(57)【要約】      （修正有）【課題】２つの作動モードで作動可能な光学表示システムを有する光学システムを提供する。【解決手段】対象物空間における方位面Ｅを非接触式に表示し、方位面Ｅにおいて回転または回転する光信号を生成するように構成された回転ポインタ１２を有する放射装置１０、および回転ポインタ１２を、第１作動モードまたは第２作動モードに移行させ、第１作動モードで回転ポインタ１２によって回転角度を越えて連続的に回転する光信号が生成されることが可能であり、第２作動モードで、回転角の限定された範囲で回転可能な光信号が生成されることが可能であり、光線Ｓを受信および／または反射する受光装置２０を含む。【選択図】図１
2013152224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周状に配置された対象物に方位面（E）を非接触式に表示するため、光学的表示光線を放射する際、前記方位面（E）上を一方向にまたは両方向に回転する光信号を生成するように構成された回転ポインタ（特に回転レーザを有する放射装置（１０））、および、
前記回転ポインタを、前記回転ポインタによって全円周角にわたり連続的または段階的に一方向に回転する光信号を生成することができる第１作動モード（I）、または、全円周角のうち一部の角度領域において両方向に回転可能な光信号を生成することができ第２作動モード（II）に移行させるように構成された制御計算ユニット（１５）を備える光学システム（１００，１００’）において、
前記放射装置（１０）はさらに、
前記光信号の現在の方位角（Φ，Φ’）を測定して制御計算ユニット（１５）に伝達することのできる角度測定部（１３）、および、
参照点と、前記対象物上または受光装置（２０，２０’）上の少なくとも１つの距離計測点との間の距離（D，D’）を、計測光線によって非接触式に計測するように構成されるとともに、前記距離を前記制御計算ユニット（１５）に伝達することのできるようになっている距離計測装置（１４）を備え、
前記計測光線および前記表示光線のための光線案内が、前記放射装置（１０）内において、前記距離計測点が前記光信号の上または近傍に位置するように行われ、
前記制御計算ユニット（１５）は、第１および第２作動モード（l，II）におけるさらなる処理に供するために、前記光信号での現在の方位角（Φ，Φ’）および前記距離計測点の現在の距離（D，D’）を測定するよう構成されていることを特徴とする光学システム（１００，１００’）。
【請求項２】
前記放射装置（１０）内、特に出力光学系の領域において、前記回転ポインタの前記表示光線の光線案内用の光学軸と、前記距離計測装置の前記計測光線の光線案内用の光学軸とが、部分的に重複するか、または少なくとも互いに近接して平行となるように配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項３】
少なくとも前記第１作動モード（I）において、前記回転する光信号の角速度（ω）は適宜調整可能であり、前記第１作動モード（I）において、前記方位角（Φ）は、連続的に回転する光信号の回転角度として、連続的に測定し得るものとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項４】
少なくとも前記第１作動モード（I）において、前記制御計算ユニット（１５）の処理モジュールが、（特に別の画像表示手段および／又は信号化手段を利用して）前記方位角（Φ）および前記距離（D）の値に基づいて対象物の座標を、求めるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項５】
前記放射装置（１０）がインタフェース（１９）を有し、該インタフェース（１９）を介して前記制御計算ユニット（１５）に、少なくとも設計図情報（PLAN）を与えることができるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項６】
さらに、ハウジング（１１）内に配設された、ファインダ・カメラ光学系を有する光電子像撮像部、並びに、前記対象物の対象物点を求めるための、前記ファインダとカメラとを接続する画像経路、および、前記対象物の光電子像を生成するための画像処理ユニットを備えるものとした請求項１から請求項５のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項７】
前記放射装置（１０）は傾きセンサを備え、該傾きセンサを介して傾斜値（INCLINATION）を前記制御計算ユニット（１５）に与えることができるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項８】
第２作動モード（II）において、前記受光装置（２０，２０’）を通じて予め設定可能な態様で回転された光信号の回転角度から、前記方位角（Φ）を連続的に測定可能であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項９】
前記光信号の方位角（φ，Φ）と、前記測定点の距離とを、要求に応じて表示可能、特に連続的に表示可能である構成としたことを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１０】
