JPS586886B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザ発光器などのような鋭い指向性をも
った光源を使用して主として近距離の目標物までの距離
を測定するのに使用される距離測定装置に関する。

距離測定装置には、レーダのように電波を利用したもの
、障害物の探知などに使用される音波を利用したもの、
また測距儀のように光学系を利用したものなどが従来か
ら使用されているが、電波を利用したものは遠距離用で
数米程度の近距離の測定には不適当であり、音波を利用
したものは空気の乱れのあるところでは誤差を生じ、ま
た塵埃の多い場所では減衰が大きくて使用できないとい
う欠点があり、また可視物標を光学系でとらえる方式の
ものは測定操作が面倒なうえに暗い場所では使用できな
いきいう欠点がある。

この発明は、レーザ光線のように鋭いビームの光を使用
して、これが目標物で反射して直接返ってくる光と反射
鏡で反射して屈曲して返ってくる光との光軸間の間隔を
測定して目標物までの距離を測るようにしたもので、こ
れにより前記した従来の距離測定装置の諸欠点を解消し
測定場所の明暗に関係なくまた空気の乱れや塵埃の存在
するところでも測定の可能なかつ測定操作の容易な近距
離用の距離測定装置を提供することを目的としている。

以下、図面にもとづいてこの発明の装置を説明する。

第１図はこの発明の装置の原理図で、１−０．１−１お
よび１−２が距離を測定しようとする目標物、一点鎖線
でかこったＡの部分がこの発明の装置である。

Ａはレーザ発光器のような鋭い指向性の光源をもった発
光器２、中央部に細孔を有する反射鏡３、小反射鏡４お
よび受光板５とを主要構成部材としている。

距離測定時には、図に示すように発光器２の光軸Ｘを目
標物の方向に向け発光器２の発射光が目標物に当るよう
にする。

反射鏡３は図を簡略化するため発光器２と重なり合うよ
うに画いてあるが、実際には小反射鏡４側の発光器２と
接する位置に設けてある。

なお、小反射鏡４は光軸Ｘと直角または略直角なＹ軸上
に設けられている。

発光器２から発射された鋭いビーム光はｘ軸に沿って目
標物に投射され、目標物で反射した光は一部は再びｘ軸
に沿って装置側に返り反射鏡３の細孔を通過して矢印ｘ
。

の方向に進みまた一部の反射光は小反射鏡４の方向に進
みここで反射して反射鏡３の方向に向う。

この場合、反射鏡４で反射する光の方向は、目標物が或
特定の距離Ｈ。

にあるとき（図の１一０の目標物のとき）にＹ軸と一致
し、反射光が反射鏡３の中央部に返って来るように小反
鏡４の位置（Ｙ軸方向及び反射鏡３からの距離）および
傾斜角度が定めてある従って、目標物がＨ。

より近い距離Ｈ１にある場合には目標物１−１から小反
射鏡４への入射角が小さくなりここで反射する光は図で
Ｙ軸の上方にずれ、反射鏡３で反射した光は矢印ｘ１の
方向に進む。

逆に、目標物がＨ。より遠い距離Ｈ２にある場合には、
目標物１−２から小反射鏡４への入射角が大きくなって
小反射鏡４で反射する光の方向はＹ軸の下方にずれ、反
射鏡３で反射した光は矢印ｘ２の方向に進む。

従って、受光板５上でｘ。の光点とｘ１の光点との間隔
、またはｘ。

の光点とｘ２の光点との間隔を測定すれば、これらがそ
れぞれ基準距離にある物標物１−０から目標物１−１お
よび１−２までの距離（Ｈｏ−Ｈ１およびＨ２？Ｏ）に
比例するので、これにより目標物１−１および１−２の
距離がわかる。

勿論、光点がｘによるもののみのときは目標物が基準距
離Ｈｏにあることになる。

以上がこの発明の装置の原理である。

なお、以上の説明において細孔を有する反射鏡３および
小反射鏡４には、その入射光および反射光を鋭いビーム
とするためにレンズ筒に収められた指向性をもった反射
鏡が使用される。

つぎに、この発明の装置の具体的な実施例について説明
する。

第２図は、小反射鏡４を固定式として細孔を有する反射
鏡３の前面部で受光板５によって直接光軸ｘ。

と光軸ｘ１，ｘ２等との間隔を測定して目標物１−０
．１−１ ，１−２等の距離を測定するようにしたもの
である。

この場合、受光板５には最も簡単なものとしては第３図
に示すようにすりガラス板に距離目盛を記入したものが
使用される。

すなわち、光点が目盛１のところに１つだけあるときは
目標物の距離はＩｍ、目盛１と目盛１．１のところに光
点が出れば距離は１．１ｍということになる。

第４図に示すものは目盛の代りにホトトランジスタと発
光ダイオードを組合せた受光素子を直列に配例したもの
で、光のあたった位置の受光素子でホトトランジスタが
電圧を発生しその電圧で発光ダイオードが点灯するよう
にしたものである。

