姿势检测装置以及数据取得装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及姿势检测装置以及数据取得装置。具备：倾斜检测单元，以与外框正交的2个轴为中心旋转自由地被支承，检测从水平的倾斜；编码器，分别设置在各轴；电动机，设置为使各轴旋转；以及第一运算处理部，基于来自所述倾斜检测单元的检测结果来驱动控制所述电动机，该第一运算处理部构成为在所述外框倾斜的情况下基于来自所述倾斜检测单元的信号驱动所述电动机以使得该倾斜检测单元检测水平，并且基于所述倾斜检测单元检测到水平时的所述编码器的输出来运算所述外框的姿势。
【专利说明】
姿势检测装置以及数据取得装置
【背景技术】
[0001]本发明涉及设置于测量装置、图像取得装置等需要姿势的感测的数据取得装置的姿势检测装置以及具备该姿势检测装置的数据取得装置。
[0002]作为数据取得装置例如检测测量装置的姿势例如相对于水平的倾斜的数据取得装置，存在倾斜传感器。通过倾斜传感器，能够高精度地检测水平，但是，响应性差，到稳定为止需要数秒。进而，在倾斜传感器中，测定范围小，而不能测量大的倾斜。
[0003]此外，作为高响应性且能够检测倾斜的数据取得装置，存在加速度传感器。与倾斜传感器相比，检测是广范围的，但是，检测精度差，对于作为水平等绝对的基准而言，在测量级别方面不足。
[0004]此外，在以往的姿势检测装置中，能够检测倾斜角的范围有限，而不能进行装置变为垂直的情况、反转的情况等全部姿势下的、倾斜角的检测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供能够进行全部姿势下的倾斜角的检测的姿势检测装置、以及具备该姿势检测装置并能够实现全部姿势下的数据的取得的数据取得装置。
[0006]为了达成上述目的，本发明的姿势检测装置具备:倾斜检测单元，以与外框正交的2个轴为中心旋转自由地被支承，检测从水平的倾斜;编码器，分别设置在各轴；电动机，设置为使各轴旋转；以及第一运算处理部，基于来自所述倾斜检测单元的检测结果来驱动控制所述电动机，该第一运算处理部构成为在所述外框倾斜的情况下基于来自所述倾斜检测单元的信号驱动所述电动机以使得该倾斜检测单元检测水平，并且基于所述倾斜检测单元检测到水平时的所述编码器的输出来运算所述外框的姿势。
[0007]此外在本发明的姿势检测装置中，所述倾斜检测单元具备:第一倾斜传感器，以高精度检测水平；以及第二倾斜传感器，检测比该第一倾斜传感器高速响应且广范围的倾斜，该第二倾斜传感器检测从所述第一倾斜传感器所检测的水平的倾斜，所述第一运算处理部构成为基于来自所述第二倾斜传感器的检测信号来运算所述外框的姿势。
[0008]此外本发明的数据取得装置具备:发光元件，发出测距光;测距光射出部，射出测距光;光接收部，对反射测距光进行光接收;光接收元件，对反射测距光进行光接收，产生光接收信号；以及测距部，基于来自该光接收元件的光接收结果来进行测距，还具备:所述姿势检测装置;第一光轴偏向部，配设在所述测距光的测距部射出光轴上，使测距光的光轴以所需要的偏角偏向所需要的方向；第二光轴偏向部，配设在光接收光轴上，以与所述第一光轴偏向部相同的偏角、方向偏向反射测距光;射出方向检测部，检测由所述第一光轴偏向部造成的偏角、偏向方向，被构成为所述测距光通过所述第一光轴偏向部而射出并且所述反射测距光通过所述第二光轴偏向部而被所述光接收元件光接收，并且构成为基于所述测距部的测距结果、所述射出方向检测部的检测结果来取得测定点的三维数据并基于所述姿势检测装置所检测的结果来校正该三维数据。
[0009]进而此外本发明的数据取得装置还具备:第二运算处理部；以及拍摄装置，具有拍摄光轴，所述拍摄光轴与所述测距部射出光轴平行且具有已知的关系，所述第二运算处理部被构成为将由所述测定装置取得的测距结果与由拍摄装置取得的图像相关联来取得带三维数据图像。
[0010]根据本发明，具备:倾斜检测单元，以与外框正交的2个轴为中心旋转自由地被支承，检测从水平的倾斜;编码器，分别设置在各轴；电动机，设置为使各轴旋转；以及第一运算处理部，基于来自所述倾斜检测单元的检测结果来驱动控制所述电动机，该第一运算处理部构成为在所述外框倾斜的情况下基于来自所述倾斜检测单元的信号驱动所述电动机以使得该倾斜检测单元检测水平，并且基于所述倾斜检测单元检测到水平时的所述编码器的输出来运算所述外框的姿势，因此，能够进行超过倾斜检测单元的测定范围的倾斜的检测，此外能够进行全部姿势下的姿势检测。