表示手段および／又は投影手段をさらに備え、該手段により、位置情報が表示可能および／又は対象物上に投影可能である、請求項１から請求項９のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１１】
前記受光装置（２０，２０’）は、さらに制御光線を放射するよう構成され、この放射により、特に第１および／又は第２作動モード（II）において、前記放射装置（１０）と前記受光装置（２０，２０’）との間に制御光線に基づくデータ接続がなされ、特に前記放射装置（１０）が、制御光線のための受信ユニット（２４）を備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１２】
前記表示光線および前記計測光線が同じ光線（S）から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１３】
前記表示光線および前記計測光線が互いに異なり、特に波長および／又は色において互いに異なることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１４】
前記放射装置（１０）が、少なくとも１つの、特にアキシコン（１６，１７）の形態をとった光学点ポインタもしくは線ポインタを備え、該ポインタにより、前記放射装置（１０）の座標系の少なくとも１つの軸を対象物上に表示可能であることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１５】
前記放射装置（１０）が、前記回転ポインタの座標系の極軸を表示する少なくとも１つのパイロットビームポインタを備えるか、あるいは、前記受光装置（２０，２０’）が、前記受光装置（２０，２０’）の座標系の極軸を表示する少なくとも１つのパイロットビームポインタを備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１６】
第１作動モード（I）は、前記制御計算ユニット（１５）により自動的に作動開始され得る自己調整モードを有し、該自己調整モードにおいて、前記放射装置（１０）の座標系（（X，Y））は、設計図情報の座標系および／又は対象物空間の座標系（（X’，Y’））に揃うように配置可能であり、特に、前記放射装置（１０）の点ポインタまたは線ポインタおよび／又はパイロットビームポインタによって、前記放射装置（１０）の座標系を座標軸基準に表示可能としたことを特徴とする請求項１から請求項１５のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【請求項１７】
前記第２作動モード（II）が、前記制御計算ユニット（１５）により自動的に作動開始され得る座標表示モードを備え、該座標表示モードにおいては、前記放射装置（１０）の座標系における選択座標点が、（特に前記放射装置（１０）の点ポインタまたは線ポインタおよび／又はパイロット光ポインタによって）座標軸基準に表示可能であることを特徴とする請求項１から請求項１６のうちいずれか１項記載の光学システム（１００，１００’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１上段に記載する光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学放射装置は、近年、対象物の周辺における表示又は計測を行う際の手段として様々な形態で普及している。これら光学放射装置は、手持ち式のものもあれば、必要に応じて三脚に固定できるものもある。
【０００３】
ここで、距離計測に用いられるものとしては、手持ち式で比較的簡単な構成の、例えば、独国特許出願公開１９８３６８１２号明細書に記載された手持ちレーザ測定装置が知られている。また、トータルステーションと言われるものも知られており、これは、距離計測に加え、所与の座標系などに対する相対角度情報を得ることができる。トータルステーションは、独国特許出願公開６９７３３０１４号明細書に記載されるようなスキャナとしての光学放射装置を有することができ、比較的迅速かつ正確に、対象物の表面上の指定された点の三次元空間における位置をスキャンすることを目的としている。この場合、スキャンされた点の位置を距離および角度で示す点群が生成される。このような装置は、フィールドデジタルビジョン（FDV）モジュールとも呼ばれ、対象物の部分的表面のみを三次元空間でスキャンすることを可能とする。このスキャンシステムは、直交するスキャンミラー、ガルボモータおよびエンコーダを２つずつ備え、レーザ光を案内し、ミラー位置からのレーザ光の方位角および仰角を決定する。レーザ光はパルス化され、対象物までの距離は送受信部から対象物までの往復所要時間に基づいて計測される。このモジュールは、対象物の極めて限定された視野に照準できるように、二股のマウントに支持される。基本的に、このようなトータルステーションは、より広く視野をとったレーザ距離計測の限定的なコンセプトに基づくものである。
【０００４】
同様に視野を広くとった光学距離計測装置であって、協働する対象物だけでなく協働しない対象物の測地学的用途および工業的計測用途に用いられるものとしては、独国特許１９８４００４９号明細書に記載される光学距離計測装置が挙げられる。この装置においては、広がり角の異なる分離可能な複数の光線束が単一の光学軸を有し、距離計測のために対象物に照準され得る。
