JP2004340856A - レーザ測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、簡単な構成で、複数種類の測定を行えるようにすること。
【解決手段】光信号処理部１０３、１０４、１０５は、互いに波長の異なるレーザ光λ１、λ２、λ３を、共通の光路Ａを介して測定対象物側に出力し、又、測定対象物に取り付けられたコーナーキューブ１００で反射したレーザ光を各々検出する。制御部１０２は、光信号処理部１０３の光位置検出素子１１７の所定位置にレーザ光が戻るようにモータ１１０、１１１を制御し、これによって反射ミラー１１２の向きを制御して、レーザ光を対象物に追従させる。制御部１０２は、光信号処理部１０４、１０５で検出した信号に基づいて、対象物までの距離、対象物の形状、位置、速度等を算出する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レーザ光を使用して、対象物の形状測定、対象物の移動速度の測定、複数点間距離の測定等の各種測定を行うレーザ測定装置が開発されている（特許文献１、特許文献２参照）。
例えば、２枚の可動型反射ミラーと、前記各反射ミラーの向きを制御する２つのサーボモータとを有するレーザ測定装置（２サーボ×２ミラー方式のレーザ測定装置）においては、前記２つのサーボモータの回転位置を制御することによって前記２枚の反射ミラーの向きを変化させる。このようにして前記各反射ミラーの向きを種々組み合わせることにより、前記各反射ミラーで反射するレーザ光の方向を変化させ、前記レーザ光を対象物等の所望の方向へ出力し、対象物の形状や距離等の各種測定を行う。
【０００３】
また、２つのサーボモータ、１枚の反射ミラー及びジンバル機構を用いるレーザ測定装置（ジンバル方式のレーザ測定装置）においては、前記２つのサーボモータで前記ジンバル機構を回転制御し、前記ジンバル機構によって前記反射ミラーを所望の方向に向ける。これにより、レーザ光を前記反射ミラーによって対象物等に反射させ、対象物の形状や距離等の各種測定を行う。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８２０４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８１５３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した２サーボ×２ミラー方式のレーザ測定装置は、可動型反射ミラーが２枚必要になるため、構成が複雑になるという問題がある。
また、前記従来のジンバル方式レーザ測定装置はレーザ光のＰ波（縦波）とＳ波（横波）の仕分けと小型化に難がある。
また、前記各従来のレーザ測定装置が、屋外における距離測定装置として使用される場合には、静止状態にある対象物までの距離は測定可能であるが、対象物が運動体の場合には該対象物までの距離を測ることはできない。従って、前記対象物の速度等も測れないという問題がある。
【０００６】
本発明は、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、簡単な構成で、複数種類の測定を行えるようにすることを課題としている。
また、本発明は、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、構成簡単、小型化可能で、複数種類の測定を行えるようにすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、特性の異なるレーザ光を出力する複数のレーザ光発生手段と、前記各レーザ光に対応して設けられ、対応するレーザ光を検出して所定の処理を行う複数の光信号処理手段と、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を共通の光路を介して対象物に導くと共に前記対象物から戻るレーザ光を前記共通の光路を介して前記光信号処理手段に導く光経路手段とを備えて成ることを特徴とするレーザ測定装置が提供される。
複数のレーザ光発生手段は、各々、特性の異なるレーザ光を出力する。複数の光信号処理手段は、各レーザ光に対応して設けられ、対応するレーザ光を検出して所定の処理を行う。光経路手段は、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を共通の光路を介して対象物に導くと共に前記対象物から戻るレーザ光を前記共通の光路を介して前記光信号処理手段に導く。
【０００８】
ここで、前記光経路手段には導光手段が含まれ、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を前記対象物側に導くと共に前記対象物から戻るレーザ光を前記複数の光信号処理手段側に導くように前記導光手段を制御する制御手段を備えて成るように構成してもよい。
また、前記導光手段は反射ミラーであり、前記制御手段は、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を前記対象物側に反射すると共に前記対象物から戻るレーザ光を前記複数の光信号処理手段側に反射するように前記反射ミラーを制御するように構成してもよい。
