JP2018173298A - 測量装置、測量方法及び測量装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】部分的に測定対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる測量装置等を提供すること。【解決手段】予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部とを有し、受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得し、光源部の出力値を低減する出力値低減部及び／又は受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部も備える測量装置。【選択図】図１５

Description

本発明は、例えば、測定対象物に測距光を照射し、測定対象物までの距離を測定すると共に測距光の照射方向を検出することにより、測定対象物の３次元データを取得する測量装置、測量方法及び測量装置の制御プログラムに関するものである。

従来より、例えば、測定対象物の多数点の３次元データ（３次元点群データ）を取得する３次元測量装置として、一般的に、３次元レーザスキャナが知られている（例えば、特許文献１）。
このような、３次元測量装置（３次元レーザスキャナ）は、測距光として例えば、パルスレーザ光線を測定対象物に照射し、測定対象物で反射したパルスレーザ毎の反射光を受光して、測定対象物までの距離を測定すると共に測距光の照射方向（水平角および鉛直角）を検出することにより、測定対象物の３次元データを取得する構成となっている。

しかし、例えば、測定対象物の反射特性が比較的大きい場合には、測定対象物の所定部分で反射した反射光の光量が多すぎたり、反射光の強度が強すぎたりすることがある。
例えば、３次元測量装置が工場内に配置された配管の３次元データを取得する場合には、配管の表面が曲面であるため、配管の表面で反射した反射光の強度が配管の部位に応じて大きく変化することがある。
あるいは、例えば、３次元測量装置が道路に設置された標識を含む領域の３次元データを取得する場合には、標識が反射材等を表面に含むため、標識の表面で反射した反射光の強度が標識の表面以外で反射した反射光の強度と比較して強すぎることがある。

このような場合、反射光の強度がダイナミックレンジ（３次元測量装置でのパルスレーザ等の発光に対し、測定対象物からの受光光量が適正に処理できる受光光量の上限と下限の範囲）の最大値よりも大きくなることがある。
そして、これにより、３次元測量装置の通常の走査において、測定対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生ずることがある。
また、このように、測定対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生じた場合、測定者は、例えば、濃度フィルタ―等を用いてダイナミックレンジを広げることを実施することを強いられる場合がある。

特許第５４６６８０７号公報

しかし、迅速に３次元測量を行う３次元測量装置において、測定対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生じた場合に、測定者が、その都度、濃度フィルタ―等を用いてダイナミックレンジを広げるのでは、煩雑で、迅速な測量が困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、部分的に測定対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる測量装置、測量方法及び測量装置の制御プログラムを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、を有し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置であって、前記光源部の発光出力値を低減する出力値低減部及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部を備えることと特徴とする測量装置により達成される。

前記構成によれば、レーザ等の光源部の出力値を低減する出力値低減部（例えば、レーザの出力を半減させる等）及び／又は受光素子等の受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部（例えば、受光素子の感度の低減や感度を低減させるフィルム等）を備えている。
予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光すると、測量地点やターゲットの反射率によっては、近すぎる等のため、受光信号が大きすぎて、受信部で受信した受信信号等が飽和し、これによって、当該地点の測量情報（座標（位置）値や距離の情報等）を正確に取得することができない場合が発生していた。

しかし、前記構成では、出力値低減部（例えば、レーザの出力を半減させる等）及び／又は受光素子等の受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部（例えば、受光素子の感度の低減や受光量を低減させるフィルム等）を動作させることで「受信信号」の飽和等を回避でき、従来、取得できなかった当該地点の測量情報（座標（位置）値や距離の情報等）を正確に取得することができる。
すなわち、前記構成では、部分的に測定対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる
また、前記構成では、飽和等で正確に取得できない受信信号を取得するために感度の異なる受光素子等を別に備える必要がないため簡便でコストの上昇が少ない構成となっている。

好ましくは、前記受光部が受光する反射光に関する光量の飽和情報を検知する飽和情報検知部（飽和情報検知処理部）を有し、前記飽和情報検知部の検知結果に基づいて、前記出力値低減部及び／又は前記入力値低減部を動作させる構成となっていることを特徴とする。

