(57)【要約】【課題】降水などによる水滴や埃等の障害物が存在する状況においても測定対象物までの距離を簡単な構成で測定可能とする。【解決手段】測定対象物Ｄに向けてレーザ光を照射するレーザダイオード１と、測定対象物Ｄに設置されてレーザ光を反射する反射体２と、反射体２で反射された反射光を受光する受光素子３と、レーザダイオード１からレーザ光が照射された時点と受光素子３により反射光が受光された時点との時間差に基づいて測定対象物Ｄまでの距離を演算する演算処理部１０とを備える。レーザダイオード１から発するレーザ光の拡がりを利用してレーザ光の断面積を雨滴の最大断面積よりも十分大きい値に拡大しているため、水滴や埃等の障害物が存在する状況においても測定対象物Ｄまでの距離が測定できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に向けてレーザ光を照射する照射手段と、測定対象物に設置されて当該レーザ光を反射する反射手段と、反射手段で反射された反射光を受光する受光手段と、照射手段からレーザ光が照射された時点と受光手段により反射光が受光された時点との時間差に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段とを備え、照射手段は、レーザ光を発する光源と、光源から発するレーザ光の断面積が測定対象物との間に存在する障害物の断面積よりも大きくなるようにレーザ光を拡大する手段とを有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
照射手段は、測定対象物に照射するレーザ光の径を１０ｍｍ以上に拡げる前記手段を有することを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、直径が１０ｍｍ以上であって反射光を受光素子に集光するレンズとを有することを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
【請求項４】
反射手段は、レーザ光を入射方向と略同一方向へ反射してなり、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光を受光素子に集光するレンズとを有し、照射手段は、レーザ光を拡大する前記レンズと、測定対象物に照射されるレーザ光と反射手段で反射された反射光の少なくとも何れか一方を曲折させるハーフミラーとを有することを特徴とする請求項１又は２又は３記載の距離測定装置。
【請求項５】
反射手段は、レーザ光を入射方向と略同一方向へ反射してなり、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光を受光素子に集光するレンズとを有し、照射手段は、レーザ光を拡大する前記レンズと、測定対象物に照射されるレーザ光と反射手段で反射された反射光の少なくとも何れか一方を曲折させるプリズムとを有することを特徴とする請求項１又は２又は３記載の距離測定装置。
【請求項６】
反射手段がキューブミラーからなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項７】
受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光の光量が受光素子の許容範囲内に収まるように反射光の光量を調節する光量調節手段とを有することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項８】
照射手段並びに受光手段が収容されるハウジングと、該ハウジング並びに演算手段が収容される筐体と、該筐体内でハウジングを揺動自在に支持する支持手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項９】
照射手段は、光源の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を互いに異なる距離に存在する複数の測定対象物に照射してなり、受光手段は、各測定対象物に設置された複数の反射手段で各々反射された複数の反射光を受光してなり、演算手段は、受光手段で受光される複数の反射光の順序に応じて各測定対象物までの距離を演算することを特徴とする請求項１〜３又は６〜８の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項１０】
