JP2001117019A

JP2001117019A - タキメータ望遠鏡

Info

Publication number: JP2001117019A
Application number: JP2000263865A
Authority: JP
Inventors: Juerg Hinderling; ヒンダーリングユルク
Original assignee: Leica Geosystems AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: EP1081459A1; DE59901809D1; ATE219575T1; US6504602B1; EP1081459B1; JP4499261B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測地学での要求をより満足させることの可能
な電子式のセオドライトを提供すること。【解決手段】角度測定付きの複数の表面センサ（２
７）用の１台の処理ユニットによる自動目標検出のため
の少なくとも１台の第３のセンサ装置（Ｓ１，２１，２
７）をもう１台の評価ユニットとして備え、センサ装置
（１９，２０，２３，２１）の全ての視準軸が一致して
１本の共通の作用軸（Ａ）を形成し、且つ画像処理ユニ
ット（２７）と距離測定複合体（２３）とのセンサ装置
（１９，２０，２３，２１）への放射および入射光線束
が同軸作用を有することを特徴とするタキメータ望遠鏡
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
に記載のタキメータ望遠鏡に関する。この種の望遠鏡シ
ステムは、１９９８年９月２日に本出願人によりドイツ
特許庁に提出された特許出願により公知である。

【０００２】

【従来の技術】タキメータとは距離計を内蔵したセオド
ライトのことである。距離の測定には目標物に反射器を
取り付けて手動または自動的目標捕捉により照準を定め
るか（反射器と取り付けたこの目標物を協働的目標物と
称する）、あるいはそのような目標マークのないそのま
まの目標物（非協働的目標物）に手動でねらいをつけ
る。この２０年間の電気光学的距離計（ＥＤＭ=Elektro
optischer Distanzmesser）の着実な発展にもかかわら
ず、現在でも反射器を使用しないで測定するタキメータ
はごくわずかしか商品として供給されていない。このよ
うなタキメータに対する要求があった場合でも、技術的
理由から測地の分野に対して開発された反射器なしの測
定装置のほとんどが上載せ用（ＡｄｄＯｎ）距離計と
して実現されており、このような上載せ用計器はそれぞ
れのセオドライトに機械的または電気機械的アダプタに
より載置された。

【０００３】１９９８年９月２日に提出された上記の特
許出願に記載された構成によれば、協働的目標物と非協
働的目標物との両方を捕捉することが可能である。反射
器なしで測定する電気光学的距離計を内蔵したタキメー
タはそれ自体既に公知である（ＺＥＩＳＳＲＥＣＥ
ｌｔａ-ＲＬ）。このような装置は、協働的目標物の測
量にも、自然ままの表面粗い目標物までの距離の測定、
例えば砕石場での測量、トンネルや道路の形状、建造物
の正面などの測量のような接近が困難な表面の測量にも
使用される。

【０００４】反射器なしで測定する距離計は通例、放射
された光学的なビームパルスの走行時間を測定するとい
う原理に基づく。ここでは小型でエネルギー消費の少な
い装置は、最高出力が約１ワットから１００ワット以上
までのパルスレーザダイオードを常に使用する。このよ
うな装置では、大きな放射表面を備えた赤外線半導体レ
ーザダイオードがパルス供給されてビーム源として使用
される。ここでの欠点は、このレーザの放射表面の寸法
が１００μｍのオーダーまたはそれ以上と比較的大きい
ことである。そのためこの装置の放射ビームは約１．５
ｍｒａｄ以上となり、１００ｍの距離ではビーム束の断
面は既に約１５ｃｍに達する。従って１５ｃｍよりも小
さい構造体までの距離は測量できない。このビーム束の
直径が大きい物理的理由は、従来使用していたビーム源
が、回折を限定しないビームを放射することにある。さ
らに、大きな断面のビーム束の欠点は、対象物の傾斜し
たまたは構造化した表面の測定では、真の距離ではな
く、照射された表面にわたって強度を重み付きした距離
値が検出され、これによって測定結果に誤差が生じるこ
とである。

【０００５】反射器なしで測定する電気光学式距離計の
別の欠点は、赤外線または拡張した測定ビームを使用す
るために、実際に照準を定めた対象物の個所が識別でき
ないことである。この照準点が見えるようにするには、
可視でありかつ回折を限定して放射される付加的なビー
ム、例えばレーザビームを用いる必要があり、またその
ビーム軸を更に送出ビーム軸に対して調節しなければな
らない。

【０００６】これらの全ての問題点に加え、測定点間の
距離の他に関連する角度を、測地学的精度で、それも
０．１ｍから約２０００ｍ以上の距離の範囲で検出する
ことが必要であることが多い。基本的に測量の課題とは
これをできるだけ人間工学的に実現することである。こ
の要求を満たすには、従来は目標点を反射補助手段でマ
ークすることが必要であった。このような協働的目標点
には例えば自動目標検出装置（ＡＴＲ）により極めて迅
速に狙いをつけ、従来の赤外線距離計で測量することが
できる。しかし目標物に反射補助手段を取り付けること
は常に可能であるわけではない。目標物によっては排除
できない障害、例えば建造物の高さ、河川、敷地への立
入り権限の欠如などのために近寄ることができず、その
ため反射手段でマークすることができない。同一の測量
課題において表面がそのままである目標点にも、反射す
る目標点にも照準を定めなければならない。これは公知
のタキメータでは全く解決できなかった。現在の電子式
セオドライトは、測地における測量課題に必要な全ての
センサを単一の機械に同時に準備することができず、そ
のため測量課題がそれでなくても困難であるという欠点
を有するのに加えて、要求される１ｍｍの測定精度を
（殊に反射器なしの距離測定の場合に）満たすことがで
きない。

