▶ トプコン ポジショニング システムズ， インク．の特許一覧
(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】
(24)【登録日】2023-12-22
(45)【発行日】2024-01-05
(54)【発明の名称】レーザー計測システム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/875 20200101AFI20231225BHJP
【ＦＩ】
G01S17/875
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022518651
(86)(22)【出願日】2020-09-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-16
(86)【国際出願番号】 US2020050024
(87)【国際公開番号】W WO2021086500
(87)【国際公開日】2021-05-06
【審査請求日】2023-07-12
(31)【優先権主張番号】16/665,118
(32)【優先日】2019-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】505315742
【氏名又は名称】トプコン ポジショニング システムズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100112427
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 芳洋
(72)【発明者】
【氏名】ニコライ，ブイ，カトゥンツェフ
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８４７９０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平１０－０４７９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－０２６８１３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５
Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０
Ｇ０１Ｃ １／００ － １５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザー受信機の動作方法であって、前記レーザー受信機の第１反射面によってレーザー送信機からの初期レーザーパルスを受信及び反射し、第１反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー送信機の反射面を反射した前記第１反射レーザーパルスの結果として生成された第１二重反射レーザーパルスを、前記レーザー受信機の光検出部で検出すること、
前記レーザー受信機の第２反射面によって前記初期レーザーパルスを受信及び反射し、第２反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー送信機の前記反射面を反射した前記第２反射レーザーパルスの結果として生成された第２二重反射レーザーパルスを、前記レーザー受信機の前記光検出部で検出すること、及び
前記第１二重反射レーザーパルスと前記第２二重反射レーザーパルスとの間の位相差に基づき、前記レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定すること、
を含む方法。
【請求項2】
前記レーザー受信機の前記光検出部で前記初期レーザーパルスを検出することを更に含み、前記初期レーザーパルスは、前記光検出部が前記初期レーザーパルスを検出する前に前記レーザー受信機の前記第１反射面によって受信及び反射され、前記光検出部が前記初期レーザーパルスを検出した後に前記レーザー受信機の前記第２反射面によって受信及び反射される請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記レーザー送信機からの前記初期レーザーパルスは、前記レーザー送信機によってインターロックされた位相を有する複数の変調副搬送波で変調され、前記レーザー受信機と関連付けられた水平角度を送信する請求項１記載の方法。
【請求項4】
前記変調された初期レーザーパルスを復調し、前記複数の変調副搬送波の位相を直交ベクトルに乗算することによって前記水平角度を抽出することを更に含む請求項３記載の方法。
【請求項5】
前記レーザー送信機からの前記初期レーザーパルスは、前記レーザー送信機によって前記複数の変調副搬送波で変調され、前記レーザー送信機と関連付けられた付加データを送信する請求項３記載の方法。
【請求項6】
傾斜センサーを使用して、前記レーザー受信機の１つ又は複数の姿勢角度を決定することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項7】
レーザー受信機であって、レーザー送信機から初期レーザーパルスを受信及び反射し、第１反射レーザーパルスを生成する第１反射面と、
前記初期レーザーパルスを受信及び反射し、第２反射レーザーパルスを生成する第２反射面と、
１）前記レーザー送信機の反射面を反射した前記第１反射レーザーパルスの結果として生成された第１二重反射レーザーパルス、及び２）前記レーザー送信機の前記反射面を反射した前記第２反射レーザーパルスの結果として生成された第２二重反射レーザーパルスを検出する光検出部と、
プロセッサーと、
コンピュータープログラム指令を記憶するメモリと、を備え、
前記コンピュータープログラム指令は、前記プロセッサーによって実行されるときに前記プロセッサーに、
前記第１二重反射レーザーパルスと前記第２二重反射レーザーパルスとの間の位相差に基づき、前記レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定することを含むオペレーションを実行させるレーザー受信機。
【請求項8】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、１）前記光検出部の中心点からオフセット配置される中心点を有し、且つ２）前記光検出部の中心と交差する平面の両側に位置する請求項７記載のレーザー受信機。
【請求項9】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、前記平面に対して対称に配置される請求項８記載のレーザー受信機。
【請求項10】
前記平面は、前記光検出部の表面に対する法線上に位置する請求項８記載のレーザー受信機。
【請求項11】
前記光検出部の周囲に位置する非反射領域を更に備える請求項７記載のレーザー受信機。
【請求項12】
前記光検出部はレーザー送信機からの初期レーザーパルスを検出し、前記非反射領域のサイズは前記レーザー送信機の反射面のサイズの少なくとも２倍である請求項１１記載のレーザー受信機。
【請求項13】
１つ又は複数の姿勢角度を決定するセンサーを更に備える請求項７記載のレーザー受信機。
【請求項14】
レーザー計測システムであって、レーザー送信機と、
レーザー受信機と、を備え、
前記レーザー送信機は、
初期レーザーパルスを投射する１つ又は複数のレーザー光源と、反射面と、を備え、
前記レーザー受信機は、
前記初期レーザーパルスを前記レーザー送信機に反射し、第１反射レーザーパルスを提供する第１反射面と、
前記初期レーザーパルスを前記レーザー送信機に反射し、第２反射レーザーパルスを提供する第２反射面と、
１）前記レーザー送信機の前記反射面に反射する前記第１反射レーザーパルスによって生成された第１二重反射レーザーパルス、及び２）前記レーザー送信機の前記反射面に反射する前記第２反射レーザーパルスによって生成された第２二重反射レーザーパルスを検出する光検出部と、
プロセッサーと、
コンピュータープログラム指令を記憶するメモリと、を備え、
前記コンピュータープログラム指令は、前記プロセッサーによって実行されるときに前記プロセッサーに、
前記第１二重反射レーザーパルスと前記第２二重反射レーザーパルスとの間の位相差に基づき、前記レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定することを含むオペレーションを実行させるシステム。
【請求項15】
方法であって、レーザー送信機によって初期レーザーパルスをレーザー受信機に向けて投射すること、
