(57)【要約】  【課題】レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる。  【解決手段】光源４４は、レーザ光を射出する。光検出器５７は、光を検出し電気信号に変換する。走査部５８は、被計測対象物２１を走査するように、光源４４から出力されるレーザ光を反射して射出し、被計測対象物２１を走査したレーザ光の反射光を入射して、光検出器５７に受光されるように反射する。非入射部材は、走査部５８から射出される光源４４のレーザ光の反射光が、所定期間、走査部５８に入射されないように反射して、光検出器５７に受光されないようにする。【選択図】図４
2015215292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する光源と、
光を検出し電気信号に変換する光検出器と、
被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射する走査部と、
前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射部材と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計測装置であって、
前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光を、所定期間前記走査部に入射されるように反射して、前記光検出器に受光されるようする入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の計測装置であって、
前記走査部は、
回転によって、前記被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射するミラーと、
前記ミラーが所定の回転角度の範囲にあるとき、前記光源から出力される前記レーザ光が外部に射出されないようにする遮蔽板と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計測装置であって、
前記非入射部材は、前記ミラーから射出される前記光源の前記レーザ光が、前記ミラーに入射されないように反射するよう前記遮蔽板に配置されていることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の計測装置であって、
前記遮蔽板は、前記ミラーの一部を覆うように凹状形状を有し、
前記非入射部材は、凹状形状の前記遮蔽板の内側に配置されることを特徴とする計測装置。
【請求項６】
請求項３に記載の計測装置であって、
前記ミラーから射出される前記光源の前記レーザ光が、前記ミラーに入射されるように反射して、前記光検出器によって受光されるようにする、前記遮蔽板に配置された入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の計測装置であって、
前記遮蔽板は、前記ミラーの一部を覆うように凹状形状を有し、
前記入射部材は、凹状形状の前記遮蔽板の内側に配置されることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
請求項３に記載の計測装置であって、
前記ミラーは、ポリゴンミラーであることを特徴とする計測装置。
【請求項９】
請求項１に記載の計測装置であって、
前記光源と前記走査部との間に設けられたチョッパをさらに有し、
前記非入射部材は、前記チョッパに設けられ、前記光源から出力される前記レーザ光が前記光検出器に受光されないようにすることを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の計測装置であって、
前記光源から出力される前記レーザ光が前記光検出器に受光されるように反射する、前記チョッパに設けられる入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の計測装置であって、
前記走査部は、前記レーザ光を二次元走査するガルバノミラーを有することを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
計測装置の計測方法であって、
走査部によって、被計測対象物を走査するように光源から出力されるレーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して光検出器に受光されるように反射する走査ステップと、
非入射部材によって、前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射ステップと、
を有することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置および計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、別の場所にあるターゲットへと光の第１ビームを出射し、そのターゲットが第１ビームの一部を第２ビームとして遡行させるよう構成した次元計測装置が開示されている。この装置は、第１光源、ファイバカプラアセンブリ、並びに第１状態または第２状態を有する第１電気信号の供給を受けその信号が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポートから第２部分を出射する光ファイバスイッチを備える。この装置は、さらに、光学系、基準用再帰反射器、第１状態または第２状態を有する第１電気信号を発生させる一方第３部分を第１基準値に変換し、第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値に、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換する第１電気回路、並びに第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するプロセッサを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５３８３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、熱ドリフトによる計測結果の変動を補正することはできるが、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することはできないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下の通りである。上記課題を解決すべく、本発明に係る計測装置は、レーザ光を射出する光源と、光を検出し電気信号に変換する光検出器と、被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射する走査部と、前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射部材と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。
【図２】トンネルの形状測定を説明する図である。
【図３】プロファイルデータの取得を説明する図である。
【図４】計測装置のブロック構成例を示した図である。
【図５】走査部の詳細な例を示した図である。
【図６】計測装置の動作例を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る走査部の例を示した図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る計測装置のブロック構成例を示した図である。
