Elektrooptischer Entfernungsmesser
Die Erfindung betrifft einen elektrooptischen Entfernungsmesser mit je einem optischen System zum Senden und Empfangen eines intensitätsmodulierten Lichtbündels, in dem die optischen Systeme gemeinsam um eine horizontale und eine vertikale Achse schwenkbar gelagert sind und bei dem mindestens ein optisches System durch Zuordnung weiterer optischer Glieder als visuell benutzbares Zielfernrohr ausgebildet ist.
Es sind bereits elektrooptische Entfernungsmesser bekannt, die selbst oder deren optische Systeme durch Schwenken um eine horizontale und eine vertikale Achse mit geringer Genauigkeit orientierbar sind. Diese elektrooptischen Entfernungsmesser sind zwar sehr gut zur Streckenmessung, jedoch wegen der geringen Genauigkeit der Orientierungsmittel zu Richtungs- oder Winkelmessungen, wie sie etwa mit Theodoliten durchgeführt werden, ungeeignet.
Im allgemeinen Bestreben nach Verkleinerung der geodätischen Instrumente und Verringerung des instrumentellen Aufwandes zur Durchführung eines Messprogramms wurde auch schon ein elektrooptischer Entfernungsmesser mit den theodolitähnlichen Merkmalen vorgestellt, in dem die optischen Systeme zum Senden und Empfangen des modulierten Lichtbündels teilweise koaxial angeordnet sind. Die Schwenkungen der Systeme um die horizontale Achse sind an einem Höhenkreis genau ablesbar, und eines der optischen Systeme ist zu einem Zielfernrohr ergänzt. Die Schwenkungen des elektrooptischen Entfernungsmessers um seine vertikale Achse (Horizontalwinkel) sind nicht messbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrooptischen Entfernungsmesser so ausbilden, dass er zur genauen Messung von Horizontalwinkeln und darüber hinaus von Vertikalwinkeln geeignet ist.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass im elektrooptischen Entfernungsmesser ein Teilungsträger koaxial zur Vertikalachse und ein Zeiger zur Ermittlung der relativen Lage des Teilungsträgers angeordnet sind. Vorteilhaft sind einem derart ausgebildeten elektrooptischen Entfernungsmesser auch ein zur Horizontalachse konzentrischer Teilungsträger und ein entsprechender Zeiger zugeordnet, mit deren Hilfe die Schwenkungen der optischen Systeme um die horizontale Achse in bekannter Weise genau bestimmt werden können. Die Teilungsträger können aus durchsichtigem oder undurchsichtigem Material bestehen, sie können Einfach- oder Doppelkreise sein. Die jeweilige Teilung kann eine aus Strichen bestehende oder eine codierte Winkelteilung sein.
Der Zeiger kann die Form eines Striches, einer mit fotoelektrischen Empfängern zusammenwirkender Blende oder mehrere Striche haben, die zwei um 1800 des Teilungsträgers versetzten Teilen angehören.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist zur objektiven oder subjektiven Erfassung der relativen Lage von Teilungsträgern und Zeigem eine einzige Vorrichtung, beispielsweise ein Ablesemikroskop, vorgesehen, mit deren Hilfe die Schwenkungen der optischen Systeme um die horizontale und vertikale Achse zeitlich nacheinander oder örtlich nebeneinander bestimmbar sind. Vorteilhaft sind die beiden optischen Systeme mit gemeinsamer optischer Achse ineinandergeschoben angeordnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung sind ein Objektiv 1, eine Fokussierlinse 2 und ein ringförmi- ger, abbildender Spiegel 3 mit gemeinsamer optischer Achse 0-0 angeordnet. In oder in der Nähe einer öffnung 4 des Spiegels 3 befindet sich eine moduliertes Licht aussendende Strahlungsquelle 5 auf der optischen Achse 0-0. Zwischen dem Spiegel 3 und der Fokussierlinse 2 ist ein Prisma 6 mit einer reflektierenden Kathetenfläche 7 und einer reflektierenden Hypotenusenfläche 8 so angeordnet, dass der optische Weg zwischen der Strahlungsquelle 5, der dem Spiegel 3 zugekehrten Kathetenfläche 7 und dem Spiegel 3 gleich der Brennweite des ringförmigen, abbildenden Spiegels ist.
