JP2018077047A - レーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができるレーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラムを実現する。【解決手段】測定対象物に反射光を照射可能な位置に予め設定された反射板２と、レーザー光源１５から出射したレーザー光を反射板２で反射させて測定対象物に照射し、測定対象物からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得られる距離と、そのときレーザー光を反射板２に向けて出射した角度と、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報とから、測定対象物の座標を求める制御部１１を有する３次元レーザー測定器１とを備える。その関数情報は、予め定められた測定準備点までの距離や角度を３次元レーザー測定器１で測定することによって作成される。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができるレーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラムに関する。

従来、複雑な構造物の３次元画像情報（座標）を得る場合、当該構造物に対してレーザー光を照射して走査し、測定点から当該構造物までの角度と距離を測定し、測定された距離を順次プロットしてゆくことにより、３次元画像情報（座標）を得ている。

但し、構造物の複雑な部分や死角等に位置して、直接レーザー光が届かない構造物に関しては反射光が得られないので、３次元画像情報を得ることができない。また、測定器が入らない狭所においても、３次元画像情報を得ることができない。

このため、既知点に設置され、追尾機能を有するトータルステーションと、トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能な移動測定器と、演算制御部とを具備することにより、測定環境が複雑な地形である等にかかわらず、３次元測定を行うことができる測量システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１の測量システムでは、測定対象物を見通せる位置に移動測定器を持ち込む必要があり、例えば、駅における軌道の上部にある構造物や、電車線の付近にある構造物の３次元画像（座標）を得るためには、軌道内に立ち入る作業や電車線の近傍での高所作業を行うことになる。

特開２０１５−０８７３０７号公報

しかしながら、営業運転中の鉄道の軌道内や高圧電圧が印加されている電車線の近傍等の場所は、通常立ち入ることができないので、結果として、このような場所の構造物の３次元画像（座標）に対してはレーザー光を直接照射することができず、測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができないといった問題点があった。

本発明の目的は、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができるレーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラムを提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る一の発明は、レーザー測定装置であって、
測定対象物に反射光を照射可能な位置に予め設置される反射板と、
レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて前記測定対象物に照射し、前記測定対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得られる距離と、前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した角度と、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報から前記測定対象物の座標を求める制御部を有するレーザー測定器と、
を備え、
前記制御部は、
予め定められた測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射し、前記測定準備点からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得た距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した角度と、
前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射し、前記測定準備点からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得た距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した角度と、に基づき、前記関数情報を作成する機能を有するようにした。

また、本出願に係る他の発明は、
レーザー光源から出射したレーザー光を対象物に照射して、その対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて距離を測定可能なレーザー測定器と、測定対象物に反射光を照射可能な位置に設置されている反射板とを用いて、前記測定対象物の座標を取得するレーザー測定方法であって、
前記反射板の設置位置に応じて、前記レーザー光源から出射するレーザー光を前記反射板に照射可能な位置に前記レーザー測定器を設置する工程と、
予め定められた測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射して得た準備点距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した準備点角度を取得する工程と、
前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た準備点反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した準備点反射測定角度を取得する工程と、
前記準備点距離および前記準備点角度と、前記準備点反射測定距離および前記準備点反射測定角度とに基づき、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する工程と、
前記測定対象物に、レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た測定対象物反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した測定対象物反射測定角度を取得する工程と、
前記測定対象物反射測定距離および前記測定対象物反射測定角度と、前記関数情報から、前記測定対象物の座標を求める工程と、
を備えるようにした。

また、本出願に係る他の発明は、
レーザー光源から出射したレーザー光を対象物に照射して、その対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて距離を測定可能なレーザー測定器と、測定対象物に反射光を照射可能な位置に設置されている反射板とを用いて、前記測定対象物の座標を得るためのレーザー測定プログラムであって、
前記レーザー測定器に含まれるコンピュータに、
予め入力されて特定されている測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射して得た準備点距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した準備点角度を取得する処理と、
前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た準備点反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した準備点反射測定角度を取得する処理と、
前記準備点距離および前記準備点角度と、前記準備点反射測定距離および前記準備点反射測定角度とに基づき、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する処理と、
前記測定対象物に、レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た測定対象物反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した測定対象物反射測定角度を取得する処理と、
前記測定対象物反射測定距離および前記測定対象物反射測定角度と、前記関数情報から、前記測定対象物の座標を求める処理と、
を実行させるようにした。