前記構成によれば、飽和情報検知部の検知結果に基づいて、出力値低減部及び／又は入力値低減部を動作させる構成となっている。
例えば、受光信号が大きすぎて、受信部で受信した受信信号等が飽和し、これによって、当該地点の測量情報（座標（位置）値や距離の情報等）を正確に取得することができなくなるという飽和状態が発生した後、出力値低減部及び／又は入力値低減部を動作させるので、極めて効果的に取得できなかった当該地点の測量情報（座標（位置）値や距離の情報等）を取得することができる。

好ましくは、前記入力値低減部には、感度低減フィルムの配置及び退避機構が含まれることを特徴とする。

前記目的は、本発明によれば、予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、を有し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置であって、受光部が受光した受信信号から減衰された波形である減衰振動波形を生成し、前記減衰振動波形のいずれかから測量情報を取得することを特徴とする測量装置により達成される。

前記構成によれば、光源部は、予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光すると共に、受光部が受光した受信信号の波形から生成された減衰振動波形を生成し、減衰振動波形から測量情報（位置、距離等）を取得する。
ここで減衰振動波形は、受信信号から生成された波形であり、減衰しならが振動している波形である。また、その波形からは地点等の距離や位置（座標）情報等を取得することができる。
したがって、前記構成では、たとえば、受光部が受光した受信信号の波形である減衰振動波形の１波目が信号の飽和等のため、この波形から測量情報を取得できない場合であっても、２波目以降の減衰振動波形から飽和していない測量情報（距離や位置等）を取得することができる。

好ましくは、前記光源部の出力値を低減する出力値低減部及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部も備えることを特徴とする。

前記構成によれば、光源部の出力値を低減する出力値低減部及び／又は受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部も備えている。
このため、万一、減衰振動波形から有効な信号を取得でききないときでも、光源部の出力値を低減する出力値低減部及び／又は受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部を動作させることで、有効な測量情報を取得することが可能となる。

前記目的は、本発明によれば、光源部が予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して対象物に発光し、受光部が、対象物からの反射光を受光し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量方法であって、前記光源部の出力値を低減し及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減することを特徴とする測量方法により達成される。
光源部が予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して対象物に発光し、受光部が、対象物からの反射光を受光し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量方法であって、前記光源部の出力値を低減し及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減することを特徴とする測量方法により達成される。

前記目的は、本発明によれば、発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、を有すると共に、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置に、前記光源部が、予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して対象物に発光させる工程と、前記光源部の出力値を低減し及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する工程と、実行させることを特徴とする測量装置の制御プログラムにより達成される。

本発明は、部分的に測定対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる測量装置、測量方法及び測量装置の制御プログラムを提供することができるという利点がある。

本発明の測量装置である例えば、３次元測量装置の主な構成等を示す概略図である。 図１の３次元測量装置の主な構成を示す概略ブロック図である。 第１の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。 第２の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。 本実施の形態に係る３次元測量装置の主な動作例を示す概略フローチャートである。 本実施の形態に係る３次元測量装置の主な動作例を示す他の概略フローチャートである。 本発明の第２の実施の形態にかかる３次元測量装置の主な構成を示す概略ブロック図である。 第３の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。 第４の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。 第５の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元測量装置の主な動作を示す概略フローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元測量装置の主な動作を示す他の概略フローチャートである。 通常の信号波形を示す概略説明図である。 図１３の通常の波形からテータを処理して「減衰振動波形」を生成した状態を示す概略説明図である、 本実施の形態で対象としている信号波形を示す概略説明図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の測量装置である例えば、３次元測量装置１の主な構成等を示す概略図である。
図１に示すように、３次元測量装置１は、図示しない三脚に取り付けるための整準部３を有している。
この整準部３は、調整ネジ５ａ、５ｂを有し、その上に配置されている基板部２の傾きを調整可能な構成となっている。

また、この基板部２の上には、軸受６を介して水平回転部７が形成されている。この水平回転部７は、軸受６によって支持されることで、水平方向に回転（回動）可能な構成となっている。

