JP2004535581A

JP2004535581A - 照準装置を備えたレンジファインダー

Info

Publication number: JP2004535581A
Application number: JP2003514207A
Authority: JP
Inventors: ギガー，クルト
Original assignee: ライカ・ジオシステムズ・アーゲー
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-11-25
Also published as: CN1533497A; US7030969B2; ATE412877T1; US20040145720A1; ES2316566T3; CN100491913C; WO2003008909A1; EP1407227B1; DE50212969D1; EP1407227A1; KR20040021632A

Abstract

照準装置（８，９）を備えたレンジファインダー（１）に関する。レンジファインダー（１）は、光線を放射する送光器（４）と、測定対象物により反射または拡散した測定光線を受光する受光光学系（５）と、受光光学系（５）の下流側に配置され、光線を電気測定信号に変換する受光器（６）と、測定信号を参照信号と比較して測定対象物の距離を決定し、その結果を使用者に提供する信号処理装置（７）とを有している。照準装置（８，９）は、電子表示装置と接続されている光電型像検知システム（９）と、検知した像に対し差値を形成するための評価ユニット（７）とを有している。照準装置の光電型像検知システム（９）と電子表示装置とは、光電型像検知システム（９）のための別個のファインダーレンズ（８）を備えた共通のハウジング内に配置されている。（図１）

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の照準装置を備えたレンジファインダーに関する。また本発明は、距離を測定すべき対象物において測定点を検出するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のレンジファインダーは従来の技術からよく知られている。レンジファインダーは数十メートルの測距範囲を有し、手持ち機器として構成されていることが多い。レンジファインダーは主に建築測量や内装の仕上げに使用され、たとえば空間の三次元測量に用いられる。レンジファインダーの他の利用分野は測地および工業測量である。公知のレンジファインダーによる測距原理は、レンジファインダーから放射されて照準対象物から反射してきた電磁放射線の特性量の時間的変化を評価することに基づいている。このためレンジファインダーは、強度変調放射線を放射するための送信器を備えている。手持ち器の場合には、測定点の照準を容易にするため、主に可視波長スペクトルの光線である。光線は照準測定対象物によって反射または拡散し、レンジファインダー内に組み込まれた受光器によって受光される。送光器から放射された光線に対する、受光した変調光線の時間的遅れから測定対象物までの距離が明らかになる。
【０００３】
手持ち器で使用される可視光線（一般にはレーザー光線）は、室内では測定対象物上でよく目視できる。しかし測定対象物が集中的に照射されると、測定点を背景から区別するのは目視では困難である。これは特に戸外で使用する場合がそうであり、測定対象物が集中的な太陽光線に何度も曝され、測定対象物によって反射した測定点を裸眼で知覚するのが困難であったり、或いは全く知覚できないことがある。このような問題を解消するため、レンジファインダーの使用者が眼鏡を使用することがある。眼鏡は、測定対象物によって反射した測定光線のみを通過させる光学フィルタを備えている。補助手段としての特殊眼鏡は破損する危険が大いにあり、手元にないこともあり、使用者が不快を感じたり煩わしさを感じたりすることが多い。上記問題を解決するための択一的な手段として、公知のレンジファインダーのために、レンジファインダーに装着可能な望遠照準器を設けることも知られている。この望遠照準器は、レンジファインダーの使用者に対し、測定対象である測定対象物上の測定点を認識させる補助の用を成すものである。また、測定点の光に同調した特殊フィルタを補助的に備える望遠照準器もすでに知られている。しかし望遠照準器はコスト高であり、高価である。