(57)【要約】  回折が制限された光ビーム束の反射のための二面反射鏡（１´、１´´）は、本発明による実施例であり、絶対的な付加定数ゼロが第１と第２の反射要素の特性の目標とされる選択と距離測定のための基準軸RAに関する配置から結果するように、たとえば、反射フィルムとキャッツアイ反射鏡（３）のような平面の第１および第２の反射要素が反射鏡の基準軸に対して配置される。したがって、距離の測定は、自然表面についての距離の測定に本質的に対応する。この距離測定は、更なる補正なしに、基準軸（RA）に直接関連つけることが可能となる。
2009510413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡を必要としない測定のために設計された距離計を使用する測地用測量、建設用測量および工業用測量のために使用される、光の回折が制限された光学ビームを反射させる二面測地用反射鏡において、
前記光学ビームが通過する第１の通過範囲（F1）を備え、そして第１の屈折率を有する第１の材料で形成された、平面状の第１の反射要素と、
前記光学ビームが通過する第２の通過範囲（F2）を備え、そして第２の屈折率を有する第２の材料で形成された、平面状の第２の反射要素と、が備えられ、
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素との間を通る基準軸（RA）が設けられ、
前記第１の通過範囲（F1）と前記第２の通過範囲（F2）を互いに平行で、前記基準軸（RA）に平行となるように、前記第１の反射要素と前記第２の反射要素とが配置され、
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素とが、それぞれ、前記第１の通過範囲（F1）および前記第２の通過範囲（F2）から基準軸（RA）へ通過する、前記第１の材料および前記第２の材料中の前記光学ビームの通過時間が、同じ距離の空気中の前記光学ビームの通過時間の２倍となるような、第１の付加定数および第２の付加定数を有している
ことを特徴とする二面測地用反射鏡。
【請求項２】
前記第１の反射要素および／または前記第２の反射要素が、前記光学ビームが複数の反射点による反射によって均質化されることを特徴とする請求項１記載の二面反射鏡。
【請求項３】
前記第１の反射要素および／または前記第２の反射要素が、複数のプリズムまたはトリプルプリズムを有していることを特徴とする請求項１または２記載の二面反射鏡。
【請求項４】
前記第１の反射要素および／または前記第２の反射要素が、プラスチックの射出成形部品で構成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の二面反射鏡。
【請求項５】
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素とが、逆反射鏡で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の二面反射鏡両面反射鏡。
【請求項６】
前記第２の反射要素が、前記第１の反射要素と比較して、より弱い、特に、少なくとも一桁小さい反射率を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【請求項７】
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素とが、全く同一の形状、特に、反射フォイルまたはキャッツアイ（cat' eyes）に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【請求項８】
前記第１の反射要素がキャッツアイで構成され、前記第２の反射要素が反射フォイルで構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【請求項９】
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素とが、第１の回転軸および／または第２の回転軸とに関して回転自在となるよう、直接または間接に取り付けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【請求項１０】
前記第１の回転軸が、前記第２の回転軸とが交差され、その交点が前記第１の通過範囲と前記第２の通過範囲（F1、F2）の重心の間を結ぶ直線の上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の二面反射鏡。
【請求項１１】
前記第１の反射要素と前記第２の反射要素との支持枠が、反射鏡と協働するように設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【請求項１２】
複数のマークが、前記第１の反射要素と前記第２の反射要素と直接または間接に協働され、そして、そのマークを介し、目標となる中心が決定されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の二面反射鏡を有する二面目標対象物体。
