(57)【要約】【課題】ベース、およびベースに対して第１の軸の周りで回転され得る測定ヘッドを含む、３Ｄ測定デバイスが提供される。【解決手段】発光光線を放つ発光体、および、受信光線を受信する光受信器が設けられる。制御デバイスが、対象物までの距離を判定する。モータハウジング、および第２の軸と同軸のシャフトを含む、鏡組立体が設けられる。回転子および固定子を有するモータが設けられ、回転子は、シャフトに結合され、固定子は、モータハウジングに結合される。支持構造が、本体および側壁を有し、側壁は、回転子および固定子を受け入れる中空の内部領域を画定し、支持構造はさらに、斜めの区間を有する。発光光線および受信光線を偏向させるために、斜めの区間に反射鏡が結合される。【選択図】図１
2017134059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲環境を光学的に走査および測定するための３Ｄ測定デバイスであって、前記３Ｄ測定デバイスが、
ベースと、
前記ベースに対して第１の軸の周りで回転され得る測定ヘッドと、
発光光線を放つ発光体と、
前記３Ｄ測定デバイスの前記周囲環境内の対象物によって反射されるかまたは他の形で散乱した受信光線を受信する、光受信器と、
複数の測定点のそれぞれに対して前記対象物までの距離を判定する、制御および評価デバイスと、
前記測定ヘッド内に配置された鏡組立体と
を備え、前記鏡組立体が、
前記測定ヘッドに対して固定されたモータハウジングと、
第２の軸の周りで回転するように配置されたシャフトと、
回転子および固定子を有するモータであって、前記回転子が前記シャフトに結合されており、前記固定子が前記モータハウジングに結合されている、モータと、
本体部分および前記本体部分から延在する側壁を有する支持構造であって、前記本体部分が、前記シャフトに結合されており、前記側壁が、前記回転子および前記固定子の少なくとも一部分を受け入れる大きさとされた中空の内部領域を画定し、前記支持構造が斜めの区間をさらに有する、支持構造と、
前記斜めの区間に結合された、前記発光光線および前記受信光線を偏向させるために前記第２の軸の周りで回転することができる反射鏡と
を含む３Ｄ測定デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記支持構造が、前記本体部分および前記側壁を有する第１の部材と、前記反射鏡をさらに支持する第２の部材とを含む３Ｄ測定デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記第２の部材が、端部表面を有し、前記反射鏡の周囲が、前記端部表面によって支持されている３Ｄ測定デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の３Ｄ測定デバイスであって、
前記回転子の第１の側上で前記シャフトの端部に隣接して結合された第１の軸受と、
前記回転子の反対側の第２の側上で前記シャフトに結合された第２の軸受と
をさらに備え、前記第１の軸受および前記第２の軸受が、前記モータハウジングにさらに結合される３Ｄ測定デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記モータハウジングの周りに配置されかつ前記モータハウジングに結合された駆動装置ハウジングをさらに備える３Ｄ測定デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記側壁が、前記駆動装置ハウジングと前記モータハウジングとの間の環状の領域内に延在する３Ｄ測定デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記側壁が、前記回転子を調節可能に平衡化するための手段を含む３Ｄ測定デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記回転子を調節可能に平衡化するための前記手段が、前記側壁に配置された複数の穿孔と、前記複数の穿孔のうちの少なくとも１つに受け入れられる少なくとも１つのピンとを含む３Ｄ測定デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記モータハウジングに結合されたカバーをさらに備え、前記カバーが、前記複数の穿孔と選択的に位置合わせされるように配置された開口部を有する３Ｄ測定デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記側壁が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が、前記カバーに隣接した端部を有し、前記第２の部分が、表面を有する肩によって画定されている３Ｄ測定デバイス。
【請求項１１】
