JP2006503275A - 測定器用電子ディスプレイおよび制御装置 - Google Patents

Abstract

測地用測定器（１２）用電子ディスプレイおよび制御装置は、測定プロセス制御用入力手段と、測定範囲（１１）の検出および表示のための撮像手段（１’）および表示手段（２’）を有する。測定プロセスのために放射線ビーム束（Ｓ）が放射線源から放射され、撮像手段を動かす必要なく放射線ビーム束を測定範囲（１１）内で選択された目標に向けるために方向制御手段が放射線ビーム束の放射方向を制御する。画面上の位置マーク（３ａ）を動かすことで目標が決定され、測定プロセスが開始される。データ入力手段と表示手段との適切な組合せによって適切な操作モジュールを製作することができる。この操作モジュールは、通信手段を介して接続された測定器（１２、１２’）と独立、分離して使用することができる。センサ・コンポーネントとして複数の測定器と組み合わせた該操作モジュールを使用することで、遠隔操作型測地用測量システムを構成することができる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の電子ディスプレイおよび制御装置ならびに請求項１５に記載の測地用測定器、請求項２３に記載のモジュールコンポーネントおよび請求項２４に記載の測地用測量システムに関する。

殊に三次元データの、測定環境中の特定された点の特徴の抽出のために、従来多くの測定装置が公知である。三次元標準データとしてこの場合には、測定器および場合によっては存在する基準点の位置ならびに測定点への方位、距離および角度が測定される。従来の改善は、多くは正確さおよび速度が高められた新規の技術的な方法の使用に関するものであった。

このような測定器の一般に公知の例であるのは経緯儀である。公知技術の測地用測定装置に関する概観は、Ｒ．ＪｏｅｃｋｅｌおよびＭ．Ｓｔｏｂｅｒ、“Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ Ｅｎｔｆｅｒｎｕｎｇｓ−ｕｎｄ Ｒｉｃｈｔｕｎｇｓｍｅｓｓｕｎｇ”、第４版、シュトゥットガルト、Ｖｅｒｌａｇ Ｋｏｎｒａｄ Ｗｉｔｔｗｅｒ、１９９９年ならびにＪ．Ｍ．Ｒｕｅｅｇｅｒ、“Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”、第４版、ベルリン、ハイデルベルク、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１９９６年により提示されている。いずれにしてもこのような装置には直接該装置にて操作する操作者が依然として必要であり、この操作者はこの測定器を多くの場合には特別な位置調整手段、例えば光望遠鏡、を用いて測定すべきポイントに向ける。

多くの場合に人間の眼と測定プロセスとで共通の光路を使用しなければならないという理由から、このような装置は望遠鏡様式の該装置の技術的なデザインを必要とし、このことが実施形態の制限をもたらしている。

測地装置とこの装置に対して可動であるかまたは依存せずに接続可能であるディスプレイとの組合せによって人間工学的および安全技術的な関連での利点を得ることができる。この場合には望遠鏡の従来の接眼レンズは電子撮像手段によって代替され、その結果、従来必要とされる操作者が装置に束縛されることならびに、人間の眼を利用することが原因でもたらされる要求もしくは制限を撤廃することができる。装置および該装置で実施すべき測定の制御は、該ディスプレイの表示と、データおよび制御コマンドのための適当な入力装置とを介して電子的に行われる。その際、この測定は、例えば、三角測量による補完的な距離測定を伴う角度偏差（Ｗｉｎｋｅｌａｂｌａｇｅ）の測定によるかまたはレーザーによる種々の方法を用いた方向づけが行われた後で実施することができる。

特開平０２−１３０４０９および特開平０３−１６７４１２の明細書からビデオカメラとの経緯儀の組合せが公知であり、この組合せにより高速かつ正確な三次元測定が可能になるという。この場合には経緯儀とビデオカメラの２つの組合せによって、これら各カメラによる画像のキャプチャーおよび経緯儀による角度測定が同時に行われる。その際、それぞれの場合にビデオカメラと経緯儀の軸が平行であり、その結果、経緯儀の角度測定がこの組合せのカメラによってキャプチャーされた画像と関連している。異なる角度でキャプチャーされた少なくとも２つの画像から、結像したオブジェクトの三次元的な位置を導き出すことができる。

欧州特許出願第０ ４８１ ２７８号および関連の独国実用新案第９０ ０７ ７３１号から、光電子式に表現可能な空間点（Ｒａｕｍｐｕｎｋｔｅ）の測位のための測定装置が公知である。この測定装置は目標捕促装置としてのカメラを備えた可動の測定ヘッドと距離測定器を有し、これらの視線は精密に相互に合わされている。目標は、該目標がカメラで検出されかつ次にそのカメラ軸が目標に方向づけされることによってアライメントが行われる。これには距離測定器の精密な方向づけも関連しており、その結果、該距離測定器の軸も同様に測定すべきポイントに向けられている。

同じ出願人の欧州特許出願第０１１２７３７８号には、撮像手段と表示手段の分離によって人間工学的に操作し易くなった測定器が記載されている。データ入力手段と表示手段の適当な組合せによって独自の操作モジュールを形成することができ、この操作モジュールは測定器に依存しなくともまた該測定器から切り離されても使用することができ、かつ該測定器と通信手段を介して接続されている。センサ・コンポーネントとしての複数の測定器とのこのようなモジュールの使用は、遠隔操作可能な測地用測量システムの形成を可能にする。示された測定範囲内で位置マークが移動可能であり、この位置マークを介して測定プロセスのパラメータを決定することができかつその測定プロセスを開始させることができる。続いての測定プロセスによって、測定に必要な測定器のコンポーネントが位置マークによって決定された位置に向けられ、そして測定が実施される。