この水平回転部７の上には、托架部４が形成されている。このため、この托架部４は、水平回転部７の回転に従い、同様に水平方向に回転（回動）可能な構成となっている。
次いで、托架部４内の主な構成について説明する。

先ず、図１に示すように、光源部である例えば、半導体レーザ８を有している。この半導体レーザ８から発光された測距光は、ミラー９で反射され、第１のビームスプリッタ１０でも反射されることで、第２のビームスプリッタ１１へ達し、さらに、第２のビームスプリッタ１１で反射し、走査ミラー１２へ達する構成となっている。

一方、托架部４は、鉛直角検出部１３と鉛直駆動部１４を有し、この鉛直駆動部１４が走査ミラー１２と接続されている。
したがって、鉛直駆動部１４が走査ミラー１２と接続されている軸を鉛直方向に回転（回動）させると、同様に走査ミラー１２も鉛直方向に回転等する構成となっている。

このような走査ミラー１２の回転等で、図１の上方向、対象物（測定対象物）の方向に照射された測距光は、対象物に達し、反射する。この反射した反射光は、再び、図１の走査ミラー１２に達し、反射して、第２のビームスプリッタ１１へ達する。
第２のビームスプリッタ１１では、反射光の一部が撮像部１５へ向かい撮像される。
残りの反射光は、第２のビームスプリッタ１１で反射し、第１のビームスプリッタ１０を透過し、フィルム１６を介して、受光部である例えば、受光素子１７で、受光される。その後、対象物との距離情報や位置（座標）情報を演算して取得する構成となっている。

なお、フィルム１６は、入力値低減部、感度低減フィルムの一例であり、反射光の光量を減少させるためのフィルム１６となっている。
また、このフィルム１６は、図示しないシャッタ機構により、受光素子１７の前面に配置又は退避することが可能な構成となっている。

したがって、このフィルム１６は、必要性がないときは退避位置に配置される。このフィルム１６の構成等については後述する。

また、図１の托架部４は、各部を制御する制御演算部１８、加速度センサ１９、表示部２０及び操作部２１を有している。

ところで、図１の３次元測量装置１は、走査ミラー１２が鉛直方向に回転し、レーザの測距光を外部に照射するが、そのとき、水平回転部７も同時に回転する。
このため、測定全範囲に、測距光を照射することができる構成となっている。
また、水平回転部７が１８０度回転することで、３６０度の全範囲に測距光を照射することができる構成ともなっている。

ところで、図１の３次元測量装置１は、コンピュータを有し、コンピュータは、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有し、これらは、バス等を介して接続されている。

図２は、図１の３次元測量装置１の主な構成を示す概略ブロック図である。
図２に示すように、上述の制御演算部１８を有し、制御演算部１８は、上述の半導体レーザ８、水平装置７、鉛直駆動部１４、受光素子１７、シャッタ１６ａを制御し、フィルム１６の位置を受光素子１７の前面に配置又は退避位置に配置させるか否かを制御する。また、制御演算部１８は、計時装置２５も制御する。

また、制御演算部１８は、図２に示す「第１の各種情報記憶部３０」及び「第２の各種情報記憶部４０」も制御する。
図３及び図４は、それぞれ「第１の各種情報記憶部３０」及び「第２の各種情報記憶部４０」の主な構成を示す概略ブロック図である。これらの各記憶部３０等の内容については後述する。

図５及び図６は、本実施の形態に係る３次元測量装置１の主な動作例を示す概略フローチャートである。
図１の３次元測量装置１の測量工程を以下、説明し、併せて、図１乃至図４等の構成についても説明する。

図１の３次元測量装置１を使用する使用者は、図１の３次元測量装置１を三脚に載せ、調整ネジ５ａ、５ｂ等で角度を調整してから対象物（建物等）の３次元測量を行う。
先ず、図５のステップ（以下「ＳＴ」とする。）１では、図３の「レーザ照射処理部（プログラム）３１」が動作し、図３の予め記憶されている「標準出力情報記憶部３２」内の「半導体レーザ８の出力値」を参照する。