Eine Zielmarke 9 befindet sich in der Bildebene des optischen Systems 1 ; 2, die gleichzeitig die Bildebene eines dreigliedrigen Okulars 10; 11; 12 mit der optischen Achse 0i-0i und die Objektebene eines Abbildungssystem 13 mit der optischen Achse 02-02 ist, in dessen Bildebene eine Blende 14 mit einem nachfolgenden lichtelektrischen Empfänger 15 vorgesehen ist. Die Hypotenusenfläche 8 ist der Fokussierlinse 2 und der Zielmarke 9 zugewandt und unter 450 zur optischen Achse O..-O. geneigt. Zwischen der Zielmarke 9 einerseits sowie dem Okular 10; 11; 12 und dem Abbildungssystem 13 andererseits befindet sich ein in den Abbildungsstrahlengang einklappbarer Spiegel 16, der im eingeklappten Zustand dargestellt ist.
Anstelle des Spiegels könnte auch ein Strahlenteiler Verwendung finden.
Objektiv 1 und Fokussierlinse 2 bilden das dem Empfang dienende optische System und Spiegel 3 und reflektierende Kathetenfläche 7 bilden das der Aussendung dienende optische System des Entfernungsmessers.
Beide Systeme sind gemeinsam um eine horizontale Achse X-X und eine vertikale Achse Y-Y schwenkbar.
Zur Messung der Schwenkungen um die horizontale Achse ist mit den beiden optischen Systemen koaxial zur Achse X-X.ein Teilkreis 17 starr verbunden. Koaxial zur Achse Y-Y ist ein zweiter Teilkreis 18 gelagert, der an den Schwenkbewegungen der beiden optischen Systeme nicht teilnimmt und zur Messung ihrer Schwenkungen um die Achse Y-Y dient.
Der Beleuchtung der Messstelle des Teilkreises 17 dient ein Spiegel 19, der über ein Prismensystem 20; 21 natürliches oder künstliches Licht der Messstelle zuleitet.
Prismen 22; 23; 24 und Linsen 25; 26; 27 besorgen die seitenrichtige Abbildung der Messstelle in die ebene eines als Strichplatte ausgebildeten Zeigers 28, der zusammen mit dem Bild der Messstelle durch ein Okular 29 betrachtbar ist. Die Beleuchtung der Messstelle des Teilkreises 18 erfolgt über einen Spiegel 30 und ein Prisma 31. Zwei Linsen 32 und 33 bilden die Messstelle des Teilkreises 18 ebenfalls in die Ebene des Zeigers 28, in die Bildebene des Okulars 29, ab. Das Prisma 24 kann in die Lage 24' gebracht werden, wodurch der Strahlengang 34 zum Zeiger 28 unterbrochen und der Strahlengang 35 zum Zeiger 28 freigegeben wird.
Zwischen dem Zeiger 28 und dem Okular 29 ist ein Spiegel 36 so angeordnet, dass die Achse X-X in seiner reflektierenden Fläche liegt und dass er beim Schwenken des Okulars 29 um die Achse X-X sich um den halben Schwenkungswinkel um die gleiche Achse bewegt.
Ein von der Strahlungsquelle 5 ausgesendetes divergierendes Lichtbündel 50 wird an der Kathetenfläche 7 zum Spiegel 3 reflektiert und von diesem parallel zur optischen Achse 0-0 ausgesendet. Durch Schwenken der optischen Systeme 1; 2 und 3; 7 um die Achsen X-X und Y-Y wird bei gleichzeitigem Einblick in das Okular 10; 11; 12 des Zielfernrohrs, zu dem noch der Spiegel 16 die Strichplatte 9, die Hypotenusenfläche 8, die Fokussierlinse 2 und das Objektiv 1 gehören, die Senderichtung des Lichtbündels 50 solange verändert bis es den nicht dargestellten, entfernt aufgestellten Reflektor trifft. Dieser reflektiert dann einen Teil des Lichtbündels 50 zum elektrooptischen Entfernungsmesser, in das Zielfernrohr.