【図９】チョッパの詳細な例を示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る計測装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１の実施の形態］
高速道路、トンネル、または橋梁など、社会インフラが建造されてから５０年以上が経過し、設備の補修やメンテナンスの重要性が高まっている。高速道路や鉄道では、トンネルの崩落や落下物による事故も懸念されており、自動モニタリング技術のニーズが高い。レーザを用いた形状計測装置が広く普及しており、今後も需要は高まると予想される。レーザ計測装置に用いられる手法として、タイムオブフライト、周波数挿引法、フェイズシフト法が、代表的なものとして挙げられるが、トンネルを走行しながら変位を測定するためには、高密度にデータを取得する必要があり、フェイズシフト法が適している。フェイズシフト法では、レーザを照射した対象からの反射光（散乱光）の位相により、計測装置から被計測対象物までの距離を算出する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。図１には、計測装置１０と、被計測対象物２１と、車両２２と、路面２３とが示してある。計測装置１０は、車両２２に搭載されている。計測装置１０は、図１に示すように、制御ユニット１１と、レーザ走査ユニット１２と、ＧＰＳ（Global Positioning System）１３と、慣性計測ユニット１４と、走行距離センサ１５とを有している。
【００１３】
図１に示す被計測対象物２１は、計測装置１０によって計測される対象物である。被計測対象物２１は、例えば、トンネルであり、計測装置１０は、レーザ光を用いて、例えば、トンネルの壁面の形状（例えば、ひびや割れ）を計測する。
【００１４】
車両２２は、例えば、自動車である。車両２２は、図１において、路面２３を＋Ｚ軸方向に走行しているとする。車両２２に搭載された計測装置１０は、レーザ走査ユニット１２から、レーザ光Ｌ１を被計測対象物２１に照射し、その反射光をレーザ走査ユニット１２で受光して、被計測対象物２１との距離を計測する。計測装置１０は、被計測対象物２１との距離を計測することによって、被計測対象物２１の壁面の形状を計測する。
【００１５】
レーザ走査ユニット１２は、以下で説明するように、回転ローラ（走査部）が搭載されており、レーザ光Ｌ１をＸＹ平面内で回転走査する構成となっている。計測装置１０は、車両２２がＺ軸方向に走行し、レーザ走査ユニット１２がレーザ光Ｌ１をＸＹ平面内で回転走査することによって、被計測対象物２１の壁面形状を計測することができる。
【００１６】
制御ユニット１１は、被計測対象物２１の壁面までの距離と、ＧＰＳ１３および走行距離センサ１５から求めた車両２２（レーザ走査ユニット１２）の座標データとを有する、被計測対象物２１のプロファイルデータを生成する。制御ユニット１１は、トンネル内など、ＧＰＳ１３の電波が届かないところでは、ＧＰＳ１３の電波が届いていたところで算出した座標データに、慣性計測ユニット１４で測定された加速度から算出した車両２２の変位を加え、ＧＰＳ１３の電波が届かないところでの座標データを算出する。例えば、制御ユニット１１は、慣性計測ユニット１４が測定した３軸方向の加速度を２回積分することによって、車両２２の変位を算出できる。
【００１７】
ＧＰＳ１３は、トンネルを出れば再び電波を受信することができる。制御ユニット１１は、トンネルから出る直前の慣性計測ユニット１４に基づく座標データと、トンネルから出た直後のＧＰＳ１３および走行距離センサ１５に基づく座標データとを比較し、トンネル内部で算出したプロファイルデータの座標データを補正してもよい。なお、走行距離センサ１５は、例えば、車両２２の車輪の回転数を計測し、制御ユニット１１は、車輪の回転数に基づいて、車両の走行距離を算出する。
【００１８】
図２は、トンネルの形状測定を説明する図である。図２において、図１と同じものには同じ符号が付してある。図２では、被計測対象物２１は、トンネルであるとする。図２は、車両２２の後方から見た様子を示している。
【００１９】
レーザ走査ユニット１２は、ＸＹ平面内において、レーザ光を回転走査する。図２の例の場合、レーザ光は、反時計回りに回転走査する。
【００２０】
図２のレーザ光Ｌ１１は、照射角度が「θ＝θ０（例えば、鉛直下向きを０度とする）」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ１２は、照射角度が「θ＝θ１」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ１３は、照射角度が「θ＝θ２」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ１４は、照射角度が「θ＝θ３」のときのレーザ光を示している。
【００２１】
計測装置１０は、例えば、図２のポイント２１ａ〜２１ｄに示すように、トンネル壁面にレーザ光Ｌ１１〜Ｌ１４を照射し、照射した各地点からの反射光を検出して、各地点との距離（レーザ走査ユニット１２とトンネル壁面との距離）を算出する。
【００２２】
図３は、プロファイルデータの取得を説明する図である。図３において、図１および図２と同じものには同じ符号が付してある。
【００２３】
図１および図２で説明したように、車両２２は、＋Ｚ軸方向に走行し、計測装置１０は、レーザ光をＸＹ平面内で回転走査する。そのため、計測装置１０が得るプロファイルデータは、図３のプロファイルデータ３１〜３３に示すように螺旋状になる。計測装置１０は、螺旋状に得た被計測対象物２１のプロファイルデータ３１〜３３を、例えば、図示していないデータベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する。そして、計測装置１０は、例えば、トンネルの内壁形状に異常があるか否か判定する。ユーザは、計測装置１０によって、トンネルの内壁形状に異常があると判定された場合、例えば、人による直接検査を行う。
【００２４】
図４は、計測装置のブロック構成例を示した図である。図４には、図１に示した計測装置１０および被計測対象物２１が示してある。計測装置１０は、図１でも示したように、制御ユニット１１と、レーザ走査ユニット１２と、ＧＰＳ１３と、慣性計測ユニット１４と、走行距離センサ１５とを有している。
【００２５】
制御ユニット１１は、発振器４１と、低周波変調器４２と、高周波変調器４３と、光源４４と、光アンプ４５と、位相比較器４６と、回転制御部４７と、データ処理部４８とを有している。
【００２６】
発振器４１は、基準信号を低周波変調器４２および高周波変調器４３に出力する。発振器４１から出力される基準信号は、例えば、１０ＭＨｚの正弦波である。発振器４１は、例えば、ＧＰＳ１３が受信した信号に基づいて、常時精度の高い基準信号を出力することができる。
【００２７】
低周波変調器４２は、発振器４１から出力される基準信号を変調し、基準信号より低い周波数の信号を出力する。例えば、低周波変調器４２は、７．５ＭＨｚの正弦波の信号を出力する。
【００２８】
高周波変調器４３は、発振器４１から出力される基準信号を変調し、基準信号より高い周波数の信号を出力する。例えば、高周波変調器４３は、１２５ＭＨｚの正弦波の信号を出力する。
【００２９】
低周波変調器４２および高周波変調器４３から出力される信号は重ね合わせられ、光源４４に入力される。
【００３０】
光源４４は、例えば、レーザ光を射出するＬＤ（Laser Diode）である。光源４４は、低周波変調器４２および高周波変調器４３の重ね合わせられた信号に基づいて、出力するレーザ光を強度変調する。光源４４から出力されるレーザ光の波長は、例えば、１５５０ｎｍである。また、光源４４から出力されるレーザ光の平均出力は、例えば、５０ｍＷである。光源４４から出力されるレーザ光は、光ファイバを介して、光アンプ４５に出力される。