前記レーザー受信機の第１反射面によって前記初期レーザーパルスを受信及び反射し、第１反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー送信機の反射面によって前記第１反射レーザーパルスを受信及び反射し、第１二重反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー受信機の光検出部で前記第１二重反射レーザーパルスを検出すること、
前記レーザー受信機の第２反射面によって前記初期レーザーパルスを受信及び反射し、第２反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー送信機の前記反射面によって前記第２反射レーザーパルスを受信及び反射し、第２二重反射レーザーパルスを生成すること、
前記レーザー受信機の前記光検出部で前記第２二重反射レーザーパルスを検出すること、及び
前記第１二重反射レーザーパルスと前記第２二重反射レーザーパルスとの間の位相差に基づき、前記レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定すること、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
この出願は２０１９年１０月２８日に出願された先の米国特許出願Ｎｏ．１６／６６５，１１８に基づく優先権を主張しており、その開示内容すべてが本明細書に取り込まれている。
【背景技術】
【0002】
本開示は概してレーザー計測システムに関するものであり、更に具体的には、レーザー受信機と関連付けられた完全な位置、及び一部の実施形態においては姿勢情報を提供するためのレーザー計測システムに関する。
【0003】
たとえば建設及び農業の作業現場などの作業現場における準備作業は、その作業現場の一部を整地及び掘削し、所望の地形とすることが一般的である。作業現場の準備作業では、このような整地及び掘削の精度を向上する目的で，位置計測が重要な側面を有している。レーザー計測システムは、位置計測を容易にする目的で、建設機械（たとえばドーザー、スクレーパー、掘削機など）において一般的に使用される。
【0004】
１つの従来のアプローチでは、位置計測を容易にするためにレーザー計測システムが利用されている。このような従来のレーザー計測システムでは、レーザー送信機のレーザーダイオードがレーザーパルスを投射し、レーザー受信機のフォトダイオードがレーザーパルスを受信する。レーザー送信機及びレーザー受信機は、それぞれレーザーダイオード及びフォトダイオードを中心とする反射面を備えている。反射面上のレーザーパルスの反射に基づき、レーザー送信機とレーザー受信機との間の距離を計算することができる。しかし、レーザー送信機がレーザー受信機に近接している場合には、レーザー送信機とレーザー受信機との距離を算出する目的で、直接レーザーパルスと反射レーザーパルスとを区別することは困難である。更に、このような従来のレーザー計測システムは、レーザー受信機の姿勢情報を提供しない。
【0005】
従来のレーザー計測システムの例の１つは、２０１８年１２月４日に発行された米国特許第１０，１４５，６７１号に記載されており、その開示内容すべてが本明細書に取り込まれている。
【発明の概要】
【0006】
一又は複数の実施形態によると、レーザー受信機の位置及び／又は姿勢を計測する目的で、レーザー受信機を動作させるためのシステム及び方法が提供される。レーザー送信機からの初期レーザーパルスからは、レーザー受信機の第１反射面を受信及び反射することにより第１反射レーザーパルスが生成され、レーザー受信機の第２反射面を受信及び反射することにより第２反射レーザーパルスが生成される。第１二重反射レーザーパルス及び第２二重反射パルスは、レーザー受信機の光検出部で検出される。第１二重反射レーザーパルスは、レーザー送信機の反射面に反射する第１反射レーザーパルスの結果として生成される。第２二重反射レーザーパルスは、レーザー送信機の反射面に反射する第２反射レーザーパルスの結果として生成される。第１二重反射レーザーパルス及び第２二重反射レーザーパルスに基づき、レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定する。
【0007】
一実施形態において方位角度は、第１二重反射レーザーパルスと第２二重反射レーザーパルスとの間の位相差を判定することによって決定される。１つ又は複数の追加の姿勢角度（たとえばピッチ角及びロール角）は、（たとえば傾斜）センサーを使用して決定することが考えられる。
【0008】
一実施形態において初期レーザーパルスは、レーザー受信機の光検出部において検出され、光検出部が初期レーザーパルスを検出する前にレーザー受信機の第１反射面が初期レーザーパルスを受信し、光検出部が初期レーザーパルスを検出した後にレーザー受信機の第２反射面が初期レーザーパルスを受信する。
【0009】
一実施形態において初期レーザーパルスは、レーザー送信機によって複数の変調副搬送波で変調され、レーザー送信機と関連付けられた水平角度、及びレーザー送信機と関連付けられた付加データを送信する。変調された初期レーザーパルスを復調し、複数の変調副搬送波の位相のベクトルを乗算ベクトルで乗算することによって、水平角度を抽出してもよい。
【0010】
一実施形態によるとレーザー受信機は、光検出部と、それぞれが光検出部の中心点からオフセット配置された中心点を有する少なくとも１つの反射面とを有する。
【0011】
一実施形態において少なくとも１つの反射面は、光検出部の中心と交差する平面の両側に位置する第１反射面及び第２反射面を有する。レーザー受信機の第１反射面及び第２反射面は、平面に対して対称に配置されうる。平面は光検出部の表面に対する法線上に位置する構成が考えられる。
【0012】
一実施形態においてレーザー受信機は更に、光検出部の周囲に位置する非反射領域を更に有する。光検出部は、レーザー送信機からの初期レーザーパルスを受信するものが考えられ、非反射領域のサイズは、レーザー送信機の反射面のサイズの少なくとも２倍である。
【0013】
一実施形態においてレーザー受信機は、１つ又は複数の追加の姿勢角度（たとえばピッチ角及びロール角）を決定するための（たとえば傾斜）センサーを有する。
【0014】
一又は複数の実施形態では、レーザー送信機を動作させるためのシステム及び方法が提供される。初期レーザーパルスがレーザー受信機に向けて投射される。第１反射レーザーパルスを受信及び反射して第１二重反射レーザーパルスが生成される。第２反射レーザーパルスを受信及び反射して第２二重反射レーザーパルスが生成される。第１反射レーザーパルス及び第２反射レーザーパルスは、初期レーザーパルスがレーザー受信機の第１反射面及び第２反射面それぞれを反射した結果として生成される。
【0015】
一実施形態において初期レーザーパルスは、レーザー送信機によって複数の変調副搬送波で変調され、レーザー送信機は、レーザー送信機と関連付けられた水平角度及びレーザー送信機と関連付けられた付加データを送信する。
【0016】
一実施形態では、レーザー送信機及びレーザー受信機を有するレーザー計測システムが提供される。レーザー送信機は、レーザー受信機に向けて初期レーザーパルスを投射する１つ又は複数のレーザー光源と、反射面とを有する。レーザー受信機は、初期レーザーパルスを反射して第１反射レーザーパルスを提供する第１反射面と、初期レーザーパルスを反射して第２反射レーザーパルスを提供する第２反射面とを有する。レーザー受信機は更に光検出部を有し、光検出部は、１）レーザー送信機の反射面に反射する第１反射レーザーパルスによって生成される第１二重反射レーザーパルスと、２）レーザー送信機の反射面に反射する第２反射レーザーパルスによって生成される第２二重反射レーザーパルスとを受信する。レーザー送信機は、第１及び第２二重反射レーザーパルスに基づき、レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定する。
【0017】
一実施形態では、レーザー受信機の位置及び／又は姿勢を計測する目的で、レーザー受信機及びレーザー送信機を動作させるためのシステム及び方法が提供される。レーザー送信機はレーザー受信機に向けて初期レーザーパルスを投射する。レーザー受信機の第１反射面は初期レーザーパルスを受信及び反射して第１反射レーザーパルスを生成する。レーザー送信機の反射面は第１反射レーザーパルスを受信及び反射して第１二重反射レーザーパルスを生成する。第１二重反射レーザーパルスはレーザー受信機の光検出部で検出される。レーザー受信機の第２反射面は初期レーザーパルスを受信及び反射して第２反射レーザーパルスを生成する。レーザー送信機の反射面は第２反射レーザーパルスを受信及び反射して第２二重反射レーザーパルスを生成する。第２二重反射レーザーパルスはレーザー受信機の光検出部で検出される。第１二重反射レーザーパルス及び第２二重反射レーザーパルスに基づき、レーザー受信機と関連付けられた方位角度を決定する。
