JP2020020708A - 三次元レーザー光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光測距の性能を低下させずにレーザー光照射密度が高くなる高密度領域が生じないようにして人を含む生態系に対する安全性を確保した三次元レーザー光走査装置を提供する。【解決手段】制御ユニット６が第一駆動部３と第二駆動部７を制御して反射鏡２のレーザー光を反射させる方向を変化させつつレーザー計測ユニット１を制御してレーザー光測距を行うのでレーザー光照射による三次元走査範囲が広く、しかもレーザー光測距を行う仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行う。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元レーザー光走査装置に関するものである。

以前より、レーザー光測距を行う装置のレーザー光を三次元空間へ照射し点群データを取得する試みがなされてきた。点群データとは、三次元座標値データ群のことであり、周囲の環境に存在する物体の形状を表現したものなどである。先行技術としては、例えば特開２０１７−１３４２９３号（特許文献１参照）に開示されている技術のような方法が知られている。

特開２０１７−１３４２９３号公報

レーザー光測距装置のようなレーザー光を用いる機器は安全規格によりクラス分けがされており、保護対策が不要なクラス１およびクラス２の範囲内のレーザー光を用いることにより不特定多数の人間が存在する空間においても安全に使用可能な汎用性のあるレーザー光測距を行うことができる。しかしながら、より遠距離に対する測距性能やより高精度な測距性能に対する市場要求もある。
これら要求を満たすためには、レーザー光出力を上げる必要があり、安全性のみを考慮するだけでは必要なレーザー光測距の性能を確保することができない。

また、特許文献１で開示されている三次元レーザー光走査装置においては、走査装置の直上付近の領域においてレーザー光の照射される密度が高まるという問題もあった。より具体的には、仮に三次元レーザー光走査装置の周囲に任意の半径の透明な球体が仮想的に存在するとした場合、この球体の表面（以下「仮想球面」という）上に測距用レーザー光が照射される際の単位面積あたりのエネルギーは一様では無く、仮想球面の緯度が高い（北極に近い）領域ほど単位面積当りのエネルギーも高いという特徴が生じるということである。人間に対するレーザー光照射の安全性は、レーザー光が照射される際の単位面積あたりのエネルギーで判断される。レーザー光照射密度が高くなる領域（高エネルギー照射密度領域）が存在する場合、安全性確保の観点から高照射密度領域における単位面積当りのレーザー光照射エネルギーを低減させる必要があり、そのためには測距用レーザー光発光装置の出力を下げることとなり、結果としてレーザー光測距可能な距離や精度などの性能を低下させてしまうことになる。

本開示はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、レーザー光測距の性能を低下させずにレーザー光照射密度が高くなる高密度領域のレーザー光照射エネルギー密度を下げることによってより安全性の高い三次元レーザー光走査装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、以下に述べる実施形態には、次の構成を備える。
レーザー光を照射して反射光を受光することで測距するレーザー光測距装置と、前記レーザー光測距装置から照射されたレーザー光を反射面で反射させて被照射体に向けて照射し、被照射体からの反射光を前記反射面で反射させて受光する反射鏡と、前記反射鏡を水平回転軸を中心に回転駆動させる第一駆動部と、前記レーザー光測距装置と前記第一駆動部を支持固定する回転支持部と、前記回転支持部を鉛直軸を中心に回転駆動させる第二駆動部と、前記レーザー光測距装置、前記第一駆動部及び第二駆動部を統括的に制御する制御部と、を備え、前記制御部は前記第一駆動部と前記第二駆動部を駆動制御して前記反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつ、前記レーザー光測距装置によりレーザー光測距を行うことにより、前記反射鏡を中心とした任意の半径の仮想球体の仮装球面上を一定のパターンでレーザー光測距を行い、前記レーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うように制御することを特徴とする。

上述した三次元レーザー光走査装置を用いれば、制御部が第一駆動部と第二駆動部を制御して反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつレーザー光測距装置を制御してレーザー光測距を行うのでレーザー光照射による三次元走査範囲が広く、しかもレーザー光測距を行う仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うことにより、単位面積当りのレーザー光出力が高い高エネルギー照射密度領域のエネルギー照射密度を下げて安全規格を満たしながら測距距離や精度などの性能を確保することができる。
また、点群の密度に関して言えば、高エネルギー照射密度領域はもともと点群も高密度である。したがって、今回の発明で提案する走査方法によって得られる点群はより均一化されるとともに点群そのもののデータ量も小さくすることができる。