【００３１】
光アンプ４５は、光源４４から出力されるレーザ光を増幅し、光ファイバを介して、レーザ走査ユニット１２に出力する。光アンプ４５のゲインは、例えば、最大で１００倍であり、任意に調節することができる。
【００３２】
ここで、レーザ走査ユニット１２について説明する。図４に示すように、レーザ走査ユニット１２は、１／４波長板５１，５４と、１／２波長板５２と、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）５３と、集光レンズ５５と、光検出器５６，５７と、走査部５８とを有している。
【００３３】
１／４波長板５１には、光アンプ４５で増幅されたレーザ光が入力される。光アンプ４５から出力されるレーザ光は、光ファイバを伝播する際、偏光状態が楕円になり、その長軸も回転する。そこで、１／４波長板５１は、光アンプ４５から出力されたレーザ光を概ね直線偏光にし、１／２波長板５２に出力する。
【００３４】
１／２波長板５２は、１／４波長板５１から出力されるレーザ光を、所望の偏光方向の直線偏光に調整する。
【００３５】
ＰＢＳ５３は、１／２波長板５２から出力されるレーザ光を１／４波長板５４に出力するとともに、１／２波長板５２から出力されるレーザ光の一部を光検出器５６に出力する。また、以下でも説明するが、被計測対象物２１に照射されたレーザ光の反射光は、走査部５８、集光レンズ５５、および１／４波長板５４を経由して、ＰＢＳ５３に入力される。ＰＢＳ５３は、１／４波長板５４から出力される反射光を、光検出器５７へ出力する。
【００３６】
１／４波長板５４は、ＰＢＳ５３から出力されるレーザ光を直線偏光から円偏光に変換し、集光レンズ５５に出力する。これにより、被計測対象物２１には、円偏光のレーザ光が照射される。
【００３７】
集光レンズ５５は、１／４波長板５４から出力されるレーザ光を集光し、走査部５８に出力する。
【００３８】
走査部５８は、ミラー５８ａと、スピンドルモータ５８ｂとを有している。走査部５８のミラー５８ａは、スピンドルモータ５８ｂの回転軸に接続されており、回転する。集光レンズ５５から出力されるレーザ光は、ミラー５８ａの反射によって、被計測対象物２１に射出される。また、集光レンズ５５から出力されるレーザ光は、ミラー５８ａの回転によって、被計測対象物２１を走査するように、被計測対象物２１に射出される。図４の例の場合、ミラー５８ａは、＋Ｚ軸方向に進むレーザ光を、ＸＹ平面上において回転するように反射して、被計測対象物２１に射出する。なお、走査部５８は、以下で説明するが、遮蔽板を有している。
【００３９】
スピンドルモータ５８ｂは、回転制御部４７によって回転数などが制御される。スピンドルモータ５８ｂの回転速度は、例えば、１００００ｒｐｍである。
【００４０】
ミラー５８ａから被計測対象物２１に射出されたレーザ光は、被計測対象物２１によって反射（散乱）し、その反射光（散乱光）は、ミラー５８ａから被計測対象物２１に射出されたレーザ光の光路と同じ光路をたどる。すなわち、被計測対象物２１に射出されたレーザ光の反射光は、ミラー５８ａに入射され、ミラー５８ａは、入射された反射光を、集光レンズ５５に射出するように反射する。
【００４１】
集光レンズ５５は、ミラー５８ａによって反射された反射光を１／４波長板５４に出力する。１／４波長板５４は、集光レンズ５５から出力された反射光を、ＰＢＳ５３に出力する。レーザ光の反射光は、１／４波長板５４を再び通過することによって、円偏光から再び直線偏光に変換される。また、レーザ光の反射光は、その偏光方向が、光源４４からミラー５８ａに向かうレーザ光に対して９０度傾いているため、大部分はＰＢＳ５３で反射し、光検出器５７に出力される。
【００４２】
光源４４から射出されたレーザ光の一部は、光アンプ４５、１／４波長板５１、１／２波長板５２、およびＰＢＳ５３を経由して、光検出器５６に受光される。光検出器５６は、受光したレーザ光を電気信号に変換し、位相比較器４６に出力する。光検出器５６は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）である。
【００４３】
被計測対象物２１によって反射した反射光は、ミラー５８ａ、集光レンズ５５、１／４波長板５４、およびＰＢＳ５３を経由して、光検出器５７に受光される。光検出器５７は、受光した反射光を電気信号に変換し、位相比較器４６に出力する。光検出器５７は、例えば、ＰＤである。
【００４４】
すなわち、上記したミラー５８ａは、光源４４から出力されるレーザ光を、被計測対象物２１を走査するように反射して射出する。そして、ミラー５８ａは、被計測対象物２１を走査したレーザ光の反射光を再び入射し、光検出器５７に受光されるように集光レンズ５５へ反射する。
【００４５】
光検出器５６，５７の受光面素子は、例えば、ＩｎＧａＡｓ（Indium Gallium Arsenide）であり、周波数帯域は、例えば、最大で１５０ＭＨｚである。光検出器５６，５７は、同じ仕様のものを用いることができる。以下では、光検出器５６から出力される電気信号を参照信号と呼び、光検出器５７から出力される電気信号を検出信号と呼ぶことがある。
【００４６】
光検出器５６から出力される参照信号および光検出器５７から出力される検出信号には、低周波変調器４２による低周波の周波数成分と、高周波変調器４３による高周波の周波数成分が含まれている。例えば、光検出器５６から出力される参照信号および光検出器５７から出力される検出信号には、７．５ＭＨｚと１２５ＭＨｚの周波数成分が含まれている。低周波および高周波の周波数成分を有する参照信号および検出信号は、制御ユニット１１の位相比較器４６に出力される。
【００４７】
制御ユニット１１の説明に戻る。位相比較器４６には、光検出器５６から出力される参照信号と、光検出器５７から出力される検出信号とが入力される。位相比較器４６は、入力された信号をフィルタリング処理によって、低周波と高周波の周波数成分（例えば、７．５ＭＨｚと１２５ＭＨｚの周波数成分）に分離し、それぞれの周波数の成分ごとに、検出信号と参照信号との位相差を算出する。位相比較器４６は、算出した位相差（位相情報）をデータ処理部４８に出力する。なお、低周波と高周波の２つの周波数成分の位相差を算出するのは、位相が２ｎπずれたときの位相差を算出できるようにするためである。例えば、正弦波は、位相が２ｎπずれると、位相がずれる前の波形と重なり、位相がずれたか否か識別できなくなるためである。
【００４８】
回転制御部４７は、データ処理部４８から出力される回転制御データに基づいて、走査部５８のスピンドルモータ５８ｂを制御する。
【００４９】
データ処理部４８には、発振器４１の基準信号が入力される。データ処理部４８は、基準信号に同期して、以下のデータ処理を行う。
【００５０】
データ処理部４８は、ＧＰＳ１３、慣性計測ユニット１４、および走行距離センサ１５と接続されている。データ処理部４８は、ＧＰＳ１３の電波の届くところでは、ＧＰＳ１３および走行距離センサ１５によって車両２２の座標データ（レーザを射出するレーザ走査ユニット１２の座標データ、例えば、ミラー５８ａの座標データ）を算出する。また、データ処理部４８は、トンネル内など、ＧＰＳ１３の電波が届かないところでは、ＧＰＳ１３の電波が届いていたところで算出した座標データに、慣性計測ユニット１４で測定された加速度から算出した車両２２の変位を加え、ＧＰＳ１３の電波が届かないところでの座標データを算出する。
【００５１】