【0018】
当業者にとって、本発明のこれらの利点及びその他の利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を参照することによって明白なものとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明のさまざまな実施形態によって提供されるレーザー計測システムは、レーザー送信機から受信したレーザーパルスに基づき、レーザー受信機と関連付けられた完全な３次元位置（すなわち垂直角度、水平角度、距離）及び／又は完全な３次元姿勢（すなわち方位角度及び２つの傾斜角度）を計算する。一実施形態においてレーザー送信機は、レーザーダイオードの中心からオフセット配置された反射面を有しており、レーザー受信機は、フォトダイオードの中心からそれぞれオフセット配置された２つの反射面を有する。この構成によって、レーザー送信機から投射された初期レーザーパルスは、レーザー受信機の２つのオフセット反射面によって、第１及び第２反射レーザーパルスとしてレーザー送信機に反射され、その後にレーザー送信機のオフセット反射面で反射され、第１及び第２二重反射レーザーパルスとしてレーザー受信機に戻る。レーザー受信機の反射面をオフセット配置することによって、直接初期レーザーパルスと、第１及び第２二重反射レーザーパルスとの間に時間遅延が追加されるので、時間領域における信号を分離することによって、レーザー受信機は、直接初期レーザーパルスと第１及び第２二重反射レーザーパルスとを容易に区別することが可能になる。レーザー受信機上の２つの反射面がフォトダイオードの両側に設置されているので、レーザー受信機は、第１二重反射レーザーパルスの位相と第２二重反射レーザーパルスの位相とを比較することによって、その方位角度を決定することができる。この構成の優位な点としてレーザー受信機は、送信及び反射した信号に基づき、レーザー受信機と関連付けられた３次元位置（すなわち垂直角度、水平角度、距離）だけでなく、方位角度も決定する。一実施形態においてレーザー受信機は更に、２つの追加の方位角度（すなわちロール角及びピッチ角）を提供するための１つ又は複数のセンサー（たとえば傾斜センサー）を備えてもよく、これは方位角度（すなわちヨー角）と併せて、レーザー受信機と関連付けられた完全な３次元姿勢を提供する。本発明の実施形態によるレーザー計測システムは、たとえば建設及び農業作業を実施するために使用することが考えられる。
【0037】
図１は、一又は複数の実施形態によるレーザー計測システム１００を示す。レーザー計測シスム１００は、レーザー送信機１０２及びレーザー受信機１０４を有する。図１に例示するように、レーザー受信機１０４は測量用ポール１０６に取り付けられるように構成されているが、レーザー受信機１０４はさまざまな構成が可能と考えられる。たとえばレーザー受信機１０４は、建設機械（たとえば掘削機、ダンプカー、ブルドーザー等）に取り付けられる構成、又は手持ち式装置に取り付けられる構成が考えられる。レーザー受信機１０４及びレーザー送信機１０２は、それぞれ図２Ａ及び図２Ｂで更に詳細に説明する。なおレーザー計測システム１００は、レーザー送信機１０２から受信したレーザー光線に基づき各レーザー受信機１０４の位置及び姿勢情報を計算するための任意の数のレーザー受信機を含む構成も考えられる。
【0038】
レーザー送信機１０２は、たとえば２００７年３月２７日発行の米国特許第７，１９６，３０２号に記載されているように（その全体が、本明細書に参照によって組み込まれる）、一定速度での回転照射中にＮ形ビーム１０８を投射する。レーザー送信機１０２は、（たとえば位相又は周波数の）変調を伴うＮ形ビーム１０８を投射することが考えられる。Ｎ形ビーム１０８は、ビーム１０８の光束の断面がＮ形となるように投射された複数の扇形ビームからなる。図１は、垂直ビーム１１０－Ａ、垂直ビーム１１０－Ｂ、並びに垂直ビーム１１０－Ａ及び１１０－Ｂに対して斜線上の角度θ１１２で傾斜するビーム１１０－ＣによってＮ形を形成するＮ形ビーム１０８を例示している。
【0039】
図２Ａは一又は複数の実施形態によるレーザー受信機２００の詳細図を示す。一実施形態においてレーザー受信機２００は、図１のレーザー受信機１０４である。レーザー受信機２００は、レーザー送信機（たとえば図１のレーザー送信機１０２）からのレーザーパルスを検出又は受信するための光検出部２０２（たとえばフォトダイオード）と、２つの反射面２０４－Ａ及び２０４－Ｂ（集合的に複数反射面２０４と称する）とを有する。複数反射面２０４は、レーザーパルスを反射するのに適したあらゆる反射面が考えられる。たとえば複数反射面２０４としては、複数のミラーエッジを有するコーナーリフレクター若しくはプリズム、又は再帰反射器の平坦な表面が考えられる。複数反射面２０４それぞれに関して、複数反射面２０４それぞれの中心点は光検出部２０２の中心点からオフセット配置されながら、複数反射面２０４それぞれの中心は非反射領域２０６内に位置するように配置されている 一実施形態において複数反射面２０４それぞれの中心は、レーザー送信機の反射面（たとえば図２Ｂのレーザー送信機２１０上の反射面２１４）のサイズ（たとえば直径）の２倍の領域内に位置する。一実施形態において複数反射面２０４は、平面２０８の両側にオフセット配置されている。平面２０８は光検出ユニット２０２の中心と交差しており、光検出ユニット２０２の表面に対して法線上に位置する。１つの例として複数反射面２０４は、面２０８の両側に、面２０８に対して対称に配置される。他の一実施形態において複数反射面２０４それぞれの中心点は、光検出ユニット２０２の中心点からオフセット配置され、これによって（たとえばレーザー送信機１０２から投射される）初期レーザーパルスは、光検出ユニット２０２が初期レーザーパルスを検出する前及び後それぞれにおいて、反射面２０４－Ａ及び反射面２０４－Ｂ （又はその逆）をそれぞれ反射する。
【0040】
レーザー受信機２００の筐体の前面２０９は、レーザー受信機２００の後方の反射物体からの望ましくない反射を防止する目的で、レーザー送信機の反射面（たとえば図２Ｂのレーザー送信機２１０上の反射面２１４）のサイズ（たとえば直径、表面積）の少なくとも２倍である。一実施形態においては、レーザー受信機２００は非反射領域２０６を有し、非反射領域２０６は光検出ユニット２０２の周囲に位置し（たとえば光検出ユニット２０２を中心とし）、非反射面を有する。図２Ａにおいて非反射領域２０６は例示的に複数反射面２０４と一部重複する部分として示されているが、複数反射面２０４は非反射領域２０６を覆うように配置されており、複数反射面２０４のこのような部分は非反射性ではないことを理解すべきである。非反射領域２０６は、あらゆる適切なサイズが考えられ、黒色塗料など、あらゆる適切な非反射面を有する構成が考えられる。一実施形態において非反射領域２０６は、レーザー送信機の反射面（たとえば図２Ｂのレーザー送信機２１０上の反射面２１４）のサイズ（たとえば表面積）の少なくとも２倍である。
【0041】
図２Ｂは一又は複数の実施形態によるレーザー送信機２１０の詳細図を示す。一実施形態においてレーザー送信機２１０は、図１のレーザー送信機１０２である。レーザー送信機２１０は、たとえばレーザーダイオードなどの複数のレーザー光源２１２－Ａ、２１２－Ｂ、２１２－Ｃ（集合的に複数レーザー光源２１２と称する）を有しており、回転照射において扇形ビームを投射することで、Ｎ形ビームを形成するように構成されている。レーザー送信機２１０は更に、反射面２１４を有しており、反射面２１４は、レーザーパルスを反射するのに適したあらゆる表面（たとえば複数のミラーエッジを有するコーナーリフレクター若しくはプリズム、又は再帰反射器の平坦面）が考えられる。反射面２１４の中心点は、複数レーザー光源２１２それぞれの中心点からオフセット配置され、非反射領域２１６内に位置する。一実施形態において反射面２１４の中心は、レーザー受信機の反射面（たとえば図２Ａのレーザー受信機２００上の反射面２０６）のサイズ（たとえば直径）の２倍の領域内に位置する。一実施形態において反射面２１４は、レーザー受信機上の反射面（たとえば図２Ａのレーザー受信機２００上の反射面２０６）と同一のサイズ（たとえば直径、表面積）であるが、異なるサイズも考えられる。
【0042】
