(57)【要約】  少なくとも２次元の測定領域１２における目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭを決定するための方法であって、目標装置１３が反射要素１８とともに目標物１１に配置され、第１及び第２のレーザー距離計１４、１５間の第１の基準距離が確認される第１の工程と、第１のレーザー距離計１４から目標物１１への第１の距離及び第２のレーザー距離計１５から目標物１１への第２の距離がレーザー距離計１４、１５のレーザー距離測定によって決定される第２の工程と、制御装置１７により目標物１１の前記位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭが前記距離から算出される第３の工程と、からなる方法。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定領域（１２、５２）における目標物（１１、５１）の位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を決定するための方法であって、
目標装置（１３、５３）が反射要素（１８、５７）とともに前記目標物（１１、５１）に配置され、第１及び第２のレーザー距離計（１４、１５、５３、５４）間の第１の基準距離（Ｌ１）が決定される第１の工程と、
前記第１のレーザー距離計（１４、５４）から前記目標物（１１、５１）への第１の距離（Ｄ１）及び前記第２のレーザー距離計（１５、５５）から前記目標物（１１、５１）への第２の距離（Ｄ２）が前記レーザー距離計（１４、１５、５４、５５）のレーザー距離測定によって決定される第２の工程と、
制御装置（１７）により前記目標物（１１、５１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）が前記距離（Ｌ１、Ｄ１、Ｄ２）から算出される第３の工程と、
からなる方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記第１及び第３のレーザー距離計（５４、５６）間の第２の基準距離（Ｌ２）及び／又は前記第２及び第３のレーザー距離計（５５、５６）間の第３の基準距離（Ｌ３）がさらに決定され、
前記第２の工程では、前記第３のレーザー距離計（５６）から前記目標物（５１）への第３の距離（Ｄ３）が前記第３のレーザー距離計（５６）のレーザー距離測定によってさらに決定され、
前記第３の工程では、前記目標物（１１、５１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）が前記第３の距離（Ｄ３）並びに前記第２及び／又は前記第３の基準距離（Ｌ２、Ｌ３）からさらに決定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１、第２及び／又は第３の基準距離（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）によるレーザー距離測定によって決定される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
各レーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）により前記他のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）からのレーザー距離測定が行われ、前記基準距離（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を２つの距離の値の平均化により求める、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）から前記目標物（１１、５１）への前記レーザー距離測定が前記制御装置（１７）により同時に行われる、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の方法を実施するための、少なくとも２次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定領域（１２、５２）における目標物（１１、５１）の位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を決定するための装置（１０）であって、
反射要素（１８、５７）を有し、前記目標物（１１、５１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を定義する目標装置（１３、５３）と、
第１のレーザービーム（３６．１）を発する第１送信要素（３１．１）と、前記第１の受信ビーム（３７．１）として前記反射要素（１８、５７）により少なくとも部分的に反射される第１のレーザービームを受信する第１の受信要素（３２．１）と、第１の制御要素（３５．１）とを有する第１のレーザー距離計（１４、５４）と、
第２のレーザービーム（３６．２）を発する第２送信要素（３１．２）と、前記第２の受信ビーム（３７．２）として前記反射要素（１８、５７）により少なくとも部分的に反射される第２のレーザービームを受信する第２の受信要素（３２．２）と、第２の制御要素（３５．２）とを有する第２のレーザー距離計（１５、５５）と、
