-
Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Entfernungsmeßsystem.
-
Ein
elektrischer Entfernungsmesser wird weitläufig zum Messen des Abstandes
zweier Positionen eingesetzt. 1 zeigt
schematisch das Prinzip eines solchen Systems. Um den Abstand zweier Positionen
P1 und P2 zu erfassen, ist ein elektrischer Entfernungsmesser 110 an
der einen Position P1 angeordnet. Ferner befindet sich an der anderen
Position P2 eine Reflektoreinheit 120 mit einem Reflektor 121,
z.B. einem Prisma. Der elektrische Entfernungsmesser 110 gibt
moduliertes Licht (Infrarotlicht) an die Reflektoreinheit 120 ab.
Dieses Licht wird an dem Reflektor 121 reflektiert und
kehrt zu dem elektrischen Entfernungsmesser 110 zurück. Dieser
erfaßt den
Phasenunterschied des ausgesandten und des reflektierten Lichtes,
um den Abstand zwischen den Positionen P1 und P2 zu berechnen. Ein
solcher elektrischer Entfernungsmesser kann mit einem Goniometer
(z.B. einem elektronischen Theodoliten) gekoppelt sein, um ein Meßsystem
zu bilden, das auch als Gesamtstation bezeichnet wird.
-
2A und 2B zeigen
die Vorderansicht und den Schnitt der konventionellen Reflektoreinheit 120.
Diese enthält
den Reflektor 121, der an einem U-förmigen Träger 134 gehalten ist.
Der Reflektor 121 ist ein sogenannter Winkelreflektor,
der das einfallende Licht parallel zur Einfallsrichtung reflektiert.
Die Reflektoreinheit 120 enthält ferner eine Nivellierplatte 140 auf
einem Dreibein und einen Tisch 137, der auf der Nivellierplatte 140 einstellbar ist.
Der U-förmige
Träger 134 ist
an dem Tisch 137 mit einer Achse 135 gelagert.
-
Wie 1 zeigt,
muß das
von dem elektrischen Entfernungsmesser 110 abgegebene Licht
auf die Reflektoreinheit 120 ausgerichtet sein. Hierzu
hat der elektrische Entfernungsmesser 110 ein Teleskop 111,
mit dem ein Benutzer die Reflektoreinheit 120 anvisieren
kann. Er kann damit den elektrischen Entfernungsmesser 110 genau
auf die Reflektoreinheit 120 richten, während er diese durch das Teleskop 111 betrachtet.
-
Um
das Teleskop 111 auf die Reflektoreinheit 120 zu
fokussieren, enthält
es im allgemeinen eine Autofokuseinheit, die mit Phasenerfassung
arbeitet, wie sie allgemein in einer einäugigen Spiegelreflexkamera
Anwendung findet.
-
Beim
Betrieb der Autofokuseinheit kann das Teleskop 111 jedoch
auch auf ein virtuelles Bild des elektrischen Entfernungsmessers 110 fokussiert
werden, das an dem Reflektor 121 reflektiert wird. In diesem
Fall ist die Reflektoreinheit 120 defokussiert und kann
vom Benutzer nicht erkannt werden. Somit kann dieser den elektrischen
Entfernungsmesser 110 nicht genau auf die Reflektoreinheit 120 ausrichten.
-
Aus
der
US 4 131 791 ist
ein elektrisches Entfernungsmeßsystem
bekannt, das ein einfallendes Licht parallel zur Einfallsrichtung
reflektierendes Reflexionselement und ein selektives, an der Lichteintrittsfläche des
Reflexionselementes angeordnetes Filter aufweist, das Licht eines
ersten Wellenlängenbereichs
durchlässt
und Licht eines zweiten Wellenlängenbereichs
sperrt.
-
In
der
US 5 179 469 ist
ein Reflektor beschrieben, der eine selektive Reflexionsfläche zur Reflexion
von Licht eines ersten Wellenlängenbereichs
und zum Durchlassen des Lichtes eines zweiten Wellenlängenbereichs
sowie eine Absorptionsfläche
zur Absorption des durchgelassenen Lichtes aufweist.
-
In
dem Firmenprospekt „Wild-Reflektoren
zu Distomat und Tachymat" der
Wild Heerbrugg AG ist ein Reflektor mit einem einfallendes Licht
parallel zur Einfallsrichtung reflektierenden Rundprisma bekannt, das
an der Lichteintrittsfläche
mit einer Anzeigemarke versehen ist.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Entfernungsmeßsystem
mit einem Reflektor anzugeben, der mit der Autofokuseinheit des
elektrischen Entfernungsmeßsystems
stets genau fokussiert werden kann.
