JP2874563B2 - レーザ測量装置 - Google Patents

レーザ測量装置

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JP2874563B2
JP2874563B2 JP6179401A JP17940194A JP2874563B2 JP 2874563 B2 JP2874563 B2 JP 2874563B2 JP 6179401 A JP6179401 A JP 6179401A JP 17940194 A JP17940194 A JP 17940194A JP 2874563 B2 JP2874563 B2 JP 2874563B2
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laser light
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哲夫 細川
一光 中島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ測量装置に係り、
特にレーザ光を利用して物体までの距離を測定したり、
距離と指向方向から3次元の情報を得るレーザ測量装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザ光を利用して物体まで
の距離を測定するレーザ測量装置では、測定者が自分が
距離を測定しようとする物体(目標物)に対してレーザ
発振器から発振したパルスレーザ光を送受信光学系を通
して照射すると共に、出射タイミングに同期して一定周
波数のクロック信号のカウンタによる計数を開始し、上
記の物体から反射する光を送受信光学系を通して光検出
器で光電変換し、得られた受光信号により上記のカウン
タの計数を停止し、その計数値に基づいて物体までのレ
ーザ光の往復時間を算出し、更にその往復時間に光速の
1/2倍を乗じることにより、装置から物体までの距離
を測定する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
のレーザ測量装置では、測定者が自分が距離を測定しよ
うとする物体を承知しているが、測定データのみ見てい
る第三者は何を(又はどこを)測定したか不明であっ
た。多数のレーザ光を発射して、2次元の走査を行いな
がら距離を計測して3次元情報を得る用途等では、他の
方法で知り得る情報から概略位置の見当を付けることも
できるが、単一パルスでの測量では測定している場所を
特定することはできない。また、走査を行う測定でも、
従来装置では凹凸が激しい物体に対する測定では、どの
場所を測定しているかが不明確であるという問題があ
る。
【0004】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
目標物に対する正確なレーザ照射位置を示し得るレーザ
測量装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、レーザ光を間欠的に出射するレーザ発振器
と、レーザ発振器よりのレーザ光を所定のビーム拡がり
角で空間へ放射し、外部からの反射光を集光する送受信
光学系と、送受信光学系よりの受信光を光電変換して受
光信号を出力する光検出器と、光検出器の出力受光信号
とレーザ発振器の出力信号とに基づいて外部の物体まで
のレーザ光の到達時間を少なくとも算出する到達時間検
知回路と、物体からの光を集光する撮像用レンズと、撮
像用レンズよりの光から可視光とレーザ光の波長付近の
光とを分離する分離手段と、分離手段により分離された
可視光から画像信号を生成する撮像素子と、分離手段に
より分離されたレーザ光の波長付近の光からレーザ光の
波長のみを通過させるフィルタと、フィルタの出力光に
基づきレーザ光の物体の照射位置を検知する位置検知素
子と、位置検知素子の出力信号と撮像素子の出力画像信
号とをそれぞれ格納する画像メモリ部と、画像メモリ部
の出力信号に基づいて画像表示を行う表示部とを有する
構成としたものである。
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【作用】本発明では、レーザ発振器からのレーザ光が非
可視光であるときには、前記撮像用レンズ、分離手段及
びフィルタを介して分離抽出した、物体の反射光中のレ
ーザ光の波長成分に基づき前記位置検知素子により、物
体上のレーザ光の照射位置を検知し、その検知情報を表
示部に物体の像と共に表示することができる。
【0010】
【0011】
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面と共に説
明する。図1は本発明の第1実施例のブロック図を示
す。同図に示すように、本実施例は、非可視光波長帯の
レーザ光を間欠的に発光するレーザ発振器1と、送信レ
ーザ光を或るビーム拡がり角とし、受信レーザ光を集光
する送受信光学系2と、走査を行う光走査装置3と、受
信レーザ光を光電変換する光検出器4と、光検出器4の
出力検出信号とレーザ発振器1の出力信号とから物体1
3までの到達時間を少なくとも検知する到達時間検知回
路5と、到達時間検知回路5の出力などを表示する表示
部6と、撮像用レンズ7、鏡8、フィルタ9、位置検知
素子10、撮像素子11及び画像メモリ部12より構成
されている。
【0013】撮像用レンズ7は物体13の撮像用であ
る。鏡8は波長の異なる可視光とレーザ光とを分離す
る。フィルタ9はレーザ光の波長のみを通過する光波長
選択フィルタである。撮像素子11は一般に電荷転送素