前記レーザー距離計（１４、１５、５４、５５）を制御する制御要素（１７．１）と、前記目標物（１１、５１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を計算する評価要素（１７．２）とを有する制御装置（１７）と、
を備える装置。
【請求項７】
第３のレーザービーム（３６．３）を発する第３送信要素（３１．３）と、前記第３の受信ビーム（３７．３）として前記反射要素（５７）により少なくとも部分的に反射される第３のレーザービームを受信する第３の受信要素（３２．３）と、第３の制御要素（３５．３）とを有する第３のレーザー距離計（５６）が備えられている、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）が前記第１、第２、及び／又は第３のレーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を反射する反射面（２６、２７）を有する、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）が、８０°を超える開角度を有する前記第１、第２及び／又は第３のレーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を拡張するビーム形成レンズ（３４．１、３４．２、３４．３）を有する、ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか１つに記載の装置。
【請求項１０】
前記ビーム形成レンズ（３４．１、３４．２、３４．３）が前記第１、第２及び／又は第３レーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を前記測定面（１２）に実質的に平行な方向に拡張する、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビーム形成レンズ（３４．１、３４．２、３４．３）が前記第１、第２及び／又は第３のレーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を前記測定面（１２）と実質的に垂直な方向で視準又は焦点調節する、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）はモーターユニットを有し、前記モーターユニットは前記第１、第２及び／又は第３レーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を前記測定面（１２）に垂直な回転軸又は旋回点の周りで旋回させる、ことを特徴とする請求項６乃至１１の何れか１つに記載の装置。
【請求項１３】
前記第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計（１４、１５、５４、５５、５６）はビーム形成レンズとモーターユニットとを有し、前記ビーム形成レンズは開角度が最大１０°の前記第１、第２及び／又は第３のレーザービーム（３６．１、３６．２、３６．３）を拡張し、前記モーターユニットは前記第１、第２及び／又は第３の拡張されたレーザービームを前記測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで移動させる、ことを特徴とする請求項６乃至１２の何れか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記反射要素が回転対称体（１８、５７）又は回転対称体の１部分として構成される、ことを特徴とする請求項６乃至１３の何れか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記目標装置がハンドヘルドの器具に装着される、ことを特徴とする請求項６乃至１４の何れか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の目標物の位置座標を決定するための方法及び請求項６の前文に記載の目標物の位置座標を決定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、目標物の２次元位置座標を決定するための装置であって、目標装置と、第１の回転レーザービームを発する回転レーザーとして設計される第１の測定機器と、第２の回転レーザービームを発する回転レーザーとして設計される第２の測定機器と、制御要素と評価要素とを有する制御装置とを備える。２つの回転レーザー及び目標装置は、適切な通信リンクにより制御装置に接続される。目標装置は、目標物に装着され、目標物の位置座標を印す反射要素と、回転レーザーに装着されるとともに反射要素で反射されるレーザービームを検出する２つの受信要素とを備える。第１の回転レーザービームは反射要素で反射され、目標装置の第１の受信要素に照射される。第１の受信要素は、第１のレーザービームの受信時に制御装置へ第１の情報信号を送信する。