-
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, 9 oder 17.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Wird
bei Einsatz eines Reflektors nach der Erfindung die Autofokuseinheit
mit Licht des zweiten Wellenlängenbereichs
beaufschlagt, so wird das Teleskop nicht auf ein virtuelles Bild
des elektrischen Entfernungsmessers (reflektiert an dem Reflexionselement)
fokussiert, da dieses Licht das Reflexionselement des Reflektors
nicht erreicht. Das Teleskop wird daher auf den Reflektor selbst
fokussiert. Der Benutzer kann deshalb das Teleskop auf den Reflektor
genau ausrichten. Der elektrische Entfernungsmesser kann die Entfernung
mit dem Licht des ersten Wellenlängenbereichs
messen, da dieses an dem Reflexionselement reflektiert wird und
zum Entfernungsmesser zurückkehrt.
Vorzugsweise ist das Licht des ersten Wellenlängenbereichs Infrarotlicht,
während das
Licht des zweiten Wellenlängenbereichs
sichtbares Licht ist.
-
Mit
einer Anzeigemarke nach Anspruch 3 oder 4 kann der Benutzer die
Ausrichtung des elektrischen Entfernungsmessers einstellen, indem
diese Marke durch das Teleskop hindurch beobachtet wird.
-
Bei
der Weiterbildung nach Anspruch 5 oder 6 erübrigt sich ein Fixierelement
für das
selektive Übertragungselement
an dem Reflexionselement.
-
Der
gemäß Anspruch
7 vorgesehene Winkelreflektor hat drei zueinander senkrechte Flächen. Er
hat den Vorteil, daß das
einfallende Licht parallel zur Einfallsrichtung reflektiert wird.
-
Bei
der Lösung
der gestellten Aufgabe nach Anspruch 9 wird für die Autofokuseinheit Licht
des zweiten Wellenlängenbereichs
verwendet, und dann ist das Teleskop nicht auf ein virtuelles Bild
des elektrischen Entfernungsmessers fokussiert, da das Licht durch
die selektive Reflexionsfläche
fällt und
an der Absorptionsfläche
absorbiert wird. Dies bedeutet, daß das Teleskop auf den Reflektor
fokussiert wird. Ferner kann der elektrische Entfernungsmesser die Entfernung
mit dem Licht des ersten Wellenlängenbereichs
messen, da dieses an der selektiven Reflexionsfläche reflektiert wird und zu
dem Entfernungsmesser zurückkehrt.
-
Bei
der Lösung
der gestellten Aufgabe nach Anspruch 17 wird das Teleskop nicht
auf ein virtuelles Bild des Entfernungsmessers fokussiert (obwohl
das sichtbare Licht an dem Reflexionselement reflektiert wird),
wenn die zu messende Entfernung ausreichend kurz ist. Deshalb kann
die Autofokuseinheit das Teleskop auf die Anzeigemarke (z.B. ein
Fadenkreuz) auf der Glasplatte fokussieren. Da die Anzeigemarke
gut erkennbar ist, kann der Benutzer die Ausrichtung des Entfernungsmessers
auf den Reflektor einstellen.
-
Die
Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin
zeigen:
-
1 schematisch
den allgemeinen Aufbau eines elektrischen Entfernungsmessers und
einer Reflexionseinheit,
-
2A und 2B die
Vorderansicht und den Schnitt einer bekannten Reflektoreinheit,
-
3 die
Vorderansicht eines elektrischen Entfernungsmessers,
-
4 die
Seitenansicht des Entfernungsmessers nach 3,
-
5 schematisch
das optische System des Entfernungsmessers nach 3,
-
6A und 6B die
Vorderansicht und den Schnitt einer Reflektoreinheit als erstes
Ausführungsbeispiel,
-
7A und 7B eine
perspektivische und eine schematische Darstellung eines Winkelreflektors,
-
8 die
Anordnung eines elektrischen Entfernungsmessers und einer Reflektoreinheit,
-
9A und 9B die
Vorderansicht und den Schnitt einer Reflektoreinheit als zweites
Ausführungsbeispiel,
-
10A und 10B die
Vorderansicht und den Schnitt einer Reflektoreinheit als drittes
Ausführungsbeispiel,
und
-
10C den Schnitt der Reflektoreinheit zur Darstellung
einer Anzeigemarke.
-
3 zeigt
die Vorderansicht eines elektrischen Entfernungsmessers 10. 4 zeigt
die Seitenansicht in Blickrichtung IV in 3. Der Entfernungsmesser 10 hat
eine Nivellierplatte 4 auf einem nicht dargestellten Dreibein,
auf der ein Tisch 3 befestigt ist. Auf dem Tisch 3 befindet
sich ein Träger 2. Dieser
hat einen U-förmigen Teil 2a,
in dem ein beweglicher Teil 1 drehbar gelagert ist.
-
Ein
Teleskop 1a ist an dem beweglichen Teil 1 befestigt
und dient zum Anvisieren eines Reflektors, der noch zu beschreiben
ist. Das Teleskop 1a hat ein Okular 1b und ein
Objektivsystem 1c an seinen beiden Enden. Es enthält auch
ein optisches System zur Entfernungsmessung. Das Teleskop 1a kann
moduliertes Licht abgeben und reflektiertes Licht empfangen.