ＰＣＴ国際出願明細書である国際公開第９９／６０３３５号から、目標範囲をカメラで検出しかつ画面に表示する測地用装置が公知である。この範囲内で複数の目標を選択することができ、これらの距離は、距離測定器の軸をその選択された各目標に向けることによって測定することができる。その際、カメラおよび距離測定器は共通してかまたは互いに独立してモータによって動かされる。

従来技術の全ての装置では、１つの測定ポイントについて、各測定のために装置全体ないしは、撮像手段と表示手段の両方あるいは少なくとも測定装置の全体を含む測定ヘッドを動かす必要がある。そのため、それぞれの測定プロセスのために測定器のコンポーネントが動かされなければならず、これらコンポーネントは比較的大きくて重く、かつ多くの場合に電気ステップモータを必要とし、その結果、長時間および大きなエネルギーが必要とされる。しかしながら、野外用（ｆｅｌｄｔａｕｇｌｉｃｈｅ）システムにおいて、エネルギー消費は使用時間および信頼性に影響を及ぼす大きな問題であり、したがってこの消費量の減少は直接の利益を伴う。さらに比較的大きく、比較的重い部品を頻繁に動かすことは摩耗を大きくし、そのため摩耗を減少させるかもしくは摩耗し難いコンポーネントの技術設計を要求する。

もう一つの欠点は、測定器の軸を目標に向けるために、各装置または少なくとも各測定素子それぞれが、固有の方向制御手段をもたなければならないということである。特別な測量作業について常に全ての目標が撮像手段の検出範囲内にある場合でさえ、そのつどの測定プロセスのために装置または少なくとも２つのコンポーネントである撮像手段および測定装置は動かされなければならない。

類似の欠点は、自動追跡の場合に生じる。この場合には１つの目標が放射された放射線ビーム束によってアクティブ照明され、反射した放射線ビーム束に基づいて識別ないしは追跡される場合には、従来技術の装置の場合には、常に撮像手段が動かされなければならないか、あるいは撮像手段と照明手段の動きの協調が行われなければならず、この協調には既に示された欠点が内包されている。

本発明の課題は、測定に必要な動きないしはこれに必要な時間およびエネルギーの需要を減少させる、測定器のための電子ディスプレイおよび制御装置であるかないしは測定装置を提供することである。

もう一つの課題は、光電子ディスプレイおよび制御装置ないしは、より一般的な測定器の構造の複雑さを減少させることである。

もう一つの課題は、電子ディスプレイおよび制御装置ないしは、より一般的な測定器を小さくすることである。

もう一つの課題は、視野領域を変更することなく測定器の検出範囲内でのアクティブ照明を用いた追跡の可能性を提供することである。

これらの課題は、本発明によれば請求項１および１５記載の特徴によって解決され、ならびに従属請求項に記載の特徴によってその解決策がさらに発展形成される。

本発明の基礎となっているのは、光学系の検出範囲内で測定に必要な放射線ビーム束の動きを生じさせ、その際、このために通常は必要とされる光学系全体もしくはこれより大きなコンポーネントの動きを必要としないという考案である。このことは、放射線ビーム束を放射するために、電子撮像手段の光学素子を使用することによって可能になる。撮像手段の光学系を介して放射される放射線ビーム束を用いて、基本的に全ての検出された、かつディスプレイに表示された目標を測量することができ、その際、該撮像手段の光軸または測定器の別の独立のコンポーネントを動かす必要がない。この撮像手段は、この場合には測定点としての目標の決定に使用される結像装置に該当する。測定の実施に必要な検出器は別の測定器に集積されていてもよく、その結果、例えば本発明による電子ディスプレイおよび制御装置を備えた測定器によって目標の決定および照明を放射線ビーム束を用いて行われるが、しかしながら、この測定は１つ以上の別の装置によって実施される。次の例示的な記述では、別に記述のない限り、測定プロセスに必要とされる全てのコンポーネントが測定器に集積されていることを前提とすることとする。

本発明は、広義には、直接人間によって操作することができる方向制御手段によって測定点に光学的に向けられる全ての測定器に関する。

「測地用測定器」という用語は、この関連で概括して常に、三次元データの測定または検査のための装置を有する測定器のことと理解すべきである。殊にこの用語は、基準点もしくは測定点に対する距離および／または方位および／または角度の測定に関係する。しかしながらさらに、補足的な測定もしくはデータ収集に使用することができるなお別の装置、例えば衛星に支援される測位法（例えばＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳまたはＧＡＬＩＬＥＯ）のためのコンポーネント、が存在していてもよい。殊にこのような測地用測定器は、本明細書では経緯儀ならびに、電子式角度測定装置および光電子式距離計を備えたタキメーターであるいわゆるトータルステーション（Ｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｅｎ）、のことと理解すべきである。同様に本発明は、類似の機能を有する特殊化された装置、例えば軍用方向板（ｍｉｌｉｔａｅｒｉｓｃｈｅｎ Ｒｉｃｈｔｋｒｅｉｓｅｎ）または工業用の建造物検査装置もしくはプロセス検査装置（ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｌｅｎ Ｂａｕｗｅｒｋｓ−ｏｄｅｒ Ｐｒｏｚｅｓｓｕｅｂｅｒｗａｃｈｕｎｇ）、への使用に適当であり；このことによりこれらシステムは同様に「測地用測定器」という用語で把握される。

検出すべき測定範囲の画像および照準を向けるべき測定点は光学系を介して電子撮像手段上に結像され、その画像は表示手段を介して可視化される。この場合には測定器もしくは経緯儀の大まかな方向制御は、画面上で位置マークを置くことによって行うことができる。この位置マークは種々の装置、例えばコンピュータ分野でも画面表示装置の制御のために通常である装置、によって移動させることができる。選択されたモードに応じて、位置マークの移動によって測定器全体の追跡ないしは方向制御および／または位置マークによって定義されたポイントに対する測定プロセスの本発明による実施が開始される。

