特許 6101037 追尾式レーザー装置、及び測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6101037

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】追尾式レーザー装置、及び測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02 20060101AFI20170313BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   G01B9/02

   G01B11/00 G

【請求項の数】11

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-228333(P2012-228333)

(22)【出願日】2012年10月15日

(65)【公開番号】特開2014-81244(P2014-81244A)

(43)【公開日】2014年5月8日

【審査請求日】2015年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】清谷 進吾

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２３２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３０４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９０６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ９／０２−１１／３０

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光源から射出されるレーザー光を、追尾対象に対して追尾させる追尾式レーザー装置であって、
所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、
前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、
前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、
前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、
前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、
前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像を、前記撮像手段の並びに応じて繋ぎ合せた画像を生成し、当該繋ぎ合せた画像における前記相対位置を検出する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項2】

レーザー光源から射出されるレーザー光を、追尾対象に対して追尾させる追尾式レーザー装置であって、
所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、
前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、
前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、
前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、
前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、
前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像を、前記撮像手段の並びに応じて配置し、かつ、隣り合う前記撮像手段の前記画角範囲の間の撮像不可能領域の寸法に対応した仮領域を前記各撮像画像の間に配置して繋ぎ合せた画像を生成し、当該繋ぎ合せた画像における前記相対位置を検出する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項3】

レーザー光源から射出されるレーザー光を、追尾対象に対して追尾させる追尾式レーザー装置であって、
所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、
前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、
前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、
前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、
前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、
複数の前記撮像手段のうちの１つは、前記撮像方向が、前記レーザー射出方向と一致する第一撮像手段であり、
前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像のうちから前記追尾対象が撮像された撮像画像を検出し、
前記方向制御手段は、前記レーザー射出方向を、前記追尾対象が撮像された撮像画像に対応する前記撮像手段の前記撮像方向に移動させ、
前記位置検出手段は、前記方向制御手段により前記レーザー射出方向が前記追尾対象が撮像された撮像画像に対応する前記撮像手段の前記撮像方向に移動された後に、前記第一撮像手段により撮像された前記撮像画像の前記レーザー射出方向と前記追尾対象との前記相対位置を検出し、
前記方向制御手段は、前記検出された前記相対位置に基づいて、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の追尾式レーザー装置において、
複数の前記撮像手段のうちの１つは、前記撮像方向が、前記レーザー射出方向と一致する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項5】

請求項１又は請求項３に記載の追尾式レーザー装置において、
複数の前記撮像手段は、各撮像手段の撮像範囲により前記追尾式レーザー装置を中心とした周囲全方向が撮像可能となるように、各々配置されている
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の追尾式レーザー装置において、
前記撮像手段は、魚眼レンズを有し、当該魚眼レンズを通した前記画角範囲を撮像する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の追尾式レーザー装置において、
前記撮像手段は、無線信号により前記撮像画像を送信する無線送信手段を備え、
前記撮像画像取得手段は、前記無線信号を受信する無線受信手段を備える
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の追尾式レーザー装置において、
前記追尾対象は、前記レーザー光を反射させる再帰反射体を備え、
当該追尾式レーザー装置は、前記再帰反射体により反射された前記レーザー光である戻り光を受光し、受光量及び前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する受光手段を備え、
前記方向制御手段は、前記相対位置に基づいて前記レーザー射出方向を修正した後、前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記方向変更手段を制御する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項9】

請求項８に記載の追尾式レーザー装置において、
前記受光量が所定の第一閾値以下であるか否かを判定する第一判定手段と、
前記受光量が前記第一閾値以上の所定の第二閾値以下であるか否かを判定する第二判定手段と、を備え、
前記方向制御手段は、前記相対位置に基づいて前記レーザー射出方向を修正した後、前記第一判定手段により前記受光量が前記第一閾値以下であると判定された場合、前記方向変更手段を制御して、前記レーザー射出方向を渦状に移動させ、この移動中において、前記第二判定手段により前記受光量が前記第二閾値より大きくなったと判定された場合に、前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記方向変更手段を制御する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の追尾式レーザー装置において、
前記撮像画像に前記追尾対象が存在するか否かを判定する画像判定手段を備え、
当該追尾式レーザー装置は、前記追尾対象が発見できない場合にレーザー光源からのレーザー光の射出を停止する
ことを特徴とする追尾式レーザー装置。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の追尾式レーザー装置と、
前記レーザー光の一部を参照光として分割する光分割手段と、
前記追尾対象に設けられた再帰反射体により反射された前記レーザー光である戻り光と、前記参照光との干渉光を受光し、受光量及び前記再帰反射体の変位量に応じた測長信号を出力する測長用受光手段と、
前記測長信号に基づいて、所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する測長手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、追尾式レーザー装置、及び当該追尾式レーザー装置を搭載した測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、追尾対象に対してレーザー光を追尾させる追尾式レーザー装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の追尾式レーザー干渉計は、移動体に設けられた再帰反射体に対して光源からレーザー光を射出させ、再帰反射体により反射された戻り光と、光源からのレーザー光を参照面で反射させた参考光とを干渉させ、この干渉光の受光量に基づいて、追尾式レーザー干渉計から移動体までの距離を測定する。

【0003】

また、この特許文献１の追尾式レーザー干渉計は、光源から射出させるレーザー光の射出方向を変更する変更機構を備え、戻り光の受光量からずれ量を検出し、ずれ量が所定範囲内となるように、変更機構を制御する変更機構制御手段を備えている。
さらに、変更機構制御手段は、戻り光の光量が閾値以下となった場合、レーザー光を渦状のパターンに沿って走査し、再帰反射体を探索する処理をする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１９０６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の追尾式レーザー干渉計では、移動体の再帰反射体が、レーザー光の射出方向から僅かにずれた場合、渦状にレーザー光を走査させることで、効率よく再帰反射体を探索することができる。
しかしながら、移動体の再帰反射体が、レーザー光の射出方向から大きく離れた場合、レーザー光を渦状に走査させたとしても、再帰反射体を見つけることができない場合がある。渦径を広げることで、再帰反射体を探索することも可能であるが、この場合、レーザー光の射出方向と再帰反射体との距離によっては、探索に非常に長い時間を要してしまうという課題があり、時間短縮のために渦間隔を広げると、探索精度が低下し、再帰反射体を探索できない場合もある。

【0006】

本発明は、以上のような課題に鑑みて、短時間で、かつ高精度にレーザー光の射出方向を追尾対象に向かう方向に修正可能な追尾式レーザー装置、及び測定装置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】

