(57)【要約】本発明は、１つの測定送信機と測定可能に間隔をあけられた少なくとも１つの測定受信機とを有する測定装置に関する。この場合、測定送信機は、互いに所定の関係で地上を通過する少なくとも２本の測定送信ビームを放射するために構成されている。測定ビーム受信の時間署名から送信機−受信機の距離を算定可能にするため、測定受信機は、複数の測定ビームを時分割で受信するために構成されている。
2004505263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項０１】
測定送信機と測定可能に間隔をあけた少なくとも１つの測定受信機とを有する測定装置において、測定ビーム受信の時間署名から送信−受信距離を算定可能にするため、測定送信機が、所定の関係で同一面を一緒に通過する少なくとも２本の測定送信ビームを放射するために構成されていて、測定受信機が、測定ビームを時分割に受信するために構成されていることを特徴とする測定装置。
【請求項０２】
光ビームが、測定送信ビームとして出力されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項０３】
レーザー光ビームが、光ビームとして出力されることを特徴とする請求項２又は３に記載の測定装置。
【請求項０４】
測定送信ビームは、１本の共通の軸線を軸にして回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項０５】
測定送信ビームは、回転軸線を横切らないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項０６】
測定送信ビームのビーム軸線が、互いに固定の、特に一定の角度関係にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項０７】
少なくとも２本の測定送信ビームが、互いにほぼ平行に延在していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項０８】
少なくとも３本の測定送信ビームが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項０９】
測定送信機は、共通の測定送信ビーム壁としての少なくとも１本の測定送信ビームを放射するために構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
測定送信ビーム壁のうちの２つが、少なくともほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
第３の測定送信ビーム壁が、間隔をあけて、特にぼぼ平行な両測定送信ビーム壁に対して傾いて指向されていて、かつ回転軸線に対して傾いているものの、垂直ではない面内に配置されているように、この第３の測定送信ビーム壁は設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
第１，第２及び第３の測定送信ビーム壁によって呼出される信号を時分割するために、測定送信機が構成されていて、第１の受信信号から第２の受信信号までの時間署名と第２の受信信号から第３の受信信号までの時間署名とから高さを推定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１３】
測定ビームの０°通過を特定する手段を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１４】
特に０°通過に対して示す信号を無線式に受信するため、測定ビームの０°通過を特定する手段は、タイムベース信号及び／又は０°通過信号受信機を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１５】
測定ビームの０°通過を特定する手段は、ビームモジュール手段／復調手段を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の測定装置。
【請求項１６】
測定ビームの０°通過を特定する手段は、タイマ及び回転周波数を固定する手段、すなわち測定部及び／又はこの測定部の基準値を有することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１７】
測定送信機（ｒ）に対する距離から、そして測定ビームの０°通過に対する角度座標（φ）を参照して、カルダン座標（ｘ，ｙ）を算定する手段を有することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１８】
連続して記録された多数の座標を記憶する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１９】
測定受信機は、少なくとも１つの場所感知要素及び／又は位置感知要素を有することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２０】
測定受信機は、少なくとも１つの光感知要素を有し、この光感知要素は、光ファイバに接合されていて、この光ファイバは、横から光を入射させるために形成されていて、この場合、特に少なくとも１つの光感知要素が、光ファイバの両端に設けられていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２１】
光感知要素及び／又は位置感知要素の信号状況から衝突点の位置（高さ）を推定するため、信号強度評価回路が設けられていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２２】