特に、望遠照準器或いは同種の光学的照準補助手段はレーザー光線に対し常に位置調整されていなければならない。したがってこの種のレンジファインダーは衝撃に非常に弱い。この欠点を解消し、かつレンジファインダーの重量を不必要に増大させないようにするため、必要な場合だけ望遠照準器をレンジファインダーに取り付け位置調整しなければならないような別個の部材として構成することもある。この別個の望遠照準器は損傷しやすい。また、使用者が携行しなかったり、紛失することがある。さらに、取り付け後、レーザー光線に対し何度も位置調整しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、従来の技術のレンジファインダーの上記欠点を解消することである。レンジファインダーは、光の状態が好ましくない場合も、特に測定対象物が強く照射されている場合も、照準した測定対象物に生じた測定点を簡単に一義的に識別可能であるように改良すべきである。解決法は簡潔で低コストで実現可能であるべきである。また、レンジファインダーはコンパクトで携帯可能であり、多面的な使用を可能にすべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する照準装置を備えた携帯可能なレンジファインダーにより解決される。距離を測定すべき測定対象物上の測定点を検出するための方法は、方法に関する独立請求項８に記載の方法ステップを含んでいる。本発明によるレンジファインダーおよび方法の有利な実施態様および／または有利な構成は、装置または方法に関する従属項の対象である。
【０００６】
本発明による、照準装置を備えたレンジファインダーは、光線を放射する送光器と、測定対象物により反射または拡散した測定光線を受光する受光光学系と、受光光学系の下流側に配置され、光線を電気測定信号に変換する受光器と、測定信号を参照信号と比較して測定対象物の距離を決定し、その結果を使用者に提供する信号処理装置とを有している。本照準装置は、電子表示装置と接続されている光電型像検知システムと、検知した像に対し差値を形成するための評価ユニットとを有している。照準装置の光電型像検知システムと電子表示装置とは、光電型像検知システムのための別個のファインダーレンズを備えた共通のハウジング内に配置されている。
【０００７】
光電型像検知システムを備えたレンジファインダー用照準装置は、この種のシステムにおいて眼に対して十分大きな光感度のものを使用する。したがって、光の状態が好ましくない場合も、測定対象物上に生じた測定点を検出することができる。照準装置は、さらに、光電型像検知システムから提供される信号またはデータに対し差値を形成する評価ユニットと、光電型像検知システムによって撮影された測定対象物の像を、場合によっては信号またはデータの処理後に、使用者に提供する電子表示装置とを有している。したがって使用者は、距離を測定すべき測定対象物をレンジファインダーが実際に照射しているかどうかを直接にコントロールすることができる。このようにして、破損の危険があり、紛失したり忘れたりする特殊眼鏡或いは特殊な望遠照準器のような光学的補助手段を省略することができる。よって望遠照準器の位置調整も必要ない。位置調整の代わりに、使用者に表示される像部分をソフトウェアで選択することができる。照準装置の光電型像検知システムと電子表示装置とは、光電型像検知システムのための別個のファインダーレンズを備えた共通のハウジング内に配置されている。測距用の構成要素と電子評価装置を備えた照準装置の構成要素とは互いに別個に配置されており、互いに独立に作動可能である。その結果、レンジファインダーの全体構想に関し大きなフレキシビリティが得られる。
【０００８】
有利な光電型像検知システムは、有利には集積半導体デバイスであるＣ−ＭＯＳ構成で非常にコンパクトな構成として入手できるデジタルカメラである。３メガピクセル以上の光電半導体を備えたデジタルカメラは非常に低コストである。デジタルカメラの高解像度は測定対象物の極めて精密な照準を可能にする。
【０００９】
デジタルカメラの高解像度は、評価ユニットと接続して電子ズーム機能を実現するためにも利用するのが合目的である。これには、使用者がまず粗方向調整し、測定対象物を正確に照準する際に測定領域をズームして、その後測定範囲内の測定点を正確に局限することができるという利点がある。
【００１０】
