JPS60187810A - トラバース測定方法およびこの方法を実施するためのレーザーヘツドと光学アイを備えた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、場所移動する測定点の位置を決定するための
トラバース−測定方法およびこの方法を実施するための
測定装置に関する。

空間一定しているガイド光線として働く空間において一
定しているレーザを使用して行われる方法は既に知られ
ている。レーザ光線は空間忙おいて不動であシ、シたが
ってレーザ光線は唯一つの情報を一方向与えるので、測
定点の立体座標の決定は不可能である。特にレーザと測
定点間の距離の連続的な測定、したがってａａ＋定点の
三次元的な局所化を達することができない。

測地上の目的で知られているトラバース−測定方法から
出発して本発明の根底をなす課題は、自動的な方法で、
所望の場合は連続的な方法で多くの技術的な適用目的に
十分に正確な場所測定を信頼性をもって行うことのでき
る方法およびとの方法を実施するのに適している装置を
造ることである。

更に本発明は、本発明による方法とそのための装置にあ
って特別有利に使用することのできる機器要素に関する
。

上記の課題は本発明によシ、トラバース測定をトラバー
ス側面をなすレーザ測定区間により有利には計算機によ
る制御により自動的な方法で行うことによって解決され
る。

本発明によシレーザ測定区間を用いて行われる方法は、
例えばトンネル或いは坑道掘進のための掘進機或いは掘
削機、掘進シールド等の機械、機械部分或いは機械的な
装置である立体的に運動する機器等の立体座標を決定す
るのに有利に使用できる。この方法は、測定点もしくは
機器を比較的大きな距離にわたって測定することによシ
簡単な、信頼性のある、自動的な並びに場合によっては
連続的な位置決定を可能にする。この場合、作業中に連
続的に測定点の座標をこの測定点の知られている参照点
の座標系に関して決定することができる。トラバース−
測定は一般にトラバース点を形成する少くなくとも二つ
の補助点を介して行われ、これらのトラバースの補助点
の第一の点は、測定点から大きな距離で設けられるその
空間位置が知られている参照点を形成する。測定を実施
する際、この参照点から出発して、角度測定器のような
従来の測定機器を使用して漸次細々の補助点の座標系の
相対位置が計算機による制御の下に決定される。このよ
うにして得られた値から計算機によシ朔定点のその都度
の実際位置が検出される。

トラバース内で相前後する二つの点の座標系の相対位置
は公知方法で六つの線状の独立した変化に依存する座標
変換によって明瞭に決定される。

レーザ測定区間は出発点へのレーザ光線の反射によ多形
成される。更に、レーザ区間に関する検出された測定デ
ータをレーザ光線の変調によシ補助点から次の点へと伝
送するのが有利である。トラバースの補助点の座標の決
定は補助点の距離の例えばトラバース側面の長さの測定
との組合せＫよる角度測定によって行われるのが有利で
ある。長さ測定は簡単なかつ信頼性のある方法で補助点
間のレーザ光線の経過時間測定によって行うことができ
る。中央計算機を有する中央ユニットはトラバース部分
区間およびトラバース方向只の相対座標に関する全情報
を与えられて含んでおシ、これらの情報から測定点のそ
の都度の実際−位置が算出される。

自動的な測定の場合、トラバースのトラバース点の各々
が計算機に依存した制御による副次系、即ち測定された
空間データの検出と伝送のだめのステーションに即応し
た計算機（マイクロプロセッサ）を有する測定ステーシ
ョンを形成するのが有利である。この場合、既に述べた
よから出発して漸次トラバース点の座標系の相対位置が
決定され、このように得られた値から測定点のその都度
の実際−位置が中央計算機によシ検出される。

本発明による方法をレーザ光線の反射を利用して行う場
合、当該測定ステーションに反射されたレーザ光線の検
出のため検出器が設けられる。′ 本発明の方法を実施するには、特許請求の範囲第８項、
第９項および／又は第１０項に記載の特徴を有する装置
が使用される。この場合、各々の測定ステーションは独
自の計算機（マイクロプロセッサ）を有しておシ、この
計算機は測定データを記録し、この測定データをトラバ
ース内の次の測定ステーションに或いは中央の計算機に
与える。レーザ装置を備えている測定ステーションは方
位測定工程を実施するために計算機により制御されて調
節可能に、特に垂直および水平軸線を中心にして回転可
能に支承されている。更に、レーザ光線の経過時間の測
定を行うだめのおよび／又はデータを伝送するための装
置としてレーザ光線のモジュール化および非モジュール
化のため装置が設けられている。

上記の方位測定部材は反射部材、特にコーナレフレクタ
から成る。このコーナレフレクタはその軸線内に窓を備
えておシ、この場合この窓の後方には光電気的なセンサ
、特に衝当するレーザ光線の方向を決定するためのＣ０
Ｄ−アレイが設けられている。

本発明による装置にあっては、レーザ装置を有する測定
ステーション（トラバース点）に特許請求の範囲第１５
項に記載の特徴を有する構成のレーザ走査ヘッドが有利
に使用される。このレーザ走査ヘッドは特に簡単で、信
頼性のあるかつ特別コンパクトな構造様式の点で優れて
おシ、特許請求の範囲第１６項〜第１８項に記載の特徴
によシ有利な様式で形成することができる。同様なこと
は特許請求の範囲第１９項〜第２２項に記載の一次元の
光学アイについても云うことができ、この光学アイは同
様に本発明による測定システムにおいて有利に使用でき
る。

