JP2005533264A - 距離測定装置および距離測定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は距離測定装置（１０）に関する。この装置は、変調された測定ビーム（１６，２６，３６）を目標対象物（２０）の方向へ送出する、測定信号用の送出源（２２，２４）を備えた少なくとも１つの送出部（１４）と、目標対象物（３０）から戻って来る測定ビーム（１７，４４）に対する受信部（１８）と、目標対象物（２０）から戻って来る測定ビームから、目標対象物（２０）までの装置（１０）の距離を求める制御および評価ユニット（２８，５８）を有している。本発明ではこの装置（１０）が、設定可能な測定不確実性での距離測定を可能にする手段を有することが提案される。さらに本発明は距離測定方法に関しており、この方法では、距離測定が設定可能な測定不確実性で実行される。特定の設定可能な時間内での距離測定を保証するために、距離測定の基になる測定不確実性値が合わせられ、殊に漸次的に高められる。

Description

本発明は、変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出する少なくとも１つの送出器を備えた少なくとも１つの送出部と、目標対象物から戻って来る測定ビームを受信する少なくとも１つの受信部と、目標対象物までの装置の距離を求める制御および評価ユニットを有している形式の距離測定装置に関する。また本発明は、測定装置の少なくとも１つの送出部が変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出し、目標対象物から反射されて戻って来る測定ビームを前記測定装置内で検出し、反射された測定信号から、目標対象物までの前記装置の距離を求める形式の距離測定方法に関する。

従来技術
距離測定装置、殊に光学式距離測定装置自体はかなり前から知られている。このような装置は、変調された測定ビーム、例えば光線またはレーザービームを送出する。このような放射線は、装置までの距離が求められるべき所望の目標対象物へ向けられる。方向が定められた目標対象物から反射された、または散乱された、戻ってくる測定信号はこの装置によって部分的に再び検出され、測定されるべき間隔を求めるのに使用される。

ここでは目標対象物までの距離を求める、いわゆる位相測定方法と、単なる伝播時間方法は区別される。伝播時間測定方法では例えばできるだけ短いパルス持続時間を有する光パルスが測定装置から送出され、これに続いて、目標対象物まで到達して、再び測定装置内に戻って来るまでの光パルスの伝播時間が求められる。既知である光速を用いて、ここから目標対象物までの測定装置の距離が計算される。

これに対して位相測定方法では、伝播距離を伴う測定信号の位相の変化が、測定装置と目標対象物の間の間隔を求めるのに利用される。送出された光と比べて、戻って来る光の位相がシフトしている量を介して、光が伝播した距離ひいては目標対象物までの測定装置の距離が突き止められる。

一般的にこの種の距離測定装置の使用領域には一般的に、僅か数ミリメートルから数百メートルまでの領域における距離が含まれる。測定されるべき伝播距離並びに周囲条件並びに選択された目標対象物のビーム反射性能に依存して、この種の測定装置の性能に対する要求は異なる。

近年ではこの種の測定装置はコンパクトに構成され、商業的に販売され、ユーザは容易に手に持って操作することができる。

実質的に測定装置の基本となる測定システムによって定められた所定の測定精度を有するレーザ距離測定器が知られている。距離測定器のこのような精度は測定装置の特定の測定領域に対して、例えば製造者側で保証されている。

ＤＥ１９８１１５５０Ａ１号から例えば、光学式距離測定のための回路装置および方法が公知である。ここでは少なくとも２つの異なる、密に隣り合っている測定周波数が発振器から導出される。できるだけ大きな測定領域にわたって測定可能であるように、同時に距離測定時にできるだけ高い測定精度が得られるように、ＤＥ１９８１１５５０Ａ１号に記載された方法では、約１ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚまでの範囲の３つの異なる周波数が使用され、求められるべき距離がこれらの各種端数によって測定される。

ＥＰ０８８５３９９９Ｂ１号から、パルス伝播時間方法による光学式距離測定方法が公知である。ここでは粗い測定プロシージャも詳細な測定プロシージャも実行される。粗い測定プロシージャによって測定時間インターバルが求められる。この測定時間インターバルは、所望の目標対象物へ達し、目標対象物から戻ってくる光信号の見積もられた伝播時間よりも大きい。このような測定時間インターバル内で、適切な測定時間領域が事前に定められる。他方で、詳細な測定プロシージャでは一連の基本測定が実行される。ここでは各基本測定のために測定光信号が目標対象物に向けて送出され、受光され、目標対象物によって反射されて戻って来る光パルスが、粗い測定プロシージャの間に定められたこの適切な測定時間領域内でのみ集められる。目標対象物までの測定装置の正確な距離はその後、詳細な測定プロシージャの個々の測定にわたった平均化を介して実行される。