第２の回転レーザービームは反射要素で反射され、目標装置の第２の受信要素に照射される。第２の受信要素は、第２のレーザービームの受信時に制御装置へ第２の情報信号を送信する。受信要素が制御装置に送った情報信号を介して受信要素が第１及び第２のレーザービームを検出した時間に関する情報を制御装置は受信する。２つの回転レーザーはそれぞれ、角度測定機器を備えている。受信要素がレーザービームを受信した時点において、回転レーザーの現在の角度が角度測定機器に検出され、制御装置に送信される。評価要素は２つの回転レーザーの既知の位置座標及び回転レーザーと目標物の検出角度から三角法により目標物の位置座標を計算する。三角法は、三角形には３つの辺と３つの内角があり、三角形の３つの未知の変数は３つの既知の変数により算出が可能であるという基本的概念に基づくものである。
【０００３】
目標物の位置座標を決定する既知の機器には、複雑で測定機器の費用の増加につながる角度測定機器が第１及び第２の測定機器にそれぞれ必要となるという欠点がある。さらに、既知の装置は測定面内の２次元位置座標の決定のみに適しており、測定空間の３次元座標を決定することはできない。２つの測定機器の回転レーザービームによる同時測定は不可能である。測定面内で目標物が高速で移動している場合には特に、測定の遅れは目標物の位置座標の測定の誤差につながる。角度測定に基づく三角法による位置座標の決定には、距離に比例した測定誤差が生じるという欠点もある。特に３０メートルを超えるような長距離の場合等、角度測定機器に高い精度が求められるが、そのような場合には角度測定機器の費用がさらに増加するため、位置座標を決定する既知の装置の費用も増加する。
【０００４】
特許文献２は、三角法により３次元測定空間における目標物の３次元位置座標を決定するための装置を記載している。３次元測定空間は、２次元測定面と測定面に垂直な方向にさらに分割することができる。装置は、目標物を印す目標装置と、測定面における目標物の２次元位置座標を決定する水平機器と、垂直方向における目標物の位置座標を決定する垂直機器と、制御要素と評価要素とを有する制御装置から成る。水平機器は、測定面で回転する第１のレーザービームを発する回転レーザーとして構成される第１の測定機器と、測定面で回転する第２のレーザービームを発する回転レーザーとして構成される第２の測定機器とを備える。垂直機器は、測定面を回転するとともに測定面に垂直な第３のレーザービームを発する回転レーザーとして設計される第３の測定機器を備える。回転レーザーと目標装置は適切な通信リンク経由で制御装置と接続されている。各回転レーザーは、レーザービームを発する送信要素と、情報信号を発する送信機と、基準角度を定める基準マーキング機器とを備える。回転レーザービームが基準マークを超えると発信機は情報信号を発し、その情報信号は目標装置に送信され、目標装置の検出器に検出される。目標装置は、レーザービームを受信する第１の検出器と、情報信号を受信する第２の検出器とを備える。第１の検出器は、レーザービームに照射された際に電気パルスを発する複数の受信要素を有する。電気パルスは、通信リンク経由で制御装置に送信される。レーザービーム及び情報信号が目標装置に検出された時点で、制御装置は目標物の角度を決定する。
【０００５】
目標物の座標位置を決定するための既知の装置には、角度の測定精度が高くなると、回転角速度への要求が高くなるという問題がある。特に３０メートルを超えるような長距離の場合等、回転角速度はほぼ一定でなければならない。回転角速度を極めて一定に保つには、非常に精密で複雑な仕組みが必要となり、そのような仕組みは非常に高価な一方で、誤差が生じやすくなる。回転レーザービームにより、同時測定は不可能となる。測定面内で目標物が高速移動している場合には特に、測定の遅れは目標物の位置座標の測定の誤差につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２３４６１号明細書
【特許文献２】欧州特許第０７１７２６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、目標物の２次元又は３次元位置座標を決定するための方法であって、屋内での使用に適しかつ目標物の正確な位置座標を提供する方法を提供することである。さらに、本発明の方法に適した、装置への予算が限定的でも高精度で位置座標を決定できるような、目標物の位置座標を決定するための装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に基づき、目標物の位置座標を決定するために導入される手法として、本発明の目的は独立請求項１の構成により達成される。本発明に基づき、目標物の位置座標を決定するために導入される装置として、本発明の目的は独立請求項６の構成により達成される。優位性を有する改良点については、従属項が定義する通りである。
【０００９】
少なくとも２次元の測定領域における目標物の位置座標を決定するための本発明の方法は、
反射要素を有する目標装置が目標物に配置され、第１及び第２のレーザー距離計間の第１の基準距離が確認される第１の工程と、
