DE10349590A1

DE10349590A1 - Vermessungsinstrument

Info

Publication number: DE10349590A1
Application number: DE10349590A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kaneko
Original assignee: Pentax Precision Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US7055253B2; JP2004144629A; CN1499170A; CN100368764C; US20040163266A1

Abstract

Ein Vermessungsinstrument umfasst einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; sowie eine erste Kollimatoroptik und eine zweite Kollimatoroptik, die jeweils in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet sind, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes zu kollimieren, wobei ein Sehwinkel der zweiten Kollimatoroptik größer als ein Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik ist. Es wird eine erste Kollimationsoperation mit der ersten Kollimatoroptik durchgeführt, nachdem eine zweite Kollimationsoperation mit der zweiten Kollimationsoptik durchgeführt ist.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument, insbesondere ein Vermessungsinstrument mit einer Kollimatoroptik zum Kollimieren des Vermessungsinstruments durch eine Fernrohroptik, die einen schmalen Sehwinkel hat.

In herkömmlichen Vermessungsinstrumenten, die einen Kollimator und eine Fernrohroptik zum Anvisieren eines Vermessungspunktes haben, ist eine Kollimatoroptik von der Fernrohroptik abgezweigt.

Jedoch ist der Sehwinkel der Fernrohroptik üblicherweise klein (z.B. etwa eineinhalb Grad). Aufgrund dieses kleinen Sehwinkels muss mit einer solchen Kollimatoroptik das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes (z.B. eines Tripelreflektors) kollimiert werden, indem das Sehfeld der Kollimatoroptik sequenziell abgetastet wird, während das Sehfeld der Kollimatoroptik, da es schmal ist, verschoben wird. In herkömmlichen Vermessungsinstrumenten beansprucht deshalb eine Kollimationsoperation lange Zeit.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Vermessungsinstrument vorgesehen, umfassend einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; sowie eine erste Kollimatoroptik und eine zweite Kollimatoroptik, die jeweils in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet sind, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes zu kollimieren, wobei der Sehwinkel der zweiten Kollimatoroptik größer als der Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik ist. Es wird eine erste Kollimationsoperation mit der ersten Kollimatoroptik durchgeführt, nachdem eine zweite Kollimationsoperation mit der zweiten Kollimatoroptik durchgeführt ist.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Vermessungsinstrument vorgesehen, umfassend einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; und eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes zu kollimieren. Die Kollimatoroptik umfasst einen Zoommechanismus zum Ändern ihrer Brennweite.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Vermessungsinstrument einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; eine Fernrohroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist; eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist, wobei der Sehwinkel der Kollimatoroptik größer als der Sehwinkel der Fernrohroptik ist. Der Vermessungsinstrumentenkörper wird angetrieben und um die vertikale Achse und die horizontale Achse geschwenkt, um ein Bild eines in einem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Seh feldes der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimatoroptik erfaßten, auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.

Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument einen Bildsensor. Die zweite Kollimatoroptik ist ausgebildet, ein Bild auf dem Bildsensor zu erzeugen.

Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt und um die vertikale Achse und die horizontale Achse dreht, um ein Bild eines in einem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Sehfeldes der ersten Kollimatoroptik zu positionieren.

Vorzugsweise nutzen die erste Kollimatoroptik und die zweite Kollimatoroptik den Bildsensor gemeinsam.

Vorzugsweise umfasst die erste Kollimatoroptik einen Allrichtspiegel.

Vorzugsweise umfassen die erste Kollimationsoptik und die zweite Kollimationsoptik jeweils eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlen auf den Vermessungspunkt, um das Vermessungsinstrument auf den Vermessungspunkt zu kollimieren.

Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument einen Bildsensor; und ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt, um das Bild des in dem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Sehfeldes der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimationsoptik erfaßten, auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.

Vorzugsweise ist die Kollimatoroptik so angeordnet, dass sie in der Lage ist, das Bild des Ziels auf dem Bildsensor zu erzeugen.

