(57)【要約】  空間領域の三次元被写域に対応した装置は、空間領域内の物点（２０）までの範囲を特定するレンジファインダを有すると共に、画像記録ユニット（７０）を有する。前記レンジファインダは、主にビームの形式で、物点に送信信号（１８）を送信する送信機（１２）と、前記物点からの反射信号（２４）を受け取る受信機（１４）と、前記送信信号（１８）と前記反射信号（２４）とに基づいて、前記物点までの範囲を決定するように設計された評価制御ユニット（１６）とを含む。本装置は、更に、前記送信信号（１８）を異なる空間的方向に向けるように設計されたビーム走査ユニット（２３，３０，５４）を含む。画像記録ユニット（７０）は、既定の画像記録領域を持ち、ビーム走査ユニット（２２，３０，５４）と連結されて、前記画像記録領域と前記送信信号（１８）とを同一の物点に整列させる。
2009531674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域（３６）を３Ｄで取り込む装置であって、前記領域（３６）内の物点（２０）からの距離を特定する距離計を備え、前記距離計は、前記物点（２０）に対して、幅の広いビーム形状の放射信号（１８）を放射するエミッタ（１２）と、前記物点（２０）からの反射信号（２４）を受け取る受信機（１４）と、前記放射信号（１８）および前記反射信号（２４）から、前記物点（２０）までの距離を特定するように構成された評価制御ユニット（１６）と、を備えるものであり、前記装置は、前記放射信号（１８）の方向を変更して、空間内の異なる方向に向けるように構成されたビームスイーパ（２２，３０，５４）を更に備え、
前記領域（３６）の画像を記録する画像取り込みユニット（７０）であって、既定の画像取り込み領域（１０６）を持ち、かつ、前記ビームスイーパ（２２，３０，５４）に連結されて、前記画像取り込み領域（１０６）および前記放射信号（１８）の方向を変えて、同一の物点（２０）に向ける画像取り込みユニット（７０）を特徴とする装置。
【請求項２】
前記画像取り込みユニット（７０）は、前記領域（３６）の光学カラー画像を記録するように構成されること、を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記画像取り込みユニット（７０）は、前記領域（３６）の熱画像を記録するように構成されること、を特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記評価制御ユニット（１６）は、更に、前記反射信号（２４）の信号振幅を利用して、前記領域（３６）のグレイスケール画像を判定するように構成されること、を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記評価制御ユニット（１６）は、更に、前記グレイスケール画像と、前記画像取り込みユニット（７０）の画像と、を正確に重ね合わせるように構成されること、を特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ビームスイーパ（２２，３０，５４）は、第１回転駆動装置（５４）を含み、第１の、好ましくは垂直な回転軸（６２）を中心に、前記ビーム形状の放射信号（１８）を回転させること、を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記画像取り込みユニット（７０）は、ライン状に横方向に並べて配列されて、画素のラインを形成する複数の画素（７４）を有するイメージセンサ（７２）を含み、前記画素のラインは、前記第１の回転軸（６２）と平行に位置するように設定されること、を特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記イメージセンサ（７２）はラインセンサであること、を特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記イメージセンサ（７２）は、異なる色成分を受け取る画素の複数の平行なライン（７２ａ，７２ｂ，７２ｃ）を有し、前記画素の平行なライン（７２ａ，７２ｂ，７２ｃ）は、所定の間隔をあけた関係で配置され、前記第１回転駆動装置（５４）は、前記画素の平行なライン（７２ａ，７２ｂ，７２ｃ）それぞれに関する前記所定の間隔に適合する回転速度を持つこと、を特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ビームスイーパ（２２，３０，５４）は、第２の、好ましくは水平な回転軸（３２）を中心に、前記放射信号（１８）を回転させる第２回転駆動装置（３０）を含むこと、を特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記画素のラインは、前記第２の回転軸（３２）に対して直角に配置できること、を特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