JP2008292370A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を用いる距離測定装置において、波長に依存する課題を解決しつつ、レーザ光を生成する装置を小型化および低コスト化する。
【解決手段】レーザ装置１００は、レーザ共振器１０３の出力側の光軸に非線形結晶１０７を配置する。レーザ共振器１０３から出力されたパルスレーザ光が非線形結晶１０７に入射すると、レーザ共振器１０３から出力されるパルスレーザ光（基本波）の高調波が生成される。そして、基本波と高調波が同時に出力される。同時に出力された２波長のレーザ光は受光側で選択的に使用される。レーザ装置１００は、非線形結晶１０７を追加するだけで、２波長を同時に出力することができるため、装置を小型化および低コスト化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を用いて距離を測定する距離測定装置に係り、特に２波長のレーザ光を同時出力する距離測定装置に関する。

レーザ光を利用して距離を測定する技術において、異なる２波長のレーザ光を用いる技術が知られている。例えば、特許文献１には、異なる２種類の波長のレーザ光を合成したものを対象物に照射し、その反射光における２波長の強度比に基づいて、測定対象を特定し、さらに反射光の戻り時間から対象物までの距離を算出する構成が記載されている。この特許文献１には、装置内に２波長分のレーザ発振装置を備え、それらを適宜光学系で合成あるいは切り換える構造が記載されている。
特開平９−３１８７４３号公報（要約書）

ところで、レーザ光を用いる距離の測定においては、以下のような問題がある。まず第１の問題は、測定対象物における反射強度の波長依存性の問題である。これは、測定対象物の色や材質によって、反射率の波長依存性があり、測定対象物と波長との組み合わせによっては、反射光の強度が微弱になり、その検出が困難になるという問題である。

第２の問題は、測定環境の問題である。これは、霧やスモッグのある環境下では、短い波長のレーザ光ほど散乱を受け、減衰が大きくなるという問題である。

第３の問題は、アイセーフ（目への安全性）の問題である。これは、可視光領域以下の波長は、眼球を透過し、眼底に吸収され易い傾向が大となるので、その強度によっては、目への悪影響が懸念されるという問題である。

例えば、波長１４００ｎｍ以上の赤外波長は、角膜、水晶体、硝子体の透過率と眼底の吸収率が共にゼロに近いため、高出力のレーザ光を用いても比較的安全である。このため、波長１４００ｎｍ以上の赤外波長のレーザ光は、アイセーフレーザと称されている。しかしながら、波長１０００ｎｍ付近のレーザ光は、水晶体等の透過率が約４０％、眼底吸収率が約１０％であり、出力によっては、目への悪影響が問題となる。さらに、波長５００ｎｍ付近のレーザ光は、水晶体等の透過率が約９０％、眼底吸収率が約７０％であり、眼への悪影響の問題はさらに深刻となる。

第４の問題は、長波長光は、長距離の計測に有利であるが、回折広がりが大きくなるため、測定分解能の点で不利となり、逆に短波長光は、測定分解能の点で有利であるが、散乱を受けやすくなるので、長距離の計測には、不利となるという問題である。

これらの問題を解決する方法として、異なる波長のレーザ光を利用する方法が挙げられる。しかしながら、引用文献１に記載されているような波長毎にレーザ発振装置を備える構成は、構成が複雑になり、装置の小型化および低コスト化の点で不利となる。

このような背景において、本発明は、レーザ光を用いる距離測定装置において、レーザ光を生成する装置を小型化および低コスト化できる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１の波長のレーザ光を発振するレーザ発振部と、前記レーザ発振部が発振した第１の波長のレーザ光を入射して第２の波長を生成する非線形結晶と、前記レーザ発振部が発振した第１の波長のレーザ光と前記非線形結晶が生成した第２の波長のレーザ光とを集光して平行光束にするコリメーターレンズとを備えるレーザ装置が生成する第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを測定エリアを走査しながら同時に出力する出力部と、前記測定エリアの測定点で反射した第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを選択的に反射する選択反射ミラーと、前記選択反射ミラーが選択した第１の波長のレーザ光を受光する第１の受光部と、前記選択反射ミラーが選択した第２の波長のレーザ光を受光する第２の受光部と、前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定する信号処理部とを備えることを特徴とする距離測定装置である。

請求項１に記載の発明によれば、レーザ発振部が発振した第１の波長のレーザ光から非線形結晶の作用によって第１の波長の高調波である第２の波長のレーザ光が生成される。これら２波長のレーザ光はコリメーターレンズによって平行光束とされて、同じ光路から同時に出力される。したがって、波長毎にレーザ発振装置を備える必要がないため、レーザ装置の構成を簡素化でき、装置の小型化および低コスト化の点で有利となる。また、２波長は同じ光路から同時に出力されるため、出力動作においてサイクルタイムを阻害することもない。

なお、利用する高調波は、ｎ次（ｎ＝２、３、４・・・の自然数）高調波を利用することができる。レーザ発振部は、所望の波長および出力のレーザ光を生成することができる構成であればよい。また、コリメーターレンズは同時出力する２波長を相対的にコリメート（平行光束）にする光軸上の位置に調整される。

さらに、測定点で反射した２波長のレーザ光は、選択反射ミラーによって選択されて第１の受光部および第２の受光部に同時に受光される。この際、信号処理部が第１の受光部の出力信号および第２の受光部の出力信号を適宜選択して信号処理するという構成となっている。したがって、波長毎に信号処理する必要がないため、回路規模が縮小される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の波長のレーザ光は、相対的に長波長の赤外光であり、前記第２の波長のレーザ光は、前記第１の波長の第２高調波であり、相対的に短波長の可視光であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、散乱に強く長距離の距離測定に有利な赤外光レーザと、測定分解能に優れる可視光帯域のレーザ光とを利用するため、反射強度の波長依存性の問題、測定距離の波長依存性の問題、アイセーフの波長依存性の問題および測定環境の波長依存性の問題を解決することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記レーザ発振部は、レーザ媒質を含み、前記レーザ媒質は、Ｎｄ^３＋またはＥｒ^３＋をドープした結晶またはファイバーであることを特徴とする。この態様によれば、励起されるレーザ媒質は４準位動作で発振するため、比較的容易に反転分布を形成でき、蛍光寿命も相対的に長いため、高出力のレーザ光を発振することができる。したがって、受光信号の強度不足による距離測定の不良や測定精度の低下を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記測定エリアまでの距離の相対的な遠近を選択する選択部を備え、前記信号処理部は、前記選択部で選択された前記測定エリアまでの距離の相対的な遠近に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする。この態様によれば、信号処理部は測定エリアまでの大まかな距離に基づいて最適な波長の受光信号を選択して距離を計測することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記測定エリアにおける空気の透明度を選択する選択部を備え、前記信号処理部は、前記選択部で選択された前記測定エリアにおける空気の透明度に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする。この態様によれば、信号処理部は測定環境の空気の透明度に基づいて最適な波長の受光信号を選択して距離を計測することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記測定エリアの画像を撮影する画像撮影部と、前記画像撮影部で撮影された画像を赤緑青の３色の画像に色分解する画像処理部とを備え、前記信号処理部は、前記画像処理部が色分解した画像の色成分に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする。この態様によれば、対象物の材質や色による反射効率を考慮した測距光の波長選択を行うことができる。すなわち、より反射効率の高い波長を利用して距離を計測することができる。これにより、反射光が微弱になることによる距離測定の不良や測定精度の低下を抑えることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、前記信号処理部は、前記第１の受光部および前記第２の受光部の受光強度に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする。この態様によれば、反射光の強度の高いレーザ光を用いた距離の測定が行われる。これにより、微弱な反射光に起因する距離測定の不良や測定精度の低下を抑えることができる。

