(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波を水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、
垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信し、該受信した電磁波のパルス信号を前記長さ方向に伝搬させる電磁波パルス受信部と、
該電磁波パルス受信部の上下端に伝搬された前記電磁波パルスの第一、第二のパルス信号を検出するパルス検出部と、
該パルス検出部で検出された前記第一及び第二のパルス信号の時間差から前記電磁波パルス受信部における電磁波パルスの照射位置を検出し、前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との相対的な高さの差を検出する高さ検出部とを有する電磁波による高さ測定装置。
【請求項２】
パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波をその垂直方向の射出角を絞って水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、
垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信する電磁波パルス受信部と、
該電磁波パルス受信部で受信された電磁波パルスに応じて生成され該電磁波パルス受信部の一端に伝搬されるパルス信号のパルス幅に基づいて前記電磁波の前記電磁波パルス受信部での垂直方向の広がりを検出し、該検出された広がりから前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との間の距離を検出する距離検出部とを有する電磁波による距離測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の距離測定装置において、
前記距離検出部は、前記電磁波パルス射出部の前記射出角と前記電磁パルス受信部の感度に従って、該電磁波パルス射出部と受信部間の距離と前記電磁波の前記電磁波パルス受信部での広がりの関係を記録したテーブル手段を有し、該テーブル手段を参照して前記距離を検出することを特徴とする電磁波による距離測定装置。
【請求項４】
パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波をその垂直方向の射出角を絞って水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、
垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信し、該受信した電磁波のパルス信号を該長さ方向に伝搬させる電磁波パルス受信部と、
該電磁波パルス受信部の上下端に伝搬された前記電磁波パルスの第一、第二のパルス信号を検出するパルス検出部と、
該パルス検出部で検出された前記第一及び第二のパルス信号の時間差から前記電磁波パルス受信部における電磁波パルスの照射位置を検出し、前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との相対的な高さの差を検出する高さ検出部と、該電磁波パルス受信部中の該電磁波を受信する位置に基づいて前記電磁波の前記垂直方向の広がりを検出し、該検出された広がりから前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との間の距離を検出する距離検出部とを有する電磁波による測定装置。
【請求項５】
パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波を水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、
垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信し、該受信した電磁波のパルス信号を前記長さ方向に伝搬させる電磁波パルス受信部と、
該電磁波パルス受信部の一端に伝搬された前記電磁波パルスの第一のパルス信号と、他端に伝搬されて反射された後該一端に伝搬された第二のパルス信号とを検出するパルス検出部と、
該パルス検出部で検出された前記第一及び第二のパルス信号の時間差から前記電磁波パルス受信部における電磁波パルスの照射位置を検出し、前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との相対的な高さの差を検出する高さ検出部とを有する電磁波による高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超短パルスの信号を含む電磁波を利用して２カ所の間の高さの差及び距離を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２カ所間の高さの差を測定する装置としては、被測定位置に設置し垂直方向に立てた標尺上の目盛りを、基準位置に設置し水平方向に向いた望遠鏡で読み取ることで基準位置からの高さの差を求める光学式レベル装置が一般的である。
【０００３】
また、省力化、自動化のもとに、基準位置からレーザ光を水平方向に出射して、被測定位置に設置した垂直方向に延びる受光器で、レーザ光の受光位置を計測するレーザレベル装置が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光学式レベル装置においては、基準位置で望遠鏡を覗く人間と被測定位置で標尺を持つ人間の最低２人が必要であり、作業性が悪い。また、人間の目視により標尺の目盛りを読み取ることが必要であり作業者の能力による測定誤差の発生を招き、正確な測定が困難である。
