JP2008180593A - 距離変化観測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームを用いた距離変化観測装置において、簡単な構成により、装置設定が容易で観測環境の変化に影響されずに観測を継続可能とすると共に、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現可能とする。
【解決手段】距離変化観測装置１は、距離測定に用いる光ビームを投光する投光部２と、投光部２からの光ビームＬ０を広がり角θを調整した照射光Ｌ１とする投光光学部３と、投光光学部３からの照射光Ｌ１を反射するターゲットＴＧからの反射光Ｌ２を受光して受光信号を出力する受光部４と、投光部２による光ビームＬ０の投光時刻から受光部４による受光時刻までの経過時間に基づいて投光部２からターゲットＴＧまでの距離Ｄを２点Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｄとして算出する距離計算部５と、を備えている。受光部４は、投光時刻からの経過時間が予め設定した時間範囲内となる場合に限って受光時刻を決定するための受光信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定点と移動点との２点間の距離を光ビームの往復時間に基づいて定期的に測定することによりその距離変化を観測する距離変化観測装置に関する。

一般に、投光時間及び受光時間を決定可能な光ビームの投光と受光とによって光ビームを反射する物体までの距離が求められる。このような距離測定には、図１８（ａ）に示すように、予め特定物体として定めたターゲットＴＧの位置変化を知るための相対的な距離測定と、図１８（ｂ）に示すように、不特定の物体の追跡や探索のための絶対的な距離測定がある。

前者の相対距離測定の場合、固定点に設置した測定装置９によって、ターゲットＴＧまでの距離Ｄを測定し、その距離変化ΔＤを定期的に観測することにより、ターゲットＴＧの位置変化を知ることができる。このような装置は、例えば、斜面の地滑り発生の予測に応用することができる。この場合、同じターゲットＴＧまでの距離の変化を定期的に観測するのであり、ターゲットＴＧまでの絶対距離よりは、ある測定時における距離からの相対的な距離変化を知ることが重要である。ターゲットＴＧの移動量は、通常、ある程度予測される範囲内のものである。

後者の絶対距離測定の場合、例えば、測定装置９を車両に設置し、前方の移動障害物や固定障害物などの物体Ｍまでの距離Ｄを測定することにより障害物を検出して衝突防止などに応用できる。この場合、通常、物体Ｍまでの距離がわからないから測定するのであり、衝突防止には、物体Ｍまでの絶対距離を知ることが重要である。

ところで、上述の前者に対応する相対距離測定による距離変化観測装置として、図１９（ａ）に示すように測定装置９にレーザスキャナを用いて、測定装置９からある平面内の角度θの範囲をスキャンする照射光Ｌ１によってターゲットＴＧを照射し、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２を受光して距離Ｄを観測する場合や、図１９（ｂ）に示すように測定装置９から広がりの小さい照射光Ｌ１をターゲットＴＧに向けて投光し、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２を受光して距離Ｄを観測する場合などが考えられる。

図１９（ａ）のレーザスキャナの場合、投光部に駆動部とそれに繋がったミラーなどを搭載し、広がり角の小さいレーザ光を左右や上下方向にスキャンさせてターゲットＴＧ上の各点の距離を逐次計測する必要がある。しかしながら、レーザ光をスキャンさせるための、駆動部やそれらの制御用ソフトウェアが必要であり、価格が高く装置サイズも大きく重量も重くなるという問題がある。また、駆動部が高温や低温、水に濡れるような環境下では信頼性の確保がむずかしく、特に屋外での長期利用には向かず、さらに、スキャンするので、一回毎の測定に時間がかかる。

また、図１９（ｂ）の場合、図２０（ａ）に示すように、通常の使用状態の場合には問題ないが、図２０（ｂ）（ｃ）に示すように、測定装置９やターゲットＴＧを設置した固定点の地盤が緩んだり、測定装置９の設置が不完全であったりして、測定装置９やターゲットＴＧが傾いたり回転したりすると、照射光Ｌ１がターゲットＴＧから外れてしまって距離変化観測の続行ができなくなる。

