特許 6835314 計測方法及び計測システム

(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】6835314

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】計測方法及び計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20210215BHJP

   G01S 15/10 20060101ALI20210215BHJP

   G01N 29/50 20060101ALI20210215BHJP

   G01N 29/42 20060101ALI20210215BHJP

   G01N 29/28 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/24

   G01S15/10

   G01N29/50

   G01N29/42

   G01N29/28

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-94945(P2017-94945)

(22)【出願日】2017年5月11日

(65)【公開番号】特開2018-189611(P2018-189611A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2020年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(73)【特許権者】

【識別番号】504143441

【氏名又は名称】国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】南里 浩太

(72)【発明者】

【氏名】春山 朋彦

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 忠男

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０２８１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０８０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２００５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０９１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２０１４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０９８２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００４０３７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

Ｇ０１Ｓ １５／１０

Ａ６１Ｂ ８／００− ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルスレーザを集光することで発生させたレーザ誘起ブレークダウンにより発生部から超音波を放射し、当該超音波を受けた対象物からの反射波及び前記発生部から放射された当該超音波の直接波を前記発生部とは異なる位置に設けられたセンサにより受信し、当該センサからの出力信号に基づいて当該対象物に関する情報を処理装置が取得する方法であって、
前記処理装置は、前記出力信号により受信波を取得し、当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定し、前記対象物に関する情報を取得し、
前記初期波は、前記出力信号の立ち上がり開始から所定時間までの波形、又は、前記出力信号の立ち下がり開始から前記所定時間までの波形である、計測方法。

【請求項2】

前記所定時間は、前記センサが前記直接波を受信したタイミング以降であり、前記センサが前記反射波を受信するタイミングよりも前の時間である、請求項１に記載の計測方法。

【請求項3】

前記処理装置は、前記出力信号からノイズ信号を除去して前記受信波を取得し、前記ノイズ信号が除去された前記受信波から前記基準波を抽出すると共に、前記ノイズ信号が除去された前記受信波と前記基準波との相関値のデータを生成する、請求項１又は２に記載の計測方法。

【請求項4】

パルスレーザを発生させるレーザ発生装置と、
前記レーザ発生装置により発生させたパルスレーザを集光するレンズを含む光学部と、
前記レンズにより集光した前記パルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウンを発生させる発生部と、
前記発生部とは異なる位置にそれぞれ設けられ、前記レーザ誘起ブレークダウンの発生により放射される超音波を受けた対象物からの反射波及び前記発生部から放射された当該超音波の直接波を受信する複数のセンサと、
前記センサからの出力信号に基づいて前記対象物に関する情報を取得する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記出力信号により受信波を取得する取得部と、
当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成すると共に、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定する第一処理部と、
特定した前記受信タイミングに基づいて前記対象物に関する情報を取得する第二処理部と、を有し、
前記初期波は、前記出力信号の立ち上がり開始から所定時間までの波形、又は、前記出力信号の立ち下がり開始から前記所定時間までの波形である、計測システム。

【請求項5】

放射した音波を受けた対象物からの反射波及び前記発生部から放射された当該超音波の直接波を前記発生部とは異なる位置に設けられたセンサにより受信し、当該センサからの出力信号に基づいて当該対象物に関する情報を処理装置が取得する方法であって、
前記処理装置は、前記出力信号により受信波を取得し、当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定し、前記対象物に関する情報を取得し、
前記初期波は、前記出力信号の立ち上がり開始から所定時間までの波形、又は、前記出力信号の立ち下がり開始から前記所定時間までの波形である、計測方法。

【請求項6】

前記対象物に関する情報として、当該対象物の三次元位置の情報を取得する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音波を用いて対象物に関する情報を取得するための計測方法及び計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

放射された音波を受けた対象物からの反射波をセンサによって受信し、その対象物の例えば三次元位置を計測するシステムが知られており、その中でも超音波を用いる方法がある。例えば、パルスレーザをレンズにより集光させ物質に照射するとレーザ誘起ブレークダウンという現象が起き、この現象によりプラズマ光及び超音波（レーザパルス超音波）が発生する。そこで、この超音波を用いて、例えば特許文献１に開示されているように、対象物に関する情報（例えば、三次元位置や三次元形状）を取得することができる。

