DE10125674A1 - Elektronischer Entfernungsmesser - Google Patents
Elektronischer EntfernungsmesserInfo
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Abstract
Ein elektronischer Entfernungsmesser enthält ein Zielfernrohr mit Objektivlinse zum Anvisieren eines Objektes, ein hinter der Objektivlinse, bezüglich deren optischer Achse exzentrisch angeordnetes Reflexionselement und einen optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht über das Reflexionselement und die Objektivlinse und mit einer Empfangsoptik zum Empfangen des Teils des Messlichtes, der an dem Objekt reflektiert wird, anschließend durch die Objektivlinse tritt und durch das Reflexionselement nicht an seiner Lichtausbreitung gehindert ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Entfernungsmesser mit einem Zielfern
rohr.
Zum Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten setzt ein Vermessungstech
niker in der Regel einen elektronischen Entfernungsmesser (EDM) ein. Ein elek
tronischer Entfernungsmesser berechnet die Entfernung über die Phasendifferenz
zwischen projiziertem, d. h. ausgesendetem Licht und reflektiertem Licht sowie
über die Anfangsphase internen Referenzlichtes oder über die Zeitdifferenz zwi
schen projiziertem und reflektiertem Licht.
Ein typischer elektronischer Entfernungsmesser hat hinter der Objektivlinse seines
Zielfernrohrs einen auf dessen optischer Achse angeordneten Sende- oder
Transmissionsspiegel, um das Messlicht durch die Mitte der Eintrittspupille der
Objektivlinse des Zielfernrohrs auf ein Zielobjekt zu projizieren. Das Licht, das an
dem Zielobjekt reflektiert und durch die Objektivlinse des Zielfernrohrs tritt, durch
läuft den Außenraum des Sendespiegels, um über ein wellenlängenselektives
Filter und einen Empfangsspiegel eingefangen zu werden.
In einem solchen elektronischen Entfernungsmesser wird das Licht, das an dem
Zielobjekt reflektiert wird und durch die Objektivlinse des Zielfernrohrs tritt, von
dem vorstehend genannten Sendespiegel um einen um so größeren Betrag
gesperrt, je näher sich das Zielobjekt an dem elektronischen Entfernungsmesser
befindet. Wird durch das an dem Zielobjekt reflektierte und durch die Objektivlinse
des Zielfernrohrs tretende Licht durch den Sendespiegel um einen großen Betrag
gesperrt, so nimmt die auf ein in dem elektronischen Entfernungsmesser vorge
sehenes Lichtempfangselement auftreffende Lichtmenge ab, wodurch die Ge
nauigkeit der Entfernungsmessung schlechter wird. Befindet sich das Zielobjekt
sehr nahe dem elektronischen Entfernungsmesser, so trifft das an dem Zielobjekt
reflektierte und durch die Objektivlinse des Zielfernrohrs tretende Licht womöglich
überhaupt nicht auf das Lichtempfangselement, was die Entfernungsmessung
unmöglich macht. Um die vorstehend genannten Probleme zu beseitigen, wurden
verschiedene Verfahren vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme die
Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Entfernungsmesser anzugeben, bei dem
vermieden wird, dass die auf das Lichtempfangselement auftreffende Lichtmenge
bei nahe an dem elektronischen Entfernungsmesser angeordnetem Zielobjekt
abnimmt und infolge einer solchen Abnahme der auf den Lichtempfangsspiegel
auftreffenden Lichtmenge die Genauigkeit der Entfernungsmessung schlechter
wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektronischen
Entfernungsmesser anzugeben, der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist,
das frei von den vorstehend genannten Problemen ist.
Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen
Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen
Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines mit einem Autofokussystem ausgestatteten elektronischen
Entfernungsmessers nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Schärfenerfassungsvorrichtung und ein Porroprisma in Blick
richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils II,
Fig. 3 eine Darstellung einer Objektivlinse eines Zielfernrohrs in Blickrich
tung der in Fig. 1 gezeigten Pfeile III, die die Anordnung eines Paars
von an der Objektivlinse festgelegten Pupillenbereichen, eines Sen
de/Empfangsspiegels und eines Lichtempfangsleiters zeigt,
Fig. 4 eine Darstellung der Objektivlinse des Zielfernrohrs in Blickrichtung
der in Fig. 1 gezeigten Pfeile III, die die Anordnung der Objektivlinse,
des Sende/Empfangsspiegels und eines längs der in Fig. 1 gezeig
ten Linie III-III genommenen Querschnitts des nach außen projizier
ten Messlichtes zeigt,
Fig. 5 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 4 mit einer anderen beispiel
haften Anordnung der Objektivlinse, des Sende/Empfangsspiegels
und eines Querschnitts des nach außen projizierten Messlichtes,
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 4 mit einer weiteren beispiel
haften Anordnung der Objektivlinse, des Sende/Empfangsspiegels
und eines Querschnitts des nach außen projizierten Lichtes zuein
ander,
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 4 mit einer weiteren beispiel
haften Anordnung der Objektivlinse, des Sende/Empfangsspiegels
und eines Querschnitts des nach außen projizierten Messlichtes zu
einander,
Fig. 8 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des mit einem
Autofokussystem ausgestatteten elektronischen Entfernungsmes
sers nach der Erfindung,
Fig. 9 eine Draufsicht auf einen in dem elektronischen Entfernungsmesser
nach Fig. 8 vorgesehenen Fokussierlinsen-Antriebsmechanismus in
Blickrichtung des in Fig. 2 gezeigten Pfeils IX,
Fig. 10 eine Seitenansicht einer planparallelen Kippplatte und eines zum
Drehen der Kippplatte bestimmten Antriebsmechanismus, die in dem
zweiten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmes
sers nach Fig. 8 vorgesehen sind,
Fig. 11 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 8 mit einem Strahlengang des
Messlichtes bei einem nahe an dem elektronischen Entfernungs
messer angeordneten Zielobjekt,
Fig. 12 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 8 mit einem Strahlengang des
Messlichtes bei von dem elektronischen Entfernungsmesser entfernt
angeordnetem Zielobjekt,
Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Steuern des zweiten
Ausführungsbeispiels des elektronischen Entfernungsmessers nach
Fig. 8,
Fig. 14 ein Flussdiagramm mit einem von der Steuerschaltung nach Fig. 13
durchgeführten Prozess zum Antreiben der Kippplatte,
Fig. 15 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer die
Eintrittsposition des Messlichtes ändernden Vorrichtung für das in
Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel und das in Fig. 8 gezeigte
zweite Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers,
und
Fig. 16 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 mit einem weiteren Ausfüh
rungsbeispiel der die Eintrittsposition des Messlichtes ändernden
Vorrichtung für das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel und
das in Fig. 8 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel des elektronischen
Entfernungsmessers.
In den Fig. 1 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit einem Autofokus
system ausgestatteten elektronischen Entfernungsmessers nach der Erfindung
dargestellt. Der elektronische Entfernungsmesser hat ein Zielfernrohr 10 als
Zieloptik und einen optischen Entfernungsmesser 20. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat
das Zielfernrohr 10 eine Objektivlinse 11, eine Fokussier- oder Scharfstelllinse 18,
ein Porroprismenaufrichtsystem 12, eine Bildebenenplatte (Fadenkreuzplatte) 13
und ein Okular 14, die in der genannten Reihenfolge vom Objekt her betrachtet,
d. h. in Fig. 1 von links nach rechts angeordnet sind. An der Bildebenenplatte 13 ist
ein Fadenkreuz 15 ausgebildet. Die Fokussierlinse 18 ist entlang einer optischen
Achse des Zielfernrohrs 10 geführt. Das Bild eines ein Zielobjekt bildenden Tripel
reflektors 16, das durch die Objektivlinse 11 erzeugt wird, kann präzise auf die der
Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche der Bildebenenplatte 13 fokussiert
werden, indem die axiale Position der Fokussierlinse 18 entsprechend der Entfer
nung des Tripelreflektors 16 von dem Zielfernrohr 10 eingestellt wird. Der Benut
zer des Vermessungsinstrumentes visiert über das Okular 14 ein auf die Bildebe
nenplatte 13 fokussiertes, vergrößertes, Bild des Tripelspiegels 16 an.