かかる構成のレーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラムによれば、レーザー光を反射板で反射させて測定した測定準備点までの距離（準備点反射測定距離）と、そのときレーザー光を反射板に向けて出射した角度（準備点反射測定角度）を得るとともに、レーザー光を測定準備点に直接照射して測定した測定準備点までの距離（準備点距離）と、そのときレーザー光を測定準備点に向けて出射した角度（準備点角度）を得ることで、それら距離と角度に基づいて反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成することができる。
そして、この関数情報が取得できれば、レーザー光を反射板で反射させて測定した測定対象物までの距離（測定対象物反射測定距離）と、そのときレーザー光を反射板に向けて出射した角度（測定対象物反射測定角度）と、関数情報とから、測定対象物の座標を算出して求めることができる。
こうして、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができる。

本発明によれば、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を得ることができる。

本実施形態の３次元レーザー測定装置を示す概略構成図である。 準備測定における３次元レーザー測定器の動作や処理を示すフローチャートである。 準備測定において反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する過程を示す説明図である。 レーザー光を直接照射することができない場所にある測定点を測定する際の３次元レーザー測定器の動作や処理を示すフローチャートである。 レーザー光を直接照射できない測定点の座標を求める過程を示す説明図である。 反射板の変形例を示す平面図（ａ）と、その反射板の使用方法に関する説明図（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 ３次元レーザー測定方法の応用例に関する説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るレーザー測定装置、レーザー測定方法及びレーザー測定プログラムの実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物ＯＢ１１の３次元画像情報（座標）を得る３次元レーザー測定装置１００の機能を表した概略構成図である。
本実施形態の３次元レーザー測定装置１００（以下、単に測定装置１００）は、図１に示すように、３次元レーザー測定器１と反射板２とを備えて構成されている。
３次元レーザー測定器１は、任意の位置に設置されて使用される。一方、反射板２は、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物ＯＢ１１に対して反射光ＲＬ１１を照射可能な位置に予め設置されて使用される。

図１に示すように、３次元レーザー測定時において、３次元レーザー測定器１は、レーザー光源１５（後述）からレーザー光ＯＬ１１を出射させ、反射板２に入射させる。反射板２に入射されたレーザー光ＯＬ１１は反射され、反射光ＲＬ１１として測定対象物ＯＢ１１に照射される。そして、測定対象物ＯＢ１１からの戻り光ＭＬ１１は、反射板２で再び反射され、戻り光ＭＬ１２として３次元レーザー測定器１の受光部１６（後述）に入射される。
ちなみに、図１においては、レーザー光ＯＬ１１等を互いに区別し易いように、それぞれ異なる光路で示しているが、勿論、実際には、レーザー光ＯＬ１１の光路と戻り光ＭＬ１２の光路は同一であり、反射光ＲＬ１１の光路と戻り光ＭＬ１１の光路は同一である。

そして、３次元レーザー測定器１の制御部１１（後述）は、レーザー光源１５からレーザー光ＯＬ１１を出射した時間と、受光部１６で戻り光ＭＬ１２を受光した時間との時間差を求めて、測定対象物ＯＢ１１までの距離を求めることができる。

また、３次元レーザー測定器１は、レーザー光源１５から出射したレーザー光を対象物（例えば、後述する測定準備点Ｐ４）に直接照射して、その対象物からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて、対象物までの距離を求めることもできる。

３次元レーザー測定器１は、図１に示すように、制御部１１、操作入力部１２、表示部１３、記憶部１４、レーザー光源１５、受光部１６、走査部１７を備えている。上記各部は、内部バスや配線等により互いに接続され、制御部１１によって制御可能な状態にある。
反射板２は、入射されたレーザー光を反射させることが可能な部材である。例えば、反射板２は、ミラー、表面が鏡面加工された金属板、表面に反射層が形成された部材等であってよい。

操作入力部１２は、ユーザからの操作入力を受け付け、その操作入力に応じた操作信号を制御部１１へ出力する。
例えば、操作入力部１２は、３次元レーザー測定器１を設置した位置の座標情報の入力を受け付けたり、測定器１（レーザー光源１５）から出射するレーザー光ＯＬ１１の出射角度を走査部１７が切り替えるための操作入力を受け付けたりする。
なお、操作入力部１２は、スマートフォンやタブレット端末等のように、表示部１３と一体的に形成されたタッチパネルなどであってもよい。