【請求項１３】
前記中心が、前記第１の通過範囲と前記第２の通過範囲（F1、F2）の重力中心を結ぶ直線の上に設けられていることを特徴とする請求項１２記載の二面目標対象物体。
【請求項１４】
測地用測量または建設用測量の作業における目標のマークが付けられ、使用されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の二面反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段規定に主張する二面反射鏡および二面目標対象物体とに関連する。
【背景技術】
【０００２】
測量において、この数十年、測定された距離の精度のために、測定点に対する特定の位置に配置される反射鏡と距離計によって測定が成されてきた。この方法では、測定点に対する距離計の位置は、自動的に反射鏡を介し決定することが可能である。これらの測定器から放射される電磁波、例えば、赤外または可視光の波長のレーザービームは、反射鏡によりその測定器に直接に反射され戻る。
【０００３】
測地的測定の、必要な信頼性および／または所望の精度を達成するため、測定点が２つ以上の方向から測定可能となっている。これは、長距離の測量と監視には、一般に有効であり、特に交通路線の建設、例えば鉄道のルーティングありは道路のトンネル工事において有効であり、一点および反対方向からの同じ点の測定がなされる。両側から、または、すべての方位からの測定が可能な反射鏡装置が、国際特許95/30879に記述されている。
【０００４】
従来の多くのシステムでは、一般に可視の赤と見えない赤外の範囲の波長の異なる波長を有する二つの放射源が現在使われている。通常ハンドヘルドの赤外線ビームが、目標対象物体または目標板として反射鏡や反射フォイルへの測定に使用される。他方、可視光の放射は、対象物体の自然の表面への測定に使用される。これは、第一に、レーザー安全規制が可視光のより高い伝達パワーを許可し、第二に、目撃される測定点が、対象物体上の可視の放射により直接に識別することができるからである。プリズムまたは逆反射フォイルへの測定のために、逆反射鏡の高い反射率のため、装置側にいるユーザーは作業中にまぶしくされ、ひりひりさせられるので、可視光の強い放射線はより少ないことが適切である。ポインタモードの可視光の測定ビームを使用することで、さらに多くの障害が生じる。さらに、一般に回折により制限された小さな広がりを有する可視光の測定ビームを用いて、測定光が、短い距離範囲内でのビームの広がりの欠如によるトランスミッタ内に戻り反射されられる。これは、測定の精度に悪影響を及ぼす。したがって、いわゆるプリズムの逆反射あるいは逆反射フォイルによって、目標のない反射鏡に対する最適化された放射源を使用することは、例えば５００ｍ以上の比較的長い距離にだけ可能となる。
【０００５】
ゼロまたは短い距離から、５００ｍ以上の異なる距離で、反射鏡を必要としない異なる表面で、対象物または点を測量するのであるなら、従来例では、２つの伝達ユニット／放射源、特に２つの測定ビームの広がりと、異なる反射鏡を使用する必要がある。
【０００６】
目標マークの対象物体または補助物体として異なる反射鏡を使用することが、測定された距離と真の距離との間の、異なる目標のタイプ特有の（反射鏡特有の）距離ずれの原因となる。測定の技術により必要とされる補正は、それぞれの反射鏡あるいは付加定数を入力することにより有効となる。距離測定の基準軸に関する反射鏡の面の空間的配置、および／または、その面の形態による光学的効果によって、測定された距離を修正しなければならない。また、２つの伝達ユニットの間の違いも、異なる表面または反射鏡のタイプのために違ってくる異なる付加定数を必要とする。装置依存の、および、目標対象物体依存の複数の付加定数の取扱いは、可能性のある様々な誤差を伴い、複雑で時間のかかる方法となる。
【０００７】
特に波長について２つの伝達ユニットを備える測定装置の複雑な設定が必要な場合、これらのデメリットを受け入れるか、赤外範囲の波長に低下させ装置側のユーザーをまぶしくさせるのを避けるため必要がある。しかし、この装置は、レーザーの安全上の理由から測量可能な距離に関する上限を設け、使用される付加定数の数を低減するが、しかし、付加定数を考慮する必要を完全に取り除くものではない。
【０００８】
さらに、測定ビームとして単一の回折制限された光学ビームだけを放射する様々な距離計またはそのような距離計を有する測地用装置が存在する。このような場合、例えば、反射鏡無しによる測定のために設計された装置であり、したがって、一般に測定される自然な表面の低い反射率のために、可能なだけ小さなビーム断面を有し、可能なだけ高い輝度を有するビームを使用する。かかる装置は、このように特別に設計され、反射鏡を有さない目標のために測定ビームが最適化された、距離測定のための単一の測定ビームだけを備える。一般に、この最適化とは、可能な限り小さいビーム断面を有する回折制限されたビームを意味する。しかし、いくつかのアプリケーションでは、反射鏡を使用しない測定のために設計された距離計を備える装置のための反射鏡を使用することができることも好ましい。たとえば、目標板としての反射鏡により測定の精度を増大することができ、その測定の位置を正確に定義され、特に、中から比較的大きな距離の場合、有利となる。
