Elektrooptischer Entfernungsmesser
Die Erfindung betrifft einen elektrooptischen Entfernungsmesser mit je einem optischen System zum Senden und Empfangen eines intensitätsmodulierten Lichtbündels, in dem die optischen Systeme gemeinsam um eine horizontale und eine vertikale Achse schwenkbar gelagert sind und bei dem mindestens ein optisches System durch Zuordnung weiterer optischer Glieder als visuell benutzbares Zielfernrohr ausgebildet ist.
Es sind bereits elektrooptische Entfernungsmesser bekannt, die selbst oder deren optische Systeme durch Schwenken um eine horizontale und eine vertikale Achse mit geringer Genauigkeit orientierbar sind. Diese elektrooptischen Entfernungsmesser sind zwar sehr gut zur Streckenmessung, jedoch wegen der geringen Genauigkeit der Orientierungsmittel zu Richtungs- oder Winkelmessungen, wie sie etwa mit Theodoliten durchgeführt werden, ungeeignet.
Im allgemeinen Bestreben nach Verkleinerung der geodätischen Instrumente und Verringerung des instrumentellen Aufwandes zur Durchführung eines Messprogramms wurde auch schon ein elektrooptischer Entfernungsmesser mit den theodolitähnlichen Merkmalen vorgestellt, in dem die optischen Systeme zum Senden und Empfangen des modulierten Lichtbündels teilweise koaxial angeordnet sind. Die Schwenkungen der Systeme um die horizontale Achse sind an einem Höhenkreis genau ablesbar, und eines der optischen Systeme ist zu einem Zielfernrohr ergänzt. Die Schwenkungen des elektrooptischen Entfernungsmessers um seine vertikale Achse (Horizontalwinkel) sind nicht messbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrooptischen Entfernungsmesser so ausbilden, dass er zur genauen Messung von Horizontalwinkeln und darüber hinaus von Vertikalwinkeln geeignet ist.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass im elektrooptischen Entfernungsmesser ein Teilungsträger koaxial zur Vertikalachse und ein Zeiger zur Ermittlung der relativen Lage des Teilungsträgers angeordnet sind. Vorteilhaft sind einem derart ausgebildeten elektrooptischen Entfernungsmesser auch ein zur Horizontalachse konzentrischer Teilungsträger und ein entsprechender Zeiger zugeordnet, mit deren Hilfe die Schwenkungen der optischen Systeme um die horizontale Achse in bekannter Weise genau bestimmt werden können. Die Teilungsträger können aus durchsichtigem oder undurchsichtigem Material bestehen, sie können Einfach- oder Doppelkreise sein. Die jeweilige Teilung kann eine aus Strichen bestehende oder eine codierte Winkelteilung sein.
Der Zeiger kann die Form eines Striches, einer mit fotoelektrischen Empfängern zusammenwirkender Blende oder mehrere Striche haben, die zwei um 1800 des Teilungsträgers versetzten Teilen angehören.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist zur objektiven oder subjektiven Erfassung der relativen Lage von Teilungsträgern und Zeigem eine einzige Vorrichtung, beispielsweise ein Ablesemikroskop, vorgesehen, mit deren Hilfe die Schwenkungen der optischen Systeme um die horizontale und vertikale Achse zeitlich nacheinander oder örtlich nebeneinander bestimmbar sind. Vorteilhaft sind die beiden optischen Systeme mit gemeinsamer optischer Achse ineinandergeschoben angeordnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung sind ein Objektiv 1, eine Fokussierlinse 2 und ein ringförmi- ger, abbildender Spiegel 3 mit gemeinsamer optischer Achse 0-0 angeordnet. In oder in der Nähe einer öffnung 4 des Spiegels 3 befindet sich eine moduliertes Licht aussendende Strahlungsquelle 5 auf der optischen Achse 0-0. Zwischen dem Spiegel 3 und der Fokussierlinse 2 ist ein Prisma 6 mit einer reflektierenden Kathetenfläche 7 und einer reflektierenden Hypotenusenfläche 8 so angeordnet, dass der optische Weg zwischen der Strahlungsquelle 5, der dem Spiegel 3 zugekehrten Kathetenfläche 7 und dem Spiegel 3 gleich der Brennweite des ringförmigen, abbildenden Spiegels ist.
Eine Zielmarke 9 befindet sich in der Bildebene des optischen Systems 1 ; 2, die gleichzeitig die Bildebene eines dreigliedrigen Okulars 10; 11; 12 mit der optischen Achse 0i-0i und die Objektebene eines Abbildungssystem 13 mit der optischen Achse 02-02 ist, in dessen Bildebene eine Blende 14 mit einem nachfolgenden lichtelektrischen Empfänger 15 vorgesehen ist. Die Hypotenusenfläche 8 ist der Fokussierlinse 2 und der Zielmarke 9 zugewandt und unter 450 zur optischen Achse O..-O. geneigt. Zwischen der Zielmarke 9 einerseits sowie dem Okular 10; 11; 12 und dem Abbildungssystem 13 andererseits befindet sich ein in den Abbildungsstrahlengang einklappbarer Spiegel 16, der im eingeklappten Zustand dargestellt ist.
