DE3048462A1

DE3048462A1 - Optisches system fuer einen theodoliten

Info

Publication number: DE3048462A1
Application number: DE19803048462
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Ishikawa; Masashi Kawasaki Kanagawa Tanaka
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPS6234081B2; JPS5693006A; US4445777A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein optisches Säuern für einen Theodoliten, und insbesondere ein optisches System zum Ablesen der Vertikalwinkel-Skala und der Horizontalwinkel-Skala eines Theodoliten im gleichen Gesichtsfeld.

Als optisches System für einen Theodoliten ist eine Konstruktion entwickelt worden, wie sie in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist; dabei wird eine Vertikal- bzw. Höhenwinkel-Skala 1a (die im folgenden als V-Skala bezeichnet werden soll), die auf einer Vertikalwinkel-Skalenplatte 1 ausgebildet ist, auf die gleiche Fläche wie eine Horizon'-talwinkel-Skala 2a (die im folgenden als "Η-Skala bezeichnet werden soll), die auf einer Horizontalwinkel-Skalenplatte 2 ausgebildet ist, durch eine Relaislinse 3 sowie weiterhin durch eine Objektivlinse 4 über Prismen 13 und 14 auf eine Mattscheibe 5 abgebildet! Die V-Skala und die Η-Skala können über ein Prisma 15 mittels eines Okulars 6 abgelesen v/erden.

Weiterhin ist auch eine Konstruktion entwickelt worden, wie sie in Fig. 2 der belügenden Zeichnungen dargestellt ist. Dabei werden die V-Skala 1a auf der Vertikalwinkel-Skalenplattei und die Η-Skala 2a auf der Horizontalwinkel-Skalenplatte 2 durch zwei Objektivlinsen 4 und 4', die sich in verschiedenen Strahlgängen befinden, auf eine Mattscheibe 5 abgebildet. Die V-Skala und die Η-Skala werden durch ein Okular 6 abgelesen. Bei jeder dieser Konstruktionen sind zwei Abbildungssysteme, wie beispielsweise eine Relaislinse' und eine Objektivlinse, erforderlich; dies bedeutet also, daß eine relativ große Zahl von Linsen benötigt wird, wodurch sich eine entsprechend komplizierte Konstruktion ergibt. Außerdem wird dadurch die Justierung des gleichen Brennpunktes für die verschiedenen Linsen sowie die Justierung, die für die Erzielung einer vorgegebenen Vergrößerung erforderlich ist, außerordentlich schwierig und insbesondere zeitraubend. Weiterhin wird bei der zuerst erwähnten Konstruk-

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tion (Fig. 1) die K-Skala einmal abgebildet, während die V-Skala zweimal abgebildet wird; dies führt zu dem Nachteil, daß es zu Unterschieden zwischen den Auflösungsvermögen der beiden Skalen kommt.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und die Darstellung der V-Skala und der Η-Skala vollständig identisch zu machen; außerdem soll ein optisches System für einen Theodoliten vorgeschlagen werden, das eine einfache Konstruktion hat.

Das optische System des Theodoliten nach der vorliegenden Erfindung verwendet eine einzige Objektiv-Linse zur Erzeugung der Abbildungen der V-Skala und der Η-Skala in dem herkömmlichen optischen System mit einer Objektivlinse, einer Mattscheibe und einem Okular. Deshalb ist ein Vereinigungselement für die verschiedenen Strahlengänge vorgesehen, um den Strahlengang von der V-Skala und den Strahlengang von der Η-Skala zu kombinieren; ein rechtwinkliges Prisma befindet sich in dem Strahlengang zwischen dem Vereinigungselement für die Strahlengänge und der H-Skala, so daß das Licht zweimal an den inneren Oberflächen der im rechten Winkel zueinander verlaufenden, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas reflektiert wird und anschließend das Vereinigungselement für die Strahlengänge erreicht, wodurch die Unterschiede in den Strahlengängen zwischen den beiden Skalen und dem Vereinigungselement für die Strahlengänge kombiniert werden; außerdem werden die "^; Lichtstrahlen von den beiden Skalen, die das Vereinigungselement für die Strahlengänge verlassen, durch eine Objektivlinse als einziges Abbildungssystem auf die Mattscheibe kondensiert bzw. fokussiert bzw. konzentriert.