Bei einem Vermessungsinstrument, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann die für eine Kollimationsoperation erforderliche Zeit mit einer einen weiten Sehwinkel aufweisenden Kollimatoroptik im Zusammenwirken mit einer Fernrohroptik reduziert werden; außerdem kann die für eine Autokollimationsoperation erforderliche Zeit verringert werden. Ferner kann ein Vermessungspunkt schnell erfasst und präzise kollimiert werden, indem wahlweise eine Tele-Optik und eine Weitwinkel-Optik verwendet werden, um den Vermessungspunkt zu erfassen und die Fernrohroptik auf zu den Tripelreflektor zu kollimieren.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes;
2 ein Blockdiagramm, das den Zusammenhang zwischen einem Bildsensor (CCD), einem Zielerkennungsprozessor, einem Horizontal-Antriebssystem, einem Vertikal-Antriebssystem und einer Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung angibt, die alle in dem in 1 gezeigten Vermessungsinstrument enthalten sind;
3 ein Flussdiagramm, das einen mit dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes durchgeführten Prozess einer Kollimationsoperation zeigt;
4 eine Darstellung, die ein Sehfeld eines ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes zeigt;
5 eine Darstellung ähnlich der nach 1, die ein Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes zeigt, das eine Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes darstellt;
6 eine Ansicht ähnlich der nach 1, die ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes zeigt;
7 eine Ansicht ähnlich der nach 1, die ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes zeigt; und
8 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes, das eine Modifizierung des ersten, des zweiten und des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Vermessungsinstrumentes. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Vermessungsinstrument einen Vermessungsinstrumentenkörper 1, eine Fernrohroptik 10, eine erste Kollimatoroptik 30 und eine zweite Kollimatoroptik 110. Lichtstrahlen, die zunächst von einer innerhalb des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 angeordneten Lichtquelle 29 nach außen gesendet werden, um auf einen Tripelreflektor (Vermessungspunkt) 60 zu fallen, und anschließend von dem Tripelreflektor 60 zum Vermessungsinstrumentenkörper 1 hin reflektiert werden, werden von der ersten Kollimatoroptik 30 empfangen, so dass die Koordinaten (z.B. x- und y-Koordinaten) des Tripelreflektors 60 auf dem Bildsensor 50 bestimmt werden. Entsprechend dieser Positionsinformation des Tripelreflektors 60 wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 so bewegt, dass sich ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb eines Sehfeldes 21 der Fernrohroptik 10 (zweite Kollimatoroptik 110) befindet, um so das Vermessungsinstrument bezüglich des Tripelreflektors 60 zu kollimieren.
Die erste Kollimatoroptik 30 wird eingesetzt, um von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen vor einer Kollimationsoperation durch die Fernrohroptik 10 oder die zweite Kollimationsoptik 110 in das Sehfeld 21 der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 zu bringen. Die erste Kollimatoroptik 30 ist gebildet aus einer Objektivlinse 31, einem Rechtwinkelprisma 32, der Lichtquelle 29, einer zweiten Blende 38 und einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 33. Die Fernrohroptik 10 wird eingesetzt, um eine manuelle Kollimationsoperation durchzuführen, und ist gebildet aus einer Objektivlinse 11, einer Lichtquelle 19, einem Rechtwinkelprisma 12, einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 13, einer Fokussierlinse 14, einem Porroprisma 15, einer Fokussierscheibe 16 und einem Okular 17. Die zweite Kollimatoroptik 110 wird eingesetzt, um eine Autokollimationsoperation durchzuführen, und ist gebildet aus der Objektivlinse 11, der Lichtquelle 19, dem Rechtwinkelprisma 12, dem Strahlteiler 13, einer ersten Blende 18 und dem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 33. Die Fernrohroptik 10 und die zweite Kollimationsoptik 110 nutzen also gemeinsam die Objektivlinse 11, die Lichtquelle 19, das Rechtwinkelprisma 12 und den Strahlteiler 13.
In der Fernrohroptik 10 werden die Lichtstrahlen, die zunächst auf die Objektivlinse 11 fallen, um durch die Objektivlinse 11 längs deren optischer Achse 20 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu treten, und die anschließend durch den Strahlteiler 13 gehen, über die Fokussierlinse 14 und das Porroprisma 15 auf die Fokussierscheibe 16 fokussiert, um zusammen mit einer an der Fokussierscheibe 16 ausgebildeten Zielmarke (nicht gezeigt) durch das Okular 17 betrachtet zu werden. Andererseits gehen in der zweiten Kollimatoroptik 110 die Lichtstrahlen, die zunächst auf die Objektivlinse 11 fallen, um durch die Objektivlinse 11 längs deren optischer Achse 20 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu treten, und die anschließend von dem Strahlteiler 13 im rechten Winkel (in 1 nach oben) reflektiert werden, durch die erste Blende 18 und den Strahlteiler 33, um auf den Bildsensor 50 zu fallen.