本発明の課題は、コンパクトで、殊に手に持つ形式の距離測定用測定装置によって、使用可能な距離領域、すなわちこの装置による距離測定が可能な距離領域を容易な手段で拡張することである。

上述の課題は、設定可能な測定不確実性による距離測定を可能にする手段を有していることを特徴とする距離測定装置、ないしは目標対象物までの距離測定が基づく測定不確実性の各値を測定装置に設定することができることを特徴とする距離測定方法によって解決される。

発明の利点
従来技術の装置に対して本発明の装置ないし本発明の方法は、種々異なる測定精度による距離測定が可能であるという利点を有する。測定精度が所定の測定距離範囲にわたって保証される場合、ひいては固定される場合、これは、例えば距離とともに減少する信号強度が原因となり、事前に固定された測定不確実性（Messunsicherheit）によってさらに求められる測定距離に対する制限を加える基準である。測定の測定不確実性は実質的に、測定信号の信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ）によって定められる。これによって、殊に小さい反射信号（これは例えば測定距離が大きい場合、または反射性が弱い表面を測定する場合に存在する）の場合には、特定の測定不確実性によってまだ測定可能な測定領域が制限される。相応の距離測定が実行される測定不確実性が固定されておらず、ユーザによって設定可能である、または装置によって自動的に設定可能である場合、高い測定不確実性を甘受したとしても、この種の測定装置によってないしは相応にこの種の方法によって利用可能な測定領域が距離測定にわたって可能である。

例えば手に持つ形式のコンパクトな距離測定装置の使用領域が多数ある場合、測定領域の拡大によって得られる利点によって、場合によって生じるより高い測定不確実性ないしはより低い測定精度の欠点が打ち消される。

従属請求項に記載された手法によって、独立請求項において記載された装置ないしは請求されている方法を有利に発展構成することが可能である。

有利には、測定装置の測定不精度は各測定タスクに最適に整合される。この種のコンパクトな距離測定装置が典型的に使用される多くのケースにおいて、例えば、数ミリメートルの領域における分解能を伴う高い精度は必要ではない。殊に比較的大きな距離を測定する場合にはそもそも、求められている距離に対する第１の測定値および根拠が得られることが望まれており、この場合には僅か数ミリメートルの精度で、求められている距離を定める必要は全くない。過度に大きい測定コストは、僅か数メートルの測定時と同じ、僅かな測定不確実性で百メートルまたはそれを上回る距離にわたる距離測定が実行されることが望まれていることを意味する。

有利には光学式距離測定を行う本発明の装置によって、基本的にこの種の装置によって測定される距離領域が格段に拡張される。固定して設定された距離測定の測定不確実性ないしは測定距離の相応する分解能の代わりに、これに対して装置による距離測定時の可変測定不確実性が可能である。従って例えば、測定範囲が大きい領域の場合（例えば５０〜数百メートルの領域において）、この種の測定装置の測定範囲が格段に拡張され、求められるべき値の測定不確実性への要求が低減される。同じように例えば、測定システムの測定不確実性が相応に上昇される場合、測定距離を求めるのに必要な測定時間が格段に低減される。

有利にはこのために一連の特性曲線、例えば測定距離に関する測定不確実性の特性を設定する特性曲線が測定装置の記憶媒体内に格納される。

例えば装置の相応のキー領域を介した操作者の設定、または装置内部での自動設定によって、距離測定の基になる測定不確実性を測定距離に依存して設定する特性曲線が選択される。

従って例えば、距離測定の本発明による測定装置ないしは基になる方法の有利な実施形態では、測定に対する最大測定時間が設定され、測定不確実性に対する存在する特性曲線間を装置が自動的に切り換える。これによって、所定の測定時間を考慮して、できるだけ低い測定不確実性を保証する特性曲線が選択される。

このようにして、短い測定距離の領域では、装置の最小測定不確実性によって作動され、距離が大きい場合には測定不確実性が次第に高くされることが保証される。これによって測定装置は拡張された測定領域を使用することができる。しかも短い測定距離の領域において測定不確実性が大きくなり過ぎることはない。

有利には、装置の制御および評価ユニットには、検出されるべき、反射された増幅信号の信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ）が設定可能である。この場合、このような信号ノイズ比は実質的に、距離測定が行われるべき精度を定める。

同じように有利には本発明の距離測定装置は次のように構成可能である。すなわち測定時間並びに測定の測定不確実性並びに測定結果の分解能が個々にまたは全体的に選択されるように構成可能である。従って本発明による測定装置のユーザは操作領域を介して、例えば固定された測定時間またはユーザによって所望される距離測定精度を調整設定することができる。この場合、測定装置の電子部分は相応のスイッチ手段を介して残りの測定パラメータを半自動的に整合させ、所望の測定不確実性ないしは所望の測定時間を可能にする。

