(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射器（１７）が設けられた標的（９）が、レーザートラッカ（１０）の測定ビーム（Ｍ）によって追跡される追跡方法であって、通常追跡モードにおいて、前記反射器（１７）により反射された前記測定ビーム（Ｍ）が追跡ユニット（１１）内で検出され、前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントの制御のための変数が前記検出から計算され、加えて、特別追跡モードにおいて、前記反射器（１７）によって反射された測定ビーム（Ｍ）が前記追跡ユニット（１１）内で検出されず、前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントの制御のための変数が、少なくとも１つの別の装置によって取得されたデータから計算され、
前記レーザートラッカ（１０）は、捕捉ユニット（１２）および概観装置（１３）を含み、前記捕捉ユニット（１２）は、前記概観装置（１３）と同様に、前記測定ビーム（Ｍ）に対して既知の位置および方向を有し、前記捕捉ユニット（１２）は、前記追跡ユニット（１１）の検出領域と前記概観装置（１３）の検出領域との間にある検出領域を含み、
前記特別追跡モードにおける前記方法は、
前記標的（９）が前記捕捉ユニット（１２）により検出可能である場合、前記標的（９）が前記捕捉ユニット（１２）に対して視認可能である角度に従って前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントを制御し（２０５）、前記追跡ユニット（１１）により前記標的（９）が検出可能であるか否かについて調べるステップと、
そして、前記標的（９）が前記追跡ユニット（１１）により検出可能である場合、前記通常追跡モードに切替えるステップと、
前記標的（９）が前記概観装置（１３）のみにより検出可能である場合、前記標的（９）が前記概観装置（１３）に対して視認可能である角度に従って前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントを制御し（２０９）、前記捕捉ユニット（１２）により前記標的（９）が検出可能であるか否かについて調べるステップとを含む、ことを特徴とする追跡方法。
【請求項２】
記載されたステップは、前記通常追跡モードへの切替えが有効になるまで繰り返し実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記通常追跡モードへの切替えと共に、
前記レーザートラッカ（１０）と前記標的（９）との間の絶対距離を判定するために絶対距離の初期化（２０７）を実行するステップが実行される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記概観装置（１３）はズーム機能と、これに加えて調整可能な検出角度を有し、小さい検出角度が与えられた概観装置（１３）によって前記標的（９）が検出可能でないとき、
前記概観装置（１３）の検出角度を広げ（３１１）、前記概観装置（１３）によって前記標的（９）が検出可能であるか否かについてチェックするステップと、
前記概観装置（１３）によって前記標的（９）が検出可能である場合、前記標的（９）が前記概観装置（１３）に対して視認可能である角度に従って前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントを制御するステップ（３１３）と、
前記概観装置（１３）の検出角度を縮小するステップ（３１４）とが、実行される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
偏向デバイス（２１）によって、選択的に、
前記偏向デバイス（２１）の第１の動作モードにおいて、前記追跡ユニット（１１）および前記捕捉ユニット（１２）、
または、前記偏向デバイス（２１）の第２の動作モードにおいて、前記概観装置（１３
）のどちらかが、
それらのビーム経路を用いて前記標的（９）に向けて位置合わせされ得、前記方法は、
前記追跡ユニット（１１）または前記捕捉ユニット（１２）が前記標的（９）を検出、追跡または検索するとき、前記第１の動作モードにおいて動作する、または前記第１の動作モードに切替えるステップと、
前記概観装置（１３）が前記標的（９）を検出または検索するとき、前記第２の動作モードにおいて動作する、または前記第２の動作モードに切替えるステップとを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
反射器（１７）が設けられた標的（９）が、レーザートラッカ（１０）の測定ビーム（Ｍ）によって追跡され得る、レーザートラッカ（１０）を有する測定システムであって、前記レーザートラッカ（１０）は、通常追跡モードにおいて、前記反射器（１７）により反射された前記測定ビーム（Ｍ）を追跡ユニット（１１）を用いて検出し、前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントの制御のための変数を前記検出から計算するように設計され、加えて、前記反射器（１７）によって反射された測定ビーム（Ｍ）が前記追跡ユニット（１１）内で検出され得ない特別追跡モードにおいて、前記レーザートラッカ（１０）は、前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントの制御のための変数を、少なくとも１つの別の装置によって取得された（１３）データから計算するように設計され、
