特許 6607961 反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6607961

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20191111BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20191111BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/481 A

   G01C3/06 120Q

【請求項の数】10

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-560234(P2017-560234)

(86)(22)【出願日】2016年5月11日

(65)【公表番号】特表2018-514791(P2018-514791A)

(43)【公表日】2018年6月7日

(86)【国際出願番号】EP2016060494

(87)【国際公開番号】WO2016184735

(87)【国際公開日】20161124

【審査請求日】2017年12月18日

(31)【優先権主張番号】15167963.6

(32)【優先日】2015年5月18日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】591010170

【氏名又は名称】ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】特許業務法人ナガトアンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ゴゴラ， トルシュテン

(72)【発明者】

【氏名】ヴィンター， アンドレアス

【審査官】 東 治企

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２２７３１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１８２５８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０１−２７２４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９６５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１３２０５５８９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２０８８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９８３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２５５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４７０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２７９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１２９０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１２０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８８５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８−７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００−３／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反射型目標物（３３，５１，６１）からの距離を光学的に測定する装置（１０）であって、
電気光学装置として構成されて、レーザビーム（２７）を発するビーム発生源（１４）と、
もう１つの電気光学装置として構成されて、前記反射型目標物で反射または散乱された受光ビーム（２８）を受光する検出器（１５）と、
前記レーザビーム（２７）を整形する出射側光学システム（２１）、及び前記受光ビーム（２８）を整形する受光側光学システム（２２）を有するビーム整形システム（１６）と、
前記レーザビーム（２７）のビーム経路に配置可能なレーザビーム整形部材（３５）と、を備え、
前記レーザビーム整形部材（３５）は、出射側素子（７２_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）；８２_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜５）；９２_ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，ｉ，ｊ＝１〜４））の第１配列（７１；８１；９１）を有する出射側開口配置部材として構成され、
前記出射側素子（７２_ｉｊ；８２_ｉｊ；９２_ｉｊ）は、第１コントロールユニット（７３）により、前記レーザビーム（２７）に対して透過性を有さない出射状態（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）と、前記レーザビーム（２７）に対して部分的な透過性を有する出射状態（１０％≦ＴＳ_ｉｊ≦９０％）と、前記レーザビーム（２７）に対して完全な透過性を有する出射状態（９０％＜ＴＳ_ｉｊ）との間で切り換え可能であって、
前記第１コントロールユニット（７３）には、前記第１配列（７１；８１；９１）を有して予め設定された少なくとも１つの第１の出射側素子配置部材と、前記第１配列（８１；９１）を有して予め設定された少なくとも１つの第２の出射側素子配置部材とが設けられ、
前記第１の出射側素子配置部材において、前記レーザビーム（２７）のビーム経路に配置される前記第１配列（７１；８１；９１）の前記出射側素子（７２_ｉｊ；８２_ｉｊ；９２_ｉｊ）の少なくとも５０％は、前記レーザービーム（２７）に対して透過性を有さない状態（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）に設定され、
前記第２の出射側素子配置部材において、前記レーザビーム（２７）のビーム経路に配置される前記第１配列（８１；９１）の前記出射側素子（８２_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜５），９２_ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，ｉ，ｊ＝１〜４））の少なくとも５０％は、前記レーザービーム（２７）に対し、部分的な透過性を有する状態（１０％≦ＴＳ_ｉｊ≦９０％）、または完全な透過性を有する状態（９０％＜ＴＳ_ｉｊ）に設定される
ことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記第１配列（８１；９１）における１つの出射側素子（８２_３３；９２_００）または隣接する複数の出射側素子（９２_００，９２_２２，９２_２３，９２_３２，９２_３３）は、前記レーザビーム（２７）のための出射側開口（８３；９３；９６）を形成し、
前記出射側開口（８３；９３；９６）は、部分的ビームを生成すると共に、前記部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度（α_ｍｉｎ）を下回ることのない１つまたは複数の広がり角（α_１，α_２）で広げる
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１配列（８１；９１）は、複数の前記出射側素子によって形成される複数の出射側開口（８４，８５．１，８５．２，８５．３，８５．４；９４，９５．１，９５．２，９５．３，９５．４）を有し、
前記出射側開口（８４，８５．１，８５．２，８５．３，８５．４；９４，９５．１，９５．２，９５．３，９５．４）は、複数の部分的ビームを生成すると共に、前記部分的ビームのそれぞれを、１．０ミリラジアンの下限角度（α_ｍｉｎ）を下回ることのない１つまたは複数の広がり角（α_１，α_２）で広げる
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記第１配列（８１）における部分的な透過性または完全な透過性を有する前記出射側素子（８２_１３，８２_２２，８２_２３，８２_２４，８２_３１，８２_３２，８２_３３，８２_３４，８２_３５，８２_４２，８２_４３，８２_４４，８２_５３；８２_１２，８２_１３，８２_１４，８２_２１，８２_２２，８２_２３，８２_２４，８２_２５，８２_３１，８２_３２，８２_３３，８２_３４，８２_３５，８２_４１，８２_４２，８２_４３，８２_４４，８２_４５，８２_５２，８２_５３，８２_５４）は、整形用開口（８６；８７）を形成し、
前記整形用開口（８６；８７）は、前記レーザビームを、０．３ミリラジアンの上限角度（β_ｍａｘ）より小さい１つまたは複数の広がり角（β_１，β_２）を有した整形後レーザビームに変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記受光ビーム（２８）のビーム経路に配置可能であり、受光側素子（７５_ｋｌ（ｋ，ｌ＝１〜９））の第２配列（７４）を有する受光側開口配置部材として構成された受光ビ
ーム整形部材（３６）を備え、
前記受光素側子（７５_ｋｌ）は、第２コントロールユニット（７６）により、前記受光ビーム（２８）に対して透過性を有さない受光状態（ＴＥ_ｋｌ＜１０％）と、前記受光ビーム（２８）に対して少なくとも部分的な透過性を有する受光状態（１０％≦ＴＥ_ｋｌ≦１００％）との間で切り換え可能である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。

【請求項6】

前記受光側素子（７５_ｋｌ）は、前記受光ビーム（２８）に対して透過性を有さない受光状態（ＴＥ_ｋｌ＜１０％）と、前記受光ビーム（２８）に対して部分的な透過性を有する受光状態（１０％≦ＴＥ_ｋｌ≦９０％）と、前記受光ビーム（２８）に対して完全な透過性を有する受光状態（９０％＜ＴＥ_ｋｌ）との間で切り換え可能であることを特徴とする請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記第２コントロールユニット（７６）には、前記第２配列（７４）を有して予め設定された少なくとも１つの受光側素子配置部材が設けられ、
前記受光側素子配置部材において、前記第２配列（７４）の１つの受光側素子または隣接する複数の受光側素子（７５_ｋｌ）は、前記受光ビーム（２８）のための受光側開口（１０１．１，１０１．２，１０１．３，１０１．４；１０２．１，１０２．２，１０２．３，１０２．４）を形成する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の装置。

【請求項8】

前記第２配列（７４）は、互いに間隔を置いて配置された複数の受光側素子（１０１．１，１０１．２，１０１．３，１０１．４；１０２．１，１０２．２，１０２．３，１０２．４）を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第２コントロールユニット（７６）には、前記第２配列（７４）を有して予め設定された複数の受光側素子配置部材が設けられ、
前記複数の受光側素子配置部材は、少なくとも一部の前記受光側素子（７５_ｋｌ）の透過率（ＴＥ_ｋｌ）が、前記受光側素子配置部材の間で互いに相違する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の装置。

【請求項10】

前記出射側素子（７２_ｉｊ）の前記第１配列（７１）と、前記受光側素子（７５_ｋｌ）の前記第２配列（７４）とは、共通の光調整器（３４）に配置されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部分に記載するような、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、反射型目標物からの距離を光学的に測定する公知の装置として、望遠鏡と、距離測定デバイスと、レーザビームの広がりを調整する調整デバイスとからなる装置が開示されている。距離測定デバイスは、レーザビームを発するビーム発生源と、目標物で反射されて生じた受光ビームを受光する検出器と、レーザビームのビーム整形を行う出射側光学システム、及び受光ビームのビーム整形を行う受光側光学システムを有したビーム整形システムとを備える。レーザビームの広がりは、ビーム発生源におけるレーザビームの射出角や、ビーム発生源と出射側光学システムとの間のビーム経路長、またはビーム発生源の前方への付加的な出射側光学システムの配置により調整が可能である。レーザビームの広がりを調整するために提案されている手段は、いずれも距離測定デバイスの内部で行われるものであり、距離測定デバイスの安定性が低下するという欠点がある。