この場合には例えばさまざまな測定点を決定することができ、これらの測定点は次に入力の終了後に自動的にたどられるか、あるいは位置マークが置かれることによって現在のポイントのためのそのつど調整すべき、キャプチャーすべきパラメータについて直接測定プロセスが実施される。

測定プロセスのデータおよび結果は、画面上に表示されることが可能である。この表示はこの場合には挿入文字の形でも可能であるし、固有の表示域にても可能である。後者は画面の分割された部分として実施されていてもよく、これら部分には例えば拡大された画像部分または、方向制御が行われるべき基準点を示される。

さらにタッチセンサ付きフラットパネルディスプレイの使用により特別な入力手段を不要にすることもでき、その結果、表示手段および入力手段がコンパクトにかつモジュールで実施されることができる。表示手段ないしは入力手段の別の実施方法は他の適用にも利用可能な装置への接続である。例えば通信ネットワーク用のインターフェースまたは標準コンピュータ、特に携帯用ラップトップ・コンピュータもしくはノートブック型コンピュータ、の使用を介して別の付加的な機能を利用することができる。コンピュータの使用によって付加的な、場合によっては汎用可能なソフトウェアを使用することができる。そのうえ、キャプチャーされた測定データは利用可能な記憶装置に直ちに保存することができ、そして測地用測定器から切り離された後にその他の適用に使用することもできる。これらの利点は、補足的なデータ転送もしくは遠隔操作を可能にするインターネット接続と組み合わせることができる。

キャプチャーおよび表示手段において直接の接眼レンズが備えられた従来の望遠鏡の切り離しが行われたことによって、使用者が、撮像手段の方向制御に関係なく、快適な、人間工学的に有利な位置に着くことが可能になる。測定器は、これまで利用することができなかった領域、例えば隅または狭い通路、に置くことも可能である。

表示手段および入力手段がモジュールで形成される場合には、該手段は本来の測地用測定器から構造的に分離させることができる。この場合には本質的にもはやハウジングと、センサ素子を関連する制御コンポーネントとともに備えた対物レンズのコンポーネントとだけから成るこの測地用測定器へは、通信手段、例えば有線接続もしくは無線接続、を介して接続することができる。これに関連してこれ以降、有線接続といえば常に、データの伝送に使用される全てのフレキシブルな通信接続のことをいうものとするが、しかしながら特にガラスファイバーケーブルおよび銅ケーブルである。

この分離によって、中央の制御および解析ユニットによる純粋なセンサユニットとしての多数の測地用測定器の制御が可能となる。この制御および解析ユニットは、天候から保護されて、例えば車両内に設置することができる。装置と操作者についてのこれら利点のほかには、車両への積載によって、各測定器に取り付けられた場合にはその重量が法外に高くなってしまう更なる追加コンポーネントの使用も可能になる。複数のセンサユニットの使用によって、同じかもしくは異なるポイントについての簡易化された同時の測定、測地用測定器相互の方向づけまたは、センサユニットの一部が他の位置に置かれる間に常に残りの一部のみが測定に使用される次々重なり合う（ｕｅｂｅｒｓｃｈｌａｇｅｎｄｅｎ）使用が可能となる。同時に使用されるセンサユニットの測定範囲の表示は連続して同じ画面上で行われてもよいし、しかしまた同時に１つの画面上で複数の固有の表示領域内に、例えばウィンドウもしくは分割画面技術で、行われてもよい。

電子表示によって、その表示に示されかつ位置マークによって選択された標準点に対する水平角および垂直角を導き出すことが問題なく可能である。これらの座標を使用して、測定器の放射線ビーム束は、撮像手段の向きを変更せずに該標準点へと向けられる。実施形態では放射線ビーム束の接続が放射方向で撮像手段の対物レンズ前で行われ、その結果、これに接続された光学素子が放射すべき放射線ビーム束によっても使用される。共通の対物レンズが使用されることによってハウジング開口部およびレンズの数が削減されることができ、このことは構造的な簡素化に寄与する。

放射線ビーム束へは基本的に、固定された光学系の場合には放射線源の動きによって、あるいは固定された放射線源の場合には光学素子の動きもしくは変化によって有利に影響を及ぼすことができる。しかしながら、さらに本発明によれば放射線源および光学素子を同時に動かすことも可能である。

放射線源を動かすための適当な手段は、例えば圧電素子、静電的に位置調整可能なアクチュエータまたは小型化されたモータの形で使用することができる。様々な方法で光学素子を動かしまたは変化させることで、放射線ビーム束を動かすことができる。例えば放射線源を動かすことに使用することもできるように基本的に同じ素子が使用可能である。その一方で、光学素子の放射線ビーム束が当てられる範囲の光学的特性を変化させることもできる。このための方法は反射表面の角度を変化させることであり、この変化はミラーの傾斜および回転、回転可能な二重楔（Ｄｏｐｐｅｌｋｅｉｌ）の回転または表面の変形によって生じさせることができる。いわゆる連続膜変形可能反射鏡（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒｓ）（ＣＭＤＭ）としての変形可能なミラー表面は、例えば米国特許第６，３８４，９５２号明細書から公知である。

次に本発明による電子ディスプレイおよび制御装置、本発明による測定器ならびに測地用測量システムを図面に概略的に示された実施例につき純粋に例として詳説する。

図１は、例えば異なる種類の測定器の方向制御および測定データのキャプチャーに使用することができるような、本発明による電子ディスプレイおよび制御装置のコンポーネントの概略図を示している。この場合には対物レンズ部１ａが電子撮像装置１ｂとともに、測定プロセスに必要な撮像手段１を形成している。人間の眼のための直接の接眼レンズは、撮像のための適当な手段、例えばビデオもしくはＣＣＤカメラに取り換えられている。この電子的な手段によって、構造的な利点のほかに、人間の眼には直接利用することができないスペクトル範囲の選択的なもしくは拡大された利用も可能となる。ここで例として示された実施形態の場合には撮像手段１に付加的に放射線源１ｃおよび方向制御手段１ｄが集積されており、その結果、撮像手段１の部分が撮像装置１ｂの光路にも放射線源１ｃの光路にも利用することができる。

