JP2000088566A - 光学的測距装置 - Google Patents

光学的測距装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】測距装置において、あらゆる種類の照準対象物
をどのような距離でも容易に且つ労力を要せずに視覚的
に照準できるように構成する。 【解決手段】送光ユニット(１)は、切り離し可能な二つ
の光束(２１，３１)を発生させる１個または２個の光源
(２，３)を有している。一方の光束(２１)は回折限界性
の光束であって且つ可視波長範囲の光束であり、他方の
光束(３１)は発散性の光束であって且つ可視波長範囲ま
たは赤外線波長範囲の光束である。光束(２１，３１)が
送光ユニット(１)から対物レンズ(５)を通って照準対象
物(６)のほうへ伝播するように光学的連結要素(４a，４
b)を設ける。送光ユニット(１)内において光束(２１，
３１)の同時放出または二者択一的放出を制御し、およ
び(または)検出ユニット(４０)内において受光光線の分
離検出を制御する選別手段としてのフィルタ(１０a，１
０b)を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、測地学的測量およ
び工業的計測における光学的測距装置であって、光線を
照準対象物にたいして放出する送光ユニットと、照準対
象物によって反射または散乱した光線を受光し、検出ユ
ニットの光電検出器に結像させるための対物レンズと、
照準対象物までの距離を検出する制御・評価ユニットと
を備えた前記測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学的距離計には測地学的測量および工
業的計測の分野で多様な使用可能性があり、角度の測定
とともに、照準点または照準対象物の三次元座標を空間
内に決定するために用いられる。測定される照準点は、
反射を支援する補助手段によりマーキングされる。他の
照準点または照準対象物はそれ自体直接の照準として設
定される。したがって、測定技術の観点から、共同性照
準対象物と非共同性照準対象物とが区別される。共同性
照準対象物とは球状反射体、反射シート、或いはトリプ
ルプリズムである。非共同性照準対象物とはたとえば建
築物、岩石等の自然の、粗い表面である。
【０００３】照準対象物は、セオドライト望遠鏡上に距
離計を載置したセオドライト、或いはタキメーター(距
離計を組み込んだセオドライト)により照準される。距
離の測定は、強度変調された光線またはパルス化された
光線を用いて位相測定原理或いは作動時間測定原理に基
づいて行われる。角度測定および距離測定により、所定
の座標系に対する照準対象物の三次元座標が決定され
る。これにより個々の照準点は測地学、土木測量、或い
は工業計測においてその座標が求められる。或いは、共
同性照準マークを備えた表面、たとえば飛行機を計測す
ることができる(W．Heup，Ｏ．Katowski「工業計測、測
地学的測量用のセオドライトシステム」技術展望、Ｎ
ｏ．３９，１９９８年、第１４頁−第１８頁)。
【０００４】他方、地図或いは建設設計図上に設定され
た座標系を、タキメーターと反射体を備えた測鉛とを用
いて現場で区画することも可能である。これは建設或い
は道路工事の路線設定時に通常行われている。また道路
工事、トンネル工事、採鉱の掘削機を制御するためにも
タキメーターが使用される。
【０００５】照準マークを測定する従来の電子的セオド
ライトは、組み込まれた距離計またはセオドライト望遠
鏡上に載置された距離計を使用する。組み込み式の距離
計にしろ載置式の距離計にしろ、ほとんどの距離計は送
光光線および受光光線用の２軸の光学系を有している。
光源としてＨｅ・Ｎｅレーザーを備えた同軸光学系形式
の距離計も欧州特許公告０３１３５１８号公報から知ら
れている。この距離計は反射シートおよび自然の対象物
を測定することができる。しかしながらこの載置式の距
離計は、セオドライト視準軸にたいして視差を有し、測
定斑点の場所とセオドライトによる照準設定場所とが同
一でない。
【０００６】２軸の組み込み式または載置式の距離計
は、通常は側方にずれるように切り離された送光光路と
受光光路とを有している。これにより、入射光線を平行
に且つ側方にずらして反射させる逆反射性の照準マーク
(たとえばトリプルプリズム)で反射する際の光束の側方
へのずれが考慮される。組み込み式の距離計の場合、セ
オドライト望遠鏡対物レンズの半分は送光光線のために
利用され、他の半分は反射光線を受光するために利用さ
れる。これにたいして載置式の距離計は、送光系および
受光系のために利用される完全に分離した光軸と、セオ
ドライト望遠鏡の視準軸に対する視差とを有している。
これが意味するところは、セオドライト望遠鏡の視準軸
が向けられる照準点と、載置式距離計の測定斑点の照準
対象物上での場所とが異なっているということである。
これは点測定にたいしては不利である。特にこの理由か