【0003】

また、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置は、特許文献２によっても公知である。この装置は、距離測定デバイスと、目標物に向けてレーザビームを調整する調整デバイスとを備えている。距離測定デバイスは、１つまたは２つのビーム発生源と、検出器と、出射側光学システム及び受光側光学システムを有したビーム整形システムとを備える。１つまたは２つのビーム発生源は、ビーム広がりが大きい第１レーザビームと、ビーム広がりが小さい第２レーザビームとを生成し、第１レーザビームは、散乱型目標物からの距離測定用に設けられ、第２レーザビームは、反射型目標物からの距離測定用に設けられる。

【0004】

適切なレーザビームの選択は、ビーム発生源、または検出器で行うことが可能である。一具体例では、第１レーザビーム及び第２レーザビームが同時に発せられて目標物に照射される。受光ビームのビーム経路には、検出器の手前に光学フィルタが配置され、第１レーザビーム及び第２レーザビームの一方のみが、この光学フィルタを通過するようになっている。光学フィルタは、手動操作によって配置され、または個々の光学フィルタを受光ビームのビーム経路に送り込むことが可能な、モータ駆動式のフィルタホイールまたはフィルタスライダにより配置される。異なるビーム広がりを有した２つのレーザビームが必要となるということは、目標物からの距離の測定を調整する上で不利である。様々なビーム広がりを形成するためには、いくつかのビーム経路といくつかのビーム整形用光学システムが必要となり、そのために必要な空間が増大する。

【0005】

更に、特許文献３も、反射型目標物からの距離を光学的に測定する公知の装置として、距離測定デバイスと、距離測定デバイスの外部に配置された調整デバイスとからなる装置を開示する。距離測定デバイスは、ビーム発生源と、検知器と、出射側光学システム及び受光側光学システムを有したビーム整形システムとを備える。調整デバイスは、レーザビームのビーム経路に配置可能で散乱用光学システムとして構成された、少なくとも１つのレーザビーム整形部材を備える。反射型目標物からの様々な距離の範囲に対してレーザビームを調整可能とするため、散乱用光学部材として構成されて、それぞれが互いに異なる散乱特性を有した複数のレーザビーム整形部材が設けられる。更なる展開として、調整デバイスは、受光ビームのビーム経路に配置可能で散乱用プレートとして構成された、少なくとも１つの受光ビーム整形部材を備える。散乱用プレートを用いることにより、受光ビームを減衰させて、検出器が過剰入力状態となるのを防止することが可能となる。受光ビームを反射型目標物からの様々な距離の範囲に適合させることができるようにするため、散乱用プレートとして構成されて光散乱特性が互いに異なる複数の受光ビーム整形部材が設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】独国特許出願公開第１９７２７９８８号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１９８４００４９号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２０１３２０５５８９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

反射型目標物からの距離を光学的に測定する公知の装置は、例えば直接的または間接的に入射する太陽光など、外部光により、固定的な測定時間での距離測定では測定誤差が増大し、そのために測定結果の精度が低下するという欠点があり、また距離測定に必要な測定時間が増大するという欠点がある。レーザビームとは異なり、外部光は方向を特定することができず、様々な方向から入り込む可能性がある。散乱用プレートとして構成された受光ビーム整形部材は、方向が定められた受光ビームに比べ、きわめてわずかしか外部光を減衰させない。リトロリフレクタ面を用いる場合、光学的に距離を測定する公知の装置は、散乱用光学部材が引き起こすビームの拡散に起因した更なる欠点を有する。リトロリフレクタ面が、入射するレーザビームの光軸に直角に配置されない場合には、最短距離がレーザビームの光軸上では測定されず、距離測定デバイスが測定した距離は、実際の距離に対して誤差を有する。このような誤差は、散乱用光学部材によってレーザビームが拡散するほど増大する。

【0008】

本発明の目的は、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置として、単体のリトロリフレクタ体、及びリトロリフレクタ面からの距離の測定に好適な装置を得ることにある。更に、この装置において、簡易な装備で外部光を減衰させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

初めに述べた、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置において、このような目的は、独立請求項１に記載の特徴を有した発明によって達成される。有用な更なる態様は、従属請求項に記載されている。

【0010】

本発明によれば、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置は、出射側素子の第１配列を有する出射側開口配置部材として構成されたレーザビーム整形部材を備え、出射側素子は、第１コントロールユニットにより、レーザビームに対して透過性を有さない出射状態と、レーザビームに対して少なくとも部分的な透過性を有する出射状態との間で切り換え可能となっている。切り換え可能な出射側素子の第１配列を有する出射側開口配置部材として構成されたレーザビーム整形部材は、単体のリトロリフレクタ体からの距離の光学的な測定、及びリトロリフレクタ面からの距離の光学的な測定のいずれにも好適である。第１配列のそれぞれの出射側素子は、透過性を有さない出射状態と少なくとも部分的な透過性を有する出射状態との間で、互いに独立して切り換えることが可能であり、出射側素子の透過性は、少なくとも、レーザビームの波長周辺の波長領域と関係がある。出射側素子の透過性は透過率によって示され、透過率は、入射する放射エネルギに対する、透過が許容される放射エネルギの比として定義される。

【0011】

レーザビームは、第１配列における個々の出射側素子の透過率により、目標物の種類（散乱型目標物、単体のリトロリフレクタ体、またはリトロリフレクタ面）に適合するよう調整することが可能である。目標物については、散乱型目標物と反射型目標物とに区別され、反射型目標物については、単体のリトロリフレクタ体とリトロリフレクタ面とに区別される。単体のリトロリフレクタ体として定義される反射型目標物は、トリプルプリズムからなり、トリプルプリズムの寸法は、一般的なレーザビームのビーム径よりも大きくなっていて、入射したレーザビームが、トリプルプリズムの１つの面に当たるようになっている。単体のリトロリフレクタ体の例としては、２５ｍｍまたは５０ｍｍの幅を有したトリプルプリズムがある。リトロリフレクタ面として定義される反射型目標物は、平坦面に互いに隣接して配置された複数のプリズムからなり、それぞれのプリズムの寸法は、一般的なレーザビームのビーム径よりも小さくなっていて、入射したレーザビームが、複数のプリズムに当たるようになっている。リトロリフレクタ面の例としては、反射膜やキャッツアイ型リフレクタがある。

【0012】

発せられるレーザビームの放射エネルギは、散乱型目標物からの距離の測定用に設定される。散乱型目標物の場合、レーザビームは、目標物で大きな角度範囲にわたって散乱され、放射エネルギのわずかな部分のみが受光側光学システムに届き、検出器に送られる。反射型目標物からの距離測定の場合、レーザビームが目標物で反射され、指向された受光ビームとして検出器に照射される。反射型目標物からの距離測定において、検出器の過剰入力状態を避けるため、入射する受光ビームの放射エネルギは、ビーム発生源が発するレーザビームの放射エネルギよりも大幅に小さなものとする必要がある。放射エネルギの低減は、レーザビームのビーム経路に設けた手段、及び受光ビームのビーム経路に設けた手段の少なくとも一方により行うことが可能である。

【0013】

単体のリトロリフレクタ体の場合は、レーザビームの多くの部分が、本発明による出射側開口配置部材によって遮られ、通過できた部分は、回折によって広がる。このような広がりにより、単体のリトロリフレクタ体にレーザビームを指向させる上で要求される精度を低くすることができる。単体のリトロリフレクタ体の場合は、反射されて生じた受光ビームが検出器に検知されるように、レーザビームをリトロリフレクタ体の中央部分に当てる必要がある。レーザビームが単体のリトロリフレクタ体の中央部分に当たらないと、反射されて生じた受光ビームが平行にずれて、受光側光学システムから外れ、検出器から逸れる可能性がある。リトロリフレクタ面の場合は、本発明による出射側開口配置部材により、主として境界領域において、レーザビームが整形されると共に均質化される。

【0014】

出射側素子は、レーザビームに対して透過性を有さない出射状態、レーザビームに対して部分的な透過性を有する出射状態、及びレーザビームに対して完全な透過性を有する出射状態の間で切り換え可能であるのが好ましい。出射側開口配置部材を出た後のレーザビームの形状は、個々の出射型素子の透過率によって設定することが可能である。透過性を有さない出射側素子は、透過率が１０％未満であって、完全な透過性を有する出射側素子は、透過率が９０％を上回り、部分的な透過性を有する出射側素子は、透過率が１０％〜９０％の範囲内にある。遮断されるレーザビームの部位では、出射側素子が透過性を有さない出射状態に切り換えられる。それ以外のレーザビームの部位では、出射側素子が部分的な透過性を有する出射状態、または完全な透過性を有する出射状態に切り換えられる。部分的な透過性を有する出射側素子の場合、通過が許容される放射エネルギの割合は、出射側素子の透過率によって変更することが可能である。透過率が小さくなるほど、より多くレーザビームが減衰する。出射側素子の透過率は、０％から１００％までの間で、複数段階に分けて不連続に設定するか、或いは段階を設けずに連続的に変化させて設定することができる。複数段階に分けて不連続に透過率を設定可能とする場合は、段階を設けずに連続的に変化させて透過率を設定する場合に比べ、透過率の調整を迅速に行える点、及び電子回路が安価となる点で有利である。段階を設けずに連続的に変化させて透過率を設定可能とする場合は、出射側素子の透過率を極めて正確に設定できる点で有利である。