この示された撮像手段１はさらに別の、少なくとも部分的に、同じ光路をもつ装置または同軸上に配置された装置を有することができる。直接の接眼レンズの省略に基づいて、必要スペースが削減され、光学的な像反転がもはや不要であり、かつ、例えばレーザー光線の場合の眼の保護が必要であることによる人間の眼に関しての制限がいまやなくなることによって構造的な利点が得られる。

撮像手段１は、これに対して水平軸Ａを中心に回転可能な表示ユニット２に直結されており、この表示ユニットは適当な表示手段を収納している。撮像手段１により検出された測定範囲の部分は、表示ユニット２に集積された表示手段としての画面３に表示され、その画像はこの場合にはより良好な視認性という理由から分割かつ回転されて結像される。表示ユニット２を用いた撮像手段１の制御および測定プロセスの制御のためのデータの入力は、入力手段として例えばキーボード４を介して行われる。しかしながら、代替的または補完的に他の入力もしくは制御手段、例えばジョイスティック、トラックボールまたは他の動きを関知する装置、を使用することもできる。キーボード４は、ケーブル５を介して表示ユニット２に接続されている。しかしながら、接続の他の可能性は、例えば赤外線もしくは無線リモートコントロールの使用による、無線接続によっても提供される。キーボード４を介して測定プロセスに関するデータおよび該測定プロセスの制御のためのデータが入力される。例えば測定について連続番号、現在のプロジェクト名称またはユーザ識別を測定プロセスのバックグラウンドデータとして入力することができる。測定プロセスによって検出されたデータの解析のために、例えば構造的にキーボード４のケーシングに集積されている記憶装置を備えた電子計算機を使用することもできる。

キーボード４を介してさらに、必要なコマンドを、例えばカーソルを置くことにより入力することによって、測定プロセスを直接制御することもできる。適当な入力もしくは制御手段によって撮像手段１がその際に大まかに、意図した測定プロセスを実施することができる程度に方向づけされかつ調整される。制御には一般に公知の手段、例えばステップモータ、または他のアクチュエータを使用することができる。照準点が撮像手段１の検出範囲内にある場合には、本発明によれば撮像手段１を動かすことは省略することができる。この場合には撮像手段１の方向づけが固定された状態で放射線源１ｃから放射される放射線ビーム束Ｓが方向制御手段１ｄによって、該放射線ビーム束が照準点を検出しかつ測定が可能になるように方向を制御されることによって照準点は測量される。

経緯儀もしくは他の測地用測定器への使用に適当なさまざまな本発明の実施形態は、図２〜５に限定的にではなく示されている。

図２は、放射線源が可動に形成されている、本発明による方向制御手段の第１の実施形態を概略的に示している。撮像手段は本質的なコンポーネントとして撮像装置１ｂを含み、このキャプチャー装置に測定範囲が対物レンズ６および焦点調整素子６’を介して結像される。この場合には対物レンズ６は、複数の光学素子で組み立てられていてもよい。同様に焦点調整素子６’はこの場合には、単に例示的に、対物レンズ６の後ろに存在するものとして示されている。しかしまた同様にこのような要素は、光路の他の箇所に、殊に対物レンズに、配置されていてもよい。焦点調整素子６’はこの場合には例えば自動焦点システムとしてまたは精密に焦点を合わす再焦点素子（ｓｃｈａｒｆｓｔｅｌｌｅｎｄｅｓ Ｎａｃｈｆｏｋｕｓｓｉｅｒｅｌｅｍｅｎｔ）として形成されていてもよく、制御されかつ動かすことができる。図２の場合には光軸Ｂによって定義されるこの撮像手段の光路に偏向ミラー素子７が存在する。この偏向ミラー素子７および後続の対物レンズ６を介して、放射線源としてのレーザダイオード８から放射された光線は、放射ビームの形で放射される。対物レンズ６の固定された配置の場合には光線の放射方向はレーザダイオード８の移動によって、好ましくは同一平面内で、制御されることができる。このような移動は、方向制御手段９としての適当な小型化されたアクチュエータまたは装着部品、例えば圧電素子、によって生じさせることができる。この場合には目標への放射線ビーム束の方向制御は、レーザダイオード８の移動によって光軸Ｂの方向を変化させずに行うことができる。同一平面での移動に対して代替的にかもしくは補完的に、放射線ビーム束の方向制御のために偏向ミラー素子７に対する角度を変化させるために、レーザダイオード８を傾斜させることもできる。上記において、放射すべき光線および撮像装置１ｂにより対物レンズ６が共通の光学素子として使用されている。

方向制御手段９’としての可動式ミラーによって放射線ビーム束の放射方向を制御可能な、本発明による方向制御手段の第２の実施形態が、図３に示されている。撮像手段は同様に対物レンズ６、焦点調整素子６’および撮像装置１ｂを有する。しかしながら、この実施形態の場合にはレーザダイオード８は固定されており、その反面、ミラー要素が方向制御手段９’として回転可能かつ傾斜可能に設計されている。この場合にはミラー要素の動きによって光軸Ｂに対して、放射すべき光線の方向を制御することができる。適当な微小位置決め可能なミラー部品を、例えば静電的に二軸で傾斜可能なミラーの形で使用することができる。回転および／または傾斜可能なミラーの代わりに変形可能な光学素子、例えば変形可能なミラー表面がいわゆる連続膜変形可能反射鏡（ＣＭＤＭ）として同じ箇所に取り付けることもできる。