表示部１３は、制御部１１から出力された表示制御信号に基づいた画像を表示画面に表示する。例えば、表示部１３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いたＦＰＤ（Flat Panel Display）などであってよい。
なお、表示部１３は、スマートフォンやタブレット端末等のように、操作入力部１２と一体的に形成されたタッチパネルなどであってもよい。

記憶部１４は、プログラムデータ（例えば３次元レーザー測定プログラム）や各種設定データ等を制御部１１から読み書き可能に記憶する。例えば、記憶部１４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や半導体メモリなどであってよい。

レーザー光源１５は、制御部１１の制御により、測定対象物ＯＢ１１など所定の対象物までの距離を測定するためのレーザー光を出射する。例えば、レーザー光源１５は、半導体レーザー素子等であってよい。
なお、レーザー光源１５から出射されるレーザー光の波長及び出力パワーは、距離の測定に適した波長等であればよく、また、人間の目に安全な波長及び出力パワーであることが望ましい。

受光部１６は、測定対象物ＯＢ１１からの戻り光ＭＬ１２など、レーザー光源１５から出射されたレーザー光の戻り光を受光して制御部１１に受光した情報を出力する。例えば、受光部１６は、フォトダイオード等の半導体受光素子であってよい。

走査部１７は、制御部１１の制御により、測定器１から出射されるレーザー光の出射角度（出射方向）を走査するように切り替える。この走査部１７は、測定器１（レーザー光源１５）から出射したレーザー光の出射角度情報を制御部１１に出力する。例えば、走査部１７は、光学的に出射されるレーザー光の出射角度を切り替えるものであってよいし、或いは機械的にレーザー光源１５の出射方向を変化させてレーザー光の出射角度を切り替えるものであってよい。また、レーザー光源１５自体が走査部１７の機能を併せ持つものであってもよい。

制御部１１は、３次元レーザー測定器１の動作を中央制御する。具体的には、制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有しており、ＲＡＭの作業領域に展開された記憶部１４（あるいはＲＯＭ）に記憶されているプログラムデータとＣＰＵとの協働により測定器の各部を統括制御する。つまり、制御部１１は、３次元レーザー測定器１を統括制御するコンピュータとして機能する。

特に、制御部１１は、レーザー光源１５から出射したレーザー光ＯＬ１１を反射板２で反射させて、その反射光ＲＬ１１を測定対象物ＯＢ１１に照射し、測定対象物ＯＢ１１からの戻り光ＭＬ１１，ＭＬ１２を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光ＯＬ１１を出射した時間との時間差から得られる距離と、レーザー光ＯＬ１１を反射板２に向けて出射した角度と、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報とから、測定対象物ＯＢ１１の座標を求める処理を実行する。

また、制御部１１は、予め定められた測定準備点に、レーザー光源１５から出射したレーザー光を直接照射し、その測定準備点からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光を出射した時間との時間差から得た距離およびレーザー光を測定準備点に向けて出射した角度と、測定準備点に、レーザー光源１５から出射したレーザー光を反射板２で反射させて照射し、その測定準備点からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光を出射した時間との時間差から得た距離およびレーザー光を反射板に向けて出射した角度とに基づき、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する処理を実行する。

次に、本実施形態の測定装置１００を用いて、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の座標を取得する手順について説明する。
本実施形態の測定装置１００を用いた３次元レーザー測定方法によって、測定対象物の座標を取得するにあたり、まず、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物に対して反射光を照射可能な位置に設置した反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を作成するための準備測定を行う。
そして、準備測定によって関数情報を得た後、実際に測定対象物の座標を得るための測定を行うことが可能になる。
なお、本実施形態では、駅構内ＨＳ４１において、プラットホームＰＨ４１に設置した３次元レーザー測定器１により、軌道ＲＷ４１の上方であってレーザー光を直接照射できない測定対象物（後述する測定点Ｐ２；図５参照）の座標を求める場合を例に説明する。

［関数情報を得るための準備測定］
反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を得るための準備測定について、図２、図３に基づき説明する。
図２は、準備測定における３次元レーザー測定器１の動作や処理を示すフローチャートである。
図３は、準備測定において、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する過程を示す説明図である。なお、図３では、説明を簡単にするために、２次元座標を用いて説明しているが、勿論、ｚ軸の座標情報を加味することにより、３次元座標に展開することは容易である。