[0011 ]此外根据本发明，所述倾斜检测单元具备:第一倾斜传感器，以高精度检测水平；以及第二倾斜传感器，检测比该第一倾斜传感器高速响应且广范围的倾斜，该第二倾斜传感器检测从所述第一倾斜传感器所检测的水平的倾斜，所述第一运算处理部构成为基于来自所述第二倾斜传感器的检测信号来运算所述外框的姿势，因此，能够进行高速响应的姿势检测，能够进行向姿势变化多的移动体的设置，进而即使在携带的状态下也能够进行高精度的姿势检测。
[0012]此外根据本发明，具备:发光元件，发出测距光;测距光射出部，射出测距光;光接收部，对反射测距光进行光接收;光接收元件，对反射测距光进行光接收，产生光接收信号；以及测距部，基于来自该光接收元件的光接收结果来进行测距，还具备:所述姿势检测装置;第一光轴偏向部，配设在所述测距光的测距部射出光轴上，使测距光的光轴以所需要的偏角偏向所需要的方向；第二光轴偏向部，配设在光接收光轴上，以与所述第一光轴偏向部相同的偏角、方向偏向反射测距光;射出方向检测部，检测由所述第一光轴偏向部造成的偏角、偏向方向，被构成为所述测距光通过所述第一光轴偏向部而射出并且所述反射测距光通过所述第二光轴偏向部而被所述光接收元件光接收，并且构成为基于所述测距部的测距结果、所述射出方向检测部的检测结果来取得测定点的三维数据并基于所述姿势检测装置所检测的结果来校正该三维数据，因此，能够通过简单的结构进行任意的测定点的姿势校正的、高精度的三维数据取得。
[0013]进而此外根据本发明，还具备:第二运算处理部；以及拍摄装置，具有拍摄光轴，所述拍摄光轴与所述测距部射出光轴平行且具有已知的关系，所述第二运算处理部被构成为将由所述测定装置取得的测距结果与由拍摄装置取得的图像相关联来取得带三维数据图像，因此，能够在数据取得时进行任意的测定点的姿势校正的、高精度的带三维数据图像的取得。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的实施例的姿势检测装置的概略图。
[0015]图2是该姿势检测装置的概略结构图。
[0016]图3是本发明的实施例的数据取得装置的概略图。
[0017]图4是图3的A向视图。
[0018]图5A、图5B、图5C是示出第一、第二光轴偏向部的作用的说明图。
[0019]图6是示出取得图像和扫描轨迹的关系的说明图。
[0020]图7是示出其他的实施例的主要部分的概略图。
【具体实施方式】
[0021 ]以下，参照附图并说明本发明的实施例。
[0022]图1、图2是本发明的实施例的姿势检测装置19的概略图。
[0023]在矩形框形状的外框51的内部设置有矩形框形状的内框53，在该内框53的内部设置有倾斜检测单元56。
[0024]从前述内框53的上表面、下表面突出设置有铅直轴54、54，该铅直轴54、54与设置在前述外框51的轴承52、52旋转自由地嵌合。前述铅直轴54、54具有铅直轴心，前述内框53以前述铅直轴54、54为中心而360°旋转自由。
[0025]前述倾斜检测单元56被水平轴55支承，该水平轴55的两端部旋转自由地嵌合于设置在前述内框53的轴承57、57。前述水平轴55具有与前述铅直轴心正交的水平轴心，前述倾斜检测单元56以前述水平轴55为中心而360°旋转自由。
[0026]而且，前述倾斜检测单元56相对于前述外框51在2个轴方向上旋转自由地被支承，旋转自由地支承前述内框53的机构、旋转自由地支承前述倾斜检测单元56的机构构成平衡(gimbal)机构。而且，前述倾斜检测单元56相对于前述外框51经由平衡机构而被支承，进而，由于不存在制约前述内框53的旋转的机构，所以前述倾斜检测单元56能相对于前述外框51在全部方向上自由地旋转。
[0027]第一被动齿轮58嵌入固定于前述铅直轴54、54的一个例如下侧的铅直轴54，第一驱动齿轮59嗤合于该第一被动齿轮58。此外，在前述外框51的下表面设置有第一电动机61，前述第一驱动齿轮59嵌入固定于前述第一电动机61的输出轴。
[0028]在前述铅直轴54、54的另一个设置有第一编码器62，该第一编码器62被构成为检测前述内框53相对于前述外框51的水平方向的旋转角。
[0029]第二被动齿轮63嵌入固定于前述水平轴55的一端部，第二驱动齿轮64啮合于该第二被动齿轮63。此外，在前述内框53的侧面(在图示中，左侧面)设置有第二电动机65，前述第二驱动齿轮64嵌入固定于前述第二电动机65的输出轴。
[0030]在前述水平轴55的另一端部设置有第二编码器66，该第二编码器66被构成为检测前述倾斜检测单元56相对于前述内框53的铅直方向的旋转角。
[0031 ] 前述第一编码器62、前述第二编码器66电连接于第一运算处理部68。