前記仮想球面の赤道上から北極点に近づくレーザー光の走査方向において、前記レーザー光測距装置によるレーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１）に１回の割合でレーザー光照射の頻度を減らして走査が行われ、北極点に近づくにつれて頻度ｎの値を増加させるようにしてもよい。
これにより、仮想球面の赤道上とそれより北緯方向に緯度が高くなるにつれ経線方向（東西方向）に隣接する走査軌跡相互の間隔が狭くなり北極近傍で高密度エネルギー領域が発生するところ、レーザー光測距を行う仮想球面の緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１：０°≦θ１＜９０°）に１回の割合でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行い、北極点に近づくにつれて頻度ｎの値を増加させることで、高密度エネルギー領域のエネルギー密度を下げることができ、安全規格内で高出力レーザー光を照射して測距距離や測距精度などの性能を高めることができる。尚、北極点ではｃｏｓ９０°＝０となるため、レーザー光照射によるエネルギー密度の高まりに応じて任意にｎの値を決定することが好ましい。

以下に述べる実施形態には、さらに次の構成を備える。
レーザー光を照射して反射光を受光することで測距するレーザー光測距装置と、前記レーザー光測距装置から照射されたレーザー光を反射面で反射させて被照射体に向けて照射し、被照射体からの反射光を前記反射面で反射させて受光する反射鏡と、前記反射鏡を水平回転軸を中心に回転駆動させる第一駆動部と、前記レーザー光測距装置と前記第一駆動部を支持固定する回転支持部と、前記回転支持部を鉛直軸を中心に回転駆動させる第二駆動部と、前記レーザー光測距装置、前記第一駆動部及び第二駆動部を統括的に制御する制御部と、を備え、前記制御部は前記第一駆動部と前記第二駆動部を駆動制御して前記反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつ、前記レーザー光測距装置によりレーザー光測距を行うことにより、前記反射鏡を中心とした任意の半径の仮想球体の仮装球面上を一定のパターンでレーザー光測距を行うように制御し、前記レーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）及び経度θ２（０°≦θ２≦３６０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うように制御することを特徴とする。

上述した三次元レーザー光走査装置を用いれば、制御部が第一駆動部と第二駆動部を制御して反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつレーザー光測距装置を制御してレーザー光測距を行うのでレーザー光照射による三次元走査範囲が広く、しかもレーザー光測距を行う仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１＜９０°）及び経度θ２（０°≦θ２≦３６０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うことにより、単位面積当りのレーザー光出力が高い高エネルギー照射密度領域のエネルギー密度を下げて安全規格を満たしながら測距距離や精度などの性能を確保することができる。

前記仮想球体の赤道上から北極点に近づくレーザー光の走査方向において、前記レーザー光測距装置による前記レーザー光測距を行う前記仮想球体の緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１：０°≦θ１＜９０°）に１回の割合にレーザー光照射の頻度を減らして走査を行い、前記北極点に近づくにつれて頻度ｎの値を増加させるようにしてもよい。
これにより、レーザー光測距を行う仮想球面の緯度θ１が所定角度範囲内では経度方向の測距間隔を空けて走査が行われ、北極点に近づくにつれて仮想球面の経度方向の測距間隔が長くなるように走査を行うことで、高密度エネルギー領域の発生を解消することができ、安全規格を満たしながら測距距離や精度などの性能を確保することができる。

尚、仮想球面の南半球（南緯０度〜９０度）の所定角度範囲において三次元レーザー光測距装置によるレーザー光照射は行わないよう制御される。
まず、三次元レーザー光測距装置の構造上の制約を原因として垂直方向に対して全周走査を行うことができない。一般には重力方向に構成部材を配置するため、仮想球面における南緯度の高い領域においては構成部材によって遮られレーザー光測距を行うことができないからである。
また、三次元レーザー光測距装置は三脚などの架台の上に設置されるため、やはり同様に仮想球面の南緯度の高い領域は架台によって遮られてレーザー光測距を行うことができないことになるからである。
よって、本発明におけるレーザー光測距の間引きは仮想球面の北半球においてのみ適用し、南半球においては適用しない前提で説明する。θ１は０〜９０°の範囲であるがこれは北緯０度〜９０度を意味する。
尚、上述のレーザー光が遮られる影響を避けられる場合には、必要に応じて南半球でも北半球と同様のレーザー光測距の間引きを行ってもよい。

