DE19949581C2 - Motorgetriebene Fokussiereinrichtung für ein Visierfernrohr - Google Patents
Motorgetriebene Fokussiereinrichtung für ein VisierfernrohrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine motorgetriebene Fokussiereinrichtung mit einem manu
ell betätigbaren Schalter zum Feineinstellen des Scharfstellpunktes des optischen
Teleskopsystems eines Visierfernrohrs in einem Vermessungsinstrument wie ei
nem automatischen Nivelliergerät, einem Durchgangsgerät, einem Theodoliten
usw.
Geräte dieser Art haben im allgemeinen ein Visierfernrohr, eine Nivelliereinrich
tung und eine Meßvorrichtung, die einen Drehwinkel, einen Abfallwinkel und ei
nen Anstiegswinkel usw. mißt. Beim praktischen Einsatz wird das Visierfernrohr
horizontal ausgerichtet und dann horizontal und vertikal eingestellt. Dann wird
das Visierfernrohr auf ein Referenzobjekt oder einen Referenzpunkt gerichtet, der
vom Benutzer anvisiert wird.
Das optische System des Visierfernrohrs eines automatischen Nivelliergeräts ent
hält eine Objektivlinsengruppe, eine Fokussierlinsengruppe und ein Okular, die in
dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Position der Fo
kussierlinsengruppe wird abhängig von der Objektentfernung so eingestellt, daß
auf einem Fadenkreuz in der Scharfstellebene ein scharfes Objektbild entsteht.
Das Objektbild kann durch das Okular betrachtet werden.
Der Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes pro Bewegungseinheit der Fokus
sierlinsengruppe ändert sich abhängig von deren Position auf der optischen Ach
se. Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Zusammenhangs der axialen Position der Fokus
sierlinsengruppe (Objektentfernung) mit dem FL-Faktor. Dieser ist ein Maß für den
Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes, wenn die Fokussierlinsengruppe um
eine Einheit bewegt wird. Er gibt also den Bewegungsbetrag der Fokussierlinsen
gruppe, geteilt durch den Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes an. Die verti
kale Achse der in Fig. 7 gezeigten Grafik zeigt den FL-Faktor, während auf der ho
rizontalen Achse die axiale Position der Fokussierlinsengruppe aufgetragen ist,
wenn ein Objektbild bei der angezeigten Objektentfernung auf dem Fadenkreuz
fokussiert ist. Fig. 7 läßt erkennen, daß der Bewegungsbetrag des Scharfstell
punktes nicht immer proportional dem Bewegungsbetrag der Fokussierlinsen
gruppe ist.
Deshalb ist es bei einem Motorantrieb der Fokussiereinrichtung (Hilfsfokussierein
richtung) eines Visierfernrohrs zur Feineinstellung des Scharfstellpunktes auf dem
Fadenkreuz mit einem manuell betätigbaren Schalter (Steuerknopf oder Steuer
hebel) nach der Scharfeinstellung mit der Autofokuseinrichtung des Visierfern
rohrs schwierig, den Scharfstellpunkt zum Erzeugen eines scharfen Objektbildes
auf dem Fadenkreuz mit der motorgetriebenen Fokussiereinrichtung fein einzu
stellen, denn der Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes pro Bewegungseinheit
der Fokussierlinsengruppe hängt von deren axialer Position ab.
Zum Stand der Technik wird auf die DE 197 08 299 A1 verwiesen. Dort ist eine
automatische Fokussiereinrichtung für ein Fernrohr beschrieben, die in einem
manuellen Fokussiermodus und in einem automatischen Fokussiermodus betrie
ben werden kann. Im automatischen Fokussiermodus bewegt ein motorgetriebe
ner Linsenantrieb eine Fokussierlinsengruppe längs der optischen Achse des
Fernrohrs. Es ist ferner ein manuell betätigbarer Schalter vorgesehen, der eine
Steuereinrichtung aktiviert, die wiederum den motorgetriebenen Linsenantrieb an
steuert. Das oben beschriebene Problem, nach dem sich der Bewegungsbetrag
des Scharfstellpunktes pro Bewegungseinheit der Fokussierlinsengruppe abhän
gig von deren Position auf der optischen Achse ändert, ist in der DE 197 08 299 A1
nicht angesprochen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine motorgetriebene Fokussiereinrich
tung für ein Visierfernrohr anzugeben, die ein leichtes Feineinstellen des Scharf
stellpunktes ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder
8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.
Bei einer Einrichtung nach der Erfindung ist der Bewegungsbetrag des Scharf
stellpunktes (d. h. der Änderungsbetrag der Bildschärfe in Grad) weitgehend pro
portional der mit einem manuell betätigbaren Schalter eingestellten Variablen un
abhängig von der axialen Position der Fokussierlinsengruppe, so daß ein leichtes
Feineinstellen des Scharfstellpunktes möglich ist.