本発明によれば、レーザ光を用いる距離測定装置において、波長に依存する課題を解決しつつ、レーザ光を生成する装置を小型化および低コスト化することができる。

（１）第１の実施形態
（１−１：レーザ装置の構成）
まず、２波長のレーザ光を同時出力するレーザ装置の一例を説明する。ここで例示するレーザ装置は、異なる波長のパルスレーザ光を同時に出力する機能を備える。図１は、２波長のレーザ光を同時出力するレーザ装置の一例を示す概念図である。図１には、Ｑスイッチによりパルスレーザ光を生成するレーザ装置１００が示されている。レーザ装置１００は、ＬＤ（レーザダイオード）励起固体レーザ装置であり、半導体レーザ装置１０１、集光レンズ１０２、レーザ共振器１０３、非線形結晶１０７およびコリメーターレンズ１０８を備えている。

半導体レーザ装置１０１は、ピーク発振波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を生成するＡｌＧａＡｓ系レーザダイオードを備えている。集光レンズ１０２は、半導体レーザ装置１０１からの出力光を集光する。この集光された波長８０８ｎｍのレーザ光は、レーザ共振器１０３に入射される。

レーザ共振器１０３は、レーザ半導体装置１０１が生成した波長８０８ｎｍのレーザ光に励起されてレーザ発振を行う。レーザ共振器１０３の内部には、レーザ媒質１０４、可飽和吸収体１０５および出力鏡１０６が備えられている。レーザ媒質１０４の励起用レーザ光の入射側には、図示省略したミラー面がコーティングされている。このミラー面は、入射する波長８０８ｎｍの光を透過し、レーザ媒質１０４の内部から外側に向かう波長１０６４ｎｍの光を反射する光学特性を有している。

レーザ媒質１０４は、レーザ発振を行うための増幅媒質であり、ネオジムイオン（Ｎｄ^３＋）またはエルビウムイオン（Ｅｒ^３＋）等をドープした結晶またはファイバーである。ドーピングされる結晶は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）やイットリウム・バナデート結晶（ＹＶＯ_４）等である。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ_４である。レーザ媒質１０４は、半導体レーザ装置１０１によって励起されて反転分布を形成し、波長１０６４ｎｍのレーザ光を誘電放出する。

可飽和吸収体１０５は、受動Ｑスイッチとして機能する部材であり、光が弱い間は吸収体として作用し、光が強くなると光吸収係数が減少（光吸収が飽和）してレーザ光に対して透明になる性質を有している。この性質を利用することで、レーザ光を間欠的に出力することができる。すなわち、レーザ媒質１０４が励起されて反転分布を徐々に形成している間、可飽和吸収体１０５は誘電放出された波長１０６４ｎｍのレーザ光を吸収して発振に至らないようにする（Ｑ値を小さくする）。

そして、レーザ媒質１０４が大きな反転分布を形成して蓄積エネルギーが十分になったときに、可飽和吸収体１０５がレーザ光に対して透明になると（Ｑ値が急激に増大すると）、通常発振時の約１０^３〜１０^４倍の発振が瞬間的に立ち上がり蓄積エネルギーを短時間で放出して発振が停止する。すなわち、Ｑスイッチ発振によるジャイアントパルスの放出である。可飽和吸収体１０５は、クロムイオン（Ｃｒ^４＋）をドープしたＹＡＧ結晶である。なお、可飽和吸収体１０５は、Ｑスイッチとして電気光学的な手法や音響光学的な手法による構成を採用することも可能である。

出力鏡１０６は、入射する波長１０６４ｎｍのレーザ光の約９０％を反射し、約１０％を透過する機能を備えている。レーザ媒質１０４の入射面に形成された図示省略したミラー面と出力鏡１０６との間の寸法は、波長１０６４ｎｍの定常波を形成するためのキャビティー（共振器）となる値に設定されている。

非線形結晶１０７は、レーザ共振器１０３がパルス出力したレーザ光の高調波を生成する。非線形結晶１０７は、光学的な非線形性によって第２高調波を効率良く発生する性質を有している。例えば、非線形結晶１０７は、ＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ_４）やＬＢＯ結晶（ＬｉＢ_３Ｏ_５）等である。非線形結晶１０７は、波長１０６４ｎｍのレーザ光（基本波）を入射すると、波長１０６４ｎｍのレーザ光と共に第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光を出力する。

コリメーターレンズ１０８は、入射する２波長のレーザ光を集光し、距離計測に適した平行光束（ビーム形状）に変換する機能を有する。コリメーターレンズ１０８の焦点は、レーザ共振器１０３の共振器の光軸中央に位置するように調整される。また、コリメーターレンズ１０８および非線形結晶１０７の光軸上の位置は、コリメーターレンズ１０８から同時出力される２波長（波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍ）のレーザ光のビーム径が等しく、コリメート（平行光束）となるように調整される。コリメーターレンズ１０８の光軸上の位置は、波長１０６４ｎｍのレーザ光がコリメーターレンズ１０８によって正確に平行光束になる位置と、波長５３２ｎｍのレーザ光がコリメーターレンズ１０８によって正確に平行光束になる位置との中間に位置するように調整される。