In der ersten Kollimatoroptik 30, die unabhängig von der Fernrohroptik 10 vorgesehen ist, werden die Lichtstrahlen, die zunächst auf die Objektivlinse 31 fallen, um durch die Objektivlinse 31 längs deren optischer Achse 40 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu treten, und die anschließend durch die zweite Blende 38 gehen, von dem Strahlteiler 33 im rechten Winkel (in 1 nach oben) reflektiert, um auf den Bildsensor 50 zu fallen. Der Bildsensor 50 wird demnach eingesetzt, um sowohl ein erstes Bild aus den von dem Strahlteiler 33 reflektierten Lichtstrahlen als auch ein zweites Bild aus den vom Strahlteiler 13 reflektierten Lichtstrahlen einzufangen. Ein Blendenantriebssystem 5 steuert den Betrieb der ersten und der zweiten Blende 18 und 38 so, dass sich die erste und die zweite Blende 18 und 38 nicht gleichzeitig öffnen. Demnach werden das erste und das zweite Bild wahlweise auf dem Bildsensor 50 erzeugt. Dies bedeutet, dass das erste und das zweite Bild nicht gleichzeitig auf dem Bildsensor 50 erzeugt werden.
Wie in 2 gezeigt, hat das erste Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes eine Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55, ein Horizontal-Antriebssystem 56, ein Vertikal-Antriebssystem 57 und eine Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59, wobei die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den Bildsensor 50 angeschlossen sind. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 bestimmt, ob der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 stellt fest, dass der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt, wenn ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb eines Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 bestimmt eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 aus der Mitte des Sehfeldes 41 über das Ausgangssignal des Bildsensors 50 (d.h. über die von dem Tripelreflektor 60 reflektierten Lichtstrahlen), wenn die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 feststellt, dass der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (d.h. wenn sich ein Bild des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 befindet). Stellt die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 fest, dass der Bildsensor 50 keine von dem Tripelreflektor 60 reflektierten Lichtstrahlen empfängt, während die Positionserfassungs-Verarbeitungsschaltung 59 eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 aus der Mitte des Sehfeldes 41 bestimmt, so wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 von dem Horizontal-Antriebssystem 56 und dem Vertikal-Antriebssystem 57 bewegt, die jeweils sowohl an die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als auch an die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 angeschlossen sind.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 ein mit dem ersten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation erläutert. In diesem Prozess wird der Tripelreflektor 60 in einem Vermessungspunkt angeordnet (Schritt S1). Anschließend wird der Bildsensor 50 bei geschlossener erster Blende 18 und geöffneter zweiter Blende 38 aktiviert und die Lichtquelle 29 eingeschaltet, um Licht auf das Rechtwinkelprisma 32 auszugeben und so Lichtstrahlen auf den Tripelreflektor 60 zu senden, um eine Kollimationsoperation durchzuführen (Schritt S2).
Empfängt der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen (JA in Schritt S3), so wird festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Auf Grundlage dieser Feststellung wird die Position eines Bildes der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 bestimmt. Empfängt dagegen der Bildsensor 50 kein von dem Tripelreflektor 60 reflektiertes Licht (NEIN in Schritt S3), so wird festgestellt, dass kein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Auf Grundlage dieser Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich horizontal und vertikal bewegt, bis der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt S4). Mit Empfang von dem Tripelreflektor 60 reflektierter Lichtstrahlen durch den Bildsensor 50 wird die Position der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 bestimmt (Schritt S3).
Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 entsprechen der Positionsinformation über die reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 horizontal und vertikal bewegt, um die reflektierten Lichtstrahlen in dem Bildsensor 50 zu zentrieren (Schritt S5). Anschließend wird die zweite Blende 38 geschlossen, während die Lichtquelle 29 und der Bildsensor 50 jeweils ausgeschaltet werden. Dadurch wird es möglich, von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte Lichtstrahlen in das Sehfeld 21 der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 zu bringen.
Anschließend wird eine Kollimationsoperation entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 durchgeführt, nicht jedoch mit der ersten Kollimatoroptik 30, die in Schritt S3 eingesetzt wurde, um zu bestimmen, ob der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt S6).
Diese Kollimationsoperation, die entweder von der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 durchgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben.
Wird die Kollimationsoperation manuell durchgeführt, so schwenkt eine Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal und vertikal, während er durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so wird zunächst die erste Blende 18 geöffnet, der Bildsensor 50 aktiviert und die Lichtquelle 19 eingeschaltet. Anschließend wird die Position der von dem Tripelspiegel 60 reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 erfasst, die durch die zweite Kollimatoroptik 110 auf den Bildsensor 50 fallen, und der Vermessungsinstrumentenkörper 1 wird horizontal und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen oder automatischen Kollimationsoperation können die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) gemessen werden.
