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PATENTANSPRÜCHE
1. Optisches Fernrohr mit Zielmarkenvorrichtung, das mit zwei senkrecht zueinander stehenden Drehachsen (K-K, V-V) und einer senkrecht zu der einen Drehachse (K-K) stehenden optischen Achse (Z-Z) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielmarkenträger mindestens angenähert in einer die andere (V-V) Drehachse sowie die optische Achse (Z-Z) enthaltenden Vertikalebene angeordnet ist, und dass eine am Zielmarkenträger befestigte Zielmarke (Zi) auf der optischen Achse (Z-Z) angeordnet ist.
2. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielmarkenträger derart auf der optischen Achse (Z-Z) angeordnet ist, dass bei Betrachtung der Zielmarke (Zi) von aussen, durch das Fernrohrobjektiv hindurch, das virtuelle Bild (Zi') der Zielmarke (Zi) im gemeinsamen Schnittpunkt der optischen Achse (Z-Z) und der Drehachsen (K-K, V-V) liegt.
3. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielmarkenträger transparent und die Zielmarke weniger lichtdurchlässig ausgebildet sind.
4. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke transparent und der Zielmarkenträgr weniger lichtdurchlässig ausgebildet sind.
5. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielmarkenträger fest am Fernrohr angebracht ist.
6. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielmarkenträger schwenkbar im Fernrohr angebracht ist.
7. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Beleuchtungsvorrichtungen zum Beleuchten der Zielmarke vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft ein optisches Fernrohr mit einer Zielmarkenvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei vielen praktischen Aufgaben der Vermessung, insbesondere der industriellen Vermessung, ist eine exakte gegenseitige Ausrichtung von Messgeräten oder Instrumenten erforderlich. Zu diesem Zweck werden aufgesetzte oder integrierte Fernrohre verwendet, deren Achsen aufeinander auszurichten sind, wobei die jeweilige Ausrichtung eines Fernrohrs auf das zugehörende Gerät oder Instrument als gegeben vorausgesetzt wird. Zum Beispiel an Theodoliten müssen zu diesem Zweck die Fernrohrachsen beider aufeinander auszurichtender Instrumente ohne Parallelversatz zueinander ausgerichtet werden. Wegen der in der industriellen Vermessung, z.B. im Maschinen- oder Anlagenbau vorkommenden sehr kurzen Zielweiten muss die Orientierung entsprechend genau sein. Für viele solche Anwendungen wird eine Genauigkeit im Bereich von 1/loo mm verlangt.
Zur Einhaltung dieser Genauigkeit ist es erstrebenswert, den Winkelfehler bei der Ausrichtung der Fernrohre möglichst klein zu halten.
Zur Erleichterung der Ausrichtung ist in oder an solchen Fernrohren ein Strichkreuz vorgesehen, welches gemäss üblicher Vermessungspraxis ohne zusätzliche Hilfsmittel abwechselnd bei unendlicher Fokussierstellung bzw. bei Kurzdistanzfokussierung vom anderen Fernrohr angezielt wird. Zur Korrektur von möglichen Zielfehlern dürfen die Fernrohre dabei nur um zwei der Instrumenten- bzw Geräteachsen gedreht werden. Translatorische Bewegungen sind nicht erlaubt, da sie die Zentrierung der im allgemeinen als Referenz dienenden vertikalen Achse zerstören würden. Es ist auch üblich, als zusätzliches Hilfsmittel eine äussere Zielmarke zu verwenden, welche beispielsweise auf den äusseren Fassungsdurchmesser des Fernrohrobjektivs gesteckt wird.
Dadurch lässt sich das gegenseitige Ausrichten zwar etwas vereinfachen. Auch in diesem Fall bleibt dem Anwender ein iteratives Vorgehen nicht erspart: Das gegenseitige Anzielen und angulare Korrigieren der Zielungen muss solange wiederholt werden, bis eine genügend genaue und gleichzeitig wechselseitige Ausrichtung erreicht ist. Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung externer Zielmarken besteht in deren Ungenauigkeit, bedingt durch zum Teil erhebliche Exzentrizität gegenüber der optischen Achse des Fernrohrs. Dies erfordert einen zweiten Durchgang beim Ausrichten in der bei solchen Messungen üblichen zweiten Fernrohrlage, bei welcher das Fernrohr in zwei seiner Achsen gegenüber der Ausgangsposition um angenähert 180 Grad verschwenkt ist.