Dies geschieht mit einer Steuervorrichtung, die die motorgetriebene Bewegungs
mechanik für die Scharfeinstellung so steuert, daß der Bewegungsbetrag des
Scharfstellpunktes pro Zeiteinheit weitestgehend konstant ist, unabhängig von der
axialen Position der Fokussierlinsengruppe. Somit kann der Scharfstellpunkt
leicht so eingestellt werden, daß ein scharfes Objektbild auf dem Fadenkreuz ent
steht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin
zeigen:
Fig. 1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines automatischen Ni
velliergeräts, auf das die Erfindung angewendet wird,
Fig. 2 das Flußdiagramm eines Teils der Autofokusoperation (START) in
dem in Fig. 1 gezeigten Gerät,
Fig. 3 das Flußdiagramm eines weiteren Teils der Autofokusoperation
(VDD-SCHLEIFE) in dem Gerät nach Fig. 1,
Fig. 4 einen weiteren Teil der Autofokusoperation (MOTORISCHE
FOKUSSIERSTEUERUNG) in dem Gerät nach Fig. 1,
Fig. 5 die Vorderansicht eines Fokussierschalters mit einem Steuerhebel,
Fig. 6 die Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Fokussierschalters, und
Fig. 7 den Zusammenhang der axialen Position einer Fokussierlinsen
gruppe und des FL-Faktors.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines automatischen Nivelliergeräts, auf das
die Erfindung angewendet wird. Dieses Nivelliergerät 10 (Vermessungsgerät) hat
ein optisches Teleskopsystem (Visierfernrohr) mit einer positiven Objektivlinsen
gruppe 11, einer negativen Fokussierlinsengruppe 12, einem Horizontal-Kompen
sationssystem 13, einer Fadenkreuzplatte (Scharfstellebene) 14, und einem posi
tiven Okular 15, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her (in Fig. 1 von
links nach rechts) angeordnet sind. Die Fadenkreuzplatte 14 besteht aus einer
ersten Platte 14a und einer zweiten Platte 14b.
Das Horizontal-Kompensationssystem 13 ist an sich bekannt und enthält ein er
stes Kompensationsprisma 13a, einen Kompensationsspiegel 13b und ein zweites
Kompensationsprisma 13c. Es ist bezüglich der Mitte des Kompensationsspiegels
13b symmetrisch aufgebaut. Das Horizontal-Kompensationssystem 13 hängt an
einer Schnur/Kette (nicht dargestellt), die an einer (nicht dargestellten) Achse
befestigt ist.
Die absoluten Winkel zwischen dem Kompensationsspiegel 13b und dem ersten
und dem zweiten Kompensationsprisma 13a und 13b stimmen überein, haben
aber einander entgegengesetzte Vorzeichen. Der Winkel des Kompensations
spiegels 13b relativ zu dem jeweiligen Kompensationsprisma kann z. B. 30° betra
gen. Dieser Winkel ändert sich abhängig von vorbestimmten Faktoren wie der
Länge der genannten Schnur/Kette, an der das Horizontal-Kompensationssystem
13 aufgehängt ist. Wird das automatische Nivelliergerät so eingestellt, daß die
optische Achse O der Objektivlinsengruppe 11 und der Fokussierlinsengruppe 12
fast horizontal liegt, jedoch etwas gegenüber der realen horizontalen Ebene um
einen Winkel von 10 bis 15 Minuten geneigt ist, so ist auch der durch die Objek
tivlinsengruppe 11 und die Fokussierlinsengruppe 12 auf das erste Kompensati
onsprisma 13a fallende Lichtstrahl gegenüber der realen horizontalen Ebene un
ter demselben Winkel geneigt. Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten Kompensati
onsprisma 13c nach Reflexion an dem ersten Kompensationsprisma 13a, dem
Kompensationsspiegel 13b und dem zweiten Kompensationsprisma 13c austritt,
ist aber gegenüber der realen horizontalen Ebene praktisch nicht geneigt.
Eine Zahnstange 12a ist an der Fokussierlinsengruppe 12 befestigt und steht in
Eingriff mit einem Ritzel 12b, so daß beide eine motorgetriebene Antriebsvorrich
tung bilden. Ein Drehen des Ritzels 12b ruft eine Bewegung der Fokussierlinsen
gruppe 12 längs der optischen Achse O hervor. Daher kann das Bild eines Ob
jekts 9, das durch die Objektivlinsengruppe 11 und die Fokussierlinsengruppe 12
erzeugt wird, durch Drehen des Ritzels 12b längs der optischen Achse bewegt
werden. Der Benutzer des automatischen Nivelliergeräts 10 betrachtet das Bild
des Objekts 9 auf der Fadenkreuzplatte 14 zusammen mit z. B. einer Kollimati
onsachse auf der Fadenkreuzplatte 14.
Das automatische Nivelliergerät 10 hat zwischen dem zweiten Kompensati
onsprisma 13c und der Fadenkreuzplatte 14 einen Strahlenteiler (halbdurchlässi
ger Spiegel) 18, der ein Strahlenbündel in zwei Strahlenbündel teilt. Ein Teil des
von dem Horizontal-Kompensationssystem 13 ausgehenden Lichts wird an dem
Strahlenteiler 18 rechtwinklig zu einem AF-Sensor 21 reflektiert, der ihm nahe an
geordnet ist. Zwischen dem Strahlenteiler 18 und dem AF-Sensor 21 befindet sich
eine Referenz-Scharfstellebene 14A, die an einer der Position der Faden
kreuzplatte 14 optisch äquivalenten Position angeordnet ist.
Das automatische Nivelliergerät 10 hat ferner ein Fokuserfassungssystem 20 und
ein Antriebssystem 30 für die Fokussierlinsengruppe 12. Ein AF-Startschalter 27,
der AF-Sensor 21, das Fokuserfassungssystem 20, das Antriebssystem 30, die
Zahnstange 12a, das Ritzel 12b und die Fokussierlinsengruppe 12 bilden insge
samt ein Autofokussystem. Das Fokuserfassungssystem 20 erfaßt den Fokussier
zustand auf der Referenz-Scharfstellebene 14A über den AF-Sensor 21, der sich
nahe der Referenz-Scharfstellebene 14A befindet. Das Antriebssystem 30 steuert
die Fokussierlinsengruppe 12 derart, daß sie längs der optischen Achse O ab
hängig von Signalen bewegt wird, die das Fokuserfassungssystem 20 abgibt. Die
Position der Fokussierlinsengruppe 12 auf der optischen Achse O wird mit einem
Positionsdetektor 19 erfaßt. Dieser erfaßt die Position der Zahnstange 12a und
gibt entsprechende Signale an eine Prozeßsteuerung 23 ab.