【０００９】
また、前記特性の異なる複数のレーザ光のうちの一つは追尾用のレーザ光であると共に前記レーザ光に対応する光信号処理手段は光位置検出素子を有して成り、前記制御手段は、前記光位置検出素子の出力信号に基づいて、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光が前記対象物側に反射されるように前記反射ミラーの向きを制御するように構成してもよい。
【００１０】
また、前記特性の異なる複数のレーザ光には測定スケールの異なる距離を測定するための複数のレーザ光が含まれると共に、前記各レーザ光に対応する光信号処理手段は所定レベル以上の光の有無を検出して、前記光の有無に応じた信号を出力する光検出素子を有し、前記制御手段は、前記各光検出素子の出力信号に基づいて、基準位置と前記対象物間の距離を算出するように構成してもよい。
また、前記光経路手段には光ファイバケーブルが含まれているように構成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザ測定装置について説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の概略構成図、図２は本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系を示す図である。
【００１２】
図１及び図２において、レーザ測定装置１０１は、複数の光信号処理部１０３、１０４、１０５、複数の光フィルタ１０６、１０７、データ通信用の通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０８、アンテナ１０９、複数のモータ１１０、１１１、反射ミラー１１２（モータ１１１及び反射ミラー１１２はガルバノミラーを構成する）、制御部１０２を備えている。
所定位置に固定して使用される主ケース１１８には、副ケース（以下、可動ケースとも称する。）１１３がＸ方向に（即ち、紙面に直交する面内で）回転可能に保持されている。主ケース１１８と副ケース１１３との間には、モータ１１０を含むエンコーダ機能付き回転駆動部（回転駆動機構）１１０１が設けられており、副ケース１１３は回転駆動部１１０１によって、Ｘ方向に回転駆動される。
【００１３】
副ケース１１３内には、制御部１０２、複数の光信号処理部１０３〜１０５、光フィルタ１０６、１０７、通信Ｉ／Ｆ１０８、モータ１１１を含むエンコーダ機能付き回転駆動部（回転駆動機構）１１１１、反射ミラー１１２が収容されている。
反射ミラー１１２は、モータ１１１を含む回転駆動部１１１１によってＹ方向に（即ち、紙面と平行な面内で）回転可能に保持されている。モータ１１１によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー１１２の回転中心は光路Ａ上にあり又、モータ１１１によってＹ方向に回転駆動される際の反射ミラー１１２の回転軸は光路Ａと直交するように構成されている。
【００１４】
光路Ａを通って反射ミラー１１２で反射出力された反射光は、トラッキング対象物（測定対象物）の方向に出力される。測定対象物の表面には、反射部材（例えばコーナーキューブ１００）が取り付けられており、該対象物（具体的にはコーナーキューブ１００）で反射したレーザ光はレーザ測定装置１０１側へ戻るように構成されている。
可動ケース１１３の回転軸は、光路Ａと平行になるように構成されている。換言すれば、可動ケース１１３の回転軸は、モータ１１１によって回転される反射ミラー１１２の回転軸と直交するように構成されている。前記回転駆動機構は回転駆動機能、可動ケース１１３の回転量を検出するエンコーダ機能とを有しており、可動ケース１１３を連続旋回させることが可能な構成となっている。
【００１５】
制御部１０２はレーザ測定装置１０１全体の制御、モータ１１０、１１１等のレーザ測定装置１０１の構成要素の制御等を行う。また、制御部１０２は、光信号処理部１０３〜１０５で検出した光信号に基づいて対象物のトラッキング制御、対象物までの距離の算出処理、対象物の形状、位置、移動速度、移動方向、所定点から測定対象までの距離等の算出処理等を行う。
【００１６】
光信号処理部１０３は、第１の波長λ１（例えば、６３０ｎｍ）のレーザ光を光路Ａに出力するレーザ光発生部（例えば、半導体レーザ装置ＬＤ）１１５、レーザ光発生部１１５から入射した光の中の縦波（Ｐ波）成分のレーザ光を光路Ａに透過出力すると共に外部から光路Ａを介して入射したレーザ光の中の横波（Ｓ波）成分を光位置検出素子（ＰＳＤ）１１７側に反射出力する偏光ビームスプリッタ１１６、偏光ビームスプリッタ１１６から出力される横波成分のレーザ光の位置を検出するＰＳＤ１１７を備えている。偏光ビームスプリッタ１１６は光路Ａに一致するように配設されている。ＰＳＤ１１７は、受光したレーザ光の位置を検出する機能を有しており、該受光したレーザ光の位置情報を出力信号として制御部１０２に出力する。尚、レーザ光発生部１１５から出力されるレーザ光は、測定対象物の追尾用レーザ光として使用する。
【００１７】
