(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ測定に於いて測定装置を大型化することなく、又レーザダイオードの高出力化を図ることなく測距距離の増大を可能としたレーザ測定方法及びレーザ測定装置を提供する。【解決手段】測距光をパルス発光する発光素子４１と、測距光を照射しつつスキャンするスキャン部と、測定点からの反射測距光を受光し、往復時間に基づき距離測定を行う受光信号処理部８３と、発光素子の発光タイミングを制御するタイミング信号、反射測距光の検出タイミングを制御するタイミング発生回路８１とを具備し、タイミング発生回路は、発光素子を短周期でパルス発光させるタイミング信号と発光休止させるタイミング信号とをドライバに入力し、短周期での発光時間間隔は、パルス光が測定点を通過する時間内に、測定点がパルス光により複数回多重照射される様に設定され、受光信号処理部は複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算信号に基づき測距を実行する。【選択図】図６
2019060644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス測距光を測定点に照射しつつスキャンし、該測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記パルス測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行うレーザ測定方法に於いて、パルス光のスキャン速度、発光周期を、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点が複数回多重照射される様に設定し、複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行するレーザ測定方法。
【請求項２】
１つのパルス光で得られる複数の前記反射測距光について、それぞれ受光信号を求め、複数の受光信号についてそれぞれ測距を行う請求項１に記載のレーザ測定方法。
【請求項３】
前記発光周期は、測定対象の凹凸差に相当する測距時間差以上である請求項１に記載のレーザ測定方法。
【請求項４】
前記スキャンの態様は、２次元スキャンである請求項１に記載のレーザ測定方法。
【請求項５】
前記スキャンの態様は、円スキャンである請求項１に記載のレーザ測定方法。
【請求項６】
測距光をパルス発光する発光素子と、該発光素子を発光させるドライバと、前記測距光を照射しつつスキャンするスキャン部と、測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行う受光信号処理部と、前記発光素子の発光タイミングを制御する為のタイミング信号、前記反射測距光の検出タイミングを制御する為のタイミング信号を発するタイミング発生回路とを具備し、該タイミング発生回路は、前記発光素子を短周期でパルス発光させるタイミング信号と発光休止させるタイミング信号とを前記ドライバに入力し、該ドライバは前記タイミング発生回路からのタイミング信号に従って前記発光素子をパルス発光させ、前記短周期での発光時間間隔は、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点がパルス光により複数回多重照射される様に設定され、前記受光信号処理部は複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行する様構成されたレーザ測定装置。
【請求項７】
前記受光信号処理部は、１つのパルス光で得られる複数の前記反射測距光について、それぞれ受光信号を求め、複数の受光信号についてそれぞれ測距を行う請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項８】
前記短周期での発光時間間隔は、測定対象の凹凸差に相当する測距時間差以上である請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項９】
前記発光素子からの前記測距光を測定対象に照射する投光レンズと、測定対象から反射された前記反射測距光を受光素子に結像させる結像レンズを具備し、前記発光素子は複数設けられ、前記受光素子は前記発光素子に対応した数設けられ、各発光素子、各受光素子は前記投光レンズ、前記結像レンズを有する光学系に関して共役の位置に設けられた請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項１０】
前記発光素子からの前記測距光を測定対象に照射する投光レンズと、測定対象から反射された前記反射測距光を受光素子に結像させる結像レンズを具備し、前記発光素子は複数設けられ、前記受光素子には前記発光素子に対応し受光端面を有する光ファイバが設けられ、各発光素子、各受光端面は前記投光レンズ、前記結像レンズを有する光学系に関して共役の位置に設けられ、前記光ファイバを介して前記受光素子が複数の前記反射測距光を受光する様構成された請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項１１】
前記スキャン部は、測距光軸を偏向する光軸偏向部を有し、該光軸偏向部は、重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは、前記測距光を偏向する様中央に設けられた第１光軸偏向部と、該第１光軸偏向部周囲に設けられ、前記反射測距光を偏向する第２光軸偏向部が構成され、各光学プリズムは、それぞれ独立して回転可能であり、前記スキャン部は、前記光学プリズムを一体に回転させ、前記測距光を円スキャンさせる請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項１２】
前記スキャン部は、測距光軸を偏向する光軸偏向部を有し、該光軸偏向部は水平回転軸を中心に鉛直方向に回転するスキャンミラーを有し、前記測距光は該スキャンミラーに回転軸心と同心に入射され、前記測距光は前記スキャンミラーによって直角に偏向され、該スキャンミラーによって１次元にスキャンされる請求項６に記載のレーザ測定装置。
【請求項１３】
請求項６のレーザ測定装置は無人飛行体に搭載され、前記レーザ測定装置の光軸が鉛直下方に向けられたレーザ測定装置。
【請求項１４】
請求項６のレーザ測定装置は、設置装置を介して不動体に設置され、前記レーザ測定装置の光軸が水平方向に向けられたレーザ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測距光として、パルスレーザ光線を用いたレーザ測定方法及びレーザ測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測距光としてパルスレーザ光線を用いたレーザ測定方法では、パルスレーザ光線を測定対象に照射し、反射光を受光し、パルスレーザ光線の往復時間を検出して測定対象迄の距離を測定する。更に、測距光を測定対象に対して移動させ（スキャンさせ）、パルス毎の測距を行い点群データを取得することも行われている。
【０００３】
パルス毎の測距を可能とし、又測定精度を確保する為には、所定の受光光量を必要とするが、受光光量は測定対象で反射される際の減衰、或は光束の拡散があり、測距距離の増大に対応して受光光量が減少する。従って、より遠距離の測定を可能にするには対物レンズの大径化、パルスレーザ光線の高出力化が必要となる。
【０００４】
然し乍ら、対物レンズの大径化には、測定装置の大型化、重量化が伴い、又パルスレーザ光線を発光するレーザダイオードの放射出力にも限界がある。
【０００５】
近年、無人飛行機の発達、普及が著しく、無人飛行機に測定機を搭載して、地上を測定することが行われている。
【０００６】
例えば、小型無人飛行機に測定機としてレーザスキャナを搭載し、上空から地上をスキャンして地形を測定する場合、レーザスキャナの小型化、軽量化が必要となる。更に、レーザスキャナの測距可能な距離が、小型無人飛行機の飛行高度、更にスキャン可能な範囲（測定範囲）を決定する。
【０００７】
従って、現状ではレーザスキャナを無人飛行機に搭載して地形を測定する場合、無人飛行機の飛行高度、スキャン可能な範囲は、レーザスキャナの測定可能な距離の制約を受けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−６２７８９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、レーザ測定に於いて測定装置を大型化することなく、又レーザダイオードの高出力化を図ることなく測距距離の増大を可能としたレーザ測定方法及びレーザ測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、パルス測距光を測定点に照射しつつスキャンし、該測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記パルス測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行うレーザ測定方法に於いて、パルス光のスキャン速度、発光周期を、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点が複数回多重照射される様に設定し、複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行するレーザ測定方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、１つのパルス光で得られる複数の前記反射測距光について、それぞれ受光信号を求め、複数の受光信号についてそれぞれ測距を行うレーザ測定方法に係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記発光周期は、測定対象の凹凸差に相当する測距時間差以上であるレーザ測定方法に係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記スキャンの態様は、２次元スキャンであるレーザ測定方法に係るものである。