この記憶部には、通常の半導体レーザ８の出力値が記憶されている。
また、本実施の形態では、標準出力情報記憶部３２には、固定の一種類のデータが記憶されている。

そして、所定間隔でレーザを連続して、照射（測距光を照射）し、測距光照射情報を時刻情報と関連付け「測距光照射時刻情報」として図３の「測距光照射時刻情報記憶部３３」に記憶させる。すなわち、半導体レーザ８の照射時刻情報を記憶する。

また、上述のように同時に「水平回転部７」と「鉛直駆動部１４」が駆動するため、回転情報、駆動情報を時刻情報と関連付けて、「水平回転時刻情報」、「駆動時刻情報」として図３の「水平回転時刻情報記憶部３４」、「鉛直駆動時刻情報記憶部３５」に記憶する。

上述のように、測距光は、図１の示すように、鉛直方向に回転する走査ミラー１２で照射されると共に、托架部４は水平方向に回転しているため、対象物の位置（座標）計算にかかる情報は必須の情報となる。

次いで、ＳＴ２へ進む。
ＳＴ２では、図１の受光素子１７が反射光を受光して、図３の「反射光処理部（プログラム）３６」が動作し、受光素子１７が受光した「反射測距光情報」を時刻情報と関連付け「反射測距光時刻情報」として、図３の「反射測距光時刻情報記憶部３７」に記憶させる。
この工程で、受光素子１７が受光した反射光はその信号情報が時刻情報と共に記憶される。

次いで、ＳＴ３へ進む。ＳＴ３では、図３の「第１の距離情報演算処理部（プログラム）３８」が動作し、図３の「反射測距光時刻情報記憶部３６」の「各反射測距光時刻情報」に対応する図３の「測距光照射時刻情報記憶部３３」の「測距光照射時刻情報」の時刻情報との時間差情報に基づいて、各反射測距光時刻情報の「第１の距離情報」を演算し、図４の「第１の距離情報記憶部４１」に記憶させる。

すなわち、受光素子１７が受光した各反射光と時刻情報を関係付けた「各反射測距光時刻情報」について、照射指示時刻である「測距光照射時刻情報」の時刻情報との時間差情報を比較し、「距離情報」を取得する。
これにより、対象物の各地点との距離情報（測量情報の一例）を取得することができる。

次いで、ＳＴ４へ進む。ＳＴ４では、図４の「第１の位置情報演算処理部（プログラム）４２」が動作し、図４の「第１の距離情報記憶部４１」の第１の距離情報、図３の「反射測距光時刻情報記憶部３７」の各反射測距光時刻情報に対応する図３の「水平回転時刻情報記憶部３４」の「水平回転時刻情報」及び対応する図３「鉛直駆動時刻情報記憶部３５」の「鉛直駆動時刻情報」に基づいて、各反射測距光時刻情報の「位置（座標）情報」を演算し、図４の「位置情報記憶部４３」に記憶させる。

すなわち、受光素子１７が受光した反射光と時刻情報である「各反射測距光時刻情報」について、同じ時刻の関連する距離情報、鉛直の位置情報、水平の位置情報を参照し、これらに基づいて位置（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ））情報（測量情報の一例）を取得し、図４の「位置情報記憶部４３」に記憶させる。

次いで、ＳＴ５へ進む。ＳＴ５では、水平回転部７が１８０度回転したか否かを判断し、回転した場合は、上述のように、全範囲（３６０度）の測量が終了したと判断する。

そして、ＳＴ６では、図４の飽和情報検知部である例えば、「飽和情報検知処理部（プログラム）４４」が動作し、図４の「第１の距離情報記憶部４１」と「第１の位置情報記憶部４３」を参照し、「第１の距離情報」及び／又は「第１の位置情報」を有さない反射測距光時刻情報の存否を判断する。

すなわち、本実施の形態では、レーザの出力を測定対象物の地点毎に変更していないため、ダイナミックレンジは狭く、ターゲットまでの距離が近いことや反射率の高いターゲット（対象物）等の特性等で受光素子１７に入射される受光信号が大きすぎて、信号が飽和し、信号のピーク値が検出できない等が想定される。
この場合、上述の工程、距離情報や位置情報の測量ができず、測定不可データ（空白）となっている可能性が高い。
この測定不可データ（空白）が、飽和情報の一例である。