ら、最近では載置式距離計の代わりに組み込み式距離計
が使用される。
【０００７】さらに２軸式距離計が知られている。２軸
式距離計は、反射照準物までの距離を測定するととも
に、自然な荒さの表面を持った非共同性照準対象物まで
の距離をも測定する。この種の装置は、たとえばプラン
ト建設(発電所の冷却タワー)、橋、ダム、石橋、造船等
において接近しがたい表面を測量するために使用され
る。他の応用例としては、トンネル、竪穴、道路の横断
面の測定、建物外面の測量が挙げられる。この種の非共
同性照準物を測定する際の測定距離は数百メートルであ
る。この距離計は２軸式であるために視差が生じ、像点
の重心位置をずれさせる。このような症状は特に近接領
域において著しく、付加的な技術的処置をとらなければ
測定は不可能である。このため、近距離を測定する場合
には、ライカ社の距離計WILD DIOR ３００２Sの場合
のように、送光系および受光系にたとえば補助レンズが
装着される。よって操作が多少面倒である。他の技術的
解決法としては、球体で支持されているひし形プリズム
をセオドライト望遠鏡のフォーカスレンズの変位に応じ
て回転させることにより視差が補正される(送光系およ
び受光系のために二つの対物レンズを備えた、ツァイス
社の２軸式タキメータRec Elta RL)。このような視差
補正は、光学要素および機械要素を精密に移動させねば
ならないので技術コストが高くなり、測量器具が大型で
重量がかさむことになる。
【０００８】上述した２軸式距離計は、赤外線光を大き
な開口角で放出する光源で作動する。光束の径は、１０
０mの距離の場合すでに１５−２０cmに達する。反射体
までの距離を測定する場合には光束の径が大きければ反
射体を見つけ出すのに有利であるが、反面光束の径が大
きいと、非共同性照準物の測定にあたって解像度が局部
的に著しく低下する。これは、局部的な反射特性に応じ
て強度重み付けされた距離値が照射面を介して検出され
るからである。したがって、対象物の表面が傾斜してい
たり異形化されていたりすると、距離計の照準点までの
真の距離が得られない。たとえば対象物の表面に小径の
隆起物がある場合(建物の壁面或いは建物の内部におけ
るパイプ、管、窓の抱き石の構造など)、光束の横断面
が大きいので測定が不可能である。距離が数メートルと
短い場合でも、光束の径は数センチメートルに達する。
したがって、表面に段部があっても大きな測定斑点によ
り容易に覆われるので、距離測定値に誤差が生じる。
【０００９】測定光束が垂直にあたらないような傾斜し
た表面の場合には、対象物表面が不均一あるために測定
斑点の内部に局部的に異なった反射率が発生する。この
ような不均一性はたとえば表面のごみ、塗装のムラ、湿
気、粗さ等によって生じる。測定斑点内部で反射率が異
なっていると、距離測定時の重み付けが同等でなくなる
ので、照準軸と被測定表面との衝突点までの本来の距離
は測定されない。
【００１０】赤外線の測定光線が使用されるので、対象
物表面上の実際に測定される個所は視認できない。対象
物の測定個所は、タキメーターの望遠鏡光学系を介して
間接的に見るか、或いは距離計の照準軸に指向するレー
ザーポインタの可視光線を使用してこれも間接的に見る
しかない。
【００１１】さらに、手持ちの測距具が知られている。
手持ちの測距具は、可視光線を利用して近距離の非共同
性照準物の測定に使用される。ドイツ連邦共和国特許第
４００２３５６号公報には、送光路と受光光路を別個に
した、２−１０mの距離測定用の測距具が記載されてい
る。この測距具には、電子的に補完的に切換え可能な二
つのレーザーダイオードが設けられ、そのうち一方のレ
ーザーダイオードはその光波列を照準物までの測定区間
へ送り、他方のレーザーダイオードはその光波列を測距
具内部の参照区間へ送って校正を行う。両光波列は同じ
受光器によって交互に受光される。雑誌「産業」１９９
２年第１１号、第６−第８頁にはSickGmbH社の測距具DM
E２０００が記載されている。この測距具は２つの半導
体レーザーダイオードで作動する。必要な送光光線はコ
リメータ光学系を備えた一方のレーザーダイオードが発
生させ、他方の第２のレーザーダイオードは必要な参照
信号を直接受光器へ送る。送光光束と受光光束とは互い
に同軸である。自然表面の測定距離は４mに制限されて
いる。ドイツ連邦共和国特許公開第４３１６３４８号公
報には、送光光路と受光光路とを別個に有し、３０m以
内の自然な粗さの表面を可視光線で測定できる測距措置
が記載されている。
【００１２】
【発明が解決すべき課題】本発明の課題は、測地学的測
量目的、建設または工業用計測目的の測距装置におい
て、共同性照準対象物でも非共同性照準対象物でも測定
でき、非共同性照準対象物の場合でも局部的な高解像度
を有し、したがって自然反射性表面上の小構造物までの
距離を測定でき、短距離でも長距離でも測地学的制度で
測定でき、あらゆる種類の照準対象物をどのような距離