（１−２：レーザ装置の動作）
図２は、図１に示すレーザ装置の動作の一例を示す概念図である。図２は、波長１０６４ｎｍ（＝λ_１）および波長５３２ｎｍ（＝λ_２）のパルスレーザ光が同時出力される状態を概念的に示す。まず、半導体レーザ装置１０１が波長８０８ｎｍのレーザ光を連続発振（ＣＷ発振）する。このレーザ光は、集光レンズ１０２で集光され、レーザ共振器１０３に入射する。レーザ媒質１０４は、波長８０８ｎｍの入射光により励起されて反転分布を形成し、波長１０６４ｎｍ（λ_１）のコヒーレントなレーザ光が誘導放出される。この際、レーザ光の一部は、出力鏡１０６から外部に出力して、非線形結晶１０７に入射する。非線形結晶１０７に入射したパルスレーザ光は、そこを透過し、コリメーターレンズ１０８に至る。

レーザ光の積算強度が所定のレベルに達すると、可飽和吸収体１０５の光吸収が飽和してレーザ光に対して透明になり、レーザ媒質１０４で大きな反転分布によって蓄積された波長１０６４ｎｍのレーザ光は図示省略したミラー面と出力鏡１０６との間で反射往復して、急速に振幅の大きな定常波を生成し、Ｑスイッチ発振に至る。そして、出力鏡１０６から波長１０６４ｎｍのレーザ光が放出する。

その後、レーザ共振器１０３はレーザ発振を停止して、再び半導体レーザ装置１００から入射した波長８０８ｎｍのレーザ光により励起されて徐々に反転分布を形成し、波長１０６４ｎｍ（λ_１）のレーザ光が誘導放出される。レーザ光の積算強度が所定のレベルに達すると、可飽和吸収体１０５の光吸収が飽和して透明になり、再びＱスイッチ発振が開始される。この動作を周期的に繰り返すことで、波長１０６４ｎｍ（λ_１）のレーザ光のパルス発振が行われる。

また、レーザ共振器１０３から出力された波長１０６４ｎｍ（λ_１）のパルスレーザ光は、非線形結晶１０７に入射し、その光学的な非線形作用によって第２高調波を発生（ＳＨＧ）する。その結果、非線形結晶１０７から波長１０６４ｎｍ（λ_１）のパルスレーザ光と波長５３２ｎｍ（λ_２）のパルスレーザ光とが出力される。非線形結晶１０７から出力された２波長のパルスレーザ光は、コリメーターレンズ１０８によって集光される。コリメーターレンズ１０８に入射したこれらのパルスレーザ光は、ビーム径がほぼ等しい平行光束とされ、装置外に出力する。

（１−３：レーザ装置の優位性）
図１および２に示すレーザ装置の優位性について説明する。レーザ装置１００は、非線形結晶１０７の作用によって相対的に長い波長のレーザ光である波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光と相対的に短い波長のレーザ光である波長５３２ｎｍのパルスレーザ光を同時に出力する。この仕組みによれば、波長別に装置を用意する場合に比較して装置構成を簡略化することができるため、波長に依存する課題を解決しつつ、装置を小型化し、低コスト化することができる。

また、２波長のパルスレーザ光は同時出力する構成とされているため、レーザ装置１００を用いて測定対象物までの距離を計測する場合には、測定対象物の反射強度、測定距離および測定環境などによって２波長を切り換えて順番に距離を計測する必要がなく、距離計測時のサイクルタイムが阻害されることがない。また、波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光と波長５３２ｎｍのパルスレーザ光の光路が異なっている場合には、その光路差分だけレーザ光の出射位置を補正する必要があるが、２波長のレーザ光は同じ光路で出射されるため補正する必要性もない。したがって、波長に依存する課題を解決しつつ、高速に距離を計測することができる。

また、コリメーターレンズ１０８から同時出力される２波長のパルスレーザ光は、許容範囲内においてコリメートされ、ビーム径が調整されるため、測定対象物に照射されたスポット径が波長によって相対的に大きく異なることがない。このため、レーザ装置１００を用いて測定エリアを走査して３次元計測する場合に、波長に依存して分解能（データ間隔）が相対的に異なることもない。一方、図３に示すように測定対象物に照射されたレーザ光のスポット径（λ_１：Ｓ_１およびλ_２：Ｓ_２）が波長によって相対的に大きく異なる場合には、波長に依存して分解能が異なるため精度が劣悪になる。

（２）第２の実施形態
以下、第１の実施形態で例示したレーザ装置を利用した距離測定装置の一例を説明する。図４は、本発明を利用した距離測定装置の一例である。
（距離測定装置の概要）
図４には、距離測定装置１が示されている。距離測定装置１は、本体２と、この本体２に対して回転可能な回転光学部３とを備えている。回転光学部３は、ベアリング４１および４２を介して本体２に対して回転自在な状態で固定されている。本体２と回転光学部３との間のデータ信号のやり取り、および本体２から回転光学部３への電力供給は、データ伝送装置４０および電力伝送装置５０で行われる。これら伝送装置は、回転中心を軸とするコイルを本体２側と回転光学部３側に備え、両コイルは僅かに離間している。この構成によれば、回転光学部３の回転に関係なく、コイル間の相互誘導によりデータ信号および電力の電送が行われる。

（回転機構）
本体２には、ステータ２０１が配置されている。このステータ２０１は、コイルが巻かれた複数の磁極を円周上に配置した構造を備えている。ステータ２０１に対向する回転光学部３の部分には、ロータ３０１が配置されている。ロータ３０１は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。ステータ２０１の複数の磁極への通電が、図４には図示しない制御回路によってスイッチングされることで、ステータ２０１に対するロータ３０１の回転力が発生し、本体２に対して回転光学部３が回転する。ステータ２０１とロータ３０１による回転機構は、ＤＣブラシレスモータの原理を利用したＤＤ（ダイレクト・ドライブ）モータを構成している。

（本体２の構成）
以下、本体２の構成について説明する。本体２は、集光レンズ２０２を備えている。集光レンズ２０２の後ろ（図の下方）には、斜め反射ミラー２１０が配置されている。斜め反射ミラー２１０は、両面が反射面とされている。斜め反射ミラー２１０の下方には、選択反射ミラー２０３が配置されている。選択反射ミラー２０３は、ダイクロイックミラーであり、図の上方向から入射する入射光の内、波長５３２ｎｍ（λ_２）の光を上方に選択的に反射し、他の波長を下方に透過する反射面２０３ａを上面に備えている。また、選択反射ミラー２０３は、図の上方から入射した光の内、波長１０６４ｎｍ（λ_１）の光を選択的に図の左方向に反射させ、その他の波長の光を下方に透過させる斜めの反射面２０３ｂを備えている。