【０００５】
独国特許出願公開１０２００５００００６０号明細書に記載される距離計測装置は、平面座標計測装置として構成され，位置決め手段に基づいて横方向距離と縦方向距離との同時測定に適した光学距離計測システムを備える。この装置は、制御可能な旋回手段に取り付けることで、縦および横方向距離を測定するための角度測定に適し、三角法に基づいた機能によって、位置決め手段の平面座標を計測することができる。この測定装置も、基本的には極めて限定的な角度領域における距離計測のコンセプトに基づく。
【０００６】
それらに対して、欧州特許出願公開２０６３２２２号明細書は、冒頭に述べた類の光学表示システム、すなわち、周状の対象物上に方位面を非接触式で表示するための回転レーザと、放射装置への光線を受信および／または反射する受光装置とを備えた放射装置を有する光学表示システムを開示する。回転レーザは、もっぱら、表示光線を放射するポインタとして機能する。このポインタは、制御・計算ユニットの働きにより、連続的に回転する回転作動モードと、方位面の特定の角度領域内をスキャンするスキャン作動モードとの両方の作動が可能である。このとき、前記受光装置は遠隔操作部として機能し、これにより、回転作動モードからスキャン作動モードへの切り替えが可能となり、ポインタは、遠隔操作を反映して、光線平面上の特定の角度領域内で往復揺動する。これによって、光線の状態が悪い場合においても、ポインタのレーザ光を正確に検出することができるが、このような表示システムとして設計された光学システムには、さらに改良の余地がある。
【０００７】
特に建設領域での計測の用途では、光学表示システムの改良が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の視点から、本発明の目的は、２つの作動モードで作動可能な光学表示システムを有する光学システムを、より好適なものとして提供することにある。特に、冒頭で述べた表示システムは、どの作動モードにおいても、距離および／または角度をより好適な方法で検出し、表示し、計測することができるようになっていなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
冒頭に述べた類の光学システムの課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、特に建築現場での適用に際し光学システムは、回転作動モードとスキャン作動モードとで作動することのできる回転ポインタを有するべきであるとの考えから成されたものである。この前提に基づけば、傾斜した平面の、周状に配置された対象物へのレベル出しや表示などが可能となる。本発明はさらに、別個の距離計測装置や角度測定装置などの計測器や計測手段を省略するため、放射装置を種々の計測課題もこなせるようさらに発展させたものでなければならないとの考えから成される。また、この課題をこなすためには、本発明は、第１および第２作動モードにおけるさらなる処理のため、回転ポインタの光信号の現在の方位角、及び、距離計測装置の計測点の距離を連続的に検出することが有利であるとの認識に基づいている。本発明によれば、請求項１記載の特徴として、放射装置は、回転ポインタに加え、角度測定部および距離計測装置を備える。発明のコンセプトを実現するために、計測光線および表示光線は、距離計測点が、光信号と同じ位置、もしくは光信号の直ぐ近くに配置可能となるように導かれる。したがって、距離計測は、光信号のある箇所もしくは少なくともその直近にて行うことができる。上記のとおりの発明のコンセプトにより、操作者は、光信号の位置において、方位面における光信号の角度と、計測点の距離（すなわち、放射装置もしくは放射装置内の参照点までの光信号の距離）とについての計測値情報を入手することができる。本発明は、方位角と距離との特に好適な更なる処理のため両方の作動モードで用いられるを考慮している。
【００１１】
本発明のさらに好適な実施形態は、従属請求項にそれぞれ記載される通りであり、上述の課題において説明したコンセプトを実現するための有利な可能性並びに関連する有利な点を提供する。
【００１２】
好適な構成の実施例では、回転ポインタは、回転可能な光学ポインタ、光線ユニット、および、回転光学系を備える。光線ユニットは、好適にはレーザユニットとして構成される。好適には、距離計測装置は光線ユニット、特にレーザユニットと、光学素子を有する光学ユニットを備える。特には、距離計測装置は、送受信光学系と、光学軸を有する回転可能な光学送信経路と、光学軸を有する回転可能な光学受信経路を備える。ここで、光学送信経路は計測光線の対象物への送信を担い、光学受信経路は、対象物から反射した、および／または、反射された計測光線の受信を担う。距離計測装置が備える送受信光学系が持つ、このような同軸または二軸構成の送受信経路は、対象物の測定点からの距離を非接触式に測定することを可能とする。特には、基本的に用いられる計測光線には関係なく、様々な距離計測方法が実現可能であり、例えば、対象物までの距離を、経過時間計測、位相計測、またはレーザ三角測量を用いて非接触式に求める方法が知られている。
【００１３】
