CH692519A5 - Lasertheodolit. - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lasertheodolit, welcher in der Lage ist, einen Laserstrahl in einer Kollimationsrichtung zu emittieren. 



  Eine optische Struktur, wie die in Fig. 1 gezeigte, ist als ein Lasertheodolit bekannt. Eine Objektivlinse 50, eine Fokussierlinse 51, ein Fadenkreuz 52 und ein Okular 53 sind innerhalb des Objektivtubus des Kollimations-Teleskops des Lasertheodolits vorgesehen. Es ist auch ein als Reflexions- und/oder Strahlenteilelement dienender Halbspiegel 54 zwischen der Fokussierlinse 51 und dem Fadenkreuz 52 vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird ein Laserstrahl von einer Helium-Neon-Laserlichtquelle 55 in einer Kollimationsrichtung reflektiert. Weiterhin sind eine bewegbare Laserstrahl-Fokussierlinse 56, ein vollständig reflektierender Spiegel 57 und eine bewegbare Laserstrahl-Fokussierlinse 58 zwischen der Helium-Neon-Laserlichtquelle 55 und dem Halbspiegel 54 vorgesehen.

   Wenn die bewegbaren Linsen 56 und 58 in der Richtung der optischen Achse bewegt und in eine geeignete Stellung verschoben werden, wird ein Laserstrahl von der Helium-Neon-Laserlichtquelle 55 bei der Position Q fokussiert und ein reales Bild wird erzeugt. Eine Linse 59 ist zwischen der bewegbaren Linse 58 und dem Halbspiegel 54 vorgesehen. Die Brennweite der Linse 59 ist grösser als der Abstand von der Position der Linse 59 zu der Position Q. Das virtuelle Bild Q min  bei der Position Q, welches durch die Linse 59 und das Fadenkreuz 52 gebildet wird, ist mit Bezug auf den Halbspiegel 54 konjugiert. 



  Jedoch reflektiert bei diesem herkömmlichen Lasertheodoliten der Halbspiegel 54 einen Teil des Laserstrahls in die Kollimationsrichtung und lässt den restlichen Teil durch auf Grund seiner wesentlichen Beschaffenheit. Auch reflektiert der Halbspiegel 54 einen Teil des parallel gerichteten Lichts, welches von einem in der Kollimationsrichtung liegenden Kollimationspunkt zu dem Kollimationssystem des Kollimationsteleskops hin einfällt und zur selben Zeit lässt er den restlichen Teil durch. Auf Grund der Existenz des Halbspiegels 54 wird ein Teil des parallel gerichteten Lichts reflektiert und das Sehfeld wird dunkel, und folglich hat dieser herkömmliche Lasertheodolit den Nachteil, dass es schwierig ist, den Vermessungsvorgang genau und schnell durchzuführen.

   Auch wird, wenn der Laserstrahl von der Helium-Neon-Laserlichtquelle 55 durch den Halbspiegel 54 in der Kollimationsrichtung reflektiert wird, ein Teil des Laserstrahls von dem Halbspiegel 54 durchgelassen. Aus diesem Grund ist die Lichtmenge des Laserstrahls, welche von dem Halbspiegel 54 zu dem Kollimationspunkt reflektiert wird, verringert. In ähnlicher Weise wird ein Teil des von dem Kollimationspunkt reflektierten Laserstrahls durch den Halbspiegel 54 reflektiert, sodass die Lichtmenge und/oder Lichtstärke des reflektierten Laserstrahls, welcher zu dem Fadenkreuz 52 durchgelassen wird, reduziert wird. Folglich besteht der Nachteil, dass der von dem Kollimationspunkt reflektierte Laserstrahl auch schwierig zu kollimieren bzw. parallel zu richten ist.

   Weiterhin wird der Laserstrahl, der in der Kollimationsrichtung durchgelassen wird, ohne von dem Halbspiegel 54 reflektiert zu werden, leicht ein Störbild. Beispielsweise hat in dem Fall, in welchem sichtbares Laserlicht mit roter Farbe verwendet wird, der herkömmliche Lasertheodolit den Nachteil, dass das gesamte Sehfeld rötlich aussieht. 



  Es ist demgemäss die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lasertheodolit zu schaffen, welcher ermöglicht ein Sehfeld gut zu erhellen und einen an einem Kollimationspunkt reflektierten Laserstrahl leicht erkennbar zu machen. 