また、データ処理部４８には、位相比較器４６から出力される検出信号と参照信号との位相差が入力される。データ処理部４８は、検出信号と参照信号との位相差に基づいて、レーザ走査ユニット１２と、被計測対象物２１の各地点との距離を算出する。すなわち、データ処理部４８は、被計測対象物２１に反射する前のレーザ光の位相に対する、被計測対象物２１で反射したレーザ光の位相のずれに基づいて、レーザ走査ユニット１２と、被計測対象物２１の各地点との距離を算出する。なお、データ処理部４８は、以下で説明する、スピンドルモータ５８ｂから出力されるエンコーダ情報によって、レーザ光が照射された被計測対象物２１の各地点（例えば、図２に示したポイント２１ａ〜２１ｄ）を検知することができる。
【００５２】
また、データ処理部４８は、算出した被計測対象物２１の壁面までの距離（形状）と、車両２２の座標データとを有する被計測対象物２１のプロファイルデータを生成する。データ処理部４８は、生成したプロファイルデータを、図４に示していないデータベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する。そして、データ処理部４８は、被計測対象物２１の壁面形状に異常があるか否か判定する。例えば、データ処理部４８は、生成したプロファイルデータに基づく被計測対象物２１の形状が、過去のプロファイルデータに基づく被計測対象物２１の形状と大きく異なっている場合、被計測対象物２１の壁面形状に異常があると判定する。より具体的には、データ処理部４８は、同じ座標データおよび被計測対象物２１の同じ地点における、被計測対象物２１までの距離が、所定の閾値以上異なっている場合、被計測対象物２１の壁面形状に異常があると判定する。
【００５３】
なお、レーザ走査ユニット１２は、焦点可変機構を備えていてもよい。被計測対象物２１の壁面との距離は、レーザ光の照射角度に応じて変わるため、照射角度に応じて焦点位置を調整することで、検出する反射光の強度を増加させることが可能になり、測定精度向上を図ることができる。焦点可変機構としては、例えば、レンズ位置をステージや圧電素子で調整する機構や、液体レンズ、超音波レンズを用いることができる。
【００５４】
また、位相比較器４６は、１２５ＭＨｚの周波数成分に対して、ビートダウンした後に位相比較を行っても構わない。例えば、位相比較器４６は、１２０ＭＨｚの信号とミキシングすることで、５ＭＨｚの周波数にビートダウンできる。回路は、一般的に遮断周波数が高周波になるほど、コスト増となるため、低周波にビートダウンして処理することで、回路コストを抑制することができる。
【００５５】
また、上記では、７．５ＭＨｚと１２５ＭＨｚの周波数で強度変調を行う例を説明したが、これに限定されることはない。また、変調周波数は、被計測対象物２１との距離に応じて変化させてもよい。これにより、測定精度を最適化することが可能になる。
【００５６】
また、データ処理部４８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、各種データ等の一時記憶に用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＣＰＵが実行するプログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）と、等を備えていてもよい。データ処理部４８は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムに従って動作することにより、上記の機能を実現することができる。
【００５７】
図５は、走査部の詳細な例を示した図である。図５に示すように、走査部５８は、遮蔽板６１と、入射部材６２と、非入射部材６３とを有している。ミラー５８ａは、図５において、時計回りに回転する。
【００５８】
被計測対象物２１へ照射されるレーザ光は、例えば、車両２２の＋Ｚ軸方向への移動によって、＋Ｚ軸方向を走査するとともに、ミラー５８ａの回転によって、ＸＹ平面内を走査する。計測装置１０は、例えば、図１に示した路面２３との距離を計測する必要がないため、走査部５８は、路面２３にレーザ光が照射される角度範囲に、遮蔽板６１を有している。
【００５９】
遮蔽板６１は、ミラー５８ａの下側（路面２３側）に配置され、ミラー５８ａの下側を一部覆うように凹状形状を有している。例えば、遮蔽板６１は、鉢形状を有している。
【００６０】
光源４４から射出されたレーザ光は、ミラー５８ａによって反射され、ミラー５８ａの回転角度によって、所定の照射角度で射出される。図５に示すレーザ光Ｌ２１は、照射角度が「θ＝θ０」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ２２は、照射角度が「θ＝θ１」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ２３は、照射角度が「θ＝θ２」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ２４は、照射角度が「θ＝θ３」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ２５は、照射角度が「θ＝θ４」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ２６は、照射角度が「θ＝θ５」のときのレーザ光を示している。
【００６１】
照射角度「θ＝θ０〜θ３」のレーザ光Ｌ２１〜Ｌ２４は、被計測対象物２１に照射される。一方、路面２３を照射する照射角度「θ＝θ４，θ５」のレーザ光Ｌ２５，Ｌ２６は、遮蔽板６１によって、外部への射出が遮られる。すなわち、遮蔽板６１は、ミラー５８ａが所定の回転角度の範囲にあるとき（レーザ光が遮蔽板６１に射出される回転角度の範囲にあるとき）、光源４４から射出されるレーザ光が、外部に射出されないようにする。
【００６２】
遮蔽板６１は、凹状形状の内側に、入射部材６２を有している。入射部材６２は、入射されたレーザ光を反射する部材であり、例えば、ミラーである。
【００６３】
入射部材６２は、ミラー５８ａによって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向に正反射する角度で配置する。すなわち、入射部材６２は、ミラー５８ａから射出されるレーザ光が、再びミラー５８ａに入射されるように配置する。図５の例の場合、入射部材６２は、遮蔽板６１の、照射角度「θ＝θ４」の位置に、正反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ミラー５８ａから射出されたレーザ光Ｌ２５は、再びミラー５８ａに入射される。そして、入射部材６２によって反射されたレーザ光は、光検出器５７によって、検出信号として検出される。つまり、入射部材６２は、ミラー５８ａから射出されるレーザ光の反射光を、所定期間（レーザ光が入射部材６２に照射されている間）、ミラー５８ａに入射されるように反射し、光検出器５７に受光されるようする。
【００６４】
ミラー５８ａと入射部材６２との距離は一定であり、既知である。従って、データ処理部４８は、レーザ光が入射部材６２に照射されたときの、位相比較器４６から出力される位相情報を、基準距離（既知の距離、すなわち、ミラー５８ａと入射部材６２との距離）とすることができる。例えば、データ処理部４８は、照射角度「θ＝θ４」のレーザ光Ｌ２５が出力されたときの、位相比較器４６から出力される位相情報を、基準距離とすることができる。
【００６５】
これにより、例えば、熱の影響で、位相比較器４６から出力される位相情報がドリフトしても、データ処理部４８は、基準距離によって、熱ドリフトによって変動した位相情報を補正することができる（以下では、この機能を原点補正と呼ぶことがある）。例えば、データ処理部４８は、基準距離のずれを検出することにより、熱ドリフトによって変動した位相情報を補正することができる。