上述の問題を解決するものとして、照射光Ｌ１をターゲットＴＧに当てることを容易にするため、照射光Ｌ１の拡がり角を調整する測距光拡がり角調整装置を備えた測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１９５６１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような距離変化観測用の測定装置においては、ターゲットＴＧの周辺や、測定装置とターゲットＴＧとの間に介在する光反射物体からの反射光を、本来のターゲットＴＧからの反射光として誤認識し、距離を誤測定してしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、装置設定が容易で観測環境の変化に影響されずに観測を継続できると共に、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現できる光ビームを用いた距離変化観測装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、固定点と移動点との２点間の距離を光ビームの往復時間に基づいて定期的に測定することによりその距離変化を観測する距離変化観測装置において、前記距離測定に用いる光ビームを投光する投光部と、前記投光部からの光ビームを広がり角を調整した照射光とする投光光学部と、前記投光光学部からの照射光を反射するターゲットからの反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記投光部による光ビームの投光時刻から前記受光部による受光時刻までの経過時間に基づいて前記投光部から前記ターゲットまでの距離を前記２点間の距離として算出する距離計算部と、を備え、前記受光部は、前記投光時刻からの経過時間が予め設定した時間範囲内となる場合に限って前記受光時刻を決定するための受光信号を出力するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の距離変化観測装置において、前記受光部は、前記予め設定した時間範囲内に複数の反射光を受光した場合には、それらのうち受光量が最大となる反射光を真の反射光として選択してその反射光に対応する受光信号を出力するものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の距離変化観測装置において、前記受光部は、前記予め設定した時間範囲内に複数の反射光を受光した場合には、それらのうち最初に受光した反射光を真の反射光として選択してその反射光に対応する受光信号を出力するものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の距離変化観測装置において、前記受光部は、特定の偏光状態にある光のみを受光して受光信号を出力するものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載の距離変化観測装置において、前記投光光学部は、前記光ビーム広がり角の調整を装置本体の外部より行うための外部調整手段を備えているものである。

請求項６の発明は、請求項１または請求項５に記載の距離変化観測装置において、前記受光部は、受光量の情報を外部に表示または報知する外部出力手段を備えているものである。

請求項１の発明によれば、投光光学部によって照射光の広がり角を大きくすることができるので、照射光の方向が初期設置から多少ずれても観測を継続でき、また、照射光の方向を厳密にターゲットに合わせなくても大まかな設定で観測を行うことができる。さらに、受光部において、投光時刻からの経過時間が予め設定した時間範囲内となる場合に限って受光時刻が決定されるので、予め設定した時間範囲外に受光する反射光を、ターゲット以外の構造物などからの反射光であるとして除外することができ、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現できる。

請求項２の発明によれば、ターゲットの反射率を周囲の物体よりも高いものにしておくことにより、ターゲット周辺にある物体に照射された光ビームによる反射光を誤認識する誤測定を防止でき、信頼性の高い観測を実現できる。

請求項３の発明によれば、ターゲット後方にある物体からの反射光を誤認識する誤測定を防止でき、信頼性の高い観測を実現できる。

請求項４の発明によれば、ターゲットからの反射光が特定の偏光状態となるようにしておくことにより、ターゲット以外の物体からの反射光を効率よく確実に除外することができ、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現できる。

請求項５の発明によれば、距離変化観測装置の設定に際して、初めに光ビームの広がり角を大きくして大まかな投光方向の調整を行い、次に広がり角を小さくして徹調整を行うようにすることができるので、光ビームのターゲット方向への方向調整が容易にできる。

請求項６の発明によれば、数値的にまたは知覚的に設定状態を確実に認識しつつ光ビームの照射方向を調整できるので、距離変化観測装置の初期設定作業を容易に行える。

以下、本発明の実施形態に係る距離変化観測装置について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る距離変化観測装置のブロック構成を示し、図２は距離変化観測装置の使用状態を示し、図３（ａ）は照射光照射のタイムチャートを示し、図３（ｂ）は反射光受光のタイムチャートを示し、図４（ａ）（ｂ）は他の照射光と反射光に対するタイムチャートを示し、図５、図６は距離測定の原理を示す。