【０００７】別の困難な課題はセオドライトを所望のよ
うに小型化、すなわち複数の測定部材を狭い空間に収容
することである。というのはセンサをわずかにしか備え
ていないセオドライト、殊に現在入手可能なセオドライ
ト望遠鏡は、既に比較的大きな外形寸法を有し、したが
って重量もある。このような外形寸法は人間工学的に見
て現場での使用に邪魔になる。これは自動目標検出（Ａ
ＴＲ）を備えるタキメータ、または単に反射器なしの目
標物を測定するＥＤＭを備えるセオドライトの場合がそ
うである。このことはこれまでは確かに、単一のセオド
ライトに完全過ぎる装備がなされずままであり、必要が
あれば測定課題によって異なる装置で解決していた理由
であった。この場合に殊に困難であるのは、測地分野で
の使用に要求される測定精度は通例３〜５ｃｃ（＝８μ
ｒａｄ）ないしは１ｍｍの点解像度であるから、自動目
標検出を有しなければならないセオドライトの望遠鏡を
小型化することである。このような精度は焦点距離を長
くしなければ達成されず、光学的付加部材を使用しても
光学系の構成長さが大きくならざるを得ない。しかし短
縮は場合によっては角度の測定精度を損なうことがあ
る。これは例えば自動目標検出を、別個のビーム路、す
なわち視覚チャネルとは別の、例えば２軸のビーム路で
実施する場合（ＰＣＴ-ＳＥ９０-００２３３）である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、測地
学での要求をより満足させることの可能な、電子式の
（殊に、有利には両軸について電動化した）セオドライ
トを提供することである。殊に本発明の課題は、視覚望
遠鏡および例えば赤外線によって、反射する目標物だけ
を測定する距離計の他に、回折を限定した、反射器なし
の距離計と、自動目標点検出のための小型化されたセン
サユニットとを設計し、１個のセオドライト望遠鏡に組
み込むことである。

【０００９】その際にセンサを取り付けた望遠鏡の外形
寸法をできるだけ小さくして、現場での取扱い易さに対
する要求を満たすようにする。エネルギー消費量もでき
るだけ少なくして、少なくともバッテリでの動作が可能
であるようにする。

【００１０】本発明の課題で殊に困難であるのは、４個
の独立したセンサの４個の光学的チャネルを、それぞれ
の機能が個別にも、相互に協働して作用する場合にも保
証されるように互いに入り組ませることである。一方で
はセンサはそれ自体問題なく動作する必要があり、他方
では各チャネルは同時に機能する際に相互に障害となっ
てはならない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、測地的、産業的および建設技術的測量において光学
的距離測定に使用するタキメータ望遠鏡であって、１個
の光学的望遠鏡対物レンズと、望遠鏡の支えとしての１
個の電動式セオドライトと、このセオドライトの電動式
軸を操作し制御する１個の電子ユニットと、一方では少
なくとも１個の反射器ないしは少なくとも１個の目標マ
ークを介しての測量しようとする目標物までの距離の測
定と、他方では１台の送光器から送られた少なくとも１
個の光線束用のそれぞれ１台の第１のセンサ装置および
第２のセンサ装置によるそのような目標の指標の無い１
個の自然の目標物までの距離の測定とのための１台の距
離測定複合体と、目標物により反射された光線束に相当
する１個の信号を受信し、走行時間および／または位相
の状態から送られた信号までの距離を測定するための、
距離測定複合体に接続された１台の評価ユニットとを備
えたタキメータ望遠鏡において、角度測定付きの複数の
表面センサ用の１台の処理ユニットによる自動目標検出
のための少なくとも１台の第３のセンサ装置をもう１台
の評価ユニットとして備え、その際前記のセンサ装置の
全ての視準軸が一致して１本の共通の作用軸を形成し、
且つ前記画像処理ユニットと距離測定複合体とのセンサ
装置への放射および入射光線束が同軸作用を有すること
を特徴とするタキメータ望遠鏡を構成することによって
解決される。

【００１２】これにより協働的および非協働的目標物ま
での距離の測定だけでなく、付加的に角度の測定が、場
合によっては手動または自動の照準を選定することによ
って可能になる。したがって測量する目標物としては、
岩石、樹木のような自然の対象物や、建造物、教会やそ
の他の塔なども同様に測量可能であり、さらに反射プリ
ズム、反射シート、返光器などの反射器によって支援さ
れた目標物も測量可能である。ここで光学的視準軸は特
徴的な方向をなす。それは第一には水平基準軸を基準と
する角度測定のため（例えば北の方向）および/または
例えば、専用の角度センサによって求められる、セオド
ライトの直立軸である垂直基準軸を基準とする角度測定
のためであり、また第二には目標物と視準軸との間の残
りの角度測定のためであり、ここでこの残りの角度の測
定は、画像評価と角度計算とによる自動目標検出を用い
て行われる。もちろん場合によっては別の位置検知用セ
ンサの使用も可能である。しかしながら画像を出力する
センサの利点は、画像文書作成ができることである。

【００１３】

【発明の実施の形態】反射器なしの測定方式のみでも多
くの適用の可能性が存在する。例えば粗い表面までの１
００ｍ以下の距離を、反射器または反射標識のような標
示装置を追加せずに測量できることはよく知られてい
る。測定精度として１〜３ｍｍが要求される場合には放
射光線束の開きはできるだけ小さいことが必要で、これ
が大きいと目標物の照射がぼやけるため距離の測定の際
所要の精度が得られない。同じことは入射した光線束の
開きにも当てはまる。開きが小さいと同時に入射する環
境からの光の割合が減少して、入射側の信号対雑音比に
好影響を与える。しかし一つの固定焦点配置での小さい
開きは一方では、近距離の範囲で放射と入射の光線束の
重なりが僅かであるという欠点を生ずる。これは放射と
入射の光学系を同軸配置にすればこの欠点を少なくとも
軽減される。しかし１ｍｍの測定精度を得るには、更に
技術的対策を追加する必要があり、この点については後
述する。