光ファイバは、散乱によって測定ビームを入射させる散乱手段を有することを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２３】
測定送信ビームを入射させる散乱手段は、光ファイバの境界面の散乱面，被覆部，スリーブ部又は中空部（Ａｕｆｒａｕｕｎｇ） を有することを特徴とする請求項２２に記載の測定装置。
【請求項２４】
測定送信ビームを光ファイバ内に入射させる散乱手段は、封入された散乱粒子を有することを特徴とする請求項２２又は２３に記載の測定装置。
【請求項２５】
測定受信機は、少なくとも２つの測定送信ビーム検出器を有し、基準面、特に測定送信機の回転面に対する測定受信機の方向を算定する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２６】
プリセットされた目標値に対する測定受信機の方向と距離を算定する手段を有する測定受信機が設けられていることを特徴とする請求項２５に記載の測定装置。
【請求項２７】
測定送信ビーム検出器の測定される位置と測定受信機内のこれらの測定送信ビーム検出器の位置とから、この測定受信機に対して一定の空間的関係にある示された地点の位置を推定する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２８】
測定受信機の示される地点、特に検査地点（Ａｎｔａｓｔｓｐｉｔｚｅ）としての測定地点／目的地点を検査（Ａｎｔａｓｔｅｎ）及び／又はマーキングする手段が構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の測定装置。
【請求項２９】
測定受信機は、ほぼ連続的に位置を測定する慣性センサを有することを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３０】
測定受信機は、傾き位置を校正する手段を有することを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３１】
少なくとも１つの測定送信機と一連の測定の記録中に移動する１つの測定受信機とを有し、この測定送信機は、領域を通過する少なくとも１本のビームを放射し、かつ一連の測定中に一定の位置に固定する手段を有し、この測定受信機は、相前後して間隔のあいている多数の測定送信ビーム検出器を有する、特に請求項１〜３０のいずれか１項に記載の測定装置において、この場合、別々の測定送信ビーム検出器に対する測定ビーム受信機の時間署名から、基準地点に対する距離を推定する手段が設けられている。
【請求項３２】
測定受信機は、傾き位置を校正する手段を有することを特徴とする請求項３１に記載の測定装置。
【請求項３３】
測定受信機は、少なくともほぼ平行に配置された少なくとも３つの光感知測定送信ビーム検出器を有し、かつ、校正された測定送信ビームを放射する手段が設けられていることを特徴とする請求項３２に記載の測定装置。
【請求項３４】
測定ビームの０°通過を特定する手段と、測定送信機（ｒ）に対して測定された距離から、そしてこの測定ビームの０°通過に対する角度座標（φ）を参照して測定受信機の位置を推定する装置とを有する請求項１〜３３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３５】
第１の一連の測定の記録後に、そして測定送信機を第２の設置位置に設置した後に、これらの同一の測定位置で第２の一連の測定を記録することを可能にするための、そして両測定送信位置の間隔を考慮しつつ両一連の測定の測定地点からこれらの位置を測定するための手段が、測定受信機に設けられていることを特徴とする請求項３１〜３３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３６】
第２の測定送信機、特に識別可能で第１の測定送信機から離れている測定送信機が設けられていて、両測定送信機を受信する測定受信機が設けられていることを特徴とする請求項３１〜３３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３７】
測定受信機は、両測定送信機の間隔を考慮しつつ複数の測定地点の位置を測定する手段を有することを特徴とする請求項３６に記載の測定装置。
【請求項３８】
少なくとも１つの測定送信機とこの測定受信機から離れている１つの測定受信機と１つの評価ユニットとを有し、この測定送信機は、領域を通過する少なくとも１本の測定ビームを放射し、この測定受信機は、測定ビーム検出器によってこの測定ビームを受信するために構成されていて、この評価ユニットは、２つよりも多い振幅の量子化段が識別可能であるように測定ビーム検出器への測定ビームの衝突を時間離散的にかつ値離散的に解析するために、かつ量子化された測定信号からビーム通過時点を推定するために構成されている、特に位置測定に対する請求項１〜３７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項３９】
評価ユニットは、時間と振幅を離散化するために少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器を有することを特徴とする請求項３８に記載の測定配置。
【請求項４０】
時間離散的にかつ値離散的に解析された測定ビーム受信信号からビーム通過の時間的な中心点を推定する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項４１】
