DE1623404B2

DE1623404B2 - AUTOMATIC LEVELING INSTRUMENT

Info

Publication number: DE1623404B2
Application number: DE1967C0043784
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Phys. 1000 Berlin; Gröger Dieter 6800 Mannheim Ehbets
Original assignee: Dietzgen Europe GmbH
Current assignee: Dietzgen Europe GmbH
Priority date: 1967-11-09
Filing date: 1967-11-09
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE1623404A1

Description

d =d =

n-a'-bn-a'-b

vom optischen Mittelpunkt (21) des Objektivs (8) oder von einem virtuellen Bild dieses Mittelpunktes (21), welches von hinter ihm liegenden Teilen des Objektivs (8) und/oder anderen optischen Elementen entworfen wird, angeordnet ist, wobei η der Brechungsindex des Lichtweges zwischen dem Ort der Zielmarke (16') und dem Ort ihrer Sollage, α eine wählbare Objektweite des Fernrohres, a' die dazugehörige Bildweite und b der Abstand der Stehachse (S) von ihrer Sollage sind.from the optical center (21) of the lens (8) or from a virtual image of this center (21), which is designed by parts of the lens (8) behind it and / or other optical elements, where η is the refractive index of the Light path between the location of the target mark (16 ') and the location of its target position, α is a selectable object distance of the telescope, a' is the associated image distance and b is the distance between the vertical axis (S) and its target position.

meßfchlcr macht sich bei Messungen in verschiedenen Fcrnrohrlagen bemerkbar und ist dem Produkt aus dem Winkel der Fehlaufstellung der Stehachse mit dem Absland zwischen der Stchachsc und dem vorderen Knotenpunkt des Objektivs bzw. seines virtuellen Bildes näherungsweise proportional.The measurement is noticeable when taking measurements in various outer tube positions and is no longer in the product the angle of the misalignment of the standing axis with the distance between the stich axis and the front The nodal point of the lens or its virtual image is approximately proportional.

Zur Vermeidung dieses Fehlers ist es bekannt, die Stehachse durch den vorderen Knotenpunkt bzw. durch sein virtuelles Bild quer' zur Richtung der optischen Achse des Objektivs zu legen.To avoid this error, it is known to cut the standing axis through the front node or to put through his virtual image transversely to the direction of the optical axis of the lens.

Solche Nivellierinstrumente weisen jedoch einen mechanisch ungünstigen Aufbau auf, weshalb der Anwendungsbereich von Nivellierinstrumenten der üocii uezen-uneten Art hinsichtlich ihrer Verwendung bei Nivellements über größere Strecken Einschränkungen unterworfen ist.However, such leveling instruments have a mechanically unfavorable structure, which is why the Scope of application of leveling instruments of the üocii uezen-uneten type with regard to their use is subject to restrictions when leveling over longer distances.

Bei einem bekannten Nivellierinstrument der oben bezeichneten Art (DT-Gbm 19 49 413) ist die Zielmar.-.e in der budseitigen Hauptebene des Objektivs angeordnet. Außerdem ist bei diesem bekannten Nivellierinstrument die Stehachse in diese bildseitige Hauptebene verlegt worden. Jedoch hat dieses bekannte Nivellierinstrument den Nachteil, daß sein Objektiv axial durchbohrt und die Zielmarke auf einem der Bohrung angepaßten Glasbolzen angeordnet ist. Bei der Herstellung svird der Glasbolzen von vorn in die Öffnung des Objektivs eingeführt und mit diesem verkittet,,so daß seine die Zielmarke tragende Fläche in der bildseitigen Hauptebene des Objektivs liegt. Die Herstellung des Objektivs und damit des gesamten Nivellierinstrumentes gestaltet sich dadurch schwierig, weil das Objektiv durchbohrt werden muß und die einwandfrei zu justierende Verkittung des Glasbolzens als Träger der Zielmarke mit dem Objektiv äußerst schwierig ist.In a known leveling instrument of the type described above (DT-Gbm 19 49 413), the target mar-. E in the main plane of the lens on the bud side arranged. In addition, in this known leveling instrument, the vertical axis is in this image-side Main level has been relocated. However, this known leveling instrument has the disadvantage that his The objective is axially pierced and the target mark is arranged on a glass bolt adapted to the bore is. During production, the glass bolt is inserted into the opening of the lens from the front and with it This cemented, so that its surface carrying the target mark in the image-side main plane of the lens lies. The production of the objective and thus of the entire leveling instrument is designed as a result difficult because the lens has to be pierced and the cementing of the Glass bolt as a carrier of the target mark with the lens is extremely difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Nivellierinstrument der oben bezeichneten Art so auszubilden, daß bei einfacher Fertigung der Fehler eines Nivellements über größere Entfernungen auch dann unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, wenn die Stehachse nicht exakt senkrecht steht. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zielmarke des Fernrohres im AbstandeThe invention is based on the object of designing the leveling instrument of the type referred to above in such a way that that with simple production the error of a leveling over greater distances even then is below a specified value if the standing axis is not exactly vertical. This task is achieved according to the invention in that the target mark of the telescope at a distance