本発明による測定装置は、良好に反射する表面上での約１０ｍまでの近傍領域における作動に対して、例えば１０^−３ｍの測定不確実性に調整設定される。この場合に測定時間は例えば最大で１秒であり、測定装置の分解能は１０^−４ｍである。このような調整設定によって、暗い表面上での測定はもはや不可能である。しかしこれはユーザの所望の測定状況に重要ではない。しかしこの測定装置は同じように有利には、遠方領域（例えば５０ｍ〜１００ｍ）における作動に対して最良に構成される。これは測定精度が１０^−１ｍにまで戻され、求められる測定値の分解能が１０^−２ｍに変えられることによって行われる。

本発明による測定装置の実施例ではセンサが集積されている。このセンサは測定場所周辺における光の状態を検出し、ここから測定時に存在する基本信号に対する尺度を定める。このような基本信号は、測定時に存在する信号ノイズ比に含まれ、従って距離測定の可能な測定不確実性に影響する。有利な実施形態では、このようなセンサ機能は受信部の検出エレメントによって実行される。従って１つの検出器だけで測定信号も基本信号も定められる。

周辺光の相対的な強さに基づいた装置の測定不確実性の自動的な切り換えが、本発明の方法において設定可能であり、相応にこの方法に応じて作動する測定装置内に組み込まれる。

従って例えば最大に設定された測定時間に対する可能な距離測定領域は、距離にわたった信号ノイズ比の要求を引き戻すことによって拡張される。これによって特に屋外領域において日光照射時に（すなわち基本信号ないしはノイズ信号が強い場合には）、本発明による測定装置の有用性が格段に上昇する。

有利には本発明の測定装置の評価ユニット内には例えば唯一の測定パラメータ（測定時間、距離の分解能、測定不確実性）が固定される。これによって、他の測定パラメータは半自動的に測定装置の制御電子部によって次のように整合される。すなわち、例えば測定時間の設定が固定されている場合、最大限可能な精度で（すなわち最低の測定不確実性で）対象距離が求められるように整合される。しかしこれはその後、使用された分解能に合った測定値表示につながる。

光学式距離測定を行う本発明による装置では、装置が完全に自動的に自立して次のように構成されることも可能である。すなわち、各距離および周辺状況に応じて測定パラメータの最適な設定が行われるように全てのパラメータが整合されるように構成されることも可能である。

本発明の実施例では測定精度を定める信号ノイズ比の値が、元来の距離測定により時間的に前に行われる、装置から目標対象物までのいわゆる粗い第１の距離測定によって自身で求められる。これに続く、測定装置と目標対象物との間隔を求める第２の距離測定がその後、粗い距離領域に合った精度ひいては測定時間要求で行われる。

本発明による装置の有利な実施例では、これ対して、個々の距離間隔に割り当てられている種々異なる測定不確実性が設定されている。粗い測定によって求められたおおよその距離に基づいて、装置によってこの距離に相応する、元来の距離測定に対する測定不確実性が選択される。

本発明による方法によって、ユーザが距離分解能を測定前に自身で設定することも可能である。これはユーザが例えば操作領域を介して「ｍｍ」または「ｃｍ」または「ｍ」を入力し、測定装置がここから、測定状況を観察して（すなわち例えば基本信号および所望の測定時間のレベルを観察して）、整合した測定不確実性を選択する、すなわち、そこまで測定されるべき信号ノイズ比を定めることによって実行される。測定の実行中にはその時々の目下の信号ノイズ比が測定装置の制御および評価ユニットによって求められ、さらに長く測定されなければならないか否かが決定される。

特に有利には、測定装置内に複数の特性曲線が格納される。これらの特性曲線は、測定距離によって異なる測定不確実性の経過を示す。従って、この種の特性曲線の選択によって、選択された測定領域の場合にさらに受け入れ可能な測定不確実性が選択される。

これは例えば次のことによっても実行される。すなわち、ユーザがおおよその距離領域を粗く設定し、その後で装置が相応の、測定不確実性に対する最適な特性曲線を選択することによっても実行される。

有利には本発明の測定装置では、距離測定の基底にある距離測定精度の設定がユーザに光学式ディスプレイを介して示される。従って例えば表示「ミリメータ」, 「センチメータ」, 「メータ」によってユーザに迅速に、どの程度で、ディスプレイにあらわされる距離測定結果が正確に特定されるのかが伝達される。

本発明による装置のさらなる実施例では、例えば距離測定の測定結果の表示は、距離測定の精度に相応する小数位（Dezimalen）で、測定装置の表示装置に表示される。測定装置のユーザには、例えば分解能の低減によって、測定距離が増加するにつれて低減される測定精度が容易に、しかし明確に視覚化される。