請求項１０に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記複数の穿孔が、第１の複数の穿孔、および第２の複数の穿孔を含み、前記第１の複数の穿孔が、前記側壁の第１の部分の前記端部に配置されており、前記第２の複数の穿孔が、前記肩の表面に配置されている３Ｄ測定デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記第１の複数の穿孔および前記第２の複数の穿孔のそれぞれが、前記第２の軸に平行である３Ｄ測定デバイス。
【請求項１３】
請求項１０に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記第１の部分が、前記肩とは反対の側上に配置された環状の溝を含む３Ｄ測定デバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載の３Ｄ測定デバイスであって、前記斜めの区間が、前記第２の軸に対して４５度の角度で配置されている３Ｄ測定デバイス。
【請求項１５】
３Ｄ測定デバイスのための鏡組立体の平衡を保つ方法であって、
シャフトに結合された回転子を有するモータを用意するステップであり、前記シャフトが、前記回転子が第１の軸受と第２の軸受との間に配置された状態で、前記第１の軸受および前記第２の軸受に取り付けられ、前記モータが、前記回転子の周りに配置された固定子をさらに有するステップと、
前記第１の軸受および前記第２の軸受に結合されたモータハウジングを用意するステップと、
前記シャフトの一方の端部に支持構造を結合するステップであり、前記支持構造が、斜めの区間および側壁を有し、前記側壁が、中空の内部を画定し、前記モータおよび前記モータハウジングの少なくとも一部分が、前記中空の内部内に配置され、前記側壁が複数の穿孔を有するステップと、
前記鏡組立体の平衡を保つために、前記穿孔のうちの１つに少なくとも１つのピンを挿入するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記側壁が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第２の部分が、前記第１の部分の端部から軸方向に離間された表面を有する肩によって画定されている方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、前記複数の穿孔が、第１の複数の穿孔、および第２の複数の穿孔を含み、前記第１の複数の穿孔が、前記側壁の第１の部分の端部に配置されており、前記第２の複数の穿孔が、前記肩の表面に配置されている方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記モータハウジングに結合されるカバーを用意するステップをさらに含み、前記カバーが、前記第１の複数の穿孔および前記第２の複数の穿孔と位置合わせされるように配置された開口部を有する方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記支持構造を回転させて前記第１の複数の穿孔または前記第２の複数の穿孔のうちの１つの穿孔を前記開口部と位置合わせするステップをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記鏡組立体の平衡を保つために前記開口部に前記少なくとも１つのピンを挿入するステップをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ測定デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２０１５年１２月２７日に出願された独国特許出願第１０２０１５１２２８４７．５号の優先権を主張するものであり、その内容を本願に引用して援用する。
【０００３】
独国特許出願第１０２００９０５５９８８Ｂ３号は、レーザスキャナとして設計された既知の３Ｄ測定デバイスを開示している。ベースに対して第１の軸の周りで回転することができる測定ヘッドが、発光体、および測定ヘッドに対して第２の軸の周りで回転することができる鏡を用いて発光光線を放ち、かつ、鏡および光受信器を用いて、レーザスキャナの周囲環境内の対象物によって反射されるかまたは他の形で散乱した受信光線を受信する。制御および評価デバイスが、複数の測定点のそれぞれに対して対象物からの距離を少なくとも判定する。２つの軸に割り当てられた角度位置センサが、関連する角度を提供する。この方法によれば、最初の初期化に基づいて、測定点の３Ｄ座標が決定され得る。鏡を支持する骨組が、種々の凹部によって平衡を保たれる。測定ヘッドに組み入れられたカラーカメラが、２Ｄカラー画像を提供する。欧州特許第２００５１１２Ｂ１号では、ラインカメラが測定ヘッドの頂部に取り付けられる。
【０００４】
独国特許出願第１０２００９０１５９２２Ａ１号は、複数の走査像を使用して周辺空間が記録される既知の方法を開示している。それを達成するために、レーザスキャナは、１つの走査像を生成した後、新たな場所に移動されて、別の走査像を生成する。生成された走査像の測定点は、共通の座標系に記録され、測定点は全体で、３次元点群を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願第１０２００９０５５９８８Ｂ３号