  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Lasertheodoliten ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Der Lasertheodolit gemäss der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Kollimations-Teleskop, eine Fokussierlinse und ein Fadenkreuz, die in dem Kollimations-Teleskop vorgesehen sind, einen Polarisations-Strahlenteiler, der auf einer optischen Achse zwischen der Fokussierlinse und dem Fadenkreuz vorgesehen ist, um einen Laserstrahl in einer Kollimationsrichtung zu reflektieren, und einen Laserstrahl-Lichtquellenbereich zum Emittieren des Laserlichts zu dem Polarisations-Strahlenteiler hin. Der Laserstrahl-Lichtquellenbereich und das Fadenkreuz sind mit Bezug auf den Polarisations-Strahlenteiler konjugiert. 



  Der Laserstrahl-Lichtquellenbereich emittiert beim Betrieb einen Laserstrahl zu dem Polarisations-Strahlenteiler hin. Der Polarisations-Strahlenteiler reflektiert den Laserstrahl in der Kollimationsrichtung und lässt den reflektierten Laserstrahl von einem Kollimationspunkt, der in der Kollimationsrichtung vor dem Kollimations-Teleskop liegt, zu dem Fadenkreuz hin durch. 



  In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine polarisierende Vorrichtung zwischen dem Polarisations-Strahlenteiler und der Laserstrahlen-Lichtquelle vorgesehen, welche den Laserstrahl, der dann durch den Polarisations-Strahlenteiler in der Kollimationsrichtung reflektiert wird, durchlässt. 



  Bei einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Kollimations-Teleskop in einem Paar von Stützberei chen vorgesehen, sodass es drehbar ist, und ein Antriebsleistungs-Zuführungsbereich für den Laserstrahl-Lichtquellenbereich ist in einem von dem Paar von Stützbereichen vorgesehen, sodass beim Betrieb elektrische Energie und/oder Leistung von dem Antriebsleistungs-Zuführungsbereich über einen Schleifring zu dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich geliefert wird. 



  Bei einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtquellen-Gehäusebereich zur Aufnahme des Laserstrahl-Lichtquellenbereichs in dem Kollimations-Teleskop derart vorgesehen, dass er von dem Kollimations-Teleskop vorsteht. 



  Bei einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dient der Lichtquellen-Gehäusebereich als ein Strahlungsbereich, welcher von dem Halbleiterlaser erzeugte Wärme abstrahlt. 



  Bei einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Sichtbereich, nämlich ein Sternbeleuchtungsbereich zum Durchführen einer Grobkollimation auf der Oberseite des Lichtquellen-Gehäusebereichs vorgesehen. 



  Bei einer sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriepaket in dem anderen Stützbereich des Paares von Stützbereichen vorgesehen. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 eine schematische Ansicht des optischen Systems eines herkömmlichen Lasertheodolits, 
   Fig. 2 eine Vorderansicht eines Lasertheodolits gemäss der vorliegenden Erfindung, 
   Fig. 3(a) eine schematische Ansicht des optischen Systems des Lasertheodolits gemäss der vorliegenden Erfindung, 
   Fig. 3(b) eine schematische Ansicht, welche verwendet wird zur Erläuterung, wie ein Laserstrahl von dem optischen System zu einem Kollimationspunkt hin in einer Kollimationsrichtung emittiert wird, 
   Fig. 3(c) eine schematische Ansicht, welche verwendet wird zur Erläuterung, wie ein von einem Kollimationspunkt kommender kollimierter, parallel gerichteter Strahl fokussiert wird, und 
   Fig.

   4 eine schematische Ansicht, die verwendet wird zur Erläuterung, wie der Halbleiterlaser des Lasertheodolits gemäss der vorliegenden Erfindung betrieben wird, und die die Anordnung und die Verbindungsbeziehung zwischen dem Halbleiterlaser, einer Energie- und/oder Leistungsquelle, und einem Lasertreiberbereich illustriert. 
 



  Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher ein Laserthoedolit entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In der Figur bezeichnen die Bezugszahlen 1 und 2 die Basis bzw. den Hauptkörper des Lasertheodolits. Der Hauptkörper 2 ist in einer horizontalen Ebene mit Bezug auf die Basis 1 drehbar. Der Hauptkörper 2 hat einen Anzeige- und Steuerbereich 3 und ein Paar von Stützbereichen 4. Der Anzeige- und Steuerbereich 3 ist mit einem Anzeige-Schirm 3a und Steuerknöpfen 3b versehen. Ein Griff 5 stellt eine Brücke zwischen dem Paar von Stützbereichen 4 dar. 