-
Der
bewegliche Teil 1 ist an einer Drehachse 6 gelagert,
die den U-förmigen
Teil 2a des Trägers 2 horizontal überbrückt. Der
bewegliche Teil 1 kann also vertikal um die Drehachse 6 geschwenkt
werden. Um den vertikalen Schwenkwinkel zu erfassen, ist ein Schrittcodierer 7 an
einem Ende der Drehachse 6 vorgesehen. Wie 4 zeigt,
ist der Träger 2 an dem
Tisch 3 mit einer vertikalen Achse 9 befestigt. Diese
befindet sich am unteren Teil des Trägers 2, so daß dieser
horizontal relativ zu dem Tisch 3 drehbar ist. Um den horizontalen
Drehwinkel des Trägers 2 zu erfassen,
ist ein Schrittcodierer 10a am oberen Ende der vertikalen
Achse 9 vorgesehen.
-
Eine
erste Einstellschraube 2b befindet sich an der Rückseite
des Trägers 2 und
dient zum Feineinstellen der vertikalen Drehposition des beweglichen
Teils 1 an dem Träger 2.
Eine zweite Einstellschraube 2c ist am unteren Teil des
Trägers 2 vorgesehen
und dient zum Feineinstellen der horizontalen Drehposition des Trägers 2 relativ
zu dem Tisch 3.
-
In
dem Träger 2 befindet
sich eine Steuerschaltung, die den Betrieb des Entfernungsmessers 10 steuert.
Zwei Flüssigkristallanzeigefelder 12a und 12b sind
hinten und vorn an dem Träger 2 vorgesehen.
Sie werden jeweils mit Lichtquellen 14a und 14b in
dem Träger 2 beleuchtet.
Unter den LCD-Anzeigefeldern 12a und 12b befindet
sich ein Bedienteil 13 (3) zur Eingabe
verschiedener Daten und Betriebsbefehle in die Steuereinheit.
-
Ein
Handgriff 11 ist oben an dem Träger 2 derart angeordnet,
daß er
den U-förmigen
Teil 2a des Trägers 2 überbrückt. Er
kann von dem Träger 2 entfernt
werden, so daß er
den Strahlengang des Teleskops 1a nicht stört.
-
Die
Nivellierplatte 4 besteht aus einer oberen und einer unteren
Platte 4a und 4b. Um sie horizontal auszurichten,
sind drei Nivellierschrauben 8 zwischen den Platten 4a und 4b vorgesehen.
Durch Einstellen des vorstehenden Abschnitts der Nivellierschrauben 8 kann
die Neigung der oberen Platte 4a gegenüber der unteren Platte 4b eingestellt
werden.
-
Bei
diesem Gerät
kann der bewegliche Teil 1 in jede Richtung relativ zu
der Brücke 3 orientiert
werden. Ferner wird diese Orientierung mit den Codierern 7 und 10a erfaßt.
-
Der
Tisch 3 ist an der Oberseite der Nivellierplatte 4 horizontal
verschiebbar. Er ist an der oberen Platte 4a mit einer
Schraube 4c befestigt. Um die vertikale Achse 9 in
eine zu messende Position zu bringen, ist ein Zentrierteleskop 2d an
dem Träger 2 vorgesehen.
Das Okular des Zentrierteleskops 2d steht seitlich von
dem Träger 2 ab,
und ein zugehöriges Objektivsystem
(nicht dargestellt) ist nach unten gerichtet. Die optische Achse
des Objektivsystems (in 4 strichpunktiert dargestellt)
verläuft
vertikal und ist auf die zentrale Achse der vertikalen Achse 9 ausgerichtet.
Der Benutzer kann die Position des Tisches 3 auf eine Meßposition
einrichten, indem er das Zentrierteleskop 2d benutzt.
-
Das
optische System des Teleskops 1a wird im folgenden an Hand
der 5 beschrieben. Das Teleskop 1a hat eine
Objektivlinse 66. Ferner enthält es ein dichroitisches Prisma 68,
eine Fokussierlinse 70, einen Strahlenteiler 72,
eine Fokussierplatte 74, ein Abdeckglas 76 und
ein Okularsystem 78 auf der optischen Achse der Objektivlinse 66.
Das dichroitische Prisma 68 hat eine Grenzfläche 68a,
die unter 45° gegenüber der
optischen Achse der Objektivlinse 66 geneigt ist. Diese
Fläche 68a reflektiert
Infrarotlicht zu 100 %, während
sie sichtbares Licht zu 100 % durchläßt.
-
In
der Fokussierposition der Objektivlinse 66 auf der optischen
Achse, die an der Grenzfläche 68a umgelenkt
wird, befindet sich eine Leuchtdiode 60. Diese gibt moduliertes
Infrarotlicht L1 mit einer Wellenlänge von 750 bis 900 nm ab.
