特許 7517595 測距装置、測距装置の制御方法及び測距システム

(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】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】測距装置、測距装置の制御方法及び測距システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/484 20060101AFI20240709BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20240709BHJP

   G01S 17/88 20060101ALI20240709BHJP

   G01S 17/04 20200101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

G01S7/484

G01S17/89

G01S17/88

G01S17/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023509966

(86)(22)【出願日】2021-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2021013546

(87)【国際公開番号】W WO2022208661

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】武井 大祐

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０９８２６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０４８２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０３６３８６２（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３６４３８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ１７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／０６－ ３／０８

Ｇ０１Ｂ１１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記距離に応じて前記入射位置に入射するレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整するビーム径調整手段と、
前記光出射手段から前記入射位置に前記第２のビーム径で入射した前記レーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成するデータ生成手段と、
を備え、
前記対象物は、通信鉄塔であり、
前記ビーム径調整手段は、前記入射位置における前記第２のビーム径が前記入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、前記レーザ光のビーム径を調整し、
前記データ生成手段は、前記光出射手段から前記対象物の同じ前記入射位置に、前記第２のビーム径の前記レーザ光を複数回入射させ、前記反射光を複数回受光し、前記入射位置からの前記反射光の強度が、同じ前記入射位置から以前に取得された前記反射光の強度よりも減少した場合、前記入射位置においてボルトが外れたことを示す前記センシングデータを生成する、
測距装置。

【請求項2】

前記データ生成手段は、前記入射位置における前記第２のビーム径に応じた空間分解能に応じて、前記センシングデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記データ生成手段は、前記センシングデータとして、前記入射位置における前記第２のビーム径に応じた空間分解能に応じて、前記対象物の三次元モデルを生成することを特徴とする請求項２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記センシングデータを出力する制御を実行する出力制御手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項5】

前記距離に応じた強度で、前記第２のビーム径の前記レーザ光を前記光出射手段に出力させる強度調整手段を更に備える、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項6】

前記光出射手段を制御する光照射制限手段を更に備え、
前記距離計測手段は、前記光出射手段と複数の前記入射位置の各々との間の複数の前記距離を測定し、
前記光照射制限手段は、前記複数の前記距離のうちの閾値以上の前記距離の前記入射位置に対して前記第２のビーム径の前記レーザ光を前記光出射手段に出力させ、前記複数の前記距離のうちの前記閾値未満の前記距離の前記入射位置に対して前記第２のビーム径の前記レーザ光を前記光出射手段に出力させず、
前記データ生成手段は、前記閾値以上の前記距離の前記入射位置に対して前記第２のビーム径で入射した前記レーザ光に対応する反射光と、前記閾値未満の前記距離の前記入射位置に対して前記第１のビーム径で入射した前記レーザ光に対応する反射光とに基づいて、前記センシングデータを生成する、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項7】

光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測し、
前記距離に応じて前記対象物に入射するレーザ光のビーム径を、前記第１のビーム径に比して小さい第２のビーム径に調整し、
前記光出射手段から前記第２のビーム径で入射した前記レーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成し、
前記対象物は、通信鉄塔であり、
前記対象物に関するセンシングデータを生成するとき、
前記光出射手段から前記対象物の同じ前記入射位置に、前記第２のビーム径の前記レーザ光を複数回入射させ、前記反射光を複数回受光し、前記入射位置からの前記反射光の強度が、同じ前記入射位置から以前に取得された前記反射光の強度よりも減少した場合、前記入射位置においてボルトが外れたことを示す前記センシングデータを生成する、
測距装置の制御方法。

【請求項8】

光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記距離に応じて前記入射位置に入射するレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整するビーム径調整手段と、
前記光出射手段から前記入射位置に前記第２のビーム径で入射した前記レーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成するデータ生成手段と、
を備え、
前記対象物は、通信鉄塔であり、
前記ビーム径調整手段は、前記入射位置における前記第２のビーム径が前記入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、前記レーザ光のビーム径を調整し、
前記データ生成手段は、前記光出射手段から前記対象物の同じ前記入射位置に、前記第２のビーム径の前記レーザ光を複数回入射させ、前記反射光を複数回受光し、前記入射位置からの前記反射光の強度が、同じ前記入射位置から以前に取得された前記反射光の強度よりも減少した場合、前記入射位置においてボルトが外れたことを示す前記センシングデータを生成する、
測距システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）による測定における空間分解能を向上させることが可能な測距装置、測距装置の制御方法及び測距システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光を対象物に対して出射し、対象物から受光した反射光に基づいて、対象物の表面状態等を検出するＬｉＤＡＲと呼ばれる技術が用いられている。例えば、特許文献１には、ＬｉＤＡＲによる測定における距離測定分解能を向上する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１５４８６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