【０００９】
さらに、自然な表面の測量のために使用される場のために、装置は変更可能な付加定数のために設計されておらず、距離のずれが無い、すなわち付加定数の無いことが、自然な表面の場合に生じる。
【００１０】
したがって、装置に適した、しかし、反射鏡を使用しない測定のために設計され、最適化された反射鏡を提供し、反射鏡を使用する測定するためには問題となる要求を持ち上げる課題がある。さらに、測定の要求される測地的な精度が、標準の反射鏡に一般に存在していない。すでに上に述べたように、正確な測定は、５００ｍからの距離に対してのみ可能となる。
【００１１】
日本特許09033256は、２つの同様な逆プリズムを有する二面反射鏡を公開している。この装置は、ゼロに等しくない付加定数を有し、小さなビーム断面が比較的大きな距離を越えて十分に精度よく設けることができないので反射鏡を使用しない測定のために設計された距離計に使用することができず、小さな断面を有する逆プリズムを十分安定するように配置することができない。また、測定の達成可能な精度が、小さくて、回折が制限された直径を有するレーザービームのねらいの潜在的な誤りによって、低くなる。回折が制限されるレーザービームを用いて、単一の反射中心を有する単一の反射鏡の中心またはアパーチャに当てることはほとんど可能性がない。また、正確なねらいは、空気の乱れにより絶えず邪魔される。さらに、方位角またはゼロから離れた仰角でのねらいは、視差によって、不利な影響を生じる。この妨害の影響は、マークされる軸の上にプリズムの頂点を有する、上述の空間的配置の標準の逆プリズムの場合、特に顕著である。
【００１２】
米国特許US4,875291Aは、取り付け可能な反射鏡を一つだけ有する二面目標板を方向付けするための、２つの回転軸を有する反射鏡ホルダーを記述している。この目標板とカルダン式２軸システムは、二面を有する目標板だけをおおざっぱに見るために使用される。他方、逆反射鏡は、一回転する必要がある。逆反射鏡の所定の制限された角度範囲のために、カルダン式方向付けは、特に重要である。
【００１３】
米国特許US5,231539Aは、三脚の軸にホルダーを調整することができる逆プリズムを備える従来の解法を開示している。したがって、付加定数がもはやゼロでなく、節点により定義された目標板の横方向の位置が距離計の位置に対する反射鏡の方向に依存しない。好ましい横方向の点の精度は、付加定数をどれだけ用いるかで決定される。
【００１４】
米国特許US4,470664は、ソフトウェアにより調整または構成することができる、付加定数を有しない距離計のための調節可能な付加定数を有する反射鏡装置を記述している。逆プリズムは、少なくとも２つの基準軸からの距離で、反射鏡ホルダー内に、配置し、固定することができる。この反射鏡ユニットは、二面でもなく、小さい回折が制限されたビームを有する、反射鏡を使用しない距離計に適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、一般的なタイプの正確な測定、特に考慮し管理必要のある付加定数を有しない距離の計測を可能にする反射鏡を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、単一の放射源、特に単一の放射波長を備える、近い範囲および遠い範囲の両方の計測のための反射鏡を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、大きな範囲の方位角度と仰角とから計測がされる反射鏡を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、回折制限を有する放射をする放射源を備える装置、たとえば、反射鏡を使用しない計測のために設計された距離計を備える装置のための反射鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によると、これらの目的は、請求項１またはその従属の請求項の規定された特徴により達成され、または、達成がさらに発展される。
【００２０】
本発明による反射鏡は、それぞれ第１および第２の屈折率を有し、それぞれ第１および第２の光遅延時間を有する、第１および第２の材料を有する第１および第２の反射要素を備えており、その反射要素は、反射鏡の基準軸に関して調整される。反射要素の屈折率、形状、厚さおよび配置に応じて、付加定数が、光ビームの波長および／または広がりに対して、その反射要素に割り当てられる。第１に、光ビームが、空気中ではなくそれぞれの反射要素の材料層内の経路を通り、第２に、反射要素の空間的配置によって、ビームの反射面および距離測定の基準面が一般には一致しないので、距離測定は補正する必要があり、この付加定数の値となる。測定する距離の端点または基準点は、対象物体側の基準面を有する距離計の照準軸の交点によって定義される。