振幅変調された光での位相シフトを用いる本発明による距離測定方法は簡単かつ有利に、この種の測定装置に対して可能な、距離測定領域を格段に拡張することができる。択一的に本発明の方法によって例えば、典型的な設定目標対象物間隔での測定時に測定時間が短縮される。本発明による距離測定方法によって使用される測定領域はもはや一度定められた、全体的な測定領域および装置のあらゆる用途に対して定められた測定精度に制限されるのではなく、測定精度を測定タスクに合わせることによって容易に格段に拡張される。本発明の方法によって、この種の測定装置の使用領域が格段に拡張される。

本発明による装置ないしは本発明による方法のさらなる利点を図面および図面に属する説明に記載する。

図面
図には、光学式距離測定を行う本発明による装置ないし本発明による方法の実施例が示されている。この実施例を以下の明細書でより詳細に説明する。図並びに図の説明並びに本発明の請求項は、組み合わされた多数の特徴部分を含む。当業者はこれらの特徴部分ないしはこの特徴部分に関する請求項を個別にし、別の有利な組み合わせおよび請求項にまとめることができるであろう。

図１には、上位概念に記載された光学式距離測定装置の全体図が概略的に示されており、
図２には、本発明による方法の基礎となる実質的なステップによるフローチャートが示されており、
図３には、測定距離にわたった測定装置の測定不確実性の概略的な経過と、測定距離の関数である、本発明の装置に設定される測定不確実性の特性曲線の一連の例が示されており、
図４には、測定不確実性が実質的に一定であり、測定が図３に相応した設定可能な特性曲線に相応する場合の、測定距離にわたる測定時間の概略的な経過が示されている。

図１には、基本的な構成を説明するのに重要なコンポーネントを有する、上位概念に記載された距離測定装置１０が概略的に示されている。装置１０は、ハウジング１２を有しており、このハウジング内には、測定信号１６を生じさせる送信部１４並びに、目標対象物２０から戻ってくる測定信号１７を検出する受信部１８が配置されている。受信部１８は反射された測定信号１７用の受信チャネルを形成する。

送信部１４は光源２２を含む。この光源２２は、図１の実施例では半導体レーザダイオード２４によって実現されている。他の光源並びに光学式ではない送信部を同じように本発明の装置内で使用することもできる。

図１に示された実施例のレーザダイオード２４は、人間の目に可視である光束２６の形式で光ビームを送出する。レーザダイオード２４は、制御装置２８を介して駆動される。この駆動装置は相応の電子回路部分によって、ダイオード２４への電気的入力信号３０の変調を行う。制御装置２８は、変調のために必要な周波数信号を、測定装置の制御および評価ユニット２８から得る。他の実施例では、この制御装置２８は制御および評価ユニット５８の集積された構成部分であってもよい。

制御および評価ユニット５８は回路装置５９を含む。ここでこの回路装置は殊に少なくとも、必要な周波数信号を準備するために水晶発振器も有する。このような信号（典型的にそのうちの幾つかは距離測定中に種々異なる周波数で使用される）によって、測定信号は公知のように変調される。この種の回路装置の基本的な構成は例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号に記載されているので、ここでは詳細には繰り返さない。

半導体ダイオード２４から出力された、強度変調された光束２６は第１の光学系３２を通過する。この第１の光学系は、光束の放射プロファイルを改善する。この種の光学系は、レーザダイオードの集積された構成部分であってもよい。レーザービーム束２６は引き続き視準レンズ３４を通過する。このレンズは、ほぼ平行な光ビーム束３６を生じさせる。この光ビーム束は、測定されるべき目標対象物２０へ向けて送出される。図１に示された装置の送信部１４には、これに加えて装置内部の反射距離４０を生じさせる装置３８が存在する。この反射距離は測定装置の内部較正に用いられる。

測定信号１６は、光学窓４２を通じて、装置１０のハウジング１２から取り出される。測定のために装置１０は目標対象物２０に向けられている。この目標対象物から測定装置までの距離が測定される。所望の目標対象物２０で反射されたまたは散乱もされた信号１７は戻ってくる測定ビーム束４４を形成する。この測定ビーム束は、ある程度の部分、再び装置内１０に達する。装置１０の端面４８内での入射窓４６を通じて、反射された測定ビーム１７は測定装置内に入力結合され、受光レンズ５０に偏向される。この受光レンズ
５０は戻ってきた測定ビーム束４４を受光装置５４のアクティブ面５２上に集束させる。