In der ersten Kollimatoroptik 30 ist deren Sehwinkel größer als der oben genannte herkömmliche Sehwinkel von eineinhalb Grad eingestellt, indem die erste Kollimatoroptik 30 so ausgebildet ist, dass sie eine kurze Brennweite aufweist. Folglich kann ein Bild des Tripelreflektors 60 deutlich einfacher hinter dem Sehfeld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 als in dem Sehfeld 21 angeordnet werden, da das Seh feld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 deutlich größer ist als das Sehfeld 21, wie in 4 gezeigt ist. Dadurch kann auf einmal das Sehfeld in einem weiten Bereich eingefangen werden, wodurch die für die Kollimationsoperation erforderliche Zeit beträchtlich reduziert werden kann. Auf diese Weise kann die Kollimationsoperation beschleunigt werden. Wegen des weiten Sehwinkels der ersten Kollimatoroptik 30 kann ferner das während der Kollimationsoperation eingefangene Sehfeld über den Bildsensor 50 in einem weiten Sehbereich aufgezeichnet werden. Außerdem kann der Tripelreflektor 60 schnell und präzise erfasst werden, indem wahlweise die Teleoptik (Fernrohroptik 10) und die Weitwinkeloptik (erste Kollimatoroptik 30) zur Erfassung des Tripelreflektors 60 und zur Kollimation der Fernrohroptik 10 auf den Tripelreflektor 60 eingesetzt werden. Der Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik 30 ist vorzugsweise mindestens auf das Zehnfache des Sehwinkels der Fernrohroptik 10 eingestellt.
Das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Vermessungsinstrumentes kann gemäß 5 modifiziert werden. Das in 5 gezeigte Vermessungsinstrument hat hinter dem Rechtwinkelprisma 32 einen zweiten Bildsensor 51, der unabhängig von dem Bildsensor 50 vorgesehen ist, und weist keines der folgenden drei, in 1 gezeigten Elemente auf: den Strahlteiler 23, die erste Blende 18 und die zweite Blende 38. Bei diesem Aufbau ist es nicht erforderlich, zwei Blenden, nämlich die erste Blende 18 und die zweite Blende 38, anzusteuern.
In dieser Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes sind die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 und die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den zweiten Bildsensor 51 angeschlossen. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 bestimmt, ob der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 stellt dann fest, dass der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt, wenn ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 bestimmt eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 aus dessen Mitte über das Ausgangssignal des zweiten Bildsensors 51 (d.h. über von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen), wenn die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 feststellt, dass der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (d.h. wenn ein Bild des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist), und wenn die zu verwendende Optik von der ersten Kollimatoroptik 30 auf die zweite Kollimatoroptik 110 oder die Fernrohroptik 10 umgeschaltet ist. Stellt die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 fest, dass der zweite Bildsensor 51 kein von dem Tripelreflektor 60 reflektiertes Licht empfängt, während die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 aus dessen Mitte erfasst, so wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 durch das Horizontalantriebssystem 56 und das Vertikalantriebssystem 57 bewegt, die jeweils sowohl an die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als auch an die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 angeschlossen sind.
In den in den 1 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen der Vermessungsinstrumente können die für die Kollimationsoperation genutzten Lichtstrahlen nur durch eine der beiden Lichtquellen, d.h. entweder die Lichtquelle 19 oder die Lichtquelle 29, nach außen gesendet werden. Bei den in den 1 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen der Vermessungsinstrumente können jeweils die Lichtquelle 19 oder die Lichtquelle 29 weggelassen werden. In diesem Fall kann das Vermessungsinstrument mit von dem Tripelreflektor 60 reflektiertem Umgebungslicht auf den Tripelreflektor 60 kollimiert werden.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes. In diesem Ausführungsbeispiel sind Teile oder Elemente, die denen des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie in 6 gezeigt, hat das Vermessungsinstrument oberhalb der Fernrohroptik 10 eine erste Kollimatoroptik 80. Ein Prisma 72 ist an der Oberseite eines Allrichtspiegels 70 befestigt. Von einer Lichtquelle 79 abgegebene Lichtstrahlen werden von dem Prisma 72 so reflektiert, dass sie aus dem Vermessungsinstrument nach außen gesendet werden. Andererseits werden Lichtstrahlen, die auf den Allrichtspiegel 70 fallen, von diesem so reflektiert, daß sie durch eine Abbildungslinse 71 auf einen Bildsensor 52 abgebildet werden. Der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kann um eine vertikale Achse 3 vor und zurück sowie um die horizontale Achse 6 vor und zurück geschwenkt werden. Die vertikale Achse 3 fällt mit der optischen Achse der ersten Kollimatoroptik 80 zusammen.