レーザー光照射による三次元走査範囲が広く、しかも走査線どうしの間隔が狭まる高密度照射領域のエネルギー密度を低減しつつ高度のレーザー光測距性能を安定して発揮することができる。

本発明装置の概要を示す斜視図である。 本発明装置の概要を示す正面図である。 三次元レーザー光走査装置の照射するレーザー光の回転走査線が形成する仮想球面を示す説明図である。 図３の仮想球面上を走査する走査線の緯度経度を示す展開図である。 間引き走査の一例を示す測距点の概念図である。 間引き走査の他例を示す測距点の概念図である。

以下、三次元レーザー光走査装置の概略構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、三次元レーザー光走査装置の正面図、図２はその斜視図である。
図１及び図２において、レーザー計測ユニット１（レーザー光測距装置）は、レーザー光を発光し、測距対象に照射し、測距対象から反射したレーザー光を受光して、レーザー計測ユニット１と測距対象との直線距離を測定する。

具体的には、レーザー計測ユニット１が発光するレーザー光を一旦反射ミラー２（反射鏡）に当てて、ミラー表面における反射を利用して測距対象に向けて照射するようになっている。反射ミラー２としてはロッドミラーが好適に用いられ、円柱状の物質（ガラス等）を斜めに切断しその切断平面に銀などを蒸着したものである。蒸着以外にミラーそのものを切断平面に貼付けても良い。本実施例では、円柱の中心軸と切断平面は４５度の傾斜角度を有する。

反射ミラー２は、ミラー駆動モータ３（第一駆動部）により円柱の中心軸（水平回転軸）を中心として回転可能に軸支されている。これにより、レーザー計測ユニット１からのレーザー光は、ミラー表面で反射されることにより、円柱の中心軸（水平回転軸）から９０度の方向へ偏向される。このミラー２の回転により測距のレーザー光は垂直方向のあらゆる角度に向かって照射される。ミラーエンコーダ４は、ミラー駆動モータ３によるミラー２の回転の角度を検出するためのものである。

レーザー計測ユニット１及びミラー駆動モータ３は回転支持台５（回転支持部）上に支持固定されている。回転支持台５は、設置面に載置固定される支持脚５ａと支持脚５ａに起立形成された固定軸５ｂを有する。支持台本体５ｃは固定軸５ｂに対して軸受５ｃ１を介して回転可能に支持されている。支持台本体５ｃの上端部には、上部支持板５ｄが固定軸５ｂと直交する方向に支持台本体５ｃより外側に張り出して設けられている。上部支持板５ｄには、レーザー計測ユニット１及び制御ユニット６が支持されている。上部支持板５ｄ上には起立板５ｅが起立形成されており、該起立板５ｅには、ミラー駆動モータ３が支持固定されている。

支持台本体５ｃの下端部には、下部支持板５ｆが固定軸５ｂと直交する方向に支持台本体５ｃより外側に張り出して設けられている。下部支持板５ｆ上には、スピンドル駆動モータ７（第二駆動部）がモータ軸７ａを下向きに支持固定されている。モータ軸７ａにはモータ歯車８ａが一体に設けられている。またモータ歯車８ａは固定軸５ｂに一体に組み付けられた固定歯車８ｂと噛み合っている。固定軸５ｂにはスピンドルエンコーダ９が設けられている。スピンドルエンコーダ９は、スピンドル駆動モータ７による支持台本体５ｃの回転の角度を検出するためのものである。

制御ユニット６（制御部）は、レーザー計測ユニット１、ミラー駆動モータ３及びスピンドル駆動モータ７の動作を統括的に制御する。制御ユニット６にはミラーエンコーダ４からミラー駆動モータ３の回転情報、スピンドルエンコーダ９からスピンドル駆動モータ７の回転情報を取得してこれらの回転駆動を制御する。

スピンドル駆動モータ７を回転駆動すると、モータ軸７ａに設けられたモータ歯車８ａが回転する。モータ歯車８ａは固定軸５ｂに設けられた固定歯車８ｂに噛み合いながら公転する。これにより、支持台本体５ｃが軸受５ｃ１を介して固定軸５ｂを中心として回転させる。よって、回転支持台５が回転するので、回転支持台５に組み付けられたレーザー計測ユニット１及び反射ミラー３も固定軸５ｂを中心として自転することとなる。