Das Fokuserfassungssystem 20 enthält einen Vorverstärker 22, die Prozeßsteue
rung 23, ein RAM 24, einen AF-Motortreiber 25 und ein EEPROM 26. Das An
triebssystem 30 enthält einen AF-Motor 31, einen Kupp
lungs/Untersetzungsmechanismus 32 und einen Codierer 33. Das Fokuserfas
sungssystem 20, dessen Aufbau an sich bekannt ist, erfaßt den Fokussierzustand
(fokussierter Zustand, vordere Fokuslage, hintere Fokuslage und Defokusbetrag)
aus den Signalen des AF-Sensors 21. In diesem Ausführungsbeispiel erfaßt der
AF-Sensor 21 eine Phasendifferenz und enthält eine Kondensorlinse, ein Paar
Separatorlinsen und ein Paar Liniensensoren (Mehrsegment-CCD-Sensoren)
hinter den Separatorlinsen (nicht dargestellt). Die beiden Separatorlinsen sind
voneinander mit einer Basislänge getrennt. Das Objektbild auf der Referenz-
Scharfstellebene 14A wird mit den Separatorlinsen in zwei Objektbilder geteilt, die
jeweils auf einem Liniensensor erzeugt werden. Jeder Liniensensor enthält eine
Anordnung fotoelektrischer Wandlerelemente. Jedes Wandlerelement setzt das
empfangene Licht eines Bildes in elektrische Ladungen um, die integriert (ange
sammelt) werden und ein entsprechendes Signal an den Vorverstärker 22 abge
ben, um die AF-Sensordaten zu erzeugen. Der Vorverstärker 22 verstärkt das Si
gnal und gibt es an die Prozeßsteuerung 23 ab. Diese berechnet als ein Element
des Fokuserfassungssystems 20 einen Defokusbetrag durch eine vorbestimmte
Defokusoperation mit den AF-Sensordaten der beiden Liniensensoren. Ferner
werden der Antriebsbetrag des AF-Motors 31 (Impulszahl des Codierers 33, d. h.
AF-Impulszahl) und dessen Drehrichtung, die zum Bewegen der Fokussierlinsen
gruppe 12 in eine axiale Position mit dem Defokusbetrag 0 erforderlich sind, aus
dem Defokusbetrag berechnet bzw. bestimmt, der von der Prozeßsteuerung 23
berechnet wird. Die Anzahl der AF-Impulse wird in einen AF-Impulszähler 23a der
Prozeßsteuerung 23 eingesetzt.
Die Prozeßsteuerung 23 ist mit einem AF-Startschalter (AF-Starttaste) 27 am Ge
häuse des automatischen Nivelliergeräts 10 verbunden. Der AF-Startschalter 27
ist ein selbsttätig rückstellender Drucktastenschalter. Der Autofokusprozeß startet
bei manueller Betätigung des AF-Startschalters, d. h. wenn dieser vom Zustand
AUS in den Zustand EIN gebracht wird. Bei dem Autofokusprozeß treibt die Pro
zeßsteuerung 23 den AF-Motor 31 über den AF-Motortreiber 25 entsprechend der
berechneten AF-Impulszahl, die in den AF-Impulszähler 23a eingesetzt wurde,
und der bestimmten Antriebsrichtung des AF-Motors 31. Die Drehung des AF-
Motors 31 wird über den Kupplungs/Untersetzungsmechanismus 32 auf das Ritzel
12b übertragen und bewegt die Fokussierlinsengruppe 12. Die Drehung des AF-
Motors 31 wird mit dem Codierer 30 erfaßt, während dessen Ausgangssignale mit
der Prozeßsteuerung 23 gezählt werden, um die Drehzahl des AF-Motors 31 zu
steuern oder ihn abhängig von dem gezählten Ausgangswert und dem berechne
ten Antriebsbetrag stillzusetzen.
Die Prozeßsteuerung 23 steuert das Fokuserfassungssystem 20 und das An
triebssystem 30 zum Erfassen des Fokussierzustandes des Objektbildes auf der
Referenz-Scharfstellebene 14A und bewegt dann die Fokussierlinsengruppe 12
längs der optischen Achse O, um das Bild des anvisierten Objekts scharfzustel
len.
Das RAM 24 in dem Fokuserfassungssystem 20 speichert die Position der Fokus
sierlinsengruppe 12 auf der optischen Achse O (Positionsdaten der Fokussierlin
sengruppe 12 oder der Zahnstange 12a), die mit dem Positionsdetektor 19 erfaßt
wird. Mit Ende des Autofokusprozesses, der bei einmaligem Drücken des AF-
Startschalters 27 eingeleitet wird und in dem die Fokussierlinsengruppe 12 zum
Scharfstellen des Objektbildes bewegt wird, wird die Position (erste Position) der
Fokussierlinsengruppe 12 (Daten der axialen Position der Fokussierlinsengruppe
12), die sich nach dem Autofokusprozeß ergibt, in dem RAM 24 gespeichert.