光信号処理部１０４は、光信号処理部１０３が利用するレーザ光の波長λ１とは異なる第２の波長λ２（例えば、６７０ｎｍ）のレーザ光を出力するレーザ光発生部（例えば、半導体レーザ装置ＬＤ）２０１、高周波発信器２０３、レーザ光発生部（ＬＤ）２０１から出力されたレーザ光を高周波発信器２０３の出力信号によって変調し出力する変調器２０２、変調器２０２から出力されたレーザ光の中の縦波（Ｐ波）成分のレーザ光を光路Ａに透過出力すると共に外部から光路Ａを介して入射したレーザ光の中の横波（Ｓ波）成分を位相差比較器２０４側に反射出力する偏光ビームスプリッタ２０５、偏光ビームスプリッタ２０５から出力される横波成分のレーザ光を検出する光検出素子（ＰＤ）２０６を内部に有し、光検出素子２０６で検出した信号と高周波発信器２０３から出力される信号との間の位相差に相当する信号を出力する位相差比較器２０４を備えている。
【００１８】
光検出素子２０６は、所定レベル以上のレーザ光の有無を検出し、前記レーザ光のレベルに応じた信号を出力する。尚、レーザ光発生部２０１から出力されるレーザ光は、短い距離である第１の測定スケールの距離（例えば１ｍまでの距離）の測定に使用するものである。
光信号処理部１０５は、光信号処理部１０３、１０４が利用するレーザ光の波長λ１、λ２とは異なる第３の波長λ３（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光を出力する点をのぞいて、光信号処理部１０４と同様に構成されている。尚、光信号処理部１０５で利用するレーザ光は、前記第１の測定スケールとは異なる測定スケール、例えば、前記第１の測定スケールよりも長い第２の測定スケールの距離（例えば１００ｍまでの距離）の測定に使用するものである。
【００１９】
光フィルタ１０６は、第２の波長λ２のレーザ光を光信号処理部１０４側に反射すると共に、他の波長の光を透過するフィルタであり、例えばダイクロイックミラーによって構成された周波数依存型のハーフミラーである。光フィルタ１０６は、光路Ａに対して４５度傾いた状態で配設されており、光信号処理部１０４から出力された波長λ２のレーザ光は光フィルタ１０６で反射された後、波長λ１のレーザ光と同じように光路Ａを進むことになる。
光フィルタ１０７は、第３の波長λ３のレーザ光を光信号処理部１０５側に反射すると共に、他の波長の光を透過するフィルタであり、光フィルタ１０６と同様にダイクロイックミラーによって構成された周波数依存型のハーフミラーである。光フィルタ１０７は、光路Ａに対して４５度傾いた状態で配設されており、光信号処理部１０５から出力された波長λ３のレーザ光は光フィルタ１０７で反射された後、波長λ１、λ２のレーザ光と同じように光路Ａを進むことになる。
【００２０】
制御部１０２には、電気ケーブル１１４を介して複数のモータ１１０、１１１が接続されている。モータ１１０は、制御部１０２によって回転制御されるモータであり、制御部１０２からの制御信号に応答して回転し、回転駆動機構１１０１により可動ケース１１３をＸ方向に回転駆動する。モータ１１１は、制御部１０２によって回転制御されるモータで、制御部１０２からの制御信号に応答して回転し、回転駆動機構１１１１により反射ミラー１１２を、Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向に回転駆動する。尚、可動ケース１１３の所定位置からの回転量及び反射ミラーの所定位置からの回転量は、各々、回転駆動機構１１０１、１１１１に含まれるエンコーダ機構によって検出される。
【００２１】
また、制御部１０２は、ＰＳＤ１１７で検出したレーザ光（戻り光）の位置に基づいて、反射ミラー１１２から測定対象物側に出力されるレーザ光の方向ずれの量（偏差量）を表す偏差量データを算出し、前記偏差量が零になるように反射ミラー１１２の是正量を演算し、前記偏差量が零になるようにモータ１１０、１１１を制御し、可動ケース１１３、反射ミラー１１２を回転駆動する。
通信Ｉ／Ｆ１０８は、制御部１０２で算出したデータ（例えば、所定位置から対象物までの距離、対象物の形状、対象物の移動速度等のデータ）を、アンテナ１０９から他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信するためのインタフェースである。
【００２２】
光フィルタ１０６、１０７、反射ミラー１１２は共通の光路Ａ上に配設されており、各光信号処理部１０３〜１０５側から測定対象物側へ出力するレーザ光及び測定対象物側から各光信号処理部１０３〜１０５側へ戻るレーザ光は前記光路Ａを経由するように構成されている。
図示していないが、レーザ測定装置１０１を駆動するための内蔵バッテリ、或いは、外部交流電源によって動作する仕様においてはスリップリングや変圧ユニット等が設けられている。
【００２３】
尚、制御部１０２はレーザ測定装置１０１の構成要素の制御や反射ミラー１１２の回転制御等を行う制御手段、対象物の探査制御を行う探査制御手段、対象物の追尾制御を行う追尾制御手段、距離を算出する距離算出手段、形状を算出する形状算出手段、速度を算出する速度算出手段、加速度を算出する加速度算出手段を構成している。光フィルタ１０６、１０７、導光手段を構成する反射ミラー１１２は光経路手段を構成している。モータ１１０、１１１を含む回転駆動機構１１０１、１１１１は制御部１０２とともに反射ミラー１１２を回転制御する制御手段を構成している。偏光ビームスプリッタ１１６、２０５、光位置検出素子１１７、光検出素子２０６は光検出手段を構成している。また、光信号処理部１０３〜１０５は光信号処理手段を構成している。