図３に示すように、プラットホームＰＨ４１上に３次元レーザー測定器１が設置され、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物（後述する測定点Ｐ２；図５参照）に対して反射光を照射可能な位置に反射板２が設置されている。
３次元レーザー測定器１は、反射板２の設置位置に応じて、レーザー光源１５から出射するレーザー光を反射板２に照射可能な位置に設置されている。
反射板２は、例えばプラットホームＰＨ４１上に設置された基台（図示省略）に配設されている伸縮棒の先端に取り付けられており、その伸縮棒の長さや向きを調整して反射板２が軌道ＲＷ４１の上側に位置するように設置されている。
また、３次元レーザー測定器１の制御部１１は、測定器１の座標を特定して原点Ｐ０（０，０）としている。
また、この制御部１１は、操作入力部１２を介して入力された測定準備点Ｐ４の位置情報を特定している。

まず、制御部１１は、レーザー光源１５を制御して、予め定められた測定準備点Ｐ４に、レーザー光源１５から出射したレーザー光を反射板２で反射させて照射し、その測定準備点Ｐ４からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光を出射した時間との時間差から測定準備点Ｐ４までの反射光路長Ｌ０を測定する（ステップＳ１０１）。また、このステップＳ１０１において、レーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１１が得られている。
例えば、測定準備点Ｐ４までの反射光路長Ｌ０は、レーザー光の伝搬速度に、レーザー光を出射した時間と戻り光を受光した時間との時間差を乗算した値の１／２の値として求めることができる。そして、反射板２でレーザー光が反射した箇所を反射点Ｐ３（ｘ３，ｙ３）とすると、測定準備点Ｐ４までの反射光路長Ｌ０は、原点Ｐ０から反射点Ｐ３までの距離Ｌ１と、反射点Ｐ３から測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ２との和（Ｌ０＝Ｌ１＋Ｌ２）の長さになる。
また、反射板２に写る測定準備点Ｐ４の鏡像を仮想点Ｐ４’とすると、原点Ｐ０と仮想点Ｐ４’の距離はＬ０（＝Ｌ１＋Ｌ２）に相当する。

次いで、制御部１１は、レーザー光源１５を制御して、測定準備点Ｐ４に、レーザー光源１５から出射したレーザー光を直接照射し、その測定準備点Ｐ４からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光を出射した時間との時間差から測定準備点Ｐ４までの光路長（Ｌ３）を測定する（ステップＳ１０２）。また、このステップＳ１０２において、レーザー光を測定準備点Ｐ４に向けて出射した角度θ１２が得られている。
原点Ｐ０から測定準備点Ｐ４までの光路長Ｌ３も同様に、レーザー光の伝搬速度に、レーザー光を出射した時間と戻り光を受光した時間との時間差を乗算した値の１／２の値として求めることができる。

次いで、制御部１１は、測定準備点Ｐ４と原点Ｐ０を結ぶ線分と、反射点Ｐ３と原点Ｐ０を結ぶ線分とで挟まれた内角θ１３（θ１３＝θ１２−θ１１）を算出する（ステップＳ１０３）。

次いで、制御部１１は、測定準備点Ｐ４と仮想点Ｐ４’とを結ぶ線分の距離Ａを算出する（ステップＳ１０４）。なお、距離Ａは、不等辺三角形の公式に基づき、
Ａ＝√（Ｌ０^２＋Ｌ３^２−２・Ｌ０・Ｌ３・ｃｏｓθ１３）として求めることができる。

次いで、制御部１１は、原点Ｐ０と仮想点Ｐ４’とを結ぶ線分に対し、測定準備点Ｐ４から引いた補助垂線ｈ１の距離（ｈ１＝Ｌ３・ｓｉｎθ１３）を算出する（ステップＳ１０５）。

次いで、制御部１１は、測定準備点Ｐ４と仮想点Ｐ４’を結ぶ線分と、原点Ｐ０と仮想点Ｐ４’を結ぶ線分とで挟まれた内角θ１４（θ１４＝ａｓｉｎ（ｈ１／Ａ））を算出する（ステップＳ１０６）。