照射手段は、光源の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を複数の測定対象物に照射してなり、複数の測定対象物にそれぞれ設置される複数の反射手段は、各レーザ光を互いに偏光方向が異なる直線偏光の反射光としてなり、受光手段は、反射光の光路上に設置された偏光板を回転させて所望の偏光方向の反射光を択一的に受光してなることを特徴とする請求項１〜３又は６〜８の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の距離測定装置と、距離測定装置の測定結果を通信回線を介して送信する通信装置と、通信回線を介して通信装置から受信した測定結果を保持する遠隔監視装置とを備えたことを特徴とする距離監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を利用して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置、並びに距離測定装置で測定される距離を監視する距離監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光が測定対象物に反射して戻るまでの時間差を計測し、計測した時間差に基づいて測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が種々提供されている。この種の距離測定装置は、例えば、自動車や電車などの車両に搭載されて他の車両等の障害物（測定対象物）までの距離を測定して障害物との衝突を未然に防ぐという用途や、地面に設置されたターゲット（測定対象物）までの距離を測定することで地形の変動を監視し、地震や土砂崩れなどの自然災害による被害を未然に防ぐという用途などに用いられている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、上述のような用途に用いられる場合には測定対象物が屋外にあるため、雨、雪、霧等の気象状態や土埃などの環境状態によって、距離測定装置と測定対象物の間のレーザ光の光路上に存在する水滴や埃などの障害物に邪魔されてレーザ光が測定対象物に届かなかったり、あるいは反射光が戻ってこないために正確な測定ができないことがあった。そのために従来装置においては、光路上の雨滴を検出する雨滴センサを設けるとともに雨滴センサで雨滴が検出されたときにレーザ光の強度を大きくしたり（特許文献１参照）、あるいはレーザ光の波長を雨滴の直径よりも十分に小さくする（特許文献２参照）ことが行われていた。
【特許文献１】特開平６−３０８２３４号公報
【特許文献２】特公平６−８０４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来装置では雨滴センサを搭載しているために構成が複雑になってコストも上昇し、さらには装置の外形寸法も大きくなってしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された従来装置ではレーザ光の波長を適当に設定することで障害物（雨滴など）による散乱を抑えることはできるものの、レーザ光が障害物で遮られた場合には測定ができなくなる点に変わりはない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、降水などによる水滴や埃等の障害物が存在する状況においても測定対象物までの距離が簡単な構成で測定できる距離測定装置並びに距離監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、測定対象物に向けてレーザ光を照射する照射手段と、測定対象物に設置されて当該レーザ光を反射する反射手段と、反射手段で反射された反射光を受光する受光手段と、照射手段からレーザ光が照射された時点と受光手段により反射光が受光された時点との時間差に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段とを備え、照射手段は、レーザ光を発する光源と、光源から発するレーザ光の断面積が測定対象物との間に存在する障害物の断面積よりも大きくなるようにレーザ光を拡大する手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、降水などによる水滴や埃等の障害物の断面積よりも断面積が大きくなるようにレーザ光を拡大しているため、レーザ光が障害物によって遮断されることがなく、障害物が存在する状況においても測定対象物までの距離が測定できる。しかも、レーザ光を拡大する手段の追加のみで済むから、従来例に比較して構成が簡単であり、外形寸法が大型になることもない。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、照射手段は、測定対象物に照射するレーザ光の径を１０ｍｍ以上に拡げる前記手段を有することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、雨や霧あるいは埃の粒子よりも十分に大きい径までレーザ光を拡大することにより、測定対象物までの距離をさらに正確に測定可能となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、直径が１０ｍｍ以上であって反射光を受光素子に集光するレンズとを有することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、雨や霧あるいは埃の粒子よりも十分に大きい直径を有するレンズで反射光を受光素子に集光することにより、測定対象物までの距離をさらに正確に測定可能となる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、反射手段は、レーザ光を入射方向と略同一方向へ反射してなり、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