【００２４】
以下、図１及び図２を用いて、本第１の実施の形態に係るレーザ測定装置１０１の動作を詳細に説明する。
先ず、電源を投入することによってレーザ測定装置１０１を起動させると、レーザ測定装置１０１は、モータ１１０、１１１を含む回転駆動機構１１０１、１１１１（回転駆動機構１１０１、１１１１によって自由度が２の回転駆動機構が構成される。）による反射ミラー１１２の方向制御により、測定対象物を発見する探査モードで動作する。
【００２５】
前記探査モードでは、反射ミラー１１２によって反射出力されるレーザ光が測定対象物（具体的には、測定対象物に取り付けたコーナーキューブ１００）に向くように、制御部１０２がモータ１１０、１１１を回転駆動する。
即ち、前記探査モードでは、対象物側（具体的には、対象物に取り付けられたコーナーキューブ１００）で反射された波長λ１の戻り光の横波がＰＳＤ１１７の所定位置（例えば、ＰＳＤ１１７の中心位置）で検出されるようになるまで、制御部１０２はモータ１１０、１１１を回転制御する。これにより、回転駆動機構１１０１、１１１１は、反射ミラー１１２の向きを制御して、対象物側で反射された波長λ１の戻り光の横波がＰＳＤ１１７の所定位置で検出されるようになる。
【００２６】
ここで、制御部１０２は探査制御手段を構成している。反射ミラー１１２の向きを時間とともに変えて探査を行う際の反射ミラー１１２の制御駆動パターン（探査パターン）として、直交軌跡系、斜交軌跡系、円軌跡系（螺旋、同心円方式）等の複数の探査パターンが標準パターンとして、制御部１０２内のメモリ（記憶手段）に予め準備されている。制御部１０２は、操作部（図示せず）によって指定された探査パターンを選択して、探査を行う。
【００２７】
レーザ測定装置１０１は、探査モードが終了すると、移動する測定対象物を追尾するために追尾制御モードに移行する。追尾制御モードは、測定対象物が移動した場合に、前記対象物の移動に追従して、レーザ測定装置１０１から出力されるレーザ光を測定対象物（具体的には、測定対象物に取り付けたコーナーキューブ１００）に向かせるために、前記測定対象物からの波長λ１のレーザ光がＰＳＤ１１７の所定位置（例えば、座標原点）に戻るように、制御部１０２がモータ１１０、１１１を回転制御するモードである。
即ち、前記追尾制御モードでは、偏光ビームスプリッタ１１６によって反射された横波の戻り光が光位置検出素子１１７の所定位置（例えば、座標原点）に戻るように制御部１０２はモータ１１０、１１１を回転制御する。ここで、制御部１０２は追尾制御手段を構成している。これにより、各光信号処理部１０３〜１０５のレーザ光発生部１１５、２０１、２０４から出力されたレーザ光は測定対象物を捉えていることになる。
【００２８】
追尾制御モードを更に詳述すると、対象物が移動すれば、戻り光の位置はＰＳＤ１１７の所定位置から位置がずれる。制御部１０２は、この位置ずれ量（偏差量）のＸ軸成分、Ｙ軸成分を演算して、Ｘ軸成分及びＹ軸成分の是正量を算出する。前記是正量は可動ケース１１３の回転是正量及び反射ミラー１１２の回転是正量としてフィードバック制御される。即ち、制御部１０２は、Ｘ軸成分の是正量及びＹ軸成分の是正量に応じた量だけモータ１１０、１１１を回転制御し、これにより、レーザ光λ１は常に、測定対象物を追尾できることになる。
【００２９】
この追尾制御モードにおいて、対象物側からの波長λ２の戻り光は光信号処理部１０４に帰還して光検出素子２０６で検出され、位相差比較器２０４によって光検出素子２０６の検出出力信号と高周波発生器２０３の出力信号との位相差が検出され、該位相差を表す信号（位相差信号）は制御部１０２に出力される。制御部１０２は、前記位相差信号に基づいて所定位置（例えば反射ミラー１１２の中心位置）を基準とする対象物までの距離ｒを算出する。これにより、短い第１のスケールでの距離測定が行われる。
【００３０】
制御部１０２が、光信号処理部１０４からの出力信号に基づいて、所定位置を基準とする対象物の位置を算出する位置算出手段として機能する場合には、制御部１０２は、回転駆動機構１１０１による反射ミラー１１２の所定位置からの回転量θ及び回転駆動機構１１１１による可動ケース１１３の所定位置からの回転量φを、各回転駆動機構１１０１、１１１１のエンコーダ部からの信号に基づいて判別し、光検出素子２０６からの信号に基づいて、前記所定位置を基準として、球極座標系の対象物の位置情報（ｒ，θ，φ）を算出する。
【００３１】
制御部１０２で算出した位置情報等のデータは、制御部１０２から通信Ｉ／Ｆ１０８及びアンテナ１０９を介して他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信する。
制御部１０２は、複数点の中心間距離計測等の算出を行うように構成することも可能である。また、制御部１０２は、制御部１０２の内部クロックを基準として時間を算出し、対象物の距離情報、位置情報に基づいて対象物の三次元空間における速度、加速度を算出するように構成することも可能である。