【0003】

図１１は、従来の計測システム９０を簡略化して示す構成図である。この計測システム９０は、パルスレーザを発生させるレーザ発生装置９１と、このレーザ発生装置９１により発生したパルスレーザを集光するレンズ９２ａやビームエキスパンダ９２ｂ等を含む光学部９３と、レンズ９２ａにより集光したパルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウンを発生させる発生部９４（水入りバルーン）と、複数（図例では三つ）のセンサ９５とを備えている。レーザ誘起ブレークダウンの発生により放射された超音波は対象物９９の表面で反射し、各センサ９５は、この反射波を受信する。

【0004】

反射波を受信することで複数のセンサ９５から出力された信号（アナログ信号）は、アンプ９６ａにより増幅され変換器９６ｂによりデジタル変換され、この信号を用いてコンピュータ装置を含む処理装置９６によって対象物９９に関する情報が取得される。なお、三次元空間において対象物９９（例えば、位置）を検知するためには異なる位置に設置された少なくとも三つのセンサ９５の信号を要することは公知であり、前記特許文献１では合成開口法により、対象物９９に関する情報として画像（形状）が取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２８１６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記のように、放射した音波（超音波）の反射波を用いて対象物９９に関する計測を行う技術では、音波の発生時刻（発生タイミング）と反射波の受信時刻（受信タイミング）との時間計測が必要である。しかし、図１２に示すように、センサ９５から出力される信号には、対象物９９の反射波Ｐ２による信号の他に、音波の発生部９４からセンサ９５に直接的に到達した直接波Ｐ１による信号が含まれ、更には、これら直接波及び反射波の受信により発生する振動波による信号が含まれる。前記振動波は、センサ９５の受信面が振動することにより出力されるものであり、センサ９５によって様々な態様となる。また、センサ９５が劣化（経年変化）することによって振動波の態様が変化することもある。

【0007】

センサ９５の出力信号は、様々な波形が重なっており、また、振動波を含むことから時間経過に沿って尾を引くような信号となる。このような信号から、反射波（受信時刻）を特定するために、従来では、処理装置９６の機能（例えばバンドパスフィルタ）により、不要であると推測される周波数成分を削除するフィルタ処理が多段階で実行されている。しかし、不要となる周波数成分が明らかな帯域については、フィルタ処理は有効であるが、明らかでない帯域も存在し、この場合、フィルタ処理が有効に機能せず、必要な信号まで削除されてしまう可能性があり、反射波の受信時刻（受信タイミング）を正確に特定することは困難である。この特定が不正確であると、例えば対象物の位置の計測結果の精度は低くなってしまう。

【0008】

そこで、本発明は、反射波の受信タイミングを精度良く特定することが可能となり、対象物に関する情報を取得することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の計測方法は、パルスレーザを集光することで発生させたレーザ誘起ブレークダウンにより発生部から超音波を放射し、当該超音波を受けた対象物からの反射波をセンサにより受信し、当該センサからの出力信号に基づいて当該対象物に関する情報を処理装置が取得する方法であって、前記処理装置は、前記出力信号により受信波を取得し、当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定し、前記対象物に関する情報を取得する。
この計測方法によれば、センサの出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物に関する正確な情報を取得することが可能となる。
この計測方法によれば、例えば、前記対象物に関する情報として、当該対象物の三次元位置の情報を取得することができる。

【0010】

また、前記計測方法において、前記発生部の周囲に対象物が存在していない状態で超音波を発生させて、センサの出力信号により取得された受信波から、前記基準波を抽出してもよいが、前記基準波は、当該基準波との相関値を求める対象となる前記受信波から抽出された波形であるのが好ましい。この場合、センサの劣化等によって出力信号が変化する場合や、超音波及び反射波の伝搬物の違いによってセンサの出力信号が変化する場合であっても、対応可能となる。

【0011】

また、前記処理装置は、前記出力信号からノイズ信号を除去して前記受信波を取得し、前記ノイズ信号が除去された前記受信波から前記基準波を抽出すると共に、前記ノイズ信号が除去された前記受信波と前記基準波との相関値のデータを生成するのが好ましい。この場合、センサの出力信号から、明らかに不要な周波数成分（前記ノイズ信号）を除去することができ、より一層正確な情報を取得することが可能となる。