選択反射ミラー２０３の左側には、波長１０６４ｎｍ（λ_１）の光を検出する第１の受光部２０７が配置されている。また、斜め反射ミラー２１０の右側には、斜め反射ミラー２１１が配置され、その下方に波長５３２ｎｍ（λ_２）の光を検出する第２の受光部２０８が配置されている。第１の受光部２０７および第２の受光部２０８は、検出する波長帯域の感度を有するフォトダイオードおよびその周辺回路を備えている。斜め反射ミラー２１０の左側には、測距光発光部２０５が配置されている。測距光発光部２０５は、図１に示すレーザ装置１００を備えている。選択反射ミラー２０３の下方には、ＣＣＤカメラ２０９が配置されている。ＣＣＤカメラ２０９は、回転反射ミラー３０２が捉えた画像を撮像し、その画像データを出力する。

上述した選択反射ミラー２０３を備えた構成によれば、測距光発光部２０５から出力された波長１０６４ｎｍ（λ_１）および波長５３２ｎｍ（λ_２）のレーザ光（測距光）は、斜め反射ミラー２１０の上面で上方に反射され、集光レンズ２０２に下方から入射する。この集光レンズ２０２に下方から入射した２種類の波長のレーザ光は、回転反射ミラー３０２で反射され、距離測定装置１の外部に放射される。

また、距離測定装置１の外部から回転反射ミラー３０２に入射した光は、そこで下方に反射されて、集光レンズ２０２で集光され、選択反射ミラー２０３に入射する。この選択反射ミラー２０３への入射光の内、波長５３２ｎｍ（λ_２）の光は、反射面２０３ａにおいて上方に選択的に反射され、他の波長の光は、反射面２０３ａを透過する。反射面２０３ａで上方に反射された波長５３２ｎｍ（λ_２）の光は、斜め反射ミラー２１０の下面で右方向に反射され、さらに斜め反射ミラー２１１で下方に反射されて第２の受光部２０８に至る。

一方、反射面２０３ａを透過した透過光の内、波長１０６４ｎｍ（λ_１）の光は、反射面２０３ｂにおいて選択的に左方向に反射され、第１の受光部２０７に至る。また、反射面２０３ａを透過した透過光の内、波長１０６４ｎｍ（λ_１）以外の光は、反射面２０３ｂを透過し、ＣＣＤカメラ２０９に至る。こうして、装置の外部から入射した波長１０６４ｎｍ（λ_１）の光は、第１の受光部２０７で検出され、波長５３２ｎｍ（λ_２）の光は、第２の受光部２０８で検出され、その他の波長の光は、ＣＣＤカメラ２０９で検出される。つまり、２波長の測距光を個別に検出し、また同時に回転反射ミラー３０２に映し出された画像をＣＣＤカメラ２０９によって撮像することができる。

本体２は、回転光学部３の指向している方向（水平測角（方位角））を検出するためのロータリエンコーダの角度読み取り部２１２を備えている。角度読み取り部２１２は、コ字形状の部材の一方の壁部に発光ダイオードを、他方の壁部にフォトトランジスタを備え、その間を通過する後述の角度読み取られ部３１０のスリットを通過するパルス光をフォトトランジスタが検出することで、角度情報の信号を出力する。角度読み取られ部３１０と角度読み取り部２１２は、通常のロータリエンコーダと同じ原理により角度を検出する角度検出装置を構成している。

（回転光学部３の構成）
次に回転光学部３の構成について説明する。回転光学部３は、本体２のステータ２０１に対向する位置に、ロータ３０１を備えている。ロータ３０１は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。また、回転光学部３は、回転反射ミラー３０２を備えている。回転反射ミラー３０２は、仰角制御用回転軸３０３によって回転光学部３に対して仰角変化が可能な状態で固定されている。仰角制御用回転軸３０３は、ベアリング３０４および３０５によって回転光学部３に支持されている。また、図示されていないが、回転反射ミラー３０２の正面には、開口が設けられ、外部に光を照射し、また外部からの光を採り入れることができる構成とされている。

回転光学部３には、ステータ３０６が配置されている。このステータ３０６は、コイルが巻かれた複数の磁極を円周上に配置した構造を備えている。ステータ３０６に対向する回転反射ミラー３０２側には、ロータ３０７が配置されている。ロータ３０７は永久磁石を円周上に複数備えた構造を有している。ステータ３０６とロータ３０７による回転機構は、ＤＣブラシレスモータの原理を利用したＤＤ（ダイレクト・ドライブ）モータを構成している。ステータ３０６の複数の磁極への通電が、図４には図示しない制御回路によってスイッチングされることで、ステータ３０６に対するロータ３０７の回転力が発生する。これにより、回転反射ミラー３０２の仰角制御を行うことができる。

仰角制御用回転軸３０３の他端には、円周方向にスリットが形成された角度読み取られ部３０８が取り付けられている。また、回転光学部３は、角度読み取り部３０９を備えている。角度読み取り部３０９は、コ字形状の部材の一方の壁部に発光ダイオードを、他方の壁部にフォトトランジスタを備え、その間を通過する角度読み取られ部３０８のスリットを通過するパルス光をフォトトランジスタが検出することで、角度情報の信号を出力する。角度読み取られ部３０８と角度読み取り部３０９は、通常のロータリエンコーダと同じ原理により角度を検出する角度検出装置を構成している。

回転光学部３の下部には、角度読み取られ部３１０が配置されている。角度読み取られ部３１０は、円周方向にスリットが形成された円環形状であり回転光学部３の回転時に、コ字形状の角度読み取り部２１２の間を通過する。回転光学部３の上部には、照準装置３１１が配置されている。照準装置３１１は、距離測定装置１を操作する利用者が、計測対象物（目標）への照準を付けるための光学照準装置である。照準装置３１１は、照準用の表示や目盛等を備えた望遠鏡を基本構造としている。

（制御系の構成）
次に、距離測定装置１の制御系の構成について説明する。図５は、図４に示す距離測定装置１の制御系の構成例を示すブロック図である。図５に示す制御系は、ＣＰＵ４０１、ＲＡＭ４０２、ＲＯＭ４０３、表示部４０４、仰角検出センサ４０５、水平測角検出センサ４０６、水平測角制御部４０７、水平測角制御モータ４０８、仰角制御部４０９、仰角制御モータ４１０、発光制御部４１１、測距光発光部２０５、信号処理部４１２、第１の受光部２０７、第２の受光部２０８、画像処理部４１３、ＣＣＤカメラ２０９および操作部４１４を備えている。