【特許文献２】欧州特許第２００５１１２Ｂ１号
【特許文献３】独国特許出願第１０２００９０１５９２２Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示では、周囲環境を光学的に走査しかつ測定するための３Ｄ測定デバイスが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つの態様によれば、３Ｄ測定デバイスは、ベース、および測定ヘッドを含む。測定ヘッドは、第１の軸の周りでベースに対して回転され得る。発光光線を放つ発光体が設けられ、３Ｄ測定デバイスの周囲環境内の対象物によって反射されるかまたは他の形で散乱した受信光線を受信する光受信器が設けられる。複数の測定点のそれぞれに対して少なくとも対象物からの距離を判定する、制御および評価デバイスが設けられる。鏡組立体が、測定ヘッド内に配置される。鏡組立体は、測定ヘッドに対して固定されたモータハウジングを含む。シャフトが、第２の軸と同軸に配置される。回転子と固定子とを有するモータが設けられ、回転子は、シャフトに結合されており、固定子は、モータハウジングに結合されている。本体部分とそこから延びる側壁とを有する支持構造が設けられ、本体部分は、シャフトに結合されており、側壁は、回転子および固定子の少なくとも一部分を受け入れる大きさとされた中空の内部領域を画定し、支持構造はさらに、斜めの区間を有する。発光光線および受信光線を偏向させるために第２の軸の周りで回転することができる反射鏡が、斜めの区間に結合される。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、３Ｄ測定デバイスのための鏡組立体の平衡を保つ方法が提供される。方法は、シャフトに結合された回転子を有するモータを用意するステップであって、シャフトが、回転子が第１の軸受と第２の軸受との間に配置された状態で、第１の軸受および第２の軸受に取り付けられ、モータが、回転子の周りに配置された固定子をさらに有する、ステップを含む。第１の軸受と第２の軸受とに結合されたモータハウジングが設けられる。支持構造がシャフトの１つの端部に結合され、この支持構造は、斜めの区間および側壁を有し、側壁は、中空の内部を画定し、モータおよびモータハウジングの少なくとも一部分がこの中空の内部内に配置され、側壁は、複数の穿孔を有する。少なくとも１つのピンが、鏡組立体の平衡を保つために穿孔のうちの１つに挿入される。
【０００９】
上記その他の利点および特徴は、図面と併せ以下に説明することからより明らかになるであろう。
【００１０】
本開示と見なされる主題については、本明細書の最後にある特許請求の範囲に特に示しかつ明示的に主張する。本開示の上記その他の特徴および利点は、添付の図面と併せ以下により詳細に説明することから明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】３Ｄ測定デバイスの１例の側面図である。
【図２】複数の光学的構成要素および電子的構成要素を含む、ビーム経路の概略図である。
【図３】３Ｄ測定デバイスの斜視図である。
【図４】３Ｄ測定デバイスの底面から見た図である。
【図５】鏡のための回転駆動装置の断面図である。
【図６】鏡を支持する支持構造の斜視図である。
【図７】鏡のための回転駆動装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明は、例として図面を参照しながら、利点および特徴と併せて本開示の実施形態を説明する。
【００１３】
本開示の実施形態は、鏡の安定した回転を提供する、３Ｄ測定デバイスのための鏡組立体における利点を含む。本開示のさらなる実施形態は、鏡の安定した回転を提供する、コンパクトな鏡組立体における利点を含む。本発明のなおもさらなる実施形態は、鏡組立体の平衡を保つことを促進して製造に起因する不均衡状態を軽減または排除する、鏡組立体における利点を含む。
【００１４】
１実施形態によれば、回転式支持構造が、斜めの区間と、第２の軸に沿って設けられた、中空の内部領域を画定する側壁とを備える。斜めの区間の機能は、鏡を支持することであり、中空の内部領域の機能は、電気モータを収容することである。回転支持構造のための電気モータは、それに対して回転支持構造が回転する、固定されたハウジングを有し、ここで、回転支持構造は、共回転することができるようにシャフト上に据え付けられ得る。回転駆動装置の電気モータは、好ましくは、シャフトに固定された永久磁石、およびハウジングに固定された固定子コイルにより、ハウジングと回転支持構造との間またはハウジングとシャフトとの間の領域に作用する。
【００１５】
入れ子構造において、回転支持構造の中空の内部領域は、固定子、回転子、およびハウジングと少なくとも部分的に重なり合う。１実施形態では、回転支持構造の中空の内部領域は、直接にではなく間接的に電気モータを収容する。１実施形態では、この入れ子構造において、回転支持構造の中空の内部領域はまた、回転支持構造とモータのための駆動装置ハウジングとの間の環状の受入空間内に係合する。