このように、レーザー計測ユニット１が発光するレーザー光を、反射ミラー２にてレーザー光照射方向と垂直方向へ偏向させて水平回転軸を中心として回転させることで垂直方向の全周へ照射し、かつレーザー計測ユニット１及び反射ミラー２は回転支持台５と共に固定軸５ｂを中心に自転を行うことで、三次元レーザー光走査を実現している。
尚、回転支持台５に対するレーザー計測ユニット１、ミラー駆動モータ３、制御ユニット６及びスピンドル駆動モータ７の組み付けは、固定軸５ｂを中心とする回転支持台５の回転バランスを考慮して組み付けられるのが好ましい。本実施例では、レーザー計測ユニット１及び制御ユニット６とミラー駆動モータ３及びスピンドル駆動モータ７とで重量バランスが調整されている。

図３は、仮に三次元レーザー光走査装置の周囲に任意の半径の透明な球体が仮想的に存在するとした場合、この仮想球体の表面（以下「仮想球面１０」という）上に測距用レーザー光がどのように照射されるかを概念的に例示するものである。即ち、反射ミラー２がミラー駆動モータ３とスピンドル駆動モータ７の回転の合成によって一定のパターンを以って運動し反射面の方向がどの様に変化するか、加えてレーザー計測ユニット１が発光するレーザー光が反射ミラー２で反射された結果として仮想球面１０上に走査線がどのようなパターンを描くかを示したイメージ図である。

本実施例においては、反射ミラー２の質量に比べて回転支持台５の質量の方が大きいので、ミラー駆動モータ３の回転速度をスピンドル駆動モータ７の回転速度に比べて大幅に高くなるようにしている。よって、仮想球面１０上にプロットされるレーザー光は緯度（上下）方向に密となり、経度（水平）方向に粗となる。この走査パターンでは仮想球面１０の北極点付近においてレーザー光の照射される点の密度が高くなる。高密度照射領域とは仮想球面１０の北極点付近が該当する。尚、理論上は仮想球面１０の南極点付近においても同様にレーザー光の照射される点の密度が高くなる高密度照射領域が発生するが、前述の通り、反射ミラー２の反射光が回転支持台５に遮られてしまうため、主として北極点付近を対象として説明するものとする。

そこで、レーザー計測ユニット１より照射されるレーザー光の仮想球面１０上の走査点の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）及び経度θ２（０°≦θ２≦３６０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らす走査が行われる。特に、レーザー光の走査点の緯度が高緯度になればなるほど高密度照射領域となるためレーザー光照射の頻度を減らす走査を行う必要がある。尚、経度θ２の変化を一定とすれば、走査点の緯度θ１のみをパラメータとしてレーザー光を照射することができる。

以下、レーザー計測ユニット１のレーザー光照射の頻度を減らす走査（以下、「間引き走査」という）の一例について説明する。レーザー光が仮想球面１０の北極点付近を照射する際には、ミラーエンコーダ４によって検出される緯度の増加に応じてレーザー光測距動作の頻度を減らすことで実現する。すなわち、緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１：０°≦θ１＜９０°）に１回の割合にレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うことで高密度照射領域のレーザー光照射エネルギー密度を１／ｎに低減することができる。

間引き走査方法についてより詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、三次元レーザー光走査装置はレーザー計測ユニット１を有している。レーザー計測ユニット１はレーザー光測距を一定の時間間隔で連続して行う。そのため、ミラー駆動モータ３によって回転駆動される反射ミラー２とスピンドル駆動モータ７より回転駆動される回転支持台５の協働により、レーザー光が周囲の三次元空間へ照射される。照射されたレーザー光は、図３に示すように、仮想球面１０上において一定の走査点の集合として可視化される。図３では周囲の物体を省略しているが、実際にはレーザー計測ユニット１は仮想球面１０の中心から物体までの直線距離を測定し、制御ユニット６が直線距離とミラーエンコーダ４およびスピンドルエンコーダ９の出力に基づき極座標値を算出し、これを複数回行って点群データを作成する。

上述したように、仮想球面１０の北極点付近は高密度照射領域となるので、レーザー光測距を行う緯度が上がる（＝北極点に近づく）につれてレーザー光測距を行う割合を漸減することでエネルギー密度を下げることができる。赤道面より上を北緯とすると、例えば北緯０度〜６０度では間引き走査無し、北緯６０度〜７５度では１／２に間引き走査（２回に１回の割合でレーザー光測距を行うこと）、北緯７５度〜９０度では１／４に間引き走査（４回に１回の割合でレーザー光測距を行う）、という制御を行う。そうすることで、極付近のエネルギー密度は４分の１に低減する。また、間引き走査による点群密度の低下は赤道付近の点群密度を下回ることがないためより均一な密度の点群を得ることが可能となる。