【0015】

本発明に係る装置の好ましい更なる態様において、第１コントロールユニットには、第１配列を有して予め設定された少なくとも１つの第１の出射側素子配置部材が設けられ、当該第１の出射側素子配置部材において、レーザビームのビーム経路に配置される第１配列の出射側素子の少なくとも５０％は、レーザービームに対して透過性を有さない状態に設定される。出射側素子の比率を算出する際には、レーザビームが少なくとも部分的に当たる第１配列の出射側素子のみが考慮される。少なくとも５０％の出射側素子がレーザービームに対して透過性を有さないように設定された第１配列は、単体のリトロリフレクタ体からの距離を光学的に測定する上で好適である。透過性を有さない少なくとも５０％の出射側素子によって、レーザビームの多くの部分が遮られる。レーザビームのビーム経路に配置されて、部分的または完全な透過性を有する出射側素子は、レーザビームのための出射側開口を形成し、所望の大きさのレーザビームの広がりを得ることができる。出射側開口配置部材を出た後のレーザビームの広がり角は、出射側開口の寸法によって設定することができる。

【0016】

第１配列における１つの出射側素子または隣接する複数の出射側素子は、レーザビームのための出射側開口を形成し、この出射側開口は、部分的ビームを生成すると共に、当該部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度を下回ることのない１つまたは複数の広がり角で広げるのが特に好ましい。レーザビームの広がり角に関する１．０ミリラジアンの下限角度は、単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定用に規定され、出射側開口の最大寸法に変換することができる。この出射側開口の最大寸法は、部分的ビームの広がり角を１．０ミリラジアンの下限角度より大きくしようとする場合に、上回ってはならない寸法である。出射側開口の寸法が小さくなるほど、出射側開口を出た後のビーム経路における部分的ビームの広がり角が大きくなる。広がり角の下限角度を１．０ミリラジアンとすることにより、単体のリトロリフレクタ体を用いる場合に、レーザビームの大きな広がりを確実に得ることができる。

【0017】

出射側開口は、その開口面積と寸法とによって規定される。出射側開口の開口形状により、部分的ビームが１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するかが定まる。正方形の開口形状を有した出射側開口は、１つの寸法（正方形の辺の長さ）によって規定され、出射側開口を出た後に、周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成する。長方形の開口形状を有した出射側開口は、２つの寸法（長辺及び短辺の長さ）によって規定され、出射側開口を出た後に、周方向に沿って広がり角が変化する楕円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成し、その広がり角は、周方向に沿って、楕円形のビーム断面の長軸における最大広がり角と、楕円形のビーム断面の短軸における最小広がり角との間で変化する。不規則な開口形状を有した出射側開口は、出射側開口を出た後に、最大広がり角と最小広がり角との間にある複数の広がり角を有した部分的ビームを生成する。

【0018】

第１配列は、複数の出射側開口を有し、これらの出射側開口は、複数の部分的ビームを生成すると共に、部分的ビームのそれぞれを、１．０ミリラジアンの下限角度を下回ることのない１つまたは複数の広がり角で広げるようにするのが特に好ましい。複数の出射側開口を用いることにより、単体のリトロリフレクタ体にレーザビームを指向させる上で要求される精度を低くすることができる。出射側開口を出た後の部分的ビームは、初めのうちはビーム径が小さいため、出射側開口配置部材から数ｍの近接した距離範囲では、出射側開口配置部材が、単体のリトロリフレクタ体に正確にレーザビームを指向させる必要があることになる。複数の出射側開口の場合、部分的ビームのそれぞれのビーム径が足し合わされることによってビーム径が増大する。単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するための出射側開口配置部材として、例えば、出射側開口配置部材に入る前のレーザビームの光軸と同軸に配置された中央出射側開口を、当該中央出射側開口の周囲に環状に分散配置された更なる出射側開口と共に用いるのが好適である。複数の出射側開口により生成され、出射側開口配置部材を出た後で互いに合体してレーザビームを形成する部分的ビームは、同じ広がり角を有するべきであり、周方向に沿って一定の広がり角であるのが好ましい。出射側開口のそれぞれは、同じ開口形状及び同じ寸法であるのが好ましい。

【0019】

単体のリトロリフレクタ体の場合に必要となる、入射する受光ビームの放射エネルギの低減は、出射側開口を介して行うことが可能である。レーザビームの放射エネルギは、出射側開口配置部材の出射側透過面積、及び出射側開口の透過性により調整することが可能である。出射側開口配置部材の出射側透過面積は、一般に個々の出射側開口の開口面積の合計として定義される。それぞれの出射側開口の寸法が同じ場合、出射側透過面積は、出射側開口の数と個々の出射側開口の開口面積との積で算出することもできる。出射側開口の開口面積に代え、または加え、出射側開口の透過性により、レーザビームの放射エネルギを調整することが可能である。出射側開口の透過性は、レーザビームの放射エネルギにのみ影響を及ぼすのに対し、出射側開口の寸法に依存する出射側透過面積は、部分的ビームの放射エネルギ及び広がり角を変化させる。出射側開口の透過性により、部分的ビームの広がり角を変化させることなく、レーザビームの放射エネルギを調整することが可能となる。

【0020】

本発明に係る装置の好ましい更なる態様において、第１コントロールユニットには、第１配列を有して予め設定された少なくとも１つの第２の出射側開口配置部材が設けられ、当該第２の出射側開口配置部材において、レーザビームのビーム経路に配置される第１配列の出射側素子の少なくとも５０％は、レーザービームに対し、部分的な透過性を有する状態、または完全な透過性を有する状態に設定される。出射側素子の比率を算出する際には、レーザビームが少なくとも部分的に当たる第１配列の出射側素子のみが考慮される。少なくとも５０％の出射側素子がレーザービームに対して部分的または完全な透過性を有するように設定された第１配列は、リトロリフレクタ面からの距離を光学的に測定する上で好適である。レーザビームのビーム経路に配置されて、部分的または完全な透過性を有するように設定された出射側素子は、レーザビームのための整形用開口を形成することができる。

【0021】

整形用開口は、その開口面積と寸法とによって規定される。整形用開口の開口形状により、整形後レーザビームが１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するかが定まる。正方形の開口形状を有した整形用開口は、正方形の辺の長さによって規定され、周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有したレーザビームを生成する。長方形の開口形状を有した整形用開口は、長辺及び短辺の長さによって規定され、周方向に沿って広がり角が変化する楕円形のビーム断面を有したレーザビームを生成し、その広がり角は、周方向に沿って、楕円形のビーム断面の長軸における最大広がり角と、楕円形ビーム断面の短軸における最小広がり角との間で変化する。不規則な開口形状を有した整形用開口は、整形用開口を出た後に、最大広がり角と最小広がり角との間にある複数の広がり角を有したレーザビームを生成する。

【0022】

第１配列における部分的または完全な透過性を有する出射側素子は、整形用開口を形成し、この整形用開口は、レーザビームを、０．３ミリラジアンの上限角度より小さい１つまたは複数の広がり角を有した整形後レーザビームに変換するのが特に好ましい。レーザビームの広がり角に関する０．３ミリラジアンの上限角度は、リトロリフレクタ面からの距離の測定用に規定され、整形用開口の最小寸法に変換することができる。広がり角の上限角度を０．３ミリラジアンとすることで、リトロリフレクタ面からの距離を測定する場合に、レーザビームを確実に均質化することができ、単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定に必要なレーザビームの大きな広がりが生じることは確実になくなる。