回転ポインタの光線ユニットと、距離計測装置の光線ユニットとは、同一のものとしても良いし、そうでなくても良い。比較的コンパクトかつ簡単な構成の実施形態において、回転ポインタおよび距離計測装置が共有する光線ユニットにより、本質的に同一である表示光線と計測光線とを実現する。言い換えれば、この１つの光線が表示光線であると同時に計測光線でもあり、光信号と計測点との双方が生成される。
【００１４】
また、他の好適な実施形態においては、回転ポインタと距離計測装置は、異なる光線ユニットを別々に有し、それぞれ表示光線と計測光線とを異なる光線として生成するのもよい。例えば波長や色を異にしてもよい。これにより、例えば、色の異なる光信号と測定点とが互いに近接して対象物上において重なっていたり、隣接していたりするときも、操作者にとって識別しやすい。必要に応じて、放射装置内、特に放射装置の出力光学系領域においては、回転ポインタの表示光線を案内するための光学軸と、距離計測装置の計測光線を案内するための光学軸とが少なくとも部分的に重複するように、または少なくとも互いに放射装置の放射範囲内に配置するのが良い。
【００１５】
構造的に好適な角度測定部は、回転ポインタのポインタ装置の全方位角に亘り並べられたセンサにより実現される。センサは、好適には光信号によって反射された光線の測定を担い、よって、光信号の現在の方位角を測定することができるものとする。求められる必要性や精度に応じて、角度測定部に関する構成は、上述の構成と異なるものとしてもよい。例えば、欧州特許出願公開２０６３２２２号明細書に記載される角度測定の構成を用いても良く、この文献の内容は本願明細書において引用開示されるものとする。
【００１６】
好適には、放射装置および制御計算ユニットは、１つのハウジングにコンパクトに配設される。
【００１７】
特に好適な実施形態において、方位角および距離の処理は、特に第１作動モードにおいて、建設業または建設関連業への適用に際して特に好適なものとなる。
【００１８】
好適には、少なくとも第１作動モードにおいて、回転する光信号の角速度を調整可能で有り、また、第１作動モードにおいては、方位角は連続的に回転する光信号の回転角度として、連続的に測定され得るものとされる。角速度を用いることで、比較的限定的な計算電子機器でも、複雑な幾何形状を、方位角および距離の値を用いて求めることが出来る。代替として、光信号の回転と、計測データとの算出はインクリメンタリにすなわち階段的に成されるものとしても良い。特に、少なくとも第１作動モードにおいて、制御・計算ユニットの付加処理モジュールを、方位角および距離の値を元に、対象物基準の空間座標系を特定するように構成するのが好適であることがわかっている。この空間座標系の特定は、方位角とこれらに対応する距離の値とのリストのうちの特異点を特定すると特に好適に遂行することができ、例えば、一般的には特異点に対応ささせて空間の角を特定することができる。さらには、対象物基準の空間座標系の特定に際して、他の画像表示手段および／または信号化手段を使用するものとしても好適である。対象物の全体配置情報は、放射装置の制御・計算ユニットとのインタフェースを介して特に好適に付与することができる。
【００１９】
好適には、光学計測システムはさらに、そのハウジング内に配設された、ファインダ・カメラ光学系を有する光電子画像撮像部を備えるものとしても良い。好適には、ファインダ・カメラ光学系は、対象物上の対象点（特には光信号および測定点に係る対象点）を求めるためにこれらと接続される画像経路と、対象物の光電子画像を生成するための画像処理ユニットとを備える。この構成により、対象物の空間座標系の特定を好適に行うことができる。方位角および距離の値により、対象物の空間座標に矛盾がないことも検証することができる。光電子画像撮像を採用することで、このシステムは、空間の角部や縁部などの特定の対象物の特異部分にねらい定めて接近し測定することができる。
【００２０】
好適には、放射装置は、さらに傾きセンサを備え、これによって、傾斜値を制御・計算ユニットに伝送することができる。この構成により、放射装置の傾きに応じて修正や座標変換などを行うことができる。
【００２１】
上述の好適な実施形態は、第１作動モードにおいて、光学計測システムの独立したレベル出しをする際に特に好適である。特に好適には、第１作動モードは、制御・計算ユニットによって自動的に作動開始され得る自己調整モードを備える。好適には、自己調整モードでは、放射装置の座標系と、対象物の空間の座標系とを、特に操作者の操作を必要とすることなく自動的に比較調整および／または一致させることができる。また特に、上記の代替または付加構成として、放射装置の座標系を、設計図情報の座標系と比較調整および／または一致させることができるものとしてもよい。第１作動モードを、制御・計算ユニットの自動スタートモードにおいて呼び出せる構成とし、または開始モードとしてプリセットすることが特に好適であることが分かっている。前述の実施形態の枠組みにおいて、これら利点を備えることにより、スイッチを入れることで自動的に第１作動モードの自己調整モードに切り替わるため、操作者は、光学計測システムを、例えば建築現場にて特に効果的に適用することができる。その後、好適には放射装置の座標系は対象物の空間の座標系および／または設計図情報の座標系と比較調整し、操作者はその後直ぐに、光学計測システムを、対象物の空間の座標系、もしくは設計図情報の座標系の計測に使用することができる。さらに他の実施形態において、放射装置の点ポインタまたは線ポインタ、および／またはパイロットビームポインタを使用すると、特に前述の比較調整された状況において回転ポインタの座標系を表示する際に好適であることが分かっている。
