JP2008026314A - 測量装置及び測量装置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットをトラッキングするのにより適切な測量装置を制御する方法及び測量装置を提供する。
【解決手段】２つの異なる角度方向においてターゲットと相対的に測定ユニットの配向を制御することにより測量装置がターゲットのトラッキングを実施する。１つの角度方向における制御は第一時間パターンに従って変調されている検知された光強度に基づくものであり、且つ他方の角度方向における配向の制御は第一時間パターンとは異なる第二時間パターンに従って変調されている検知された光強度に基づくものである。
【選択図】図１２

Description

本発明は、大略、測量装置及び測量装置を制御する方法に関するものである。本発明は、又、測量装置を制御するためのプログラムを実施するコンピュータにより読取可能な媒体に関するものである。特に、本発明は、ターゲットと相対的に角度及び／又は距離を測定する形態とされている測量装置に関するものである。

オブジェクト間の距離及び座標系における角度を測量装置が測定することが知られており、その場合に該測量装置は１つのオブジェクトと相対的に所定の位置に配置され、且つ他方のオブジェクトと相対的に所定の位置に適宜のターゲットが配置され、且つ該測量装置は該ターゲットからの距離を決定し且つ適宜の座標系内における該ターゲットの角度位置を決定すること等の電気光学的測定を実施する。

ＷＯ９０／１２２８４から、ターゲットの自動的なトラッキングを実施する形態とされている測量装置が知られている。この文書の内容全体を引用によりここに取込む。従って、測量装置は例え移動するターゲットであっても継続的に測定を実施することが可能である。この従来の測量装置は、トラッキングされるべきターゲットを認識する検知器を有しており且つそのターゲットが常に該検知器の視野の中心にあるようにベースと相対的な測定ユニットの配向を維持するようにアクチュエータ制御ユニットを制御する。トラッキングされるべきでない第二ターゲットが該検知器の視野内に表われる場合に問題が発生する場合があり、その場合には、測量装置がトラッキングされるべき第一ターゲットではなく第二ターゲットに関してもトラッキングを継続するということが発生する場合がある。

本発明は上の問題を考慮して達成されたものである。

本発明の実施例は、ターゲットをトラッキングするのにより適切な測量装置を制御する方法及び測量装置を提供している。

本発明の実施例は、トラッキング用検知器の視野内に別のターゲットが位置される場合であっても所望のターゲットのトラッキングを維持することに関して改良されている測量装置及び制御方法を提供している。

本発明の１実施例によれば、測量装置は、ベース、該ベースと相対的に装着されている測定ユニット、及び該ベースと相対的に該測定ユニットのオリエンテーション（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）即ち配向を制御するためのアクチュエータ制御ユニットを有している。このような測量装置用の制御方法の１実施例は、該測定ユニットのレンズを介して第一光を受取り且つ該検知器上に該第一光の第一スポットを形成し、尚該第一光は第一時間パターンに従って変調されている強度を有している変調光であり、該同一のレンズを介して第二光を受取り且つ該検知器上に該第二光の第二スポットを形成し、尚該第二光は第二時間パターンに従って変調されている強度を有している変調光であり、該第一及び第二時間パターンに基づいて該複数の検知器セグメントにより発生された光強度信号を処理し且つ該検知器上の該第一スポットの位置を表わす第一制御信号及び該検知器上の該第二スポットの位置を表わす第二制御信号を発生し、該第一信号に基づいて第一角度方向において該ベースと相対的な該測定ユニットの配向を変化させ且つ該第二信号に基づいて第二角度方向において該ベースと相対的な該測定ユニットの配向を変化させるために第一制御モードにおいて該アクチュエータ制御ユニットを制御する、ことを包含している。

この方法は、異なる時間パターンに従って変調される強度を持っている２つのタイプの光を使用することを包含している。既知の時間パターンに従う光の変調は、該測定装置が、第一時間パターンに従って変調されている光を第二時間パターンに従って変調されている光から、及び同一のレンズを介して本測量装置により受取られ且つ同一の検知器により検知されたその他の光から区別することを可能としている。その受取られた光は、迷光及び本測量装置の検知器の視野内にあるその他のオブジェクトから発生する光を包含する場合がある。

本発明の特定の実施例によれば、本測量装置は、所定の第一時間パターンに従って変調されている強度を持っている光を発生する形態とされている。その光は、ターゲットに向かって射出され、該ターゲットは入射光を本測量装置に向かって反射させる適宜の反射器を包含しており、従って本測量装置は、第一時間パターンに従って変調されており且つ該ターゲットの反射器から反射された光を受取る。このような反射器を包含するターゲットは、又、当該技術においてパッシブターゲットと呼称される。

本発明の更なる特定の実施例によれば、本測量装置及び制御方法は、所定の第二時間パターンに従って変調される光を射出する光源を包含しているターゲットが関与する測定に対して適している。本測量装置は、ターゲットの光源により発生され且つそこが起源である第二時間パターンに従って変調されている光を受取ることが可能である。このようなターゲットは、又、当該技術においてアクティブターゲットとして知られている。

例示的実施例によれば、本発明に基づく測量装置は、アクティブターゲットとパッシブターゲットとの結合に対して測定を実施する形態とされている。例えば、ターゲットは、本測量装置により発生され且つ第一時間パターンに従って変調された強度を持っている測定用光を反射される反射器と、第二時間パターンに従って変調された強度を持っている光を射出するための光源との両方を包含する場合がある。本測量装置は、その場合には、アクティブターゲットにより発生された第二時間パターンに従って変調された光、及び本測量装置により発生された第一時間パターンに従って変調され且つパッシブターゲットから反射された光の両方を受取る場合がある。