前記レーザートラッカ（１０）は、捕捉ユニット（１２）および概観装置（１３）を含み、前記捕捉ユニット（１２）は、前記概観装置（１３）と同様に、前記測定ビーム（Ｍ）に対して既知の位置および方向を有し、
前記捕捉ユニット（１２）は、前記追跡ユニット（１１）の検出領域と前記概観装置（１３）の検出領域との間にある検出領域を含み、
前記レーザートラッカ（１０）は、前記特別追跡モードにおいて、
前記標的（９）が前記捕捉ユニット（１２）により検出可能である場合、前記標的（９）が前記捕捉ユニット（１２）に対して視認可能である角度に従って前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントを制御し（２０５）、前記追跡ユニット（１１）により前記標的（９）が検出可能であるか否かについて調べ、
前記標的（９）が前記追跡ユニット（１１）により検出可能である場合、前記通常追跡モードへの切替えを開始し、
前記標的（９）が前記概観装置（１３）のみにより検出可能である場合、前記標的（９）が前記概観装置（１３）に対して視認可能である角度に従って前記測定ビーム（Ｍ）のアライメントを制御し（２０９）、前記捕捉ユニット（１２）により前記標的（９）が検出可能であるか否かについて調べるように設計される、ことを特徴とする測定システム。
【請求項７】
前記捕捉ユニット（１２）は、前記捕捉ユニット（１２）の視野内の前記反射器（１７）の位置を判定するために、前記追跡ユニット（１１）と同じ測定ビーム（Ｍ）を用いる、請求項６に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項８】
前記捕捉ユニット（１２）は、前記追跡ユニット（１１）の測定ビーム（Ｍ）と同軸の測定光を発し、これとともに、測定ビーム（Ｍ）は共通の出口オプティクスを通過する、請求項６に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項９】
前記測定ビーム（前記捕捉ユニット（１２）の測定光が前記測定ビームと同じでない場合は、前記測定ビームおよび前記捕捉ユニット（１２）の前記測定光）のビーム経路は、偏向デバイス（２１）によって前記標的（９）に向けてガイドされ得る、請求項７または８に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１０】
前記偏向デバイス（２１）によって、選択的に、
前記偏向デバイス（２１）の第１の動作モードにおいて、前記追跡ユニット（１１）お
よび前記捕捉ユニット（１２）、
または、前記偏向デバイス（２１）の第２の動作モードにおいて、前記概観装置（１３）のどちらかが、
それらのビーム経路を用いて前記標的（９）に向けられ得る、請求項９に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１１】
前記捕捉ユニット（１２）は、前記追跡ユニット（１１）の測定ビーム（Ｍ）と平行であって同軸でなく、別の出口オブティクスを通る測定光を発する、請求項６に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１２】
前記捕捉ユニット（１２）は、自身の自己照明手段（３３）を含む、請求項１１に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１３】
前記捕捉ユニット（１２）および前記追跡ユニット（１１）の両方は赤外線を用いて動作し、入射光に対する前記捕捉ユニット（１２）および前記追跡ユニット（１１）のスペクトル感度領域は互いに異なる、請求項１２に記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１４】
前記概観装置（１３）は、ズームオプティクスを含む、請求項６〜１３のいずれかに記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【請求項１５】
前記捕捉ユニット（１２）は、前記標的（９）の画像を検出し、前記標的（９）を追跡するための測定値を判定するための画像センサを含む、請求項６〜１４のいずれかに記載の、レーザートラッカ（１０）を有する測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
夫々の請求項のプリアンブルによれば、発明は、測定技術の分野に属し、追跡方法およびレーザートラッカを有する測定システムに関する。追跡方法は、レーザートラッカの測定ビームを用いて、標的点、特に移動する標的点の自動追跡に役立つ。レーザートラッカを有する測定システムは、方法を実行するために備えられる。
【背景技術】
【０００２】
技術の状態