光を受光素子に集光するレンズとを有し、照射手段は、レーザ光を拡大する前記レンズと、測定対象物に照射されるレーザ光と反射手段で反射された反射光の少なくとも何れか一方を曲折させるハーフミラーとを有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、照射手段から照射されるレーザ光の光路と反射手段で反射された反射光の光路がほぼ一致することから反射光が効率良く集光できて測定精度並びに測定範囲が向上できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、反射手段は、レーザ光を入射方向と略同一方向へ反射してなり、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光を受光素子に集光するレンズとを有し、照射手段は、レーザ光を拡大する前記レンズと、測定対象物に照射されるレーザ光と反射手段で反射された反射光の少なくとも何れか一方を曲折させるプリズムとを有することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、照射手段から照射されるレーザ光の光路と反射手段で反射された反射光の光路がほぼ一致することから反射光が効率良く集光できて測定精度並びに測定範囲が向上でき、しかも、請求項４の発明のようにハーフミラーを用いる場合に比較して光量の減少を抑えて測定精度および測定範囲がさらに向上できる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、反射手段がキューブミラーからなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、反射手段（キューブミラー）へのレーザ光の入射角度が変化しても反射光が入射方向と略同一方向に反射されるため、測定対象物までの距離が測定不能となることがない。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、受光手段は、光電変換機能を有する受光素子と、反射光の光量が受光素子の許容範囲内に収まるように反射光の光量を調節する光量調節手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、受光素子における光量の許容範囲を考慮せずに照射手段から照射されるレーザ光の光量を大きくすることができるから、障害物によって生じるＳ／Ｎ比の低下により測定対象物までの距離が測定不能となることがない。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、照射手段並びに受光手段が収容されるハウジングと、該ハウジング並びに演算手段が収容される筐体と、該筐体内でハウジングを揺動自在に支持する支持手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、筐体が傾いても支持手段によって支持されたハウジングは傾かずにそのままの姿勢を保持することができるから、レーザ光の照射方向が変化することによって測定対象物までの距離が測定不能となるのを防ぐことができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１〜３又は６〜８の何れかの発明において、照射手段は、光源の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を互いに異なる距離に存在する複数の測定対象物に照射してなり、受光手段は、各測定対象物に設置された複数の反射手段で各々反射された複数の反射光を受光してなり、演算手段は、受光手段で受光される複数の反射光の順序に応じて各測定対象物までの距離を演算することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、複数の測定対象物までの距離を個別に測定することが可能であり、一つの測定対象物までの距離しか測定できない距離測定装置に比較して低コストおよびメンテナンスの省力化が図れる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１〜３又は６〜８の何れかの発明において、照射手段は、光源の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を複数の測定対象物に照射してなり、複数の測定対象物にそれぞれ設置される複数の反射手段は、各レーザ光を互いに偏光方向が異なる直線偏光の反射光としてなり、受光手段は、反射光の光路上に設置された偏光板を回転させて所望の偏光方向の反射光を択一的に受光してなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、複数の測定対象物までの距離を個別に測定することが可能であり、一つの測定対象物までの距離しか測定できない距離測定装置に比較して低コストおよびメンテナンスの省力化が図れる。しかも、請求項９の発明では互いに異なる距離に存在する測定対象物までの距離しか測定できないが、本発明ではほぼ同じ距離に存在する測定対象物までの距離でも測定可能であって使い勝手に優れる。