Ähnlich wie die Fernrohroptik 10 in dem ersten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes ist die Fernrohroptik 10 gebildet aus einer Objektivlinse 11, einer Lichtquelle 19, einem Rechtwinkelprisma 12, einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma 13), einer Fokussierlinse 14, einem Porroprisma 15, einer Fokussierscheibe 16 und einem Okular 17. Die zweite Kollimatoroptik 120 ist gebildet aus der Objektivlinse 11, der Lichtquelle 19, dem Rechtwinkelprisma 12 und dem Strahlteiler 13. Die zweite Kollimatoroptik 120 teilt demnach alle ihre Elemente mit der Fernrohroptik 10.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes sind die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 und die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den Bildsensor 52 angeschlossen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 ein mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation beschrieben. In diesem Prozess wird der Tripelreflektor 60 in einem Vermessungspunkt angeordnet (Schritt S1). Anschließend wird der Bildsensor 52 aktiviert und die Lichtquelle 79 eingeschaltet, um Licht auf das Prisma 72 abzugeben und so Lichtstrahlen auf den Tripelreflektor 60 auszusenden, um eine Kollimationsoperation durchzuführen (Schritt S2).
Empfängt der Bildsensor 52 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen (JA in Schritt S3), so wird festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 80 angeordnet ist; auf Grundlage dieser Feststellung wird die Position eines Bildes der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 52 ermittelt. Empfängt dagegen der Bildsensor 52 keine von dem Tripelreflektor 60 reflektierten Lichtstrahlen (NEIN in Schritt S3), so wird festgestellt, dass kein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 80 angeordnet ist; auf Grundlage dieser Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich vertikal bewegt, bis der Bildsensor 52 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt S4). Empfängt der Bildsensor 52 von dem Tripelspiegel 60 reflektierte Lichtstrahlen, so wird die Position der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 52 ermittelt.
Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 entsprechend der Positionsinformation über die auf dem Bildsensor 52 reflektierten Lichtstrahlen horizontal und vertikal bewegt, um die reflektierten Lichtstrahlen in dem Bildsensor 52 zu zentrieren (Schritt S5). Anschließend werden sowohl die Lichtquelle 79 als auch der Bildsensor 52 ausgeschaltet. Dadurch können von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte Lichtstrahlen in das Sehfeld 21 der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 120 gebracht werden.
Anschließend wird eine Kollimationsoperation entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimatoroptik 120 durchgeführt, nicht jedoch mit der ersten Kollimatoroptik 80, die in Schritt S3 eingesetzt wird, um zu bestimmen, ob der Bildsensor 52 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt S6).
Diese Kollimationsoperation, die entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 120 durchgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben.
Wird die Kollimationsoperation manuell durchgeführt, so schwenkt die Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal und vertikal, während sie durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so wird zunächst der Bildsensor 50 aktiviert und die Lichtquelle 19 eingeschaltet. Anschließend wird die Position der von dem Tripelspiegel 60 reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50, die durch die zweite Kollimatoroptik 120 auf diesen fallen, erfasst, und der Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen oder automatischen Kollimationsoperation können mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel gemessen werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes, das den oben beschriebenen Aufbau hat, kann der Tripelreflektor 60 allein durch Bewegen des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 in vertikaler Richtung erfasst werden, da die erste Kollimatoroptik 80 zur gleichen Zeit eine Rundumsicht (360-Grad-Sicht) um das Vermessungsinstrument herum einfangen kann. Dadurch kann die Autokollimationsoperation beschleunigt werden. Die Kollimationsoperation kann statt mit der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 120 auch mit der ersten Kollimatoroptik 80 durchgeführt werden. Die für die Kollimationsoperation genutzten Lichtstrahlen können von nur einer der beiden Lichtquellen, d.h. entweder der Lichtquelle 19 oder der Lichtquelle 79, ausgesendet werden. Das zweite Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes muss weder mit der Lichtquelle 19 noch mit der Lichtquelle 79 ausgestattet sein. In diesem Fall kann das Vermessungsinstrument mit Umgebungslichtstrahlen, die von dem Tripelreflektor 60 reflektiert werden, auf den Tripelreflektor 60 kollimiert werden. Die übrigen strukturellen Merkmale, Verfahrensschritte und Wirkungen sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes. In diesem Ausführungsbeispiel sind Teile oder Elemente, die denen des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie in 7 gezeigt, hat das dritte Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes an Stelle der ersten Kollimatoroptik 30 und der zweiten Kollimatoroptik 110, die Elemente des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes bilden, eine Kollimatoroptik 130. Die Kollimatoroptik 130 besteht aus einer Objektivlinse 11, einer Lichtquelle 19, einem Rechtwinkelprisma 12, einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 13 und einem Zoommechanismus 90 einschließlich einer Zoomoptik (brennweitenändernde Optik). Die Kollimatoroptik 130 teilt demnach die Objektivlinse 11, die Lichtquelle 19, das Rechtwinkelprisma 12 und den Strahlteiler 13 mit der Fernrohroptik 10.