でも容易に且つ労力を要せずに視覚的に照準できるよう
な前記測距装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、送光ユニットが、切り離し可能な二つの光
束を発生させる１個または２個の光源を有し、一方の光
束が回折限界性の光束であって且つ可視波長範囲の光束
であり、他方の光束が発散性の光束であって且つ可視波
長範囲または赤外線波長範囲の光束であること、光束が
送光ユニットから対物レンズを通って照準対象物のほう
へ伝播するように光学的連結要素が設けられているこ
と、送光ユニット内において光束の同時放出または二者
択一的放出を制御し、および(または)検出ユニット内に
おいて受光光線の分離検出を制御する選別手段が設けら
れていることを特徴とするものである。本発明の有利な
構成は従属項から明らかである。
【００１４】本発明による距離計においては、２つの光
束を発生させる１個または２個の光源が送光ユニットに
組み込まれている。２つの光束は光線発散性の点で異な
っており、一方の光束の光線は可視波長範囲にあり、回
折限界性を持っている。他の光束は発散する。照準対象
物に指向する光線にたいしても、また照準対象物で反射
または散乱した光線を受光するためにも共通の対物レン
ズが利用される。さらに、両光線の種類または光束を区
別するための選別手段が使用される。これにより、測地
学、建築における測量、および工業的計測において一連
の利点が得られる。これらの利点とは、種々の照準対象
物に適合すること、カバーされるすべての測距範囲にた
いして測定精度と測定の確実性が非常に高いこと、操作
および測定過程が容易で迅速なことである。
【００１５】距離計に使用される光線の種類およびこれ
に伴う光束の発散は、種々の照準対象物にたいして最適
に適合している。mmまたはmm以下の測定精度が要求され
る測定の場合、照準点は反射体または反射シートでマー
キングされる。このためには光が大きく発散する光線が
適している。というのは、走行時間測定方式を適用する
場合、光線が大きく発散することによって不均一な走行
時間がフラット化されるからである。
【００１６】同様に、長距離も反射体を用いて測定され
る。反射体は反射部位での放射横断面が大きいために容
易に検出できるので、この場合も光線の発散が大きいの
が有利である。赤外線光を使用すると、操作者(測鉛を
持っている人)も通行人もまぶしくないので有利であ
る。このことは、共同性照準物が近距離範囲で移動し、
測定光束の放射強度が大きいような測定の場合にもいえ
る。
【００１７】照準対象物の大まかな照準は視覚的な判断
により行われ、或いは照門または距離計に装着されてい
る照準儀のような簡単な補助手段を用いて行われる。も
ちろん、本発明による距離計をセオドライトに取り付け
ると、セオドライト望遠鏡を非常に長距離で照準に利用
することができる。
【００１８】自然な粗さの表面を持った照準対象物を測
定するため、回折限界性の可視光線が使用される。回折
限界性の光束は最小限の発散性を持っており、光束の径
が非常に小さい。よって照準対象物上には、径の小さな
測定斑点が生じる。それゆえ、表面上の小さな構造物も
測定できる。したがって、たとえば建物の側壁或いは内
部の薄いパイプまたは電線、或いは表面の立体的な構造
物でも測定できる。さらに、照準対称物上の測定光線の
測定斑点を視認できる。すなわち構造物は測定光線自身
で照準され、測定斑点の大きさを確認することができ
る。これにより操作性と迅速性の点で大きな利点が得ら
れる。またこれにより、高精度の測定が得られる。照準
光線と測定光線とは同じあるので、真の距離値が求めら
れる。別個に配置される照準補助手段としてのレーザー
ポインタは不要で、望遠鏡の光学系を覗いて照準を合わ
せる作業も不要である。
【００１９】さらに、可視波長範囲の回折限界性放射源
としてレーザーを使用すると、レーザー安全規則にした
がって高い送光パワーを放射できる。この状況は、共同
性照準対象物に比べて数オーダー分だけ反射率が小さな
非共同性照準対象物までの到達距離を好都合にさせる。
【００２０】回折限界性可視光線は、比較的近距離範囲
の非共同性照準対象物にたいして使用されるばかりでな
く、個々のケースにおいて放射パワーが比較的高いため
に、数km以上の特に長距離の共同性照準対象物にたいし
ても使用できる。しかし、比較的小径の光束で反射体照
準物に衝突させるのは困難である。
【００２１】反射体照準物までの距離が数km以上の熟練
を要する測定範囲にたいしては、発散性光束が利用され
る。また発散性光束は、非常に小さな構造物の測定が不
可能であるような非共同性照準対象物にたいしても使用
できる。
【００２２】種々の照準対象物および距離にたいして測
定を適合させるため、異なる種類の光線または光束に対
し選別手段が設けられている。選別手段はたとえば種々
の光学フィルタおよび(または)切換え装置である。たと
えば操作者はボタンを押すたびに光束間の切換えを行う