【００１４】
又本発明は、前記スキャンの態様は、円スキャンであるレーザ測定方法に係るものである。
【００１５】
又本発明は、測距光をパルス発光する発光素子と、該発光素子を発光させるドライバと、前記測距光を照射しつつスキャンするスキャン部と、測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行う受光信号処理部と、前記発光素子の発光タイミングを制御する為のタイミング信号、前記反射測距光の検出タイミングを制御する為のタイミング信号を発するタイミング発生回路とを具備し、該タイミング発生回路は、前記発光素子を短周期でパルス発光させるタイミング信号と発光休止させるタイミング信号とを前記ドライバに入力し、該ドライバは前記タイミング発生回路からのタイミング信号に従って前記発光素子をパルス発光させ、前記短周期での発光時間間隔は、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点がパルス光により複数回多重照射される様に設定され、前記受光信号処理部は複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行する様構成されたレーザ測定装置に係るものである。
【００１６】
又本発明は、前記受光信号処理部は、１つのパルス光で得られる複数の前記反射測距光について、それぞれ受光信号を求め、複数の受光信号についてそれぞれ測距を行うレーザ測定装置に係るものである。
【００１７】
又本発明は、前記短周期での発光時間間隔は、測定対象の凹凸差に相当する測距時間差以上であるレーザ測定装置に係るものである。
【００１８】
又本発明は、前記発光素子からの前記測距光を測定対象に照射する投光レンズと、測定対象から反射された前記反射測距光を受光素子に結像させる結像レンズを具備し、前記発光素子は複数設けられ、前記受光素子は前記発光素子に対応した数設けられ、各発光素子、各受光素子は前記投光レンズ、前記結像レンズを有する光学系に関して共役の位置に設けられたレーザ測定装置に係るものである。
【００１９】
又本発明は、前記発光素子からの前記測距光を測定対象に照射する投光レンズと、測定対象から反射された前記反射測距光を受光素子に結像させる結像レンズを具備し、前記発光素子は複数設けられ、前記受光素子には前記発光素子に対応し受光端面を有する光ファイバが設けられ、各発光素子、各受光端面は前記投光レンズ、前記結像レンズを有する光学系に関して共役の位置に設けられ、前記光ファイバを介して前記受光素子が複数の前記反射測距光を受光する様構成されたレーザ測定装置に係るものである。
【００２０】
又本発明は、前記スキャン部は、測距光軸を偏向する光軸偏向部を有し、該光軸偏向部は、重なり合う一対の円板状の光学プリズムで構成され、各光学プリズムは、前記測距光を偏向する様中央に設けられた第１光軸偏向部と、該第１光軸偏向部周囲に設けられ、前記反射測距光を偏向する第２光軸偏向部が構成され、各光学プリズムは、それぞれ独立して回転可能であり、前記スキャン部は、前記光学プリズムを一体に回転させ、前記測距光を円スキャンさせるレーザ測定装置に係るものである。
【００２１】
又本発明は、前記スキャン部は、測距光軸を偏向する光軸偏向部を有し、該光軸偏向部は水平回転軸を中心に鉛直方向に回転するスキャンミラーを有し、前記測距光は該スキャンミラーに回転軸心と同心に入射され、前記測距光は前記スキャンミラーによって直角に偏向され、該スキャンミラーによって１次元にスキャンされるレーザ測定装置に係るものである。
【００２２】
又本発明は、前記レーザ測定装置は無人飛行体に搭載され、前記レーザ測定装置の光軸が鉛直下方に向けられたレーザ測定装置に係るものである。
【００２３】
更に又本発明は、前記レーザ測定装置は、設置装置を介して不動体に設置され、前記レーザ測定装置の光軸が水平方向に向けられたレーザ測定装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、パルス測距光を測定点に照射しつつスキャンし、該測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記パルス測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行うレーザ測定方法に於いて、パルス光のスキャン速度、発光周期を、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点が複数回多重照射される様に設定し、複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行するので、１パルス光の反射測距光の光量が少ない状況での測距が可能であり、又遠距離測距が可能となり、又発光素子の負荷率を低減でき、製作費の低減、発光素子の長寿命化に寄与することができる。
【００２５】
又本発明によれば、測距光をパルス発光する発光素子と、該発光素子を発光させるドライバと、前記測距光を照射しつつスキャンするスキャン部と、測定点からの反射測距光を受光し、前記測定点について前記測距光のパルス光毎の往復時間を検出し、往復時間に基づき距離測定を行う受光信号処理部と、前記発光素子の発光タイミングを制御する為のタイミング信号、前記反射測距光の検出タイミングを制御する為のタイミング信号を発するタイミング発生回路とを具備し、該タイミング発生回路は、前記発光素子を短周期でパルス発光させるタイミング信号と発光休止させるタイミング信号とを前記ドライバに入力し、該ドライバは前記タイミング発生回路からのタイミング信号に従って前記発光素子をパルス発光させ、前記短周期での発光時間間隔は、パルス光が前記測定点を通過する時間内に、該測定点がパルス光により複数回多重照射される様に設定され、前記受光信号処理部は複数回多重照射して得られる受光信号を積算し、積算した受光信号に基づき測距を実行する様構成されたので、１パルス光の反射測距光の光量が少ない状況での測距が可能であり、又遠距離測距が可能となり、又発光素子の負荷率を低減でき、製作費の低減、発光素子の長寿命化に寄与することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例に係る測定装置が無人飛行体に用いられた場合を示すシステム図である。
【図２】該無人飛行体の概略構成図である。
【図３】前記測定装置の概略構成図である。
【図４】該測定装置に用いられる光軸偏向部の要部説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、該光軸偏向部の作用説明図である。
【図６】図３で示される測距演算部の構成図である。
【図７】第１の実施例に於ける測定状態を示す説明図である。
【図８】測距光のビーム径を示す説明図である。
【図９】測定対象が地表であり、測定地点に樹木が存在する場合の測距光と測定点との関係を示す説明図である。
【図１０】測定地点に樹木が存在する等、凹凸が存在する場合の受光信号を示す説明図である。
【図１１】測定点を測距光により、多重照射した場合の説明図である。
【図１２】（Ａ）（Ｂ）は、多重照射した場合の受光信号を示す説明図である。
【図１３】多重照射した受光信号を積算した場合の積算受光信号を示す説明図である。
【図１４】第２の実施例を示し、レーザスキャナが複数の発光素子を有し、発光素子に対応した同数の受光素子を具備し、複数点を同時に測距する場合の構成図である。
【図１５】第２の実施例に於けるスキャン軌跡と測定点の関係を示す説明図である。
【図１６】第２の実施例に於ける受光信号を示す説明図である。
【図１７】第３の実施例を示し、レーザスキャナが複数の発光素子を有し、１つの受光素子を具備し、複数点を同時に測距する場合の構成図である。
【図１８】第３の実施例に於けるスキャン軌跡と測定点の関係を示す説明図である。
【図１９】第３の実施例に於ける受光信号を示す説明図である。
【図２０】第４の実施例を示すシステム概略図である。
【図２１】第５の実施例を示すシステム概略図である。
【図２２】第６の実施例に係るレーザスキャナの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２８】
先ず、第１の実施例として測定装置を無人飛行体に搭載した場合を説明する。又、第１の実施例では、該無人飛行体として、例えば遠隔操作可能な小型ヘリコプタ或は自律飛行可能な小型ヘリコプタが用いられ、測定装置としてレーザスキャナが用いられている。
【００２９】
先ず、図１、図２を参照して第１の実施例の概略を説明する。
【００３０】
図１中、１は地上に設置される基地制御装置１であり、該基地制御装置１は、無人飛行体２及びレーザスキャナ３とデータ通信可能であり、前記無人飛行体２の飛行の制御、飛行計画の設定、変更を実行すると共に、前記基地制御装置１は前記レーザスキャナ３が取得した測定結果の収集、保存、管理、前記測定結果に基づき地形図の作製等を実行する。