１と第２の回転軸（６２，３２）は、軸の交点（６４）を画定し、前記画像取り込みユニット（７０）は、光軸（１０８）を持ち、この光軸（１０８）は、少なくとも任意構成として、前記軸の交点（６４）の領域に位置することができること、を特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記画像取り込みユニット（７０）を正確に位置決めするための、高さ目盛り（５８）を備える高さ調整可能スタンド（５６）を特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビームスイーパ（２２，３０，５４）は、前記放射信号（１８）の方向を変えて、空間内の異なる方向に向けるように構成された回転鏡（２２）を含み、前記画像取り込みユニット（７０）は、任意構成として、前記回転鏡（２２）の領域内に位置するように設定されること、を特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも２つの独立したハウジング部（３８，４０，４４，４６）を持つハウジング構造と、少なくとも１つのハウジング部（４０，４６）に着脱可能に連結される前記画像取り込みユニット（７０）のための保持装置（８２）と、を特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記保持装置（８２）は、前記画像取り込みユニット（７０）が上部に配設される旋回式アーム（７８）を含むこと、を特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記保持装置（８２）は、前記少なくとも１つのハウジング部（４０，４６）の上に前記保持装置（８２）を配置するための略Ｕ字形クランプ（８４）を含むこと、を特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記画像取り込みユニット（７０）は、前記保持装置（８２）を利用して、少なくとも２つのハウジング部（３８，４０）の間に位置する平面内で旋回すること、を特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
領域（３６）を３Ｄで取り込む方法であって、
前記領域（３６）内の物点（２０）に対して、幅の広いビーム形状の放射信号（１８）を放射するステップと、
前記物点（２０）からの反射信号（２４）を受け取り、前記放射信号（１８）および前記反射信号（２４）を利用して、前記物点（２０）までの距離を特定するステップと、
ビームスイーパ（２２，３０，５４）を利用して、前記放射信号（１８）の方向を変えて、空間内の異なる方向に向けるステップと、を含み、
前記領域（３６）の画像は、更に、画像取り込みユニット（７０）を利用して記録され、前記画像取り込みユニット（７０）は、所定の画像取り込み領域（１０６）を持つと共に、前記画像取り込みユニット（７０）は、前記ビームスイーパ（２２，３０，５４）に連結されて、前記画像取り込み領域（１０６）および前記放射信号（１８）の方向を変えて、複数の同一の物点（２０）に向けること、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、領域を３Ｄで取り込む装置に関し、この装置は、前記領域内の物点からの距離を測定する距離計を備え、前記距離計は、物点に対して、幅の広いビーム形状の放射信号を放射するエミッタと、物点からの反射信号を受け取る受信機と、前記放射信号および前記反射信号から、前記物点までの距離を特定するように構成された評価制御ユニットと、を有し、前記装置は、更に、前記放射信号の方向を変えて、空間内の異なる方向に向けるように構成されたビームスイーパ（beam sweeper）を備えるものである。
【０００２】
また、本発明は、領域を３Ｄで取り込む方法にも関し、この方法は、前記領域内の物点に対して、幅の広いビーム形状の放射信号を放射するステップと、物点からの反射信号を受け取って、前記放射信号および前記反射信号から、前記物点までの距離を特定するステップと、ビームスイーパを利用して、前記放射信号の方向を変えて、空間内の異なる方向に向けるステップと、を含む。
【背景技術】
【０００３】
このような装置および方法は、独国特許第ＤＥ  ２０２  ０８  ０７７Ｕ１号明細書から既に知られている。
【０００４】
この既知の装置は、回転鏡を使って空間内で異なる方向に送られるレーザビームを利用するものである。この鏡は、水平な回転軸を中心に回転すると共に、垂直な領域を走査するレーザビームに対応した回転軸に対して、約４５°の角度で傾斜している。これに加え、計測ヘッドは、エミッタ、受信機、および回転鏡と共に、垂直軸を中心に回転する。その結果、この既知の装置は、領域をほぼ完全に走査することができる。レーザビームは、底面に向かう方向において、前記計測ヘッドのハウジングおよびその足場であるベースの少なくともいずれかによる制約を受けるのみである。