【0023】

本発明の好ましい態様において、第１コントロールユニットには、予め設定された少なくとも１つの第１の出射側素子配置部材と、予め設定された少なくとも１つの第２の出射側素子配置部材とが設けられる。予め設定された少なくとも１つの第１の出射側素子配置部材と、予め設定された少なくとも１つの第２の出射側素子配置部材とを有した、本発明による装置は、単体のリトロリフレクタ体、及びリトロリフレクタ面からの距離の光学的な測定に好適である。予め設定された第１の出射側素子配置部材は、単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定に用いられ、予め設定された第２の出射側素子配置部材は、リトロリフレクタ面からの距離の測定に用いられる。第１配列を有して予め設定された複数の出射側素子配置部材を用いることにより、反射型目標物が位置する様々な距離範囲、反射型目標物の様々な形式（単体のリトロリフレクタ体、またはリトロリフレクタ面）、及び反射型目標物の様々な大きさに対して、レーザビーム整形部材を調整することが可能となる。単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定については、１．０ミリラジアンの下限角度が規定され、リトロリフレクタ面からの距離の測定については、０．３ミリラジアンの上限角度が規定される。反射型目標物の両方の形式について、レーザビームの広がり角は、距離の増大に伴って減少させる必要があり、即ち、近接する領域では、大きな広がり角が有利であり、長い距離では小さな広がり角が有利である。単体のリトロリフレクタ体の場合の広がり角は、１．０ミリラジアンの下限角度を下回らないように制限され、リトロリフレクタ面の場合の広がり角は、０．３ミリラジアンの上限角度を上回らないように制限される。

【0024】

本発明に係る装置の好ましい更なる態様において、受光ビームのビーム経路に配置可能であり、受光側素子の第２配列を有する受光側開口配置部材として構成された受光ビーム整形部材を備え、受光側素子は、第２コントロールユニットにより、受光ビームに対して透過性を有さない受光状態と、受光ビームに対して部分的な透過性を有する受光状態との間で切り換え可能である。切り換え可能な受光側素子の第２配列を有する受光側開口配置部材として構成された受光ビーム整形部材は、単体のリトロリフレクタ体からの距離の光学的な測定、及びリトロリフレクタ面からの距離の光学的な測定に好適である。受光側素子の第２配列を有する受光ビーム整形部材の使用により、反射型目標物までの距離、反射型目標物の形式（単体のリトロリフレクタ体、またはリトロリフレクタ面）、及び反射型目標物の大きさに対して、受光ビームを適合させることが可能となる。それぞれの受光側素子は、透過性を有さない受光状態と少なくとも部分的な透過性を有する受光状態との間で、互いに独立して切り換えることが可能であり、受光側素子の透過性は、レーザビームの波長周辺の波長領域と関係がある。受光側素子の透過性は透過率によって示され、透過率は、入射する放射エネルギに対する、透過が許容される放射エネルギの比として定義される。

【0025】

反射型目標物（単体のリトロリフレクタ体、またはリトロリフレクタ面）の場合に必要となる、入射する受光ビームの放射エネルギの低減は、受光側素子の第２配列を有する受光側開口配置部材を介して行うことが可能である。受光ビームの放射エネルギは、受光側開口配置部材の受光側透過面積、及び受光側開口の透過性によって調整することが可能である。受光側開口配置部材の受光側透過面積は、一般に個々の受光側開口の開口面積の合計として定義される。それぞれの受光側開口の寸法が同じ場合、受光側透過面積は、受光側開口の数と受光側開口の開口面積との積で算出することもできる。受光側開口配置部材に入る直前の受光ビームのビーム断面積に対する受光側透過面積の比が小さくなるほど、受光ビームの放射エネルギが小さくなる。受光側透過面積を制限することによる受光ビームの減衰は、レーザビーム発生源の波長とは無関係であり、例えば広範な波長スペクトルを有した太陽光のような外部光も減衰させることが可能であって、外部光の減衰は、付加的な装備を必要とすることなく行われる。

【0026】

受光側素子は、受光ビームに対して透過性を有さない受光状態と、受光ビームに対して部分的な透過性を有する受光状態と、受光ビームに対して完全な透過性を有する受光状態との間で切り換え可能であるのが特に好ましい。第２配列のそれぞれの受光側素子は、これら３つの受光状態（透過性を有さない受光状態、部分的な透過性を有する受光状態、及び完全な透過性を有する受光状態）の間で、互いに独立して切り換えが可能であり、受光側素子の透過性は、ビーム発生源の波長の周辺の波長領域と関係がある。第２配列の受光側素子の透過性は、第１配列の出射側素子の透過性と同様に、透過率によって示される。透過性を有さない受光側素子は、透過率が１０％未満であり、完全な透過性を有する受光側素子は、透過率が９０％を上回り、部分的な透過性を有する受光側素子は、透過率が１０％〜９０％の範囲内にある。受光側素子の透過率は、０％から１００％までの間で、複数段階に分けて不連続に設定するか、或いは段階を設けずに連続的に変化させて設定することができる。複数段階に分けて不連続に透過率を設定可能とする場合は、段階を設けずに連続的に変化させて透過率を設定する場合に比べ、透過率の調整を迅速に行える点、及び電子回路が安価となる点で有利である。段階を設けずに連続的に変化させて透過率を設定可能とする場合は、受光側素子の透過率を極めて正確に設定できる点で有利である。

【0027】

受光側素子の透過性（不透過性、部分的な透過性、及び完全な透過性）は、ビーム発生源の波長の周辺の波長領域と関連があり、０％〜１００％の範囲で示される透過率は、ビーム発生源の波長を有した受光ビームに適用される。ビーム発生源の波長に加え、それ以外の波長領域でも減衰を得ることが可能である。広範な波長領域で減衰を行う広帯域光学フィルタの使用が効果的である。受光ビームの減衰に広帯域光学フィルタを用いることには、受光ビームに加え、広範な波長スペクトルを有した太陽光のような外部光を、手間をかけずに減衰させることができるという利点がある。

【0028】

第２コントロールユニットには、第２配列を有して予め設定された少なくとも１つの受光側素子配置部材が設けられ、この受光側素子配置部材において、第２配列の１つの受光側素子または隣接する複数の受光側素子は、受光ビームのための受光側開口を形成するのが特に好ましい。反射型目標物（単体のリトロリフレクタ体またはリトロリフレクタ面）の場合に必要となる、入射する受光ビームの放射エネルギの低減は、受光側開口を介して行うことが可能である。受光ビームの放射エネルギは、受光側開口の開口面積、及び受光側開口の透過性により設定することが可能である。受光側開口の開口面積を制限することによる受光ビームの減衰は、レーザビーム発生源の波長とは無関係であり、付加的な装備を必要とすることなく外部光を減衰させることができる。

【0029】

第２配列は、互いに間隔を置いて配置された複数の受光側素子を有するのが特に好ましい。受光ビームのビーム断面に沿って分散配置された複数の受光側開口を用いることにより、受光ビームの均質化がなされる。均質化は、ビーム断面において不均質に放射エネルギが分布する受光ビームに対して特に好適である。受光側透過面積は、受光側開口の数、及び受光側開口の開口面積によって調整することが可能である。

【0030】

第２コントロールユニットには、第２配列を有して予め設定された複数の受光側素子配置部材が設けられ、これら複数の受光側素子配置部材は、少なくとも一部の受光側素子の透過率が、受光側素子配置部材の間で互いに相違するのが特に好ましい。第２配列を有して予め設定された複数の受光側素子配置部材を用いることにより、反射型目標物が位置する様々な距離範囲、反射型目標物の様々な形式（単体のリトロリフレクタ体、またはリトロリフレクタ面）、及び反射型目標物の様々な大きさに対し、受光ビーム整形部材を調整することが可能となる。これら距離範囲、形式、及び大きさに対する受光ビーム整形部材の調整は、受光側開口の寸法と、受光側透過面積とによって行うことが可能である。

【0031】

本発明に係る装置の好ましい更なる態様において、出射側素子の第１配列と受光側素子の第２配列とは、第１コントロールユニット及び第２コントロールユニットによって制御可能な、共通の光調整器に配置される。この光調整器は、例えば、内側出射領域と外側受光領域とを有し、内側出射領域は、出射側素子の第１配列を備え、外側受光領域は、受光側素子の第２配列を備える。内側出射領域と外側受光領域とを有する光調整器は、レーザビームと受光ビームとが同軸状に配置される距離測定デバイスに好適である。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明に係る装置として、距離測定デバイスと、レーザビーム整形部材及び受光ビーム整形部材を有した調整デバイスとを備え、反射型目標物からの距離を光学的に測定する装置を示す図である。

【図2A】１つの出射側開口を有する第１の開口配置部材を備えた、図１に示す装置による、単体のリトロリフレクタ体からの距離の光学的な測定を示す図である。

【図2B】複数の出射側開口を有する第１の開口配置部材を備えた、図１に示す装置による、単体のリトロリフレクタ体からの距離の光学的な測定を示す図である。

【図3】図１に示す装置による、リトロリフレクタ面からの距離の光学的な測定を示す図である。

【図4】複数の出射側素子の第１配列、及び複数の受光側素子の第２配列を有する光調整器として構成された調整デバイスの一実施形態を示す図である。

【図5A】目標物までの距離が異なる距離範囲にある場合に、単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するために、２５個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された２つの第１の出射側素子配置部材の一方を示す図である。