【００６６】
また、遮蔽板６１は、凹状形状の内側に、非入射部材６３を有している。非入射部材６３は、入射されたレーザ光を減衰する部材であり、例えば、ＮＤ（Neutral Density）フィルタである。
【００６７】
非入射部材６３は、ミラー５８ａによって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置する。すなわち、非入射部材６３は、ミラー５８ａから射出されるレーザ光が、ミラー５８ａに入射されないように反射するよう、遮蔽板６１に配置する。図５の例の場合、非入射部材６３は、遮蔽板６１の、照射角度「θ＝θ５」の位置に、レーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ミラー５８ａから射出されたレーザ光Ｌ２６は、ミラー５８ａに入射されない。そして、レーザ光Ｌ２６の反射光は、光検出器５７によって、受光されない。つまり、非入射部材６３は、ミラー５８ａから射出されるレーザ光の反射光を、所定期間（レーザ光が非入射部材６３に照射されている間）、ミラー５８ａに入射されないように反射し、光検出器５７に受光されないようにする。
【００６８】
非入射部材６３にレーザ光が照射されている間、ミラー５８ａには、反射光が返ってこない。例えば、レーザ光の照射角度が「θ＝θ５」のとき、ミラー５８ａには、反射光が返ってこない。従って、このとき、光検出器５７では、本来、光（反射光）が検出されない。
【００６９】
しかし、１／４波長板５４または集光レンズ５５のレンズ界面での裏面反射光によって、光が光検出器５７によって検出されることがある。また、位相比較器４６は、回路内の電気信号クロストークによって、位相情報を出力することがある。
【００７０】
そこで、データ処理部４８は、レーザ光が非入射部材６３に照射されているときの、位相比較器４６から出力される位相情報を用いて、裏面反射光やクロストークによる距離の変動を補正する（以下では、この機能をサイクリックエラー補正と呼ぶことがある）。例えば、データ処理部４８は、レーザ光の照射角度が「θ＝θ５」のときの位相情報をノイズ成分とし、被計測対象物２１にレーザ光が照射されているときの位相情報から、ノイズ成分を除去する。
【００７１】
なお、スピンドルモータ５８ｂは、回転軸の角度情報を示すエンコーダ情報を回転制御部４７に出力する。そして、回転制御部４７は、スピンドルモータ５８ｂから出力されたエンコーダ情報を、データ処理部４８に出力する。これにより、データ処理部４８は、ミラー５８ａの回転角度を検知することができる。すなわち、データ処理部４８は、エンコーダ情報によって、レーザ光がいつ入射部材６２に射出され、いつ非入射部材６３に射出されたか検知することができる。つまり、データ処理部４８は、入射部材６２にレーザ光が射出されたときの位相情報と、非入射部材６３にレーザ光が射出されたときの位相情報とを取得することができる。また、データ処理部４８は、被計測対象物２１のレーザ光が照射された地点を取得することができる。
【００７２】
また、上記では、原点補正用データを取得するために、入射部材６２にレーザ光を照射する例で説明を行ったが、ミラー５８ａから射出されるレーザ光を、再びミラー５８ａに反射する位置が固定であれば、これに限定される必要はない。例えば、入射部材６２に、表面の荒れた金属などを用いても構わない。一般に、被計測対象物２１からの反射光は大きく減衰するため、照射するレーザ光のパワーを大きくする必要がある。そのような状態で近距離に設置された入射部材６２にレーザを照射すると、レーザがほとんど減衰することなく反射して、これを検出する光検出器５７が飽和してしまう。これを回避するため、反射率の小さい対象にレーザ光を照射しても構わない。また、入射部材６２を設置しなくても、遮蔽板６１の面自体をミラーまたは表面の荒れた金属で製造すれば、原点補正用のデータは取得可能である。
【００７３】
また、上記では、非入射部材６３として、ＮＤフィルタを例に挙げたが、例えば、ディフューザのようなレーザ光を散乱または減衰させ、反射光が発生しない光学素子を用いても構わない。
【００７４】
図６は、計測装置の動作例を示したフローチャートである。図６のフローチャートは、例えば、計測装置１０の電源を投入したときに実行される。
【００７５】
まず、データ処理部４８は、被計測対象物２１の形状計測の前に、原点補正用データの初期値を取得する（ステップＳ１）。例えば、データ処理部４８は、図５の照射角度「θ＝θ４」に示すように、レーザ光Ｌ２５が入射部材６２に射出されるようミラー５８ａを回転し、位相比較器４６から、原点補正用データの初期値を取得する。
【００７６】
次に、データ処理部４８は、サイクリックエラー補正用データを取得する（ステップＳ２）。例えば、データ処理部４８は、図５の照射角度「θ＝θ５」に示すように、レーザ光Ｌ２６が非入射部材６３に射出されるようミラー５８ａを回転し、位相比較器４６から、サイクリックエラー補正用データの初期値を取得する。
【００７７】
次に、データ処理部４８は、レーザ光の被計測対象物２１への照射を開始し、被計測対象物２１の形状計測を開始する（ステップＳ３）。例えば、データ処理部４８は、光源４４からレーザ光を射出し、ミラー５８ａが「１００００ｒｐｍ」の回転速度で回転するように、回転制御データを回転制御部４７に出力する。
【００７８】
次に、データ処理部４８は、被計測対象物２１の各地点の位相情報を、位相比較器４６から取得する（ステップＳ４）。データ処理部４８は、位相比較器４６から取得した位相情報を、位相比較器４６から取得した時刻と結び付けて取得する。なお、データ処理部４８は、スピンドルモータ５８ｂから出力されるエンコーダ情報によって、被計測対象物２１のレーザ光を照射した地点を検知することができる。
【００７９】
次に、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ４」であるか否か判定する（ステップＳ５）。すなわち、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光が、入射部材６２に射出されているか否か判定する。データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ４」であると判定した場合（ステップＳ５にて「ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ６の処理へ移行する。データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ４」でないと判定した場合（ステップＳ５にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ７の処理へ移行する。
【００８０】
ステップＳ５にて、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ４」であると判定した場合（ステップＳ５にて「ｙｅｓ」の場合）、位相比較器４６から出力される位相情報を、新たな原点補正用データとして書き換える（ステップＳ６）。データ処理部４８は、原点補正用データを書き換えると、ステップＳ４の処理へ移行する。
【００８１】