【００２１】
反射鏡に向けられた、所定の波長および／または広がりを有する光ビームは、第１と第２の反射要素の第１と第２の通過範囲を通り、それぞれ、第１と第２の材料による所定の距離を有し、最終的に入射方向に反射され、戻される。もちろん、反射要素としてミラーが使用される場合のように表面で直接の反射が行われる場合には、反射が成される。
【００２２】
距離測定の基準点または端点は、特に２つの反射要素の場合、反射鏡の幾何学的重心と一致する利点がある。平面的な設計の反射鏡または平面反射要素の場合、距離測定の基準点の面は、反射要素の面、または、その反射面に平行な、基準点を通る平面である。基準点を通る（垂直な）軸は、基準軸と呼ばれる。基準軸に対する計測を以下のように定義するとき、基準軸は、適切な場合、たとえば、平面反射要素の場合は、基準面により置き換えられ、これは当業者にとって自明である。
【００２３】
さらに、この基準軸は、一般に第１および第２の反射要素の間を通り、適切な場合は、その反射要素は、基準軸の前に、順々に配置される。
【００２４】
本発明によると、測定ビームに関して基準面の垂直の向きの場合、基準面とその基準軸に関する反射要素の配置は、それぞれの反射要素の付加定数が、反射要素から基準面のビームの空気中の伝達時間に対応するように、なされる。したがって、第１と第２の材料中のビームの伝達時間は、その第１と第２の通過範囲の平面から基準面へのビームの空気中の伝達時間の２倍と等しくなる。この条件を満足するために、基準面の位置、したがって基準軸の位置と、２つの反射要素の材料は、特定して選択され、互いに合わせられる。本発明によるこのような展開の結果として、距離の補正をしない反射鏡の反射要素への距離測定と伝達時間測定は、基準面／基準軸への測定の場合に対応する。２つの同一の基準要素の場合には、基準軸は、有利なことに、反射鏡または反射鏡配列の幾何学的および／または重力的中心を通る。本発明による反射鏡への、基準面／基準軸を基にした、距離補正をしない距離の計測は、自然目標対象物体への距離の計測に対応する。
【００２５】
一般的なタイプのセオドライトの主なグループとして、現在使用されている反射鏡を使用しない装置の場合、ほとんど全ての自然目標対象物体の距離のずれに対応しているので、付加定数ゼロが、特別の数値である。これらの材料の場合、放射の浸透深さは、他に対しては、特にStyropor（商標）のような人工的な表面では正しくないが、ゼロである。したがって、反射鏡を使用しない計測のために設計された装置は、この距離のずれのために設計される。このような装置に使用される反射鏡は、このことを考慮しなければならない。
【００２６】
本発明による反射鏡が２つ以上の異なる反射要素を備える場合、それぞれの面の計測が基準軸への計測と対応しているので、本発明にしたがって、一般に基準軸からの異なる距離に配置される。この配置の位置は、当業者に公知の関係により、決めることができる。決定に関連するパラメータは、例えば、反射鏡の材料の屈折率、その材料内の測定ビームによる経路、および、測定ビームの波長がある。反射要素の付加定数についての補正は、市販の反射鏡の場合に考慮しなければならず、本発明においては、反射鏡自身が直接これを考慮する。本発明による展開において、０ｍｍの付加定数を有する反射鏡または反射要素は、距離測定に関連し、自然の表面の特性を記述する必要がある。０ｍｍという絶対的な付加定数を用い、補正する必要はないので、所定の波長のビームによる計測は、評価方法として、反射鏡の基準軸への測定された距離の値を与える。
【００２７】
本発明による反射鏡は、少なくとも２つの、希望により複数の平面の反射要素を有する。柔軟な配置のために、本発明による反射鏡は、異なる設計の反射範囲を提供することができる。
【００２８】
この広範囲なまたは平面状の設計、特に複数の反射点または反射中心、すなわち、複数のアパーチャの二次元配列、特に、互いに隣接し、この範囲をカバーするアパーチャ又は反射点として有する設計のために、小さなビーム断面を有する回折が制限されたビームを、比較的大きな距離を越えて使用することができる。本発明による表面の設計の結果として、特に複数の個別の反射点、例えば、プリズムまたはトリプルプリズムの結果として、ビームは、反射の間にさらに均質化され、それは距離測定の精度を向上させる。多くの小さなプリズムまたは反射要素のため、広範囲な目標対象物体が、小さなかいせつが制限されたレーザービームの重なり、または、有効断面を形成する。非適切な方向の場合、広範囲の反射鏡が、効率的に当てられる。
【００２９】