Ein Prisma 64 befindet sich im Strahlengang zwischen der
Leuchtdiode 60 und dem dichroitischen Prisma 68.
Dieses erhält das
Infrarotlicht der Leuchtdiode 60. Ferner reflektiert das
Prisma 64 das Licht L2 aus dem dichroitischen Prisma 68 (mit
90°) zu
einem Lichtaufnahmeelement 62.
-
Bei
dieser Anordnung wird das modulierte Licht L1 der Leuchtdiode
60 von
dem Prisma
64 teilweise gesperrt, und das restliche Licht
fällt auf
das dichroitische Prisma
68 und wird an der Grenzfläche
68a zur
Objektivlinse
66 reflektiert. Das reflektierte modulierte
Licht L1 durchläuft
die Objektivlinse
66 und trifft auf die Reflektoreinheit
(
6A und
6B) als
paralleles Licht. Das rückkehrende
Licht L2 passiert die Objektivlinse
66 und wird an der Grenzfläche
68a des
dichroitischen Prismas
68 auf das Prisma
64 reflektiert.
Es wird an diesem reflektiert und fällt auf das Lichtaufnahmeelement
62.
Die Steuerung mißt
den Phasenunterschied abgegebenen Lichtes L1 und des zurückkehrenden
Lichtes L2 und bestimmt daraus den Abstand der beiden Positionen.
Das Prinzip einer solchen Entfernungsmessung ist allgemein z.B.
aus
EP 0 348 900 B1 bekannt.
-
Die
Fokussierlinse 70 ist eine Negativlinse und wird mit einem
nicht dargestellten Antrieb längs der
optischen Achse der Objektivlinse 66 bewegt. Die Fokussierlinse 70 und
die Objektivlinse 66 bilden ein Objektivsystem, das das
sichtbare Licht L3, welches an der Reflexionsfläche 68a durchgelassen
wurde, ein Bild an einer Fläche
(Fokussierebene 76a) der Fokussierplatte 76 erzeugt.
Der Strahlenteiler 72 hat eine Grenzfläche 72a, die mit 45° gegenüber dem einfallenden
Licht geneigt ist und dieses teilweise reflektiert, während ein
anderer Teil durchgelassen wird.
-
Das
sichtbare Licht L4 aus dem Strahlenteiler 72 fällt durch
die Fokussierplatte 74 auf eine Okularlinse 78.
Der Benutzer kann das auf einer Fokussierebene 74a der
Oberfläche
der Fokussierplatte 74 erzeugte Bild betrachten. Eine noch
zu beschreibende Anzeigemarke ist in der Fokussierebene 74a der Fokussierplatte 74 vorgesehen
und mit dem Abdeckglas 76 abgedeckt. Der Benutzer kann
die Anzeigemarke und das ihr überlagerte
Bild betrachten.
-
Das
an dem Strahlenteiler 72 reflektierte sichtbare Licht L5
läuft durch
eine der Fokussierebene 74a äquivalente Ebene 80 und
fällt durch
eine Blende 82 auf eine Autofokus-Sensoreinheit 81.
Diese erfaßt
den Betrag und die Richtung einer Bewegung der Fokussierlinse 70 (zum
Erzeugen des Bildes auf der äquivalenten
Fokussierebene 80) nach dem Phasendifferenzverfahren. Das
sichtbare Licht L5 durchläuft
eine Kondensorlinse 85, eine Blende 86 und eine
Trennlinse 88, so daß es
in zwei Lichtflüsse geteilt
wird, die Bilder in zwei Bereichen eines CCD-Elements 90 erzeugen. Diese
beiden Bilder werden in Bilddaten umgesetzt und einer nicht dargestellten
Steuerung zugeführt.
Diese berechnet den Betrag und die Richtung für eine Bewegung der Fokussierlinse 70 aus
dem Unterschied der Bilddaten des CCD-Elements 90. Die
Fokussierlinse 70 wird dann entsprechend dieser Berechnung
so bewegt, daß das
Bild in der Fokussierebene 74a entsteht.
-
Als
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 6A die Reflektoreinheit 15 in
einer Vorderansicht dargestellt. 6B zeigt
den Schnitt VI-VI aus 6A.
-
Die
Reflektoreinheit 15 enthält einen Reflektor 18,
einen U-förmigen
Träger 34,
einen Tisch 37 für den
Träger 34 und
eine Nivellierplatte 14 auf einem nicht dargestellten Dreibein.
Der Reflektor 18 enthält einen
Winkelreflektor 21, einen Prismenhalter 22 und ein
Filter 30 an einer Lichteintrittsfläche des Winkelreflektors 21.
Ein Fixierring 26 befestigt das Filter 30 an der
Oberfläche
des Winkelreflektors 21.
-
Die
Form des Winkelreflektors 21 ist in 7A dargestellt.