図４は、二重楔によって放射線ビーム束の放射方向を制御することが可能な、本発明による方向制御手段の第３の実施形態を表わしている。上と同様に撮像手段は対物レンズ６、焦点調整素子６’および撮像装置１ｂを有する。偏向ミラー素子７およびレーザダイオード８はともに固定されている。方向制御手段９”として今度は光学的作用をもつ二重楔である２個の互いに回転可能な楔が使用される。二つの楔の相互の位置によって、それ自体は公知の方法で光線は屈折によって影響を及ぼされ、したがって放射線ビーム束は方向変換され、そして目標に方向づけされる。偏向ミラー素子７とレーザダイオード８との間の図示された位置の代わりに二重楔は光路上の他の位置に取り付けられていてもよい。もう一つの例として可能な位置が対物レンズ６の前に点線で示されている。

図５は、放射線源が可動に形成されておりかつそのゼロポジション（Ｎｕｌｌｐｏｓｉｔｉｏｎ）について較正検査装置を介して検査可能である、本発明による第４の実施形態を示している。撮像手段は対物レンズ６、焦点調整素子６’および撮像装置１ｂを有し、この場合、焦点調整素子６’は対物レンズ６の直後に配置されている。方向制御手段９としての装着部品によって移動可能なレーザダイオード８から放射された光線は、レンズ１ｇと、ビームスプリッタとして設計された偏向ミラー素子７’を経由しかつ焦点調整素子６’と対物レンズ６を経由して放射され、さらにもう一つのレンズ１ｆを経由してイメージセンサ１ｅに導かれる。したがってこの実施形態は、図２に示された実施形態の変更形態を示している。この追加のイメージセンサ１ｅによってレーザダイオード８の位置は、撮像装置１ｂによる検出と無関係に較正されることもできるし、その較正に対して検査されることもできる。

図６は、モジュールで形成されたタッチセンサ付きフラットパネルディスプレイ２’を表示ユニットとして備えた測地用測定器１２の本発明による実施形態を示しており、この表示ユニットには電子的な解析手段も集積されている。測地用測定器１２はフラットパネルディスプレイ２’に無線の通信接続を介して接続されており、その結果、両方のコンポーネントは間隔がより大きい場合でも互いにより作動させ合うことが可能である。この場合には撮像手段１’ないしは、放射線ビーム束に影響を及ぼす測地用測定器１２の方向制御手段は、フラットパネルディスプレイ２’を用いて伝送されるコマンドによって遠隔制御することができる。検出された測定範囲１１は同じくフラットパネルディスプレイ２’に伝送されかつそこに表示される。撮像手段１’は位置調整手段１０によって動かすことができ、その結果、検出された測定範囲１１が変更可能である。例えば測定範囲内にある建造物の全ての測量すべき目標を検出する場合には、あるいは他の理由から、例えばできるだけ簡単な機器構造の達成のために、検出される測定範囲１１の変更を省略すべき場合には、代替的に本発明による測定器は位置調整手段１０なしで実施されてもよい。

図７には表示ユニットとしてのタッチセンサ式のフラットパネルディスプレイ２’上での、種々のコンポーネントの組合せによる種々の情報を集積した画面が表わされている。例えば画面３およびキーボードの機能をこのディスプレイ２’に組み合わせることができる。フラットパネルディスプレイ２’は画面３を表示手段として有し、この画面は更なる表示域３ｂに小区分を有する。この表示域３ｂには、例えば測定範囲の拡大された一部を表示することもできるし、本例で示されているように、測定プロセスのデータを表示することもできる。画面３の中央に撮像手段の光軸Ｂが示されている。これは検出された測定範囲の表示の中心を現している。

測定プロセスは、画面３内で動かすことができる移動可能な位置マーク３ａを介して制御される。タッチセンサ式のフラットパネルディスプレイ２’のこの実施形態の場合には、位置マーク３ａを移動可能にするには指もしくは物で触れることで十分である。方向制御手段によって放射線ビーム束は検出された測定範囲内で、該放射線ビーム束が位置マーク３ａによって決定された目標に方向づけされるように動かすことができる。これは画面３上の表示では、位置マーク３ａに対する放射線ビーム束の位置３ｃの動きに相応する。

具体的な形状または選択されたモードに応じて、位置マーク３ａの移動によって既に測定プロセスを開始させることができる。したがって、示された風景の場合には、光軸Ｂから最終ポイントである木々のうちの一本の先端に位置マーク３ａが動かされることによってこのようにして決定されたこの目標に対する距離および方位の測定が自動的に開始される。この測定は、この場合には光軸は固定された状態で放射線ビーム束を目標に移動させることおよびこれに伴う測定プロセスによって行われる。補足的に例えばなお別のデータを記録することができる。光軸Ｂもしくは他の基準点と目標との間の角度および絶対高低差を測量し、および／または計算しかつ表示することが例えば可能である。代替的に位置マーク３ａの動きによって複数の目標から成る小径を決定することもでき、この小径は開始コマンドの後に自動的につぎつぎたどられる。このために放射線ビーム束が方向制御手段によって逐次これら目標に方向づけされ、かつそのつど測定プロセスが実施される。したがって表示では放射線ビーム束の位置３ｃが連続して、位置マーク３ａによって選択されたこれらのポイントをつぎつぎたどる。しかしながら基本的には撮像手段の動きを測定範囲内での放射線ビーム束の動きに結びつけることもできる。例えばキーボードを介して測量すべきポイントの座標を入力することができる。検出される測定範囲外にこの目標が存在する場合には、撮像手段は大まかにこの目標に向けられ、その際、光軸Ｂはこの目標を指し示す必要はない。次に、撮像手段の調整が行われた後のその時点では測定範囲内に入っているこの目標に放射線ビーム束が後から正確に向けられることによって測量が行われる。

図８には、測地用測定器１２としての１つの経緯儀で２つの目標を測量する場合の位置マークと放射線ビーム束の本発明による共同作業が示されている。あるポイントへの光軸の方向調整によって決定された測定範囲１１内で位置マーク３ａによって２つの目標が決定され、その場合、これらの目標は位置マーク３ａの現時点の位置と次の時点での位置マーク３ａ’によって定義される。撮像手段の光軸Ｂが引き続き測定範囲１１の中央の元のポイントに方向づけされたままにもかかわらず、放射線ビーム束Ｓの方向調整によって、測定範囲１１内の選択された目標についての測定プロセスがそのつど行われる。