【００２６】
請求項１１の発明は、上記目的を達成するために、請求項１〜１０の何れかに記載の距離測定装置と、距離測定装置の測定結果を通信回線を介して送信する通信装置と、通信回線を介して通信装置から受信した測定結果を保持する遠隔監視装置とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、例えば距離測定装置で測定する測定対象物までの距離を監視することで地形の変動を監視する場合、通信装置を使って距離測定装置の測定結果を遠隔監視装置に送信させて保持することにより、監視対象の場所から離れた遠隔地において地形変動を監視することができて監視作業の省力化が図れるとともに異常（地形の変動）が発生した場合に早期に対応することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、降水などによる水滴や埃等の障害物の断面積よりも断面積が大きくなるようにレーザ光を拡大しているため、レーザ光が障害物によって遮断されることがなく、障害物が存在する状況においても測定対象物までの距離が測定でき、しかも、レーザ光を拡大する手段の追加のみで済むから、従来例に比較して構成が簡単であり、外形寸法が大型になることもないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
図１は本実施形態における距離測定装置Ａの概略構成図、図２は後述する演算処理部１０のブロック図、図３は本実施形態における距離監視システムのシステム構成図をそれぞれ示している。
【００３０】
本実施形態の距離監視システムは、例えば地震や土砂崩れなどの自然災害による被害を未然に防ぐことを目的として地形の変動を監視する用途に用いられるものであって、図３に示すように距離測定装置Ａと、距離測定装置Ａの測定結果を通信回線Ｌｓを介して送信する通信装置Ｂと、通信回線Ｌｓを介して通信装置Ｂから受信した測定結果を保持する遠隔監視装置Ｃとで構成される。通信装置Ｂは、公衆電話回線などの通信回線Ｌｓを介してデータの送受信を行う従来周知のモデムからなり、汎用の通信インタフェース（ＲＳ−２３２Ｃなど）により距離測定装置Ａと接続される。遠隔監視装置Ｃは、通信回線Ｌｓを介してデータの送受信を行うモデムを内蔵した汎用のコンピュータ装置によって構成され、通信装置Ｂから受け取った測定結果を大容量の記憶装置（内蔵又は外付けのハードディスク装置など）に格納して保持し、オペレータの操作に応じて随時測定結果を参照することができ、さらに異常（例えば、地震や土砂崩れによる測定結果の変動）が発生した場合にオペレータに報知できるようになっている。このように遠隔から距離測定装置Ａの測定結果を収集することができるため、監視作業の省力化が図れるとともに異常発生時の対応が早期に行えるという利点がある。なお、遠隔監視装置Ｃから通信装置Ｂを介して距離測定装置Ａに制御コマンドを送信し、制御コマンドによって距離測定装置Ａの動作を制御することも可能である。
【００３１】
一方、距離測定装置Ａは、図３に示すように測定地点に設置される測定対象物Ｄまでの距離を測定するものであって、測定対象物Ｄに向けてレーザ光を照射するレーザダイオード１と、測定対象物Ｄに設置されてレーザ光を反射する反射体２と、反射体２で反射された反射光を受光する受光素子（フォトダイオード）３と、レーザダイオード１からレーザ光が照射された時点と受光素子３により反射光が受光された時点との時間差に基づいて測定対象物Ｄまでの距離を演算する演算処理部１０と、レーザダイオード１、受光素子３、演算処理部１０を収容する筐体２０と、筐体２０の前面に設けられた平凸レンズからなりレーザダイオード１から照射されるレーザ光を略平行光とする照射レンズ４と、同じく筐体２０の前面に設けられた平凸レンズからなり反射光を受光素子３の受光面に集光する集光レンズ５とを備える。反射体２は板材の表面に白色塗料を塗布してなり、筐体２０は合成樹脂若しくは金属部材により角筒状に形成され、軸方向の一端面（前面）に照射レンズ４並びに集光レンズ５が設けられ、側面には支持台２１が突設されている（図３参照）。なお、照射レンズ４並びに集光レンズ５には平凸レンズ以外のレンズを用いても構わない。
【００３２】
演算処理部１０は、ＣＰＵとその周辺回路（メモリやクロック発振器など）からなる制御回路１１と、制御回路１１の制御の元でレーザダイオード１を駆動してレーザ光を照射させるＬＤ駆動回路１２と、受光素子３の出力信号に対して増幅、波形整形、ピークホールドなどの信号処理を行う信号処理回路１３と、日付や時刻を管理するためのタイマ回路１４と、通信装置Ｂとの間で測定結果などの授受を行うための汎用（ＲＳ−２３２Ｃなど）の通信インタフェース１５と、商用電源や蓄電池を電源として上記各回路の動作電源を作成する電源回路１６とを備える。而して、制御回路１１では、ＬＤ駆動回路１２を制御してレーザダイオード１からパルス状のレーザ光を照射させると同時に内部クロックのカウントを開始し、反射体２で反射されたパルス状の反射光が受光素子３で受光されて信号処理回路１３で信号処理された後の受信信号が入力されると内部クロックのカウントを停止し、カウントしたクロック数からレーザダイオード１よりレーザ光が照射された時点と受光素子３により反射光が受光された時点との時間差を求め、その時間差に基づいて測定対象物Ｄまでの距離を演算する。そして、制御回路１１が通信インタフェース１５を介して測定対象物Ｄまでの距離の測定結果を通信装置Ｂに出力し、通信装置Ｂを通じて遠隔監視装置Ｃに送信する。