【図5B】目標物までの距離が異なる距離範囲にある場合に、単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するために、２５個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された２つの第１の出射側素子配置部材の他方を示す図である。

【図6A】目標物までの距離が異なる距離範囲にある場合に、リトロリフレクタ面からの距離を測定するために、２５個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された２つの第２の出射側素子配置部材の一方を示す図である。

【図6B】目標物までの距離が異なる距離範囲にある場合に、リトロリフレクタ面からの距離を測定するために、２５個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された２つの第２の出射側素子配置部材の他方を示す図である。

【図7A】目標物までの距離が３つの異なる距離範囲にある場合に、単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するために、１７個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された３つの第１出射側素子配置部材の１つを示す図である。

【図7B】目標物までの距離が３つの異なる距離範囲にある場合に、単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するために、１７個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された３つの第１出射側素子配置部材の１つを示す図である。

【図7C】目標物までの距離が３つの異なる距離範囲にある場合に、単体のリトロリフレクタ体からの距離を測定するために、１７個の出射側素子の第１配列を有して予め設定された３つの第１出射側素子配置部材の１つを示す図である。

【図8A】異なる距離範囲にある目標物までの距離を光学的に測定するために、図４に示す受光側素子の第２配列を有して予め設定された２つの受光側素子配置部材の一方を示す図である。

【図8B】異なる距離範囲にある目標物までの距離を光学的に測定するために、図４に示す受光側素子の第２配列を有して予め設定された２つの受光側素子配置部材の他方を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図面に基づき、本発明の実施形態を以下に説明する。図面は、実施形態を必ずしも正しい縮尺率で示すものではなく、説明に役立つように、概略で示したり、幾分変形して示したりするものである。図面から直接的に明らかとなる教示に加え、関連する先行技術も参考とされる。本発明の大要から逸脱することなく、実施形態の形状や詳細な構成に対する様々な調整や変更が可能であることに留意すべきである。明細書、図面、及び特許請求の範囲に記載された本発明の特徴は、本発明の態様において、それぞれが個々に必須となりうるだけでなく、あらゆる組み合わせも必須となりうる。更に、明細書、図面、及び特許請求の範囲の少なくともいずれか１つに記載された本発明の特徴のうちの少なくとも２つの組み合わせは、いずれも本発明の範囲に含まれるものである。本発明の大要は、以下に示して説明する実施形態の厳密な形状及び詳細な構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲の請求項に示す主題に比べて狭められた主題に限定されるものでもない。寸法範囲が示される場合、その範囲内にある値も、限界値として示しうるものであり、任意に請求項に含めうるものである。簡略化のため、同一または類似の機能を有した、同一または類似の部材については、同じ参照符号を用いる。

【0034】

図１は、本発明に係る装置として、距離測定デバイス１１と、距離測定デバイス１１の外部に設けられた調整デバイス１２とを備え、目標物からの距離を光学的に測定する装置１０を示す図である。目標物については、入射したレーザビームが主に反射される反射型目標物と、入射したレーザビームが主に散乱される散乱型目標物とに区別される。

【0035】

更に、反射型目標物については、単体のリトロリフレクタ体と、リトロリフレクタ面とに区別される。単体のリトロリフレクタ体として定義される反射型目標物は、１つのトリプルプリズムからなり、トリプルプリズムの寸法は、一般的なレーザビームのビーム径より大きくなっていて、入射したレーザビームが、トリプルプリズムの１つの面に当たるようになっている。単体のリトロリフレクタ体の例として、２５ｍｍまたは５０ｍｍの幅を有したトリプルプリズムがある。リトロリフレクタ面として定義される反射型目標物は、平坦面に互いに隣接して配置された複数のプリズムからなり、それぞれのプリズムの寸法は、一般的なレーザビームのビーム径より小さくなっていて、入射したレーザビームが、複数のプリズムに当たるようになっている。リトロリフレクタ面の例として、反射膜やキャッツアイ型リフレクタがある。ここでの適用に関わるキャッツアイ型リフレクタは、レーザビームのビーム径に対するプリズムの寸法の比が、０．１〜１．０のリトロリフレクタ面であり、反射膜は、レーザビームのビーム径に対するプリズムの寸法の比が、０．１未満のリトロリフレクタ面となっている。

【0036】

距離測定デバイス１１は、ビーム発生源１４として構成された第１電気光学装置、検出器１５として構成された第２電気光学装置、ビーム整形光学システム１６、ビームスプリット光学システム１７、光学装置保持部材１８、及び回路基板１９を備える。ビーム整形光学システム１６は、レーザビームを整形する出射側光学システム２１と、受光ビームを整形する受光側光学システム２２とを備え、一体型のビーム整形光学システムにまとめられている。ビーム発生源１４、ビーム整形光学システム１６、及びビームスプリット光学システム１７は、光学装置保持部材１８に固定され、検出器１５は、回路基板１９に固定される。本実施形態における光学装置保持部材１８は、ビーム発生源１４のための第１受容部２３と、ビーム整形光学システム１６のための第２受容部２４と、ビームスプリット光学システム１７のための第３受容部２５とを有する。検出器１５は、回路基板１９に設けられたもう１つの受容部２６に固定される。

【0037】

ビーム発生源１４は、可視光または赤外線のレーザビーム２７を生成するレーザダイオードで構成される。検出器１５は、目標物で反射または散乱されて生じた受光ビーム２８を受光するフォトダイオードで構成される。ビームスプリット光学システム１７は、レーザビームと同軸状に伝播する受光ビームからレーザビームを分離するものであり、ビーム発生源１４とビーム整形光学システム１６との間のレーザビームのビーム経路で、且つビーム整形光学システム１６と検出器１５との間の受光ビームのビーム経路に配置される。ビームスプリット光学システム１７は、例えば、偏光ビームスプリッタ、孔あきミラー、またはそれ以外のビームスプリット光学素子で構成することができる。ビーム発生源１４及び検出器１５は、制御・分析デバイス２９と接続されており、この制御・分析デバイス２９が、基準ビームと受光ビームとの時間差に基づき、目標物までの距離を求める。

【0038】

ビーム発生源１４と、一体構造の光学装置保持部材１８に一体的に組み込まれたビームスプリット光学システム１７との間のレーザビーム２７のビーム経路には、開口部３１が配置されている。開口部３１は、ビーム発生源１４の開口角度を制限し、ビームスプリット光学システム１７及びビーム整形光学システム１６に向かうレーザビーム２７の形状を調整するために用いられる。ビーム発生源１４と開口部３１との間には、開口部３１と同じ様に、一体構造の光学装置保持部材１８に一体的に設けられた遮光部材３２が配設される。遮光部材３２は、入射光を吸収し、不要な反射を防止するものである。このような目的のため、遮光部材３２は、内側に低反射性の吸収剤コーティングがなされている。開口部３１及び遮光部材３２は、ビーム発生源１４から検出器１５までの部分における光学的及び電気的な雑音を低減する。

【0039】

単体のリトロリフレクタ体３３として構成された反射型目標物は、図１の実施形態において、距離測定デバイス１１から短い距離にある目標物として用いられる。調整デバイス１２は、レーザビーム整形部材３５と受光ビーム整形部材３６とを有した光調整器３４を備える。レーザビーム整形部材３５は、複数の出射側素子による第１配列を備え、受光ビーム整形部材３６は、複数の受光側素子による第２配列を備える。これら複数の出射側素子は、光調整器３４の内側出射領域を形成し、複数の受光側素子は、光調整器３４の外側受光領域を形成する。

【0040】

ビーム発生源１４は、ビームスプリット光学システム１７に向けてレーザビーム２７を発する。レーザビーム２７の最大限可能な部分が、ビームスプリット光学システム１７から出射されて出射側光学システム２１に照射され、この出射側光学システム２１で最初のビーム整形が行われる。出射側光学システム２１は、レーザビーム２７を平行にして、平行レーザビーム３７としてレーザビーム整形部材３５に向かわせるコリメーティングレンズとして構成される。コリメーティングレンズ２１の光学的特性は、散乱型目標物の距離測定に適合したものとされる。平行レーザビーム３７は、レーザビーム整形部材３５に照射され、レーザビーム整形部材３５において、平行レーザビーム３７のビーム整形と減衰とが行われる。整形後レーザビーム３８は、反射型目標物３３に照射される。

【0041】

目標物３３で反射して生じた受光ビーム２８は、受光ビーム整形部材３６に当たり、この受光ビーム整形部材３６が、受光ビーム２８を整形し、減衰させて、整形後受光ビーム３９として受光側光学システム２２に向かわせる。受光側光学システム２２では、整形後受光ビーム３９の更なるビーム整形が行われる。２回整形後受光ビーム４１は、ビームスプリット光学システム１７に向けられ、当該ビームスプリット光学システム１７で偏向される。偏向後受光ビーム４２は、検出器１５に当たる。ビームスプリット光学システム１７により、偏向後受光ビーム４２の光軸と、発せられたレーザビーム２７の光軸とが、確実に互いに相違したものとなる。