このように構成された複数の測地用測定器１２、１２’を用いた、本発明による測地用測量システムが図９に概略的に示されている。測量手順として、測地用測定器１２および１２’を用いて測地用測量が、交互に実施される。測定器１２および１２’の操作に必要なエレメントは、入力手段および／または表示手段が集積されたモジュールコンポーネントの形で設計することができる。共通のモジュールコンポーネントへの入力手段および表示手段の集積の例は、タッチセンサ式のフラットパネルディスプレイ２’である。補足的に例えば、表示手段としての画面のみを有しかつ連続した測定プロセスの追跡およびコントロールに使用されるさらに別のモジュールコンポーネントを使用することができる。モジュール方式の入力手段としてのこのようなタッチセンサ式のフラットパネルディスプレイ２’と測地用測定器１２との間に無線交信（Ｆｕｎｋｋｏｎｔａｋｔ）がありかつ測定が実施される間に、第２の測地用測定器１２’あるいはまた更なるもしくは他のセンサユニットを新たな基準点１３に移動させることができる。この本発明によるシステムの場合には、測地用測定器１２、１２’あるいはまた他の、固有の表示手段および入力手段が省略された形で同様に形成されたセンサユニットによって、簡単かつそれゆえに経済的に実施できる。その入力手段の操作には、遠ざけられることができかつ天候の影響から保護されて配置されることができる人員１人が必要とされるだけである。本測定の実施においては、作業者に特別なトレーニングを課すことなく複数のセンサユニットを配置するだけでよく、集積された遠隔制御される精密位置決めによって、従来より速くかつそれゆえにより経済的に測量することができる。

光軸に対して変更可能な放射線ビーム束の方向調整によって、後述の受信装置の方向調整を追従するかないしは適合させるという要求も生じる。基本的にこの場合には本発明による装置における放射線ビーム束の放射および受信は、相互に依存せずに構成することができる。例えば、受信装置は回路またはコンピュータによって、該受信装置が放射線ビーム束の方向調整によって生じる受信状態を計算に組み入れ、電子的に制御および移動することができる。しかしながら、技術的な複雑さという理由ならびに、機器の大きさ、重量およびエネルギー消費に関する理由から、光源および受信装置を固定して位置させかつ放射および受信される放射線ビーム束の方向づけを共通して操作するか、あるいは光源および受信装置を共通の支持部品に取り付けかつこの支持部品を移動させることが重要である。この２つの選択肢の実施形態の種々の例は、図１０〜１３に示されている。

図１０は、共通の支持部品１５への放射線源としてのレーザダイオード８および受信装置１４を集積した第１の実施形態を示している。可動のレーザダイオード８は光線を両面の偏向ミラー素子７ａの第１の傾斜面へと放射し、この傾斜面からこの光線は対物レンズ６を経由して放射線ビーム束として放射される。放射線ビーム束の反射後に再び対物レンズ６が受ける光線は、後方反射性のミラー素子７ｂから偏向ミラー素子７ａの第２の面へ、さらにそこから、例えばフォトダイオードから成ることができる受信装置１４へと導かれる。レーザダイオード８ならびに受信装置１４は、方向制御手段としての共通の支持部品１５によって保持され、かつ該支持部品を用いて同様に動かされることができ、その際、レーザダイオード８および受信装置１４は、それらの放射ないしは受信方向がこの例の場合には向き合うように配置されている。放射線源と受信装置１４の動きが一致するので、これにより第２の制御装置がこれに属するアクチュエータともども必要なくなった。焦点調整はこの実施形態の場合には、光路上の対物レンズ６の後ろに配置されている位置調整可能な焦点調整素子６’を介して行われる。

図１１には、レーザダイオード８および受信装置１４の位置が固定されている別の実施形態が表示されている。固定して位置されたレーザダイオード８は光線を偏向ミラー素子７を経由して両面の偏向ミラー素子７ａの第１の傾斜面へと放射し、この傾斜面からこの光線は、方向制御手段９”として互いに回転可能な楔が後方で支持されている（ｎａｃｈｇｅｌａｇｅｒｔｅｍ）対物レンズ６を経由して放射される。これにより、この実施形態は図４に示された変更形態に類似する。反射後に再び対物レンズ６が受ける光線は、後方反射性のミラー素子７ｂから偏向ミラー素子７ａの第２の面へ、さらにそこから固定して位置された受信装置１４へと導かれる。

図１２は、集積された送信および受信ユニット１６として、支持部品１５’への放射線源および受信装置１４を集積した、第２の実施形態を示している。この実施形態の場合には、支持部品１５’を用いて移動可能なレーザダイオード８から放射された光線は、対物レンズ６ａの前に取り付けられた偏向ミラー素子７ｃを経由しカバーエレメント１７を通って放射線ビーム束として放射される。この場合、光線は送信および受信ユニット１６内でレンズ１ｈによって、偏向ミラー素子７ｃに対向して固定して位置されたレンズ１ｉへと導かれる。これにより、光軸Ｂに対して送信および受信ユニット１６の位置に依存した角度で、放射線ビーム束は放射される。反射後に対物レンズ６’が受ける光線は、後方反射性のミラー素子７ｂから偏向ミラー素子７ｄへ、さらにそこから送信および受信ユニット１６に組み込まれた受信装置１４へと導かれる。放射線ビーム束の放射時は対物レンズ６’を通らないため、対物レンズ６’からの光線は、放射方向に対して像反転した画像として受光される。これにより、レーザダイオード８および送信装置１４は送信および受信ユニット１６により並行移動されるので、適当な位置に設定することができる。