Mit Hilfe des Zielfernrohrs wird der elektrooptische Entfernungsmesser genau auf den durch den Reflektor markierten, entfernt liegenden Zielpunkt ausgerichtet und die Richtungen und Entfernungen zu diesem Zielpunkt gemessen. Dabei gibt die Lage des Zeigers 28 in den Bildern der Messstelle des Horizontalkreises 17 und des Vertikalkreises 18 den Horizontal- bzw. Vertikalwinkel an.
Anstatt die beiden optischen Systeme 1; 2 und 3; 7 koaxial anzuordnen, können sie in bekannter Weise auch über- oder nebeneinander angeordnet sein. Die Erfindung erstreckt sich auch auf solche elektrooptischen Entfernungsmesser mit zwei Teilkreisen (Teilungsträgern), bei denen jedem Teilkreis ein eigener Zeiger mit einem eigenen Ablesesystem zugeordnet ist oder bei dem die Teilkreise von einer gemeinsamen, künstlichen oder natürlichen Lichtquelle durch eine einzige Öffnung beleuchtet werden.
Falls die Strahlungsquelle 5 im wesentlichen nur unsichtbares Licht aussendet, kann vorzugsweise dem sendenden optischen System 3; 7 im Brennpunkt des Spiegels 3 eine Lichtquelle zugeordnet sein, die sichtbares Licht aussendet und zusammen mit dem optischen System 3; 7 als Suchscheinwerfer dient. Sowohl das sendende als auch das empfangende optische System kann grundsätzlich als Zielfernrohr ausgebildet sein.
Electro-optical rangefinder
The invention relates to an electro-optical rangefinder, each with an optical system for sending and receiving an intensity-modulated light beam, in which the optical systems are mounted pivotably about a horizontal and a vertical axis and in which at least one optical system can be used visually by assigning further optical elements Telescopic sight is designed.
Electro-optical rangefinders are already known which themselves or their optical systems can be oriented with low accuracy by pivoting about a horizontal and a vertical axis. These electro-optical rangefinders are indeed very good for distance measurement, but because of the low accuracy of the orientation means they are unsuitable for direction or angle measurements, such as those carried out with theodolites.
In the general endeavor to reduce the size of the geodetic instruments and reduce the instrumental effort required to carry out a measurement program, an electro-optical range finder with theodolite-like features has also been presented, in which the optical systems for sending and receiving the modulated light beam are partially arranged coaxially. The swiveling of the systems around the horizontal axis can be read off precisely on a height circle, and one of the optical systems is supplemented to a telescopic sight. The swiveling of the electro-optical range finder around its vertical axis (horizontal angle) cannot be measured.
The object of the invention is therefore to design an electro-optical range finder in such a way that it is suitable for the precise measurement of horizontal angles and, moreover, of vertical angles.
According to the invention, this object is achieved in that a graduation carrier is arranged in the electro-optical range finder coaxially to the vertical axis and a pointer for determining the relative position of the graduation carrier. A graduation carrier concentric to the horizontal axis and a corresponding pointer are advantageously associated with an electro-optical range finder designed in this way, with the aid of which the pivoting of the optical systems about the horizontal axis can be precisely determined in a known manner. The graduation carriers can be made of transparent or opaque material, they can be single or double circles. The respective division can be a division consisting of lines or a coded angular division.
The pointer can be in the form of a line, a diaphragm interacting with photoelectric receivers, or several lines that belong to two parts offset by 1800 of the graduation carrier.
According to a further development of the invention, a single device, for example a reading microscope, is provided for the objective or subjective detection of the relative position of graduation carriers and pointers, with the aid of which the swiveling of the optical systems about the horizontal and vertical axes can be determined in chronological order or next to each other. The two optical systems with a common optical axis are advantageously arranged pushed into one another.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing, an objective 1, a focusing lens 2 and an annular, imaging mirror 3 with a common optical axis 0-0 are arranged. In or near an opening 4 of the mirror 3 there is a radiation source 5 emitting modulated light on the optical axis 0-0. Between the mirror 3 and the focusing lens 2 a prism 6 with a reflective cathetus surface 7 and a reflective hypotenuse surface 8 is arranged in such a way that the optical path between the radiation source 5, the cathetus surface 7 facing the mirror 3 and the mirror 3 is equal to the focal length of the annular , imaging mirror is.