また、近年、対象物の表面における細かい傷、細かいひび又は細かい凹凸形状などを検出する観点から、ＬｉＤＡＲによる測定における空間分解能を向上することが求められている。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＬｉＤＡＲ等による測定における空間分解能を向上させることが可能な測距装置、測距装置の制御方法及び測距システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の測距装置は、
光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記距離に応じて前記入射位置に入射する前記レーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整するビーム径調整手段と、
前記光出射手段から前記入射位置に前記第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成するデータ生成手段と、
を備え、
前記ビーム径調整手段は、前記入射位置における前記第２のビーム径が前記入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、前記レーザ光のビーム径を調整する。

【0007】

または、本発明の測距装置の制御方法は、
光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測し、
前記距離に応じて前記対象物に入射するレーザ光のビーム径を、前記第１のビーム径に比して小さい第２のビーム径に調整し、
前記光出射手段から前記第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成する。

【0008】

または、本発明の測距システムは、
光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、前記光出射手段と前記入射位置との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記距離に応じて前記入射位置に入射する前記レーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整するビーム径調整手段と、
前記光出射手段から前記入射位置に前記第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、前記対象物に関するセンシングデータを生成するデータ生成手段と、
を備え、
前記ビーム径調整手段は、前記入射位置における前記第２のビーム径が前記入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、前記レーザ光のビーム径を調整する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ＬｉＤＡＲ等による測定における空間分解能を向上させることが可能な測距装置、測距装置の制御方法及び測距システムを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態における測距装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施形態における測距装置の詳細を説明するための図である。

【図3】本発明の第１の実施形態における測距装置の詳細を説明するための図である。

【図4】本発明の第１の実施形態における測距装置の詳細を説明するための図である。

【図5】本発明の第１の実施形態における測距装置の詳細を説明するための図である。

【図6】本発明の第１の実施形態における測距装置の動作例を示すフローチャートである。

【図7】本発明の第１の実施形態における測距装置の変形例の構成例を示すブロック図である。

【図8】本発明の第２の実施形態における測距装置の構成例を示すブロック図である。

【図9】本発明の第２の実施形態における測距装置の動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態における測距装置１について、図１、図２、図３、図４、図５及び図６に基づき説明する。図１は、測距装置１の構成例を示すブロック図である。図２、図３、図４及び図５は、測距装置１の詳細を説明するための図である。図６は、測距装置１の動作例を説明するためのフローチャート図である。

【0012】

測距装置１の構成について説明する。測距装置１は、光源部１０及び制御部２０を備える。なお、図１において、光源部１０及び制御部２０は一体に設けられているが、別体であっても良い。光源部１０及び制御部２０は、不図示の通信手段により互いに通信可能である。

【0013】

光源部１０は、光出射手段１１及び光受光手段１３を備える。光出射手段１１は、監視対象ＭＴにレーザ光を照射する。具体的には、レーザ光は、パルス状のレーザ光である。例えば、光出射手段１１は、図２、図３、図４及び図５に示されるように、光源部１０に設けられた光入出力端ＯＩからレーザ光を照射する。これにより、照射されたレーザ光は、光路ＯＰに沿って伝搬し、監視対象ＭＴの入射位置ＦＰに入射する。光路ＯＰは、光入出力端ＯＩと入射位置ＦＰとを結ぶ線分である。ここで、監視対象ＭＴは、通信鉄塔であるとする。光出射手段１１は、予め設定された角度でレーザ光を出射することにより、監視対象ＭＴにレーザ光を照射する。