本発明の１実施例によれば、本測量装置及び制御方法は、第一角度方向においてベースと相対的に測定ユニットの配向を制御するために第一時間パターンに従って変調された光を使用し、且つ第一角度方向とは異なる第二角度方向においてベースと相対的に測定ユニットの配向を制御するために第二時間パターンに従って変調された光を使用する。異なる角度方向において測定ユニットの配向を制御するために異なるタイプの光をこのように使用することは、所望のターゲットのロバストなトラッキングを可能とさせる場合がある。

本発明の例示的実施例によれば、該測定ユニットは、複数の検知器セグメントを具備している検知器を有しており、且つ該測定ユニットは、又、ターゲットから発生した光を受取り且つ検知器上に該光のスポットを形成するためのレンズを有している。該測定ユニットと相対的な該ターゲットの位置に依存して、該スポットは、一方又は他方の検知器セグメント上に形成される場合があり、又は該スポットは、それが１つ又はそれ以上の検知器セグメントの部分をカバーするように形成される場合がある。

該検知器セグメントにより発生される強度信号は処理されて第一角度方向においてベースと相対的に測定ユニットを配向させるためにサーボ又はモータ等の第一アクチュエータを駆動するための第一制御信号を発生し、且つ第二角度方向においてベースと相対的に測定ユニットを配向させるために第二アクチュエータを制御するための第二制御信号を発生する。

例示的実施例によれば、該処理は、第一光及び第二光がそれに従って変調される異なる時間パターンに基づいて、第一光から形成される第一スポットを第二光から形成される第二スポットから区別することを包含している。

例示的実施例によれば、アクチュエータの制御は、第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つが少なくとも２個の検知器セグメントの一部をカバーするように実施される。例えば、その制御は、該少なくとも２個の検知器セグメントにより検知される光強度がほぼ等しいように実施させることが可能である。このような状態においては、該スポットの中心は該少なくとも２個の検知器セグメントの間の絶縁バリア近くに位置されている。このような形態は、比較的高い精度で該検知器上のスポットの変位を検知することを可能とする。

ここで、特定の実施例によれば、該検知器は４個の隣接した検知器セグメントを有しており、それらのセグメントは、該スポットが該４個の検知器セグメントの各々の一部を同時的にカバーすることが可能であるように配列されている。

ここで、更なる例示的実施例によれば、第一及び第二光のうちの１つから形成されたスポットが４個全ての検知器セグメントの一部をカバーし且つ該第一及び第二測定用光のうちの他方により形成されるスポットが該４個の検知器セグメントのうちの２個のみの一部をカバーするように制御が実施される。

上に例示した実施例は所望のターゲットをトラッキングするために特に有用であり、そのことは、該所望のターゲットが該検知器上に適切なスポットを発生することを必要とする。そのトラッキングを実施するための制御モードは、以下において、第一制御モードと呼称される。

本発明の例示的実施例によれば、該制御方法及び測量装置は第二制御モードを有しており、その場合には、該アクチュエータが第一時間パターンに従って変調された第一光及び第二時間パターンに従って変調された第二光によって形成されたスポットのうちの１つのみに基づいて第一及び第二角度方向の両方においてベースと相対的な測定ユニットの配向を変化させる。

ここで、例示的実施例によれば、該検知器は少なくとも２つのグループの検知器セグメントを有しており、その場合に、中心グループの検知器要素は該検知器の中心領域に配置されており、且つ周辺グループの検知器セグメントは該検知器の周辺領域に配置されている。

ここで、例示的実施例によれば、該アクチュエータを制御するための制御信号は第一制御モードにおいては中心グループの検知器セグメントから派生され、且つ第二制御モードにおいては、それらは周辺グループ又は周辺グループと中心グループの両方の検知器セグメントから派生される。

ここで、更なる例示的実施例によれば、スポットが中心グループの検知器セグメントのうちの一部の上に形成される場合に第一制御モードが使用され、且つスポットが周辺グループの検知器セグメントの一部をカバーする場合に第二制御モードが実施される。

本発明の例示的実施例によれば、異なる変調時間パターンに基づいて第一光を第二光から区別するための処理は直交処理（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を使用する。

本発明の更なる実施例は、測量装置の制御システムをして上に例示したような制御方向を実行させるべく適合されているプログラムを表わす情報を包含しているコンピュータにより読取可能な媒体を提供している。該コンピュータにより読取可能な媒体は、ソリッドステートメモリ、磁気メモリ、光学的メモリ、その他のタイプのメモリ又は例えば無線周波数、オーディオ周波数、光学的周波数等の変調された波信号、例えばインターネット等の任意の適切なネットワークを介して送信させるのに適した変調された波／信号等の任意の適切なタイプの媒体とすることが可能である。

図１は本発明の実施例に基づいて使用することが可能な測量装置の例示である。測量装置１は当該技術においてトータルステーションとも呼称される電気光学的距離測定装置である。本装置は三脚５のベース３上に装着されている。三脚５はプレート９に取付けられている３個の脚部７を有している。ベース３は３個のネジ１１によりプレート９上に装着されており、該脚部が配置される地面と相対的にベース３のレベリングを行うことを可能とさせる。

ベース３は軸受装置１９によりベース３上に装着されている一対のブラケット１７を有するスイベル装置を担持しており、従って該一対のブラケット１７は垂直軸２１周りにベース３と相対的に回転可能である。軸受２３はブラケット１７の各々に設けられて共通水平軸２４を画定しており、その周りに光学的測定ユニット２５が回転自在である。

ブラケット１７により担持されているモータ装置２７等のアクチュエータ装置が、測量装置１の制御システム２９により制御されるモータ装置２７の動作により垂直軸２１周りに測定ユニット２５を回転させるための歯車列３０を介してベース３に固定されているピン２８と係合している。

垂直軸２１周りの測定ユニット２５の配向は、ピン２８に固定されているエンコーダディスク３２と相対的な角度位置を読取るセンサー３１により検知される。センサー３１により発生される配向測定信号が制御システム２９へ供給される。