【0012】

また、本発明の計測システムは、パルスレーザを発生させるレーザ発生装置と、前記レーザ発生装置により発生させたパルスレーザを集光するレンズを含む光学部と、前記レンズにより集光した前記パルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウンを発生させる発生部と、前記レーザ誘起ブレークダウンの発生により放射される超音波を受けた対象物からの反射波を受信する複数のセンサと、前記センサからの出力信号に基づいて前記対象物に関する情報を取得する処理装置と、を備え、前記処理装置は、前記出力信号により受信波を取得する取得部と、当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成すると共に、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定する第一処理部と、特定した前記受信タイミングに基づいて前記対象物に関する情報を取得する第二処理部と、を有している。
この計測システムによれば、センサの出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物に関する正確な情報を取得することが可能となる。

【0013】

また、前記計測方法では、超音波を用いたが、超音波以外であってもよく、その計測方法は、放射した音波を受けた対象物からの反射波をセンサにより受信し、当該センサからの出力信号に基づいて当該対象物に関する情報を処理装置が取得する方法であって、前記処理装置は、前記出力信号により受信波を取得し、当該受信波の初期波を基準波として抽出し、取得した受信波の時間経過に沿って当該受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し、当該相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定し、前記対象物に関する情報を取得する。
この計測方法によれば、センサの出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物に関する正確な情報を取得することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、センサの出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物に関する正確な情報を取得することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の計測システムの一例を簡略化して示す構成図である。

【図2】処理装置の機能を説明するブロック図である。

【図3】第一のセンサの受信波（検出波形）を示す説明図である。

【図4】ノイズ信号が除去された受信波を示す説明図である。

【図5】基準波を示す説明図である。

【図6】相関値の時系列データを示す説明図である。

【図7】図６に示すデータを平滑化した結果を示す説明図である。

【図8】（Ａ）第一のセンサによる時系列データを示す説明図、（Ｂ）第二センサによる時系列データを示す説明図、（Ｃ）第三センサによる時系列データを示す説明図である。

【図9】処理装置が行う処理のフロー図である。

【図10】他の形態の計測システムの一例を簡略化して示す構成図である。

【図11】従来の計測システムを簡略化して示す構成図である。

【図12】計測システムの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明の計測システムの一例を簡略化して示す構成図である。図１に示す計測システム１０は、集光させたパルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウン（誘電破壊）を生じさせ、このレーザ誘起ブレークダウンにより発生した超音波を用いて対象物７に関する情報を取得するためのものである。本実施形態では、対象物７に関する情報として、対象物７の三次元位置の情報を取得する。なお、対象物７に関する情報としては、他の情報であってもよく、例えば対象物７の形状（画像）等であってもよい。

【0017】

図１に示す計測システム１０は、パルスレーザを発生させるレーザ発生装置１１と、発生させたパルスレーザを導くための光学部１２と、超音波が発生する発生部１４と、複数（図１では三つ）のセンサ２１，２２，２３と、処理装置１６とを備えている。この計測システム１０は、更に、取り付け部材２０を備えており、この取り付け部材２０に発生部１４と、センサ２１，２２，２３とが搭載されている。取り付け部材２０が計測システム１０のヘッドとなり、このヘッド（取り付け部材２０）を様々な位置に設置することができる。図１に示す取り付け部材２０は、円盤状の部材であり、中央にパルスレーザを通過させる孔が設けられている。なお、取り付け部材２０は図１に示す形態以外であってもよい。

【0018】

発生部１４内（パルスレーザが透過可能な液中、例えば水中）において、集光させたパルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウン（誘電破壊）を生じさせ、このレーザ誘起ブレークダウンにより超音波を発生させる。図１では、取り付け部材２０が、対象物７が存在している水槽８内に投入されている場合を説明している。なお、このような、パルスレーザが透過可能な水中以外に、後述する水入りバルーン１４ａを有する発生部１４とすれば、この発生部１４を搭載する取り付け部材２０が、パルスレーザが透過不可能な液中にあっても、この計測システム１０を用いることができ、また、パルスレーザの集光点に物体（粒子）を存在させれば大気中であっても、この計測システム１０を用いることができる。パルスレーザが透過可能な水中、大気中で用いられる場合、バルーン１４ａは無くてもよい。バルーン１４ａが無い場合、発生部１４はパルスレーザの集光位置である。なお、水中や大気中等の三次元空間において対象物７（例えば、その位置）を、超音波（その反射波）を用いて検知するためには、異なる位置に設置された少なくとも三つのセンサ（２１，２２，２３）の信号を要することは、一般的に知られている。