いわゆるレーザートラッカは、移動する標的点の位置の測定のために頻繁に適用される。レーザートラッカという用語は、集束レーザビーム（後の説明において測定ビームと呼ばれる）を用いて動作する少なくとも１つの距離メータを含む装置として理解される。たとえば、測定ビームの方向は、２つの軸の周りに回転可能な鏡の助けを借りて標的点に向けてセットされ、回転軸に対して割当てられた角度センサを用いて検出される。測定される標的点は、再帰反射器（特に、立方状の角張ったプリズムまたは互いに垂直な３つの鏡の配列）が設けられる。再帰反射器は、入射したレーザートラッカの測定ビームを反射し、レーザートラッカに返す。それにより、反射された測定ビームは、測定ビームが反射器にちょうど中心でぶつかったときに、反射された測定ビームは、発せられた測定ビームと同軸に進む。そして、測定ビームが反射器に中心で衝突しなかったとき、反射された測定ビームは、発せられた測定ビームと平行にオフセットして進む。レーザートラッカと標的点との間の絶対距離および／またはこの距離の変化は、トラッカの実施例に依存して、発せられたレーザ光と反射されたレーザ光とを比較することから導き出される。トラッカに対する反射器または標的点の位置は、角度センサにより検出された角度および距離メータにより検出された距離から計算される。
【０００３】
反射された測定ビームの一部は、たいてい、ＰＳＤ（位置検知デバイス）に導かれる。ＰＳＤの感光表面に反射された測定ビームが衝突する位置から、反射された測定ビームが発せられた測定ビームと相対的に平行移動することが推定され得る。この方法により判定される測定データは、反射された測定ビームの平行オフセットを規定し、標的点が移動したときに測定ビームが標的点の後を追う（追跡する）ように、測定ビームの方向を制御するために用いられる。これは、測定ビームの方向または測定ビームを調整する鏡のアライメントの適切な変化によって、発せられた測定ビームと反射された測定ビームとの間の平行オフセットを低減するか、またはできる限り小さくすることができることを意味する。
【０００４】
発せられた測定ビームと反射された測定ビームとの間の平行オフセットによる測定ビームの方向の制御は、小さな遅れではあるものの、無視できず、標的点が移動しそして追跡されるスピードを制限する遅れを有することは明らかである。標的点がさらに速く移動した場合、測定ビームの方向が適切に修正される前に測定ビームが反射器にヒットしなくなり、これによって追跡と位置合わせとが中断される。同様のことがトラッカと標的点との間に障害物があった場合にも起こり得、測定ビームが遮断される。レーザートラッカまたはレーザートラッカの測定ビームが反射器を「見失った」場合、作業者がこれに気付き、トラッカの設計に適切に与えられた検索ルーチンが開始され得る。
【０００５】
標的点が再び見つけられると、つまり、測定ビームが反射器に再び衝突し、これにより反射されると、直ちに標的点の位置の測定と測定ビームによるその追跡とが推定され得、そのためにそうであり得るものとして距離の測定が新たに開始される。標的点の移動が制御されなくなり、適用された反射器および測定ビームの直径が小さくなるほど、前述の追跡の中断がより頻繁に起こり得る。トラッカが標的点に全く向けられていない場合、測定プロセスの開始においても前述の追跡の中断と同様の状況がたいてい当てはまる。
【０００６】
レーザートラッカに概観装置を与えることも知られている。できる限り大きい視野（たとえばすべての方向において±２０°を超える）を有するこのカメラがトラッカに配置され、カメラの画像上で認識される標的点に向けて測定ビームが向かうようにこのカメラが調整される。この標的点に向けた測定ビームの調整はカメラの画像を監視している作業者によって開始される、標的点が画像化された画像領域をこの作業者が適切に示すことにより開始される。
【０００７】
追跡方法と、２つの追跡モードを有するレーザートラッカを有し、レーザートラッカの測定ビームが標的点を「見失った」場合または「再発見した」場合に一方の追跡モードから他方の追跡モードに切換える測定システムとが、ＷＯ２００７／０７９６０１Ａ１に記載されている。通常または普通追跡モードは、レーザートラッカによって既知でありかつ測定ビームに基づく追跡であり、それにおいて、たとえば発せられた測定ビームと反射された測定ビームとの間の平行オフセットが検出されて、測定ビームの方向を変えることによってこのオフセットが減少するように努められる。通常追跡モードにおいて、トラッカは反射器によって反射された測定ビームを検出し、標的点の位置の判定がいつでも可能である。トラッカが反射された測定ビームを検出できないときに測定システムが動作する特別追跡モードにおいて、レーザートラッカに対して設けられた概観装置により記録されたデータによって測定ビームの方向の変化が制御される。概観装置は、たとえば画像データを提供し、感光面（たとえばCCD）および、すべての方向においてたとえば±２０°の視角を与え、一般的なオプティクスを有するデジタル概観カメラである。しかしながら、概観装置は、たとえば同じまたは同様のオプティクスが備付けられ、センサに相対的な位置データのみを提供して、装置に関する方向データを提供するＰＳＤ（位置検知デバイス）でもあり得る。概観装置によって記録されたデータから反射器に向かう方向が判定され、測定ビームの方向が適切に変更されることにより測定ビームが反射器に向かうように試みられる。したがって、特別追跡モードは反射された測定ビームの検出を用いずに作動し、特別追跡モードにおいては、トラッカの助けを借りた標的点の位置の正確な判定は不可能である。トラッカにおいて反射された測定ビームが検出されないとすぐに特別追跡モードに切換る。しかしながら、特別追跡モードにおいては、反射された測定ビームが検出されたかどうかについて何度も何度も常に調べなければならず、反射された測定ビームが検出された場合は直ちに普通追跡モードにシステムが切換えられ、位置測定が始められる。
