DE19740390A1 - Lasertheodolit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ver­ besserung bei einem Lasertheodoliten, welcher in der Lage ist, einen Laserstrahl in einer Kollimations­ richtung zu emittieren.

Eine optische Struktur wie die in Fig. 1 gezeigte ist als ein Lasertheodolit bekannt. Eine Objektivlinse 50, eine Fokussierlinse 51, ein Fadenkreuz 52 und ein Okular 53 sind innerhalb des Objektivtubus' des Kol­ limations-Teleskops des Lasertheodoliten vorgesehen. Es ist auch ein Halbspiegel 54 zwischen der Fokus­ sierlinse 51 und dem Fadenkreuz 52 vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird ein Laserstrahl von einer Heli­ um-Neon-Laserlichtquelle 55 in einer Kollimations­ richtung reflektiert. Weiterhin sind eine bewegbare Laserstrahl-Fokussierlinse 56, ein vollständig re­ flektierender Spiegel 57 und eine bewegbare Laser­ strahl- Fokussierlinse 58 zwischen der Helium-Neon- Laserlichtquelle 55 und dem Halbspiegel 54 vorgese­ hen. Wenn die bewegbaren Linsen 56 und 58 in der Richtung der optischen Achse bewegt werden, wird ein Laserstrahl von der Helium-Neon-Laserlichtquelle 55 an der Position Q fokussiert und ein reales Bild wird erzeugt. Eine Linse 59 ist zwischen der bewegbaren Linse 58 und dem Halbspiegel 54 vorgesehen. Die Brennweite der Linse 59 ist größer als der Abstand von der Position der Linse 59 zu der Position Q. Das virtuelle Bild Q' an der Position Q, welches durch die Linse 59 und das Fadenkreuz 52 gebildet ist, ist mit Bezug auf den Halbspiegel 54 konjugiert.

Jedoch reflektiert bei diesem herkömmlichen Laser­ theodoliten der Halbspiegel 54 einen Teil des Laser­ strahls in einer Kollimationsrichtung und läßt den restlichen Teil durch aufgrund seiner wesentlichen Beschaffenheit. Auch reflektiert der Halbspiegel 54 einen Teil des parallel gerichteten Lichts, welches von einem in der Kollimationsrichtung bestehenden Kollimationspunkt zu dem Kollimationssystem des Kol­ limationsteleskops hin auftrifft, und zur selben Zeit läßt er den restlichen Teil durch. Aufgrund der Exi­ stenz des Halbspiegels 54 wird ein Teil des parallel gerichteten Lichts reflektiert und das Sehfeld wird dunkel, und folglich hat dieser herkömmliche Laser­ theodolite den Nachteil, daß es schwierig ist, den Vermessungsvorgang genau und schnell durchzuführen. Auch wird, wenn der Laserstrahl von der Helium-Neon- Laserlichtquelle 55 durch den Halbspiegel 54 in der Kollimationsrichtung reflektiert wird, ein Teil des Laserstrahls von dem Halbspiegel 54 durchgelassen. Aus diesem Grund ist die Lichtmenge des Laserstrahls, welche von dem Halbspiegel 54 zu dem Kollimations­ punkt reflektiert wird, verringert. In ähnlicher Wei­ se wird ein Teil des von dem Kollimationspunkt re­ flektierten Laserstrahls durch den Halbspiegel 54 reflektiert, und der reflektierte Laserstrahl, wel­ cher zu dem Fadenkreuz 52 durchgelassen wird, ist in seiner Menge reduziert. Folglich besteht der Nach­ teil, daß der von dem Kollimationspunkt reflektierte Laserstrahl auch schwierig parallel zu richten ist. Weiterhin wird der Laserstrahl, der in der Kollima­ tionsrichtung durchgelassen wird, ohne von dem Halb­ spiegel 54 reflektiert zu werden, leicht ein Stör­ bild. Beispielsweise hat in dem Fall, in welchem sichtbares Laserlicht mit roter Farbe verwendet wird, der herkömmliche Lasertheodolite den Nachteil, daß das gesamte Sehfeld rötlich aussieht.

Es ist dem gemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen Lasertheodoliten zu schaffen, welcher in der Lage ist, ein Sehfeld zu erhellen und einen an einem Kollimationspunkt reflektierten Laserstrahl leicht zu erkennen.