ことができ、したがって操作者は測定課題にたいして特
定の光束を意識的に決定することができる。他方、切換
えを距離計自身により自動的に行うこともでき、たとえ
ば受光した光の強度測定或いは測定した距離に依存して
自動的に切換えを行うこともできる。もちろん、測定基
準とは関係なく、常に光束を一定のクロック周波数で交
互に切換えるようにしてもよい。同様に、両光束を同時
に連続的に放出させて、照準対象物を連続的に照射する
ようにしてもよい。この場合には、受光光路内ではじめ
て光束に応じた選別が行われる。
【００２３】それゆえ、光線の選別は種々の態様で種々
の選別手段を用いて実現することができる。二つの光束
を同時に放出する場合には、選別手段としてフィルタを
受光光路内の検出器の前に装着してよい。このフィルタ
は一方の光束だけを通過させる。このため、たとえば適
当なフィルタを備え、手動で操作可能またはモータで駆
動されるフィルタホイールが使用される。それぞれの光
束は１個の検出器で受光される。或いは、受光光路を選
択的なビームスプリッターを用いて２つの光路に分割
し、それぞれを１個の光束に対し使用するようにしても
よい。このようにすると、二つの検出器が同時にそれぞ
れの受光光線を測定できる。
【００２４】他方、光束の選別をすでに送光ユニット内
で行ってもよい。たとえば光路内において、一方の光源
の直前または両光源の直前に光電装置、機械的装置、フ
ィルタまたは制御可能な周波数倍増器またはQスイッチ
を取り付けることができる。これらの要素は一方の光束
をブロックまたは抑制し、他方の光束を測定光線として
解放する作用を交互になす。もちろん光源自体をオンオ
フ制御するようにしてもよく、このようにすると一方の
光束だけが放出される。これらのケースでは、基本的に
は受光光路内にフィルタを設ける必要はない。しかし外
光を削減し、高いS／N比を達成するためには、付加的な
フィルタを用いると有効であることはいうまでもない。
【００２５】光束はどちらか一方が或いは両者同時に対
物レンズを通過して照準対象物へ案内される。このよう
な実施形態に対しては、基本的には対物レンズのすべて
の領域が適している。したがって、対物レンズの瞳の複
数の異なる領域を放出光線のために利用することができ
る。反射光線は他の対物レンズ領域によって受光され
る。
【００２６】両光束の光束重心が対物レンズの中心で、
すなわち対物レンズの光軸に同軸に案内されるのが有利
である。このような構成の利点は、受光軸と、照準軸と
して用いられる対物レンズの光軸とが、放出された光束
の両送光軸とともに照準対象物に指向することである。
したがって照準対象物は、距離が測定される部位とちょ
うど同じ部位で照準を合わせられる。これにより、非常
に正確な距離測定が達成される。放出光線の同軸性は、
必ずしも光線横断面が対物レンズの軸線にたいして回転
対称でなければならないことを意味するものではない。
光線の横断面を光軸に関し非対称に構成してもよい。光
線横断面の面中心は、対物レンズの光軸と一致するのが
有利である。
【００２７】同じ対物レンズを反射光線を受光するため
に使用できるよう構成してもよい。このようにすると、
距離計には視差もなく、したがって視差を補償するため
に必要付加的な処置を施す必要もない。この場合、対物
レンズと付属の他の光学要素とが光線の透過性に関し対
応的なクオリティを持っていなければならないことはい
うまでもない。
【００２８】距離計をセオドライトに組み込めば、照準
対象物の距離以外にも角度座標をも決定することができ
る。セオドライトは、照準対象物に向けられるセオドラ
イト望遠鏡の光軸の水平角度および鉛直角度を所定の座
標系で測定する。距離計は、原理的にはセオドライト内
に別個の測定器具として組み込むことができ、或いはセ
オドライトの望遠鏡の上に載置することができる。しか
し、距離計とセオドライトとをただ一つの対物レンズを
備えた一つの器具に一体化すれば付加的な利点が得られ
る。この場合対物レンズは距離計にもセオドライトの望
遠鏡にも用いられる。これによりただひとつの照準軸が
存在するにすぎない。この照準軸は、該照準軸にたいし
同軸の送光光路および受光光路による距離測定にも、ま
た角度測定にも関係する。これにより、照準対象物の三
次元座標を決定する際に最大の精度が達成される。この
場合、異なる距離範囲にある異なる種類の照準対象物を
高解像度で迅速且つ確実にその三次元座標で測定するこ
とができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
を用いて詳細に説明する。図１には本発明による測距装
置の概略が図示されている。測距装置は、二つの光源
２，３を備えた送光ユニット１を有している。一方の光
源２は、光束２１における回折限界性の可視光を検出す
る。光源２としてはレーザーダイオードを使用するのが
有利である。最近の市販のレーザーダイオードは回折限
界性の放射光を一つの面内でのみ検出するが、この面に