ブラケット１７により担持されるモータ装置３３は制御システム２９により制御されるモータ装置３３の動作により水平軸２４周りに測定ユニット２５を回転させるために歯車列３５を介して光学的測定ユニット２５の軸３４と係合している。

水平軸２４周りの測定ユニット２５の配向は、軸３４に固定されているエンコーダディスク３７と相対的な角度位置を読取るセンサー３６により検知される。センサー３６により発生される配向測定信号は制御システム２９へ供給される。

ユーザにより動作することが可能な制御ノブ３８がブラケット１７のうちの一方の外側表面上に設けられており、垂直軸及び水平軸２１，２４周りの光学的測定ユニットのスイベル運動を実施することを制御システム２９に対して支持する。

該測定ユニットは、ＷＯ２００４／００１３３３Ａ１から既知であるような基本的な確認事項を有することが可能であり、尚その完全な開示を引用によりここに取込む。

例示した実施例に基づく測定ユニット２５の機能的線図を図２に例示してある。測定ユニット２５は電気光学的距離測定システム４１及び光学的トラッキングシステム４３を有している。距離測定システム及びトラッキングシステム４３の両方が、複数のレンズ要素４７を有する対物レンズ４５等の共通の光学的コンポーネントを使用している。

距離測定システム４１は赤外線ＬＥＤ等の発光要素４９を有しており、それは距離測定用ビーム５１を射出し、それはミラー５３から反射される。ミラー５３から反射されたビーム５１は半透明プレート５４から反射され、それは半透明プレート５４から反射されたビーム５１の一部がレンズ４５の光軸５５に平行にレンズ４５を介して指向されるように配置されている。レンズ４５は測定ユニット２５から射出される距離測定用光のビーム５７を形成する。

距離測定用光のビーム５７が反射ターゲット上に入射すると、ターゲットから反射された距離測定用光の一部はレンズ４５を介して測定ユニットにより受取られ、且つこの光は検知器（図２には示していない）上に入射し、従って該検知器により発生される検知信号は測定ユニット２５からの反射ターゲットの距離を決定するために処理することが可能である。この検知信号の処理は、発光要素４９により射出された光強度と該検知器によって、又は当該技術において良く知られたその他の光学的距離測定方法により受取られた強度との間の位相誤差の評価を包含する場合がある。

この目的のために、測定ユニット２５は、測定用光の射出されたビーム５７が該反射器に入射するように、ベース３と相対的に適切に配向されねばならない。該装置の対応する配向は、複数のレンズ要素６０を有しており且つ対物レンズ４５の視野内における風景の画像を発生させるアイピース５９を介して見ているユーザにより手動的に調節させることが可能である。該風景から発生する光は、測定ユニット２５の光学的ビーム経路においてアイピース５９の上流側に配置されている対物レンズ４５、半透明プレート５４、更なる半透明プレート６１、フォーカシングレンズ６３、ポロプリズム６５及びレチクル６７を通過する。ユーザは、所望の反射器が視野内に位置されるように、測定ユニット２５の配向を制御するためにノブ３８を動作することが可能である。その後に、ユーザは距離測定システム４１を使用して距離測定を開始することが可能である。

このような手動的動作とは別に、本測量装置１は、又、所望のターゲットに向かって測定ユニット２５を自動的に配向させ且つターゲットが測量装置１と相対的に移動する場合に該ターゲットに対してのこのような配向状態を維持するように構成されている。

この目的のために、トラッキングシステム４３がトラッキング用の光７３の供給源７１を有しており、それは半導体レーザ７４とコリメーティングレンズ７５とを有している。供給源７１から射出されたトラッキング用の光７３はミラー７７から反射され且つ対物レンズ４５のレンズ要素４７の近くで且つ光軸５５により通過されるように配置されるようにプリズム８１の反射表面７９から反射される。表面７９から反射されたトラッキング用の光７３は対物レンズ４５を通過し僅かに拡散するトラッキング用ビーム８３として測定ユニットから射出される。

ターゲットから反射されたトラッキング用の光又はターゲットにより射出されたトラッキング用の光は、図２において、対物レンズ４５を介して受取られるビーム８５として表わしてある。このように受取られたトラッキング用の光は半透明プレート５４を通過し、半透明プレート６１から反射され且つフォーカシング光学系８７によってフォーカスされてトラッキング検知器９１上にトラッキング用の光のスポット８９を形成する。検知器９１の検知信号は、以下に更に詳細に例示するように、モータ２７及び３３に対する制御信号を発生するために処理される。

図３はトラッキング検知器９１の正面図を示しており、その場合に、検知器９１の中心部分は拡大した部分Ｉとしてより詳細に示してある。トラッキング検知器９１は四象限型検知器であり、８個の検知器セグメントを有しており、それらのセグメントは４個の検知器セグメントからなる周辺グループ及び４個の検知器セグメントからなる中心グループとして配置されている。中心グループはセグメント９３₁，９３₂，９３₃，９３₄を有しており、それらは図３に示したように配置されており、２行及び２列を有する矩形状のアレイを形成している。検知器セグメント９３₁，９３₂，９３₃，９３₄は、各々、正方形形状であり且つ十字架形状の絶縁性バリア９５によって互いに分離されている。

周辺グループの検知器セグメントは４個のセグメント９４₁，９４₂，９４₃，９４₄を有しており、それらは中心検知器セグメント９３₁乃至９３₄と同様のパターンで互いに相対的に配置されている。特に、検知器セグメント９４₁乃至９４₄は、２行及び２列を有する矩形状のアレイに配置されている。周辺グループの検知器セグメント９４₁乃至９４₄は実質的に正方形形状であり、且つ十字架形状の絶縁性バリア９５によって互いに分離されている。

検知器９１の側部範囲は、対物レンズにより与えられるテレスコープの視野に対応するような形態とすることが可能である。中心グループの検知器セグメント９３₁乃至９３₄の側部範囲は、周辺グループの検知器セグメント９４₁乃至９４₄の側部範囲よりも実質的により小さく、例えば１０倍より小さい。