[0032]前述倾斜检测单元56具有第一倾斜传感器71、第二倾斜传感器72，该第一倾斜传感器71、该第二倾斜传感器72电连接于前述第一运算处理部68。
[0033]通过图2进一步说明前述姿势检测装置19。
[0034]前述姿势检测装置19除了具备前述第一编码器62、前述第二编码器66、前述第一倾斜传感器71、前述第二倾斜传感器72、前述第一运算处理部68、前述第一电动机61、前述第二电动机65之外，还具备存储部73、输入输出控制部74。
[0035]在前述存储部73中储存姿势检测用的运算程序等程序、以及运算数据等数据类。
[0036]前述输入输出控制部74基于从前述第一运算处理部68输出的控制指令来驱动前述第一电动机61、前述第二电动机65，并输出由前述第一运算处理部68运算的倾斜检测结果O
[0037]前述第一倾斜传感器71高精度地检测水平，例如为使检测光入射到水平液面并通过反射光的反射角度的变化检测水平的倾斜检测器、或者通过封入的气泡的位置变化检测倾斜的气泡管。此外，前述第二倾斜传感器72高响应性地检测倾斜变化，例如为加速度传感器。
[0038]再有，前述第一倾斜传感器71、前述第二倾斜传感器72的任一个均能够个别地检测前述第一编码器62检测的旋转方向(倾斜方向)、前述第二编码器66检测的旋转方向(倾斜方向)的2个轴方向的倾斜。
[0039]前述第一运算处理部68基于来自前述第一倾斜传感器71、前述第二倾斜传感器72的检测结果来运算倾斜角、倾斜方向，进而运算相当于该倾斜角、倾斜方向的前述第一编码器62的旋转角、前述第二编码器66的旋转角。
[0040]再有，前述姿势检测装置19被设定为在前述外框51被水平设置的情况下前述第一倾斜传感器71检测水平，进而被设定为前述第一编码器62的输出、前述第二编码器66的输出均示出基准位置(旋转角0°)。
[0041 ]以下，对前述姿势检测装置19的作用进行说明。
[0042]首先，对高精度地检测倾斜的情况进行说明。
[0043]作为高精度地检测倾斜的情况，例如是前述姿势检测装置19被设置于设置式的测量装置的情况。
[0044]当前述姿势检测装置19倾斜时，前述第一倾斜传感器71输出与倾斜对应的信号。
[0045]前述第一运算处理部68基于来自前述第一倾斜传感器71的信号来运算倾斜角、倾斜方向，进而基于运算结果来运算用于使倾斜角、倾斜方向为O的前述第一电动机61、前述第二电动机65的旋转量，经由前述输入输出控制部74发出使前述第一电动机61、前述第二电动机65进行前述旋转量驱动的驱动指令。
[0046]以通过前述第一电动机61、前述第二电动机65的驱动向所运算的倾斜角、倾斜方向的相反倾斜的方式驱动前述第一电动机61、前述第二电动机65，电动机的驱动量(旋转角)被前述第一编码器62、前述第二编码器66检测，在旋转角变为前述运算结果时，停止前述第一电动机61、前述第二电动机65的驱动。
[0047]进而，前述第一电动机61、前述第二电动机65的旋转被微调整，以使得前述第一倾斜传感器71检测水平。
[0048]在该状态下，在前述外框51倾斜的状态下，前述倾斜检测单元56被控制为水平。
[0049]因此，为了使前述倾斜检测单元56为水平而通过前述第一电动机61、前述第二电动机65使前述内框53、前述倾斜检测单元56倾斜的倾斜角、倾斜方向基于由前述第一编码器62、前述第二编码器66检测的旋转角来求取。
[0050]前述第一运算处理部68基于前述第一倾斜传感器71检测到水平时的前述第一编码器62、前述第二编码器66的检测结果来运算前述姿势检测装置19的倾斜角、倾斜方向。该运算结果示出前述姿势检测装置19的倾斜后的姿势。
[0051]前述第一运算处理部68将所运算的倾斜角、倾斜方向作为前述姿势检测装置19的检测信号向外部输出。
[0052]接着，对前述姿势检测装置19装备于被携带的设备并在被携带的状态下取得数据的情况下的、前述姿势检测装置19的作用进行说明。
[0053]在被携带的状态下，前述姿势检测装置19的姿势时刻发生变化。因此，基于高响应性的前述第二倾斜传感器72的检测结果来进行姿势检测。
[0054]首先，只要进行控制以使得通过前述第一倾斜传感器71检测水平状态，通过高响应性的前述第二倾斜传感器72求取之后的姿势变化，基于来自该第二倾斜传感器72的检测结果进行姿势检测，就能够实时地检测前述姿势检测装置19的倾斜、倾斜方向。
[0055]进而，如图1所示的构造那样，没有对前述倾斜检测单元56、前述内框53的旋转进行制约的部分，前述倾斜检测单元5 6、前述内框5 3均能够进行3 6 O °以上的旋转。即，无论前述姿势检测装置19变为什么样的姿势(例如，即使在前述姿势检测装置19的上下相反的情况下)，也能够进行全部方向上的姿势检测。