Der elektronische Entfernungsmesser hat hinter der Objektivlinse 11 des Zielfern
rohrs 10 eine Sende/Empfangsspiegel (Reflexionselement) 21 und einen wellen
längenselektiven Spiegel (wellenlängenselektives Filter) 22, die in dieser Reihen
folge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Der Sende/Empfangsspiegel 21
besteht aus einem Parallelplattenspiegel, dessen Vorderfläche und dessen hierzu
parallele Rückfläche auf der optischen Achse der Objektivlinse 11 angeordnet
sind. Die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche des Parallelplattenspie
gels ist als Lichtsendespiegel 21a ausgebildet, während die dem wellenlängense
lektiven Spiegel 22 zugewandte Rückfläche des Parallelplattenspiegels als Licht
empfangsspiegel 21b ausgebildet ist. Der Empfangsspiegel 21b und der wellen
längenselektive Spiegel 22 bilden grundlegende optische Elemente einer Licht
empfangsoptik des optischen Entfernungsmessers 20.
Der optische Entfernungsmesser 20 hat ein Lichtaussendeelement 23, z. B. eine
Laserdiode, das Licht (Messlicht) mit einer bestimmten Wellenlänge aussendet.
Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht trifft über eine
Kollimatorlinse 24 und einen festen Spiegel 25 auf den Sendespiegel 21a. Das
von dem Lichtaussendeelement 23 auf den Sendespiegel 21a abgegebene Mess
licht wird längs der optischen Achse der Objektivlinse 11 auf den Tripelreflektor
hin reflektiert. Die Kollimatorlinse 24, der feste Spiegel 25 und der Sendespiegel
21a (Sende/Empfangsspiegel 21) bilden grundlegende optische Elemente einer
Lichtsendeoptik des optischen Entfernungsmessers 20.
Der Teil des an dem Tripelreflektor 16 reflektierten und anschließend durch die
Objektivlinse 11 tretenden Teils des Messlichtes, der von dem Sen
de/Empfangsspiegel 21 nicht gesperrt wird, wird schließlich von dem wellenlän
genselektiven Spiegel 22 auf den Lichtempfangsspiegel 21b zurückreflektiert.
Anschließend reflektiert der Empfangsspiegel 21b als Messlicht auf eine Eintritts
fläche 26a eines lichtempfangenden Lichtleiters 26, der im Folgenden als Licht
empfangsleiter bezeichnet wird. Eine Lichtleiterhalterung 27 hält das mit der
Eintrittsfläche 26a versehene Eintrittsende des Lichtempfangsleiters 26. Die
Lichtleiterhalterung 27 ist über eine in dem Raum hinter der Objektivlinse 11
vorgesehene, nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung gemeinsam mit dem
Sende/Empfangsspiegel 21 unbeweglich gehalten.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Lichtaussendeelement
23 und dem festen Spiegel 25 in einem Entfernungsmessstrahlengang einen
Umschaltspiegel 28 und ein ND-Filter 29. Das von dem Lichtaussendeelement 23
abgegebene Licht trifft als Messlicht auf den festen Spiegel 25, wenn der Um
schaltspiegel 28 aus dem Entfernungsmessstrahlengang zwischen der Kollimator
linse 24 und dem festen Spiegel 25 zurückgezogen ist. Dagegen wird das von
dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Licht an dem Umschaltspiegel 28 so
reflektiert, dass es als internes Referenzlicht direkt auf die Eintrittsfläche 26a des
Lichtempfangsleiters 26 trifft, wenn der Umschaltspiegel 28 in dem Entfernungs
messstrahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25
angeordnet ist. Das ND-Filter 29 dient dazu, die Menge des auf den Tripelspiegel
16 auftreffenden Messlichts einzustellen.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen einer Austrittsfläche 26b des
Lichtempfangsleiters 26 und einem Lichtempfangselement 31 eine Kondensorlin
se 32, ein ND-Filter 33 und ein Bandpassfilter 34, die in dieser Reihenfolge von
der Austrittsfläche 26b des Lichtempfangsleiters 31 her betrachtet angeordnet
sind. Das Lichtempfangselement 31 ist mit einer arithmetischen Steuerschaltung
(Steuerung) 40 verbunden. Die arithmetische Steuerschaltung 40 ist an ein Stell
glied 41, das den Umschaltspiegel 28 bewegt, und eine Anzeigevorrichtung 42,
z. B. ein LCD-FEId, angeschlossen, die die berechnete Entfernung anzeigt.
Bekanntlich arbeitet ein optischer Entfernungsmesser wie der Entfernungsmesser
20 in zwei verschiedenen Betriebszuständen: In einem ersten Zustand wird das
von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht dem festen Spiegel 25
zugeführt. In dem anderen Zustand wird das gleiche Licht als internes Referenz
licht direkt der Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die
beiden vorstehend genannten Zustände sind durch den Umschaltzustand des
Umschaltspiegels 28 festgelegt, den die Steuerschaltung 40 über das Stellglied 41
ansteuert. Wie oben beschrieben, wird das dem festen Spiegel 25 zugeführte
Messlicht über den Sendespiegel 21a und die Objektivlinse 11 auf den Tripelre
flektor 16 projiziert. Das an dem Tripelreflektor 16 reflektierte Messlicht trifft über
die Objektivlinse 11, den wellenlängenselektiven Spiegel 22 und den Lichtemp
fangsspiegel 21b auf die Eintrittsfläche 26a. Anschließend empfängt das Licht
empfangselement 31 sowohl das Messlicht, das an dem Tripelreflektor 16 reflek
tiert und schließlich auf die Eintrittsfläche 26a trifft, als auch das interne Referenz
licht, das der Eintrittsfläche 26a direkt über den Umschaltspiegel 28 zugeführt
wird. Die arithmetische Steuerschaltung 40 erfasst die Phasendifferenz zwischen
dem projizierten (externen) Licht und dem reflektierten Licht sowie die Anfangs
phase des internen Referenzlichts oder die Zeitdifferenz zwischen dem projizier
ten Licht und dem reflektierten Licht, um die Entfernung des Tripelreflektors 16
von dem elektronischen Entfernungsmesser zu berechnen. Die berechnete Ent
fernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt. Eine solche Operation zum
Berechnen der Entfernung aus der Phasendifferenz zwischen projiziertem (exter
nem) und reflektiertem Licht und der Anfangsphase des internen Referenzlichtes
oder aus der Zeitdifferenz zwischen projiziertem und reflektiertem Licht ist aus
dem Stand der Technik bekannt.