しかし、この光学アイの使用に限定されない。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

第１図に図示したトラバースはトラバース点Ａ、Ｂ、Ｂ
１・・・ＢｎとＣを備えている。トラバース点Ａは空間
に固定されたかつその空間座標が知られている参照点で
ある。この参照点から出発してトラバースの終端に存在
している測定点Ｃのトラバース−測定が行われる。トラ
バース点ＡとＣの間には補助点Ｃとしての少くとも一つ
の他ノトラバース点Ｂが存在している。図示した実施例
にあっては、二つの補助点Ｂと為が示されておシ、この
場合一方の補助点Ｂはトラバース点Ａに対して可視距離
内に存在しており、他方の鹿島はトラバース点ＢとＣに
対する可視距離内に存在している。トラバース点Ｂは、
トラバース点ムとＣの間に可視連絡が生じない場合、必
要であるに過ぎない。

トラバース点０は空間的に運動可能である。

このトラバース点Ｃは空間的に運動可能な装置によって
形成されるか或いはこのような装置、例えば掘進機、掘
進シールド等に設けられている。空間定置されたトラバ
ース点もしくは参照点ムの座標は、その位置が測地的に
もしくは鉱測量学的に測定された固定された少くなくと
も一つの補助点Ａ′に後調節されることによシ決定され
、必要に応じ時間的な間隔をおいて検査される。

本発明による測定方法にあっては個々のトラバース点ム
、ＢおよびＣが測定ステーションを形成し、これらの測
定ステーションは測定を実施するためのおよび測定デー
タの伝送のための異る要素を備えている。三次元のベク
トル状のトラバースのトラバース側面五−ＢとＢ−０は
それぞれレーザ測定区間で形成され、これらの測定区間
は附加的に測定ステーションムもしくはＢから次の測定
区間ＢもしくはＣへの一方向性のデータ伝送部を形成し
ている。各々の測定ステーションム、Ｂ、１３！とＣは
計算機により制御される副次系を形成している。最後の
データの評価は中央の計算機りによって行われる。第２
図による配設にあっては、個々の測定ステーションＡ、
Ｂと０によシ検出されたデータは直接それぞれ一つのデ
ータトランスファーを介して中央の計算機υに供給され
、この中央の計算機は検出されたデータから測定点０の
空間座標を検出する。第２Ａ図による配設の場合、個々
の測定ステーションムＢ・・・Ｃにおいて検出された測
定データはそれぞれレーザ測定区間を介して次の測定ス
テーションに供給され、この測定ステーションはこれら
のデータを処理する。トラバースの最後の測定ステーシ
ョンＯのみが中央の計算機と結合されておシ、この中央
の計算機は異るレーザ測定区間を経て伝送されて来るデ
ータから測定点Ｃの空間座標を検出する。第２Ｂ図によ
る配設は第２図および第２Ａ図に図示した代表的な構造
の組合せである。この場合、測定ステーションＡにおい
て検出されたレーザ測定区間を経て測定ステーションＢ
に、そしてそこから中央の計算機りに供給され、この計
算機は更にデータトランスファーを介して最後の測定ス
テーションＣと結合されている。　′初期座標と個々の
部分区間（トラバース側面）の方向に関しての情報は検
出され、計算機によ多処理され、これにより）ラバース
の各点において、即ち各々の測定点において必要な情報
がこの点における空間座標の計算に使用される。

測定ステーション間の個々のレーザ測定区間はレーザ装
置によシ測定区間の前端部で、かつコーナレフレクタに
よシ測定区間の後端部において現示される。方位測定部
材として役立つコーナレフレクタの方位測定と測定は以
下に詳しく説明するように自動的な方法で行われる。

個々の測定ステーションＡ、Ｂ、Ｏの副次系、はレーザ
測定区間を介して光学的に結合されておシ、この場合測
定データの伝送は直接中央の計算機０に、或いはレーザ
区間を介して行われる。第２Ｂ図による図示形にあって
は両測定ステーションＢとＣはそれぞれケーブル結合部
を介して中央の計算機りに接続されており、この中央計
算機は検出された測定データを測定ステーションＢとＣ
から供給されて備えており、これによシ測定ステーショ
ン０によって代表される測定点の空間位置を正確に決定
することができる。

空間データの決定は極座標内で行われるのが有利である
。この目的にはレーザ測定区間（第１図）の長さＲ，Ｒ
１，Ｒ２等並びにそれぞれ二つの角度を決定する必要が
ある。個々のトラバース点の異る相対的な座標系は、座
標系相互の相対位置の様式が知られている場合、公知の
様式で互いに換算される。二つの座標系の相対位置は、
両座標系の一方の座標系の原形の他方の座標系に関する
同等化並びに両座標系の軸線の位置が相互に相対的に描
く三つの角度によって与えられる。その際、座標の一方
の系から他方の系への変換は公知の方法でテンソル操作
によって行うことができる。これＫより三次元空間内の
座標変換は６つの独立した変化によって明白に決定され
る。したがってこの測定方法を実施する際、トラバース
Ａ、ＢとＣの座標系の相対位置は漸進的に決定され、測
定点Ｏの相対座標から参照系Ａ、Ａ’ｌＣ関する座標、
即ち絶対空間座標が決定される。この場合座標の測定は
一方では角度測定器によって並びに、以下に更に詳しく
説明するようにトラバースの部分区間の長さの測定によ
って行われる。入射するレーザ光線と出て行くレーザ光
線間の角度の測定は角度符号化器によっておよび水平線
に関する角度は傾斜計によって検出されるが、それぞれ
の長さＲ，Ｒ１゜Ｒ２等の測定は、既に述べたようにレ
ーザ距離測定装置によって行われる。この場合レーザ測
定区間は反射によって形成される。即ちレーザ装置によ
って与えられるレーザ光線はレーザ測定区間の端部にお
いて出口点に反射する。この目的で、測定ステーション
ＡとＢには計算機によって制御されるそれぞれ一つのレ
ーザ装置が設けられているが、測定点ＢとＣにはそれぞ
れ方位測定兼反射部材としてコーナレフレクタが設けら
れている。レーザ装置は、以下に第３図と関連して詳説
するレーザ測定ヘッドの構成部分である。