周辺グループの検知器セグメント９４₁乃至９４₄は、夫々の矩形の中心端部が中心グループの検知器セグメント９３₁乃至９３₄によって被覆されるという点において正確に矩形の形状から逸れている。更に、各検知器セグメント９４₁乃至９４₄は夫々の接触パッド９８₁，９８₂，９８₃，９８₄を有しており、それらは周辺検知器セグメント９４₁乃至９４₄の各々からの検知された光強度信号を制御ユニット２９の信号処理ユニット１０１（図４参照）へ供給するために接触させることが可能である。

中心グループの検知器セグメント９３₁乃至９３₄の各々は検知器９１の周辺部分における検知器セグメント９４₁乃至９４₄のうちの１つに配置されている夫々の接触パッド９７₁乃至９７₄へ信号線９９を介して接続されており、その場合に、接触パッド９７₁乃至９７₄は、中心検知器セグメント９３₁乃至９３₄からの検知された光強度信号を処理ユニット１０１へ供給するために接触させることが可能である。

図４は制御システム２９のコンポーネントである処理ユニット１０１へ接続させた中心グループの検知器セグメント９３₁乃至９３₄の配置の模式的例示である。検知された光強度信号は処理ユニット１０１及び該制御システムの更なるユニットにより処理されてモータ２７及び３３を制御するための制御信号を発生する。

図４における参照番号１０２は、以下に例示するホーミング（ｈｏｍｉｎｇ）モード及びトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）モードに従って制御システム２９が処理を実施するために処理ユニット１０５が命令を与えるプログラムを格納しているメモリを模式的に表わしている。

図４は、更に、トラッキング用の光のスポット８９を表示することにより測量装置１の機能を例示しており、該スポットは、そのスポット８９が検知器セグメント９３₄の一部をカバーするように位置（ａ）において初期的に形成される。次いで、そのスポット８９は経路（ｂ）に沿って移動され、従ってそれは位置（ｃ）において形成され、検知器セグメント９３₁の一部をカバーし、且つそのスポット８９は、その後に、経路（ｄ）に沿って位置（ｅ）に配置されるように移動され、検知器セグメント９３₃の一部をカバーする。

スポット８９が経路（ｂ）に沿って移動する場合に、そのスポットは、最初に、検知器セグメント９３₄のみに入射し、次いでそれは絶縁性バリア９５を横断し、且つその後に検知器要素９３₁のみに入射する。絶縁性バリア９５を横断する間に、スポット８９は検知器セグメント９３₄及び９３₁の両方に入射する。図５は検知器セグメント９３₄から検知器セグメント９３₁へのスポット８９のこのような移動を例示している。この場合に、参照番号８９₁乃至８９₁₁は複数の逐次的な時間におけるスポットを表わしており、その場合に参照番号８９₁は検知器セグメント９３₄に完全に入射するスポットを表わしており、というのは、それは検知器セグメント９３₄のみの一部をカバーしているからであり、且つ参照番号８９₁₁は絶縁性バリア９５を横断し且つ完全に検知器セグメント９３₁に入射するスポットを表わしている。参照番号８９₂乃至８９₁₀は中間的なスポット位置を表わしており、その場合にそのスポットは検知器セグメント９３₄及び９３₁の両方の一部をカバーしている。

図５に示したライン１１１はスポット８９のこのような移動期間中における検知器セグメント９３₄により検知される光強度Ｉを例示している。該スポットが８９₁により表わされる位置にある場合、即ち完全に検知器セグメント９３₄内にある場合には、セグメント９３₄により検知される強度は最大強度Ｉ₁である。その後に、８９₁₁により表わされる位置へのスポットの移動期間中に、セグメント９３₄により検知される強度は範囲１１３内において最小強度Ｉ₀へ継続的に減少される。範囲１１３の幅（ｗ）は検知器９１上に形成されるスポット８９の直径に対応している。

処理ユニット１０１は各検知器セグメントから夫々の検知器セグメントにより検知された光強度を表わす信号を受取る。処理ユニット１０１は検知器の中心９６近くの領域からスポット８９の位置の逸れを表わす水平エラー信号Ｓ_h及び垂直エラー信号Ｓ_vを決定することにより検知された光強度の処理を実施する。これらのエラー信号Ｓ_h及びＳ_vは以下の如くに決定される。

尚、Ｉ（９３₁）乃至Ｉ（９３₄）は夫々の検知器セグメント９３₁乃至９３₄によって検知された光強度を表わしている。

ここで、エラー信号Ｓ_vは、スポット８９が該検知器の上側半分、即ち検知器セグメント９３₄及び９３₁内に位置されている場合に正の値を有しており、且つＳ_vは、該スポットが該検知器の下側半分、即ち検知器セグメント９３₃及び９３₂内に位置されている場合には負の値を有している。更に、水平エラー信号Ｓ_hは、スポット８９が中心グループの検知器セグメントにより形成されるアレイの左側半分、即ち検知器セグメント９３₄及び９３₃内に位置されている場合に正の値を有している。同様に、水平エラー信号Ｓ_hは、スポット８９が検知器セグメント９３₁及び９３₂のうちの１つ内に位置されている場合には負の値を有している。

図６は図４に例示したようにスポット８９の移動期間中、即ち経路（ｂ）に沿っての位置（ａ）から位置（ｃ）及び経路（ｄ）に沿っての位置（ｅ）への移動期間中におけるエラー信号Ｓ_h及びＳ_vの時間展開の模式的例示である。図６から明らかなように、水平エラー信号Ｓ_hは、スポット８９が経路（ｂ）に沿って垂直絶縁性バリア９５を横断する場合、及び該スポットが経路（ｄ）に沿って検知器９１の中心９６を横断する場合に符号を変化させる。更に、垂直エラー信号Ｓ_vは、スポット８９が経路（ｄ）に沿って検知器９１の中心９６を横断する場合にのみ符号を変化させる。従って、水平及び垂直エラー信号Ｓ_h，Ｓ_vの両方のゼロの値は、スポット８９が検知器９１の中心９６上に正確に位置されたことを表わしている。