この受光装置５４は例えば面検出器またはフォトダイオードであり、例えば既知の様式の直接混合式のアバランシェホトダイオードであり得る。受光装置５４のアクティブ面５２は相応の検出エレメントである。受光装置５４は、到来した光信号１７を電気信号に変える。この電気信号はその後、相応の接続手段５６を介して装置１０の制御および評価ユニット５８へ転送される。制御および評価ユニット５８は戻ってくる光学信号１７および殊に、戻ってくる信号が有する、放射された元来の信号と比較した位相ずれから、装置１０と目標対象物２０との間の検出されるべき距離を求め、これを例えば測定装置の光学式表示装置６０内に示す。

増幅変調された光での位相ずれ測定を用いたレーザ距離測定装置では、目標対象物２０から戻ってきて、検出器５４で受光された光と、測定装置１０から目標対象物２０の方向へ放射された光の間の位相ずれが、次の式によってあらわされる。

この式でφは、測定装置１０と目標対象物２０の間の距離ｄに基づいて光信号が有する位相ずれをあらわし、ｆは増幅変調された測定信号の変調周波数をあらわし、ｃは使用されている測定信号の位相速度（光速度）をあらわす。

位相ずれ検出によるレーザ距離測定時には目標対象物２０までの測定装置１０の距離ｄを求める際に精度を決定するものは、使用されている測定信号の信号ノイズ比である。

位相測定での測定不確実性Δφは次の式によってあらわされる。

測定不確実性を定める信号ノイズ比Ｓ／Ｎは、例えば変調信号の増幅測定および周辺光の直流成分から求められる。これは測定信号における相応のノイズにつながる。

信号ノイズ比は基本的に測定可能であるので、本発明では距離測定に次のように影響を与えることも可能である。すなわち例えば測定時間を合わせることによって、信号ノイズ比Ｓ／Ｎに対する所定の目標値、ひいては位相測定における測定不確実性Δφに対する所定の目標値が得られるように影響を与えることも可能である。測定時に得られるべき信号ノイズ比の設定は本発明による方法では選択的に、ユーザによって間接的に、事前に選択された測定時間の形で、例えば測定装置１０の制御および評価ユニット５８の操作領域６２を介して設定される、または自動的にないしは半自動的に最適な方法で測定装置自体によって設定される。

従って例えば短い、元来の測定過程の前に行われる短い距離測定を通じて、求められるべき距離の誤りを含む粗い見積もりが実行される恐れがある。しかしこの後には、この粗い距離領域によって合わせられた測定不確実性、ひいては信号ノイズ比Ｓ／Ｎへの要求で実行される、より正確な測定が続く。

連続した距離測定から部分量が選択され、この結果に基づいて、測定不確実性を例えば求められる測定距離に合わせることも可能である。距離を求めるためにはますます多くの個々の測定が、例えば種々異なる周波数で実行されるので、測定不確実性を設定するための情報を実行するためにこの種の個々の測定が使用される。すなわち測定不確実性は、測定タスクの距離を求めている間にも整合されて、最適化される。

択一的に所定の最大測定時間内で、測定装置によって使用される測定領域は次のことによって拡張される。すなわち距離にわたった信号ノイズ比要求が引き戻されることによって拡張される。これは特に屋外領域において日光照射が強い場合に（これは高いノイズレベルを生じさせる）、本発明による測定装置１０によって可能な測定距離、ひいては本発明による測定装置の有用性を格段に高める。距離が増加するにつれて距離測定の精度が低減することは、測定装置１０のディスプレイ６０における測定結果の表示時に表示分解能が低減されることによって視覚化され、ユーザに伝達される。

図２には、本発明による方法の主要なステップの実施例が、個々のステップのフローチャートに基づいて示されている。

この方法の始めではステップＳ１において、課せられている距離測定に対する測定時間が定められる。これは装置内部で、変調された測定信号の検出周期の数ｎに対する設定に変えられる。これは評価ユニットによる測定信号の評価に使用される。所望の測定時間は、測定装置ないしは測定装置の評価ユニットにユーザによって手動で、例えば操作領域６２を介して、または装置１０自体の制御および評価ユニット５８の相応するルーチンによって自動的に伝達可能である。

測定時間の設定後に測定が、例えば、装置１０の操作領域６２の相応する「スタートキー」の操作によって開始される。引き続き測定信号１６が装置によって、ターゲットである目標対象２０の方向へ送出され、目標対象２０で反射された測定信号１７が再び測定装置によって検出される。例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号にも記載されている既知の理由から、このような測定プロシージャが種々異なる周波数の測定信号によって繰り返されるのが有利である。本発明による方法のさらなる説明を容易にするために、以下ではそれぞれ１つの周波数に対する方法のみを記載する。

振幅変調された測定信号はステップＳ２において、事前に選択された測定時間に相応してｎ周期の持続時間にわたって検出され、処理される。受信検出器５４に入射した測定信号からステップＳ３において、検出された測定信号の振幅が突き止められ、並行してまたは連続して、ステップＳ４において測定信号内に含まれているノイズ成分が求められる。