上記のように、次の測定ステーションに存在しているコ
ーナレフレクタ２の空間位置を自動的に見出し、かつ測
定するレーザヘッド１は、第３図に示すように円筒体の
形状の一体的な構造単位を形成している。コーナレフレ
クタ２をとの組合せによシレーザヘッド１を使用する場
合、コーナレフレクタ内に入射するレーザ光線が入射す
る光線に対して平行にかつレーザ光線のし７レクタから
中央からの距離の明白な係数である距離で反射すること
を前提とする。したがって平行な光束がコーナレフレク
タを擦過した場合、反射された光線の平行ずれが先ず、
光線の中央近くの位置に達するまで減少し、次いで再び
増大する。この場合、レーザ光線は常に、二送られた光
線から見て一コーナレフレクタの中央を見出す方向で平
行に位置ずれされる。

レーザ光線を正確にコーナレフレクタの中央に整向する
ため、レーザ装置は反射する光線が戻つて来る方向で、
レーザ光線が正確に自身内に戻る程度に回転されなけれ
ばならない。即ち、調節基準は平行ずれ零となる。

したがって上記の方法によシ、立体領域内に唯一つのコ
ーナレフレクタが存在していることが知られている場合
測定ステーションＢ或いはＯのコーナレフレクタ２は比
較的大きな立体領域内で自動的に見出される。コーナレ
フレクタが２がトラバース内に存在している測定ステー
ションＢ或いはＡのレーザ測定ヘッドによって見出され
た場合、同じ基準でその中心に調整される。し〜ザ装置
に対するコーナレフレクタの距離、即ちその都度のトラ
バース側面の長さはレーザ光線−経過測定を介して検出
される。コーナレフレクタ２の方向（即ち二つの角度）
とレーザ装置からの距離はコーナレフレクタの極座標を
与える。それぞれ一つが測定ステーションＡとＢＫ：存
在しているレーザヘッド１は次の測定ステーションの所
属しているコーナレフレクタ２に対運動可能な構造単位
である。このし−ザ測定ヘッドはレーザ光源としてし・
−ザ装置３を備えている。レーザ光線は拡大光学系４の
手前で光線分光板５等によって屈折される。したがって
レーザ装置３は拡大光学系４とこの拡大光学系から間隔
をおいて存在している光線分光板５の軸線に対して直角
に設けられておシ、これによってレーザ測定ヘッド１の
比較的小さな構造大きさが可能となる。レーザ光線はレ
ンズ系７内の窓６を通ってレーザ測定ヘッドを去る。コ
ーナレフレクタ２によって反射されたレーザ光線はレー
ザ測定ヘッド１内で色々な道を通る。中央に、即ちエミ
ション窓６の内に入射するレーザ光線の部分は先ずここ
で反対に働く拡大光学系４によって集束され、半透過性
の鏡から成る光線分光板５を通過した後附加的な（図示
しなかった）レンズ系で迅速な光ダイオード８上に集束
される。この光ダイオードは、経過時間にわたってコー
ナレフレクタのレーザ測定ヘッド８からの距離、即ちそ
の都度のレーザ測定区間（トラバース側面）の長さを決
定するため、レーザ光線の経過時間を測定する。

反射されたレーザ光線の発射光線の外側で戻って来る部
分はレンズ系７に突当る。このレンズ系はフレスネル−
レンズ７′の二つ或いは第３図に示したように四つのセ
グメントから成シ、これらの７レスネルーレンズは窓６
を囲続しておシ、その先軸は拡大光学系４の中央の軸線
に対して平行に二つもしくは四つの空間フィルタ９ａ〜
９ｄを通って走ってｈる。空間フィルタ（絞ｉ）？ａ〜
９ｄはそれぞれ前方に接続されたフレスネル−レンズセ
グメント７′の焦点面内に設けられておシ、光軸に対し
て平行な光線、特にコーナレフレクタ屑線を通感させる
働きをする。フレスネル−レンズをセグメントに分割す
ることによシレーザ測定ヘッド１の構造長が短くなる。