【００１４】しかし地籍測量、建設測量または産業測量
の場合の従来の測量方法では、対象物空間ないしは目標
物空間における各点を既知および未知の座標に記載して
画定するが、本発明によれば、これらの全てを単一の計
器で実施する。１台の計器の据付け（配置と方位の確
認）にはある程度の時間が必要であるが、全ての測定を
単一の計器により実施すればこの時間を減少することに
なる。本発明の一つの計器の据付けと調整とにおいて既
に、例えば接近が困難な接続個所を有する測定ステーシ
ョンを設置する際にこの課題を反射器なしの距離測定に
より一段階で解決できるという利点が得られる。これに
対してプリズムまたは反射標識で標示される他の地点
は、同じ据付けで同じ計器により合理的に測定でき、そ
の際測定は自動目標検出により実施されるので、時間が
節約され測定精度が向上する。

【００１５】望遠鏡がそれぞれの光学的放射および入射
のチャネルの他に一つの可視チャネルを特に一つの接眼
レンズに追加して備えれば、実用上の理由から本発明の
範疇において有利である。それは目標点を反射の強化ま
たはその他の手段で標示し、自動目標検出により照準す
ることが必ずしも常に可能とは限らないからである。目
標点を見つけるのに特別の手間を要するかまたは目標点
を自動的に見出すのが不可能なような状況も存在する。
特別な標識のないそのような目標物には視覚でないしは
手動で目標を定め、それから目標標示のない自然の目標
物までの距離を前記の距離測定方式により、即ち好まし
くは回折を限定した特に可視の波長範囲で放射する、例
えば約３０秒の角度の開きの光線で測定することができ
る。そのような反射器なしの測定に対しては、建造物の
分野、例えば外側のファサードまたは内部の空間への応
用が特に適している。一つの内部空間への応用の場合に
可視の測定用斑点を用いるのが特に有利であり、目標物
を望遠鏡を通さずに直接この測定用斑点で、例えば一つ
のレーザ点で照準を定めることができる。

【００１６】この可視の測定用斑点のもう一つの利点
は、輪郭特に内部空間の電動式に制御された記録の際に
得られる。即ち電動式セオドライトは与えられた輪郭を
巡回してその際反射器なしの距離計により測定点の相当
する極座標を記録することができる。しかし計器と目標
物との間の測定光線が物体または人間により遮断される
ことは稀ではなく発生する。このような場合には障害物
までの距離が測定されて、望ましくない誤った測定値が
得られる。しかし本発明の装置では反射器なしの測定光
線を目的に応じて肉眼で認められるように選定してあ
る。従って障害物への照準は直ちに認められるので修正
を容易に実施することができる。

【００１７】もう一つの利点は、可視の特に反射器なし
の測定光線束と自動的目標捕捉との協働作用から得られ
る。即ち、可視の光線束例えばレーザ光線は前述のよう
に例えばレーザ指針としても使用される。特に測定用斑
点は反射で支持された目標物の所でも肉眼で見ることが
できる。従って自動的目標捕捉に何らかの誤差が発生し
ても容易に認めて補正することが可能である。

【００１８】

【実施例】本発明の詳細を更に、図面に略示した実施例
について以下に説明する。

【００１９】タキメータ望遠鏡１は、セオドライトケー
シング２内にセオドライト本体と、水平軸Ｈの回りに垂
直方向に旋回自在に設けられた望遠鏡ケーシング３とを
有する。これに対してセオドライトケーシング２は垂直
軸の回りを水平方向に旋回自在である。したがって計器
の底部はセオドライトそれ自体であり、固定の脚部２
ａ、ならびに垂直軸Ｖの回りを可動のアリダード２ｂを
有する。このアリダード２ｂには、望遠鏡ケーシング３
を支持する水平の傾動軸Ｈが固定されている。セオドラ
イトケーシング２はここで望遠鏡の支持部として使用さ
れている。それぞれの軸ＶとＨには、両方のケーシング
２，３の水平および垂直方向の位置を測定するために、
すなわち望遠鏡の視準軸ないしはその光軸Ａを求めるた
めに（図１には示していないがそれ自体公知の）角度セ
ンサ（図２の２９参照）と、垂直軸Ｖの鉛直（重力ベク
トル）に対する縦および横の傾きを求める傾斜センサと
が配置されている。

【００２０】旋回の目的ならびに別の目的のために、表
示画面５を備えるキーボードまたは操作ユニット４と、
このキーボードにより操作可能の、セオドライトケーシ
ング２内で６に取り付けられた水平旋回用の電動ユニッ
ト（図２の３０参照）と、蓋７の下に設けられた垂直旋
回用の電動構成部品とが設けられている。したがって軸
ＶとＨはそれぞれ電動機に連結しており、これらの電動
機によって両方のケーシング２と３との自動調整が可能
である。これらの構成部品は、自動目標検出にとって中
心的役割を果たす。蓋７の下にはその他の電子構成部
品、例えば中央処理装置（後述するプロセッサ２５）も
設けられている。この中央処理装置は、測定過程の時間
的経過（例えば逐次または同時）と、電動機に支援さ
れ、自動化され、さらに有利には後述するカメラによっ
て案内される計器の目標物に対する位置合せとを制御す
る。更にケーシング２と３とを、少なくとも一つの操作
部品１０を用いて軸ＶとＨとの回りを手動で制御して旋
回することもできる。