【００２２】
点ポインタまたは線ポインタは、空間座標系の、その方位面上のX軸またはY軸を示すのが好ましく、これらX軸およびY軸は、例えば壁などに平行な線として表示することができる。放射装置のパイロットビームポインタは、軸線、例えばZ軸などを特定の方位面に垂直なものとして示すのが好ましく、パイロットビームポインタは、この軸線を下方および／または上方に向かって表示することができる。特に点ポインタまたは線ポインタは、アキシコンや類似の光学系であって別個の放射装置を有するものとして実現されてもよい。代替または付加構成として、回転ポインタおよび／または距離計測装置の光線ユニットの光線を使用するものとしても良い。
【００２３】
本発明のコンセプトによれば、光学計測システムは、特に第２作動モードを補助するために、放射装置の他に、放射装置と通信可能に接続され、放射装置の光線を受信および／または反射するように構成された受光装置を備える。好適には、受光装置はさらに、放射装置と通信するための送受信手段を備える。この構成により、特に、回転ポインタと受光装置との間の制御光線によるデータ接続が可能となる。この送受信手段は、制御光線として、例えば赤外線や電波を用いるものとしてもよい。基本的に、受光装置には、回転ユニット及びそのフィードバックによって、受光装置が動いた場合にも、受光装置における光信号および／または計測点を同じところに保持されるように構成されたセンサ手段が設けられる。受光装置の、光線、特に表示光線および／または計測光線の受信および／または反射を担うセンサは、例えば光学センサ、特に好適には、多象眼光学センサとして構成される。多象眼光学センサを用いると、受光装置の受像面積が拡大するため、操作者にとって、光信号を受光装置に位置させやすくなるという利点がある。この特徴は、特に、回転ポインタが方位角において限定的な角度領域でスキャンをする、第２作動モードのスキャンモードにおいて好適である。好適には、特に第２作動モードにおいて、受光装置を通じて所与のとおり回転される光信号の方位角もしくは回転角度と、放射装置の参照点から受光装置までの距離とを連続的に検出することができるものとする。このように構成された第２作動モードにおいて、操作者は、受光装置とその光信号および距離計測点を、これらが、対象物および／または設計図情報の空間の座標系における、光信号および／または計測点の配置によって与えられた座標と一致するまで動かすことができる。操作者は、システムが提示する適切な表示手段（例えば矢印など）から判断し、受光装置を効率的に動かすことができる。さらに、光信号は、前もって与えることのできる座標に適合した方位角に固定されることができ、操作者は連続的な距離計測において受光装置を光信号に沿って、所与の座標に適する受光装置までの距離がこれに表示されるまで動かすことができる。このようにして、座標の決定を１次元のサーチにまで減少させることができる。このようなトラッキングモードとして構成された第２作動モードにおいては、この受光装置によって、周状の対象物の例えば柱、壁、窓などの位置を測定することができる。これまでは、このような測定は、複数の光学システム、すなわち別個の表示手段や別個の計測システムの助けを借りて行われなければならなかった。
【００２４】
好適には、光学システムは、適切な操作者の用に供する表示インタフェース（表示手段）を備え、これは例えば受光装置を第２作動モードで動かす際の時点の座標値を操作者に知らせる。例えばこれは、受光装置そのものに表示されるものとしても良い。特に好適には、光信号および／または測定点、すなわち受光装置の位置および／または座標データを表示することのできる、および／または対象物上に投影することのできる投影手段としても良い。特には、光信号の方位角と測定点までの距離とを表示可能なものとすると好適であることが分かっており、さらに、特に要求された場合や、または必要に応じて連続的に表示するものとすると、さらに好適である。
【００２５】
総じて、本発明のコンセプトの、第２作動モードのさらなる実施形態は、選択された座標点を回転ポインタの座標系に対比した状態で表示する可能性も提示している。好適には、さらに第２作動モードにおいて、座標表示モードが制御計算ユニットによってプリセットされる構成とする。受光装置の位置の表示には、これは、好適には点および／または線の表示、またはパイロットビームポインタが用いられる。
【００２６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態例を説明する。図面は必ずしも寸法比率等を表すものではなく、発明を説明するにあたって好適なように、線的に、場合によっては若干歪曲して描かれたものである。図面の解釈にあたっては、当業者の常識に照らし合わせ直接的に導き出せる範囲に及ぶものとする。その際、発明の範囲を超えることなく、実施形態例における詳細に種々の修正および変更を加えることが可能であることに留意されたい。明細書、図面、および請求の範囲において開示された発明の特徴は、個々としても、または任意の組み合わせとしても、発明の実施において用いられることができる。上記には、明細書、図面、および／または請求の範囲において開示された特徴のうち、少なくとも２つの全ての組み合わせが当てはまる。発明の精神は、以下に示され説明された好適な実施形態に限定されることはなく、また、請求の範囲に記載されたよりも減縮された実施形態に限定されることはない。数値範囲が記載されている場合には、限界値として挙げられている値の間の数値も限界値として挙げられているものとし、任意に置き換え、また請求の範囲に組み込むことができるものとする。簡潔性のため、以下において、同一または同様の部材、または同一または同様の機能を有する部材は同じ符号番号で示される。