【００３３】
ところで、可視領域の赤色レーザ光を用いる場合、従来例におけるレーザ光の径は約２ｍｍ程度であったが、雨滴、霧、埃の粒子の直径がそれぞれ０．５ｍｍ〜５ｍｍ、０．０１ｍｍ、１ｍｍ以下であるため、例えば雨天時には距離測定装置Ａと測定対象物Ｄとの間のレーザ光の光路上にレーザ光の断面積よりも大きい断面積を有する障害物（雨滴）が存在することになり、レーザ光が雨滴に遮断されて測定が不能となる虞があった。
【００３４】
そこで本実施形態では、照射レンズ４の直径を雨滴の最大径よりも十分に大きい１０ｍｍ以上に設定するとともにレーザダイオード１を照射レンズ４の焦点の位置に配置し、レーザダイオード１から発するレーザ光の拡がりを利用してレーザ光の断面積を雨滴の最大断面積よりも十分大きい値に拡大した後、照射レンズ４によって略平行光としている。このとき、レーザダイオード１から発するレーザ光の拡がり角度が小さいために照射レンズ４の焦点距離ではレーザ光の断面積が十分に拡大できない場合には、図４に示すようにレーザダイオード１と照射レンズ４の間に両凹レンズ６を配置してレーザ光の拡がり角度を大きくすればよい。
【００３５】
而して本実施形態では、上述のようにレーザダイオード１から照射されるレーザ光の断面積を拡大しているため、従来例のようにレーザ光が雨滴などの障害物によって遮断されることがなく、障害物が存在する状況においても測定対象物Ｄまでの距離が測定できるものである。しかも、レーザダイオード１から発するレーザ光の拡がりを利用してレーザ光を拡大しているから、特許文献１に記載された従来例に比較して構成が簡単であり、外形寸法が大型になることもない。また本実施形態では、照射レンズ４に合わせて集光レンズ５も直径を１０ｍｍ以上に設定し、断面積が拡大されたレーザ光の反射光を効率よく受光素子３に集光して測定対象物Ｄまでの距離を正確に測定できるようにしている。なお、本実施形態の距離測定装置Ａを降雪地帯に設置する場合、障害物である雪（霰や雹を含む）の直径が最大で１５０ｍｍに達することもあるので、照射レンズ４および集光レンズ５の直径を３００ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００３６】
ところで、反射体２として高反射率材料であるアルミニウムなどを板材の表面に塗布したものや、さらにその表面を鏡面加工したものを用いれば、反射体２と障害物のレーザ光に対する反射率が異なることから、演算処理部１０において受光素子３で受光する反射光の光量を監視することにより反射光が反射体２によるものか障害物によるものかを判定することができ、障害物による誤測定の防止が可能となる。なお、反射体２の反射面（表面）を、図５に示すように距離測定装置Ａから測定対象物Ｄまでの距離Ｘに略等しい曲率半径を有する球面の一部となる形状に形成すれば、反射体２へのレーザ光の入射角度が変化しても反射光が入射方向と略同一方向に反射されるため、測定対象物Ｄまでの距離が測定不能となることがない。
【００３７】
また、近隣の道路を通行する自動車による地面の揺れ、あるいは強風によって距離測定装置Ａの筐体２０が揺れて測定結果にばらつきが生じることがあるので、図６に示すようにレーザダイオード１、受光素子３、照射レンズ４並びに集光レンズ５を収容したハウジング２２を防振機構２３により筐体２０に取り付ける構造とし、上記揺れを防振機構２３で吸収して測定結果のばらつきを抑えることが望ましい。なお、防振機構２３としては内部損失の高いゴムやスプリング、あるいはエア式又は油圧式のダンパを用いればよい。
【００３８】
ところで、距離測定装置Ａは必ずしも常時距離測定を行う必要はなく、予め決められたスケジュールに従って定期的（例えば、数十分毎や数時間毎など）に行うようにしてもよいが、レーザダイオード１や受光素子３あるいは演算処理部１０に常時電源を供給したままであると電力が無駄に消費されてしまうことになる。そこで、タイマ回路１４に距離測定のスケジュールを登録しておき、距離測定を行う時刻になったらタイマ回路１４が電源回路１６から各回路への電源供給を開始させるとともに１回の距離測定が終了したら電源回路１６から各回路への電源供給を停止するようにすれば、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態は、図７に示すように照射レンズ４と集光レンズ５を１枚の平凸レンズ（照射／集光レンズ）７で兼用し、レーザダイオード１から照射されるレーザ光（照射光）と反射体２に反射されて戻るレーザ光（反射光）をハーフミラー８で曲折させる構成とした点に特徴があり、これ以外の構成については実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。
【００４０】