Zur Erzielung der geforderten Genauigkeit für den Ausrichtvorgang wird dann der Mittelwert der in beiden Lagen ermittelten Positionen gebildet und als die gewünschte Ausrichtung angenommen.
Alle diese Ausricht-Verfahren sind mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden, da die eingesetzten Hilfsmittel unzulänglich sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Fernrohr mit Zielmarkenvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass die Positionen der Zielmarken im oder am Fernrohr eine höhere Genauigkeit beim Ausrichten zweier Fernrohre aufeinander ermöglicht und einen weniger langwierigen Ausrichtvorgang sowie die Ausschaltung möglicher Messfehler erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die gewählte Position der Zielmarke ermöglicht einen einfacheren Ausrichtvorgang, der weniger Fehlermöglichkeiten bietet, sowie eine wesentliche Verkürzung des Ausrichtvorganges. Bei Verwendung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung genügt zur gegenseitigen exakten Ausrichtung zweier Fernrohre ein einziger Messdurchgang in einer Richtung.
Im fogenden werden Einzelheiten und Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1A zwei zueinander nicht orientierte Fernrohre gemäss dem Stand der Technik,
Fig. I B die Fernrohre gemäss Fig. I A in der zueinander orientierten Position,
Fig. 2 ein Fernrohr mit aufgesetzter Zielmarke gemäss dem Stand der Technik,
Fig. 3 ein Fernrohr mit der erfindungsgemäss angeordneten Zielmarke, und
Fig. 4A und 4B ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer umklappbaren Zielmarke.
Die nicht aufeinander ausgerichteten Fernrohre gemäss den Figuren 1 A und 1 B weisen jedes eine optische Achse Z-Z sowie eine vertikale Drehachse V-V und eine im Beispiel horizontale Drehachse K-K auf. Die optische Achse Z-Z steht senkrecht zur Drehachse K-K und diese wiederum steht senkrecht zur Drehachse V-V. Eine Drehung eines der Fernrohre um die Drehachse K-K schwenkt dessen optische Achse Z-Z in derjenigen Ebene, die auch die Drehachse V-V enthält. Ein im Bereich des Okulars angeordnetes Fadenkreuz S diente bisher zur Ausrichtung der Fernrohre aufeinander. Fig. I B zeigt die gleichen Fernrohre in aufeinander ausgerichteter Position.
Die optischen Achsen Z-Z beider Fernrohre sind angular exakt, ohne Parallelversatz, in zwei rechtwinkligen Ebenen, die durch die Achsen K-K und V-V verlaufen, aufeinander ausgerichtet. Zur Erzielung dieser
Ausrichtung wird das Fadenkreuz S wechselseitig bei unendlicher Fokussierstellung bzw. bei Kurzdistanzfokussierung angezielt. Zielfehler dürfen dabei nur durch Drehen der Fernrohre bzw. der mit ihnen verbundenen Geräte oder Instrumente um die beiden Drehachsen K-K oder V-V korrigiert werden. Translatorische Bewegungen würden die Zentrierung der vertikalen Achse V-V zu Fixpunkten zerstören.
Als Erleichterung des Ausrichtvorganges war gemäss dem Stand der Technik eine in Fig. 2 dargestellte aufgesetzte externe Zielmarke Z(e) vorgesehen. Sie ist auf den Objektivtubus aufsetzbar und besitzt durch diese Massnahme nicht die gewünschte Präzision hinsichtlich ihrer reproduzierbaren Position.
Erfindungsgemäss enthält das Fernrohr gemäss Fig. 3 eine interne Zielmarke Z(i), welche mit ihrem Zentrum exakt in der optischen Achse Z-Z liegt. Die Position der Zielmarke Z(i) auf der optischen Achse Z-Z ist dabei derart gewählt, dass das virtuelle Bild Z(i') dieser Zielmarke immer im Schnittpunkt der optischen Achse Z-Z mit den beiden Drehachsen K-K und V-V liegt. Die Zielmarke Z(i) erscheint somit bei Betrachtung von aussen, durch das Objektiv des Fernrohrs hindurch, als virtuelles Bild am Ort des Achsenschnittpunktes. Durch diese Massnahme lässt sich der Schnittpunkt der Achsen vom zweiten Fernrohr aus unter allen Bedingungen direkt anzielen, so dass sich die Fernrohre durch eine einzige Zielung exakt aufeinander ausrichten lassen.