ＣＰＵ４０１は、距離測定装置１の動作を統括し、各種処理の演算を行う。具体的には、後述する処理手順を動作プログラムに基づいて実行する。ＲＡＭ４０２は、ＣＰＵ４０１が行う各種の処理の際に、プログラムやデータ等を一時的に記憶するワーキングエリアとして利用される。また、ＲＡＭ４０２には、動作に必要な各種の条件や測定データ等が記憶される。ＲＡＭ４０２は、半導体メモリやハードディスク装置等により構成されている。なお、ＲＡＭ４０２には、不揮発性メモリが含まれ、主電源がＯＦＦにされてもデータを保持できるようにされている。ＲＯＭ４０３は、ＣＰＵ４０１が行う処理の動作プログラムや動作に必要な条件等が記憶されている。

表示部４０４は、ディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）を備えている。このディスプレイには、距離測定装置１の動作状態、操作に必要な情報、さらに測定した距離の情報等が表示される。仰角検出センサ４０５は、回転反射ミラー３０２（図４参照）の仰角の値を検出する。仰角検出センサ４０５は、図４に示す角度読み取られ部３０８および角度読み取り部３０９を備えている。水平測角検出センサ４０６は、回転光学部３の水平測角（方位角）を検出する。水平測角検出センサ４０６は、図４に示す角度読み取られ部３１０および角度読み取り部２１２を備えている。

水平測角制御部４０７は、後述の水平測角制御モータ４０８を駆動する駆動回路と、その制御を行う制御回路を備えている。水平測角制御モータ４０８は、水平測角制御部４０７によって駆動されて回転光学部３（図４参照）を回転させ、その水平測角を制御する。水平測角制御モータ４０８は、図４に示すステータ２０１およびロータ３０１を備えている。仰角制御部４０９は、後述の仰角制御モータ４１０を駆動する駆動回路と、その制御を行う制御回路を備えている。仰角制御モータ４１０は、仰角制御部４０９によって駆動され、回転反射ミラー３０２の仰角を制御する。仰角制御モータ４１０は、図４に示すステータ３０６およびロータ３０７を備えている。

発光制御部４１１は、測距光発光部２０５（図４参照）の発光タイミングを制御する。信号処理部４１２は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）であり、第１の受光部２０７および第２の受光部２０８から２波長のパルスレーザ光のパルス信号を検出する機能、どちらの波長を距離計測に使用するか判定する機能、およびレーザ光の飛行時間を計測する機能を有している。画像処理部４１３は、ＣＣＤカメラ２０９（図４参照）が撮像した画像のデータに基づいて後述の画像処理を行う。操作部４１４は、距離測定装置１（図４参照）の操作を行うための手動入力手段であり、操作のための各種スイッチを備えている。

（信号処理部の構成）
以下、図５の信号処理部４１２の詳細な構成の一例を説明する。図６は、信号処理部４１２の機能を説明するブロック図である。図６には、波長１０６４ｎｍ（λ_１）のレーザ光が第１の受光部に入射し、波長５３２ｎｍ（λ_２）のレーザ光が第２の受光部に入射する状態が概念的に示されている。第１の受光部および第２の受光部が出力したパルス信号は図示省略したアンプで増幅され、信号処理部４１２に入力する。

図６に示すように、信号処理部４１２は、主に比較判定部４２１と時間計測部４２２を備えている。まず、比較判定部４２１は、第１の受光部２０７のパルス信号と第２の受光部２０８のパルス信号とのパルス幅を所定の周波数に基づいてサンプリング検出する。そして、比較判定部４２１は、パルス信号を検出後、どちらの波長を距離の算出に用いるかを判定して、時間計測部４２２にエンドトリガ信号を出力する。

時間計測部４２２は、予め測距光発光部２０５がレーザ光を出射したときにスタートトリガ信号を入力してカウントを開始し、比較判定部４２１から入力したエンドトリガ信号でカウントを停止する。時間計測部４２２は、停止した際のカウント値（レーザ光の飛行時間）をバッファに配列データとして格納する。バッファに格納されたレーザ光の飛行時間の配列データは、ＲＯＭ４０３に格納された後述するプログラム（データ処理部４２３）によって読み出し可能となる。

（第１の測定動作）
以下、図４に示す距離測定装置１における距離測定動作の一例を説明する。ここでは、対象物までの測定距離に応じて、レーザ光の波長を選択する場合の動作の例を説明する。図７は、距離の測定を行う手順の一例を示すフローチャートである。この例の場合、距離測定装置１の操作部４１４（図５参照）は、長距離測定エリアと短距離測定エリアの２種類の測定エリアを手動で設定するための設定ボタンを供えている。また、図５に示すＲＯＭ４０３には、以下の処理手順を実行するのに必要な動作プログラムが記憶されている。

操作部４１４（図５参照）が操作されて、距離計測の処理がスタートすると（ステップＳ６０１）、ＲＯＭ４０３に記憶されている上記の動作プログラムがＲＡＭ４０２に読み出され、以下の動作が開始される。まず基準点を設置する処理が行われる（ステップＳ６０２）。この基準点に関するデータは、以下の処理において求められる各測定点の距離データに関連付けされ、最終的な３次元計測データが得られる。なお、この基準点に関するデータは、距離測定装置１を計測現場に設置した際に、手動入力やＧＰＳ衛星を用いた位置特定装置からのデータ伝送によって距離測定装置１に入力される。

ステップＳ６０２の後、整準実行・完了の処理が行われる（ステップＳ６０３）。この処理では、装置の水平や方角を決める調整が行われる。この処理は、図示省略する水準器や方角センサの出力に基づいて自動的に行われる。ステップＳ６０３までの処理が終了したら、その旨が図５の表示部４０４に表示される。次に距離測定装置１を操作する者が照準装置３１１を用いて、距離の測定を行う対象物に狙いを定め、距離測定装置１の大体の方向を定める。そして、図５の操作部４１４が操作されて、ＣＣＤカメラ２０９（図４参照）による測定エリアの撮像（ステップＳ６０４）が行われる。また、撮像した画像に基づいて測定エリアの設定が行われる（ステップＳ６０５）。

また、このタイミングにおいて、操作者は操作部４１４を操作し、測定距離が短距離か、長距離かを選択する設定を行う（ステップＳ６０５）。この際、操作者は、対象物までの距離を目測し、それが波長１０６４ｎｍのレーザ光の利用が適当な長距離測定範囲（約５０ｍ〜８００ｍ）か、あるいは波長５３２ｎｍのレーザ光が利用できる短距離測定範囲（約１ｍ〜５０ｍ）かを判断し、何れかの範囲を設定する操作を行う。