Das Porroprismenaufrichtsystem 12 hat eine Strahlenteilerfläche, die das eintre
tende Lichtbündel in zwei Lichtbündel aufspaltet, von denen eines auf eine nach
dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitende AF-Sensoreinheit (Schär
fenerfassungsvorrichtung/Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung) 50,
die im Folgenden kurz als AF-Einheit bezeichnet wird, zuläuft, während das ande
re Lichtbündel auf das Okular 14 zuläuft. Zwischen dem Porroprismensystem 12
und der AF-Einheit 50 befindet sich eine Referenzbildebene 51 an einer Stelle, die
optisch äquivalent zu der Stelle ist, an der das Fadenkreuz 15 der Bildebenen
platte 13 angeordnet ist. Die AF-Einheit 50 erfasst den Scharfstellzustand, d. h.
den Defokusbetrag und die Richtung der Fokusverschiebung, in der Referenzbil
debene 51. Fig. 2 zeigt schematisch die AF-Einheit 50 und das Porroprismenauf
richtsystem 12. Die AF-Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 52, ein Paar Sepa
ratorlinsen 53, ein nahe dem Paar Separatorlinsen 53 angeordnetes Paar Sepa
ratormasken 55 und ein hinter den Separatorlinsen 53 angeordnetes Paar Linien
sensoren 54, z. B. Mehrsegment-CCD-Sensoren. Die beiden Separatorlinsen 53
sind um die Basislänge voneinander beabstandet. Das in der Referenzbildebene
51 erzeugte Bild des Tripelreflektors 16 wird von den beiden Separatorlinsen 53 in
zwei Bilder getrennt, die jeweils auf einem der beiden Liniensensoren 54 erzeugt
werden. Die beiden Liniensensoren 54 enthalten jeweils eine Anordnung fotoelek
trischer Wandlerelemente. Jedes Wandlerelement wandelt das empfangene Licht
eines Bildes in elektrische Ladungen, die dann integriert, d. h. gesammelt werden,
und gibt die integrierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten an die arithmeti
sche Steuerschaltung 40 aus. Die arithmetische Steuerschaltung 40 berechnet in
einer vorbestimmten Defokusoperation einen Defokusbetrag entsprechend dem
Datenpaar der von den beiden Liniensensoren 54 ausgegebenen AF-
Sensordaten. In einer Autofokusoperation steuert die arithmetische Steuerschal
tung 40 die Fokussierlinse 18 über einen in Fig. 1 gezeigten Linsenantrieb 43
entsprechend dem berechneten Defokuswert so an, dass auf den Tripelreflektor
16 scharfgestellt ist. Die Defokusoperation ist aus dem Stand der Technik be
kannt. Ein AF-Schalter 44 zum Starten der AF-Operation und ein Entfernungs
messschalter 45 zum Starten der Entfernungsmessung sind an die Steuerschal
tung 40 angeschlossen.
Die AF-Einheit 50 erfasst einen Scharfstellzustand aus den beiden Bildern, welche
die beiden Lichtbündel, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche 11A und
11B der Objektivlinse 11 treten, auf den beiden Liniensensoren 54 erzeugen. Die
Form jedes der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B ist durch die Form der
Apertur festgelegt, die an einer zugehörigen Separatormaske 55 eines Masken
paars ausgebildet ist. Die beiden Separatormasken 55 sind jeweils zwischen der
Kondensorlinse 52 und der jeweils zugehörigen Separatorlinse 53 in der Nähe der
Separatorlinse 53 angeordnet. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten schraffierten
Bereiche geben Bereiche an, die den durch die Aperturen der beiden Separator
masken 55 festgelegten Pupillenbereichen entsprechen.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B zueinander
sowie die Anordnung des Sende/Empfangsspiegels 21 und des Lichtempfangs
leiters 26 (Lichtleiterhalterung 27) des optischen Entfernungsmessers 20 zueinan
der. Die Positionen, die Formen und die länglichen Ausrichtungen der beiden
Pupillenbereiche 11A und 11B sind durch die Kondensorlinse 52, die beiden
Separatorlinsen 53, die beiden Separatormasken 55 und die Anordnung der
fotoelektrischen Wandlerelemente jedes Liniensensors 54 so festgelegt, dass eine
genaue Autofokusoperation gewährleistet ist. Wegen der Positionen, der Formen
und der länglichen Ausrichtungen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B
können nämlich der Sende/Empfangsspiegel 21 und der Lichtempfangsleiter 26
(Lichtleiterhalterung 27) des optischen Entfernungsmessers 20 so angeordnet
werden, dass sie die beiden Pupillenbereichen 11A und 11B nicht stören und
damit die AF-Einheit 50, welche die durch die beiden Pupillenbereiche 11A und
11B tretenden Lichtbündel verarbeitet, nicht nachteilig beeinflussen, wodurch eine
genaue Autofokusoperation sichergestellt ist. Der Sende/Empfangsspiegel 21 und
der Lichtempfangsleiter 26 des optischen Entfernungsmessers 20 (sowie die
diese Elemente tragenden, nicht dargestellten Halteelemente) beeinträchtigen
also nicht die Autofokusleistung.
Um das insbesondere bei kurzer Entfernung an dem Tripelreflektor 16 reflektierte
Messlicht auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 treffen zu lassen,
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des mit dem oben erläuterten Aufbau
versehenen elektronischen Entfernungsmessers der Sende/Empfangsspiegel 21
exzentrisch bezüglich einer optischen Achse X der Objektivlinse 11, d. h. der
optischen Achse des Zielfernrohrs 10, angeordnet, während das von dem Licht
aussendeelement 23 ausgesendete Messlicht über die Objektivlinse 11 in einem
Strahlengang auf den Tripelreflektor 16 projiziert wird, der exzentrisch zu der
optischen Achse X der Objektivlinse 11 angeordnet ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist
der Sende/Empfangsspiegel 21 bezüglich der optischen Achse X um eine Strecke
d exzentrisch nach unten versetzt. Zugleich verläuft auch das Messlicht, das von
dem Lichtaussendeelement 23 abgegeben wird und, wie in Fig. 4 durch den
schraffierten Bereich angedeutet, eine vertikal langgestreckte, ovale Quer
schnittsform hat, über eine vor der Kollimatorlinse 24 angeordnete, in Fig. 1 ge
zeigte Blende 71 bezüglich der optischen Achse X um die gleiche Strecke d
exzentrisch nach unten versetzt. Ferner sind die beiden Pupillenbereiche 11A und
11B so angeordnet, dass sie nicht mit dem Sende/Empfangsspiegel 21 und dem
Lichtempfangsleiter 26 des optischen Entfernungsmessers 20 (sowie die diese
Elemente tragenden, nicht gezeigten Halteelemente) in Konflikt kommen. Der
Sende/Empfangsspiegel 21, der Lichtempfangsleiter 26, die Lichtleiterhalterung
27 sowie die diese Elemente tragenden Halteelemente sind mit anderen Worten
in einem AF-Schattenbereich (AF-Blindbereich) 11 C zwischen den beiden Pupil
lenbereichen 11A und 11B angeordnet. Der Sende/Empfangsspiegel 21, der
Lichtempfangsleiter 26, die Lichtleiterhalterung 27 sowie die zum Tragen der
vorstehend genannten Elemente bestimmten Halteelemente sind in einer Rich
tung angeordnet, die längs einer Linie festgelegt ist, die über den Durchmesser
der Objektivlinse 11 verläuft und durch die optische Achse X der Objektivlinse 11
läuft. Zugleich haben die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B jeweils eine Form,
die sich parallel zu der über den Durchmesser der Objektivlinse 11 verlaufenden
Linie erstreckt. Die Richtung der Exzentrizität des Sende/Empfangsspiegels 21
verläuft also senkrecht zur Errichtung der Trennung der beiden Pupillenbereiche
11A und 11B, d. h. zu der in Fig. 3 gezeigten horizontalen Richtung.
Der mit einem Autofokussystem ausgestattete elektronische Entfernungsmesser
mit oben erläutertem Aufbau führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend
beschriebener Weise durch.