距離変化観測装置１は、図１、図２に示すように、固定点Ｐ１と移動点Ｐ２との２点間の距離Ｄを光ビームの往復時間に基づいて定期的に測定することによりその距離変化ΔＤを観測する装置であり、距離測定に用いる光ビームを投光する投光部２と、投光部２からの光ビームＬ０を広がり角θを調整した照射光Ｌ１とする投光光学部３と、投光光学部３からの照射光Ｌ１を反射するターゲットＴＧからの反射光Ｌ２を受光して受光信号を出力する受光部４と、投光部２による光ビームＬ０の投光時刻から受光部４による受光時刻までの経過時間に基づいて投光部２からターゲットＴＧまでの距離Ｄを２点Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｄとして算出する距離計算部５と、を備えている。

上述の投光光学部３と受光部４とは、同一の筐体１０内に隣りあわせに並べて配置されているが、このような構成に限らず、投光光学部３と受光部４とが同一軸上なるような構成としたり、隣り合わせではなく互いに隙間が空いた配置であったり、さらにはそれぞれが別々の筐体に配置して構成されていたりしてもかまわない。

上述のように固定点Ｐ１に距離変化観測装置１を設置し、移動点Ｐ２にターゲットＴＧを設置するかわりに、移動点Ｐ２に距離変化観測装置１を設置し、固定点Ｐ１にターゲットＴＧを設置するようにしてもよい。

ターゲットＴＧは、距離変化観測装置１の投光光学部３とターゲットＴＧの反射面を対向させ、照射光Ｌ１がターゲットＴＧの反射面に確実に当たるように配置する。ターゲットＴＧは、照射光Ｌ１を反射するものであって光の反射率が高いものがよい。ターゲットＴＧとして、白色の木板や鉄板、プラスチックの板などを用いることができる。照射光Ｌ１を効率よく反射して反射光Ｌ２を受光部４側に戻すために、再帰反射素子や再帰反射シートなどをターゲットＴＧの反射面として配置すると好適である。

ターゲットＴＧの反射面の大きさは、１ｃｍ四方程度から１ｍ四方程度とされる。この大きさは、距離Ｄとの兼ね合いで決定される。なお、反射面は、正方形に限らず、長方形やその他の多角形、または円形や不規則な形でもかまわない。形状はなるべくは平面がよいが、必ずしも平面でなくてもよい。

投光部２から投光され投光光学部３によって広がり角θとされた照射光Ｌ１は、図３（ａ）に示すように、発光時間δｔが、１μｓ以下（δｔ≦１μｓ）のパルス状の波形ｐ０の光であり、パルスの発光間隔Δｔは、１μｓ以上（Δｔ＞１μｓ）となっている。このパルス状の照射光Ｌ１が、ターゲットＴＧに当たって反射した反射光Ｌ２は、図３（ｂ）に示すように、照射光Ｌ１と同様のパルス状の波形ｐの光である。

投光される光ビームＬ０、従って、照射光Ｌ１、反射光Ｌ２は、上述のような互いに分離されたパルス状の光でなくてもよく、図４（ａ）（ｂ）に示すように、光量Ｇが一定の（規則的な）パターンのもとで強弱を繰り返すような連続光であってもよい。その際、少なくとも、強弱パターンの特徴的な部分（強弱のピーク位置、一定しきい値を超えた点、立上がりや立下りの傾斜部分など）を抽出することにより、投光時刻と受光時刻とを一意的に特定できる必要がある。

投光部２から投光される光ビームとして、可視光に限らず、赤外光や紫外光を用いてもよい。なお、投光部２における発光デバイスとしては、光を放出するデバイスであればよく、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電球などを用いることができる。

距離計算部５は、図５、図６に示すように、投光部２による光ビームＬ０の投光時刻ｔ１から受光部４による受光時刻ｔ２までの経過時間（点Ｐ１，Ｐ２間の往復時間）に基づいて投光部２からターゲットＴＧまでの距離Ｄを算出する。投光時刻は、投光部２から投光信号を出させたり、光ビームＬ０や照射光Ｌ１を分波した光を受光部４に受光させて受光信号を出させたりして、その信号により投光時刻を決定してもよい。

上述のような構成の距離変化観測装置１によれば、投光光学部３によって照射光Ｌ１の広がり角θを大きくすることができるので、照射光Ｌ１の方向が初期設置から多少ずれても観測を継続でき、また、照射光Ｌ１の方向を厳密にターゲットに合わせなくても大まかな設定で観測を開始できる。

