで表されたベクトルの座標成分を、座標系X′Y′Z′で表したい場合は、上式に基づいて変換を行えば良い。 This is a coordinate conversion formula from the coordinate system XYZ to the coordinate system X'Y'Z'. That is, when the coordinate components of a vector represented by the coordinate system XYZ are desired to be represented by the coordinate system X'Y'Z', the transformation can be performed based on the above equations.

レーザー光の投射方向は座標系XYZのX軸方向であるため、式12においてR=1、R=0、R=0とすれば、座標系X′Y′Z′におけるX軸方向の座標成分が求められる。 Since the projection direction of the laser light is the X-axis direction of the coordinate system XYZ, if R x =1, R y =0, and R z =0 in Equation 12, the X-axis direction in the coordinate system X'Y'Z' is obtained.

以上説明した姿勢の検出方法、計算方法は一例であり、この限りではない。距離測定装置1の3次元空間における姿勢を、一意的に決定することができる構成、計算方法であれば良い。 The posture detection method and calculation method described above are merely examples, and are not limited to these. Any configuration and calculation method that can uniquely determine the posture of the distance measuring device 1 in the three-dimensional space may be used.

姿勢変化が仰角方向のみに限定される場合、すなわち、重力方向を軸として、その周りの回転方向の姿勢変化を無視できる場合は、加速度センサ92から取得した重力ベクトルGのみを使用して仰角方向の姿勢変化を検出することで、地磁気センサ91を省略する構成としても良い。また、姿勢変化が仰角方向のみに限定されない場合であっても、地磁気センサ91を用いずに、加速度センサ92のみを用いて重力方向を軸とする回転方向以外の方向への姿勢変化のみを算出することによって、姿勢変化を検出しない場合に比べて後述する2点間距離の算出精度を向上することができる。 When the attitude change is limited to the elevation direction, that is, when the attitude change in the rotation direction around the gravity direction can be ignored, only the gravity vector G obtained from the acceleration sensor 92 is used to change the elevation direction. It is also possible to omit the geomagnetic sensor 91 by detecting a change in posture. Even if the attitude change is not limited to the elevation direction, only the acceleration sensor 92 is used to calculate only the attitude change in directions other than the direction of rotation about the direction of gravity, without using the geomagnetic sensor 91. By doing so, it is possible to improve the calculation accuracy of the distance between two points, which will be described later, compared to the case where the posture change is not detected.

<変位検出>
以下では、距離測定装置1の静止状態からの変位を検出するために、変位検出部73で行う処理内容について説明する。本実施形態に係る距離測定装置1は、ユーザが手に持って使用することが可能である。また、後述する2点間の距離測定を行う際に、2点に対する直接距離測定を行う間に距離測定装置1が変位してしまうことがあり、特に距離測定装置1を手に持って使用する場合にそれが顕著となる。以下に説明する変位検出を行いその結果を用いることによって、2点間距離測定の精度を向上することができる。
<Displacement detection>
In the following, the details of the processing performed by the displacement detector 73 in order to detect the displacement of the distance measuring device 1 from its resting state will be described. The distance measuring device 1 according to this embodiment can be used by a user holding it in his or her hand. Also, when measuring a distance between two points, which will be described later, the distance measuring device 1 may be displaced while directly measuring the distance between the two points. case it becomes noticeable. By performing the displacement detection described below and using the results, the accuracy of the distance measurement between two points can be improved.

変位検出部73は、図2に示すように、通信インターフェースを介して、地磁気センサ91と加速度センサ92から一定の時間間隔Δtでそれぞれのデータを取得するものである。 As shown in FIG. 2, the displacement detection unit 73 acquires data from the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 via the communication interface at regular time intervals Δt.

前述のように、加速度センサ92から得られる情報は、図6(a)のようにセンサに印加される重力と加速度の合成ベクトルである。装置の変位を求めるためには、変位中に装置へ印加される加速度の時系列データが必要である。そのため、加速度センサ92から得られる情報から重力成分を除去し、加速度成分のみを抽出する必要がある。 As described above, the information obtained from the acceleration sensor 92 is a composite vector of gravity and acceleration applied to the sensor as shown in FIG. 6(a). In order to obtain the displacement of the device, time-series data of the acceleration applied to the device during displacement is required. Therefore, it is necessary to remove the gravity component from the information obtained from the acceleration sensor 92 and extract only the acceleration component.

以下では、加速度センサ92から得られる情報から重力成分を除去し、加速度の時系列データを抽出する方法について一例を示す。なお、時刻tにおける重力ベクトルをG(t)、加速度ベクトルをa(t)、加速度センサ92から得られる重力と加速度の合成ベクトルをM(t)、また、地磁気センサ91から得られる地磁気ベクトルをB(t)とする。 An example of a method of removing the gravity component from the information obtained from the acceleration sensor 92 and extracting time-series data of acceleration will be described below. The gravity vector at time t is G(t), the acceleration vector is a(t), the combined vector of gravity and acceleration obtained from the acceleration sensor 92 is M(t), and the geomagnetic vector obtained from the geomagnetic sensor 91 is B(t).

時刻tを、距離測定装置1が変位を始める直前の静止状態とする。このとき、加速度センサ92には距離測定装置1の変位による加速度が印加されていないため、加速度センサ92が検出する合成ベクトルM(t)は重力ベクトルG(t)に等しい。すなわち、次式が成り立つ。

Figure 0007178790000013
Let time t0 be a stationary state immediately before the distance measuring device 1 starts to be displaced. At this time, no acceleration due to the displacement of the distance measuring device 1 is applied to the acceleration sensor 92, so the combined vector M(t 0 ) detected by the acceleration sensor 92 is equal to the gravitational vector G(t 0 ). That is, the following formula holds.
Figure 0007178790000013

この重力ベクトルG(t)を変位検出部73内に記憶しておく。また、時刻tにおいて地磁気センサ91が検出した地磁気ベクトルB(t)もあわせて変位検出部73内に記憶しておく。 This gravitational vector G(t 0 ) is stored in the displacement detector 73 . Also, the geomagnetic vector B(t 0 ) detected by the geomagnetic sensor 91 at time t 0 is also stored in the displacement detector 73 .

からΔt秒後の時刻をtとする(t=t+Δt)。また、時刻tには、距離測定装置1は変位を始めていたとする。このとき、加速度センサ92には重力と加速度の両者が印加されており、その合成ベクトルM(t)を検出する。時刻tにおける加速度ベクトルa(t)は、このM(t)と重力ベクトルG(t)との差、すなわち、a(t)=M(t)-G(t)から求めることができる。しかし、重力ベクトルG(t)は未知量である。そこで、Δtを十分に短い時間とすると、装置の姿勢は時刻tからほとんど変化していないと考えることができる。すなわち、重力ベクトルG(t)はG(t)に等しいとみなすことができ、加速度ベクトルa(t)は次式で表すことができる。

Figure 0007178790000014
The time Δt seconds after t 0 is t 1 (t 1 =t 0 +Δt). It is also assumed that the distance measuring device 1 has started to displace at time t1. At this time, both gravity and acceleration are applied to the acceleration sensor 92, and the resultant vector M(t 1 ) is detected. The acceleration vector a(t 1 ) at time t 1 is the difference between this M(t 1 ) and the gravity vector G(t 1 ), that is, a(t 1 )=M(t 1 )−G(t 1 ) can be obtained from However, the gravitational vector G(t 1 ) is an unknown quantity. Therefore, if Δt is set to a sufficiently short time, it can be considered that the posture of the device has hardly changed since time t0 . That is, the gravitational vector G(t 1 ) can be considered equal to G(t 0 ), and the acceleration vector a(t 1 ) can be expressed by the following equation.
Figure 0007178790000014

しかし、実際には時刻tでの装置の姿勢は時刻tから変化しており、それにともなって時刻tでの重力ベクトルG(t)は、G(t)から変化していると考えられる。そこで、時刻tでの重力ベクトルG(t)を地磁気ベクトルB(t)の変化から予測する。 However, the attitude of the device at time t 1 actually changes from time t 0 , and accordingly the gravity vector G(t 1 ) at time t 1 changes from G(t 0 ). it is conceivable that. Therefore, the gravitational vector G(t 1 ) at time t 1 is predicted from changes in the geomagnetic vector B(t).