レーザー送信機２１０の筐体の前面２１８は、レーザー送信機２１０の後方の反射物体からの望ましくない反射を防止する目的で、レーザー受信機の反射面（たとえば図２Ａのレーザー受信機２００上の反射面２０４－Ａ又は２０４－Ｂ）のサイズ（たとえば直径、表面積）の少なくとも２倍である。一実施形態においては、レーザー送信機２１０は非反射領域２１６を有し、非反射領域２１６は複数レーザー光源２１２の周囲に位置し（たとえば複数レーザー光源２１２を中心とし）、非反射面を有する。図２Ｂにおいて非反射領域２１６は例示的に反射面２１４と一部重複する部分として示されているが、反射面２１４は非反射領域２１６を覆うように配置されており、反射面２１４のこのような部分は非反射性ではないことを理解すべきである。非反射領域２１６は、あらゆる適切なサイズが考えられ、黒色塗料など、あらゆる適切な非反射面を有する構成が考えられる。一実施形態において非反射領域２１６は、レーザー受信機の反射面（たとえば図２Ａのレーザー受信機２００上の反射面２０４）のサイズ（たとえば表面積）の少なくとも２倍である。
【0043】
図３は一又は複数の実施形態によるレーザー送信機２１０とレーザー受信機２００との間のレーザーパルス送信及び反射のダイアグラム３００を示す。図３の説明には、図１、図２Ａ、図２Ｂを参照する。ダイアグラム３００は、一実施形態における、レーザー送信機２１０及びレーザー受信機２００の各要素の間におけるレーザーパルスの送信及び反射を示し、各事象は垂直軸の上から下に向けて漸次的に発生する。
【0044】
レーザー送信機２１０の複数レーザー光源２１２は、レーザー受信機２００に向けて初期レーザーパルス３０２を投射する。初期レーザーパルス３０２はレーザー受信機２００を横断しながら、しばらく連続して回転照射で投射される。これによって初期レーザーパルス３０２は、時間ポイント３１２、３２０、３２４において、それぞれレーザー受信機２００の反射面２０４－Ａ、光検出部２０２、反射面２０４－Ｂを横断しながら、連続的に回転照射で投射される。一実施形態において初期レーザーパルス３０２は、レーザー光源２１２－Ａ、２１２－Ｂ、２１２－Ｃによってそれぞれ投射された３つの別個のビーム１１０－Ａ、１１０－Ｃ、１１０－ＢからなるＮ形ビーム（たとえばＮ形ビーム１０８）である。一実施形態において初期レーザーパルス３０２は、複数の変調副搬送波によって変調され、レーザー受信機２００と関連付けられた水平角度及びレーザー送信機２１０と関連付けられた付加データを送信する。レーザー受信機２００と関連付けられた水平角度は、レーザー送信機２１０のエンコーダーによって提供され、変調された初期レーザーパルス３０２を介してレーザー受信機２００に送信される。
【0045】
時間ポイント３１２においてレーザー送信機２１０の複数レーザー光源２１２によって投射された初期レーザーパルス３０２は、時間ポイント３１４においてレーザー受信機２００の反射面２０４－Ａにより受光され、第１反射レーザーパルス３０４としてレーザー送信機２１０に向かって反射され、第１反射レーザーパルス３０４は、時間ポイント３１６においてレーザー送信機２１０の反射面２１４により受光され、第１二重反射レーザーパルス３０６としてレーザー受信機２００に向かって反射され、時間ポイント３１８においてレーザー受信機２００の光検出部２０２によって検出される。
【0046】
複数レーザー光源２１２がレーザー受信機２００を横断しながら回転照射の投射を続けると、時間ポイント３２０において複数レーザー光源２１２によって投射された初期レーザーパルス３０２は、時間ポイント３２２においてレーザー受信機２００の光検出部２０２によって検出される。
【0047】
複数レーザー光源２１２がレーザー受信機２００を横断しながら回転照射の投射を続けると、時間ポイント３２４において複数レーザー光源２１２によって投射された初期レーザーパルス３０２は、時間ポイント３２６においてレーザー受信機２００の反射面２０４－Ｂにより受光され、第２反射レーザーパルス３０８としてレーザー送信機２１０に向かって反射され、第２反射レーザーパルス３０８は、時間ポイント３２８においてレーザー送信機２１０の反射面２１４により受光され、第２二重反射レーザーパルス３１０としてレーザー受信機２００に向かって反射され、時間ポイント３３０においてレーザー受信機２００の光検出部２０２によって検出される。
【0048】
レーザー受信機２００上の反射面２０４－Ａ及び２０４－Ｂのオフセット配置によって、（時間ポイント３２２において）光検出部２０２が初期レーザーパルス３０２を検出する前に、初期レーザーパルス３０２は（時間ポイント３１４において）第１反射面２０４－Ａにより受信及び反射され、（時間ポイント３２２において）光検出部２０２が初期レーザーパルス３０２を検出した後に、初期レーザーパルス３０２は（時間ポイント３２６において）第２反射面２０４－Ｂにより受信及び反射される。反射面２０４－Ａ及び２０４－Ｂがオフセット配置されていることからレーザー受信機２００は、（レーザー送信機２１０から直接受信された）初期レーザーパルス３０２と、第１及び第２二重反射レーザーパルス３０６及び３１０とを容易に識別することができる。レーザー受信機２００は送信及び反射されたレーザーパルスに基づき、レーザー受信機２００の完全な３次元位置情報（すなわち垂直角度、水平角度、距離）及び方位角度を決定する。
【0049】
図４は、一又は複数の実施形態において、２回転するレーザー送信機（たとえば図２Ｂのレーザー送信機２１０）から送信され、レーザー受信機（たとえば図２Ａのレーザー受信機２００）により受信されるＮ－ビーム信号のグラフ４００を例示する。グラフ４００は、第１回転中にレーザー光源２１２－Ａが投射する第１レーザーパルス４０２－Ａと、レーザー光源２１２－Ｂが送信する中間レーザーパルス４０２－Ｂと、レーザー光源２１２－Ｃが送信する最終レーザーパルス４０２－ＣとからなるＮ－ビーム信号４０２を検出し、更に、第２回転中にレーザー光源２１２－Ａが投射する第１レーザーパルス４０４－Ａと、レーザー光源２１２－Ｂが投射する中間レーザーパルス４０４－Ｂと、レーザー光源２１２－Ｃが投射する最終レーザーパルス４０４－ＣとからなるＮ－ビーム信号４０４を検出するレーザー受信機を示す。Ｎ－ビーム信号４０２とＮ－ビーム信号４０４との間の時間は、１０ヘルツで回転するレーザー送信機（すなわちレーザー送信機の送信機ヘッド）の１回転を表す。なおレーザー受信機は、Ｎ－ビーム信号４０２及び４０４の二重反射レーザーパルス（グラフ４００には不図示）を検出可能であることを理解すべきである。
【0050】
図５は、一又は複数の実施形態によるレーザー受信機（たとえば図２のレーザー受信機２００）が１回転で受信したＮ－ビームの信号のグラフ５００を例示する。レーザー受信機は、集合的にＮ形ビーム（たとえば図１のＮ形ビーム１０８）を形成するビーム５０２、５０４及び５０６を受信する。具体的にビーム５０２は垂直ビーム（たとえば垂直ビーム１１０－Ａ）に対応し、ビーム５０４は傾斜ビーム（たとえば ビーム１１０－Ｃ）に対応し、ビーム５０６は垂直ビーム（たとえば垂直ビーム１１０－Ｂ）に対応する。
【0051】
図６は、一又は複数の実施形態による１つの直接パルスと１つの二重反射パルスとを有するレーザー受信機（たとえば図２のレーザー受信機２００）が受信する信号のグラフ６００を例示する。図６に関して説明するレーザー受信機は、単一の反射面（たとえば図２の反射面２０４－Ｂ）を有する。したがってグラフ６００に示すように、レーザー受信機は、直接初期レーザーパルス６０２及び二重反射レーザーパルス６０４を受信する。
【0052】
図７Ａは一又は複数の実施形態によるレーザー計測システム７００の更なる詳細を示す上面図、及び図７Ｂはその斜視図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいてレーザー送信機７０２は、回転照射によってＮ形ビーム７０６をレーザー受信機７０４に連続的に投射する。レーザー送信機７０２及びレーザー受信機７０４は、それぞれ反射面７１８及び７１６を有する。一実施形態においてレーザー送信機７０２は、図１のレーザー送信機１０２又は図２Ｂのレーザー送信機２１０とすることが考えられ、レーザー受信機７０４は、図１のレーザー受信機１０４又は図２のレーザー受信機２００とすることが考えられる。なお図７Ａ及び図７Ｂは、レーザー計測システム７００を高レベルで表したものであり、レーザー計測システム７００には、追加の構成要素（たとえば非反射領域）を含むことが可能であると理解すべきである。
【0053】