異なる方法としては、緯線（上下方向）のレーザー光測距動作を間引くのでは無く、一定の緯度に達したら緯線方向のレーザー光測距そのものを行わないようにしても良い。ミラー駆動モータ３が１回転すると１回は仮想球面１０の北極点をレーザー光走査線の軌跡が通過するが、その間に仮想球面１０の赤道の経度が１度相当を回転するようにスピンドル駆動モータ７を回転制御しているとする。そのため、レーザー光測距の緯線方向の点の軌跡は厳密には緯線と平行とはならない。説明の便宜のため、仮想球面１０と走査線の軌跡が交叉する際の緯度θ１及び経度θ２で表現する。仮想球面１０の赤道上の東経０度と交叉する緯線方向の軌跡では、北緯０度〜９０度でレーザー光測距を行う（間引き無し）。仮想球面の赤道上の東経１度の経線と交差する緯線方向の軌跡では、北緯０度〜６０度でレーザー光測距を行い（間引き無し）、北緯６０度〜９０度ではレーザー光測距を行わない（間引き）。仮想球面１０の赤道上の東経２度と交叉する緯線方向の軌跡では、北緯０度〜７５度でレーザー光測距を行い（間引き無し）、北緯７５度〜９０度ではレーザー光測距を行わない（間引き）。仮想球面１０の赤道上の東経３度と交叉する緯線方向の軌跡では、北緯０度〜６０度でレーザー光測距を行い（間引き無し）、北緯６０度〜９０度ではレーザー光測距を行わない（間引き）。このような制御を経度４度毎に繰り返して行う。これにより、北緯７５度〜９０度では経線方向のレーザー光測距は１／４に間引かれ、北緯６０度〜７５度では経線方向のレーザー光測距は１／２に間引かれる。

以下、間引き走査例について図４に示す走査線の緯度経度展開図を参照しながら説明する。図４において縦軸は緯度θ１を表しており、北極が９０度、赤道が０度となる。また横軸は経度θ２を示しており、一定角度１０度ずつ東経０度〜東経３６０度（周回）分を示している。レーザー計測ユニット１の水平光軸（レーザー光照射方向を示す）が回転角Ａ度（１０度）回転する間に垂直軸が１８０度（南極から北極へ）回転するものとする。また、図示しないが、走査線上をＢ度間隔で測距し点群データを得るものとする。

例えば、図４の一番左側の斜線で示す走査線は、南極（南緯９０度東経０度）から赤道（北緯０度東経５度）を通り、北極（北緯９０度東経１０度）へ至る。そして反対側へ走査が続く。この際の北極（北緯９０度東経１０度）は反対側へ至ると北緯９０度西経１７０度（＝東経１９０度）となり、赤道（北緯０度西経１６５度＝東経１９５度）を経て、南極（南緯９０度西経１６０度＝東経２００度）となる。全周の走査はこれを３６０度回転するまで繰り返す。尚、本来は南極側にもレーザー光照射が高密度な領域が存在するが、前述の通り、北半球領域のみについて間引き走査の対象とする。

また、図４では、北極点から赤道を経て南極へ至る緯度の表示において９０度→０度→９０度として表記されているが、θ１は０〜９０°の範囲とする（北極点＝９０°、赤道上＝０°）。

レーザー計測ユニット１は、ある一定周期（例えば１回の測距に１０μ秒）で連続してレーザー光を照射して測距を行う。この周期は基本的に固定的な値であり、動的に変更できる類のものでは無く、そのシステムに特化された固有値である。よって、レーザー計測ユニット１の垂直方向および水平方向の回転が一定の角速度であれば、測距を行う点は仮想球面１０（図３参照）の上で特定のパターンを描く。
図４において、Ｂ度は、上述の周期で連続して測距を行う際の、ある点とその次の点の緯度θ１の差を表している。仮想球面１０の北極点付近で「θ１＝９０°走査線上の測定間隔４Ｂ」とあるのは、通常ならば緯度方向ではＢ度間隔で測距を行うところを、４Ｂ度の間隔（＝１／４に間引く）で測距を行うということを意味する。