【００３１】
前記無人飛行体２は機体４を有し、該機体４に設けられた所要数のプロペラユニット、例えば前後左右、計４組のプロペラユニット５，６，７，８を有し、該プロペラユニット５，６，７，８はそれぞれ個別にモータを具備し、該モータは独立して駆動が制御される様になっている。尚、前記プロペラユニット５，６，７，８及び前記無人飛行体２の姿勢を検出するジャイロユニット（後述）等は、航行手段を構成する。
【００３２】
図２を参照して、前記無人飛行体２の概略構成を説明する。
【００３３】
前記機体４には前記レーザスキャナ３が搭載されると共に、前記機体４には、ＧＮＳＳ装置９、飛行制御装置１１、飛行体記憶部１２、飛行制御部１３、ジャイロユニット１４、飛行体通信部１５等が設けられる。
【００３４】
前記飛行体記憶部１２には、前記無人飛行体２を飛行させる為に必要なプログラム、前記飛行体通信部１５により前記基地制御装置１との通信を行う為の通信プログラム、飛行ルート等飛行に必要な飛行データが格納されており、前記飛行制御装置１１はプログラム、飛行データに基づき、自律飛行を実行し、或は遠隔操作による飛行を制御する。
【００３５】
前記飛行制御部１３は、前記飛行制御装置１１からの飛行制御指令及び前記ジャイロユニット１４が検出する飛行体の姿勢状態に基づき、前記プロペラユニット５，６，７，８を個別に駆動制御し、前記無人飛行体２を所望の姿勢で、所望の方向に飛行させる。
【００３６】
該無人飛行体２は基準位置を有し、前記ＧＮＳＳ装置９は、前記無人飛行体２の前記基準位置を測定する。ここで、基準位置としては、前記無人飛行体２の機械基準点の位置、或は前記レーザスキャナ３の測定基準点の位置がある。尚、前記ＧＮＳＳ装置９によって前記レーザスキャナ３の測定基準点の位置が測定される様になっていることが好ましい。
【００３７】
前記レーザスキャナ３は基準光軸Ｏを有し、該基準光軸Ｏは下方に延出し、前記飛行制御装置１１は前記基準光軸Ｏが鉛直、或は略鉛直となる様に前記無人飛行体２の姿勢を制御する。
【００３８】
尚、前記基準光軸Ｏの鉛直性が、より確実に保証される様、前記機体４の姿勢に拘らず、前記基準光軸Ｏが鉛直下方を向く様、前記レーザスキャナ３をジンバル機構を介して前記機体４に設けてもよい。尚、ジンバル機構については、特許文献１に開示されている。
【００３９】
前記基地制御装置１から遠隔操作で操縦され、或は前記基地制御装置１から前記無人飛行体２の前記飛行制御装置１１に飛行計画が設定され、該飛行制御装置１１が航行手段を制御し、飛行計画に従って、前記無人飛行体２を自律飛行させる。
【００４０】
又、前記飛行制御装置１１は、前記航行手段を制御し、前記無人飛行体２を所定の速度、所定の高度での飛行に制御すると共に、該無人飛行体２の飛行姿勢を水平（或は、前記基準光軸Ｏが鉛直）に制御する。
【００４１】
前記レーザスキャナ３は前記基準光軸Ｏを中心に測距光（パルスレーザ光線）をスキャンする。
【００４２】
ここで、前記無人飛行体２に搭載される前記レーザスキャナ３は、前記無人飛行体２の飛行方向に対して直交する方向に直線的に測距光を往復スキャン（１次元スキャン）するレーザスキャナであってもよく、或は、前記基準光軸Ｏを中心として、或は該基準光軸Ｏを原点として測距光を２次元スキャンするレーザスキャナであってもよい。前記レーザスキャナ３のスキャンモードは、測定条件に応じて適宜選択が可能である。
【００４３】
図３、図４は前記レーザスキャナ３の一例を示している。図３、図４に於いて説明する該レーザスキャナ３は、測距光を２次元にスキャンする構成を有している。
【００４４】
尚、図３に於いて、前記基準光軸Ｏは水平な状態を示しているが、前記レーザスキャナ３が前記無人飛行体２に搭載された状態では、前記基準光軸Ｏは鉛直又は略鉛直となる。
【００４５】
次に、前記レーザスキャナ３について、図３を参照して具体的に説明する。
【００４６】
該レーザスキャナ３は、測距光射出部２１、受光部２２、測距演算部２３、撮像部２４、射出方向検出部２５、モータドライバ２６、第１通信部２８、演算制御部２９、記憶部３１、撮像制御部３２、画像処理部３３、表示部３４、光軸偏向部４９を具備し、これらは筐体３５に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部２１、前記受光部２２、前記測距演算部２３、前記光軸偏向部４９等は、測距部を構成する。
【００４７】
前記測距光射出部２１は、射出光軸３８を有し、該射出光軸３８上に発光素子４１、例えばパルスレーザダイオード（ＰＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸３８上に投光レンズ４２が設けられている。更に、前記射出光軸３８上に偏向光学部材としての第１反射鏡４３が設けられ、受光光軸４４（後述）上に偏向光学部材としての第２反射鏡４５が設けられ、前記第１反射鏡４３と前記第２反射鏡４５とによって、前記射出光軸３８は、前記受光光軸４４と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡４３と前記第２反射鏡４５は射出光軸偏向部を構成する。
【００４８】
前記発光素子４１はパルスレーザ光線を発し、前記測距光射出部２１は、前記発光素子４１から発せられたパルスレーザ光線を測距光４６として射出する。
【００４９】
前記受光部２２について説明する。該受光部２２には、測定対象からの反射測距光４７が入射する。前記受光部２２は、前記受光光軸４４を有し、該受光光軸４４には、前記第１反射鏡４３、前記第２反射鏡４５によって偏向された前記射出光軸３８が合致する。尚、該射出光軸３８と前記受光光軸４４とが合致した状態を測距光軸４８とする。
【００５０】
偏向された前記射出光軸３８と前記受光光軸４４とが合致した光軸上に、即ち前記測距光軸４８上に、前記光軸偏向部４９（後述）が配設される。該光軸偏向部４９の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Ｏ（図１参照）となっている。該基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部４９によって偏向されなかった時の前記射出光軸３８又は前記受光光軸４４又は前記測距光軸４８と合致する。
【００５１】
前記反射測距光４７は前記光軸偏向部４９を透過し、前記受光部２２へ入射し、入射後の前記反射測距光４７の前記受光光軸４４上に結像レンズ５１が配設される。又、前記受光光軸４４上に受光素子５２、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられる。前記結像レンズ５１は、前記反射測距光４７を前記受光素子５２に結像する。該受光素子５２は、前記反射測距光４７を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部２３に入力され、該測距演算部２３は測距光の発光タイミングと受光信号の受光タイミングに基づき測定対象迄の測距を行う。
【００５２】
図４を参照して、前記光軸偏向部４９について説明する。
【００５３】
該光軸偏向部４９は、一対の光学プリズム６３，６４から構成される。該光学プリズム６３，６４は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸４８上に該測距光軸４８と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。前記光学プリズム６３は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズム６５ａ，６５ｂ，６５ｃを有している。前記光学プリズム６４は、前記光学プリズム６３と同構造であり、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを有している。尚、前記三角プリズム６５ａ，６５ｂ，６５ｃと前記三角プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、全て、透過する光軸を同一偏角で偏向する光学特性を有している。
【００５４】
尚、中心に位置する前記三角プリズム６５ａ，６６ａの幅は、前記測距光４６のビーム径よりも大きくなっており、該測距光４６は前記三角プリズム６５ａ，６６ａのみを透過する様になっている。
【００５５】
前記光軸偏向部４９の中央部（前記三角プリズム６５ａ，６６ａ）は、前記測距光４６が透過し、射出される第１光軸偏向部である測距光偏向部となっている。前記光軸偏向部４９の中央部を除く部分（前記三角プリズム６５ａ，６６ａの両端部及び前記三角プリズム６５ｂ，６５ｃ、前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃ）は、前記反射測距光４７が透過し、入射する第２光軸偏向部である反射測距光偏向部となっている。
【００５６】
前記光学プリズム６３，６４は、それぞれ前記測距光軸４８を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム６３，６４は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光４６の前記射出光軸３８を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光４７の前記受光光軸４４を前記射出光軸３８と平行に偏向する。