Anstelle des Spiegels könnte auch ein Strahlenteiler Verwendung finden.
Objektiv 1 und Fokussierlinse 2 bilden das dem Empfang dienende optische System und Spiegel 3 und reflektierende Kathetenfläche 7 bilden das der Aussendung dienende optische System des Entfernungsmessers.
Beide Systeme sind gemeinsam um eine horizontale Achse X-X und eine vertikale Achse Y-Y schwenkbar.
Zur Messung der Schwenkungen um die horizontale Achse ist mit den beiden optischen Systemen koaxial zur Achse X-X.ein Teilkreis 17 starr verbunden. Koaxial zur Achse Y-Y ist ein zweiter Teilkreis 18 gelagert, der an den Schwenkbewegungen der beiden optischen Systeme nicht teilnimmt und zur Messung ihrer Schwenkungen um die Achse Y-Y dient.
Der Beleuchtung der Messstelle des Teilkreises 17 dient ein Spiegel 19, der über ein Prismensystem 20; 21 natürliches oder künstliches Licht der Messstelle zuleitet.
Prismen 22; 23; 24 und Linsen 25; 26; 27 besorgen die seitenrichtige Abbildung der Messstelle in die ebene eines als Strichplatte ausgebildeten Zeigers 28, der zusammen mit dem Bild der Messstelle durch ein Okular 29 betrachtbar ist. Die Beleuchtung der Messstelle des Teilkreises 18 erfolgt über einen Spiegel 30 und ein Prisma 31. Zwei Linsen 32 und 33 bilden die Messstelle des Teilkreises 18 ebenfalls in die Ebene des Zeigers 28, in die Bildebene des Okulars 29, ab. Das Prisma 24 kann in die Lage 24' gebracht werden, wodurch der Strahlengang 34 zum Zeiger 28 unterbrochen und der Strahlengang 35 zum Zeiger 28 freigegeben wird.
Zwischen dem Zeiger 28 und dem Okular 29 ist ein Spiegel 36 so angeordnet, dass die Achse X-X in seiner reflektierenden Fläche liegt und dass er beim Schwenken des Okulars 29 um die Achse X-X sich um den halben Schwenkungswinkel um die gleiche Achse bewegt.
Ein von der Strahlungsquelle 5 ausgesendetes divergierendes Lichtbündel 50 wird an der Kathetenfläche 7 zum Spiegel 3 reflektiert und von diesem parallel zur optischen Achse 0-0 ausgesendet. Durch Schwenken der optischen Systeme 1; 2 und 3; 7 um die Achsen X-X und Y-Y wird bei gleichzeitigem Einblick in das Okular 10; 11; 12 des Zielfernrohrs, zu dem noch der Spiegel 16 die Strichplatte 9, die Hypotenusenfläche 8, die Fokussierlinse 2 und das Objektiv 1 gehören, die Senderichtung des Lichtbündels 50 solange verändert bis es den nicht dargestellten, entfernt aufgestellten Reflektor trifft. Dieser reflektiert dann einen Teil des Lichtbündels 50 zum elektrooptischen Entfernungsmesser, in das Zielfernrohr.
Mit Hilfe des Zielfernrohrs wird der elektrooptische Entfernungsmesser genau auf den durch den Reflektor markierten, entfernt liegenden Zielpunkt ausgerichtet und die Richtungen und Entfernungen zu diesem Zielpunkt gemessen. Dabei gibt die Lage des Zeigers 28 in den Bildern der Messstelle des Horizontalkreises 17 und des Vertikalkreises 18 den Horizontal- bzw. Vertikalwinkel an.
Anstatt die beiden optischen Systeme 1; 2 und 3; 7 koaxial anzuordnen, können sie in bekannter Weise auch über- oder nebeneinander angeordnet sein. Die Erfindung erstreckt sich auch auf solche elektrooptischen Entfernungsmesser mit zwei Teilkreisen (Teilungsträgern), bei denen jedem Teilkreis ein eigener Zeiger mit einem eigenen Ablesesystem zugeordnet ist oder bei dem die Teilkreise von einer gemeinsamen, künstlichen oder natürlichen Lichtquelle durch eine einzige Öffnung beleuchtet werden.
Falls die Strahlungsquelle 5 im wesentlichen nur unsichtbares Licht aussendet, kann vorzugsweise dem sendenden optischen System 3; 7 im Brennpunkt des Spiegels 3 eine Lichtquelle zugeordnet sein, die sichtbares Licht aussendet und zusammen mit dem optischen System 3; 7 als Suchscheinwerfer dient. Sowohl das sendende als auch das empfangende optische System kann grundsätzlich als Zielfernrohr ausgebildet sein.