A target 9 is located in the image plane of the optical system 1; 2, which simultaneously shows the image plane of a three-part eyepiece 10; 11; 12 with the optical axis 0i-0i and the object plane of an imaging system 13 with the optical axis 02-02, in the image plane of which a diaphragm 14 with a subsequent photoelectric receiver 15 is provided. The hypotenuse surface 8 faces the focusing lens 2 and the target mark 9 and is at 450 to the optical axis O ..- O. inclined. Between the target 9 on the one hand and the eyepiece 10; 11; 12 and the imaging system 13, on the other hand, there is a mirror 16 which can be folded into the imaging beam path and is shown in the folded state.
A beam splitter could also be used instead of the mirror.
Objective 1 and focusing lens 2 form the optical system serving for reception, and mirror 3 and reflective cathetus surface 7 form the optical system of the range finder serving for transmission.
Both systems can be pivoted together about a horizontal axis X-X and a vertical axis Y-Y.
To measure the pivoting about the horizontal axis, a pitch circle 17 is rigidly connected to the two optical systems coaxially to the axis X-X. A second pitch circle 18 is mounted coaxially to the Y-Y axis and does not take part in the pivoting movements of the two optical systems and serves to measure their pivoting about the Y-Y axis.
A mirror 19, which has a prism system 20; 21 directs natural or artificial light to the measuring point.
Prisms 22; 23; 24 and lenses 25; 26; 27 provide the laterally correct mapping of the measuring point in the plane of a pointer 28 designed as a reticle, which can be viewed through an eyepiece 29 together with the image of the measuring point. The measuring point of the pitch circle 18 is illuminated via a mirror 30 and a prism 31. Two lenses 32 and 33 also map the measuring point of the pitch circle 18 in the plane of the pointer 28, in the image plane of the eyepiece 29. The prism 24 can be brought into the position 24 ', whereby the beam path 34 to the pointer 28 is interrupted and the beam path 35 to the pointer 28 is released.
A mirror 36 is arranged between the pointer 28 and the eyepiece 29 in such a way that the axis X-X lies in its reflecting surface and that when the eyepiece 29 is pivoted about the axis X-X it moves by half the pivoting angle about the same axis.
A diverging light bundle 50 emitted by the radiation source 5 is reflected on the cathetus surface 7 to the mirror 3 and emitted from this parallel to the optical axis 0-0. By pivoting the optical systems 1; 2 and 3; 7 about the axes X-X and Y-Y while looking into the eyepiece 10; 11; 12 of the telescopic sight, to which the mirror 16, the reticle 9, the hypotenuse surface 8, the focusing lens 2 and the objective 1 also belong, changes the transmission direction of the light bundle 50 until it hits the reflector (not shown). This then reflects part of the light bundle 50 to the electro-optical rangefinder, into the telescopic sight.
With the aid of the telescopic sight, the electro-optical rangefinder is aimed precisely at the distant target point marked by the reflector and the directions and distances to this target point are measured. The position of the pointer 28 in the images of the measuring point of the horizontal circle 17 and the vertical circle 18 indicates the horizontal or vertical angle.
Instead of the two optical systems 1; 2 and 3; 7 to be arranged coaxially, they can also be arranged one above the other or next to one another in a known manner. The invention also extends to those electro-optical rangefinders with two partial circles (graduation carriers), in which each partial circle is assigned its own pointer with its own reading system or in which the partial circles are illuminated by a common, artificial or natural light source through a single opening.
If the radiation source 5 essentially only emits invisible light, the transmitting optical system 3; 7 at the focal point of the mirror 3 a light source can be assigned, which emits visible light and, together with the optical system 3; 7 serves as a searchlight. Both the transmitting and the receiving optical system can in principle be designed as a telescopic sight.