【０００８】
そして、前述したデバイスおよび対応する方法は、「見失った」標的点の場所を再び見つけ出し得、その後に、標的点の位置を再び判定する。しかしながら、トラッカに対する標的点の角度位置の急速な変化に追従するそれらの能力は限られている。これは、標的点がトラッカに近く位置しており、かつ、トラッカから見た標的点の角度の大きな変化に対応する絶対位置の変化があった場合、標的点が遠く離れている場合に比べて、特に関連性がある。さらに、捕捉が完了し、位置測定が再び有効にされ得るまで、場所を特定するために標的点が比較的平穏に保持できるようにしておくことが必要である。
【０００９】
狭いまたは広い視野を有するカメラまたはセンサを用いた同様の追跡方法も以下の３つの公報に記載されている。
【００１０】
ＥＰ２０７１２８３Ａ２は、各々の場合においてカメラオプティクスに連結されたそれ自身の光源を用いた、広い視野および狭い視野を有する２つの離れたカメラの使用を開示する。カメラは互いに離れて配置され、これらのうちの一方は距離メータに対して共線状の視軸を有し、可視光線を用いて作動する。各々の場合における標的の認識は、それぞれの光源のオン／オフを切換えることと、その後の、それぞれの画像からの異なる構造とから成し遂げられる。
【００１１】
ＷＯ２００９／０４６７６３Ａ１は、広い視野を用いたオプティクスの近距離設定と、狭い視野を用いた長距離設定とを切換える、標的追跡を用いた２つの段階を示す。
【００１２】
ＵＳ７，２９２，７８８Ｂ２は、衛星を用いたレーザベースの通信を開示する。広範囲センサと狭範囲センサとを用いて、受信された光線が追跡される。図４Ｂは、二段階測定のための装置を示す。レーザビームをファイバオプティク（６４０）に導くために、中間／捕捉トラックセンサ（６６０）またはファイントラッククワッドセル（６５０）が適用される。別の実施例または試験的な配置（図４Ａ）は同様に二段階方法を用いる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明の説明
本発明の目的は、上述した追跡の中断を許容し、自動的にだけでなく、高いダイナミクスを持って橋渡しする、追跡方法、および、追跡方法のために設計されたレーザートラッカを有する測定システムを提供することである。別の目的は、追跡の中断があったときに、標的点が移動しながら、標的点の再捕捉および位置測定の再開の可能性を提供することである。別の目的は、概観カメラの比較的大きな開口角度（視角）を許容する測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、特許請求の範囲において規定される、追跡方法およびレーザートラッカを有する測定システムによって達成される。
【００１５】
したがって、反射器が設けられた標的は、追跡方法においてレーザートラッカの測定ビームによって追跡される。通常追跡モードにおいて、反射器によって反射された測定ビームは追跡ユニットにおいて検出され、測定ビームのアライメントの制御のための変数が測定から計算される。特別追跡モードにおいて、反射器によって反射された測定ビームはトラッキングユニット内では検出されず、少なくとも１つの別の装置によって取得されたデータから測定ビームのアライメントの制御のための変数が計算される。それによって、レーザートラッカは、捕捉ユニットおよび概観装置を含む。捕捉ユニットと概観装置とは、測定ビームに対して既知の位置および方向を有する。捕捉ユニットは、追跡ユニットの検出範囲と概観装置の検出範囲との間にある検出範囲または検出角度を含む。
【００１６】
特別追跡モードにおいて、方法は、
捕捉装置によって標的が検出可能である場合、捕捉装置、捕捉ユニットに対して標的が視認可能である角度に従って測定ビームのアライメントを制御し、追跡ユニットによって標的が検出可能であるかどうかについて調べるステップと、
そして、追跡ユニットによって標的が検出可能である場合、通常追跡モードに切換えるステップと、
概観装置によってのみ標的が検出可能である場合、概観装置に対して標的が視認可能である角度に従って測定ビームのアライメントを制御し、捕捉ユニットよって標的が検出可能であるかどうかについて調べるステップとを実行する。
【００１７】
言い換えると、特別追跡モードにおいて、測定ビームのアライメントの制御のための変数は、捕捉ユニットまたは概観装置によって選択的に取得されたデータから計算され、必要であれば、追跡ユニットによって標的が検出されるまで、捕捉ユニットを用いた標的の位置特定と概観装置を用いた標的の位置特定とが切換えられる。したがって、通常追跡モードへの遷移が有効になるまで、記載されたステップが繰返し実行される。