このように緯度θ１が高くなるほど（＝北極点に近づくほど）、経線上（水平方向）では同じＡ度でも、実際の距離は縮まる。この経線方向の縮まりの度合いに応じて、緯線方向（垂直方向）の走査線を間引く。レーザー光測距を行う仮想球面１０の緯度をθ１（０°≦＜θ１＜９０°）とすると、レーザー計測ユニット１は、緯度θ１においてｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１）毎に測距動作の間引きが行われる。

具体的には、上述のＡ度に相当する角度は、走査線の軌跡が赤道と交叉する経度（＝水平方向）の間隔を示すが、このＡ度を変化させずに仮想球面１０における経線上の距離が赤道上における場合の長さと比較して半分になるのは、ｃｏｓ６０°＝０．５であるから、赤道上を北緯０度として北緯６０度で経線上の長さが赤道での半分となる。ｎ回に１回、という表現で間引きを定義すると、ｎ＝１／ｃｏｓ（θ１）＝１／ｃｏｓ６０°＝２回となる。よって、北緯６０度では２回に１回の割合で測距動作の間引きが行われる。

同様にｃｏｓ７５．５２°＝０．２５であるから、北緯７５．５度で経線上の長さが赤道上での長さの１／４となる。よって、ｎ＝１／ｃｏｓ（θ１）＝１／ｃｏｓ７５．５２°＝４回となる。よって、北緯７５．５２度では４回に１回の割合で間引き走査が行われる。尚、仮想球面１０の北極点においては、ｃｏｓ９０°＝０となるため、このような式に代入せず全周の走査のうちのＮ回（Ｎは自然数）だけ間引き走査するものとする。

続いて、具体的な間引き走査のイメージについて、図５を例にして説明する。
図５は、仮想球面１０の北半球の一部の間引き走査の概念を現している。θ１は仮想球面１０の緯線（南北）方向、θ２は仮想球面１０の経線（東西）方向を示している。南北方向に３つの領域に分けてあり、南から順に「間引き無し」「発光頻度１／２」「発光頻度１／４」である。
間引き無し領域では、間引き走査を行わず、上述のθ１＝０〜６０°に相当する。発光頻度１／２領域では、上述のθ１＝６０〜７５．５°に相当し、前述のｎ＝１／ｃｏｓθ１に当てはめるとｎ＝２となり、２回に１回の頻度で測距を行う。発光頻度１／４領域では、上述のθ１＝７５．５〜９０°に相当し、前述のｎ＝１／ｃｏｓθ１に当てはめるとｎ＝４となり、４回に１回の頻度で測距を行う。
なお、図５は間引き走査のイメージを説明するための概念図であり、実際には各領域で多くの間引き走査を行う。

図６では、具体的な間引き走査のイメージについて、別の例を説明する。
図６は図５と同様に、仮想球面１０の北半球の一部の間引き走査の概念を現しているが、図５とは異なる間引き走査の例である。
θ１は仮想球面１０の緯線（南北）方向、θ２は仮想球面１０の経線（東西）方向を示している。南北方向に３つの領域に分けてあり、南から順に「間引き無し」「発光頻度１／２」「発光頻度１／４」である。図５と異なり、図６では東西方向の発光頻度について示している。
間引き無し領域では、間引き走査を行わず、上述のθ１＝０〜６０°に相当する。発光頻度１／２領域では、上述のθ１＝６０〜７５．５°に相当し、前述のｎ＝１／ｃｏｓθ１に当てはめるとｎ＝２となり、東西方向で２回に１回の頻度となるように測距を行う。発光頻度１／４領域では、上述のθ１＝７５．５〜９０°に相当し、前述のｎ＝１／ｃｏｓθ１に当てはめるとｎ＝４となり、東西方向で４回に１回の頻度となるように測距を行う。
なお、図６は間引き走査のイメージを説明するための概念図であり、実際には各領域で多くの間引き走査を行う。

上述した北緯６０°や北緯７５．５°は一例であって、北極点付近の北緯７５．５度以上の領域を更に細分化してｃｏｓθ１＝１／８、１／１６となる角度を求め、測定点の極近傍における間引き量を多くして、さらに高エネルギー照射密度領域のエネルギー密度を１／８、１／１６となるようにしてもよい。