視差エラーは、逆プリズムを有する従来の解法と比較してより小さい効果を持つ、なぜなら、基準軸から表面への距離が、反射要素の平面的な設計のために、かなり、より小さいからである。したがって、平面反射鏡の表面は、基準軸により接近して置かれ、付加定数がゼロであり、同時に、横方向の位置の精度（水平／垂直）が高い。方位や仰角の向きが不確実なときは、横方向の位置の精度は、表面の重心の横方向の移動により決定される。反射要素が薄く、広い特性のため、基準軸に対する横方向のマーキングエラーは、サブミリからミリ範囲を超えない範囲にあり、したがって、まだ測地的に正確である。個々のプリズムの正しくない視覚で得た、特に顕著な位置調整ずれのエラーは、平面反射要素による均質化された光学効果によって、発生しない。
【００３０】
二面で同じ測定、例えばそれを必要とするトンネルの内側の測定の用途のために、反射鏡を、同じ2面を有するように設計することが可能である。
【００３１】
他の用途のためには、異なる反射特性を有する少なくとも２面があることが有利である。一方の面は、大きな距離のために非常に高い反射率を有する、たとえばキャッツアイによる、第１の反射要素を用いて設計され、1000ｍを超える距離を測定することも可能である。たとえば、複数の小さなトリプルプリズムまたは一列に平面に配置されたプリズムで構成されるキャッツアイは、例えば、大きな努力なしに、プラスチック射出成形技術により形成できる。
【００３２】
他方の面は、低い反射率の第２の反射要素を用いて設計する。この２面の反射係数は、一桁以上の大きさで異なる。第２の反射要素は、たとえばガラス球やダイヤモンド状のハニカム構造を有する逆反射フォイルまたはテープで設計される。昼間に正確に照準を合わせるために適した、中心にバーやライン状のマーキングを、そのようなフォイルに適用することができる。キャッツアイの場合は、このようなマーキングは、横方向にずれた複数の反射画像をもたらし、正確な目標設定が複雑となり、ある特定の状況で、実際のクロスヘアーは、もはや明確に識別可能ではなくなる。
【００３３】
キャッツアイと反射フォイルを有する二つの面の組み合わせは、異なる測定条件に適応することを可能にする。このような面を使用することにより、距離計測に広がりを持つレーザービームの使用を不要にすることが可能となる。
照準に依存し、広がらないレーザービームを用いる従来のトリプルプリズムの場合に、入射ビームと反射ビームとの間にずれが発生し、したがって、受信器はしばしば当てられず、それで、逆反射がビームのずれを有しない箔とキャッツアイの両方に生じ、送信器に関し同軸に配置された受信器が、いつも当てられる。また、背面散乱の形状は、円錐形および円錐形の広がりであり、問題なく、放射が受信器に当たる。
【００３４】
キャッツアイとフォイルの間の反射率は、合わせることができる。キャッツアイは、20000 cd/lx/m2を超える反射率が可能であり、1000ｍまでの距離を計測するのに問題なく使用することが可能である。例えば最大で約100ｍの短い距離については、逆反射フォイルが使用でき、後者は、キャッツアイと比べて約100倍弱い反射、すなわち、約200cd/lx/m2で、距離の法則の逆比例によって、大きな距離でのキャッツアイの光受信信号に対応する光受信信号を与える。このように、過度に弱いまたは過度に強い信号を有する距離測定ユニットの操作が回避され、さらに、距離測定の精度が増大する。
【００３５】
このような２面について異なる設計によって、近い範囲での距離測定ユニットの過変調を回避することができる。したがって、反射フォイルのような第１の反射要素は、たとえば数100ｍメートルまでの特に短い距離の測定に有利に使用し、例えばキャッツアイの第２の反射要素は、1000メートルを超えるまでの中、長距離に使用することができる。
【００３６】
近い範囲のためにフォイル、テープを使用して、中心のマークをフォイル、テープの入り口側に正確に適用でき、簡単に、そして、複数のイメージのように問題のある反射の影響なしに印刷できる。
【００３７】
もう一つの利点は、目をくらませる影響を、特に近距離で、回避できることである。可視の放射による距離計の場合、作業中、短い距離でキャッツアイを見ることは、ユーザーをまぶしくし、ひりひりさせる。逆反射フォイルを見る間は、可視の戻り反射が、相当に弱く、その輝度は目に適応する。
【００３８】
適したフォイルとして、50から5000cd/lx/m2の反射率のものが可能であり、二つの市販のタイプ、逆反射鏡として、ガラス球を有するものとダイヤモンドまたはトリプルプリズムを有するものとの間で識別することが可能である。トリプルプリズムの構成を有するフォイルは、2次元格子周期構造を示し、色彩効果を有する回折構造が結果として形成することができる。この効果は、とりわけ、距離測定エラーにつながり得るモード選択することになる。ガラス球を有するフォイルの場合、球はランダムに配布されており、回折の効果または関連する色彩の乱れのどちらも発生せず、距離測定は、それにより影響されない。
【００３９】