Dann wird bei nochmaligem Betätigen des AF-Startschalters 27 innerhalb einer
vorbestimmten Zeit (etwa 0,5 bis 1 Sekunde) nach dem einmaligen Betätigen des
AF-Startschalters 27 die Fokussierlinsengruppe 12 in eine Position (zweite Posi
tion) gebracht, die von der zuvor genannten Position (erste Position) abweicht,
deren Positionsdaten in dem RAM 24 gespeichert wurden, um das Bild des anvi
sierten Objekts scharfzustellen. Danach wird die neue Position (zweite Position)
der Fokussierlinsengruppe 12 wiederum in dem RAM 24 gespeichert. Dann wird
mit jedem Betätigen des AF-Startschalters 27 innerhalb der vorbestimmten Zeit
die Fokussierlinsengruppe 12 in eine Position (z. B. dritte Position) gebracht, die
von den zuvor erreichten Positionen abweicht, um das Bild des anvisierten Ob
jekts scharfzustellen.
Wird der AF-Startschalter 27 innerhalb der vorbestimmten Zeit nach der ersten
Betätigung nicht nochmals betätigt, so werden alle Positionsdaten in dem RAM 24
gelöscht. Daher wird bei jedem Betätigen des AF-Startschalters 27 innerhalb der
vorbestimmten Zeit nach vorherigem Betätigen die Fokussierlinsengruppe 12 in
eine Position bewegt, die von der vorherigen Position verschieden ist. Wenn bei
diesem Steuerverfahren der Benutzer durch das Okular 15 feststellt, daß das
Objekt nach einmaligem Autofokusprozeß und einmaligem Betätigen des AF-
Startschalters 27 unscharf wird, so wird die Fokussierlinsengruppe 12 in eine von
der vorherigen Position unterschiedliche Position gebracht, wenn der AF-Schalter
27 innerhalb der vorbestimmten Zeit nochmals betätigt wird. Dies verhindert, daß
der Autofokusprozeß überflüssigerweise für dieselbe Position nochmals durch
geführt wird, bei der der fokussierte Zustand nicht erreicht werden kann.
Das automatische Nivelliergerät 10 hat an seinem Gehäuse einen Fokussier
schalter (manuell betätigbarer Schalter) 40, der mit der Prozeßsteuerung 23 ver
bunden ist (Fig. 5). Der Fokussierschalter 40 ist ein Element eines motorgetriebe
nen Fokussiermechanismus (Hilfsfokussiermechanismus) zur Feineinstellung des
Scharfstellpunktes des optischen Teleskopsystems zum Erzeugen eines scharfen
Objektbildes auf der Fadenkreuzplatte 14 nach dem Scharfstellen durch den Au
tofokusprozeß. Der Fokussierschalter 40 hat einen manuell betätigbaren Steuer
hebel (drehbarer Steuerhebel) 41. Die Prozeßsteuerung 23 betreibt den AF-Motor
31 über den AF-Motortreiber 25 entsprechend dem Drehbetrag (manipulierte Va
riable) und der Drehrichtung des Steuerhebels 41, um die Fokussierlinsengruppe
12 längs der optischen Achse O zu bewegen. Der Fokussierschalter 40 hat also
eine Geschwindigkeitssteuerfunktion zum Ändern der Geschwindigkeit der Fo
kussierlinsengruppe 12 längs der optischen Achse O.
Im unbetätigten Zustand steht der Steuerhebel 41 in einer Neutralstellung N. Er
wird in diese Neutralstellung N mit einer Feder (nicht dargestellt) unmittelbar nach
seiner Freigabe nach der manuellen Betätigung zurückgestellt. Er kann innerhalb
eines vorbestimmten Drehwinkels (zwischen einer einfach strichpunktierten und
einer doppelt strichpunktierten Stellung) gedreht werden, wobei die Neutralstel
lung in der Mitte dieses Drehwinkels liegt. Der Fokussierschalter 40 bleibt im Zu
stand AUS, solange der Steuerhebel 41 im mittleren Bereich des Drehwinkels θ
ist, in dem die Neutralstellung liegt. Dreht sich der Steuerhebel 41 über einen
Drehwinkel über den mittleren Bereich des Drehwinkels θ hinaus, so wird der Fo
kussierschalter 40 in den Zustand EIN gebracht. Bei dem in Fig. 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel wird beim Drehen des Steuerhebels 41 im Uhrzeigersinn aus
der Neutralstellung N der Scharfstellpunkt (die Fokussierlinsengruppe 12) von
nah auf fern verstellt, während ein Drehen des Steuerhebels 41 im Gegenuhrzei
gersinn aus der Neutralstellung N eine Bewegung des Scharfstellpunktes (der
Fokussierlinsengruppe 12) von fern nach nah bewirkt. Wird der Fokussierschalter
40 durch eine Drehung des Steuerhebels 41 in jeder der beiden möglichen Rich
tungen in den Zustand EIN gebracht, so nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit
der Fokussierlinsengruppe 12 zu, wenn der Drehwinkel des Steuerhebels 41 zu
nimmt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Scharfstellpunktes (der Fokussierlin
sengruppe 12) nimmt schrittweise von niedrig, mittel zu hoch zu, wenn der Dreh
winkel des Steuerhebels 41 zunimmt, wie in Fig. 5 zu erkennen ist.