【００２１】この中央処理装置の他に、一方では好まし
くは位置評価ユニット、または特に画像処理ユニットを
含む、望遠鏡ケーシング３の中の蓋８の下に設けた自動
目標検出用のプロセッサボードと、また一方では少なく
とも１個の反射器ないしは少なくとも１個の目標マーク
とを介して測量すべき目標物までの距離と、他方ではそ
のような目標の指標の無い自然の目標物までの距離と
を、それぞれ第１および第２の後述するセンサ装置の助
けにより測定するための、望遠鏡ケーシング３の中の蓋
９の下に設けた距離測定複合体用のプロセッサボードと
が設けてある。勿論種々のプロセッサ構成部品を異なる
方式で取り付けることも可能であるが、上述の方式が目
的に適っていることが実証された。

【００２２】図１に示した望遠鏡ケーシング３の前面に
は、後に図２ないしは４により詳しく説明する光学シス
テムの一つの前側レンズ１１ないしは望遠鏡対物レンズ
がある。この光学システムは実質的には少なくとも倍率
２０倍、例えば３０倍のそれ自体公知の望遠鏡システム
で、これを本発明により有利に構成するないしは構成す
ることができる。この望遠鏡システム１１は例えば青と
赤との間の可視の波長領域で平均波長λ₁の光線を放射
する。同じくこの望遠鏡システム１１は、後述するセン
サ光線の経路の可視領域および/または近赤外領域にあ
る波長λ₂、λ₃、およびλ₄の光線を放射する。この場
合の接眼レンズを通しての視野は典型的な１．５度であ
る。この望遠鏡システムにおいて全ての放射チャネルと
入射チャネルとが共通であることを強調しておく。

【００２３】図２は本発明の光学システムの一つの実施
の形態の略図で、その望遠鏡の対物レンズは単に前側レ
ンズ１１で示してある。このシステムで主な光学的構成
部品の全てが共通の光軸Ａに合せてあるのは大きな利点
である。この光軸Ａには比較的小さい出射ミラーまたは
出射プリズム１２が設けてあり、これを介して３個の送
光器Ｓ１、Ｓ２ないしはＳ３からの光線束が光軸Ａの方
向に送られる。ここで軸Ａの中央に設けたミラー１２に
よる中央の影の影響は甘受する必要があり、後述する位
置検知センサ２１の画像品質にある程度影響する。しか
しこの中央のミラーの配置１２により、それぞれの送光
器側の光線束が確実に同軸として作用する。ミラー１２
の位置と反射度とは放射チャネルから入射チャネルへの
可能なダビングにとって決定的な意味を有する。従って
ミラー１２と前側レンズ１１との間隔はできるだけ短く
し、ミラー１２の表面の反射度は殆ど１００％にする必
要がある。

【００２４】送光器Ｓ１、Ｓ２ないしはＳ３は任意の光
線源、特に光源（広い意味で、また不可視光線をも含
む）を含むことができるが、そのそれぞれが異なるおよ
び／またはスペクトル的に分離できる波長の範囲を放射
することが好ましい。例えば送光器Ｓ１が一つの波長ま
たは一つの波長の範囲λ₂、送光器Ｓ２がもう一つの波
長または一つの波長の範囲λ₃、および送光器Ｓ３がも
う一つの波長または一つの波長の範囲λ₄を放射するよ
うにする。これらの波長の範囲の少なくとも一つを、以
下λ₁と呼ぶことにする環境の可視光、および一般に知
覚される４００および７００ｎｍの間の昼間光とは区別
することが好ましい。しかし場合によっては特種の投光
器の光の下で測量を実施することもある。これらの３個
の送光器Ｓ１、Ｓ２ないしはＳ３のそれぞれの光線は図
２に示すように進み、その際送光器Ｓ１とＳ２の光線は
例えば半透明のミラー１３ないしは１４により、また送
光器Ｓ３の光線は全鏡面の表面１５によりミラー１２の
方に向けられる。勿論ミラーの表面１３ないしは１５を
全鏡面にしてしかも同軸の作用を失わないようにこれら
のミラーを互いにずらすことも可能であるが、送光器Ｓ
１からＳ３までの軸を一致させるには図示の配置が有利
である。例えば孔付きのミラーやアングル部材付きのミ
ラーも考えられよう。

【００２５】もう一つの可能性としては、送光器Ｓ１な
いしはＳ３を時間的に間隔を置いて目標に向ける際に、
単一の全鏡面の反射器を１個の移動装置によりミラー１
５の位置からミラー１４の位置に、ないしはミラー１３
の位置に移動する。勿論、例えば１個の全反射のミラー
を位置１４と１５との間で往復させ、一方送光器Ｓ１用
には部分反射の鏡面１３を設けるというような組合せも
考えられる。この後者の組合せは、例えば送光器Ｓ２と
Ｓ３とは時間的間隔を置いて放射するが、送光器Ｓ１は
その何れか一方または両方と同時に、特に送光器Ｓ２と
同時に放射するような場合に特に適用され、後述するよ
うに自動目標検出に対して特に好ましい。

【００２６】実際の例としては、例えば自動目標検出の
波長λ₂が赤外または可視の範囲にあり、目的に適った
所定のスペクトルを含むことができ、λ₄はλ₂からはず
れた赤外の範囲、λ₃は光の可視の範囲にあって回折の
僅かな光線束である。勿論単に単独の送光器を設け、相
当するフィルタないしは対物レンズをその前に設けるこ
とにより、異なる波長の範囲と発散度の光線を交互に放
射するためにこの送光器を利用することも可能であろ
う。また現在複数の波長を有するレーザも知られてお
り、この波長を電子的に変更することも可能である。