【0007】

本発明の追尾式レーザー装置は、レーザー光源から射出されるレーザー光を、追尾対象に対して追尾させる追尾式レーザー装置であって、所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像を、前記撮像手段の並びに応じて繋ぎ合せた画像を生成し、当該繋ぎ合せた画像における前記相対位置を検出することを特徴とする。
また、本発明の追尾式レーザー装置として、所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像を、前記撮像手段の並びに応じて配置し、かつ、隣り合う前記撮像手段の前記画角範囲の間の撮像不可能領域の寸法に対応した仮領域を前記各撮像画像の間に配置して繋ぎ合せた画像を生成し、当該繋ぎ合せた画像における前記相対位置を検出する構成としてもよい。
さらに、本発明の追尾式レーザー装置として、所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段と、前記複数の撮像手段により撮像された前記追尾式レーザー装置の周囲が撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記撮像画像に基づいて、前記レーザー光が射出されるレーザー射出方向、及び前記追尾式レーザー装置から前記追尾対象に向かう追尾対象方向の相対位置を検出する位置検出手段と、前記レーザー射出方向を変更する方向変更手段と、前記相対位置に基づいて前記方向変更手段を制御し、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する方向制御手段と、を備え、前記撮像手段は複数設けられ、それぞれ異なる撮像方向を有し、複数の前記撮像手段のうちの１つは、前記撮像方向が、前記レーザー射出方向と一致する第一撮像手段であり、前記位置検出手段は、複数の前記撮像手段により撮像された各撮像画像のうちから前記追尾対象が撮像された撮像画像を検出し、前記方向制御手段は、前記レーザー射出方向を、前記追尾対象が撮像された撮像画像に対応する前記撮像手段の前記撮像方向に移動させ、前記位置検出手段は、前記方向制御手段により前記レーザー射出方向が前記追尾対象が撮像された撮像画像に対応する前記撮像手段の前記撮像方向に移動された後に、前記第一撮像手段により撮像された前記撮像画像の前記レーザー射出方向と前記追尾対象との前記相対位置を検出し、前記方向制御手段は、前記検出された前記相対位置に基づいて、前記レーザー射出方向を前記追尾対象方向に修正する構成としてもよい。

【0008】

本発明では、追尾式レーザー装置の周囲の撮像画像に基づいて、追尾式レーザー光から射出されるレーザー光のレーザー射出方向と、追尾式レーザー装置から追尾対象に向かう追尾対象方向との相対位置を検出し、その相対位置に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向に合わせる。
このような構成では、レーザー射出方向が追尾対象方向から離れ、追尾対象を見失った場合でも、撮像画像の画素位置から、迅速にレーザー射出方向と追尾対象方向との相対位置を検出することができる。したがって、撮像画像を参照しながら、レーザー射出方向を追尾対象方向に向かって修正することで、例えば上述したように、レーザー光を渦状に走査させて追尾対象を探索する場合等に比べて、迅速に、かつ精度よくレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせることができる。

【0009】

本発明の追尾式レーザー装置では、所定の撮像方向を中心とした所定の画角範囲を撮像する撮像手段を備え、前記撮像画像取得手段は、前記撮像手段により撮像された撮像画像を取得することが好ましい。
本発明では、撮像画像を撮像する撮像手段を備える。撮像画像としては、例えば、追尾式レーザー装置とは離れた位置に設けられた撮像カメラ等により、追尾式レーザー装置と追尾対象との位置関係を撮像してもよいが、この場合、撮像カメラの設置位置と追尾式レーザー装置との位置関係を予め追尾式レーザー装置に入力する等の処理が必要となる。これに対して、追尾式レーザー装置に撮像手段が設けられる構成とすることで、レーザー射出方向に対する撮像方向の位置関係が容易に検出できるようになり、レーザー射出方向を追尾対象方向に合わせるための処理も容易となる。

【0010】

本発明の追尾式レーザー装置では、前記撮像手段の前記撮像方向は、前記レーザー射出方向であることが好ましい。
本発明では、レーザー射出方向と撮像方向が一致している。つまり、撮像画像における中心画素がレーザー射出方向となる。この場合、レーザー射出方向（撮像画像の中心画素）を中心とする追尾対象の探索可能範囲に偏りが生じないので、追尾対象がどの方向に移動した場合でも、迅速かつ精度よくレーザー射出方向を修正することができる。

【0011】

本発明の追尾式レーザー装置は、前記撮像画像に前記追尾対象が存在するか否かを判定する画像判定手段と、前記画像判定手段に前記追尾対象が存在しないと判定された場合に、前記方向変更手段を制御して、前記撮像方向を変化させる撮像方向制御手段と、を備えることが好ましい。
本発明では、上記のように、撮像手段の撮像方向とレーザー射出方向とが略一致する構成において、撮像画像内に追尾対象が存在しない場合に、方向変更手段を制御して撮像方向を変化させて追尾対象を探索する。
このような構成では、撮像画像内に追尾対象が見つけられなかった場合でも、撮像手段の撮像方向を変化させて撮像範囲を順次変化させることで、例えばレーザー光のみを渦状パターンに沿って走査させる場合等に比べて、効率よく追尾対象を探索することができる。

【0012】

本発明の追尾式レーザー装置では、前記撮像手段は複数設けられ、これらの撮像手段は、それぞれ異なる撮像方向を有し、前記位置検出手段は、これらの複数の撮像手段により撮像された各撮像画像に基づいて前記相対位置を検出することが好ましい。
本発明では、撮像方向が異なる撮像手段が複数設けられている。このため、各撮像手段により撮像される撮像範囲もそれぞれ異なっている。このような構成では、１つの撮像手段に対する撮像画像から追尾対象が外れた場合でも、他の撮像手段の撮像範囲内に追尾対象が移動すれば、その位置を検出することができ、レーザー射出方向を修正することができる。

【0013】

本発明の追尾式レーザー装置では、複数の前記撮像手段は、各撮像手段の撮像範囲により前記追尾式レーザー装置を中心とした周囲全方向が撮像可能となるように、各々配置されていることが好ましい。
本発明は、上述のような複数の撮像手段が、追尾式レーザー装置の全方位に向けて設定されている。このため、追尾対象が、どの位置に移動した場合でも、複数の撮像手段のいずれか１つの撮像画像から、その位置を特定することができ、レーザー射出方向を迅速、かつ精度よく修正することができる。

【0014】

本発明の追尾式レーザー装置では、前記撮像手段は、魚眼レンズを有し、当該魚眼レンズを通した前記画角範囲を撮像することが好ましい。
本発明では、撮像手段には魚眼レンズが搭載されている。このため、撮像可能な画角をより広げることができ、より広い範囲の撮像範囲から追尾対象の移動先を検出することができる。また、上述のように、複数の撮像手段を用いる場合でも、１つの撮像手段により撮像できる範囲が広がるため、撮像手段の数も少なくでき、装置構成の簡略化、低コスト化を図ることができる。

【0015】

本発明の追尾式レーザー装置は、前記撮像手段は、無線信号により前記撮像画像を送信する無線送信手段を備え、前記撮像画像取得手段は、前記無線信号を受信する無線受信手段を備えることが好ましい。
本発明では、無線通信により、撮像画像を撮像画像取得手段に送信する。この場合、撮像手段をケーブル線等の有線による配線接続を実施する必要がなく、レーザー射出方向を制御した際に、配線の絡まり等による動作不良を回避できる。

【0016】

本発明の追尾式レーザー装置において、前記追尾対象は、前記レーザー光を反射させる再帰反射体を備え、当該追尾式レーザー装置は、前記再帰反射体により反射された前記レーザー光である戻り光を受光し、受光量及び前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する受光手段を備え、前記方向制御手段は、前記相対位置に基づいて前記レーザー射出方向を修正した後、前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記方向変更手段を制御することが好ましい。