Eine Tabelle für Kompensationsdaten für den Antriebsbetrag des AF-Motors 31
für jede axiale Position der Fokussierlinsengruppe 12 innerhalb des Bewegungs
bereichs ist in dem EEPROM 26 gespeichert, das mit der Prozeßsteuerung 23
verbunden ist. Bei Betätigen des Fokussierschalters 40 liest die Prozeßsteuerung
23 die Daten zum Kompensieren des Antriebsbetrags des AF-Motors 31 aus dem
EEPROM 26, für die aktuelle Position der Fokussierlinsengruppe 12, die mit dem
Positionsdetektor 19 erfaßt wird, zum Steuern der Drehung des AF-Motors 31. Die
Kompensationsdaten (FL-Faktor), die in dem EEPROM 26 zuvor gespeichert wur
den und beim Betreiben des AF-Motors 31 genutzt werden, werden berechnet aus
dem Zusammenhang zwischen der Position der Fokussierlinsengruppe 12 und
dem Verhältnis des Bewegungsbetrages des Scharfstellpunktes zum Bewe
gungsbetrag der Fokussierlinsengruppe 12, d. h. aus den optischen Konstrukti
onsdaten des Teleskopsystems. Mit anderen Worten: Die Kompensationsdaten
(FL = Faktor), wie sie z. B. Fig. 7 zeigt, genügen der folgenden Formel:
y = (-0,017).(+0,200)
Die Kompensationsdaten (FL-Faktor) können entweder aus einer in dem
EEPROM gespeicherten Tabelle gelesen oder mit der vorstehenden, in dem
EEPROM 26 gespeicherten Formel berechnet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Autofokusoperation in dem automatischen Nivellier
gerät 10 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.
Diese Autofokusoperation wird mit der Prozeßsteuerung 23 durchgeführt, wenn
eine Batterie (nicht dargestellt) zur Stromversorgung in das Nivelliergerät 10 ein
gelegt wird.
Unmittelbar nach dem Einlegen der Batterie initialisiert die Prozeßsteuerung 23
das RAM 24 und jedes Eingangs/Ausgangsport (nicht dargestellt) bei Schritt S101
und führt dann einen Stromversorgungs-Abschalteprozeß durch. Dann wird die
Operation des Schritts S101 nicht nochmals durchgeführt, solange die Batterie in
dem Nivelliergerät 10 ist, d. h. bis sie ausgewechselt wird.
Der Stromversorgungs-Abschalteprozeß ist ein "Bereitschaftsprozeß", der auf das
Betätigen des AF-Startschalters 27 wartet, wobei alle Schaltungen mit Ausnahme
der Prozeßsteuerung 23 abgeschaltet sind, während der AF-Startschalter 27 nicht
betätigt ist. Die Stromversorgung wird eingeschaltet, um den Autofokusprozeß
durchzuführen (Schritt S203), wenn der AF-Startschalter 27 in den Zustand EIN
gebracht wird.
In dem Stromversorgungs-Abschalteprozeß werden alle Merker der Autofokus
operation auf 0 gesetzt (Schritt S111). Diese Merker sind ein Fokussiermerker,
der anzeigt, daß der fokussierte Zustand erreicht ist, ein Autofokus-NG-Merker
(AFNG-Merker), der anzeigt, daß ein fokussierter Zustand nicht erreicht werden
kann, ein Reintegrationsmerker, der anzeigt, daß die Integrationsoperation nach
dem Erreichen des fokussierten Zustands ausgeführt wird, ein Suchmerker und
ein Überlappungsoperationsmerker, der anzeigt, daß jede Integrationsoperation
durchgeführt wurde, während die Fokussierlinsengruppe 12 bewegt wird, sowie
ein Speicherabschlußmerker, der anzeigt, daß die Linsenposition bereits im Spei
cher enthalten ist.
Nach Schritt S111 wird geprüft, ob der AF-Startschalter 27 im Zustand EIN ist
(Schritt S113). Da er im Zustand AUS ist, wenn er noch nicht betätigt wurde, wird
ein AF-Startschalterspeicher (nicht dargestellt) der Prozeßsteuerung 23 in den
Zustand AUS gebracht, d. h. es wird eine AUS-Information in ihn eingeschrieben
(Schritt S115). Dann wird geprüft, ob der Fokussierschalter 40 im Zustand EIN ist
(Schritt S119). Ist er im Zustand AUS, so wird geprüft, ob die Stromversorgung
eingeschaltet ist (Schritt S125). Da die Stromversorgung anfänglich ausgeschaltet
ist, wenn der AF-Startschalter 27 nicht betätigt wird, kehrt die Steuerung zu
Schritt S113 zurück, so daß die Schritte S113, S115, S119 und S125 wiederholt
werden, bis der AF-Startschalter 27 betätigt wird. Ergibt Schritt S125, daß die
Stromversorgung eingeschaltet ist, so wird sie abgeschaltet, und die Steuerung
kehrt zu Schritt S113 zurück.
Ergibt Schritt S113, daß der AF-Startschalter 27 im Zustand EIN ist, so wird ge
prüft, ob der AF-Startschalterspeicher die Information EIN enthält (Schritt S117).
Enthält er die Information AUS (dies ist der Fall, wenn die Steuerung zunächst mit
Schritt S117 beginnt, nachdem Schritt S113 ergeben hat, daß der AF-Startschal
ter 27 im Zustand EIN ist), erhält der AF-Startschalterspeicher die Information EIN
(Schritt S129). Dann wird die Stromversorgung eingeschaltet, um jede Schaltung
zu speisen (Schritt S131), und dann geht die Steuerung zu dem VDD-Schleifen
prozeß, der in Fig. 3 dargestellt ist.
In diesem Prozeß wird der Autofokusprozeß (Schritt S203) durchgeführt, und die
Steuerung kehrt zu dem in Fig. 2 gezeigten Stromversorgungs-Abschalteprozeß
zurück, wenn der fokussierte Zustand erreicht ist oder die unmögliche Fokussie
rung festgestellt wird, während der Zustand des AF-Startschalters 27 geprüft wird.