尚、長い第２のスケールでの距離測定を行う場合には、光信号処理部１０５が波長λ３のレーザ光を利用して前記同様の処理を行い、これによって、前記第１の測定スケールよりも長い第２の測定スケールの距離測定等が行われる。
【００３２】
次に、測定対象物の形状や所定点間の距離等の静的な測定を行うモードである走査モードについて説明する。
前述した探査モードは、戻りレーザ光をＰＳＤ１１７の所定の検出領域に捉えるまで、所定の探査パターンに従って波長λ１のレーザ光で探査し、ＰＳＤ１１７が戻りレーザ光を検出するように構成している。
一方、走査モードは、前記探査モードで対象物を捉えた状態において、静止物体や動きの遅い移動体の形状等を測定するモードである。即ち、走査モードでは、静止物体や動きの遅い移動体を含む領域について、制御部１０２からモータ１１０、１１１に対して、レーザ光によって適切なパターンで走査を行うための指示を出す。
【００３３】
この場合、対象物側からの波長λ２の戻り光は光信号処理部１０５に帰還して、光検出素子２０６で検出され、位相差比較器２０４によって位相差が検出され、制御部１０２によって所定のデータ処理がなされる。制御部１０２が、光信号処理部１０４からの出力信号に基づいて、対象物の形状を算出する形状算出手段として機能する場合には、対象物表面の曲面等の形状が算出される。
制御部１０２で算出した対象物の形状等のデータは、制御部１０２から通信Ｉ／Ｆ１０８及びアンテナ１０９を介して他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信する。
【００３４】
尚、サイズの大きな対象物の測定を行うために第２のスケールでの測定を行う場合には、光信号処理部１０５が波長λ３のレーザ光を利用して前記同様の処理を行う。これによって、前記第１の測定スケールよりも長い第２の測定スケールでの形状測定等が光信号処理部１０５を用いて行われ、サイズの大きな対象物の形状等の測定が行われる。
また、前記第１の実施の形態では構成を簡単にするために、反射ミラー１１２、モータ１１１を含む回転駆動機構１１１１以外にも、制御部１０２、光信号処理部１０３〜１０５、通信Ｉ／Ｆ１０８等の構成要素を可動ケース１１３内に収容するように構成したが、反射ミラー１１２及びモータ１１１を含む回転駆動機構１１１１のみを可動ケース１１３内に収容すると共に、前記他の構成要素は主ケース１１８内に収容得るように構成してもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置について説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の概略構成図、図４は本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系の詳細を示す図である。尚、図３及び図４において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付しており、それらの部分についての詳細な説明は省略するものとし、主として前記第１の実施の形態と相違する部分について説明する。
図３及び図４において、本第２の実施の形態に係るレーザ測定装置３０１は、所定位置に固定して使用する固定側部と、狭隘部内等の測定に適した所定位置に配置して使用する移動側部とを備えており、前記固定側部は主ケース３０２を有し又、前記移動側部は副ケース３０５を有している
【００３６】
主ケース３０２内には複数の光信号処理部１０３、１０４、１０５、複数の光フィルタ１０６、１０７及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０８が設けられると共に、主ケース３０２から突出するアンテナ１０９が設けられている。光フィルタ１０６、１０７等は前記第１の実施の形態と同様に光路Ａ上に配置されている。また、主ケース３０２内には光通信用コネクタ３０３が設けられている。
一方、副ケース３０５は、所定位置に固定される台部３１２と、台部３１２に対してＸ方向に（即ち、紙面に直交する面内で）回転可能に保持された可動ケース３１３とを備えている。
【００３７】
副ケース３０５内には、光通信用コネクタ３０７、光を導くための筒である導光筒３０８、モータ３０９を有する回転エンコーダ付き回転駆動部（回転駆動機構）３０９１、モータ３１０を有する回転エンコーダ付き回転駆動部（回転駆動機構）３１０１、反射ミラー３１１が設けられている。モータ３０９、３１０は、電気ケーブル３０６によって制御部１０２に接続されており、制御部１０２の制御によって回転制御される。尚、電気ケーブルを使用せずに、無線によってモータ３０９、３１０を回転制御するように構成してもよい。
【００３８】
回転駆動機構３０９１は可動ケース３１３をＸ方向に回転駆動し又、回転駆動機構３１０１は反射ミラー３１１をＹ方向に（即ち、紙面に平行な面内で）回転駆動する。また、光通信用コネクタ３０３と光通信用コネクタ３０７は光ファイバケーブル３０４によって接続されており、狭隘部Ｂ等の特定領域の相対変位や欠陥計測が可能なように構成されている。