レーザー受信機７０４の位置は、さまざまなパラメータによって規定することができる。一実施形態においてレーザー受信機７０４の位置は、３次元座標及び３次元姿勢角度によって表すことができる。レーザー受信機７０４の３次元座標は、垂直角度７２０、水平角度７１０、距離Ｄ７０８によって規定することが考えられる。レーザー受信機７０４の３次元姿勢角度は、方位姿勢角度７１２（すなわちヨー角）と、２つの傾斜角度（すなわち、たとえばピッチ角及びロール角）とによって規定することが考えられる。垂直角度７２０は、レーザー受信機７０４が送信機基準水平面７２２に対して位置する角度である。水平角度７１０は、レーザー受信機７０４が送信機基準方向７１４に対して位置する角度である。距離Ｄ７０８は、レーザー送信機７０２とレーザー受信機７０４との間の距離である。方位姿勢角度７１２は、レーザー受信機７０４が基準方向７２４に対してＮ形ビーム７０６を受信する角度である。
【0054】
レーザー受信機７０４の３次元座標及び３次元姿勢角度を規定するパラメータは、Ｎ形ビーム７０６及びその反射に基づき決定することができる。レーザー受信機７０４と関連付けられた垂直角度７２０は、次に示す等式１によって計算することができる。
ここでｋはＮ－ビーム７０６のレーザー傾斜角度に基づく（すなわち図１の傾斜ビーム１１０－Ｃの角度１１２に基づく）係数であり、ｔ１、ｔ２及びｔ３は、Ｎ－ビーム７０６の各ビーム（たとえば図１のビーム１１０－Ａ、１１０－Ｃ及び１１０－Ｂ、図４のパルス４０２－Ａ、４０２－Ｂ、４０２－Ｃ、又は図５のビーム５０２、５０４、５０６）を受信するタイムスタンプである。
【数1】
【0055】
レーザー受信機７０４と関連付けられた水平角度７１０は、次に示す等式２によってＮ形ビーム７０６から復調することができる。
ここでＨは粗水平角度であり、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４はＮ形ビーム７０６の復調済副搬送波の位相である。水平角度は、Ｎ形ビーム７０６の各直接パルスについて（たとえば図５の各ビーム５０２、５０４、５０６について）別個に復調することができる。Ｎ形ビーム７０６の各直接パルス間の物理角度を使用して、Ｎ形ビーム７０６の各パルス間の水平角度の差（たとえばビーム５０２、５０４及び５０６の水平角度の差）が補正される。補正後、Ｎ形ビーム７０６の各パルスの水平角度を平均化してノイズを低減することができる。
【数2】
【0056】
レーザー送信機７０２とレーザー受信機７０４との間の距離Ｄ７０８は、Ｎ形ビーム７０６（すなわち直接初期レーザーパルス）の位相と、レーザー受信機７０４が受信したＮ形ビーム７０６の１つの二重反射レーザーパルス（たとえば図３の第１二重反射レーザーパルス３０６若しくは第２二重反射レーザーパルス３１０、又は図６のパルス６０２及び６０４）の位相とを、次に示す等式３によって比較することで計算される。
ここでＣは光の速度であり、ＰｒｉはラジアンによるＮ形ビーム７０６の反射パルスの位相（たとえばＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４）であり、ＰｄｉはＮ形ビーム７０６（すなわち直接初期レーザーパルス）の位相であり、ｆｉはｉ番目の副搬送波の有効周波数である。ここでの距離は、４つの副搬送波すべてについて独立して計算され、平均化することも考えられる。一実施形態においてこの距離は、Ｎ形ビーム７０６の各直接パルスについて別個に計算し、平均化して計算することも考えられる。
【数3】
【0057】
レーザー受信機７０４と関連付けられた方位姿勢角度７１２は、Ｎ形ビーム７０６の第１二重反射レーザーパルス（たとえば図４の第１二重反射レーザーパルス３０６）の位相と、Ｎ形ビーム７０６の第２二重反射レーザーパルス（たとえば第２二重反射レーザーパルス３１０）の位相とを、次に示す等式４によって比較することで計算可能である。
ここでＣは光の速度であり、Ｐ１及びＰ２はそれぞれ第１二重反射レーザーパルス及び第２二重反射レーザーパルスの位相であり、Ｌは第１二重反射レーザーパルスを反射する反射面と第２二重反射レーザーパルスを反射する反射面（たとえば図２Ａの反射面２０４－Ａと２０４－Ｂ）それぞれの中心点の間の距離であり、Ｆは効率的な搬送波周波数である。
【数4】
【0058】
一実施形態においてレーザー受信機７０４は、レーザー受信機７０４の１つ又は複数の追加の姿勢角度、例えばロール角及びピッチ角などを計測する１つ又は複数のセンサー（不図示）を備える。１つ又は複数のセンサーは、レーザー受信機２００の姿勢を計測するためのあらゆる適切なセンサーが考えられる。たとえば１つ又は複数のセンサーは、慣性計測ユニット、加速度計、傾斜計などの傾斜センサーを含むことが考えられる。
【0059】
優位な点として、一又は複数の実施形態によると、６次元における完全に確実な本体の姿勢に対して、完全な３次元位置及び３次元姿勢が達成される。このような完全な３次元位置及び３次元姿勢はレーザー受信機７０４により決定されるが、レーザー受信機７０４からレーザー送信機７０２への通信は行われない。具体的にレーザー受信機７０４は、その位置及び姿勢に関するすべての情報を決定し、その一方でレーザー送信機７０２は、すべての必要な情報を放送し、レーザーパルスを受動的に反射する。したがってレーザー受信機７０４からレーザー送信機７０２への通信が不要となる。
【0060】
図１に関して、一実施形態によるとレーザー送信機１０２は、複数の副搬送波を使用し、更にレーザー送信機１０２の瞬間的回転角度並びにレーザー受信機１０４に有用と思われる付加情報によって、Ｎ形ビーム１０８を変調する。この構成によると、変調後のＮ－ビーム１０８を受信したレーザー受信機１０４は、変調に使用された搬送波の副搬送波の位相（又は周波数）を計測することによって、レーザー受信機１０４と関連付けられた水平角度を追加的又は代替的に推定することができる。複数の副搬送波を使用した変調は、ここで説明したレーザー計測システムに限らず、たとえば無線周波数信号など、あらゆるタイプの信号送信に適用可能であることを理解すべきである。
【0061】
複数の副搬送波は、Ｎ形ビーム１０８を変調するために使用される搬送波の側波帯である。この複数の副搬送波には、あらゆる適切な数の副搬送波を含むことが考えられる。一実施形態において複数の副搬送波には、搬送波周波数とシンボル周波数との間で同期ロックしている直接合成方法を使用した（すなわち１つの発信器による）少なくとも２つの副搬送波が含まれる。他の一実施形態において複数の副搬送波には、搬送波周波数とシンボル周波数との間で同期していない直接合成方法を使用しない（すなわち２つの独立した発信器による）少なくとも３つの副搬送波が含まれる。
【0062】
レーザー受信機１０４は変調後のＮ形ビーム１０８を受信し、複数の副搬送波それぞれの位相を計測する。複数の副搬送波それぞれの位相はＮ次元空間におけるベクトルを形成し、ここでＮは副搬送波の数である。このベクトルは変換マトリックスを使用して、変換ベクトルに変換される。レーザー送信機１０２の搬送波位相、副搬送波位相及びヘッド回転（水平）角度は、変換ベクトルから独立して抽出することができる。
【0063】
複数の副搬送波は複数の仮想チャンネルを提供し、これらの仮想チャンネルによってレーザー送信機１０２は、レーザー受信機１０４（更に、図１に示されていないその他のレーザー受信機）にデータを送信する。これらの仮想チャンネルは、それぞれ独立して変調された信号であり、仮想チャンネルの数は副搬送波の数に対応する。これらの仮想チャンネルは、副搬送波位相ベクトル（たとえば４つの副搬送波についての副搬送波位相ベクトル｛Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４｝）を、復調マトリックス（たとえば図９の表９００のマトリックス）に乗算することによって抽出される。一実施形態では、曖昧さなしにレーザー受信機１０４と関連付けられた水平角度の粗推定を送信する目的で、１つ又は複数の仮想チャンネルを使用することが考えられる。レーザー受信機１０４と関連付けられた水平角度の推定精度を向上させる目的で、異なる乗算を追加することが可能である。他の一実施形態では、１つ又は複数の仮想チャンネルを使用して、たとえばレーザー送信機１０２のシリアルナンバー、送信機チャンネル、レーザー送信機１０２の位置座標（たとえばユーザーにより入力された又はその他の方法で計算された）、校正データ（たとえばＮ形ビーム１０８の正確な角度）、又は受信機１０４に有用と考えられるその他のデータなどの付加データを放送することが考えられる。
【0064】
図８には図１の参照に続き、一又は複数の実施形態による水平角度の復調のためのワークフロー８００が示されている。ワークフロー８００はたとえば、図１のレーザー受信機１０４、図２Ａのレーザー受信機２００、又は図７のレーザー受信機７０４などのレーザー受信機による実施が可能である。
【0065】