もちろん、反射フォイルおよびキャッツアイの代わりに、例えば、トリプルプリズム逆反射鏡のような他の公知の逆反射手段を使用することも可能である。このように、反射鏡は、異なる反射率の同じ要素、たとえば、反射率の異なる２つのフォイルで形成することができる。さらに、２つ以上の反射面を備えることもできる。また、本発明においては、球面反射鏡を形成し、反射要素を互いに隣接して配置し、または、互いに結合させることもできる。もちろん、本発明によれば、任意の幾何学的な形状の反射鏡が原則的に形成可能である。
【００４０】
近い距離と長い距離の測定範囲で使用することができる少なくとも2面の反射鏡を用いることで、単一送信ユニットを使用して、または、一つの波長範囲の放射を使用して、異なる距離をまたいで測定を実行することが可能となる。反射の挙動、反射率に関し適切に選択された反射要素により、一般的なタイプの近い距離と離れた距離の測定のため、本発明によって、一つ以上の送信と受信装置を組み合わせて使用することが可能となる。
【００４１】
タコメータのような測定装置において、異なるビームの広がりおよび／または波長の範囲、たとえば、可視光の波長範囲の回折制限のレーザーと赤外波長範囲のレーザー発光発散放射のための送信／受信装置を一体化する必要性は、本発明による二面反射鏡を用いることで、もはや存在しない。このように、対応する測定装置の開発において、かなりのコスト削減が達成された。したがって、たとえば、タコメータ内の２つのレーザーを、単一で、特に回折が制限された、ビーム視準の、可視または赤外の波長範囲で放射するひとつのレーザーダイオードに減らすことが可能となる。
【実施例１】
【００４２】
本発明による二面反射鏡は、図に概略を示された動作例を参照し、以下に詳細に記述する。特に、図１−４の図の関係は、尺度は考慮されていない。
【００４３】
図１は、今日、多くのアプリケーションで使用されているような反射鏡の典型的な概略図である。同様な配置のものが、国際特許WO95/30879に記述されている。この反射鏡は、円筒状反射鏡ロッド１の周囲に配置された反射フォイル２を有する360度反射鏡である。このような反射鏡は、異なる方向から、ここでは、たとえば、水平方向に３６０度の角度範囲で、測定が可能なので、頻繁に使用されている。目標点との規定された関係にある反射鏡ロッド１により、この反射鏡が設置され、それへの測定が有効となる。一般に、ロッドは、目標点の上方向にその先端が配置される。距離測定の照準軸として、基準軸RAまたはマーキング軸が、反射鏡の幾何学的中心部とロッドの先端を通過する。反射フォイル２により、入射ビームは、ほぼビームの入射方向に戻る。
【００４４】
距離測定の基準軸として基準軸RAを用いた反射フォイル２への距離測定のために、理論的な基準軸としての基準軸RAおよび実際の基準軸としての「基準軸」の間のずれのために、付加定数または反射鏡付加定数RKを考慮されなければならない。この正または負の付加定数RKは、測定された時間あるいは決定された距離に補正値として加えられる。
【００４５】
この反射付加定数RKは、複数の要因に依存している。それは、第一に反射フォイル２と基準軸RAとの間の距離、および、第二に三次元形状と測定ビームに関するレーザービームにより照射された範囲の方向とによって決まる。反射点は、測定の放射で重み付けされたその範囲の重心である。これは、基準軸RAに続く、基準軸RAの前や後ろに存在する。このような場合にずれが設定に依存するにもかかわらず、反射位置と基準軸との間の距離が、付加定数として指定される。さらに、反射フォイル２のような平面の反射鏡の場合に、この範囲に垂直な空間的次元が存在する。特定の発光波長に対して、反射鏡の材料内の測定の放射の伝達時間は、材料の寸法/厚や形状と屈折率により特徴付けられるタイプとに依存する。
【００４６】
図２は、同じ付加定数を有する二つの同じ反射要素を備える、本発明による二面反射鏡１´の実施例をしめす。この反射要素は、反射鏡１´の基準軸RAに関し、図示しない取付枠の取付台４により配置されている。2つの反射要素が、二つの通過範囲Fが基準軸RAと、および、互いに平行に配置されたキャッツアイ反射鏡３の形にある。このキャッツアイ反射鏡３の構造は、プラスチック表面の多くの小さな錐体状の鏡の凹部で構成されている。この構造体は、もちろん、ガラスまたは他の材料で精密に研磨し、または、形成することができる。キャッツアイの構造は、入射の方向に入射ビームを戻すように伝達する特性を有する。このような逆反射の部品は、反射されたビームの検出を容易にする。特に、後者は、送信器と同軸に配置された受信器により検出される。たとえば、距離の値は、単一の伝達時間により既知の方法で決定することができる。
【００４７】