ＳＮ比を改善するため、本発明の有利な実施態様では、光電型像検知システム、特にモノクローム光感度を備える光電半導体デバイスを有するモノクロームデジタルカメラが使用される。デジタルカメラの受光検知面の上流側には、レンジファインダーの光線の波長範囲で透過性を持つ光学的帯域フィルタが接続されている。
【００１１】
本発明のこれとは択一的な実施態様では、三原色を検知するために構成されたカラーカメラチップを備えるカラーカメラが使用される。カラーカメラチップは、すでに赤、緑、青のスペクトル範囲用の光学フィルタを有している。これにより、測定対象物がたとえば赤の波長範囲のレーザー光線で照射され、カラーカメラによって提供される像の赤色部分のみを評価する場合には、像内に検知されるレーザー測定点の、背景放射に対するＳＮ比がかなり改善される。
【００１２】
照準装置は別の機器に組み込まれていてもよい。別の機器とは、たとえばカメラを組み込んだパームトップコンピュータまたはラップトップコンピュータである。カメラから提供された信号または情報の処理はコンピュータで行なう。像はコンピュータのディスプレイまたはスクリーンを介して出力される。この場合コンピュータとレンジファインダーとが互いに接続され、放射線源、たとえばレーザーと像検知部とを同期させるようになっている。接続はワイヤレス接続を介して行なうのが有利であり、たとえばブルートゥース(Bluetooth)規格にしたがって行なうのが有利である。このような構成によりコンピュータを照準装置として使用することができる。この実施態様は特に既存のレンジファインダーに追装備できる。
【００１３】
本発明の他の有利な実施態様形態では、照準装置がレンジファインダー内に組み込まれている。このためレンジファインダーは光線、たとえばレーザー光線を放射する放射窓の近くに、ファインダーレンズを備えたデジタルカメラを有している。デジタルカメラは、検知した像の差値を形成するためにレンジファインダー内に設けられている評価装置と接続されている。レンジファインダーハウジングには、デジタルカメラによって撮影した像を表示するためのディスプレイ等が配置されている。この組込み型構成は特に操作が容易であり、補助的な機器を必要としない。
【００１４】
距離を測定すべき測定対象物上の測定点を検出するための本発明による方法では、レンジファインダーを用いて測定対象物を光線で、有利には可視スペクトルのレーザー光線で照射する。測定対象物に生じた測定点は光電型像検知システムを用いて検知され、撮影した像の差値を形成するため評価ユニットに送られ、その結果を電子表示装置で表示させる。照準はレンジファインダーの測定光線または測定レーザーで直接行なう。これにより誤差が確実に回避され、補助的な視差誤差補正を行なわずに済む。光電型像検知システムを使用することにより、この種のシステムの光感度が極めて高くなる。有利には、Ｃ−ＭＯＳ構成をベースにしている半導体撮影チップを組み込んだデジタルカメラを使用するのがよい。Ｃ−ＭＯＳデバイスは比較的電気消費量が低い。したがって特にバッテリーまたは電池式の携帯型レンジファインダーに適している。
【００１５】
デジタルカメラは低コストで入手でき、すでに非常に高い解像能を有している。通常は、測定点の識別のために表示装置、スクリーン、ディスプレイ等が必要とする解像能よりも高い。デジタルカメラの感度が高いために、光の状態がよければ、すなわち照射状態が弱い環境で、しかも距離が短ければ、ただ１つの像だけで処理できる場合もある。本発明の簡潔な実施態様では、光の状態がよい場合に、望遠鏡の十字線のようなマークを表示装置に挿入してもよい。この場合、測定点の電子検知は行なわずに済む。挿入したマークに応じて後調整すればよい。その際、カメラ光学系に対するレーザー光線のずれによって生じる視差は粗測距で決定でき、自動的に修正されるので有利である。
【００１６】
測定点の位置を確実に決定するため、光電型像検知システムにより、光線を照射して測定対象物から少なくとも１つの像を撮影し、または光線を照射せずに少なくとも１つの像を撮影する。評価ユニット内で電子的に変換した像から測定点を電子的に検知するための差像を求める。検出した測定点の部位は、マーク等を挿入することにより、電子表示装置で表示されている測定点の像の上に生じる。
【００１７】