【００１６】
１実施形態では、ハウジング、電気モータ、回転支持構造、および任意に設けられるシャフトの入れ子構造が、第２の軸に対して径方向に交互に並んだ固定構成要素と回転構成要素との配置として理解される。そのような入れ子構造は、第２の軸に沿った据付空間を節約し、それにより、電気モータおよび鏡組立体の長さを短くする。
【００１７】
鏡は、ビーム経路に対して斜めのまたは角度を付けられた鏡の配置に基づいて、発光光線および受信光線を偏向させる。したがって、鏡を支持する支持構造の斜めの区間は、非対称として（回転対称ではなく）設計されており、この設計により、典型的には、回転支持構造の平衡が保たれる。回転支持構造はまた、回転支持構造の中空の内部領域により絶えず平衡が保たれ、この中空の内部領域は、１実施形態では、斜めの区間と一体であり、また、非対称の形状を有し得る。回転支持体の平衡を絶えず保つための手段には、例えば、支持構造の材料内への種々の凹部が含まれる。しかし、これらの手段は、完全に取り付けられた回転支持構造の不平衡を補償することしかできない。したがって、いくつかの実施形態では、回転支持構造は、調節可能な平衡化のための手段を有する。
【００１８】
それらの手段は、回転支持構造内の穿孔を含んでいてもよく、この穿孔内に、鋼またはタングステンなどの高密度材料で作られたピンが挿入され得る。有用には、複数の穿孔が、回転支持構造に設けられた複数の平面に配置される。ピンの数およびピンの長さは、大まかな調節を可能にし、使用されるピンのそれぞれの挿入深さは、無段階の細かな調節を可能にする。穿孔およびピンは、両方の可能な方向において挿入深さの調節を容易にするねじ山を有するものとして設けられてもよい。
【００１９】
１実施形態では、回転支持構造の回転軸としての第２の軸に平行な穿孔の配置は、例えば電気モータが組立状態にあるときに平衡状態の回転支持体を検査および調節するための、駆動装置ハウジングにある単一の開口部を介した全ての穿孔への容易な接近性を可能にする。したがって、穿孔は、回転支持構造の側壁に形成されて、側壁に追加の機能を与える。
【００２０】
本開示の実施形態は、光線を対象物Ｏ（図２）上に向ける３Ｄ（座標）測定デバイスに関し、対象物Ｏは、反射体などの（協調的な）標的か、または、非協調的な標的、例えば、対象物Ｏの広範に散在する表面であり得る。３Ｄ測定デバイス内の距離計が、対象物Ｏまでの距離（すなわち、３Ｄ測定デバイスと対象物Ｏとの間の距離ｄ）を測定し、角度位置センサが、デバイス内の２つの軸の角度位置を測定する。測定された距離および２つの角度により、デバイス内の処理装置が対象物Ｏの３Ｄ座標を決定することが可能になる。１実施形態では、当の３Ｄ測定デバイスは、レーザスキャナ１０（図２）であるが、レーザトラッカまたはトータルステーションも含む。そのようなデバイスは、投光器−カメラ組立体、三角測量、エピポーラ幾何学、またはストリップ幾何学（ｓｔｒｉｐ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を利用して距離を測定するために３Ｄ測定デバイスが使用される場合にも使用され得る。
【００２１】
レーザスキャナは、典型的には、建築物の内部、産業設備、およびトンネルなどの、閉じた空間または開けた空間を走査するために使用される。レーザスキャナは、ビルディングインフォメーションモデリング（ＢＩＭ）、工業分析、事故再現用途、考古学的研究、および科学捜査を含む、多くの目的に使用される。レーザスキャナの周囲環境内の対象物の存在を表すデータ点を記録することによりその対象物を光学的に検出および測定するために、レーザスキャナが使用され得る。そのようなデータ点は、光線を対象物上に向かわせ、反射したまたは散乱した光を回収して、距離、２つの角度（すなわち、方位角および天頂角）、および場合によりグレースケール値を判定することによって得られる。これらの生の走査データは、走査された領域または走査された対象物を表す３次元画像を生成するために、収集され、記憶されて、１つ以上のコンピュータに送られる。画像を生成するために、各データ点に対して少なくとも３つの値が収集される。それらの３つの値は、距離および２つの角度を含み得るか、または、ｘ、ｙ、ｚ座標などの変換された値であり得る。
【００２２】
図１〜７を参照すると、その周囲環境を光学的に走査しかつ測定するためのレーザスキャナ１０が示されている。レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２、およびベース１４を有する。測定ヘッド１２は、第１の回転駆動装置によって駆動されてベース１４に対して第１の軸１２ａの周りで回転され得るように、ベース１４上に取り付けられる。この第１の軸１２ａの周りでの回転は、ベース１４の中心の周りで行われ得る。測定ヘッド１２は、第２の回転駆動装置によって駆動されて第２の軸１６ａの周りで回転することができる鏡１６を有する。レーザスキャナ１０の通常の（重力の方向に対する）直立位置に関して、第１の軸１２ａは、垂直軸または方位軸と呼ぶことができ、第２の軸１６ａは、水平軸または天頂軸と呼ぶことができる。レーザスキャナ１０は、第１の軸１２ａと第２の軸１６ａとの交点であるカルダン点（ｃａｒｄａｎ  ｐｏｉｎｔ）または中心Ｃ１０を有することができる。第１の軸１２ａは、たとえその軸が重力の方向に対して斜めになっていても、用語「上部」および「下部」を定義する。