ステップＳ５にて、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ４」でないと判定した場合（ステップＳ５にて「Ｎｏ」の場合）、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ５」であるか否か判定する（ステップＳ７）。すなわち、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光が、非入射部材６３に射出されているか否か判定する。データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ５」であると判定した場合（ステップＳ７にて「ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ８の処理へ移行する。データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ５」でないと判定した場合（ステップＳ７にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ９の処理へ移行する。
【００８２】
ステップＳ７にて、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ５」であると判定した場合（ステップＳ７にて「ｙｅｓ」の場合）、位相比較器４６から出力される位相情報を、新たなサイクリックエラー補正用データとして書き換える（ステップＳ８）。データ処理部４８は、サイクリックエラー補正用データを書き換えると、ステップＳ４の処理へ移行する。
【００８３】
ステップＳ７にて、データ処理部４８は、ミラー５８ａから射出されたレーザ光の照射角度が「θ＝θ５」でないと判定した場合、ステップＳ４で取得した位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う（ステップＳ９）。例えば、データ処理部４８は、ステップＳ１およびステップＳ２で取得した原点補正用データおよびサイクリックエラー補正用データによって、位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う。また、データ処理部４８は、ステップＳ６およびステップＳ８で更新された原点補正用データおよびサイクリックエラー補正用データによって、位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う。
【００８４】
次に、データ処理部４８は、被計測対象物２１の計測が終了したか否か判定する（ステップＳ１０）。例えば、データ処理部４８は、ユーザの被計測対象物２１の計測終了の指示があるか否かによって、被計測対象物２１の計測が終了したか否か判定する。データ処理部４８は、被計測対象物２１の計測が終了していないと判定した場合（ステップＳ１０にて「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ４の処理へ移行する。データ処理部４８は、被計測対象物２１の計測が終了していると判定した場合（ステップＳ１０にて「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ１１の処理へ移行する。
【００８５】
ステップＳ１０にて、データ処理部４８は、被計測対象物２１の計測が終了していると判定した場合（ステップＳ１０にて「Ｙｅｓ」の場合）、統合処理を行う（ステップＳ１１）。例えば、データ処理部４８は、図６のフローチャートには示していないが、ＧＰＳ１３、慣性計測ユニット１４、および走行距離センサ１５によって、車両２２の各時刻における座標データを算出している。また、データ処理部４８は、ステップＳ９にて補正した各時刻における位相情報に基づいて、被計測対象物２１の各地点における距離を算出する。データ処理部４８は、各時刻における車両２２の座標データと、各時刻における被計測対象物２１の各地点における距離とを統合し、被計測対象物２１のプロファイルデータ（例えば、被計測対象物２１の壁面の３次元データ）を生成する。
【００８６】
次に、データ処理部４８は、ステップＳ１０で生成したプロファイルデータを、データベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する（ステップＳ１２）。
【００８７】
次に、データ処理部４８は、ステップＳ１２の比較結果を、例えば、ケーブルで接続されたパーソナルコンピュータなどの端末装置に出力する（ステップＳ１３）。
【００８８】
このように、計測装置１０の走査部５８は、光源４４から出力されるレーザ光を、被計測対象物２１を走査するように反射して射出し、被計測対象物２１を走査したレーザ光の反射光を入射して、光検出器５７に受光されるように集光レンズ５５に反射する。また、計測装置１０の非入射部材６３は、走査部５８から射出される光源４４のレーザ光の反射光を、所定期間（例えば、レーザ光が非入射部材６３に射出されている間）、走査部５８に入射されないように反射し、光検出器５７に受光されないようにする。これにより、位相比較器４６からは、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる位相情報（サイクリックエラー補正用データ）が出力され、データ処理部４８は、その位相情報に基づいて、レンズ界面での反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができるようになる。
【００８９】
また、計測装置１０の入射部材６２は、既知の距離に配置され、走査部５８から射出される光源４４のレーザ光の反射光を、所定期間（例えば、レーザ光が入射部材６２に射出されている間）、走査部５８に入射されように反射し、光検出器５７に受光されるようにする。これにより、計測装置１０は、位相比較器４６から出力される位相情報が熱ドリフトで変動しても、既知の距離（基準距離）に対するずれによって、補正することができるようになる。
【００９０】
なお、図６のフローチャートでは、原点補正とサイクリックエラー補正は、レーザ光の照射角度が規定の角度になったら、毎回書き換えると説明したが、これに限定されることはない。データ処理部４８は、例えば１０回転するたびに書き換えるようにしてもよい。これにより、データ処理時間が短縮され、消費電力を低減することができる。
【００９１】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、走査部のミラーがポリゴンミラーの場合について説明する。以下では、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、第１の実施の形態と同じ部分については、第１の実施の形態の符号を用いて説明する。
【００９２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る走査部の例を示した図である。図７に示すように、走査部７０は、遮蔽板７１と、ポリゴンミラー７２と、入射部材７３と、非入射部材７４とを有している。
【００９３】
走査部７０は、図５で説明した走査部５８と同様に、路面２３にレーザ光を射出する必要はない。従って、走査部７０は、路面２３にレーザ光を照射する角度範囲に、遮蔽板７１を有している。
【００９４】
ポリゴンミラー７２の面数は、例えば、６面である。ポリゴンミラー７２の面数が６面の場合、レーザ光のＸＹ平面内での走査範囲は６０度程度となる。よって、遮蔽板７１は、例えば、６０度程度の角度範囲の開口を設ける。
【００９５】
遮蔽板７１は、ポリゴンミラー７２の下側（路面２３側）に設置され、ミラー５８ａの下側を一部覆うように凹状形状を有している。例えば、遮蔽板７１は、鉢形状を有している。
【００９６】
ポリゴンミラー７２は、スピンドルモータ５８ｂの回転軸に接続されている。ポリゴンミラー７２の回転速度は、例えば、１００００ｒｐｍである。ポリゴンミラー７２は、図７において、反時計回りに回転する。
【００９７】