振幅決定から得られた信号は図２のステップ５において、ステップ４で求められたノイズ成分と比の関係にされ、実行された測定が基づく信号ノイズ比Ｓ／Ｎが計算される。

測定過程と並行するステップ６において、測定装置には所望の理論的な精度設定が測定不確実性の形で伝達される。

これは、元来の測定の前に行われるユーザの手動入力によって実行されてもよいし、自動的ないしは半自動的な設定によって測定装置自体によって実行されてもよい。従って、測定装置は例えば装置内部のメモリにアクセスすることもできる。このメモリ内には測定不確実性に対する値が格納されている。この値は例えば距離領域に依存して格納され、従って１ｍ〜３ｍの領域の測定時には、例えば５ｍ〜２０ｍの領域または２０ｍ〜１００ｍの領域の場合よりもより低い測定不確実性が使用される。種々異なる特性曲線を測定装置自体内に格納することも可能である。これらの特性曲線は、測定が基づく測定不確実性と測定されるべき距離の間の種々異なる関数的な関係をあらわす。

ステップ６における精度設定（すなわち選択された測定不確実性）から、ステップ７において属する必要な信号ノイズ比が計算される。この信号ノイズ比は、ステップ６従った測定不確実性を遵守するのに有効である。

相応のセンサを使用することによって、使用されるべき測定不確実性が周囲パラメータに適合される。従って例えば基本信号のレベルと所望の測定時間を考慮して、適切な測定不確実性が選択される。すなわちそこまで測定されるべき信号ノイズ比が設定される。周囲パラメータとは必ずしも光学的な周囲パラメータのことだけではない。従って例えば相応のセンサによって、それぞれ他の様式のビーム（例えば「ハンディノイズ」または「レーダー信号」または「エレクトロスモッグ」も検出される。これらは場合によっては信号ノイズ比に影響を与える。装置の制御および評価ユニットを介してその後、測定不確実性が以下に記載されるように調整設定される。

同時にステップ８では、測定装置１０のディスプレイ６０の分解能が自動的に、本発明の測定装置１０の中央制御および評価ユニット５８によって、ステップ６での精度設定に合わせられる。従って例えば測定結果表示における小数位の減少によって、どのような測定精度ないし測定不確実性に、実行された測定が基づくのかがユーザに伝達される。

従って例えば、測定装置１０の操作領域６２内の相応の操作キーを介して表示の小数位を、例えば測定の前に設定し、どのような測定不確実性で以降の距離測定が実行されるべきであるのかを直接的に制御および評価ユニット５８に伝達することも可能である。ここでこの装置が、例えば格納されている特性曲線を呼び出すこともできる。どのような距離領域に以降の距離測定があるのかを装置に設定することも可能であり、これによって装置が相応の測定不精度を半自動的に選択することができる。

ステップ９では、ステップ７に応じた所望の信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｓｏｌｌ」と、実際の測定時の基になる信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｉｓｔ」との間で比較が行われる。信号ノイズ比の測定された実際値が、ステップ６に相応する目標値設定に相応していない場合、目標値を得るのに必要な測定時間が計算され、ここから例えば、評価ユニットに対する測定周期の必要な数ｎが求められる。この場合にはこの方法はステップＳ２に分岐して戻る。この結果、ここで合わせられた測定時間による新たな測定が開始されるないしは、実行されている測定がここで整合された検出周期数で実行されるないしは続けられる。

ここで、要求された測定不確実性による相応の距離測定に必要な測定時間が長すぎる場合、ないしは設定された測定時間を超えている場合、測定装置は自動的に測定不確実性を上昇させることが明らかである。この場合にはこの方法は分岐してステップ６に戻る。ここでは測定不確実性が設定される。ステップ６における決定は例えば、距離の関数である、測定不確実性の別の特性曲線を選択することによって行われる。または測定不確実性に対する固定値の設定によって行われる。本発明の測定装置は例えばこのために測定不確実性の個々の特性曲線を連続的に「連結させる」（durchschalten）ことができる。これによって、さらにかろうじて所望測定時間内での測定を可能にする測定不確実性が見つけられる。

測定された信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｉｓｔ」が所望の信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｓｏｌｌ」に相応する場合、変調された測定信号のｎ周期にわたって求められた位相ずれから既知の方法で、測定装置と目標対象物との間の距離がステップ１０で求められる。ここでは例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号において開示された方法が距離測定に使用される。

これに続くステップ１１において、評価ユニット５８によって求められた、測定装置１０と目標対象物２０との間の距離が測定装置１０のディスプレイ６０において表示される。ここで測定が基づいた測定不確実性を明確にするために、示された距離値の精度は、設定された測定不確実性に相応する分解能に相応する。