【0014】

また、光受光手段１３は、監視対象ＭＴの入射位置ＦＰで反射されたレーザ光（以下、「レーザ反射光」とする。）を受光する。例えば、光受光手段１３は、図２、図３及び図４の例においては、監視対象ＭＴからのレーザ反射光を、光路ＯＰ及び光入出力端ＯＩを介して受光する。また、後述のように光源部１０がレーザ光を照射する方向を変化させることで、光受光手段１３は、図５に示されるように、異なる反射点ＦＰ１、ＦＰ２及びＦＰ３からのレーザ反射光を受信することができる。

【0015】

次に、制御部２０について説明する。制御部２０は、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３及び出力制御手段２４を備える。なお、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３及び出力制御手段２４は、一つの制御部２０に設けられている必要はなく、それぞれが別の装置に設けられたうえで一つのシステムとして動作しても良い。また、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３及び出力制御手段２４の各々をコンピュータ等の情報処理装置に実現させるプログラムが、ハードディスクドライブなどの記憶媒体により格納されてもよい。

【0016】

距離計測手段２１は、光出射手段１１から監視対象物ＭＴの入射位置ＦＰに入射したレーザ光の反射光に基づき、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離を計測する。

【0017】

ここで、図２、図３、図４及び図５を用いて、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離を計測する方法の詳細を説明する。図２は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸によって、光源部１０と監視対象ＭＴとの位置関係を示すものである。また、図３は、ｚ軸及びａ軸によって、光源部１０と監視対象ＭＴとの位置関係を示すものである。ａ軸は、光路ＯＰをｘｙ平面上に正射影することによって得られる。また、図４は、ｘｙ平面上における、光源部１０と監視対象ＭＴとの位置関係を示すものである。

【0018】

光出射手段１１は、図２に示されるように、ｘｙ平面を基準とする任意の仰俯角θ１で示される方向に、レーザ光を出射する。図３において、仰俯角θ１とは、レーザ光の光入出力端ＯＩから鉛直下向きに伸びる直線と、光路ＯＰによって形成される角である。

【0019】

また、光出射手段１１は、図２に示されるように、ｘ軸を基準とする任意の方位角θ２で示される方向に、レーザ光を出射する。図４において、方位角θ２は、ｘｙ平面上に設定された基準線Ｌと、光路ＯＰによって形成される角である。仰俯角θ１及び方位角θ２の各々は、互いに独立して、距離計測手段２１によって設定される。

【0020】

距離計測手段２１は、光出射手段１１によりレーザ光が照射されてから、光受光手段１３によりレーザ反射光が受光されるまでの時間（以下、時間ｔとする）から光路ＯＰの長さを求める。具体的には、光路ＯＰの長さは、時間ｔに光速を乗じた値を２で除することにより求められる。

【0021】

光源部１０が仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させることにより、レーザ光は異なる入射位置ＦＰに入射する。光源部１０は、予め定められた複数の仰俯角θ１及び複数の方位角θ２に従ってレーザ光を照射することにより、監視対象ＭＴの複数の入射位置ＦＰで反射された反射レーザ光を受光する。これにより、距離計測手段２１は、監視対象ＭＴの複数の入射位置ＦＰごとに、光出射手段１１の光入出力端ＯＩからの距離（光路ＯＰの長さ）を求める。

【0022】

例えば、光源部１０は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させることにより、異なる入射位置ＦＰにレーザ光を入射させる。例えば、光源部１０は、仰俯角θ１を変化させることにより、図５に示される光路ＯＰ１、光路ＯＰ２及び光路ＯＰ３に沿ってレーザ光を出力し、入射位置ＦＰ１、ＦＰ２及びＦＰ３の各々からレーザ反射光を受光する。距離計測手段２１は、前述の距離を計測する方法に従って、各入射位置までの距離（光路ＯＰの長さ）を求める。この際、距離計測手段２１は、レーザ光を出射した時点での仰俯角θ１及び方位角θ２と、当該レーザ光が反射された入射位置までの距離とを対応付けて、ビーム径調整手段２２に出力する。