Um die vorgenannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, weist ein Lasertheodolit gemäß der vorlie­ genden Erfindung auf: ein Kollimations-Teleskop, eine Fokussierlinse und ein Fadenkreuz, die in dem Kolli­ mations-Teleskop vorgesehen sind, einen Polarisa­ tions-Strahlenteiler, der auf einer optischen Achse zwischen der Fokussierlinse und dem Fadenkreuz vor­ gesehen ist, um einen Laserstrahl in einer Kollima­ tionsrichtung zu reflektieren, und einen Laserstrahl- Lichtquellenbereich zum emittieren des Laserlichts zu dem Polarisations-Strahlenteiler hin. Der Laser­ strahl-Lichtquellenbereich und das Fadenkreuz sind mit Bezug auf den Polarisations-Strahlenteiler kon­ jugiert.

Der Laserstrahl-Lichtquellenbereich emittiert eine Laserstrahl zu dem Polarisations-Strahlenteiler hin. Der Polarisations-Strahlenteiler reflektiert den La­ serstrahl in der Kollimationsrichtung und läßt den reflektierten Laserstrahl von einem Kollimations­ punkt, der in der Kollimationsrichtung vorliegt, zu dem Fadenkreuz hin durch.

In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung ist eine polarisierende Vorrichtung zwischen dem Polarisations-Strahlenteiler und der Laserstrahlen- Lichtquelle vorgesehen, welche den Laserstrahl, der durch den Polarisations-Strahlenteiler in der Kolli­ mationsrichtung reflektiert wird, durchläßt.

Bei einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Er­ findung ist das Kollimations-Teleskop in einem Paar von Stutzbereichen vorgesehen, so daß es drehbar ist, und ein Antriebsleistungs-Zufuhrungsbereich für den Laserstrahl-Lichtquellenbereich ist in einem von dem Paar von Stützbereichen vorgesehen, so daß elektri­ sche Leistung von dem Antriebsleistungs-Zuführungs­ bereich über einen Schleifring zu dem Laserstrahl- Lichtquellenbereich geliefert wird.

Bei einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Er­ findung ist ein Lichtquellen-Gehäusebereich zur Auf­ nahme des Lasersrahl-Lichtquellenbereichs in dem Kol­ limations-Teleskop derart vorgesehen, daß er von dem Kollimations-Teleskop vorsteht.

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

Bei einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Er­ findung ist ein Sternbeleuchtungsbereich zum Durch­ führen einer Grobkollimation auf der Oberseite des Lichtquellen-Gehäusebereichs vorgesehen.

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

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht des optische Systems eines herkömmlichen Lasertheodolits,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Lasertheodolits gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3(a) eine schematische Ansicht des optischen Systems des Lasertheodolits gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3(b) eine schematische Ansicht, welche verwendet wird zur Erläuterung, wie ein Laserstrahl von dem optischen System zu einem Kollimationspunkt in einer Kollimationsrichtung hinemittiert wird,

Fig. 3(c) eine schematische Ansicht, welche verwendet wird zur Erläuterung, wie ein von einem Kollimations­ punkt kommender parallel gerichteter Strahl fokus­ siert wird, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die verwendet wird zur Erläuterung, wie der Halbleiterlaser des Laser­ theodolits gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, und die die Anordnung und die Verbindungsbezie­ hung zwischen dem Halbleiterlaser, einer Leistungs­ quelle, und einem Lasertreiberbereich illustriert.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher ein Lasertheodolit entsprechend einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In der Figur bezeichnen die Bezugszahlen 1 und 2 die Basis bzw. den Hauptkörper des Lasertheodoliten. Der Hauptkörper 2 ist in einer horizontalen Ebene mit Bezug auf die Basis 1 drehbar. Der Hauptkörper 2 hat einen Anzeigesteuerbereich 3 und ein Paar von Stütz­ bereichen 4. Der Anzeigesteuerbereich 3 ist mit einem Schirm 3a und Steuerknöpfen 3b versehen. Ein Griff 5 stellt eine Brücke zwischen dem Paar von Stützberei­ chen 4 dar.

Ein Teleskopbereich 6 ist in dem Zwischenbereich des Hauptkörpers 2 zwischen dem Paar von Stützbereichen 4 so vorgesehen, daß der Teleskopbereich 6 in einer vertikalen Ebene drehbar ist. In dem Spiegeltubus 7 des Teleskopbereichs 6 ist ein optisches Kollima­ tionssystem 8 vorgesehen.

Das optische Kollimationssystem 8 besitzt eine Objek­ tivlinse 9, eine Fokussierlinse 10, ein Bildum­ kehrprisma 11, ein Fadenkreuz 12 und ein Okular 13, wie in den Fig. 3(a) bis 3(c) gezeigt ist. Durch Bewegen der Fokussierlinse 10 entlang der optische Achse O des optischen Kollimationssystems 8 wird ein Bild an einem Kollimationspunkt, der vorwärts in ei­ ner Kollimationsrichtung besteht, auf dem Fadenkreuz 12 gebildet, während das Laserlicht von dem Bild auf dem Fadenkreuz 12 fokussiert ist.