【００２７】
発明のさらなる利点、特徴および個々の詳細については、以下で説明される発明の好適な実施形態から、また、図面から理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の光学システムの第１実施形態を示す図であり、この光学システムは、方位面における建デザインに適したコンパクトな測定システムを実現するための、放射装置及び受光装置を有する。この図において、本光学システムは、３６０°の周角にわたり連続的に回転する光信号を生成する第１作動モードにある状態として示される。
【図２】本発明に係る光学システムの、図１と同様の他の実施形態を示す図であり、この光学システムは、受光装置が、光学ポインタおよび／または計測光線の受信および反射を担う多象眼光学センサを備える。この図において、本光学システムは、全回転角のうち、特定の角度領域を往復回転可能な光信号を生成する第２作動モードにある状態として示される。
【図３】図１および図２に示す光学システムが、第１作動モードおよび第２作動モードにおいて作動する際のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１に示すのは、周状配置の対象物に方位面内の表示と測定をするために設計された光学システム１００であり、この光学システムは、放射装置１０とこの放射装置１０に配設された受光装置２０とを備える。放射装置１０は、そのハウジング１１内に、回転レーザとして構成された回転ポインタ１２、この回転ポインタに配設された角度測定部１３（当実施形態ではアブソリュート型エンコーダで構成されている）、距離計測装置１４、および、この距離計測装置１４に、データおよび制御値の通信ができるように接続された制御計算ユニット１５を備える。放射装置１０のハウジング１１の側方には、さらに２つのアキシコン１６，１７が取付けられ、これらアキシコン１６，１７は、放射装置１０の座標系のX軸およびY軸（以下単に、X，Yとも表示する）を表示するのに用いられる。当実施形態では、回転ポインタ１２、距離計測装置１４およびアキシコン１６，１７は、光線Sを生成するためのレーザユニットとして構成された単一の光線ユニット１８の光線を案内する。光線Sは、ビーム化されパルス化された光線として構成され、距離計測装置１４の計測光線としても、回転ポインタ１２の表示光線としても用いられる。放射装置１０の光学系は、詳細は記さないが、鏡、レンズ、ビームスプリッタなどの良く知られた光学素子を備えて構成される。光線Sのための案内は光学素子によって構成され、周状対象物の周面上の点Pに、この周状対象物上に方位面Eにおける方位角φを表示する光信号と、光線ユニット１８の参照点となる部分から点Pまでの距離Dを決定するための測定用の点（測定点）との両方が、形成されるようになっている。当実施形態では、距離計測装置１４は、前記参照点と、測定点として機能する対象物上の点Pとの間の距離Dを、光線Sを用いて非接触かつ連続的に計測するように構成される。また距離計測装置１４は、距離Dの測定値を制御計算ユニット１５に伝送することができる。また、角度測定部１３は、点Pに生成された光信号の現在の方位角φを連続的に求め、方位角φの測定値を適切な形態で制御計算ユニット１５に伝送する。制御計算ユニットは、点Pにおける現在の光信号の方位角φを、点Pにおける測定点の距離Dに関連づけるとともに、さらなる処理を行うための適切な処理手段および保存手段を備える。また、当実施形態では、さらなる処理には、極座標D，φのデカルト座標X，Yへの変換が含まれる。また、さらなる処理においては、極座標及びデカルト座標のいずれにせよ、このように決定された座標を、光学システム１００の第１作動モードIおよび第２作動モードIIに提供する。
【００３０】
図１〜図３を参照して説明される第１作動モード（図３中、Iで示される第１スイッチ位置）において、「スタート」ステップの後、光学システム１００は、ステップI．２において、回転ポインタ１２によって光線Sを表示光線として放射することにより、変化する値Dおよびφを有する、方位面Eにおいて３６０°の全周にわたり連続的に回転する光信号を生成することができる。このため、制御計算ユニット１５は、平面Eにおける対象物表面上の点Pまでの、連続的に変化する距離Dおよびその方位角φを連続的に検出する。計測時間および検出時間（特に距離Dの）を、距離Dと角度φとの変化の時間間隔にあわせることが出来るように、回転する光信号、すなわち回転する点Pの角速度ωの設定を、まずステップI．１で行う。これは、当実施形態では必ずしも一定である必要はなく、段階計測モードまたは連続計測モードに応じて条件設定できるようにすれば良い。特に、ステップI．２では、測定値の算出が、回転角３６０°の複数回それぞれにても行われるよう、回転角３６０°を複数回回転するものとしてもよい。ステップI．