【００１８】
これにより、概観カメラの開口角度または視野は、十分に高い必要がある概観カメラの解像度によってはもはや制限されず、トラッカによって標的が確実に捕捉され得る。中間的に配置された捕捉ユニットは概観カメラのデータによって標的を捕捉し、トラッカによって標的を捕捉するようにトラッカのアライメントを改善する。
【００１９】
これにより、概観装置の視角または検出範囲を増大することが可能であり、測定装置に近いところで標的が移動する上述のすべての場合において、測定装置が標的を見る角度の急速な変化にさえも標的に追従することも可能である。
【００２０】
理論上は、概観装置によってのみ標的が検出可能である場合、測定ビームの位置合わせの代わりに、最初に捕捉装置の位置合わせの実行のみが可能である。しかしながら、一般に、捕捉ユニットと追跡ユニットとは一緒に動くため、これは、一般に、測定ビームのアライメントと等しい。
【００２１】
本発明の好ましい実施例において、通常追跡モードへの遷移とともに、レーザートラッカと標的との間の絶対距離を判定するために、絶対距離の初期化を（オンザフライで）実行する。そのような方法は、たとえば発行された特許出願ＥＰ１６４７８３８Ａ１およびＵＳ２００９／００３３９４５において記載されている。これを用いて、（レーザートラッカに対する）標的の方位角および高度とは別に、その距離も知られる。
【００２２】
本発明の別の好ましい実施例において、概観装置は、ズーム機能と、これらに加えて調整可能な検出角度を含み、小さい検出角度において概観装置によっては標的が検出できない場合、
概観装置の検出角度を増大し、概観装置によって標的が検出可能であるかどうかを調べるステップと、
概観装置によって標的が検出可能である場合、概観装置に対して標的が視認可能な角度に従って測定ビームのアライメントを制御するステップと、
概観装置の検出角度を縮小するステップ、または、
随意に、概観装置によって標的が検出できない場合、概観装置を動かすことによって標的の位置を見つけるための検索ルーチンを実行するステップとが、実行される。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施例において、偏光デバイスによって、選択的に、
偏光装置の第１の動作モードにおいて、追跡ユニットおよび捕捉ユニット、
または、偏光デバイスの第２の動作モードにおいて、概観装置のどちらかが、
それらのビーム経路を用いて標的に向けて位置合わせまたはガイドされ得る。それによって、方法は、
追跡ユニットまたは捕捉ユニットが標的を検出または検索する場合、第１の動作モードで動作する、または第１の動作モードに切換えるステップと、
概観装置が標的を検出または検索する場合、第２の動作モードで動作、または第２の動作モードに切換えるステップとをさらに含む。
【００２４】
したがって、本発明のこれらの好ましい実施例において、たとえば、追跡ユニットまたは概観装置のどちらかのビーム経路が、追跡ミラーによって標的に選択的に向けられ得るため、標的は追跡ユニットと概観装置とに対して同時に視認可能ではない。この実施例を用いれば、捕捉ユニットなしで、移動された標的に対して概観装置によって位置を見つけ出すことおよび測定ビームのアライメントに対して結果的に修正されることが可能となり得るが、追跡ミラーを回転させた後、時間遅れに起因してこのアライメントはもはや正確ではなくなり得る。ここで、捕捉ユニットは、ミラーを回転させた後の不明確なアライメントを用いてでも標的の捕捉を許容する。
【００２５】
レーザートラッカを有する測定システムにおいて、レーザートラッカの測定ビームによって、反射器が設けられた標的が追跡され得る。通常追跡モードにおいて、レーザートラッカは、反射器によって反射された測定ビームを追跡ユニットを用いて検出するように設計され、測定ビームのアライメントの制御のための変数を検出から計算するように設計される。加えて、レーザートラッカは、反射器によって反射された測定ビームが追跡ユニット内で検出されない特別追跡モードにおいて、少なくとも１つの別の装置によって取得されたデータから測定ビームのアライメントの制御のための変数を計算するように設計される。それによって、レーザートラッカは、捕捉ユニットと概観装置とを含む。捕捉ユニットと概観装置とは、測定ビームと相対的な既知の位置と方向を有する。捕捉ユニットは、追跡ユニットの検出範囲と概観装置の検出範囲との間にある検出範囲を含む。特別追跡モードにおいて、上述した方法のステップを実行するようにレーザートラッカは構成される。
【００２６】
捕捉ユニットによって標的が検出可能である場合、捕捉ユニットに対して標的が視認可能な角度に従って測定ビームのアライメントを制御し、追跡ユニットによって標的が検出可能であるかどうかを調べるステップと、
追跡ユニットによって標的が検出可能である場合、通常追跡モードへの切換えを開始するステップと、
概観装置によってのみ標的が検出可能である場合、概観装置に対して標的が視認可能な角度に従って測定ビームのアライメントを制御し、捕捉ユニットによって標的が検出可能であるかどうかを調べるステップ。
