(57)【要約】【課題】目標物体周りの媒質の特性により計測された距離を補正することで目標物体までの距離を正確に測距可能な測距装置を提供すること。【解決手段】目標物体に向け信号光を投射する送信光学系２０と、前記目標物体で反射された前記信号光を受信する受信光学系３０と、前記受信光学系における信号光の集光位置に配置された受光素子１２と、前記目標物体までの媒質に応じた測距モードを選択するモード選択手段４１と、選択された前記測距モードに対応する媒質の特性を用いて、前記信号光の送信時と受信時との時間差から前記目標物体までの距離を算出する制御装置１００と、を有する測距装置１５０。【選択図】図２
2009103576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物体に向け信号光を投射する送信光学系と、
前記目標物体で反射された前記信号光を受信する受信光学系と、
前記受信光学系における信号光の集光位置に配置された受光素子と、
前記目標物体までの媒質に応じた測距モードを選択するモード選択手段と、
選択された前記測距モードに対応する前記媒質の特性を用いて、前記信号光の送信時と受信時との時間差から前記目標物体までの距離を算出する制御装置と、
を有することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記媒質の特性は、前記信号光の波長に対応する屈折率であることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記媒質の特性は、前記信号光の波長の前記媒質の温度に対応する屈折率であることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項４】
前記制御装置は、選択された前記測距モードの前記媒質が空気以外の時、前記信号光が最大発光するように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項５】
前記媒質の特性は、前記信号光に対する吸収係数を含み、
前記制御装置は、前記目標物体までの距離を計測するとき、前記吸収係数に応じて前記信号光の発光強度を増加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項６】
前記媒質の特性を記憶する記憶手段を更に有し、
前記制御装置は、前記モード選択手段で選択された前記測距モードに対応する当該媒質の特性を前記記憶手段から読み出すことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項７】
複数の波長の信号光を発光する光源を有し、
前記制御装置は、前記目標物体までの距離を計測するとき、前記媒質の吸収係数の小さな波長の前記信号光を選択して発光することを特徴とする請求項５または６に記載の測距装置。
【請求項８】
前記媒質は、淡水、海水、油、又は空気であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を目標物体に照射してその反射光を受信し、送信時と受信時の時間差から目標物体までの距離を求める測距装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２４４００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の測距装置は、空気中にある目標物体までの距離を測定しようとするものであり、それ以外の媒質、例えば水中（例えば、淡水、或いは海水など）での使用は想定されていない。このため、従来の測距装置を水中で使用した場合、送信光学系から射出したレーザ光の速度が空気中のそれと異なるため目標物体までの往復時間が空気中と異なり、目標物体までの正確な距離を計測することが出来ないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、目標物体周りの媒質の特性により、計測された距離を補正することで目標物体までの距離を正確に測距可能な測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、目標物体に向け信号光を投射する送信光学系と、前記目標物体で反射された前記信号光を受信する受信光学系