地表において、地磁気と重力の方向関係は本実施形態においては常に一定である。すなわち、時刻tからtの間における地磁気ベクトルB(t)の方向変化がわかれば、重力の方向変化も一意的に決定することができる。そこで図6(b)のように、地磁気ベクトルB(t)と重力ベクトルG(t)をそれぞれ、座標系XYZにもとづいた球座標表示で表すと、それぞれの天頂角θ(t)、θ(t)と方位角φ(t)、φ(t)は次式で表すことができる。

Figure 0007178790000015
On the earth's surface, the directional relationship between geomagnetism and gravity is always constant in this embodiment. That is, if the change in the direction of the geomagnetic vector B(t) between times t0 and t1 is known, the change in the direction of gravity can also be uniquely determined. Therefore, as shown in FIG. 6B, when the geomagnetic vector B(t) and the gravitational vector G(t) are expressed in spherical coordinates based on the coordinate system XYZ, the respective zenith angles θ B (t) and θ G (t) and azimuth angles φ B (t) and φ G (t) can be expressed by the following equations.
Figure 0007178790000015

ここで、B(t)、B(t)、B(t)は座標系XYZにおける地磁気ベクトルB(t)のX軸、Y軸、Z軸方向の座標成分、また、G(t)、G(t)、G(t)は座標系XYZにおける地磁気ベクトルG(t)のX軸、Y軸、Z軸方向の座標成分である。 Here, B x (t), B y (t), and B z (t) are the coordinate components of the geomagnetic vector B (t) in the X-, Y-, and Z-axis directions in the coordinate system XYZ, and G x ( t), G y (t), and G z (t) are coordinate components in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the geomagnetic vector G(t) in the coordinate system XYZ.

地磁気ベクトルB(t)の、時刻tからtの間における方向変化ΔθB0、ΔφB0は、それぞれ次式により求めることができる。

Figure 0007178790000016
Directional changes Δθ B0 and Δφ B0 of the geomagnetic vector B(t) between times t 0 and t 1 can be obtained by the following equations.
Figure 0007178790000016

これに伴って、重力ベクトルG(t)も時刻tからtの間に同様の方向変化を受けているはずである。すなわち、時刻tでの重力ベクトルの方向θ(t)、φ(t)は、それぞれ次式で表すことができる。

Figure 0007178790000017
Along with this, the gravitational vector G(t 0 ) should also undergo a similar change in direction from time t 0 to t 1 . That is, the directions θ G (t 1 ) and φ G (t 1 ) of the gravitational vector at time t 1 can be expressed by the following equations.
Figure 0007178790000017

式17から、重力ベクトルG(t)の座標系XYZにおける各座標成分は、(式15)の逆変換として次式により求めることができる。

Figure 0007178790000018
From Equation 17, each coordinate component of the gravitational vector G(t 1 ) in the coordinate system XYZ can be obtained by the following equation as an inverse transformation of Equation 15.
Figure 0007178790000018

ただし、ここで重力ベクトルG(t)の大きさは|G(t)|は、地表では常に一定であるとし、時刻tから変化していないとした。上記手順で求めた加速度ベクトルa(t)と重力ベクトルG(t)を、変位検出部73内に記憶しておく。 However, it is assumed here that the magnitude of the gravitational vector G(t) |G(t)| is always constant on the ground surface and does not change from time t0 . The acceleration vector a(t 1 ) and the gravitational vector G(t 1 ) obtained by the above procedure are stored in the displacement detector 73 .

からさらにΔt秒後の時刻をtとする(t=t+Δt)。このとき、加速度センサ92は、距離測定装置1に印加される重力と加速度の合成ベクトルM(t)を検出する。ここで、再びΔtが十分に短い時間であれば、装置の姿勢は時刻tから大きく変化していないと考えることができ、重力ベクトルG(t)はG(t)に等しいとみなすことができる。すなわち、時刻tに加速度センサ92が検出した加速度ベクトルa(t)は次式で表すことができる。

Figure 0007178790000019
The time Δt seconds after t 1 is t 2 (t 2 =t 1 +Δt). At this time, the acceleration sensor 92 detects the combined vector M(t 2 ) of the gravity and acceleration applied to the distance measuring device 1 . Here again, if Δt is a sufficiently short time, it can be considered that the attitude of the device has not changed significantly since time t 1 , and the gravitational vector G(t 2 ) is considered equal to G(t 1 ). be able to. That is, the acceleration vector a(t 2 ) detected by the acceleration sensor 92 at time t 2 can be expressed by the following equation.
Figure 0007178790000019

また、地磁気ベクトルB(t)の時刻tからtの間における方向変化ΔθB1、ΔφB1から、時刻tにおける重力ベクトルG(t)は以下のように求められる。

Figure 0007178790000020
Further, the gravitational vector G(t 2 ) at time t 2 is obtained as follows from the direction changes Δθ B1 and Δφ B1 of the geomagnetic vector B(t) between times t 1 and t 2 .
Figure 0007178790000020

上記手順で求めた加速度ベクトルa(t)と重力ベクトルG(t)を、変位検出部73内に記憶しておく。 The acceleration vector a(t 2 ) and the gravitational vector G(t 2 ) obtained by the above procedure are stored in the displacement detector 73 .

上記手順を時間間隔Δtで繰り返すことにより、加速度ベクトルa(t)と重力ベクトルG(t)の時系列データを得ることができる。一般に、時刻tでの加速度ベクトルa(t)、重力ベクトルG(t)は、以下のように表すことができる。

Figure 0007178790000021
Time-series data of the acceleration vector a(t) and the gravity vector G(t) can be obtained by repeating the above procedure at time intervals Δt. In general, the acceleration vector a( tn ) and the gravity vector G( tn ) at time tn can be expressed as follows.
Figure 0007178790000021

上記手順により得られた加速度ベクトルa(t)の時系列データから、距離測定装置1の時刻tからの変位を求める方法について、以下に一例を示す。一般に、加速度ベクトルa(t)と位置ベクトルx(t)は以下の微分方程式を満たしており、これを解くことにより加速度ベクトルa(t)に起因する位置ベクトルx(t)を求めることができる。

Figure 0007178790000022
An example of a method of obtaining the displacement from time t0 of the distance measuring device 1 from the time-series data of the acceleration vector a( tn ) obtained by the above procedure is shown below. In general, the acceleration vector a(t) and the position vector x(t) satisfy the following differential equation, which can be solved to obtain the position vector x(t) resulting from the acceleration vector a(t). .
Figure 0007178790000022

ここで、時刻tでは装置は静止していたため、初速度ベクトルは0である。また、静止状態からの相対的な変位を求めれば良いため、初期位置ベクトルについても0と置いて差し支えない。すなわち、速度ベクトルをv(t)とすると、以下の初期条件をもとに式22を解けば良い。

Figure 0007178790000023
Here, the initial velocity vector is 0 because the device was stationary at time t0. In addition, the initial position vector can also be set to 0, since it is only necessary to obtain the relative displacement from the stationary state. That is, assuming that the velocity vector is v(t), Equation 22 can be solved based on the following initial conditions.
Figure 0007178790000023

一般に、式22を位置ベクトルx(t)について解くためには、加速度ベクトルa(t)を時間tに関して2回積分を行う必要がある。しかし、いま得られている加速度ベクトルa(t)の情報は、時間間隔Δtの離散的な情報であるため、連続的な積分を実行することはできない。そこで、以下のように離散的な和によって解を求める。

Figure 0007178790000024
In general, solving Equation 22 for the position vector x(t) requires integrating the acceleration vector a(t) twice with respect to time t. However, the information on the acceleration vector a(t n ) currently obtained is discrete information at time intervals Δt, so continuous integration cannot be performed. Therefore, the solution is obtained by discrete summation as follows.
Figure 0007178790000024

ここでtは変位終了の時刻であり、nは時刻tからtまでの時間を時間間隔Δtで割った分割数である。式24から得られた解ベクトルx(t)が、求めるべき距離測定装置1についての静止状態からの変位である。以下、この解ベクトルx(t)をΔxと表すことにする。 Here, t is the displacement end time, and n is the division number obtained by dividing the time from t0 to t by the time interval Δt. The solution vector x(t) obtained from Equation 24 is the displacement from rest for the distance measuring device 1 to be determined. Hereinafter, this solution vector x(t) will be represented as Δx.

上記手順によって得られた変位ベクトルΔxは、座標系XYZから見た変位である。これを地表に対して静的な座標系X′Y′Z′から見た変位に置き換えるためには、式12によって、座標変換を行えば良い。すなわち、座標系X′Y′Z′から見た変位ベクトルをΔx′と表すと、次式により求めることができる。

Figure 0007178790000025
The displacement vector Δx obtained by the above procedure is the displacement viewed from the coordinate system XYZ. In order to replace this with the displacement seen from the static coordinate system X'Y'Z' with respect to the earth's surface, the coordinate transformation should be performed by Equation (12). That is, if the displacement vector viewed from the coordinate system X'Y'Z' is represented by .DELTA.x', it can be obtained by the following equation.
Figure 0007178790000025

上記の手順において、座標系XYZにおける変位ベクトルΔxを計算してから、座標系X′Y′Z′への座標変換を行い、変位ベクトルΔx′を求めたが、変位ベクトルΔx′を求める方法はこの限りではない。たとえば、加速度ベクトルa(t)について先に座標系X′Y′Z′への座標変換を行った上で、その積分(あるいは級数)計算を行っても良い。すなわち、座標系X′Y′Z′における加速度ベクトルと速度ベクトルを、それぞれa′(t)、v′(t)として、次式のように計算しても同様に変位ベクトルΔx′を求めることができる。