【００２７】
本発明の実施例において、捕捉ユニットは、視野内における反射器の位置を判定するために、追跡ユニットと同じ測定ビームを使用する。代替的に、捕捉ユニット自身が、（レーザートラッカの外で）追跡ユニットの測定ビームと同軸に進み、共通の出口オプティクスを通る測定光を発する。
【００２８】
本発明のさらに好ましい実施例において、測定ビームのビーム経路（捕捉ユニットの測定光が測定ビームと同じでない場合、測定ビームと測定光のビーム経路）は、偏光デバイスによって標的に向けてガイドされ得る。したがって、偏光デバイスによって、選択的に、
偏光デバイスの第１の動作モードにおいて、追跡ユニットおよび捕捉ユニット、
または、偏光デバイスの第２の動作モードにおいて、概観装置のどちらかが、
それらのビーム経路を用いて標的に向けて位置合わせされ得る。
【００２９】
本発明の別の好ましい実施例において、捕捉ユニットは、追跡ユニットの測定ビームに対して平行ではあるが同軸ではなく、別々の出口オプティクスを通る測定光を発光する。したがって、好ましくは、捕捉ユニットは、それ自身の照明手段を有する。さらに、捕捉ユニットおよび追跡ユニットの両方は赤外線光を用いて動作し得、（すなわち、赤外線に対して反応し）、好ましくは、入射光に関する捕捉ユニットのスペクトル感度領域と追跡ユニットのスペクトル感度領域とは互いに異なり、特に互いに重複しない。したがって、２つのユニットは、各々の別のユニットの光に対して反応しない。
【００３０】
本発明のさらに好ましい実施例において、捕捉ユニットは、標的の画像を検出するための画像センサを含む。したがって、光源のＸ位置信号およびＹ位置信号だけを提供し、ＰＳＤのように標的を追跡するための測定値を得るための全体画像は提供しないＰＳＤが存在するだけでなく、レーザートラッカの別の機能も実現され得る。そのような別の機能はたとえば、標的の方向の判定、標的としての対象物の識別、光学的特徴による対象物の追跡（「特徴検出および対象物追跡」）である。したがって、これを用いて、点状ではない対象物、または全体的に交点の構成を識別し追跡することができる。
【００３１】
さらに好ましい実施例は添付の特許請求の範囲から導き出される。したがって、方法クレームの特徴は、類似した形で、装置クレームと組合せられ得、その逆も成り立つ。
【００３２】
図面の簡単な説明
以下、本発明の主題は添付の図面に示される好ましい実施例によってより詳細に説明される。いずれの場合においても図において概略的に示される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の異なる実施例である。
【図２】本発明の異なる実施例である。
【図３】本発明の異なる実施例である。
【図４】発明の方法の例示の実現に従うフロー図である。
【図５】発明の方法の例示の実現に従うフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図面において用いられている参照番号とそれらの意味は参照番号のリストにおいて断定的に列挙されている。基本的に、図面において同じ部品には同じ参照番号が与えられている。
【００３５】
発明を実行する方法
図１は、本発明の第１の好ましい実施例におけるレーザートラッカ１０の構造を示す。レーザートラッカ１０は、測定ビームＭを有する追跡ユニット１１と、捕捉領域Ｅを有する捕捉ユニット１２と、位置決め領域Ｌを有し、位置決めのための概観装置１３を含む。レーザートラッカ１０は、レーザートラッカ１０に対する標的９（好ましくは標的９上の再帰反射器１７）の距離とともに方位角および高度を判定する。標的の距離を判定し、かつ追跡するために、絶対距離メータ（ＡＤＭ）および／または干渉距離メータ（ＩＦＭ）が距離測定ユニット２２内に存在する。概観装置１３はズーム機能を有し得る。
【００３６】
追跡ユニット１１および捕捉ユニット１２は共通の出力オプティクス８を使用する。すなわち、共通のビーム経路上の２つのユニットから出た光および２つのユニットに向かう光は結合される。これは測定ビームを含み、測定ビームは、モータ駆動の追跡ミラー２１によって、反射器（たとえばプリズムまたは３つの鏡などの再帰反射器）１７に向けて位置合わせされる。
【００３７】
追跡ユニット１１は、画像センサ、または、ＰＳＤ１４（位置検知デバイス）を含む。ＰＳＤ１４は、ＰＳＤの表面の交点の位置に対応する信号を生成する。追跡ユニット１１は、計算と、制御ユニット１９と、追跡ミラー２１を動かすためのアクチュエータとによって測定ビームのアライメントを修正するために、ＰＳＤ１４上の反射された測定ビームＭの位置を判定することによって既知の態様で動作する。したがって、追跡ユニット１１は、測定ビームの高精度の追跡に対する責任があり、そのために、たとえば１ミリメートルから２ミリメートルの測定光ビームの幅を有するコリメート（平行）測定光を有する検出領域を有する。
【００３８】