【００５７】
前記光学プリズム６３，６４の外形形状は、それぞれ前記測距光軸４８（前記基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光４７の広がりを考慮し、必要な光量を取得できる様、前記光学プリズム６３，６４の直径が設定されている。
【００５８】
前記光学プリズム６３の外周にはリングギア６７が嵌設され、前記光学プリズム６４の外周にはリングギア６８が嵌設されている。
【００５９】
前記リングギア６７には駆動ギア６９が噛合し、該駆動ギア６９はモータ７１の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア６８には駆動ギア７２が噛合し、該駆動ギア７２はモータ７３の出力軸に固着されている。前記モータ７１，７３は、前記モータドライバ２６に電気的に接続されている。
【００６０】
前記モータ７１，７３は、回転角を検出できるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするものが用いられ、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いて前記モータ７１，７３の回転量を検出してもよい。該モータ７１，７３の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ２６により前記モータ７１，７３が個別に制御される。尚、エンコーダを直接リングギア６７，６８にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア６７，６８の回転角を直接検出する様にしてもよい。
【００６１】
前記駆動ギア６９，７２、前記モータ７１，７３は、前記測距光射出部２１と干渉しない位置、例えば前記リングギア６７，６８の下側に設けられている。
【００６２】
前記投光レンズ４２、前記第１反射鏡４３、前記第２反射鏡４５、前記測距光偏向部等は、投光光学系を構成する。又、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ５１等は、受光光学系を構成する。
【００６３】
前記測距演算部２３は、前記発光素子４１を制御し、前記測距光４６としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光（断続発光）させる。該測距光４６が前記三角プリズム６５ａ，６６ａ（測距光偏向部）により、測定対象に向う様前記射出光軸３８が偏向される。前記測距光軸４８が、測定対象を視準した状態で測距が行われる。
【００６４】
前記測定対象から反射された前記反射測距光４７は、前記三角プリズム６５ｂ，６５ｃ及び前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃ（反射測距光偏向部）、前記結像レンズ５１を介して入射し、前記受光素子５２に受光される。該受光素子５２は、受光信号を前記測距演算部２３に送出し、該測距演算部２３は前記受光素子５２からの受光信号に基づき、パルスレーザ光線（以下、パルス光と称す）毎に測定点（測距光が照射された点）の測距を行い、測距データは前記記憶部３１に格納される。
【００６５】
前記射出方向検出部２５は、前記モータ７１，７３に入力する駆動パルスをカウントすることで、前記モータ７１，７３の回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、前記モータ７１，７３の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２５は、前記モータ７１，７３の回転角に基づき、前記光学プリズム６３，６４の回転位置を演算する。更に、前記射出方向検出部２５は、前記光学プリズム６３，６４の光学特性と回転位置とに基づき、各パルス光毎の前記測距光４６の偏角、射出方向を演算する。演算結果（測角結果）は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部２９に入力される。尚、前記測距光４６がバースト発光される場合は、断続測距光毎に測距が実行される。
【００６６】
前記演算制御部２９は、前記モータ７１，７３の回転方向、回転速度、該モータ７１，７３間の回転比を制御することで、前記光軸偏向部４９による偏向作用を制御する。又、前記測距光４６の偏角、射出方向から、前記測距光軸４８に対する測定点の水平角、鉛直角を演算する。更に、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定対象の３次元データを求めることができる。
【００６７】
前記光軸偏向部４９の回転を固定した状態とすると、特定の測定点の測距が行える。
【００６８】
更に、前記光軸偏向部４９を回転、或は所要のパターンで動的に偏向させることで、前記測距光４６を所要のパターンでスキャンさせることができ、この場合、前記レーザスキャナ３は点群データを取得するレーザスキャナとして機能する。
【００６９】
レーザスキャナとして機能させる場合、前記光軸偏向部４９、前記モータ７１、前記モータ７３等は、スキャン部を構成する。本実施例では、前記光学プリズム６３、前記光学プリズム６４を一対使用する例を記したが、前記光学プリズム６３、又は、前記光学プリズム６４のいずれかを使用する構成としてもよい。
【００７０】
前記撮像部２４について説明する。
【００７１】
該撮像部２４は、前記レーザスキャナ３の前記基準光軸Ｏと平行な撮像光軸５５と、該撮像光軸５５に配置された撮像レンズ５６とを有している。前記撮像部２４は、前記光学プリズム６３，６４による最大偏角（例えば±３０°）と略等しい、或は最大偏角よりも大きい画角、例えば６０°〜６５゜の画角を有するカメラであり、前記レーザスキャナ３のスキャン範囲を含む画像データを取得する。前記撮像光軸５５と前記射出光軸３８及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、前記撮像光軸５５と前記基準光軸Ｏとは平行であり、又各光軸間の距離は既知の値となっている。又、前記撮像部２４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。
【００７２】
前記撮像制御部３２は、前記撮像部２４の撮像を制御する。前記撮像制御部３２は、前記撮像部２４が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと前記レーザスキャナ３でスキャンするタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部２９は画像と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。
【００７３】
前記撮像部２４の撮像素子５７は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記撮像光軸５５を原点とした座標系での画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。従って、各画素からの信号に基づき、前記撮像素子５７上での受光位置を検出可能となっている。
【００７４】
前記画像処理部３３は、前記撮像部２４で取得した画像データについて、エッジ抽出処理、特徴点の抽出、画像トラッキング処理、画像マッチング等の画像処理を行う。又、画像データから濃淡画像を作成する。
【００７５】
前記表示部３４は、前記撮像部２４により取得した画像を表示し、測定状況、測定データ等を表示する。尚、前記表示部３４はタッチパネルとされ、操作部としても機能する。又、前記基地制御装置１から前記無人飛行体２の遠隔操作を行う場合は、前記表示部３４は省略することができる。
【００７６】
前記光軸偏向部４９の偏向作用、スキャン作用について、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して説明する。
【００７７】
尚、図５（Ａ）では、説明を簡略化する為、前記光学プリズム６３，６４について、前記三角プリズム６５ａ，６６ａと、前記三角プリズム６５ｂ，６５ｃ，６６ｂ，６６ｃとを分離して示している。又、図５（Ａ）は、前記三角プリズム６５ａ，６６ａ、前記三角プリズム６５ｂ，６５ｃ，６６ｂ，６６ｃが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏角（例えば、±３０°）が得られる。又、最少の偏角は、前記光学プリズム６３，６４のいずれか一方が１８０°回転した位置であり、該光学プリズム６３，６４の相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。従って、前記光学プリズム６３，６４を経て射出、受光されるパルスレーザ光線の光軸（前記測距光軸４８）は、前記基準光軸Ｏと合致する。
【００７８】
前記発光素子４１から前記測距光４６が発せられ、該測距光４６は前記投光レンズ４２で平行光束とされ、前記測距光偏向部（前記三角プリズム６５ａ，６６ａ）を透過して測定対象に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光４６は前記三角プリズム６５ａ，６６ａによって所要の方向に偏向されて射出される（図５（Ａ））。
【００７９】
前記測定対象で反射された前記反射測距光４７は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ５１により前記受光素子５２に集光される。