【００２７】ミラー１２によりそれぞれの放射光線を同
軸的に軸Ａに沿って目標物の表面１６に送り、そこから
この光線を表面１６に設けたミラーないしは反射器、例
えば反射プリズム、反射シート、返光器、認識標識付き
目標板などにより、対物レンズ１１に向けて返送する
か、或いはそのような目標標示のない自然の目標物１６
から反射させる。即ち、反射光１７は軸Ａに沿って同軸
的に対物レンズ１１に入射する。

【００２８】ミラー１２の後ろには少なくとも３個のセ
ンサ装置向けの光線経路がある。その経路には、１個の
分割プリズム１８およびその鏡面１８ａを介して入射す
る一つの光線束を、例えば距離測定複合体２３の部品で
ある２部から成るフィルタディスク２０の一部と共に受
け入れる受光センサ１９と、ＰＳＤ-チップ，ＣＣＤ-チ
ップ，ＣＭＯＳ-チップまたはその他のフォト-ＡＳＩＣ
のような１個の位置検知用の表面センサ２１とがある。
ここでＣＣＤ- またはＣＭＯＳ-カメラユニットの使用
が好ましい。このカメラユニットの前に、カメラのセン
サ面２１に目標物１６の鮮明な画像を結ぶための単にレ
ンズ２２で示した集束ユニットが設けてある。協働的目
標物のみを照準または測定の対象とする場合には、１個
の固定焦点配置で充分で、集束ユニット２２を省略でき
る。センサ表面は、個々の感光性部品の相当する設計ま
たはその前に設けた光学的帯域フィルタによって、送光
器Ｓ１から放射された光の内で波長λ₂の光線のみを感
光するようにするのが好ましい。対物レンズと共に形成
された視野ないしは開きは０．３と３度の間の範囲にあ
ることが必要である。

【００２９】距離測定複合体２３の場合には、これは二
つの目的を達成する必要がある。その一つは、少なくと
も１個の反射器ないしは少なくとも１個の目標マークを
介して測量すべき目標物までの距離を測定することであ
り、もう一つはそのような目標の標示のない自然の目標
物までの距離を測定することである。この目的のために
両方の測定の各々に対して別々のセンサ装置を使用した
くなければ、前記距離測定複合体２３は、前述の両方の
距離測定方法の内の後者用の送光器Ｓ２とＳ３の波長の
範囲λ₃とλ₄のみを感知する必要がある。それには、フ
ィルタ２０の第１の領域２０ａがセンサ１９の前に置か
れたときにこの第１の領域２０ａが波長λ₃のみを透過
し、第２の領域２０ｂがセンサ１９の前に置かれたとき
にこの第２の領域２０ｂが波長λ₄のみを透過するよう
にすればよい。この簡易化した実施の形態において、フ
ィルタ２０は両方の波長の範囲λ₃とλ₄とを透過する２
帯域フィルタとして形成される。２帯域透過特性を有す
る光学的薄膜を表面１８ｃの上に設ければこの構成は更
に簡単になる。

【００３０】この波長λ₃、λ₄はレーザ、例えばレーザ
ダイオードから、またはＬＥＤとして形成された送光器
Ｓ２およびＳ３から投射されるのが目的に適っている。
その際付属する送光器Ｓ３からの波長λ₄に比較的大き
な光線の開きがあっても問題にならない。即ちこの部品
１９，２０ｂは反射で支持される目標物までの距離測定
用である。この距離測定用の視野または光線の開きは標
準として０．１度で、その際送光器と受光器は固定焦点
で作動する。受光センサ１９は本発明の範疇において種
々の構成が可能であるが、なだれフォトダイオードまた
はＰＩＮ-ＦＥＴの使用が好ましい。

【００３１】反射器なしの距離測定に対しては、送光器
Ｓ２の光線λ₃のみを選択的に透過するフィルタの範囲
２０ａをセンサ１９の前に移動する。前述のように送光
器Ｓ２は回折を限定する可視の波長の範囲を放射する。
有効な視野（測定用斑点の大きさ）は、出射光線の出口
の大きさと組み合わせて物理的に最少の光線の開きにし
た場合に普通３０秒（角度の単位）に過ぎない。この僅
かな光線の開きにより、復帰反射するまたは目標標示付
きの目標物も数キロメートル、例えば１０ｋｍまでの距
離にわたっての測定が可能である。これに対して前述の
送光器Ｓ３によるもう一つの測定方法は近くにある目標
物の測定により適している。送光器Ｓ２と受光器１９は
固定焦点で作動できる。前述より明らかなように、両方
の作業方式またはセンサ２０ａ，１９および２０ｂ，１
９の組合せは同一の制御評価ユニット２４に連結するこ
とができる（その方が好ましい）。但しそれぞれ別々の
評価ユニットを設けて、フィルタ２０の切換えにより一
方から他方の評価ユニットに切り換えることも可能であ
ろう。

【００３２】センサ１９には前述の第１の（および両方
の測定方式に共通の）評価ユニット２４（前述の蓋９の
下に設けた距離測定用プロセッサボード）が接続してあ
り、これが送光器Ｓ２またはＳ３の送光パルスの放射か
らセンサ１９による受光までの経過時間から狙った目標
物１６までの距離を計算するために送光器Ｓ２およびＳ
３を制御する。この制御評価ユニット２４は、図１に就
いて前述した中央処理装置２５と１個の母線２６または
一種のインタフェースを介して連結しており、この母線
を介してこのユニットは必要があれば中央処理装置２５
に設けたタイミング発生器のタイミング信号を受信す
る。センサが同時に（並列に）作動する場合には、距
離、角度の測定データと電動機の調整とを同期化する必
要があるので、このタイミング信号には重要な役割が課
せられる。中央処理装置２５により、セオドライトの前
述のそれ自体公知の電動機ユニット３０が制御され、そ
の際セオドライトの角度センサ２９が位置ないしは角度
情報を中央処理装置２５に送付する。

