(57)【要約】  レーザスキャナ１０を用いて物体Ｏを光学的に走査および測定する方法Ｏは、標的周波数ω0で変調された発光ビーム１８が、発光器１７を用いて放射され、レーザスキャナ１０の周辺部で物体Ｏから何らかの形で反射され、または他の形で散乱された受光ビーム２０が、受光器２１を用いて、多数のサンプルとして測定クロックｆMとともに受け取られ、それぞれの場合、少なくとも物体Ｏからの距離ｄが、制御および評価デバイス２２を用いて、複数の測定点Ｘに対する多数のサンプルの位相角Φから判定され、距離ｄを判定するために、時間的に隣接するサンプルの距離差Δｄによって生じる位相シフトΔΦを補正して距離ｄを補正するという手順によって行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザスキャナ（１０）を用いて物体（Ｏ）を光学的に走査および測定する方法であって、標的周波数（ω0）で変調された発光ビーム（１８）が、発光器（１７）を用いて放射され、前記レーザスキャナ（１０）の周辺で物体（Ｏ）から何らかの形で反射され、または他の形で散乱された受光ビーム（２０）が、受光器（２１）を用いて多数のサンプルとして測定クロック（ｆM）とともに受け取られ、それぞれの場合、少なくとも前記物体（Ｏ）からの距離（ｄ）が、制御および評価デバイス（２２）を用いて、複数の測定点（Ｘ）に対する前記多数のサンプルの位相角（Φ）から判定され、前記距離（ｄ）を判定するために、時間的に隣接するサンプルの距離差（Δｄ）によって生じる位相シフト（ΔΦ）を補正して前記距離（ｄ）を補正するという手順によって行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記物体（Ｏ）の仮想速度（ｖ）を判定して前記位相シフト（ΔΦ）を補正することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記速度（ｖ）が、２つの時間的に隣接するサンプルの距離（ｄ）間に存在する距離差（Δｄ）および前記測定クロック（ｆM）から判定されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法であって、近似された位相シフト（ΔΦ）が前記仮想速度（ｖ）から判定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記サンプルの補正された距離（ｄ）が、前記近似された位相シフト（ΔΦ）から判定されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、前記位相シフト（ΔΦ）の前記補正が繰り返し行われることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、距離（ｄ）が補正された前記多数のサンプルをデータ低減によって組み合わせて、前記複数の測定点（Ｘ）を形成することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実施することを特徴とするレーザスキャナ（１０）。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザスキャナであって、前記制御および評価デバイス（２２）が前記距離（ｄ）を補正することを特徴とするレーザスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分の特徴を含む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば米国特許第７，４３０，０６８号から周知のものなどのレーザスキャナを用いて、レーザスキャナの周辺を光学的に走査および測定することができる。このための１つの周知の方法は、「ゼロクロス」と呼ばれ、発光ビームと受光ビームの変調のゼロクロスを判定する。時間差は、距離に対応する。したがって、わずかな数の位置、すなわちゼロクロスだけが評価される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，４３０，０６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、導入部で述べたタイプの方法を改善するという目的に基づく。この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を含む方法を用いて実現される。