  Ein Teleskopbereich oder Kollimations-Teleskop 6 ist in dem Zwischenbereich des Hauptkörpers 2 zwischen dem Paar von Stützbereichen 4 so vorgesehen, dass der Teleskopbereich 6 in einer vertikalen Ebene drehbar ist. In dem Spiegeltubus 7 des Teleskopbereichs 6 ist ein optisches Kollimationssystem 8 vorgesehen. 



  Das optische Kollimationssystem 8 besitzt eine Objektivlinse 9, eine Fokussierlinse 10, ein Bildumkehrprisma 11, ein Fadenkreuz 12 und ein Okular 13, wie es in den Fig. 3(a) bis 3(c) gezeigt ist. Durch Bewegen und geeignetes Einstellen der Fokussierlinse 10 entlang der optischen Achse 0 des optischen Kollimationssystems 8 wird erreicht, dass bei der Benützung des Theodolits von einem Objekt bei einem Kollimationspunkt, der in einer Kollimationsrichtung vor dem Teleskopbereich bzw. Kollimations-Teleskop 6 liegt, ein Bild auf dem Fadenkreuz 12 gebildet wird, während das Laserlicht vom Objekt zum Bild auf dem Fadenkreuz 12 fokussiert wird. 



  Ein als Reflexions- und/oder Strahlenteilelement dienender Polarisations-Strahlenteiler 13 ist zwischen der Fokussierlinse 10 und dem Bildumkehrprisma 11 vorgesehen. Der Polarisations-Strahlenteiler 13 min  spielt eine bedeutende Rolle bei der Reflexion eines Laserstrahls S1 zu einem Kollimationspunkt hin, wie es später beschrieben wird. 



  Der Laserstrahl S1 wird durch einen Halbleiterlaser 14 erzeugt, und gewöhnlich ist das Laserlicht S1, das von dem Halbleiterlaser 14 emittiert wird, ein linear polarisiertes Licht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Laserlichtstrahl S1 durch S-polarisiertes Licht gebildet ist. Der Laserlichtstrahl S1 wird durch eine Sammellinse 15 fokussiert und zu dem Polarisations-Strahlenteiler 13 min  geleitet. Der Polarisations-Strahlenteiler 13 hat eine Oberfläche 13 min a, welche S-polarisiertes Licht reflektiert und P-polarisiertes Licht durchlässt, wobei das S-polarisierte und das P-polarisierte Licht vorzugsweise linear polarisiert sind und vorzugsweise zueinander rechtwinklige Polarisationsrichtungen haben. 



  Die Position, an der der Halbleiterlaser 14 angeordnet ist, befindet sich innerhalb der Brennweite der Sammellinse 15. Der Lichtemissionspunkt des Halbleiterlasers 14 und das Fadenkreuz 12 sind mit Bezug auf die Fokussierlinse 10 konjugiert. 



  Der Halbleiterlaser 14 und die Sammellinse 15 bilden zusammen einen Laserstrahl-Lichtquellenbereich 16. Der Laserstrahl-Lichtquellenbereich 16 ist in einem Lichtquellen-Gehäusebereich 16a angeordnet, der in Fig. 2 gezeigt ist. Der Lichtquellen-Gehäusebereich 16a ist so ausgebildet, dass er von dem Spiegeltubus 7 vorsteht und als ein Strahlungsbereich dient, welcher die von dem Halbleiterlaser 14 erzeugte Wärme abstrahlt. Ein zum Beispiel durch einen Sternbeleuchtungsbereich gebildeter Sichtbereich 16b zum Durchführen einer Grobkollimation ist auf der Oberseite des Lichtstrahlen-Gehäusebereichs 16a vorgesehen. 



  Ein von der Laserstrahl-Lichtquelle 16 emittierter Laserstrahl S1 wird zuerst zu Depolarisations-Strahlenleiter 13 geleitet, während er sich ausbreitet wie in Fig. 3(b) gezeigt ist. Danach wird der Laserstrahl S1 durch die reflektierende Oberfläche 13 min a reflektiert und durch die Fokussierlinse 10 geführt. Der Laserstrahl S1 wird weiterhin durch die Fokussierlinse 10 ausgebreitet und ein fokussiertes Bild wird durch die Objektivlinse 9 an einem Kollimationspunkt gebildet. 