次いで、制御部１１は、測定準備点Ｐ４と仮想点Ｐ４’とを結ぶ線分に対し、反射点Ｐ３から引いた補助垂線ｈ２の距離（ｈ２＝（Ａ／２）・ｔａｎθ１４）を算出する（ステップＳ１０７）。

次いで、制御部１１は、反射点Ｐ３から測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ２を算出する（ステップＳ１０８）。
ここで、反射点Ｐ３から測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ２は、反射点Ｐ３から仮想点Ｐ４’までの距離Ｌ２’と同じ距離なので、
Ｌ２＝Ｌ２’＝ｈ２／ｓｉｎθ１４として求めることができる。

次いで、制御部１１は、原点Ｐ０から反射点Ｐ３までの距離Ｌ１（Ｌ１＝Ｌ０−Ｌ２）を算出する（ステップＳ１０９）。

次いで、制御部１１は、測定準備点Ｐ４と反射点Ｐ３とを結ぶ線分と、補助垂線ｈ２とで挟まれた内角θ１５（θ１５＝ａｃｏｓ（ｈ２／Ｌ２））を算出する（ステップＳ１１０）。

次いで、制御部１１は、反射板２の設置角度の裏角θ１６
（θ１６＝１８０−θ１１−θ１５）を算出する（ステップＳ１１１）。

次いで、制御部１１は、反射板２の設置角度θ１０（θ１０＝１８０−θ１６）を算出する（ステップＳ１１２）。

次いで、制御部１１は、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を求める（ステップＳ１１３）。
ここで、反射板２の反射面上には、反射点Ｐ３（ｘ３，ｙ３）があるので、
ｘ３＝Ｌ１・ｃｏｓθ１１
ｙ３＝Ｌ１・ｓｉｎθ１１
であり、切片ｂは、ｂ＝ｙ３−ｘ３・ｔａｎθ１０
と、求めることができる。
つまり、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報は、
ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ
という方程式として作成される。
この取得した関数情報（ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ）は、記憶部１４に格納され、準備測定が終了する。

すなわち、レーザー光を反射板２で反射させて測定した測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ０と、そのときレーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１１を得るとともに、レーザー光を測定準備点Ｐ４に直接照射して測定した測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ３と、そのときレーザー光を測定準備点Ｐ４に向けて出射した角度θ１２を得ることで、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報を作成し、取得することができる。

［測定対象物の座標を求める測定］
準備測定によって関数情報を得た後に行う、測定対象物（測定点Ｐ２）の座標を得るための本測定について、図４、図５に基づき説明する。
図４は、本測定における３次元レーザー測定器１の動作や処理を示すフローチャートである。
図５は、本測定において、レーザー光を直接照射できない測定点Ｐ２の座標を求める過程を示す説明図である。なお、図５では、説明を簡単にするために、２次元座標を用いて説明しているが、勿論、ｚ軸の座標情報を加味することにより、３次元座標に展開することは容易である。

図５に示すように、準備測定の際に設置された３次元レーザー測定器１と反射板２は、準備測定時の姿勢を維持した状態で設置されている。
なお、３次元レーザー測定器１の制御部１１は、操作入力部１２を介して入力された測定点Ｐ２の位置情報を特定している。
そして、まず、制御部１１は、レーザー光源１５を制御して、測定点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）に、レーザー光源１５から出射したレーザー光を反射板２で反射させて照射し、その測定点Ｐ２からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間とレーザー光を出射した時間との時間差から測定点Ｐ２までの反射光路長Ｌを測定する（ステップＳ２０１）。また、このステップＳ２０１において、レーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１が得られている。
そして、反射板２でレーザー光が反射した箇所を反射点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）とすると、測定点Ｐ２までの反射光路長Ｌは、原点Ｐ０から反射点Ｐ１までの距離Ｌ１と、反射点Ｐ１から測定点Ｐ２までの距離Ｌ２との和（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２）の長さになる。