本発明によると、反射鏡の厚さDと、基準軸RAからのそれぞれの反射部品の反射鏡空間RDの合計がそれぞれの信号Sの信号空間SDと一致するよう、第１と第２の反射部品が基準軸RAに関係するように、二つのキャッツアイ反射鏡３が配置されるように、その反射１´は形成されている。信号空間SDは、空気中の信号Sの伝達時間に対応する空間となるよう理解される。ここで、特に、信号Sは、赤外レーザービームである。キャッツアイ反射鏡３への入力の信号Sは、通過範囲Fを通過り、厚さDの反射鏡の材料において暑さDと材料の構造に依存する経路を通り、そして反射された信号としてキャッツアイ反射鏡3から出る。本発明による展開とキャッツアイ反射鏡３の配置により、材料内の信号Sの伝達時間は、通過範囲Fと反射鏡の基準軸RAとの間の信号Sの空気中の伝達時間の二倍と一致する。したがって、受信装置により受信され、キャッツアイ反射鏡３により反射された信号Sの伝達時間は、基準軸RAの位置、または基準軸RAの面で反射された同じ波長の信号の伝達時間に一致する。したがって、中間の補正なしに基準軸に関連付ける、すなわち、自然目標対象物体への距離測定に相似させることができる。このように、目標のタイプの形状の混乱または対応するずれの補正の脱落による誤った距離計測を避けている。
【００４８】
このような二つの同じキャッツアイ反射鏡３を有する反射鏡１´は、目標点または反射鏡１´が、二つの正反対の方向から、たとえば、道路やトンネルの建設中において測定される用途には、特に適している。
【００４９】
実施例のさらなる展開は、基準軸RAについて回転自在になるよう、反射鏡または反射要素を構成することを考えることである。たとえば、基準軸RAが、基準要素あるいは基準要素と関連する取付枠を回転可能に取り付ける軸のように形成される。このように、その反射要素が、水平にできれば360度回転でき、異なる水平方向から測定可能となる。所定の位置を維持するために、固定装置を備えることができるし、または単に摩擦による係止により取付も可能である。さらに、反射鏡の取付枠は、反射要素をその取付枠に挿入でき、そこから取り外しできるように、形成することができる。このように、必要に応じて、より高い反射率要素とより弱い反射率の要素との間を変化することが可能となる。
【００５０】
図３の概略図は、二つの異なる反射要素を有する、本発明による二面反射鏡１´の第２の実施例を示す。第１の反射要素は、ガラスに研磨された構造の厚さD1の層を有するキャッツアイである。もちろん、キャッツアイは、プラスチック射出成形構造を有することも可能である。第２の反射要素は、確率的に分布された小さなガラス球の厚さD2の層を有する反射フォイルである。この小さなガラス球５は、たとえば０．２度から１度の小さい散乱を有する入射信号Sを入射方向に反射する。二つの反射要素の通過範囲F1、F2は、互いに平行で、基準軸RAに平行に配置される。本発明によると、このような配置は、反射鏡１´の二面に対し、絶対的なゼロの付加定数の結果を与える。この機能例では、異なる材料および層の厚さによって、反射フォイルが、キャッツアイ３´よりも基準軸RAに近くなるよう配置される。二面のために、実際、それぞれの信号の空間SD1、SD2が、材料の厚さD1、D２内のそれぞれの伝達時間に等しくなる。各層の通過範囲F1、F2を通る信号Sの入射と出射の間の時間の差は、通過範囲F1、F2から、基準軸RAを介し、通過範囲F1、F2への信号Sの空気中の伝達時間と一致する。
この特性を達成するために、それぞれの反射要素の変数パラメータは、たとえば、層の厚さ、層内のビーム案内、層の屈折率および基準軸RAからの層の距離RD1、RD2がある。
【００５１】
したがって、反射鏡１´´は、いわば、基準軸RAの位置で目標の自然な面に対応するように、反射フォイル反射要素とキャッツアイ反射要素の両方の二面で０ｍｍの絶対的な付加定数を有する。基準軸RAに基づいた距離の測定は、補正なしに、両方の面について実施することができる。
【００５２】
この2つの反射要素は、異なる反射性質を有する。反射され戻る信号の強さは、反射要素の形成によって影響される。よって、反射フォイル１５の反射は、キャッツアイ３´の逆反射ガラスのトリプルプリズムの反射よりも100倍くらい弱い。したがって、近い範囲と離れた範囲の両方で測定するために使用することができる反射鏡１´´が実現される。短い距離を越える距離を計測するために、より弱い反射フォイルの側が、キャッツアイの側の代わりに測定装置に向かうように方向付けられる。異なる反射率を有する2つの面を設けることにより、測定は、同じ波長と同じ輝度の1つの信号を用いて行うことができる。離れた範囲でのより高い反射の目標と、近い範囲でのより弱い反射の目標への測定によって、受信した信号は、受信器のほぼ同じダイナミックレンジ内にある。サブミリの範囲内での測定の精度は、それによって達成可能となる。可視レーザー光を使用して、範囲が制限された信号のエネルギーは、反射鏡の上の放射の測定スポットがバランスのとれた明るさでユーザーにとって認識可能であり、特に近い距離おいてもユーザーをまぶしがらせることはない、という利点がある。１つの放射源および１つの、特に回折が制限された、ビームの広がりを有する装置が本発明による反射鏡と組み合わせた使用できまるので、測定スポットと、したがって、反射鏡の中心の照準の空間的な精度はチェックされ、間違った照準の場合の間違った測定を回避することができる。