Figure 0007178790000026
In the above procedure, after calculating the displacement vector Δx in the coordinate system XYZ, coordinate conversion to the coordinate system X'Y'Z' was performed to obtain the displacement vector Δx'. This is not the case. For example, the acceleration vector a(t n ) may be coordinate-transformed into the coordinate system X'Y'Z' first, and then the integral (or series) calculation may be performed. That is, if the acceleration vector and the velocity vector in the coordinate system X'Y'Z' are set to a'( tn ) and v'( tn ), respectively, the displacement vector Δx' can be similarly calculated as follows: can ask.
Figure 0007178790000026

また、変位検出部73は地磁気センサ91、および加速度センサ92から、一定の時間間隔Δtでデータを読み取るとしたが、一定である必要はない。変位ベクトルx(t)を求めるために十分に短い時間間隔であれば、Δtの幅を任意に選んでも良い。この場合、時刻tからの時間間隔Δtを時系列で変位検出部73内に記憶しておき、式24を以下のように変更して計算を行えば良い。

Figure 0007178790000027
Also, although the displacement detection unit 73 reads data from the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 at a constant time interval Δt, it does not have to be constant. The width of Δt may be chosen arbitrarily as long as the time interval is short enough to determine the displacement vector x(t). In this case, the time interval Δt i from the time t 0 is stored in time series in the displacement detection unit 73, and the calculation is performed by changing the equation 24 as follows.
Figure 0007178790000027

また上記手順において、任意の時刻における重力ベクトルG(t)を予測するために、地磁気ベクトルB(t)の時間的な方向変化を用いたが、予測方法はこの限りではない。たとえば、距離測定装置1にジャイロセンサを設けることで、装置の角加速度をあわせて取得し、その情報から重力ベクトルG(t)の方向を予測する構成としても良い。 In the above procedure, temporal change in the direction of the geomagnetic vector B(t) is used to predict the gravitational vector G(t) at an arbitrary time, but the prediction method is not limited to this. For example, by providing the distance measuring device 1 with a gyro sensor, the angular acceleration of the device may also be obtained, and the direction of the gravitational vector G(t) may be predicted from that information.

<2点間距離測定>
以下では、前述の『直接距離測定』、『姿勢検出』、『変位検出』を応用して、3次元空間内の任意の2点間距離を算出するために、2点間距離算出部74で行う処理内容について、図7をもとに説明する。測定対象となる3次元空間内の2点をそれぞれA点、B点とする。
<Distance measurement between two points>
Below, in order to calculate the distance between any two points in the three-dimensional space by applying the aforementioned "direct distance measurement", "attitude detection", and "displacement detection", the distance between two points calculation unit 74 Details of the processing to be performed will be described with reference to FIG. Two points in the three-dimensional space to be measured are defined as points A and B, respectively.

まず、距離測定装置1によってA点までの直接距離を測定する。このときの3次元空間における装置の位置をOとする。O点からA点までの距離は『直接距離測定』で述べた方法によって測定することができる。また同時に、『姿勢検出』で述べた方法によって、地表に対して静的な座標系X′Y′Z′における装置の姿勢も検出することができる。これにより、O点からA点に向かうA点距離ベクトルrを求めることができる。 First, the direct distance to point A is measured by the distance measuring device 1 . Let O be the position of the device in the three-dimensional space at this time. The distance from point O to point A can be measured by the method described in "Direct Distance Measurement". At the same time, the attitude of the device in the static coordinate system X'Y'Z' with respect to the ground can also be detected by the method described in "Attitude Detection". Thus, the A-point distance vector rA from the O point to the A point can be obtained.

次に、距離測定装置1によってB点までの直接距離を測定する。しかし、装置をB点の方向に向ける際、B点の測定基準位置は、先ほどA点を測定した時の基準位置Oから一般にずれている。このO点からのずれを、『変位検出』で述べた方法によって検出する。いま、装置の方向をA点からB点に向けたことにより、3次元空間における装置の位置がO点からO′点にずれたとすると、O点からO′点に向かうベクトルは、まさに『変位検出』で求めた変位ベクトルΔx′そのものである。 Next, the direct distance to point B is measured by the distance measuring device 1 . However, when pointing the device toward point B, the measurement reference position of point B is generally displaced from the reference position O when point A was measured earlier. This deviation from the O point is detected by the method described in "Displacement detection". Now, if the direction of the device is directed from point A to point B, and the position of the device in the three-dimensional space shifts from point O to point O', then the vector from point O to point O' is exactly the "displacement Detection” is the displacement vector Δx′ itself.

ここで、装置の位置をO点、O’点としたが、実際には、『直接距離測定』を行う距離計測部71の位置をO点、O’点とすることが好ましい。すなわち、変位検出としては、距離計測部71の変位を検出することが望ましい。すなわち、『変位検出』を行う加速度センサ92の位置と距離計測部71とを、例えば距離測定装置1におけるY軸方向に重なる位置に隣接して配置することによって、距離計測部71の変位を算出しても良い。また、距離測定装置1内における距離計測部71と加速度センサ92との相対的な位置に基づいて、加速度センサ92が検出した変位から、距離計測部71の変位を算出して用いても良い。 Here, the positions of the device are the points O and O', but in practice, it is preferable to use the points O and O' as the positions of the distance measuring section 71 that performs "direct distance measurement". That is, it is desirable to detect the displacement of the distance measuring section 71 as the displacement detection. That is, the displacement of the distance measuring unit 71 is calculated by arranging the position of the acceleration sensor 92 that performs "displacement detection" and the distance measuring unit 71, for example, adjacent to the position where they overlap in the Y-axis direction in the distance measuring device 1. You can Further, based on the relative positions of the distance measuring section 71 and the acceleration sensor 92 in the distance measuring device 1, the displacement of the distance measuring section 71 may be calculated from the displacement detected by the acceleration sensor 92 and used.

上記を踏まえて、O′点からB点までの直接距離を測定する。O点からA点までの直接距離を測定したときと同様に、『直接距離測定』によってO′点からB点までの距離を、『姿勢検出』によって座標系X′Y′Z′における装置の姿勢をそれぞれ検出し、O′点からB点に向かうB点距離ベクトルrを求める。 Based on the above, the direct distance from point O' to point B is measured. In the same way as when measuring the direct distance from point O to point A, the distance from point O' to point B is measured by "direct distance measurement", and the device in the coordinate system X'Y'Z' is measured by "posture detection". The postures are detected respectively, and the B-point distance vector rB from the O' point to the B point is obtained.

上記で求めた3つのベクトルr、Δx′、rを利用すると、図7から2点間距離ABは次式により求められることがわかる。

Figure 0007178790000028
Using the three vectors r A , Δx' and r B obtained above, it can be seen from FIG. 7 that the distance AB between two points can be obtained by the following equation.
Figure 0007178790000028

式27の計算は、各ベクトルの成分の和を求めてから絶対値をとっても良いし、ベクトルの内積を利用して、以下のように計算しても良い。

Figure 0007178790000029
The calculation of Equation 27 may be performed by calculating the sum of the components of each vector and then taking the absolute value, or by using the inner product of the vectors and calculating as follows.
Figure 0007178790000029

<2点間角度測定>
以下では、前述の『直接距離測定』、『姿勢検出』を応用して、3次元空間内の任意の2点をなす角度を算出するために、2点間角度算出部75で行う処理内容について、図8をもとに説明する。測定対象となる3次元空間内の2点をそれぞれA点、B点とする。
<Angle measurement between two points>
In the following, by applying the aforementioned "direct distance measurement" and "posture detection", the details of the processing performed by the angle calculation unit 75 between two points in order to calculate the angle formed by any two points in the three-dimensional space will be described. , will be described with reference to FIG. Two points in the three-dimensional space to be measured are defined as points A and B, respectively.

まず、距離測定装置1によってA点までの直接距離を測定する。このときの3次元空間における装置の位置をOとする。座標系X′Y′Z′におけるO点からA点に向かうA点距離ベクトルrは、『2点間距離測定』で述べた方法と同様に求めることができる。 First, the direct distance to point A is measured by the distance measuring device 1 . Let O be the position of the device in the three-dimensional space at this time. The A-point distance vector rA from point O to point A in the coordinate system X'Y'Z' can be obtained in the same manner as described in "Measurement of distance between two points".

次に、距離測定装置1によってB点までの直接距離を測定する。このときの装置の3次元空間内の位置をO′とする。座標系X′Y′Z′におけるO′点からB点に向かう距離ベクトルrについても、上記と同様に求めることができる。 Next, the direct distance to point B is measured by the distance measuring device 1 . Let O' be the position of the device in the three-dimensional space at this time. A distance vector rB from point O' to point B in the coordinate system X'Y'Z' can also be obtained in the same manner as described above.