【００８０】
前記反射測距光４７が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光４７の光軸は、前記受光光軸４４と合致する様に前記三角プリズム６５ｂ，６５ｃ及び前記三角プリズム６６ｂ，６６ｃによって偏向される（図５（Ａ））。
【００８１】
前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光４６の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。
【００８２】
又、前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４との位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ７１，７３により、前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光４６が描く軌跡は前記基準光軸Ｏ（図３参照）を中心とした円となる。
【００８３】
従って、前記発光素子４１よりレーザ光線をパルス発光させつつ、前記光軸偏向部４９を回転させれば、前記測距光４６を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記反射測距光偏向部は、前記測距光偏向部と一体に回転していることは言う迄もない。
【００８４】
図５（Ｂ）は、前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４とを相対回転させた場合を示している。前記光学プリズム６３により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記光学プリズム６４により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記光学プリズム６３，６４による光軸の偏向は、該光学プリズム６３，６４間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。
【００８５】
従って、前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４を逆向きに同期して等速度で往復回転させた場合、前記光学プリズム６３，６４を透過した前記測距光４６は、直線状に往復スキャンされる。従って、前記光学プリズム６３と前記光学プリズム６４とを逆向きに等速度で往復回転させることで、図５（Ｂ）に示される様に、前記測距光４６を合成偏向Ｃ方向に直線の軌跡７５で往復スキャンさせることができる。
【００８６】
更に、図５（Ｃ）に示される様に、前記光学プリズム６３の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム６４を回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光４６が回転される。従って、該測距光４６のスキャン軌跡はスパイラル状となる。
【００８７】
又、前記光学プリズム６３、前記光学プリズム６４の回転方向、回転速度を個々に制御することで、前記測距光４６のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした照射方向（半径方向のスキャン）とし、或は水平、垂直方向とする等、種々の２次元のスキャンパターンが得られる。
【００８８】
更に又、水平方向のスキャンと垂直方向のスキャンとを合成し、２次元のスキャンを可能とする。更に、中心を有する２次元の閉ループスキャンパターンとすることができ、この場合はスキャンパターンの中心を測定点と合致させる。又、スキャンパターンの中心は前記測距光軸４８と合致する。
【００８９】
図６を参照して、前記測距演算部２３について説明する。
【００９０】
該測距演算部２３は、前記発光素子４１、前記受光素子５２の発光及び受光を制御し、測距を実行する。
【００９１】
前記測距演算部２３は主に、タイミング発生回路８１、前記発光素子４１を発光させるドライバ８２、受光信号処理部８３を有し、更に該受光信号処理部８３は前記受光素子５２からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部８４、信号検出部８５、信号処理部８６、バッファ部８７、粗測定部８８を有する。
【００９２】
前記タイミング発生回路８１は、前記ドライバ８２、前記Ａ／Ｄ変換部８４、前記信号検出部８５、前記信号処理部８６、前記バッファ部８７、前記粗測定部８８にそれぞれタイミング信号を発する。
【００９３】
前記ドライバ８２は、前記タイミング発生回路８１からのタイミング信号に従って、前記発光素子４１を短周期でのパルス発光と発光休止の組合わせで発光させる。即ち、前記ドライバ８２は、短周期で所定時間だけ（所定パルス数だけ）パルス発光（群発光）させ、次に所定時間、発光を休止させる、断続発光を行う。従って、タイミング信号が入力される度に、短周期の発光（群発光）と発光休止とが交互に繰返される。ここで、１組の短周期のパルス発光時間と休止時間を含む周期を長周期と称す。
【００９４】
尚、前記タイミング発生回路８１からは、１長周期毎に１つのタイミング信号が発せられ、前記ドライバ８２がタイミング信号の入力で１長周期分の発光駆動信号を前記発光素子４１に入力する様にしてもよく、或は前記タイミング発生回路８１から１長周期分の発光タイミング信号を前記ドライバ８２に出力し、該ドライバ８２が発光タイミング信号に対応して前記発光素子４１を発光させる様にしてもよい。
【００９５】
前記Ａ／Ｄ変換部８４には、前記タイミング発生回路８１から、長周期に対応したタイミング信号が入力され、タイミング信号の入力と同期して前記受光素子５２からの受光信号をＡ／Ｄ変換する。
【００９６】
前記信号検出部８５には、前記タイミング発生回路８１から、長周期に対応したタイミング信号が入力される。前記信号検出部８５は、前記Ａ／Ｄ変換部８４でＡ／Ｄ変換された受光信号の内、前記タイミング信号が入力された時から所定閾値を超える最初の信号を反射測距光の第１受光信号（後述）として検出する。第１受光信号は前記信号処理部８６、前記粗測定部８８に入力される。
【００９７】
前記タイミング発生回路８１から長周期に対応したタイミング信号が、前記バッファ部８７にも入力される。該バッファ部８７には、前記Ａ／Ｄ変換部８４で、Ａ／Ｄ変換された受光信号が入力され、長周期毎に受光信号が蓄積される。
【００９８】
前記粗測定部８８は、前記信号検出部８５から入力される受光信号に基づき、測定対象迄の距離を測定する。尚、前記粗測定部８８は、長周期毎に１つの前記第１受光信号が入力され、該１つの第１受光信号に基づく距離測定であり、前記受光素子５２の受光状態の影響を受けるので、精度は高くなく、概略の距離測定（粗測定）となる。
【００９９】
前記信号処理部８６には、前記バッファ部８７で蓄積された１長周期毎の受光信号が入力され、前記信号処理部８６は蓄積された１長周期の受光信号及び前記信号検出部８５からの受光信号に基づき、距離を測定する。
【０１００】
前記信号処理部８６で得られる測距結果は、短周期で所定時間だけ発光（所定パルス数だけ群発光）した測距光の複数の受光信号に基づくものであり、受光状態は平均化され、或はノイズ等は相殺されるので、測定精度は高い。従って、前記信号処理部８６では精密測定が行われる。
【０１０１】
前記粗測定部８８からの粗測定結果、前記信号処理部８６からの精密測定結果は、前記演算制御部２９に入力され、該演算制御部２９はこれらの測定結果を前記ＧＮＳＳ装置９で取得した位置情報に関連付けて前記記憶部３１に保存する。
【０１０２】
以下、図７〜図１０を参照して、本実施例に於ける測定作動について説明する。
【０１０３】
図７は、前記レーザスキャナ３が前記無人飛行体２の下面に設けられ、鉛直下方に延出する前記基準光軸Ｏを中心に円スキャンし、地表の測定を行っている状態を示している。
【０１０４】
ここで、１回の円スキャンで１回群発光させた場合、円スキャンの１周が長周期であり、１回の円スキャンで複数回（ｎ回）群発光させた場合、円スキャンの周期の１／ｎが長周期となる。該円スキャンの円周に沿って所定円弧長（所定角度）で短周期のパルス発光（群発光）が行われ、各パルス光毎に測距が行われる。
【０１０５】
又、図７では、測距距離が１００ｍを例示しているが、測距距離が１００ｍとなると、測距光のビーム径は、最大で２０ｃｍとなる。尚、通常、レーザ光線の光束断面は楕円形状であり、図８では、光束断面の長径が２０ｃｍとなっていることを示している。
【０１０６】
図９は、１つのパルス光（前記測距光４６）が地表を照射した状態を示している。又、図９は、照射位置が林であった場合を示している。上記した様に、前記測距光４６は所要のビーム径を有しているので、部分的に木々に遮られつつ、一部が地表に到達する。従って、反射測距光としては、木々の葉で反射された反射測距光と、地表で反射された反射測距光とが前記受光素子５２に入射する。
【０１０７】
図９に於いて、前記測距光４６の反射位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されている。従って、前記受光素子５２から発せられる受光信号は、図１０に示される様に複数の受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄとなる。又、受光信号ａ，ｂ，ｃが木々の葉で反射された反射測距光によるものであり、受光信号ｄが地表で反射された反射測距光によるものである。