（第２の実施形態）
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第２の実施形態に係る距離変化観測装置における光ビームの広がり角調整について示す。本実施形態は、第１の実施形態の距離変化観測装置１における投光光学部３の詳細を説明するものである。図７（ａ）に示す投光光学部３は、投光部２からの光ビームＬ０を凹レンズ３１と凸レンズ３２によって、広がり角θの照射光Ｌ１とするものである。広がり角θは、凹レンズ３１と凸レンズ３２の間の距離ｘを変化させることにより調整できる。

図７（ｂ）に示す投光光学部３は、上述の図７（ａ）において、凹レンズ３１と凸レンズ３２の間に光軸方向に位置可変の凸レンズ３３を備えたものである。凸レンズ３３の位置変化Δｘによって、照射光Ｌ１の広がり角θを調整できる。

図７（ｃ）に示す投光光学部３は、凸面鏡３４と凹面鏡３５と用いて光ビームＬ０を広がり角θの照射光Ｌ１とするものである。広がり角θは、凸面鏡３４と凹面鏡３５の間の距離ｘを変化させることにより調整できる。

なお、凹レンズと凸レンズそれぞれ１枚ずつの組合わせによる構成だけではなく、複数レンズの組合せによる構成や、曲面ミラーの組合せによる構成や、レンズやミラーを複数組み合わせた構成などによって照射光Ｌ１の広がり角θを調整するような構成でもよい。

さらに、投光部２の光源そのものが広がりをもった光ビームＬ０（発散光）を投光するようなデバイスの場合は、その広がりを調整するような構成の投光光学部３としてもよい。この際にも、レンズによる構成だけでなく、下記のように曲面ミラーを用いる構成などでもよい。

図７（ｄ）に示す投光光学部３は、投光部２からの光ビームＬ０が発散光である場合に、１つの凸レンズ３２を用いて、光ビームＬ０の発散角を絞って所定の広がり角θとするものである。凸レンズ３２の位置変化Δｘによって、照射光Ｌ１の広がり角θを調整できる。

（第３の実施形態）
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態を示す。本実施形態は、第１および第２の実施形態の距離変化観測装置１が照射光Ｌ１の方向が初期設置から多少ずれても観測を継続可能であり、照射光Ｌ１の方向を厳密にターゲットに合わせなくても大まかな設定で観測を開始可能なことを説明するものである。

図８（ａ）は、上下方向に広がり角θを有する照射光Ｌ１を用いて、正常に距離変化観測が行われている様子を示す。図８（ｂ）は、上下方向に広がり角θを有する照射光Ｌ１を用いていることにより、距離変化観測装置１が前方に傾いているにも拘わらず、距離変化観測の継続が可能なことを示す。また、図８（ｃ）は、水平面内に広がり角θを有する照射光Ｌ１を用いて、ターゲットＴＧを照射している様子を示している。この図は、ターゲットＴＧが照射光Ｌ１の広がり角θの内部に納まっていることにより、距離変化観測装置１とターゲットＴＧとが互いに正対していないにも拘わらず、大まかな設定で観測が可能なことを示す。

照射光Ｌ１の広がり方向は、上述のように、上下方向だけに限らず、上下や左右に広がったもとのすることができる。光軸に直交する方向の断面が、大略円形のままで広がった照射光Ｌ１でもよい。また、必ずしも断面が円形である必要はなく、楕円形であったり、上下か左右のどちらかに広がる扁平状でもよい。

照射光Ｌ１の広がり角θの調整の角度範囲は、距離変化観測装置１が傾く角度範囲と同等程度であればよい。例えば、距離変化観測装置１を設置後に１゜傾く可能性がある場合は、広がり角θを１゜にしておくことで、光ビームがターゲットＴＧから外れることを防ぐことができる。

通常環境における設置状態であれば、距離変化観測装置１の傾きは大きくても５゜にはならないので、広がり角θの調整範囲は０゜〜５゜とすれば十分である。ただし、設置する場所の安定度によっては上記角度範囲を超える場合もあるので、必ずしもこの範囲に限らなくてもよい。

照射光Ｌ１が広がりを持たない場合、距離変化観測装置１が設置後に傾くと、照射光Ｌ１がターゲットＴＧに当たらなくなってしまい、観測を行えなくなる。照射光Ｌ１に広がり角θを持たせておくと、距離変化観測装置１が傾いた場合においても、照射光Ｌ１がターゲットＴＧから外れることがなく、観測続行が可能である。