Ein Polarisations-Strahlenteiler 13 ist zwischen der Fokussierlinse 10 und dem Bildumkehrprisma 11 vorge­ sehen. Der Polarisations-Strahlenteiler 13' spielt eine bedeutende Rolle bei der Reflektion eines Laser­ strahls s1 zu einem Kollimationspunkt hin, wie später beschrieben wird.

Der Laserstrahl s1 wird durch einen Halbleiterlaser 14 erzeugt, und gewöhnlich ist das Laserlicht s1, das von dem Halbleiterlaser 14 emittiert wird, ein li­ near polarisiertes Licht. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel wird angenommen, daß der Laserlichtstrahl s1 S-polarisiertes Licht ist. Der Laserlichtstrahl s1 wird durch eine Sammellinse 15 fokussiert und zu dem Pola­ risations-Strahlenteiler 13' geleitet. Der Polarisa­ tions-Strahlenteiler 13 hat eine Oberfläche 13'a, welche S-polarisiertes Licht reflektiert und P-pola­ risiertes Licht durchläßt.

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

Der Halbleiterlaser 14 und die Sammellinse 15 insge­ samt bilden einen Laserstrahl-Lichtquellenbereich 16. Der Laserstrahl-Lichtquellenbereich 16 ist in einem Lichtquellen-Gehäusebereich 16a aufgenommen, der in Fig. 2 gezeigt ist. Der Lichtquellen-Gehäusebe­ reich 16a ist so ausgebildet, daß er von dem Spiegel­ tubus 7 vorsteht und als ein Strahlungsbereich dient, welcher die von dem Halbleiterlaser 14 erzeugte Wärme abstrahlt. Ein Sternbeleuchtungsbereich 16b zum durchführen einer Grobkollimation ist auf der Ober­ seite des Lichtstrahlen-Gehäusebereichs 16a vorgese­ hen.

Ein von der Laserstrahl-Lichtquelle 16 emittierter Laserstrahl p1 wird zuerst zu Depolarisations-Strah­ lenteiler 13 geleitet, während er sich ausbreitet wie in Fig. 3(b) gezeigt ist. Danach wird der Laserstrahl p1 durch die reflektierende Oberfläche 13a' reflek­ tiert und durch die Fokussierlinse 10 geführt. Der Laserstrahl p1 wird weiterhin durch die Fokussierlin­ se 10 ausgebreitet und ein fokussiertes Bild wird durch die Objektivlinse 9 an einem Kollimationspunkt gebildet.

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

Das reflektierte Licht des Laserlichts, das an dem Kollimationspunkt fokussiert wird, hat eine P-polari­ sierte Lichtkomponente, bei der die Polarisations­ richtung gedreht wird, wenn sie am Kollimationspunkt reflektiert wird. Daher geht das reflektierte Licht durch den Polarisations-Strahlenteiler 13' hindurch und wird zum Fadenkreuz 12 geleitet. Da der Licht­ emissionspunkt des Halbleiterlasers 14 und das Faden­ kreuz 12 mit Bezug auf die Fokussierlinse 10 konju­ giert sind, wird der reflektierte Punkt des Laser­ lichts von dem Kollimationspunkt auf dem Fadenkreuz 12 gebildet. Daher kann die vermessende Person den Teleskopbereich 6 so einstellen, daß das Bild auf dem Kollimationspunkt und dem reflektierten Punkt des Laserlichts einander überlagert sind.

Der Halbleiterlaser 14 wird durch einen Lasertreiber­ bereich 15' betrieben, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der Lasertreiberbereich 15' ist in einem der Stützberei­ che 4 aufgenommen. Der andere Stützbereich 4 enthält ein Batteriepaket 16' (als eine Hauptkörper-Lei­ stungszuführung). Der Lasertreiberbereich 15' und das Batteriepaket 16' sind durch eine Leistungszufüh­ rungsleitung 17' miteinander verbunden. Da der Laser­ treiberbereich 15' und das Batteriepaket 16' getrennt in dem in Bezug auf den Teleskopbereich 6 einander gegenüberliegendem Paar von Stützbereichen 4 angeord­ net sind, ist der Gewichtsausgleich in dem Hauptkör­ per 2 günstig.