光の状態が非常に悪ければ、たとえば太陽光線が強烈な場合のように測定点が測定対象物から目立たなくなるような場合には、多数の像を介して測定点の識別が可能になる。このため、短時間で連続する測定対象物の複数の像を、光線を照射して、または光線を照射せずに撮影する。像部分はわずかな移動と振動により変位するので、常に、レーザー測定点を持った１つの像とレーザー測定点を持たない１つの像とを直接相前後して撮影し、これから差像を求める。差像は平均される。この処置は、平均化の際に望ましくないノイズがフィルタリングにより除去されるので、ＳＮ比に非常に有利に作用する。
【００１８】
ＳＮ比を改善するため、光線を照射して測定対象物を撮影している間に放射パワーを同期的に増大させ、有利にはほぼ２倍ないしほぼ２０倍に増大させるのが有利であることが明らかになった。レーザーを備えたこの種のレンジファインダーを連続作動させるには、平均的なレーザーパワーは安全規格によって特定のパワーに制限されているが、パルス作動では短期間であればより大きなパワーを放射してもよい。
【００１９】
ＳＮ比を改善するための上記方法に対し択一的な方法では、測定対象物をモノクローム像検知システムを用いて、有利には光電半導体デバイスを備えた、特にＣ−ＭＯＳをベースにした光電半導体デバイスを備えたモノクローム撮影カメラを用いて撮影する。その際、測定対象物によって反射または拡散した光線を、照射した光線の波長範囲で透過性を持つ帯域フィルタを少なくとも一時的に前もって通過させる。
【００２０】
ＳＮ比を改善するための他の可能性は、測定対象物を撮影するためにカラーカメラを使用することである。その際有利には、照射した光線の波長スペクトルに対応する像部分のみを処理するのがよい。
【００２１】
既存のレンジファインダーをも本発明の意味で使用できるようにするため、測定対象物から来る光線を、固有の評価ユニットと表示装置とを備えかつレンジファインダーと連結されている別個の機器内、有利にはパームトップコンピュータまたはラップトップコンピュータ内に配置されているカメラを用いて検知する。コンピュータは、検出した信号またはデータの更なる処理を可能にする。表示装置としては、コンピュータのスクリーンまたはディスプレイを用いる。コンピュータとレンジファインダーとを互いに接続して、放射線源、たとえばレーザーと像検知部とを同期させる。接続はワイヤレス接続を介して行なうのが有利であり、たとえばブルートゥース規格にしたがって行なうのが有利である。このような構成によりコンピュータを照準装置として使用することができる。
【００２２】
本発明による方法は、特殊に構成されたレンジファインダーを用いても実施できる。この場合測定対象物の像検知は、レンジファインダーの中に組み込まれた光電型像検知システム。有利にはデジタルカメラを用いて行なう。検知した信号の評価は、レンジファインダー内に組み込まれている評価ユニットを用いて行なう。その後、撮影し処理した信号またはデータを、レンジファインダーに設けられている電子表示装置、たとえばディスプレイ等で表示させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明を図面に示した実施形態を用いてより詳細に説明する。
【００２４】
図１はレンジファインダーの１実施形態の概略図で、レンジファインダーの全体を符号１で示してある。レンジファインダー１、特にレーザーレンジファインダーは、本発明によるレンジファインダーの個々の部品がよくわかるようにカバーケースなしで図示してある。レンジファインダーの前板２にはいくつかの開口部が設けられている。これらの開口部の１つは担持板３上に配置されているレーザーの測定ビーム用の出射窓４である。なおレーザーは図に詳細には示していない。前板２で最も大きな部分を占めているのは、測定対象物によって反射または拡散した測定光線を受光する受光レンズ５である。担持板３上の受光レンズ５の後方に光電ユニット６が取り付けられている。光電ユニット６は通常の構成であり、参照経路と、種々の光学要素、たとえばビームスプリッター、転向ミラー等と、少なくとも１つの光電検出器と、信号変換器と、フィルタ等とを有している。検出され変換された測定信号は中央信号処理装置に送られる。中央信号処理装置はメモリユニットとマイクロプロセッサとを有し、図１では７で示唆してある。以上の構成の限りでは、レンジファインダー１は本出願人による公知のレンジファインダーに対応している。
【００２５】