【０００５】
【特許文献１】独国特許第ＤＥ  ２０２  ０８  ０７７Ｕ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の既知の装置を用いて、容量または領域の３次元の距離画像を取り込むことができる。このような装置の好ましい用途は、たとえば、トンネル区画、建物、記念碑の測量や、無人輸送システムの誘導である。取得した距離データのおかげで、容量または領域の内部の寸法も、登録されたデータから後で特定することができる。ただし、単なる距離データは、取り込まれた領域の視覚効果を把握するという点では不利である。このため、既知の装置は、反射信号の強度の値も判定しており、これらの値は、前述の容量または領域の白黒画像にほぼ匹敵する輝度画像を生成する役割を担う。このように、取り込まれた領域の良好な視覚効果を取得することは既に可能ではあるが、３次元の取り込みと、取り込んだものをより実物らしく再生することとを、より一層改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような視点から、本発明は、上記に記載したタイプの装置および方法を更に発展させて、３Ｄで取り込まれた領域のより現実的で実物に近い視覚効果を生成することを目的とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、前述の目的の解決は、領域の画像を記録する画像取り込みユニットを利用して実現され、前記画像取り込みユニットは、既定の画像取り込み領域（視野領域）を持ち、かつ、前記画像取り込みユニットは、ビームスイーパと連結されて、画像取り込み領域と、放射信号とを、同一の物点上に配向する。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、前述の目的の解決は、上記に記載したタイプの方法によって達成され、この方法において、領域の画像は、画像取り込みユニットを用いて記録され、前記画像取り込みユニットは、所定の画像取り込み領域を持ち、かつ、前記画像取り込みユニットは、ビームスイーパと連結されて、画像取り込み領域と、放射信号とを、複数の同一の物点上に配向する。
【００１０】
したがって、本発明は、上記に記載したタイプの装置および方法を、画像取り込みユニットすなわち「カメラ」と組み合わせるもので、その画像取り込みユニットを利用して、領域の「通常の」写真を作成することができる。この画像取り込みユニットは、画像データがデジタル形式であり、かつ、通常は同様にデジタルである距離データと共に保存できるように、デジタル画像取り込みユニットであることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、写真取り込みユニットは、画像取り込みユニットによって取り込まれた領域と、距離データとを正確に対応付けできるように、ビームスイーパと連結される。その結果、距離計の距離データは、きわめて単純、かつ、精度のよい方式で、画像取り込みユニットの純粋に視覚的な画像データと一致するように構成できる。この組み合わせにより、そのうちの一方が、記録された領域についての極めて実物に近い画像品質を取得し、その際に、もう一方を利用して、その画像品質を写真から取得する。このような画像の品質は、距離計の輝度画像から得られる光学的視覚効果よりも高い。高品質の光学像の他にも、この斬新な装置は、物点までの距離データも提供するため、既知の装置を利用するすべての利点および可能性を提供するものである。
【００１２】
この斬新な装置が、画像取り込みユニットを利用して提供する高い画像品質により、領域の光学的詳細内容を、より適切に認識および評価することができる。これにより、警察の捜査の文書化のための事故現場または犯罪現場の３次元の取り込みなどの用途に利用できる新しい可能性が開ける。
【００１３】
概して、この斬新な装置は、領域の極めて詳細な画像を３Ｄで取り込み、その画像の極めて本物に近い再生を行うことを、低コストで実現できるようにする。したがって、前述した目的に対する解決は、完全に達成される。
【００１４】
好ましい実施形態において、画像取り込みユニットは、領域の光学像をカラーで記録するように構成される。
【００１５】
この実施形態により、更にいっそう本物に近い品質で領域を取り込むことができる。領域の内部の個別細部は、取得した画像データを用いて、さらに一層正確に評価することができる。
【００１６】
他の実施形態において、画像取り込みユニットは、領域の熱画像を記録する、または他の波長範囲においても領域の画像を記録するように構成される。
【００１７】
この実施形態において、画像取り込みユニットは、特に、領域の赤外線像を記録することができる。その結果、後の評価のために、領域の他の特性を取得および文書化することができる。この新規な装置の利用範囲は、さらに有利に広げられる。
【００１８】