次いで、制御部１１は、反射板２の反射面と鉛直線との内角θ２
（θ２＝１８０−９０−θ１０）を算出する（ステップＳ２０２）。

次いで、制御部１１は、反射板２の設置角度（θ１０）の裏角θ３
（θ３＝１８０−θ１０）を算出する（ステップＳ２０３）。

次いで、制御部１１は、原点Ｐ０と反射点Ｐ１を結ぶ線分と、反射板２の反射面との内角θ４（θ４＝１８０−θ１−θ３）を算出する（ステップＳ２０４）。

次いで、制御部１１は、測定点Ｐ２と反射点Ｐ１を結ぶ線分と鉛直線との内角θ５
（θ５＝θ４−θ２）を算出する（ステップＳ２０５）。

次いで、制御部１１は、原点Ｐ０と反射点Ｐ１を結ぶ線分の関数ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１と、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報（ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ）とに基づき、これら関数の交点（Ｌ１ｘ，Ｌ１ｙ）を求める（ステップＳ２０６）。
Ｌ１ｘは、Ｌ１ｘ＝ｂ／（ｔａｎθ１−ｔａｎθ１０）
Ｌ１ｙは、Ｌ１ｙ＝Ｌ１ｘ・ｔａｎθ１
と求めることができる。

次いで、制御部１１は、原点Ｐ０と反射点Ｐ１を結ぶ線分の距離Ｌ１と、反射点Ｐ１と測定点Ｐ２を結ぶ線分の距離Ｌ２を求める（ステップＳ２０７）。
Ｌ１は、Ｌ１＝√（Ｌ１ｘ^２＋Ｌ１ｙ^２）
Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ−Ｌ１
と求めることができる。

次いで、制御部１１は、反射点Ｐ１と測定点Ｐ２を結ぶ線分の距離Ｌ２に関するｘ成分Ｌ２ｘとｙ成分Ｌ２ｙを求める（ステップＳ２０８）。
Ｌ２ｘは、Ｌ２ｘ＝Ｌ２・ｓｉｎθ５
Ｌ２ｙは、Ｌ２ｙ＝Ｌ２・ｃｏｎθ５
と求めることができる。

次いで、制御部１１は、測定点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）の座標を求める（ステップＳ２０９）。
ｘ２は、ｘ２＝Ｌ１ｘ−Ｌ２ｘ
ｙ２は、ｙ２＝Ｌ１ｙ＋Ｌ２ｙ
と求めることができる。
こうして、測定点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）の座標を測定することができる。

すなわち、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報（ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ）を取得するとともに、レーザー光を反射板２で反射させて測定した測定点Ｐ２までの距離Ｌと、そのときレーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１を得ることで、測定点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）の座標を算出して求めることができる。

なお、レーザー光の出射角度を走査部１７で走査して、測定された測定点の座標を順次プロットして３次元画像情報を得ることについての説明は省略する。
また、所定箇所に設置した３次元レーザー測定器１からレーザー光を走査する測定を行うことに限らず、例えば、レールに沿って移動可能とする３次元レーザー測定器１を使い、その３次元レーザー測定器１自体を移動させながらレーザー光を走査する測定を行うようにして、連続的に面的な測定を行い、測定された測定点の座標を順次プロットして３次元画像情報を得ることも可能である。

以上のように、レーザー光を反射板２で反射させて測定した測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ０（準備点反射測定距離）と、そのときレーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１１（準備点反射測定角度）を得るとともに、レーザー光を測定準備点Ｐ４に直接照射して測定した測定準備点Ｐ４までの距離Ｌ３（準備点距離）と、そのときレーザー光を測定準備点Ｐ４に向けて出射した角度θ１２（準備点角度）を得ることで、それら距離（距離Ｌ０、距離Ｌ３）と角度（θ１１、θ１２）とに基づいて、反射板２の傾いた姿勢に関する関数情報（ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ）を作成して取得することができる。
そして、その関数情報（ｙ＝ｘ・ｔａｎθ１０＋ｂ）を取得できれば、レーザー光を反射板２で反射させて測定した測定点Ｐ２までの距離Ｌ（測定対象物反射測定距離）と、そのときレーザー光を反射板２に向けて出射した角度θ１（測定対象物反射測定角度）と、その関数情報とから、測定点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）の座標を算出して求めることができる。
このように、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物（測定点Ｐ２）の３次元画像情報（座標）を得ることができる。

（反射板の変形例）
次に、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物に対して反射光を照射可能にする反射板２の変形例について説明する。

例えば、レーザー光を直接照射することができない場所にあるボルトやナットなどの締結具を測定対象物として、その締結具の緩みや脱落の有無を上述した３次元レーザー測定方法によって観察することがある。
また、レーザー光を直接照射することができない場所での腐食箇所を測定対象物として、その腐食箇所の腐食の進行に伴う変形を上述した３次元レーザー測定方法によって観察することがある。
このように、レーザー光を直接照射することができない場所にある測定対象物の３次元画像情報（座標）を長期間に亘って継続的に測定する場合、測定の度に反射板２を設置して準備測定を行い、反射板２の関数情報を作成するのでは作業効率が悪い。