【００２３】
図３の実施形態では、測定ヘッド１２は、剛体の支持構造の形態をした支持構造１２ｃを有し、この支持構造１２ｃには、測定ヘッド１２の他の全ての構成要素が少なくとも間接的に取り付けられ、また、支持構造１２ｃは、例えばアルミニウムダイカストによる、金属で作られた一体的な構成要素であることが好ましい。支持構造１２ｃは、互いに平行でありかつ第１の軸１２ａに平行である、２つの壁１２ｄを有し、また、２つの壁１２ｄの下端部の領域において２つの壁１２ｄを接続する、横材１２ｅを有する。横材１２ｅは、ベース１４上に回転可能に取り付けられ、また、測定ヘッド１２を第１の軸１２ａの周りで回転させるように設計された第１の回転駆動装置と、関連する角度位置センサとを保持する。壁１２ｄの上部領域、すなわち横材１２ｅの上方には、開けた空間が設けられ、この開けた空間内には、２つの壁１２ｄのうちの１つによって支持された鏡１６が配置される。
【００２４】
測定ヘッド１２は、支持構造１２ｃの２つの側面のそれぞれの上に、好ましくは硬質プラスチックで作られた外板１２ｓをさらに有する。２つの外板１２ｓのそれぞれは、２つの壁１２ｄのうちの１つに関連付けられて、例えばねじによりその壁１２ｄに（したがって、支持構造１２ｃに）固着される。支持構造１２ｃおよび２つの外板１２ｓは、測定ヘッド１２のためのハウジングを形成する。外板１２ｓの外側縁部１２ｙは、支持構造１２ｃに寄り掛からない外板１２ｓの縁部である。外側縁部１２ｙは、測定ヘッド１２がそっくりそのまま中に配置される体積を画定する。測定ヘッド１２を損傷から保護するために、外側縁部１２ｙは強化されてもよく、本実施形態では、外側縁部１２ｙは、関連する外板１２ｓと一体の、突出した厚みのある材料の領域（ビーズ）として設けられる。いくつかの実施形態では、外側縁部１２ｙは、別体のブラケットによって強化され得る。
【００２５】
鏡１６の側の外板１２ｓ（「鏡側」外板１２ｓ）の上部領域が、関連する角度位置センサと一緒に鏡１６を第２の軸１６ａの周りで回転させるための電気モータを保持し、下部領域が、回転駆動装置および電気モータのための冷却機構１２ｚ（図４）を保持する。鏡１６の反対側の他の外板１２ｓ（「受信器側」外板１２ｓ）は、妨害電磁界を有する回転駆動装置および電気モータから離れて配置される高感度構成要素などの、以下で説明される光学部品および電子構成要素のうちのいくつかを、電源と一緒に保持し得る。
【００２６】
測定ヘッド１２は、電磁放射線を放つための放射源、例えば発光光線１８を放つ発光体１７を有する。１実施形態では、発光光線１８は、レーザビームなどのコヒーレント光である。レーザビームは、約３００から１６００ｎｍの範囲内の波長、例えば７９０ｎｍ、９０５ｎｍ、１５７０ｎｍ、または４００ｎｍ未満の波長を有し得る。しかし、原則として、より高いまたはより低い波長を有する他の電磁波が使用されてもよい。発光光線１８は、例えば正弦波形または矩形波形により、振幅変調または輝度変調されてもよい。他の実施形態では、発光光線１８は、他の方法で、例えばチャープ信号によって変調される場合もあり、または、コヒーレント受信の方法が使用される場合もある。発光光線１８は、発光体１７により鏡１６へ送られ、鏡１６において偏向されて、レーザスキャナ１０の周囲環境へ放たれる。
【００２７】
以下受信光線２０と呼ばれる反射光線が、周囲環境内の対象物Ｏによって反射される。反射されるかまたは他の形で散乱した光は、鏡１６によって捕捉されて、受信用光学部品（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）を有する光受信器２１上へと偏向される。発光光線１８および受信光線２０の方向は、軸１２ａまたは１６ａの周りでの測定ヘッド１２および鏡１６の角度位置に起因する。これらの角度位置は、それぞれの回転駆動装置に依存する。第１の軸１２ａの周りでの角度位置は、第１の角度位置センサによって検出される。第２の軸１６ａの周りでの角度位置は、第２の角度位置センサによって検出される。鏡１６は、第２の軸１６ａに対して４５°の角度を付けられており、すなわち、第２の軸１６ａに対して４５°斜めになっている。したがって、鏡１６は、全ての入射ビーム、すなわち、第２の軸１６ａに沿って入射する発光光線１８、および受信用光学部品に向かって第２の軸１６ａに平行に偏向される受信光線２０を、９０°偏向させる。
【００２８】