他の実施形態において、評価制御ユニットは、反射信号の信号振幅を利用して、領域のグレイスケール画像を決定するように構成される。
【００１９】
単独で考えた場合、この実施形態は、既知の装置で既に実現されている。本発明との組み合わせにおいて、この実施形態は、画像取り込みユニットによって取り込まれた画像データと、距離計の「画像データ」とを比較して、取得した領域の特性についての更なる推測を得ることができるという特別な利点を提供する。カラーの光学像と、距離計のグレイスケール画像とを比較することで、特に、反射特性に関する推測を引き出すことができ、その結果、領域内の物体の材料特性に関する推測を引き出すことができる。
【００２０】
他の好ましい実施形態において、前記評価制御ユニットは、更に、正確（かつ、好ましくは完全に、すなわち、距離計の計測点ごと）に、グレイスケール画像と、画像取り込みユニットの画像とを重ね合わせるように構成される。
【００２１】
この実施形態によれば、画像取り込みユニットによって取り込まれた領域の光学像は、距離計によって測定された距離データに対して、極めて簡単かつ正確に対応付けることができる。この実施形態により、特に、各画像ポイントに、画像取り込みユニットの光学像と共に距離データが割り当てられているグレイスケール画像を「色付け」できるため、各物点について、追加の距離データを有する非常に実物に近い画像を取得することができる。
【００２２】
他の実施形態において、ビームスイーパは、第１の、好ましくは垂直な回転軸を中心に、前記ビーム形状の放射信号を回転させる第１回転駆動装置を含む。
【００２３】
この実施形態は、斬新な画像取り込みユニットを利用して、領域のパノラマ画像または全周画像をより簡単に記録できるようにするものである。したがって、この実施形態は、３６０°方位角に渡る領域を極めて簡易に取得できるようにする。
【００２４】
他の実施形態において、画像取り込みユニットは、横に並べて整列されて、画素のラインを形成する複数の画素（ピクセル）を有するイメージセンサを含み、画像のラインは、第１の回転軸と平行に位置するように構成される。
【００２５】
この実施形態は、マトリクス状に配列された複数の画素からなるイメージセンサを有する実施形態を含み、このマトリクス状の配列は、第１の回転軸と平行に配置される、または配置できる１つのラインまたはカラムの画素について、それらの画素を個別に読み取れる限りにおいて為されるものである。この実施形態が有利であるのは、光学像が、第１の回転軸の廻りでの画像取り込みユニットの回転時の走査によって取り込まれ、この方式は、距離計が機能する方式と対応しているためである。したがって、光学像データと距離データとを、より簡単かつより精度よく対応付けることができる。これとは別に、この実施形態は、画像取り込みユニットが、一側面において、距離メータに対して固定の位置に配置される態様と、画像取り込みユニットが、距離計に対して、旋回可能であるか、さもなければ調節可能である態様も含む。したがって、画素のラインは、第１の回転軸に対して恒久的に平行であり得るか、または、そのような向きに、画像を取り込む際にのみ旋回するものである。
【００２６】
他の好ましい実施形態において、イメージセンサはラインセンサである。
【００２７】
本実施形態の観念におけるラインセンサは、画像データを取り込む画素を有するラインまたはカラムが僅かな数だけ設けられたイメージセンサである。単色で取り込まれる画像（白黒画像）についての好ましいラインセンサは、画素の、１つの単一ラインまたはカラムのみを有する。領域のカラー画像を取り込む特に好ましいラインセンサは、前述のものとは対照的に、画素の、３つの平行なラインを持ち、第１色成分（たとえば、赤）を取り込む第１ラインの画素と、第２色成分（たとえば、緑）を取り込む第２ラインの画素と、第３色成分（たとえば、青）を取り込む第３ラインの画素とが、一列ずつ設けられる。これらの実施形態は、特に少ない費用で実施できるものである。また、本実施形態における画像取り込みユニットの画像データを、非常に簡単かつ高速に読み込んで、距離計の距離データと対応させることができる。更に、この実施形態は、画質を損なわずに画像ファイルのサイズを抑制することに貢献する。
【００２８】
他の実施形態において、イメージセンサは、異なる色成分を取り込む画素の、複数の平行なラインを備え、これらの画素の平行なラインは、所定の間隔をあけた関係で配列され、第１回転駆動装置は、画素の平行な各ラインが同一の物点を取り込むように、前記所定の間隔に適合した速度、または適合するように設定された速度で回転する。
【００２９】