距離の読み方は第３図のものと同じである。

つぎに、他の実施例を第５図に示す。第５図のものは反
射鏡４を移動させてその移動量から目標物の距離を知る
ようにしたものである。

先に説明したように目標物が１一〇のように基準距離に
あるときは、受光板には反射鏡３の細孔を通るｘ。

の光点しかあらわれないが、目標物が１−１または１−
２のように基準距離と異なるときは受光板５には反射鏡
３の細孔を通るｘ。

の光点のほかに小反射鏡４および細孔を有する反射鏡３
で反射するｘ１またはｘ２の光点があらわれる。

この場合、ｘ１またはｘ２による光点の位置は小反射鏡
４をＹ軸に沿って移動さすことによってｘ。

による中央部の光点に合致させることができる。

すなわち、目標物が基準距離より近いときは小反射鏡４
を反射鏡３に近づける方向に移動すれば小反射鏡４で反
射する光の方向をＹ軸と一致させることができ、逆に目
標物が基準距離より遠くにあるときは小反射鏡３から遠
ざかる方向に移動すればよい。

このとき、小反射鏡４をその基準距離の？置から移動さ
せた量が光点ｘ。

とｘ１またはｘ２との間隔の長さ、すなわち目標物の基
準距離位置からの距離（第１図のＨ。

−Ｈ，またはＨ２ ＨＯ）に比例することになる。

すなわち、この場合に光点ｘ。

とｘ１またはｘ２との間隔を小反射鏡４の移動量で間接
的に測定することになる。

従って、小反射鏡４に指針７を取りつけ、この指針７が
小反射鏡４の移動とともに目盛８上を移動するようにし
ておいて、距離測定時には受光板５を見ながら小反射鏡
４を移動させてｘ１またはｘ２の光点をｘの光点に重ね
合わせ、そのさきの目盛８の数値を読めばよい。

受光板５には、さきの第３図のもの第４図のものいずれ
でもよいがこの場合は距離数字は不要で、例えば第４図
のものを使用するときは中央部の発光ダイオードの色と
それから右および左の発光ダイオードの色をそれぞれ異
なったものとするなどの考慮をはらえば光点を合せる操
作が楽になる。

この第５図の装置では、小反射鏡４の動きと指針７の動
きの間に拡大機構を設けることもでき、第２図の直接受
光板５で測定するものよりも測定操作が容易である利点
がある。

つぎに、第５図の小反射鏡移動方式の装置で測定操作を
自動化したものを第６図に示す。

発光器および細孔を有する反射鏡は前記第２図および第
５図のものと同じものであり、またこれらと小反射鏡の
関係位置も同じであるので、図では省略してある。

受光板５には細孔を有する反射鏡３（第５図）の細孔を
とおる光ｘ。

があたる位置を中心にして受光素子９−０ ， ９−１
． ９−２ ，・・・・・・，９一丁，９−２′・・
・・・・が近接して直列に配置してあり、この受光素子
は受光してないときは高い抵抗値を保持しているが、受
光するとその抵抗値が大巾に減少するような特性をもっ
たものである。

これらの受光素子は図のように相互に接続されたうえ増
幅器１０に接続されている。

いま、目標物が基準距離にあるときは中央部の受光素子
９−０のみが受光してその抵抗値が減少するが、他の受
光素子がすべて高抵抗に保持されているため増幅器１０
へはその入力端子Ｔ。

，Ｔ１間にもまたＴ。，Ｔ２間にも信号が入らない。

いま、受光素子の９−１，９−２・・・・・・側を遠距
離側、９−１’，９−２’・・・・・・側を近距離側と
し目標物が基準距離より遠方にあったとすると、受光素
子９−０の他に９−１，９−２，・・・・・・側の目標
物の距離に対応した受光素子が受光する。

このため、増幅器１０の入力端子Ｔｏ，Ｔ１間に信号電
流が流れて、増幅器１０の出力側に接続されたリレー１
１のコイル１１−１が励磁されて接点１１−１’が閉じ
られ、リレー１１の接点に接続されたモータ１２の励磁
コイル１２−１が通電される。

モータ１２は、例えば励磁コイル１２−１が通電すると
右回転し、励磁コイル１２−２が通電すると左回転する
ようになっており、その回転子は小反射鏡４および指針
７と連結されていて右回転するとこれらをＹ軸にそって
右方（距離の増加する側）に動かし、左回転すると左方
（距離の減少する側）に動かす。