第１のレーザー距離計から目標物への第１の距離及び第２のレーザー距離計から目標物への第２の距離がレーザー距離計のレーザー距離測定によって決定される第２の工程と、
制御装置により目標物の前記位置座標が上記の距離から算出される第３の工程と、
からなることを特徴とする。
【００１０】
レーザー距離計を用いて目標物の位置座標を決定する手法には、高価な角度測定機器が必要ではないにもかかわらず、位置座標を高精度で決定することができるという優位性がある。レーザー距離測定は技術として確立されており、レーザー距離計は、レーザー距離測定機及び角度測定機器を有する総合ステーションに対して費用面で優位性がある。第１の工程には２つの部分工程があり、１つが目標物に目標装置を配置する部分工程、もう１つが基準距離を確認する部分工程であり、任意の順序によっても、同時に実施することもできる。
【００１１】
この本発明の方法の発展形における第１の工程では、第１と第３のレーザー距離計間の第２の基準距離及び／又は第２と第３のレーザー距離計間の第３の基準距離がさらに確認される。第２の工程では、第３のレーザー距離計から目標物への第３の距離が第３のレーザー距離計を用いたレーザー距離測定によりさらに確認される。第３の工程では、第３の距離並びに第２及び／又は第３の基準距離から目標物の位置座標がさらに算出される。第３のレーザー距離計の使用により、測定面で２つの位置座標を決定するよりも精度を向上させることができる。目標物が第１と第２のレーザー距離計を結ぶ線に近くなる程、精度は低下する。第３のレーザー距離計でも、測定空間における目標物の３次元位置座標の決定が可能である。目標装置の形状、測定範囲におけるレーザー距離計の配置、並びにレーザービームの拡張及び／又は動きにより、装置が２次元又は３次元位置座標の決定に使用できるか否かが決まる。円筒又は円筒の１部分のような目標装置を２次元位置座標の決定に用い、球又は球の１部分のような目標装置を３次元位置座標の決定に用いる。
【００１２】
３つのレーザー距離計が直角三角形を形成する特別な場合には、第１と第２のレーザー距離計間の距離以外にさらにもう１つ基準距離のみが必要となる。具体的には、第１と第３のレーザー距離計間の第２の基準距離あるいは第２と第３のレーザー距離計間の第３の基準距離である。３つのレーザー距離計が直角三角形を形成しない、それ以外の全ての場合において、第２及び第３の基準距離が位置座標の決定に必要となり、第２及び第３の基準距離は本発明の方法の第１の工程において確認される。
【００１３】
第１、第２及び／又は第３の基準距離は、第１、第２及び／又は第３レーザー距離計を用いたレーザー距離測定により確認することが好ましい。目標物からレーザー距離計への距離はレーザー距離測定により決定されるため、レーザー距離計間の基準距離もレーザー距離測定により決定すると都合が良い。測定尺度を有する機械的スペーサーと比較すると、レーザー距離測定には測定範囲が広いという優位性がある。さらに基準距離のレーザー距離測定は、方法の工程において自動シーケンスに容易に取り込むことができる。
【００１４】
他のレーザー距離計への／からのレーザー距離測定は、特に各レーザー距離計で行うことが好ましく、レーザー距離計間の基準距離は複数の距離の値の平均値とする。複数の距離の値を平均化することにより、基準距離の精度が向上し、よって目標物の位置座標の精度も向上する。
【００１５】
第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計から目標物へのレーザー距離測定は、制御装置により同時に行うことが好ましい。特に高速移動する目標物の場合には、レーザー距離測定の同時実行により測定誤差が減少するので都合が良い。
【００１６】
特に本発明の手法を実施するために、少なくとも２次元の測定領域における目標物の位置座標を決定するための装置は、
反射要素を有し、目標物の位置座標を定める目標装置と、
第１のレーザービームを発する第１の送信要素と、第１の受信ビームとして反射要素により少なくとも部分的に反射される第１のレーザービームを受信する第１の受信要素と、第１の制御要素とを有するを有する第１のレーザー距離計と、
第２のレーザービームを発する第２の送信要素と、第２の受信ビームとして前記反射要素により少なくとも部分的に反射される第２のレーザービームを受信する第２の受信要素と、第２の制御要素とを有する第２のレーザー距離計と、
レーザー距離計を制御する制御要素と、目標物の位置座標を計算する評価要素とを有する制御装置と
を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の装置により、角度測定装置を使用せずに、目標物の位置座標を高精度で決定することができる。角度測定装置が不要であるため、目標物の位置座標を高精度で測定する低価格の機器を導入することができる。レーザー距離計は、角度測定装置を使用する総合ステーションに対して費用面で優位性がある。
【００１８】