回転駆動機構３０９１は、可動ケース３１３を回転駆動する回転駆動機能及び可動ケース３１３の回転量を検出するエンコーダ機能とを有している。回転駆動機構３１０１は、反射ミラー３１１を回転駆動する回転駆動機能及び反射ミラー３１１の回転量を検出するエンコーダ機能とを有している。
可動ケース３１３には透光性の材料によって構成された窓部３２０が設けられている。
【００３９】
可動側部の副ケース３０５は、狭隘部Ｂの検査が可能なように、小型ペンシル形状に構成されている。可動ケース３１３側の内部には回転軸と４５度（１自由度の場合）に小型の反射ミラー３１１を配置している。台部３１２は、基準となる場所に固定される。２自由度の場合は回転の他両輪軸をスライドさせることで、ミラーの角度を可変にするようになっている。
尚、光ファイバケーブル３０４、導光筒３０８は光フィルタ１０６、１０７等とともに光経路手段を構成している。また、モータ３０９を含む回転駆動機構３０９１、モータ３１０を含む回転駆動機構３１０１は制御部１０２とともに制御手段を構成している。
【００４０】
以上のように構成されたレーザ測定装置３０１は、基本的には前記第１の実施の形態と同様に動作して、所定位置（例えば、反射ミラー３１１の中心）から狭隘部Ｂの側壁Ｃまでの距離、狭隘部Ｂの側壁Ｃの形状等を測定する。
但し、本第２の実施の形態では、レーザ光の光路に光ファイバケーブル３０４が含まれるため、光信号処理部１０３〜１０５と狭隘部Ｂ等の対象物との間で伝搬するレーザ光は光ファイバケーブル３０４を通ることになる。また、制御部１０２の制御の下、反射ミラー３１１はモータ３１０を含む回転駆動機構３１０１によってＹ方向に回転駆動され、可動ケース３１３はモータ３０９を含む回転駆動機構３０９１によってＸ方向に回転駆動される。
【００４１】
これにより、反射ミラー３１１はＸ方向及びＹ方向に回転駆動され、反射ミラー３１１を介して光ファイバケーブル３０４から進むレーザ光は窓部３２０を介して狭隘部Ｂに照射される。また、狭隘部Ｂで反射したレーザ光は窓部３２０を介して反射ミラー３１１で反射され、光ファイバケーブル３０４を介して光信号処理部１０３〜１０５側へ進むことになる。
制御部１０２は、光信号処理部１０３〜１０５からの信号に基づいて、対象物までの距離や形状等を算出し、該算出したデータは、前記第１の実施の形態と同様にして、制御部１０２から通信Ｉ／Ｆ１０８及びアンテナ１０９を介して他の電子機器（例えば、データ集計を行うコンピュータ）へ無線送信する。
【００４２】
尚、前記第１の実施の形態では、測定対象物までの距離は、レーザ測定装置１０１における所定点（例えば、反射ミラー１１２の中心）等を基準位置とする位置情報等（絶対情報）を測定することが可能であるが、本第２の実施の形態では、前記可動側部と関連付けられる所定位置を基準とする位置情報等（相対情報）が得られることになる。
本第２の実施の形態に係るレーザ測定装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏するばかりでなく、光路内に光ファイバケーブル３０４が含まれているため、狭隘部Ｂの測定や陰に隠れた対象物の測定が可能になる。
【００４３】
以上述べたように、前記各実施の形態に係るレーザ測定装置によれば、波長などの特性が相互に異なるレーザ光を出力する複数のレーザ光発生部１１５、２０１と、前記各レーザ光に対応して設けられ、対応するレーザ光を検出する複数の光検出手段１１６、１１７、２０５、２０６と、複数のレーザ光発生部１１５、２０１から出力されるレーザ光を共通の光路Ａを介して対象物に導くと共に前記対象物から戻る前記レーザ光を前記共通の光路Ａを介して前記光検出手段１１６、１１７、２０５、２０６に導く光経路手段（反射ミラー１１２、３１１、光フィルタ１０６、１０７、光ファイバーケーブル３０４）とを備えて成ることを特徴としている。
【００４４】
また、前記光経路手段には導光手段の一種である反射ミラー１１２、３１１が含まれており、前記複数のレーザ光発生部１１５、２０１から出力されるレーザ光を対象物側に導光すると共に前記対象物から戻るレーザ光を前記複数の光検出手段側に導光するように反射ミラー１１２、３１１を制御する制御部１０２及び回転駆動機構１１０１、１１１１、３０９１、３１０１を備えている。
前記特性の異なる複数のレーザ光のうちの一つは追尾用のレーザ光であると共に前記レーザ光に対応する光検出手段は光位置検出素子１１７を有して成り、制御部１０２は、光位置検出素子１１７の出力信号に基づいて、複数のレーザ光発生部１１５、２０１から出力されるレーザ光が前記対象物側に反射されるように反射ミラー１１２、３１１の向きを制御する。
【００４５】
前記特性の異なる複数のレーザ光には測定スケールの異なる距離を測定するための複数のレーザ光が含まれると共に、前記各レーザ光に対応する光信号処理手段１０４、１０５は所定レベル以上の光の有無を検出して、前記光の有無に応じた信号を出力する光検出素子２０６を有し、前記制御手段は、各光検出素子２０６の出力信号に基づいて、基準位置と前記対象物間の距離を算出する。