ステップＳ６０６では、長波長（波長１０６４ｎｍ＝λ_１）と短波長（波長５３２ｎｍ＝λ_２）のパルスレーザ光を同時出力した測定エリアスキャンが行われる。すなわち、図４および図５に図示する測距光発光部２０５を構成するレーザ装置（図１の符号１００）が、図２の状態で動作し、波長１０６４ｎｍ（λ_１）と波長５３２ｎｍ（λ_２）のパルスレーザ光を同時に出力する。このパルスレーザ光は、図４に示す測距光発光部２０５から出力され、斜め反射ミラー２１０で図の上方に反射され、集光レンズ２０２および回転反射ミラー３０２を経て、測定エリアに照射される。

この際、レーザ光は、測定エリア内に設定された複数の測定点を順次走査しつつ当該測定点（各対象物）に照射される。例えば、この測定点は、測定エリア内に格子状にｍ×ｎ個（ｍ、ｎは０を含まない自然数）設定されており、各測定点に少なくとも２以上のパルスのレーザ光が照射される。また、このパルス発振に対応させて、回転光学部３の水平測角と回転反射ミラー３０２の仰角が逐次制御される。

ステップＳ６０６において、測定エリア内の対象物で反射して距離測定装置１に戻ってきたレーザ光の反射光は、その波長に対応して選択反射ミラー２０３（図４参照）によって分光され、第１の受光部２０７または第２の受光部２０８において受光される。すなわち、対象物に照射されたレーザ光が波長１０６４ｎｍ（λ_１）のパルスレーザ光であれば、その反射光は、第１の受光部２０７において受光される。また、対象物に照射されたレーザ光が波長５３２ｎｍ（λ_２）のパルスレーザ光であれば、その反射光は、第２の受光部２０８において受光される。

ステップＳ６０７において、比較判定部４２１は、ステップＳ６０５で設定された対象物までの距離に関する設定内容を読み取り、長距離範囲の設定の場合には第１の受光部２０７のパルス出力（波長１０６４ｎｍ＝λ_１）を検出後に時間計測部４２２にエンドトリガ信号を出力し、短距離範囲の設定の場合には第２の受光部２０８のパルス出力（波長５３２ｎｍ＝λ_２）を検出後に時間計測部４２２にエンドトリガ信号を出力する。

ステップＳ６０６における対象物へのレーザ光の照射が行われているタイミングに同期して、エンドトリガ信号を入力した時間計測部４２２は、カウントされたレーザ光の飛行時間をバッファに格納し、カウントを初期化する。そして、測距光発光部２０５から再度スタートトリガ信号を入力して時間を計測し始める。この時間計測処理は、ステップＳ６０５において設定された測定エリア内の格子状の測定点に測距光を連続照射し、その走査に対応させて繰り返し実行される。

その後、データ処理部４２３（図６参照）は、レーザ光の飛行時間の配列データを時間計測部４２２のバッファからＲＡＭ４０２（図５参照）に読み出し、この飛行時間に光速を乗算して対象物までの距離を測定する（ステップＳ６０８）。ステップＳ６０８までの処理によって、データ処理部４２３は、基準点から測定エリアの３次元点群データを生成する。この３次元点群データは、ステップＳ６０４において撮像した測定エリアの画像データ等と関連付けがされ、ＲＡＭ４０２に記憶される。また、表示部４０４（図５参照）に測定された距離情報が表示される。そして、測定を終了するのであれば、ステップＳ６０９からステップＳ６１０に進み、処理を終了し、そうでなければ、ステップＳ６０５の前段階に戻り、ステップＳ６０５以下の処理を再度実行する。

（第１の測定動作の特徴）
上述した第１の測定動作によれば、測定距離の相対的な大小（遠いか、近いか）によって、レーザ光の波長が手動で選択される。すなわち、対象物までの距離が遠い場合には、長距離伝搬に有利な波長１０６４ｎｍのレーザ光を利用する長距離測定モードを選択し、対象物までの距離が近い場合は、長距離伝搬には、不利であるが、測定分解能の高い波長５３２ｎｍのレーザ光を選択する短距離測定モードが選択される。このため、長距離の測定において、高出力の短波長レーザ光を利用することを避けることができ、長距離測定が可能でありながらアイセーフの問題において有利となる。また、短距離測定の場合は、高い測定分解能を得ることができるので、長距離測定が可能でありながら、短距離測定の測定分解能を高めることができる。

（第２の測定動作）
ここでは、距離の測定を行う環境の空気透明度に応じて、レーザ光の波長を選択する場合の動作の例を説明する。図８は、測定の動作手順の一例を示すフローチャートである。処理のスタート（ステップＳ７０１）からステップＳ７０４までは、図７のステップＳ６０１からＳ６０４と同じである。ステップＳ７０４の後、測定エリアの設定が行われる（ステップＳ７０５）。

ステップＳ７０５において、操作者は、操作部４１４（図５参照）からマニュアル操作により測定環境の空気透明度を選択することができる。例えば、空気の透明度は「良」、「不良」の２種類から選択されるように操作部４１４を構成し、測定環境が地下トンネル内や霧発生などの高湿度環境や塵などが多いスモッグ環境である場合には、空気の透明度を「不良」に設定することにより、高出力の波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光を距離計測に使用することができる。

なお、ステップＳ７０４において撮像された画像の内容が画像処理部４１３（図５参照）において解析され、測定環境の空気の透明度が自動算出されるようにしてもよい。この空気の透明度の閾値は適宜設定される。ステップＳ７０６以降の処理は、図７のステップＳ６０６以降の処理と同じであるので、説明は省略する。

（第２の測定動作の特徴）
上述した第２の測定動作によれば、測定環境の空気の透明度に応じて、レーザ光の波長が選択される。すなわち、空気の透明度が高い場合は、光の散乱が少ないので、塵や水蒸気の散乱に弱いが、高分解能の測定を行うことができる波長５３２ｎｍ（λ_２）の短波長光が選択される。この場合、高分解能の測定を行うことができる。

一方、測定環境の空気の透明度が悪い場合は、塵や水蒸気による散乱の程度がより小さい波長１０６４ｎｍ（λ_１）の長波長が選択される。この場合、計測精度は犠牲になるが、透明度の悪い悪条件であっても、距離計測を行うことができる。このように、測定環境の空気の透明度に応じて、レーザ光の波長を選択することで、測定環境が悪くても（測定環境の空気の透明度が悪くても）距離計測を行うことができ、また測定環境が良い場合は、高精度の計測を行うことができる。

（第３の測定動作）
ここでは、測定対象物の色に応じて、レーザ光の波長を選択する場合の動作の例を説明する。図９は、測定の動作手順の一例を示すフローチャートである。まず、処理のスタート（ステップＳ８０１）からステップＳ８０５までは、図８のステップＳ７０１からＳ７０５と同じである。