レーザー送信機１０２は、４つの副搬送波を使用してＮ形ビーム１０８を変調することができる。変調信号（ＴｘＳｉｇｎａｌ）は次に示す等式５で表され、ここでＡはレーザー送信機１０２の（そのエンコーダーからの）瞬間的ヘッド回転角度、Ｃは搬送波位相、Ｓは副搬送波位相、そしてＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４はそれぞれ変調副搬送波信号の位相である。
ここでＰ１＝Ｃ＋３Ｓ＋（Ａ/４）＋Ａ、Ｐ２＝Ｃ＋Ｓ－（Ａ/４）－３Ａ、Ｐ３＝Ｃ－Ｓ－（Ａ/４）＋３Ａ、及びＰ４＝Ｃ－３Ｓ＋（Ａ/４）－Ａである。位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、それぞれ同一の位相Ｓから整数乗算して導出されることから、インターロックされている（同一の発信器から導出されており、無秩序なものではない）。
【数5】
【0066】
図８に示すように、レーザー受信機１０４（たとえばレーザー受信機１０４の光検出部）は変調信号８０２を受信し、この変調信号は適切なレートでアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）８０４によってサンプリングされる。サンプリングされた信号は、周波数シフトを行う乗算器８０６－Ａ、８０６－Ｂ、８０６－Ｃ、及び８０６－Ｄ（集合的に複数乗算器８０６と称する）、更にパルス検出器８１２に入力される。パルス検出器８１２は、たとえばサンプリングされた信号を閾値と比較することによって、サンプリングされた信号がパルスであるのか否かを判定し、それぞれの位相｛Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４｝のサンプリングをトリガーする。乗算器８０６は、サンプリングされた信号を、デジタル局部発振器８４０からのそれぞれの位相に乗算し、ここでそれぞれの位相は、搬送波位相＋Ｎ＊副搬送波位相として決定され、ここでＮは図８に示す例によると、それぞれ－３、－１、＋１、及び＋３である。複数乗算器８０６の出力は、ローパス（ＬＰ）フィルター８０８－Ａ、８０８－Ｂ、８０８－Ｃ、及び８０８－Ｄそれぞれ（集合的に複数ローパス（ＬＰ）フィルター８０８と称する）によってローパスフィルタリングされる同位相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）の成分を含む複素信号である。
【0067】
複数ローパス（ＬＰ）フィルター８０８からのフィルタリングされた信号は、位相＝ａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）を使用して、位相変換器８１０－Ａ、８１０－Ｂ、８１０－Ｃ、及び８１０－Ｄ（集合的に複数位相変換器８１０と称する）によって１つの位相に変換され、位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４を決定する。乗算器８１４はスカラー乗法を適用し、位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４それぞれを、直交乗算ベクトル｛＋１、＋１、＋１、＋１｝に乗算する。これらの出力は結合器８２２によって結合され、搬送波位相Ｃを４倍の増倍率で抽出する。搬送波位相Ｃは搬送波位相ロックループ８３８に入力され、この搬送波位相ロックループ８３８は位相をデジタル局部発信器８４０に出力する。乗算器８１６はスカラー乗法を適用し、位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４それぞれを、直交乗算ベクトル｛＋３、＋１、－１、－３｝に乗算する。これらの出力は結合器８２４によって結合され、副搬送波位相Ｓを２０倍の増倍率で抽出する。副搬送波位相Ｓは副搬送波位相ロックループ８３６に入力され、この副搬送波位相同期ループ８３６は位相をデジタル局部発信器８４０に出力する。
【0068】
乗算器８１８はスカラー乗法を適用し、位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４それぞれを、直交乗算ベクトル｛＋１、－１、－１、＋１｝に乗算する。これらの出力は結合器８２６によって結合され、曖昧さなしに１倍の倍増率で粗水平角度Ａ８２６を抽出する。したがって水平角度Ａの推定値は、次に示す等式６によって抽出することができる。
乗算器８２０はスカラー乗法を適用し、位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４それぞれを、直交乗算ベクトル｛＋１、－３、＋３、－１｝に乗算する。これらの出力は結合器８２８によって結合され、曖昧さを伴う２０倍の倍増率で正確水平角度Ａ８３２を抽出する。曖昧さを伴わない粗水平角度８３０と、曖昧さを伴う正確水平角度８３２とは結合され、曖昧さを伴わない正確水平角度８３４を決定する。
【数6】
【0069】
【0070】
ベクトル｛＋１、＋１、＋１、＋１｝、｛＋３、＋１、－１、－３｝、｛＋１、－１、－１、＋１｝、｛＋１、－３、＋３、－１｝は４次元の直交ベクトルである。｛＋１、－１、－１、＋１｝及び｛＋１、－３、＋３、－１｝は同一角度Ａの情報でエンコードされるので、ノイズ推定ベクトル｛＋２１、－２３、－１７、＋１９｝を抽出することができる。具体的には、４つベクトルのうち２つのベクトルを相互依存情報（Ａ／４及びＡ）でエンコードすることによって、新たな独立ベクトルをＶ’＝（０．２５）＊｛＋１、－１、－１、＋１｝＋｛＋１、－３、＋３、－１｝＝｛１．２５、－３．２５、２．７５、－０．７５｝の線形結合として表すことができる。整数係数を得るために４を乗算すると、Ｖ＝｛５、－１３、１１、－３｝となる。これによって回転角度Ａに関するすべての情報が、基礎｛５、－１３、１１、－３｝に沿ってエンコードされる。｛５、－１３、１１、－３｝、｛１、１、１、１｝、及び｛＋３、＋１、－１、－３｝に対する整数係数を伴う直交ベクトルは｛＋２１、－２３、－１７、＋１９｝である。このベクトル｛＋２１、－２３、－１７、＋１９｝に沿って抽出された信号は、搬送波位相、副搬送波位相、及び回転角度Ａに関する情報を搬送しないので、ノイズのみを有する。このノイズ量は計測可能であり、回転角度Ａの精度を推定するために使用可能である。
【0071】
図１０は５つの副搬送波による復調を要約した表１０００を示し、ここでＮ個の副搬送波はＮ次元空間を規定する。２つの次元は搬送波位相情報及び副搬送波位相情報のために使用される。残りの３つの次元は、水平角度情報の送信及びその他のデータの送信のための３つの仮想データチャンネル（すなわちチャンネルＡ、チャンネルＢ、及びチャンネルＣ）を提供する。一実施形態においてチャンネルＡ、チャンネルＢ、及びチャンネルＣは、異なる精度レベルで水平角度を送信するために使用することができる。他の一実施形態では、チャンネルＡ、チャンネルＢ、及びチャンネルＣのうち２つのチャンネルのみが水平角度を送信するために使用され、その一方で３番目のチャンネルは、すべての受信機に支援情報を放送するために使用される。
【0072】
図１１は６個の副搬送波による復調を要約した表１１００を示す。４つの仮想データチャンネル（すなわちチャンネルＡ、チャンネルＢ、チャンネルＣ、及びチャンネルＤ）は、水平角度情報及びその他のデータ送信のために共用される。
【0073】
図１２は、一又は複数の実施形態による、レーザー受信機と関連付けられた位置及び／又は姿勢を決定するためのレーザー受信機の動作方法１２００を示す。方法１２００は図１乃至図３を参照して説明される。一実施形態において方法１２００の各ステップは、図１のレーザー受信機１０４、図２Ａのレーザー受信機２００、又は図７Ａ及び図７Ｂのレーザー受信機７０４によって実施されることが考えられる。
【0074】
ステップ１２０２においてレーザー受信機２００の第１反射面（たとえば反射面２０４－Ａ）は、レーザー送信機２１０からの初期レーザーパルス３０２を受信して反射し、第１反射レーザーパルス３０４を生成する。初期レーザーパルス３０２は、レーザー受信機２００を横断する回転照射においてレーザー送信機２１０の複数レーザー光源２１２が投射するＮ形ビーム１０８とすることが考えられる。一実施形態において初期レーザーパルス３０２は複数の変調副搬送波によって変調され、レーザー送信機２１０と関連付けられた水平角度情報、更にレーザー送信機２１０と関連付けられた付加データを、レーザー受信機２００に送信する。
【0075】
ステップ１２０４においてレーザー受信機２００の光検出部２０２は、第１二重反射レーザーパルス３０６を検出する。第１二重反射レーザーパルス３０６は、レーザー送信機２１０の反射面２１４が第１反射レーザーパルス３０４を反射することによって生成される。