と、前記受信光学系における信号光の集光位置に配置された受光素子と、前記目標物体までの媒質に応じた測距モードを選択するモード選択手段と、選択された前記測距モードに対応する前記媒質の特性を用いて、前記信号光の送信時と受信時との時間差から前記目標物体までの距離を算出する制御装置と、を有することを特徴とする測距装置を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、目標物体周りの媒質の特性により、計測された距離を補正することで目標物体までの距離を正確に測距可能な測距装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態にかかる測距装置について図面を参照しつつ説明する。
【０００８】
（第１実施の形態）
図１は、測定装置の原理を示す説明図である。
【０００９】
はじめに、図１を参照しつつ測距装置の原理と測定値に対する媒質の影響について説明する。なお、符号は後述する実施の形態と同様の符号を付している。
【００１０】
図１において、空気中における距離測定の場合は、レーザ光源２から射出した信号光は、可視光を透過し、信号光を反射するダイクロイックミラー３で反射された後、対物レンズ１を通って目標物体Ｐに集光され、この目標物体Ｐで散乱した光が対物レンズ１１に入射した後、受光素子１２上に達し、信号光の射出時と受光時の時間差から目標物体Ｐまでの距離Ｌが算出される。ここで距離Ｌは、目標物体までの信号光の往復時間の１／２をＴ、光速をＣ、媒質の屈折率をｎとすると、Ｌ＝（Ｃ／ｎ）×Ｔで算出される。
【００１１】
一方、図５に示すように、測距装置が水中(以下の説明では、媒質は一般的な水であると仮定して説明する)で使用された場合、信号光の空気中における速度は、約３０万キロメートルであるが、水中での速度は空気中の速度を信号光の波長(λ)に対する水の屈折率ｎ(λ)（例えば、可視光の場合約１．３３）で除したものとなり空気中のそれより小さくなる。なお、屈折率ｎ（λ）は温度ｔによっても変化するため、より正確には屈折率ｎ(λ、ｔ)を用いることが望ましい。
【００１２】
従って、目標物体Ｐが水中にある場合には、信号光の目標物体までの到達時問及び受光素子１２に至る時間は空気中のそれよりも長くなる。つまり射出時と受光時の時間差が大きくなり、目標物体までの距離が長いと計算される。この結果、水中における目標物体Ｐが、実際の距離Ｌよりも前記屈折率（ｎ＝１．３３）を乗じた分だけ長い距離Ｌ`として算出されことになる。この結果、使用者に誤った距離を認識させることになる。
【００１３】
以下の実施の形態は、上記問題を解決して、正しい距離を計測する測距装置を提供するものである。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態にかかる測距装置について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（第１実施の形態）
図２は、第１実施の形態にかかる測距装置の概略構成図である。
【００１６】
図２において、第１実施の形態にかかる測距装置１５０は、送信光学系の光軸Ｉ１と視準光学系の光軸Ｉ２とが共通の光軸Ａを有する光学系２０と、光軸Ａとは異なる光軸Ｂを有する受信光学系３０とから構成され、防水性の筐体４０に内蔵されている。
【００１７】
防水性の筐体４０には、送信光用窓７、視準光学系用窓８、及び受信光用窓１４がそれぞれ配置されている。また、筐体４０の上部には、測距モードを選択するモード選択スイッチ４１が配置され、これを操作することにより後述する空気と水中等の異なる媒体での測距の選択を可能にしている。
【００１８】
半導体レーザ等の光源２から射出した信号光は、送信光学系の光軸Ｉ１に沿って射出され、正立プリズム４に設けられ信号光を透過し可視光を反射するダイクロイックミラー３を透過後、ミラー面４ａで反射されて対物レンズ１に向かい、対物レンズ１から送信光用窓７を介して不図示の目標物体に照射される。なお、正立プリズム４は、正立ダハプリズムとしているが、正立ポロプリズムでもよい。
【００１９】
目標物体で反射された信号光と目標物体からの可視光は、送信光用窓７を介して対物レンズ１で集光され、正立プリズム４に入射する。信号光は正立プリズム４のミラー面４ａで反射され、ダイクロイックミラー３を透過して光源２側に射出される。