Die Kollimatoroptik 130 kann mit dem Zoommechanismus 90, der zwischen dem Strahlteiler 13 und dem Bildsensor 50 angeordnet ist, ihre Brennweite ändern. Die auf die Objektivlinse 11 fallenden Lichtstrahlen werden teilweise von dem Strahlteiler 13 reflektiert, um durch den Zoommechanismus 90 auf den CCD-Bildsensor 50 abgebildet zu werden. Demnach kann eine einzige Optik sowohl als Weitwinkel-Optik als auch als Schmalwinkel-Optik dienen. Dadurch kann die Größe des Vermessungsinstrumentes reduziert werden.
Ein mit dem dritten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation wird im Folgenden beschrieben. In diesem Prozess wird nach Anordnen des dritten Reflektors 60 in einem Vermessungspunkt der Bildsensor 50 aktiviert, der Zoommechanismus 90 aktiviert, um die Kollimatoroptik 130 auf einen Weitwinkel einzustellen, und die Lichtquelle 90 eingeschaltet, um Licht auf das Rechtwinkelprisma 12 abzugeben und so Lichtstrahlen auf den Tripelreflektor 60 auszusenden, um eine Kollimationsoperation durchzuführen.
Empfängt der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen, so wird festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb eines Sehfeldes der Kollimatoroptik 130 angeordnet ist; auf Grundlage dieser Feststellung wird die Position eines durch reflektierte Lichtstrahlen erzeugten Bildes auf dem Bildsensor 50 erfasst. Empfängt dagegen der Bildsensor 50 keine von dem Tripelreflektor 60 empfangenen Lichtstrahlen, so wird festgestellt, dass kein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes der Kollimatoroptik 130 angeordnet ist; auf Grundlage dieser Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich horizontal und vertikal bewegt, bis der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt. Empfängt der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen, so wird die Position der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 erfasst.
Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 auf Grundlage der Positionsinformation über die auf den Bildsensor 50 reflektierten Lichtstrahlen horizontal und vertikal bewegt, um die reflektierten Lichtstrahlen in dem Bildsensor 50 zu zentrieren. Anschließend werden die Lichtquelle 19 und der Bildsensor 50 jeweils ausgeschaltet. Dadurch können von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte Lichtstrahlen in ein schmales Sehfeld der Fernrohroptik 10 oder der Kollimatoroptik 130 gebracht werden.
Anschließend wird eine Kollimationsoperation entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimatoroptik 130 durchgeführt.
Diese Kollimationsoperation, die entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimationsoptik 130 durchgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben.
Wird die Kollimationsoptik manuell durchgeführt, so schwenkt die Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal und vertikal, während sie durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des schmalen Sehfeldes anzuordnen.
Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so wird zunächst der Bildsensor 50 aktiviert, der Zoommechanismus 90 aktiviert, um die Kollimatoroptik 130 in die Teleeinstellung zu bringen, und die Lichtquelle 19 eingeschaltet. Anschließend wird die Position der von dem Tripelreflektor 60 reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 erfasst, die durch die Kollimatoroptik 130 auf diesen fallen, und es wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in der Mitte des schmalen Sehfeldes anzuordnen.
Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen oder automatischen Kollimationsoperation können die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) gemessen werden. Die übrigen strukturellen Merkmale, Verfahrensschritte und Wirkungen sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel des Vermessungsinstrumentes.
8 zeigt einen Teil eines Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes, das eine Modifizierung des oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes darstellt. In dieser Modifizierung ist der Tripelreflektor 60 in einem Kasten 62 untergebracht, der außerhalb des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 angeordnet ist, während eine Lichtquelle 61 in dem Kasten 62 montiert ist. Die Lichtquelle 61, die dem Tripelreflektor 60 benachbart angeordnet ist, gibt Licht aus, um Lichtstrahlen für eine Kollimationsoperation auf den Vermessungsinstrumentenkörper 1 auszusenden. Der Tripelreflektor 60 kann aufgefunden werden, indem die von der Lichtquelle 61 abgegebenen direkten Lichtstrahlen erfasst werden.
In den speziellen Ausführungsbeispielen der hier beschriebenen Erfindung können naheliegende Änderungen vorgenommen werden. Solche Modifizierungen liegen im Geiste und Umfang der beanspruchten Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass alle hier enthaltenen Gegenstände der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Endung nicht beschränken.