【０１０８】
又、図１０に於いて、信号Ｔｒは、前記長周期の始点に発せられるタイミング信号（発光のトリガ信号）である。
【０１０９】
前記信号検出部８５によって、長周期の開始から最初に検出される前記第１受光信号が前記受光信号ａとなり、該受光信号ａによって反射位置ａ迄の距離が測定される。尚、地表から反射位置ａ迄の距離（地表からの高さ）は、前記レーザスキャナ３が測定する反射位置ａ迄の距離に比べ著しく小さいので、反射位置ａ迄の測距で、地表迄の概略の距離を知ることができる。而して、単発のパルス光で、地表迄の粗測定が行える。
【０１１０】
上記した様に、前記光学プリズム６３，６４により、前記測距光４６（前記測距光軸４８）を所要角度に偏向し、前記モータ７１、前記モータ７３により前記光学プリズム６３，６４を一体に回転すると、円スキャンが可能である。更に、円スキャンを実行しつつ、前記無人飛行体２が飛行し、円スキャンの過程（円スキャンの軌跡に沿って）でパルス発光され、測定が行われる。
【０１１１】
この円スキャンの回転速度に対してパルス発光の周期を充分短くすると、即ち円スキャンの周速度に対して発光間隔時間が充分短い短周期とすると、測定点Ｐを前記測距光４６の光束が通過しきる迄に、複数回のパルス発光が実行される。即ち、前記測定点Ｐに対してパルス光が短周期で多重照射される。尚、パルス発光の回数については、測定状況が考慮され、最適な回数が選択される。
【０１１２】
図１１は、測定点Ｐに前記測距光４６を多重照射した時の、該測距光４６の前記測定点Ｐに対する移動状態を示している。
【０１１３】
図１１では、前記測距光４６の光束径が２０ｃｍ（図８参照）であり、又、図１１中、矢印Ｍは、光束の移動方向（前記測距光４６のスキャン方向）を示している。
【０１１４】
図３、図４に於いて、前記光軸偏向部４９の回転速度を毎秒３０回転とし、円スキャンの直径が１００ｍ（図７参照）とすると、円スキャンの周速度は毎秒約３００ｍ×３０回転＝９０００ｍ／ｓｅｃである。又、パルス光の発光間隔を３００ｎｓｅｃとすると、スキャン速度によるレーザビーム移動ズレは９０００ｍ×３００ｎｓｅｃ＝２．７ｍｍであり、４回のパルス発光で、約１ｃｍの光束のずれとなる。
【０１１５】
従って、４回のパルス発光中、前記測定点Ｐは照射される全てのパルス光の光束に含まれており、各パルス光（パルス測距光）について前記測定点Ｐからの反射測距光が受光される。更に、１ｃｍの光束のずれは１０ｃｍ×２０ｃｍのビームサイズに対して僅かなずれであり、実質上同一地点を４回測距したのと同等となる。以下の説明では、パルス発光回数を４回と設定した場合を説明する。
【０１１６】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、前記測距光４６の発光タイミングと前記受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，との関係を示している。
【０１１７】
図１２（Ａ）は、測距光をパルス発光させる為のトリガ信号Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４が短周期Ｔ１で発せられ、前記測距光４６がパルス発光されたことを示している。
【０１１８】
図１２（Ｂ）は、各パルス光の反射測距光を受光して得られる受光信号（図９、図１０参照）を示しており、受光信号（ａ〜ｄ）の添字（１〜４）はトリガ信号Ｔｒの添字（１〜４）に対応している。
【０１１９】
例えば、最初のトリガ信号Ｔｒ１で発光されたパルス光について、最初に受光される反射測距光による受光信号ａ１（第１受光信号）は、図１０で示した受光信号ａに相当する。トリガ信号Ｔｒ１の発光タイミングから前記受光信号ａ１が発せられる時迄の時間Δｔが粗測定に必要な時間となる。又、前記トリガ信号Ｔｒ１で発光されたパルス光により受光信号群（受光信号（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１））Ｓ１が得られる。
【０１２０】
又、前記トリガ信号Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４により発光されたパルス光の反射測距光による受光信号が受光されるので、前記トリガ信号Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４により発光されたパルス光に対応する受光信号群Ｓ２（受光信号（ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２））〜受光信号群Ｓ４（受光信号（ａ４，ｂ４，ｃ４，ｄ４））が得られる。又、この受光信号群間の時間間隔は、前記トリガ信号Ｔｒの発光間隔に等しく、短周期Ｔ１となる。
【０１２１】
前記受光信号群Ｓ１（受光信号（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１））〜受光信号群Ｓ４（受光信号（ａ４，ｂ４，ｃ４，ｄ４））は、前記バッファ部８７に保存される。
【０１２２】
ここで、短周期Ｔ１を設定する場合、前記受光信号群が重ならない様にする必要がある。短周期Ｔ１は測定環境に対応して設定すればよいが、測定対象が森、林等であった場合、木々の高さを３０ｍ以下と想定した場合、レーザ光線による３０ｍの測距時間は２００ｎｓｅｃであるので、前記短周期Ｔ１を２００ｎｓｅｃに設定すればよい。即ち、前記短周期Ｔ１は、測定対象の凹凸差に相当する測距時間差以上に設定される。
【０１２３】
而して、短周期で発光したパルス光に対応する受光信号が分離した状態で取得でき、前記信号検出部８５は、前記長周期の始点に発せられるトリガ信号Ｔｒ１から最初に検出される前記第１受光信号ａ１を検出する。前記粗測定部８８は、前記第１受光信号ａ１に基づき粗測定を行う。
【０１２４】
又、前記バッファ部８７に保存されている前記受光信号群Ｓ１（受光信号（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１））〜受光信号群Ｓ４（受光信号（ａ４，ｂ４，ｃ４，ｄ４））について、短周期Ｔ１分順次繰上げて、重合せ積算した受光信号を取得する。各反射位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ（図９参照）からの反射測距光による受光信号は、積算されることで各反射位置に対応する受光信号は４倍の大きさとなる。又、積算することでノイズ成分が相殺され、Ｓ／Ｎの大きい受光信号が得られる。従って、スキャン測定に於いて、高精度の測定結果が得られる。
【０１２５】
更に、積算された、積算受光信号に基づき前記反射位置ａ，ｂ，ｃ，ｄそれぞれの測距を行うことができ、１つの測距ビーム（又は１つと見なせる測距ビーム）により、複数位置の測距を同時に実行することができ、複雑な地表の情報を簡便に取得することができる。
【０１２６】
図１３は、受光信号群Ｓ１〜受光信号群Ｓ４を積算した状態の受光信号を示している。
【０１２７】
図１４は第２の実施例を示しており、第２の実施例では、レーザスキャナ３が発光素子４１を複数有し、複数のレーザビーム（測距光４６）を照射し、複数点を同時測定可能としている。尚、図示では、３個の前記発光素子４１を具備しているが、２個或は４個以上でも可能であることは言う迄もない。
【０１２８】
以下の実施例では、該発光素子４１を３個として説明する。又、図１４図中、図３、図６と同等のものには、同符号を付しその説明を省略する。
【０１２９】
３個の前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び該発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃに対応して設けられる投光レンズ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、射出光軸３８を基準に配設される。
【０１３０】
前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、前記射出光軸３８を中心に周方向に等角度ピッチ、例えば１２０°ピッチで配設されている。前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの光軸は、前記射出光軸３８に対して所定角度、例えば１５°傾斜した位置となっている。即ち、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、前記射出光軸３８を中心とした三角形の頂点に配置され、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは後述する受光素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃに関して共役となっている。又、前記投光レンズ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの光軸上にそれぞれ設けられている。
【０１３１】