この実施形態は、領域について、３つの異なる色成分、または異なる色のライン画像、特に、１つが赤色、１つが緑色、１つが青色のライン画像を取り込む、画素の３つの平行なラインを有するイメージセンサとの関連においてとりわけ有利である。第１回転駆動装置が回転する、前述の適合速度を用いることで、３つのカラー画像は、極めて簡単に、とりわけ精度よく重ね合わせることができるため、領域の「色とりどりの」画像を取得することができる。この実施形態において、第１回転駆動装置が回転する速度は、画素のライン間の距離と、画像取り込み時の既存または設定されたライン解像度と、１つの単一ラインを取り込むのに必要な露光時間と、のうちの少なくともいずれかの関数として設定できることが特に好ましいが、これは、この実施形態において、最高の画像品質は、周囲の状況との関係において達成されるためである。
【００３０】
他の実施形態において、ビームスイーパは、第２の、好ましくは水平な回転軸を中心に、放射信号を回転させる第２回転駆動装置を含む。
【００３１】
この実施形態は、方位および高度についての領域のほぼ完全な取得を、非常に単純な方式で実現するものである。
【００３２】
他の実施形態において、画素のラインは、第２の回転軸に対して直角に配置されてよい。
【００３３】
この実施形態は、連続して読み込まれた画素と、第２の回転軸を中心に回転する放射信号によって走査される物点とを、非常に簡単に対応付けできる点で有利である。
【００３４】
更に他の実施形態において、第１および第２の回転軸は、軸の交点を画定し、画像取り込みユニットは、光軸を持ち、この光軸は、少なくとも任意の設定として、軸の交点の領域に配置することができる。画像取り込みユニットは、その光軸が前述した２つの回転軸における軸の交点を通るように配置できることが好ましい。
【００３５】
この実施形態により、画像取り込みユニットの視角と、距離計の視角との間の視差が抑制され、場合によっては、最小限に抑制される。その結果、本実施形態は、更にいっそう単純で精度のよい方式で、距離データと画像データとを対応付けることを可能にする。視誤差は、より適切に防止されることになる。
【００３６】
他の実施形態において、本装置は、画像取り込みユニットの正確な位置決めのための高さ目盛りを備えた、１つの高さ調整可能スタンドを含む。
【００３７】
実際の実施において、画像取り込みユニットは、距離計の視点可視領域（viewshed）を減少させる可能性があるため、画像取り込みユニットと、距離計とを組み合わせることは困難である。このことは、画像取り込みユニットの光軸が、軸の交点の領域に入るような場合に特に当てはまる。この好ましい実施形態は、軸の交点の上または下に画像取り込みユニットを配設できるようにする。高さ目盛りを利用して差異を等化することができ、この等化処理は、まず、第１行程において、画像取り込みユニットを使用せずに距離画像を取り込み、次に、第２行程において、光学像を記録し、画像取り込みユニットが、第１行程の回転の軸の交点に進入する必要がある場合に、２つの行程の間で、スタンド（たとえば、三脚や高さ調整可能支柱）を下げるまたは上げることによって実現する。この実施形態は、画像取り込みユニットと、距離計とを１つの装置内に組み込む、非常に単純かつ低コストの可能性である。
【００３８】
他の実施形態において、ビームスイーパは、放射信号の方向を変えて異なる方向に向けるように構成された回転鏡を含み、画像取り込みユニットは、少なくとも任意構成として、前記回転鏡の領域内に位置するように設定される。
【００３９】
この実施形態は、本明細書で上記に記載したタイプの装置に、画像取り込みユニットを組み込むための、特に洗練された可能性である。画像取り込みユニットは、回転鏡の領域内に配置できるため、非常に簡潔な方式で、視誤差を最小限に抑制することができる。
【００４０】
他の実施形態において、本装置は、少なくとも２つの独立したハウジング部を備えるハウジング構造を持つと共に、その少なくとも１つのハウジング部に着脱可能に連結される、画像取り込みユニットの保持装置も備える。
【００４１】
この実施形態は、斬新な本装置が、画像取り込みユニットと共に、または画像取り込みユニットなしで、動作できるようにするため、画像取り込みユニットの利用を、任意に選択することができる。また、本実施形態では、この斬新な画像取り込みユニットに、極めて容易に、以前の装置を後付けすることができる。
【００４２】
他の実施形態において、保持装置は、旋回式アームを含み、このアーム上に、好ましくは着脱可能に、画像取り込みユニットが配設される。
【００４３】
例示する実際の実施例において、この実施形態は、画像データと距離データの重ね合わせおよび対応付けに関して、取扱いの容易さと、高い精度とを実現できる、非常に簡単かつ堅牢な可能性であることが判明している。
【００４４】
他の実施形態において、保持装置は、少なくとも１つのハウジング部に保持装置を取り付けるための略Ｕ字形クランプを含む。
【００４５】
この実施形態は、この斬新な画像取り込みユニットに既存の装置を後付けするための、極めて簡単で有利な解決策であることが判明している。
【００４６】