  Das von dem Kollimationspunkt zu der Objektivlinse 9 gelangende parallel gerichtete Licht passiert zuerst die Fokussierlinse 10 und geht durch den Polarisations-Strahlenteiler 13 und das Bildumkehrprisma 11 hindurch, wie es in Fig. 3(c) gezeigt ist. Danach wird das kollimierte parallel gerichtete Licht auf das Fadenkreuz 12 fokussiert, und ein kollimiertes, d.h. parallel ausgerichtetes Bild wird auf dem Fadenkreuz 12 gebildet. Daher kann die vermessende Person das auf dem Fadenkreuz 12 gebildete, kollimierte, parallel gerichtete Bild durch das Okular 13 betrachten. Das Laserlicht, das an dem Kollimationspunkt reflektiert wurde und auf den Teleskopbereich 6 fällt, geht in gleicher Weise durch die Objektivlinse 9 und die Fokussierlinse 10 hindurch und wird zu dem Polarisations-Strahlenteiler 13 min  geleitet. 



  Das reflektierte Licht des Laserlichts, das an dem Kollimationspunkt fokussiert wird, hat eine P-polarisierte Lichtkomponente, bei der die Polarisationsrichtung gedreht wird, wenn sie am Kollimationspunkt reflektiert wird. Daher geht das reflektierte Licht durch den Polarisations-Strahlenteiler 13 min  hindurch und wird zum Fadenkreuz 12 geleitet. Da der Lichtemissionspunkt des Halbleiterlasers 14 und das Fadenkreuz 12 mit Bezug auf die Fokussierlinse 10 konjugiert sind, wird der reflektierte Punkt des Laserlichts von dem Kollimationspunkt auf dem Fadenkreuz 12 gebildet. Daher kann die vermessende Person den Teleskopbereich 6 so einstellen, dass das Bild auf dem Kollimationspunkt und dem reflektierten Punkt des Laserlichts einander überlagert sind. 



  Der Halbleiterlaser 14 wird durch einen Energiezuführungsbereich und/oder Leistungszuführungsbereich und/oder Lasertreiberbereich 15 min  betrieben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der Lasertreiberbereich 15 min  ist in einem der Stützbereiche 4 angeordnet. Der andere Stützbereich 4 enthält ein Batteriepaket 16 min  (als eine Hauptkörper-Energie und/oder Leistungszuführung). Der Lasertreiberbereich 15 min  und das Batteriepaket 16 min  sind durch eine Energie- und/oder Leistungszuführungsleitung 17 min  miteinander verbunden. Da der Lasertreiberbereich 15 min  und das Batteriepaket 16 min  getrennt in dem in Bezug auf den Teleskopbereich 6 einander gegenüberliegendem Paar von Stützbereichen 4 angeordnet sind, ist der Gewichtsausgleich in dem Hauptkörper 2 günstig. 



  Der Lasertreiberbereich 15 min  weist einen Betätigungsschalter 18 und ein Lichtmengen-Einstellvolumen bzw. -Einstellorgan 19 auf. Der Betätigungsschalter 18 und das Lichtmengen-Einstellvolumen bzw. -Einstellorgan 19 sind an der Seitenfläche eines der Stützbereiche 4 befestigt. Ein Schleifring 20 ist in dem einen Stützbereich 4 vorgesehen, sodass die elektrische Leistung des Laserantriebsbereichs 15 min  über den Schleifring 20 zu dem Halbleiterlaser 14 geliefert wird. 



  Wenn der Betätigungsschalter 18 eingeschaltet wird, wird der Halbleiterlaser 14 in Betrieb gesetzt. Wenn das Lichtmengen-Einstellvolumen bzw. Einstellorgan 19 eingestellt wird, wird der Treiberstrom zu dem Halbleiterlaser 14 verändert. Der Halbleiterlaser 14 ist viel kleiner als ein Helium-Neon-Laser, sodass der Drehvorgang des Teleskopbereichs 6 in einer vertikalen Ebene leicht ist und die Antriebskraft viel kleiner ist als die des Helium-Neon-Lasers. 



  Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, kann ein Polarisationsfilter zwischen dem Halbleiterlaser 14 und dem Polarisations-Strahlenteiler 13 min  vorgesehen sein, da der Halbleiterlaser 14 einige unterschiedlich polarisierte Lichtkomponenten enthält. Zum Beispiel kann, durch Vorsehen von einem Polarisationsfilter erreicht werden, dass P- polarisiertes Licht durchgelassen wird, der Durchgang von übermässigem S-polarisiertem verhindert wird und das Auftreten eines Störbildes vermieden wird. 