設けることが好ましい第３のレーザー距離計は、第３のレーザービームを発する第３の送信要素と、第３の受信ビームとして少なくとも部分的に反射要素に反射される第３のレーザービームを受信する第３の受信要素と、第３の制御要素とを有する。位置座標の決定に用いる第３のレーザー距離計は、測定面での２次元位置座標の決定の精度を向上させるとともに、３次元位置座標の決定を可能とする。目標装置の形状、レーザー距離計の配置、並びにレーザービームの拡張及び／又は動きで、装置が２次元又は３次元位置座標を決定することができるか否かが決まる。使用するレーザー距離計の数が増えるほど、目標物の位置座標をより正確に決定できるようになり、レーザー距離計から目標装置への視線が陰に覆われてしまうという問題も解決できる。測定面での２次元位置座標の場合、レーザービームは測定面と平行に伝播する。空間での３次元位置座標を決定するには、平面とは平行でない少なくとも１つのレーザービームが伝播する必要がある。
【００１９】
第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計は、第１、第２及び／又は第３のレーザービームを反射する反射面を有することが好ましい。レーザー距離計間の基準距離は、反射面を用いて決定することができる。反射面は、レーザー距離計各々に設けられることが特に好ましい。レーザー距離計間の基準距離は複数の距離の値の平均化により求めることができ、基準距離の精度が向上する。
【００２０】
本発明の第１の変形された形態においては、第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計はビーム形成レンズを有し、ビーム形成レンズは前記第１、第２及び／又は第３のレーザービームを８０°を超える開角度に拡張（拡幅）する。このレーザービームの拡張は、レーザービームの伝搬方向と垂直な１方向又は２方向で発生し得る。レーザービームの１方向での拡張は、２次元位置座標を決定する場合に適している。レーザービームを２方向で拡張すると、３次元位置座標が決定できるようにレーザービームが球面の１部分のように拡張する。レーザービームをビーム形成レンズで拡張すると、静止レーザー距離計を使える可能性が生じる。静止レーザー距離計の場合、レーザー距離測定が同時に実行できるため、高速で移動する目標物に対して都合がよく、測定誤差は減少する。拡張されたレーザービームが測定領域全体を検出できるように、レーザー距離計は測定領域外か、又は測定領域の端に配置され方向付けされる。開角度が８０°を超えて拡張するレーザービームは、特に２次元位置座標の決定に適している。２つのお互いに垂直な方向にレーザービームが８０°を超える開角度で球面の１部分のように拡張すると、レーザービームの出力が限定的な場合、受信ビームの出力密度が分析を行うには低すぎる危険性もある。レーザービームに十分な出力があれば、８０°を超える開角度で球面の１部分のように拡張させたレーザービームを３次元位置座標の決定に用いることができる。
【００２１】
「ビーム形成レンズ」という用語は、レーザービームの拡張、視準、又は焦点調節を行う全てのビーム形成光学要素を包含すると解される。ビーム形成レンズは、１つ又は複数の光学機能が組み込まれた光学要素又は連続的に配置された複数の光学要素から成るようにしてよい。円筒レンズ、円錐鏡、及び類似の光学要素は、レーザービームを拡張するビーム形成レンズとして適している。
【００２２】
ビーム形成レンズは、測定面と実質的に平行な方向に第１、第２及び／又は第３のレーザービームを拡張するのに特に好ましい。ビーム形成レンズは、測定面と実質的に垂直な方向に第１、第２又は第３のレーザービームを視準又は焦点調節するのに特に好ましい。このビーム形成レンズは、２次元位置座標の決定に特に適しており、使用可能なレーザービームの出力が最適に利用されるので都合が良い。測定面における２次元位置座標を決定する際には、測定面と垂直な方向にレーザービームを拡張する必要はない。出力が限定的なレーザービームが測定面で分配される。特段の安全対策を実施しなくても、クラス２のレーザー源の出力は最大５ｍＷである。レーザービームが過度に拡張されると、出力密度が低すぎて受信ビームを確実に検出して受信要素で分析できない恐れがある。
【００２３】
第２の変形された形態においては、第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計はモーターユニットを有し、モーターユニットは第１、第２及び／又は第３のレーザービームを測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで移動させる。拡張後のレーザービームの出力密度が低すぎるためにレーザー距離測定に十分な出力の受信ビームが得られない場合、レーザービームを回転させることが推奨される。測定面と垂直な回転軸の周りでのレーザービームの回転は、回転動作、スキャニング動作、又は追跡動作として実行され得る。回転動作では、レーザービームを継続的に回転軸の周りを回転させる。スキャニング動作では、レーザービームが定期的に回転軸の周りを往復するように動く。追跡動作では、レーザービームが目標装置を追って移動する。レーザービームの旋回点の周りの回転は３次元位置座標の決定のために実行され、移動中の目標装置を追跡する追跡機器を使用して行うことが好ましい。第２の変形された形態のモーターユニットはビーム形成レンズと組み合わせて、レーザービームを視準又は焦点調節することができる。