他の実施形態において、画像取り込みユニットは、保持装置を利用して、少なくとも２つのハウジング部の間に位置する平面内に旋回移動する。第１回転駆動装置の回転軸も、この平面内に延びることにより、回転軸と一致するように、保持装置と共にイメージセンサを配置できることが好ましい。
【００４７】
この実施形態は、一側面において、画像取り込みユニットが、斬新な本装置の中心の極めて近くに到達できるという利点を持つ。前記中心は、通常、距離計の座標原点を定義する位置である。一方、画像取り込みユニットは、この領域の外に簡単に旋回できるため、距離計には、領域の物点に対するかなり自由な視界が与えられる。したがって、本実施形態は、まったく単純で、費用が安く、かつ堅牢な組み立て方式と、斬新な本装置の中心に、ほぼ最適に画像取り込みユニットを配置する可能性と、を組み合わせるものである。
【００４８】
前述した特徴、および本明細書で後述する特徴は、記載した組み合わせで利用できるのみならず、本発明の範囲内において、単独で、または互いに任意に組み合わせて利用できることは理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
例示する本発明の実施形態は、図面に示されると共に、下記の説明に記載される。
【００５０】
図１から図４において、斬新な本装置の好ましい例示的実施形態は、図面全体で、参照番号１０によって示されている。
【００５１】
この装置１０は、エミッタ１２および受信機１４を含み、これらは両方とも評価制御ユニット１６に接続される。好ましい例示的実施形態において、エミッタ１２は、レーザビーム１８を放射して、領域内の物点２０を照射するように構成されたレーザダイオードを含む。通常、レーザビーム１８は、変調される。ただし、本発明は、このようなタイプの距離計に限定されるものではない。放射信号は、超音波信号、もしくは他の光信号や電磁信号であってもよい。
【００５２】
この例示的実施形態において、レーザビーム１８は、ミラー２２によって、物点２０に向かうように進路変更される。参照番号２４を付して示した反射ビームは、物点２０から反射され、ミラー２２によって受信機１４に送られる。評価制御ユニット１６は、放射されたレーザビーム１８および受信した反射ビーム２４の移動時間から、装置１０と物点２０との間の距離を測定することができる。そのため、２つの信号の時間差は、移相調整とパルスの少なくともいずれかを利用して評価される。したがって、エミッタ１２と、受信機１４と、評価制御ユニット１６とで距離計を形成する。
【００５３】
ここで、ミラー２２は、円筒部２６の先端面に形成され、円筒部２６は、シャフト２８を介して回転駆動装置３０に連結される。回転駆動装置３０を利用して、ミラー２２は、回転軸３２を中心に回転することができる。ミラーの各回転位置は、エンコーダ３４を利用して決定できる。エンコーダ３４の出力信号は、評価制御ユニット１６（判りやすくするため、ここでは図示されていない）にも供給される。
【００５４】
好ましい例示的実施形態において、回転軸３２は水平に設けられ、ミラー２２は、回転軸３２に対して約４５°の角度で傾斜している。したがって、水平な軸３２を中心としたミラー２２の回転により、レーザビーム１８は、回転軸３２と垂直な鉛直面に沿って進路変更されるという結果が得られる。レーザビーム１８は、扇状の形を取り、このレーザビーム１８を利用して、領域３６は、垂直な平面において走査される。
【００５５】
この例示的実施形態において、装置１０は、実質的に２つのハウジング部３８，４０からなるハウジング構造を持ち、これらのハウジング部３８，４０は、１つの共通ベースプレート４２の上に配設される。図１の左側のハウジング部３８は、エミッタ１２と、受信機１４と、評価制御ユニット１６とを収容する。図１の右側のハウジング部４０は、エンコーダ３４および円筒部２６と共に回転駆動装置３０を収容するが、前記円筒部は、ミラー２２と一緒に、ハウジング部４０から突出するため、ミラー２２は、２つのハウジング部３８，４０の間のほぼ中央に配置される。この好ましい例示的実施形態において、２つのハウジング部３８，４０は、それぞれ１つの強化側壁４４，４６を有し、この各強化側壁４４，４６は、平行に位置合わせされて互いに向き合い、ハウジング部３８，４０に挟まれた中間領域４８を画定する。側壁４４は開口部５０を持ち、この開口部５０を通って、レーザビーム１８はハウジング部３８を出ることができ、反射ビーム２４はハウジング部３８に入ることができる。好ましい例示的実施形態において、開口部５０は、ハウジング部３８への埃の侵入を防止するために、ウィンドによって閉じられる。
【００５６】
ハウジング壁４６は、開口部５２を持ち、この開口部５２を通って、円筒部２６が、中間領域４８の中に突出する。本発明の例示的実施形態において、側壁４４，４６は、ハウジング構造の重量受け部を構成し、ベースプレート４２に堅固に連結される一方で、ハウジング部３８，４０は、ベースプレート４２から、または側壁４４，４６から取り外すことができる。
【００５７】