【００３３】自動目標検出（ＡＴＲ）に対して送光器Ｓ
１と位置検知表面センサ２１、好ましくは画像センサ
（ＣＣＤ）とが協働する。送光器Ｓ１は赤外または可視
の光線λ₂（例えば波長約８００ｎｍ）を放射するが、
これはレーザダイオードまたはＬＥＤで形成するのが好
ましい。その視野は約１．５度が標準で、従って可視の
望遠鏡１１自体の視野と同程度の範囲にある。自動目標
検出と可視の望遠鏡との視野が同じ大きさであることは
好ましく、特に自動目標検出（２１、２７）に誤差が生
じた場合これを容易に点検補正できる。

【００３４】表面センサ２１には相当して位置評価装置
または特種の場合には画像評価回路２７を接続する。電
子的制御評価ユニット２７は、中でも画像パラメータ調
節機能、例えば終了時間制御、送光器Ｓ１の目標照明制
御、センサ表面のセグメント化の機能、更には画像認
識、目標物の確認、画像処理、画像評価および／または
目標物に対する角度計算のための機能も包含する。画像
評価回路（それ自体公知）は、図１の記載した蓋８の下
のプロセッサボードに相当する。これは好ましくはマイ
クロプロセッサボードまたはディジタル信号プロセッサ
ボード（ＤＳＰ）である。

【００３５】自動的測定の過程でユニット２７と２５と
は緊密に協働する。制御評価ユニット２７により先ずそ
の都度の目標ないしは目標探査に対する位置決めのため
のガイドの大きさが形成されて、中央操作制御ユニット
２５により受け継がれる．これが電動式セオドライトを
目標点に合せる。続いて目標の検知と分析並びに目標点
の測量（水平および垂直の角度の計算）が基準軸に対し
て実施される。基準軸には軸Ａを有利に用いることがで
きる。その際送光器Ｓ１はこれを評価ユニット２７によ
りまたは直接中央処理装置２５により制御することがで
きる。また例えばこの送光器に長い時間スイッチを入れ
ておき、同時に送光器Ｓ２とＳ３とが同時にパルスの光
または変調した光を交互に放射するようにすることもで
きる。

【００３６】１個の反射器または１個の反射を助ける付
属部品により標示した目標点を、そのために形成した自
動目標検出および大きな光線束を備えた距離計により測
量する。大きな測定視野の距離計の使用は特に次の二つ
の理由で勧められる。第１に自動目標検出手段Ｓ１、２
１，２７とこの手段により制御されるセオドライトの電
動化位置決めユニットとを目標物にそれほど正確に合せ
る必要がなく、しかも目標点を完全に要求される精度で
測量することができる。その際目標捕捉手段は視準線Ａ
と目標点との間の残りの角を測定するので、時間が著し
く節約される。第２に、動いている目標物の場合でも、
関与するセンサの視野が大きいため目標物自体が断続的
な動きにより視野から離れることが起こり難いので、目
標物の動きの経路を障害となる信号の中断なしに自動的
に記録し測定することができる。

【００３７】図３と図４の実施の形態は特に、この場合
追加して設けた接眼レンズの光線経路により目視検査が
可能な点が図２の実施の形態と比べて異なっている。従
ってこれらの図において、図２と同じ機能の部品は同じ
照合番号で、類似の機能の部品は同じ照合番号に１００
の数字を追加して示してある。

【００３８】図３において、集束部品２２が１個の接眼
レンズ２８の光線の経路の中にあり、この接眼レンズに
平均波長λ₁の光線、即ち明らかなように環境から目標
物に入射する光が導かれる。可視の望遠鏡チャネル１
１，１１８，２２，２８の中のみならず、画像センサ２
１の中にも鮮明な画像を形成しようとすれば、望遠鏡シ
ステム１１にそれ自体は公知の方法で一つの集束の可能
性を付与するのが望ましい方法である。表面センサ２１
（これに付属する電子回路は図示せず、図２を参照）に
導く光線の経路はここでは１個の光線分割プリズム１１
８により光軸Ａから離れる。即ちこのプリズムの部分的
鏡面１８ａが光をセンサ２１の方に導く。このプリズム
１１８は更に前面に部分的鏡面１８ｂを備え、入射した
光がここで１個の小さいミラー２１８に導かれ、このミ
ラーが光を更に距離測定複合体２３に導く。前述のよう
に鏡面１８ａと１８ｂには、一方では波長λ₁とλ₂、他
方ではλ₃とλ₄とを効率よく分離するために特に高性能
の薄膜を設ける必要がある。ミラー２１８の表面は、特
に近距離の範囲の距離測定のためにマルチセグメント光
学構造になっている。このセグメントは異なる焦点距離
を有し、その際各セグメントがそれぞれ距離の範囲の各
部分の間隔をカバーしている。このようにして前述の特
に送光器ビームの開きが小さい場合に送光と受光の光線
束の重なりが僅かになる欠点が解消され、近距離におい
ても問題のない距離の測定が可能になる。近距離におい
て画像の重なりが欠如する欠点に対しては、構成成分１
１および１１８の所で対策を講ずると接眼レンズ２８
（これが存在する場合）の光線経路の可視の画像に好ま
しくない影響を与えるので、その他の光線経路の所で考
慮する必要がある。