上記で求めた2つのベクトルr、rを利用すると、3次元空間において2つのベクトルr、rがなす角度、すなわち、2直線OA、O’Bがなす角度θは、図8からベクトルの内積計算により、次のように求められることがわかる。

Figure 0007178790000030
Using the two vectors r A and r B obtained above, the angle formed by the two vectors r A and r B in the three-dimensional space, that is, the angle θ formed by the two straight lines OA and O'B, can be obtained from FIG. It can be seen from the vector inner product calculation that it is obtained as follows.
Figure 0007178790000030

ここで、rAx、rAy、rAzは距離ベクトルrのX′軸、Y′軸、Z′軸方向の座標成分、また、rBx、rBy、rBzは距離ベクトルrのX′軸、Y′軸、Z′軸方向の座標成分である。 Here, r Ax , r Ay , and r Az are coordinate components in the X'-, Y'-, and Z'-axis directions of the distance vector r A , and r Bx , r By , and r Bz are the X coordinates of the distance vector r B . '-axis, Y'-axis, and Z'-axis coordinate components.

上記の説明において、装置をA点からB点に向ける際に伴う、測定基準位置の変位(O点からO′点に向かう変位ベクトルΔx′)を考慮しなかったが、『2点間距離測定』の場合と同様に、変位ベクトルΔx′を考慮に入れて、O点でのOA、OBがなす角度、あるいは、O′点でのO′A、O′Bがなす角度を計算する仕様としても良い。このとき、O点でのOA、OBがなす角度θを計算する場合はベクトルrとΔx′+rの内積を、O′点でのO′A、O′Bがなす角度θを計算する場合はベクトルr-Δx′とrの内積を、式29と同様の手順で計算すれば良い。 In the above explanation, the displacement of the measurement reference position (displacement vector Δx' from point O to point O') that accompanies turning the device from point A to point B was not considered. ], taking into account the displacement vector Δx', the specification for calculating the angle formed by OA and OB at point O or the angle formed by O'A and O'B at point O' is Also good. At this time, when calculating the angle θ1 formed by OA and OB at point O, the inner product of vectors rA and Δx' + rB is calculated, and the angle θ2 formed by O'A and O'B at point O' is When calculating, the inner product of vectors r A −Δx′ and r B should be calculated in the same procedure as in Equation (29).

<動作モード:直接距離測定モード>
以下、制御部70によって制御される距離測定装置1の動作モードについて説明する。本実施形態に係る距離測定装置1は、動作モードの一例として直接距離測定モードを有する。
<Operation mode: Direct distance measurement mode>
The operation modes of the distance measuring device 1 controlled by the control section 70 will be described below. The distance measurement device 1 according to this embodiment has a direct distance measurement mode as an example of an operation mode.

制御部70に対し、直接距離測定モードでの動作指示が、操作部40に対する操作入力にもとづいて入力されると、制御部70が距離測定装置1を直接距離測定モードに設定する。制御部70は操作部40からの操作入力にもとづいて、直接距離を測定するために以下の制御を行う。 When an operation instruction in the direct distance measurement mode is input to the control unit 70 based on an operation input to the operation unit 40, the control unit 70 sets the distance measurement device 1 to the direct distance measurement mode. Based on the operation input from the operation unit 40, the control unit 70 performs the following control for direct distance measurement.

ユーザは距離測定装置1を測定対象点に向けて、操作部40からレーザー光の投射指示を行う。制御部70は前記の指示を受けて、投射部20へ発光制御信号を出力し、投射部からレーザー光を測定対象点に向けて投射する。なお、この段階では直接距離の測定は行わないものとする。 The user directs the distance measuring device 1 toward the point to be measured and instructs the projection of the laser beam from the operation unit 40 . In response to the above instruction, the control unit 70 outputs a light emission control signal to the projection unit 20, and projects a laser beam from the projection unit toward the point to be measured. Note that direct distance measurement is not performed at this stage.

ユーザは測定対象点に映るレーザー光の照射点を確認しながら、真に測定したい位置を定める。その上で、操作部40から直接距離の測定実行指示を行う。制御部70は前記の指示を受けて、『直接距離測定』で述べた方法によって、測定対象点までの直接距離の測定を実行する。 The user determines the position to be measured while confirming the irradiation point of the laser beam reflected on the measurement target point. After that, the user directly issues a distance measurement execution instruction from the operation unit 40 . Upon receiving the above instruction, the control unit 70 measures the direct distance to the point to be measured by the method described in "Direct distance measurement".

測定した直接距離の結果は、表示部50へ表示することによって、ユーザへ通知する。ユーザは表示された結果を確認して、再度測定を行いたい場合はレーザー光の投射指示を、また、測定を終了したい場合は直接距離測定モードの終了指示を、操作部40から行う。 The result of the measured direct distance is displayed on the display unit 50 to notify the user. The user confirms the displayed result, and if he wants to perform measurement again, he gives an instruction to project the laser beam, and if he wants to finish the measurement, he gives an instruction to end the direct distance measurement mode from the operation unit 40 .

上記の説明において、直接距離の測定を「レーザー光の投射」と「距離の測定実行」の2段階のステップに分け、2段階の指示をユーザへ求めるようにしたが、この限りではない。たとえば、一定の時間間隔で「レーザー光の投射」と「距離の測定実行」を自動で繰り返すことで、連続的に直接距離の測定を行い、測定結果をリアルタイムに表示部50に表示する仕様としても良い。 In the above description, the direct distance measurement is divided into two steps of "laser beam projection" and "distance measurement execution", and the user is requested to give two steps of instructions, but this is not the only option. For example, by automatically repeating "projection of laser light" and "execution of distance measurement" at regular time intervals, the distance is continuously measured directly, and the measurement results are displayed on the display unit 50 in real time. Also good.

また、「レーザー光の投射」と「距離の測定実行」の2段階のステップは、操作部40の1つのスイッチによって指示するように構成しても良い。たとえば、スイッチを押し続けることで「レーザー光の投射」指示を行い、スイッチを離したタイミングで「距離の測定実行」指示を行う構成としても良い。これにより、レーザー光を常時投射し続けることがなくなり、ユーザや周囲の人の目にレーザー光を晒し続ける危険性を回避することができると共に、スイッチを押下する操作としては1度の操作で距離測定を実行することができ、操作性が向上する。 Further, the two steps of “projection of laser light” and “execution of distance measurement” may be instructed by one switch of the operation unit 40 . For example, a configuration may be adopted in which the "laser beam projection" instruction is given by keeping the switch pressed, and the "distance measurement execution" instruction is given when the switch is released. As a result, the laser beam does not continue to be projected all the time, and the danger of continuously exposing the laser beam to the eyes of the user and surrounding people can be avoided. Measurement can be performed and operability is improved.

また、「レーザー光の投射」を指示後、一定時間「距離の測定実行」が行われなかった場合、レーザー光の投射を停止する構成としても良い。これにより、上記と同様の危険性を回避できると同時に、レーザー光を投射し続けることによる電源部61の電力消費を低減することができる。 In addition, the projection of the laser light may be stopped when the "execution of the distance measurement" is not performed for a certain period of time after the "projection of the laser light" is instructed. As a result, the same danger as described above can be avoided, and at the same time, the power consumption of the power supply unit 61 due to continuous projection of the laser beam can be reduced.

また、1回の「距離の測定実行」指示に対して、複数回の測定を実行し、その平均値を制御部70内で算出して表示する構成としても良い。これにより、測定結果のバラつきを抑えることが可能である。また、この測定回数を操作部40からの操作によって、設定できる構成としても良い。 Further, it is also possible to adopt a configuration in which a plurality of measurements are performed in response to one instruction to “execute measurement of distance”, and the average value thereof is calculated within the control section 70 and displayed. This makes it possible to suppress variations in measurement results. Further, the configuration may be such that the number of measurements can be set by operating the operation unit 40 .

また、距離測定装置1にスピーカーやブザーなどの発音部を設ける構成としても良い。これにより、ユーザへの測定完了通知を表示部50に表示するだけでなく、聴覚的に通知することで、ユーザは表示部50を確認せずに測定完了を認識することができる。 Also, the distance measuring device 1 may be configured to have a sound generating unit such as a speaker or a buzzer. As a result, not only is the notification of measurement completion to the user displayed on the display unit 50 , but also an auditory notification is given, so that the user can recognize the completion of measurement without checking the display unit 50 .

また、距離測定装置1にLEDなどのランプを設ける構成としても良い。たとえば青色と赤色のLEDを搭載することにより、測定が正常に完了すれば青色LEDを点灯、測定中に異常が発生すれば赤色LEDを点滅するなど、ユーザへの視認性を向上することができる。 Moreover, it is good also as a structure which provides lamps, such as LED, in the distance measuring device 1. FIG. For example, by installing blue and red LEDs, it is possible to improve visibility for the user by lighting the blue LED when the measurement is completed normally, and blinking the red LED when an error occurs during the measurement. .

<動作モード:2点間距離測定モード>
本実施形態に係る距離測定装置1は、動作モードの一例として2点間距離測定モードを有する。本動作モードの測定方法は、前記の『2点間距離測定』に準ずる。
<Operation mode: Distance measurement mode between two points>
The distance measurement device 1 according to this embodiment has a two-point distance measurement mode as an example of an operation mode. The measurement method in this operation mode conforms to the above-mentioned "distance measurement between two points".