【0017】

本発明では、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向に修正した後、追尾対象の再帰反射体からの戻り光の光量に基づいて、さらにレーザー射出方向を修正する。撮像画像の画素位置のみからでは、レーザー射出方向の先に、再帰反射体が適切に位置していない場合があり、また、例えば測長等の各種処理に好適な戻り光の受光量が得られていない場合も有り得る。これに対して、本発明は、上述のような撮像画像に基づいたレーザー射出方向の修正の後、戻り光の受光量に基づいたレーザー射出方向の修正を行う。これにより、レーザー射出方向をより精度よく追尾対象方向に合わせ込むことができる。また、この場合、撮像画像に基づいてレーザー射出方向が、追尾対象の再帰反射体に向けて射出されているので、レーザー射出方向と追尾対象方向とがほぼ一致しており、従来のように、再帰反射体の探索に膨大な時間を要することがなく、迅速にレーザー射出方向を好適な方向に修正することができる。

【0018】

本発明の追尾式レーザー装置は、前記受光量が所定の第一閾値以下であるか否かを判定する第一判定手段と、前記受光量が前記第一閾値以上の所定の第二閾値以下であるか否かを判定する第二判定手段と、を備え、前記方向制御手段は、前記相対位置に基づいて前記レーザー射出方向を修正した後、前記第一判定手段により前記受光量が前記第一閾値以下であると判定された場合、前記方向変更手段を制御して、前記レーザー射出方向を渦状に移動させ、この移動中において、前記第二判定手段により前記受光量が前記第二閾値より大きくなったと判定された場合に、前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記方向変更手段を制御することが好ましい。
本発明では、上記のように、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向に修正した後、レーザー光を渦状パターンに沿って走査させて再帰反射体を探索する。この場合、現在のレーザー射出方向を中心として、当該中心に近い位置から遠い位置までを効率よく走査することができ、迅速な再帰反射体の探索が可能となる。

【0019】

本発明の追尾式レーザー装置は、前記撮像画像に前記追尾対象が存在するか否かを判定する画像判定手段を備え、当該追尾式レーザー装置は、前記追尾対象が発見できない場合にレーザー光源からのレーザー光の射出を停止することが好ましい。
本発明では、上述のように、撮像方向を複数方向に変化させても追尾対象が見つけられなかった場合や、複数の撮像画像を用いても追尾対象を見つけられなかった場合、レーザー光の射出を停止して、レーザー光の追尾を停止する。これにより、省電力化を図ることができる。

【0020】

本発明の測定装置は、上述したような追尾式レーザー装置と、前記レーザー光の一部を参照光として分割する光分割手段と、前記追尾対象に設けられた再帰反射体により反射された前記レーザー光である戻り光と、前記参照光との干渉光を受光し、受光量及び前記再帰反射体の変位量に応じた測長信号を出力する測長用受光手段と、前記測長信号に基づいて、所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する測長手段と、を備えることを特徴とする。
本発明では、上述のような追尾式レーザー装置により、レーザー射出方向から追尾対象から離れて追尾不可能となった場合でも、撮像画像に基づいて、迅速にレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせることができる。したがって、追尾対象を見失った後に、追尾対象の探索に係る時間を短縮でき、測定装置における測長処理に係る時間も短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る第一実施形態の測長装置の概略構成を示すブロック図。

【図2】第一実施形態の干渉計の光学系を模式的に示す図であり、測定光が再帰反射体の中心位置に到達した状態を示す図。

【図3】第一実施形態の干渉計の光学系を模式的に示す図であり、測定光が再帰反射体の中心位置からずれた状態を示す図。

【図4】第一実施形態におけるレーザー射出方向の修正方法を示すフローチャート。

【図5】第一実施形態において、撮像カメラの撮像範囲内に再帰反射体が存在しない場合の、測長装置及び再帰反射体の位置関係の一例を示す図。

【図6】第一実施形態において、回転機構が駆動され、再帰反射体が探索された状態を示す図。

【図7】第一実施形態において、再帰反射体が撮像された撮像画像の一例を示す図。

【図8】第一実施形態において、レーザー射出方向と追尾対象方向とが一致した状態での撮像画像を示す図。

【図9】第二実施形態の測長装置の概略構成を示すブロック図。

【図10】第二実施形態において、パターン生成手段により生成されるパターンの一例を示す図。

【図11】第二実施形態において、パターン生成手段により生成されるパターンの他の例を示す図。

【図12】第三実施形態の測長装置において、干渉計及び撮像カメラの位置関係を示す図。

【図13】第三実施形態において、各撮像カメラにより撮像された撮像画像の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［第一実施形態］
次に、本発明に係る第一実施形態の追尾式レーザー干渉測長装置について、図面に基づいて説明する。
〔追尾式レーザー干渉測長装置の構成〕
図１は、本発明に係る第一実施形態の追尾式レーザー干渉測長装置（以降、測長装置と称す場合がある）の概略構成を示すブロック図である。
図１において、測長装置１は、本発明の測定装置及び追尾式レーザー装置を構成する。
この測長装置１は、図１に示すように、再帰反射体３と、干渉計１０と、撮像カメラ２０と、回転機構３０と、制御装置４０とを備える。
そして、この測長装置１は、レーザー光を射出し、当該レーザー光により移動体２の再帰反射体３（本実施形態における追尾対象）を追尾させる。そして、再帰反射体３で反射されたレーザー光 （戻り光）に基づいて、基準点Ｃ（後述）から再帰反射体３までの距離を測定する。

【0023】

［再帰反射体の構成］
再帰反射体３は、レトロリフレクタやキャッツアイ等で構成され、入射光を入射方向に沿って反射させる。
より具体的に、再帰反射体３は、入射光と反射光とが平行となるとともに、入射光と反射光とが再帰反射体３の中心に対して点対称となるように入射光を反射させる。したがって、再帰反射体３の中心から離れた位置に光が入射した場合には、入射光と反射光とがずれることとなる。
この再帰反射体３は、図１に示すように、移動体２に取り付けられる。

【0024】

〔干渉計の構成〕
図２及び図３は、干渉計１０の光学系を模式的に示す図であり、図２は、レーザー射出方向に射出されるレーザー光（測定光）が再帰反射体の中心位置に到達した状態を示す図、図３は、レーザー光（測定光）が再帰反射体の中心位置からずれた状態を示す図である。
干渉計１０は、図１から図３に示すように、再帰反射体３までの距離を測定するための測長光学系１１と、再帰反射体３を追尾するための追尾光学系１２とを備える。
なお、各光学系１１，１２の構成については、公知であるので簡略に説明する。

【0025】

測長光学系１１は、図２または図３に示すように、レーザー光源１１１と、スプリッター１１２（本発明における光分割手段）と、ＰＤ（Photo Detector）を有する第一受光手段１１３（本発明における測長用受光手段）と、平面鏡１１４と、を備える。
追尾光学系１２は、図２または図３に示すように、スプリッター１２１と、４分割ＰＤ（Photo Diode）または二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を有するずれ量検出手段としての第二受光手段１２２（本発明における受光手段）とを備える。

【0026】

このような干渉計１０では、レーザー光源１１１から出射されたレーザー光は、スプリッター１１２にて参照用の参照光と、測定光とに分割される。前記参照光は、平面鏡１１４にて反射された後、スプリッター１１２にて第一受光手段１１３側に反射される。
一方、測定光は、スプリッター１２１を透過した後、再帰反射体３にて向けて出射され、再帰反射体３にて反射されて戻り光となった後、再度、干渉計１０に入射する。この際、再帰反射体３が移動しているために、測定光が再帰反射体３の中心に対してはなれた位置に入射した場合（図３）には、測定光が入射方向に対してずれて反射されることとなり、測定光と戻り光とがずれることとなる。