そこで、本実施の形態では、ＳＴ６で判別する測定不可データ（空白）の地点（位置や距離情報なし）の有無を判断して、ＳＴ８で全ての条件で測定終了したかを判断する。
そして、ＳＴ８で，測定が終了していないと判断されたときは、ＳＴ９へ進む。

ＳＴ９では、図４の「調整処理部（プログラム）４５」が動作し、半導体レーザ８の出力を減少（例えば、１／２等）（出力値低減部の一例）、受光素子１７の感度を低減（例えば、１００倍から５０倍）、シャッタ１６ａを駆動させ、フィルム１６を受光素子１７の前に配置する。
これら受光素子１７の感度を低減やフィルム１６は、入力値低減部の一例である。

このように半導体レーザ８の出力値を抑え、受光素子１７の感度や入力を抑えた状態で、再び１８０度。上述のＳＴ１乃至ＳＴ５の工程を実行する。
すると、信号の飽和状態の地点の信号を検出することが可能となり、より精度の高い測量を行うことができる。また、本実施の形態では、信号の飽和状態の地点の信号の検出を半導体レーザ８の出力の減少等で行うため、ダイナミックレンジを効果的に広げることができ、コストの上昇を抑えることもできる。

なお、半導体レーザ８の出力値の減少率、受光素子１７の感度の低減率等を任意に定め、または、これらを組み合わせることで、様々な範囲のダイナミックレンジを設定することができる。
このように、半導体レーザ８の出力を抑えること等で、極めて簡単に且つ確実に、ダイナミックレンジを必要に応じて広げることができると共に、その範囲も容易に設定することが可能となる。

すなわち、上述の対象物の反射特性が比較的大きい場合には、対象物の所定部分で反射した反射光の光量が多すぎたり、反射光の強度が強すぎたりすることがある。
例えば、３次元測量装置１が、例えば、工場内に配置された配管の３次元データを取得する場合には、配管の表面が曲面であるため、配管の表面で反射した反射光の強度が配管の部位に応じて大きく変化することがある。
また、例えば、３次元測量装置１が道路に設置された標識を含む領域の３次元データを取得する場合には、標識が反射材等を表面に含むため、標識の表面で反射した反射光の強度が標識の表面以外で反射した反射光の強度と比較して強すぎることがある。

このような場合、反射光の強度がダイナミックレンジの最大値よりも大きくなることがある。
そして、これにより、３次元測量装置１の通常の走査において、対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生ずることがある。
また、このように、対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生じた場合、測定者は、例えば、濃度フィルタ―等を用いてダイナミックレンジを広げることを実施することを強いられる場合がある。

これでは、迅速に３次元測量を行う３次元測量装置１において、対象物のうちで３次元データを取得できない部分が生じた場合に、測定者が、その都度、濃度フィルタ―等を用いてダイナミックレンジを広げるのでは、煩雑で、迅速な測量が困難になるという問題がある。

この点、本実施の形態では、部分的に測定対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる。

なお、本実施の形態では、半導体レーザ８の出力を減少、受光素子１７の感度を低減及びフィルム１６のすべてを一度に実行した例で説明したが、本発明は、これに限らず、最初はいずれか一つを実行し、ＳＴ７で空白地点が存在するとされたときに順々に１個ずつ増やす構成としても構わない。

また、半導体レーザ８の出力を減少、受光素子１７の感度を低減及びフィルム１６の手段は、このうち２つを組み合わせても構わない。
また、本実施の形態では、ＳＴ６及びＳＴ７で、測定不可データ（空白）の地点（位置や距離情報なし）が存在する場合、ＳＴ１に戻り、更に水平回転部７が１８０度回転し、合計で３６０度、回転させたが、本発明をこれに限らず、以下の場合であってもよい。