【0042】

図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示す装置１０による、単体のリトロリフレクタ体５１からの距離の光学的な測定を示す概略図である。単体のリトロリフレクタ体５１に対するレーザビームの調整が、１つの出射側開口を有する出射側開口配置部材（図２Ａ）として構成されたレーザビーム整形部材、または複数の出射側開口を有する出射側開口配置部材（図２Ｂ）として構成されたレーザビーム整形部材を用いて行われる。

【0043】

距離測定デバイス１１は、出射側光学システム２１を用い、平行レーザビーム３７を生成する。平行レーザビーム３７のビーム経路には、単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定用に構成された、第１レーザビーム整形部材５２が配設される。単体のリトロリフレクタ体の場合は、反射されて生じた受光ビームが受光側光学システム２２に照射され、検出器１５で検知できるように、レーザビームをリトロリフレクタ体の中央部分に当てる必要がある。レーザビームがリトロリフレクタ体の中央部分に当たらないと、反射されて生じた受光ビームが平行にずれて、受光側光学システム２２から外れてしまう可能性がある。レーザビームを単体のリトロリフレクタ体に向けるために要求される精度を低下させてもよいように、レーザビームが広げられる。

【0044】

第１レーザビーム整形部材５２は、１つの第１出射側開口５３を有した第１出射側開口配置部材として構成される。第１出射側開口５３は、ある径の円形開口形状を有する。第１出射側開口５３は、部分的ビーム５４を生成し、この部分的ビーム５４を、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎより大きい第１広がり角α_１で広げる。部分的ビーム５４の第１広がり角α_１は、第１出射側開口５３の径で調整可能であり、第１出射側開口５３の径が小さくなるほど、部分的ビーム５４の第１広がり角α_１が大きくなる。また、第１出射側開口５３は、レーザビームの放射エネルギを大幅に減少させる。

【0045】

出射側開口は、その開口面積と寸法とによって規定される。１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎは、出射側開口が超えてはならない出射側開口の最大寸法に変換することができる。出射側開口の開口形状により、部分的ビームが１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するのかが定まる。円形または正方形の開口形状を有した出射側開口は、１つの寸法（円形の径、または正方形の１辺の長さ）によって規定され、出射側開口を出た後に、周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成する。楕円形または長方形の開口形状を有した出射側開口は、２つの寸法によって規定され、出射側開口を出た後に、周方向に沿って広がり角が変化する楕円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成し、その広がり角は、周方向に沿って、楕円形のビーム断面の長軸における最大広がり角と、楕円形のビーム断面の短軸における最小広がり角との間で変化する。不規則な開口形状を有した出射側開口は、出射側開口を出た後に、最大広がり角と最小広がり角との間にある複数の広がり角を有した部分的ビームを生成する。

【0046】

第１出射側開口５３を出た当初、部分的ビーム５４はビーム径が小さく、近接した距離範囲の場合には、単体のリトロリフレクタ体５１への正確な指向が必要となる。部分的ビーム５４を単体のリトロリフレクタ体５１に向ける際に要求される精度を低減するため、図２Ｂに示す第２レーザビーム整形部材５５を用いることが可能である。第２レーザビーム整形部材５５は、複数の第２出射側開口５６．１，５６．２，５６．３を有した第２出射側開口配置部材として構成される。これら第２出射側開口５６．１，５６．２，５６．３は、それぞれ部分的ビーム５７．１，５７．２，５７．３を生成し、これら部分的ビーム５７．１，５７．２，５７．３を、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎより大きい第２広がり角α_２で広げる。第２出射側開口５６．１，５６．２，５６．３の好適な配置例として、平行レーザビーム３７の光軸と同軸状に中央の第２出射側開口を配置し、中央の第２出射側開口の周囲に、それ以外の第２出射側開口を環状に分散配置してもよい。それぞれの部分的ビームの第２広がり角α_２は、第２出射側開口５６．１，５６．２，５６．３の径で調整することが可能であり、第２出射側開口５６．１，５６．２，５６．３の径が小さくなるほど、部分的ビームの第２広がり角α_２が大きくなる。

【0047】

出射側開口配置部材を出た後のレーザビームの放射エネルギは、出射側開口配置部材の出射側透過面積と、各出射側開口の透過性とによって調整することが可能である。出射側開口配置部材の出射側透過面積は、一般に個々の出射側開口の開口面積の合計で規定される。各出射側開口が同じ寸法の場合、出射側透過面積は、出射側開口の数と出射側開口の開口面積との積で算出することも可能である。出射側開口配置部材に入る直前のレーザビームの断面積に対する出射側透過面積の比が小さいほど、出射側開口配置部材を出た後のレーザビームの出射部分の放射エネルギが小さくなる。

【0048】

図３は、図１に示す装置１０による、リトロリフレクタ面６１からの距離の光学的な測定を示す概略図である。距離測定デバイス１１は、出射側光学システム２１を用い、平行レーザビーム３７を生成する。平行レーザビーム３７のビーム経路には、リトロリフレクタ面からの距離の測定用に構成された、レーザビーム整形部材６２が配設される。

【0049】

レーザビーム整形部材６２は、入射したレーザビームを、広がり角βの整形後レーザビーム６４に変換する円形の開口形状の整形用開口６３を有しており、整形後レーザビーム６４の広がり角βは、０．３ミリラジアンの上限角度β_ｍａｘより小さい。整形後レーザビーム６４の広がり角βは、整形用開口６３の径で調整することが可能であり、整形用開口６３の径が大きくなるほど、整形後レーザビーム６４の広がり角βは小さくなる。

【0050】

整形用開口は、その開口面積と寸法とによって規定される。０．３ミリラジアンの上限角度β_ｍａｘは、整形用開口が下回ってはならない整形用開口の最小寸法に変換することができる。整形用開口の開口形状により、整形後レーザビームが、１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するのかが定まる。円形または正方形の開口形状を有した整形用開口は、１つの寸法（円形の径、または正方形の１辺の長さ）によって規定され、周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有したレーザビームを生成する。楕円形または長方形の開口形状を有した整形用開口は、２つの寸法によって規定され、周方向に沿って広がり角が変化する楕円形のビーム断面を有したレーザビームを生成し、その広がり角は、周方向に沿って、楕円形のビーム断面の長軸における最大広がり角と、楕円形のビーム断面の短軸における最小広がり角との間で変化する。不規則な開口形状を有した整形用開口は、整形用開口を出た後に、最大広がり角と最小広がり角との間にある複数の広がり角を有したレーザビームを生成する。

【0051】

図４は、レーザビーム整形部材３５及び受光ビーム整形部材３６を有した図１の光調整器３４を詳細に示す図である。レーザビーム整形部材３５は、光調整器３４の内側出射領域を形成し、受光ビーム整形部材３６は、光調整器３４の外側受光領域を形成する。レーザビーム整形部材３５は、ｉ及びｊのそれぞれを１，２，３とするとき、３行３列で配列された９個の出射側素子７２_ｉｊの第１配列７１を有する出射側開口配置部材として構成されている。第１配列７１における出射側素子７２_ｉｊの位置は、第１配列７１の行を示す第１指標ｉと、第１配列７１の列を示す第２指標ｊとによって特定される。出射側素子７２_ｉｊは、第１コントロールユニット７３を用い、レーザビームに対して透過性を有さない第１出射状態、レーザビームに対して部分的な透過性を有する第２出射状態、及びレーザビームに対して完全な透過性を有する第３出射状態の間で切り換えが可能となっている。出射側素子７２_ｉｊの透過性は、入射するレーザビームの放射エネルギに対する、出射される側の放射エネルギの比で規定される透過率ＴＳ_ｉｊによって示される。

【0052】

出射側素子７２_ｉｊの透過率ＴＳ_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）は、出射側素子７２_ｉｊの各々について、第１コントロールユニット７３により個別に設定することが可能となっている。出射側素子７２_ｉｊが第１出射状態のとき、透過率ＴＳ_ｉｊは１０％未満（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）であって、出射側素子７２_ｉｊは、レーザビームに対して透過性を有さないと規定される。出射側素子７２_ｉｊが第２出射状態のとき、透過率ＴＳ_ｉｊは１０％〜９０％の範囲（１０％≦ＴＳ_ｉｊ≦９０％）にあって、出射側素子７２_ｉｊは、レーザビームに対して部分的な透過性を有すると規定される。出射側素子７２_ｉｊが第３出射状態のとき、透過率ＴＳ_ｉｊは９０％より大（９０％＜ＴＳ_ｉｊ）であって、出射側素子７２_ｉｊは、レーザビームに対して完全な透過性を有すると規定される。