In dem VDD-Schleifenprozeß wird zunächst ein Zeitgeber (Schalterfassungs-Ab
laufzeit) in der Prozeßsteuerung 23 gestartet, während die aktuelle Position der
Fokussierlinsengruppe 12 auf der optischen Achse O vorübergehend in dem RAM
24 gespeichert wird (Schritt S201). Dann wird der Autofokusprozeß ausgeführt,
bei dem der Defokusbetrag erfaßt wird, um die Fokussierlinsengruppe 11 in die
Scharfstellposition zu bringen (Schritt S203). Nach dem Autofokusprozeß wird
geprüft, ob der AF-Startschalter 27 im Zustand EIN ist (Schritt S205). Da er all
gemein im Zustand EIN bleibt, wenn die Steuerung anfangs bei Schritt S205 be
ginnt, wird geprüft, ob der Startschalterspeicher die Information EIN enthält
(Schritt S209). Da er diese Information bei Schritt S129 erhalten hat, wird der Zu
stand des Fokussiermerkers und des AFNG-Merkers geprüft (Schritte S211,
S213).
Ist das Feststellen eines fokussierten Zustandes unmöglich oder wird festgestellt,
daß der fokussierte Zustand in dem Autofokusprozeß nicht erreicht werden kann
(Schritt S203), wobei angezeigt wird, daß der Fokussiermerker und der AFNG-
Merker den Zustand 0 haben, kehrt die Steuerung zu dem Autofokusprozeß in
Schritt S203 zurück (Schritte S211 und S213). Dann werden die Schritte S203,
S205, S209, S211 und S213 wiederholt, bis der Fokussiermerker oder der AFNG-
Merker auf 1 gesetzt werden, anderenfalls geht die Steuerung von Schritt S205 zu
Schritt S207, um die Information AUS in den AF-Startschalterspeicher einzu
schreiben, wenn der AF-Startschalter 27 im Zustand AUS ist, und dann kehrt die
Steuerung zu dem Autofokusprozeß bei Schritt S203 über die Schritte S211 und
S213 zurück.
Nachdem die Fokussierlinsengruppe 12 durch den Autofokusprozeß bei Schritt
S203 in die Fokussierstellung gebracht ist, wird der Fokussiermerker auf 1 ge
setzt, so daß die Steuerung von Schritt S211 zu Schritt S223 gehen kann. Hier
wird geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit (z. B. 0,5 Sekunden) nach dem Start des
Zeitgebers bei Schritt S201 abgelaufen ist. Die Steuerung kehrt zu Schritt S205
zurück, wenn die vorbestimmte Zeit noch nicht abgelaufen ist. Andernfalls geht
die Steuerung zu Schritt S225, wo geprüft wird, ob der Speicherabschlußmerker
bereits auf 1 gesetzt ist. Ist dies nicht der Fall, d. h. er hat den Wert 0, werden alle
Positionsdaten in dem RAM 24 gelöscht, und dann kehrt die Steuerung zu dem
Stromversorgungs-Abschalteprozeß zurück (Schritt S227), um die Autofokusope
ration zu beenden. Ergibt Schritt S225, daß der Speicherabschlußmerker auf 1
gesetzt wurde, so kehrt die Steuerung zu dem Stromversorgungs-Abschaltepro
zeß zurück, um die Autofokusoperation zu beenden.
Kann ein fokussierter Zustand z. B. durch Bewegung des anvisierten Objekts,
durch ein zu dunkles Objekt und/oder durch einen zu schwachen Objektkontrast
nicht erreicht werden, so wird der AFNG-Merker in dem Autofokusprozeß bei
Schritt S203 auf 1 gesetzt, so daß die Steuerung von Schritt S213 zu Schritt S223
geht (Schritte S211, S213).
In dem VDD-Schleifenprozeß wird der AF-Startschalter 27 auf EIN gesetzt, nach
dem er im Zustand AUS war, und die Steuerung geht von Schritt S205 zu Schritt
S209. Da der AF-Startschalterspeicher die Information AUS enthält, wenn der AF-
Startschalter 27 anfangs im Zustand AUS ist, geht die Steuerung von Schritt S209
zu Schritt S215, um den AF-Startschalterspeicher in den Zustand EIN zu bringen.
Dann wird bei Schritt S217 geprüft, ob die vorstehend genannte vorbestimmte
Zeit (z. B. 0,5 Sekunden) seit dem Start des Zeitgebers bei Schritt S201 abgelau
fen ist, und die Steuerung geht zu Schritt S219, wenn sie noch nicht abgelaufen
ist. Andernfalls geht die Steuerung zu Schritt S211. Bei Schritt S219 wird geprüft,
ob die Positionsdaten der Fokussierlinsengruppe 12 auf der optischen Achse O
(d. h. die Positionsdaten, die bei Schritt S201 vorübergehend gespeichert wurden)
in dem RAM 24 gespeichert sind. Ergibt Schritt S219, daß diese Daten nicht ge
speichert sind, so werden sie dann in dem RAM 24 gespeichert, und der Spei
cherabschlußmerker wird bei Schritt S221 auf 1 gesetzt. Dann kehrt die Steue
rung zu dem Autofokusprozeß bei Schritt S203 zurück. Auch wenn also bei Schritt
S217 festgestellt wird, daß die vorstehend genannte vorbestimmte Zeit (z. B. 0,5
Sekunden) noch nicht abgelaufen ist, geht die Steuerung zu Schritt S211, wenn
die Daten bereits im RAM 24 gespeichert sind.