ハーフミラー８は入射角が４５度の時に透過率および反射率が各々５０％となる特性を有するとともに照射／集光レンズ７の集光範囲をカバーし得る寸法を有するものであって、レーザダイオード１の光軸Ｈ１と照射／集光レンズ７の光軸Ｈ２のなす角度が上記角度の倍、すなわち９０度となるように配置される。このとき、受光素子３はその光軸Ｈ３が照射／集光レンズ７の光軸Ｈ２と一致する位置に配置される。なお、照射／集光レンズ７のレンズ中心とレーザダイオード１および受光素子３との光路上の距離は何れも照射／集光レンズ７の焦点距離に等しく設定されている。また、反射体２はレーザ光を入射方向と略同一方向へ反射するように構成されている。
【００４１】
而して、本実施形態によれば、レーザダイオード１から照射される照射光の光路と反射体２で反射された反射光の光路がほぼ一致することから反射光が効率良く集光できて測定精度並びに測定範囲が向上できるという利点がある。
【００４２】
（実施形態３）
ところで、実施形態２の構成では照射光並びに反射光が何れも平行光でないため、ハーフミラー８に入射する場所によって透過率に違いが生じて安定した距離検出を行い難い場合がある。
【００４３】
そこで本実施形態は、図８に示すようにレーザダイオード１とハーフミラー８の間に平凸レンズ３０を配置してハーフミラー８に入射する照射光を平行光に変換し、さらにハーフミラー８と照射／集光レンズ７の間に配置した両凹レンズ３１により照射光を拡大するとともに、受光素子３とハーフミラー８の間に平凸レンズ３２を配置してハーフミラー８を透過した反射光を受光素子３の受光面に集光する構成としている。なお、これ以外の構成については実施形態１並びに２と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。
【００４４】
而して、本実施形態ではハーフミラー８に入射する照射光および反射光を何れも平行光としているため、ハーフミラー８に入射する場所によって透過率に違いが生じることがなく、安定した距離検出を行うことができる。また、ハーフミラー８は照射／集光レンズ７の集光範囲をカバーし得る寸法とする必要がないから、ハーフミラー８の小型化によるコスト削減が図れるという利点がある。
【００４５】
（実施形態４）
本実施形態は、図９に示すようにレーザダイオード１から照射されるレーザ光（照射光）と反射体２に反射されて戻るレーザ光（反射光）を曲折させる手段としてハーフミラー８の変わりに偏光プリズム９を用いる点に特徴があり、これ以外の構成については実施形態１〜３と共通である。よって、実施形態１〜３と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。
【００４６】
本実施形態では、図９に示すように実施形態３におけるハーフミラー８の位置に偏光プリズム９と４分の１波長板２４を配置している。偏光プリズム９は互いに隣接する入射面９ａ並びに出射面９ｂと、入射面９ａおよび出射面９ｂの双方に対向する入出射面９ｃとを有し、入射面９ａと正対する位置にレーザダイオード１並びに平凸レンズ３０を配置し、出射面９ｂと正対する位置に受光素子３並びに平凸レンズ３１を配置するとともに、入出射面９ｃと正対する位置に４分の１波長板２４を配置している。
【００４７】
而して、レーザダイオード１が発するレーザ光が直線偏光であって、図１０（ａ）の矢印と平行な偏光面を有するものであるとすると、平凸レンズ３０で平行光に変換された後に偏光プリズム９の入射面９ａから入射して入出射面９ｃから出射する照射光は、４分の１波長板２４を通過する際に、図１０（ｂ）に示すように偏光面が反時計回りに４５度回転することになる。そして、反射体２で反射する際には偏光面の回転は生じないが（図１０（ｃ）参照）、反射光が４分の１波長板２４を通過する際に、図１０（ｄ）に示すように偏光面が反時計回りに４５度回転する。その結果、偏光プリズム９の入出射面９ｃから出射した照射光の偏光面（図１０（ａ）参照）と、偏光プリズム９の入出射面９ｃに入射する反射光の偏光面（図１０（ｄ）との間には９０度の角度差が生じる。
【００４８】
一方、偏光プリズム９は入射面９ａから入射した照射光を屈折させずに入出射面９ｃから出射するが、入出射面９ｃから入射する反射光についてはその偏光面が照射光の偏光面に対して９０度ずれているため、所定の角度だけ屈折させて出射面９ｂより出射させる。すなわち、４分の１波長板２４で照射光と反射光の偏光面をずらすことにより、偏光プリズム９にて反射光を曲折させているのである。
【００４９】
上述のように本実施形態では偏光プリズム９を用いて反射光を曲折させているので、実施形態３のようにハーフミラー８で照射光を曲折させる場合に比較して光量の減少を抑えることができ、測定精度および測定範囲の向上が図れるという利点がある。
【００５０】
（実施形態５）
本実施形態は、反射手段としてキューブミラー２５を用いる点に特徴があり、その他の構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明は省略する。
【００５１】
キューブミラー２５は従来周知であって、プリズムや反射鏡を組み合わせて光を入射方向によらず元の方向に反射するもので、図１１（ａ）に示すように立方体の一隅を切り取った形状をした互いに垂直な３つの反射面を有しており、図中のＡＢＣ面から入射した光が前記３つの反射面で１回ずつ反射して再びＡＢＣ面から出でいくことになる。