従属請求項は、有利な構成に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による方法は、まず補正なしで走査を実施し、次いで位相シフトの補正によってサンプルを補正することを可能にする。位相シフトは、時間または周波数領域の歪みと見なすことができ、距離に対応する位相角とともに変動する。位相シフトの補正のために、仮想速度を判定することができる。前記仮想速度は、近似された位相シフトを供給する。仮想速度を繰り返し判定することが好ましい。個々の位置の代わりに、時間信号を全体として利用することができる。実際には、位相シフトを実質上補正することができる。補正を作動中に行ってから、サンプルを（データ低減によって）組み合わせて、測定点を形成する。
【０００６】
本発明について、図面に示す例示的な実施形態に基づいて、より詳細に以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】レーザスキャナを物体とともに示す概略図である。
【図２】時間信号の概略図である。
【図３】スペクトルを周波数シフト（陰影付き）とともに示す概略図である。
【図４】補正（破線）前および補正後（実線）の位相角に依存する位相シフトを示す図である。
【図５】レーザスキャナの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
レーザスキャナ１０が、レーザスキャナ１０の周辺を光学的に走査および測定するデバイスとして提供される。レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２および基部１４を有する。測定ヘッド１２は、垂直軸周りに回転できるユニットとして、基部１４上に取り付けられる。測定ヘッド１２は鏡１６を有し、鏡１６は水平軸周りに回転することができる。２つの回転軸間の交差点を、レーザスキャナ１０の中心Ｃiと呼ぶものとする。
【０００９】
測定ヘッド１２は、発光ビーム１８を放射する発光器１７をさらに有する。発光ビーム１８は、波長約３００〜１０００ｎｍの可視域内、たとえば７９０ｎｍのレーザビームであることが好ましいが、原則として、たとえばより大きい波長を有する他の電磁波を使用することもできる。発光ビーム１８は、（たとえば正弦波または矩形波の）変調信号によって振幅変調される。発光ビーム１８は発光器１７から鏡１６上へ送られ、鏡１６で偏向されて、周辺へ放射される。周辺に位置する物体Ｏによって何らかの形で反射され、または他の形で散乱された受光ビーム２０は、鏡１６に再び入射し、偏向され、かつ受光器２１上へと送られる。発光ビーム１８および受光ビーム２０の方向は鏡１６および測定ヘッド１２の角度位置により定まり、これらの角度位置はそれぞれの回転駆動装置の位置に依存し、回転駆動装置の位置はそれぞれのエンコーダによって検出される。制御および評価デバイス２２は、測定ヘッド１２内の発光器１７および受光器２１へのデータリンク接続を有し、それらの部分はまた、たとえば基部１４に接続されたコンピュータとして、測定ヘッド１２の外部に構成される。制御および評価デバイス２２は、多数の測定点Ｘに対して、発光ビーム１８および受光ビーム２０の伝播時間から、物体Ｏ（上の照らされた点）からのレーザスキャナ１０の距離ｄを判定するように設計される。この目的のため、２つの光ビーム１８、２０間の位相シフトが判定および評価される。
【００１０】
鏡１６の（急速）回転を用いて、円形の線に沿って走査が行われる。基部１４に対する測定ヘッド１２の（低速）回転を用いて、円形の線で空間全体が徐々に走査される。そのような測定の測定点Ｘの全体を走査と呼ぶものとする。レーザスキャナ１０の中心Ｃiは、そのような走査に対して、レーザスキャナ１０の静止基準系を規定し、その中において基部１４が静止している。レーザスキャナ１０、特に測定ヘッド１２の構造に関するさらなる詳細は、たとえば米国特許第７，４３０，０６８号および独国実用新案第２０２００６００５６４３号に記載されている。これに関して、これらの開示内容を明示的に援用する。
【００１１】