前記射出光軸３８上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡４３と、受光光軸４４上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡４５とによって、前記射出光軸３８は前記受光光軸４４と合致する様に偏向される。前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃから発せられたパルスレーザ光線は、前記第１反射鏡４３と前記第２反射鏡４５によって偏向され、更に光軸偏向部４９でそれぞれ偏向され、前記測距光４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）として射出される。
【０１３２】
次に、受光部２２について説明する。該受光部２２には、測定対象（即ち測定点）で反射された反射測距光４７（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ）が入射する。前記受光部２２は、前記受光光軸４４を有し、該受光光軸４４には、前記第１反射鏡４３と前記第２反射鏡４５によって偏向された前記射出光軸３８が合致する。
【０１３３】
前記反射測距光４７は前記光軸偏向部４９を透過し、前記受光光軸４４上に入射する。該受光光軸４４上に、即ち基準光軸Ｏ上に結像レンズ５１が配設されている。又、前記受光光軸４４から所定角度、例えば１５°傾斜された光軸上で、且つ円周方向に等角度ピッチ、即ち１２０°ピッチの位置に、３つの前記受光素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。即ち、前記受光素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、前記受光光軸４４を中心に正三角形状に配置される。
【０１３４】
前記発光素子４１ａは前記投光レンズ４２ａ、前記結像レンズ５１に関して前記受光素子５２ａと共役な位置となっている。同様に、前記発光素子４１ｂ，４１ｃは前記投光レンズ４２ｂ，４２ｃ及び前記結像レンズ５１に関して前記受光素子５２ｂ，５２ｃと共役な位置となっている。従って、前記発光素子４１ａから発せられた前記測距光４６ａは前記受光素子５２ａに受光され、前記発光素子４１ｂから発せられた前記測距光４６ｂは前記受光素子５２ｂに受光され、前記発光素子４１ｃから発せられた前記測距光４６ｃは前記受光素子５２ｃに受光される。
【０１３５】
前記受光素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、それぞれ受光信号を発生する。各受光信号は、それぞれ受光信号処理部８３ａ，８３ｂ，８３ｃに入力される。該受光信号処理部８３ａ，８３ｂ，８３ｃは、受光信号に基づきそれぞれ測定点迄の測距を行う。
【０１３６】
図１５は、前記レーザスキャナ３から照射される各測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃのスキャン軌跡と測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとの関係を示している。
【０１３７】
第２の実施例では、タイミング発生回路８１ａ，８１ｂ，８１ｃから発光用のタイミング信号が同時にドライバ８２ａ，８２ｂ，８２ｃに発せられ、該ドライバ８２ａ，８２ｂ，８２ｃによって前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃが同一タイミングで発光される。
【０１３８】
各発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの発光モードは、上記したと同様、短周期のパルス発光を含む長周期で発光され、且つ短周期のパルス発光では、測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに対してパルス光が多重照射される。尚、多重照射によって得られる受光信号の処理については、上述した実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１３９】
図１６は、各測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃの発光タイミングを示している。又、各測距光に於ける矩形波９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、それぞれ短周期で発光されたパルス光群を示しており、該矩形波９１ａ，９１ｂ，９１ｃにはそれぞれ４のパルス光が含まれている。而して、第２の実施例では、前記測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃについて同時に測定を実行できる。
【０１４０】
図１７は、第３の実施例を示しており、第３の実施例では、第２の実施例と同様、レーザスキャナ３が発光素子４１を複数有し、複数のレーザビーム（測距光４６）を照射し、複数点を同時測定可能としている。尚、図示では、３個の前記発光素子４１を具備した場合を示している。
【０１４１】
又、図１７中、図１４中で示したものと同等のものには、同符号を付しその説明を省略する。
【０１４２】
３個の前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、射出光軸３８を基準に、第２の実施例と同様に配設される。第３の実施例では受光素子５２は１つであり、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの反射測距光をそれぞれ光ファイバ９２ａ，９２ｂ，９２ｃで受光し、該光ファイバ９２ａ，９２ｂ，９２ｃによって反射測距光４７ａ，４７ｂ，４７ｃを前記受光素子５２に導く様に構成される。該受光素子５２により前記反射測距光４７ａ，４７ｂ，４７ｃを受光する様になっている。
【０１４３】
尚、前記光ファイバ９２ａ，９２ｂ，９２ｃの受光端面は、投光レンズ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び結像レンズ５１に関して前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、それぞれ共役となっている。
【０１４４】
又、１つのタイミング発生回路８１は、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃのドライバ８２ａ，８２ｂ，８２ｃに、前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃから射出される前記測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃが所定の時間差で発光される様に、発光タイミングを入力する。
【０１４５】
尚、各ドライバ８２ａ，８２ｂ，８２ｃに入力されるタイミング信号は、各発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃを第２の実施例と同様、短周期のパルス発光を含む長周期で発光させ、且つ短周期のパルス発光では、測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに対してパルス光を多重照射するタイミングとなっている。
【０１４６】
図１８は、第３の実施例に於ける、各測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃのスキャン軌跡と測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとの関係を示している。前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの発光タイミングに時間的なずれがあり、前記レーザスキャナ３が無人飛行体２に搭載され、該無人飛行体２が飛行していることから、各測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃが測定する位置は発光タイミングの時間差分変位する。
【０１４７】
一方、前記無人飛行体２の飛行速度に対して、前記測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃの測定タイミングは極めて速く、又前記発光素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃの発光タイミングに時間的なずれに対応する前記無人飛行体２の移動量は、極めて小さくなるので、実質上同時測定の効果が得られる。
【０１４８】
図１９は、第３の実施例に於ける、各測距光４６ａ，４６ｂ，４６ｃの発光タイミングを示している。又、各測距光に於ける矩形波９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、それぞれ短周期で発光されたパルス光群を示しており、該矩形波９１ａ，９１ｂ，９１ｃにはそれぞれ４のパルス光が含まれている。第３の実施例では、前記測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃからの反射測距光が重複して前記受光素子５２に入射しない様に、発光タイミングが時間的にずらされている。
【０１４９】
図２０は、第４の実施例を示している。第１の実施例では、無人飛行体２の位置をＧＮＳＳ装置９によって測定したが、第４の実施例では、トータルステーション９３によって前記無人飛行体２の基準位置、又はレーザスキャナ３の測定基準点を測定している。
【０１５０】