したがって、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、共通の光路を使用して特性の異なる複数種類のレーザ光を対象物との間で導光しているため、簡単な構成で、複数種類の測定を行うことが可能になる。また、小型化することが可能になる。
【００４６】
また、例えば、三次元空間を移動する対象物を探査でき、探査した後、対象物を追尾できる。追尾しながら、位置情報、速度情報等を得ることも可能になる。
また、静止する対象物体（移動速度が遅い対象物を含む）を走査することで、対象物の三次元形状が計測できる。形状の特徴抽出と適切なデータ処理によって認識できない穴の中心位置や中心間寸法が測れる。
また、光ファイバケーブルを介在させることによって狭隘部でも計測が可能となり、内面アールや管内検査が可能となる。さらに、光ファイバケーブルを介在させることによって、光の直進性が妨げになる環境下や危険区域での計測にも対応できるという効果を奏する。
【００４７】
尚、前記各実施の形態では、位置検出装置として光位置検出素子（ＰＳＤ）を使用したが、受光したレーザ光の位置を検出できるものであればよい。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を使用することも可能であるが、対象物の探査、走査及び追尾にＣＣＤを利用した場合、照明が必要になる場合があるが、この点でＰＳＤを使用した方が優れている。
また、造船所における溶接加工は測量器と経験豊富な人の合図・指示で作業が進められているが、前記実施の形態に係るレーザ測定装置を使用することにより、少人数で、安全確保が図れ、クレーンオペレータも部材間の寸法測定データを共有化でき、迅速な作業が提供される。
【００４８】
また、超音波は温度や湿度の影響を大きく受けるため広い範囲についての測定精度確保が困難であり又、ＣＣＤは周囲の照明の影響を大きく受けるため不確定な壁面の検出を精度よく行うことが困難であるが、前記実施の形態によれば、地下格納庫等における搬出入作業に利用することにより、壁面との干渉防止のための位置計測等が可能になり、超音波やＣＣＤによる方法に比べて高い精度での測定が可能になる。
【００４９】
また、クレーンの性能を決定する作業半径計測の現状は、“たわみやガタ”を有するブーム長さをコードリールとエンコーダによって概略計測した値と撓んだブーム起伏角度の値、つまり不確実なデータを基にして割り出している。しかも、吊り荷の揺れが無く又、クレーンが水平堅土上に設置されているという有り得ない仮定の上で行われている。したがって、正確な作業半径を得ることが困難である。前記実施の形態に係るレーザ測定装置を使用すれば、吊り荷の動きに追従して前記吊り荷の位置等を直接測定可能なので、ブームが撓もうとガタがあろうと、荷振れがあろうと、クレーンが傾こうと、クレーン性能にとって最も必要な真の作業半径が得られる。
【００５０】
また、長期間にわたってコンクリート打ちのあるダム工事では、オペレータの負担を軽減すべく、クレーンの自動運転を実現するために荷振れ制御が必要となる。この場合に、吊り荷の位置をリアルタイムで測定する必要があるが、前記実施の形態に係るレーザ測定装置はこれを実現できる。
また、地震等による危険区域内の地盤や建築物の狂いを経年的に監視することが可能になるため、予知及び計測評価が可能になる。
【００５１】
前記実施の形態に係るレーザ測定装置は種々の分野に利用することが可能である。例えば、屋外・屋内・工場内における移動及び静止する対象物の位置計測、速度計測や寸法計測、形状計測を必要とする建設現場や機械製造ライン、ターンテーブル型製造ラインのワーク位置決め、海上の揺動標点の追尾型位置計測、造船工場での架構計測ツール、地下及びトンネル内ナビゲータ（ポジショニング機能）、地崩れや雪崩など災害予知監視、建設機械の作業半径計測装置、自動運転するクレーン吊り荷の制御用位置座標検出、原子力設備等の地震予知装置等がある。
【００５２】
また、他の応用例としては、造船所における溶接架構用の計測手段として、航空機や自動車製造ラインでの三次元計測装置として（位置決め、形状計測など）、プラント現場での鉄塔、配管等の三次元位置計測装置として、原子力施設の危険予知及び安全装置として、地下格納庫のナビゲータとして、クレーン等建設機械自身の安全装置の計測手段として（建屋と建機との距離確保を含む）、クレーン自動運転制御の三次元位置検出装置として、狭隘部の検査・計測装置として、海上ブイとの光伝送装置として、大深度地下空間における計測装置や異常検出装置として等の用途にも利用可能である。
【００５３】
また、掘削機のナビゲータとして、車間距離計として、トンネル内の寸法計測装置（トンネル壁の寸法測定、車−トンネル間距離測定、車−車間距離測定）として、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ））が使えないところでのローカルポジショニングシステム（ＬＰＳ（Ｌｏｃａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ））として（ローカル仕様）、電車車体のねじれ等の計測装置として、事故車のフレームねじれ等計測装置として、セキュリティ装置として（施錠確認、侵入者の威嚇）等、前記以外の種々の用途にも利用可能である。
【００５４】