Im ersten Schritt visiert der Benutzer den Tripelreflektor 16 mit dem Zielfernrohr
10 so an, dass die optische Achse des Zielfernrohrs 10 im Wesentlichen auf den
Tripelreflektor 16 ausgerichtet ist, während er den Tripelreflektor 16 durch einen
an dem Zielfernrohr 10 angebrachten, nicht gezeigten Kollimator betrachtet. Im
zweiten Schritt drückt der Benutzer den AF-Schalter 44, um die oben erläuterte
Autofokusoperation durchzuführen und so die Fokussierlinse 18 in ihre Scharf
stellposition relativ zu dem Tripelreflektor 16 zu bringen. Im dritten Schritt stellt der
Benutzer bei auf den Tripelreflektor 16 scharfgestelltem Zielfernrohr 10 die Aus
richtung des Zielfernrohrs 10 so ein, dass das durch das Okular 14 betrachtete
Fadenkreuz 15 präzise auf den Tripelreflektor 16 zentriert ist. Dabei blickt er in
das Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschal
ter 45, um die vorstehend erläuterte Entfernungsberechnung durchzuführen. Die
berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.
In der oben erläuterten Entfernungsmessung kann selbst bei in kurzer Entfernung
angeordnetem Tripelreflektor 16 das von dem Lichtaussendeelement 23 abgege
bene, an dem Tripelreflektor 16 reflektierte und durch die Objektivlinse 11 treten
de Messlicht auf den wellenlängenselektiven Spiegel 22 treffen, und zwar über
einen Strahlengang, der unmittelbar oberhalb des Sende/Empfangsspiegels 21
verläuft. Ein solcher Strahlengang ist durch die bezüglich der optischen Achse X
der Objektivlinse 11 exzentrische Anordnung des Sende/Empfangsspiegels 21
und des Strahlenganges des auf den Tripelreflektor 16 projizierten Messlichtes
sichergestellt. Folglich wird ein Teil des von dem Lichtaussendeelement 23 abge
gebenen, an dem Tripelreflektor 16 reflektierten und durch die Objektivlinse 11
tretenden Messlichtes nicht durch den Sende/Empfangsspiegel 21 gesperrt, so
dass dieser Teil in einem Raum unmittelbar oberhalb des Sen
de/Empfangsspiegels 21 von der Objektivlinse 11 zum wellenlängenselektiven
Spiegel 22 läuft, um so auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zu
treffen. In Fig. 1 gibt der schraffierte Bereich den Strahlengang des Messlichtes
an. Selbst wenn der Tripelreflektor 16 in kurzer Entfernung angeordnet ist, kann
deshalb die Entfernungsmessung ohne Beeinträchtigung ihrer Genauigkeit durch
geführt werden. Je weiter der Tripelreflektor 16 von dem elektronischen Entfer
nungsmesser entfernt ist, desto stärker divergiert das an dem Tripelreflektor 16
reflektierte Messlicht, bevor es auf die Objektivlinse 11 trifft. Ist also der Tripelre
flektor 16 weit entfernt, so wird eine ausreichende Menge des von dem Lichtaus
sendeelement 23 abgegebenen, an dem Tripelreflektor 16 reflektierten und durch
die Objektivlinse 11 tretenden Lichtes nicht durch den Sende/Empfangsspiegel 21
gesperrt, d. h. nicht an der Lichtausbreitung gehindert, und trifft so auf die Eintritts
fläche 26a des Lichtempfangsleiters 26. So ist auch dann eine Entfernungsmes
sung ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit möglich, wenn der Tripelreflektor 16
weit entfernt ist.
In dem eben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer
nungsmessers hat das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht
eine vertikal langgestreckte, ovale Querschnittsform. Das Messlicht kann jedoch
auch einen Querschnitt anderer Form und Größe haben. Beispielsweise kann das
Messlicht eine horizontal langgestreckte, ovale Querschnittsform nach Fig. 5 oder
eine kreisförmige Querschnittsform nach Fig. 6 haben. In beiden in den Fig. 5 und
6 dargestellten Fällen ist zwar der Sende/Empfangsspiegel 21 (Sendespiegel 21a)
bezüglich der optischen Achse X um die gleiche Strecke d wie im Fall nach Fig. 4
exzentrisch nach unten versetzt. Jedoch verläuft das Messlicht bezüglich der
optischen Achse X um eine Strecke d' exzentrisch nach unten versetzt, die größer
ist als die Strecke d. Alternativ kann das Messlicht eine annähernd ovale Quer
schnittsform haben, deren oberer Teil so abgeschnitten ist, dass sich, wie in Fig. 7
gezeigt, eine flache Oberseite ergibt. In diesem Fall ist die folgende Gleichung
erfüllt:
d = (b - a)/2
worin a den Abstand der optischen Achse X der Objektivlinse 11 zur oberen Kante
des Querschnitts des Messlichts, b den Abstand der optischen Achse X der Ob
jektivlinse 11 zu der unteren Kante des Querschnitts des Messlichtes und d den
Betrag der Exzentrizität des Sende/Empfangsspiegels 21 bezeichnet. Die Achse
des im Querschnitt annähernd oval geformten Messlichtes fällt mit der optischen
Achse X der Objektivlinse 11 zusammen. Form und Größe des Querschnitts des
Messlichtes können zwar beliebig gewählt werden, der Sende/Empfangsspiegel
21 muss jedoch so angeordnet sein, dass folgende Beziehung erfüllt ist:
b < c
worin b den oben genannte Abstand der optischen Achse X der Objektivlinse 11
zur unteren Kante des Querschnitts des Messlichtes und c den Abstand der
optischen Achse X der Objektivlinse 11 zur oberen Kante des Sen
de/Empfangsspiegels 21 bezeichnet. Der Betrag der Exzentrizität des Sen
de/Empfangsspiegels 21, d. h. der oben genannte Abstand d, und der Betrag der
Exzentrizität des Messlichtes, d. h. der oben genannte Abstand d', sind so festge
legt, dass selbst bei in kurzer Entfernung angeordnetem Tripelreflektor 16 zumin
dest ein Teil des an dem Tripelreflektor 16 reflektierten Lichtes in einem Raum
unmittelbar oberhalb des Sende/Empfangsspiegels 21 an letzterem vorbeiläuft,
um auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 geführt zu werden. Das
an dem Tripelreflektor 16 reflektierte Messlicht kann zu einem größeren Teil durch
den Raum unmittelbar oberhalb des Sende/Empfangsspiegels 21 an letzterem
vorbei und auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 geführt werden,
wenn der Betrag der Exzentrizität des auf den Sendespiegel 21a treffenden Mess
lichtes gegenüber der optischen Achse X der Objektivlinse 11 vergrößert wird.
Die Fig. 8 bis 14 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des mit einem Autofo
kussystem ausgestatteten elektronischen Entfernungsmessers nach der Erfin
dung. Das zweite Ausführungsbeispiel gleicht im Wesentlichen dem ersten Aus
führungsbeispiel, abgesehen davon, dass zwischen dem Lichtaussendeelement
23 und dem Umschaltspiegel 20 eine planparallele Kippplatte 70 angeordnet ist,
die als die Eintrittsposition des Messlichtes ändernde Vorrichtung dient, dass der
elektronischen Entfernungsmesser eine Steuerschaltung 80 hat, die die Verkip
pung der Kippplatte 70 steuert, und dass zwischen dem festen Spiegel 25 und
dem ND-Filter 29 eine Umkehrlinse 72 angeordnet ist. Teile oder Elemente des
zweiten Ausführungsbeispiels, die identisch denen des ersten Ausführungsbei
spiels sind, sind mit den entsprechenden, in dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendeten Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht im Detail
erläutert.