レーザスキャナ１０と物体Ｏ（およびその逆）の間の伝播時間のため、発光ビーム１８と受光ビーム２０の間で位相角Φのシフトが生じる。前記位相角Φは、時間信号（時間ｔにおける受光器２１の信号）から判定される。デジタル分割方式において、時間信号は個別のサンプルからなり、それぞれの場合、これらのサンプル値のうちの約２０００個が１つの測定期間に関連し、たとえばモーメント形成または他のタイプの統合によって（データ低減によって）後に統合されて、測定点Ｘを形成する。個々のサンプルに割り当てられてともに測定期間を生成する時間間隔は、測定クロックｆM、すなわちサンプルが生成される周波数を定める。測定クロックｆMは、発光ビーム１８の変調周波数に対応する目標周波数ω0と同期され、そのようにして、同じ位相角Φで、たとえば２π当たり２５回、測定が周期的に行われる。
【００１２】
物体Ｏが、発光ビーム１８が進む方向に対し実質的に直交する面に対して垂直な表面を有する場合、すなわち入射角α≒９０°となる場合、特有の測定誤差が現れてくる。空間的に（かつ時間的に）隣接するサンプル間には、距離差Δｄが存在する。発光ビーム１８と受光ビーム２０の位相角Φの差を考慮するとき、距離差Δｄは「追加の」位相シフトΔΦに対応する。前記位相シフトΔΦは、位相角Φに応じて、比較的大きく（測定精度より大きく）なることがある。レーザスキャナ１０から見ると、２つの時間的に隣接するサンプルの前記距離差Δｄは、物体Ｏの仮想の動きのようにふるまう。測定クロックｆMは、標的周波数ω0にもはや一致しなくなり（すなわち、その測定は同じ位相角ではもはや実施されない）、逆に受光ビーム２０は、標的周波数ω0に対する周波数シフトΔωによってシフトされた変調周波数を有するように見える。前記周波数シフトΔωは、実際に動いている物体におけるドップラ効果の場合の周波数シフトに対応する。位相角Φに依存するこのシフトはまた、時間領域または周波数領域の歪みと解釈することができる。
【００１３】
この測定誤差を補正するために、物体Ｏのこの仮想の動きに対して、仮想速度ｖが判定される。この仮想速度ｖは、周波数シフトΔωに比例する。位相角Φ、したがって距離ｄは、仮想速度ｖを用いて補正され、その結果、位相シフトΔΦがサンプルから除去され、したがって測定点Ｘから除去される。仮想速度ｖの判定および位相シフトΔΦの補正は、繰り返し行われる。この手順は、ゼロ番目の近似ｖ＝Δｄ×ｆMから始まる。物体Ｏ上のサンプルを取ったすべての点と中心Ｃiの間の距離ｄを（位相角Φから）計算することができるため、Δｄは、２つの時間的に隣接するサンプルの距離ｄの差であり、２つの時間的に隣接するサンプルはまた、鏡１６の回転のため、空間的にも隣接している。仮想速度ｖのこのゼロ番目の近似は、サンプルに対するそれぞれの場合に、近似された位相シフトΔΦを判定するために使用される。前記位相シフトΔΦを用いて、各サンプルに対して、サンプルにそれぞれ割り当てられる距離ｄが補正される。次いで、補正された距離ｄから、２つの空間的かつ時間的に隣接するサンプル間の補正された距離差Δｄが判定される。前記補正された距離差Δｄから、次の近似に対する仮想速度ｖが判定される。相対的な補正、たとえば絶対的な距離差Δｄと比較した距離差Δｄの補正が事前定義された限度を下回るとき、この方法は収束する。
【００１４】
この方法が収束し、仮想速度ｖがわかった場合、位相シフトΔΦ（すなわち、時間領域または周波数領域の歪み）は、理論的には完全に、実際には実質上、補正される。図４は、補正前（破線）および補正後（実線）の位相シフトΔΦを示す。位相シフトΔΦの補正は時間信号の補正につながり、最終的には（サンプルの統合後）測定点Ｘの補正につながる。時間信号を全体として使用することができ、すなわち単に位相角Φ（たとえばゼロ交差）に対してだけでなく、完全な信号品質が利用可能である。
【００１５】
位相シフトΔΦの補正、したがって距離ｄの補正は、補正デバイス内で行われる。補正デバイスは、制御および評価デバイス２２内に組み込まれることが好ましい。
【符号の説明】
【００１６】
１０  レーザスキャナ、１２  測定ヘッド、１４  基部、１６  鏡、１７  発光器、１８  発光ビーム、２０  受光ビーム、２１  受光器、２２  制御および評価デバイス、Ｃi  中心、ｄ  距離、Δｄ  距離差、ｆM  測定クロック、Ｏ  物体、ｔ  時間、ｖ  速度、Ｘ  測定点、α  入射角、Φ  位相角、ΔΦ  位相シフト、ω  周波数、ω0  標的周波数、Δω  周波数シフト。
【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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【国際調査報告】
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