なぜなら、フレスネル−レンズ７′と空間フィルタ９ａ
〜９ｄ間の光線路が拡大光学系４によって妨げられない
からである。空間フィルタ９ａ〜９ｄの後方で間隔をお
いてそれぞれ一つの正方形のＸＹ−センサ１０ａ〜１０
（１が設けられている。このＸＸ−センサは検出された
レーザ光線からの反射された光の平行位置ずれの情報を
与える。各ＸＹ−センサは一つの光感度性のセンサから
成る。レーザ測定ヘッド１が回転対称なのでかつ要素９
ａ〜９ｄと１０ａ〜１０ｃｌが回転対称的に設けられて
いるので、かつ要素４，５および８が軸方向に設けられ
ているので、とのレーザ測定ヘッドは、すべての４つの
単個のセンサ１０ａ〜１０ｄが同じ出力信号を発生させ
た場合コーナレフレクタ２の中心に正確に整向される。

一般の場合反射されたレーザ光の主強度が中央で戻シ、
如何なる場合でも十分に経過時間測定のための光強度が
光ダイオード８に入射しなければならないので、信頼性
のある作業方法が与えられる。把握されたレーザ光線は
先ず拡大光学系４によって圧縮（集束）されるので、光
ダイオード８上への集束は焦点の短いレンズによってか
つ場所をとることなく行われる。レーザ装置３の調節は
簡単な方法で鏡２によって行われる。

レーザ光線は附加的に変調され、同じレーザ整向区間を
介して例えばレーザ測定ヘッド１或いはコーナレフレク
タ２の位置に関する情報が伝送される。データの収受は
コーナレフレクタ２の中心の後方に設けられている光ダ
イオード１１（第６図、第７図）Ｋよって行われる。整
向されたレーザ光線は常にコーナレフレクタ２の中心に
突尚ル、自身内に反射されるので、一方ではレーザ光線
は光ダイオード１１に当ることが、他方では伝送区間が
障害によって中断されるのを送信器が認めるのが保証さ
れる。これによって確実なデータ伝送が保証される。

以下に第４図〜第８図と関連して色々なトラバース点に
おける測定ステーションム、ＢおヨヒＣの適当な実施形
を記載する。第４図による測定ステーションＡは水平外
軸線■と垂直な軸線Ｖの周囲を制御されて回転可能に懸
吊されている。垂直の軸線Ｖはこの場合不動に組立てら
れている。方位測定された測定ステーションＢにおける
コーナレフレクタ２の探査と測定は適当な（図示してい
ない）回転駆動部により全測定ステーションＡをこの軸
線Ｈと■を中心にして回転させることによって行われる
。方位測定されたコーナレフレクタ２の座標は更にレー
ザ測定区間を介して一方向性で測定ステーションＢ（第
２Ａ図および第２Ｂ図）に与えられるか或いは中央の計
算機Ｄ（第２図）に与えられる。

第４図による測定ステーションＡはここでは概略図で示
したレーザ測定ヘッド１、横傾斜測定器１２、精密傾斜
測定器１３および北を指向シテイル航行システム（ジャ
イロコンパス）１４から成る。これらの要素は軸ｔｉＡ
ＨとＶを中心にして立体的に運動可能な構造単位１５に
まとめられている。測定ステーションＡは更に（図示し
ていない）回転駆動部並びに（同様に図示していない）
ステーションに相応する計算機（マイクロプロセッサ）
を備えている。レーザ装置１から発振されたレーザ測定
区間のレーザ光線は参照符号１６で示した。傾斜測定器
１２と１３は水平に対する系の縦傾斜を決定する。北を
指向している航行システム１４は地球の北−南一軸線と
測定ステーション１間の角度を定める。

測定ステーションＡの座標はコーナレフレクタ２による
既知の位置−第１図では測定点Ａ′におけるコーナレフ
レクタの位置−の方位を決定することＫよって検出され
る。この場合附加的に必要な方向情報は傾斜測定器１２
と１３および北指向の航行システム４によって与えられ
る。相当する方法で、測定ステーションＡから測定点Ｂ
の次の未知の位置が測定される。

第５図による測定ステーションＡは第４図に示した測定
ステーションと本質的に、北を指向している航行システ
ム１４０代シに増分角度符号化器１７と精密角度符号化
器１８とが設けられている点で異る。この場合、参照点
Ａ′に存在しているコーナレフレクタ２の方位測定によ
り、軸線ＨとＶに関する増分角度測定器１７と１８の零
点が定められる。附加的に必要な角度情報は両傾斜測定
器１２と１３に、よって与えられる。

第６図は測定ステーションＢのための実施例である。こ
の測定ステーションＢはその構造において第５図の測定
ステーションに類似しているが、附加的な要素を備えて
いる。詳細には、この測定ステーションＢは計算機によ
り制御される（図示していない）回転駆動部に加えて、
レーザ測定ヘッド１、横傾斜測定器１２、精密傾斜測定
器１３、垂直な角度測定器１７、水平な角度測定器１８
、更忙コーナレフレクタ２、これに所属する光ダイオー
ド１１およびいわゆる一方向性の光学アイ１９を備えて
いる。この場合、全要素は一つの構造単位にまとめられ
ており、この構造単位は計算機により制御される回転駆
動部によシ水平方向および垂直方向の回転軸線を中心に
して回転可能である。光ダイオード１１はレーザ変調に
役立つ。附加的に、縦或いは横傾斜が大きい場合の精度
を高めるため各々一つの水平なおよび垂直な角度符号化
装置が組込まれている。その際、傾斜測定器は角度符号
化器（水平）の零点を決定する。傾斜測定器が不正確に
働く大きな傾斜は角度符号化器を介して決定される。