処理ユニット１０１により決定される水平及び垂直エラー信号Ｓ_h，Ｓ_vは、更に、モータ２７及び３３を駆動するための制御信号を発生するために処理することが可能である。例えば、水平エラー信号Ｓ_hは、エラー信号Ｓ_hが正である場合にモータ２７が１つの適切に選択された方向に駆動され、且つＳ_hが負である場合にはモータ２７が他方の方向に駆動され、且つＳ_hの絶対値が適切に選択した低スレッシュホールド未満である場合にはモータ２７が全く駆動されることがないようにモータ２７を制御するための基礎を形成することが可能である。

同様に、モータ３３は垂直エラー信号Ｓ_vに基づいて制御することが可能である。例えば、モータ３３は、エラー信号Ｓ_vが正である場合には１つの適切に選択された方向に駆動され、Ｓ_vが負である場合にはモータ３３は他方の方向に駆動され、且つＳ_vの絶対値が適切に選択したスレッシュホールドより低い場合にはモータ３３は全く駆動されることはない。

図７は測定ユニットの水平スキャンを実施している間に２つの異なるターゲットで得られた検知された水平エラー信号Ｓ_hの例示的なデータを示しており、その場合に、該ターゲットは測量装置１と相対的に０゜の角度位置に位置しているものと仮定される。該ターゲットからの角度の逸れは水平軸上に表わされており、且つ垂直軸は任意の単位での検知された対応する水平エラー信号Ｓ_hを表わしている。２組のデータが図７に示されており、参照番号１２０により表示されている第一組のデータは、ターゲットが測量装置１から２．５ｍの距離に配置されている場合の測定から得られたものであり、且つ第二グループ１２１のデータは、該ターゲットが測量装置１から６０ｍの距離に配置されている場合の測定から得られたものである。図７から明らかなように、測量装置１からターゲットの距離はターゲットから０゜の逸れ周りにデータ値の勾配に関して顕著な影響を有している。このことは以下の如くに説明することが可能である。図５に関して上に例示したように、スポットが絶縁性バリアを横断する場合に１つの検知器セグメントの検知された光強度が変化する領域１１３の幅（ｗ）はスポット８９の直径に依存する。然しながら、該検知器上に形成されるスポットの直径は該検知器からターゲットの距離に依存する。特に、測量装置により近くに配置されているターゲットは測量装置から更により離れて配置されているターゲットよりも測量装置の視野のより大きな部分をカバーする。従って、測量装置のより近くに配置されているターゲットは測量装置からより離れて配置されているターゲットよりも検知器上により大きなスポットを形成し、且つ０゜周りのデータセット１２０の勾配は測量装置から異なる距離における同一のターゲットにより発生される異なるスポット寸法に起因してデータセット１２１の勾配よりも一層小さいことが明らかである。

図９は本発明に基づいて測定のために使用することが可能な結合型ターゲット１３１を模式的に示している。この結合型ターゲット１３１は、オブジェクト上に配置されるべき底端部１３５を具備しているポール１３３を有しており、該オブジェクトの位置が測量装置と相対的に決定されるべきである。この結合型ターゲット１３１は、更に、ポール１３３上に装着されたプリズム１３７を有しており、プリズム１３７の中心は該ポールの底端部から距離Ｈに配置されている。プリズム１３７は測量装置１によって射出されたトラッキング光ビーム８３に対して及び測量装置により射出された距離測定用光ビーム５７に対しての反射器を形成する形態とされている。反射器１３７は測量装置１のトラッキングシステム４３に対するパッシブターゲットを形成している。この結合型ターゲット１３１は、更に、ポール１３３上に装着されており且つ反射器１３７の中心から距離（ｄ）下側に位置されているＬＥＤ光源１３９を有している。このＬＥＤ光源１３９は、光源１３９がトラッキングシステム４３に対するアクティブターゲットを形成するように、所定のパターンに従って変調された光を射出する。

アクティブ及びパッシブターゲット１３９，１３７の各々は検知器９１上に光のスポットを発生する。処理ユニット１０１はパッシブターゲット１３７によって発生されたスポットの位置及びアクティブターゲット１３９によって発生されたスポットの位置を表わす別々の信号を発生する形態とされている。このような処理は、以下の如くに図８を参照して例示するように実施することが可能である。図８ａはアクティブターゲット１３９と関連する検知された光強度の時間依存性を模式的に例示している。検知された光強度は所定の既知の周波数に従って変調され且つノイズを包含している。その変調周波数は測量装置において既知であるが、このような変調の相対的な位相は測量装置において未知である。従って、アクティブターゲット１３９から発生した受取られた光の強度を決定するために直交検知が実施される。図８ｂは、処理ユニット１０１によって発生された０゜位相のずれた制御信号を例示しており、且つ図８ｃは処理ユニット１０１によって発生された９０゜位相のずれた制御信号を示している。図８ｄは図８ｂの０゜位相のずれた制御信号によって乗算された図８ａの検知された強度を示しており、且つ図８ｅは図８ｃの９０゜位相のずれた制御信号により乗算された図８ａの検知された光強度信号を示している。図８ｄ及び８ｅの信号は従来の同期整流器により派生させることが可能である。

従って、パッシブターゲット１３７から反射された光の検知器上に形成されるスポットをアクティブターゲット１３９によって射出された光の検知器上に形成されるスポットから区別することが可能である。この目的のために、アクティブターゲット１３９からの光の変調の時間パターンがパッシブターゲット１３７の光の変調時間パターンと異なるものであることで充分である。