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nivellierinstrument mit einem um eine Stehachse drehbar gelagerten Fernrohr, bestehend aus einem Objektiv, einem im Abstand der halben Bildweite dahinter angeordneten, unter dem Einfluß der Schwerkraft pendelnd gelagerten, zu Fokussierzwecken verschiebbaren Planspiegel, an dem der Abbildungsstrahlengang zurück zum Objektiv in dessen Bildebene reflektiert ist, aus einer in der Bildebene des Objektivs im Abstand vom optischen Mittelpunkt des Objektivs angeordneten Zielmarke und aus einem gebrochenen Okularsystem zur Betrachtung der Bildebene des Objektivs, bei dem die Stehachse im Abstand vom vorderen Knotenpunkt des Objektivs oder im Abstand von einem virtuellen Bild dieses Punktes angeordnet ist, welches von etwa vor dem Objektiv vorgesehenen optischen Elementen mit konstanter Ablenkung des Abbildungsstrahlenganges entworfen wird.The invention relates to a leveling instrument with a rotatable about a standing axis Telescope, consisting of an objective lens, one arranged behind it at a distance of half the image distance, pivoted under the influence of gravity, displaceable for focusing purposes Plane mirror on which the imaging beam path is reflected back to the lens in its image plane, from one arranged in the image plane of the lens at a distance from the optical center of the lens Target mark and a broken eyepiece system for viewing the image plane of the lens, where the vertical axis is at a distance from the front node of the lens or at a distance of a virtual image of this point is arranged, which is provided from approximately in front of the lens optical elements with constant deflection of the imaging beam path is designed.

Nivellierinstrumente dieser Art sind bereits bekannt. Sie weisen den Nachteil auf, daß Nivellements, welche mit ihnen ausgeführt werden, mit einem systematischen Meßfehler behaftet sind, der dann auftritt, wenn die Stehachse des Nivellierinstrumentes nicht exakt in die Vertikale ausgerichtet ist. Der Höhen-Leveling instruments of this type are already known. They have the disadvantage that leveling, which are carried out with them are afflicted with a systematic measurement error, which then occurs, if the vertical axis of the leveling instrument is not exactly aligned vertically. The altitude

ei =ei =

n-a' ■ bn-a '■ b
aa

vom optischen Mittelpunkt des Objektivs oder von einem virtuellen Bild dieses Mittelpunktes, welches von hinter ihm liegenden Teilen des Objektivs und/ oder anderen optischen Elementen entworfen wird, angeordnet ist, wobei η der Brechungsindex des Lichtweges zwischen dem Ort der Zielmarke und dem Ort ihrer Sollage, α eine wählbare Objektweite des Fernrohres, a' die dazugehörige Bildweite und b der Abstand der Stehachse von ihrer Sollage sind.from the optical center point of the lens or from a virtual image of this center point, which is designed by parts of the lens behind it and / or other optical elements, where η is the refractive index of the light path between the location of the target mark and the location of its target position, α is a selectable object distance of the telescope, a 'is the associated image distance and b is the distance between the vertical axis and its nominal position.