本発明による方法は、相応のルーチンとして制御プログラムの形で、例えば距離測定装置１０の制御および評価ユニット５８内に格納される。従って、測定パラメータに依存した装置自体による測定不確実性の自動的または半自動的な変更も実行可能である。これに加えて相応の特性曲線が記録媒体内に格納され、制御および評価ユニットから読み出されてもよい。

図３には測定距離Ｄの関数である、距離測定の基になるべき測定不確実性δに対する曲線の種々の例が概略的に示されている。ここでこの曲線は、装置の測定周波数を定める振動石英のシステマティックなエラーによってのみ生じる測定不確実性をあらわしている。例えば式（１）から分かるように、測定信号の周波数の変動は信号における相応の位相ずれにもつながる。これはここから定められる距離の誤りとしてあらわれ、測定不確実性に影響を与える。従って曲線ａであらわされたこの測定不確実性は装置内部の測定不確実性であり、測定装置に対して高質の電子コンポーネントを選択することによってのみ最適化される。

曲線ｂは、固定された信号ノイズ比Ｓ／Ｎによる付加的な統計的エラーが存在している場合に生じる測定不確実性をあらわす。従って曲線ｂは実質的に、測定装置によって得られる最小の測定不確実性を測定距離Ｄの関数としてあらわしている。

曲線ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、本発明の装置内に格納され得るような測定不確実性に対する可能な特性曲線を示している。これらの特性曲線は非線形の関数特性を有することも可能であり、図３に示された関数的な依存に限定されない。ここで測定装置は、距離測定時に例えば連続的にこれらの特性曲線を「連結させ」、これによって場合によって設定される測定時間Ｔ_０が越えられない。測定装置の制御および評価ユニットにおける最適化ルーチンは、特定の測定距離に対して次のような特性曲線を選択する。すなわちこの距離測定に対して必要な測定時間を考慮して、測定時間と測定不確実性の間の最適な妥協を示す特性曲線を選択する。

図４は同じように簡易化された、概略的な図を示す。この図は図３の特性曲線ｂ〜ｅに相応する測定時間Ｂ〜Ｅを測定距離Ｄの関数として示す。明確に分かるように選択によって、すなわち装置での測定不確実性の自由な設定または装置自体による設定によって、ある程度の測定時間Ｔ_０内でさらに測定される距離領域Ｄ０が格段に拡張されている。装置に設定可能な測定不確実性は例えば、図３からわかるように、装置によって生じるものとして設定される測定不確実性を格段に上回ることができる。

従って本発明による方法並びに本発明による装置は、距離測定用測定装置によって使用可能な距離領域、すなわち装置による距離測定が可能な距離領域を容易な手段で拡張することができる。

本発明による方法並びに、この方法を実行する本発明による装置は、この明細書中に示された実施例に制限されるものではない。

殊に本発明の方法および、この方法を実行する本発明の測定装置は、位相測定原理の使用に制限されない。例えば伝播時間原理に従って作動する距離測定装置も同じように本発明の方法を使用することができる。

さらに本発明の方法は、光学式距離測定装置での使用に制限されない。本発明による方法は同じように例えば距離測定用超音波装置でも使用される。

上位概念に記載された光学式距離測定装置の概略的な全体図である。

本発明による方法の基本となる実質的なステップによるフローチャートである。

測定距離にわたった測定装置の測定不確実性の概略的な経過と、測定距離の関数である、本発明の装置に設定される測定不確実性の特性曲線の一連の例を示す図である。

測定不確実性が実質的に一定であり、測定が図３に相応した設定可能な特性曲線に相応する場合の、測定距離にわたる測定時間の概略的な経過を示す図である。

Claims (23)