制御および評価デバイス２２が、測定ヘッド１２内で発光体１７および光受信器２１にデータ接続される。制御および評価デバイス２２は、光受信器２１よりも感度が低い構成要素なので、測定ヘッド１２内の様々な場所に配置することができる。この実施形態では、制御および評価デバイス２２は、大部分が鏡側外板１２ｓの範囲内に配置される。制御および評価デバイス２２の部品はまた、例えばベース１４に接続されたコンピュータとして、測定ヘッド１２の外側に配置されてもよい。制御および評価デバイス２２は、複数の測定点Ｘに対してレーザスキャナ１０と対象物Ｏ上の測定点Ｘとの間の対応する数の距離ｄを判定するように設計される。特定の測定点Ｘからの距離は、少なくとも部分的には、電磁放射線がデバイスから測定点Ｘまで伝搬する空気中の光の速さによって判定される。例示的な実施形態では、測定点Ｘに送られてそこから受信される変調された光線１８、２０の位相のずれが、測定距離ｄを得るために判定および評価される。
【００２９】
空気中の光の速さは、気温、気圧、相対湿度、および二酸化炭素濃度などの、空気の特性に依存する。それらの空気の特性は、空気の屈折率に影響を及ぼす。空気中の光の速さは、真空中の光の速さを屈折率で割ったものに等しい。本明細書で説明されるタイプのレーザスキャナは、空気中の光の伝搬時間（光がデバイスから対象物まで進んでデバイスに戻ってくるのに必要とされる伝搬時間）に基づく。光の伝搬時間（または、別のタイプの電磁放射線の伝搬時間）に基づく距離測定方法は、空気中の光の速さに依存するものであり、したがって、三角測量に基づく距離測定方法とは容易に区別できる。三角測量に基づく方法では、光が、その光源により特定の方向に放たれ、次いで、特定の方向においてカメラ画素上で収集される。カメラと投光器との間の距離が分かっているので、また、投光された角度が受信角度と比較されるので、三角測量による方法は、既知の長さと三角形の２つの既知の角度とに基づいて対象物からの距離を判定することを可能にする。したがって、三角測量による方法は、空気中の光の速さに直接依存しない。
【００３０】
測定ヘッド１２は、レーザスキャナ１０に組み入れられた照準および表示デバイス２４を含むことができる。照準および表示デバイス２４は、操作者がレーザスキャナ１０に測定命令を与えること、具体的にはパラメータを決定することまたはレーザスキャナ１０の動作を開始することを可能にする、ユーザインタフェースを備えることができ、照準および表示デバイス２４はまた、測定結果を−パラメータに加えて−表示することができる。例示的な実施形態では、照準および表示デバイス２４は、鏡側外板１２ｓの端面上に配置され、そのユーザインタフェースは、グラフィックタッチスクリーンとして設計される。
【００３１】
レーザスキャナ１０は、中心Ｃ１０から測定点Ｘまでの距離ｄを検出することに加えて、受信された光強度に関するグレースケール値を検出することもできる。グレースケール値は、例えば、光受信器２１において帯域フィルタを通されかつ増幅された信号を測定点Ｘに割り当てられた測定期間にわたって統合することによって判定することができる。いくつかの実施形態では、カラー画像を生成するために、カラーカメラ２５が使用され得る。それらのカラー画像を使用すると、色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を追加の値として測定点Ｘに割り当てることもできる。
【００３２】
「球形モード」と呼ばれることもあるレーザスキャナ１０の１つの動作モードでは、レーザスキャナ１０を取り巻く周囲環境は、測定ヘッド１２が第１の軸１２ａの周りでゆっくりと回転している間に鏡１６を第２の軸１６ａの周りで急速に回転させることによって走査される。１つの実施形態の例では、鏡１６は、毎分５８２０回転の最大速度で回転する。そのような測定では、走査像が測定点Ｘの総計として定義される。そのような走査像に対して、中心Ｃ１０は、局所的な固定された参照系の原点を画定する。ベース１４は、この局所的な固定された参照系内に位置する。球形モードでは、走査像は、横材１２ｅによって陰になる領域は別として、球形の点群に相当する。
【００３３】
「螺旋」モードと呼ばれることもあるレーザスキャナ１０の別の動作モードでは、測定ヘッド１２がベース１４に対して固定されたまま、鏡１６が第２の軸１６ａの周りで回転する。レーザスキャナ１０は、例えば、レーザスキャナ１０の使用中に移動する台車上に取り付けられる。螺旋モードでは、走査像は螺旋形状を有する。測定ヘッド１２は、測定ヘッド１２を台車上に固定するための固定化手段２６を有することが好ましく、固定化手段２６は、ベース１４上、またはベース１４および測定ヘッド１２の両方を支持する他の何らかの支持体上に任意に設けられる。固定化手段２６は、測定ヘッド１２とベース１４との間の軸受にまたがり、それにより損傷から保護する。固定化手段はまた、ベース１４を台車上に固定する必要性をなくすことができ（このことは、冗長性の点でも有利であろう）、すなわち、レーザスキャナ１０は全体として、固定化手段２６を介して台車上に簡単に固定される。この実施形態では、固定化手段２６はねじ穴として設計されており、このねじ穴を介して、測定ヘッド１２を台車または他の支持物にねじ接続することができる。
【００３４】