【００２０】
可視光は、正立プリズム４のダイクロイックミラー３を含む各反射面で反射されて、正立プリズム４を出射してレチクル５に目標物体の像を形成する。なお、対物レンズ１は、送信光学系と視準光学系とで共用されている。
【００２１】
レチクル５には十字線等の指標が刻まれており、送信光学系と視準光学系とは共通の光軸Ａを有しているため、接眼レンズ６により目標物体像とレチクル５上の十字線とを重ねることにより目標物体に対して正確に信号光を照射することが出来る。レチクル５上に形成された目標物体の像は、接眼レンズ６により拡大され、視準光学系用窓８を介して観察者により視認される。また、レチクル５は、透過型液晶表示素子等を兼ねており、送信光と信号光の時間差により演算した目標物体までの距離を表示する機能を備えている。
【００２２】
受信光学系３０は、送信光学系と視準光学系との共通の光軸Ａとは所定の間隔で配置され、目標物体からの信号光と可視光は、受信光用窓１４を介して受信光学系の対物レンズ１１を通り、対物レンズ１１の結像面近傍に配置された受光素子１２にスポット像を結像する。
【００２３】
また、受光素子１２の対物レンズ１１側には、受光素子１２に入射する目標物体を照らしている太陽光等の背景光（ノイズ光）の影響を除くため、信号光の波長の光のみを通過しそれ以外の波長の光をカットする狭帯域フィルター１３が設けられている。
【００２４】
なお、狭帯域フィルタ１３は、信号光と同じ波長の光のみを通過するために設けられている。但し、背景光に含まれる信号光と同じ波長の光は通過してしまうため、信号光のＳ／Ｎ比をより向上させるには受光素子１２の大きさを必要十分な最小の大きさとすることが望ましい。このようにして、測距装置１５０が構成されている。
【００２５】
また、受光素子１２の中心位置は、受光光学系３０による信号光の集光位置に合わせている。例えば、遠距離物体の信号光の集光位置は光軸上に存在するが、近距離物体の信号光の集光位置は、送信光学系と受信光学系が異なる位置にあるため、光軸から若干外れた位置にある。そこで受光素子１２の中心をずらして配置可能にしている。なお、受光素子１２は、受信光学系３０の光軸Ｂと垂直に配置されているが、必ずしも垂直である必要はなく、受光素子１２の位置を例えば最至近距離に対応するスポット像の最良像点位置に傾けて配置することが好ましい。このように受光素子１２の位置を可変可能に配置することで、近距離から遠距離まで広い範囲で測距可能になる。
【００２６】
なお、第１実施の形態にかかる測距装置１５０では、送信光学系と視準光学系を含む光学系２０と受信光学系３０が別光学系となっているが、送信光と受信光が分離出来る構造であれば光学系２０と受信光学系３０とが同軸であっても構わない。
【００２７】
次に、第１実施の形態にかかる測距装置１５０における動作について説明する。
【００２８】
図３は、第１実施の形態にかかる測定のシステムの概略ブロック図である。図４は、第１実施の形態にかかる測定のシステムの各測定モードの処理内容の概略フロー図である。
【００２９】
図３において、信号光駆動部１０１は、中央演算部１００を介し、操作部１０４からの測定開始信号を受け取り、例えばパルス信号として光源部１０２のレーザ光源２を構成する透過型液晶素子（図１参照）から信号光を目標物体に照射する。
【００３０】
目標物体で反射（散乱）された信号光は受光部１０３内にある受光素子１２（図１参照）に入射する。中央演算部１００は、前記測定開始信号と前記受光部１０３からの受信信号とに基づいて目標物体までの距離を算出し、表示部１０５内のレチクル５を構成する透過型液晶表示素子（図１参照）上にその値を表示する。
【００３１】
操作部１０４には図示しないが、例えば距離表示単位の切換等の機能が選択できるようになっている機能選択機構があり、さらに測定環境の媒質の特性を有する単一又は複数の測距モードを選択するモード選択ボタン４１が配置されている。電源部１０６は、測距装置１５０に電源を供給する。
【００３２】
モード選択ボタン４１は、測距モードを媒質１モード１０８（例えば空気中モード）、媒質２モード１０９（例えば水中モード）、媒質３モード１１０等を選択することが可能である。これらを適宜選択することにより空気中での測定の場合は、媒質１モード１０８の空気の特性を、水中での測定の場合は媒質２モード１０９の水の特性を、同様に媒質３測定の場合は媒質３モード１１０のその他の媒質の特性をそれぞれ選択することにより、それぞれの媒質の特性を用いた距離計算が行われるように設定される。