Die planparallele Kippplatte 70 ist so angeordnet, dass sie gegenüber einer zur
optischen Achse der Kollimatorlinse 24 senkrechten Ebene verkippt, d. h. geneigt
werden kann. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist das zweite Ausführungsbeispiel des
elektronischen Entfernungsmessers mit einem gestrichelt dargestellten Um
schaltmotor 73 versehen, der der planparallelen Kippplatte 70 benachbart ist. Der
Umschaltmotor 73 hat eine senkrecht zur optischen Achse des Lichtaussendee
lementes 23 verlaufende, rotierende Antriebswelle 73a, die vorwärts und rück
wärts gedreht wird. Die Antriebswelle 73a ist in der Mitte der Kippplatte 70 befe
stigt. Durch Vorwärts- oder Rückwärtsdrehen der Antriebswelle 73a um einen
vorbestimmten Drehwinkel wird die Kippplatte in einer auf geringe Entfernung
bezogenen Stellung A, im Folgenden als Nahstellung bezeichnet, angeordnet, in
der sie gegenüber einer zur optischen Achse des Lichtaussendeelementes 23
senkrechten Ebene um einen Winkel A1 in Vorwärtsrichtung, d. h. in Fig. 8 im
Gegenuhrzeigersinn gekippt ist, oder in einer auf große Entfernung bezogenen
Stellung B, im Folgenden als Fernstellung bezeichnet, angeordnet, in der sie
gegenüber der vorstehend genannten Ebene um einen Winkel θ2 in Rück
wärtsrichtung, d. h. in Fig. 8 im Uhrzeigersinn gekippt ist. Die Absolutwerte der
Winkel θ1 und θ2 sind gleich, während ihre Vorzeichen entgegengesetzt sind. Der
Umschaltmotor 73 ist an die Steuerschaltung 80 angeschlossen. Der Umschalt
motor 73 enthält einen nicht gezeigten Sensor zum Erfassen, ob sich die
Kippplatte 70 in der Nahstellung A oder in der Fernstellung B befindet.
Die Kippplatte 70 ist in der Nahstellung A angeordnet, wenn sich der Tripelreflek
tor 16 in geringer Entfernung befindet. Dagegen ist die Kippplatte 70 in der Fern
stellung B angeordnet, wenn sich der Tripelreflektor 16 in großer Entfernung
befindet. Beispielsweise ist die Kippplatte 70 in der in Fig. 11 gezeigten Nahstel
lung A angeordnet, wenn sich der Tripelreflektor 16 in einer Entfernung von 5 m
oder weniger befindet. In diesem Beispiel ist die Kippplatte 70 dagegen in der Fig.
12 gezeigten Fernstellung B angeordnet, wenn sich der Tripelreflektor 16 in einer
Entfernung größer als 5 m befindet. Ist die Kippplatte 70 in der in Fig. 11 gezeig
ten Nahstellung A angeordnet, so verschiebt sie das von dem Lichtaussendeele
ment 23 abgegebene, in Fig. 11 schraffiert dargestellte Messlicht, wie in Fig. 11
gezeigt, parallel so nach unten, dass die Mittelachse des Messlichtes an einem
Punkt (erster Auftreffpunkt) auf den Sendespiegel 21a trifft, der von der optischen
Achse X der Objektivlinse 11 abliegt. Befindet sich also die Kippplatte 70 in der in
Fig. 11 gezeigten Nahstellung A, so wird das von dem Lichtaussendeelement 23
abgegebene Messlicht über die Kippplatte 70 gemäß Fig. 11 parallel so nach
unten verschoben, dass die Mittelachse des von dem Lichtaussendelement 23
abgegebenen und an dem festen Spiegel 25 reflektierten Messlichtes an einem
Punkt (erster Auftreffpunkt) auf den Sendespiegel 21a trifft, der von dem Schnitt
punkt zwischen Sendespiegel 21a und optischer Achse X der Objektivlinse 11
abliegt. Anschließend läuft das an dem Sendespiegel 21a reflektierte Messlicht
auf den Tripelreflektor 16 zu, um an diesem reflektiert zu werden. Ein Teil des an
dem Tripelreflektor 16 reflektierten und durch die Objektivlinse 11 tretenden
Messlichtes wird durch den Sende/Empfangsspiegel 21 nicht gesperrt und läuft so
von der Objektivlinse 11 in einem Raum unmittelbar oberhalb des Sen
de/Empfangsspiegels 21 zu dem wellenlängenselektiven Spiegel 22, um an
diesem zurückreflektiert zu werden. Das an dem wellenlängenselektiven Spiegel
22 zurückreflektierte Messlicht wird dann an dem Empfangsspiegel 21b auf die
Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 reflektiert. Das Lichtempfangsele
ment 31 empfängt so eine ausreichende Menge an Messlicht, so dass die Entfer
nungsmessung in ihrer Genauigkeit nicht beeinträchtigt ist.
Befindet sich dagegen die Kippplatte 70 in ihrer in Fig. 12 dargestellten Fernstel
lung B, so verschiebt sie das von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesendete, in
Fig. 12 schraffiert dargestellte Messlicht in Fig. 12 parallel so nach oben, dass die
Mittelachse des von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen und an dem
festen Spiegel 25 reflektierten Messlichts an einem Punkt (zweiter Auftreffpunkt)
auf den Sendespiegel 21a trifft, der annähernd oder exakt mit dem Schnittpunkt
zwischen Sendespiegel 21a und optischer Achse X der Objektivlinse 11 überein
stimmt. Anschließend läuft das an dem Sendespiegel 21a reflektierte Messlicht
auf den Tripelreflektor 16 zu, um an diesem reflektiert zu werden. Da das an dem
Tripelreflektor 16 reflektierte Messlicht bei weit entferntem Tripelreflektor 16 vor
seinem Auftreffen auf die Objektivlinse 11 ausreichend divergiert, wird eine aus
reichende Menge des von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen, an dem
Tripelreflektor 16 reflektierten und durch die Objektivlinse 11 tretenden Messlich
tes nicht durch den Sende/Empfangsspiegel 21 gesperrt und trifft so auf die
Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26. Da die Absolutwerte der Winkel
θ1 und θ2 wie oben erläutert, gleich sind, ist die optische Weglänge der Kippplatte
70 in der Nahstellung A identisch mit der in der Fernstellung B, so dass die
Kippplatte 70 keine nachteilige Wirkung auf die Genauigkeit der Entfernungsmes
sung hat. Die zwischen der Kollimatorlinse 24 und der Umkehrlinse 72 laufenden
Lichtstrahlen sind parallele Strahlen.
Die Fokussierlinse 18 ist an einer Linsenfassung 19 gehalten. Die Linsenfassung
19 ist längs der optischen Achse der Zieloptik, d. h. der optischen Achse X der
Objektivlinse 11 geführt und hat eine längs der optischen Achse verlaufende
Zahnstange 19a. Der elektronische Entfernungsmesser enthält einen in Fig. 9
gezeigten Motor 60. An einer rotierenden Antriebswelle des Motors 60 ist ein
Ritzel 61 befestigt, das in die Zahnstange 19a eingreift. Mit dieser Konstruktion
bewegt der Motor 60 die Fokussierlinse 18, die an der Linsenfassung 19 gehalten
ist, längs der optischen Achse. Wie in Fig. 9 gezeigt, hat der elektronische Entfer
nungsmesser einen dem Motor 60 zugeordneten Codierer (Winkelsensor, Vor
richtung zum Erfassen der Linsenposition) 62. In dem gezeigten Ausführungsbei
spiel ist der Codierer 62 ein optischer Codierer, der eine Drehscheibe 62a mit
mehreren, nicht gezeigten radialen Schlitzen und einen Lichtsensor 62b enthält,
der einen Lichtsender und einen Lichtempfänger hat, die auf entgegengesetzten
Seiten der Drehscheibe 62a angeordnet sind. Der Drehwert, d. h. der Drehwinkel
des Motors 60, wird von dem Codierer 62 erfasst.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das den Codierer 62, den
Umschaltmotor 73 und die Steuerschaltung 80 enthält. Die Steuerschaltung 80
enthält einen Speicher (Speichervorrichtung) 80a, in dem eine Information gespei
chert ist, mit der erfasst wird, ob die dem erfassten Drehbetrag (Drehwinkel) des
Motors 60 entsprechende axiale Position der Fokussierlinse 18, die von dem
Codierer 62 erfasst wird, in einem Nah-Scharfstellbereich, der einem Bereich
geringer Objektentfernung entspricht, oder in einem Fern-Scharfstellbereich liegt,
der einem Bereich großer Objektentfernung entspricht. Der Bereich geringer
Objektentfernung ist als Entfernungsbereich festgelegt, in dem ein Großteil des an
dem Tripelreflektor 16 reflektierten und durch die Objektivlinse 11 tretenden
Messlichtes durch den Sende/Empfangsspiegel 21 gesperrt wird, und zwar in
einem Ausmaß, dass die Menge des auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtemp
fangsleiters 26 treffenden Messlichtes nicht ausreicht, um die Entfernungsmes
soperation durchzuführen, wenn sich die planparallele Kippplatte 70 in ihrer Fern
stellung B befindet. Die Grenze zwischen dem Bereich geringer Objektentfernung
und dem Bereich großer Objektentfernung kann durch Ändern z. B. der Größe des
Sende/Empfangsspiegels 21 und des Durchmessers des Lichtempfangsleiters 26
festgelegt werden.