Er hat eine Tetraederform, die von der Ecke eines Würfels abgeschnitten
ist. Der Winkelreflektor 21 hat also drei zueinander senkrechte
Reflexionsflächen 21b und
eine dazu winklige Lichteintrittsfläche 21a. Das hier
eintretende Licht wird an drei Flächen 21b reflektiert
und in der in 7 gezeigten Weise von der Lichteintrittsfläche 21a wieder
abgegeben. Der Winkelreflektor 1 reflektiert also einfallendes
Licht parallel entgegen der Einfallsrichtung. Er wird durch die
Umfangsfläche
eines zylindrischen Körpers
geschnitten, so daß die
Lichteintrittsfläche 21a rund
ist.
-
Wie 6A und 6B zeigen,
ist der Prismenhalter 22 undurchsichtig und hat eine Aussparung
für den
Winkelreflektor 21. Dieser paßt in die Aussparung derart,
daß die
Lichteintrittsfläche 21a nach
außen
freiliegt. Die zentrale Achse des Prismenhalters 22 ist
auf die Mittellinie des Winkelreflektors 21 ausgerichtet.
-
Das
Filter 30 besteht aus einem Infrarotlicht durchlassenden
und sichtbares Licht sperrenden Material. Das Filter 30 hat
Scheibenform einer bestimmten Dicke. Eine Kante 22b ist
an dem Prismenhalter 22 ausgebildet und umgibt die Lichteintrittsfläche 21a des
Winkelreflektors 21, der an dem Prismenhalter 22 befestigt
ist. Die Tiefe der Kante 22b stimmt im wesentlichen mit
der Dicke des Filters 30 überein. Ist das Filter 30 an
der Kante 22b befestigt, so sind das Filter 30 und
die Lichteintrittsfläche 21a einander
angepaßt.
Eine Kreuzlinie 32 mit einer Maßeinteilung ist außen an dem
Filter 30 mit weißer
Farbe angebracht. Seine Mitte ist auf die Mittellinie des Winkelreflektors 21 ausgerichtet
und läuft
durch dessen Spitze.
-
Ein
Fixierring 26 dient zum Halten des Filters 30 an
dem Prismenhalter 22. Er besteht aus zwei Ringen, nämlich einem
Umfangsring 26b, der dem Außenumfang des Prismenhalters 22 angepaßt ist, und
einem Frontring 26a, der an der Seitenfläche des Prismenhalters 22 anliegt.
Der Umfangsring 26b ist an dem Prismenhalter 22 mit
einer Schraube 28 oben befestigt. Der Frontring 26a hat
einen ringförmigen Vorsprung 26c,
in dem das Filter 30 gehalten ist. Die Tiefe des ringförmigen Vorsprungs 26c stimmt
mit der Dicke des Filters 30 überein.
-
Wenn
der Fixierring 26 am Außenumfang des Prismenhalters 22 mit
der Schraube 28 befestigt ist, paßt der ringförmige Vorsprung 26c in
die Kante 22b des Prismenhalters 22, so daß das Filter 30 die Lichteintrittsfläche 21a des
Winkelreflektors 21 berührt.
Ferner kann das Filter 30 durch Lockern der Schraube 28 gelöst und der
Fixierring 26 von dem Prismenhalter 22 entfernt
werden. Der Fixierring 26 hat eine Farbe, die einen scharten
Kontrast mit dem Filter 30 erzeugt, so daß das Filter 30 und
der Fixierring 26 durch das Teleskop 1a hindurch
leicht erkannt werden.
-
Wie 6A zeigt,
hat der Prismenhalter 22 zwei horizontale Lagerachsen 33.
Diese sind in Lageröffnungen 34a an
dem U-förmigen
Träger 34 gelagert.
Der Prismenhalter 22 wird also mit dem U-förmigen Träger 34 so
gehalten, daß seine
Neigung vertikal einstellbar ist. Der Fixierring 26 hat
an seinen beiden Seiten zwei geradlinige Nuten, so daß der Umfangsring 26b und
der Frontring 26a die Lagerachsen 33 nicht stören. Ferner
ist eine vertikale Achse 35 unten mittig an dem U-förmigen Träger 34 vorgesehen
und an dem Tisch 37 befestigt. Damit kann der U-förmige Träger 34 horizontal
gedreht werden. Die Lagerachsen 33 und die vertikale Achse 35 stehen
rechtwinklig zueinander, so daß der
Prismenhalter 22 in jeder Richtung ausgerichtet werden
kann.
-
Die
Nivellierplatte 14 hat eine Bodenplatte 44 und
eine obere Platte 40. Drei Nivellierschrauben 42 sind
zwischen den beiden Platten 40 und 44 angeordnet.