【0019】

取り付け部材２０は、複数のセンサ２１，２２，２３を集約して取り付けるためのフレームとして機能する。センサ２１，２２，２３は、相互が離れて設置されている。なお、対象物７の三次元情報（三次元位置）を取得するために、本実施形態ではセンサの数を三つとしているが、四つ以上としてもよい。センサの数を増やすことで、対象物７の検知範囲を広くすることができ、また、計測精度を高めることができる。取り付け部材２０には、パルスレーザを通過させる光ファイバ（図示せず）が接続されている。この光ファイバは、パルスレーザを通し、取り付け部材２０まで運ぶ。

【0020】

レーザ発生装置１１は、パルスレーザを発生させ出力することができ、本実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを出力する。レーザ波長を例えば１０６４ナノメートルとすることができるが、他の波長であってもよい。パルスレーザを発生させる繰り返し周波数は例えば１Ｈｚ〜２０Ｈｚである。

【0021】

光学部１２は、レーザ発生装置１１により発生させたパルスレーザを集光するレンズ１３を含む他、減衰器４６、ミラー４７，４８、及びビームエキスパンダ４９を有している。減衰器４６は、パルスレーザの出力を調整する。ビームエキスパンダ４９は、パルスレーザのビーム径を拡大する。レンズ１３に入射させるパルスレーザのビーム径が大きいほどレンズ焦点位置にパルスレーザの出力を集中させやすく、所望の位置でレーザ誘起ブレークダウンを発生させることができる。レンズ１３は、単焦点レンズであり、球面収差が小さいものとされている。

【0022】

本実施形態の発生部１４は、水入りバルーン１４ａを有する構成であり、パルスレーザが作用する。つまり、発生部１４は、レーザ誘起ブレークダウンを発生させる水を含む構成である。水槽８に水が溜められている場合、バルーン１４ａは省略されていてもよい。レンズ１３によりパルスレーザを集光させ、バルーン１４ａ内において、集光させたパルスレーザによりレーザ誘起ブレークダウンを発生させる。レーザ誘起ブレークダウンの発生により、超音波（レーザパルス超音波）が発生する。超音波は球面波として放射され、周囲に伝搬する。

【0023】

レーザ発生装置１１のレーザ発生のタイミングは、処理装置１６によって制御されており、そのタイミングで、超音波（レーザ誘起ブレークダウン）が発生しており、超音波の発生タイミング（発生時刻）については処理装置１６が取得することができる。

【0024】

センサ２１，２２，２３それぞれは、超音波センサ（ハイドロホン）であり、レーザ誘起ブレークダウンの発生により放射された超音波を受けた対象物７からの反射波を受信する。反射波を受信することでセンサ２１，２２，２３それぞれが出力する信号（アナログ信号）は、アンプ２７によって増幅され、この信号を用いて処理装置１６が各種の情報処理を実行する。本実施形態では、処理装置１６は、相互に離れた三つのセンサ２１，２２，２３からの出力信号を取得し、これら出力信号に基づいて対象物７の三次元位置の情報を取得する。処理装置１６がこの情報を取得するために行う処理は、例えば開口合成法による演算である。超音波の速度は既知であることから、発生部１４で発生した超音波の発生時刻（発生タイミング）と、センサ２１，２２，２３それぞれが受信した反射波の受信時刻（受信タイミング）とによって、対象物７の位置を取得することができる。

【0025】

図２は、処理装置１６の機能を説明するブロック図である。処理装置１６は、取得部６１と、第一処理部６２と、第二処理部６３とを有している。処理装置１６は、更に、メモリ等により構成されている記憶部６４を有している。処理装置１６は、コンピュータ装置を含むことで構成されている。コンピュータ装置に記憶されているプログラムにしたがってＣＰＵが各種処理を実行することで、前記取得部６１、第一処理部６２及び第二処理部６３としての機能が実現される。または、これら機能部の一部は、別の機器によって構成されていてもよい。