制御部70に対し、2点間距離測定モードでの動作指示が、操作部40に対する操作入力にもとづいて入力されると、制御部70が距離測定装置1を2点間距離測定モードに設定する。制御部70は操作部40からの操作入力にもとづいて、3次元空間における2点間距離を測定するために以下の制御を行う。 When an operation instruction in the two-point distance measurement mode is input to the control unit 70 based on an operation input to the operation unit 40, the control unit 70 sets the distance measurement device 1 to the two-point distance measurement mode. . Based on the operation input from the operation unit 40, the control unit 70 performs the following control to measure the distance between two points in the three-dimensional space.

ユーザは距離測定装置1を、1点目の測定対象点に向けて、直接距離測定モードと同様の手順により測定を行う。このとき、測定結果を表示部50へ表示することによって、ユーザへ1点目の測定が完了したことを通知する。 The user directs the distance measuring device 1 to the first point to be measured, and performs measurement in the same procedure as in the direct distance measurement mode. At this time, by displaying the measurement result on the display unit 50, the user is notified that the measurement of the first point has been completed.

また、1点目の測定実行と同時に『変位検出』の機能を有効にし、1点目の測定位置からの、3次元空間における距離測定装置1の変位を検出する。 At the same time as the measurement of the first point is executed, the "displacement detection" function is enabled to detect the displacement of the distance measuring device 1 in the three-dimensional space from the measurement position of the first point.

ユーザは距離測定装置1を、2点目の測定対象点に向けて、直接距離測定モードと同様の手順により測定を行う。このとき、「レーザー光の投射」ステップ中は『変位検出』機能を継続して有効にしておき、「距離の測定実行」指示がなされたことに基づいて終了する。これにより、『2点間距離測定』で詳述した、O点からO′点までの変位ベクトルΔx′を正確に検出することができる。 The user directs the distance measuring device 1 to the second point to be measured, and performs measurement in the same procedure as in the direct distance measurement mode. At this time, the 'displacement detection' function is kept valid during the 'projection of laser light' step, and the process ends based on the instruction to 'execute distance measurement'. This makes it possible to accurately detect the displacement vector Δx' from the point O to the point O', which was described in detail in "Measurement of distance between two points".

2点目の測定結果、および2点間距離の測定結果を、表示部50へ表示することによって、ユーザへ測定が完了したことを通知する。ユーザは表示された結果を確認して、再度測定を行いたい場合は1点目の測定開始指示を、また、測定を終了したい場合は2点間距離測定モードの終了指示を、操作部40から行う。 By displaying the measurement result of the second point and the measurement result of the distance between the two points on the display unit 50, the completion of the measurement is notified to the user. The user confirms the displayed result, and if he/she wants to measure again, instructs to start measuring the first point. conduct.

本動作モードは、『変位検出』機能の有効/無効を、操作部40から選択できる機能を有する。これにより、たとえばO点とO′点が一致することが保証されている場合などに、式28における距離測定装置1の変位ベクトルΔx′を0とおくことができ、制御部70での処理内容を軽減できる。このとき、式29は以下の余弦定理へ帰着し、式31のようになる。

Figure 0007178790000031
This operation mode has a function of enabling/disabling the “displacement detection” function to be selected from the operation unit 40 . As a result, the displacement vector Δx' of the distance measuring device 1 in the equation 28 can be set to 0 when, for example, it is guaranteed that the points O and O' coincide with each other. can be reduced. At this time, Equation 29 is reduced to the following cosine theorem, resulting in Equation 31.
Figure 0007178790000031

上記の2点間距離測定モードについて、動作フローチャートを図9に示す。距離測定装置1に2点間距離測定モードが設定されると、ステップF1において、測定回数を数える測定カウンタNを0に初期化し、操作部40へレーザー投射指示が入力されるのを待機する(ステップF2)。 FIG. 9 shows an operational flow chart for the two-point distance measurement mode. When the distance measurement device 1 is set to the distance measurement mode between two points, in step F1, a measurement counter N that counts the number of measurements is initialized to 0, and the input of a laser projection instruction to the operation unit 40 is awaited ( step F2).

操作部40によってレーザー投射指示が入力されると、レーザー光の投射を実行し(ステップF3)、次にステップF4において、操作部40へ距離測定実行指示が入力されるのを待機する。 When the operation unit 40 inputs a laser projection instruction, the laser beam is projected (step F3), and then in step F4, the operation unit 40 waits for a distance measurement execution instruction to be input.

距離測定実行指示を受けると、測定カウンタNをインクリメントする(ステップF5)。インクリメントした結果、Nが1の場合(1点目の測定の場合)は、変位検出を開始し(ステップF7)、地磁気センサ91及び加速度センサ92を用いて距離測定装置1の3次元空間における変位の検出を開始する。インクリメントした結果、Nが2の場合(2点目の測定の場合)は、変位検出機能を終了し(ステップF8)、ステップF7で変位検出を開始してからの変位量を算出する。 When the distance measurement execution instruction is received, the measurement counter N is incremented (step F5). As a result of the increment, when N is 1 (in the case of the first measurement), displacement detection is started (step F7), and the displacement of the distance measuring device 1 in the three-dimensional space using the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 is detected. start detecting. As a result of the increment, when N is 2 (in the case of the measurement of the second point), the displacement detection function is terminated (step F8), and the amount of displacement after the start of displacement detection is calculated in step F7.

そして、ステップF9において距離計測部71によってN点目の距離測定を実行し、その測定結果を表示部50へ表示する(ステップF10)。このとき、距離計測部71によって距離の計測を開始するのと同時に地磁気センサ91を用いて距離計測部71の姿勢を検出する。 Then, in step F9, the distance measurement unit 71 executes the N-th distance measurement, and displays the measurement result on the display unit 50 (step F10). At this time, the posture of the distance measuring unit 71 is detected using the geomagnetic sensor 91 at the same time when the distance measuring unit 71 starts measuring the distance.

この時点で測定カウンタNの値が2の場合、すなわち、2点間距離の対象となる2点の測定が完了した場合は、2点間距離の算出を行い(ステップF12)、その結果も併せて表示部50へ表示する(ステップF13)。測定カウンタNの値が1の場合、すなわち、まだ1点目の測定しか完了していない場合は、ステップF2へ戻り、2点目の測定サイクルの実行を待機する。ここで、上述したように、2点目の測定指示、すなわち本動作モードにおいてはレーザー投射指示が所定時間の間なされない場合には、2点間距離測定モードを終了するようにしても良い。 At this time, if the value of the measurement counter N is 2, that is, if the measurement of the two points to be the distance between the two points is completed, the distance between the two points is calculated (step F12), and the result is also included. is displayed on the display unit 50 (step F13). If the value of the measurement counter N is 1, that is, if only the measurement for the first point has been completed, the process returns to step F2 and waits for execution of the measurement cycle for the second point. Here, as described above, the two-point distance measurement mode may be ended when the second point measurement instruction, that is, the laser projection instruction in this operation mode is not given for a predetermined period of time.

ステップF14において、操作部40へ継続測定指示がない場合は、2点間距離測定モードを終了する。継続測定指示があった場合は、ステップF1へ戻り、上記のステップを繰り返す。なお、ステップF14において、ステップF2に相当する操作部40へのレーザー投射指示を受け付けたことを以って、継続測定指示があったと判定し、測定カウンタNを初期化(ステップS1)し、そのままステップF3に進んでも良い。 In step F14, if there is no continuous measurement instruction to the operation unit 40, the two-point distance measurement mode is terminated. If there is a continuous measurement instruction, the process returns to step F1 and repeats the above steps. In step F14, it is determined that there has been a continuous measurement instruction by receiving a laser projection instruction to the operation unit 40 corresponding to step F2, and the measurement counter N is initialized (step S1) and left as it is. You may proceed to step F3.

<動作モード:2点間角度測定モード>
本実施形態に係る距離測定装置1は、動作モードの一例として2点間角度測定モードを有する。本動作モードの測定方法は、上述した『2点間角度測定』に準ずる。
<Operation mode: Angle measurement mode between two points>
The distance measuring device 1 according to this embodiment has a two-point angle measurement mode as an example of an operation mode. The measurement method in this operation mode conforms to the above-described "angle measurement between two points".

制御部70に対し、2点間角度測定モードでの動作指示が、操作部40に対する操作入力にもとづいて入力されると、制御部70が距離測定装置1を2点間角度測定モードに設定する。制御部70は操作部40からの操作入力にもとづいて、3次元空間における2点がなす角度を測定するために以下の制御を行う。 When an operation instruction in the two-point angle measurement mode is input to the control unit 70 based on an operation input to the operation unit 40, the control unit 70 sets the distance measuring device 1 to the two-point angle measurement mode. . Based on the operation input from the operation unit 40, the control unit 70 performs the following control to measure the angle formed by two points in the three-dimensional space.