従っていまの場合、モータ１２は右回転して反射鏡４お
よび指針７を右方に動かしこれに従って受光する受光素
子が中央の受光素子９−０に近い方に移り、２つの光点
が重なって中央の受光素子９−０のみが受光する状態に
なって増幅器１０への信号がＯとなりモータ１２が停止
する。

そのときの指針７が指示する距離を目盛８上で読めば目
標物の距離がわかる。

逆に、目標物が基準距離より近いときには近距離側の受
光素子９−１’，９−２’・・・・・の中中の距離に対
応した受光素子が受光し、増幅器１０の入力端子Ｔ。

，Ｔ２間に信号が加かり、リレー１１のコイル１１−２
が励磁されてその接点１ １−２’が閉じ、モータ１２
の励磁コイル１２−２が励磁されてモータ１２が左回転
し、小反射鏡４および指針７がＹ軸上を左方に移動し受
光する受光素子が９−０のみとなったところで停止する
。

そのときの指針７が目盛８上で指示する距離が目標物の
距離となる。

以上に説明したように、この装置によれば装置を目標物
の方向に向けるのみで何の操作もすることなく自動的に
目標物の距離が指示され、また目標物の距離が変化して
もこれに追従してその距離が連続指示される。

なお、図示以外に可変抵抗器、マグネトメータ、シンク
ロ等の距離信号発信器をモータ１２で駆動するようにし
ておけば、その信号を使用して距離の遠隔指示、記録な
らびに目標物の位置制御なども行なうことができる。

以上第５図および第６図の装置では、小反射鏡４をＹ軸
に沿って左右に移動する方式のもので示したが、これは
小反射鏡４を基準距離に相当する位置に固定したものと
し、これを回転して光軸を合わせる方式とし、その回転
角度から目標物の距離を求めるようにしてもよい以上の
実施例は、例えばトンネルなどの堀削工事において距離
測定装置を掘削機上に設置しトンネルの掘削高さを監視
する用途など極く近距離測定用のものを示したが、さら
に遠距離用のものも同様に作れることは勿論である。

また、この装置にレーザ光を使用する場合にはそのビー
ムを鋭くすることその光力を強くすることなどが極めて
容易であり、従って工事現場など粉塵の多い場所で使用
するものでは発光器の光量を増大せしめることによって
必要な感度を十分に保持せしめることができる。

また、この装置は光を利用したものであるので音波を利
用したもののように空気の乱れのあるような所で使用し
ても性能に影響を受けるようなこともない。

また当然のことながら、この装置は装置で発生する光を
利用しているので暗い場所でも使用でき、明るい場所で
も光ビームが鋭どくしかも光量が多いので十分に使用で
きる。

また、この発明の装置は、目標物の表面が鏡面でない限
り一般の目標物に対して殆んど問題なく使用できる。

以上に説明したように、この発明の装置はレーザ発光器
のように鋭い指向性をもった光を目標物に投射して、物
標物で反射して直接返ってくる光と別に設けた反射鏡で
反射して返ってくる光との光軸の間隔を測定して目標物
の距離を求めるようにしたもので、これにより使用場所
の明暗に関係なく、空気の乱れや粉塵の存在するところ
でも使用できしかも構造が簡単で操作の容易な比較的短
距離測定に適した距離測定装置を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の原理図、第２図はこの発明の
装置の一実施例の構成図で第３図および第４図はこれに
使用する受光板の実施例の正面図、第５図はこの発明の
装置の他の実施例の構成図で、第６図は第５図の装置の
測定操作を自動化したものの回路図である。 １−０ ． １−１ ， １−２・・・・・・目標物、
２・・・・・・発光器、３・・・・・・細孔を有する反
射鏡、４・・・・・・小反射鏡、５・・・・・・受光板
、７・・・・・・指針、８・・・・・・目盛、９−０
， ９−１ ． ９−２ ． ９−３ ． ９−４ ，
９−１’，９−２’，９−３’，９−４’・・・・・・
受光素子、１０・・・・・・増幅器、１１・・・・・・
リレー、１２・・・・・・モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋭い指向性をもった発光器と、該発行器に近接して
   設置され中央部に細孔を有する反射鏡と、前記発光器の
   光軸と略直角な軸線上に設置された小反射鏡と、前記細
   孔を有する反射鏡の細孔を通過する光とこの反射鏡で反
   射する光とを受光する受光板とで構成され、前記発光器
   の発射光のうち目標物で反射して直接前記細孔を有する
   反射鏡側に返りその細孔を通過して前記受光板に至る光
   および目標物で反射して前記小反射鏡側に返りそこで反
   射しさらに前記細孔を有する反射鏡で反射して前記受光
   板に至る光の受光板上における光軸からのそれぞれの間
   隔を測定して目標物までの距離を求めるようにしたこと
   を特徴とする距離測定装置。