尚、前記実施の形態では、各光信号処理部１０３〜１０５が利用する特性の異なるレーザ光として、波長の異なるレーザ光を使用したが、位相等の特性の異なるレーザ光を使用してもよい。また、各光信号処理部１０３〜１０５で検出した信号は、制御部１０２の所定機能に応じて種々の測定に利用することが可能である。また、レーザ光を対象物等に導くための導光手段として反射ミラーを使用したが、電気等で制御可能な光屈折材料等を導光手段として使用してもよい。また、光信号処理部１０４を大きな誤差を許容して長距離を測定する際に使用する光信号処理部、光信号処理部１０５を高精度ではあるが短距離を測定する際に使用する光信号処理部として使用する等の変更も可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ測定装置によれば、レーザ光を使用して測定を行うレーザ測定装置において、簡単な構成で、複数種類の測定を行うことが可能になる。また、小型化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ測定装置の回路ブロック及び光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
１００・・・コーナーキューブ
１０１、３０１・・・レーザ測定装置
１０２・・・制御手段、探査制御手段、追尾制御手段、距離算出手段、形状算出手段、速度算出手段、加速度算出手段を構成する制御部
１０３、１０４、１０５・・・光信号処理手段を構成する光信号処理部
１０６、１０７・・・光経路手段を構成する光フィルタ
１０８・・・通信インタフェース
１０９・・・アンテナ
１１０、１１１、３０９、３１０・・・制御手段を構成するモータ
１１２、３１１・・・導光手段及び光経路手段を構成する反射ミラー
１１３・・・可動ケース
１１４、３０６・・・電気ケーブル
１１５、２０１・・・レーザ光発生手段としてのレーザ光発生部
１１６、２０５・・・光検出手段を構成する偏光ビームスプリッタ
１１７・・・光検出手段を構成する光位置検出素子
１１８、３０２・・・主ケース
２０２・・・光変調手段を構成する変調器
２０３・・・高周波信号発生手段を構成する高周波発信器
２０４・・・位相差比較手段を構成する位相差比較器
２０６・・・光検出手段を構成する光検出素子
３０３、３０７・・・光経路手段を構成する光通信用コネクタ
３０４・・・光経路手段を構成する光ファイバケーブル
３０５・・・副ケース
３０８・・・光経路手段を構成する導光筒
３１２・・・台部
３１３・・・可動ケース
３２０・・・窓部

Claims (6)

  1. 特性の異なるレーザ光を出力する複数のレーザ光発生手段と、前記各レーザ光に対応して設けられ、対応するレーザ光を検出して所定の処理を行う複数の光信号処理手段と、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を共通の光路を介して対象物に導くと共に前記対象物から戻るレーザ光を前記共通の光路を介して前記光信号処理手段に導く光経路手段とを備えて成ることを特徴とするレーザ測定装置。
  2. 前記光経路手段には導光手段が含まれ、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を前記対象物側に導くと共に前記対象物から戻るレーザ光を前記複数の光信号処理手段側に導くように前記導光手段を制御する制御手段を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ測定装置。
  3. 前記導光手段は反射ミラーであり、前記制御手段は、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光を前記対象物側に反射すると共に前記対象物から戻るレーザ光を前記複数の光信号処理手段側に反射するように前記反射ミラーを制御することを特徴とする請求項２記載のレーザ測定装置。
  4. 前記特性の異なる複数のレーザ光のうちの一つは追尾用のレーザ光であると共に前記レーザ光に対応する光信号処理手段は光位置検出素子を有して成り、
    前記制御手段は、前記光位置検出素子の出力信号に基づいて、前記複数のレーザ光発生手段から出力されるレーザ光が前記対象物側に反射されるように前記反射ミラーの向きを制御することを特徴とする請求項３記載のレーザ測定装置。
  5. 前記特性の異なる複数のレーザ光には測定スケールの異なる距離を測定するための複数のレーザ光が含まれると共に、前記各レーザ光に対応する光信号処理手段は所定レベル以上の光の有無を検出して、前記光の有無に応じた信号を出力する光検出素子を有し、
    前記制御手段は、前記各光検出素子の出力信号に基づいて、基準位置と前記対象物間の距離を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のレーザ測定装置。
  6. 前記光経路手段には光ファイバケーブルが含まれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のレーザ測定装置。
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