Fig. 14 zeigt einen Prozess zum Antrieb der planparallelen Kippplatte 70, der
unmittelbar nach Einschalten des Entfernungsmessschalters 45 ausgeführt wird.
Der in Fig. 14 gezeigte Prozess wird von der Steuerschaltung 80 ausgeführt.
Zunächst wird in Schritt S101 die axiale Position der Fokussierlinse 18 über den
Codierer 62 erfasst. Anschließend wird in Schritt S102 unter Bezugnahme auf die
in dem Speicher 80a gespeicherte Information ermittelt, ob die erfasste Position
der Fokussierlinse 18 in dem Nah-Scharfstellbereich liegt. Ist dies der Fall (Ja in
Schritt S102), so wird in Schritt S103 über den in dem Umschaltmotor 73 vorge
sehenen Winkelsensor ermittelt, ob sich die Kippplatte 70 in der Nahstellung A
befindet. Befindet sich die Kippplatte 70 in der Fernstellung B (Nein in Schritt
S103), so wird der Umschaltmotor 73 in Schritt S104 so angesteuert, dass die
Kippplatte 70 in ihre Nahstellung A gedreht wird, und der Steuerablauf endet.
Befindet sich die Kippplatte 70 in ihrer Nahstellung A (Ja in Schritt S103), so endet
der Steuerablauf. Wird in Schritt S102 festgestellt, dass die erfasste Position der
Fokussierlinse 18 außerhalb des Nah-Scharfeinstellbereichs liegt (Nein in Schritt
S102), so wird in Schritt S105 über den in dem Umschaltmotor 73 vorgesehenen
Winkelsensor erfasst, ob die Kippplatte 70 in ihrer Fernstellung B angeordnet ist.
Befindet sich die Kippplatte 70 nicht in ihrer Fernstellung B (Nein in Schritt S105),
so wird der Umschaltmotor 73 in Schritt S106 so angesteuert, dass er die
Kippplatte 70 in ihre Fernstellung B dreht, und der Steuerablauf endet. Befindet
sich die Kippplatte 70 in ihrer Fernstellung B (Ja in Schritt S105), so endet der
Steuerablauf.
Gemäß dem oben erläuterten Prozess zum Antrieb der Kippplatte 70 befindet sich
letztere in ihrer Nahstellung A, wenn die Fokussierlinse 18 in dem Nah-
Scharfstellbereich angeordnet ist, und in ihrer Fernstellung B, wenn die Fokussier
linse 18 in dem Fern-Scharfstellbereich angeordnet ist. Die Stellung der Kippplatte
70 ändert sich also in Abhängigkeit der axialen Position der in ihrer Scharfstellpo
sition angeordneten Fokussierlinse 18. Dies bedeutet, dass sich die Stellung der
Kippplatte 70 entsprechend der berechneten Entfernung ändert. Der Auftreffpunkt
der Mittelachse des von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen Messlichtes
auf dem Sendespiegel 21 des Sende/Empfangsspiegels 21 kann also entspre
chend der Entfernung des Tripelreflektors 16 von dem elektronischen Entfer
nungsmesser variiert werden.
In dem oben erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer
nungsmessers wird die planparallele Kippplatte 70 in ihrer Nahstellung A oder in
ihrer Fernstellung B angeordnet, indem in Abhängigkeit der axialen Position der
Fokussierlinse 18 ermittelt wird, ob die Entfernung des Tripelreflektors 16 von dem
elektronischen Entfernungsmesser im Bereich geringer Objektentfernung oder im
Bereich großer Objektentfernung liegt. Kann jedoch die AF-Einheit 50 den Defo
kusbetrag und die Richtung der Fokusverschiebung in der Referenzbildebene 51
für einen beliebigen Standort im gesamten Bereich der Entfernungsmessung
erfassen, so kann die Kippplatte 70 auch in der Weise in ihrer Nahstellung A oder
in ihrer Fernstellung B angeordnet werden, dass entsprechend dem erfassten
Defokuswert und der erfassten Richtung der Fokusverschiebung ermittelt wird, ob
der Abstand des Tripelreflektors 16 von dem elektronischen Entfernungsmesser
im Nahbereich oder im Fernbereich liegt.
In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer
nungsmessers ist der Sende/Empfangsspiegel 21 gegenüber der optischen Achse
X exzentrisch nach unten versetzt. Der Sende/Empfangsspiegel 21 muss jedoch
gegenüber der optischen Achse X nicht zwangsläufig nach unten versetzt sein,
sondern kann in eine beliebige andere Richtung versetzt sein, so lange gewährlei
stet ist, dass er die beiden Pupillenbereichen 11A und 11B nicht stört.
Der elektronische Entfernungsmesser gemäß erstem und zweiten Ausführungs
beispiel ist mit einem Autofokussystem ausgestattet. Die Erfindung ist jedoch auch
auf einen elektronischen Entfernungsmesser anwendbar, der mit einem System
zur manuellen Scharfeinstellung ausgestattet ist. Ferner kann die planparallele
Kippplatte 70 auch manuell in ihre Nahstellung A oder ihre Fernstellung B gekippt
werden. In diesem Fall kann die Information, ob die Kippplatte 70 in ihrer
Nahstellung A oder ihrer Fernstellung B anzuordnen ist, dadurch gewonnen wer
den, dass zunächst die axiale Position der Fokussierlinse 18 nach deren manuel
ler Einstellung erfasst und anschließend bestimmt wird, ob die der erfassten
axialen Position der Fokussierlinse 18 entsprechende Entfernung in dem Nah-
Scharfeinstellbereich oder dem Fern-Scharfeinstellbereich liegt.