測定ステーションＢは第６図によシ両軸線■とＶを中心
にして制御されて回転可能である。

しかし、測定ステーションＢを、第８図に示すように、
垂直および水平に揺動可能に回転点内に支承することも
可能である。この場合、測定点Ｂに高さ方向および側方
方向の揺動を行わせるため、回転点から距離をおいて二
つの調節ねじ２０或いは他の調節機構が設けられている
。

測定ステーションＢの座標はトラバースの先行するトラ
バース点から出発する測定ステーションＡのレーザ整向
光線から得られるか（第２Ａ図および第２Ｂ図）、或い
は中央の計算機りによシ処理される（第２図）。測定ス
テーションＢから発射されるレーザ光＆＋１６は両傾斜
測定器１２と１３および一方向性の光学アイ１９を介し
て決定される。測定ステーションＢは常に測定点ＯＫお
ける次のコーナレフレクタ２をは測定−座標並びに入っ
て来るレーザ測定区間Ａ−Ｂを経て来るすべての情報を
出て行くレーザ測定区間Ｂ−０を介して送る（第２ム図
および第２Ｂ図）。同時にこれらの情報は正確な交切位
置を経て中央の計算機りに与えられる（第２図および第
２Ｂ図）。

場合によっては変形した構造様式で大多数の測定ステー
ションＢを相前後して設け、レーザ測定区間から任意の
長いトラバースを構成することも可能である。

測定ステーションＯはトラバースの最後の部材である。

この測定ステーションは測定ステーションＢから方位が
定められるコーナレフレクタ２、更にこのコーナレフレ
クタの後方に設けられたレニザ光線変調のための光ダイ
オード１１、センサ２２を有する一方向性の光学アイ１
９並び横傾斜測定器１２および縦傾斜測定器１３とを備
えている。この場合も、全要素は計算機によって制御さ
れる一つの構造単位にまとめへれて卦ｈ−との麿岳量位
Ｈ泪＋Ｉ　ｌ；ｂ　−１ｈスペ告装置等に不動に設けら
れている。入射するレーザ光線１６と測定ステーション
Ｃへの結合線間の方向は傾斜測定器および一方向性の光
学アイ１９で決定される。方向情報並びに入って来るレ
ーザ測定区間を介して到来する情報は外側の交切位置を
介して与えられる。

第２図、第２Ａ図および第２Ｂ図によシ、Ｂ−および／
又はＣ−測定ステーションのうちの少くとも一つの測定
ステーションー一般には最後のＢ、−測定ステーション
とＣ−測定ステーション（第２Ｂ図）はそれらのステー
ションに相応する計算機（マイクロプロセッサ）を介し
て測定ステーションＤと結合されている。これによシ、
この計算機は、空間的なトラバース経過の計算と点Ｃの
座標の決定に必要なすべての情報（トラバース部分区間
の相対座標と方向）のために使用される。中央の計算機
りは第２図によシ更に測定データーたとえ手による記入
の様式であれ、またデータ担−持体の様式であれ−の記
入部を備えた電流供給部２４を備えている。測定点Ｂお
よび確実に測定された点Ａ′が方位測定されるように構
成されている参照点を形成する測定ステーションＡは同
様に命令ユニット２６（状態表示部、キー）を備えてお
シ、これによジスタート、ストップおよびリセットのた
めの命令が行われる。上記のステーションに相応する計
算機（マイクロプロセッサ）はレーザ装置の再調節、座
標計算並びにデータ伝送のために働く。このことはすで
に詳しく説明した。測定ステーションＣにおいて、計算
機はケーブルを介して結合されている中央の計算機りと
のコムニケーションのために役立つ。

以下に第９図との関連の下に一方向性の光学アイ１９に
ついて詳説する。この装置は水平方向に対する当該測定
ステーションの傾斜角度を決定する働きをする。根本的
には第９図による一方向性の光学アイ１９は、任意の方
向から面に入射する光束（レーザ光線）の方向と空間の
角度分布を独立した角度に関する高い解像力で決定する
だめのものである。この課題は本質的に、入射する光束
をレンズ系を用いて二次元の光受容部（ビデイコン、二
次元００Ｄ−プレイ等）に写像することによって解決さ
れる。この光受容部は少くともａｏｏｏｘａｏｏｏ＝１
６ｏｏｏｏｏ。

点の解像力を有していなければならない。このような高
い解像力は経済的に負担し得るコストでは実現し得ない
。

しかし、必要でない角度を光学的方法で消滅できる場合
、既存の線状の受光部、例えば僅か４０９６光要素を有
する線状のＣＣＤ−プレイがこの解像力を発揮する。し
たがってこの問題は、任意の方向から面に入射する光束
を光学的な方法で以下のように処理する課題に絞られる
。即ち、この処理は、形成される光束が両方の独立した
入射角にのみ依存し、線状のセンサ、例えば線状の０Ｏ
Ｄ−アレイによル更に処理されるように行われる。この
課題の解決には、第９図によシ薄い、面平行なかつ光学
的に透過性のガラス板から成シ、このガラス板がほぼ三
角形の或いは台形の輪郭を有し、その一つの（狭い）端
面に入口窓３０をその相対している幅広い端面には出口
窓３１を備えている一方向性の光学アイ１９が役立つ。