【0027】

干渉計１０に入射した戻り光は、一部がスプリッター１２１にて反射され、第二受光手段１２２に受光される。この際、戻り光は、ずれ量に応じて第二受光手段１２２（４分割ＰＤ）の受光面の中心からずれて入射することとなる。第二受光手段１２２は、受光面が上下左右に４分割されており、各分割面に入射する戻り光の受光量に応じた４つの受光信号を制御装置４０に出力する。すなわち、第二受光手段１２２は、戻り光のずれ量及び受光量に応じた第二受光信号を出力する。

【0028】

一方、上記ずれ量が所定閾値以内である場合、スプリッター１２１を透過した残りの戻り光は、スプリッター１１２を透過した後、前記平面鏡にて反射された前記参照光との干渉光となり、第一受光手段１１３に受光される。戻り光と参照光との干渉光を受光した第一受光手段１１３は、干渉計１０と再帰反射体３との距離の変位及び受光量に応じた第一受光信号を制御装置４０に出力する。
本実施形態の測長装置１では、前記ずれ量を前記閾値以内に抑えるように、レーザー光を再帰反射体３に対して追尾させ、第一受光手段１１３で干渉光が観察される状態を維持する。

【0029】

［撮像カメラの構成］
撮像カメラ２０は、本発明における撮像手段であり、干渉計１０に装着され、干渉計１０のレーザー光（測定光）の射出方向、つまりレーザー射出方向を撮像する。
具体的には、撮像カメラ２０は、撮像レンズ２１を含む撮像光学系と、撮像光学系を透過した像を撮像する撮像部２２と、信号出力部２３と、を備えている。
撮像レンズ２１は、光軸を中心軸として、所定の画角範囲内の像を撮像部２２に導く。この撮像レンズ２１としては、魚眼レンズにより構成されていることが好ましく、これにより、前記画角を１８０度以上に広げることができ、より広い領域を撮像することができる。
また、撮像レンズ２１の光軸は、本発明の撮像方向となり、本実施形態では、撮像方向は、レーザー射出方向と略一致する。
撮像部２２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサーにより構成されており撮像光学系により導かれた像を撮像し、撮像画像に基づいた画像信号を出力する。
信号出力部２３は、本発明の無線送信手段であり、撮像部２２から入力された画像信号を無線信号として制御装置４０に送信する。

【0030】

〔回転機構の構成〕
回転機構３０は、制御装置４０による制御の下、干渉計１０からの測定光の出射方向（レーザー射出方向）を変更する機構であり、本発明の方向変更手段を構成する。
この回転機構３０は、図１に示すように、測定光の方位角θａを変更する第一回転機構３１と、測定光の仰角θｅを変更する第二回転機構３２とを備える。
なお、各回転機構３１，３２の回転軸が交わる点は、回転機構３０が駆動された場合でも不動点となり、本発明における基準点Ｃ（図１）となる。

【0031】

〔制御装置の構成〕
制御装置４０は、図１に示すように、無線受信手段である信号受信部４１を備えており、撮像カメラ２０の信号出力部２３から送信された画像信号（無線信号）を受信する。
また、制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等により構成される演算部４２や、メモリ等により構成される記憶部４３を備え、測長装置１全体を制御する。
そして、この制御装置４０の演算部４２は、記憶部４３に記憶されたプログラムを読み込み、実行することで、図１に示すように、撮像画像取得手段５１、位置検出手段５２、距離算出手段５３、及び方向制御手段５４として機能する。

【0032】

撮像画像取得手段５１は、撮像カメラ２０を制御し、撮像カメラ２０から撮像画像を送信させ、信号受信部４１で画像信号（無線信号）を受信させる。すなわち、撮像画像取得手段５１は、撮像カメラ２０から送信される撮像画像を取得する。
位置検出手段５２は、本発明の画像判定手段としても機能し、撮像画像内に移動体２の再帰反射体３が存在するか否かを判定する。また、位置検出手段５２は、撮像画像内に再帰反射体３が存在する場合、撮像画像内における再帰反射体３の画素位置を検出する。さらに、位置検出手段５２は、撮像画像におけるレーザー射出方向に対応する画素位置（例えば中心画素）と、撮像画像における再帰反射体３の画素位置とに基づいて、レーザー射出方向の修正方向（角度調整方向）を検出する。
距離算出手段５３は、第一受光手段１１３から出力された第一受光信号を用いて、基準点Ｃから再帰反射体３までの距離を算出する。

【0033】

方向制御手段５４は、第一方向制御手段５４１と、状態判定手段５４２と、ずれ判定手段５４３と、第二方向制御手段５４４と、を備え、本発明における撮像方向制御手段としても機能する。
第一方向制御手段５４１は、位置検出手段５２により算出された角度調整量に基づいて、回転機構３０の姿勢を調整する。

【0034】

状態判定手段５４２は、干渉計１０から射出されたレーザー光（測定光）が、再帰反射体３を追尾している追尾状態であるか、再帰反射体３から僅かにずれているが、戻り光に基づいて追尾状態に修正可能な状態（追尾可能状態）であるか、再帰反射体３からの戻り光がなく、追尾が不可能な状態（追尾不可能状態）であるかを判定する。
つまり、状態判定手段５４２は、戻り光が第二受光手段１２２により受信されている場合、追尾状態、または追尾可能状態と判定し、戻り光が第二受光手段１２２により受信されない場合、追尾不可能状態であると判定する。
この状態判定手段５４２は、例えば、第二受光手段１２２から出力された第二受光信号に基づいて、各状態を判定する。なお、撮像カメラ２０により撮像される撮像画像に基づいて、レーザー射出方向と追尾対象方向とが一致しているか否かに基づき、各状態を判定してもよい。

【0035】

ずれ判定手段５４３は、各受光手段１１３，１２２から出力された各受光信号に基づいて、各受光手段１１３，１２２の受光量（つまり、受光信号の信号レベル）が、各受光手段１１３，１２２に対してそれぞれ設定された所定の第一閾値（第一レベル）以下であるか否かを判定する。これにより、ずれ判定手段５４３は、レーザー光が追尾状態であるか追尾不可能状態であるかを判定することができる。

【0036】

第二方向制御手段５４４は、状態判定手段５４２により、追尾状態または追尾可能状態と判定され、ずれ判定手段５４３により、各受光手段１１３，１２２の受光量が第一閾値以下であると判定された場合（追尾可能状態と判定された場合）に、当該受光量が第一閾値より大きくなるよう、回転機構３０を制御する。具体的には、第二方向制御手段５４４は、距離算出手段５３にて算出された基準点Ｃから再帰反射体３までの距離と、第二受光手段１２２からの第二受光信号（戻り光のずれ量）とに基づいて、回転機構３０の角度調整量を算出し、回転機構３０を制御して、再帰反射体３を追尾させる（再帰反射体３の中心に測定光を出射可能とする状態に干渉計１０の姿勢を変更させる）。