Ergibt Schritt S119, daß der Fokussierschalter 40 im Zustand EIN ist, so wird die
Stromversorgung eingeschaltet, und die Steuerung tritt in einen motorgetriebenen
Fokussiersteuerprozeß ein (Schritte S121 und S123). Dann wird geprüft, ob die
Stromversorgung eingeschaltet ist (Schritt S125). Die Einzelheiten des motorge
triebenen Fokussiersteuerprozesses werden im folgenden unter Bezugnahme auf
Fig. 4 beschrieben.
In diesem Prozeß wird zunächst der Zustand des Fokussierschalters 40 geprüft
(Schritt S301). Dann wird geprüft, ob der Steuerhebel 41 des Fokussierschalters
40 gedreht wird, um den Scharfstellpunkt von fern auf nah zu verstellen (Schritt
S303). Trifft dies zu, wird ein F-N-Merker auf 1 gesetzt, und dann wird geprüft, ob
gerade die geringe, die mittlere oder die hohe Geschwindigkeit gewählt ist
(Schritte S305 und S307). Wird der Steuerhebel 41 des Fokussierschalters 40 ge
rade gedreht, um den Scharfstellpunkt in Richtung von nah zu fern zu verstellen,
so wird ein N-F-Merker auf 1 gesetzt, und dann wird geprüft, ob die geringe, die
mittlere oder die hohe Geschwindigkeit gewählt ist (Schritte S303, S309, S310
und S307). Wird der Fokussierschalter 40 gerade nicht in einer der beiden Dreh
richtungen betätigt oder befindet er sich im mittleren Bereich des Drehwinkels θ
(Fig. 5), so werden der F-N-Merker und der N-F-Merker beide auf 0 gesetzt
(Schritt S308). Dann kehrt die Steuerung zurück, d. h. sie geht zu Schritt S125.
Ein Antriebstakt-Multiplizierer wird auf 1, 5 oder 25 gesetzt, wenn Schritt S307 er
gibt, daß die geringe, die mittlere oder die hohe Geschwindigkeit gewählt ist
(S311, S313 und S315). Dann ergibt sich eine primäre Antriebstaktfrequenz durch
Multiplikation mit einer Grundfrequenz in dem Antriebstakt-Multiplizierer (Schritt
S317). Danach werden die Positionsdaten der Fokussierlinsengruppe 12 einge
geben, und der FL-Faktor (beispielsweise in Fig. 7 gezeigt) wird aus dem
EEPROM 26 gelesen (Schritt S319 und S321). Dann ergibt sich eine Kompensa
tions-Antriebstaktfrequenz durch Multiplikation der primären Antriebstaktfrequenz,
die in einem Taktimpulsgenerator enthalten ist (nicht dargestellt), mit dem FL-
Faktor (Schritt S323 und S325). Danach wird die AF-Impulszahl, die in dem AF-
Impulszähler 23a enthalten ist, und die zuvor bestimmte Antriebsrichtung des AF-
Motors 31 (die Bewegungsrichtung der Fokussierlinsengruppe) in den AF-Motor
treiber 25 eingegeben, so daß dieser den AF-Motor 31 entsprechend der AF-Im
pulszahl und der vorher bestimmten Antriebsrichtung betreibt.
Mit dem vorstehend beschriebenen Steuerverfahren wird der Bewegungsbetrag
des Scharfstellpunktes pro Zeiteinheit (d. h. der Änderungsbetrag pro Zeiteinheit
in Grad der Bildunschärfe) bei Einschalten des Fokussierschalters 40 (Steuerhe
bel 41) weitgehend konstant gehalten, unabhängig von der axialen Position der
Fokussierlinsengruppe 12 auf der optischen Achse O. Dies erleichtert das Fein
einstellen des Scharfstellpunktes zum Erzeugen eines scharfen Objektbildes auf
der Fadenkreuzplatte 14.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die drei Ge
schwindigkeiten (niedrig, mittel und hoch) zum Antrieb der Fokussierlinsengruppe
12 eingestellt. Daher kann der Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes pro
Zeiteinheit entsprechend geändert werden. Bei der Erfindung ist die Anzahl der
möglichen Geschwindigkeiten zum Antrieb der Fokussierlinsengruppe 12 nicht
auf drei beschränkt, es kann jede andere Anzahl Geschwindigkeiten einschließ
lich einer beliebig wählbaren Geschwindigkeit vorgesehen sein.
Die Erfindung wurde vorstehend in der Anwendung auf ein automatisches Nivel
liergerät beschrieben. Sie kann in gleicher Weise jedoch auch auf andere Ver
messungsgeräte wie ein Durchgangsgerät, einen Theodoliten oder eine Gesamt
station angewendet werden. Außerdem kann die Erfindung auch auf jedes opti
sche Teleskopsystem wie z. B. ein Fernrohr und ein Doppelfernrohr angewendet
werden.
Claims (12)
1. Motorgetriebene Fokussiereinrichtung für ein Fernrohr, mit
einem optischen Teleskopsystem mit einer längs der optischen Achse be
wegbaren Fokussierlinsengruppe,
einem motorgetriebenen Linsenantrieb für die Fokussierlinsengruppe,
einem manuell betätigbaren Schalter zum Betätigen des Linsenantriebs, und
einer Steuervorrichtung für den motorgetriebenen Linsenantrieb bei einge
schaltetem Schalter derart, daß der Bewegungsbetrag pro Zeiteinheit des
Scharfstellpunktes des optischen Teleskopsystems weitgehend konstant ge
halten wird, unabhängig von der Position der Fokussierlinsengruppe auf der
optischen Achse, wobei die konstante Geschwindigkeit aus einer oder meh
reren Geschwindigkeiten wählbar ist.