回転軸線を横切らない少なくとも２本のビームが、公知の方法で回転軸線を軸にして回転して放射され、両ビームの検出に含まれる時間署名が、検出手段で決定され、この回転軸線からこの検出手段までの距離が、この時間署名から算定されることを特徴とする距離の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の距離及び／又は位置を測定する発明に関する。
【０００２】
数センチメートルの範囲内の比較的短い距離から数百メートルまでを迅速にかつ高精度に測定できることが多くの場合に必要である。これに対する用途には、場合によっては衝突前に移動を止めるために、壁と壁との距離を測定する必要がある移動機械、例えば工場内の輸送システムの距離の測定と同様に、例えば家を建てる際の存在する不動産の測定や土地の測定がある。
【０００３】
さらに多くの場合、基準点に対する距離を測定するだけでは十分でなくて、この基準点に対する相対位置も測定する必要がある、つまり用途に応じて二次元又は三次元で測定する必要がある、すなわち一般には平面上の位置又はさらには高さも測定する必要がある。
【０００４】
いろいろな方法が、これらの測定課題を解決するために提唱されている。
【０００５】
例えば米国特許発明第 ５，９４９，５３０号明細書は１つの方法を提唱している。この方法では、パルス化されたレーザービームが送信され、隔たった物体に対する距離が反射されたパルスの経過時間から算定される。この種類のシステムは、工業的に使用され、光パルスの経過時間が短く、高周波で作動する評価電子機器が必要であり、この評価電子機器はそれに応じて速く応答しなければならないので、確かに高価である。
【０００６】
さらに、装置が公知である。これらの装置では、信号が測定ビームに変調され、この変調に関する値、例えば位相が、測定送信機に対する距離を算定するために考慮される。
【０００７】
適切に変調されたレーザー光でこれらの説明した時間経過測定と位相測定のほかに、能動的な三角測量のようなその他の方法も公知である。これらの方法では、質点に対する距離をこの検出器に投影された光点の位置から推定するため、例えば反射されたレーザー光が位置感知検出器（ＰＳＤ）によって検出される。
【０００８】
その他の装置も公知である。これらの装置では、光線を水平線に沿って又は座標十字線を基準として放射するため、光送信機が、垂直線に対して精確に指向される。これによって、測定が容易になるものの、問題点なく実施されない。
【０００９】
本発明の課題は、新規の装置と方法を営業上の用途に対して提供することにある。
【００１０】
この課題は、独立請求項に記載の装置と方法によって解決される。好適な実施形は、従属請求項中に記載されている。
【００１１】
まず本発明では、測定装置が、測定送信機及び隔てられた測定可能な測定受信機を有すること、この測定送信機は、互いに一定の関係にあり、地上を進行する少なくとも２本の測定送信ビームを放射するために構成されていて、この測定受信機は、複数の測定ビームを時分割で受信するために構成されていること、送信機−受信機の距離が、測定ビーム受信の時間署名から算定可能であることが提唱される。
【００１２】
この場合、第１の重要な側面は、所定の態様で地面の上を進行する互いに独立した２本の測定ビームの一定の関係によって、受信署名が、測定受信機で受信され、測定送信機に対する距離が、この受信署名から推定され得ることを利用する。
【００１３】
本発明がこの特別な場合に限定されることなしに、これによって実現される測定原理は、互いに平行に放射される２本のレーザービームに対して最も理解することができる。これらのレーザービームは、軸線の周りに一緒に同時に回転する。この場合、回転軸線が、レーザービームによって特定された平面に対して垂直に直立していなくてはならない。
【００１４】
完全に１回転させるためには、１本のレーザービームが、一様な回転によって回転軸線に対する全ての距離において常に同じ時間をまず必要とする。しかしながら、完全に１回転するときにレーザが通過する円周の長さは、回転軸線からの距離と共に当然に増大する。
【００１５】
複数のレーザービームが平行に放射される場合、これらのレーザービームの間隔は、回転軸線からの全ての距離で等しい。しかし、レーザー間隔が占める円周の微少部分は、軸線から離れていればいるほど小さくなるので、この間隔は、軸線から遠いほど速く通過する。軸線に対する距離が長くなると、第１のレーザが先に検出した位置に到達するために第２のレーザが必要とする時間は短縮する。
【００１６】
確かに、この原理は、レーザー光だけにも、２本のレーザー光だけにも、精確に平行に指向されたビームにも限定されない。さらに、互いに傾いて放射されるビーム，曲がったビーム又は断続的なビームによって測定を実施することもできる；例えば、関心のない領域をより速く通過するため、又は、測定送信機を固定して設置した場合に、例えば工場内で規定した領域を高い分解能で検出できるようにするため、一様に回転させないことも可能である。
【００１７】
一連の異なるビーム、例えば超音波ビームを使用することが可能である。しかし、光ビームが測定ビームとして出力されると、特に好ましい。何故なら、このことは、装置の制御部と調整部を特に簡単に構成するからである。レーザー光源が自由に使用可能であり、これらのレーザー光源は、安価であり、かつほとんど分散しないで放射されるので、レーザー光ビームを使用することが特に好ましい。
【００１８】