【０００５】
上記のレーザレベル装置は、このような問題点を一部解決するが、レーザ光を使用しているため、特に太陽光などの外乱光のもとではレーザ光の判別が困難で屋外での測定が困難であるという問題点を有している。更に、遠くまで届くレーザ光を生成する為にはかなりの電力消費を伴い、フィールドでの電源の確保の困難性から電池の寿命の期間しか連続して使用できない。
【０００６】
そこで、本発明は上記の問題点を解決し、作業性が良く正確な高さ測定を行うことができ、しかも屋外、屋内の場所を選ばない高さ測定装置を提供することにある。
【０００７】
更に、本発明の目的は、２カ所の間の距離を作業性よく正確に測定することができる距離測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波を水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、
垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信し、該受信した電磁波のパルス信号を前記長さ方向に伝搬させる電磁波パルス受信部と、
該電磁波パルス受信部の上下端に伝搬された前記電磁波パルスの第一、第二のパルス信号を検出するパルス検出部と、
該パルス検出部で検出された前記第一及び第二のパルス信号の時間差から前記電磁波パルス受信部における電磁波パルスの照射位置を検出し、前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との相対的な高さの差を検出する高さ検出部とを有する電磁波による高さ測定装置を提供することにより達成される。
【０００９】
２００ピコｓｅｃ程度の超短パルス信号に従って電磁波パルスを生成し、その電磁波パルス信号を利用することにより、効率的にそして正確に高さを測定することができる。
【００１０】
更に上記の目的は、本発明によれば、パルス幅の短いパルス信号を有する電磁波をその垂直方向の射出角を絞って水平方向に射出する電磁波パルス射出部と、垂直方向に所定の長さを有し、該電磁波パルスを受信する電磁波パルス受信部と、該電磁波パルス受信部中の該電磁波を受信する位置に基づいて前記電磁波の前記垂直方向の広がりを検出し、該検出された広がりから前記電磁波パルス射出部と電磁波パルス受信部との間の距離を検出する距離検出部とを有する電磁波による距離測定装置を提供することにより達成される。
【００１１】
短パルス信号から生成される電磁波パルス信号の広がりの程度を検出することで距離を測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態例の高さ及び距離測定装置のブロック図である。１０１は超短パルス信号を有する電磁波を水平方向に射出する電磁波パルス射出部であり、例えば基準位置に設置される。電磁波パルス射出部１０１内には、２００ピコｓｅｃ程度の超短パルスで、１００ＫＷ程度の高い電圧のパルス信号を生成するパルス発生部１と、そのパルス発生部１からのパルス信号を増幅して得られる電磁波ビームを所定形状に成形して射出する増幅アンテナ部２と、その電磁波ビームを水平方向に走査するビーム走査用ミラー３が設けられている。
【００１４】
増幅アンテナ部２では、結果的に水平方向に射出される電磁波ＥＭの垂直方向の広がりの角度が、例えば２度等の狭い角度になる様にアンテナの形状を適宜選択することで電磁波のビームが成形される。また、ビーム走査用ミラー３は、３６０度回転することで、基準位置に対して被測定位置を自由に選択することができる。或いは、被測定位置がある程度の範囲に限定される場合は、その範囲の方向にミラー３の走査方向が制御される。
【００１５】
１０２は、電磁波ＥＭを受信する受信部であり、被測定位置に設置される。この受信部１０２には、垂直方向に所定の長さを有する電磁波パルス受信部４が設けられる。この電磁波パルス受信部４は、例えば、アルミニウム等の金属導体で構成されるものであり、水平方向に僅かな広がりを持った電磁波ビームＥＭをその所定の位置で受信し、その電磁波パルスが金属導体内をその受信位置から上下方向に伝搬する様に構成される。
【００１６】
通常電磁波は、真空中及び物質中を高速で移動する。真空中の速度は秒速で約３０万kmであり、空気中においてもほぼ同程度の速度で移動する。それに対して、金属導電体中等の物質中ではその誘電率に応じて速度が遅くなり、例えば一般的な電線を利用したときは、毎秒約２０万kmになる。
【００１７】
従って、電磁波パルス受信部４の長さが２ｍ程度であるとして、電磁波パルスがその中央部で受信されたとすると、その上下端に達するのに要する時間は、５ｎｓｅｃ程度になる。
【００１８】
電磁波パルス受信部４上の電磁波パルスを受信する位置は、電磁波パルス射出部１０１との相対的な高さの差によって決定される。そこで、電磁波パルス受信部４の上下端に達する電磁波パルス信号を検出するパルス検出部５ａ、５ｂが電磁波パルス受信部４の上下端に設けられている。パルス検出部５ａ，５ｂで伝搬パルス信号の反射が発生しない様に、適宜インピーダンス整合がとられている。
【００１９】