たいして垂直な面内ではより大きな発散光が存在する。
この発散光は別個の光学要素２０、たとえば円柱レンズ
またはアポダイゼイションフィルタを用いてコリメート
される。最新のレーザーダイオードではこの種の光学要
素２０はすでに組み込まれている。
【００３０】他の光源３は、比較的大きな発散光を持っ
た光束３１を放出する。この発散光はすでに光線を放出
したときに生じたものであり、或いは光学要素３０によ
って発生させることができる。光線の波長は赤外線波長
範囲にあるのが有利である。本実施形態では、可視光を
使用する場合、第１の光束２１とは異なる波長が使用さ
れる。光源３としては同様にレーザーダイオード或いは
発光ダイオードが使用される。レーザーダイオードは発
光ダイオードに比べて送光面積が狭く、光力が大きく、
低コストであるので有利であるが、複雑な電子制御系を
必要とする。
【００３１】両光源２，３の光束２１，３１は光学的連
結要素４ａ，４ｂにより対物レンズ５を通過するように
案内され、照準対象物６に方向づけられる。光学的連結
要素４ａ，４ｂとしてはビームスプリッターまたはスプ
リッターキューブを使用することができる。光学的連結
要素４ａは光学層を備えたビームスプリッターでもよ
く、すなわち一方の光源２の光線の透過性に特に優れ、
且つ他方の光源３の光線の反射性に特に優れたビームス
プリッターでもよい。また連結要素４ａとして、穴を備
えたミラーを使用してもよい。このミラーは発散した光
束３１を反射し、他方回折限界性の可視の光束２１は前
記穴を通過する。光路内において下流側の連結要素４ｂ
は両光束２１，３１を反射させるミラーとして形成して
もよい。
【００３２】光源２，３から放出された光線は、異なる
個所で対物レンズ５を通過して照準対象物６の方向へ誘
導される。図１には、対物レンズ５の光軸９に同軸の光
線案内が図示されており、光束２１，３１の軸線９ａ，
９ｂは光軸９と一致している。
【００３３】光軸９が照準対象物６に衝突する点は、図
において十字６ａで図示される。本実施形態の場合、回
折限界性の光束２１の測定斑点６ｂと発散性の光束３１
の測定斑点６ｃとは十字６ａに対し同心である。
【００３４】照準対象物６によって反射した、或いは散
乱された光線は、対物レンズ５によって受容される。し
たがって対物レンズ５は送光対物レンズとしても受光対
物レンズとしても用いられる。受光された光線は対物レ
ンズ５により検出ユニット４０内の光電検出器７に結像
される。検出信号は制御・評価ユニット８へ送られ、制
御・評価ユニット８内で位相原理または作動時間測定原
理に基づいて照準対象物６までの距離が求められる。こ
れに対応して、検出された光線は光源２，３の適宜な作
動態様により対応的に強度補正され、或いはパルス化さ
れる。
【００３５】検出器７の前方には、対物レンズ５により
受光された光源２，３の光線を選別するための選別手段
１０が設けられている。選別手段１０は手動または電気
的に操作される装置であり、たとえば個々の光学フィル
タを光路内へもたらすフィルタホイールまたはフィルタ
スライダである。個々のフィルタは一方の光源２または
他方の光源３の光線だけを通過させる。この種の装置は
それ自体公知のものであり、詳細に図示していない。こ
のように検出器７は光源２，３の光線を選択的に順次受
光し、他の波長の光線はブロックする。
【００３６】図２には、まったく別の構成の選別手段１
１が概略的に図示されている。選別手段１１は、一方の
光源または他方の光源２または３だけが光線を放出する
ようにこれら光源２，３の光線の放射を制御する。した
がって、一方の光束２１または３１が距離の測定を行う
検出器７に到達するにすぎない。この限りでは、本実施
形態の場合両光束２１，３１は同じ波長を有していてよ
い。しかし、発散光束に対しては、赤外線光を使用する
のが有利である。さらに、検出ユニット４０の受光光路
内に、実質的に両光源２，３の光線だけを透過させるフ
ィルタ１０を設けるのももちろん有利である。これによ
り、望ましくない他の波長の散乱光は検出器７から遠ざ
けておくことができ、よってS／N比が改善される。フィ
ルタ１０は、両光源２，３から放出される光線の波長に
適宜同調されていれば、受光光路内に固設してよい。
【００３７】図３によれば、選別手段１２a，１２bは、
一方の光束２１または３１だけが対物レンズ５を通って
照準対象物６へ案内されるように、光源２，３から放出
後の光線の光路内での伝送を制御する。この種の選別手
段１２a，１２bは、印加電圧に応じて光を透過させるカ
ーセルまたは液晶セルとして光電子的に実施してよい。
これに代わる機械的な実施形態として、手動または電子
機械的に操作されるスライダ、閉鎖可能な絞り、或いは
適当な開口部とカバーとを備えた回転ホイールが用いら
れる。この実施形態においても両光束２１，３１は同じ
波長を有していてよい。
【００３８】図４の実施形態では、光源は１個しか使用
されない。この光源２は、第１の構成によれば、可視波