[0056]因此，没有倾斜传感器的测定范围的限制，能够进行广范围、全部姿势下的姿势检测。
[0057]在要求高响应性的情况下，基于前述第二倾斜传感器72的检测结果来进行姿势检测，但是，前述第二倾斜传感器72与前述第一倾斜传感器71相比，检测精度差是一般性的。
[0058]在本实施例中，通过具备高精度的前述第一倾斜传感器71和高响应性的第二倾斜传感器72，从而能够基于仅前述第二倾斜传感器72的检测结果来进行高精度的姿势检测。
[0059]进而，基于前述第二倾斜传感器72所检测的倾斜角，以该倾斜角变为O的方式驱动电动机，进而到前述第一倾斜传感器71感测水平为止继续电动机的驱动。如果在前述第一倾斜传感器71感测到水平时的编码器的值即实际的倾斜角与前述第二倾斜传感器72所检测的倾斜角之间产生偏差，则能够基于该偏差来校准前述第二倾斜传感器72的倾斜角。
[0060]因此，如果预先取得前述第二倾斜传感器72的检测倾斜角与基于由前述第一倾斜传感器71进行的水平检测和编码器的检测结果所求取的倾斜角的关系，则能够进行前述第二倾斜传感器72所检测的倾斜角的校准(calibrat1n)，从而能够提高由前述第二倾斜传感器72进行的以高响应性的姿势检测的精度。
[0061]本发明的姿势检测装置19能够应用于各种装置。特别地，当在装置的姿势不稳定的携带类型的装置中使用时是有用的。
[0062]例如，通过在携带型的图像取得装置设置该姿势检测装置19，从而能够检测拍摄中的图像取得装置的倾斜，而能够容易地将取得图像变换为水平姿势。
[0063]接着，参照图3?图7对具备本发明的姿势检测装置19的数据取得装置的一个例子进行说明。以下，作为数据取得装置的一个例子，示出了带图像数据取得装置。
[0064]在图3中，I是测定装置，2是拍摄装置，3是收纳前述测定装置I和前述拍摄装置2的壳体。前述测定装置1、前述拍摄装置2成为一体而构成数据取得装置4。前述壳体3既可以设置于三脚架，或者也可以为可携带(手持)。
[0065]首先，对前述测定装置I进行说明。
[0066]该测定装置I具有测距光射出部5、光接收部6、测距部7、第二运算处理部8、射出方向检测部9、显示部10以及姿势检测装置19。
[0067]前述测距光射出部5具有测距部射出光轴11，在该测距部射出光轴11上设置有发光元件，例如激光二极管(LD)12，进而，在前述测距部射出光轴11上配设有照明透镜13、第一光轴偏向部14。
[0068]进而，对该第一光轴偏向部14进行说明。
[0069]在前述测距部射出光轴11设置有2个第一光学棱镜15a、15b，该第一光学棱镜15a、15b分别被配设为能够以前述测距部射出光轴11为中心独立地个别地旋转。关于该第一光学棱镜15a、15b，如后述那样，通过控制前述第一光学棱镜15a、15b的旋转方向、旋转量、旋转速度，从而使从前述照明透镜13射出的测距光的光轴偏向任意的方向。
[0070]前述第一光学棱镜15a、15b的材质优选为光学玻璃，该第一光学棱镜15a、15b被高精度地制作为具有相同且已知的折射率。高精度地制作前述第一光学棱镜15a、15b，由此，测距光不会扩散，能够使光束偏向规定方向，进而能够防止光束截面的变形的发生等，能够进行精度高的测距，此外也能够进行远距离测定。
[0071]前述第一光学棱镜15a、15b的外形形状分别为以前述测距部射出光轴11为中心的圆形，在前述第一光学棱镜15a的外周嵌入设置有第一环形齿轮16a，在前述第一光学棱镜15b的外周嵌入设置有第一环形齿轮16b。
[0072]第一驱动齿轮17a啮合于前述第一环形齿轮16a。该第一驱动齿轮17a固定于第一电动机18a的输出轴。同样地，第一驱动齿轮17b嗤合于前述第一环形齿轮16b，该第一驱动齿轮17b固定于第一电动机18b的输出轴。前述第一电动机18a、18b电连接于前述第二运算处理部8。
[0073]关于前述第一电动机18a、18b，使用能够检测旋转角的电动机或者进行与驱动输入值对应的旋转的电动机，例如脉冲电动机。或者，也可以使用检测电动机的旋转量的旋转检测器例如编码器等来检测电动机的旋转量。
[0074]前述射出方向检测部9对输入到前述第一电动机18a、18b的驱动脉冲进行计数，由此，检测前述第一电动机18a、18b的旋转角，或者基于来自编码器的信号来检测前述第一电动机18a、18b的旋转角。进而，前述射出方向检测部9基于前述第一电动机18a、18b的旋转角来运算前述第一光学棱镜15a、15b的旋转位置，基于前述第一光学棱镜15a、15b的折射率和旋转位置来运算测距光的偏角、射出方向，运算结果被输入到前述第二运算处理部8。