【００３９】図３の送光器Ｓ１ないしはＳ３の光学的
配置は図２の配置に相当するが、図４ではミラー１３な
いしは１５を省略することができる。この場合２個の部
分反射鏡面１１３と１１４とが設けられ、鏡面１１４の
場合は、波長λ₂を透過し、波長λ₃をミラー１１３に向
けて反射し、一方鏡面１１３の場合は、波長λ₄を透過
し、波長λ₂ないしはλ₃を上方に光軸Ａの所のミラー１
２に向けて反射する。従ってこれらの配置をコンパクト
に形成することができる。反射の選択の可能性に関して
は、ミラー１１３および／または１１４（以前の図の鏡
面１３と１４も同様）はダイクロイックミラーとして構
成することができる。しかしミラー１３ないしは１１３
の被覆は、この場合全ての三つの波長λ₂、λ₃、λ₄を
一緒に通すことになるので、特に要求が厳しいことを考
慮する必要がある。また本発明の範疇において、距離測
定複合体２３のように受光側に少なくとも二つの波長用
の１個の共通の送光器を設けて、一つの波長からもう一
つの波長への例えば光学的フィルタディスクまたは電気
式切換装置による切換えを、そのために設けた切換え可
能の波長のレーザの所で、例えば一つのＤＢＲ-レーザ
（Ｂｒａｇｇ-レーザ、調節位置により種々の波長のレ
ーザ光線束を放射）の有効なレーザ結晶格子の調節（種
々の色を発光）によりまたは周波数二倍器の開閉により
実施することが全く可能である。

【００４０】受光側でも同様に図３による構成に対する
相違が認められる。ここで接眼レンズは分割プリズム１
１８の出口側にあり、光を部分反射面１８ａから受け入
れる。一方表面センサ２１は光軸Ａの分割プリズム１１
８の後ろにある。接眼レンズ２８に対して鮮明な画像を
得るためには、集束レンズ２２を分割プリズムの前に置
く。これはこの集束が接眼レンズと画像センサ２１との
両方に効果的であるという利点が得られる。距離測定光
線の経路を距離測定複合体２３に対して充分反射するた
めにもう一つの分割プリズムを使用するのは望ましくな
く、たとえば図３の部分反射表面１８ｂにより達成され
るように、一種の光線の減結合の方をそのコンパクトな
構成のために選択したい場合には、同じ働きをする一つ
の部分反射板１１８ｂを使用することができる。そのこ
とから、図４の構成は、簡単な方式で集束可能の自動目
標検出を可能にしているので、好ましく優先使用すべき
構成であることが判明する。

【００４１】図５は前述の実施の形態、特に図３とは、
波長λ₃とλ₄とに対してそれぞれ別のセンサユニット２
３を設け、従って切換え可能のフィルタはいずれにせよ
不要である点が異なっている。このセンサユニット２３
は、それぞれの波長の範囲に既に合せてあるか、或いは
これにそれぞれに望まれる波長に相当するフィルタをそ
の前に設ける。勿論、軸Ａからユニット２３までに対し
て充分反射する表面を波長に相当して選択することも考
えられよう。

【００４２】全てのセンサが共通の視準軸を有すること
は、１ないしは３ｍｍという高い要求の測定精度に対し
て有利であり、この視準軸はまた望遠鏡の全ての距離セ
ンサと角度センサに対してばかりでなく、セオドライト
の中の角度センサに対しても標示した基準軸を形成す
る。一つの共通な視準軸Ａにより、検定モデル（の測
定）と、（同軸でない配置の場合の）測定が不能または
困難な例えば視準軸Ａへの画像目標物の傾きのようなパ
ラメータの（距離測定に及ぼす）影響（の測定）が簡単
になる。例えば共通の視準軸を有する配置には視差がな
い、即ち角度に対する粗測定値が距離に左右される。更
に視線Ａへの目標物の傾きの角度と距離の測定に対する
影響は僅かである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つのタキメータ望遠鏡の斜視図であ
る。