支持部品１５”上に放射線源および受信装置１４を集積する第３の実施形態を図１３に示す。この場合には、撮像装置１ｂ上での放射線ビーム束の内部の光学結像によって、検出範囲内での放射線ビーム束の位置を人工的に発生させたポイントによって表示させる必要性がなくなる。レーザダイオード８からレンズ１ｈおよび１ｉを経由して生じた光線は、ビームスプリッタとして形成された偏向ミラー素子７”を経由して第１および第２の部分光線に分割され、かつ第１の部分光線は対物レンズ６を通って放射線ビーム束として放射される。第２の部分光線は、クロストークを回避するためのシャッター１９が取り付けられていてもよい再帰反射器１８を経由して再び偏向ミラー素子７”に導かれ、さらにそこからレンズ６ｂを通ってビームスプリッタとして形成された第２の偏向ミラー素子７’へと導かれ、そこで第３の、および第４の部分光線が得られる。この偏向ミラー素子７’によってレーザダイオード８から生じた光線の第３の部分光線が撮像装置１ｂに入射するのが可能になり、その結果、この光線の反射点は、検出範囲内の放射線ビーム束の位置に相応する。第４の部分光線は受信装置１４へと方向変換される。送信および受信ユニット１６’を適切に位置することによって、支持部品１５”上に取り付けられたレーザダイオード８および受信装置１４は並行して移動することができ、かつこれにより方向調整することができる。

示された図が多くの実施形態の一つであり、当業者が別の実施形態を、例えば他の最適なコンポーネントないしはセンサユニット、異なった光路または他の方向制御手段あるいは操作および入力エレメントを使用することによって導き出すことができることは自明のことである。殊に放射線源および受信装置の位置調整は、本明細書では詳細に示されていない他の移動方向によって、例えばより多くの軸における回転もしくは傾斜によっても行われることができる。同様に、本発明による装置は、異なる機能範囲をもつ類似の測定装置、例えばトータルステーション（Ｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｅｎ）または純粋な距離計に、ないしは類似の、しかし特殊化された機能をもつ測定装置、例えば軍用方向板もしくは工業用の検査装置の部品に転用することができる。

本発明による電子ディスプレイおよび制御装置のコンポーネントを示す図である。 放射線源が可動に形成されている、本発明による方向制御手段の第１の実施形態を示す図である。 放射線ビーム束の放射方向に可動式ミラーによって影響を及ぼすことが可能である、本発明による方向制御手段の第２の実施形態を示す図である。 放射線ビーム束の放射方向に二重楔によって影響を及ぼすことが可能である、本発明による方向制御手段の第３の実施形態を示す図である。 放射線源が可動に形成されておりかつ較正検査装置（Ｋａｌｉｂｒｉｅｒｋｏｎｔｒｏｌｌｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）を介して検査可能である、本発明による方向制御手段の第４の実施形態を示す図である。 センサおよび処理ユニットが切り離された、本発明による測地用測定器を示す図である。 本発明による、フラットパネルディスプレイの表示における位置マークと放射線ビーム束の共同作業を示す図である。 １つの経緯儀で２つの目標を測量する場合の位置マークと放射線ビーム束の本発明による共同作業を示す図である。 次々重なり合う測量への複数の測地用測定器を用いた、本発明による測地用測量システムの使用を示す図である。 支持部品への送信機および受信機の集積の第１の実施形態を示す図である。 送信機および受信機の位置が固定されている実施形態を示す図である。 支持部品への送信機および受信機の集積の第２の実施形態を示す図である。ならびに 撮像装置への放射線ビーム束の付加的な内部の光学的結像を伴う、支持部品への送信機および受信機を集積した第３の実施形態を示す図である。

Claims (24)