測定手順は、基本的に2点間距離測定モードと同様である。すなわち、ユーザはまず、距離測定装置1を1点目の測定対象点に向けて測定を行い、距離測定装置1を2点目の測定対象点に向けて測定を行う。 The measurement procedure is basically the same as the distance measurement mode between two points. That is, the user first directs the distance measuring device 1 to the first point to be measured, and then directs the distance measuring device 1 to the second point to be measured.

2点それぞれの測定結果、および2点間をなす角度の算出結果を、表示部50へ表示することによって、ユーザへ測定が完了したことを通知する。ユーザは表示された結果を確認して、再度測定を行いたい場合は1点目の測定開始指示を、また、測定を終了したい場合は2点間角度測定モードの終了指示を、操作部40から行う。 By displaying the measurement result of each of the two points and the calculation result of the angle formed between the two points on the display unit 50, the user is notified of the completion of the measurement. The user confirms the displayed result, and if he/she wants to measure again, instructs to start measuring the first point, and if he/she wants to finish the measurement, he/she gives an instruction to end the angle measurement mode between two points from the operation unit 40. conduct.

本動作モードは、測定角度の対象を操作部40から選択できる機能を有する。『2点間角度測定』において詳述したように、算出する角度の対象として、O点での直線OA、OBがなす角度、O′点での直線O′A、O′Bがなす角度、変位ベクトルΔx′を無視したrとrの相対角度、が考えられる。これが選択できることにより、ユーザは所望の角度を測定することができる。なお、これらの角度を選択可能にしても良いし、すべてまたは一部を表示部50に表示するようにしても良い。また、複数の算出角度を組み合わせた結果を表示しても良く、例えば平均値を表示しても良い。また、これらの場合、変位ベクトルΔx′が所定値を超える場合には、エラーを表示するようにしても良い。測定し直すことで変位ベクトルΔx′が所定値を下回るようにすることで、角度の算出精度を向上することができる。 This operation mode has a function of selecting the target of the angle to be measured from the operation unit 40 . As described in detail in "Angle measurement between two points", the angles to be calculated are the angle formed by straight lines OA and OB at point O, the angle formed by straight lines O'A and O'B at point O', A relative angle between r A and r B ignoring the displacement vector Δx' is considered. This selectability allows the user to measure the desired angle. These angles may be selectable, or all or part of them may be displayed on the display unit 50 . Moreover, the result of combining a plurality of calculated angles may be displayed, for example, an average value may be displayed. In these cases, an error may be displayed when the displacement vector .DELTA.x' exceeds a predetermined value. By making the displacement vector Δx' fall below a predetermined value by re-measuring, the accuracy of angle calculation can be improved.

また本動作モードは、角度だけに限らず、図7に示すような3つのベクトルr、Δx′、rで閉じた図形の任意の角度を測定できる構成としても良い。これにより、ユーザはr、Δx′、rで閉じた図形において、知りたい角度部分を選択することにより、所望の角度を測定することができる。なお、表示部50にこの閉じた図形自体を表示して、それぞれの角度の一部または全部を表示するようにしても良い。 In addition, this operation mode is not limited to angles, and may be configured to measure arbitrary angles of a closed figure with three vectors r A , Δx′, and r B as shown in FIG. 7 . Thereby, the user can measure a desired angle by selecting an angle portion to be known in a figure closed by r A , Δx′, and r B . It should be noted that the closed figure itself may be displayed on the display unit 50 to display part or all of each angle.

(第2実施形態)
<外部機器からの自動制御の例>
本実施形態においては、距離測定装置1に外部機器との通信機能を搭載可能にした場合の他の制御態様を以下に説明する。ここでの外部機器とは、PC、スマートフォン、タブレット端末、またシーケンサをはじめとした各種産業用電子機器などが挙げられる。以下の説明においては、第1実施形態と異なる部分のみ説明し、それ以外の説明は省略する。
(Second embodiment)
<Example of automatic control from an external device>
In this embodiment, another control mode when the distance measuring device 1 can be equipped with a communication function with an external device will be described below. The external devices here include PCs, smart phones, tablet terminals, and various industrial electronic devices such as sequencers. In the following description, only parts different from the first embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.

この態様においては、距離測定装置1は内部構成として外部機器との通信インターフェース部を備え、制御部70によって管理、制御される。この通信インターフェース部としては、USBをはじめとした有線通信や、Wi-Fiをはじめとした無線通信が含まれる。また通信プロトコルは、MODBUS(登録商標)など産業用電子機器との接続手段として一般的なものを採用しても良いし、独自のプロトコルを作成して採用しても良い。 In this aspect, the distance measuring device 1 has a communication interface section with an external device as an internal configuration, and is managed and controlled by the control section 70 . The communication interface includes wired communication such as USB and wireless communication such as Wi-Fi. Moreover, as a communication protocol, a common protocol such as MODBUS (registered trademark) as a connection means with industrial electronic equipment may be adopted, or a unique protocol may be created and adopted.

制御部70には、距離測定装置1の各種制御に対応したコマンド群が用意されるように構成しても良い。これにより、外部機器は所望の制御に対応した指示コマンドを距離測定装置1に送信することで、距離測定装置1の任意の制御が行えるように構成しても良い。たとえば、「直接距離の測定実行」や、「測定結果の読み出し」などの制御指示を用意しても良い。 The control unit 70 may be configured to prepare a command group corresponding to various controls of the distance measuring device 1 . As a result, the external device may be configured to perform arbitrary control of the distance measuring device 1 by transmitting an instruction command corresponding to desired control to the distance measuring device 1 . For example, control instructions such as "perform direct distance measurement" and "read measurement results" may be prepared.

制御コマンドの一例を表1に示す。想定し得る制御の種類は、この限りではない。

Figure 0007178790000032
Table 1 shows an example of the control command. The type of control that can be assumed is not limited to this.
Figure 0007178790000032

PCやスマートフォン、タブレット端末上から制御を行う場合は、各デバイス向けのアプリケーションを用意しても良い。たとえば、iOS(登録商標)やAndroid(登録商標) OSに対応したスマートフォン向けのアプリケーションを用意し、スマートフォン上のタッチ操作から、Wi-Fi経由で前記の指示コマンドを送信し、距離測定装置1の各種制御を行う構成としても良い。 When controlling from a PC, smartphone, or tablet terminal, an application for each device may be prepared. For example, an application for smartphones compatible with iOS (registered trademark) or Android (registered trademark) OS is prepared, and the above instruction command is transmitted via Wi-Fi from the touch operation on the smartphone, and the distance measuring device 1 is operated. It is good also as composition which performs various control.

距離測定装置1をスマートフォン2から操作した場合の様子と、スマートフォン2上で動作するアプリケーションの画面構成について、図10に一例を示す。アプリケーションの画面構成は一例であり、この限りではない。 FIG. 10 shows an example of how the distance measuring device 1 is operated from the smartphone 2 and the screen configuration of an application running on the smartphone 2 . The screen configuration of the application is an example, and is not limited to this.

図10においては、スマートフォン2を用いて距離測定装置1を動作させて2点間距離測定モードでA点とB点との距離を測定し、その結果をスマートフォン2の表示画面上に表示した状態を示している。この表示画面上においては、距離測定装置1からA点までの距離とB点までの距離のそれぞれと、A点とB点の2点間の距離を併記して表示するようにしている。 In FIG. 10, the smartphone 2 is used to operate the distance measuring device 1 to measure the distance between points A and B in the two-point distance measurement mode, and the result is displayed on the display screen of the smartphone 2. is shown. On this display screen, the distance from the distance measuring device 1 to the point A and the distance to the point B, and the distance between the two points A and B are displayed together.

<外部機器との連携による2点間距離測定システム>
上述した通信機能を利用して、外部機器と連携した場合の制御態様を以下に説明する。これまでの説明においては、距離測定装置1内に地磁気センサ91や加速度センサ92を設け、姿勢検出や変位検出、ひいては2点間距離測定などの各種測定を、距離測定装置1単体で行える構成としていた。
<Distance measurement system between two points in cooperation with an external device>
A control mode in the case of cooperating with an external device using the communication function described above will be described below. In the description so far, the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 are provided in the distance measuring device 1, and various measurements such as posture detection, displacement detection, and distance measurement between two points can be performed by the distance measuring device 1 alone. board.

ここでは、距離測定装置1内には地磁気センサ91や加速度センサ92を設けず、通信機能を介して、外部機器がもつ地磁気センサや加速度センサのデータを利用することで、2点間距離測定などの各種計算を行う構成について、図11をもとに説明する。外部機器としてはスマートフォン、タブレット端末などが挙げられる。以下では、外部機器をスマートフォン2として説明する。 Here, the geomagnetic sensor 91 and the acceleration sensor 92 are not provided in the distance measuring device 1, and the distance between two points can be measured by using the data of the geomagnetic sensor and the acceleration sensor of the external device through the communication function. A configuration for performing various calculations of is described with reference to FIG. A smart phone, a tablet terminal, etc. are mentioned as an external device. In the following description, the smartphone 2 is used as the external device.