Durch Einstellen der vorstehenden Abschnitte der Nivellierschrauben 42 kann
die Neigung der oberen Platte 40 gegenüber der unteren Platte 44 eingestellt
werden. Dadurch kann die Ausrichtung der vertikalen Achse 35 auf
die Vertikale mit den Nivellierschrauben 42 eingestellt
werden. Eine Libelle 38 befindet sich auf der oberen Platte 40 der
Nivellierplatte 14. Sie dient zum Erfassen der Lage der oberen
Platte 40 während
der Einstellung.
-
Um
die Reflektoreinheit 15 genau an einer zu messenden Position
zu lokalisieren, ist an dem Tisch 37 ein Zentrierteleskop 36 befestigt.
Das Okular des Zentrierteleskops 36 steht seitlich von
dem Tisch 37 ab. Ein nicht dargestelltes Objektivsystem
des Zentrierteleskops 36 ist abwärts gerichtet, so daß die optische
Achse (strichpunktiert dargestellt) des Objektivsystems auf die
Mittellinie der vertikalen Achse 35 ausgerichtet ist. Der
Benutzer kann die Position des Tisches 37 auf eine Meßposition
einstellen.
-
Im
folgenden wird die Arbeitsweise bei der Messung beschrieben. Wie 8 zeigt,
sind der elektrische Entfernungsmesser 10 und die Reflektoreinheit 15 auf
Dreibeinen S1 und S2 montiert. Der Benutzer positioniert den elektrischen
Entfernungsmesser 10 und die Reflektoreinheit 15 an
den Stellen P1 und P2, deren gegenseitige Entfernung zu messen ist.
Er nivelliert den Entfernungsmesser 10 und die Reflektoreinheit 15 mit
den Nivellierschrauben 8 und 42. Ferner stellt
der Benutzer die Positionen des Entfernungsmessers 10 und
der Reflektoreinheit 15 genau auf die Positionen P1 und
P2 ein, wozu die oben beschriebenen Teleskope 2c und 36 dienen.
-
Dann
dreht der Benutzer die Reflektoreinheit 18 vertikal und
horizontal derart, daß die
Lichteinfallsfläche 21a des
Winkelreflektors 21 auf den Entfernungsmesser 10 ausgerichtet
wird. Ferner richtet er das Teleskop 1a auf die Reflektoreinheit 15 und schaltet
die Autofokus-Sensoreinheit 81 ein (5). Dadurch
wird die Fokussierlinse 70 (5) so bewegt,
daß ein
Bild in der Fokussierebene 74a erzeugt wird (5).
Bei Betrachtung dieses Bildes durch das Teleskop 1a stellt
der Benutzer die Richtung des Teleskops 1a so ein, daß die Reflektoreinheit 15 in das
Sichtfeld kommt. Dann stellt er die Richtung des Teleskops 1a so
ein, daß die
Kreuzlinie 32 des Filters 30 (6A)
mit der Kreuzlinie auf der Fokussierebene 74a (5)
des Teleskops 1a zusammenfällt.
-
Da
das auf den Reflektor 15 fallende sichtbare Licht mit dem
Filter 30 gesperrt wird, erreicht es die Reflexionsfläche des
Winkelreflektors 21 nicht. Dieser ist daher für die Autofokus-Sensoreinheit 81 unsichtbar.
Deshalb kann das Teleskop nicht auf ein virtuelles Bild des Entfernungsmessers 10 fokussiert werden,
das an dem Winkelreflektor 21 reflektiert wird. Andererseits
kann die Kreuzlinie 32 des Filters 30 (oder dessen
Umfang) von der Autofokus-Sensoreinheit 81 erkannt werden.
Dadurch wird das Teleskop auf die Kreuzlinie 32 des Filters 30 (oder
auf den Umfang des Filters 30) fokussiert. Der Benutzer
kann deshalb die Richtung des Teleskops 1a so einstellen, daß Kreuzlinie 32 des
Filters 30 auf die Kreuzlinie der Fokussierebene 74a ausgerichtet
wird. Die optische Achse der Objektivlinse 66 des Teleskops 1a wird
dadurch auf den Winkelreflektor 21 so ausgerichtet, daß das von
dem Teleskop 1a abgegebene Licht in ihn eintritt.
-
Dann
startet der Benutzer die Entfernungsmessung. Das von dem Teleskop 1a abgegebene modulierte
Licht erreicht die Reflektoreinheit 15, wo es das Filter 30 und
den Winkelreflektor 21 durchläuft. Nach zweimaliger Reflexion
durchläuft
das Licht das Filter 30 und kehrt zu dem Entfernungsmesser 10 zurück. Durch
Erfassen der Phasendifferenz des abgegebenen und des rückkehrenden
Lichtes kann die Entfernung der Positionen P1 und P2 berechnet werden.
Bei dieser Rechnung wird die Prismenkonstante so korrigiert, daß die Dicke
des Filters 30 kompensiert wird.