【0023】

ビーム径調整手段２２は、距離計測手段２１が求めた距離に応じて、光出射手段１１から対象物の入射位置ＦＰに入射するレーザ光のビーム径に調整する。前述の通り、距離計測手段２１は、光出射手段１１から出力されたレーザ光のレーザ反射光に基づいて、入射位置ＦＰと光出射手段１１の距離を計測した。光出射手段１１は、距離計測手段２１が距離を計測する際に、光出射手段１１内に設けられたビームエキスパンダから、予め定められたビーム径のレーザ光を出射する。この際、ビームエキスパンダにおける複数のレンズ間の距離は、ビームエキスパンダから平行なレーザ光が出射されるように設定されている。出射された時点で平行なレーザ光は、入射位置ＦＰに入射するまでに拡散した後に、入射位置ＦＰに入射する。出射された時点で平行なレーザ光が入射位置ＦＰに入射した時点のビーム径を第１のビーム径とする。距離計測手段２１は、入射位置ＦＰまでの距離及び出射時点のレーザ光のビーム径に基づいて、第１のビーム径を求めることができる。なお、ビームエキスパンダは、光源部１０内に設けられていても良く、また制御部２０に設けられていても良い。

【0024】

ビーム径調整手段２２は、距離計測手段２１から出力された入射位置までの距離に基づいて、当該入射位置に対応付けられた仰俯角θ１及び方位角θ２で光出射手段１１から入射位置ＦＰに入射するレーザ光のビーム径を、第２のビーム径として設定する。具体的には、ビーム径調整手段２２は、距離計測手段２１が求めた距離においてレーザ光が出射された時点よりも収束するように、ビームエキスパンダを制御する。たとえば、ビーム径調整手段２２は、ビームエキスパンダに含まれる複数のレンズ間の距離と入射位置ＦＰまでの距離を対応付けたルックアップテーブルを参照する。これにより、ビーム径調整手段２２は、入射位置ＦＰまでの距離に応じてレンズ間の距離を、平行なレーザ光を出射していた時点から調整することにより、異なる距離に入射位置ＦＰに、第１のビーム径よりも小さい第２のビーム径でレーザ光を入射させることができる。ビーム径調整手段２２は、仰俯角θ１及び方位角θ２に、第２のビーム径を対応付けて、データ生成手段２３に出力する。

【0025】

データ生成手段２３は、光出射手段１１から入射位置ＦＰに第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、対象物ＭＴに関するセンシングデータを生成する。具体的には、データ生成手段２３は、ビーム径調整手段２２からの仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた入射位置ＦＰまでの距離を、光出射手段１１に出力する。光出射手段１１は、上記と同様に、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させることにより、異なる入射位置ＦＰに対してレーザ光を出力する。この際、光出射手段１１は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させるたびに、変化後の仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた入射位置ＦＰにおいて、第２のビーム径でレーザ光が入射するようにビームエキスパンダを制御する。データ生成手段２３は、第２のビーム径で監視対象物ＭＴに入射したレーザ光のレーザ反射光に基づいて、監視対象物ＭＴのセンシングデータを生成する。

【0026】

センシングデータとは、例えば、レーザ反射光の強度に基づいて生成される。例えば、監視対象物ＭＴが通信鉄塔である場合、劣化が進むと亀裂が生じる。亀裂が生じた箇所に入射したレーザ光は、亀裂が生じていない箇所に入射したレーザ光に比べて散乱しやすい。そのため、亀裂が生じた箇所に入射したレーザ光のレーザ反射光は、亀裂が生じていない箇所に入射したレーザ光のレーザ反射光に比べて強度が低い。そこで、データ生成手段２３は、強度が閾値以下のレーザ反射光が光受光手段１３によって受光された場合、レーザ光の入射位置ＦＰにおいて亀裂が生じていることを示すデータを、センシングデータとして検出する。

【0027】

また、例えば、監視対象物ＭＴが通信鉄塔である場合、通信鉄塔に取り付けられているボルトがねじ穴から外れる場合がある。ボルトが外れた場合、レーザ光は、ねじ穴に入射するため、ボルトが外れる前に比べて散乱しやすい。そのため、ねじ穴に入射したレーザ光のレーザ反射光は、ボルトに入射したレーザ光のレーザ反射光に比べて強度が低い。そこで、データ生成手段２３は、光出射手段１１から対象物ＭＴの入射位置ＦＰに第２のビーム径のレーザ光を複数回入射させ、レーザ反射光を複数回受光する。データ生成手段２３は、特定の入射位置ＦＰからのレーザ反射光の強度が、同じ入射位置ＦＰから以前に取得された強度よりも減少した場合に、当該入射位置ＦＰにおいてボルトが外れたことを示すデータをセンシングデータとして生成する。