【0076】
ステップ１２０６においてレーザー受信機２００の光検出部２０２は、初期レーザーパルス３０２を検出する。
【0077】
ステップ１２０８においてレーザー受信機２００の第２反射面（たとえば反射面２０４－Ｂ）は初期レーザーパルス３０２を受信して反射し、第２反射レーザーパルス３０８を生成する。一実施形態では、光検出部２０２が初期レーザーパルス３０２を検出する前に第１反射面２０４－Ａが初期レーザーパルス３０２を受信して反射し、光検出部２０２が初期レーザーパルス３０２を検出した後に、第２反射面２０４－Ｂが初期レーザーパルス３０２を受信及び反射する。
【0078】
ステップ１２１０においてレーザー受信機２００の光検出部２０２は、第２反射レーザーパルス３１０を検出する。第２二重反射レーザーパルス３１０は、レーザー送信機２１０の反射面２１４が第２反射レーザーパルス３０８を反射することによって生成される。
【0079】
ステップ１２１２では、第１二重反射レーザーパルス３０６及び第２二重反射レーザーパルス３１０に基づき、レーザー受信機２００と関連付けられた姿勢方位角度を決定する。姿勢方位角度は、第１二重反射レーザーパルス３０６と第２二重反射レーザーパルス３１０との間の位相差の判定によって決定することができる。一実施形態においてレーザー受信機２００は、１つ又は複数の追加の姿勢角度を決定する目的で、１つ又は複数のセンサーを有することも考えられる。
【0080】
ステップ１２１４ではレーザー受信機２００と関連付けられた３次元位置が決定される。たとえばレーザー受信機２００とレーザー送信機２１０との間の距離は、初期レーザーパルス３０２の位相と、第１二重反射レーザーパルス３０６若しくは第２二重反射レーザーパルス３１０のいずれか一方又は両方の位相との差に基づき決定することが考えられる。レーザー受信機２００と関連付けられた垂直角度は、初期レーザーパルス３０２のＮ形ビームの３つのビームの時間差比に基づき決定することが考えられる。レーザー受信機２００と関連付けられた水平角度は、変調後の初期レーザーパルス３０２の１つ又は複数の変調副搬送波から水平角度を復調することによって決定することが考えられる。
【0081】
図１３は一又は複数の実施形態によるレーザー送信機の動作方法１３００を示す。方法１３００は、レーザー受信機と関連付けられた位置及び／又は姿勢を決定する目的で、図１２に示すレーザー受信機の動作方法１２００と併せて適用することが考えられる。方法１３００は、レーザーパルスを放射して受動的に反射するという点で受動的であるが、いずれの位置も計算しない。方法１３００は図１乃至図３を参照して説明される。一実施形態において方法１３００の各ステップは、図１のレーザー送信機１０２、図２Ｂのレーザー送信機２１０、又は図７Ａ及び図７Ｂのレーザー送信機７０２によって実施されることが考えられる。
【0082】
ステップ１３０２では、回転照射において初期レーザーパルス３０２がレーザー受信機２００に向けて連続的に投射される。初期レーザーパルス３０２は、回転照射においてレーザー送信機２１０の複数レーザー光源２１２が投射するＮ形ビーム１０８とすることが考えられる。一実施形態において初期レーザーパルス３０２は複数の変調副搬送波によって変調され、レーザー送信機と関連付けられた水平角度情報、更にレーザー送信機と関連付けられた付加データを、レーザー受信機に送信する。
【0083】
ステップ１３０４においてレーザー送信機２１０の反射面２１４は第１反射レーザーパルス３０４を受信して反射し、第１二重反射レーザーパルス３０６を生成する。第１反射レーザーパルス３０４は、レーザー受信機２００の第１反射面（たとえば反射面２０４－Ａ）が初期レーザーパルス３０２を反射することによって生成される。
【0084】
ステップ１３０６においてレーザー送信機２１０の反射面２１４は第２反射レーザーパルス３０８を受信して反射し、第２二重反射レーザーパルス３１０を生成する。第２反射レーザーパルス３０８は、レーザー受信機２００の第２反射面（たとえば反射面２０４－Ｂ）が初期レーザーパルス３０２を反射することによって生成される。
【0085】
図１４は一又は複数の実施形態によるレーザー受信機１４０２の高レベルブロックダイアグラムを示す。一実施形態においてレーザー受信機１４０２は、図１のレーザー受信機１０４、図２Ａのレーザー受信機２００、又は図７Ａ及び図７Ｂのレーザー受信機７０４とすることが考えられる。なお図１４はレーザー受信機１４０２の高レベル表現であり、レーザー受信機１４０２の機能上のコンピューター関係の構成要素の概要を例示したものであり、レーザー受信機１４０２は追加の構造上又は機能上の構成部品で実施可能であることを理解すべきである。
【0086】
レーザー受信機１４０２は、１つ又は複数のレーザーパルス１４１６（たとえば図１のＮ形ビーム１０８）を検出及び受信する光検出部１４０８を有する。光検出部１４０８は、たとえば１つ又は複数の光検出器、フォトダイオード、又はその他の適切な装置を含むことが考えられる。レーザーパルス１４１６を受信すると、光検出信号プロセッサー１４０６への入力として光検出信号が提供され、光検出信号プロセッサー１４０６は、レーザー受信機１４０２が光を受信したのか否かを判定する。一般的に理解されることであるが、たとえばアナログ－デジタル変換など、あらゆる周知の態様による所定の信号処理が実施可能であり、光検出信号プロセッサー１４０６はプロセッサー１４０４と組み合わせて、レーザーパルス１４１６に重畳されたあらゆる変調データを抽出及び解析する。電源１４１４は周知の方法でレーザー受信機１４０２に電力を供給する。電源１４１４としては、たとえば再充電可能型電池（たとえばＮｉＭＨ）若しくはアルカリ電池などが考えられ、又は、たとえばレーザー受信機１４０２と関連付けられた建設機械などの外部電源からの電力供給も考えられる。メモリ１４１２はコンピュータープログラム指令（たとえばコード）を記憶しており、このコンピュータープログラム指令がプロセッサー１４０４によって実行される時点で、たとえば図１２の方法１２００のステップ１２１２及び１２１４、又はそれ以外でここに記載するさまざまな実施形態の各種動作など、多様な動作を実行する。当業者であれば、レーザー受信機１４０２の実施にはその他の構造を有する可能性があること、並びにその他の構成要素を含む可能性もあると理解するであろうし、更に図１４は、このようなレーザー受信機の構成要素の一部を例示する高レベル表現であると理解するであろう。
【0087】
図１５は一又は複数の実施形態によるレーザー送信機１５０２の高レベルブロックダイアグラムを示す。一実施形態においてレーザー送信機１５０２は、図１のレーザー送信機１０２、図２Ｂのレーザー送信機２１０、又は図７Ａ及び図７Ｂのレーザー送信機７０２とすることが考えられる。なお図１５はレーザー送信機１５０２の高レベル表現であり、レーザー送信機１５０２の機能上のコンピューター関係の構成要素の概要を例示したものであり、レーザー送信機１５０２は追加の構造上又は機能上の構成部品で実施可能であることを理解すべきである。
【0088】
レーザー送信機１５０２は、１つ又は複数のレーザーパルス１５１４（たとえば図１のＮ形ビーム１０８）を投射するレーザー光源１５０６を有する。レーザー送信機１５０２はレーザーパルス１５１４上のデータを変調することが考えられる。ロータリーエンコーダー１５０８は、レーザー送信機１５０２のヘッドの瞬間的角度を計測する。電源１５１２は周知の方法でレーザー送信機１５０２に電力を供給する。電源１５１２としては、たとえば再充電可能型電池（たとえばＮｉＭＨ）若しくはアルカリ電池などが考えられ、又は、たとえばレーザー送信機１５０２と関連付けられた建設機械などの外部電源からの電力供給も考えられる。メモリ１５１０はコンピュータープログラム指令（たとえばコード）を記憶しており、このコンピュータープログラム指令がプロセッサー１５０４によって実行される時点で、さまざまな動作（たとえば変調）を実行する。当業者であれば、レーザー送信機１５０２の実施にはその他の構造を有する可能性があること、並びにその他の構成要素を含む可能性もあると理解するであろうし、更に図１５は、このようなレーザー送信機の構成要素の一部を例示する高レベル表現であると理解するであろう。
【0089】
ここに記載したシステム、装置、及び方法は、デジタル回路を使用することによって、又は、周知のコンピュータープロセッサー、メモリユニット、記憶装置、コンピューターソフトウェア、及びその他の構成要素を使用する１つ又は複数のコンピューターを使用することによって、実施することが考えられる。典型的な例としてコンピューターには、指令を実行するプロセッサーと、指令及びデータを記憶するための１つ又は複数のメモリとが含まれる。コンピューターには更に、１つ又は複数の磁気ディスク、内部ハードディスク、リムーバブルディスク、光磁気ディスク、光ディスクなど、１つ又は複数の大容量記憶装置を含むこと、又はそれに接続されることが考えられる。