そこで、そのような測定対象物の３次元画像情報（座標）を長期間に亘って継続的に測定する場合には、図６（ａ）に示すような反射板２を用い、その反射板２を測定対象物の近傍に取り付けて３次元レーザー測定に使用する。
図６（ａ）に示すように、反射板２は、例えば、鏡面部２１と、爪部２２ａを有する固定部２２と、鏡面部２１と固定部２２の間の折曲部２３を備えている。
この反射板２は、金属板を材料に成形されている。なお、鏡面部２１は、金属板の一部を鏡面加工したものでも、金属板にミラー部材を固設したものでもよい。

例えば、この反射板２を折屋根３に取り付ける場合、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、折屋根３とタイトフレーム４の隙間に固定部２２を挿し入れ、固定部２２の爪部２２ａを曲げてタイトフレーム４に固定する。
そして、図６（ｄ）に示すように、折曲部２３を折り曲げたり捻じ曲げたりして、鏡面部２１の反射面の角度を調整し、折屋根３の下の測定対象物に対して反射光を照射可能にする。

このように、反射板２を測定対象物の近傍に取り付けて、その測定対象物に対して反射光を照射可能としておけば、原点位置に３次元レーザー測定器１を設置して速やかに３次元レーザー測定を行うことができる。

なお、反射板２の固定部２２の形状は上記したものに限らず、反射板２を取り付ける箇所にある隙間や突起物などに応じて、適宜設計すればよい。
また、反射板２を取り付ける箇所は折屋根３に限らず、その他の測定箇所や検査箇所であってもよいのは勿論である。

（３次元レーザー測定の応用例）
次に、測定装置１００を使用した、３次元レーザー測定の応用例について説明する。
例えば、天井に照明器具や看板などを取り付けることがあるが、その照明具や看板が重量物である場合、天井裏にある構造物に吊り具を固定し、その吊り具によって吊り下げた照明器具や看板を天井に取り付けることがある。
但し、室内からは天井裏の構造物の配置が分かり難いので、照明器具や看板の取り付け位置となる箇所の天井面に、正確に取り付け用の穴を形成することが困難になることがある。

そこで、そのような場合、図７に示すように、天井に設けられている天井点検口を開いて、そこから天井裏に反射板２を挿し入れて設置し、３次元レーザー測定を行えば、レーザー光を直接照射することができない場所にある天井裏の構造物５の３次元画像情報（３次元座標）を得ることができる。
こうして得た天井裏の構造物５の３次元座標を、ｚ軸方向（鉛直方向）に所定量スライドさせるようにして天井面に投影するようにすれば、天井裏の構造物５に対応する照明器具や看板の取り付け位置を容易に把握することができる。

このように、天井裏の構造物５の３次元座標を得ることができれば、その構造物５の下方に相当する天井面の位置情報を求めることができ、天井裏の構造物５に対応する箇所に取り付け用の穴を正確に形成することができる。

なお、こうした３次元レーザー測定の応用例は、天井裏の構造物の測定に限らない。
例えば、床面に設けられている床下点検口を開いて、そこから床下に反射板２を挿し入れて設置し、３次元レーザー測定を行えば、レーザー光を直接照射することができない場所にある床下の構造物の３次元画像情報（３次元座標）を得ることができる。そして、床下の構造物に対応する箇所に取り付け用の穴などを正確に形成することができる。
また、壁面に設けられている窓などの開口部を開いて、そこから隣室や外壁側に反射板２を挿し入れて設置し、３次元レーザー測定を行えば、レーザー光を直接照射することができない場所にある隣室や外壁面の構造物の３次元画像情報（３次元座標）を得ることができる。そして、隣室や外壁面の構造物に対応する箇所に取り付け用の穴などを正確に形成することができる。

また、配管やダクトの内部を測定して、その内面の３次元画像情報（３次元座標）を得ることや、橋梁の下面（裏面）を測定して、その面の３次元画像情報（３次元座標）を得ることができるので、作業者が入り込めない箇所の測定や点検を行うこともできる。