このガラス板は入口窓３０に入射する光束を更に相対し
ている側に案内し、これに伴い二次元の導光体として働
く。

上記のガラス板は屈折力の異る二つの部片３２と３３か
ら組立てられている。これらの二つの板状の部片３．２
と３３間の境界面Ｅは、異る座標Ｙの入口窓３０内に入
射する平行な光線が、横方向で出口窓３１のほぼ全幅に
わたって延びている焦点線Ｈに当るように計算されてい
る。

異る座標２と異る角度θ′を有する光線は全反射によシ
出ロ窓３１へ送られる。したがって入射する平行な光束
は線Ｇに沿って現出し、この場ように、少くともほぼ円
筒面で形成される。焦点線は円環Ｆを描く。

焦点線ＨＫ沿って設けられた線状の光受容部に依存して
達せられる。このセンサは対称面の両側で垂直な２−軸
に対して垂直方向で感度を有していなければならない。

幾何学的々異考かに基いて強度がその都度センサ２２の
場所におけるこの面の側面で消滅する。即ち、レーザ光
線の入射する光束がガラス板３２．５５の厚みのにのみ
依存する。したがって光強度はガラス板の後方で設けら
れた狭い線状の光センナにより対する衝突点は最大光の
場所への作用に関して、面平行なガラス板の光路内に屈
折力が異シかつ相応する賦形性を備えた二つのガラス３
２と３５によって形成される円筒レンズを設けることに
よって消滅される。作業にあって、光センサはその都度
のステーションに相応する計算機によって読取られる。

この計算機はレーザ光線点（強度の最大値）の場所を決
定する。ガラス板の部片３２５３には、例えばクラウン
ガラスＢＫ１および結晶ガラス８７６のようなガラス種
類算出される。

上記のように、作業の際、個々のトラバース点の座標系
の相対位置が漸次決定し、相対的な座標から参照系に関
して点Ｃの座標が中央の計算機りを使用して算出するこ
とによシ、点Ｏの幾何学的な場所或いはこれに対して固
定空間に存在する点の場所を参照点ムからベクトルがレ
ーザ区間によって固定されているトラバースを介して計
算機による制御によシ測定される。この場合、トラバー
スのトラバース側面のその都度の出発点から、ステーシ
ョンに相応する計算機によって制御されたレーザ測定ヘ
ッド１が移動し、とのレーザ測定ヘッドはコーナレフレ
クタ２を測定区間の端部において見出し、方位を測定す
る。レーザ測定ヘッドから出るレーザ光線の一部分はコ
ーナレフレクタによシ自己内に平行位置ずれして反射さ
れ、一方レーザ光線の一部分は入射する光線の角【↓を
測定するのに使用される。コーナレフレクタにおいて反
射されたレーザ光線の平行位置ずれは、レーザ光線の再
案内のだめの調節基準として役立ち、このことからコー
ナレフレクタの角度位置を推測できる。測定区間の長さ
は、既に述べたようにレーザ光線の経過時間の測定によ
って行われる。

一方向性の光学アイは、既に述べたように、トラバース
点ＢとＣにおける局所的な座標系と入射するレーザ光線
間の角度を測定するのに働く。

測定ステーションＢのコーナレフレクタの（Ａから見た
）場所に関する測定ステーションＡ内のレーザ光線に変
調によって印加され、る情報は、レーザ光線から推論さ
れ、更に測定ステーションＢのステーションに相応した
計算機に与えられるか、或いは情報は直接中央計算機に
与えられる。（経過時間測定或いは相差−測定による）
長さ測定並びに場合によってはデータ伝送のため変調可
能でなければならないレーザには半導体レーザが使用さ
れる。レーザ測定ヘッド内に設けられた拡大光学系は中
間焦点を有しているか或いは備えていないかつ空間フィ
ルタ（発散の低減）を有しているか或いは有していない
多レンズ系から成るのが有利である。分光器は検出され
た光のために反射により働く。コーナレフレクタから反
射された光は分光器内で平行に位置ずれするが、光ダイ
オードおよびレーザ焦点の空間的な配設によシ附加的な
調節は必要ではない。コーナレフレクタの零−調節によ
シデータ伝送はレーザ区間を介して集束されることが保
証される。なぜなら、レーザ光線がコーナレフレクタの
中央の窓に当るからである。回転対称的な構成による上
記のレーザヘッド１によシ、提示された課題は装置がコ
ンノ（クトになると共に確実になる。測定ステーション
Ａ、Ｂ、Ｏおよび中央の計算機りにはマイクロコンピュ
ータが使用される。測定ステーションＡの計算機はＡ−
レーザを測定ステーションＢのコーナレフレクタ方向に
整向し、場合によっては測定ステーションＢの運動に誘
因される差を後調節する。

更に、Ａにおける計算機は増分傾斜計を読取る。

所望によシ、計算機は所定点を確定し、他の計算機のた
めの参照点として収受する。測定ステーションＡの計算
機はその測定データを更にレーザ区間Ａ−Ｂを介して測
定ステーションＢの計算機に与える。

測定ステーションＢの計算機は、そこに存在しているレ
ーザを測定ステーションＯのコーナレフレクタ方向に整
向し、調節し、並びに測定ステーションから来るレーザ
光線の場所を一方向性のアイ内で決定する。更に、測定
ステーションＢの計算機は傾斜計を読取る。この計算機
は場合によっては測定ステーションＡからレーザコムニ
ケーション区間を介して伝送されるデータ並びに測定ス
テーションＢに集められるデータを中央の計算機Ｄ（第
２図）に与える。