【００５３】
反射要素の選択された反射率が、必要とする用途に対応し、または、送信器／受信器によって合わせられることは、明らかである。さらに、反射鏡が、形成可能であり、交換可能な反射要素として、例えば異なる反射率を有するようにすることができる。本発明による二面反射鏡は、たとえば、交換可能な反射要素のセットを用いて、たとえばスナップマウントを用いて、アップグレード可能で、変更可能にできる。
【００５４】
更なる特性、たとえば、たとえば色の要素を有する交換可能な反射要素を備えることが可能である。例えば、赤い色の反射要素への赤色レーザー光の可視性は増加するので、このような色の要素は、特に強い昼光において、有利に使用される。
【００５５】
図４ａと４ｂは、図３に概略的に示されたタイプの反射鏡を有する二面の目標対象物体を、2つの三次元視で、示す。図４ａは、反射フォイル６を有する目標対象物体の一方の側を示す。ここでは、主に近い距離のための、目標中心７の正確なマーキングのための線と円が、フォイル６に適用されている。
【００５６】
図４ｂは、キャッツアイ３´´を有する目標対象物体の他の側を示す。また、マーキングの要素８、長い距離のための反射鏡の中心を決定するため矩形の反射範囲の４つの側のそれぞれの上の中央のマーキング要素が、キャッツアイと協調している。さらにマーキングの要素８は、反射要素と関連する取付枠に対し、スナップロックを用いる場合に、取付枠ホルダとして機能する。この目標対象物体は、基準軸RAの周りに配置される。
【００５７】
この実施例をさらに発展させると、少なくとも一つの回転軸の周りに、選択として、二つの回転軸の周りに、反射要素または目標対象物体を取り付けることが考えられる。一つの垂直な第1の軸の周りに、好ましくは反射要素の通過範囲に平行に、二つの通過範囲の重心の間を結ぶ直線を通り、配置に取り付けることにより、例えば３６０度について方位的に回転可能であり、すべての水平方向から測定可能な装置の機能を提供する。二面反射鏡のこの実施例の特別な利点は、二つの正反対の方向;これは、特に調整作業において重要な役割を演じ、道路内、または、測定作業が特に強く直線と係るトンネル工事の場合に、を横切る。道路の交差点の中心での直立において、二つの正反対の道路の方向はカバーされ、他の水平方向の角度も、９０度を通る方位が回転可能なユニットの単一の回転を用いて、利用することができる。したがって、全ての水平方向が、1つの操作で測定することができ、相当な時間の節約につながる。第1の回転軸と垂直に、通過範囲と平行に、第1の回転軸と交差するように水平な第2の軸を取付により、異なる高さ、異なる垂直角度からの測定を可能とする。この場合、直交軸の交差する点は、付加定数０ｍｍを用いて測定された距離のマーキング点である。
【００５８】
図５は、二つの図５ａと５ｂにおいて、取付枠R内または上に配置された反射要素を有する目標対象物体を示す。図において、第2の反射要素、目標マークを有する反射フォイル６´のみが示されている。第1の反射要素は、たとえば、図３および４ｂと同様なキャッツアイである。もし反射フォイル６´が例えば、50cd/lx/m2の低い反射率を有するならば、第２の反射要素は、例えば5000cd/lx/m2の高い反射率を有する反射フォイルで形成することも可能である。
【００５９】
図５ａは、目標対象物体の水平回転軸Hと垂直回転軸Vを示す。二つの回転軸は、どちらも目標対象物体または取付枠Rの幾何学的重心を通り、二つの反射要素の範囲の二つの重心を結ぶ直線と互いに交差し、そして、さらに、軸の交点の面が、通過範囲の二つの面に平行である。また、この軸は、重力についてバランスする安定した点と直立を可能とするように、目標対象物体の質量の中心を通る。
【００６０】
図５ｂは、回転可能に取り付けられた目標対象物体の可能な実施例を示す。水平方向の回転軸Hについて回転可能に取り付けるために、目標対象物体の取付枠Rはホルダー９に回転可能に取り付けられている。ホルダー９と取付枠Rは、取付枠Rが希望する位置に固定できるように、たとえばスリップクラッチにより形成されている。垂直軸についての回転は、ホルダー９に連結され、滑り軸受を有するアダプタ１０により可能になっている。アダプタ１０を用いて、目標対象物体も、たとえば、三脚に回転可能に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来例による反射鏡の例を示す。
【図２】二つの同じ反射要素を有する、本発明による反射鏡の実施例を概略的に示す。
【図３】二つの異なる反射要素を有する、本発明による反射鏡の実施例を概略的に示す。
【図４】ａ、ｂ共に、本発明による二面の目標対象物体の実施例を示す。
【図５】ａ、ｂ共に、二つの回転軸について回転可能な、本発明による目標対象物体の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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