長範囲にある回折限界性の光束２１を生じさせる。或い
は、光線を拡大させる性質を持った光学要素３０を光路
内に挿入することにより、発散性の光束３１が発生す
る。したがって送光ユニット１は、光学要素３０を光路
から離間させるか、光路内へ挿入することにより、二種
類の光束２１，３１を提供する。この場合、両光束２
１，３１の波長は同じである。
【００３９】図４に示した光源２は、赤外線波長範囲の
回折限界性光を放出する２波長レーザーであってもよ
い。光学要素３０は発散性の光束３１を生じさせる。光
線の強度が十分であるときに周波数２倍処理することに
より、２波長レーザーはさらに、可視波長範囲にある回
折限界性の光束２１を生じさせる。この光束２１は、光
線を拡大させる光学要素３０がなくても照準対象物６へ
方向づけられる。この場合、両光束２１，３１の波長は
異なっている。
【００４０】光学要素３０の光学的性質を、特にその波
長に依存する屈折率を、短波長の光をほとんど拡大させ
ないように、且つ長波長の光を強く拡大させるように、
（場合によっては、フォーカシングを行う光学要素２０
と協働して）構成すれば、光学要素３０は光路内に位置
固定して取り付けてよい。送光ユニット１からは、回折
限界性の可視光束２１と発散性の赤外線光束３１とが同
時に発生する。この場合、光束２１，３１を区別するた
め、図１ないし図３および図５，図６に図示されている
ように、選別手段として、波長に依存する光学フィルタ
１０，１０a，１０bまたは波長選択性のビームスプリッ
ター１０cを使用する必要がある。このように、光源２
を１個しか備えていない送光ユニット１は、図５、図６
に示すように検出ユニット４０と組み合わせて使用して
もよいし、或いは図８と図９に示すようにセオドライト
の距離計を組み込んだ状態で使用してもよい。
【００４１】なお選別手段としてのフィルタ１０，１０
a，１０bは、送光ユニット１の光路内全体で補足的に使
用してもよいし、或いは検出ユニット４０の受光光路内
で使用してもよい。
【００４２】図１ないし図３の光束２１，３１が時間的
に順次検出を行うのとは異なり、図５と図６に図示した
実施形態では、光束２１，３１は同時に検出される。照
準対象物６は両光源２，３の光線により同時に照射され
る。対物レンズ５によって受光された光線は、図５によ
ればビームスプリッター４cにより分割される。以下の
光路には光学フィルタ１０a，１０bが選択手段として配
置されている。これにより、一方の光束２１は一方の検
出器７ａに到達し、他方の光束３１は他の検出器７ｂに
到達する。このようにして両光束２１，３１を同時に測
定して、制御・評価ユニット８で評価することができ
る。制御・評価ユニット８内では、距離範囲に応じて自
動的に、または予備調整により、または手動で、対応す
る測定値が選択されて表示され、および(または)更なる
処理へ送られる。選別手段１０a，１０bが固設されてい
るので、機械的に可動な要素を距離計の送光路内にも受
光光路内にも設ける必要はない。またこの実施形態で
は、送光ユニット１内での切換えも必要ない。
【００４３】図６に図示した変形実施形態でも機械的ま
たは電子的な切換え装置を設ける必要がない。この変形
実施形態では、選別手段として波長選択性のビームスプ
リッター１０cが設けられている。このビームスプリッ
ター１０cは、一方の光源２の光線を透過させ、他方の
光源３の光線を反射もしくは逆転させるように構成され
ている。この場合、図５の実施形態の場合と同様に、波
長が異なる光束２１，３１が必要である。両光源２，３
から出て受光された光線は検出器７a，７bによって同時
に検出され、測定される。
【００４４】図１ないし図６に図示した前記実施形態で
は、照準対象物６に指向する光束２１，３１は対物レン
ズ５の光軸９にたいして同軸に配置されている。もしこ
れらの光束が対物レンズ５の横断面よりも著しく小さけ
れば、照準対象物６で反射もしくは散乱した光をできる
だけ多く対物レンズ５で受光させ、検出器７または検出
器７a，７bに合焦できるので有利である。さらに光束２
１，３１が同軸に配置されるので、光束２１，３１の光
軸９a，９bと対物レンズ５の光軸９とが一致して共通の
視準軸を形成するという利点がある。このように光束２
１，３１は正確に照準対象物６にたいして指向してお
り、最初から「正確な」経路を進んで距離を決定する。
光束２１，３１の横断面は光軸９a，９bにたいして回転
対称でも、或いは非対称でもよい。特に、一方の可視の
光束２１の横断面の重心は対物レンズ５の光軸９と正確
に一致させることができ、他方の光束３１の重心は光軸
９にたいしてわずかにずれる。横断面の重心がわずかに
ずれていると、逆反射体を測定するにあたりS／N比に関
し幾分好ましい。
【００４５】他方、光束２１，３１の光軸９a，９bは互
いに異なっていてもよく、或いは対物レンズ５の光軸９
と異なっていてもよい。これを図７に示す。光源２，３
から放出された光線は、対物レンズ５の別の瞳領域を通