すなわち、ＳＴ６及びＳＴ７で測定不可データ（空白）の地点（位置や距離情報なし、飽和エリア）があった場合、その空白地点の位置や距離等の情報に基づき、当該空白地点にのみにレーザを照射し、測量情報（位置及び距離等）を取得するように構成しても構わない。
この場合、３次元測量装置１の追加の測量が、空白地点のみとなり、すべての範囲を再び測量する必要がないので、測量時間を大幅に短縮させることができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる３次元測量装置１００の主な構成を示す概略ブロック図である。
本実施の形態の構成の多くは、上述の第１の実施の形態の構成と共通しているため、共通部分は同一符号等として、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図７に示すように、本実施の形態の３次元測量装置１００は、上述の第１の実施の形態の３次元測量装置１００と同様に、半導体レーザ８、計時装置２５、水平回転部７，鉛直駆動部１４、受光素子１７、シャッタ１６ａ、フィルム１６等を有している。
一方、第１の実施の形態と異なり、「第３の各種情報記憶部５０」「第４の各種情報記憶部６０」及び「第５の各種情報記憶部７０」を備えている。

図８乃至図１０は、それぞれ「第３の各種情報記憶部５０」、「第４の各種情報記憶部６０」及び「第５の各種情報記憶部７０」の主な構成を示す概略ブロック図である。これらの各記憶部５０等の内容については後述する。

図１１及び図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る３次元測量装置１００の主な動作を示す概略フローチャートである。
図１１に示すように、本実施の形態にかかる３次元測量装置１００を使用する使用者は、先ず、図１１のＳＴ１１及びＳＴ１２の工程を実行させる。
これら図１１のＳＴ１１及びＳＴ１２の工程は、上述の第１の実施の形態のＳＴ１及びＳＴ２と同様であり、これらの工程を経て、受光素子１７が受光した反射光はその信号情報が時刻情報と関連付けられ「反射測距光時刻情報」として記憶される。

次いで、図１１のＳＴ１３へ進む。ＳＴ１３では、図８の「減衰振動波形生成処理部（プログラム）５１」が動作し、各反射測距光時刻情報の「波形」を「減衰振動波形」に変換し、「減衰振動波形」を生成する。

ここで、減衰振動波形について説明する。
図１３は、通常の信号波形を示す概略説明図である。図１３に示すように、通常は、矢印Ｍで示す信号の波形が表われ、この信号のピーク値等から位置や距離情報を取得する。

一方、図１４は、図１３の通常の波形から電気回路で「減衰振動波形」を生成した状態を示す概略説明図である、
図１４に示すように、時間の経過と共に波形が小さくなる減衰振動波形となっている。

図１５は、本実施の形態で対象としている信号波形を示す概略説明図である。
本実施の形態では、半導体レーザ８の出力を測定対象物の地点毎に変更していないため、ダイナミックレンジは狭く、測距光が反射した部分によっては、ターゲットまでの距離が近いことや反射率の高いターゲット（対象物）の特性等で、受光素子１７に入射される受光信号が大きすぎて、受信した信号の飽和が生じ、図１５の減衰振動波形の１波目（Ｒ１）を破線で示すように、ピーク信号等を検知できないという問題が生じる。

この場合、当該地点の位置や距離情報は測定不可データ（空白）となり、測定データ量が減少する。
そこで、本実施の形態では、１波目（Ｒ１）（減衰振動波形の第１波）が信号の飽和で検知てきないときは、同じ成分を有する２破目（Ｒ２）（減衰振動波形の第２波）以降で測量情報を取得する構成となっている。

したがって、ＳＴ１３では、波形から生成した「減衰振動波形」を「減衰振動波形情報」として図９の「減衰振動波形情報記憶部６１」に記憶する。

次いで、ＳＴ１４へ進む。ＳＴ１４では、図９の「減衰振動波形適正判断処理部（プログラム）６２」が動作し、図９の「減衰振動波形情報記憶部６１」の各反射測距光時刻情報の減衰振動波形情報の「１波目（Ｒ１）」と「２波目（Ｒ２）」が適正な範囲か否かを判断する。