Die erwähnte Objektweite α wird hierbei vom vorderen Knotenpunkt des Objektivs gemessen und wird zweckmäßig gleich der Zielweite einer üblichen Nivellementsmessung, z. B. zu a = 40 m, gewählt.The mentioned object distance α is measured here from the front node of the lens and is expediently equal to the target distance of a conventional leveling measurement, e.g. B. to a = 40 m.

Unter der Sollage des Strichkreuzes soll der optische Mittelpunkt des Objektivs bzw. bei Anwesenheit von zusätzlichen optischen Elementen (z. B. Umlenkspiegel) zwischen Planspiegel und Bildebene jene Position, welche durch die zusätzlichen optischen Elemente virtuell in dem bildseitigen Knotenpunkt abgebildet wird, verstanden werden.The optical center point of the lens or when present should be below the target position of the crosshair of additional optical elements (e.g. deflection mirror) between the plane mirror and the image plane Position, which is mapped virtually in the image-side node by the additional optical elements will be understood.

3 43 4

Befindet sich die Lage der Stehachse, in Lichtrich- des Fadenkreuzes von der optischen Achse des Ob-Is the position of the standing axis, in the light direction of the crosshairs from the optical axis of the ob-

tung betrachtet, hinter dem Ort des vorderen Knoten- jektivs 8.viewed behind the location of the front node lens 8.

punktes bzw. seines virtuellen Bildes, so liegt die Ziel- In Fig. 2 ist das Objektiv 8 mit seinen Linsen 5,point or its virtual image, the target is In Fig. 2, the objective 8 with its lenses 5,

marke objektseitig von ihrer Sollage. 6 und 7 noch einmal dargestellt. Vor dem ObjektivBrand on the object side of its target position. 6 and 7 shown again. In front of the lens

Befindet sich dagegen der Ort der Stehachse vor 5 ist schematisch eine Planparallelglasplatte 20 ange-If, on the other hand, the position of the standing axis is in front of 5, a plane-parallel glass plate 20 is schematically attached.

dem genannten Knotenpunkt bzw. vor dem Ort seines deutet, die ein Äquivalent für die Glasscheiben 12the mentioned node or in front of the place of his, which is an equivalent for the glass panes 12

virtuellen Bildes, so liegt die Zielmarke bildseitig von und 17 sein soll. Die Scheibe 20 vermittelt eine vir-virtual image, the target mark is on the image side of and 17 should be. The disc 20 imparts a vir-

ihrer Sollage. . tuelle Abbildung des vorderen Knotenpunktes 22 destheir target position. . Current image of the front node 22 of the

Das erfindungsgemäße Nivellierinstrument hat den Objektivs 8 an dem Ort 23, und es ist mit 5 wieder Vorteil, daß mit ihm Nivellements über größere io die Lage der Stehachse des Nivellierinstruments anStrecken bei hinreichend kleinem Höhenfehler auch gedeutet. 21 bezeichnet den Ort des optischen Mitteldann ausgeführt werden können, wenn die Stehachse punktes des Fadenkreuzes in der Ebene 16. Mit H nicht exakt in die vertikale Richtung ausgerichtet bzw. H' sind die vordere und hintere Hauptebene des, ist. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Nivel- Objektivs bezeichnet.The leveling instrument according to the invention has the objective 8 at the location 23, and it is again an advantage that with it leveling over greater io the position of the vertical axis of the leveling instrument is also interpreted with a sufficiently small height error. 21 denotes the location of the optical center when the standing axis point of the crosshair is in the plane 16. With H not exactly aligned in the vertical direction or H ' are the front and rear main planes of the. The level lens according to the invention can also be designated.

lierinstrument einfacher herstellen als das bekannte 15 Zur fehlerfreien Funktion des Nivelliers nachMaking the leveling instrument easier than the familiar 15 To ensure that the level functions correctly

Nivellierinstrument (DT-Gbm 19 49 413). Fig. 1 wäre es erforderlich, daß die Stehachse S Leveling instrument (DT-Gbm 19 49 413). Fig. 1, it would be necessary that the standing axis S