２の終了後、制御計算ユニット１５は、３６０°の角度領域におけるD，φの測定値リストから、対象物である矩形空間の空間座標系（X’，Y’）を推定することができる。座標の原点および座標軸の方向は、設計図から自動的に読み取られるものとしても、もしくは操作者による指示において決定されるものとしてもよい。従って、光学システムは、ステップI．１，I．２で、“スタート”後、まずは図１に示される第１作動モードに移行する。空間座標系（X’，Y’）は、変換角度Δ分、放射装置１０の座標系（X，Y）に対して回転または移動させられる。制御計算ユニット１５は、続いて行われる空間座標系（X，Y）からの座標変換を、空間座標系（X’，Y’）への変換角度Δ分の回転として求めるように構成される。さらに、その先のステップI．３では、まず変換角度Δが求められ、続いてステップI．４では、放射装置１００のアキシコン１６，１７が、方位面Eにおける対象物空間の空間座標系（X’，Y’）を表示するように放射装置１０の変換角度Δ分の回転がなされ、また、さらに並進変位がある場合には、平行移動も考慮される。
【００３１】
計算モジュールにおいてステップI．４の処理の精度をより高めるために、（PLAN）、（IMAGE）、（INCLINATION）などの情報を必要に応じてさらに利用可能としてもよい。制御計算ユニット１５は、設計図（PLAN）、画像（IMAGE）、および／または、傾き（INCLINATION）などの放射装置１０に関係し得る情報を伝達するために、図３においてシンボル的に示したインタフェース１９を備える。
【００３２】
ステップI．５における操作者とのやりとりのあと、放射装置１０は、まず初めに、図２に示される、変換角度Δ分回転した状態になり、この状態は、計測作業の終了もしくは中断まで保持される。この状態において空間座標系（X’，Y’）が表示される。図示しない実施形態例において、アキシコン１６，１７などが表示する軸は、異なる色で表示されるものとしてもよい。例えば、X軸のX，X’を赤、Y軸のY，Y’を緑とすることができる。
【００３３】
以上まとめると、光学システム１００を設置して起動したあと、図１及び図３に示された第１作動モードIによって、放射装置１０は、自動的に、方位面Eにおける空間の座標系（X’，Y’）に自己調整され、その際、周角３６０°の全周について計測されたD，φの計測値に基づいて、空間の輪郭である線や角が認識され、放射装置１０が空間に対してどれだけの変換角度Δで配向しているかが求められる。続いて放射装置１０は、変換角度Δ分回転され、空間の座標系に合わせられる。この目的のため、放射装置１０は、適切なブラケットまたは調整台に取り付けられ、ステッピングモータなどの連続的に可動なモータによって、制御計算ユニット１５からの入力に応じて作動することのできる構成にすることができる。
【００３４】
図示されない実施形態例においては、アキシコン１６，１７にも、例えばステッピングモータなどのモータを適宜設けてもよい。この構成により、点または線の表示がX，Y軸からX’，Y’軸に変換角度Δ分回転するように、アキシコン１６，１７を放射装置１０のハウジング１１とは独立に配向させることができる。
【００３５】
本実施形態においては、特に、空間の座標系（X’，Y’）を、設計図により提供された外形図の座標系と見なすことができる。すなわち本実施形態において、制御計算ユニット１５は、D，φの測定値リストに基づいて、適切なデカルト座標への変換後、方位面Eにおける対象物の空間の外形を利用可能なものにする。このようにして決定された外形は、設計図（PLAN）の情報を介して、設計図における外形であると同定することができる。この同定は、例えば画像（IMAGE）の情報を用いてチェックすることもできる。まとめると、光学システム１００が設置され、スイッチを入れられた後、第１作動モードIは、対象物の空間の外形を自動的に測定し、設計図の外形に対応させてそれを同定することにより作業者を支援する。複数の外形が設計図（PLAN）の情報に含まれる場合、光学システム１００は独立して、設計図（PLAN）の情報のどの設計図が適切かを判断する。操作者とのやりとりは可能な限りなくすことができ、この用途を極めて広いものとすることができる。この同定は、例えば、最小２乗法や場合によっては最適化手法に基づいて両座標を比較し、一致度が最も高いものとすることによって行ってもよい。しかし、無視できない不一致がでた場合、操作者の判断を仰ぐことができる。
【００３６】
操作者は、例えば、ディスプレイや放射装置１０の生成する投影面の一部を介して、対象物空間の外形と設計図との同定を適切に行うことができる。放射装置は、操作者インタフェースとしての投影面を生成するため、ミニプロジェクタ（図示せず）を備える。例えば、この投影は、対象物空間内の適切な壁や床に投影するものとしてもよい。特に、後述の第２作動モードIIでは、点PまたはP’の現在位置、特に点Pの実際位置および点P’の目標位置が表示もしくは投影される構成とすることができる。
【００３７】