また、広がりを持たない照射光Ｌ１の場合、特にターゲットＴＧが遠い場合には照射光Ｌ１をターゲットＴＧに当たるように、本体の向きを調整するのが難しい。これは、ターゲットＴＧが遠くになればなるほど、本体の向きの変化量によって照射光Ｌ１のスポット位置の移動量が大きくなるため、ターゲットＴＧにスポットを合わせるには微妙な角度調整が必要になるからである。ところが、距離変化観測装置１のように、照射光Ｌ１に広がり角を持たせておくと、照射光Ｌ１の当たる範囲が広くなるので、微妙な調整を必要とせず、大まかに本体の向きを合わせるだけで、照射光Ｌ１がターゲットＴＧに当たるようにでき、装置設定を容易に行える。

（第４の実施形態）
図９は第４の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態を示し、図１０は反射光受光のタイムチャートを示す。本実施形態は、上述の第１乃至第３の実施形態における距離変化観測装置１の受光部４が行う受光信号出力の処理について説明するものである。

距離変化観測装置１が投光する照射光Ｌ１が広がり角を有しているので、図１０に示すように、ターゲットＴＧ以外の物体Ａ，Ｂなどに照射光Ｌ１が当たって、そこからの反射光Ｌａ，Ｌｂなどが受光されることがある。受光部４が、これらの反射光Ｌａ，Ｌｂなどを受光して受光信号を出力すると、ターゲットＴＧの位置を正しく観測できない。

上述の場合、ターゲットＴＧの移動量、従って、ターゲットＴＧの位置がある程度予測できるならば、受光部４で受光するタイミングを予め設定した時間内に制限することが有効である。例えば、図１０に示すように、受光部４は、投光時刻ｔ１から時間ｓ経過した時刻ｔ２１から時間範囲ｗの間だけ受光信号を出力する。すなわち、受光部４は、時刻ｔ１〜ｔ２１の間、および時刻ｔ２２以降については、受光信号を出力しない。このような設定により、反射光Ｌａ，Ｌｂによる受光信号ａ，ｂは出力されることなく、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２による受光信号ｐだけが、距離計算部５に出力される。

予め設定する時間ｓや時間範囲ｗは、ターゲットＴＧの移動量に依存する。例えば、ターゲットＴＧの移動量が、初期の設置位置から一方的に後方に最大で１ｍ動く可能性がある場合、時間範囲ｗは、ｗ＝７ｎｓ（ナノ秒）とすればよい。

実際には上記の考え方に限らず、さらに前後に余裕を持たせて設定するなどを行ってもよい。また、時間ｓ、時間範囲ｗの設定は、必ずしも距離変化観測装置１の初期設定時に行う必要はなく、このような時間ｓ、時間範囲ｗの設定が必要になったときに行えばよい。

上述のように、受光部４が、投光時刻ｔ１からの経過時間が予め設定した時間範囲ｔ２１〜ｔ２２内となる場合に限って受光時刻ｔ２を決定するための受光信号を出力することにより、予め設定した時間範囲ｗ（ｗ＝ｔ２２−ｔ２１）外に受光する反射光を、ターゲットＴＧ以外の物体からの反射光であるとして除外することができ、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現できる。

（第５の実施形態）
図１１は第５の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態を示し、図１２は反射光受光のタイムチャートを示す。本実施形態は、上述の第４の実施形態における距離変化観測装置１の受光部４が行う処理に対し、さらにＳＮ比を上げる処理を追加するものである。

図１１に示すように、上述同様にターゲットＴＧ以外の物体Ａ，Ｂからの反射光Ｌａ，Ｌｂがある場合において、図１２に示すように、予め設定した時間範囲ｗ内に、ターゲットＴＧ以外からの反射光Ｌｂの受光信号ｂが混入することがある。これは、距離変化観測装置１からターゲットＴＧまでの距離と、距離変化観測装置１から物体Ｂまでの距離が互いに接近していることによる。

上述のように、予め設定した時間範囲ｗ内に複数の反射光を受光される場合に、受光部４は、それらのうち受光量Ｇが最大となる反射光を真の反射光として選択してその反射光に対応する受光信号を出力するものとする。これにより、図１２の場合、受光信号ｂでなく受光信号ｐを正しく選択できる（時間範囲ｗ内に２つの反射光を受光した場合を例示している）。