【００３３】
なお、各測距モードに対応する媒質モード１０８〜１１０などは、測距装置１５０内に配置された記憶装置１１１に記憶し、適宜読み出して使用するように構成してもよい。
【００３４】
また、各測距モードに対応する媒質の特性は、信号光の波長に対する屈折率、吸収係数などを記憶する。また、各温度における屈折率、吸収係数を記憶しておき、測距装置１５０の周辺温度を測定し、媒質の温度に応じて使用するように構成してもよい。
【００３５】
図４は、前記各測距モードの処理内容を表すフロー図である。
【００３６】
モード選択ボタン４１により、媒質１モード１０８（空気中測定モード）が選択された場合、中央演算部１００で演算された目標物体迄の距離Ｌは、データ補正されることなく表示部１０５のレチクル５に出力される。ここで距離Ｌは、目標物体までの信号光の往復時間の１／２をＴ、光速をＣ、媒質の屈折率をｎとすると、Ｌ＝（Ｃ／ｎ）×Ｔで算出される。
【００３７】
一方、媒質２モード１０９（水中計測モード）が選択された場合、目標物体迄の距離は、測定値Ｌを水の屈折率ｎ１(λ、t)(λ:測定信号光の波長、ｔ:水温)で除した値Ｌ１＝Ｌ／ｎ１として表示部１０５のレチクル５を構成する透過型液晶表示素子に出力される。
【００３８】
また、媒質３モード１１０が選択された場合には目標物体迄の距離は、測定値Ｌを媒質の屈折率ｎ２(λ、ｔ)(λ:測定信号光の波長、ｔ:媒質の温度)で除した値Ｌ２＝Ｌ／ｎ２として表示部１０５のレチクル５に出力される。
【００３９】
なお、上記説明では測距モードの数は、媒質１（空気中）、媒質２(水中)、媒質３の三種類であったが、必要があれば対象となる媒質の種類の数だけ測距モードを用意しておけばよい。
【００４０】
なお、光源部１０２のレーザ光源２に複数の波長の信号光を発光する光源を配置し、モード選択ボタン４１で選択された測距モードにおいて選択される媒質の波長に対する吸収係数に応じて、レーザ光源２の発光強度を中央演算部１００で制御するように構成することも可能である。
【００４１】
また、中央演算部１００は、モード選択ボタン４１で選択された測距モードに対して、媒質の特性中の吸収係数を比較し吸収の少ない波長の信号光を選択して発光するように構成してもよい。
【００４２】
このようにすることで、信号光に対する吸収（散乱）が大きい場合でも、より遠距離物体までの測距が可能になる。
【００４３】
なお、水中における信号光の減衰は波長によっても異なり、可視光〜近赤外光においては特に長波長の光の減衰が甚だしいため、水中における信号光の波長は短い方が有効であり、一般に空気中で使用される赤色〜近赤外光の測定光源を波長の短い信号光に変更出来るようにすることが望ましい。
【００４４】
また、測距装置１５０の周辺温度を測定する温度センサーを配置し、媒質の温度に対応する屈折率を用いることで、より正確な測距を行うことが可能になる。
【００４５】
また、水中測定であることを自動的に判別するための、例えば浮き等を利用した測定環境判別装置を備えておき空気中と水中測定切換モードを自動とすることも可能である。
【００４６】
また、水圧センサーを測距装置１５０に配置し、水深を検出することで水深に応じた信号光の波長の選択、或いは信号光の強度調整を行う構成にすることも可能である。
【００４７】
以上述べたように、第１実施の形態にかかる測距装置１５０では、測距装置１５０を空気中の測距モードと、空気以外、例えば水中用の測距モードをモード選択スイッチ４１により切り替え可能に構成することで、空気と異なる媒質中の目標物体までの測距を正確に行うことができる。
【００４８】
また、信号光の発光を増加させる、或いは最大発光強度で発光させるさせることで、空気中以外で光が吸収、散乱することによる受信光の強度の低下を少なくし、最大測定距離の減少を防止している。
【００４９】
また、温度センサーを配置することで、屈折率の温度変化に対応可能であり、より正確な測距が可能となる。
【００５０】
また、水圧センサーを配置することで、水深に最適な測距環境を設定することができる。
【００５１】