【0037】

〔測長装置における再帰反射体追尾方法〕
次に、測長装置１により、基準点Ｃから再帰反射体３までの距離を測定する際に、再帰反射体３を見失った場合の処理について、以下説明する。
本実施形態の測長装置１では、状態判定手段５４２により追尾状態、追尾可能状態、及び追尾不可能状態が判定される。
ここで、追尾状態と判定された場合では、第一受光手段１１３からの第一受信信号に基づいて、距離算出手段５３により、基準点Ｃから再帰反射体３までの距離が算出される。
また、追尾可能状態と判定された場合、戻り光が検出されているが、測定光に対してずれているため、戻り光と参照光との干渉光が得られない状態であり、この場合は、第二方向制御手段５４により、測長が可能な追尾状態となるように、レーザー射出方向を調整する。
具体的には、ずれ判定手段５４３により、第二受光手段１２２の受光面中心点に対する第二受光信号の信号レベルが所定の第一閾値以上であるか否かを判定する。そして、信号レベルが第一閾値以下であると判定された場合、第二方向制御手段５４４は、第二受信信号に基づいて、受光面における戻り光が受光された受光点を検出し、受光点の位置に基づいて角度調整量を算出して、その角度調整量に基づいて、回転機構３０を制御する。これにより、追尾状態を維持するよう、回転機構３０が制御されることになり、距離算出手段５３による第一受光信号に基づいた距離算出処理が可能となる。

【0038】

一方、状態判定手段５４２により、追尾不可能状態であると判定された場合、測長装置１は、以下のような処理を実施する。
図４は、本実施形態において、追尾不可能状態と判定された場合の再帰反射体３の検出、及びレーザー射出方向の修正方法を示すフローチャートである。
状態判定手段５４２により追尾不可能状態と判定された場合、測長装置１の制御装置４０は、撮像カメラ２０により撮像画像を撮像させる。これにより、信号出力部２３から無線信号として、撮像画像の画像信号が制御部の信号受信部４１に送信され、撮像画像取得手段５１は、信号受信部４１で受信した撮像画像を取得する（ステップＳ１）。

【0039】

次に、位置検出手段５２は、取得した撮像画像を解析し、撮像画像内に再帰反射体３があるか否かを判定する（ステップＳ２）。つまり、位置検出手段５２は、再帰反射体３が撮像された撮像画像を取得できたか否かを判定する。

【0040】

ステップＳ２において、撮像画像内に、再帰反射体３がないと判定された場合、第一方向制御手段５４１は、撮像方向を変化させて再帰反射体３を探索する処理を実施する（ステップＳ３）。
図５は、撮像カメラ２０の撮像範囲内に再帰反射体３が存在しない場合の、測長装置１及び再帰反射体３の位置関係の一例を示す図である。図６は、回転機構３０を制御して再帰反射体３が探索された状態を示す図である。
撮像カメラ２０は、撮像方向を中心とした所定画角θｇの範囲を撮像画像として取得する。したがって、図５のように、この画角θｇの範囲内に再帰反射体３がない場合、撮像画像内に再帰反射体３が映り込まない。
ステップＳ３では、第一方向制御手段５４１は、第一回転機構３１を制御して測定光の方位角θａを例えば３６０度回転させ、この間に位置検出手段５２により、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されたか否かを判定する。ここで、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されなかった場合は、第一方向制御手段５４１は、さらに、第二回転機構３２を制御して、測定光の仰角θｅを所定量（例えば、撮像カメラ２０の画角の半分程度）変化させ、再び、測定光の方位角θａを例えば３６０度回転させ、この間に位置検出手段５２により再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されたか否かを判定する。
このようにして、測長装置１の周囲全方向に対して撮像方向を順次変化させていき、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されたか否かを判定する。
そして、位置検出手段５２により、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されたと判定されると、その状態で回転機構３０の駆動を停止する。これにより、図６に示すように、撮像カメラ２０の撮像範囲内に再帰反射体３が位置する状態に、当該撮像カメラ２０の姿勢が変更される。

【0041】

次に、位置検出手段５２は、ステップＳ３において、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されたか否か、つまり再帰反射体３の探索に成功したか否かを判定する（ステップＳ４）。このステップＳ４において、再帰反射体３が撮像された撮像画像が得られなかった場合（再帰反射体３の探索に失敗した場合）、エラー信号を出力するとともに、測長装置１における測長処理を中止する。
一方、ステップＳ４において撮像カメラ２０の姿勢が、図６に示すように変更され、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得された場合、及びステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、位置検出手段５２は、取得した撮像画像に基づいて、追尾対象方向を検出する（ステップＳ５）。

【0042】

図７は、再帰反射体３が撮像された撮像画像の一例を示す図である。図８は、レーザー射出方向と追尾対象方向とが一致した状態での撮像画像を示す図である。
本実施形態では、撮像方向はレーザー射出方向と略一致しており、撮像方向を中心とした所定画角θｇの範囲の像が撮像画像をして撮像される。したがって、撮像画像の中心画素Ｏは、レーザー射出方向と略一致する。また、撮像画像内の再帰反射体３の画素Ｐは、測長装置１から移動体２に向かう方向を示すものとなり、本発明における追尾対象方向となる。すなわち、このステップＳ５では、位置検出手段５２は、撮像画像を解析し、再帰反射体３の画素Ｐを追尾対象方向として検出する。

【0043】

次に、位置検出手段５２は、レーザー射出方向を追尾対象方向に合わせるための角度調整方向を求める（ステップＳ６）。
上述したように、撮像画像内において、再帰反射体３の画素Ｐを検出すると、画素Ｏから画素Ｐに向かう方向（矢印Ｙ１）が、レーザー射出方向を追尾対象方向に修正するための角度調整方向となる。
この後、第一方向制御手段５４１は、回転機構３０を制御し、ステップＳ６により求められた角度調整方向にレーザー射出方向を移動させる（ステップＳ７）。
この後、状態判定手段５４２は、第二受光手段１２２の第二受光信号に基づいて、追尾不可能状態から追尾可能状態または追尾状態に変化したか否かを判定する（ステップＳ８）。

【0044】

ステップＳ８において、状態変化がない場合（Ｎｏと判定された場合）は、レーザー照射方向と追尾対象方向とがずれていることが考えられるため、再びステップＳ１に戻る。すなわち、撮像画像を参照しながら、レーザー射出方向の調整を継続する。
一方、ステップＳ８において、状態判定手段５４２により、追尾状態または追尾可能状態に切り替わったと判定されると（Ｙｅｓと判定された場合）、図８に示すような撮像画像が撮像されることになり、レーザー射出方向と追尾対象方向とが一致する。この場合、方向制御手段５４は、第一方向制御手段５４１による回転機構３０の制御を終了させ、以降は、追尾状態や追尾可能状態における、上述したような第二方向制御手段５４４による追尾処理が実施される。そして、再び状態判定手段５４２により、追尾不可能状態になったと判定されると、上記各ステップＳ１〜Ｓ８の処理が実施される。

【0045】

［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、撮像画像取得手段５１により、測長装置１の周囲の撮像画像を取得し、位置検出手段５２は、当該撮像画像内の再帰反射体３の画素Ｐと、干渉計１０から射出される測定光のレーザー射出方向に対応する画素Ｏとから、レーザー射出方向と追尾対象方向との相対位置、角度調整方向を検出する。そして、第一方向制御手段５４１は、画素Ｐが画素Ｏに一致するように、角度調整方向にレーザー射出方向を移動させる。
このため、本実施形態では、測定者が干渉計１０の姿勢を手動で調整する必要がなく、容易にレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせることができる。また、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を調整するための角度調整方向が検出できるので、例えば、レーザー射出方向を渦状に移動させる構成等に比べて、迅速、かつ精度よくレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせることができる。