捕捉ユニット１２は、カメラまたは二次元画像センサ１５を含む。光ビームは、画像センサ１５上に交点を生成する。この光ビームは、反射された測定ビーム（すなわち、測定ビームから出た、結合された光の一部）、または、好ましくは測定ビームＭと同軸線上に進み、測定ビームＭのビーム経路に結合されるが、異なる波長を有する第２のビームであり得る。捕捉ユニット１２は、移動した標的の捕捉と、標的が移動している間における、追跡ユニット１１による標的追跡への遷移を許容する。画像センサ１５によって検出された動作角度は、好ましくは約±５°であり、したがってトータルで１０°である。
【００３９】
概観装置１３は、測定ビームのアライメントとともに、少なくとも垂直軸について、任意には仰角軸についても回転可能であり得る。概観装置１３は、任意に照明手段１６を有し、これによって、標的に取付けられた反射要素（図示せず）が照らされ、概観装置１３に対してより視認しやすくなり得る。標的と通信可能であるように照明手段１６を構成することも可能である。反射器１７は、概観装置１３によって認識されるようにするため、好ましくは照明手段１８が設けられる。反射器１７および照明手段１８は、たとえばスキャニングチップが与えられ得る標的９上に配置される。概観装置またはレーザートラッカに配置された別のカメラによって標的９の方向を判定するため、照明手段１８は、標的９のすべての６自由度も判定され得るように用いられ得る。概観装置１３は、好ましくは、可視領域における光を検知可能なカメラである。画像センサ１５によって検出された開口角度は好ましくは約±５から±１５°である。概観装置１３は、評価のために、計算および制御ユニット１９に画像データを供給する。
【００４０】
捕捉ユニット１２のデータと追跡ユニット１１のデータとは計算および制御ユニット１９によって同様に処理され、反射器１７の追跡のための測定ビームＭのアライメントの制御に用いられる。計算および制御ユニット１９は、本発明に従う方法を実行するようにセットアップ、特にプログラムされる。
【００４１】
したがって、捕捉ユニット１２の検出領域、または視野、または開口角度は追跡ユニット１１よりも大きく、概観装置１３の検出領域は捕捉ユニット１２よりも大きい。一般的に、水平方向における最大開口角度は垂直方向における最大開口角度とほぼ等しい。そして、両方の方向における開口角度は、いずれの場合においても、別のユニットの開口角度よりも小さいか、または大きい。
【００４２】
図２は、本発明の第２の好ましい実施例に従う、接続可能概観装置１３を有するトラッカ２０の構造を示す。したがって、以下では、第１の実施例と異なる特徴のみ説明される。ここでの概観装置１３は、反射器１７に直接向かうようには位置合わせされない。代わりに、概観装置１３の出口オプティクスが追跡ミラー２１に向けられる。概観装置１３を作動させるため、追跡ミラー２１は、概観装置１３が追跡ミラー２１を通して反射器１７を見るように傾けられる。これによると、概観装置１３を位置合わせするための個別の機械駆動装置は必要ない。これによれば、概観装置１３は、追跡ユニット１１または捕捉ユニット１２とともに同時に動作することはできない。
【００４３】
図３は、本発明の第３の好ましい実施例に従う小型装置３９の構成を示す。したがって、以下では、第１の実施例と異なる特徴のみ説明される。追跡ユニット１１と、捕捉ユニット１２と、概観装置１３とは、ともに移動する態様でキャリア３１に配置される。したがって、互いに固定された関係で配置され、キャリア３１のモータ駆動による移動によって土台３２と相対的に反射器１７に向けてともに位置合わせされる。捕捉ユニット１２および追跡ユニット１１は、ここで、各々自身の出口オプティクスを有するが、１つの共通の出口オプティクスを有してもよい。概観装置１３に対する照明手段とは別に、捕捉ユニット１２に対する別の照明手段も存在する。好ましくは、これらの別の照明手段３３は赤外線領域において光を発光し、捕捉ユニット１２は赤外線領域においてのみ検知可能である。追跡ユニット１１は、検出された測定ビームと望ましい位置との差を検出するために、好ましくは、画像検出センサを含む。
【００４４】
図４は、本発明に従う、好ましい方法のコースの変化を示す。普通追跡モードにおいて、レーザートラッカの測定ビームＭが標的９または反射器１７によって反射されたかどうか、追跡ユニット１１に対して視認可能であるかどうかを判断する（反射された測定ビームの検出に関する第１の判断２０２「LOCKED?」。
【００４５】
そうである場合、第１の後続の動作２０３「MEAS/ADJ」において、追跡ユニット１１内の（したがって、たとえばＰＳＤ１４上の）反射された測定ビームの位置が判定され、それから修正移動が計算され、それに応じて測定ビームＭが移動（調整）される。その後、第１の判断２０２のステップをさらに続ける。
【００４６】
そうでない場合、標的９が捕捉ユニット１２に対して視認可能であるかどうかを調べる。好ましくは、画像センサ１５に投写された測定ビームＭではなく、測定ビームＭによって同様に達成される（標的の検出に関する第２の判断２０４「CATCH?」）。
【００４７】
そうである場合、第２の後続の動作２０５「MEAS/ADJ」において、捕捉ユニット１２内で反射された測定ビームの位置が判定され、そこから修正移動が計算され、それに応じて測定ビームＭが移動（調整）される。その後、第３の判断２０６「LOCKING?」において、反射された測定ビームの検出に関して、測定ビームＭが追跡ユニット１１に対して視認可能であるかどうかを調べる。