[0075]在图3中，前述第一驱动齿轮17a、前述第一电动机18a被示出在前述第一环形齿轮16a的上侧，但是，实际上，前述第一驱动齿轮17a、17b设置在不与后述的拍摄装置2的视野干扰的位置，例如如图4所示那样，设置在前述第一环形齿轮16a、16b的侧方。
[0076]前述照明透镜13、前述第一光学棱镜15a、15b等构成射出光学系统20。
[0077]对前述光接收部6进行说明。该光接收部6对来自对象物的反射测距光进行光接收。前述光接收部6具有光接收光轴21，该光接收光轴21与前述测距部射出光轴11平行。
[0078]在前述光接收光轴21上设置有光接收元件22，例如光电二极管(PD)，该光接收元件22对反射测距光进行光接收，产生光接收信号。进而，在前述光接收光轴21的对物侧配设有光接收透镜23、第二光轴偏向部24。
[0079]该第二光轴偏向部24具有重合于前述光接收光轴21上并且平行配置的一对第二光学棱镜25a、25b。作为该第二光学棱镜25a、25b，为了使装置小型化，分别使用菲涅耳棱镜是优选的。
[0080]被用作前述第二光学棱镜25a、25b的菲涅耳棱镜由平行形成的许多棱镜器件26构成，具有板形状。各棱镜器件26具有相同的光学特性，各棱镜器件26具有与前述第一光学棱镜15a、15b相同的折射率和偏角。
[0081]前述菲涅耳棱镜可以由光学玻璃制作，但是，也可以通过光学塑料材料铸模成型。通过光学塑料材料铸模成型，由此，能够制作便宜的菲涅耳棱镜。
[0082]前述第二光学棱镜25a、25b分别被配设为能够以前述光接收光轴21为中心个别地旋转。关于前述第二光学棱镜25a、25b，与前述第一光学棱镜15a、15b同样地，通过控制前述第二光学棱镜25a、25b的旋转方向、旋转量、旋转速度，从而使入射的反射测距光的光轴偏向任意的方向。
[0083]前述第二光学棱镜25a、25b的外形形状分别为以前述光接收光轴21为中心的圆形，考虑反射测距光的扩展，为了能够取得充分的光量，前述第二光学棱镜25a、25b的直径比前述第一光学棱镜15a、15b的直径大。
[0084]在前述第二光学棱镜25a的外周嵌入设置有第二环形齿轮27a，在前述第二光学棱镜25b的外周嵌入设置有第二环形齿轮27b。
[0085]第二驱动齿轮28a啮合于前述第二环形齿轮27a，该第二驱动齿轮28a固定于第二电动机29a的输出轴。第二驱动齿轮28b啮合于前述第二环形齿轮27b，该第二驱动齿轮28b固定于第二电动机29b的输出轴。前述第二电动机29a、29b电连接于前述第二运算处理部8。
[0086]前述第二电动机29a、29b与前述第一电动机18a、18b同样，使用能够检测旋转角的电动机或者进行与驱动输入值对应的旋转的电动机，例如脉冲电动机。或者，也可以使用检测电动机的旋转量(旋转角)的旋转检测器例如编码器等来检测电动机的旋转量。检测前述第二电动机29a、29b的旋转量，通过前述第二运算处理部8来进行与前述第一电动机18a、18b的同步控制。
[0087]前述第二驱动齿轮28a、28b、前述第二电动机29a、29b设置在不与前述测距光射出部5干扰的位置，例如前述第二环形齿轮27a、27b的下侧。
[0088]前述第二光学棱镜25a、25b、前述光接收透镜23等构成光接收光学系统30。
[0089]前述测距部7控制前述发光元件12来发光激光光线以作为测距光。从测定对象物反射的反射测距光经由前述第二光学棱镜25a、25b、前述光接收透镜23而入射，被前述光接收元件22光接收。该光接收元件22将光接收信号送出到前述测距部7，该测距部7基于来自前述光接收元件22的光接收信号来进行测定点(测距光被照射的点)的测距。
[0090]前述第二运算处理部8由输入输出控制部、运算器(CPU)、存储部等构成，在该存储部中储存控制测距工作的测距程序;控制前述第一电动机18a、18b、前述第二电动机29a、29b的驱动的控制程序；用于使前述显示部10显示图像数据、测距数据等的图像显示程序等程序，进而在前述存储部中储存测距数据、图像数据等测定结果。
[0091]前述姿势检测装置19感测前述测距部7相对于前述测距部射出光轴11的姿势、以及前述数据取得装置4相对于水平的姿势(倾斜角、倾斜方向)。检测结果被输入到前述第二运算处理部8。
[0092]前述拍摄装置2具有广角摄像机35、窄角摄像机36，前述广角摄像机35具有广视场角，例如30°，前述窄角摄像机36具有比前述广角摄像机35窄的视场角，例如5°。此外，前述窄角摄像机36的视场角优选为与前述测距光射出部5的点群数据取得范围(后述)同等或者比其稍大。