【0046】

本実施形態では、測長装置１に撮像カメラ２０が設けられている。
測長装置１の周囲の撮像画像を撮像する撮像手段を別途設ける構成とした場合、撮像手段により撮像された撮像画像において現在のレーザー射出方向を別途検出するための構成等が必要となり、撮像手段の撮像方向と測長装置１との位置関係を予め制御装置４０に入力する等の処理も必要となる。これに対して、本実施形態では、上記のように測長装置１の所定位置に撮像カメラ２０が設けられているため、撮像画像におけるレーザー射出方向を容易に検出でき、構成も簡素にできる。

【0047】

本実施形態では、レーザー射出方向と撮像方向とが略一致している。したがって、撮像画像内の所定の画素（中心画素Ｏ）をレーザー射出方向とすることで、角度調整方向を容易に検出することができる。
また、レーザー射出方向が撮像画像における中心画素Ｏとなる場合、再帰反射体３の探索可能範囲に偏りが生じず、再帰反射体３がどの方向に移動した場合でも、迅速かつ精度よくレーザー射出方向を修正することができる。

【0048】

本実施形態では、撮像画像内に再帰反射体３が存在しない場合、第一方向制御手段５４１は、回転機構３０を制御して、撮像カメラ２０の撮像方向（レーザー射出方向と略一致）を走査し、再帰反射体３を探索する。
このため、撮像カメラ２０の画角内に再帰反射体３がない場合でも、再帰反射体３を探索することができる。この場合でも、撮像カメラ２０は、所定の画角θｇの範囲を撮像領域とした撮像画像を取得できるので、例えば直線状のレーザー光（測定光）を渦状パターンに沿って走査させて再帰反射体３を探索させる構成等に比べて、効率よく再帰反射体３を探索することができる。

【0049】

本実施形態の撮像カメラ２０は、撮像レンズ２１として、魚眼レンズを用いることが好ましい。この場合、魚眼レンズを介して、より広い画角を撮像範囲に設定することができ、移動体２が大きく移動した場合でも、効率よく再帰反射体３を見つけることができる。

【0050】

本実施形態の測長装置１は、撮像カメラ２０の信号出力部２３から、制御装置４０の信号受信部４１に対して、無線信号として撮像画像に基づいた画像信号を送信する。
したがって、撮像カメラ２０の周囲に撮像画像を送信するための配線が不要となり、回転機構３０を駆動させて干渉計１０及び撮像カメラ２０を回転させた場合でも、配線の絡まり等の不都合がなく、これによる動作不良も回避できる。

【0051】

本実施形態では、ステップＳ３において撮像カメラ２０の撮像方向を変化させた際に、再帰反射体３が探索できなかった場合に、測長処理を終了させる。つまり、レーザー光の出力を停止する。これにより、無駄な測長処理を避け、省電力化を図ることができる。

【0052】

本実施形態では、ステップＳ１〜ステップＳ８の処理により、撮像画像に基づいてレーザー射出方向を修正することで、追尾状態又は追尾可能状態となる。ここで、追尾可能状態である場合は、さらに、第二方向制御手段５４４により、第二受光手段１２２から出力される第二受光信号に基づいて戻り光のずれ量を検出し、ずれ量が所定範囲内となるように、レーザー光射出方向を修正する。これにより、追尾可能状態から追尾状態となり、戻り光と参照光との干渉光に基づいて、適切に基準点Ｃから再帰反射体３までの距離を算出することができる。

【0053】

［第二実施形態］
上記第一実施形態では、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向に合わせ、追尾不可能状態から追尾可能状態または追尾状態に状態を変化させる例を示した。これに対して、第二実施形態では、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向の近傍まで移動させ、その後、レーザー射出方向を所定パターンで移動させて再帰反射体を探索する処理を行う点で、上記第一実施形態と相違する。

【0054】

図９は、第二実施形態における測長装置１Ａの概略構成を示すブロック図である。なお、以降の実施形態の説明に当たり、すでに説明した構成については同符号を付し、その説明を省略、又は簡略化する。
図９に示すように、本実施形態の測長装置１Ａの制御装置４０は、方向制御手段５４として、さらに、パターン生成手段５４５、パターン走査制御手段５４６、及び受光量判定手段５４７を備える。

【0055】

パターン生成手段５４５は、第一方向制御手段５４１により、レーザー射出方向が、追尾対象方向の近傍まで移動された後、ずれ判定手段５４３により各受光手段１１３，１２２の受光量のうち少なくとも一方が第一閾値以下であると判定された場合に、測定光の射出予定軌跡として渦状のパターンを生成する。

【0056】

図１０は、パターン生成手段５４５により生成されるパターンの例を示す図である。
パターン生成手段５４５は、ずれ判定手段５４３により各受光手段１１３，１２２の受光量のうち少なくとも一方が第一閾値以下であると判定された場合、まず、レーザー射出方向（方位角θａ及び仰角θｅ）上において、所定の距離Ｒ（例えば、ずれ判定手段５４３により受光量が第一閾値以下であると判定される直前で距離算出手段５３により算出された再帰反射体３までの距離）だけ、基準点Ｃから離れた位置に点Ｑを設定する。

【0057】

そして、パターン生成手段５４５は、仰角θｅを変更するための第二回転機構３２の回転軸と平行となり、かつ、点Ｑを通るようにＸ軸をとり、レーザー射出方向の方位角θａを変更するための第一回転機構３１の回転軸と平行となり、かつ、前記点Ｑを通るようにＹ軸をとることで、ＸＹ平面を設定する。

【0058】

次に、パターン生成手段５４５は、図１０に示すように、ＸＹ平面上において、測定光のスポット座標Ｓ(x,y)を 、(x(t),y(t))=(r(t)cosθ(t), r(t)sinθ(t))と定める。すなわち、パターン生成手段５４５は、点Ｓの軌跡により表され、曲線よりなるとともに各周間の幅ｆが一定となるアルキメデスの渦のパターンを測定光の射出予定軌跡として生成する。なお、r(t)は、点Ｑから点Ｓまでの距離を表し、θ(t)は、線分ＰＱとＸ軸とが成す角を表す。r(t) 及びθ(t)は、どちらも時間に対して単調に増加する関数である。

【0059】

なお、パターン生成手段５４５により生成されるパターンとしては、図１０に示すような曲線により形成される渦形状に限られず、例えば、図１１に示されるような直線により形成される渦形状であってもよい。

【0060】

パターン走査制御手段５４６は、回転機構３０を制御し、上記のように生成されたパターンに沿って測定光を走査させながら、再帰反射体３を探索する。
受光量判定手段５４７は、パターン走査制御手段５４６により回転機構３０が制御され、測定光が渦状のパターンに沿って射出されている間、各受光手段１１３，１２２の受光量が、各受光手段１１３，１２２に対してそれぞれ設定された所定の第二閾値以上であるか否かを判定する。なお、第二閾値は、第一閾値と等しい値に設定されていてもよく、第一閾値よりも大きい値に設定されていてもよい。