【００２４】
第３の変形された形態においては、第１、第２及び／又は第３のレーザー距離計はビーム形成レンズ及びモーターユニットを有する。ビーム形成レンズは開角度が最大１０°の第１、第２及び／又は第３のレーザービームを拡張し、モーターユニットは拡張された第１、第２及び／又は第３のレーザービームを測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで移動させる。レーザービームの拡張および回転軸（２次元）又は旋回点（３次元）の周りの回転は、組み合わせて実行することができる。レーザービームは最大１０°までビーム形成レンズで拡張され、モーターユニットが拡張されたレーザービームを回転軸又は旋回点の周りで移動させる。ビームの拡張と回転を組み合わせることで、受信ビームは十分な出力密度を有するようになる。レーザービームは、レーザービームの伝搬方向に垂直な１方向又は２方向に拡張してもよい。レーザービームの回転は、回転動作、スキャニング動作、又は追跡動作として実行され得る。
【００２５】
本発明の好ましい形態では、反射要素が回転対称体又は回転対称体の１部分として構成される。円筒又は円筒の複数部分が反射要素として２次元測定に適しており、球面又は球面の複数部分が３次元測定に適している。回転対称体は、全ての方向で表面から中心点までの距離が同じであるので都合が良い。目標物の位置座標は、円筒又は球の中心点に置かれる。円筒又は球の半径は制御装置に保存されるか、又はユーザーによって制御装置に入力される。位置座標の計算では、目標装置の半径をレーザー距離計と目標装置の測定距離に加える。さらに、レーザー距離計と装置の座標系の変位も考慮に入れる。
【００２６】
本発明の好ましい形態では、本発明の装置の目標装置はハンドヘルド（手持ち式）の器具に装着される。ハンドヘルドの機械器具による処理により、器具の現在の位置座標を本発明の装置を用いて確認することができる。
【００２７】
本発明の実施例を図面に基づき以下記載する。これらの図面の実施例の縮尺は必ずしも正しくはなく、説明がしやすいように概略的及び／又は若干の変更を加えてある。図面から直接認識できる教示に追加する事項については先行技術文献を参照されたい。本発明の技術的範囲から逸脱することなく、特定の実施例の形態及び詳細に係る変更を多数加えることができ得る。発明の詳細な説明、図面、及び請求項に開示された本発明の特徴は、単独又は任意の組み合わせで、本発明の改良に不可欠である。さらに、本発明の技術的範囲には、発明の詳細な説明、図面及び／又は請求項に開示された少なくとも２つの特徴の組み合わせのすべてが含まれる。本発明の広義の概念は以下で記載する特定の実施例の具体的な形態又は詳細に限定されることもなければ、請求項が請求する法定主題との比較において限定されるであろう主題に限られることもない。引用された寸法幅については、記載されている数値は限定値であり、任意に適用変更可能である。簡素化のため、同一若しくは類似の要素、又は同一若しくは類似の機能を有する要素には同じ参照符号を用いている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】目標装置と、第１及び第２のレーザー距離計と、ハンドヘルド部から成る装置であって、目標物の２次元位置座標を決定する本発明の装置の第１の実施例を示す図である。
【図１Ｂ】位置座標を決定する幾何学的関係を示す概略図である。
【図２】目標装置と、レーザー距離計と、ハンドヘルド部とを有する図１の装置を示すブロック図である。
【図３】目標装置と３つのレーザー距離計から成る装置であって、目標物の３次元位置座標を決定する本発明の装置の第２の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂは、測定領域１２における目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭを決定する本発明の装置１０の第１の実施例を示す。測定領域１２は面として構成され、目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭは２次元である。
【００３０】
図１Ａは、装置１０の重要な構成要素を示す概略図である。装置１０は、目標装置１３と、第１のレーザー距離計１４と、第２のレーザー距離計１５と、制御装置１７を有するハンドヘルド部１６とを備える。図１Ａでは目標装置１３とハンドヘルド部１６が分割されているが、代わりに目標装置をハンドヘルド部に統合してもよい。
【００３１】
測定面１２における目標物１１の位置は、目標装置１３を用いて印をつける。目標装置１３は、第１及び第２のレーザー距離計１４、１５のレーザービームを反射する反射要素１８を有する。図１Ａが示す実施例において反射要素１８は円筒として設計され、目標物１１の位置座標は反射要素１８の円筒軸１９に位置する。本発明の装置１０にとって、中心に配置された目標物１１の位置座標が円筒面上の各位置から等距離であることが重要である。この条件は、円筒及び／又は円筒の面上にあることで満たされる。反射要素１８の表面から目標物１１への距離は制御装置１７に保存されるか、又はオペレーターが制御装置１７に入力する。反射要素１８は、調査者のロッド２０に取り付けても、オペレーターが目標物１１に配置してもよい。反射要素１８の円筒軸１９を測定面１２と垂直にするため、気泡水準器又はその他の傾きセンサー等のレベリング機器を調査者のロッド２０に組み込んでもよい。調査者のロッド２０の代わりに、例えば、目標装置１３を壁若しくは天井に取り付けても、床に設置しても、又は車両若しくは機械器具に取り付けてもよい。