Zwei die Erfindung erläuternde Ausführungsbei- durch das virtuelle Bild 23 des vorderen Knotenspiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigt punktes 22 des Fernrohrobjektivs 8 gelegt ist. SieTwo embodiments that explain the invention are the virtual image 23 of the front knot game are shown in the figures. It shows point 22 of the telescope lens 8 is placed. she

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Fernrohr weist indessen den Abstand b vom Ort ihrer SollageFig. 1 shows a longitudinal section through a telescope, however, the distance b from the location of its target position

eines Nivellierinstruments, 20 auf. Die Zielmarke 16' ist deshalb im angegebenena leveling instrument, 20. The target mark 16 'is therefore indicated

Fig. 2 einen Schnitt durch das Objektiv gemäß Abstand d vom Ort des optischen Mittelpunktes 212 shows a section through the objective at the distance d from the location of the optical center point 21

Fig. 1, vor dem optischen Mittelpunkt angeordnet.Fig. 1, arranged in front of the optical center.

F i g. 3 die Wirkungsweise des Nivellierinstruments Infolge dieser Fehllage der Zielmarke verliert dasF i g. 3 How the leveling instrument works As a result of this misalignment of the target mark, the

gemäß Fig. 1, · Nivellierinstrument die Eigenschaft, daß die Richtungaccording to Fig. 1, · leveling instrument the property that the direction

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres 25 seiner Zielachse unabhängig von Neigungen des GeNivellierinstrument und rätegehäuses 1 gegen die Horizontalebene stets in eine4 shows a longitudinal section through a further 25 of its target axis independent of inclinations of the leveling instrument and rätegehäuses 1 against the horizontal plane always in one

Fig. 5 einen Schnitt durch das Objektiv gemäß horizontale Richtung weist, und es tritt eine nei-Fig. 5 shows a section through the lens according to the horizontal direction, and it occurs a nei-

F i g. 4. gungsabhängige Kippung der Zielachsenrichtung ge-F i g. 4. Motion-dependent tilting of the target axis direction

In F i g. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse des Nivellier- gen den Horizont auf.In Fig. 1 denotes 1 the housing of the leveling gene on the horizon.

instruments, welches mit einer nicht dargestellten 30 Die Größe und Art dieser neigungsabhängigeninstruments, which with a not shown 30 The size and type of this incline-dependent

Dosenlibelle zur Ausrichtung seiner Stehachse S ver- Kippung erläutert die Fig. 3, in der 8 das ObjektivCircular level for aligning its vertical axis S tilting explains FIG. 3, in which 8 the objective

bunden ist. Das Gehäuse 1 ist durch Fußschrauben 2 des Nivelliers nach Fig. 1, S seine Stehachse, 8 dasis bound. The housing 1 is its standing axis by foot screws 2 of the level according to Fig. 1, S, 8 the

justierbar auf einer Grundplatte 3 gelagert und kann Objektiv 8 in einer um 180° gedrehten Lage (bei un-mounted adjustably on a base plate 3 and lens 8 can be rotated by 180 ° (with un-

auf einem Lagerzapfen 4 um die Stehachse S gedreht veränderter Anordnung der Stehachse) und 30 bzw.on a bearing journal 4 rotated about the standing axis S , changed arrangement of the standing axis) and 30 or

werden. Das Gehäuse dient zur Lagerung eines aus 35 30' Nivellierlatten bezeichnen.will. The housing is used to store one of 35 denote 30 'leveling staffs.