【００５２】
而して、キューブミラー２５を反射手段とすれば、図１１（ｂ）に示すようにキューブミラー２５へのレーザ光の入射角度が変化しても反射光が入射方向と略同一方向に反射されるため、測定対象物Ｄまでの距離が測定不能となることがないものである。
【００５３】
なお、図１１（ｃ）に示すように多数のキューブミラー２５を同一平面上に並べたものを反射手段として用いても構わない。この場合、個々のキューブミラー２５の大きさは照射光の径の１０分の１以下とすることが望ましい。
【００５４】
（実施形態６）
本実施形態は、図１２に示すように受光素子３と集光レンズ５の間に反射光の光量を調節する光量調節手段２６を設けた点に特徴があり、その他の構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明は省略する。
【００５５】
光量調節手段２６は、例えば光の透過率が可変である液晶シャッタや、あるいは濃度の異なる複数のＮＤフィルタを機械的に入れ替えて光の透過率を可変とするものである。
【００５６】
而して、光量調節手段２６により反射光の光量が受光素子３の許容範囲内に収まるように調節すれば、受光素子３における光量の許容範囲を考慮せずにレーザダイオード１から発するレーザ光の光量を大きくすることができるため、障害物によって生じるＳ／Ｎ比の低下により測定対象物Ｄまでの距離が測定不能となることを防ぐことができる。
【００５７】
（実施形態７）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００５８】
本実施形態は、図１３（ａ）に示すようにレーザダイオード１、受光素子３、照射レンズ４並びに集光レンズ５を収容したハウジング２２を、一端が筐体２０の天面に固定された複数のワイヤ２７で吊り下げて筐体２０内で揺動自在に支持する点に特徴がある。
【００５９】
而して本実施形態では、筐体２０が傾いても支持手段たるワイヤ２７によって支持されたハウジング２２は傾かずにそのままの姿勢を保持することができるから、レーザ光の照射方向が変化することによって測定対象物Ｄまでの距離が測定不能となるのを防ぐことができる。
【００６０】
なお、本実施形態では支持手段としてワイヤ２７を用いたが、図１３（ｂ）に示すように筐体２０の天面に取り付けたヒンジ２８と、ヒンジ２８から垂設されて先端にハウジング２２が取り付けられる支柱２９とで支持手段を構成しても構わない。
【００６１】
また、ワイヤ２７などの支持手段でハウジング２２を筐体２０に吊り下げる代わりに、図１３（ｃ）に示すようにハウジング２２の側面におけるハウジング２２の重心位置Ｇよりも鉛直上方の位置から突設した回転軸（図示せず）を、筐体２０の底面から立設した支持台４０の先端部に設けた軸受け部４１に回動自在に枢支させ、支持台４０と回転軸からなる支持手段でハウジング２２を揺動自在に支持する構造としても良い。このような支持構造を採用した場合、上述の吊り下げ構造に比較して揺動範囲（揺動半径）が小さくなるために筐体２０の小型化が容易であるという利点がある。しかも、回転軸と軸受け部４１との間に生じる摩擦力によって、筐体２０が振動した場合にハウジング２２の揺れが抑制されるという利点もある。
【００６２】
（実施形態８）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００６３】
本実施形態は、一つのレーザダイオード１の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を互いに異なる距離に存在する複数の測定対象物に照射し、各測定対象物に設置された複数の反射手段で各々反射された複数の反射光を一つの受光素子３で受光し、受光素子３で受光される複数の反射光の順序に応じて演算処理部１０が各測定対象物までの距離を演算する点に特徴がある。
【００６４】
図１４に示すように、照射レンズ４の入射面と平行にレーザ光を照射する向きにレーザダイオード１を配置し、互いに透過率が異なる第１乃至第５のハーフミラー４２1〜４２5がレーザダイオード１の光軸上に一列に並べて配置してある。本実施形態では、第１乃至第５のハーフミラー４２1〜４２5の透過率をそれぞれ８０％、７５％、６６％、５０％および０％とし、第１乃至第５のハーフミラー４２1〜４２5で反射されて照射レンズ４により平行光とされる各照射光が元のレーザ光の２０％の光量（強度）となるようにしている。
【００６５】
このようにして分岐された複数の照射光が各々対応する測定対象物（図示せず）に照射され、各測定対象物に設置された反射体で反射された反射光が受光素子３で受光されることになる。すなわち、図１５（ａ）に示すようなパルス状の照射光がレーザダイオード１から照射されたとき、第１乃至第５のハーフミラー４２1〜４２5で分岐された各照射光に対応する複数の反射光Ｒ１〜Ｒ５が受光素子３で受光されるタイミングは、図１５（ｂ）に示すようにそれぞれの測定対象物までの距離が短いほど早くなる。ここで、個々の測定対象物までの距離は予め判っているので、演算処理部１０（制御回路１１）においては異なるタイミングで受光した反射光Ｒ１〜Ｒ５が何れの測定対象物による反射光であるかを判別して個々の測定対象物までの距離を求めることができる。