図11(a)に示すように、距離測定装置1とスマートフォン2は、固定部品3によって互いに連結されている。これにより、距離測定装置1とスマートフォン2は、3次元空間における互いの姿勢および位置関係を、常に一定に保つことができる。すなわち、スマートフォン2内の地磁気センサ、および加速度センサが検出するそれぞれのデータは、距離測定装置1内に各センサが設置されていた場合に検出するデータと同等である。なお、固定部品3は、距離測定装置1を構成する一部品と一体に構成されていても良い。固定の仕方としては、例えばスマートフォン2が有するコネクタに挿抜される接続子によって固定されるようにしても良く、その場合には、コネクタを介したデータの送受信が可能なように構成しても良い。 As shown in FIG. 11( a ), the distance measuring device 1 and the smart phone 2 are connected to each other by a fixing component 3 . As a result, the distance measuring device 1 and the smartphone 2 can always keep their mutual attitudes and positional relationships constant in the three-dimensional space. That is, the data detected by the geomagnetic sensor and the acceleration sensor in the smartphone 2 are equivalent to the data detected when each sensor is installed in the distance measuring device 1 . In addition, the fixed part 3 may be configured integrally with a part of the distance measuring device 1 . As a fixing method, for example, it may be fixed by a connector that is inserted into and removed from a connector of the smartphone 2. In that case, it may be configured so that data can be transmitted and received via the connector. .

スマートフォン2上ではアプリケーションが起動しており、自身がもつ地磁気センサ、および加速度センサからそれぞれの検出データを、リアルタイムで読み込んでいる。 An application is running on the smartphone 2, and each detection data is read in real time from its own geomagnetic sensor and acceleration sensor.

距離測定装置1は、地磁気センサと加速度センサのデータが必要なタイミングで、スマートフォン2に対して要求を出す。スマートフォン2はこの要求を受け、地磁気センサと加速度センサそれぞれの現在値を、通信インターフェースを介して距離測定装置1へ送信する。 The distance measuring device 1 issues a request to the smartphone 2 at the timing when the data of the geomagnetic sensor and the acceleration sensor are required. Upon receiving this request, the smartphone 2 transmits the current values of the geomagnetic sensor and the acceleration sensor to the distance measuring device 1 via the communication interface.

距離測定装置1は、スマートフォン2から地磁気センサ、および加速度センサのデータを受信し、そのデータを利用することで、姿勢検出や変位検出などの各種計算処理を行う。これにより、距離測定装置1に各種センサを設けることなしに、同様の機能を実現することができる。 The distance measuring device 1 receives data from the geomagnetic sensor and the acceleration sensor from the smartphone 2, and uses the data to perform various calculation processes such as posture detection and displacement detection. Accordingly, similar functions can be realized without providing the distance measuring device 1 with various sensors.

ただし、スマートフォン2内の加速度センサが検出する加速度ベクトルa(t)をもとに変位検出の計算を行うと、それはスマートフォン2本体の変位ベクトルΔx′を求めることになる。それは一般に、距離測定装置1の変位ベクトルΔx′とは異なる。 However, if a displacement detection calculation is performed based on the acceleration vector a s (t) detected by the acceleration sensor in the smartphone 2 , the displacement vector Δx s ′ of the smartphone 2 body is obtained. It generally differs from the displacement vector Δx′ of the distance measuring device 1 .

そこで、図11(a)に示すように固定部品3によって連結した時の、距離測定装置1とスマートフォン2との相対的な位置を指し示す、座標系XYZにおける相対位置ベクトルrをパラメータとして設定できるように構成しておくと良い。これにより、スマートフォン2内の加速度センサでも、距離測定装置1の変位ベクトルΔx′を以下のように求めることができる。相対位置ベクトルrの設定としては、例えばスマートフォン2の機種ごとに予め設定されていても良い。その場合、例えばスマートフォン2上で動作するアプリケーション上で機種名を入力する、もしくはスマートフォン2内に記憶された機種情報を取得することによって相対位置ベクトルrを設定しても良い。スマートフォン2の機種ごとの相対位置ベクトルrについては、不図示のサーバに保存されたテーブルから取得するなどの方法を用いても良い。 Therefore, as shown in FIG. 11A, a relative position vector r s in the coordinate system XYZ, which indicates the relative position between the distance measuring device 1 and the smartphone 2 when connected by the fixing part 3, can be set as a parameter. It should be configured as follows. As a result, the displacement vector Δx′ of the distance measuring device 1 can be obtained as follows even with the acceleration sensor in the smartphone 2 . The setting of the relative position vector rs may be set in advance for each model of the smartphone 2, for example. In that case, for example, the relative position vector r s may be set by inputting the model name on an application running on the smartphone 2 or acquiring model information stored in the smartphone 2 . The relative position vector r s for each model of the smartphone 2 may be acquired from a table stored in a server (not shown).

1点目と2点目それぞれの測定時において、ベクトルrの座標系X′Y′Z′における座標成分を座標変換により求め、それぞれrs1′、rs2′とする。すると、図11(b)からわかるように、距離測定装置1の変位ベクトルΔx′は次式により算出することができる。

Figure 0007178790000033
When measuring the first point and the second point, the coordinate components of the vector rs in the coordinate system X'Y'Z ' are obtained by coordinate transformation and designated as rs1 ' and rs2 ', respectively. Then, as can be seen from FIG. 11(b), the displacement vector .DELTA.x' of the distance measuring device 1 can be calculated by the following equation.
Figure 0007178790000033

また上記の説明において、距離測定装置1側で姿勢検出や変位検出などの各種計算処理を行う構成としたが、この限りではない。たとえば、距離測定装置1はスマートフォン2からの要求を受けて距離測定を実行し、スマートフォン2はその結果を受け取ることで、スマートフォン2側で各種計算処理を行う構成としても良い。 In the above description, the distance measuring device 1 is configured to perform various calculation processes such as attitude detection and displacement detection, but this is not the only option. For example, the distance measurement device 1 may receive a request from the smartphone 2 to perform distance measurement, and the smartphone 2 may receive the result of the measurement, and perform various calculation processes on the smartphone 2 side.

(第3実施形態)
本実施形態においては、第1実施形態もしくは第2実施形態と同様の構成であるが、2点間距離測定モードを実行した際の表示制御が異なる。以下の説明においては、第1実施形態と異なる部分のみ説明し、それ以外の説明は省略する。
(Third embodiment)
This embodiment has the same configuration as the first embodiment or the second embodiment, but is different in display control when the two-point distance measurement mode is executed. In the following description, only parts different from the first embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.

本実施形態においては、操作部40の操作によって、『水平距離測定モード』、もしくは『鉛直距離測定モード』を選択可能に構成されている。 In the present embodiment, it is possible to select a “horizontal distance measurement mode” or a “vertical distance measurement mode” by operating the operation unit 40 .

『水平距離測定モード』が選択された場合には、第1実施形態において説明した『2点間距離測定モード』において算出した2点間距離における水平成分、すなわちX’Y’Z’座標において地表と平行なY’Z’平面上における距離もしくはY’軸方向やZ’軸方向における距離を算出して表示する。但し、X’Y’Z’座標で算出した3次元空間での距離などの他の距離と同時に表示部50に表示することを妨げない。 When the "horizontal distance measurement mode" is selected, the horizontal component of the distance between two points calculated in the "distance measurement mode between two points" described in the first embodiment, that is, the ground surface at the X'Y'Z' coordinates The distance on the Y'Z' plane parallel to , or the distance in the Y'-axis direction or the Z'-axis direction is calculated and displayed. However, it is possible to display on the display unit 50 at the same time as other distances such as the distance in the three-dimensional space calculated by the X'Y'Z' coordinates.

『鉛直距離測定モード』が選択された場合には、同様に、第1実施形態において説明した『2点間距離測定モード』において算出した2点間距離における鉛直成分、すなわちX’Y’Z’座標において地表と垂直なX’Y’平面もしくはY’Z’平面上における距離またはX’軸方向における距離を算出して表示する。但し、X’Y’Z’座標で算出した3次元空間での距離などの他の距離と同時に表示部50に表示することを妨げない。 When the "vertical distance measurement mode" is selected, similarly, the vertical component in the distance between two points calculated in the "distance measurement mode between two points" described in the first embodiment, that is, X'Y'Z' In terms of coordinates, the distance on the X'Y' plane or Y'Z' plane perpendicular to the ground surface or the distance in the X' axis direction is calculated and displayed. However, it is possible to display on the display unit 50 at the same time as other distances such as the distance in the three-dimensional space calculated by the X'Y'Z' coordinates.

このように、『水平距離測定モード』、もしくは『鉛直距離測定モード』を選択可能に構成することで、ユーザが所望する平面上や軸上における距離を算出することができるため、測定対象点の物理的な形状などに関わらず、所望の距離を測定することができる。 In this way, by configuring the "horizontal distance measurement mode" or "vertical distance measurement mode" to be selectable, it is possible to calculate the distance on the plane or axis desired by the user. Any desired distance can be measured regardless of the physical shape.