子(CCD)や撮像管が用いられる。画像メモリ部12
は撮像素子11と位置検知素子10の各出力信号を格納
する。
【0014】位置検知素子10はレーザ光の位置を検知
する素子で、例えば2次元に配置されたフォトダイオー
ドアレイ、又は2次元ポジションセンサと呼ばれる位置
検出用フォトダイオード、又は4分割のフォトダイオー
ドなどの光検出器が使用され、感度が不足する場合は各
素子はアバランシェ効果を利用したアバランシェフォト
ダイオード(APD)が使用されることもある。
【0015】当然のことながら、高感度の撮像管や光増
倍管付きの撮像素子が使用されることもある。また、レ
ーザ光を鏡あるいはビームスプリッタにより2つに分割
して、鏡等を介して直交させた2つの一次元フォトダイ
オードアレイを使用したり、あるいは、一次元ポジショ
ンセンサと呼ばれる位置検出用フォトダイオードや、鏡
等を介して直交させた2分割のフォトダイオード等の光
検出器を使用することも可能である。
【0016】次に、本実施例の動作について説明する。
レーザ発振器1より間欠的に発光されたレーザ光(レー
ザパルス)は、送受信光学系2により所定のビーム拡が
り角で空間に放射される。この時、必要に応じて光走査
装置3により走査されることもある。
【0017】空間に放射されたパルスレーザ光は、物体
13により反射され、その反射光が送受信光学系2によ
り集光されて光検出器4に入射され、ここで光電変換さ
れて受光信号となる。なお、光走査装置3を送信時に用
いたときには、これを再び経由した後、送受信光学系2
に入射される。
【0018】光検出器4の出力信号は、レーザ発振器1
からそのパルスレーザ光の出射時刻に同期したタイミン
グで出力されるスタート信号と共に到達時間検知回路5
に供給され、ここで物体13までの到達時間が公知の方
法で算出され、更に装置から物体13までの距離が算出
される。以上の動作は通常のレーザ測距装置と同じであ
る。
【0019】本実施例は以下に説明する動作に特徴があ
る。目標の物体13で反射されたレーザ光は、また一
方、太陽光などの物体13の照明光と共に撮像用レンズ
7により集光された後、鏡8に入射されて可視光と非可
視光のレーザ波長近辺の光に分離される。
【0020】鏡8により分離されたレーザ波長近辺の光
は、フィルタ9によりレーザ波長のみ通過されて位置検
知素子10に入射される。位置検知素子10は入射レー
ザ波長に基づいて、物体13のレーザ光照射位置、すな
わち輝点14の位置を検知し、その検知位置を示す電気
信号を画像メモリ部12の検知位置に対応したアドレス
に格納させる。
【0021】一方、鏡8により分された可視光は、撮像
素子11に入射されて物体13の形状、更には色相をも
示す画像信号に変換された後、画像メモリ部12に供給
されて格納される。画像メモリ部12はこの画像信号に
前記輝点14の検知位置を示す電気信号とが多重された
データを読み出し、表示部6へ出力する。これにより、
表示部6は物体13を目視したときと同様な形状の像を
表示すると共に、レーザ光の照射位置を示す輝点14の
画像を表示する。
【0022】この場合、レーザ光が物体13に照射され
ている全範囲を記録する必要があるときには、画像メモ
リ部12によりレーザが当たっているところのみを必要
回数だけ重ね合わせる必要がある。
【0023】図4はこの表示部6の表示例を示す。表示
部6は例えば物体13が雪だるまの場合、図4(A)に
示すようにその像15を表示すると共に、輝点14の画
像を16で示すように、像15に重ねて表示する。これ
により、第三者も物体13のどの位置にレーザ光が照射
されているかがわかる。
【0024】また、表示部6は到達時間検知回路5の出
力距離情報に基づいて図4(B)に示すように、同図
(A)の表示画像のA−A′断面、及びB−B′断面の
各断面像を表示することもできる。なお、この断面像の
詳細な説明は本発明の要旨ではないので省略する。
【0025】次に、本発明の第2実施例について図2の
ブロック図と共に説明する。同図中、図1と同一構成部
分には同一符号を付し、その説明を省略する。第1実施
例はレーザ発振器1が主に非可視光波長帯のレーザを発
光する構成であったが、本実施例のレーザ発振器21
は、可視光波長帯のレーザを発光する。
【0026】図2に示すように、本実施例は、レーザ発
振器21、送受信光学系2、光走査装置3、光検出器
4、到達時間検知回路5及び表示部6よりなる通常のレ
ーザ測距装置の構成に加えて、撮像用レンズ7、フィル
タ22、光増倍管23、撮像素子11及び画像メモリ部
12より構成されている。
【0027】次に、本実施例の動作について説明する。
図2において、物体13からの可視光であるレーザ光に
よる反射光と物体13の照明光とは、それぞれ撮像用レ
ンズ7により集光された後、フィルタ22に入射されて
レーザ波長のみ分離され、光増倍管23により増幅され
る。これは可視光又は近赤外光の光増倍管の感度が高い
からである。
【0028】光増倍管23から取り出されたレーザ波長
帯の光は撮像素子11に入力されて画像信号に変換され
た後、画像メモリ部12に供給されて格納される。画像
メモリ部12から読み出された画像データは、表示部6
に供給されて表示される。本実施例では、第1実施例に
比べて簡単な構成により、表示部6に物体13の画像と
輝点14の像とを同時に表示することができる。本実施
例も、レーザ光が物体13に照射されている全範囲を記
録する必要があるときには、リアルタイムの撮影でな
く、画像メモリ部12によりレーザが当たっているとこ
ろのみを必要回数だけ重ね合わせる等の操作を行う必要
がある。