【0028】

また、この際、光出射手段１１は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させるたびに、変化後の仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するように、レーザ光を出力する。データ生成手段２３は、複数の入射位置からの反射光に基づいて、監視対象ＭＴの３次元モデルを生成してもよい。３次元モデルとは、ｘ軸の座標、ｙ軸の座標及びｚ軸の座標によって位置が一意に定まる点の集合体である。３次元モデルは、例えば、３次元点群モデルである。データ生成手段２３は、入射位置ＦＰの各々のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標を求め、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる座標系にプロットすることにより、監視対象ＭＴの３次元モデルを生成する。

【0029】

この際、データ生成手段２３は、光路ＯＰの長さにｃｏｓθ１を乗じることで、レーザ光の光入出力端ＯＩのｚ座標と、レーザ光の入射位置ＦＰのｚ座標との差（図３におけるＨ）を算出できる。これにより、データ生成手段２３は、光入出力端ＯＩに対する入射位置ＦＰのｚ軸上の相対位置を取得する。

【0030】

更に、データ生成手段２３は、光路ＯＰの長さにｓｉｎθ１を乗じることで、ｘｙ平面上に投影された光路ＯＰの長さ（図４におけるＤ１）を算出する。Ｄ１は、図４に示されるように、ｘｙ平面上において、レーザ光の光入出力端ＯＩから入射位置ＦＰまでを結ぶ線分の長さである。データ生成手段２３はＤ１にｓｉｎθ２を乗じることで、光入出力端ＯＩのｘ座標と入射位置ＦＰのｘ座標の差（図４におけるＤ２）を求める。また、データ生成手段２３は、Ｄ１にｃｏｓθ２を乗じることで、光入出力端ＯＩのｙ座標と入射位置ＦＰのｙ座標の差（図４におけるＤ３）を求める。

【0031】

データ生成手段２３は、以上の手順で、光入出力端ＯＩに対する、入射位置ＦＰの各軸上の相対位置を取得できる。データ生成手段２３は、上記の手順を繰り返すことにより、光入出力端ＯＩに対する、複数の入射位置ＦＰの各軸上の相対位置を取得し、３次元モデルを生成する。

【0032】

また、出力制御手段２４は、データ生成手段２３により生成されたセンシングデータを出力する制御を実行する。例えば、出力制御手段２４は、不図示の外部装置から指示された場合に、センシングデータを当該外部装置に出力する。

【0033】

以上、測距装置１の構成の一例について説明した。次に、図６を用いて、測距装置の動作例について説明する。

【0034】

距離計測手段２１は、複数の入射位置ＦＰまでの距離を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、距離計測手段２１は、光出射手段１１により出射されたレーザ光が第１のビーム径で入射位置ＦＰに入射し、入射位置ＦＰからレーザ反射光が光受光手段１３により受光されるまでの時間ｔに基づき、光入出力端ＯＩから入射位置までの距離（図２～４における光路ＯＰの長さ）を求める。距離計測手段２１は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させることで、光入出力端ＯＩから複数の入射位置の各々までの距離を求める。距離計測手段２１は、レーザ光を出射した時点での仰俯角θ１及び方位角θ２と、当該レーザ光が反射された入射位置までの距離とを対応付けて、ビーム径調整手段２２に出力する。

【0035】

ビーム径調整手段２２は、取得された距離に基づいて入射位置ＦＰ毎に第２のビーム径を設定する（Ｓ１０２）。具体的には、ビーム径調整手段２２は、距離計測手段２１から出力された入射位置ＦＰまでの距離に基づいて、当該入射位置ＦＰに対応付けられた仰俯角θ１及び方位角θ２で、光出射手段１１から入射位置ＦＰに入射させるレーザ光のビーム径を、第２のビーム径として設定する。ビーム径調整手段２２は、仰俯角θ１及び方位角θ２に、第２のビーム径を対応付けて、データ生成手段２３に出力する。

【0036】

データ生成手段２３は、光源部１０に、入射位置ＦＰに対して調整された第２のビーム径でレーザ光を入射させ、反射レーザ光を受光させる（Ｓ１０３）。この際、光出射手段１１は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させるたびに、変化後の仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するように、光出射手段１１に備えられたビームエキスパンダを制御する。