発光体１７、光受信器２１、および関連する光学部品は、測定ヘッド１２の受信器側外板１２ｓの上部領域内に配置される。この受信器側外板１２ｓの下部領域内には、好ましくは少なくとも部分的に外板１２ｓから取り外され得る保護カバーの背後に、レーザスキャナ１０のための電源として機能する電池パック２８が配置される。１実施形態では、保護カバーは、枢動可能な保護蓋である。電池パック２８は、交換可能かつ充電可能なように構成されてもよい。
【００３５】
図５に示すように、鏡１６のために設けられた電気モータ１９は、支持構造１２ｃにしっかりと接続される駆動装置ハウジング１６ｃを有する。駆動装置ハウジング１６ｃは、例えば、冷却鰭および取付け領域がそこから突出する、横向きの中空円筒の形状をおおよそ有する。駆動装置ハウジング１６ｃ内には、モータハウジング１６ｄが配置される。例示的な実施形態では、モータハウジング１６ｄは、結合される２つの構成要素から形成される。モータハウジング１６ｄは、第２の軸１６ａに対して回転対称であるように構成されて前述の軸の周りに配置されてもよく、また、１つの端部において駆動装置ハウジング１６ｃに取り付けられてもよく、また、他の場合には、駆動装置ハウジング１６ｃの内壁から離間されて、駆動装置ハウジング１６ｃ内に環状の受入空間を作り出してもよい。
【００３６】
モータハウジング１６ｄ内の少なくとも２つの軸受１６ｅが、第２の軸１６ａの周りで回転可能な（また、前述の軸を画定する）シャフト１６ｆを支持する。例示的な実施形態では、軸受の構成の剛性が位置依存性のものにならないように、互いに軸方向に固定されて支持された２つの軸受１６ｅ、および、ばね予圧された１つの軸受１６ｅが、軸受１６ｅとして設けられる。シャフト１６ｆ上、より正確には駆動装置ハウジング１６ｃから突出するシャフト１６ｆの端部には、回転支持構造１６ｇが据え付けられる。回転支持構造１６ｇは、少なくとも一緒に回転することができるようにシャフト１６ｆに接続されて、シャフト１６ｆ上に取り付けられる。
【００３７】
回転支持構造１６ｇは、アルミニウムなどの材料で作られた、一体に形成された金属製本体を有する。回転支持構造１６ｇは、第２の軸１６ａに沿って、隣接する２つの部分、すなわち、側壁２３および本体部分２７を有する。１実施形態では、側壁２３は、全体的に円筒形の形状であり、中空の内部領域２９（図６）を画定する。本明細書でより詳細に論ずるように、中空の内部領域２９は、電気モータ１９を受け入れる大きさとされる。本体部分２７はまた、傾斜表面３１を有する斜めの区間を含む。回転支持構造１６ｇの斜めの区間は、４５°の角度で（第２の軸１６ａに対して）面取りされた円筒内に内接され得る。回転支持構造１６ｇの斜めの区間は、鏡１６を支持し、すなわち、鏡１６は、回転支持構造１６ｇに−その傾斜表面３１上に−例えば接着剤で取り付けられる。鏡１６に加えて、追加の構造、例えば、鏡１６を固定するための別個に形成された手段、または空洞を覆うための面板が、回転支持構造１６ｇ上に設けられてもよい。この事例では、そのような面板１６ｈが回転支持構造１６ｇに取り付けられて、鏡１６の縁部に重なり、かつ、大きな凹部３３を覆う。したがって、その構造（鏡１６および面板１６ｈ）を含む回転支持構造１６ｇの斜めの区間はまた、外見上は、斜めに面取りされた円筒の形状に見える。
【００３８】
１実施形態では、回転支持構造１６ｇの側壁２３は、２つの側壁区間から構成された非対称の形状を有する。回転支持構造１６ｇの一方の端部−回転支持構造１６ｇの側壁区間−は、駆動装置ハウジング１６ｃの環状の受入領域（駆動装置ハウジング１６ｃの内壁とモータハウジング１６ｄとの間）内に延在し、回転支持構造１６ｇの他方の斜めの区間（鏡１６、およびこの事例では面板１６ｈを含む）は、駆動装置ハウジング１６ｃから外方に突出する。第２の軸１６ａに沿って２つの区間（側壁区間、斜めの区間）を含むと識別できることに加えて、回転支持構造１６ｇはまた、鏡１６の半分が中心Ｃ１０を越えて（駆動装置ハウジング１６ｃから）外方に突出するので、第２の軸１６ａを含む平面により２つの小区間に細分され得る。それに対応して関連する回転支持構造１６ｇの小区間は、長い方の小区間と呼ばれ、残りの小区間は、短い方の小区間と呼ばれる。２つの小区間のそれぞれは、２つの側壁のうちの一方を含む。
【００３９】
駆動装置ハウジング１６ｃは、鏡１６の反対側に面するその端部において、カバー１６ｊによって閉鎖される。カバー１６ｊとモータハウジング１６ｄとの間には、据付空間（円筒形）が設けられ、この据付空間内には、シャフト１６ｆの端部が延在し、また、据付空間は、角度位置センサ３６を保持する。シャフト１６ｆのための互いに離間した軸受１６ｅ間では、固定子１６ｋを保持する据付空間（環状）が、シャフト１６ｆとモータハウジング１６ｄとの間に形成される。モータハウジング１６ｄとシャフト１６ｆとの間で（したがって、モータハウジング１６ｄと回転支持構造１６ｇとの間で）動作する固定子１６ｋは、支持構造１６ｇおよび鏡１６を回転させるために、シャフト１６ｆ上の永久磁石を有する回転子３５と協働するコイルを含み得る。構造に関して言えば、モータハウジング１６ｄは、固定子１６ｋを収容し、回転支持構造１６ｇは、固定子１６ｋを収容するモータハウジング１６ｄの部分に重なる。最終的に、この入れ子構造により、回転支持構造１６ｇは固定子１６ｋを収容し、すなわち、斜めの区間に隣接する回転支持構造１６ｇの側壁２３は、固定子１６ｋのためのハウジングとして機能する。入れ子構造は、第２の軸１６ａに沿った電気モータ１９の長さを短くする。別の実施形態では、固定子１６ｋは、モータハウジング１６ｄの外側に配置されて、モータハウジング１６ｄと回転支持構造１６ｇとの間で直接動作する。