前板２には、さらにファインダーレンズ８が配置されている。ファインダーレンズ８の後方には像検知システム、特に光電撮影チップを備えた撮影カメラ９が配置されている。撮影チップはたとえばＣ−ＭＯＳ構成をベースとした半導体デバイスである。撮影チップはモノクローム撮影用、或いはカラー撮影用いずれに設計されていてもよい。この種の部品は十分知られているものであり、たとえばドイツのIntertec Components社、或いはアメリカのOmni Vision社から取り寄せることができる。撮影カメラ９は信号処理装置７と接続されている。
【００２６】
図２は、距離を測定すべき測定対象物上の測定点を検出するための本発明による方法のフローチャートである。レンジファインダーを作動させることにより、信号検知ユニットでは照準ルーチンがスタートする。これをフローチャートではスタート位置１０で示している。
【００２７】
測定対象物の最初の粗照準を終了した後、次のステップ１１でレーザーを短時間オフにする。その後、撮影カメラを用いて測定対象物の像１２をレーザー放射せずに撮影し、記憶させる。次のステップ１３でレーザーを再びオンにし、この時点でレーザーによって照射されて測定点をもっている測定対象物の他の像１４を撮影し、記憶させる。問合せルーチン１５では、撮影した像の数量ｉが、有利には予め設定可能な最大数Ｎよりも小さいかどうかを問合せする。予め設定可能な最大数Ｎにまだ達していなければ、測定対象物の像をさらに撮影して記憶させる。この場合常に、レーザー測定点を持った１つの像とレーザー測定点を持たない１つの像とが撮影され、これから差が形成される。これにより、照準した像部分が振動や移動のために変位することによって生じる測定ミスが防止される。最大数Ｎに達していれば、撮影した差像を次のステップ１６で平均して、Ｓ／Ｎ比を改善させる。その結果得られる平均した差像を分析ステップ１７で分析して、測定点を検出可能であるかどうかを調べる。これはたとえば差信号の輝度を閾値分析することによって行うことができる。分析の結果、測定点を測定対象物上でまだ検出できないならば、撮影した像の最大数Ｎを増大させる。これをステップ１８においてプログラミング技術の割り当てＮ＝Ｎ＋１によって示した。なお、割り当てＮ＝Ｎ＋１は必ずしも正確に１つの像だけ増大させることを意味するものではなく、最大数Ｎを一定に設定した値、または入力可能な値だけ増大できることをシンボリックに示したものである。差像で測定対象物上の測定点が検出されれば、ディスプレイ、スクリーン等で測定対象物の像の表示１９を行なう。測定点の位置は、有利には電子的にフェードインされるマークによって強調させる。これにより照準過程が終了し、測定対象物の距離の測定を行なうことができる。
【００２８】
図１に図示したレンジファインダーの実施形態は、レンジファインダー内に組み込まれた撮影カメラを有している。しかし本発明はこの種のレンジファインダーに限定されるものではない。たとえば、撮影カメラをラップトップコンピュータまたはパームトップコンピュータに組み込んでもよい。このためコンピュータとレンジファインダーとを接続させて、レーザーと像検知とを同期させる。接続はワイヤレス接続により、たとえばブルートゥース(Bluetooth)規格に従って行なうのが有利である。このような構成によりコンピュータを照準装置として使用できる。その後、測定点を検出するための方法をコンピュータにより実施する。測定対象物の像と検出した測定点との表示はコンピュータのディスプレイまたはスクリーンを介して行なう。コンピュータの容量によれば、複数の像の撮影と距離情報の検討とにより、たとえば建物正面の電子モデルを生成させることもできる。コンピュータによって生成したモデルにより、建物正面の現在のモデルを用いてオフィスで更なる測定を何度も行なうことが可能である。これは、たとえば建物正面に足場を組む必要がある場合、或いは、対象物の接近困難な領域で測定を行なう場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるレンジファインダーの図である。
【図２】本発明による方法を説明するためのフローチャートである。

Claims

光線を放射する送光器（４）と、測定対象物により反射または拡散した測定光線を受光する受光光学系（５）と、受光光学系（５）の下流側に配置され、光線を電気測定信号に変換する受光器（６）と、測定信号を参照信号と比較して測定対象物の距離を決定し、その結果を使用者に提供する信号処理装置（７）とを有している照準装置（８，９）を備えたレンジファインダー（１）であって、照準装置（８，９）が、電子表示装置と接続されている光電型像検知システム（９）と、検知した像に対し差値を形成するための評価ユニット（７）とを有していることと、照準装置の光電型像検知システム（９）と電子表示装置とが、光電型像検知システム（９）のための別個のファインダーレンズ（８）を備えた共通のハウジング内に配置されていることを特徴とするレンジファインダー。