いろいろな方法で測定送信ビームを地上で通過させることができる。測定送信ビームを軸線を軸として回転させると、特に好ましい。この目的のために、光源を回転テーブル上に配置してもよいし、又は、光源を回転する光学機器に向けて照射してもよい。この照射の場合では、測定送信ビームが回転軸線の上を通過しない；少なくとも２本の測定送信ビームが互いにほぼ平行に放射されるならば、信号の評価が簡単である。確かに、別のビーム構造に変更することも問題なく可能である。
【００１９】
特に好適な別形態では、２本よりも多い測定送信ビームが放射される。これらの測定送信ビームを共通の測定送信ビームの壁として放射してもよい。この場合、個々の壁によって形成された面が、少なくとも１つの要素を回転軸線に対して平行に少なくとも有し、好ましくはこの回転軸線に対してほぼ平行に存在する。このことは、測定受信機内で検出器を使用することを可能にする。測定受信機が質点状に形成されているときでも、これらの測定受信機は、信号を検出するために特定の高さに配置する必要はない。その他のビームを壁状に放射することも可能ではあるが、以下では説明上の理由から光壁だけを説明する。
【００２０】
第３の光壁を有益に設けてもよい。この第３の光壁は、この第３の光壁を包囲する回転軸線にほぼ平行な２つの面との間で傾いて延在している。回転軸線にほぼ平行な両光壁を通過する時間は、ここでは回転軸線に対する測定地点の距離だけに依存する。このとき、軸線にほぼ平行な第１の光壁と傾いた光壁との間の経過時間並びにこの傾いた光壁と軸線にほぼ平行な第２の光壁との間の経過時間は、これらの３つの光壁が受信される高さに依存して変化する；第１の時間が長くなると、第２の時間が短くなる。第１の時間が短くなると、第２の時間が長くなる。したがって、高さをこの時間の評価から推定することができる。
【００２１】
測定装置が、測定ビームの０°の通過を検出する手段を有していると、特に好ましい。このことは、０°基準軸線を参照することを可能にする。このことは、回転軸線に対する距離を考慮した各測定地点に対する一組の極座標を提供する。
【００２２】
０°通過に対する同期は、例えば時間情報を有する測定ビーム（例えば、レーザービーム）を変調することによって、ＤＣＦ時間信号や交流ハム（Ｎｅｔｚｂｒｅｍｍｅｎ） のような外部の標準時間を参照することによって、並びに／又は共通の内部の基準時間及び／若しくは外部の基準時間又は基準周期を参照することによって実施される。
【００２３】
受信機の時計をレーザーユニットの回転速度と引続き連続する時間測定とに１回及び／又は多数回同期させて、０°基準を生成してもよい。
【００２４】
情報、特に時間情報及び／又は０°通過情報をユニット間でやりとりするデータ送信装置を設けてもよい。
【００２５】
測定装置が、測定送信機に対する距離（ｒ）と測定ビームの０°の通過に関連する（φ）とからデカルト座標（ｘ，ｙ）を決める手段をさらに有することが好ましい。与えられたｘｙ座標とその都度のｚ座標とを測定受信機で直接表示するため、換算が、測定受信機内で実施され得る。
【００２６】
時間評価の少なくとも一部が測定受信機内で実施されるときは、多数の座標がこの測定受信機内に記憶可能であること、及び／又は特に中央処理ユニット及び／又はデータ処理ユニットに伝達され得ることが好ましい。
【００２７】
測定受信機に対しては、測定送信ビームが光ビームの場合、この測定受信機が少なくとも１つの光感知要素を有することが好ましい。この光感知要素は、光を光ファイバから受信する。この場合、この光ファイバの表面は、特に散乱によって被覆面に衝突する光を入射させるために形成され得る。
【００２８】
１つの光センサが、光ファイバの両端に設けられていることが特に好ましい；このとき、冗長，フェイルセイフの向上及び／又は第１の光センサと第２の光センサとに対する信号強度の比較から光ファイバ内で散乱する光ビームの衝突地点を推定するという可能性が選択的に実現される。このことは、地上の受信機の高さが既知であることを条件として必要とし、例えば走行可能なロボットへの取付け及び／又は構造物に対する水平化作業用に高さを測定するために使用され得る。
【００２９】
別の方法では、プリセットされた空間的な関係で一緒に放射される２本又は多数の移動する測定送信ビームの代わりに、互いに一定の間隔をあけてある多数の測定送信ビーム検出器を組込んだ測定受信器を使用することが可能である。この場合、少なくとも１本の測定送信ビームによって別々の測定送信ビーム検出器上で生成される信号の時間経過から、基準点に対する間隔が推定され得る。ここでも、回転軸線に対する距離に依存する与えられた角速度が、半径と共に経過時間を変化させるという考えが利用される。ここでも同様に、ロッド状の光受信機、例えば光検出器を光ファイバで使用することが好ましい。光が、散乱によってこれらの光ファイバ内に入射する。同時に、少なくとも３つのこのような光ファイバが有効に使用される。このことは、測定受信機の傾き位置を検出して校正することを可能にする。この場合、等間隔に配置された測定ビーム検出器が、第１の測定ビーム検出器から第２の測定ビーム検出器までの受信時間差と第２の測定ビーム検出器から第３の測定ビーム検出器までの受信時間差とを互いに著しくずらすときに、通過する円のタンジェントに対する回転による傾き位置が推定され得る。これに対して、回転軸線に対する傾き位置は、個々の測定ビーム検出器が、例えば位置感知検出器（ＰＳＤ）及び／又は互いに強く走査される光ファイバによって高さを感知するときに検出され得る。光が、散乱によってこれらの光ファイバ内に入射され得る。多数の測定送信ビームを使用する場合、同時に多数の、例えば２つの測定受信機を互いに間隔をあけて設けることも好ましい；対象物の方向が、これらの測定受信機によって空間内で有効に特定され得る。これらの測定受信機は、この対象物に配置されている。