時間パターンの有益的な選択は、アクティブターゲットの変調周波数がパッシブターゲットの変調周波数から１オクターブだけ異なる場合に達成される。例えば、アクティブターゲットの変調周波数は６．５００Ｈｚとすることが可能であり且つパッシブターゲットの変調周波数は１３．０００Ｈｚとすることが可能である。

更に、変調時間パターンの複数の異なる組合わせをユーザによる選択のために提供することが可能である。異なる選択の使用可能性は、１つの測量装置が風景内に位置されている異なる結合型ターゲット１３１と共同することを可能とする。

上の処理を適用することにより、処理ユニット１０１はアクティブターゲット及びパッシブターゲットの各々に対する中心グループの検知器セグメントにより検知された光から上の式（１）及び（２）に従って水平及び垂直エラー信号を決定することが可能である。特に、４つのエラー信号 ， ， ， は中心グループの検知器セグメントの検知信号から処理ユニット１０１によって発生することが可能であり、その場合に下付き文字ｖ及びｈは垂直及び水平エラー信号を表わしており、１番目の上付き文字ｃはエラー信号が中心グループの検知器セグメントから派生されたものであることを表わしており、且つ２番目の上付き文字ａ及びｐは、夫々、アクティブターゲット及びパッシブターゲットを表わしている。

同様に、対応するエラー信号 ， ， ， は、上の同じ式（１）及び（２）に従って検知器セグメント９４₁乃至９４₄の検知信号から派生することが可能であり、その場合に１番目の上付き文字ｐはエラー信号が周辺グループの検知器セグメントから派生されたものであることを表わしている。

所望の結合型ターゲット１３１での測定を形成するために、ユーザは、最初に、使用可能な変調パターンのうちの１つを選択し且つ測量装置１上のトラッキング光源７１の光射出及び結合型ターゲット１３１上のアクティブターゲット１３９の夫々の変調パターンを設定する。

その後に、アイピース５９を介して見つめながら結合型ターゲット１３１が測定ユニットの視野内にあるようにユーザが測定ユニット３５を配向させる。このような状態を図１０に模式的に例示してあり、その場合に、アクティブターゲット及びパッシブターゲット１３９，１３７の各々は検知器９１上に光のスポットを形成する。アクティブターゲット１３９の光により形成されるスポットは図１０においてアステリスク８９，１３９として表わしてあり、且つパッシブターゲット１３７により形成される光のスポットは図１０においてセグメント化した円８９，１３７として表わしてある。

図１０は、更に、セグメント化した円１３７′を示しており、それは測定ユニット２５の視野内における更なるターゲットを表わしており、その場合にこの付加的なターゲット１３７はその他の理由により視野内にあり、且つターゲット１３７′に関する測定はこの例において実施されるべきものではない。然しながら、ターゲット１３７′も検知器９１上に光のスポットを形成しており、且つ以下の測定期間中にこのターゲット１３７′の誤ったトラッキングは回避されねばならない。

ユーザが視野内における所望の結合型ターゲット１３１を知覚するや否や、測量装置が自動処理を実施するようにスイッチさせ、そのことは、アクティブターゲット１３９によって発生されたスポット８９，１３９が図１０における矢印１４１によって示されているように検知器９１の中心９６へ移動されるように所望の結合型ターゲット１３１に対して測定ユニット２５を配向させる。このような自動的処理は以下において「ターゲットのホーミング」として参照し、且つ制御システムはこの動作を実施するための「ホーミングモード」と呼ばれる特定の動作モードにある。

ホーミングモードにおいて、モータ２７及び３３を夫々制御するための駆動制御信号を決定するための水平及び垂直エラー信号Ｓ_h，Ｓ_vは以下の如くに計算される。

図１１はターゲットのホーミングが成功した後に達成される状態を示しており、その場合にアクティブターゲット１３９により発生されるスポット８９，１３９は検知器９１の中心９６に位置され且つ維持される。

ターゲットのホーミングが成功した後に、制御システム２９は以下において「トラッキングモード」と呼称する異なる制御モードへスイッチし、且つその場合に、反射器１３７に対して距離測定及び角度測定が実施される。

トラッキングモードにおいて、アクチュエータ２７及び３３を動作させるための夫々の制御信号を発生するための水平及び垂直エラー信号Ｓ_h，Ｓ_vは以下の如くに発生される。

これは図１２に示したようなスポット８９，１３９及び８９，１３７の配置となる。垂直角度方向における測定ユニット２５の配向の制御はパッシブターゲット１３７に基づくものであり且つ水平角度方向における測定ユニット２５の配向の制御はアクティブターゲット１３９に基づくものであるから、パッシブターゲット１３７によって発生されるスポット８９，１３７は検知器９１の中心９６に位置され、一方アクティブターゲット１３９により発生されるスポット８９，１３９は検知器９１の中心９６の僅かに下側であるが垂直絶縁性バリア９５上の実質的に中心に位置される。

トラッキングモードにおけるこのような自動処理の下で、制御システム２９の制御下にあるアクチュエータ２７及び３３の動作は、例え結合型ターゲット１３１が動いている場合であっても、パッシブターゲット１３７によって発生されるスポット８９，１３７が検知器９１の中心９６に位置されるように継続的に測定ユニット２５を再配向させる。例えば、結合型ターゲット１３１は動いている乗り物の上に装着させることが可能であり、且つ本測量装置はその移動するターゲットを自動的に追跡し且つ電気光学的距離測定システム４１を使用してその移動するターゲットに対して継続して距離測定を実施することが可能であり、且つ本測量装置１は、又、エンコーダ３１及び３６を使用して反射器１３７に対して角度測定を実施することも可能である。

該アクチュエータの動作が迅速な動きに追従することができないようなターゲットの急激迅速な動き等の何等かの理由によりパッシブターゲット１３７により形成されるスポットが中心グループの検知器セグメント９３から外れる場合には、処理はホーミングモードへスイッチし、従って図１０，１２，１３を参照して上に例示したような手順が再度実施され、次いで、トラッキングモードへスイッチバックする。