【図２】その一つの実施の形態の略図である。

【図３】実施の形態の好ましい変形の図である。

【図４】実施の形態のもう一つの好ましい変形の図であ
る。

【図５】焦点に集束可能で反射器なしに測定する距離測
定ユニットを備えたもう一つの実施の形態の図である。

【符号の説明】

１タキメータ望遠鏡２セオドライトケーシング３望遠鏡ケーシング４操作ユニット、キーボード５表示画面１１望遠鏡システム、望遠鏡対物レンズ１２−１５ミラー１６目標物１８分割プリズム１９受光センサ２０フィルタ２１表面センサ、画像センサ２２集束ユニット２３距離測定複合体２４制御評価ユニット２５中央処理装置２７制御評価ユニット２８接眼レンズ２９角度センサ３０電動機ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３光線源、送光器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測地的、産業的および建設技術的測量に
おいて光学的距離測定に使用するタキメータ望遠鏡であ
って、１個の光学的望遠鏡対物レンズ（１１）と、望遠鏡の支えとしての１個の電動式セオドライトと、前記セオドライトの電動式軸を操作し制御する１個の電
子ユニットと、一方では少なくとも１個の反射器ないしは少なくとも１
個の目標マークを介しての測量しようとする目標物（１
６）までの距離の測定と、他方では１台の送光器（Ｓ１
ないしはＳ２ないしはＳ３）から送られた少なくとも１
個の光線束用のそれぞれ１台の第１のセンサ装置（１
９，２０ａ）および第２のセンサ装置（１９，２０ｂ）
によるそのような目標の指標の無い１個の自然の目標物
（１６）までの距離の測定とのための１台の距離測定複
合体（２３）と、前記目標物により反射された光線束に相当する１個の信
号を受信し、走行時間および／または位相の状態から送
られた信号までの距離を測定するための、前記距離測定
複合体（２３）に接続された１台の評価ユニット（２
４）とを備えた前記タキメータ望遠鏡において、更に角度測定付きの複数の表面センサ（２７）用の１台
の処理ユニットによる自動目標検出のための少なくとも
１台の第３のセンサ装置（Ｓ１，２１，２７）をもう１
台の評価ユニットとして備え、その際前記のセンサ装置
（１９，２０，２３，２１）の全ての視準軸が一致して
１本の共通の作用軸（Ａ）を形成し、且つ前記画像処理
ユニット（２７）と前記距離測定複合体（２３）とのセ
ンサ装置（１９，２０，２３，２１）への放射および入
射光線束が同軸作用を有することを特徴とする前記タキ
メータ望遠鏡。
【請求項２】それぞれ一つの光学的投射および入射チ
ャネルの他に一つの可視チャネル、特に１個の接眼レン
ズ（２８）へのチャネルを追加して有することを特徴と
する請求項１記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項３】１個のダイクロイック分割器（１３−１
５，１８ａ，２１８）からの少なくとも一つの光線の経
路が他に導かれていることを特徴とする請求項１または
２記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項４】前記センサ装置（１９，２０，２３，２
１）および／または前記送光器（Ｓ１-Ｓ３）の少なく
とも一部がそれぞれ前記の評価ユニット（２４，２５，
２７）を介して逐次作動され得ることを特徴とする前記
請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項５】前記センサ装置（１９，２０，２３，２
１）および／または前記送光器（Ｓ１-Ｓ３）の少なく
とも一部がそれぞれ前記の評価ユニット（２４，２５，
２７）を介して並列または同時に作動され得ることを特
徴とする前記請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠
鏡。
【請求項６】前記画像または位置評価用の前記送光器
（Ｓ１）ないしはセンサ（２１）が前記距離測定用の送
光器（Ｓ２）ないしはセンサ（１９，２０ａ）と同時に
少なくとも１個の反射器ないしは少なくとも１個の目標
マークを介して一つの測定しようとする目標物（１６）
に向かって作動可能であることを特徴とする請求項５記
載のタキメータ望遠鏡。
【請求項７】前記タキメータ望遠鏡が１個のセオドラ
イトケーシング（２）に配置した１個の望遠鏡ケーシン
グ（３）を有し、且つ評価ユニット（２４，２５，２
７）の少なくとも一つを後者の望遠鏡ケーシング（３）
に収めてあることを特徴とする前記請求項の何れか１項
記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項８】前記タキメータ望遠鏡が１個のセオドラ
イトケーシング（２）に配置した１個の望遠鏡ケーシン
グ（３）を有し、且つ評価ユニット（２４，２５，２
７）の少なくとも一つを前者のセオドライトケーシング
（２）に収めてあることを特徴とする前記請求項の何れ
か１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項９】前記距離測定複合体（２３）および／ま
たは１台の送光装置（Ｓ１ないしはＳ２ないしはＳ３）
が、少なくとも１個の反射器を介して距離測定を行う一
つの運転方式から、一つの自然の目標物（１６）に対し
て距離測定を行うもう一つの運転方式への１台の切換え
装置（２０ａ，２０ｂ）を備えていることを特徴とする
前記請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１０】前記距離測定複合体（２３）に異なる
焦点距離の複数のゾーンを備えた１台のマルチセグメン
ト光学装置（１８ｂ，１８ｃ，２１８，１１８ｂ）が組
み込まれていることを特徴とする前記請求項の何れか１
項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１１】前記距離測定複合体（２３）に接続さ
れた少なくとも一つの前記評価ユニット（２４）が１台
の別個の評価プロセッサを有することを特徴とする前記
請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１２】前記センサ装置（１９，２０，２３，
２１）の内の少なくとも２台が送光器側にそれぞれ１個
の別個の光線源（Ｓ１-Ｓ３）が組み込まれていること
を特徴とする前記請求項の何れか１項記載のタキメータ
望遠鏡。
【請求項１３】１個の目標点標識を形成するための１
個の光線源（Ｓ２）を備えていることを特徴とする前記
請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１４】前記センサ装置の内の少なくとも２台
が送光器側で１個の光線源を共有していることを特徴と
する前記請求項の何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１５】１個の自然の目標物までの距離の測定
用の距離測定複合体（２３）が、好ましくは可視光の領
域において回折を限定した薄い、特にコリメートした一
つの光線束を形成するための１個の送光器（Ｓ２）を有
することを特徴とする前記請求項の何れか１項記載のタ
キメータ望遠鏡。
【請求項１６】１個の目標点標識を形成するための前
記光線源（Ｓ２）が回折を限定した薄い光線束を形成す
るための前記送光器（Ｓ２）により形成されていること
を特徴とする請求項１３、１４および１５の何れか１項
記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１７】少なくとも２個の光線束を放射する送
光装置（Ｓ１-Ｓ３）を備え、その光線束のそれぞれが
異なる一つのスペクトル領域ないしは異なる波長帯（λ
₂-λ₄）にあることを特徴とする前記請求項の何れか１
項記載のタキメータ望遠鏡。
【請求項１８】少なくとも１個の送光装置（Ｓ１-Ｓ
３）が、環境の光線（λ₁）ないしは自然の、眼に可視
の昼間光とは異なるスペクトルないしは異なる波長（λ
₂-λ₄）の光を放射することを特徴とする前記請求項の
何れか１項記載のタキメータ望遠鏡。