過して照準対象物６のほうへ向けられる。受光された光
線も、図７によれば、光軸９にたいして側方へずれた対
物レンズ５の瞳領域を通過する。この場合送光ユニット
１と検出ユニット４０とは、光線が軸平行に案内される
ように配置されている。近接範囲での距離測定を改善す
るため、受光光路内には結像光学要素１６が配置されて
いる。もちろん、図７に図示したような対物レンズ５の
瞳分割とは異なる分割を選定してもよい。
【００４６】以上説明した実施形態は、角度測定システ
ムと組み合わせてもよく、または角度測定システムとい
っしょに組み込んでもよい。このようにすると、照準対
象物６の三次元座標を極座標方式(二つの角度値、一つ
の距離値)で決定できる。
【００４７】本発明による距離計は、セオドライトに自
動測定器具として組み込んでもよい。セオドライトによ
る角度測定はセオドライトの望遠鏡の光軸に関連し、他
方距離測定は距離計の対物レンズ５の光軸９に沿って行
われる。光軸が分離しているために、座標決定の際にあ
る程度の誤差が生じる。
【００４８】それゆえ、セオドライトの光軸を距離計の
光軸と一致させ、すべての測定パラメータを共通の軸に
だけ関連させるのが有利である。図８には、距離計とセ
オドライトのこのような統合構成が図示されている。対
物レンズ５は距離計にもセオドライトの望遠鏡にも属し
ている。受光光路内にビームスプリッター４ｄが設けら
れているので、受光光線の一部が切り離され、接眼レン
ズ１４を介して観察者の眼１５へ送られる。したがって
観察者はセオドライトの望遠鏡で照準対象物６を見るこ
とができる。同じ光軸９に関連づけられている角度測定
と距離測定は、照準対象物６の三次元座標を高精度で決
定する。さらに、別のビームスプリッター４eを介して
照準対象物６の像とその周辺をカメラ１３によって撮影
することもできる。
【００４９】図９は図８の変形実施形態であり、セオド
ライトに組み込まれた本発明による距離計は光路が別の
態様で延在している。送光ユニット１に設けたビームス
プリッター４fは一方の光源２の可視光を反射させ、他
方の光源３の光線は透過させるように作動する。光源
２，３の光線はその後ミラー４gの開口部を通って対物
レンズ５と照準対象物６へ到達する。そこで反射または
散乱し、次に対物レンズ５によって受光された光線は、
ミラー４gを介して検出器７と望遠鏡接眼レンズ１４へ
誘導される。図９に図示したミラー４gは平面ミラーと
して形成されている。このミラーが、受光光線を合焦さ
せるための湾曲したミラー面を有する実施形態でもよ
い。この場合には、対物レンズ５の屈折率は対応的によ
り小さく選定でき、或いは対物レンズ５の代わりにこの
種の湾曲したミラーを使用してもよい。もちろんこの実
施形態では、接眼レンズ１４の代わりにカメラ１３を設
けてもよく、或いは図９に示したようにカメラ１３を付
加的に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの光源を備えた本発明による距離計を示す
図である。
【図２】光源の放出制御を行う、図１の変形実施形態で
ある。
【図３】光線の伝送を制御する、図１の変形実施形態で
ある。
【図４】１個の光源と２つの異なる光束とを備えた距離
計を示す図である。
【図５】２つの検出器を備えた、図１の変形実施形態で
ある。
【図６】波長を選別するビームスプリッターを備えた、
図５の変形実施形態である。
【図７】対物レンズ内で光路が任意に分割される距離計
を示す図である。
【図８】セオドライトの望遠鏡の光路内に組み込まれた
本発明による距離計を示す図である。
【図９】他の光路を備えた、図８の変形実施形態であ
る。
【符合の説明】
１ 送光ユニット ２，３ 光源 ４ａ，４ｂ 連結要素 ４ｄ ビームスプリッター ５ 対物レンズ ６ 照準対象物 ７，７ａ，７ｂ 検出器 ８ 制御・評価ユニット ９ 対物レンズの光軸 １０，１０ａ，１０ｂ 光学フィルタ １０ｃ ビームスプリッター １２ａ，１２ｂ 切換え装置 １３ カメラ １４ 接眼レンズ １６ 角度測定システム ２１，３１ 光束 ３０ 光学要素 ４０ 検出ユニット

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】測地学的測量および工業的計測における光
    学的測距装置であって、光線を照準対象物(６)にたいし
    て放出する送光ユニット(１)と、照準対象物(６)によっ
    て反射または散乱した光線を受光し、検出ユニット(４
    ０)の光電検出器(７，７a，７b)に結像させるための対
    物レンズ(５)と、照準対象物(６)までの距離を検出する
    制御・評価ユニット(８)とを備えた前記測距装置におい
    て、 送光ユニット(１)が、切り離し可能な二つの光束(２
    １，３１)を発生させる１個または２個の光源(２，３)
    を有し、一方の光束(２１)が回折限界性の光束であって
    且つ可視波長範囲の光束であり、他方の光束(３１)が発