Die Erfindung schafft also ein optisches System für einen Theodoliten mit einer Vertikalwinkel-Skalenplatte mit einer

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Vertikalwinkel-Skala, mit einer Horizontalwinkel-Skalenplatte mit einer Korizontalwinkel-Skala, mit einem Vereinigungselement für die beiden Strahlengängen, das die Strahlengänge von den beiden Skalenplatten kombiniert, mit einem rechtwinkligen Prisma, das zwischen einer der beiden Skalenplatten und dem Vereinigungselement für die beiden Strahlengänge vorgesehen ist und geneigte Oberflächen hat, die senkrecht zueinander verlaufen, wobei der Lichtstrahl von einer der beiden Skalenplatten an den inneren Oberflächen der rechtwinklig zueinander verlaufenden, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas reflektiert wird und anschließend das Vereinigungselement für die beiden Strahlengänge erreicht; eine Objektivlinse ist auf der Austrittsseite des Vereinigungselementes für die beiden Strahlengänge angeordnet, um Abbildungen der Skalen auf den beiden Skalenplatten zu erzeugen; die Abbildungen der Skalenplatten werden schließlich durch die Objektivlinse auf einer Mattscheibe ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.Es zeigen

Fig. 1 und 2 die Strahlengänge in einem herkömmlichen optischen System,

Fig. 3 den Strahlengang in einem optischen System nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 den Strahlengang in einem optischen System nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt den Strahlengang in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 sind die Bezugszeichen,

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die identisch mit den für die Fig. 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen sind, zur Kennzeichnung der äquivalenten Bauelemente verwendet worden. Die Oberflächen der geneigten, zueinander senkrechten Flächen 7a und 7b eines rechtwinkligen Prismas 7 sind Spiegeloberflächen; die innere Oberfläche und'die Oberfläche der beiden geneigten Flächen sind reflektierende Oberflächen. Ein auf diese Flächen fallender Beleuchtungslichtstrahl wird nach oben bzw. nach unten durch die geneigten Flächen 7a und 7b reflektiert, und zwar gemäß der Darstellung in Fig. 3 gesehen. Das nach oben an der geneigten Fläche 7a des rechtwinkligen Prismas 7 reflektierte Licht bestrahlt eine V-Skalenplatte 1 über ein Prisma 9; der Lichtstrahl von der V-Skala 1a verläuft durch ein Prisma 10 zu einem halbdurchlässigen Prisma 3. Anderseits beleuchten die Lichtstrahlen, die durch die geneigte Fläche 7b des rechtwinkligen Prismas 7 nach unten reflektiert werden, über ein Prisma 11 eine H-Skalenplatte 2. Der Lichtstrahl von der Η-Skala 2a wird an einem Prisma 12 reflektiert und erreicht wieder das rechtwinklige Prisma 7, wird durch -die beiden geneigten Flächen 7b und 7a nach innen reflektiert und verläuft anschließend zu dem halbdurchlässigen Prisma 8. Der Lichtstrahl von der V-Skala 1a wird an der halbdurchlässigen Oberfläche 8a des halbdurchlässigen Prismas S reflektiert. Der Lichtstrahl von der H-Skala 2a verläuft durch -die halbdurchlässige Oberfläche 8a; beide Lichtstrahlen werden der Wirkung der Objektivlinse 4 unterworfen und verlaufen durch Prismen 13 und 14, bis sie schließlich auf einer Mattscheibe 5 konzentriert bzw. fokussiert werden; sie erreichen dann über ein Prisma 15 ein Okular 6.

Bei einer solchen Konstruktion wird die Korrektur der Längen der Strahlengänge der V-Skala 1 a und der Η-Skala 2a in einfacher Weise dadurch erreicht, daß nur das rechtwinklige Prisma 7 etwas zur optischen Achse der Objektivlinse 4 hin verschoben wird. Auch das Abbildungssystem hat eine einfache Konstruktion, da es nur die Objektivlinse 4 aufweist, die für das Ablesen der beiden Skalen verwendet wird; deshalb sind die Abbildungen bzw. Definitionen und Vergrößerungen

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der Bilder der beiden Skalen vollständig gleich.

Bei der oben beschriebenen, ersten Ausführungsform erfüllt das halbdurchlässige Prisma 8 die Funktion eines Vereinigungselementes, das die Strahlengänge von den beiden Strahlen kombiniert; ein solches, sogenanntes "Amplitudenteilungselement" stellt jedoch nicht die einzig mögliche Konstruktion dar; es ist nämlich auch möglich, die Strahlengänge von den beiden Skalen durch ein "Wellenflächenteilungselement" zu kombinieren. Dabei handelt es sich, wie in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Fig. 4 dargestellt ist, um eine Konstruktion, bei der die Strahlengänge von den Skalen 1a und 1b parallel zueinander sind, wobei die optische Achse der Objektivlinse 4 als Grenze dient.