結合型ターゲット１３１をトラッキングする上に例示した方法は、検知器９１の視野内に偶然に表われる場合のある不所望のターゲットの誤ったトラッキングに対して比較的ロバストである。これは、特に、本例においてはアクティブターゲットの変調時間パターンである第一変調時間パターンを有する光から例示した例においては水平方向である１つの角度方向において該測定ユニットを配向させるための制御信号を発生し、且つ本例においてはパッシブターゲットの変調時間パターンである異なる第一変調時間パターンに従って変調された光から本例においては垂直方向である他方の方向において該測定ユニットを再配向させるための制御信号を発生させることにより達成される。

以下に説明する例示的実施例においては、機能及び構成において同様であるコンポーネントは可能である限り同様な参照番号で示してある。従って、特定の実施例の個々のコンポーネントの特徴を理解するためには、他の実施例の説明及び本発明の要約を参照すべきである。

図１乃至１２を参照して例示した実施例においては、水平方向において測定ユニットの配向を制御するためにアクティブターゲットを使用しており、且つ垂直方向における測定ユニット２５の配向を制御するためにパッシブターゲットを使用している。然しながら、本発明はこのような制御に制限されるものではない。

図１３は本発明の更なる実施例に基づく測量装置と結合して使用することが可能な適切な結合型ターゲット１３１ａを示している。

図１３に示した結合型ターゲット１３１ａは、下端１３５ａを具備するポール１３３ａを有しており、その場合にパッシブターゲットを形成する反射器１３７ａはポール１３３ａの下端１３５ａから距離Ｈに配置されている。所定の時間パターンに従って変調された光を射出する光源１３９ａがポール１３３ａの下端１３５ａから反射器１３７ａと同じ高さＨであるが反射器１３７ａの中心から水平距離（ｄ）に配置されている。

図１４は結合型ターゲット１３１ａから受取られた光からの測量装置の検知器９１ａ上に発生されたスポットの配列を示している。特に、アステリスク８９ａ，１３９ａはアクティブターゲット１３９ａによって射出された光によって形成された検知器９１ａ上のスポットを表わしており、且つセグメント化した円８９ａ，１３７ａはアクティブターゲット１３７ａから受取られた光のスポットを表わしている。

このような状態において、モータ３３及び２７を動作させるための制御信号は効果的に以下のエラー信号から派生させることが可能である。

上に例示した実施例において、検知器セグメントは２行及び２列を具備する矩形状アレイの配列を有している。然しながら、２個、５個又はそれ以上の検知器セグメントが適切に配置され且つ対応する絶縁性バリアによって互いに分離されているその他の配列の検知器セグメントを選択することも考えられる。

上に例示した実施例においては、測定ユニットの配向は水平及び垂直方向において別々に制御される。然しながら、その他の角度方向において測定ユニットの配向の別の制御を実施することも可能であり、それらの方向は又必ずしも互いに垂直に配向されるものではない。

測量装置の実施例は、２つの異なる角度方向においてターゲットと相対的に測定ユニットの配向を制御することによりターゲットのトラッキングを実施する。１つの角度方向における制御は第一時間パターンに従って変調されている検知された光強度に基づくものであり、且つ他方の角度方向における配向の制御は第一時間パターンとは異なる第二時間パターンに従って変調された検知された光強度に基づくものである。

本発明をある例示的実施例に関して説明したが、当業者にとって多くの変更、修正及び変形が明らかなものである。従って、ここに記載した本発明の例示的に実施例は例示的であることを意図したものであって何等制限的なものではない。特許請求の範囲に定義されるように本発明の精神及び範囲から逸脱して種々の変更を行うことが可能である。

本発明の１実施例に基づく測量装置を例示した概略図。 図１に示した測量装置内に包含されている測定ユニットのビーム経路を例示した模式図。 図２に示した測定ユニット内に包含されている検知器の正面図。 検知信号の処理を例示した模式図。 図１に示した測量装置内に包含されている検知器の機能を例示した概略図。 本発明の１実施例における検知器信号の処理を例示した概略図。 図３に示した検知器から得ることが可能なデータを表わしたグラフ図。 （ａ）乃至（ｆ）は本発明に基づく１実施例における検知器信号の処理に関与する種々の信号の各概略図。 本発明の実施例において使用することが可能なターゲットの概略図。 図９に示したターゲットが関与する本発明の１実施例に基づく方法を例示した概略図。 図９に示したターゲットが関与する本発明の１実施例に基づく方法を例示した概略図。 図９に示したターゲットが関与する本発明の１実施例に基づく方法を例示した概略図。 本発明の実施例において使用することが可能な更なるターゲットの概略図。 図１３に示したターゲットが関与する本発明の１実施例に基づく方法を例示するための概略図。

Claims (27)