ベースプレート４２は、回転駆動装置５４の上に配設され、更に、この回転駆動装置５４はスタンド５６の上に設置される。前記スタンド５６は、高さを調節することができ、正確かつ再現可能な高さ調整のための目盛り５８を持つ。参照番号６０を付して示したエンコーダは、回転駆動装置５４の回転位置を測定するように機能する。エンコーダ６０の出力信号は、評価制御ユニット１６（ここでは図示せず）にも供給される。
【００５８】
回転駆動装置５４は、垂直な回転軸６２を中心に装置１０が回転できるようにするもので、前記回転軸６２は、回転軸３２と共に軸の交点６４を画定する。軸の交点６４は、ミラー２２のほぼ中心に位置し、本発明の好ましい例示的実施形態において、距離計の測定距離値すべてが関連付けられる座標系の原点を定義する。好ましい例示的実施形態において、軸の交点６４は、側壁４４，４６の中間の領域４８のほぼ中央に位置する。
【００５９】
回転駆動装置５４を利用することで、回転駆動装置３０を用いて生成される「走査扇」は、最大３６０°の方位に回転することができる。このため、レーザビーム１８は、装置１０の周囲のほとんどあらゆる物点２０を照光できる。遮光状態は、ベースプレート４２によって底部に向かう方向にのみ生じるため、距離計の視角は、下方に向かって、鉛直方向に対して約７０°に規制される。
【００６０】
画像取り込みユニットは、参照番号７０で示されており、例示する本実施形態では、ライン状に並べて配列される複数の画素７４を有するラインセンサ７２を備える。この好ましい例示的実施形態において、ラインセンサ７２は、画素の３つのライン７２ａ，７２ｂ，７２ｃ含み、これらのラインは、間隔をあけた関係で平行に並べて配列されており、その間隔は、３から１０個の画素７４の幅とほぼ対応する（ここでは実倍率では図示されてない）。画素の各ライン７２ａ，７２ｂ，７２ｃの上には、他のカラーフィルタ（ここでは図示せず）が配置されるため、画素のライン７２ａ，７２ｂ，７２ｃが、異なる色のライン画像を取り込み、そのライン画像が合わさってＲＧＢカラーライン画像を構築する。画像取り込みユニット７０の更なる細部について、図３を参照しながら下記に説明する。
【００６１】
画像取り込みユニット７０は、ピン７６を介して、旋回式アーム７８に着脱可能に固定される。旋回式アーム７８は、Ｌ字形に形成されており、画像取り込みユニット７０は、旋回式アーム７８の第１の脚に配置される。旋回式アーム７８の第２の脚は、ピン８０を利用して、保持装置８２上に旋回可能に保持される。図１は、旋回式アーム７８の第１旋回位置における画像取り込みユニット７０を示している。図４は、第２旋回位置における画像取り込みユニット７０を示しており、この位置において、画像取り込みユニット７０は、少なくとも部分的に、側壁４４，４６の間の中間領域４８の中に突出する。
【００６２】
図２は、画像取り込みユニット７０を有する保持装置８２を、側壁４６の側面図に示した図である。見てわかるように、保持装置８２は、略Ｕ字形クランプ８４を含み、このクランプ８４は、上方から側壁４６上に押し付けられる。クランプ８４の側方の脚８６は、側壁４６の上部領域を取り巻く包囲把持部を形成する。これらは、クランプねじ８８を利用して固定され、クランプねじ８８は、クランプ８４の対応する穴９０と、好ましい例示的実施形態では、側壁４６とに係合する。ねじ８８を緩めることによって、クランプ８４は、上方に引き上げて、側壁４６から取り外すことができるため、保持装置８２の全体を、画像取り込みユニット７０と共に、残りの装置１０から分離することができる。
【００６３】
クランプ８４は、ピン９４が突出する溝９２を持ち、中間部品９６を介して旋回式アーム７８に接続される。ピン９４は、ナットを用いてクランプ８４に固定される。
【００６４】
ここで、画像取り込みユニット７０は、内部にラインセンサ７２が配置される管１００を持つ。管１００は、ラインセンサ７２の画像データの中間記憶のためのメモリ１０２も収容する。メモリ１０２は、評価制御ユニット１６（ここでは図示せず）に接続される。
【００６５】
この例示的本実施形態において、画像取り込みユニット７０は、非常に幅の広い画像取り込み範囲１０６を実現できる、いわゆる魚眼対物レンズ１０４を備える光学系を持つ。好ましい例示的実施形態において、画像取り込み範囲１０６は、画像取り込みユニット７０の光軸１０８を基準に、約−７０°から約＋７０°に広がる。この好ましい例示的実施形態において、ラインセンサ７２は、約５０００ピクセルの解像度を持つ。
【００６６】
図１は、旋回位置にある画像取り込みユニット７０を示しており、この旋回位置は、第１データ取得行程において、妨害物に邪魔されない、装置１０による距離測定を実現できる位置である。この第１行程において、ミラー２２が回転軸３２を中心に回転する一方で、装置１０は、垂直な軸６２を中心に回転する。同時に、エミッタ１２は、変調レーザビーム１８を放射し、このレーザビーム１８は、前述した２種類の回転移動によって、装置１０を取り巻く領域３６を走査する。反射ビーム２４と、エンコーダ３４，６０によって測定される回転駆動装置３０，５４の角度位置とを利用して、評価制御ユニット１６は、物点２０ごとに、軸の交点６４に関連した距離を特定する。更に、評価制御ユニット１６は、各物点２０に関して、反射ビーム２４の振幅を評価して、領域３６の輝度の画像またはグレイスケール画像を生成する。