2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
manuell betätigbare Schalter eine Geschwindigkeitsänderungsfunktion ent
hält, mit der der Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes pro Zeiteinheit
veränderbar ist.
3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen
Positionsdetektor zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe auf
der optischen Achse, und durch einen Speicher für Kompensationsdaten zur
Kompensation eines Bewegungsbetrages der Fokussierlinsengruppe pro
Zeiteinheit für jede ihrer Positionen auf der optischen Achse innerhalb ihres
Bewegungsbereichs, wobei die Steuerung Daten aus den Kompensations
daten zur Kompensation des Antriebsbetrages der Fokussierlinsengruppe
für eine Position eingibt, die mit dem Positionsdetektor erfaßt wird, um den
motorgetriebenen Linsenantrieb entsprechend diesen Daten zu steuern.
4. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen
Positionsdetektor zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe auf
der optischen Achse, und durch einen Speicher für eine Formel zur Berech
nung von Kompensationsdaten zur Kompensation eines Antriebsbetrages
der Fokussierlinsengruppe für jede Position auf der optischen Achse inner
halb des Bewegungsbereichs, wobei die Steuerung die Kompensationsdaten
mit der Formel entsprechend der Position der Fokussierlinsengruppe be
rechnet, die mit dem Positionsdetektor erfaßt wird, um den motorgetriebenen
Linsenantrieb entsprechend den Kompensationsdaten zu steuern.
5. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie in ein Vermessungsinstrument eingebaut ist.
6. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der manuell betätigbare Schalter einen drehbaren
Steuerhebel hat.
7. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Teleskopsystem ein Autofokussystem mit einem
AF-Startschalter enthält, der zum Scharfstellen eines Objektbildes einschalt
bar ist.
8. Visierfernrohr für ein Vermessungsinstrument, mit
einem optischen Teleskopsystem mit einer längs der optischen Achse be wegbaren Fokussierlinsengruppe,
einem Autofokussystem zum Bewegen der Fokussierlinsengruppe längs der optischen Achse und zum Scharfstellen eines Objektbildes bei Einschalten eines AF-Startschalters,
einer motorgetriebenen Hilfsfokussiereinrichtung zum Bewegen der Fokus sierlinsengruppe längs der optischen Achse zwecks Feineinstellung der Posi tion mit einem manuell betätigbaren, ihren Betrieb einleitenden Schalter, und einer Steuerung zum Steuern der Hilfsfokussiereinrichtung derart, daß der Bewegungsbetrag eines Scharfstellpunktes des optischen Teleskopsystems infolge einer Bewegung der Fokussierlinsengruppe weitgehend konstant ge halten wird, unabhängig von der Position der Fokussierlinsengruppe auf der optischen Achse, wobei die konstante Geschwindigkeit aus einer oder meh reren Konstantgeschwindigkeiten wählbar ist.
einem optischen Teleskopsystem mit einer längs der optischen Achse be wegbaren Fokussierlinsengruppe,
einem Autofokussystem zum Bewegen der Fokussierlinsengruppe längs der optischen Achse und zum Scharfstellen eines Objektbildes bei Einschalten eines AF-Startschalters,
einer motorgetriebenen Hilfsfokussiereinrichtung zum Bewegen der Fokus sierlinsengruppe längs der optischen Achse zwecks Feineinstellung der Posi tion mit einem manuell betätigbaren, ihren Betrieb einleitenden Schalter, und einer Steuerung zum Steuern der Hilfsfokussiereinrichtung derart, daß der Bewegungsbetrag eines Scharfstellpunktes des optischen Teleskopsystems infolge einer Bewegung der Fokussierlinsengruppe weitgehend konstant ge halten wird, unabhängig von der Position der Fokussierlinsengruppe auf der optischen Achse, wobei die konstante Geschwindigkeit aus einer oder meh reren Konstantgeschwindigkeiten wählbar ist.
9. Visierfernrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der manuell
betätigbare Schalter eine Geschwindigkeitsänderungsfunktion enthält, mit
der der Bewegungsbetrag des Scharfstellpunktes pro Zeiteinheit veränder
bar ist.
10. Visierfernrohr nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Linsenpositi
onsdetektor zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe auf der
optischen Achse, und durch einen Speicher für Kompensationsdaten zur
Kompensation des Antriebsbetrages der Fokussierlinsengruppe für jede ih
rer Positionen auf der optischen Achse innerhalb ihres Bewegungsbereichs,
wobei die Steuerung Daten aus den Kompensationsdaten des Speichers zur
Kompensation des Antriebsbetrages der Fokussierlinsengruppe für eine mit
dem Linsenpositionsdetektor erfaßte Position eingibt, um den motorgetrie
benen Linsenantrieb entsprechend den eingegebenen Daten zu steuern.
11. Visierfernrohr nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Positionsde
tektor zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe auf der opti
schen Achse, und durch einen Speicher für eine Formel zur Berechnung von
Kompensationsdaten zur Kompensation eines Antriebsbetrages der Fokus
sierlinsengruppe für jede Position auf der optischen Achse innerhalb des
Bewegungsbereichs, wobei die Steuerung die Kompensationsdaten mit der
Formel entsprechend der Position der Fokussierlinsengruppe berechnet, die
mit dem Positionsdetektor erfaßt wird, um den motorgetriebenen Linsenan
trieb entsprechend den Kompensationsdaten zu steuern.
12. Visierfernrohr nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß der manuell betätigbare Schalter einen drehbaren Steuerhebel hat.
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