【0029】次に、本発明の第3実施例について、図3
のブロック図と共に説明する。同図中、図1及び図2と
同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図3に示す実施例では、光走査を常時行う装置であ
って、レーザ光が物体13に照射される位置を直接見る
のではなく、光走査装置3の出射角度情報から見るよう
にしたものである。
【0030】図3において、光走査装置3により走査さ
れたレーザ光は物体13に照射された後反射され、その
反射光と物体13の照明光とが、それぞれ撮像用レンズ
7により集光された後、撮像素子31に入射されて画像
信号に変換される。この画像信号は、画像メモリ部32
に供給されて格納される。また、この画像メモリ部32
は光走査装置3から出力される光走査位置、すなわち出
射角度を示す情報がレーザ光照射位置情報として入力さ
れて、これを格納する。
【0031】これにより、表示部6には上記の各実施例
と同様に、物体13の像と共に光走査装置3の出射角度
情報の像が輝点14の像として表示される。ただし、本
実施例では、当然のことながら、撮像素子31の画面位
置と光走査装置3の出射角度との関係を事前に設定して
おかねばならない。
【0032】また、画面の一部に目標物があり、背景は
ずっと遠方にあるようなことがあるが、そのような場合
には、単にレーザ光の出射角度に応じてレーザ光の当た
ったはずの位置の表示をするのではなく、測定した距離
がある値以上のときはレーザ光の照射位置の表示をしな
いようにする回路部を表示部6内に設ける必要がある。
図4(A)に示した表示例では、物体の像13が存在し
ない位置が、上記のレーザ光の照射位置の表示を行わな
い位置に相当する。
【0033】このように、本実施例も上記の各実施例と
同様に、レーザ光の照射位置を目標の物体13の像と共
に表示することができるので、レーザ光により距離など
の測定位置を明確にすることができる。更に、本実施例
は上記の第1及び第2実施例に比べてより構成を簡単に
することができる。
【0034】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、図2のレーザ発振器21は近赤
外波長帯のレーザ光を発光するものでもよい。また、図
1の構成において、レーザ光が可視光である時は、鏡8
の代わりに部分反射鏡を使用することにより、図1と同
様の動作により物体13と輝点14の各像を表示部6で
表示できる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ発振器からのレーザ光が非可視光であるときに
は、撮像用レンズ、分離手段及びフィルタを介して分離
抽出した、物体の反射光中のレーザ光の波長成分に基づ
き位置検知素子により、物体上のレーザ光の照射位置を
検知し、その検知情報を表示部に物体の像と共に表示す
るようにしたため、非測定者でもレーザ光の照射位置を
常に把握させることができる。
【0036】
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のブロック図である。
【図2】本発明の第2実施例のブロック図である。
【図3】本発明の第3実施例のブロック図である。
【図4】本発明の一実施例の表示例を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1、21 レーザ発振器 2 送受信光学系 3 光走査装置 4 光検出器 5 到達時間検知回路 6 表示部 7 撮像用レンズ 8 可視光及びレーザ波長分離用鏡 9、22 レーザ波長通過用フィルタ 10 位置検知素子 11、31 撮像素子 12、32 画像メモリ部 13 物体 14 輝点 23 光増倍管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01S 3/78 - 3/789 G01C 3/00 - 3/32 G01V 8/00 - 8/26 H01H 35/00 G01B 11/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を間欠的に出射するレーザ発振
    器と、 該レーザ発振器よりのレーザ光を所定のビーム拡がり角
    で空間へ放射し、外部からの反射光を集光する送受信光
    学系と、 該送受信光学系よりの受信光を光電変換して受光信号を
    出力する光検出器と、 該光検出器の出力受光信号と前記レーザ発振器の出力信
    号とに基づいて外部の物体までのレーザ光の到達時間を
    少なくとも算出する到達時間検知回路と、 前記物体からの光を集光する撮像用レンズと、 該撮像用レンズよりの光から可視光と前記レーザ光の波
    長付近の光とを分離する分離手段と、 該分離手段により分離された可視光から画像信号を生成
    する撮像素子と、 該分離手段により分離された前記レーザ光の波長付近の
    光から該レーザ光の波長のみを通過させるフィルタと、 該フィルタの出力光に基づき前記レーザ光の前記物体の
    照射位置を検知する位置検知素子と、 該位置検知素子の出力信号と前記撮像素子の出力画像信
    号とをそれぞれ格納する画像メモリ部と、 該画像メモリ部の出力信号に基づいて画像表示を行う表
    示部とを有することを特徴とするレーザ測量装置。
  2. 【請求項2】 前記分離手段として、光を分割する鏡を
    用いることを特徴とする請求項1記載のレーザ測量装
    置。
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