図２は、図１の要部の信号のタイミングチャート図である。図中（１）は、パルス発生部１にて生成されたパルス信号であり、図中（２）、（３）はパルス検出部５ａ，５ｂが検出したパルス信号である。それぞれの検出されたパルス信号が伝搬時間差測定部６に供給され、適宜発生させたカウントパルスを両パルスの間の時間カウントすることで、両パルス信号の伝搬時間差に対応したカウント値６ａが電磁波ビーム位置検出部７に与えられる。
【００２０】
電磁波ビーム位置検出部７には、伝搬時間差に対応したカウント値と検出高さの実測値との対応を予め作成したテーブルが記憶され、そのテーブルを参照することにより、被測定位置の基準位置からの高さが求められ、表示部８に表示される。
【００２１】
一方、受信部１０２内には、更に電磁波パルス射出部１０１が設置された基準位置と受信部１０２が設置された被測定位置との距離を検出する手段が設けられている。
【００２２】
図３は、上記の距離測定の原理を説明する為の図である。電磁波パルス射出部１０１から例えば垂直方向の広がり角度θで電磁波パルスＥＭが射出され、電磁波パルス受信部４にその電磁波パルスが照射されると、その受信部４内で生成されるパルス幅は、距離Ｄに応じて相対的に長くなる傾向にある。図３中で、実線で示した受信部４の位置では、例えば図２の（５）の実線で示したパルス信号がパルス検出部５ｂで検出されるとすると、図３中で、破線でしめした受信部４の位置では、図２（５）の破線で示したパルス信号が検出される。従って、その受信したパルスの幅を測定することにより、図３中の距離Ｄ１とＤ２とを区別して検出することができる。
【００２３】
例えば、上記の垂直方向のビームの広がり角度θを２度として、電磁波パルス受信部４の導体中の電磁波の伝搬速度が毎秒２０万kmとし、出射パルス幅が２００ピコｓｅｃとすると、距離Ｄと受信部４でのビーム幅Ｌとパルス幅Ｗの関係は、例えば図３中に示した表の如き関係になる。従って、従来の距離測定器で測定されていた数十ｍから数百ｍ程度の範囲の距離を測定することが可能である。
【００２４】
図１に戻り、上記の電磁波パルス受信部４が受信した電磁波パルスがパルス検出部５ｂで検出され、そのパルス信号がパルス幅検出部９に与えられる。このパルス信号はパルス検出部５ａから供給されても良い。そして、パルス検出部９では、図２（５）に示した通り、パルス信号のピークレベルの半値全幅Ｗが検出される。具体的には、カウンタパルスをカウントすることによりカウント値９ａとしてそのパルス幅が距離検出部１０に与えられる。そして、距離検出部１０内には、距離Ｄと受信パルス幅の関係を示した図３中の表の如きテーブルが記憶されており、そのテーブルを参照することで実際の距離が求められる。そして、表示部８にその距離が表示される。
【００２５】
この様に、被測定位置の高さに加えて距離も同時に測定することができるので、例えば測定限界距離内にあるか否かの判定を同時に行うことができる。即ち、通常電磁波が所定のパワーで伝搬できる距離は、射出時のパワーとの関係である程度の限界がある。従って、この様な高さ測定装置は測定限界距離が通常設定されている。その場合、測定限界距離を越えた領域で被測定位置の高さを測定することは、発生誤差が大きくなり好ましくない。その場合、上記の様に距離を同時に検出することができると、測定限界距離内であるか否かの判定を即座に行うことができる。
【００２６】
上記の測定装置の使用例について簡単に説明する。先ず最初に、電磁波パルス射出部１０１を任意の基準位置に設置し、スイッチをオンにすると超短パルスの電磁波がその広がり角度を絞られて３６０度の方向に走査される。続いて、受信部１０２を被測定位置に移動し、電磁波ビーム受信部４を垂直方向に設置する。その結果、電磁波ビーム受信部４のビーム照射位置は、高さに応じて変化する位置になり、その位置が前述した上下端に設けたパルス検出部５ａ，５ｂでの検出パルス信号の時間差として伝搬時間差測定部６で検出され、高さ検出部７で実際の高さが検出される。
【００２７】
その時、同時に電磁波パルス受信部４内のパルス幅をパルス幅検出部９で検出することで距離も求められる。
【００２８】
電磁波パルス射出部は、例えば、レーダに用いられる公知の回路を用いることができる。
【００２９】
更に、他の実施の形態例として、図１においてパルス検出部５ａ，５ｂを電磁波パルス受信部４のいずれか一端にのみ設け、受信される電磁波パルスが伝搬してくるパルスと、他端に向かって伝搬しそこで反射して戻ってくるパルスの遅延時間を伝搬時間差測定部６で検出することでも、本発明の原理を適用できる。この場合は、パルス検出部をいずれか一方にのみ設ければ良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、超短パルスを利用することにより、屋外で１名の作業者により相対的高さと距離を電気的に測定することができる。従って作業性が高く、測定精度の高い測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例の高さ及び距離測定装置のブロック図である。
【図２】図１の要部の信号のタイミングチャート図である。
【図３】距離測定の原理を説明する為の図である。
【符号の説明】
１０１    電磁波パルス射出部
１０２    受信部
１        パルス発生部
２        増幅アンテナ
４        電磁波パルス受信部
５ａ，５ｂ  パルス検出部
６        伝搬時間差測定部
９        パルス幅検出部
【図１】
0003903502.tif 000002
【図２】
0003903502.tif 000003
【図３】
0003903502.tif 000004