【0037】

データ生成手段２３は、光受光手段１３が受光したレーザ反射光に基づいて、センシングデータを生成する（Ｓ１０４）。具体的にはデータ生成手段２３は、前述のように、入射位置において亀裂が生じていることを示すデータ、入射位置においてボルトが外れていることを示すデータ及び３次元モデルの内の少なくとも一つを生成する。

【0038】

以上、測距装置１について説明した。上記のように、測距装置１は、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３を備える。距離計測手段２１は、光出射手段１１から対象物の入射位置ＦＰに第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離を計測する。また、ビーム径調整手段２２は、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて、光出射手段１１から入射位置ＦＰに入射するレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整する。また、データ生成手段２３は、光出射手段１１から入射位置ＦＰに第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、対象物に関するセンシングデータを生成する。また、ビーム径調整手段２２は、入射位置における第２のビーム径が入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、レーザ光のビーム径を調整する。

【0039】

以上のように、測距装置１においては、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて調整された第２のビーム径のレーザ光の反射光に基づき、センシングデータが生成される。一般的に、光は自由空間を伝搬する距離が長いほど拡散するという性質を持つ。そのため、レーザ光であっても、レーザ光が出射された出射位置から入射する位置までの距離が遠ければ拡散する。そのため、ＬｉＤＡＲを用いて対象物に光を照射した場合、出射位置から遠い位置で入射したレーザ光のビーム径は、出射位置から近い位置で入射したレーザ光のビーム径よりも大きくなるため、出射位置から遠い位置では、ＬｉＤＡＲを用いた測定の分解能が低下する。

【0040】

一方で、上記の測距装置１では、センシングデータを生成するためのレーザ光の入射位置でのビーム径（第２のビーム径）が、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて調整される。そのため、測距装置１によれば、第２のビーム径を第１のビーム径よりも小さくすることにより、出射位置から遠い位置であっても、ＬｉＤＡＲを用いた測定の分解能が低下することが抑制されるため、空間分解能を向上させることが可能である。また、データ生成手段２３は、光出射手段１１と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて調整された第２のビーム径のレーザ光を用いてセンシングデータを生成するため、第２のビーム径に応じた空間分解能のセンシングデータを生成する。これにより、測距装置１のユーザ等は、センシングデータを参照することにより、距離が遠い位置であってもより正確に対象物の状態を把握することができる。

【0041】

なお、図１において、光出射手段１１、光受光手段１３、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３及び出力制御手段２４の構成要素は、一つの測距装置１に設けられている。一方で、これらの構成要素は一つの装置に設けられている必要はなく、互いに別の装置に設けられた上で一つのシステムとして動作しても良い。

【0042】

次に、図７を用いて、測距装置１Ａについて説明する。測距装置１Ａは、測距装置１の変形例である。測距装置１Ａは、測距装置１と同様に、光源部１０及び制御部２０を備える。測距装置１Ａは、制御部２０が強度調整手段３１及び光照射制限手段３２を更に備える点で、測距装置１と相違する。なお、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３、出力制御手段２４、強度調整手段３１及び光照射制限手段３２は、一つの制御部２０に設けられている必要はなく、それぞれが別の装置に設けられたうえで一つのシステムとして動作しても良い。また、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３、出力制御手段２４、強度調整手段３１及び光照射制限手段３２の各々をコンピュータ等の情報処理装置に実現させるプログラムが、ハードディスクドライブなどの記憶媒体により格納されてもよい。

【0043】

強度調整手段３１は、距離計測手段２１が取得した距離に応じた強度で、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を光出射手段１１に出力させる。例えば、強度調整手段３１は、距離が長ければ長いほど、より大きな強度で、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を光出射手段１１に出力させる。

【0044】

測距装置１の説明で示したように、光出射手段１１は、仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させるたびに、変化後の仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた第２のビーム径で入射するように、レーザ光を出力する。この際、強度調整手段３１は、光出射手段１１が仰俯角θ１及び方位角θ２の少なくとも一方を変化させるたびに、変化後の仰俯角θ１及び方位角θ２に対応付けられた入射位置までの距離に応じた強度で、第２のビーム径で入射するレーザ光を、光出射手段１１に出力させる。