  Da der Lasertheodolit gemäss der vorliegenden Erfindung wie vorbeschrieben ausgebildet ist, hat er den Vorteil, dass das Sehfeld erhellt, d.h. ein helles, lichtstarkes und kontrastreiches Sehfeld bzw. Bild erzeugt werden kann und dass der von dem Kollimationspunkt reflektierte Laserstrahl leicht erkannt werden kann. 



  Zusätzlich ist, da die Antriebsenergie und/oder Antriebsleistung für den Halbleiterlaser über einen Schleifring zugeführt wird, das Teleskop frei drehbar. 



  Weiterhin kann, da der Gehäusebereich für den Halbleiterlaser eine Gestalt besitzt, durch welche Wärme leicht abgestraht wird, der Einfluss der Wärme des Halbleiterlasers auf das Teleskop minimiert werden. Ferner kann die Genauigkeit bei der Kollimation des Teleskopes gewährleistet und garantiert werden.

Claims (11)

1. Lasertheodolit, mit einem Kollimations-Teleskop (6), einer Fokussierlinse (10) und einem Fadenkreuz (12), die in dem Kollimations-Teleskop (6) vorgesehen sind, einem Strahlenteiler (13 min ) um einen Laserstrahl (S1) in einer Kollimationsrichtung zu reflektieren, und einem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) zum Emittieren des Laserstrahls zu dem Strahlenteiler (13 min ) hin, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler ein Polarisations-Strahlenteiler (13 min ) ist, der auf einer optischen Achse (0) zwischen der Fokussierlinse (10) und dem Fadenkreuz (12) vorgesehen ist, und dass der Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) und das Fadenkreuz (12) sich in Positionen befinden, die einander mit Bezug auf den Polarisations-Strahlenteiler (13 min ) konjugiert sind.

2.

Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) einen Halbleiterlaser (14) aufweist, der einen Laserstrahl von linear polarisiertem Licht emittiert.

3. Lasertheodolit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) und der Polarisations-Strahlenteiler (13) so angeordnet sind, dass der Laserstrahl des linear polarisierten Lichts in der Kollimationsrichtung reflektiert wird.

4. Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polarisationsvorrichtung zwischen dem Polarisations-Strahlenteiler (13 min ) und dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) vorgesehen ist, welche den Laserstrahl, der durch den Polarisations-Strahlenteiler (13 min ) in der Kollimationsrichtung reflektiert wird, polarisiert.

5.

Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimations-Teleskop (6) drehbar in einem Paar von Stützbereichen (4) vorgesehen ist, und dass ein Hauptkörper (2) des Lasertheodolits so mit einem Energiezuführungsbereich (15 min ) für den Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) versehen ist, dass elektrische Energie von dem Energiezuführungsbereich (15 min ) zu dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) über einen Schleifring (20) geliefert werden kann.

6.

Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimations-Teleskop (6) so durch ein Paar von Stützbereichen (4) gestützt ist, dass es drehbar ist, und dass ein Energiezuführungsbereich (15 min ) für den Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) in einem von dem Paar von Stützbereichen (4) so vorgesehen ist, dass elektrische Leistung von dem Energiezuführungsbereich (15 min ) zu dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16 min ) über einen Schleifring (20) geliefert wird.

7. Lasertheodolit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtquellen-Gehäusebereich (16a) zur Aufnahme des Laserstrahl-Lichtquellenbereiches (16) so in dem Kollimations-Teleskop (6) vorgesehen ist, dass er aus dem Kollimations-Teleskop (6) heraussteht.

8.

Lasertheodolit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellen-Gehäusebereich (16a) als ein Strahlungsbereich dient, welcher von dem Halbleiterlaser (14) erzeugte Wärme abstrahlt.

9. Lasertheodolit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sichtbereich zum Durchführen einer Grobkollimation auf einer Oberseite des Lichtquellen-Gehäusebereichs (16a) vorgesehen ist.

10. Lasertheodolit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriepaket (16 min ) in dem anderen von dem Paar von Stützbereichen (4) vorgesehen ist.

11. Lasertheodolit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) und das Fadenkreuz (12) mit Bezug auf den Polarisations-Strahlenteiler (13 min ) konjugiert sind.