【００４０】
回転支持構造１６ｇは、長さの異なる小区間を有するその非対称な形状にもかかわらず、その構造物、具体的には鏡１６（および、この事例では面板１６ｈも−その質量は取るに足らない）と共に、少なくともおおよそ（絶えず）平衡が保たれる。この目的のために、２つの小区間は、材料の凹部をいくつか有する。短い方の小区間は、端部３７（図６）に隣接した環状の肩１６ｌを有する。長い方の小区間は、鏡側端部上に、面板１６ｈと一緒に大きな空洞３３を形成する大きな凹部を有し、長い方の小区間はまた、その長さのおおよそ半分の位置に環状の溝１６ｎを有し、この溝１６ｎは、例示的な実施形態では、側壁２３に同様に配置される。
【００４１】
回転支持構造１６ｇの端部３７（すなわち、側壁２３区間）からは、複数の穿孔１６ｏ’が、第２の軸１６ａに平行に長い方の小区間内に導入され、この事例では１２個の穿孔１６ｏ’であり、そのそれぞれが雌ねじを有する。回転支持構造１６ｇの端部３７に平行な肩１６ｌの表面３８からは（側壁２３におけるように）、複数の穿孔１６ｏが、第２の軸１６ａに平行に、短い方の回転子の小区間内に同様に導入され、例示的な実施形態では、同様に１２個の穿孔１６ｏが雌ねじを有する。両方の小区間の穿孔１６ｏ、１６ｏ’のそれぞれは、シャフト１６ｆから同じ距離を置いて配置されている。
【００４２】
回転支持構造１６ｇの平衡を絶えず保つためのこれらの説明された手段に加えて、回転支持構造１６ｇの調節可能な平衡化のための手段が提供される。この目的のために、穿孔１６ｏ、１６ｏ’のそれぞれにピン１６ｐが挿入されてもよく、前述のピンは、この事例では、穿孔１６ｏ、１６ｏ’にねじ込まれ得るねじ付きピンとして構成されている。ピン１６ｐを挿入するために、カバー１６ｊ上の１つの場所に、印付きの開口部１６ｑが形成される。回転支持構造１６ｇを回転させることにより、回転支持構造１６ｇの穿孔１６ｏ、１６ｏ’のそれぞれが、開口部１６ｑと位置合わせされるように配置され得る。それゆえ、１つ以上のピン１６ｐを−開口部１６ｑを通して穿孔１６ｏ、１６ｏ’に−挿入することにより、構成部品（回転支持構造１６ｇ、鏡１６、面板１６ｈ）の製造公差によりまたは保管中にもたらされ得るいかなる不平衡も、調節可能に補償することができる。調節可能な平衡のための手段は、使用されるピン１６ｐの数およびそれらの長さだけでなく使用されるピン１６ｐの挿入深さも様々に選択することができるので、無段階の調節を可能にする。
【００４３】
「約」という用語は、出願の時点で利用可能な機器に基づく特定の量の大きさに関連する誤差の程度を含むことが意図されている。例えば、「約」は、所与の値の±８％、または５％、または２％の範囲を含み得る。
【００４４】
本明細書で使用される専門用語は、具体的な実施形態を説明するためだけのものであり、本開示を限定するようには意図されていない。本明細書において、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに他の意味が示されていない限り、複数形も含むことが意図されている。「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含んでいる、備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が本明細書で使用される場合は、明示された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、および／もしくはそれらの群の存在または追加を除外するのではないことが、さらに理解されよう。
【００４５】
限られた数の実施形態だけに関連して本開示が詳細に提供されたが、本開示はそのような開示された実施形態に限定されないことが、容易に理解されるべきである。むしろ、本開示は、これまで説明されていないが本開示の精神および範囲に見合う任意の数の変形形態、変更形態、置換形態、または同等の構成を組み込むように、修正され得る。さらに、本開示の様々な実施形態を説明してきたが、例示的な実施形態は説明された例示的な態様のうちの一部のみを含む場合もあることが、理解されるべきである。したがって、本開示は、上記の説明によって制限されるものと判断されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ制限されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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