図７に示すレーザ光Ｌ３１は、ポリゴンミラー７２に入射される、光源４４のレーザ光を示している。光源４４から射出されたレーザ光Ｌ３１は、ポリゴンミラー７２によって反射され、ポリゴンミラー７２の回転角度によって、所定の照射角度で射出される。
【００９８】
図７に示すレーザ光Ｌ３２は、照射角度が「θ＝θ０」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ３３は、照射角度が「θ＝θ１」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ３４は、照射角度が「θ＝θ２」のときのレーザ光を示している。レーザ光Ｌ３５は、照射角度が「θ＝θ３」のときのレーザ光を示している。
【００９９】
照射角度「θ＝θ０，θ１」のレーザ光Ｌ３２，Ｌ３３は、被計測対象物２１に照射される。一方、路面２３を照射する照射角度「θ＝θ２，θ３」のレーザ光Ｌ３４，Ｌ３５は、遮蔽板７１によって、射出が遮られる。すなわち、遮蔽板７１は、ポリゴンミラー７２が所定の回転角度の範囲にあるとき（レーザ光が遮蔽板７１に射出される回転角度の範囲にあるとき）、光源４４から射出されるレーザ光が、外部に射出されないようにする。
【０１００】
遮蔽板７１は、凹状形状の内側に、入射部材７３を有している。入射部材７３は、入射されたレーザ光を反射する部材であり、例えば、ミラーである。
【０１０１】
入射部材７３は、ポリゴンミラー７２によって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向に正反射する角度で配置する。すなわち、入射部材７３は、ポリゴンミラー７２から射出されるレーザ光が、再びポリゴンミラー７２に入射されるように配置する。図７の例の場合、入射部材７３は、遮蔽板７１の、照射角度「θ＝θ２」の位置に、正反射する角度で配置されている。これにより、ポリゴンミラー７２から射出されたレーザ光Ｌ３４は、再びポリゴンミラー７２に入射される。そして、入射部材７３によって反射されたレーザ光は、光検出器５７によって、検出信号として検出される。つまり、入射部材７３は、ポリゴンミラー７２から射出されるレーザ光の反射光を、所定期間（レーザ光が入射部材７３に照射されている間）、ポリゴンミラー７２に入射されるように反射し、光検出器５７に受光されるようする。
【０１０２】
また、遮蔽板７１は、凹状形状の内側に、非入射部材７４を有している。非入射部材７４は、入射されたレーザ光を減衰する部材であり、例えば、ＮＤフィルタである。
【０１０３】
非入射部材７４は、ポリゴンミラー７２によって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置する。すなわち、非入射部材７４は、ポリゴンミラー７２から射出されるレーザ光が、ポリゴンミラー７２に入射されないように反射するよう、遮蔽板７１に配置する。図７の例の場合、非入射部材７４は、遮蔽板７１の、照射角度「θ＝θ３」の位置に、レーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ポリゴンミラー７２から射出されたレーザ光Ｌ３５は、ポリゴンミラー７２に入射されない。そして、レーザ光Ｌ３５の反射光は、光検出器５７によって、受光されない。つまり、非入射部材７４は、ポリゴンミラー７２から射出されるレーザ光の反射光を、所定期間（レーザ光が非入射部材７４に照射されている間）、ポリゴンミラー７２に入射されないように反射し、光検出器５７に受光されないようにする。
【０１０４】
ポリゴンミラー７２を用いると、例えば、ある面に対して射出された光源４４のレーザ光Ｌ３１は、さらにポリゴンミラー７２が反時計回りに回転すると、その右隣の面に対して射出されるようになる。すなわち、ポリゴンミラー７２を用いることによって、レーザ光の走査範囲は限定されるが、レーザの走査密度を増加させることができる。
【０１０５】
このように、走査部７０にポリゴンミラー７２を用いることによっても、データ処理部４８は、原点補正およびサイクリックエラー補正を行うことができる。
【０１０６】
なお、上記では、ポリゴンミラー７２の面数や回転速度は、上記例に限定されることはない。被計測対象物２１の測定したい角度範囲や点群取得密度に応じて、面数、回転速度を自由に設定することができる。
【０１０７】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態および第２の実施の形態では、回転するミラーおよびポリゴンミラーによって、レーザ光を走査するとしたが、第３の実施の形態では、チョッパおよび二次元走査ミラーを用いて、レーザ光を走査する。以下では、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、第１の実施の形態と同じ部分については、第１の実施の形態の符号を用いて説明する。
【０１０８】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る計測装置のブロック構成例を示した図である。図８に示すように、レーザ走査ユニット１２は、チョッパ８１と、二次元走査部８２とを有している。チョッパ８１は、１／４波長板５４と集光レンズ５５との間に設けられている。
【０１０９】
図９は、チョッパの詳細な例を示した図である。図８に示すように、チョッパ８１は、円形状を有している。チョッパ８１の直径は、例えば、５０ｍｍである。
【０１１０】
チョッパ８１は、入射部材８１ａと、非入射部材８１ｂとを有している。入射部材８１ａは、例えば、ミラーであり、非入射部材８１ｂは、例えば、ＮＤフィルタである。
【０１１１】
入射部材８１ａおよび非入射部材８１ｂは、チョッパの中心を中心として、φ方向（図９において反時計回り）に回転する。入射部材８１ａおよび非入射部材８１ｂの回転速度は、例えば、１００ｒｐｍである。
【０１１２】
入射部材８１ａおよび非入射部材８１ｂは、例えば、中心角が１０度の扇状の形状を有している。入射部材８１ａの法線は、１／４波長板５４から射出されるレーザ光の進行方向と平行となっている。入射部材８１ａは、１／４波長板５４から射出されるレーザ光を反射して、再び１／４波長板５４に射出する。
【０１１３】
非入射部材８１ｂの法線は、１／４波長板５４から射出されるレーザ光の進行方向に対し、例えば、１０度程度傾いている。非入射部材８１ｂは、１／４波長板５４から射出されるレーザ光が、再び１／４波長板５４に入射されないように反射する。
【０１１４】
図９に示すレーザ光Ｌ４１は、１／４波長板５４から集光レンズ５５に射出されるレーザ光を示している。レーザ光Ｌ４１は、レーザ光Ｌ４１は、チョッパ８１の円内を通り、例えば、「φ＝４５度」の部分を通過している。
【０１１５】
入射部材８１ａが回転により、レーザ光Ｌ４１が通過する部分に位置すると、レーザ光Ｌ４１は、１／４波長板５４へ反射される。例えば、入射部材８１ａが「φ＝４５度」の位置になると、レーザ光Ｌ４１は、１／４波長板５４へ反射される。すなわち、入射部材８１ａは、光源４４から出力されたレーザ光を、１／４波長板５４およびＰＢＳ５３を介して光検出器５７に受光されるように反射する。
【０１１６】
非入射部材８１ｂが回転により、レーザ光Ｌ４１が通過する部分に位置すると、レーザ光Ｌ４１は、１／４波長板５４以外の方向（レーザ光が本来通過すべき光路以外の方向）へ反射される。例えば、非入射部材８１ｂが「φ＝４５度」の位置になると、レーザ光Ｌ４１は、１／４波長板５４以外へ反射される。すなわち、非入射部材８１ｂは、光源４４から出力されたレーザ光を、１／４波長板５４およびＰＢＳ５３を介して光検出器５７に受光されないようにする。
【０１１７】