【００３０】
図１によれば、共通に１で示された位置を局所的に測定する測定装置が、１つの測定送信機２及びこの測定送信機２から離れている測定可能な多数の測定受信機３ａ，３ｂを有する。
【００３１】
測定送信機２は、プラットフォーム２ａを有する。ほぼ平行な複数の測定送信ビームを放射する２つのレーザ光源２ｂ，２ｃが、プラットフォーム２ａ上に配置されている。レーザ２ｂ，２ｃが、プラットフォーム２ａと共に駆動部２ｅによって制御された一定の速度で回転軸２ｄの周りを回転可能である。この回転軸２ｄは、ほぼ垂直に延在し、かつほぼ平行なレーザビームに対して垂直に存在する。０°を通過する時点ｔ０ に関連する信号を放射する無線信号送信機は図示されていない。
【００３２】
最初の測定受信機３ａは、スタンド測定受信機である。その一方で、２番目に示された測定受信機３ｂは、ハンド測定受信機である。原理的には、事実上任意の多数の受信機を同時に使用することが可能である。これらの両測定受信機３ａ，３ｂは、３６０ °特性を呈し、したがって全ての方角から光を受信する。これらの両測定受信機３ａ，３ｂは、１本の光ファイバ４を有する。この光ファイバ４の表面は、散乱させる被覆部を有し、この光ファイバの各端部にフォトダイオード５ａ，５ｂを光感知構成要素として有する。測定受信機３は、無線受信機６ｅも有する（図２ａ参照）。この無線受信機６ｅは、測定送信機によって放射された０°の通過に関連する信号を生成するために構成されている。
【００３３】
信号導線が、フォトダイオード５ａ，５ｂから信号処理回路６に敷設されている（図２ａ）。まず、１本の測定送信ビームが光ファイバ内に入射される状況を認識し、０°の通過時点ｔ０ に対するこの光ファイバの時間的な位置ｔｉ に関して記録することができるように、この信号処理回路６は、信号を増幅して調節するために構成されている。さらに、相前後して続く複数のフォトダイオードの時間差Δｔ（図３参照）を算定し、これからさらなる情報を導き出すために、この信号処理回路６は構成されている（時間測定装置６ｂ参照）。この目的のために、変換段が存在する。０°を通過する時点ｔ０ に対する角度座標φを、それぞれのフォトダイオードパルスの時間的な位置ｔｉ から算定して出力段６ｄに出力ために、この変換段は構成されている。さらに、測定送信機からの距離を、時間差Δｔから算定するために、この変換段は構成されている。変換段６ｃからの結果が、変換段６ｃから出力段６ｃに対して出力される。この結果は、出力段６ｄによってディスプレイ上に局所的に表示されてもよい。
【００３４】
図１の回路は、以下のように利用される：
まず、所望の一定の速度が回転軸線２ｄの周りで調整されるまで、駆動部２ｅが作動される。次いで、測定送信機が作動される。複数の送信ビームが複数のフォトダイオード５に当たるときに、このことは、複数のパルスを測定受信機３ｂのこれらのフォトダイオード５内で発生させる。これらのパルスに属するこれらの信号は増幅されて調整される。
【００３５】
すると、測定送信受信の時間署名が算定される。まず、検出された複数の信号の時間間隔が算定され、測定受信機と回転軸線との間の距離がそこから算定される。
【００３６】
これに対して、１本のレーザービームが、一様な回転によって回転軸線に対する全ての距離において完全に１回転するために同じ時間を常に必要とすることがまず利用される。しかしながら同時に、１回完全に回転するときにレーザーが円周を通過するこの円周の長さが、回転軸線からの距離と共に長くなる。複数のレーザービームが平行に放射される場合は、これらのレーザービームの間隔が回転軸線からの全ての距離において等しいので、この間隔は、軸線からのより長い距離においてより速く通過される。何故なら、このレーザー間隔が占める円周の微少部分は、軸線から離れていればいるほど小さくなるからである。したがって、軸線に対する距離が長くなると、第１のレーザが先に検出した位置に到達するために第２のレーザが必要とする時間は短縮する。相対的な値に関する値が、回転軸線に対する間隔を示す値を出力する。
【００３７】
それ故に、まず検出された信号の時間間隔に関する値が算出され、次いで回転軸線に対する距離が、算出された測定送信ビームと固定の回転周波数との幾何学的配置を示す値を考慮して算定される。
【００３８】
この場合、時間差Δｔは、変換段６ｃ内で測定送信機からの距離に変換され、出力段６ｄに対して出力される。この出力段６ｃは、結果をディスプレイ上に局所的に表示する。
【００３９】
次いで、０°通過時点ｔ０ に対する角度座標φが、それぞれのフォトダイオードパルスの時間的な位置ｔｉ から算定され、出力段６ｄで出力される。
【００４０】
測定受信機３の光ファイバ４は、光の入射に対していろいろな方式で構成され得る。これらの構成は、図４中に示されている。
【００４１】
図４ａ中には、光ファイバが示されている。この光ファイバの表面は、散乱する被服部を有し、かつ、フォトダイオードがこの光ファイバの端部に設けられている。
【００４２】
その代わりに図４ｂ中では、光ファイバ又は中空導体内の散乱孔が使用される。散乱経路が示されている。図４ｃ中に示された光ファイバは、レーザー光を散乱させる散乱粒子を使用する。図４ｄ中に示された光ファイバでは、一方の端部に取り付けられた反射層が、特により長い光ファイバで信号を増幅するために使用される。図４ｅは、図４ａとは対照的に局部的に面を覆う散乱層を示す。この場合、光が、好ましくは散乱面に対向する側面から光ファイバに入射する。
【００４３】