Claims

Vermessungsinstrument, umfassend: einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; und eine erste Kollimatoroptik und eine zweite Kollimatoroptik, die jeweils in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet sind, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes zu kollimieren, wobei der Sehwinkel der zweiten Kollimatoroptik kleiner als der Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik ist, wobei eine erste Kollimationsoperation mit der ersten Kollimatoroptik durchgeführt wird, nachdem eine zweite Kollimationsoperation mit der zweiten Kollimationsoptik durchgeführt ist.
Vermessungsinstrument, umfassend: einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; und eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes zu kollimieren, wobei die Kollimatoroptik einen Zoommechanismus zum Ändern ihrer Brennweite enthält.
Vermessungsinstrument, umfassend: einen Vermessungsinstrumentenkörper, der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist; eine Fernrohroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist; eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet ist und deren Sehwinkel größer als der Sehwinkel der Fernrohroptik ist, wobei der Vermessungsinstrumentenkörper angetrieben wird, um ihn um die vertikale Achse und die horizontale Achse zu schwenken und so ein Bild eines in einem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Sehfel des der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimatoroptik erfassten, auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Bildsensor, wobei die zweite Kollimatoroptik ausgebildet ist, ein Bild auf dem Bildsensor zu erzeugen.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt und um die vertikale Achse und die horizontale Achse schwenkt, um ein Bild eines in dem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Sehfeldes der ersten Kollimatoroptik zu positionieren.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 5, bei dem die erste Kollimatoroptik und die zweite Kollimatoroptik den Bildsensor gemeinsam nutzen.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, bei dem die erste Kollimatoroptik einen Allrichtspiegel umfasst.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, bei dem die erste Kollimatoroptik und die zweite Kollimatoroptik jeweils eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlen auf den Vermessungspunkt umfassen, um das Vermessungsinstrument auf den Vermessungspunkt zu kollimieren.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Bildsensor; und ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt, um das Bild des in dem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines Sehfeldes der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimatoroptik erfaßten, auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 9, bei dem die Kollimatoroptik so angeordnet ist, dass sie in der Lage ist, das Bild des Ziels auf dem Bildsensor zu erzeugen.