ステップＳ８０５の後、画像処理部４１３（図５参照）において、ステップＳ８０４で撮像した画像データに対して画像処理を行い、測定エリアの画像をＲＧＢの３色画像に分解する（ステップＳ８０６）。このＲＧＢの画像データは、ＲＡＭ４０２（図５参照）に記憶される。次に、測定エリアスキャンを行う（ステップＳ８０７）。この際、時間計測部４２２（図６参照）は、各測定点における波長１０６４ｎｍ（λ_１）と波長５３２ｎｍ（λ_２）のレーザ光の飛行時間の配列データをバッファに格納する。

そして、データ処理部４２３（図６参照）は、ステップＳ８０６において取得した測定エリアのＲＧＢ画像データを読み出し、以下の処理を行う。まず、測定エリアのＲＧＢ画像を左上のピクセルから順に調べ、このピクセルのＲおよびＢの色成分が強い場合には、その測定点の距離データの算出にλ_１（波長１０６４ｎｍ）のレーザ光の飛行時間データを選択する。また、このピクセルのＧの色成分が強い場合には、その測定点の距離データの算出にλ_２（波長５３２ｎｍ）のレーザ光の飛行時間データを選択する（ステップＳ８０８）。

ステップＳ８０８において飛行時間データが選択された後、データ処理部４２３は、選択された飛行時間データに光速を乗算して距離の測定を行う（ステップＳ８０９）。このステップＳ８０８およびステップＳ８０９の処理は、ＲＧＢ画像のピクセルごと実行される。ステップＳ８１０以降の処理は、図７のステップＳ６０９以降の処理と同じであるので、説明は省略する。

（第３の測定動作の特徴）
第３の測定動作によれば、レーザ光が照射された対象物（計測点）の色がＲとＢの色成分が相対的に強い場合、波長５３２ｎｍの吸収率が高いので、λ_２（波長５３２ｎｍ）のレーザ光の反射光量が十分に得られないと予測し、より大きな反射光量が期待できるλ_１（波長１０６４ｎｍ）のレーザ光を選択する。また、逆にレーザ光が照射された対象物の色がＧの色成分が相対的に強い場合、波長１０６４ｎｍの吸収率が高いので、λ_１（波長１０６４ｎｍ）のレーザ光の反射光量が十分に得られないと予測し、より大きな反射光量が期待できるλ_２（波長５３２ｎｍ）のレーザ光を選択する。したがって、測定エリア内の色彩分布に応じて大きな反射光量を期待できる波長のレーザ光を選択するため、反射光量の不足による計測誤差が減少される。

すなわち、測定対象物における反射強度の波長依存性の問題を緩和あるいは解決することができる。測定対象物と波長との組み合わせによって反射光の強度が微弱になり、その検出が困難になる場合があるが、レーザ光として２種類の波長を用い、画像解析からレーザ光の照射位置の反射状態を推測し、その結果に応じて、いずれかのレーザ光の反射光データを選択することで、より大きな反射光量の受光データを利用することができる。

（第４の測定動作）
ここでは、測定エリアに照射された２波長のレーザ光のうち、反射光の強度の高い方の飛行時間データを用いる例について説明する。図１０は、測定の動作手順の一例を示すフローチャートである。まず、処理のスタート（ステップＳ９０１）からステップＳ９０５までは、図９のステップＳ８０１からＳ８０５と同じである。

波長１０６４ｎｍ（λ_１）と波長５３２ｎｍ（λ_２）の２波長のレーザ光を同時出力した測定エリアスキャンが行われる（ステップＳ９０６）。この際、比較判定部４２１は、２波長のパルスを検出して同一の測定点における２波長（λ_１、λ_２）の反射光の受光強度を比較する。そして、比較判定部４２１はより高強度の波長の飛行時間データを選択してバッファに格納する（ステップＳ９０７）。ステップＳ９０８以降の処理は、図７のステップＳ６０８以降の処理と同じであるので、説明は省略する。

（第４の測定動作の特徴）
第４の測定動作によれば、信号処理部４１２は２波長のレーザ光のうち受光強度が大きい反射光の飛行時間データを距離計測に採用する。このため、塵や濃霧の影響による測定不能の問題、対象物の色に起因する反射光が微弱となる問題を緩和あるいは解決することができる。

（３）第３の実施形態
図１に示すレーザ装置１００は、基本波として波長１０６４ｎｍのレーザ光を非線形結晶１０７に入射し、第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光を生成して２波長同時出力する構成である。しかし、この２波長（１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍ）に限定されるものではなく、第３高調波、第４高調波、第５高調波を生成する非線形結晶を適宜用いることも可能である。また、半導体レーザ装置１０１が励起する波長８０８ｎｍのレーザ光の波長を変更することも可能である。この際、レーザ装置は測定距離、測定環境、測定対象物の色、アイセーフの問題およびコストの問題等を考慮して最適なものが組み合わされる。

（４）第４の実施形態
以下、高出力の第２高調波を生成するレーザ装置の構成例について説明する。図１１は、このレーザ装置の一例を示す概念図である。なお、図１１において、図１と同じ符号部分は図１に示す構成と同様である。レーザ装置１１０は、図１のレーザ装置１００と異なり、レーザ共振器１０９の内部に非線形結晶１０７を備えている。

したがって、半導体レーザ装置１０１によって励起されて誘電放出された波長１０６４ｎｍのレーザ光は、非線形結晶１０７を透過して第２高調波を発生させながら、出力鏡１０６とレーザ媒質１０４の励起レーザ光の入射側にコーティングされたミラー面との間を往復する。すなわち、波長１０６４ｎｍのレーザ光は、非線形結晶１０７内を往復するため、第２高調波の変換効率が向上し、波長５３２ｎｍのレーザ光を高出力でＱスイッチ発振することが可能となる。この態様によれば、短波長である５３２ｎｍのレーザ光は、高湿度環境下では空気中の水分で散乱されて誤検出を招くおそれがあるが、高出力の短波長を出力することができるため、この問題が緩和される。

（５）第５の実施形態
図１に示すレーザ装置１００は、２つの波長（λ_１＝１０６４ｎｍ、λ_２＝５３２ｎｍ）のレーザ光がほぼ平行光束（コリメート）となるようにコリメーターレンズ１０８の光軸上の位置が調整されている。しかしながら、非線形結晶１０７において２波長の屈折率が異なるため、正確に２波長をコリメートするのは困難となる。この例では、２波長のレーザ光を正確にコリメートし、かつ、ビーム径が等しくなるレーザ装置の一例について説明する。