【0026】

取得部６１は、変換器（高速デジタイザ）の機能を有し、センサ２１，２２，２３それぞれの出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、この出力信号により受信波を取得する（図９のステップＳｔ１）。図９は、処理装置１６が行う処理のフロー図である。図９に示すステップＳｔ１〜Ｓｔ５の繰り返し周期が、パルスレーザの繰り返し周波数（１Ｈｚ〜２０Ｈｚ）と同じになる。取得部６１は、センサ２１，２２，２３毎に所定のサンプリング周波数で受信波を取得する。このサンプリング周波数は、２０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ程度とすることができる。取得した受信波のデータは、センサ２１，２２，２３毎に対応付けられて記憶部６４に記憶される。このために記憶部６４は、センサ２１，２２，２３毎の記憶領域を有している。図３に、第一のセンサ２１の受信波（検出波形）を示す。図３に示すグラフにおいて、縦軸は信号電圧であり、横軸は時間である。

【0027】

本実施形態では、取得部６１は、前記出力信号からノイズ信号を除去するために、バンドパスフィルタの機能を有している。つまり、取得部６１は、前記出力信号からノイズ信号を除去し、ノイズ信号が除去された受信波を取得し、この受信波のデータを記憶部６４に記憶させる。図４に、ノイズ信号が除去された受信波を示す。図４に示すグラフおいて、縦軸は信号電圧であり、横軸は時間である。なお、図３と図４では、縦軸及び横軸のスケールは異なっている。横軸の時間については、データのサンプリング数と時刻とが対応付けられることから、横軸はサンプリング数（プロット数）であってもよい。ノイズ信号が小さい場合、ノイズ除去せずに記憶部６４に記憶させてもよい。

【0028】

第一処理部６２は、取得部６１が取得した受信波から基準波を生成する（図９のステップＳｔ２）。具体的には、第一処理部６２は、受信波の初期波を基準波として抽出する。本実施形態では、前記のとおり出力信号からノイズ信号が除去されているため、第一処理部６２は、ノイズ信号が除去された受信波から基準波を抽出する。抽出する基準波には、各センサの出力信号の立ち上がり（又は立ち下がり）の波形及びこの立ち上がり（又は立ち下がり）開始から所定時間までの波形が含まれる。図４において、初期波の領域を二点鎖線で囲む範囲内（符号Ｋ）としている。抽出した基準波を図５に示す。

【0029】

前記所定時間は、例えば１マイクロ秒〜２マイクロ秒程度とすることができる。本実施形態では、前記所定時間は、各センサが、発生部１４から放射された超音波の直接波を受信したタイミングを含む時間（直接波を受信したタイミングを含み対象物７の反射波を受信するタイミングを含まない時間）に設定されている。このため、基準波には直接波が含まれる（反射波が含まれない）。基準波のデータは受信波毎（つまり、センサ毎）に記憶部６４に記憶される。

【0030】

第一処理部６２は、更に、記憶部６４に記憶されている各受信波と、取得した受信波から抽出した初期波との相関値のデータを求める（図９のステップＳｔ３）。本施形態では、基準波を抽出した受信波と、その基準波との相関値のデータが求められる。相関値のデータは、受信波の時間経過に沿って求められ、相関値についての時系列データが生成される。図６に、相関値の時系列データを示す。図６において、縦軸は相関値であり、横軸は時間である。なお、図６においても、横軸の時間については、データのサンプリング数と時刻とが対応付けられることから、横軸はサンプリング数（プロット数）であってもよい。

【0031】

このように、第一処理部６２は、受信波の初期波を基準波として抽出し（更に、基準波を記憶させ）、取得した受信波の時間経過に沿ってこの受信波と基準波との相関値のデータを生成する。本実施形態の第一処理部６２は、更に、生成した相関値のデータの信号を平滑化する処理を行う機能も有している。本実施形態では、第一処理部６２は、平滑化する処理として畳み込み積分の演算を行う。図７に、図６に示すデータを平滑化した結果を示す。