-
Durch
das Filter 30 an der Lichteintrittsfläche 21a des Winkelreflektors 21 wird
vermieden, daß das Teleskop
auf ein virtuelles Bild des Entfernungsmessers 10 fokussiert
wird, das an dem Winkelreflektor 21 reflektiert wird. Somit
kann der Benutzer die Richtung des Entfernungsmessers 10 so
einstellen, daß die
Kreuzlinie 32 des Filters 30 (6A)
auf die entsprechende Kreuzlinie in der Fokussierebene 14a (5)
des Teleskops 1a ausgerichtet wird. Deshalb kann die Richtung
des Entfernungsmessers 10 zur Reflexionseinheit 15 genau
eingestellt werden. Da das Filter 30 auswechselbar ist,
kann es auch an einem Reflektor bisheriger Art montiert werden.
-
An
Hand der 9A und 9B wird
nun ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Mit dem ersten Ausführungsbeispiel gleichartige
Elemente haben in 9A und 9B dieselben
Bezugszeichen und werden nicht weiter erläutert. 9A zeigt
eine Vorderansicht der Reflektoreinheit, 9B einen
Schnitt IX-IX aus 9A.
-
Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Winkelreflektor in einer Aussparung des Prismenhalters 22 so
befestigt, daß seine
Lichteintrittsfläche
nach außen
weist. Ein Filter 30' ist
scheibenförmig.
Seine Oberfläche
stimmt mit der Lichteintrittsfläche 21a des
Winkelreflektors 21 überein.
Ferner ist das Filter 30' an
der Aussparung des Prismenhalters 22 so befestigt, daß seine
Innenseite an der Lichteintrittsfläche 21a des Winkelreflektors 21 anliegt.
Das Filter 30' ist
direkt auf der Lichteintrittsfläche 21a des Winkelreflektors 21 ausgebildet.
Es kann aber auch an der Lichteintrittsfläche 21a befestigt
sein. Das Filter 30' besteht
aus einem das sichtbare Licht absorbierenden und Infrarotlicht durchlassenden
Material. Ferner ist eine Kreuzlinie 32 auf die Oberfläche des Filters 30' mit weißer Farbe
aufgebracht.
-
Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ist es auch hier unmöglich,
daß das
Teleskop 1a (4) auf ein virtuelles Bild des
Entfernungsmessers 10 fokussiert wird, das an dem Winkelreflektor 21 reflektiert
wird. Dadurch kann die Richtung des Entfernungsmessers 10 zum
Reflektor genau eingestellt werden. Da das Filter 30 ohne
ein besonderes Element an dem Prismenhalter 22 befestigt
ist, ergibt sich eine geringere Teilezahl.
-
Die
alternative Anordnung des Filters 30 (30') des ersten
und des zweiten Ausführungsbeispiels
wird nun beschrieben. Die Anordnung ist auf kurze Entfernungsmessungen
beschränkt.
Eine Glasscheibe ist anstelle des Filters 30 (30') des ersten
und des zweiten Ausführungsbeispiels
vorgesehen. An ihrer Außenseite
trägt sie
eine Kreuzlinie. Die Glasscheibe ist an dem Prismenhalter 22 ähnlich wie bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
(6B) befestigt.
-
Ist
die zu messende Entfernung kurz, so wird das Teleskop 1a (4)
möglicherweise
nicht auf ein virtuelles Bild des Entfernungsmessers 10 fokussiert, auch
wenn es an dem Winkelreflektor 20 reflektiert wird. Somit
kann die Autofokuseinheit 81 (5) des Teleskops 1a auf
die Kreuzlinie der Glasscheibe fokussiert werden. Da dieses durch
das Teleskop klar beobachtet werden kann, kann der Benutzer die
Ausrichtung des Entfernungsmessers einstellen, bis die Kreuzlinie
auf der Glasplatte mit demjenigen in der Fokussierebene 14a zusammenfällt (5).
-
Das
dritte Ausführungsbeispiel
wird im folgenden an Hand der 10A und 10B erläutert. Mit
den vorherigen Ausführungsbeispielen
gleichartige Elemente tragen dieselben Bezugszeichen und werden
nicht weiter erläutert. 10A zeigt die Vorderansicht der Reflektoreinheit. 10B zeigt den Schnitt X-X auf 10A. 10C zeigt
den Schnitt XI-XI des in 10B gezeigten
Prismenhalters 22'.
-
Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird ein zylindrisches Prisma (Strahlenteiler) 46 verwendet. Dieses
hat drei selektive Reflexionsflächen 46b,
die rechtwinklig zueinander in einer Spitze zusammenlaufen, die
auf der Mittellinie des zylindrischen Prismas 46 liegt.
Eine Seitenfläche
des Prismas 46 liegt nach außen frei und dient als Lichteintrittsfläche 46a. Eine
andere Seitenfläche
des Prismas 46 gegenüber der
Lichteintrittsfläche 46a ist
schwarz gefärbt,
so daß sie
kein Licht reflektiert.