【００６７】
装置１０が、距離計１２，１４，１６を利用して、対象とする領域３６を取得した後、エミッタ１２はオフに切り換えられる。画像取り込みユニット７０は、保持装置８２を利用して、図４に示した位置に設定される。図４に示されるように、保持装置８２は、この位置において、ラインセンサ７２が回転軸６２と平行に位置し、ラインセンサ７２のほぼ中心が、回転軸６２と一致するように構成される。次に、光軸１０８は、回転軸６２と共に配向されるが、回転軸６２と直角に交差する。ここで、画像取り込みユニット７０は、距離値を取得した時の軸の交点６４よりもある程度高い位置に置かれている。したがって、好ましい例示的実施形態において、装置１０全体は、スタンド５６を利用して、距離Ｄだけ下側に移動される。この距離Ｄは、軸の交点６４から光軸１０８が離れている垂直距離にほぼ対応する。次に、装置１０に対して、回転駆動装置５４を利用して、２度目の周方向移動を行い、画像取り込みユニット７０は、ラインごとに周囲の領域３６を走査して取り込む。ラインセンサ７２からの画像データは、一時的に、バッファ１０２に格納されて、評価制御ユニット１６に供給される。次に、評価制御ユニット１６は、精度よく、かつ、特にすべてのピクセルに関して（完全に）距離計のデータと、画像取り込みユニット７０の画像データとを重畳させることができるが、これは、距離計と画像取り込みユニットとの間の視誤差が回避されているためである。本発明の特に好ましい例示的実施形態において、評価制御ユニット１６は、距離計のグレイスケール画像と、画像取り込みユニットによってラインごとに取り込まれた画像とを、エンコーダ３４，６０のデータを利用しながら、自動的に重ね合わせるように構成される。画像取り込みユニット７０の位置は、この目的に応じて事前に、所定のテスト画像を用いて校正されることが好ましい。
【００６８】
これに代わる構成として、画像データおよび距離計のデータは、画像データと、距離計のグレイスケール画像とを正確に重ね合わせ、必要な場合は手動で結果を再調整することによって、重畳および対応付けされる。
【００６９】
本発明の好ましい例示的実施形態において、評価制御ユニット１６は、装置１０のハウジング部３８内に収容されたパーソナルコンピュータである。代替の構成として、ハウジング部３８は、デジタル信号処理を後で実行するために、評価制御ユニット１６の前ステージを含んでもよい。画像データおよび距離計のデータは、次に、評価されて、何よりもまず重ね合わせたり、または、外部ＰＣ（ここでは図示せず）に一緒に送ったりできる。この利点は、装置１０において利用できる空間が限定されていることを考慮して、外部ＰＣは、より高い演算効率を持てることである。
【００７０】
回転駆動装置５４は、異なる回転速度で、画像取り込みユニットを回転させることができる。好ましい実施形態において、回転駆動装置５４は、当該駆動装置５４の回転速度を制御する評価制御ユニット１６（ここでは図示せず）に連結される。好ましい例示的実施形態において、評価制御ユニット１６は、まず、第１画像取り込み解像度を制御して、環境光度を決定する。この環境光度との関連において、評価制御ユニット１６は、接続されている画像取り込みユニット７０の露光時間および絞りの少なくともいずれかを設定する。更に、評価制御ユニット１６は、露光時間／絞りと、設定されたライン解像度（たとえば、３６０°回転で３６００ラインの画像）との関連において、回転駆動装置５４が利用できる最適な回転速度を決定する。この回転速度は、同一の物点が互いに横方向にオフセットしているかどうかに関わりなく、平行な各ラインセンサ７２ａ，７２ｂ，７２が、正確に同一の物点を取り込み、その結果、各物点に、全体が合わさってＲＧＢカラーライン画像となる３つの色成分が存在するように設定される。したがって、３つの画素ライン間の時間間隔は、画像取り込みユニット７０の回転移動によってバランスがとられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】斬新な本装置の好ましい例示的実施形態を部分的に断面で示した簡略図である。
【図２】図１の装置について、保持装置を介して、前記装置のハウジング部に固定された画像取り込みユニットと共に示す詳細図である。
【図３】斬新な画像取り込みユニットを示す簡単な模式図である。
【図４】動作の第２位置にある図１の装置を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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