【００３２】
装置１０の操作は、オペレーターが手動によりハンドヘルド部１６で行う。第１及び第２のレーザー距離計１４、１５は、１回又は複数回の距離測定を行い、距離の計算値をハンドヘルド部１６の制御装置１７に送信する。レーザー距離計１４、１５は、通信リンク２１、２２により制御装置１７に接続されている。ハンドヘルド部１６は、制御装置１７に加え、ディスプレイ２４を有するディスプレイ装置２３と、操作装置２５とを有する。装置１０の制御装置１７はハンドヘルド部１６に配置され、通信リンク２１、２２によりレーザー距離計１４、１５に接続される。代わりに制御装置１７を第１、第２のレーザー距離計１４、１５のどちらかに設けてもよい。
【００３３】
図１Ｂは、目標物１１の２次元位置座標の決定に用いるレーザー距離計１４、１５と目標装置１３との位置関係を示す。第１及び第２のレーザー距離計１４、１５はお互いに離れており、レーザー距離計１４、１５を結ぶ線上に目標物１１が位置しないように配置されている。目標物１１が線上に近い場合は、第３のレーザー距離計を加えて精度を向上させる。目標物１１の２次元位置座標ＸＭ、ＹＭは、第１及び第２のレーザー距離計１４、１５の間の基準距離Ｌ１、第１のレーザー距離計１４から目標物１１への第１の距離Ｄ１、第２のレーザー距離計１５から目標物１１への第２の距離Ｄ２によって決定される。
【００３４】
基準距離Ｌ１は、第１及び／又は第２のレーザー距離計１４、１５のレーザー距離測定により確認される。レーザー距離測定の精度を向上させるため、２つのレーザー距離計１４、１５がレーザー距離測定を実行し、測定距離の平均値が算出される。レーザー距離計１４、１５の何れか１方のレーザービームを反射する反射面は、レーザー距離計１４、１５のもう１方に設けられる。図１Ａが示す実施例では、第１の反射面２６が第１のレーザー距離計１４に、第２の反射面２７が第２のレーザー距離計１５に設けられる。第１及び第２の反射面２６、２７は、円筒及び／又は円筒の１部分のように設計される。３次元位置座標を決定する機器においては、球面又は球面の複数部分が基準距離を確認する反射面として適している。それに代えて、第１及び第２のレーザー距離計１４、１５を、測定尺度を有する機械的スペーサーに装着してもよい。オペレーターは測定尺度で距離を読み取り、操作装置２５経由で距離を入力する。
【００３５】
基準距離Ｌ１の確認後に第１及び第２のレーザー距離計１４、１５は、それぞれ目標物１１からの距離をレーザーで測定する。目標物１１からのレーザー距離測定は、同時に又は時間をあけて行ってよい。同時にレーザー距離測定を実行する場合は、特に高速移動する目標物の場合に測定に伴う誤差が減少するという優位性が得られる。よって確認される距離Ｌ１、Ｄ１、Ｄ２は、目標物１１の２次元位置座標ＸＭ、ＹＭを計算する制御装置１７に送信される。次に目標物１１の２次元位置座標ＸＭ、ＹＭは、ディスプレイ装置２３に送信され、ディスプレイ装置２３のディスプレイ２４でユーザーが位置座標を見ることができる。第１及び第２のレーザー距離計１４、１５による距離測定は装置１０の内部座標系で実行するため、目標物１１の位置座標を最終的に決定する外部座標系と連携させる必要がある。
【００３６】
現在の目標物の位置座標の決定に加え、装置１０を位置座標の特定に使用してもよい。そのためにユーザーは、測定チップ等を備えるとともにハンドヘルド部に統合が可能な反射要素を、測定面上で動かし、所定の位置座標を探索する。この位置座標は、手動でハンドヘルド部に入力するか又は通信リンク経由で他の機器から第１の機器に送信することができる。
【００３７】
図２は、装置１０の第１及び第２のレーザー距離計１４、１５と、目標装置１３と、ハンドヘルド部１６とを示すブロック図である。第１及び第２のレーザー距離計１４、１５は同軸設計であって、レーザーダイオードとして構成された送信要素３１と、光検出器として構成された受信要素３２と、ビーム分割レンズ３３と、ビーム形成レンズ３４と、制御要素３５とを備える。拡張子「．１」は第１のレーザー距離計１４の構成要素を表し、拡張子「．２」は第２のレーザー距離計１５の構成要素を表す。レーザーダイオード３１は、目標物１１に向けてレーザービーム３６を発する。目標装置１３の反射要素１８で少なくとも部分的に反射されるレーザービームは、光検出器３２により受信ビーム３７として検出される。制御要素３５はレーザーダイオード３１及び光検出器３２に接続され、レーザー距離計１４、１５の受信ビーム３７から目標装置１３への距離を決定する。
【００３８】