以上説明した実施形態においては、測定対象点までの距離を計測した時点で姿勢や変位検出を実行したが、必ずしも距離計測と同時に行わなくても良い。例えば、図9を用いて説明した方法によれば、レーザー光を投射して距離計測を開始するのと同時に姿勢検出を行ったが、レーザー光の投射直前や、レーザー光の投射後に受光して測定対象点までの距離を算出した後などに姿勢検出を行っても良い。 In the embodiments described above, posture and displacement detection is executed at the time when the distance to the measurement target point is measured. For example, according to the method described with reference to FIG. 9, the attitude is detected at the same time as the laser beam is projected and the distance measurement is started. Orientation detection may be performed after calculating the distance to the measurement target point.

同様に、変位検出においても、1点目の測定対象点までの距離計測を開始してから2点目の測定対象点までの距離計測を終了するまで計測し続けている例を説明したが、必ずしもこれに限られない。例えば、1点目の測定対象点までの距離計測を開始してから所定の時間経過や変位量の検出があったことを以って2点間距離算出に用いる変位検出を開始しても良い。また、2点目の距離計測が実行されるまでに所定のタイミングで間欠的に変位を検出しており、2点目の距離計測の実行指示がなされた時点から、所定の時間かサンプル数遡った時点からの変位量データを除いて、変位量を2点間距離算出に用いるようにしても良い。 Similarly, in displacement detection as well, an example was described in which the measurement continues from the start of distance measurement to the first measurement target point until the end of distance measurement to the second measurement target point. It is not necessarily limited to this. For example, the displacement detection used to calculate the distance between the two points may be started when a predetermined time has passed since the start of distance measurement to the first point to be measured or when a displacement amount is detected. . In addition, the displacement is intermittently detected at a predetermined timing until the second distance measurement is performed, and the predetermined time or number of samples has elapsed since the execution instruction for the second distance measurement was given. The displacement amount may be used for calculating the distance between the two points except for the displacement amount data from the point in time.

本発明は、以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the technical scope of the present invention.

1 距離測定装置
2 スマートフォン
3 固定部品
10 本体
20 投射部
21 レーザーダイオード
22 投射レンズ
23 レーザードライバ
30 受光部
31 集光レンズ
32 受光センサ
33 信号増幅部
40 操作部
50 表示部
60 電池蓋
61 電源部
70 制御部
71 距離計測部
72 姿勢検出部
73 変位検出部
74 2点間距離算出部
75 2点間角度算出部
80 時間差計測部
90 センサ部
91 地磁気センサ
92 加速度センサ
1 distance measuring device 2 smartphone 3 fixed part 10 main body 20 projection unit 21 laser diode 22 projection lens 23 laser driver 30 light receiving unit 31 condenser lens 32 light receiving sensor 33 signal amplification unit 40 operation unit 50 display unit 60 battery lid 61 power supply unit 70 Control unit 71 Distance measurement unit 72 Posture detection unit 73 Displacement detection unit 74 Distance calculation unit 75 Angle calculation unit 80 Time difference measurement unit 90 Sensor unit 91 Geomagnetic sensor 92 Acceleration sensor

Claims (5)

距離測定装置であって、
本体と、
測定対象点までの距離を計測する距離計測部と、
前記本体の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記距離計測部による距離測定中の前記本体の変位を検出する変位検出部と
を備え、
前記距離計測部によって計測した任意の2点の測定対象点それぞれまでの距離と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第一の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第一の姿勢と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第二の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第二の姿勢と、前記変位検出部によって算出した前記第一の姿勢から前記第二の姿勢までの前記距離測定装置の変位量を用いて、前記2点間の距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
A distance measuring device,
the main body;
a distance measuring unit that measures a distance to a point to be measured;
an orientation detection unit that detects the orientation of the main body;
a displacement detection unit that detects displacement of the main body during distance measurement by the distance measurement unit;
The distance measurement at the time when the distance to each of two arbitrary measurement points measured by the distance measurement unit and the distance to the first measurement point calculated by the posture detection unit are measured by the distance measurement unit A first orientation, which is the orientation of the device, and a second orientation, which is the orientation of the distance measuring device at the time when the distance to the second measurement target point is measured by the distance measurement unit calculated by the orientation detection unit. 2. A distance measuring device , wherein the distance between the two points is measured using the amount of displacement of the distance measuring device from the first posture to the second posture calculated by the displacement detection unit.
前記姿勢検出部は地磁気センサを含み、前記変位検出部は加速度センサを含むことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 2. The distance measuring device according to claim 1, wherein the attitude detection section includes a geomagnetic sensor, and the displacement detection section includes an acceleration sensor. 距離測定装置であって、
本体と、
測定対象点までの距離を計測する距離計測部と、
地磁気センサを含み、前記本体の姿勢を検出する姿勢検出部と、
加速度センサを含み、前記距離計測部による距離測定中の前記本体の変位を検出する変位検出部と
を備え、
前記距離計測部は、第一の測定対象点までの距離と第二の測定対象点までの距離を計測し、
前記姿勢検出部は、前記第一の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第一の姿勢と、前記第二の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第二の姿勢とを前記地磁気センサを用いて算出し、
前記変位検出部は、前記第一の姿勢から前記第二の姿勢までの前記距離測定装置の変位量を、前記加速度センサを用いて算出し、
前記第一の測定対象点までの距離、前記第一の姿勢、前記第二の測定対象点までの距離、前記第二の姿勢、前記変位量を用いて、前記第一の測定対象点から前記第二の測定対象点までの距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
A distance measuring device,
the main body;
a distance measuring unit that measures a distance to a point to be measured;
an orientation detection unit that includes a geomagnetic sensor and detects the orientation of the main body;
a displacement detection unit that includes an acceleration sensor and detects displacement of the main body during distance measurement by the distance measurement unit;
with
The distance measurement unit measures a distance to a first measurement target point and a distance to a second measurement target point,
The orientation detection unit measures a first orientation, which is the orientation of the distance measuring device when the distance to the first measurement target point is measured, and the distance to the second measurement target point. using the geomagnetic sensor to calculate a second attitude, which is the attitude of the distance measuring device at the point in time;
The displacement detection unit uses the acceleration sensor to calculate a displacement amount of the distance measuring device from the first posture to the second posture,
Using the distance to the first point to be measured, the first orientation, the distance to the second point to be measured, the second orientation, and the amount of displacement, from the first point to be measured A distance measuring device that measures a distance to a second measurement target point.
前記第一の測定対象点までの距離と前記第一の姿勢とから、前記本体から前記第一の測定対象点までのベクトル量である第1のベクトルを算出し、前記第二の測定対象点までの距離と前記第二の姿勢とから、前記本体から前記第二の測定対象点までのベクトル量である第のベクトルを算出し、前記第1のベクトルと前記第2のベクトルと前記変位量を用いたベクトル演算によって前記第一の測定対象点から第二の測定対象点までの距離を測定することを特徴とする請求項3に記載の距離測定装置。 calculating a first vector, which is a vector quantity from the main body to the first measurement target point, from the distance to the first measurement target point and the first orientation, and calculating the second measurement target point; A second vector, which is a vector quantity from the main body to the second measurement target point, is calculated from the distance to and the second posture, and the first vector, the second vector, and the displacement 4. The distance measuring device according to claim 3, wherein the distance from the first point to be measured to the second point to be measured is measured by vector calculation using quantities. 距離測定装置を備えた距離測定システムであって、
測定対象点までの距離を計測する距離計測部と、
距離の測定時における前記距離計測部の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記距離計測部によって第一の測定対象点までの距離を計測してから、第二の測定対象点までの距離を計測する間の、前記距離計測部の変位量を検出する変位検出部と
を備え、
前記距離計測部によって測定した任意の2点の測定対象点までのそれぞれの距離と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第一の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第一の姿勢と、前記姿勢検出部によって算出した前記距離計測部により第二の測定対象点までの距離を計測した時点における前記距離測定装置の姿勢である第二の姿勢と、前記変位検出部によって算出した前記第一の姿勢から前記第二の姿勢までの前記距離測定装置の変位量を用いて、前記2点間の距離を測定することを特徴とする距離測定システム。
A distance measuring system comprising a distance measuring device,
a distance measuring unit that measures a distance to a point to be measured;
an orientation detection unit that detects the orientation of the distance measurement unit during distance measurement;
a displacement detection unit that detects the amount of displacement of the distance measurement unit during the period from when the distance measurement unit measures the distance to the first measurement target point to when the distance to the second measurement target point is measured; prepared,
Each distance to any two points to be measured by the distance measuring unit and the distance to the first point to be measured by the distance measuring unit calculated by the posture detecting unit at the time when the distance is measured A first orientation, which is the orientation of the measuring device, and a second orientation, which is the orientation of the distance measuring device when the distance to the second measurement target point is measured by the distance measuring unit calculated by the orientation detecting unit. and measuring the distance between the two points using the displacement amount of the distance measuring device from the first posture to the second posture calculated by the displacement detection unit. .
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