また、測定対象物に反射光を照射可能であれば、反射板２は手鏡サイズであっても、手鏡サイズより小さくてもよいので、狭隘な隙間や空間の内部測定も可能である。
例えば、文化財である仏像の内部空間の形状を測定して、その内部空間の３次元画像情報（３次元座標）を得ることや、口腔内の形状を測定して、その内部空間の３次元画像情報（３次元座標）を得ることもできる。

なお、以上の実施の形態においては、レーザー光源１５から出射したレーザー光を対象物に照射して、その対象物からの戻り光を受光部１６で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて距離を測定する３次元レーザー測定器１を用いた時間差式の測定を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、レーザー光源１５から出射したレーザー光と、受光部１６で受光したレーザー光の位相差に基づいて距離を測定することが可能なレーザー測定器を用いる位相差式の測定を行うようにしてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ ３次元レーザー測定器（レーザー測定器）
１１ 制御部
１２ 操作入力部
１３ 表示部
１４ 記憶部
１５ レーザー光源
１６ 受光部
１７ 走査部
２ 反射板
１００ ３次元レーザー測定装置（レーザー測定装置）
ＯＢ１１ 測定対象物
ＯＬ１１ レーザー光
ＲＬ１１ 反射光
ＭＬ１１、ＭＬ１２ 戻り光
Ｐ０ 原点
Ｐ１ 反射点
Ｐ２ 測定点
Ｐ３ 反射点
Ｐ４ 測定準備点
Ｐ４’ 仮想点

Claims (3)

1. 測定対象物に反射光を照射可能な位置に予め設置される反射板と、
   レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて前記測定対象物に照射し、前記測定対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得られる距離と、前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した角度と、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報から前記測定対象物の座標を求める制御部を有するレーザー測定器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   予め定められた測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射し、前記測定準備点からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得た距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した角度と、
   前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射し、前記測定準備点からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差から得た距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した角度と、に基づき、前記関数情報を作成する機能を有することを特徴とするレーザー測定装置。
2. レーザー光源から出射したレーザー光を対象物に照射して、その対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて距離を測定可能なレーザー測定器と、測定対象物に反射光を照射可能な位置に設置されている反射板とを用いて、前記測定対象物の座標を取得するレーザー測定方法であって、
   前記反射板の設置位置に応じて、前記レーザー光源から出射するレーザー光を前記反射板に照射可能な位置に前記レーザー測定器を設置する工程と、
   予め定められた測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射して得た準備点距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した準備点角度を取得する工程と、
   前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た準備点反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した準備点反射測定角度を取得する工程と、
   前記準備点距離および前記準備点角度と、前記準備点反射測定距離および前記準備点反射測定角度とに基づき、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する工程と、
   前記測定対象物に、レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た測定対象物反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した測定対象物反射測定角度を取得する工程と、
   前記測定対象物反射測定距離および前記測定対象物反射測定角度と、前記関数情報から、前記測定対象物の座標を求める工程と、
   を備えたことを特徴とするレーザー測定方法。
3. レーザー光源から出射したレーザー光を対象物に照射して、その対象物からの戻り光を受光部で受光し、受光した時間と出射した時間との時間差に基づいて距離を測定可能なレーザー測定器と、測定対象物に反射光を照射可能な位置に設置されている反射板とを用いて、前記測定対象物の座標を得るためのレーザー測定プログラムであって、
   前記レーザー測定器に含まれるコンピュータに、
   予め入力されて特定されている測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を直接照射して得た準備点距離および前記レーザー光を前記測定準備点に向けて出射した準備点角度を取得する処理と、
   前記測定準備点に、前記レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た準備点反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した準備点反射測定角度を取得する処理と、
   前記準備点距離および前記準備点角度と、前記準備点反射測定距離および前記準備点反射測定角度とに基づき、前記反射板の傾いた姿勢に関する関数情報を作成する処理と、
   前記測定対象物に、レーザー光源から出射したレーザー光を前記反射板で反射させて照射して得た測定対象物反射測定距離および前記レーザー光を前記反射板に向けて出射した測定対象物反射測定角度を取得する処理と、
   前記測定対象物反射測定距離および前記測定対象物反射測定角度と、前記関数情報から、前記測定対象物の座標を求める処理と、
   を実行させることを特徴とするレーザー測定プログラム。

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