データ処理部４８は、例えば、入射部材８１ａの位置が「φ＝４５度」になると、レーザ光Ｌ４１が入射部材８１ａに照射されるため、このタイミングで原点補正用データを取得する。また、データ処理部４８は、例えば、非入射部材８１ｂの位置が「φ＝４５度」（入射部材８１ａが「φ＝２５５度」）になると、レーザ光Ｌ４１が非入射部材８１ｂに照射されるため、このタイミングでサイクリックエラー補正用データを取得する。なお、データ処理部４８は、チョッパ８１からエンコーダ情報を受信することにより、入射部材８１ａおよび非入射部材８１ｂの角度情報を取得することができる。
【０１１８】
図８の説明に戻る。二次元走査部８２は、二次元走査ミラー８２ａを有している。二次元走査ミラー８２ａは、被計測対象物２１を二次元走査するようにレーザ光を射出する。例えば、二次元走査ミラー８２ａは、ＸＹ平面内およびＹＺ平面内においてレーザ光を走査するように射出する。二次元走査ミラー８２ａは、例えば、ガルバノミラーであり、走査速度は５ｋＨｚである。
【０１１９】
計測装置１０は、二次元走査ミラー８２ａにより、被計測対象物２１の所望の領域を、所望のシーケンスで計測することができる。第１の実施の形態および第２の実施の形態では、計測装置１０は、車両２２によって移動しながら被計測対象物２１の形状を測定したが、二次元走査ミラー８２ａを用いると、移動しないで所定の領域を高密度に計測することができる。
【０１２０】
このように、光源４４から出力されるレーザ光が、光検出器５７に受光されるようにする入射部材８１ａと、光源４４から出力されるレーザ光が、光検出器５７に受光されないようにする非入射部材８１ｂとを有するチョッパ８１を、光源４４と二次元走査部８２との間に備えることによっても、レンズ界面での反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる。
【０１２１】
なお、上記では、入射部材８１ａと非入射部材８１ｂとが配置されている角度関係が、１８０度ずれているが、これに限定されることはない。また、入射部材８１ａおよび非入射部材８１ｂの数も限定されることはない。
【０１２２】
また、二次元走査部８２の代わりに、図５で説明した走査部５８を用いてもよい。この場合、走査部５８の入射部材６２および非入射部材６３は不要である。また、二次元走査部８２の代わりに、図７で説明した走査部７０を用いてもよい。この場合、走査部７０の入射部材７３および非入射部材７４は不要である。
【０１２３】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、鉄道車両に計測装置を搭載する例について説明する。第１の実施の形態と同じ部分については、第１の実施の形態の符号を用いて説明する。
【０１２４】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。図１０に示すように、レーザ走査ユニット１２は、鉄道車両９１の先端に搭載されている。レーザ走査ユニット１２は、レーザ光をトンネル９２の壁面に照射し、その反射光を入射する。図１０では、計測装置１０の制御ユニット１１、ＧＰＳ１３、慣性計測ユニット１４、および走行距離センサ１５の図示を省略している。
【０１２５】
図示していない制御ユニット１１は、レーザ走査ユニット１２とトンネル９２の壁面との距離を計測する。走行しながらレーザ光を走査するため、得られるプロファイルデータは、プロファイルデータ９３ａ〜９３ｃのように螺旋状になる。
【０１２６】
このように、計測装置１０を鉄道車両９１に搭載し、鉄道のトンネル９２の壁面の形状を計測することもできる。
【０１２７】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、計測装置１０の構成は、計測装置１０の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。計測装置１０の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。
【０１２８】
また、上述したフローチャートの各処理単位は、計測装置１０の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。計測装置１０の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。
【０１２９】
また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。
【０１３０】
例えば、上記では、フェイズシフト法を利用した計測手法を例に説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、光コムレーザのモード間のビート信号を利用した距離計測手法を用いても構わない。これを用いた場合には、フェイズシフト法よりも高精度な距離計測が可能になる。
【０１３１】
また、上記では、２つの異なる周波数（例えば、７．５ＭＨｚと１２５ＭＨｚ）の強度変調を利用して距離計測を行ったが、周波数の種類はこれに限定されることはない。さらに低周波の周波数変調を併用した場合には、より遠距離の対象物との距離を計測することが可能になる。また、さらに高周波の周波数変調を併用した場合には、より高精度な距離計測を行うことが可能になる。
【０１３２】
また、上記では、低周波と高周波の強度変調信号を生成する２つの発振器を同期させる例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、２つの発振器を同期せずに強度変調信号を生成しても構わない。これにより、装置構成をより簡易にすることが可能になる。
【０１３３】
また、上記では、被計測対象物の壁面からの反射光を光検出器で直接受光する例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、反射光を一度光ファイバに導光し、光増幅を行った後に、光検出器で受光しても構わない。これにより、より微弱な光でも検出することが可能になり、変位測定精度向上や測定可能距離の拡大が可能になる。
【０１３４】
また、上記では、自動車や鉄道車両に計測装置を搭載する例で説明したが、これに限定されることはない。例えば、航空機に搭載して、形状計測を行っても構わない。
【０１３５】
また、上記した変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、計測装置１０による計測方法として提供することもできる。
【符号の説明】
【０１３６】
１０：計測装置
１１：制御ユニット
１２：レーザ走査ユニット
１３：ＧＰＳ
１４：慣性計測ユニット
１５：走行距離センサ
２１：被計測対象物
２１ａ〜２１ｄ：ポイント
２２：車両
２３：路面
Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４，Ｌ４１：レーザ光
３１〜３３，９３ａ〜９３ｃ：プロファイルデータ
４１：発振器
４２：低周波変調器
４３：高周波変調器
４４：光源
４５：光アンプ
４６：位相比較器
４７：回転制御部
４８：データ処理部
５１，５４：１／４波長板
５２：１／２波長板
５３：ＰＢＳ
５５：集光レンズ
５６，５７：光検出器
５８：走査部
５８ａ：ミラー
５８ｂ：スピンドルモータ
６１，７１：遮蔽板
６２，７３，８１ａ：入射部材
６３，７４，８１ｂ：非入射部材
７２：ポリゴンミラー
８１：チョッパ
８２：二次元走査部
９１：鉄道車両
９２：トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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