図４ｆは、光受信機の特に好ましい別形態を示す。この受信機は、光ファイバの両端の２つのフォトダイオードを使用することによってレーサービームの衝突地点の位置の算定を可能にする。この場合、図４ｆの光受信機は、スタンド測定受信機３ａ（図１参照）用に使用される。何故なら、これによって、組み込まれた入れ子式の水準測量ロッド３ａ１の測定可能な偏位に関連して、高度測定（水準測量）が可能である。
【００４４】
図５の実施の形態は、３次元座標を決定する上述した本発明のその他の構成を示す。まずその前の実施の形態とは違って、光ビームが放射されるのではなくて、光壁７ａ，７ｂ，７ｃが放射される。この場合、両端の壁７ａ，７ｂは、回転軸線８に対して互いにほぼ並行に存在する；中央の光壁は、両光壁７ａ，７ｃに対して傾いている。プラットフォームは、同様に０°の基準を有する。このプラットフォームは、任意に固定された１つの０°を通過するごとに１つの追加の無線信号を測定受信機３ｃに対して出力する。この測定受信機３は、少なくとも１つのほぼ点状の光入射面を有する。図６参照。
【００４５】
三次元座標測定が、この配置によって以下のように実施され得る：まず上述したように、測定信号受信機の時間署名が算定され、回転軸線に対する距離が、両外側の光壁の通過距離から推定される。上述したように無線信号にしたがって送信されるように０°の通過の確認に関連付けることによって、任意の０°に対する測定受信機３ｃの角度位置が算定される。さらに、両外側の光壁の通過時間が、中央の壁によってどのような比で傾いて分割されるのかがさらに算定される。この比は、（与えられた半径において）座標ｚとして算定される高さを示すことがすぐに理解できる。すなわち、１つの記録が、座標ｒ，φ，ｚを定める。このとき、この円柱座標は、デカルト座標に変換され得る。
【００４６】
図１の例ではレーザービームが回転軸線に対してほぼ垂直に放射される一方で、このことは必ずしも必要ない。すなわち、図７中に示したように、平面的な放射の代わりに球状の放射を選択することも可能である。
【００４７】
レーザー自体が測定送信ビーム源として回転されることを説明した一方で、このことは必ずしも必要ではない。すなわち、レーザービームを回転可能な鏡等に指向させることも可能である。図８ａ参照。確かに、多角形体が回転する場合は複数のビームがほぼ離ればなれに移動する−このことは評価時に校正可能である−ものの、非常に高い速度を実現することができる。
【００４８】
さらに、レーザー及び／又は回転可能な光学要素を完全に回転させる代わりに、所定の面を単に通過させることが、例えば周期的に往復旋回させることによって可能である。
【００４９】
図８ａ，ｂ中に示したように、ただ１本のレーザービームを特にプラットフォーム上のビームスプリッタ装置によって回転軸線の近くで多数の測定送信ビームに分割することも可能である。
【００５０】
本発明の測定装置は、例えばこれらの形態のうちの１つの形態にあっては自律移動するロボット，無人輸送システムやロボット工学の用途で、又は機械制御のために又は構造的な測定技術で使用され、レーザ距離測定器，超音波距離測定器，固定式の又は回転式の水準測量レーザ，特に調整可能な傾斜部を有する水準測量レーザ（例えば、２つの傾斜軸線を有する回転レーザ，配管作業用レーザ），光学水準測量器，デジタル水準測量器，光学的な及び／又は電子的な経緯儀並びに総合ステーションのような従来の電子式の巻き尺に換えられ、及び／又は従来の電子巻き尺を補助する。さらに、本発明の測定装置は、新築（遣形の設置）時の建物の見取り図の測量と画定、例えば計画通りの建築構造（寸法安定性）の監視と面積計算とのための粗造りの建築物の測量作業、事後的な面積計算又は建物の個々の寸法の検査のための存在する建物の測量、計画データ（特にＣＡＤデータ）を建設，工業，造園構造物，展示構造物等用の基礎（床，壁，天井）上に手動で再現すること、スポーツ大会時の目印の測量、スポーツ大会時に例えば槍投げ，ハンマー投げ，砲丸投げ，幅跳び等の種目で達成された距離の測定、車両（船舶，飛行機等）の測定／製造で、及びバーチャル・リアリティー・システム用の、特にいわゆるバーチャル・スタジオ用のトラッキングシステムとしての用途で、並びに例えば管の敷設のための配管作業（図９ａ）で使用することが可能である。
【００５１】
さらに、移動するロボットで使用する環境モデルの生成を支援することが可能である。もう１つの用途は、特にあらゆる種類の平面作業、例えば建物の清掃，芝生の手入れ，床タイルの敷設，地雷の探索（人道主義的な地雷除去）等用の移動業務ロボットの位置の測定である。
【００５２】
特に好適な別形態は、移動システムが一方では測定装置を有し、他方では目印送信機を有することを提唱する。例えば、建物の１：１のＣＡＤ設計図を送信するため、この目印送信機は、所定の位置を目指し、これらの位置に到達したときに目印をセットする。図９ｂ参照。この場合、走行可能なロボット１０の実際の位置が、繰り返し算定され、次いで必要に応じて同様な目標位置を考慮しつつ走行され、これらの目印１１にセットされる。
【００５３】
多数の測定送信機を使用することによって、カバーする平面の範囲を広くすることができ、かつ測定精度を向上させることができる。さらに、システム全体を１つ又は多数の測定送信機と１つ又は多数の受信機（位置検出機）とから構成してもよい。この場合、走査ユニットと受信機との間の直接的な画像通信が十分な数の、通常は２本のビームに対して保持されている限り、ほぼ任意の多数の受信機が、同時に使用でき、かつ互いに独立して作動され得る。この場合、多数の受信機が、個々の使用に依存しないで同時に操作され得る。その結果、手動の測定が、多数の協力者又は多数の機械の制御によって可能になる。無人の輸送システムを管理するためには、このことは、工場内で有利な効果を奏する。そのため、同時に固定のステーションを１つしか必要とせず、かつ経緯儀を使用するのとは違って比較的安価な受信機が多数あるだけで済むので、時間が著しく節約され、コストが著しく節減される。