破線で描かれた第２スイッチ位置によって示される、図２および図３の第２作動モードIIにおいて、例えば図２に例示される定義された丁張点（stakeout point）を、空間座標系（X’，Y’）における点P’の目標位置として自動的に同定することができる。図２は、基本的に図１の光学システム１００を若干変更した形態をとる光学システム１００’を示す。光学システム１００’と図１の光学システム１００とは、受光装置２０’の構成において異なる。受光装置２０と異なり、受光装置２０’は、３つの検出野２１．１、２１．２、２１．３を有する象眼検出器２１’を備えていて、放射装置１０とのインタラクションおいて、光線Sを象眼検出器２１’の中央領域２１．２に合わせられるようになっている。
【００３８】
図１の受光装置２０は、簡単な構成の検知器２１、および受光装置２０の位置を表示するための表示装置２２を備える。さらに、操作者が入力して放射装置１０の制御を可能にするための入力装置２３も設けられる。このために受光装置は、図示されない制御光線により無線で放射装置１０と通信可能な送受信手段２４を備える。同様に放射装置１０も、図示しない制御光線の送受信手段を有し、受光装置２０との通信を可能とする。
【００３９】
図２に示される当実施形態の光学システム１００’において、同一または同様の部材または同一または同様の機能を有する部材は、図１に示される光学システム１００におけるものと同じ符号で示される。図２に示される光学システム１００’は、図１の光学システム１００との対比において、放射装置１０および／またはアキシコン１６，１７が、方位面Eにおける対象物空間の空間座標系（X’，Y’）に位置合わせされた状態を示す。後者は前述の方法で、元々の放射装置１０の座標系（X，Y）から変換角度Δ分回転されている。
【００４０】
第２作動モードIIでは、ステップII．１において、まずは極座標Φ１’，D１’における位置P１’が、操作者の入力により、測定データと設計図とのマッチングにより、又は、受光装置で光信号をキャプチャすることにより求められる。この座標は、回転された座標系において「’」を付けて表される。光学システム１００のこの状態は、図１に示される。この状態において、２つめのステップII．２では、いわゆる点P１’のキャプチャが行われる。すなわち、計測光線および表示光線としての光線Sが、受光装置２０または２０’に照射される。
【００４１】
次のステップII．３では、周知の方法で、例えば座標Φ２’，D２’に予め与えることのできる測定点P２’が測定される。ここでは、操作者が、対応する座標（デカルト座標でも極座標でも良いが）を受信装置２０上の入力面２３に入力するものとしてもよいが、通常、所与の点P２’の座標、すなわち新たなP２’の回転角度Φ２’と新たなP２’の距離D２’を表示する、受光装置２０上の表示２２または放射装置１０による投影が現れるまで、単に操作者が受信装置２０’を動かすのが特に好適であろう。この場合、表示もしくは入力される座標は、代替としてデカルト座標によるものとしてもよい。測定II．３とされるこのステップでは、座標（D１’，Φ１’）から（D２’，Φ２’）へと変更されるとともに、光信号及び測定点の位置が、点P１’から点P２’へ変更される。
【００４２】
この作業は基本的には、測定ステーションが光線Sを対応する新しい角度Φ２’に旋回させる第１バリエーションにおいては、受光装置２０’は、正しい距離D２’かつ角度Φ２’に到達するとすぐに、例えば光学信号や音声信号を発する。代替として、操作者は、受光装置２０’を、光線S、すなわち距離計測点および光信号を捉えた状態において、正しい位置に到達したことを知らされるまで動かすものとしても良い。操作者は、受光装置の適切な表示手段（例えば矢印など）によって、動かすべき方向を知ることができるため、受光装置の動きは、システムにより適切に導かれる。このような表示を対象物空間の床や壁などに表示するものとすると、操作者にはより好都合である。受光装置２０’は、詳述されない上方および下方に向けられたパイロットビームや、側方に延びるポインタなどの光学ポインタを備える。
【００４３】
まとめると、光学システム１００，１００’によれば、操作者は、受光装置２０，２０’をそれぞれ対応する位置に動かすことで、例えば設計図に定義された点P１’，P２’，P３’・・・と続く丁張点に、自動的に到達することができる。また、光学システム１００，１００’の計測光線Sと信号とを対応する位置として表示することもできる。このようにして、方位面Eにおける、柱、壁、ドア、窓などのための、予め計画された調査対象となる点を方位面Eに簡単に丁張りすることが可能となる。
【００４４】
光学システム１００，１００’は、特に好適な対応するMMI機能（マン・マシン・インタラクション）を受信装置２０，２０’おいて備えるが、特に図示はされない。また、受信装置２０，２０’に、例えば光電子カメラなどによって、受光装置２０，２０’が方位面Eの空間の空間座標系（X’，Y’）にある位置にグラフィックとして提示されることも考慮に値する。
【符号の説明】
【００４５】
１０  放射装置
１１  ハウジング
１２  回転ポインタ
１３  角度測定部
１４  距離計測装置
１５  制御計算ユニット
１６  アキシコン
１７  アキシコン
１８  光線ユニット
１９  インタフェース
２０  受光装置
２１  検知器
２２  表示装置
２３  入力装置
２４  送受信手段
１００  光学システム
E  方位面
S  光線
【図１】
2013152224.tif 000003
【図２】
2013152224.tif 000004
【図３】
2013152224.tif 000005
【外国語明細書】
2013152224000001.pdf