Gemäss dem in den Figuren 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Zielmarke Z(i) in der optischen Achse umklappbar sein, um auf diese Weise bei Nichtgebrauch den Strahlengang im Fernrohr nicht zu beeinträchtigen. Bei Nichtgebrauch ist die Zielmarke parallel zur optischen Achse Z-Z geschwenkt.
Für die Praxis kann es auch gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel genügen, die Zielmarkenvorrichtung mit Zielmarke exzentrisch zur Drehachse K-K aber um diese drehbar anzuordnen, sofern die Zielmarkenvorrichtung so ausgebildet ist, dass die Zielmarke mindestens angenähert in der Vertikalachse V-V liegt, welche eine der Drehachsen (V-V) sowie die optische Achse (Z-Z) enthält.
Nach je einmaliger Anzielung mit beiden Fernrohren in beiden Lagen (sog. Durchschlagen), Ermittlung und Einstellung der gemittelten Position sind die Fernrohre und die mit ihnen verbundenen Geräte oder Instrumente zueiander ausgerichtet.
Die Zielmarke kann auf einem beliebigen, für den vorliegenden Zweck geeigneten durchsichtigen Träger, z.B. einer Glasplatte, angebracht sein. Dabei kann die Ziel figur beliebig und aus beliebigem Material sein.
Die Zielmarke kann auch als lichtdurchlässiges Element auf undurchsichtigem oder schwächer lichtdurchlässigem Material, z.B. auf Blech, an- oder eingebracht, beispielsweise gestanzt oder geätzt sein.
Die Zielmarke kann ferner vom Okular her beleuchtbar sein, z.B. mit Hilfe einer Antecklampe, einer Autokollimationslampe, von Hintergrund licht oder anderen Beleuchtungsmitteln.
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PATENT CLAIMS
1. Optical telescope with target device, which is provided with two mutually perpendicular axes of rotation (KK, VV) and one perpendicular to the one axis of rotation (KK) optical axis (ZZ), characterized in that one target marker carrier is at least approximately in the other (VV) axis of rotation and the vertical plane containing the optical axis (ZZ) is arranged, and that a target mark (Zi) attached to the target mark carrier is arranged on the optical axis (ZZ).
2. Telescope according to claim 1, characterized in that the target mark carrier is arranged on the optical axis (ZZ) such that when the target mark (Zi) is viewed from the outside, through the telescope objective, the virtual image (Zi ') of the target mark ( Zi) lies in the common intersection of the optical axis (ZZ) and the axes of rotation (KK, VV).
3. Telescope according to claim 1, characterized in that the target mark carrier is transparent and the target mark is made less translucent.
4. Telescope according to claim 1, characterized in that the target mark is transparent and the target mark holder is made less translucent.
5. Telescope according to claim 1, characterized in that the target mark carrier is fixedly attached to the telescope.
6. Telescope according to claim 1, characterized in that the target mark holder is pivotally mounted in the telescope.
7. Telescope according to claim 1, characterized in that lighting devices are provided for illuminating the target.
The invention relates to an optical telescope with a targeting device according to the preamble of claim 1.
For many practical surveying tasks, especially industrial surveying, the exact mutual alignment of measuring devices or instruments is required. For this purpose, mounted or integrated telescopes are used, the axes of which are to be aligned with one another, the respective alignment of a telescope on the associated device or instrument being assumed as given. For example, on theodolites, the telescope axes of both instruments to be aligned with one another must be aligned without a parallel offset. Because of the in industrial measurement, e.g. The very short target ranges that occur in mechanical or plant engineering must be precisely oriented. An accuracy in the range of 1/100 mm is required for many such applications.
To maintain this accuracy, it is desirable to keep the angle error when aligning the telescopes as small as possible.
To facilitate alignment, a crosshair is provided in or on such telescopes, which, in accordance with customary surveying practice, is aimed at by the other telescope alternately with infinite focusing position or with short-distance focusing without additional aids. To correct possible target errors, the telescopes may only be rotated around two of the instrument or device axes. Translatory movements are not permitted since they would destroy the centering of the vertical axis, which is generally used as a reference. It is also common to use an external target as an additional aid, which is placed, for example, on the outer frame diameter of the telescope lens.