受光信号ｐの選択をより確実に行うために、ターゲットＴＧの反射面として、反射率の高いもの（白板、再帰反射素子や再起反射シートなど）を用いる。これにより、ターゲットＴＧに当たった反射光Ｌ２は、ターゲットＴＧ以外の物体からの反射光に比べて光量を大きくすることができ、受光信号ｐの選択をより確実に行え、ターゲットＴＧ周辺にある構造物などに照射された光ビームによる反射光を誤認識する誤測定を防止でき、信頼性の高い観測を実現できる。

（第６の実施形態）
図１３は第６の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態を示し、図１４は反射光受光のタイムチャートを示す。本実施形態は、上述の第４の実施形態における距離変化観測装置１の受光部４が行う処理に対し、ターゲットＴＧ後方にある物体によるノイズを除去してＳＮ比を上げる処理を追加するものである。

図１３に示すように、距離変化観測装置１からターゲットＴＧまでの距離と、距離変化観測装置１から他の物体Ａ，Ｂなどまでの距離が互いに接近しており、さらに物体Ａ，ＢなどがターゲットＴＧの後方に存在する場合には、これらの条件に基づいて、ターゲットＴＧによる受光信号ｐを正しく選択できる。

つまり、受光部４は、予め設定した時間範囲ｗ内に複数の反射光を受光した場合に、それらのうち最初に受光した反射光による受光信号をターゲットＴＧによる受光信号として出力する。これにより、図１４に示すように、受光信号ａ，ｂでなく受光信号ｐを正しく選択できる（時間範囲ｗ内に３つの反射光を受光した場合を例示している）。

上述の状況は、例えば、ターゲットＴＧの後方に森林や壁が存在するような場合に発生する。このような場合に、後方の反射物体に照射光Ｌ１が当たって多くの反射光Ｌａ，Ｌｂなどが生じる。また、ターゲットＴＧの後方の物体による反射光だけでなく、ターゲットＴＧや他の物体からの反射光が直接受光部に到達せずに、途中で別の反射物体に当たって受光部４に受光される反射光（２次反射光、従って遅延した光）を有効に除去できる。

（第７の実施形態）
図１５は第７の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態と反射光の偏光状態を示す。本実施形態は、上述の第１の実施形態における距離変化観測装置１の受光部４が行う処理に対し、ターゲットＴＧ以外からの物体による反射光を除外してＳＮ比を上げる処理を追加するものである。すなわち、距離変化観測装置１において、その受光部４は、特定の偏光状態にある反射光のみを受光するように、偏光板などの偏光フィルタＦを備えており、特定の偏光状態にある光の受光信号のみを出力する。

図１５において、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２の偏光状態１３が偏光フィルタＦが透光する偏光状態１１と一致しており、物体Ａ，Ｂからの反射光Ｌａ，Ｌｂの偏光状態１２，１４が偏光状態１１と一致していない。従って、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２だけが、距離変化観測装置１の受光部４によって受光される。

上述の構成を有効にするために、特定の偏光状態にある反射光Ｌ２が、ターゲットＴＧから反射される必要がある。このために、投光光学部３に偏光板を組込み、照射光Ｌ１に一定の偏光方向を持たせる。この場合、ターゲットＴＧにおける反射面に、再帰反射プリズムなどの偏光を変化させる素子を用いれば、偏光状態の情報の他に、偏光状態の変化情報を利用できるのでより好適である。

上述の素子により、ターゲットＴＧによって反射した反射光Ｌ２のみ偏光方向が変化するので、受光部４ではその偏光方向の反射光のみを透過するように偏光板を組込むことで、ターゲットＴＧ以外からの反射光を効率よく除外でき、誤測定を防げる。なお、偏光方向を持たせるには上記の偏光板に限らない。例えば、投光部２において、発光素子としてレーザダイオードを用いた場合は、光ビームＬ０そのものにある程度の偏光がかかっているので、それをそのまま利用してもよい。

また、ターゲットＴＧにおいて偏光方向を変化させる方法は、再帰反射プリズムに限らず、偏光方向を変化させる反射板などを用いてもよい。また、偏光状態の変化情報を用いずに、偏光状態の情報だけを用いる場合には、ターゲットＴＧに特定の偏光状態の光のみを反射する偏光反射板を設置すれば、照射光Ｌ１として偏光していない光を用いることができ、簡便である。