【００６６】
而して本実施形態では、複数の測定対象物までの距離を個別に測定することが可能であり、一つの測定対象物までの距離しか測定できない距離測定装置に比較して低コストおよびメンテナンスの省力化が図れるという利点がある。
【００６７】
（実施形態９）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【００６８】
本実施形態は、一つのレーザダイオード１の発するレーザ光を互いに向きの異なる複数のレーザ光に分岐するとともに各レーザ光を互いに異なる距離に存在する複数の測定対象物に照射し、複数の測定対象物にそれぞれ設置される反射手段で各レーザ光を互いに偏光方向が異なる直線偏光の反射光とし、反射光の光路上に設置された偏光板を回転させて所望の偏光方向の反射光を択一的に受光素子３で受光するようにした点に特徴がある。但し、レーザ光を複数のレーザ光に分岐する構成は実施形態８と共通であるから説明は省略する。
【００６９】
複数の測定対象物に設置される反射手段は、図１６に示すように矩形板状の偏光反射板４３1〜４３3からなる。レーザダイオード１が発するレーザ光が直線偏光であって、図１７（ａ）の矢印と平行な偏光面（偏光方向）を有するものであるとすると、これらの偏光反射板４３1〜４３3で反射された各反射光は、それぞれ図１７（ｂ）〜（ｄ）に示すように偏光面が反時計回りに４５度、９０度、１３５度回転することになる。
【００７０】
一方、受光素子３の前方には、図１８に示すように略円形の偏光板５０が回動自在に配設されている。偏光板５０の周面には多数の歯（図示せず）が列設されており、これらの歯と噛み合うギヤ５１がサーボモータ５２のモータ軸５２ａに取り付けられている。サーボモータ５２はモータコントローラ５３によって回転方向並びに回転量が制御される。すなわち、モータコントローラ５３でサーボモータ５２を制御して偏光板５０を回動させ、互いに偏光面が異なる複数の反射光のうちの何れか一つの反射光の偏光面に偏光板５０の偏光面を一致させることで所望の偏光方向の反射光を択一的に受光素子３で受光させることができる。なお、何れの反射光を選択するかは制御回路１１からモータコントローラ５３を制御することで行われる。
【００７１】
而して本実施形態では、複数の測定対象物までの距離を個別に測定することが可能であり、一つの測定対象物までの距離しか測定できない距離測定装置に比較して低コストおよびメンテナンスの省力化が図れる。しかも、実施形態８では互いに異なる距離に存在する測定対象物までの距離しか測定できないが、本実施形態ではほぼ同じ距離に存在する測定対象物までの距離でも測定可能であって使い勝手に優れるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施形態１における距離測定装置を示す概略構成図である。
【図２】同上の距離測定装置における演算処理部のブロック図である。
【図３】同上の距離監視システムを示すシステム構成図である。
【図４】同上の距離測定装置における要部の他の構成を示す概略構成図である。
【図５】同上の距離測定装置の他の構成を示す概略構成図である。
【図６】同上の距離測定装置の内部構造を示す概略構成図である。
【図７】実施形態２における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図８】実施形態３における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図９】実施形態４における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】（ａ）は実施形態５における反射手段（キューブミラー）の斜視図、（ｂ）は実施形態５の動作説明図、（ｃ）は反射手段の他の構成を示す斜視図である。
【図１２】実施形態６における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図１３】（ａ）は実施形態７における距離測定装置の内部構造を示す概略構成図、（ｂ）は距離測定装置の他の内部構造を示す一部省略した概略構成図、（ｃ）は距離測定装置のさらに他の内部構造を示す概略構成図である。
【図１４】実施形態８における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図１５】同上の動作説明図である。
【図１６】実施形態９における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【図１７】同上の動作説明図である。
【図１８】同上における距離測定装置の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  レーザダイオード
２  反射体
３  受光素子
４  照射レンズ
５  集光レンズ
１０  演算処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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