1. 測定プロセスで使用するための可視もしくは不可視の放射線ビーム束（Ｓ）を放射する放射線源（８）を備えた測地学的測定器（１２、１２’）のための電子ディスプレイ装置および制御装置であって、
   撮像手段（１、１’）によって撮像された測定範囲（１１）の視覚的な表示のための電子的な表示手段（３）と、
   データを入力するための、ならびに撮像手段（１、１’）および測定プロセスを制御するための入力手段（４）とを備え、
   前記表示手段（３）には、少なくとも１つの位置マーク（３ａ）、好ましくは十字線、が用意され、
   前記位置マーク（３ａ）の位置によって三次元測量の測定点が決定される電子ディスプレイ装置および制御装置であって、
   前記撮像手段（１、１’）が示す向きに合わせて、放射線ビーム束（Ｓ）の放射方向を可変調整する方向制御手段（９、９’、９”）が設けられ、
   前記放射線ビーム束（Ｓ）が撮像手段（１、１’）の少なくとも１つの光学素子（６）に少なくとも部分的に割り当てられるように、殊にこれら光学素子（６）により放射されるように、方向制御手段（９、９’、９”）および撮像手段（１、１’）が設計され配置されていることを特徴とする、電子ディスプレイおよび制御装置。
2. 撮像された測定範囲（１１）の表示画面内において、放射線ビーム束の位置（３ｃ）を位置マーク（３ａ）と一致させ、測定プロセスで使用を開始するために、放射線ビーム束（Ｓ）の位置調整ができるように方向制御手段（９、９’、９”）が設計されていることを特徴とする、請求項１記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
3. 方向制御手段（９、９’、９”）が
   放射線源を二次元移動させるための装着部品（９）、
   回転および／または傾斜可能な反射面（９’）、
   好ましくは連続的に、変形可能な反射面、
   互いに回転可能な透過性の二重楔（９”）、の少なくとも一つを有することを特徴とする、請求項１または２記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
4. 撮像手段（１、１’）に依存せずに放射線ビーム束（Ｓ）の放射方向の検出を行うために、放射線ビーム束（Ｓ）の放射方向を検出するイメージセンサ（１ｅ）からなる較正検査装置を備えたことを特徴とする、
   前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
5. 測定範囲（１１）内の放射線ビーム束（Ｓ）の位置計算およびこの位置に関連する画素の電子的な強調表示、あるいは撮像手段（１、１’）内への放射線ビーム束の直接入射によって、少なくとも１つの識別可能に表示された画素により、
   測定範囲（１１）内において放射線ビーム束（Ｓ）が表示されるように表示手段（３）が設計されていることを特徴とする、前記請求項のうち、いずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
6. 位置マーク（３ａ）が入力手段（４）により視覚的表示手段（３）内において、特に不連続ステップで、画素単位で移動可能であることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
7. 位置マーク（３ａ）の位置決めによって測定プロセスの少なくとも一部が開始され、殊に撮像手段（１、１’）の制御および／または方向制御手段（９、９’、９”）の制御が引き起こされるように入力手段（４）および／または表示手段（３）が設計されていることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
8. 撮像された測定範囲（１１）またはその一部の画像表示が、撮像手段（１、１’）および／または表示手段（３）によって、殊に表示手段（３）の画素への撮像手段（１、１’）の画素データの割り当て、好ましくは電子的な割り当てを変化させることによって、拡大縮小可能におよび／またはその解像度が可変となることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
9. 撮像手段（１、１’）が、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、ビデオカメラ、低輝度光増幅器、サーモグラフィーカメラ、スペクトル選択検出器（Ｓｐｅｋｔｒａｌ ｓｅｌｅｋｔｉｖｅｒ Ｄｅｔｅｋｔｏｒ）、スペクトルフィルタの少なくとも一つを有することを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
10. 撮像手段が、対物レンズの構成要素として配置されているか、又は対物レンズの外側の光路上に配置されている自動焦点システム（６’）を有することを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
11. 表示手段（３）が、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴ、フラットパネルディスプレイ、通信ネットワーク用のインターフェース、ディスプレイを備えた電子計算機、好ましくは携帯用ラップトップ・コンピュータ、の少なくとも一つを有することを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
12. 入力手段（４）がタッチセンサ付きディスプレイ、タッチセンサ式入力タブレット、キーボード、ジョイスティック、トラックボール、コンピュータ用マウス、通信ネットワーク用のインターフェース、入力装置を備えた電子計算機、好ましくは携帯用ラップトップ・コンピュータの少なくとも一つを有することを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
13. 電子表示手段（３）および入力手段（４）が１つのコンポーネント、特にタッチセンサ付きフラットパネルディスプレイ（２’）、に組み合わされていることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
14. 撮像手段（１、１’）及び方向制御手段（９、９’、９”）が、一つの独立したモジュールとして形成されており、かつ他のコンポーネントと有線接続（５）もしくは無線接続を介して接続されていることを特徴とする、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置。
15. 測定プロセスを実施するための可視もしくは不可視の放射線ビーム束（Ｓ）を放射するための放射線源（８）と、
    反射した放射線ビーム束（Ｓ）を検出しかつ信号に変換するための受信装置（１４）と、
    前記信号を解析するための電子的な解析手段と、
    請求項１から１４までのいずれか１項に記載の電子ディスプレイおよび制御装置とを備えた、測地用測定器（１２、１２’）。
16. 撮像手段（１、１’）を測定範囲（１１）に向けるための位置調整手段（１０）を備えたことを特徴とする、請求項１５記載の測地用測定器（１２、１２’）。
17. 位置調整手段（１０）を制御するための更なる入力手段を備えたことを特徴とする、請求項１６記載の測地用測定器（１２、１２’）。
18. 位置マーク（３ａ）の位置によって測定プロセス、殊に三次元測量のための測定点の決定、撮像手段（１、１’）の制御、方向制御手段（９、９’、９”）の制御、位置調整手段（１０）の制御の少なくとも１つのプロセスが開始されるように電子ディスプレイおよび制御装置が設計されていることを特徴とする、請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）。
19. 放射線源（８）および受信装置（１４）が可動の支持部品（１５、１５’、１５”）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１６から１８までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）。
20. 前記放射線源（８）から放射された放射線ビーム束ならびに前記受信装置（１４）が受けるべき放射線ビーム束が前記方向制御手段（９、９’、９”）、殊に互いに回転可能な透過性の二重楔（９”）、を経由して導かれるように、放射線源（８）、受信装置（１４）および方向制御手段（９、９’、９”）が設計および配置されていることを特徴とする、請求項１６から１９までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）。
21. 殊に、測定範囲（１１）の捕捉に必要な方向制御のため、基準点の捕捉のために撮像手段（１、１’）を動かして方向制御することに関連して、
    位置調整手段が、基準点、特に三角点、に対する測地用測定器（１２、１２’）の方向制御のための、殊に設置可能な装置を有することを特徴とする、請求項１６から２０までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）。
22. 入力手段（４）および／または表示手段（３）が測地用測定器（１２、１２’）の方向制御に対して無関係に可動に、殊に水平軸（Ａ）を中心にして回転可能に、取り付けられていることを特徴とする、請求項１５から２１までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）。
23. 請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の測地用測定器（１２、１２’）の入力手段および／または表示手段（３）が集積された測地用測量システムのためのモジュールコンポーネントであって、
    前記モジュールコンポーネントが独立のモジュールとして形成されておりかつ前記測地用測定器（１２、１２’）および場合によっては少なくとも１つの更なる測地用測定器（１２、１２’）と有線接続（５）もしくは無線接続を介して接続されているモジュールコンポーネント。
24. 請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の、少なくとも２つの測地用測定器（１２、１２’）と、
    請求項２３記載の、少なくとも１つのモジュールコンポーネントとを備えた測地用測量システムであって、
    前記少なくとも１つのモジュールコンポーネントが、場合によっては交互に使用されながらの、前記少なくとも２つの測地用測定器（１２、１２’）のための共通の入力手段および／または共通の表示手段（３）として形成されている測地用測量システム。

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