【0090】
ここに記載したシステム、装置、及び方法は、クライアント－サーバー関係において動作するコンピューターを使用して実施することが考えられる。典型的な例としてこのようなシステムでは、クライアントコンピューターがサーバーコンピューターから遠隔した位置にあり、ネットワークを介して相互動作する。クライアント－サーバー関係は、それぞれのクライアントコンピューター及びサーバーコンピューター上で実行されるコンピュータープログラムによって、定義及び管理することが考えられる。
【0091】
ここに記載したシステム、装置、及び方法は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内で実施することが考えられる。このようなネットワークベースのクラウドコンピューティングシステムでは、ネットワークに接続されたサーバー又はその他のプロセッサーが、ネットワークを介して１つ又は複数のクライアントコンピューターと通信する。クライアントコンピューターは、たとえばクライアントコンピューター上に常駐して動作するネットワークブラウザアプリケーションを介してサーバーと通信することが考えられる。クライアントコンピューターはサーバーにデータを格納し、ネットワークを介してデータにアクセスすることが考えられる。クライアントコンピューターはネットワークを介して、データの要求又はオンラインサービスの要求をサーバーに送信することが考えられる。サーバーは要求されたサービスを実行し、クライアントコンピューターにデータを提供することが考えられる。サーバーは更に、たとえば計算を行う目的で、特定の機能を実行させるための適切なデータをクライアントコンピューターに送信し、特定のデータを画面などに表示させる構成も考えられる。たとえばサーバーは、図１２の１つ若しくは複数のステップ又は機能などのここに記載した方法及びワークフローの１つ若しくは複数のステップ、又は各機能を実行させるための適切な要求をクライアントコンピューターに送信する構成も考えられる。図１２の１つ若しくは複数のステップ又は機能などのここに記載した方法及びワークフローのいくつかのステップ又は機能は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のサーバー、又はその他のプロセッサーによって実行される構成も考えられる。図１２の１つ若しくは複数のステップを含む、ここ記載した方法及びワークフローのいくつかのステップ又は機能は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のクライアントコンピューターによって実行される構成も考えられる。図１２の１つ又は複数のステップなどのここに記載した方法及びワークフローの各ステップ又は各機能は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のサーバー及び／又はクライアントコンピューターのあらゆる組合せによって実行されることも考えられる。
【0092】
ここ記載したシステム、装置、及び方法は、たとえばプログラム可能なプロセッサーが実行するための情報搬送体、たとえば非一時的機械可読記憶装置内に有体的に具現化されたコンピュータープログラム製品を使用して実施することが考えられ、図１２の１つ若しくは複数のステップ又は機能を含む、ここに記載した方法及びワークフローの各ステップは、そのプロセッサーによって実行可能な１つ又は複数のコンピュータープログラムを使用して実施することが考えられる。コンピュータープログラムとは、コンピューター内で直接的又は間接的に使用可能な１セットのコンピュータープログラム指令であって、何らかの活動を実行するもの又は何らかの結果を引き起こすものをいう。コンピュータープログラムは、コンパイルされた言語又は解釈された言語を含むあらゆる形式のプログラミング言語で書くことが可能であり、スタンドアローンプログラムとしての形態、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境での使用に適したその他のユニットとしての形態を含むあらゆる形態で展開することが可能である。
【0093】
当業者であれば、図１４のレーザー受信機１４０２及び図１５のレーザー送信機１５０２の実施にはその他の構造を有する可能性があること、並びにその他の構成要素を含む可能性もあると理解するであろうし、更に図１４及び図１５は、このようなレーザー受信機及びレーザー送信機の構成要素の一部を例示する高レベル表現であると理解するであろう。たとえばレーザー受信機１４０２及びレーザー送信機１５０２には、ネットワークを介して他の装置と通信するための１つ又は複数のネットワークインターフェイスを含む構成、更に、他のコンピューター又はシステム（たとえばディスプレイ、キーボード、マウス、スピーカー、ボタンなど）とのユーザー相互作用を可能にする１つ又は複数の入出力装置を含む構成も考えられる。この入出力装置には、プリンター、スキャナー、表示画面などの周辺機器を含むことも考えられる。たとえば入出力装置には、情報をユーザーに表示する陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニターなどの表示装置、キーボード、更にユーザーが入力を提供可能なマウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスを含むことも考えられる。
【0094】
プロセッサー１４０４及び１５０４には、汎用マイクロプロセッサー及び専用マイクロプロセッサーのいずれか又は両方を含む構成が考えられ、これは単独プロセッサー又は複数プロセッサーの構成が考えられる。プロセッサー１４０４及び１５０４には、たとえば１つ又は複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）を含む構成が考えられる。プロセッサー１４０４及び１５０４、並びに／又はメモリ１４１２及び１５１０には、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又は、１つ又は複数の書き換え可能型ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む構成、これらによって補完される構成、これらを組み込む構成などが考えられる。
【0095】
メモリ１４１２及び１５１０はそれぞれ、有形の非一時的コンピューター読取可能記憶媒体を有しており、各媒体には、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダブルデータレート同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＤＲ ＲＡＭ）、またはその他のランダムアクセス固体記憶装置などの高速ランダムアクセスメモリが含まれる。更に、各媒体には、内部ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの１つ又は複数の磁気ディスク記憶装置、光磁気ディスク記憶装置、光ディスク記憶装置、フラッシュメモリ装置、消去可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）などの半導体記憶装置、書換え可能読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク読取り専用メモリ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）、またはその他の不揮発性固体記憶装置などの不揮発性メモリが含まれる。
【0096】
上述した詳細な説明は、すべての点において参考的かつ例示的であるが、限定的なものではないと理解され、ここで開示された発明の範囲は詳細な説明から決定すべきでなく、むしろ、各特許法で許される最大の幅によって解釈される請求の範囲から決定すべきである。ここで表示及び説明した各実施形態は本発明の原理を参考的に示したものに過ぎず、当業者であれば、発明の範囲及び要旨から逸脱することなく、各種変形例の実施が可能なものと理解するであろう。また当業者であれば、発明の範囲及び要旨から逸脱することなく、各種特徴のその他の組合せの実施が可能なものと考えるであろう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】