なお、同様に受光部４において特定の偏光方向をもった光のみを透過させる偏光フィルタＦについても、透光式の偏光板に限らず、特定の偏光方向のみを反射するようなミラーや、その他の光学部材を用いた構成でもかまわない。また、照射光Ｌ１の偏光方向は常に一定とするのではなく、時間経過とともに偏光方向を変えていき、それに合わせて受光部４に入射する偏光方向も変えるような、時間依存型の構成としてもよい。

このように、本実施形態の距離変化観測装置１によれば、ターゲットＴＧからの反射光Ｌ２が特定の偏光状態となるようにしておくことにより、ターゲットＴＧ以外の物体からの反射光を効率よく確実に除外することができ、距離の誤測定を防止して信頼性の高い観測を実現できる。

（第８の実施形態）
図１６は第８の実施形態に係る距離変化観測装置のブロック構成を示し、図１７（ａ）（ｂ）は距離変化観測装置における初期設定方法を示す。本実施形態は、上述の第１の実施形態の距離変化観測装置１の投光光学部３からの照射光Ｌ１の広がり角の調整を容易とするものである。すなわち、距離変化観測装置１の投光光学部３は、光ビーム広がり角θの調整を装置本体の外部より行うための外部調整手段６を備えており、受光部４は、受光量の情報を外部に表示したり報知したり転送したりできる外部出力手段７を備えている。

外部調整手段６は、投光光学部３の内部のレンズ６３の光軸方向の移動を、矢印Δｘで示すように、位置外部から行えるように、レンズ６３を支持する支持部材６２と、これに連結されたつまみ６１とを備えて構成されている。このような外部調整手段６によるビーム広がり角調整機構を備えることにより、光ビーム広がり角θの調整を、本体外部より行える。

距離変化観測装置１の設置に際して、図１７（ａ）に示すように、上述の機構を用いて、まず初めに照射光Ｌ１の広がり角θを大きくして距離変化観測装置１の投光方向をターゲットＴＧに向けて大まかに調整する。次に、図１７（ｂ）に示すように、照射光Ｌ１の広がり角θを小さくして投光方向を微調整してターゲットＴＧに当たるようにする。これにより、距離変化観測装置１を設置する際に、照射光Ｌ１がターゲットＴＧに当たるようにする作業が容易となる。

なお、本実施形態では投光光学部３の内部のレンズ６３を物理的な機構によって動かす例を示しているが、これに限らず、例えば、モータなどの電気的な駆動部によって駆動してもよい。すなわち、このような駆動部によって駆動されるレンズやミラーの組合せから成る光学部材と、その駆動部を操作する操作スイッチとを備え、装置本体の外部から操作スイッチによって駆動部を操作し、光学部材を動かすようにして、ビーム広がり角θを調整するようにしてもよい。

このような外部調整手段６を備えた距離変化観測装置１によれば、距離変化観測装置１の設定に際して、初めに光ビームの広がり角θを大きくして大まかな投光方向の調整を行い、次に広がり角θを小さくして徹調整を行うようにすることで、光ビームのターゲット方向への方向調整が容易にできる。

また、外部出力手段７には、上述の図１７（ａ）（ｂ）における投光方向の調整に際して、リアルタイムに反射光Ｌ２の受光量Ｇを数値やグラフによって表示するように、表示機能を持たせる。これにより、照射光Ｌ１がターゲットＴＧに当たって受光部４が反射光Ｌ２を受光できるようになると、受光量Ｇの表示が変化するので、投光方向の調整がより容易となる。

なお、外部出力手段７の表示機能は、数値やグラフによる表示に限らず、受光量Ｇの強さが数段階で分かる機能であればよい。例えば、記号や模式的な図示によるものの他に、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子による、点灯数、点滅間隔、点灯強度（明るさ）などによるものなどを表示機能として備えてもよい。また、受光量情報の出力方法として、表示ではなく、音声によって数値を読み上げたり、音声の音量や音程、音声を発生する間隔などによる方法などでもよい。