In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer
nungsmessers dient die planparallele Kippplatte 70 als Vorrichtung, die den
Auftreffpunkt der Mittelachse des von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesen
deten Messlichtes auf dem Sendespiegel 21a des Sende/Empfangsspiegels 21
ändert. Als in vorstehend erläuterter Weise arbeitende Vorrichtung können jedoch
auch zwei parallel zueinander angeordnete Spiegel eingesetzt werden. In diesem
Fall kann der Auftreffpunkt der Mittelachse des von dem Lichtaussendeelement
23 ausgesendeten Messlichtes auf dem Sendespiegel 21a dadurch verändert
werden, dass einer der beiden Spiegel parallel zu dem anderen Spiegel verscho
ben wird. Beispielsweise können, wie in Fig. 15 gezeigt, zwei parallel zueinander
ausgerichtete Spiegel 91 und 92 zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und
dem in Fig. 15 der einfacheren Darstellung wegen weggelassenen Umschaltspie
gel 28 angeordnet sein, von denen der Spiegel 92 über einen in dem elektroni
schen Entfernungsmesser vorgesehenen, nicht gezeigten Antriebsmechanismus
zwischen einer in Fig. 15 mit einer durchgezogenen Linie dargestellten ersten
Stellung P und einer in Fig. 15 mit einer gestrichelten Linie angedeuteten zweiten
Stellung Q, die parallel zu der ersten Stellung P ist, bewegt wird. Befindet sich in
diesem Fall der Spiegel 92 in seiner ersten Stellung P, so trifft die Mittelachse des
von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen Messlichtes an einem Punkt auf
den Sendespiegel 21a, der im annähernd oder exakt auf der optischen Achse X
der Objektivlinse 11 liegt. Befindet sich dagegen der Spiegel 92 in der Stellung Q,
so trifft die Mittelachse des von dem Lichtaussendelement 23 ausgesendeten
Messlichtes an einem Punkt auf den Sendespiegel 21a, der von der optischen
Achse X der Objektivlinse 11 abliegt. Der Spiegel 92 wird also so gesteuert, dass
er in Abhängigkeit der Entfernung des Tripelreflektors 16 von dem elektronischen
Entfernungsmesser entweder in der ersten Stellung P oder der zweiten Stellung Q
angeordnet wird. In diesem Fall muss jedoch die durch die Parallelverschiebung
des Spiegels 92 verursachte Änderung der optischen Weglänge kompensiert
werden. Mit dem eben erläuterten Aufbau kann, ähnlich wie in dem zweiten Aus
führungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers, der Auftreffpunkt der
Mittelachse des von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesendeten Messlichtes
auf dem Sendespiegel 21a des Sende/Empfangsspiegels 21 entsprechend der
Entfernung des Tripelreflektors 16 von dem Entfernungsmesser variiert werden.
Alternativ kann der Auftreffpunkt der Mittelachse des Messlichtes auf dem Sende
spiegel 21a durch Bewegen der Blende 71 senkrecht zur optischen Achse des
Lichtaussendeelementes 23 verändert werden, wie Fig. 16 zeigt.
In den oben erläuterten Ausführungsbeispielen dient der Tripelreflektor 16 als
Zielobjekt, das an einem Entfernungspunkt angeordnet ist. Das oben erläuterte
Problem, dass das zurückkehrende Messlicht durch den Sende/Empfangsspiegel
21 um so stärker gesperrt wird, je kürzer der Abstand des Zielobjektes von dem
elektronischen Entfernungsmesser ist, kann jedoch auch in dem Fall überwunden
werden, in dem kein Tripelreflektor am Messpunkt angeordnet ist.
In den erläuterten Ausführungsbeispielen ist das Porroprismenaufrichtsystem 12
als Aufrichtoptik und als Strahlteileroptik vorgesehen, die das auftreffende Licht
bündel in zwei Lichtbündel aufspaltet, von denen eines auf die AF-Einheit 50
zuläuft, während das andere auf das Okular 14 zuläuft. An Stelle des Porropris
menaufrichtsystems 12 können jedoch auch andere optische Elemente verwendet
werden.
In dem oben erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel können die arithmetische
Steuerschaltung 40 und die Steuerschaltung 80 in einer einzigen Steuerschaltung
integriert werden.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung einen elektronischen
Entfernungsmesser bereit, bei dem das Problem, dass bei nahe an dem elektroni
schen Entfernungsmesser angeordnetem Zielobjekt die auf den Empfangsspiegel
21b einfallende Lichtmenge verringert ist, sowie das damit einhergehende Pro
blem überwunden sind, dass die Genauigkeit der Entfernungsmessung durch die
Abnahme der auf den Empfangsspiegel 21b einfallenden Lichtmenge beeinträch
tigt ist. Außerdem stellt die Erfindung einen elektronischen Entfernungsmesser
bereit, der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist, frei von den oben ge
nannten Problemen ist.
Claims (27)
1. Elektronischer Entfernungsmesser mit
einem Zielfernrohr mit Objektivlinse zum Anvisieren eines Objektes, einem hinter der Objektivlinse, gegenüber deren optischer Achse exzentrisch angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht über das Reflexionselement und die Objektivlinse und einer Empfangsoptik zum Empfangen des Teils des Messlichtes, der an dem Ob jekt reflektiert wird, anschließend durch die Objektivlinse tritt und durch das Reflexionselement nicht an seiner Lichtausbreitung gehindert ist, und
einer Vorrichtung zum Ändern des Auftreffpunkts der Mittelachse des Mess lichtes auf einer Reflexionsfläche des Reflexionselementes zwischen einem ersten Auftreffpunkt, der von dem Schnittpunkt zwischen Reflexionsfläche und optischer Achse der Objektivlinse abliegt, und einem zweiten Auftreff punkt, der zumindest annähernd auf dem Schnittpunkt liegt.
einem Zielfernrohr mit Objektivlinse zum Anvisieren eines Objektes, einem hinter der Objektivlinse, gegenüber deren optischer Achse exzentrisch angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht über das Reflexionselement und die Objektivlinse und einer Empfangsoptik zum Empfangen des Teils des Messlichtes, der an dem Ob jekt reflektiert wird, anschließend durch die Objektivlinse tritt und durch das Reflexionselement nicht an seiner Lichtausbreitung gehindert ist, und
einer Vorrichtung zum Ändern des Auftreffpunkts der Mittelachse des Mess lichtes auf einer Reflexionsfläche des Reflexionselementes zwischen einem ersten Auftreffpunkt, der von dem Schnittpunkt zwischen Reflexionsfläche und optischer Achse der Objektivlinse abliegt, und einem zweiten Auftreff punkt, der zumindest annähernd auf dem Schnittpunkt liegt.
2. Entfernungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Reflexionselement so angeordnet ist, dass folgende Beziehung erfüllt ist:
b < c
worin b den Abstand zwischen der optischen Achse der Objektivlinse und einer Querschnittskante des Messlichtes in einer ersten, exzentrischen Richtung des Reflexionselementes und
c den Abstand zwischen der optischen Achse der Objektivlinse und einer Kante des Reflexionselementes in einer zu der ersten Richtung des Refle xionselementes entgegengesetzten zweiten Richtung bezeichnet.
b < c
worin b den Abstand zwischen der optischen Achse der Objektivlinse und einer Querschnittskante des Messlichtes in einer ersten, exzentrischen Richtung des Reflexionselementes und
c den Abstand zwischen der optischen Achse der Objektivlinse und einer Kante des Reflexionselementes in einer zu der ersten Richtung des Refle xionselementes entgegengesetzten zweiten Richtung bezeichnet.
3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung eine in
dem Strahlengang des Messlichtes angeordnete Blende hat und der Auf
treffpunkt der Mittelachse des Messlichtes auf der Reflexionsfläche dadurch
geändert wird, dass die Blende senkrecht zum Strahlengang des Messlichtes
bewegt wird.
4. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn
zeichnet durch eine Steuerung, welche die Vorrichtung so steuert, dass die
se den Auftreffpunkt der Mittelachse des Messlichtes bei geringer Entfer
nung des Objektes auf den ersten Auftreffpunkt und bei großer Entfernung
des Objektes auf den zweiten Auftreffpunkt einstellt.
5. Entfernungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Zielfernrohr eine längs seiner optischen Achse geführte Scharfeinstelllinse
enthält, deren axiale Position von einer Linsenposition-
Erfassungsvorrichtung erfasst wird, und dass die Steuerung die den Auftreff
punkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung so steuert, dass diese den Auf
treffpunkt der Mittelachse des Messlichtes zwischen dem ersten und dem
zweiten Auftreffpunkt in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses der Lin
senposition-Erfassungsvorrichtung ändert.