    散性の光束であって且つ可視波長範囲または赤外線波長
    範囲の光束であること、 光束(２１，３１)が送光ユニット(１)から対物レンズ
    (５)を通って照準対象物(６)のほうへ伝播するように光
    学的連結要素(４a，４b)が設けられていること、 送光ユニット(１)内において光束(２１，３１)の同時放
    出または二者択一的放出を制御し、および(または)検出
    ユニット(４０)内において受光光線の分離検出を制御す
    る選別手段(１０，１０a，１０b，１０c；１１；１２
    a，１２b)が設けられていること、を特徴とする測距装
    置。
  2. 【請求項２】選別手段として、１個または複数個のフィ
    ルタ(１０，１０a，１０b)または波長選別性のビームス
    プリッター(１０c)が、対物レンズ(５)によって受光さ
    れる光線の光路内に設けられていることを特徴とする、
    請求項１に記載の測距装置。
  3. 【請求項３】選別手段として、光源(２，３)の光線放出
    を制御して、一方の光束または他方の光束（２１，３
    １）だけを発生させる電子的切換え装置(１１)が設けら
    れていることを特徴とする、請求項１または２に記載の
    測距装置。
  4. 【請求項４】選別手段として、光源(２，３)以後の光路
    内での光線の伝送を制御して、一方の光束または他方の
    光束（２１，３１）だけを対物レンズ(５)へ伝送させる
    光電的または機械的切換え装置(１２a，１２b)が設けら
    れていることを特徴とする、請求項１または２に記載の
    測距装置。
  5. 【請求項５】発散性の光束(３１)を生じさせる光学要素
    (３０)が設けられていることを特徴とする、請求項１か
    ら４までのいずれか一つに記載の測距装置。
  6. 【請求項６】対物レンズ(５)を通過する際の光束(２
    １，３１)の横断面が対物レンズ(５)の横断面よりも著
    しく小さいことを特徴とする、請求項１から５までのい
    ずれか一つに記載の測距装置。
  7. 【請求項７】光束(２１，３１)が対物レンズ(５)の光軸
    (９)にたいし同軸に延びていることを特徴とする、請求
    項１から６までのいずれか一つに記載の測距装置。
  8. 【請求項８】放出および(または)受光された光線を通過
    させるため、対物レンズ(５)に、光軸(９)にたいして側
    方にずれた瞳領域が設けられており、送光ユニット(１)
    と検出ユニット(４０)が軸線平行な光線案内に対応して
    配置されていることを特徴とする、請求項１から６まで
    のいずれか一つに記載の測距装置。
  9. 【請求項９】光源(２)としてレーザーまたは２波長レー
    ザーが設けられていることを特徴とする、請求項１から
    ８までのいずれか一つに記載の測距装置。
  10. 【請求項１０】第２の光源として、赤外線光を放出する
    レーザーまたは発光ダイオードが設けられていることを
    特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載
    の測距装置。
  11. 【請求項１１】放出された光線が強度変調またはパルス
    化されており、距離測定が位相測定原理または作動時間
    測定原理に基づいて行われることを特徴とする、請求項
    １から１０までのいずれか一つに記載の測距装置。
  12. 【請求項１２】光学的連結要素(４a，４b)がビームスプ
    リッター、スプリッターキューブ、ミラー、または穴を
    備えたミラーであることを特徴とする、請求項１から１
    １までのいずれか一つに記載の測距装置。
  13. 【請求項１３】対物レンズ(５)の光軸(９)が、組み込ま
    れた角度測定システム(１６)の視準軸線でもあることを
    特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記
    載の測距装置。
  14. 【請求項１４】受光した光線の一部を電子カメラ(１３)
    へ分岐させるビームスプリッター(４d)が受光光路内に
    設けられていることを特徴とする、請求項１から１３ま
    でのいずれか一つに記載の測距装置。
  15. 【請求項１５】対物レンズ(５)が接眼レンズ(１４)とと
    もに望遠鏡をも形成していることを特徴とする、請求項
    １から１４までのいずれか一つに記載の測距装置。
  16. 【請求項１６】角度測定および距離測定のための共通の
    対物レンズ(５)を備えたセオドライト測定システムに組
    み込まれていることを特徴とする、請求項１から１５ま
    でのいずれか一つに記載の測距装置。
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