1. 測量装置を制御する方法において、該測量装置は、
   ベース、該ベースと相対的に装着されている測定ユニット、及び該ベースと相対的に該測量ユニットの配向を制御するアクチュエータ制御ユニット、を有しており、該測定ユニットはレンズ及び複数の検知器セグメントを具備している検知器を有しており、
   該方法は、
   該レンズを介して第一光を受取り且つ該検知器上に該第一光の第一スポットを形成し、尚該第一光は第一時間パターンに従って変調されている強度を持っている変調光であり、
   該レンズを介して第二光を受取り且つ該検知器上に該第二光の第二スポットを形成し、尚該第二光は第二時間パターンに従って変調されている強度を持っている変調光であり、
   該第一及び第二時間パターンに基づいて該複数の検知器セグメントにより発生される光強度信号を処理し且つ該検知器上の該第一スポットの位置を表わす第一制御信号及び該検知器上の該第二スポットの位置を表わす第二制御信号を発生し、
   該第一信号に基づいて第一角度方向において該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させ且つ該第二信号に基づいて第二角度方向において該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させるために該アクチュエータ制御ユニットを第一制御モードにおいて制御する、
   ことを包含している方法。
2. 請求項１において、該測定ユニットが該第一時間パターンに従って変調されている光を発生するための第一光源を有しており、且つ該方法が、更に、該第一光源により発生された光を反射器へ向かって射出し且つ該第一光として該反射器から反射された光を受取る、ことを包含している方法。
3. 請求項１において、該第二光が該測定ユニットからある距離に配置されている第二光源により発生される方法。
4. 請求項３において、該第二光源がポール上に装着されている方法。
5. 請求項２において、該第二光が該測定ユニットからある距離に配置されている第二光源により発生され、尚該第二光源がポール上に装着されており且つ該反射器が該ポール上に装着されている方法。
6. 請求項５において、該第二光源が該反射器の中心からある距離に配置されている方法。
7. 請求項１において、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つが第一検知器セグメントの一部及び該第一検知器セグメントに隣接する第二検知器セグメントの一部をカバーするように実施される方法。
8. 請求項７において、該アクティブ制御ユニットの制御が、該第一検知器セグメントの該一部の上に入射する該第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つの強度が該第二検知器セグメントの該一部の上に入射する該第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つの強度と実質的に等しい方法。
9. 請求項１において、該検知器が４個の隣接する検知器セグメントを有しており、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つが該４個の検知器セグメントの各々の一部をカバーするように実施される方法。
10. 請求項９において、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該４個の検知器セグメントの各々の上の該第一及び第二スポットの少なくとも１つの強度が実質的に等しいように実施される方法。
11. 請求項９において、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一及び第二スポットの該少なくとも１つのうちの１つが該４個の検知器セグメントの該一部をカバーし且つ該第一及び第二スポットのうちの該少なくとも１つの別の１つが２個の検知器要素をカバーするように実施される方法。
12. 請求項２において、該検知器が４個の隣接した検知器セグメントを有しており、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一及び第二スポットのうちの１つが該４個の検知器セグメントの該一部をカバーし且つ該第一及び第二スポットのうちの別の１つが２個の検知器要素をカバーするように実施され、且つ該４個の検知器セグメントをカバーする該１つのスポットが該第一光源により発生された光から形成されている方法。
13. 請求項３において、該検知器が４個の隣接した検知器セグメントを有しており、該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一及び第二スポットのうちの１つが該４個の検知器セグメントの該一部をカバーし且つ該第一及び第二スポットの別の１つが２個の検知器要素をカバーするように実施され、且つ該２個の検知器セグメントをカバーする該他方のスポットが該第二光源により発生された光から形成されている方法。
14. 請求項１において、該複数の検知器要素が該検知器の中心領域に配置されている検知器セグメントからなる中心グループ、及び該検知器の周辺領域に配置されている検知器セグメントからなる周辺グループを有しており、且つ該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させるための該アクチュエータ制御ユニットの制御が、該第一制御モードにおいて、該中心グループの検知器セグメントの検知器セグメントのみにより検知された光強度に依存して実施される方法。
15. 請求項１において、該方法が、更に、
    該第二信号に基づいて該第一及び第二角度方向の両方において該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させるために第二制御モードにおいて該アクチュエータ制御ユニットを制御する、ことを包含している方法。
16. 請求項１５において、該複数の検知器セグメントが、該検知器の中心領域に配置されている検知器セグメントからなる中心グループ、及び該検知器の周辺領域に配置されている検知器セグメントからなる周辺グループを有しており、且つ該第一及び第二スポットの少なくとも１つが該周辺グループの少なくとも１つの検知器セグメントの一部をカバーする場合に該第二制御モードに従って該制御が実施される方法。
17. 請求項１６において、該第一及び第二スポットのうちの少なくとも１つが該中心グループの少なくとも１つの検知器セグメントの一部をカバーする場合に該第一制御モードに従って該制御が実施される方法。
18. 請求項１６において、該第一及び第二スポットの両方が該中心グループの少なくとも１つの検知器セグメントの一部をカバーする場合に該第一制御モードに従って該制御が実施される方法。
19. 請求項１において、該第一光及び該第二光の少なくとも１つが所定の周波数で変調される方法。
20. 請求項１９において、該光強度信号の処理が直交処理を有している方法。
21. 請求項１において、更に、該測定ユニットにより射出される測定用光を使用して距離測定を実施することを包含している方法。
22. 請求項２において、更に、該測定ユニットにより射出される測定用光を使用し且つ該反射器から反射された測定用光を検知して距離測定を実施することを包含している方法。
23. 測定装置において、
    ベース、
    該ベースと相対的に装着されている測定ユニット、該測定ユニットはレンズ及び複数の検知器セグメントを具備している検知器を有しており、
    該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を制御するアクチュエータ制御ユニット、
    該アクチュエータ制御ユニットを制御する制御システム、
    を有しており、
    該制御システムは第一及び第二時間パターンに基づいて該複数の検知器セグメントにより発生される光強度信号を処理し且つ該検知器上の第一の第一スポットの位置を表わす第一制御信号及び該検知器上の第二光の第二スポットの位置を表わす第二信号を発生する形態とされており、且つ
    該制御システムは、更に、該第一信号に基づいて第一角度方向において該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させ且つ該第二信号に基づいて第二角度方向において該ベースと相対的に該測定ユニットの配向を変化させるために第一制御モードにおいて該アクチュエータ制御ユニットを制御する形態とされている、
    測定装置。
24. 請求項１に定義した方法を実施する形態とされている測量装置。
25. 請求項２３において、更に距離測定ユニットを有している測量装置。
26. 請求項２３において、該検知器が四象限型検知器である測量装置。
27. 測量装置の制御システムをして請求項１に基づく方法を実行させるべく適合されているプログラムを表わす情報を包含しているコンピュータにより読取可能な媒体。

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