図１２には、コリメーターレンズ１０８を前後に移動可能なレーザ装置１１１が示されている。図１２（Ａ）は、コリメーターレンズ１０８を後方に移動させた状態のレーザ装置１１１を示す図であり、図１２（Ｂ）は、コリメーターレンズ１０８を前方に移動させた状態のレーザ装置１１１を示す図である。レーザ装置１１１は、コリメーターレンズ１０８を光軸上で前後に移動させる図示省略した移動装置を備えており、それ以外は図１に示す構成と同じである。移動装置は、小型のステッピングモータとコリメーターレンズ１０８が固定された移動ステージなどから構成され、コリメーターレンズ１０８を正確に位置決めすることができる。

長波長（λ_１＝１０６４ｎｍ）が出射される場合には、コリメーターレンズ１０８は後退して（図１２（Ａ）において左方向）、λ_１が平行光束となる。短波長（λ_２＝５３２ｎｍ）が出射される場合には、コリメーターレンズ１０８は前進して（図１２（Ｂ）において右方向）、λ_２が平行光束となる。この際、出射される２つの波長のビーム径が等しくされる。すなわち、図１２（Ａ）に示す波長１０６４ｎｍ（λ_１）のビーム径Ｗ_１と図１２（Ｂ）に示す波長５３２ｎｍ（λ_２）のビーム径Ｗ_２が等しくなっている。

このレーザ装置１１１を利用した距離測定装置１（図４参照）の動作について図７のフローチャートをもとに簡単に説明する。まず、ステップＳ６０５の測定エリア設定で操作者により目測で測定距離が設定される。このとき、測定距離が長距離である場合には、図１２（Ａ）のようにコリメーターレンズ１０８は後退して長波長用の位置に移動する。一方、測定距離が短距離である場合には、図１２（Ｂ）のようにコリメーターレンズ１０８は前進して短波長用の位置に移動する。そして、測定エリアスキャンが行われる（ステップＳ６０６）。図８に示すフローチャートの場合も距離測定装置１は同様の動作を実行する。

また、図９のフローチャートの場合を簡単に説明する。まず、ステップＳ８０６において、距離測定装置１は、測定エリアのＲＧＢ画像のピクセルごとに長波長を使用するか、短波長を使用するかのデータを作成する。そして、ステップＳ８０７の測定エリアスキャンにおいて、距離測定装置１がＲＧＢ画像の各ピクセルに対応する方角の１つの測定点にレーザ光を出射するとき、ＲおよびＢ成分が強い測定点の場合には、波長１０６４ｎｍ用にコリメーターレンズ１０８を移動させてレーザ光を出射し、Ｇ成分が強い測定点の場合には、波長５３２ｎｍ用にコリメーターレンズ１０８を移動させてレーザ光を出射する。

すなわち、距離測定装置１は、ＲＧＢ画像のピクセルごとにコリメーターレンズ１０８の位置を連続的に移動させ、測定エリアを走査していく。この態様によれば、出射された２波長のレーザ光はコリメートされ、かつ、ビーム径が等しくなるため、距離測定装置１が測定エリアスキャンした後に生成される３次元点群データの分解能（精度）が向上する。したがって、測定に使用した波長に依存して分解能が異なるという問題が緩和される。

本発明は、レーザ光を用いて距離を測定する距離測定装置に利用することができる。

２波長のレーザ光を同時出力するレーザ装置の一例を示す概念図である。 図１に示すレーザ装置の動作の一例を示す概念図である。 図１に示すレーザ装置の優位性を説明する概念図である。 図１に示すレーザ装置を利用した距離測定装置の一例を示す概念図である。 図５に示す距離測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。 信号処理部の機能を説明する機能ブロック図である。 距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。 距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。 距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。 距離測定の手順の一例を示すフローチャートである。 高出力の第２高調波を生成するレーザ装置の一例を示す概念図である。 コリメーターレンズを移動可能なレーザ装置の動作を示す概念図である。

符号の説明

１００…レーザ装置、１０１…半導体レーザ装置、１０２…集光レンズ、１０３…レーザ共振器、１０４…レーザ媒質、１０５…可飽和吸収体、１０６…出力鏡、１０７…非線形結晶、１０８…コリメーターレンズ、１…距離測定装置、２０３…選択反射ミラー、２０５…測距光発光部、２０７…第１の受光部、２０８…第２の受光部、２０９…ＣＣＤカメラ。

Claims (7)

1. 第１の波長のレーザ光を発振するレーザ発振部と、
   前記レーザ発振部が発振した第１の波長のレーザ光を入射して第２の波長を生成する非線形結晶と、
   前記レーザ発振部が発振した第１の波長のレーザ光と前記非線形結晶が生成した第２の波長のレーザ光とを集光して平行光束にするコリメーターレンズと
   を備えるレーザ装置が生成する第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを測定エリアを走査しながら同時に出力する出力部と、
   前記測定エリアの測定点で反射した第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを選択的に反射する選択反射ミラーと、
   前記選択反射ミラーが選択した第１の波長のレーザ光を受光する第１の受光部と、
   前記選択反射ミラーが選択した第２の波長のレーザ光を受光する第２の受光部と、
   前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定する信号処理部と
   を備えることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記第１の波長のレーザ光は、相対的に長波長の赤外光であり、
   前記第２の波長のレーザ光は、前記第１の波長の第２高調波であり、相対的に短波長の可視光であることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記レーザ発振部は、レーザ媒質を含み、
   前記レーザ媒質は、Ｎｄ^３＋またはＥｒ^３＋をドープした結晶またはファイバーであることを特徴とする請求項１または２に記載の距離測定装置。
4. 前記測定エリアまでの距離の相対的な遠近を選択する選択部を備え、
   前記信号処理部は、前記選択部で選択された前記測定エリアまでの距離の相対的な遠近に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
5. 前記測定エリアにおける空気の透明度を選択する選択部を備え、
   前記信号処理部は、前記選択部で選択された前記測定エリアにおける空気の透明度に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の距離測定装置。
6. 前記測定エリアの画像を撮影する画像撮影部と、
   前記画像撮影部で撮影された画像を赤緑青の３色の画像に色分解する画像処理部と
   を備え、
   前記信号処理部は、前記画像処理部が色分解した画像の色成分に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の距離測定装置。
7. 前記信号処理部は、前記第１の受光部および前記第２の受光部の受光強度に基づいて前記第１の受光部の出力信号または前記第２の受光部の出力信号を選択して前記測定エリアの測定点までの距離を測定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の距離測定装置。

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