6. Entfernungsmesser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung eine zwi
schen einem das Messlicht ausgebenden Lichtaussendeelement und einem
Reflexionselement angeordnete planparallele Platte enthält, die gegenüber
einer zur optischen Achse der Sendeoptik senkrechten Ebene verkippt ist.
7. Entfernungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuerung die planparallelen Platte so steuert, dass sich diese bei geringer
Objektentfernung um einen vorbestimmten Drehwinkel in eine erste Dreh
richtung und bei großer Objektentfernung um den gleichen Drehwinkel in ei
ne zweite Drehrichtung dreht.
8. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Reflexionselement aus einem planparallelen Spiegel mit
einer Vorderfläche und einer hierzu parallelen Rückfläche besteht und ge
genüber der optischen Achse der Objektivlinse verkippt ist, und dass die Flä
che des Reflexionselementes, auf der sich der Schnittpunkt befindet, die der
Objektivlinse zugewandte Vorderfläche ist.
9. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Sendeoptik eine zwischen dem Lichtaussendeelement
und der Planparallelplatte angeordnete Kollimatorlinse enthält.
10. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik ein hinter dem Reflexionselement
angeordnetes wellenlängenselektives Filter enthält.
11. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, dass die den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung
einen Motor zum Drehen der planparallelen Platte enthält.
12. Entfernungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung zwei parallele, zwi
schen einem das Messlicht ausgebenden Lichtaussendeelement und dem
Reflexionselement angeordnete Spiegel enthält, von denen einer relativ zu
dem anderen zum Ändern des Auftreffpunkts der Mittelachse des Messlich
tes bewegbar ist.
13. Elektronischer Entfernungsmesser mit
einem zum Anvisieren eines Objektes bestimmten Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einer Scharfeinstelllinse,
einem hinter der Objektivlinse, gegenüber deren optischer Achse exzentrisch angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht über das Reflexionselement und die Objektivlinse und einer Empfangsoptik zum Empfangen des Teils des Messlichtes, der an dem Ob jekt reflektiert wird, anschließend durch die Objektivlinse tritt und durch das Reflexionselement nicht an seiner Lichtausbreitung gehindert ist,
einer Schärfenerfassungsvorrichtung zum Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielfernrohrs, und
einem Autofokussystem zum Ansteuern der Scharfstelllinse derart, dass entsprechend dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung erfassten Scharf stellzustand auf das Objekt scharfgestellt wird.
einem zum Anvisieren eines Objektes bestimmten Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einer Scharfeinstelllinse,
einem hinter der Objektivlinse, gegenüber deren optischer Achse exzentrisch angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht über das Reflexionselement und die Objektivlinse und einer Empfangsoptik zum Empfangen des Teils des Messlichtes, der an dem Ob jekt reflektiert wird, anschließend durch die Objektivlinse tritt und durch das Reflexionselement nicht an seiner Lichtausbreitung gehindert ist,
einer Schärfenerfassungsvorrichtung zum Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielfernrohrs, und
einem Autofokussystem zum Ansteuern der Scharfstelllinse derart, dass entsprechend dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung erfassten Scharf stellzustand auf das Objekt scharfgestellt wird.
14. Entfernungsmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
über die Sendeoptik auf das Objekt projizierte Messlicht längs eines Strah
lengangs, der exzentrisch bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse
ist, auf das Objekt zuläuft.
15. Entfernungsmesser nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine in dem
Strahlengang des Messlichtes angeordnete Blende, die senkrecht zum
Strahlengang des Messlichtes bewegbar ist, um das Messlicht exzentrisch
bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse zu machen.
16. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Reflexionselement aus einer planparallelen Spiegelplatte
mit einer Vorderfläche und einer hierzu parallelen Rückfläche besteht und
gegenüber der optischen Achse der Objektivlinse geneigt ist, und dass die
der Objektivlinse zugewandte Vorderfläche des Reflexionselementes eine
Reflexionsfläche bildet, auf der sich der Schnittpunkt zwischen Reflexionsflä
che und optische Achse der Objektivlinse befindet.
17. Elektronischer Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik eine zwischen dem Licht
aussendeelement und der planparallelen Spiegelplatte angeordnete Kolli
matorlinse enthält.
18. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Empfangsoptik ein hinter dem Reflexionselement ange
ordnetes wellenlängenselektives Filter enthält.
19. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet
durch eine Vorrichtung zum Ändern des Auftreffpunkts der Mittelachse des
Messlichtes auf einer Reflexionsfläche des Reflexionselementes zwischen
einem ersten Auftreffpunkt, der von der optischen Achse der Objektivlinse
abliegt, und einem zweiten Auftreffpunkt, der zumindest annähernd auf der
optischen Achse der Objektivlinse liegt.
20. Entfernungsmesser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung einen Motor zum
Drehen der planparallelen Platte enthält.
21. Entfernungsmesser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung zwei parallele, zwi
schen einem das Messlicht ausgebenden Lichtaussendeelement und dem
Reflexionselement angeordnete Spiegel enthält, von denen einer zum Än
dern des Auftreffpunkts der Mittelachse des Messlichtes relativ zu dem an
deren bewegbar ist.
22. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet
durch eine Steuerung zum Steuern der den Auftreffpunkt des Messlichtes
ändernden Vorrichtung derart, dass diese den Auftreffpunkt der Mittelachse
des Messlichtes auf den ersten Auftreffpunkt einstellt, wenn die Steuerung
entsprechend dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung erfassten Scharf
stellzustand des Zielfernrohrs eine geringe Objektentfernung ermittelt, und
auf den zweiten Auftreffpunkt einstellt, wenn die Steuerung entsprechend
dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung erfassten Scharfstellzustand
des Zielfernrohrs eine große Objektentfernung ermittelt.
23. Entfernungsmesser nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Steue
rung zum Ansteuern der den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernden Vor
richtung derart, dass diese den Auftreffpunkt der Mittelachse des Messlich
tes auf den ersten Auftreffpunkt einstellt, wenn die Steuerung entsprechend
der von dem Autofokussystem erfassten axialen Position der Scharfstelllinse
eine geringe Objektentfernung ermittelt, und auf den zweiten Auftreffpunkt
einstellt, wenn die Steuerung entsprechend der von dem Autofokussystem
erfassten axialen Position der Scharfstelllinse eine große Objektentfernung
ermittelt.
24. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekenn
zeichnet, dass die den Auftreffpunkt des Messlichtes ändernde Vorrichtung
eine zwischen einem das Messlicht ausgebenden Lichtaussendeelement
und dem Reflexionselement angeordnete Planparallelplatte enthält, die ge
genüber einer zur optischen Achse der Sendeoptik senkrechten Ebene ver
kippt ist.
25. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Steuerung die Planparallelplatte so ansteuert, dass sich
diese bei geringer Objektentfernung um einen vorbestimmten Drehwinkel in
eine erste Drehrichtung und bei großer Objektentfernung um den gleichen
Drehwinkel in eine zweite Drehrichtung dreht.
26. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Schärfenerfassungsvorrichtung eine nach dem Prinzip
der Phasendifferenzerfassung arbeitende Vorrichtung ist, die den Scharf
stellzustand aus der Korrelation zweier Bilder erfasst, die von zwei durch
zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse des Zielfernrohrs tre
tenden Lichtbündel erzeugt werden.
27. Entfernungsmesser nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die
Exzentrizitätsrichtung des Reflexionselementes senkrecht zu einer Richtung
verläuft, in der die beiden Pupillenbereiche voneinander getrennt sind.
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