【００５４】
可能な受信機器の形態は、ボタン操作部を有する簡単なｘ／ｙディスプレイから小型コンピュータ、いわゆる個人向け携帯型情報通信機器−ＰＤＡを内蔵した便利な水準器まで及ぶ。これらの形態は、送信されたＣＡＤプログラムに対するソフトウェア・インタフェースを提供する。
【００５５】
より長い距離における測定精度は、特にパルスとパルスとの間の間隔を測定する時間的な分解能によって決定されるので、この精度は、何回もの測定及び引き続く平均値の生成によって向上できる。このことは、大気が乱れているようなときでも、特に測定送信機から遠い距離での測定に対して測定値精度を改善するために有益である。
【００５６】
０°の通過は、既に説明したものとは違って受信機の時計をレーザーユニットの回転速度に一回同期させ、引き続き連続して時間を測定することによっても受信機から引き起こすことができる。
【００５７】
特に無線式のデータ伝送装置を設けて、ユニット間で情報をやり取りしてもよい。
【００５８】
位置を直接表示するため、液晶表示装置等を受信機に設けてもよい。
【００５９】
測定受信機に設けられている光ファイバは、本発明の装置とは別に有利な効果を奏する。光が散乱によってこれらの光ファイバ内に横から入射し、及び／又は、これらの光ファイバでは、光感知要素が光ファイバの両端に設けられている。この装置は、従来の回転レーザによっても特に高さの測定に対して使用することができる。
【００６０】
本発明の測定装置の別の形態が、図２ｂ中に示されている。この別の形態では、測定受信機に対するレーザービームの衝突をより良好に測定するため、フォトダイオードによって受信された信号が、増幅後にアナログ／デジタル変換器によって時間離散的にかつ値離散的に量子化され、送信ビームの通過時に得られた信号の中心点（Ｓｃｈｗｅｒｐｕｎｋｔ） が、得られたデジタルストリーム（Ｄａｔｅｎｓｔｒｏｍ）上でアルゴルズム的に決定されて、この中心点の通過時に対するビームの通過を確定する。この中心点の通過が、ビームの通過時点として確定されることによって、測定の精密さが向上され得る；特に、精密さが、走査速度によって定められる精密さよりも良好に実現可能である。
【００６１】
さらにこの図示された別形態は、デジタル信号が、例えばオフセット整合の形態で及び／又は評価（重み付け）関数、例えば周辺減衰（Ｒａｎｄｋｌａｇｅａｂｓｃｈｗａｅｃｈｕｎｇ）を使用してデジタルストリームに沿って調整されるために配置されている。非常に弱い信号レベル下で測定するため、レーザービームを測定送信機で変調することが可能である。必要な復調を受信機内で可能であることを望む場合は、前提条件として十分に高い走査速度が、量子化時にデジタル式の復調ユニット内で実現される。
【００６２】
１本だけのビームによる本発明の別形態を図１０に基づいて説明する。
【００６３】
この場合、図１０ａ中に示された測定装置は、１本の測定ビームだけによる二次元の位置測定を可能にする。測定送信機から測定送信機の回転軸線に対して垂直に放射されて指向されたこの測定送信ビームは、回転中に測定受信機３ｄを横切る。この測定受信機３ｄは、図４ｆのロッドセンサによって構成されている。これらのロッドセンサは、回転軸線に対して平行に立っている。この場合、この測定送信ビームは、コリメートされ、平面状に拡大されていない。
【００６４】
まず、角度データであるβ，α，α２が生データとして、信号受信部の時間署名から生成される。この場合、αとα２は、測定ビーム検出器のパルス間の時間間隔を測定することによって算定される。βは、１つの検出器（好ましくは中央の検出器）の測定パルスと０°の基準信号との間の時間差を測定することによって算定される。
【００６５】
測定受信機が、図１０ｂにしたがって回転軸線に対して平行でない状態に校正され得る。図１０ｂは、測定ビーム受信機３ｄの有効面の平面図である。この場合、３つの測定ビーム検出器が平行であり、間隔ｄ１，ｄ２をあけて同一平面内に配置されている。ビームが、角度δだけ傾けた１本の軌道上で測定ビーム受信機を横切る。その結果、その衝突点が、各光ファイバを異なる比に分割する。測定ビームの衝突点を測定受信機の局所座標系（ｘｓ，ｙｓ）内で特定できるようにするためには、ロッドセンサのこの一次元の高さ情報を評価する必要がある。このことは、各光ファイバの両端部のフォトダイオードの信号強度を評価することによって実施され得る。間隔ｄ１，ｄ１は公知であるので、距離ｒを測定するために必要な基準間隔ｂ１，ｂ２が得られる。すなわち、距離ｒは、α，α２及びこれらの基準間隔から算定され得る。
【００６６】
光ファイバ構造の代わりに、例えばＰＳＤのようなその他のセンサを使用することもできる。
【００６７】
一般に、図１０の測定装置は、距離ｒと角度βを測定するほかに光ファイバ／ＰＳＤの検出領域内の回転する測定ビームによって形成された面に対する高さの測定も可能にする。
【００６８】