図５は、第１実施の形態にかかる測距装置１５０で、水中の目標物体Ｐまでの距離を測定している状態の例である。モード選択ボタン４１を媒質２モード（水中モード）に設定し、水中に送信用窓７と受信用窓１４を浸して信号光を発光することで、水中の目標物体までの距離を正確に測定することができる。
【００５２】
（第２実施の形態）
図６は、第２実施の形態にかかる測距装置の概略構成図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。第２実施の形態と第１実施の形態との違いは視準光学系の倍率が１倍である点で、受光光学系３０は第１実施の形態と同様である。
【００５３】
第２実施の形態にかかる測距装置１６０では、レーザ光源２からの信号光はコリメータレンズ１０で略平行光にされダイクロイックミラー９で反射され目標物体に照射される。目標物体からの可視光はダイクロイックミラー９を透過し、視準光学系用窓８を介して使用者に観察される。目標物体の視準を容易にするため、送信光用窓７に照星、視準光用窓８に照門のパターンを刻んでおくことが望ましい。
【００５４】
目標物体で反射（散乱）された信号光は、受光用窓１４と対物レンズ１１を通過して受光素子１２で受光される。符号１３は、第１実施の形態と同様の信号光の波長の光のみを通過しそれ以外の波長の光をカットする狭帯域フィルターである。
【００５５】
第１実施の形態と同様にモード選択ボタン４１を操作することにより空気中と、例えば水中等の空気以外の媒質中の測定を選択することができる。
【００５６】
また、計測された目標物体までの距離の表示は、デジタル表示板１５に表示され、防水性を有した窓構造１６を介して視認可能となる。
【００５７】
図７は、第２実施の形態にかかる測距装置１６０を水中で使用している状態の例を模式的に示したものである。
【００５８】
第２実施の形態にかかる測距装置１６０は、視準倍率が等倍であるため、水中でも目標物体の視準が容易になる。
【００５９】
なお、その他の構成、作用、及び効果は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００６０】
以上述べたように、実施の形態にかかる測距装置は、空気以外の媒質中（例えば、淡水、海水、油、或いはその他の信号光に対してほぼ透明な媒質中等）でも、目標物体までの距離を正確に測定することが可能になる。
【００６１】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】測定装置の原理を示す説明図である。
【図２】第１実施の形態にかかる測距装置の概略構成図である。
【図３】第１実施の形態にかかる測定のシステムの概略ブロック図である。
【図４】第１実施の形態にかかる測定のシステムの各測定モードの処理内容の概略フロー図である。
【図５】第１実施の形態にかかる測距装置を水中で使用する状態例を模式的に示す図である。
【図６】第２実施の形態にかかる測距装置の概略構成図である。
【図７】第２実施の形態にかかる測距装置を水中で使用している状態の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、１１  対物レンズ
２    レーザ光源
３、９    ダイクロイックミラー
４    正立プリズム
５    レチクル
６    接眼レンズ
７    送信用窓
８    視準光学系用窓
１２  受光素子
１３  狭帯域フィルター
１４  受信光学系用窓
２０  光学系
３０  受信光学系
４０  筐体
４１  モード選択ボタン
１００  中央演算部
１０１  信号光駆動部
１０２  光源部
１０３  受光部
１０４  操作部
１０５  表示部
１０６  電源部
１０８  媒質１
１０９  媒質２
１１０  媒質３
１１１  記憶装置
Ｐ、Ｐ’  目標物体
Ｉ１  送信光学系
Ｉ２  視準光学系
Ａ、Ｂ  光軸
【図１】
2009103576.tif 000003
【図２】
2009103576.tif 000004
【図３】
2009103576.tif 000005
【図４】
2009103576.tif 000006
【図５】
2009103576.tif 000007
【図６】
2009103576.tif 000008
【図７】
2009103576.tif 000009