測定ステーション０内において、小型のマイクロプロセ
ッサから成る計算機はデータを調整し、これを中央の計
算機りへ送る。データの調製は光学アイ内の光点の局所
化と一つ或いは多数の角度測定の評価から成る。

中央の計算機りは、予め与えられている定まった固定点
に関して測定点Ｃの座標を計算するだめの中央のデータ
評価を行う。

測定ステーションＡはキーと八−計算機の瞬間的状態を
見ることのできる表示領域とを備えた命令ユニットを有
している。キーの操作により、測定ステーションＡに、
固定点（コーナレフレクタ）の方位測定およびこれに所
属する座標を測定ステーションＢの計算機を介して中央
の計算機りに伝える働きが与えられる。更にキーの操作
によシ方位測定と測定工程の繰返しが開始すれ、測定ス
テーションＡが一定の状態（リセット状態）にもたらさ
れ、かつレーザ光線が投入かつ遮断される。表示領域は
利用所に、測定ステーションＡが正常に作動しているか
どウカの、およびこのステーションが測定ステーション
Ｂのコーナレフレクタを方位測定しタカどうかの情報を
与える。

第９図と関連して上に記載した一方向性の光学アイは光
路内において屈折数変更なく一対の平行に、鏡面化され
た面が互いに向き合うようにして組立てられた鏡から構
成される。この場合両鏡の間には例えば２園の空隙が設
けられている。光線の入射場所に固定して組立てられた
スリット絞りが設けられておシ、このスリット絞シのス
リットは鏡の表面法線に対して平行に走っている。この
配設の場合、入射する延びた光束の水平な場所はスリッ
ト”絞シによって定まる。鏡開を走る光線は二つの鏡か
ら線状の受光部へと偏向される。光路のどの場所におい
ても屈折が生じないので角度ψの変化は測定場所にｈ田
１も１Δ したがって本発明による光学アイは、入射する光線の場
所への依存性を成る方向で消去する光学系（スリット絞
シ或いは円筒レンズ）を、二次元のかつ光線の場所を成
る方向で固定し、この光線に対して垂直に存在する方向
で変化させる導光要素（平行な鏡或いは面平行なガラス
板）と組合せると云う基本思想に基いている。