図２に示すレーザー距離計１４、１５の同軸設計では、ビーム分割レンズ３３を用いて、レーザーダイオード３１によって発せられるレーザービーム３６が受信ビーム３７から空間的に分離される。ビーム分割レンズ３３はレーザーダイオード３１とビーム形成レンズ３４の間のレーザービーム３６の光路に、またビーム形成レンズ３４と光検出器３２の間の受信ビーム３７の光路に位置する。ビーム形成レンズ３４は単一の光学要素としても、又は複数の光学要素のシステムとしてもよく、レーザービーム３６と受信ビーム３７の両方を形成する。目標物に点状の焦点レーザービームを向ける既知のレーザー距離計とは対照的に、本発明の装置１０においてはレーザービーム３６でより大きな角度範囲を検出する必要がある。これは、測定面１２でレーザービーム３６を拡張するか、又は回転させることで達成される。図２は、適切なビーム形成レンズ３４によりレーザービーム３６が拡張されるレーザー距離計１４、１５を示す。円筒レンズ及び円錐レンズ系等は、ビーム形成レンズ３４として適している。
【００３９】
制御装置１７とレーザー距離計１４、１５の通信は、通信リンク２１、２２経由で行われる。通信リンク２１、２２は、レーザー距離計１４、１５の第１送受信要素３８をハンドヘルド部１６の第２送受信要素３９へ接続する。基準距離Ｌ１及び距離Ｄ１、Ｄ２の計算は、レーザー距離計１４、１５の制御要素３５．１、３５．２で実行される。距離Ｌ１、Ｄ１、Ｄ２は、通信リンク２１、２２を介して制御装置１７へ送信される。制御装置１７は、レーザー距離計１４、１５を制御する制御要素１７．１と、目標物１１の位置座標を計算する評価要素１７．２とを備える。制御装置１７の評価要素１７．２では、装置１０の内部座標系における目標物１１の位置座標が距離Ｌ１、Ｄ１、Ｄ２から算出され、選択的に外部座標系に変換される。静止した目標物の場合は、位置座標をディスプレイ装置２３に送信し、ディスプレイ２４に表示することができる。
【００４０】
図３は、測定領域５２における目標物５１の位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭを決定する本発明の装置５０の第２の実施例を示す。装置５０と図１Ａ及び図１Ｂの装置１０の違いは、３つのレーザー距離計が設けられていることである。第３のレーザー距離計を使用すると、測定面での２次元位置座標の決定の精度を向上させることができる。第１及び第２のレーザー距離計を結ぶ線により近い位置に目標物が配置されるほど、精度が低下する。さらに第３のレーザー距離計によって、測定空間の目標物の３次元位置座標をも決定することができるようになる。
【００４１】
装置５０は、目標装置５３と、第１のレーザー距離計５４と、第２のレーザー距離計５５と、第３のレーザー距離計５６と、制御装置１７を有するハンドヘルド部１６とを備える。目標装置５３の形状及びレーザー距離計５４、５５、５６の配置により、装置５０が２次元又は３次元位置座標を決定することができるか否かが決まる。球面又は球面の１部分のような目標装置５３を用いて３次元位置座標を決定する。球面はその外側に反射要素５７を有し、目標物５１の位置座標は反射要素５７の球面の中心点に位置する。
【００４２】
目標物５１の２次元又は３次元位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭは、レーザー距離計５４、５５、５６間の基準距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びレーザー距離計５４、５５、５６の目標物５１からの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３から決定される。図３は、レーザー距離計５４、５５、５６が直角三角形を形成しない配置を示す。３つのレーザー距離計５４、５５、５６が直角三角形を形成しない場合は、第１及び第２のレーザー距離計５４、５５間の第１の基準距離Ｌ１に加え、追加の基準距離として、第１及び第３レーザー距離計５４、５６間の第２の基準距離Ｌ２又は第２及び第３レーザー距離計５５、５６間の第３の基準距離Ｌ３の何れか１つが必要となる。これら以外の場合はすべて、第２及び第３の基準距離Ｌ２、Ｌ３が必要となり、第２及び第３の基準距離Ｌ２、Ｌ３は本発明の方法の第１の工程で決定される。
【００４３】
レーザー距離計５４、５５、５６が測定領域５２の固定位置に配置されるため、レーザービームは測定領域５２を検出できなければならない。レーザービームの拡張は、点状の焦点レーザービームを伝播方向と直角な１方向又は２方向に拡張するビーム形成光学要素を通じて発生する。それに代えて、レーザービームに検出された領域を、レーザービームの回転、スキャニング、又は追跡動作により拡大することができる。レーザービームの回転又はスキャニング動作は、測定面における２次元位置座標の決定に特に適している。レーザービームは、測定面と垂直な回転軸の周りを継続的に動くか（回転動作）、又は定期的に往復するように動く（スキャニング動作）。レーザービームの追跡動作は、３次元位置座標の決定に特に適しており、移動中の目標装置を追跡する追跡機器と共に使用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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