In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen, die identisch mit den Bezugszeichen von Fig. 3 sind, Bauelemente, die äquivalent zu den entsprechenden Bauelementen der ersten Ausführungsform sind. Die Konstruktion der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit der Konstruktion der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß als Vereinigungselement für die Strahlengänge ein Prisma 8' mit einer geneigten Oberfläche 8a' verwendet wird. Diese geneigte Fläche 8a' ist so ausgelegt, daß sie Licht in das Innere und zur Oberfläche des Prismas hin reflektiert. Der Lichtstrahl von der V-Skala 1a wird an der geneigten Oberfläche 8a' des Prismas 8' reflektiert und tritt in die obere Hälfte der Objektivlinse 4 mit seiner optischen Achse als Grenze ein, während andererseits das Licht von der K-Skala 2a in das Prisma 8' eintritt, an der inneren Oberfläche der geneigten Fläche 8a' reflektiert wird und aus diesem Prisma 8' austritt. Dieses Licht wird also an den rechtwinklig zueinander verlaufenden, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas 7 zweimal reflektiert, wonach das Licht wieder das Prisma 8' erreicht, dieses Prisma passiert und in die untere Hälfte der Objektivlinse 4 eintritt, wobei deren optische

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Achse als Grenze dient. Die beiden Lichtstrahlen von den
beiden Skalen v/erden auf die Mattscheibe 5 fokussiert, wodurch Abbildungen der Skalen entstehen, die durch das Okular 6 betrachtet werden können.

Bei der Konstruktion nach der zweiten Ausführung-sform wird wieder nur eine einzige Objektivlinse als Abbildungssystem verwendet, wodurch eine Korrektur der Unterschiede im
Strahlengang zwischen den beiden Skalen auf einfache Weise durch eine Bewegung des rechtwinkligen Prismas 7 allein erreicht werden kann. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die beiden rechtwinklig zueinander verlaufenden, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas 7
reflektierende Oberflächen; die Lichtstrahlen, die an diesen Oberflächen reflektiert werden, beleuchten die Skalenplatten; eine solche Konstruktion führt zu einer verringerten Zahl von Einzelteilen, so daß sich ein einfaches
optisches System für das Ablesen der Skalen ergibt.

Bei den beiden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, führt die Verwendung der
einzigen Objektivlinse zu dem Vorteil, daß die optischen
Leistungen bei den Abbildungen der V-Skala und der H-Skala identisch zueinander sind; außerdem entsteht ein optisches System für das Ablesen der Skalen eines Theodoliten, bei
dem die gleiche Einstellung für die Scharfeinstellung bzw. Fokussierung einerseits und die Vergrößerung andererseits
auf einfache Weise zu erreichen sind; und schließlich wird nur eine verringerte Zahl von Linsen benötigt, wodurch sich eine entsprechend einfache Konstruktion ergibt.

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Claims

,1

PATENTANWÄLTE A.

DlPU ING

H. KINKELDEY

DR INa

W. STOCKMAIR

DK. ING AfJE(CAUECH)

K. SCHUMANN

DR RER ΝΑΓ ■ DlPL-PHYS

P. H. JAKOB

CMPU ING

G, BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMIUANSTRASSE

PH 15 799

HIPPON EOGAiOJ K.K. 22. Dezember 1980

2-3, Marunouchi 3-chome,
Chiyoda-ku, Tokio / Japan

Optisches System für einen Theodoliten Patentansprüche

\t) Optisches System für einen Theodoliten mit einer Vertikalwinkel-Skalenplatte mit einer Vertikalwinkel-Skala, mit einer Horizontalwinkel-Skalenplatte mit einer Horizontalwinkel-Skala, mit einer Objektivlinse zur Erzeugung der Abbildungen der Skalen der beiden Skalenplatten auf einer Mattscheibe und mit einem Okular zur Betrachtung der Abbildungen der Skalen auf der Mattscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einfallslicht-Seite der Objektivlinse (Z) ein optisches Element (8, 8') für die Vereinigung des Lichtstrahls von der Vertikal-Skala (1a) und des Lichtstrahls von der Horizontalwinkel-Skala (2a) angeordnet ist, daß sich ein rechtwinkliges Prisma (7) mit geneigten, zueinander rechtwinkligen (7a, 7b) in dem Strahlengang zwischen einer der beiden Skalenplatten (1, 2) und dem optischen Vereinigungs-

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TELEFON (paS) 22 28 62 TELEX OS-SQ 3BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEFiER

element (8, 8') befindet, und daß der Lichtstrahl von dieser Skalenplatte (1, 2) an den jeweiligen inneren Oberflächen der rechtwinkligen, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas (7) reflektiert wird und anschließend das Vereinigungselement (8, 8') für den Strahlengang erreicht.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der rechtwinkligen, geneigten Flächen des rechtwinkligen Prismas (7) reflektierende Oberflächen sind, und daß die Lichtstrahlen, die an den geneigten Flächen reflektiert werden, jeweils die beiden Skalenplatten (1_r 2 )' bestrahlen.
3. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rechtwinklige Prisma (7) in dem Strahlengang zwischen der Horizontalwinkel-Skalenplatte

(2) und dem Vereinigungselement (S, 8') für den Strahlengang vorgesehen ist.
4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das Vereinigungselement für den Strahlengang ein halbdurchlässiges Prisma ist.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3_# dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinigungselement für den Strahlengang ein Prisma mit geneigten, beidseitig reflektierenden Oberflächen ist, wodurch die Lichtstrahlen von den beiden Skalenplatten (1, 2) parallel zur optischen Achse der Objektivlinse (4) als Grenze gemacht werden.

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