この場合、この二次元の導光要素の後方において光路内
に、所望の方向での入射する光線の角度を測定するため
の線状の受光部が設けられている。。

本発明によるレーザ測定ヘッドと本発明による一次元の
アイに関しても特許保護をめる。

なぜならこれらの装置は他の構成の測定系にあっても有
利に使用できるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定点の空間位置を決定するだめのトラバース
測定区間の概略図、 第２図、第２Ａ図および第２Ｂ図はそれぞれ本発明によ
る装置のブロック図、 第３図は本発明によるレーザヘッド、 第４図〜第８図はトラバースのトラバース点を現出する
個々の測定ステーションの色々な実施例、 第９図は本発明による一次元の光学アイ。 図中符号は、 ２・・−レーザ光線−表示部材 ３−レーザ装置 １２〜１４霧１７，１８−　角度測定装置４−・拡大光
学系 ５・・・・導光板 ６−・・窓 ７・・・・レンズ系 ７′−レンズ系セグメント 代理人　江　崎　光　好 代理人　江　崎　光　史 第１頁の続き ０発　明　者　ハンスーギュンテル・　ドイツ連邦共和
国、カウイーレルス　−セ、８ ０発　明　者　マルチン・ロイチル　ドイツ連邦共和国
、ミトーストラーセ、２５ ルルスフエルト、フルーメンストラ ユンヘン　４代クラフーコンラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　場所変向可能な測定点の位置を決定するためのト
   ラバース−測定方法において、トラバース測定をトラバ
   ース側面であるレーザ測定区間によって行うことを特徴
   とする、上記トラバース−測定方法。 Ｚ　トラバース−測定を計算機による制御によシ自動的
   に行う、前記特許請求の範囲第１項に記載のトラバース
   −測定方法。 五　レーザ測定区間をレーザ光線の反射で形成する前記
   特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載のトラバース
   −測定方法。 東　参照点（４）から出発して漸次トラバース点（Ｂ、
   １０）の座標系の相対位置をそこに設けられている計算
   機で決定しかつ／又は得られた値から中央の計算機−に
   よシその都度の実際−位置を特徴する特許請求の範囲第
   １項から第３項までのうちのいずれか一つに記載のトラ
   バース−測定方法。 ５、　レーザ測定区間に関する検出された測定データを
   レーザ光線を変調することによシ一方のトラバース点か
   ら次のトラバース点に伝送する、特許請求の範囲第１項
   から第４項までのうちのいずれか一つに記載のトラバー
   ス−測定方法。 ＆　トラバース側面の長さ決定をトラバース点間のレー
   ザ光線の経過時間を測定することによって行う、特許請
   求の範囲第１項から第５項までのうちのいずれか一つに
   記載のトラバース−測定方法。 ｌ　トラバースの始点（４）の場所を決定するためこの
   場所からその位置が定まっている少くとも一つの参照点
   （Ａつを特徴する特許請求の範囲第１項から第６項まで
   のうちのいずれか一つに記載のトラバース−測定方法。 ＆　トラバース−測定方法を実施するための装置におい
   て、レーザ光線−トラバースを形成するため、レーザ装
   置（３）および／又はレーザ一方位測定部材（２）を角
   度測定装置（１２〜１４１．１７．１８）　を備えてい
   る測定ステーション（Ａ、Ｂ、ｃ　）によって形成され
   ていること、 および 所属している測定データトランスファーを備えていてか
   つ測定データを処理する計算機が設けられていることを
   特徴とする、上記装置２　各々の測定ステーション（Ａ
   、Ｂ、Ｏ）がこのステーションに相応する計算機を備え
   ている前記特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １α　中央の計算機（９）が設けられている、前記特許
   請求の範囲第８項或いは第９項に記載の装置。 １ｔ　方位測定部材が反射部材、特にコーナレフレクタ
   （２）から成る、特許請求の範囲第８項から第１０項ま
   でのうちのいずれか一つに記載の装置。 １２、レーザ光線の変調および非変調のだめの装置が設
   けられている、特許請求の範囲第８項から第１−１項ま
   でのうちのいずれか一つに記載の装置。 １５、レーザ装置を備えている測定ステーション（Ａｔ
   Ｂ　）が計算機で制御されて調節可能に、特に垂直なお
   よび水平な軸を中心にして回転可能に支承されている、
   特許請求の範囲第７項から第１１項までのうちのいずれ
   か一つにコ　記載の装置。 １４、　コーナレフレクタ（２）がその軸線内に窓１　
   （２’）を備えておシ、かつこの窓（２′）の後方に入
   射するレーザ光線の方向を決定するための光電気的なセ
   ンサ、特に０ＣＤ−アレイが設けられている、特許請求
   の範囲第１１項から第１３項までのいずれか一つに記載
   の装置。 １５、走査ヘッド（１）が、一つの構造単位内にまとめ
   て、 レーザ測定区間に対して角度をもって設けられたレーザ
   装置（５）、 半透過性の分光板等（５）、 拡大光学系（４）、および 窓（６）を備えていて、拡大光学系と分光板等と共にレ
   ーザ光線測定区の共通の軸線上に存在しているレンズ系
   （７）を、 備えていること、および レンズ系（７）がフレスネル−レンズの多数の、特に二
   つの或いは四つのセグメントから成シ、これらのセグメ
   ントの光軸線が拡大光学系（４）と窓（６）の中実軸線
   に対して平行に検出されたレーザ光線の反射された光の
   平行推移を決定するための光学センサ（１０ａ〜１０ｄ
   ）を通っていること を特徴とする、トラバース−測定装置に使用されるレー
   ザヘッド。 払　セグメン）　（７”）と光学センサ（１０ａ〜１Ｏ
   ａ）の間に空間フィルタ（９ａ〜９（１）が設けられて
   いる、前記特許請求の範囲第１５項に記載のレーザヘッ
   ド、 １１　分光板（５）等の後方にレーザ測定区間の長さを
   測定するだめの迅速光ダイオード（８）が設けられてい
   る、前記特許請求の範囲第１５項或いは第１６項に記載
   のレーザヘッド。 １ａ　回転対称的な円筒体から成夛、この円筒体の一方
   の端面に窓（６）とこの窓を取囲んでいるレンズ系（７
   ）を備えてお９、窓（６）、拡大光学系（４）および分
   光板（５）が円筒体の軸線内に設けられており、センサ
   （１０ａ〜１０ｄ）がそれらの空間絞り（９ａ〜９（１
   ）の傍らで相互に同じ間隔で円筒体の軸線の外に設けら
   れている、特許請求の範囲第１５項から第１７項までの
   うちのいずれか一つに記載のレーザヘッド。 １９、面上に入射する光線の二つの入射角度の一つを決
   定するための、レーザヘッドに使用される光学アイにお
   いて、−次元の光学アイ（１９）が光学系、特に円筒レ
   ンズ、および成る方向における入射場所に対する入射光
   線の依存性を消去するスリット絞シ等および特にガラス
   板或いは光線の入射場所を成る方向で固定しかつこの方
   向に対して垂直に走る方向で変える面平行な鏡のような
   二次元の導光要素とから成り、この場合光路内でこれら
   の二次元導光要素の後方において線状の受光部（２２）
   　、特にＣ０Ｄ−アレイが設けられていることを特徴と
   する光学アイ。 ２Ｑ、薄い、面平行なかつ光学的に透過性のかつまとめ
   られたガラス板から成シ、この場合相対している狭い端
   面を有するガラス板が光のための入口窓と幅広い出口窓
   （３０，３１）を備えておシ、屈折力の異る二つの板片
   （３２，５３）から組立てられており、これらの板片の
   境界面（ｌｌｆ）が、入口窓（３０）を形成している端
   面において入射する平行な光線を出口側に存在している
   焦点線上で測定線（Ｈ）の近傍で合致し、この場合測定
   線（Ｈ）に沿って光電気的な受光部（２２）が設けられ
   ている、前記特許請求の範囲第１９項に記載の光学アイ
   。 ２１、境界面（］！ｉ）がほぼ円筒形であシ、この円筒
   面の中心点が入口窓（１０）の側面に存在している、前
   記特許請求の範囲第２０項に記載の光学アイ。 ２２、ガラス板の厚みがコーナレフレクタ内の窓（２′
   ）よりも小さく、この窓がレーザ光線の厚みよシも著し
   く小さい、前記特許請求の範囲第２０項或いは第２１項
   に記載の光学アイ。