【0045】

光は自由空間を伝搬する距離が長いほど、減衰量が大きくなる傾向がある。そのため、ＬｉＤＡＲにおいては、レーザ光の出射された位置から入射位置までの距離が長いほど、レーザ反射光の強度が低くなりやすい。ＬｉＤＡＲにおいて、レーザ反射光の強度が低すぎると測定に悪影響を与える。一方で、測距装置１Ａにおいては、強度調整手段３１は、距離計測手段２１が取得した距離に応じた強度で、第２のビーム径で入射するレーザ光を光出射手段１１に出力させる。そのため、測距装置１Ａによれば、光入出力端ＯＩから焦点位置ＦＰまでの距離が長い場合に、レーザ光の強度を増加させることができるため、レーザ反射光の強度が低くなることを抑制できる。

【0046】

また、光照射制限手段３２は、光入出力端ＯＩから複数の焦点位置ＦＰの各々までの距離のうち、閾値未満の距離の入射位置ＦＰに対して、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を光出射手段１１に出力させない。具体的には、光照射制限手段３２は、光出射手段１１に、当該距離が閾値未満である入射位置ＦＰに対応付けられた仰俯角θ１及び方位角θ２では、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を出射させない。

【0047】

一方で、光照射制限手段３２は、光入出力端ＯＩから複数の焦点位置ＦＰの各々までの距離のうち、閾値以上の距離の入射位置ＦＰに対して、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を光出射手段１１に出力させる。具体的には、光照射制限手段３２は、光出射手段１１に、当該距離が閾値以上である入射位置ＦＰに対応付けられた仰俯角θ１及び方位角θ２では、第２のビーム径で入射位置ＦＰに入射するレーザ光を出射させる。

【0048】

この際、データ生成手段２３は、光入出力端ＯＩからの距離が閾値以上の入射位置ＦＰに対して第２のビーム径で入射したレーザ光のレーザ反射光と、光入出力端ＯＩからの距離が閾値未満の入射位置ＦＰに対して第１のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光とに基づいて、センシングデータを生成する。

【0049】

例えば、データ生成手段２３は、対象物ＭＴにおいて亀裂が生じたことを検出する場合、光入出力端ＯＩまでの距離が閾値未満である焦点位置ＦＰにおいては、第１のビーム径で入射したレーザ光のレーザ反射光の強度に基づいて亀裂の発生を検出する。また、データ生成手段２３は、光入出力端ＯＩまでの距離が閾値以上である焦点位置ＦＰにおいては、第２のビーム径で入射したレーザ光のレーザ反射光の強度に基づいて亀裂の発生を検出する。

【0050】

以上のように、測距装置１Ａにおいては、光照射制限手段３２は、光入出力端ＯＩから複数の焦点位置ＦＰの各々までの距離のうち、閾値未満の距離の入射位置ＦＰに対して、第２のビーム径のレーザ光を光出射手段１１に出力させない。測距装置１の説明で述べたように、レーザ光は出射された出射位置から入射する位置までの距離が遠ければ、より拡散する。一方で、レーザ光は出射された出射位置から入射する位置までの距離が近ければ、より拡散しにくい。そのため、出射位置から近い位置では、ＬｉＤＡＲを用いた測定の分解能が低下するおそれが小さい。そのため、測距装置１Ａにおいては、光入出力端ＯＩからの距離が閾値以上である入射位置ＦＰのみに対して、第２のビーム径のレーザ光を光出射手段１１に出力させることにより、より効率よくＬｉＤＡＲによる測定が可能になる。

【0051】

なお、図７において、光出射手段１１、光受光手段１３、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２、データ生成手段２３、出力制御手段２４、強度調整手段３１及び光照射制限手段３２の構成要素は、一つの測距装置１Ａに設けられている。一方で、これらの構成要素は一つの装置に設けられている必要はなく、互いに別の装置に設けられた上で一つのシステムとして動作しても良い。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態における測距装置２について、図８及び図９に基づいて説明する。測距装置２は、図８に示されるように、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３を備える。測距装置２は、更に、上述の測距装置１、１Ａと同様の構成要素、機能及び接続関係を備えていても良い。なお、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３は、一つの測距装置２に設けられている必要はなく、それぞれが別の装置に設けられたうえで一つのシステムとして動作しても良い。また、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３の各々をコンピュータ等の情報処理装置に実現させるプログラムが、ハードディスクドライブなどの記憶媒体により格納されてもよい。