光電型像検知システム（９）が、有利にはＣ−ＭＯＳをベースとした光電半導体デバイスを有していることを特徴とする請求項１に記載のレンジファインダー。
光電半導体デバイスがモノクローム光感度を有し、その受光検知面の上流側に、レンジファインダーの光線の波長範囲で透過性を持つ光学的帯域フィルタが接続されていることを特徴とする請求項２に記載のレンジファインダー。
光電半導体デバイスが三原色を検知するために構成されたカラーカメラチップであることを特徴とする請求項２に記載のレンジファインダー。
光電半導体デバイスが評価ユニットに接続されて電子ズーム機能を有していることを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載のレンジファインダー。
光電型像検知システムが別個の機器、有利にはパームトップコンピュータまたはラップトップコンピュータに組み込まれ、前記別個の機器がディスプレイまたはスクリーンを有し、かつ有利にはワイヤレスでレンジファインダーと接続可能であることを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載のレンジファインダー。
レンジファインダー（１）内に組み込まれ、レンジファインダー（１）に、光電型像検知システム（９）によって撮影した像を表示するディスプレイ等が配置されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のレンジファインダー。
距離を測定すべき測定対象物上の測定点を検出するための方法であって、レンジファインダー（１）を用いて測定対象物を光線で、有利には可視スペクトルのレーザー光線で照射し、測定対象物に生じた測定点を光電型像検知システム（９）を用いて検知し、差値を形成するため評価ユニット（７）に送り、その結果を電子表示装置で表示させることを特徴とする方法。
光電型像検知システムが、光線を照射して測定対象物から少なくとも１つの像を撮影し、または光線を照射せずに少なくとも１つの像を撮影し、評価ユニット内で電子的に変換した像から測定点を電子的に検知するための差像を求め、検出した測定点の部位で、電子表示装置で表示されている測定点の像に電子マークを重畳させることを特徴とする請求項８に記載の方法。
光線を照射して、または光線を照射せずに、短時間で連続する測定対象物の複数の像を撮影し、これから得られる差像を平均することを特徴とする請求項９に記載の方法。
光線を照射して測定対象物を撮影している間に放射パワーを同期的に増大させ、有利にはほぼ２倍ないしほぼ２０倍に増大させることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
モノクローム像検知システムを用いて、有利には光電半導体デバイスを備えた、特にＣ−ＭＯＳをベースにした光電半導体デバイスを備えたモノクローム撮影カメラを用いて測定対象物を撮影し、その際像検知システムによって検知される光線を、照射した光線の波長範囲で透過性を持つ帯域フィルタを少なくとも一時的に前もって通過させることを特徴とする請求項８から１１までのいずれか一つに記載の方法。
測定対象物から来る光線をカラーカメラで検知し、その際有利には、照射した光線の波長スペクトルに対応する像部分のみを処理することを特徴とする請求項８から１１までのいずれか一つに記載の方法。
測定対象物から来る光線を、固有の評価ユニットと表示装置とを備え、かつレンジファインダーと連結されている別個の機器内、有利にはパームトップコンピュータまたはラップトップコンピュータ内に配置されているカメラを用いて検知することを特徴とする請求項８から１３までのいずれか一つに記載の方法。
レンジファインダー内に組み込まれている光電型像検知システムを用いて測定対象物の像検知を行ない、その検知した信号の評価を、レンジファインダー内に配置された評価ユニットで行ない、表示を電子表示装置、たとえばレンジファインダーに設けられたディスプレイ等で行なうことを特徴とする請求項８から１３までのいずれか一つに記載の方法。