また、距離変化観測装置１の装置本体に付属した表示部や音声発報部に受光量の情報を出力するだけでなく、装置本体と有線や無線によって接続された別の装置（パソコンやＰＤＡなど）に受光量の情報を転送して、装置本体以外の表示部や音声発報部に出力するようにしてもよい。

このような外部出力手段７を備えた距離変化観測装置１によれば、数値的にまたは知覚的に受光量情報によって設定状態を確実に認識しつつ照射光Ｌ１の照射方向を調整でき、距離変化観測装置１の初期設定作業を容易に行える。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る距離変化観測装置のブロック構成図。 同上距離変化観測装置の使用状態の斜視図。 （ａ）は同上距離変化観測装置における照射光照射のタイムチャート、（ｂ）は同照射光のターゲットからの反射光受光のタイムチャート。 （ａ）は同上距離変化観測装置における照射光の他の例を示す光照射のタイムチャート、（ｂ）は同照射光のターゲットからの反射光受光のタイムチャート。 同上距離変化観測装置における距離測定の概念説明図。 同上距離変化観測装置における距離測定の説明図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第２の実施形態に係る距離変化観測装置における投光部からの光ビーム広がり角調整の説明図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態における斜視図。 第４の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態の平面図。 同上距離変化観測装置における受光時刻の決定方法を説明するための反射光受光のタイムチャート。 第５の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態の平面図。 同上距離変化観測装置における受光時刻の決定方法を説明するための反射光受光のタイムチャート。 第６の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態の平面図。 同上距離変化観測装置における受光時刻の決定方法を説明するための反射光受光のタイムチャート。 第７の実施形態に係る距離変化観測装置の使用状態と反射光の偏光状態を説明する平面図。 第８の実施形態に係る距離変化観測装置のブロック構成図。 （ａ）（ｂ）は同上距離変化観測装置における初期設定方法を説明する平面図。 （ａ）は一般的な距離変化観測装置の概念説明図、（ｂ）は一般的な距離測定装置の概念説明図。 （ａ）（ｂ）は従来の距離変化観測装置の斜視図。 （ａ）は従来の距離変化観測装置の使用状態の斜視図、（ｂ）は同従来の距離測定装置の問題点を説明する斜視図、（ｃ）は同従来の距離測定装置の他の問題点を説明する平面図。

符号の説明

１ 距離変化観測装置
２ 投光部
３ 投光光学部
４ 受光部
５ 距離計算部
６ 外部調整手段
７ 外部出力手段
ｔ１，ｔ３，・・ 投光時刻
ｔ２，ｔ４，・・ 受光時刻
ｗ 時間範囲
Ｄ 距離
Ｇ 受光量
Ｌ０ 光ビーム
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 反射光
Ｐ１ 固定点
Ｐ２ 移動点
ＴＧ ターゲット
θ 広がり角

Claims (6)

1. 固定点と移動点との２点間の距離を光ビームの往復時間に基づいて定期的に測定することによりその距離変化を観測する距離変化観測装置において、
   前記距離測定に用いる光ビームを投光する投光部と、
   前記投光部からの光ビームを広がり角を調整した照射光とする投光光学部と、
   前記投光光学部からの照射光を反射するターゲットからの反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、
   前記投光部による光ビームの投光時刻から前記受光部による受光時刻までの経過時間に基づいて前記投光部から前記ターゲットまでの距離を前記２点間の距離として算出する距離計算部と、を備え、
   前記受光部は、前記投光時刻からの経過時間が予め設定した時間範囲内となる場合に限って前記受光時刻を決定するための受光信号を出力することを特徴とする距離変化観測装置。
2. 前記受光部は、前記予め設定した時間範囲内に複数の反射光を受光した場合には、それらのうち受光量が最大となる反射光を真の反射光として選択してその反射光に対応する受光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の距離変化観測装置。
3. 前記受光部は、前記予め設定した時間範囲内に複数の反射光を受光した場合には、それらのうち最初に受光した反射光を真の反射光として選択してその反射光に対応する受光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の距離変化観測装置。
4. 前記受光部は、特定の偏光状態にある光のみを受光して受光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の距離変化観測装置。
5. 前記投光光学部は、前記光ビーム広がり角の調整を装置本体の外部より行うための外部調整手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の距離変化観測装置。
6. 前記受光部は、受光量の情報を外部に表示または報知する外部出力手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の距離変化観測装置。

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