【００４８】
そうである場合、好ましくは、絶対距離の測定が更新または改めて実行される（絶対距離初期化２０７「ADMinit」）。その後、第１の判断２０２のステップをさらに続ける。
【００４９】
そうでない場合、第２の判断２０４をさらに続ける。
捕捉ユニット１２に対して標的９が視認可能でない場合、概観装置１３に対して標的９が視認可能であるかどうかを調べる（標的の視認性についての第４の判断「OVC?」）。これは、好ましくは、標的における照明手段１６の光の反射、および／または標的９における照明手段１８の光の反射によって達成される。好ましくは、これらの照明手段および概観装置１３は、可視領域における光を用いて機能する。
【００５０】
標的９が概観装置１３に対して視認可能である場合、第３の後続の動作２０９「MEAS/ADJ」において、概観装置１３における反射された測定ビームの位置が判定され、それから修正移動が計算され、それに従って測定ビームＭが移動される。その後、第２の判断２０４のステップがさらに続けられる。
【００５１】
概観装置１３に対して標的９が視認可能でない場合、たとえば検索ルーチン２１０「SRCH」が実行される。そのようなサーチルーチンはそれ自体知られている。たとえば、所定のパターンに従ってトラッカのアライメントまたは少なくとも概観装置１３の光学視軸が変更され、各々のアライメントに対応する概観装置１３の画像上に標的９が見つけられるか、または見つけられないかを常に調べる（第４の判断２０８）。たとえば、与えられた時間の間に検索が成功しなかった場合、またはルーチンのすべてが完了した後、システムは作業者への対応する通信を終了し得る場合もある。
【００５２】
測定システムのスタート２０１から、好ましくは、最大の視角を用いて標的の検索を開始する、したがって、標的の可視性に関する第４の判断２０８を開始する。本発明の別の好ましい実施例（図では示されない）において、追跡ユニット１１の検出領域に、反射器１７を用いて標的が手動で移動され、追跡ユニット１１によって自動で検出されてそして追跡されることにより方法が始まる。その後、絶対距離の測定が初めて実行される（「ADMinit」に類似する）。
【００５３】
本発明の１つの変形例において、第１の判断２０２に従って追跡ユニット１１において反射された測定ビームが検出されない場合、方法は第２の判断２０４を用いては継続されず、標的の可視性に関する第４の判断２０８を用いて継続される（図４における破線の矢印）。
【００５４】
図５は、概観装置１３がズーム機能を有する場合の本発明に従う方法の進行の別の変形例を示す。図４において破線で囲まれた部分が図５の要素と置き換えられる。方法は以下のとおりに進行する。
【００５５】
第４の判断２０８「OVC?」において、標的９が概観装置１３に対して視認できない場合、最初に、視角開３１１「ZOOMOUT」のステップにおいて、ズーム対象７がより広い視角または検出角度に設定され、第５の判断３１２「VIS?」において、標的の可視性に関して標的９が概観装置１３に対して視認可能であるかどうかを調べる。
【００５６】
標的９が概観装置１３に対して視認可能でない場合、上述したように、たとえば検索ルーチン２１０「SRCH」が実行される。
【００５７】
標的９が概観装置１３に対して視認可能である場合、第４の後続の動作３１３「MEAS/ADJ」において概観装置１３における反射された測定ビームの位置が判定され、そこから修正移動が計算され、それに従って測定ビームが移動される。視角縮小３１４「ZOOMIN」のステップにおいて、ズーム対象７が再びより小さい視角に設定され、第４の判断２０８のステップをさらに継続する。
【００５８】
基本的に、もちろん、同様の結果をもたらす、別の変形例も述べられたステップのシーケンスにおいて可能である。
【００５９】
本発明の好ましい実施例において、標的９における照明手段１８の位置は既知であり、概観装置１３は、既に、捕捉の間に、したがって、まだ特別追跡モードである間に、少なくとも、概観装置１３内の照明手段の画像化によって標的９の推定方向を判定する。標的９の方向を判定するそのような方法は、トラッカと標的との間の距離が正確に知られる通常追跡モードの文脈内以外においても知られている。
【符号の説明】
【００６０】
参照番号の一覧
７  ズームオプティクス
８  共通の出口オプティクス
９  標的
１０  レーザートラッカ
１１  追跡ユニット
１２  捕捉ユニット
１３  位置特定のための概観装置
１４  ＰＳＤ
１５  画像センサ
１６  照明手段
１７  反射器
１８  標的上の照明手段
１９  計算および制御ユニット
２０  接続可能な概観装置を有するトラッカ
２１  追跡ミラー
２２  絶対距離メータＡＤＭおよび干渉メータＩＦＭ
３０  小型装置
３１  キャリア
３２  土台
３３  捕捉ユニットの照明手段
Ｍ  測定ビーム
Ｅ  捕捉領域
Ｌ  位置特定領域
【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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