すなわち、図１５で示す「Ｒ１」が飽和しても、その「Ｒ２」が所定の適正な範囲内であれば、Ｒ２に、所定の処理をすることで、測量情報として使用可能と判断される。

次いで、ＳＴ１５へ進み、適正範囲内でなければ、ＳＴ１６へ進む。ＳＴ１６では図９の「減衰振動波形情報記憶部６１」の当該「減衰振動波形情報」の「減衰振動波形」情報に「無効情報」を関連付けて記憶する。
これにより、無効情報と関連付けられている「減衰振動波形」が使用されることを未然に防ぐことができ。測量情報の信頼性の低下を未然に防ぐことができる。

次いで、ＳＴ１７へ進む。ＳＴ１７では、図９の「第２の距離情報演算処理部（プログラム）６３」が動作し、図９の「減衰振動波形情報記憶部６１」の各反射測距光時刻情報の「減衰振動波形情報」の「減衰振動波形」に対応する図８の「測距光照射時刻情報記憶部３３」の「測距光照射時刻情報」の時刻情報との時間差情報に基づいて、各反射測距光時刻情報の「第２の距離情報」を演算し、図９の「第２の距離情報記憶部６４」に記憶させる。

すなわち、本工程では、「Ｒ１」が図１５のように飽和で検知できないときは、「Ｒ２」で、当該各反射測距光時刻情報の地点の距離情報を演算し、取得することができる。
したがって、Ｒ１で測れない受光範囲もＲ２以降で測れることになり実質的にダイナミックレンジが増える。本技術は、電気回路等部品を増やすことなく行えるのでコスト面でも良好な装置となる。

次いで、ＳＴ１８へ進む、ＳＴ１８では、図９の「第２の位置情報演算処理部（プログラム）６５」が動作し、図９の「第２の距離情報記憶部６４」の「第２の距離情報」、図９の「減衰振動波形情報記憶部６１」の「各反射測距光時刻情報」の「減衰振動波形情報」の「減衰振動波形」に対応する図８の「水平回転時刻情報記憶部３４」の「水平回転時刻情報」及び、対応する図８の「鉛直駆動時刻情報記憶部３５」の「鉛直駆動時刻情報」を取得する。

そして、これらの情報に基づいて、各反射測距光時刻情報の「第２の位置（座標）情報」を演算し、図１０の「第２の位置情報記憶部７１」に記憶する。

対象物の地点の位置（座標）情報も、上述の距離情報と同様に、「Ｒ１」が図１５のように飽和で検知できないときは、「Ｒ２」で、当該各反射測距光時刻情報の地点の位置情報を演算し、取得することができる。
したがって、回路等 部品を増やすことなくダイナミックレンジが増えることになる。

次いで、ＳＴ１９へ進む。ＳＴ１９では、水平回転部７が１８０度回転したか否かを判断し、回転した場合は、上述のように、全範囲（３６０度）の測量が終了したと判断し、ＳＴ２０へ進む。

ＳＴ２０では、図１０の「第２の飽和情報検知処理部（プログラム）７２」が動作し、図９の「第２の距離情報記憶部６４」と図１０の「第２の位置情報記憶部７１」を参照する。
そして、「第２の距離情報」及び／又は「第２の位置情報」を有さない反射測距光時刻情報の存否を判断する。

すなわち、本実施の形態では、無効情報とされた「反射測距光時刻情報」も存在するので、距離情報や位置情報の測量ができず、空白となっていることが考えられる。

そこで、本実施の形態では、ＳＴ２１でかかる空白（測定不可データ）の地点（位置や距離情報なし）の有無を判断、および測定終了の判断をして、ＳＴ２２で全ての条件で測定終了したかを判断する。
そして、ＳＴ２２で，測定が終了していないと判断されたときは、ＳＴ２３へ進む。

ＳＴ２３では、上述の第１の実施形態のＳＴ９と同様の処理を行う。
すなわち、図４の「調整処理部（プログラム）４５」が動作し、半導体レーザ８の出力を減少（例えば、１／２等）、受光素子１７の感度を低減（例えば、１００倍から５０倍）、シャッタ１６ａを駆動させ、フィルム１６を受光素子１７の前に配置する。