以上は、ミラー駆動モータ３の回転が速くスピンドル駆動モータ７回転が遅い三次元レーザー光走査装置について説明してきたが、ミラー駆動モータ３とスピンドル駆動モータ７の回転速度の関係が逆（ミラー駆動モータ３の回転が遅くスピンドル駆動モータ７回転が速い場合）であっても良い。この場合も仮想球面１０の北極点付近に高密度照射領域が同様に生じるので、上述の考えを適用して同様に間引けば良い。

上述した三次元レーザー光走査装置を用いれば、レーザー光照射密度が高くなる高密度領域におけるエネルギー密度を下げることができるため同様の安全規格内においてより高いレーザー光出力で計測することができるため、レーザー光測距の距離や精度などの性能を確保した三次元レーザー光走査装置を提供することができる。よって、三次元レーザー光走査装置の安全規格を遵守しつつ高い実用性、更には省エネルギー性を実現することができる。

１ レーザー計測ユニット ２ 反射ミラー ３ ミラー駆動モータ ４ ミラーエンコーダ ５ 回転支持台 ５ａ 支持脚 ５ｂ 固定軸 ５ｃ 支持台本体 ５ｃ１ 軸受 ５ｄ 上部支持板 ５ｅ 起立板 ５ｆ 下部支持板 ６ 制御ユニット ７ スピンドル駆動モータ ７ａ モータ軸 ８ａ モータ歯車 ８ｂ 固定歯車 ９ スピンドルエンコーダ １０ 仮想球面

Claims (4)

1. レーザー光を照射して反射光を受光することで測距するレーザー光測距装置と、
   前記レーザー光測距装置から照射されたレーザー光を反射面で反射させて被照射体に向けて照射し、被照射体からの反射光を前記反射面で反射させて受光する反射鏡と、
   前記反射鏡を水平回転軸を中心に回転駆動させる第一駆動部と、
   前記レーザー光測距装置と前記第一駆動部を支持固定する回転支持部と、
   前記回転支持部を鉛直軸を中心に回転駆動させる第二駆動部と、
   前記レーザー光測距装置、前記第一駆動部及び第二駆動部を統括的に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は前記第一駆動部と前記第二駆動部を駆動制御して前記反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつ、前記レーザー光測距装置によりレーザー光測距を行うことにより、前記反射鏡を中心とした任意の半径の仮想球体の仮装球面上を一定のパターンでレーザー光測距を行い、前記レーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うように制御することを特徴とする三次元レーザー光走査装置。
2. 前記仮想球面の赤道上から北極点に近づくレーザー光の走査方向において、前記レーザー光測距装置によるレーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１）に１回の割合でレーザー光照射の頻度を減らして走査が行われ、北極点に近づくにつれて頻度ｎの値を増加させる請求項１記載の三次元レーザー光走査装置。
3. レーザー光を照射して反射光を受光することで測距するレーザー光測距装置と、
   前記レーザー光測距装置から照射されたレーザー光を反射面で反射させて被照射体に向けて照射し、被照射体からの反射光を前記反射面で反射させて受光する反射鏡と、
   前記反射鏡を水平回転軸を中心に回転駆動させる第一駆動部と、
   前記レーザー光測距装置と前記第一駆動部を支持固定する回転支持部と、
   前記回転支持部を鉛直軸を中心に回転駆動させる第二駆動部と、
   前記レーザー光測距装置、前記第一駆動部及び第二駆動部を統括的に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は前記第一駆動部と前記第二駆動部を駆動制御して前記反射鏡のレーザー光を反射させる方向を変化させつつ、前記レーザー光測距装置によりレーザー光測距を行うことにより、前記反射鏡を中心とした任意の半径の仮想球体の仮装球面上を一定のパターンでレーザー光測距を行うように制御し、前記レーザー光測距を行う前記仮想球面の緯度θ１（０°≦θ１≦９０°）及び経度θ２（０°≦θ２≦３６０°）をパラメータとして、所定走査範囲でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行うように制御することを特徴とする三次元レーザー光走査装置。
4. 前記仮想球体の赤道上から北極点に近づくレーザー光の走査方向において、前記レーザー光測距装置による前記レーザー光測距を行う前記仮想球体の緯度θ１が所定角度範囲でｎ回（ｎ＝１／ｃｏｓθ１：０°≦θ１＜９０°）に１回の割合でレーザー光照射の頻度を減らして走査を行い、前記北極点に近づくにつれて頻度ｎの値を増加させる請求項１記載の三次元レーザー光走査装置。