[0093]此外，前述广角摄像机35、前述窄角摄像机36的拍摄元件是作为像素的集合体的CCD、CM0S传感器，能够确定各像素在图像元素上的位置。例如，各像素的位置通过以各摄像机的光轴为原点的座标系而确定。
[0094]前述广角摄像机35的光轴、前述窄角摄像机36的光轴均与前述测距部射出光轴11平行，进而前述广角摄像机35的光轴、前述窄角摄像机36的光轴与前述测距部射出光轴11为已知的关系。
[0095]首先，参照图5A、图5B来说明由前述测定装置I进行的测定工作。再有，在图5A中，为了简略化说明，关于前述第二光学棱镜25a、25b，分别不出为单一的棱镜。此外，图5A中所不的前述第一光学棱镜15a、15b、前述第二光学棱镜25a、25b为得到最大的偏角的状态。此夕卜，最小的偏角为前述第一光学棱镜15a、15b的任一个、前述第二光学棱镜25a、25b的任一个进行了 180°旋转的位置，偏角为0°，射出的激光光线的光轴与前述测距部射出光轴11平行。
[0096]从前述发光元件12发出测距光，测距光被前述照明透镜13做成平行光束，透射前述第一光轴偏向部14(前述第一光学棱镜15a、15b)朝向测定对象物或者测定对象区域射出。在此，通过前述第一光轴偏向部14，由此，测距光通过前述第一光学棱镜15a、15b而偏向所需要的方向并射出。
[0097]被测定对象物或者测定对象区域反射的反射测距光透射前述第二光轴偏向部24而入射，通过前述光接收透镜23聚光到前述光接收元件22。
[0098]前述反射测距光通过前述第二光轴偏向部24，由此，反射测距光的光轴被前述第二光学棱镜25a、25b偏向，以使得与前述光接收光轴21—致(图5A)。
[0099]S卩，同步控制前述第一光学棱镜15a、15b和前述第二光学棱镜25a、25b的旋转位置、旋转方向、旋转速度，以使得前述第一光轴偏向部14和前述第二光轴偏向部24总是为相同的偏角。
[0100]具体而言，通过前述第二运算处理部8同步控制前述第一电动机18a和前述第二电动机29a，以使得前述第一光学棱镜15a和前述第二光学棱镜25a总是偏向同一方向。进而，通过前述第二运算处理部8同步控制前述第一电动机18b和前述第二电动机29b，以使得前述第一光学棱镜15b和前述第二光学棱镜25b总是偏向同一方向。
[0101]进而，能够通过前述第一光学棱镜15a和前述第一光学棱镜15b的旋转位置的组合来任意地偏向射出的测距光的偏向方向、偏向角。
[0102]此外，在固定了前述第一光学棱镜15a和前述第一光学棱镜15b的位置关系的状态下(在固定了通过前述第一光学棱镜15a和前述第一光学棱镜15b得到的偏角的状态下)，前述第一光学棱镜15a和前述第一光学棱镜15b—体地旋转，由此，透过前述第一光轴偏向部14的测距光所描绘的轨迹为以前述测距部射出光轴11为中心的圆。
[0103]因而，只要通过前述发光元件12发光激光光线并使前述第一光轴偏向部14旋转，就能够使测距光按圆的轨迹扫描。
[0104]再有，在该情况下，当然也使前述第二光轴偏向部24与前述第一光轴偏向部14同步地在相同方向上以相同速度旋转。
[0?05]接着，图5B不出了使前述第一光学棱镜15a和前述第一光学棱镜15b相对旋转的情况。当将通过前述第一光学棱镜15a偏向的光轴的偏向方向作为偏向A、将通过前述第一光学棱镜15b偏向的光轴的偏向方向作为偏向B时，由前述第一光学棱镜15a、15b造成的光轴的偏向作为第一光学棱镜15a、15b间的角度差Θ，成为合成偏向C。
[0106]因而，每当使角度差Θ变化时，只要使前述第一光轴偏向部14进行I次旋转，就能够使测距光呈直线状地扫描。
[0107]进而，如图5C所示那样，如果以相对于前述第一光学棱镜15a的旋转速度慢的旋转速度使前述第一光学棱镜15b旋转，则角度差Θ逐渐增大并且测距光旋转，因此，测距光的扫描轨迹成为螺旋状。
[0108]进而此外，各个地控制前述第一光学棱镜15a、前述第一光学棱镜15b的旋转方向、旋转速度，由此，得到使测距光的扫描轨迹为以前述测距部射出光轴11为中心的放射方向(半径方向的扫描)或者为水平、垂直方向等各种扫描状态。
[0109]作为测定的方式，通过按照每个所需要偏角固定前述第一光轴偏向部14、前述第二光轴偏向部24来进行测距，从而能够进行关于特定的测定点的测距。进而，通过一边使前述第一光轴偏向部14、前述第二光轴偏向部24的偏角偏向一边执行测距，即，通过一边扫描测距光一边执行测距，从而能够取得点群数据。
[0110]此外，各测距光的射出方向角能够通过前述第一电动机18a、18b的旋转角来感测，通过将射出方向角与测距数据相关联，从而能够取得三维的点群数据。