【0032】

図８（Ａ）は、取得部６１が、第一のセンサ２１の出力信号により受信波を取得し（図３参照）、第一処理部６２が、この受信波の初期波を基準波として抽出し（図４及び図５参照）、取得した受信波の時間経過に沿ってこの受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し（図６参照）、更に本実施形態では、この相関値のデータを平滑化する処理を行って得た、時系列データである。

【0033】

基準波には、前記のとおり、直接波と反射波とが含まれている。このため、第一処理部６２は、相関値の最初のピークのタイミングを、第一のセンサ２１が直接波を受信した時刻（受信タイミング）に相当すると判定し、相関値の二番目のピークのタイミングを、第一のセンサ２１が反射波を受信した時刻（受信タイミング）に相当すると判定する。なお、図８（Ａ）では、最初に相関値のピークが現れる領域のデータ群が削除されている。この削除する処理は、第一処理部６２によって実行される。このため、図８（Ａ）では、最初のピークのタイミングが、反射波を受信した時刻（受信タイミング）に相当する。このように、第一処理部６２は、相関値の高いデータから、センサ２１による反射波の受信タイミングを特定する（図９のステップＳｔ４）。

【0034】

以上の各処理は、処理装置１６により、第二のセンサ２２の出力信号についても実行され（図８（Ｂ）参照）、第三のセンサ２３の出力信号についても実行される（図８（Ｃ）参照）。なお、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す各センサの処理結果は、規格化の演算がされており、相関値のピークの最大値が定数（本実施形態では「１」）に揃えられている。この規格化の処理は、第一処理部６２が実行してもよく、第二処理部６３が実行してもよい。

【0035】

そして、第二処理部６３は、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すセンサ２１，２２，２３それぞれから生成されたデータに基づいて、対象物７の三次元位置の情報を演算により取得する（図９のステップＳｔ５）。このために第二処理部６３は、本実施形態の場合、開口合成法による演算を行う。超音波の速度は既知であり、また、発生部１４での超音波（レーザ誘起ブレークダウン）の発生時刻は、前記のとおり処理装置１６が取得している。そこで、第二処理部６３は、発生部１４で発生した超音波の発生時刻（発生タイミング）と、前記のとおり特定したセンサ２１，２２，２３それぞれにおける反射波の受信時刻（受信タイミング）とによって、センサ２１，２２，２３それぞれの位置を基準とした、対象物７の予想位置を示す三つの予想曲面（予想曲線）を求め、これら予想曲面（予想曲線）の交点を対象物７の位置と判定し、この位置を示す座標情報を取得することが可能となる。このように、処理装置１６は、特定した反射波の受信タイミングに基づいて対象物７に関する情報を取得することができる。具体的な計算方法として、尤度関数を用いる方法がある。例えば空間をメッシュ状に分割し、その一つ一つの尤度を求める方法である。

【0036】

以上より、前記構成を有する計測システム（図１参照）が行う計測方法は、パルスレーザを集光することで発生させたレーザ誘起ブレークダウンにより発生部１４から超音波を放射し、この超音波を受けた対象物７からの反射波をセンサ２１，２２，２３により受信し、これらセンサ２１，２２，２３からの出力信号に基づいて対象物７に関する情報を処理装置１６が取得する方法である。処理装置１６は、センサ２１，２２，２３からの出力信号により受信波を取得し（図９のステップＳｔ１）、この受信波の初期波を基準波として抽出し（図９のステップＳｔ２）、取得した受信波の時間経過に沿ってこの受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し（図９のステップＳｔ３）、この相関値の高いデータから前記反射波の受信タイミングを特定し（図９のステップＳｔ４）、対象物７に関する情報を取得する（図９のステップＳｔ５）。

【0037】

この計測方法によれば、センサ２１，２２，２３の出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物７に関する正確な情報を取得することが可能となる。また、相関値のデータを用いることにより、受信波において重なった波形を見分けることが可能となり、空間分解能が向上する。