このように半導体レーザ８の出力値を抑え、受光素子１７の感度や入力を抑えた状態で、再び１８０度。上述のＳＴ１乃至ＳＴ７工程等を実行する。
すると、対象物のすべてのほぼすべての地点の測量情報を取得することができ、極めて精度の高い測量を行うことができる。

また、ＳＴ２１で、かかる空白（測定不可データ）の地点（位置や距離情報なし）が存在しないと判断されたときは、信号の飽和状態の地点の信号の検出を「減衰振動波形」の第２波以降の波形のみに基づいて行うので、さらに、３次元測量装置１が１８０度測量を実行する必要がない。
このため、ダイナミックレンジを効果的に広げることができ、コストの上昇を抑えることもできる。

すなわち、本実施の形態では、上述の第１の実施の形態と同様に、部分的に対象物の３次元データ等を取得できない場合であっても、容易且つ迅速にダイナミックレンジを必要に応じて広げることで、かかるデータ取得することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限らない。

１・・・３次元測量装置、２・・・基板部、３・・・整準部、４・・・托架部、５ａ、５ｂ・・・調整ネジ、６・・・軸受、７・・・水平回転部、８・・・半導体レーザ、９・・・ミラー、１０・・・第１のビームスプリッタ、１１・・・第２のビームスプリッタ、１２・・・走査ミラー、１３・・・鉛直角検出部、１４・・・鉛直駆動部、１５・・・撮像部、１６・・・フィルム、１６ａ・・・シャッタ、１７・・・受光素子、１８・・・制御演算部、１９・・・加速度センサ、２０・・・表示部、２１・・・操作部、２５・・・計時装置、３０・・・第１の各種情報記憶部、３１・・・レーザ照射処理部（プログラム）、３２・・・ダイナミックレンジ記憶部、３３・・・測距光照射時刻情報記憶部、３４・・・水平回転時刻情報記憶部、３５・・・鉛直駆動時刻情報記憶部、３６・・・反射光処理部（プログラム）、３７・・・反射測距光時刻情報記憶部、３８・・・第１の距離情報演算処理部（プログラム）、４０・・・第２の各種情報記憶部、４１・・・第１の距離情報記憶部、４２・・・第１の位置情報演算処理部（プログラム）、４３・・・位置情報記憶部、４４・・・飽和情報検知処理部（プログラム）、４５・・・調整処理部（プログラム）

Claims (7)

1. 予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光する光源部と、
   対象物からの反射光を受光する受光部と、を有し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置であって、
   前記光源部の発光出力値を低減する出力値低減部及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部を備えることと特徴とする測量装置。
2. 前記受光部が受光する反射光に関する光量の飽和情報を検知する飽和情報検知部（飽和情報検知処理部）を有し、
   前記飽和情報検知部の検知結果に基づいて、前記出力値低減部及び／又は前記入力値低減部を動作させる構成となっていることを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
3. 好ましくは、前記入力値低減部には、感度低減フィルムの配置及び退避機構が含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
4. 予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、を有し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置であって、
   受光部が受光した受信信号から減衰された波形である減衰振動波形を生成し、前記減衰振動波形のいずれかから測量情報を取得することを特徴とする測量装置により達成される。
5. 好ましくは、前記光源部の出力値を低減する出力値低減部及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する入力値低減部も備えることを特徴とする請求項４に記載の測量装置。
6. 光源部が予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して対象物に発光し、受光部が、対象物からの反射光を受光し、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量方法であって、前記光源部の出力値を低減し及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減することを特徴とする測量方法により達成される。
7. 発光する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、を有すると共に、前記受光部で受光した反射光に基づいて測量情報を取得する測量装置に、前記光源部が、予め定められた固定の出力情報に基づき、同一対象物に対して複数の測距光を連続して対象物に発光させる工程と、前記光源部の出力値を低減し及び／又は前記受光部への反射光の入力値を低減する工程と、実行させることを特徴とする測量装置の制御プログラムにより達成される。

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