前記トータルステーション９３が既知点（３次元座標が既知となっている点）上に方位を与えられつつ設置され、前記無人飛行体２には再帰反射の光学作用を有する反射体（例えば、プリズム）９４が設けられる。該反射体９４は、前記無人飛行体２の基準位置又は前記レーザスキャナ３の測定基準点に対して既知の位置に設けられる。
【０１５１】
前記トータルステーション９３は、前記反射体９４を追尾しつつ、該反射体９４の位置測定を行う。前記トータルステーション９３により前記無人飛行体２の位置を測定し、前記レーザスキャナ３で測定した結果と前記トータルステーション９３で測定した前記無人飛行体２の位置とを関連付けることで、前記レーザスキャナ３で測定した結果を地上座標系（絶対座標）に変換することができる。
【０１５２】
図２１は第５の実施例を示している。
【０１５３】
第５の実施例は、図３、図４で説明したレーザスキャナ３が地上、構築物等の不動体に設置された場合を示す。
【０１５４】
前記レーザスキャナ３が設置装置９５を介して地表の既知点（既知の３次元座標）に設置される。
【０１５５】
前記設置装置９５は、主に三脚９６、該三脚９６の上端に設けられた設置台９７、該設置台９７上に設けられた台座部９８、該台座部９８上に設けられた托架部９９を有し、前記レーザスキャナ３は前記托架部９９に設けられる。
【０１５６】
前記台座部９８は前記設置台９７に対して鉛直軸心を中心に回転可能となっており、前記台座部９８の前記設置台９７に対する回転角は、水平角検出器（図示せず）によって検出可能となっている。
【０１５７】
又、前記レーザスキャナ３は前記托架部９９に水平軸心を中心に回転可能となっており、前記レーザスキャナ３の前記托架部９９に対する鉛直方向の回転角は鉛直角検出器（図示せず）によって検出可能となっている。又、前記台座部９８は、該台座部９８に内蔵された水平モータ（図示せず）によって水平方向に回転され、前記レーザスキャナ３は鉛直モータ１０１によって鉛直方向に回転される様になっている。
【０１５８】
前記レーザスキャナ３から発せられる測距光４６は、基準光軸Ｏを中心に円スキャンされる。
【０１５９】
第５の実施例に於いても、該円スキャンの円周に沿って所定円弧長（所定部位）で短周期のパルス発光が行われ、各パルス光毎に測距が行われる。更に、測定点でパルス光の光束が重複する様に多重照射され、多重照射で得られた受光信号に基づき測距が行われ、測定点の水平角、鉛直角はそれぞれ前記水平角検出器（図示せず）、前記鉛直角検出器（図示せず）によって検出される。更に、前記水平モータ（図示せず）、前記鉛直モータ１０１によって前記レーザスキャナ３を水平方向に、或は鉛直方向に回転させることで、所要の測定範囲の点群データを取得することができる。
【０１６０】
尚、前記レーザスキャナ３に於ける測距光軸４８の偏角量が測定範囲に対して充分大きい場合は、前記鉛直モータ１０１及び前記鉛直角検出器は省略することができる。又、この場合、前記レーザスキャナ３は、トータルステーションとして機能する。
【０１６１】
図２２は第６の実施例を示している。
【０１６２】
第６の実施例は、本発明を一般的なレーザスキャナに実施した場合である。
【０１６３】
図２２中、１０５はレーザスキャナを示している。該レーザスキャナ１０５は、既知点に三脚（図示せず）を介して設置される。尚、図２２中、図３、図６中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【０１６４】
該レーザスキャナ１０５の概略の構成を説明すると、該レーザスキャナ１０５は、三脚に取付けられる整準部１０６と、該整準部１０６に設けられた基盤部１０７と、該基盤部１０７に水平回転部１０８を介して水平方向に回転可能に設けられた托架部１０９と、該托架部１０９に鉛直回転軸１１１を中心に鉛直方向（高低方向）に回転可能に設けられたスキャンミラー１１２とを有している。
【０１６５】
前記整準部１０６は、例えば３つの調整螺子１１３を有し、該調整螺子１１３を調整することで、前記基盤部１０７の整準がなされる。
【０１６６】
前記水平回転部１０８は、前記基盤部１０７に回転自在に、且つ鉛直に支持された水平回転軸１１４を有している。該水平回転軸１１４に前記托架部１０９が支持され、該托架部１０９が前記水平回転軸１１４と一体に回転する様になっている。
【０１６７】
前記水平回転部１０８には、水平駆動モータを含む水平駆動部１１５、前記水平回転軸１１４の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１１６が収納されている。前記水平駆動部１１５によって前記水平回転軸１１４を中心に前記托架部１０９が回転され、前記水平回転軸１１４の前記基盤部１０７に対する回転角、即ち前記托架部１０９の回転角は前記水平角検出器１１６によって検出される様になっている。
【０１６８】
又、該水平角検出器１１６の検出結果（水平角）は、演算制御部２９に入力され、検出結果に基づき該演算制御部２９により前記水平駆動部１１５の駆動が制御される様になっている。
【０１６９】
前記托架部１０９は、中央部に凹部１１７が形成され、該凹部１１７を挾み左右に室１１８ａ，１１８ｂが形成されている。一方の前記室１１８ａ（図示では左側の室）には、鉛直駆動モータを含む鉛直駆動部１１９、鉛直角検出器１２０が収納され、他方の前記室１１８b（図示では右側の室）には、測距光学部１２２、発光素子４１、受光素子５２、タイミング発生回路８１、ドライバ８２、受光信号処理部８３等が収納されている。又、前記托架部１０９の内部には、前記演算制御部２９等が収納されている。
【０１７０】
前記発光素子４１からパルス発光された測距光４６は、前記測距光学部１２２を経て前記スキャンミラー１１２に、又該スキャンミラー１１２の回転軸心と同軸に入射され、該スキャンミラー１１２は前記測距光４６を直角に反射する。即ち、前記スキャンミラー１１２及び前記鉛直駆動部１１９は測距光軸を前記鉛直回転軸１１１の軸心（水平軸心）に対して直角に偏向する光軸偏向部を構成する。
【０１７１】
前記スキャンミラー１１２が前記鉛直駆動部１１９によって高速回転されることで、前記測距光４６は水平軸心に直交する平面内で一次元にスキャンされる。更に、前記水平駆動部１１５によって前記托架部１０９が水平回転され、前記スキャンミラー１１２の鉛直回転と前記托架部１０９の水平回転の協働により、前記測距光４６は２次元にスキャンされる。
【０１７２】
前記スキャンミラー１１２、前記鉛直駆動部１１９、前記鉛直角検出器１２０等により、スキャン部が構成され、更に前記水平回転部１０８を加えて２次元スキャン部が構成される。
【０１７３】
又測定対象で反射された反射測距光４７は前記スキャンミラー１１２に入射し、直角に偏向され、前記測距光学部１２２に入射する。前記反射測距光４７は該測距光学部１２２によって前記受光素子５２に入射される。該受光素子５２からの受光信号が発せられ、該受光信号は前記受光信号処理部８３に入力される。該受光信号処理部８３に於いて、前記受光信号に基づき、粗測定、精密測定等所要の信号処理が成される。
【０１７４】
前記タイミング発生回路８１から発せられるタイミング信号は、前記ドライバ８２、前記受光信号処理部８３に入力される。
【０１７５】
第１の実施例と同様、短周期のパルス発光を含む長周期で発光させ、且つ短周期のパルス発光では、測定点に対してパルス光が多重照射されるタイミングとなっている。
【０１７６】
而して、一般的なレーザスキャナに本発明を適用することで、所定の測定点を高精度に測定することができ、レーザスキャナにより、点群データだけでなく、所定の測定点の測定も可能となる。
【０１７７】
尚、前記レーザスキャナ１０５は、無人飛行体２に搭載されてもよい。この場合、前記鉛直回転軸１１１は水平で、且つ前記無人飛行体２の進行方向に対して平行、又は略平行であり、前記スキャンミラー１１２による走査平面が進行方向に対して直交する様に、前記レーザスキャナ１０５が設けられる。尚、この場合は、前記水平回転部１０８、前記整準部１０６は省略することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１              基地制御装置
２              無人飛行体
３              レーザスキャナ
４              機体
５，６，７，８  プロペラユニット
９              ＧＮＳＳ装置
１１            飛行制御装置
２１            測距光射出部
２２            受光部
２３            測距演算部
２４            撮像部
２５            射出方向検出部
２８            第１通信部
２９            演算制御部
４１            発光素子
４６            測距光
４７            反射測距光
４８            測距光軸
４９            光軸偏向部
５２            受光素子
６３，６４      光学プリズム
７１，７３      モータ
８１            タイミング発生回路
８３            受光信号処理部
８５            信号検出部
８６            信号処理部
８７            バッファ部
８８            粗測定部
９２ａ〜９２ｃ  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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