den drei Linsen 5, 6 und 7 bestehenden Objektivs 8. Wie der Figur entnommen werden kann, weist die Hinter dem Objektiv ist im Abstand der halben Bild- Zielachse des Fernrohres in den beiden um 180° verweite ein Planspiegel 9 angeordnet. Der Planspiegel 9 schiedenen Fernrohrlagen jeweils eine unterschiedist mittels einer Aufhängung 9' an einem Bauteil 10 liehe Höhenlage auf. Der Abstand zwischen diesen derart pendelnd gelagert, daß sich seine Spiegelebene 40 beiden Höhenlagen beträgt 2 h. Er ist in Näherung stets in die vertikale Richtung einstellt. Er ist im dem Produkt aus dem Neigungswinkel α der Stehübrigen mit nicht dargestellten Mitteln zur Dämp- achse S gegen den Horizont und aus dem Abstand b fung seiner Bewegung verbunden. proportional.the three lenses 5, 6 and 7 existing objective 8. As can be seen in the figure, the rear of the objective is at a distance of half the image target axis of the telescope in the two 180 ° wide a plane mirror 9 is arranged. The plane mirror 9 has different telescope positions in each case a different height position by means of a suspension 9 'on a component 10. The distance between these pendulously mounted in such a way that its mirror plane 40 at both levels is 2 h. As an approximation, it is always set in the vertical direction. It is connected in the product of the angle of inclination α of the standing persons with means, not shown, to the damping axis S against the horizon and from the distance b fung of its movement. proportional.

Das Bauteil 10 ist zusammen mit dem Spiegel 9 in Zur Verringerung dieses Fehlers ist nun — wie Richtung des eingezeichneten Pfeiles über von der 45 erläutert — eine neigungsabhängige Kippung Δκ einAußenseite des Gehäuses 1 her zugängliche Stell- geführt, welche so durch entsprechende Anordnung mittel zum Zwecke der Fernrohrfokussierung ver- der Zielmarke justiert ist, daß der Höhenversatz 2 h schiebbar gelagert. für die Fernrohrzielweite α gleich Null ist.The component 10, together with the mirror 9, is now in To reduce this error - as explained in the direction of the arrow drawn above from FIG the telescope focusing has been adjusted to the target mark so that the height offset can be slid for 2 h. for the telescope target range α is equal to zero.

Vor dem Objektiv 8 bzw. in Lichtrichtung hinter In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist dasIn front of the lens 8 or behind in the direction of light. In the exemplary embodiment according to FIG. 4 is that

dem Spiegel 9 ist ein Glasprisma 11 gelagert, welches 50 Fernrohrobjektiv 8 in dem Gehäuse 1 derart gelagert,A glass prism 11 is mounted on the mirror 9, which mounts 50 telescope objective 8 in the housing 1 in such a way that

an einer Planglasscheibe 12 befestigt ist. Seine unter daß seine optische Achse mit der Richtung der Steh-is attached to a flat glass pane 12. Its under that its optical axis with the direction of the standing

45° gegen die optische Achse des Objektivs 8 ge- achse S zusammenfällt. Der Spiegel 9 ist nunmehr an45 ° from the optical axis of the objective 8 axis S coincides. The mirror 9 is now on

neigt angeordnete Prismenfläche 13 ist verspiegelt. einer Aufhängung 9' derart pendelnd gelagert, daßinclined prism surface 13 is mirrored. a suspension 9 'such that

Der Spiegel ist Teil eines gebrochenen Okularsystems seine Spiegelebene stets mit der Horizontalebene zu-The mirror is part of a broken ocular system, its mirror plane always aligns with the horizontal plane.

14, welches es gestattet, über das Umlenkprisma 15 55 sammenfällt. Der Lagerpunkt 10 der Aufhängung 9'14, which makes it possible to coincide over the deflecting prism 15 55. The bearing point 10 of the suspension 9 '

und den Spiegel 13 die Bildebene 16 des Objektivs 8 ist wiederum zum Zwecke der Fernrohrfokussierungand the mirror 13 is the image plane 16 of the objective 8 again for the purpose of telescope focusing

zu betrachten. über (nicht dargestellte) Stellmittel in Richtung derconsider. via (not shown) adjusting means in the direction of

Die Bildebene 16 fällt mit einer Linsenfläche des optischen Achse des Objektivs 8 verschiebbar.The image plane 16 coincides with a lens surface of the optical axis of the objective 8 in a displaceable manner.