1. 距離測定装置であって、
   変調された測定ビーム（１６，２６，３６）を目標対象物（２０）の方向へ送出する少なくとも１つの送出器（２２，２４）を備えた少なくとも１つの送出部（１４）と、
   前記目標対象物（２０）から戻って来る測定ビーム（１７，４４）を受信する少なくとも１つの受信部（１８）と、
   前記目標対象物（２０）までの装置の距離を求める制御および評価ユニット（２８，５８）を有している形式のものにおいて、
   前記装置は、設定可能な測定不確実性による距離測定を可能にする手段を有している
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記手段は、距離測定が基づく測定不確実性を目標対象物（２０）までの測定距離および／または距離測定の測定時間に依存して設定することができるように構成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記装置は記憶媒体（６４）を有しており、
   当該記憶媒体内には距離測定が基づく測定不確実性がデータ形式で、殊に少なくとも１つの特性曲線の形で格納されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記記憶媒体は測定不確実性に対する複数の特性曲線を有しており、殊に測定距離の関数である測定不確実性の特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を有しており、
   当該特性曲線は測定装置の操作エレメント（６２）を介して距離測定に対して呼び出し可能である、請求項３記載の装置。
5. 前記記憶媒体（６２）は測定不確実性に対する複数の特性曲線を有しており、殊に測定距離の関数である測定不確実性の特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を有しており、
   当該特性曲線は測定装置の制御および評価ユニット（２８，５８）によって選択的にまたは連続的に距離測定に対して呼び出し可能である、請求項３記載の装置。
6. 前記装置は、距離測定が基づく測定不確実性を信号ノイズ比の設定によって、殊に測定信号の信号ノイズ比の設定によって、装置の制御および評価ユニット（２８，５８）で設定する手段を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記装置は、測定過程時に達する信号ノイズ比の値を測定過程前に装置に設定することを可能にする手段を有している、請求項６記載の装置。
8. 前記装置は、少なくとも距離測定に対する装置の測定時間並びに距離測定に対する装置の測定不確実性を含むパラメータのグループから少なくとも１つの測定パラメータが装置のユーザによって量的に事前選択可能であるようにする手段を有しており、
   前記グループの他の測定パラメータは測定装置の電子部分によって半自動的に合わせられて、測定量の信号ノイズ比、殊に測定信号の信号ノイズ比の設定可能な値に測定過程時に達する、請求項６または７記載の装置。
9. 前記装置は、少なくとも前記装置による距離測定に対する測定時間および距離測定に対する装置の測定不確実性を含むパラメータセットを、完全に自動的に各測定距離および／または周辺条件、殊に目標対象物の反射能力および／または周辺光の強度に合わせて、信号ノイズ比の設定可能な値、殊に測定信号の信号ノイズ比に測定過程時に達するようにする手段を有している、請求項６または７記載の装置。
10. 前記装置は、距離測定に対する信号ノイズ比の設定可能な限界値を、元来の距離測定より時間的に前に高い測定不確実性で行われる第１の距離測定によって求めることを可能にする手段を有している、請求項６から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記装置は、距離測定に対する信号ノイズ比の設定可能な限界値を、距離測定の一連の測定の部分結果によって得ることを可能にする手段を有している、請求項６から９までのいずれか１項記載の装置。
12. 前記装置は出力ユニット、殊に表示ユニット（６０）を有しており、
    当該出力ユニットは、距離測定時に使用された測定不確実性および／または装置の距離分解能をあらわすことができる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記装置は出力ユニット、殊に表示ユニット（６０）を有しており、
    当該出力ユニットは、距離測定の測定結果を測定不確実性に相応する距離測定値の小数位で表示することができる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 前記装置の送出器は少なくとも１つの光源（２２）、殊に少なくとも１つのレーザ（２４）を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
15. 距離測定方法であって、
    測定装置（１０）の少なくとも１つの送出部（１４）が変調された測定ビーム（１６，２６，３６）を目標対象物（２０）の方向へ送出し、
    前記目標対象物（２０）から反射されて戻って来る測定ビーム（１７，４４）を前記測定装置（１０）内で検出し、
    前記反射された測定信号から、目標対象物（２０）までの前記装置（１０）の距離を求める形式の方法において、
    前記目標対象物までの距離測定が基づく測定不確実性の各値を測定装置に設定することができる
    ことを特徴とする距離測定方法。
16. 距離測定が基づく測定不確実性値を、目標対象物（２０）までの測定距離および／または距離測定の測定時間に依存して設定することができる、請求項１５記載の距離測定方法。
17. 距離測定が基づく測定不確実性値は、信号ノイズ比、殊に測定過程時時に達せられるべき測定信号の信号ノイズ比の値を設定することによって生じる、請求項１５または１６記載の距離測定方法。
18. 距離測定に対する信号ノイズ比の設定可能な限界値を、元来の距離測定より時間的に前に高い測定不確実性で行われる第１の距離測定によって求める、請求項１７記載の測定方法。
19. 距離測定に対する信号ノイズ比の設定可能な限界値を、距離測定の一連の測定の部分結果によって得る、請求項１７項記載の距離測定方法。
20. 距離測定が基づく測定不確実性値を１つまたは複数の特性曲線の形で測定装置内に格納し、
    当該特性曲線は装置によって自動的におよび／または装置のユーザによって呼び出されるおよび／または選択される、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の距離測定方法。
21. 距離測定が基づく測定不確実性値を、装置内に格納された特性曲線の選択によって最適化する、請求項１９記載の距離測定方法。
22. 距離測定が基づく測定不確実性値を、距離測定に対する最大測定時間の設定後、測定不確実性に対する特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）の選択によって最適化する、請求項２０記載の距離測定方法。
23. 測定不確実性値を距離測定時に、設定された時間内での距離測定が可能になるまで徐々に高める、請求項１５から２１までのいずれか１項記載の距離測定方法。

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