Der Lasertreiberbereich 15' weist einen Betätigungs­ schalter 18 und ein Lichtmengen-Einstellvolumen 19 auf. Der Betätigungsschalter 18 und das Lichtmengen- Einstellvolumen 19 sind an der Seitenfläche eines der Stützbereiche 4 befestigt. Ein Schleifring 20 ist in dem einen Stützbereich 4 vorgesehen, so daß die elek­ trische Leistung des Laserantriebsbereichs 15' über den Schleifring 20 zu dem Halbleiterlaser 14 gelie­ fert wird.

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

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung beschrieben wurde, kann ein Pola­ risationsfilter zwischen dem Halbleiterlaser 14 und dem Polarisations-Strahlenteiler 13' vorgesehen sein, da der Halbleiterlaser 14 einige unterschiedlich po­ larisierte Lichtkomponenten enthält. Zum Beispiel kann, in dem ein Polarisationsfilter vorgesehen ist, so daß P-polarisiertes Licht durchgelassen wird, der Durchgang von übermäßigem S-polarisiertem verhindert werden, und das Auftreten eines Störbildes kann ver­ mieden werden.

Da der Lasertheodolit gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wie vorbeschrieben ausgebildet ist, hat er den Vorteil, daß das Sehfeld erhellt werden kann und daß der von dem Kollimationspunkt reflektierte Laser­ strahl leicht erkannt werden kann.

Zusätzlich ist, da die Antriebsleistung für den Halb­ leiterlaser durch einen Schleifring zugeführt wird, das Teleskop frei drehbar.

Weiterhin kann, da der Gehäusebereich für den Halb­ leiterlaser eine Gestalt besitzt, durch welche Wärme leicht abgestrahlt wird, der Einfluß der Wärme des Halbleiterlasers auf das Teleskop minimiert werden, und die Genauigkeit bei der Kollimation des Teleskops kann garantiert werden.

Claims (10)

1. Lasertheodolit, gekennzeichnet durch ein Kollimations-Teleskop (6),
eine Fokussierlinse (10) und ein Fadenkreuz (12), die in dem Kollimations-Teleskop (6) vorgesehen sind,
einen Polarisations-Strahlenteiler (13'), der auf einer optischen Achse (O) zwischen der Fokussier­ linse (10) und dem Fadenkreuz (12) vorgesehen ist, um einen Laserstrahl (s1) in einer Kollimations­ richtung zu reflektieren, und
einen Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) zum Emittieren des Laserstrahls zu dem Polarisations- Strahlenteiler (13') hin, wobei der Laserstrahl- Lichtquellenbereich (16) und das Fadenkreuz (12) mit Bezug auf den Polarisations-Strahlenteiler (13') konjugiert sind.

2. Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) einen Halbleiterlaser (14) aufweist, der ei­ nen Laserstrahl von linear polarisiertem Licht emittiert.

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

4. Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Polarisationsvorrichtung zwi­ schen dem Polarisations-Strahlenteiler (13') und dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) vorgese­ hen ist, welche den Laserstrahl, der durch den Polarisations-Strahlenteiler (13') in der Kollima­ tionsrichtung reflektiert wird, polarisiert.

5. Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kollimations-Teleskop (6) dreh­ bar in einem Paar von Stützbereichen (4) vorgese­ hen ist, und daß ein Hauptkörper (2) des Laser­ theodoliten so mit einem Leistungszuführungsbe­ reich (15') für den Laserstrahl-Lichtquellenbe­ reich (16) versehen ist, daß elektrische Leistung von dem Leistungszuführungsbereich (15') zu dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16) über einen Schleifring (20) geliefert wird.

6. Lasertheodolit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kollimations-Teleskop (6) so durch ein Paar von Stützbereichen (4) gestützt ist, daß es drehbar ist, und daß ein Leistungszu­ führungsbereich (15') für den Laserstrahl-Licht­ quellenbereich (16) in einem von dem Paar von Stützbereichen (4) so vor gesehen ist, daß elek­ trische Leistung von dem Leistungszuführungsbe­ reich (15') zu dem Laserstrahl-Lichtquellenbereich (16') über einen Schleifring (20) geliefert wird.

7. Lasertheodolit nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Lichtquellen-Gehäusebereich (16a) zur Aufnahme des Laserstrahl-Lichtquellenbe­ reiches (16) so in dem Kollimations-Teleskop (6) vorgesehen ist, daß er aus dem Kollimations-Tele­ skop (6) heraussteht.

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

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

10. Lasertheodolit nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Batteriepaket (16') in dem an­ deren von dem Paar von Stützbereichen (4) vorge­ sehen ist.