Objektivs 8, der letzten Fläche der Linse 5, zusam- Vor dem Objektiv des Fernrohrs ist zum ZweckeObjective 8, the last surface of the lens 5, together before the objective of the telescope is for the purpose

men und enthält ein Fadenkreuz. Das Fadenkreuz ist 60 der Umlenkung der Zielrichtung ein Pentaprisma an-men and contains a crosshair. The crosshair is a pentaprism at the redirection of the target direction.

vor dem Verkitten der Linsen 5 und 6 auf die hintere geordnet, welches die Zielachse um 90° knickt. Diebefore cementing the lenses 5 and 6 on the rear one, which bends the sighting axis by 90 °. the

Fläche der Linse 5, z. B. durch Aufdampfen, aufge- Bildebene 16 des Fernrohres ist über den Spiegel 13Surface of the lens 5, e.g. B. by vapor deposition, image plane 16 of the telescope is above the mirror 13

bracht. und das Okularsystem 14 betrachtbar.brings. and the ocular system 14 viewable.

Vor der Scheibe 12 ist ein Glaskeil 17 in einer Eine solche Anordnung ist der in Fig. i darge-In front of the pane 12 there is a glass wedge 17 in such an arrangement is the one shown in FIG.

Fassung 18 angeordnet, welche in dem Gehäuse 1 65 stellten Anordnung optisch äquivalent. Durch dasSocket 18 arranged, which is optically equivalent in the housing 1 65 arranged arrangement. By the

um die Achse des Objektivs 8 drehbar gelagert ist. Pentaprisma 40 wird nämlich im vorliegenden Fallis rotatably mounted about the axis of the lens 8. Pentaprism 40 is namely in the present case

Der Keil 17 dient zur Korrektur etwaiger Fehlab- das Objektiv 8 virtuell an den Ort 8 A abgebildet,The wedge 17 is used to correct any misalignments - the lens 8 is mapped virtually to the location 8 A,

lagen des in der Ebene 16 gelegenen Mittelpunktes und die Anordnung ist mit einer solchen äquivalent,positions of the center located in plane 16 and the arrangement is equivalent to one,

bei der das Objektiv mit seiner optischen Achse in horizontaler Richtung gelegen und die Stehachse vor dem Objektiv angeordnet ist. Auch solche Anordnungen weisen deshalb den erwähnten systematischen Meßfehler auf, obwohl die Stehachse den objektseitigen Knotenpunkt enthält.in which the lens is located with its optical axis in the horizontal direction and the vertical axis in front the lens is arranged. Such arrangements therefore also have the aforementioned systematic Measurement error, although the standing axis contains the object-side node.

Die Anordnung ist deshalb — wie der F i g. 5 entnommen werden kann — derart getroffen, daß die Zielmarke 16' des Fernrohres im Abstand d hinter dem optischen Mittelpunkt 41 des Objektivs 8 angeordnet ist. Der Abstand d ist der eingangs erwähnten Dimensionierung entsprechend gewählt, wobei die Zielweite α etwa zu 30...5Om gewählt ist.The arrangement is therefore - as in FIG. 5 can be seen - made in such a way that the target mark 16 'of the telescope is arranged at a distance d behind the optical center point 41 of the objective 8. The distance d is selected according to the dimensioning mentioned at the beginning, the target distance α being selected to be approximately 30 ... 50 m.

Die erläuterten Nivelliere weisen den Vorzug auf, daß mit ihrer Hilfe Nivellements über größere Strecken bei hinreichend kleinem Höhenfehler auch dann ausgeführt werden können, wenn die Stehachse nicht exakt in die vertikale Richtung ausgerichtet ist.The explained levels have the advantage that with their help leveling over larger ones Stretches with a sufficiently small height error can also be carried out if the vertical axis is not aligned exactly in the vertical direction.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Claim:

Leveling instrument with a telescope rotatably mounted about a standing axis, consisting of a lens, one placed behind it at a distance of half the image distance, under the influence The plane mirror, which is mounted oscillating under the force of gravity and can be moved for focusing purposes which the imaging beam path is reflected back to the lens in its image plane, from a arranged in the image plane of the lens at a distance from the optical center of the lens Target mark and a broken eyepiece system for viewing the image plane of the lens, where the vertical axis is at a distance from the front node of the lens or at a distance from a virtual image of this point is arranged, which from about in front of the lens provided optical elements with constant deflection of the imaging beam path is designed, characterized in that the target mark (16 ') of the telescope (8, 9, 13, 14) at a distance