【0061】

［第二実施形態の測長装置における再帰反射体追尾方法］
本実施形態の測長装置１Ａでは、第一実施形態における再帰反射体追尾方法のステップＳ７において、第一方向制御手段５４１は、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向を追尾対象方向の近傍位置まで移動させる。つまり、第一方向制御手段５４１は、撮像画像を参照し、撮像画像におけるレーザー射出方向を示す画素Ｏと、再帰反射体３の位置を示す画素Ｐとの距離が、所定の画素数以下となるように、回転機構３０を駆動させる。
この後、パターン生成手段５４５により、パターンを生成し、パターン走査制御手段５４６は、生成されたパターンに基づいて、回転機構３０を制御する。
そして、パターン走査制御手段５４６によるパターン走査が実施されている間、受光量判定手段５４７は、各受光手段１１３，１２３の受光量を監視し、受光量が所定の第二閾値以上となった時点で、パターン走査制御手段５４６によるパターン走査を停止させる。

【0062】

［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、方向制御手段５４は、第一方向制御手段５４１によりレーザー射出方向を追尾対象方向の近傍まで移動させた後、パターン生成手段５４５により生成されるパターンに従って、パターン走査制御手段５４６によりレーザー射出方向を変位させ、受光量判定手段５４７により受光量が第二閾値以上であると判定された際に、レーザー射出方向の移動を停止させる。
上述した第一実施形態では、撮像画像に基づいてレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせ込むが、撮像光学系のレンズ収差等の影響により、レーザー照射方向と中心画素Ｏとが一致していない場合もある。ここで、レーザー照射方向に再帰反射体３があり、戻り光が検出できれば、戻り光のずれ量に基づいて、レーザー照射方向を修正することができる。しかしながら、戻り光が検出できない場合では、測長処理が実施できない。これに対して、本実施形態は上記のように、撮像画像に基づいたレーザー射出方向の修正の後、渦状のパターンに基づいて、測定光の射出位置を精度よく再帰反射体３の中心位置に合わせることができる。これにより、より精度良くレーザー照射方向の修正を行うことができ、測定光を再帰反射体３に追尾させることができる。
また、本実施形態では、撮像画像に基づいて、レーザー射出方向が追尾対象方向の近傍まで移動されているため、渦状パターンを用いて再帰反射体３を探索する場合でも、レーザー射出方向を微小量だけ移動することで容易に、かつ迅速に再帰反射体３を探索することができる。

【0063】

［第三実施形態］
上記第一実施形態では、１台の撮像カメラ２０を用い、その撮像カメラ２０により撮像される１つの撮像画像に基づいて再帰反射体３を探索する例を示した。これに対して、第三実施形態では、複数の撮像カメラ２０を用いる点で上記第一実施形態と相違する。
つまり、第一実施形態では、撮像画像内に再帰反射体３がない場合、撮像カメラ２０の撮像方向を順次変化させて撮像範囲を切り替えて再帰反射体３を探索する。この場合でも、撮像カメラ２０の撮像範囲は、測定光のレーザー径よりも大きいので、従来のように測定光を所定パターンに沿って走査して再帰反射体３を探索する場合に比べて、探索時間を短縮することができるが、再帰反射体３の位置によっては、再帰反射体３が撮像される位置を検出するまで、探索時間が長くなることが考えられる。
これに対して、本実施形態は、複数の撮像カメラ２０を用いることで、撮像画像として取得される範囲が広くなり、より効率的な再帰反射体３の探索を実施できる。

【0064】

図１２は、本実施形態の測長装置１Ｂにおける、干渉計１０及び撮像カメラ２０の位置関係を示す図である。
本実施形態では、図１２に示すように、干渉計１０に対して、複数の撮像カメラ２０が設けられている。具体的には、複数の撮像画像により測長装置１Ｂのほぼ周囲全方向が撮像範囲となるように、撮像カメラ２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）が干渉計１０に固定されている。
なお、図１２に示す例では、第一回転機構３１の回転軸周りで、９０度間隔で４台の撮像カメラ２０が設置される例を示すが、より小さい角度間隔で５台以上の撮像カメラ２０が設置される構成などとしてもよく、各撮像カメラ２０の撮像範囲（画角θｇ）により適宜設定すればよい。
また、図１２に示す例は、第一回転機構３１の回転軸周り（方位角方向）に複数の撮像カメラ２０を設けるが、仰角方向にも、複数の撮像カメラ２０が設置される構成としてもよい。例えば、図１２における紙面に直交する方向（第一回転機構３１の回転軸方向）を撮像方向とした撮像カメラ２０が設けられる構成としてもよい。

【0065】

図１３は、図１２に示す各撮像カメラ２０により撮像された撮像画像を繋ぎ合わせた状態を示す図である。
測長装置１Ｂの撮像画像取得手段５１は、複数の撮像カメラ２０により取得された撮像画像を取得し、位置検出手段５２は、これらの撮像画像に基づいて、追尾対象方向、及び角度調整方向を検出する。
つまり、位置検出手段５２は、図１３に示すように、各撮像カメラ２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）により撮像された撮像画像Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄのうち、撮像カメラ２０Ａの撮像画像Ｇａの中心画素Ｏをレーザー射出方向として、角度調整方向を検出する。
ここで、再帰反射体３が撮像された画像が、レーザー射出方向を示す画素Ｏを含む撮像画像Ｇａである場合、上記第一実施形態と同様に、この撮像画像Ｇａに基づいて、角度調整方向を検出する。

【0066】

一方、他の撮像画像Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄに再帰反射体３が撮像されている場合、図１３に示すように、各撮像画像Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄを撮像カメラ２０の並びに応じて繋ぎ合わせる。そして、位置検出手段５２は、この繋ぎ合わせた画像におけるレーザー射出方向を示す画素Ｏと、再帰反射体３の位置を示す画素Ｐとに基づいて、画素Ｏから画素Ｐに向かう方向（矢印Ｙ２）を角度調整方向として検出する。
そして、第一方向制御手段５４１は、この矢印Ｙ２に沿ってレーザー射出方向が移動するように、回転機構３０を制御する。

【0067】

なお、本実施形態では、図１２に示すように、各撮像カメラ２０の撮像可能範囲がほぼ隣接するように、当該各撮像カメラ２０が設置されているため、上記のように、各撮像画像を繋ぎ合わせた画像に基づいて、角度調整方向を検出できる。
これに対して、各撮像カメラ２０の撮像可能範囲の間に隙間（撮像不可能領域）がある場合、位置検出手段５２は、各撮像画像の間に、撮像不可能領域の寸法に応じた仮領域を設定した上で、画素Ｏから画素Ｐまでの方向を検出すればよい。
または、各撮像カメラ２０の撮像方向の角度と、再帰反射体３が撮像された撮像画像における、再帰反射体３に対応する画素Ｐとに基づいて、角度調整方向を算出してもよい。

【0068】

あるいは、第一方向制御手段５４１により、まず撮像カメラ２０Ａの撮像方向を修正した後、撮像カメラ２０Ａの撮像画像Ｇａに基づいて角度調整方向を検出してもよい。例えば、図１２及び図１３の例を用いて説明すると、位置検出手段５２により再帰反射体３が撮像された撮像画像Ｇｃが検出さると、第一方向制御手段５４１は、まず、回転機構３０を制御して、撮像画像Ｇｃが撮像された撮像方向（撮像カメラ２０Ｃの撮像方向）に、撮像カメラ２０Ａの撮像方向を移動させる。その後、位置検出手段５２は、撮像カメラ２０Ａにより撮像された撮像画像Ｇａに基づいて、上記第一実施形態と同様の処理によりレーザー射出方向を修正する。