[0111]进而，前述测距部射出光轴11相对于水平的倾斜能够通过前述姿势检测装置19检测，能够基于该姿势检测装置19所检测的倾斜来校正前述点群数据，以做成高精度的点群数据。因此，即使在前述数据取得装置4不具备调平功能而不能水平地设置的情况下，也能够取得高精度的点群数据。
[0112]接着，取得三维数据，并且也能够取得图像数据。
[0113]如上述那样，前述拍摄装置2具备前述广角摄像机35和前述窄角摄像机36。
[0114]前述广角摄像机35主要作为观察用而使用，由前述广角摄像机35取得的广角图像显示于前述显示部10。
[0115]测定者从显示于前述显示部10的图像寻找测定对象，或者选择测定对象。
[0116]当测定对象被选择时，以使得测定对象被前述窄角摄像机36捕捉的方式定向前述数据取得装置4。由前述窄角摄像机36取得的窄角图像显示于前述显示部10。作为显示方法，可以切换由前述广角摄像机35进行的广角图像的显示和由前述窄角摄像机36进行的窄角图像的显示。或者可以分割前述显示部10来在分割部分中显示由前述窄角摄像机36得到的窄角图像，或者设置窗口来在该窗口中显示。
[0117]由前述窄角摄像机36取得的窄角图像与前述测定装置I的测定范围一致或者大致一致，因此，测定者能够通过视觉来容易地确定测定范围。
[0118]此外，前述测距部射出光轴11与前述窄角摄像机36的光轴平行，并且两个光轴为已知的关系，因此，前述第二运算处理部8能够在由窄角摄像机36得到的窄角图像上使图像中心与前述测距部射出光轴11 一致。进而，前述第二运算处理部8检测测距光的射出角，由此，能够基于射出角来在图像上确定测定点。因而，能容易进行测定点的三维数据与窄角图像的相关联，能够将由前述窄角摄像机36取得的窄角图像作为带三维数据的图像。
[0119]图6A、图6B示出了由前述窄角摄像机36取得的图像与点群数据取得的关系。再有，在图6A中，示出了测距光呈同心多重圆状地扫描的情况，在图6B中，示出了测距光呈直线状地往复扫描的情况。在图中，37示出扫描轨迹，测定点位于扫描轨迹上。
[0120]进而，在执行广范围的测定的情况下，将由前述广角摄像机35取得的广角图像作为测定范围，在该广角图像中以拼缀物的方式填入由前述窄角摄像机36取得的窄角图像，由此，能够不浪费或者不残留未测定部分地执行测定。
[0121]此外，本实施例的前述数据取得装置4具备前述姿势检测装置19。
[0122]该姿势检测装置19检测前述数据取得装置4相对于水平的姿势，即前述测距部射出光轴11的倾斜角、倾斜方向。在前述数据取得装置4经由三脚架而设置的情况下，基于前述姿势检测装置19的检测结果，前述数据取得装置4被水平地设置，能在该数据取得装置4为水平的状态下进行测定。因而，不需要考虑前述数据取得装置4的倾斜来校正测定值等的校正作业。
[0123]在携带前述数据取得装置4的状态(手持的状态)下使用的情况下，通过前述姿势检测装置19检测测定时的前述数据取得装置4的姿势，前述第二运算处理部8基于所检测的倾斜角、倾斜方向来校正测定值，由此，即使在接近抖动的状态下，也能够进行高精度地校正的测定。
[0124]再有，在上述实施例中，虽然使前述第二光学棱镜25a、25b为菲涅耳棱镜，但是，在空间上存在富余的情况下，也可以分别由单一的棱镜构成前述第二光学棱镜25a、25b。
[0125]图7示出了其他的实施例。
[0126]在该其他的实施例中，将前述的实施例中的前述第一光轴偏向部14、前述第二光轴偏向部24作为光轴偏向部40而一体化。再有，在图7中，对与图3中所示的部分同等的部分标注相同附图标记。
[0127]在测距光射出部5的测距部射出光轴11上设置作为偏向光学构件的第一反射镜41。进而，与该第一反射镜41对峙地并且在光接收光轴21上配设作为偏向光学构件的第二反射镜42。此外，关于前述第一反射镜41、前述第二反射镜42，以通过前述第一反射镜41、该第二反射镜42偏向的前述测距部射出光轴11与光接收部6的光接收光轴21 —致的方式设定位置关系。前述第一反射镜41、前述第二反射镜42构成测距部射出光轴偏向部。
[0128]再有，前述第二反射镜42的大小为对于反射测距光充分的大小即可，测距光的光束直径很小，因此，由前述第二反射镜42遮断的反射测距光的光量很少，不会对测距造成影响。
[0129]前述光轴偏向部40具有在前述光接收光轴21上平行配设的圆形状的组合光学棱镜43a、43b。
[Ο?Ο] 该组合光学棱镜43a、43b为同样的结构，因此，以下对前述组合光学棱镜43a进行说明。