【0052】

距離計測手段２１は、不図示の光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、光出射手段と入射位置との間の距離を計測する。なお、距離計測手段２１は、上述の測距装置１、１Ａの距離計測手段２１と同様の構成要素、機能及び接続関係を備えていても良い。

【0053】

ビーム径調整手段２２は、距離計測手段２１が測定した距離に応じて、入射位置に入射するレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整する。なお、ビーム径調整手段２２は、上述の測距装置１、１Ａのビーム径調整手段２２と同様の構成要素、機能及び接続関係を備えていても良い。

【0054】

データ生成手段２３は、光出射手段から入射位置ＦＰに第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、対象物に関するセンシングデータを生成する。なお、データ生成手段２３は、上述の測距装置１、１Ａのデータ生成手段２３と同様の構成要素、機能及び接続関係を備えていても良い。

【0055】

次に、図９を用いて、測距装置２の動作について説明する。図９は、測距装置２の動作を示すフローチャートである。

【0056】

距離計測手段２１は、第１のビーム径で入射位置に入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、光出射手段と対象物との間の距離を計測する（Ｓ２０１）。

【0057】

ビーム径調整手段２２は、計測した距離に応じて入射位置に入射するレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整する（Ｓ２０２）。この際、ビーム径調整手段２２は、入射位置における第２のビーム径が入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、レーザ光のビーム径を調整する。

【0058】

データ生成手段２３は、光出射手段から入射位置に第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、対象物に関するセンシングデータを生成する（Ｓ２０３）。

【0059】

以上、測距装置２について説明した。上記のように、測距装置２は、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３を備える。距離計測手段２１は、光出射手段から対象物の入射位置に第１のビーム径で入射したレーザ光の反射光に基づき、光出射手段と入射位置ＦＰとの間の距離を計測する。また、ビーム径調整手段２２は、光出射手段と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて、光出射手段から出力されるレーザ光のビーム径を第２のビーム径に調整する。また、データ生成手段２３は、光出射手段から第２のビーム径で入射したレーザ光に対応する反射光に基づき、対象物に関するセンシングデータを生成する。また、ビーム径調整手段２２は、入射位置における前記第２のビーム径が入射位置における前記第１のビーム径に比して小さくなるように、前記レーザ光のビーム径を調整する。

【0060】

以上のように、測距装置２においては、光出射手段と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて調整された第２のビーム径のレーザ光の反射光に基づき、センシングデータが生成される。一般的に、光は自由空間を伝搬する距離が長いほど拡散するという性質を持つ。そのため、レーザ光であっても、レーザ光が出射された出射位置から入射する位置までの距離が遠ければ拡散する。そのため、ＬｉＤＡＲを用いて対象物に光を照射した場合、出射位置から遠い位置で入射したレーザ光のビーム径は、出射位置から近い位置で入射したレーザ光のビーム径よりも大きくなるため、出射位置から遠い位置では、ＬｉＤＡＲを用いた測定の分解能が低下する。

【0061】

一方で、上記の測距装置２では、センシングデータを生成するためのレーザ光の入射位置におけるビーム径（第２のビーム径）が、光出射手段と入射位置ＦＰとの間の距離に応じて調整される。そのため、測距装置２によれば、第２のビーム径を第１のビーム径よりも小さくすることにより、出射位置から遠い位置であっても、ＬｉＤＡＲを用いた測定の分解能が低下することが抑制されるため、空間分解能を向上させることが可能である。

【0062】

なお、図８において、距離計測手段２１、ビーム径調整手段２２及びデータ生成手段２３の構成要素は、一つの測距装置２に設けられている。一方で、これらの構成要素は一つの装置に設けられている必要はなく、互いに別の装置に設けられた上で一つのシステムとして動作しても良い。

【0063】

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0064】

１、１Ａ、２ 測距装置
１０ 光源部
１１ 光出射手段
１３ 光受光手段
２０ 制御部
２１ 距離計測手段
２２ ビーム径調整手段
２３ データ生成手段
２４ 出力制御手段
３１ 強度調整手段
３２ 光照射制限手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】