【0069】

［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、複数の撮像カメラ２０を用いて、移動体２の再帰反射体３の位置を探索することができる。したがって、例えば、第一実施形態におけるステップＳ３のように、回転機構３０を制御し、撮像方向（撮像範囲）を各方向に変化させて再帰反射体３を探索する場合に比べて、より迅速に再帰反射体３の位置を特定することができる。したがって、より迅速にレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせ、測定光を再帰反射体３に追尾させることができる。

【0070】

ここで、本実施形態では、複数の撮像カメラ２０の撮像範囲が、測長装置１Ｂの全方向をカバーするように、各撮像カメラ２０が設置されている。このため、いずれかの撮像画像に再帰反射体３が撮像される可能性が高く、回転機構３０を駆動させることなく、より容易に再帰反射体３の探索を行うことができる。

【0071】

［他の実施形態］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第一実施形態では、撮像カメラ２０が干渉計１０に固定され、レーザー射出方向と撮像方向とが一致する例を示したが、撮像方向とレーザー射出方向とが異なる構成としてもよい。
この場合、さらに、撮像カメラ２０の撮像方向を、レーザー射出方向とは別に制御可能な、撮像カメラ回転機構を備える構成とし、制御装置４０は、さらに、撮像カメラ回転機構を制御する撮像方向変更手段を備えることが好ましい。
このような構成では、状態判定手段５４２により追尾不可能状態である（再帰反射体３を見失った）と判断された場合、撮像カメラ回転機構を制御して、撮像カメラ２０の撮像方向を変化させる。そして、再帰反射体３が撮像された撮像画像が取得されると、第一方向制御手段５４１は、回転機構３０を制御して、その撮像カメラ２０の撮像方向にレーザー射出方向を合わせる。この後、上記第一実施形態と同様の処理を実施し、レーザー射出方向を追尾対象方向に合わせる。
このような構成では、撮像カメラ２０を独立して駆動させるための構成が別途必要となるが、例えば、干渉計１０に対して撮像カメラ２０を取り付ける際の取付誤差等に起因したずれを補正することができ、精度よくレーザー射出方向を追尾対象方向に合わせることができる。

【0072】

さらに、測長装置１，１Ａ，１Ｂに撮像カメラ２０が設置されず、例えば、撮像画像取得手段５１は、室内等に別途設けられたカメラや、測定者により撮像されたカメラ等により撮像された撮像画像を取得してもよい。この場合、撮像画像が取得された位置や、撮像画像におけるレーザー射出方向等を検出するための構成が必要となるが、撮像カメラ２０を搭載しない分、測長装置１，１Ａ，１Ｂの構成を簡略化できる。

【0073】

第一実施形態において、位置検出手段５２により撮像画像内に再帰反射体３が検出されなかった場合、ステップＳ３の処理により撮像方向を変化させて再帰反射体３を探索する処理を実施したが、これに限定されない。
例えば、追尾対象の移動範囲が予め設定されており、撮像カメラ２０により、この移動範囲全体を撮像することが可能である場合では、撮像画像内に再帰反射体３を検出できなかった場合に、エラー信号を出力し、測長処理を終了させてもよい。

【0074】

第一実施形態において、撮像画像におけるレーザー射出方向に対応する画素を、撮像画像の中心画素Ｏとしたが、これに限定されない。撮像カメラ２０の設置位置等に応じて、撮像画像の中心画素よりも上方の画素をレーザー射出方向に対応する画素として設定してもよい。
また、移動体２の移動方向が予め予想できる場合では、移動体２の移動方向に対して広い撮像範囲が得られるように、撮像カメラ２０が設置されていてもよい。例えば、移動体２の移動方向がレーザー射出方向に対して右方向である場合、撮像カメラの撮像方向を予め、レーザー射出方向よりも右側にずらしておく。この場合、撮像画像におけるレーザー射出方向を示す画素は、中心画素よりも左側に設定され、レーザー射出方向よりも右側に広い撮像領域が設定される。この場合、移動体２が右方向に大きく移動した場合でも、回転機構３０の姿勢を変更することなく、再帰反射体３が撮像された撮像画像を取得することができる。

【0075】

第三実施形態において、測長装置１Ｂの周囲全方向を撮像範囲としてカバー可能なように、複数の撮像カメラ２０を設置する例を示したが、これに限定されない。
例えば、追尾対象の移動範囲が予め設定された限られた範囲である場合等では、当該範囲を撮像可能に複数の撮像カメラ２０を設置すればよい。

【0076】

前記各実施形態では、回転機構３０は、２つの回転軸を中心として干渉計１０を回転させていたが、これに限らない。例えば、回転機構３０としては、１つの回転軸のみを中心として干渉計１０を回転させてもよく、３つの以上の回転軸を中心として干渉計１０を回転させてもよい。
また、前記各実施形態では、撮像カメラ２０と制御装置４０とが無線接続されている例を示したが、例えばケーブル線等により有線接続される構成としてもよい。

【0077】

また、前記各実施形態では、本発明の追尾式レーザー装置を、追尾式レーザー干渉測長装置に適用する例を示したが、これに限定されず、レーザー光により、所定の追尾対象を追尾するいかなる装置にも適用することができる。例えば、レーザー光を用いて工作機械等のアームの動きを追跡する動作検査装置等にも適用することができる。
また、追尾式レーザー装置として、測長装置１，１Ａ，１Ｂを例示し、再帰反射体３の戻り光に基づいて測長処理を実施するものとしたため、位置検出手段５２は、撮像画像において、再帰反射体３の有無を判定する構成としたが、上述のように、他の産業機械等に追尾式レーザー装置を適用する場合では、再帰反射体が設けられない構成としてもよい。この場合、位置検出手段５２は、撮像画像内の追尾対象の所定の定点（例えば重心点）を追尾対象方向として検出することができる。また、このような構成では、戻り光を検出する必要なく、第一受光手段１１３や第二受光手段１２２、レーザー光を測定光及び参照光に分けるスプリッター１１２等も不要となる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、レーザー光を追尾対象に追尾させる追尾式レーザー装置、及び当該追尾式レーザー装置を備える測定装置等の各種産業機械に利用できる。

【符号の説明】

【0079】

１，１Ａ，１Ｂ…追尾式レーザー干渉測長装置（測定装置、追尾式レーザー装置）、２…移動体、３…再帰反射体（追尾対象）、１０…干渉計、１１…測長光学系、１２…追尾光学系、２０…撮像カメラ、２１…撮像レンズ、２２…撮像部、２３…信号出力部（無線送信手段）、３０…回転機構（方向変更手段）、４０…制御装置、４１…信号受信部（無線受信手段）、５１…撮像画像取得手段、５２…位置検出手段（画像判定手段としても機能）、５３…距離算出手段、５４…方向制御手段（撮像方向制御手段としても機能）、１１１…レーザー光源、１１２…スプリッター、１１３…第一受光手段、１１４…平面鏡、１２２…第二受光手段、５４１…第一方向制御手段、５４２…状態判定手段、５４３…ずれ判定手段（第一判定手段）、５４４…第二方向制御手段、５４５…パターン生成手段、５４６…パターン走査制御手段、５４７…受光量判定手段（第二判定手段）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】