【0038】

また、前記の処理は、刻々と実行される。例えば、前記のとおり、パルスレーザは周期的に発生されることから（例えば、繰り返し周波数１Ｈｚ〜２０Ｈｚ）、この周期と同じ、又は、この周期の整数倍の周期で、ステップＳｔ１からステップＳｔ５の処理を繰り返して処理装置１６は実行する。これにより、対象物７が移動する場合であっても、その移動位置（軌跡）の情報を取得することが可能となる。

【0039】

基準波の抽出処理（図９のステップＳｔ２）及び相関値のデータの生成処理（図９のステップＳｔ３）に関して、次の手段を採用することもできる。つまり、まず、発生部１４の周囲に対象物７が存在していない状態で超音波を発生させて、センサ２１，２２，２３の出力信号により受信波をセンサ毎に取得し、この受信波の初期波を基準波として抽出し、これをセンサ毎に記憶部６４に記憶させる。そして、その後において、対象物７が存在している環境で、発生部１４において発生させた超音波による反射波をセンサ２１，２２，２３が受信し、受信波を取得すると、この受信波と、予め記憶部６４に記憶させていた前記基準波との相関値のデータを生成してもよい。

【0040】

しかし、本実施形態では、基準波を、前記のように予め取得して記憶させていた（共通の）波形とするのではなく、受信波が取得されると、その受信波から基準波を抽出し、この抽出した基準波と、基準波が抽出された受信波との相関値のデータを生成している。つまり、基準波は、この基準波との相関値を求める対象となる受信波から抽出された波形である。これにより、例えばセンサ２１，２２，２３の劣化等によって出力信号が変化する場合や、超音波及び反射波の伝搬物の違いによってセンサ２１，２２，２３の出力信号が変化する場合であっても、対応可能となる。

【0041】

また、本実施形態では、前記のとおり、処理装置１６の取得部６１は、センサ２１，２２，２３の出力信号からノイズ信号を除去して受信波を取得し、第一処理部６２は、このノイズ信号が除去された受信波から基準波を抽出すると共に、このノイズ信号が除去された受信波と基準波との相関値のデータを生成する。この構成により、センサ２１，２２，２３の出力信号から、明らかに不要な周波数成分（前記ノイズ信号）を除去することができ、より一層正確な情報を取得することが可能となる。

【0042】

また、前記計測方法では、超音波を用いたが、超音波以外であってもよく、その計測方法は、図１０に示すように、発生部７４から音波を放射し、この音波を受けた対象物７からの反射波をセンサ２１，２２，２３により受信し、これらセンサ２１，２２，２３からの出力信号に基づいて対象物７に関する情報を処理装置１６が取得する方法である。図１０に示す発生部７４は、音源装置とすることができる。なお、図１０に示す形態と図１に示す形態とで同じ構成については同じ符号を付している。そして、図１０に示す形態において、処理装置１６は、センサ２１，２２，２３の出力信号により受信波を取得し（更に、これを記憶し）、この受信波の初期波を基準波として抽出し（更に、これを記憶し）、取得した受信波の時間経過に沿ってこの受信波と前記基準波との相関値のデータを生成し、相関値の高いデータ（の時刻）から反射波の受信タイミングを特定し、対象物７に関する情報を取得する。図１０に示す形態では、超音波の代わりに音波を用いる点で、図１に示す形態と異なっているが、処理装置１６が実行する処理は同じであり、ここでは説明を省略する。

【0043】

この計測方法によれば、センサ２１，２２，２３の出力信号により取得された受信波の中から、反射波の受信タイミングが精度良く特定され、対象物７に関する正確な情報を取得することが可能となる。なお、図１に示す形態で説明した処理装置１６が行う各種処理を、図１０に示す処理装置１６も行うことができる。

【0044】

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の計測システム及び計測方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、前記実施形態では、センサの数を三つとしたが、これ以外であってもよい。つまり、センサは少なくとも三つとするのが好ましく、四つ以上とすることができる。
また、前記実施形態では、発生部１４は、バルーン１４ａを有する場合について説明したが、バルーン１４ａを省略してもよい。

【符号の説明】

【0045】

７：対象物 １０：計測システム １１：レーザ発生装置
１２：光学部 １３：レンズ １４：発生部
１４ａ：バルーン １６：処理装置 ２１，２２，２３：センサ
６１：取得部 ６２：第一処理部 ６３：第二処理部
７４：発生部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】