[0131 ] 该组合光学棱镜43a由第二光学棱镜25a和第一光学棱镜15a构成。
[0132]前述第二光学棱镜25a为形成有许多棱镜器件26的菲涅耳棱镜，在该菲涅耳棱镜的中央部，前述棱镜器件26呈圆状地欠缺，在该中央部设置前述第一光学棱镜15a，前述第二光学棱镜25a与前述第一光学棱镜15a被一体化。此外，使前述第一光学棱镜15a和前述第二光学棱镜25a的前述棱镜器件26的方向一致。
[0133]前述第一光学棱镜15a和前述第二光学棱镜25a为光学塑料材料，既可以通过铸模成型而一体地成型，或者也可以对前述第二光学棱镜25a铸模成型并将通过光学玻璃制作的棱镜(前述第一光学棱镜15a)贴附于该第二光学棱镜25a。
[0134]从发光元件12发出的测距光被照明透镜13做成平行光束，通过前述第一反射镜41、前述第二反射镜42以沿着前述光接收光轴21照射的方式偏向。
[0135]测距光通过前述组合光学棱镜43a、43b的中央部即第一光学棱镜15a、15b，由此，测距光偏向所需要的方向、所需要的角度而射出。
[0136]此外，被测定对象物反射的反射测距光通过前述组合光学棱镜43a、43b的第二光学棱镜25a、25b部分，被偏向为与前述光接收光轴21平行，被光接收元件22光接收，基于该光接收元件22的光接收结果来进行测距。
[0137]在本其他的实施例中，省略第一光轴偏向部14，因此，构造进一步简略化。
[0138]此外，在偏向部中使用的电动机仅为第二电动机29a、29b即可，电动机的控制也变得简单。
[0139]如上所述，根据本发明的数据取得装置，能够通过简单的结构来容易地取得点群数据。此外，在同时取得图像的情况下，拍摄装置的光轴与测距光轴一致(或者是平行且已知的关系)，因此，能容易进行图像和点群数据的相关联，能够简便地取得带三维数据图像。
[0140]进而，通过具备本发明的姿势检测装置，从而能容易地进行倾斜的校正、修正，能够进行携带状态下的高精度的数据取得。进而，在本发明的姿势检测装置中，没有倾斜角的检测范围的限制，能够检测全部方向、全部姿势，因此，即使在被装备于姿势较大地变化的飞行体的情况下，也能够正确地检测姿势，进而取得数据的校正也是容易的。
【主权项】
1.一种姿势检测装置，其中，具备: 倾斜检测单元，以与外框正交的2个轴为中心旋转自由地被支承，检测从水平的倾斜； 编码器，分别设置在各轴； 电动机，设置为使各轴旋转；以及 第一运算处理部，基于来自所述倾斜检测单元的检测结果来驱动控制所述电动机，该第一运算处理部构成为在所述外框倾斜的情况下基于来自所述倾斜检测单元的信号驱动所述电动机以使得该倾斜检测单元检测水平，并且基于所述倾斜检测单元检测到水平时的所述编码器的输出来运算所述外框的姿势。2.根据权利要求1所述的姿势检测装置，其中，所述倾斜检测单元具备: 第一倾斜传感器，以高精度检测水平；以及 第二倾斜传感器，检测比该第一倾斜传感器高速响应且广范围的倾斜， 该第二倾斜传感器检测从所述第一倾斜传感器所检测的水平的倾斜，所述第一运算处理部构成为基于来自所述第二倾斜传感器的检测信号来运算所述外框的姿势。3.一种数据取得装置，其中，具备: 发光元件，发出测距光； 测距光射出部，射出所述测距光； 光接收部，对反射测距光进行光接收； 光接收元件，对所述反射测距光进行光接收，产生光接收信号；以及 测距部，基于来自该光接收元件的光接收结果来进行测距， 还具备: 权利要求1或权利要求2的姿势检测装置； 第一光轴偏向部，配设在所述测距光的射出光轴上，使所述测距光的光轴以所需要的偏角偏向所需要的方向； 第二光轴偏向部，配设在光接收光轴上，以与所述第一光轴偏向部相同的偏角、相同的方向偏向所述反射测距光； 射出方向检测部，检测由所述第一光轴偏向部造成的偏角、偏向方向， 被构成为所述测距光通过所述第一光轴偏向部而射出并且所述反射测距光通过所述第二光轴偏向部而被所述光接收元件光接收，并且构成为基于所述测距部的测距结果、所述射出方向检测部的检测结果来取得测定点的三维数据并基于所述姿势检测装置所检测的结果来校正该三维数据。4.根据权利要求3所述的数据取得装置，其中，还具备: 第二运算处理部；以及 拍摄装置，具有拍摄光轴，所述拍摄光轴与所述射出光轴平行且具有已知的关系，所述第二运算处理部被构成为将由所述测距部取得的测距结果与由所述拍摄装置取得的图像相关联来取得带三维数据图像。
【文档编号】G01C9/00GK105890578SQ201610086901
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】大友文夫, 熊谷薰, 大佛毅, 大佛一毅
【申请人】株式会社拓普康