This makes it easier to align each other somewhat. In this case, too, the user is not spared an iterative procedure: the mutual aiming and angular correction of the objectives must be repeated until a sufficiently precise and at the same time mutual alignment is achieved. A major disadvantage when using external targets is their inaccuracy due to the considerable eccentricity in relation to the optical axis of the telescope. This requires a second pass during alignment in the second telescope position that is customary for such measurements, in which the telescope is pivoted in approximately two degrees in two of its axes with respect to the starting position.
To achieve the required accuracy for the alignment process, the mean value of the positions determined in both positions is then formed and adopted as the desired alignment.
All of these alignment procedures take a considerable amount of time because the tools used are inadequate.
It is an object of the present invention to improve an optical telescope with a target mark device in such a way that the positions of the target marks in or on the telescope enable greater accuracy when aligning two telescopes with one another and allow a less lengthy alignment process and the elimination of possible measurement errors.
This object is achieved according to the invention by the features defined in claim 1. Advantageous developments of the invention result from the dependent claims. The selected position of the target mark enables a simpler alignment process, which offers fewer possibilities for errors, and a substantial shortening of the alignment process. When using a particularly advantageous embodiment of the invention, a single measurement pass in one direction is sufficient for the mutual exact alignment of two telescopes.
Details and exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the figures.
Show it:
1A two telescopes not oriented towards each other according to the prior art,
IB the telescopes according to FIG. 1A in the mutually oriented position,
2 a telescope with an attached target according to the prior art,
3 shows a telescope with the target mark arranged according to the invention, and
4A and 4B an embodiment of the invention with a foldable target.
The non-aligned telescopes according to FIGS. 1A and 1B each have an optical axis Z-Z and a vertical axis of rotation V-V and a horizontal axis of rotation K-K in the example. The optical axis Z-Z is perpendicular to the axis of rotation K-K and this in turn is perpendicular to the axis of rotation V-V. A rotation of one of the telescopes about the axis of rotation K-K pivots its optical axis Z-Z in the plane that also contains the axis of rotation V-V. A crosshair S arranged in the area of the eyepiece was previously used to align the telescopes with one another. Fig. IB shows the same telescopes in an aligned position.
The optical axes Z-Z of both telescopes are angularly aligned, without parallel offset, in two right-angled planes that run through the axes K-K and V-V. To achieve this
Alignment, the crosshair S is mutually aimed at infinite focus position or at short distance focusing. Target errors may only be corrected by turning the telescopes or the devices or instruments connected to them about the two axes of rotation K-K or V-V. Translational movements would destroy the centering of the vertical axis V-V at fixed points.
According to the prior art, an external target mark Z (e) shown in FIG. 2 was provided to facilitate the alignment process. It can be placed on the lens barrel and, due to this measure, does not have the desired precision with regard to its reproducible position.
According to the invention, the telescope according to FIG. 3 contains an internal target mark Z (i) which lies with its center exactly in the optical axis Z-Z. The position of the target mark Z (i) on the optical axis Z-Z is chosen such that the virtual image Z (i ') of this target mark always lies at the intersection of the optical axis Z-Z with the two axes of rotation K-K and V-V. The target mark Z (i) thus appears when viewed from the outside, through the lens of the telescope, as a virtual image at the location of the axis intersection. This measure allows the intersection of the axes to be aimed directly from the second telescope under all conditions, so that the telescopes can be precisely aligned with each other with a single aim.
According to the exemplary embodiments shown in FIGS. 4A and 4B, the target mark Z (i) can be folded over in the optical axis in order not to impair the beam path in the telescope when not in use. When not in use, the target is pivoted parallel to the optical axis Z-Z.
In practice, it may also be sufficient, according to a further exemplary embodiment, to arrange the target device with the target eccentrically to the axis of rotation KK, but rotatable about this, provided the target device is designed such that the target lies at least approximately in the vertical axis VV, which is one of the axes of rotation (VV ) and the optical axis (ZZ) contains.
After aiming once with both telescopes in both positions (so-called penetration), determining and setting the averaged position, the telescopes and the devices or instruments connected to them are aligned with each other.
The target can be placed on any transparent support suitable for the purpose, e.g. a glass plate. The target figure can be any and made of any material.
The target can also be used as a translucent element on opaque or weaker translucent material, e.g. on sheet metal, attached or inserted, for example punched or etched.
The target can also be illuminated from the eyepiece, e.g. with a pin light, an autocollimation lamp, backlight or other lighting.