さらに、角度基準値を転用（Ｕｅｂｅｒｔｒａｇｕｎｇ）することなしに、極座標角度βを測定することも可能である；この場合、それにもかかわらず、測定送信機に対する測定受信機の精確な位置が算定され得る、つまり少なくとも２つの座標（ｒ，φ）で算定され得る。この目的のため、ほぼ一定な回転数の測定送信機が使用される。この測定送信機は、例えばそれ自体公知の安価な回転式の水準測量レーザでもよい。測定が、最初の地点で図１０中に示された測定送信機によって実施される。次いで、測定送信機が、既知の区間だけずらされる。そして、新たな測定が、測定送信機によって同じ地点で実施される。この既知の区間は、その長さに関してだけ既知であれば済む。このことは、測定受信機での時間署名から簡単に得られる。この測定受信機は、この測定受信機の予定される又は所望の次の地点にずらされる。このとき、極座標は、それ自体公知の三辺測量によって測定される。複数の測定が、測定送信機をずらす前に多数の地点で個々の測定値を記憶しながら実施され得る。この場合、これらの測定地点の位置の全体を測定できるようにするため、これらの測定は、測定送信機をずらすごとにこれらの地点に対して繰返される。
【００６９】
別の方法では、はじめから２つの測定送信機を使用することが可能である。このことは、両測定送信機が受信機で識別され得るときに特に可能である。この識別は、異なる回転周波数，検出される信号のコード化，適切な受信スペクトルの選択等によって実施できる。測定が、測定受信機によって例えば測定送信機と測定送信機との間の接続線上で実施されることによって、互いに任意に配置される両測定送信機の間隔が算出される。
【００７０】
特に好ましい別形態では、慣性センサが測定受信機内にある。すなわち、慣性センサが設けられている。測定受信機の移動が、これらの慣性センサによって検出され得る。特に広い区間にわたる野外での測定という特別な場合には、屈折による測定の不精確さが、例えば大気の乱れに起因して測定中に生じうる。測定受信機が、２つの測定部間で移動したかどうか、及び／又はどれだけ移動したかが検出されるときは、測定精度を上げる平均化を実施することが可能である。この平均化は、移動中に記録される測定値を考慮して実施してもよい。測定の間に測定地点で検出された測定値が記録されるならば、測定精度が、慣性センサ等で特定された定角軌道を評価しつつ移動の間に測定点の周りで又は測定点で検出された値を考慮することによって向上され得る。慣性センサの代わりに、移動，方向及び／又は加速度を検出する別の移動センサを設けてもよい。このようなセンサがある場合は、測定受信機の移動も、移動の間に校正され得ることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の測定装置を明瞭に示した図である。
【図２ａ】
本発明の測定装置の評価電子機を明瞭に示すための第１の原理図である。
【図２ｂ】
本発明の測定装置の別の評価電子機によって明瞭に示すための第２の原理図である。
【図３ａ】
測定受信機の両ダイオードの信号を示す。
【図３ｂ】
測定受信機の両ダイオードの信号を示す。
【図４ａ】
測定受信機の詳細を示す。
【図４ｂ】
測定受信機の詳細を示す。
【図４ｃ】
測定受信機の詳細を示す。
【図４ｄ】
測定受信機の詳細を示す。
【図４ｅ】
測定受信機の詳細を示す。
【図４ｆ】
測定受信機の詳細を示す。
【図５】
別の本発明の測定装置の原理図である。
【図６】
測定受信機の詳細を示す。
【図７】
別の放射幾何形状を示す。
【図８ａ】
本発明の測定送信機の構造のいろいろな別形態を示す。
【図８ｂ】
本発明の測定送信機の構造のいろいろな別形態を示す。
【図８ｃ】
本発明の測定送信機の構造のいろいろな別形態を示す。
【図９ａ】
用途の例を示す。
【図９ｂ】
用途の例を示す。
【図１０ａ】
その他の別形態を示す。
【図１０ｂ】
その他の別形態を示す。
【符号の説明】
１　　測定装置
２　　測定送信機
２ａ　　プラットフォーム
２ｂ　　レーザ光源
２ｃ　　レーザ光源
２ｄ　　回転軸
２ｅ　　駆動部
３ａ　　測定受信機
３ｂ　　測定受信機
４　　光ファイバ
５ａ　　フォトダイオード
５ｂ　　フォトダイオード
６　　信号処理回路
６ｂ　　時間測定装置
６ｃ　　変換段
６ｄ　　出力段
６ｅ　　無線受信機
７ａ　　光壁
７ｂ　　光壁
７ｃ　　光壁
８　　回転軸
１０　　ロボット
１１　　目印
【国際公開パンフレット】
2004505263.tif 000003
2004505263.tif 000004
2004505263.tif 000005
2004505263.tif 000006
2004505263.tif 000007
2004505263.tif 000008
2004505263.tif 000009
2004505263.tif 000010
2004505263.tif 000011
2004505263.tif 000012
2004505263.tif 000013
2004505263.tif 000014
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2004505263.tif 000019
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2004505263.tif 000030
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2004505263.tif 000038
2004505263.tif 000039
2004505263.tif 000040
2004505263.tif 000041
【国際調査報告】
2004505263.tif 000042
2004505263.tif 000043
2004505263.tif 000044
2004505263.tif 000045
2004505263.tif 000046
2004505263.tif 000047