DE19949581C2 - Motorgetriebene Fokussiereinrichtung für ein Visierfernrohr - Google Patents

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.

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.