【0053】

受光ビーム整形部材３６は、ｋ及びｌのそれぞれを１〜９とするとき、９行９列で配列された７２個の受光側素子７５_ｋｌの第２配列７４を有する受光側開口配置部材として構成されている。ｋ及びｌのそれぞれが４，５，６については、受光側素子７５_ｋｌが設けられておらず、第１配列７１の９個の出射側素子７２_ｉｊで占められている。受光側素子７５_ｋｌは、第２コントロールユニット７６を用い、受光ビームに対して透過性を有さない第１受光状態、受光ビームに対して部分的な透過性を有する第２受光状態、及び受光ビームに対して完全な透過性を有する第３受光状態の間で切り換えが可能となっている。第２配列７４の受光側素子７５_ｋｌの透過性は、第１配列７１の出射側素子７２_ｉｊと同じように、入射する受光ビームの放射エネルギに対する、出射される側の放射エネルギの比で規定される透過率ＴＥ_ｋｌによって示される。

【0054】

受光側素子７５_ｋｌの透過率ＴＥ_ｋｌ（ｋ，ｌ＝１〜９）は、受光側素子７５_ｋｌの各々について、第２コントロールユニット７６により個別に設定することが可能である。受光側素子７５_ｋｌが第１受光状態のとき、透過率ＴＥ_ｋｌは１０％未満（ＴＥ_ｋｌ＜１０％）であって、受光側素子７５_ｋｌは、受光ビームに対して透過性を有さないと規定される。受光側素子７５_ｋｌが第２受光状態のとき、透過率ＴＥ_ｋｌは１０％〜９０％の範囲（１０％≦ＴＥ_ｋｌ≦９０％）にあって、受光側素子７５_ｋｌは、受光ビームに対して部分的な透過性を有すると規定される。受光側素子７５_ｋｌが第３受光状態のとき、透過率ＴＥ_ｋｌは９０％より大（９０％＜ＴＥ_ｋｌ）であって、受光側素子７５_ｋｌは、受光ビームに対して完全な透過性を有すると規定される。

【0055】

出射側素子及び受光側素子の透過性（不透過性、部分的な透過性、及び完全な透過性）は、ビーム発生源の波長周辺の波長領域と関連があり、０％〜１００％で示される透過率ＴＳ_ｉｊ及びＴＥ_ｋｌは、ビーム発生源の波長を有したレーザビーム及び受光ビームに適用される。ビーム発生源の波長周辺の波長領域に加え、それ以外の波長領域も減衰させることが可能である。広範な波長領域で減衰が生じる広帯域光学フィルタの使用は、受光ビーム整形部材３６にとって、何よりも有効である。受光ビームの減衰に広帯域光学フィルタを用いることにより、受光ビームに加えて、太陽光などのような広範な波長スペクトルを有した外部光も、更なる装備を必要とすることなく減衰させることができる。

【0056】

レーザビーム整形部材３５に必要な大きさは、実質的に平行レーザビーム３７のビーム断面によって定まる。図４の実施形態において、第１配列７１は、３行３列に配列された９個の出射側素子７２_ｉｊからなる。それぞれの出射側素子７２_ｉｊは、同じ大きさの正方形で形成されている。これに代えて、個々の出射側素子７２_ｉｊは、別の形状を有していてもよいし、互いに異なる形状であってもよく、例えば、出射側素子７２_ｉｊは６角形であってもよいし、光軸周辺の出射側素子の方が、光軸から離間した出射側素子よりも寸法が小さくなるようにしてもよい。出射側素子の数が増えるほど、個々の出射側素子の開口面積は小さくなり、より細かく平行レーザビーム３７の整形を行うことが可能となる。

【0057】

図５Ａ、図５Ｂは、ｉ及びｊのそれぞれを１〜５とするとき、単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定用に、５行５列で配列された２５個の出射側素子８２_ｉｊの第１配列８１を有して予め設定された２つの第１出射側素子配置部材を示す。図５Ａに示す第１出射側素子配置部材は、第１距離範囲の場合の距離の測定用に設けられ、図５Ｂに示す第１出射側素子配置部材は、第２距離範囲の場合の距離の測定用に設けられる。

【0058】

第１配列８１は、光調整器３４の第１配列７１の代わりに設けることができる。第１配列７１と第１配列８１とは、出射側素子の数、及び出射側素子の寸法の少なくとも一方が互いに相違する。それ以外の、第１配列７１及び第１配列８１の作動方法は同じである。第１配列８１の出射側素子８２_ｉｊは、第１コントロールユニット７３を用い、透過性を有さない第１出射状態、部分的な透過性を有する第２出射状態、及び完全な透過性を有する第３出射状態の間で切り換えることが可能となっている。出射側素子８２_ｉｊの透過率ＴＳ_ｉｊは、互いに独立して設定することが可能である。第１配列８１における出射側素子８２_ｉｊの位置は、第１配列８１における行を示す第１指標ｉと、第１配列８１における列を示す第２指標ｊとによって特定される。

【0059】

図５Ａに示す第１出射側素子配置部材では、出射側素子８２_３３が、レーザビームに対し完全な透過性を有する状態に設定され、それ以外の２４個の出射側素子が、レーザビームに対し透過性を有さない状態に設定される。出射側素子８２_３３は、レーザビーム用の出射側開口８３を形成し、部分的ビームを生成すると共に、この部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎを下回ることのない広がり角α_１で広げる。出射側開口８３は正方形の開口形状を有しており、出射側開口８３を出た後に、周方向に沿って一定の広がり角α_１となる円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成する。

【0060】

図５Ｂに示す第１出射側素子配置部材では、出射側素子８２_２２，８２_２４，８２_３３，８２_４２，８２_４４が、レーザビームに対して完全な透過性を有する状態に設定され、それ以外の２０個の出射側素子が、レーザビームに対して透過性を有さない状態に設定される。５個の出射側素子８２_２２，８２_２４，８２_３３，８２_４２，８２_４４は、５個の出射側開口８４，８５．１，８５．２，８５．３，８５．４を形成し、５つの部分的ビームを生成すると共に、それぞれの部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度を下回ることのない広がり角α_２で広げる。出射側開口８４は、中央の出射側開口となり、それ以外の出射側開口８５．１〜８５．４は、中央の出射側開口８４の周囲に配置される。出射側開口８４，８５．１〜８５．４は正方形の開口形状を有しており、これら出射側開口８４，８５．１〜８５．４を出た後に、それぞれが周方向に沿って一定の広がり角α_２となる円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成する。出射側開口８４，８５．１〜８５．４の寸法は同じであるので、それぞれの部分的ビームの広がり角α_２は一致する。

【0061】

図６Ａ、図６Ｂは、ｉ及びｊのそれぞれを１〜５とするとき、リトロリフレクタ面からの距離の測定用に、２５個の出射側素子８２_ｉｊの第１配列８１を有して予め設定された２つの第２出射側素子配置部材を示す。図６Ａに示す第２出射側素子配置部材は、第１距離範囲の場合の距離の測定用に設けられ、図６Ｂに示す第２出射側素子配置部材は、第２距離範囲の場合の距離の測定用に設けられる。

【0062】

図６Ａに示す第２出射側素子配置部材では、レーザビーム用の出射側素子８２_１１，８２_１２，８２_１４，８２_１５，８２_２１，８２_２５，８２_４１，８２_４５，８２_５１，８２_５２，８２_５４，８２_５５が、レーザビームに対して透過性を有さない状態に設定され、出射側素子８２_１３，８２_２２，８２_２３，８２_２４，８２_３１，８２_３２，８２_３３，８２_３４，８２_３５，８２_４２，８２_４３，８２_４４，８２_５３が、レーザビームに対して完全な透過性を有する状態に設定される。完全な透過性を有する状態に設定された出射側素子は、レーザビームに対する整形用開口８６を形成し、入射したレーザビームを均質化して、０．３ミリラジアンの上限角度β_ｍａｘより小さい複数個の広がり角β_１を有した整形後レーザビームに変換する。

【0063】

整形用開口８６及び第１配列８１の中心点を形成する出射側素子８２_３３は、平行レーザビーム３７の光軸が整形用開口８６の中心点と一致するように配置される。出射側素子８２_３３の中心点を起点とする、水平方向（第１配列８１の行に沿う方向）の左右の寸法と、垂直方向（第１配列８１の列に沿う方向）の上下の寸法とは一致している。整形用開口８６の開口形状によって、整形後レーザビームが、１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するのかが定まる。正方形の開口形状を有した整形用開口は、レーザビームの周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有したレーザビームを生成する。１３個の正方形の出射側素子８２_１３，８２_２２，８２_２３，８２_２４，８２_３１，８２_３２，８２_３３，８２_３４，８２_３５，８２_４２，８２_４３，８２_４４，８２_５３からなる整形用開口８６は、完全な正方形の開口形状ではなく、整形用開口８６を出た後に、複数の広がり角を有したレーザビームを生成する。整形後レーザビームの広がり角β_１は、いずれも０．３ミリラジアンの上限角度β_ｍａｘより小さくなっている。