-
Die
selektive Reflexionsfläche 46b reflektiert Infrarotlicht
zu 100 % und läßt sichtbares
Licht zu 100 % durch. Durch die Lichteintrittsfläche 46a eintretendes
Infrarotlicht wird an drei selektiven Reflexionsflächen 46b reflektiert
und durch die Lichteintrittsfläche 46a abgegeben.
Das sichtbare Licht durchläuft
die selektive Reflexionsfläche 46b und
trifft auf die nicht reflektierende Fläche 46c.
-
Eine
Kreuzlinie 32 mit einer Einteilung ist auf einer Außenfläche des
Prismas 46 mit weißer
Farbe aufgebracht. Ein Prismenhalter 22' des dritten Ausführungsbeispiels
hat eine zylindrische Aussparung, in die das Prisma 46 eingesetzt
ist. Der Prismenhalter 22' hat
eine Farbe mit einem starken Kontrast gegenüber der Lichteintrittsfläche 46a.
-
Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
stimmt der Meßprozeß mit demjenigen
der vorherigen Ausführungsbeispiele überein.
Der Benutzer richtet das Teleskop auf die Reflektoreinheit 15 und
schaltet die Autofokus-Sensoreinheit 81 (5)
ein. Die Fokussierlinse 7 (5) wird
so bewegt, daß das
Teleskop 1a (4) auf die Kreuzlinie 32 an
der Lichteintrittsfläche 46a fokussiert
wird.
-
Das
sichtbare Licht durchläuft
die selektive Reflexionsfläche 46b und
gelangt auf die nicht reflektierende Fläche 46c, wo es absorbiert
wird. Da das sichtbare Licht nicht reflektiert wird, kann das Teleskop 1a nicht
auf ein virtuelles Bild des Entfernungsmessers 10 fokussiert
werden. Die Kreuzlinie 32 auf der Lichteintrittsfläche 46a des
Prismas 46 kann von der Autofokus-Sensoreinheit 81 erkannt
werden. Somit wird das Teleskop auf die Kreuzlinie 32 fokussiert. Der
Benutzer kann die Kreuzlinie auf der Lichteintrittsfläche 46a des
Prismas 46 genau erkennen, so daß er das Teleskop genau auf
die Kreuzlinie 32 des Prismas 46 ausrichten kann
und diese mit der Kreuzlinie in der Fokussierebene (5)
zusammenfällt.
-
Nach
der genauen Ausrichtung des Entfernungsmessers 10 auf die
Reflektoreinheit 17 wird die Messung gestartet. Das modulierte
Licht (Infrarotlicht) des Entfernungsmessers 10 tritt in
das Prisma 46 durch die Lichteintrittsfläche 46a.
-
Das
modulierte Licht wird an den selektiven Reflexionsflächen 46b dreimal
reflektiert und an der Lichteintrittsfläche 46a wieder abgegeben,
so daß es zu
dem Entfernungsmesser 10 zurückkehrt. Die Entfernung der
Positionen P1 und P2 wird aus dem Phasenunterschied des abgegebenen
und des zurückkehrenden
Lichtes berechnet.
-
Wie
bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel wird
auch hier verhindert, daß das
Teleskop 1a (4) auf ein virtuelles Bild des
Entfernungsmessers 10 fokussiert wird. Dadurch ist ein
genaues Ausrichten des Entfernungsmessers 10 auf den Reflektor möglich.
-
Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird das Licht nicht an der Fläche 46c reflektiert.
Es ist praktisch jedoch möglich,
daß hier
ein geringer Lichtanteil reflektiert wird. Ferner kann eine Kreuzlinie auch
auf der nicht reflektierenden Fläche 46c des Prismas 46 und
nicht auf der Lichteintrittsfläche 46a mit
weißer
Farbe aufgebracht sein.
-
Es
sind zahlreiche Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
möglich.
Beispielsweise kann die auf die Lichteintrittsfläche des Filters 30, 30' oder des Strahlenteilers 46 aufgebrachte
Kreuzlinie 32 durch eine Figur, Marke, Linie oder ein anderes
Muster ersetzt sein, das die Position der Mitte der Lichteintrittsfläche angibt.
-
Auch
ist es möglich,
keine Kreuzlinie auf die Lichteintrittsfläche des Filters 30, 30' oder des Prismas 46 aufzubringen.
Auch in diesem Fall kann die Autofokuseinheit 81 (5)
auf den Fixierring 26 des Prismenhalters 22, 22' fokussiert
werden, der eine Farbe mit starkem Kontrast zum Filter 30, 30' oder dem Prisma 46 hat.
Somit kann der Benutzer die Mitte des Filters 30, 30' oder des Prismas 46 auf
die Kreuzlinie der Fokussierebene 14a (5)
einstellen, obwohl sie nicht markiert ist.
-
Anstelle
von Infrarotlicht kann auch Licht jeder anderen Wellenlänge neben
dem sichtbaren Licht zur Messung verwendet werden.