【0064】

図６Ｂに示す第２出射側素子配置部材では、出射側素子８２_１１，８２_１５，８２_５１，８２_５５が、レーザビームに対して透過性を有さない状態に設定され、それ以外の２１個の出射側素子８２_１２，８２_１３，８２_１４，８２_２１，８２_２２，８２_２３，８２_２４，８２_２５，８２_３１，８２_３２，８２_３３，８２_３４，８２_３５，８２_４１，８２_４２，８２_４３，８２_４４，８２_４５，８２_５２，８２_５３，８２_５４が、レーザビームに対して完全な透過性を有する状態に設定される。完全な透過性を有する状態に設定された出射側素子は、レーザビームに対する整形用開口８７を形成し、入射したレーザビームを均質化して、０．３ミリラジアンの上限角度β_ｍａｘより小さい複数個の広がり角β_２を有した整形後レーザビームに変換する。

【0065】

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、ｉ及びｊのそれぞれを０とし、またｉ及びｊのそれぞれを１〜４とするとき、３つの異なる距離範囲にある単体のリトロリフレクタ体からの距離の測定用に、１７個の出射側素子９２_ｉｊの第１配列９１を有して予め設定された３つの第１出射側素子配置部材を示す。

【0066】

中央の出射側素子である出射側素子９２_００を、ｉ及びｊのそれぞれを２，３とする４個の非正方形の出射側素子９２_ｉｊが取り囲んでおり、これら４個の非正方形の出射側素子によって四角形の輪が形成されている。４個の非正方形の出射側素子９２_２２，９２_２３，９２_３２，９２_３３は、ｉを１，４、ｊを１〜４とし、またｉを２，３、ｊを１，４とする１２個の出射側素子９２_ｉｊによって取り囲まれている。第１配列９１は、光調整器３４の第１配列７１の代わりに用いることが可能である。第１配列７１と第１配列９１とは、出射側素子の数、出射側素子の寸法、及び出射側素子の形状のうちの少なくとも１つが相違しているが、それ以外の作動方法は同様である。

【0067】

図７Ａに示す第１出射側素子配置部材では、中央の出射側素子９２_００が、レーザビームに対し完全または部分的な透過性を有する状態（ＴＳ_ｉｊ≧１０％）に設定され、それ以外の１６個の出射側素子が、レーザビームに対し透過性を有さない状態（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）に設定される。中央の出射側素子９２_００は、レーザビーム用の出射側開口９３を形成し、部分的ビームを生成すると共に、この部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎを下回ることのない広がり角α_１で広げる。

【0068】

図７Ｂに示す第１出射側素子配置部材では、中央の出射側素子９２_００と、正方形の第１配列８１の角部に配置されて、ｉ及びｊのそれぞれを１，４とする、４個の出射側素子９２_ｉｊとが、レーザビームに対し完全または部分的な透過性を有する状態（ＴＳ_ｉｊ≧１０％）に設定され、それ以外の１２個の出射側素子が、レーザビームに対し透過性を有さない状態（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）に設定される。５個の出射側素子９２_００，９２_１１，９２_１４，９２_４４，９２_４１は、５個の出射側開口９４，９５．１，９５．２，９５．３，９５．４を形成し、５つの部分的ビームを生成すると共に、それぞれの部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎを下回ることのない広がり角α_１で広げる。これら出射側開口９４，９５．１〜９５．４の寸法は同じであるので、それぞれの部分的ビームの広がり角α_１は一致する。

【0069】

図７Ｃに示す第１出射側素子配置部材では、中央の出射側素子９２_００と、ｉ及びｊのそれぞれを２，３とする、４個の非正方形出射側素子９２_ｉｊとが、レーザビームに対し完全または部分的な透過性を有する状態（ＴＳ_ｉｊ≧１０％）に設定され、それ以外の１２個の出射側素子が、レーザビームに対し透過性を有さない状態（ＴＳ_ｉｊ＜１０％）に設定される。５個の出射側素子９２_００，９２_２２，９２_２３，９２_３２，９２_３３は、出射側開口９６を形成し、部分的ビームを生成すると共に、この部分的ビームを、１．０ミリラジアンの下限角度α_ｍｉｎを下回ることのない広がり角α_２で広げる。出射側開口９６の寸法は、図７Ａに示す第１出射側素子配置部材の出射側開口９３の２倍であり、出射側開口９６が生成する部分的ビームの広がり角α_２は、出射側開口９３が生成する部分的ビームの広がり角α_１より小さくなる。

【0070】

出射側開口９３，９４，９５．１〜９５．４，９６の開口形状により、部分的ビームが１つの広がり角と複数の広がり角とのいずれを有するのかが定まる。出射側素子９２_００は、出射側開口９３，９４，９６の中心点を形成し、平行レーザビーム３７の光軸が出射側開口９３，９４，９６の中心点と一致するように、第１配列９１が配置される。出射側開口９３，９４，９５．１〜９５．４，９６は、それぞれ正方形の開口形状を有し、出射側開口を出た後に、周方向に沿って一定の広がり角となる円形のビーム断面を有した部分的ビームを生成する。

【0071】

図８Ａ、図８Ｂは、図４に示した受光側素子７５_ｋｌの第２配列７４に関し、予め設定された２つの受光側素子配置部材を示す図である。受光側素子７５_ｋｌは、第２コントロールユニット７６を用い、透過性を有さない受光状態（ＴＥ_ｋｌ＜１０％）、部分的な透過性を有する受光状態（１０％≦ＴＥ_ｋｌ≦９０％）、及び完全な透過性を有する受光状態（９０％＜ＴＥ_ｋｌ）の間で切り換えが可能となっている。透過率ＴＥ_ｋｌは、ビーム発生源１４の波長周辺の波長領域、またはビーム発生源１４の波長を含む広範な波長領域と関連のあるものとすることができる。

【0072】

図８Ａに示す受光側素子配置部材では、６個の隣接する受光側素子が、受光ビーム用の受光側開口を形成している。ｋを１，２、ｌを４〜６とする受光側素子７５_ｋｌが第１受光側開口１０１．１を形成し、ｋを４〜６、ｌを８，９とする受光側素子７５_ｋｌが第２受光側開口１０１．２を形成し、ｋを８，９、ｌを４〜６とする受光側素子７５_ｋｌが第３受光側開口１０１．３を形成し、ｋを４〜６、ｌを１，２とする受光側素子７５_ｋｌが第４受光側開口１０１．４を形成する。

【0073】

図８Ｂに示す受光側素子配置部材では、３行３列で配列された９個の隣接する受光側素子が、受光ビーム用の受光側開口を形成している。ｋ及びｌのそれぞれを１〜３とする受光側素子７５_ｋｌが第１受光側開口１０２．１を形成し、ｋを１〜３、ｌを７〜９とする受光側素子７５_ｋｌが第２受光側開口１０２．２を形成し、ｋ及びｌのそれぞれを７〜９とする受光側素子７５_ｋｌが第３受光側開口１０２．３を形成し、ｋを７〜９、ｌを１〜３とする受光側素子７５_ｋｌが第４受光側開口１０２．４を形成する。

【0074】

受光側開口１０１．１〜１０１．４，１０２．１〜１０２．４における各受光側素子７５_ｋｌは、完全な透過性を有する状態（９０％＜ＴＥ_ｋｌ）、または部分的な透過性を有する状態（１０％≦ＴＥ_ｋｌ≦９０％）に切り換えることが可能である。受光側素子７５_ｋｌの透過率ＴＥ_ｋｌにより、受光ビームの放射エネルギを調整することができる。透過率ＴＥ_ｋｌを小さく設定するほど、検出器１５に到達する受光ビームの放射エネルギが減少する。受光側素子７５_ｋｌの透過率ＴＥ_ｋｌは、０％から１００％までの間で、複数段階に分けて不連続に設定してもよいし、段階を設けずに連続的に変化させて設定してもよい。複数段階に分けて設定可能な透過率の場合は、段階を設けずに連続的に変化させて設定可能な透過率の場合に比べ、透過率の設定を迅速に行える点、及び電子回路が安価となる点で有利である。段階を設けずに連続的に変化させて設定可能な透過率の場合は、受光側素子７５_ｋｌの透過率を極めて正確に設定できる点で有利である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】