CH691627A5

CH691627A5 - Koaxialer elektrooptischer Entfernungsmesser.

Info

Publication number: CH691627A5
Application number: CH01496/96A
Authority: CH
Inventors: Mitsutaka Abe
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2001-08-31
Also published as: DE19615601A1; SE516538C2; US5774208A; CN1082182C; CN1140833A; DE19615601B4; SE9601996D0; SE9601996L; JP3151595B2; JPH095426A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen koaxialen elektrooptischen Entfernungsmesser, mit koaxial angeordneten optischen Mitteln auf der Sendeseite zum Senden bzw. Ausstrahlen von Licht über eine Objektivlinse, welche ein gerichtetes optisches System bildet, d.h. ein Teleskopsystem, und optischen Mitteln auf der Empfangsseite zum Empfang von Licht, welches über die Objektivlinse einfällt, wobei beide zum elektrooptischen Entfernungsmesser gehören.

Herkömmliche elektrooptische Entfernungsmesser sind wie folgt aufgebaut. Moduliertes Licht von einer Lichtquelle wird über optische Mittel auf der Sendeseite gesendet oder ausgestrahlt, das modulierte Licht wird von einem Ziel reflektiert, die Phasenverschiebung zwischen dem Empfangssignal, welches von einem Detektor auf der Grundlage des über optische Mittel auf der Empfangsseite empfangenen reflektierten Lichts erzeugt wird, und einem von der Lichtquelle erzeugten Referenzsignal wird gemessen, und mithilfe der Phasenverschiebung wird die Entfernung zum Ziel gemessen. Bei Verwendung eines Winkelprismas (oder eines Winkelspiegels) zur Reflexion des hochgradig parallelen ausgestrahlten Lichts überlagern sich jedoch der Lichtstrom des ausgestrahlten und derjenige des empfangenen, reflektierten Lichts vollständig.

Als Folge davon kann es vorkommen, dass das empfangene Licht die Optik auf der Empfangsseite nicht erreicht und eine Entfernungsmessung deshalb nicht möglich ist. Zur Lösung von Problemen dieser Art ist beispielsweise aus der veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 319 687/1992 ein elektrooptischer Entfernungsmesser bekannt, bei welchem der Lichtstrom des ausgestrahlten Lichts ausserhalb der optischen Achse der Objektivlinse liegt, sodass der Strahlengang des ausgestrahlten Lichts und derjenige des empfangenen Lichts parallel zueinander angeordnet sind und sich folglich nicht überlagern.

Der oben beschriebene bekannte elektrooptische Entfernungsmesser, bei welchem der Strahlengang des ausgestrahlten Lichts und derjenige des empfangenen Lichts derart angeordnet sind, dass sie sich nicht überlagern, weist den folgenden Nachteil auf. Wenn der elektrooptische Entfernungsmesser und der Reflektor einander genau gegenüberliegen und die optische Achse der Objektivlinse und die axiale Mittellinie des Reflektors folglich genau zusammenfallen, so stehen der Strahlengang des ausgestrahlten Lichts und derjenige des empfangenen Lichts einander auf beiden Seiten der optischen Achse gegenüber. Wenn der elektrooptische Entfernungsmesser jedoch dem Reflektor nicht genau gegenüberliegt, können sich der Strahlengang des ausgestrahlten Lichts und derjenige des empfangenen Lichts manchmal überlagern, sodass eine Entfernungsmessung nicht möglich ist.

Ausserdem wird das empfangene Licht bei Verwendung einer reflektierenden Folie an Stelle eines Winkelprismas als Reflektor teilweise durch Streuung reflektiert. Es kann deshalb nicht vorkommen, dass eine Entfernungsmessung durch vollständige Überlagerung des ausgestrahlten und des empfangenen Lichts verhindert wird. Da jedoch der Lichtstrom des ausgestrahlten Lichts ausserhalb der optischen Achse liegt, wenn die reflektierende Folie geneigt ist, kann es manchmal zu einer Positionsabweichung in Längsrichtung (d.h. vorwärts und rückwärts) zwischen einem Kollimationspunkt, d.h. dem Punkt, wo sich die reflektierende Folie und die optische Achse kreuzen, und einem Punkt kommen, wo das ausgestrahlte Licht reflektiert wird. Diese Abweichung führt zu einem Messfehler.

Dieses Ziel wird mit einem erfindungsgemässen elektrooptischen Entfernungsmesser gemäss Patentanspruch 1 erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Patentansprüche 2-7 definiert.

Die oben erwähnten und andere Ziele sowie die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Explosionszeichnung der Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 zeigt schematisch die genaue Form der Prismen,
Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Zustands, in welchem sich das ausgestrahlte und das empfangene Licht teilweise überlagern,
Fig. 4 zeigt schematisch die genaue Form eines Prismas eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 5 zeigt schematisch die genaue Form eines Prismas eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Objektivlinse bezeichnet. Hinter dieser Objektivlinse 1 (d.h. rechts in Fig. 1) und auf einer optischen Achse C der Objektivlinse 1 befindet sich ein Okular 2 sowie eine Sammellinse 3, welche zwischen der Objektivlinse 1 und einer vor dem Okular 2 (d.h. links in Fig. 1) angeordneten Fokussierplatte 8 liegt. Die Anordnung bildet also ein Teleskop bestehend aus der Objektivlinse 1, dem Okular 2, der Sammellinse 3 und der Fokussierplatte 8, sodass ein beliebiger Punkt auf der Verlängerung der optischen Achse C eingestellt werden kann, welche eine Gerade durch die Mitte der Objektivlinse 1 und die Mitte der Fokussierplatte 8 ist. Weiterhin ist eine scheibenartige oder -förmige transparente Prismen-Halteplatte 4 hinter der Objektivlinse 1 angeordnet.

Auf der Rückseite der Halteplatte 4 klebt ein erstes Prisma 5, und ein zweites Prisma 6 ist am ersten Prisma 5 festgeklebt. Zwischen den Prismen 5, 6 und der Sammellinse 3 ist ein scheibenförmiger dichroitischer Spiegel 7 angeordnet. Der dichroitische Spiegel 7 ist durchlässig für sichtbares Licht, reflektiert jedoch selektiv eine Lichtwelle des Lichts, das von einem weiter unten beschriebenen Leuchtelement 52 ausgestrahlt wird.

Das erste Prisma 5 weist eine geneigte reflektierende Oberfläche 5a auf, welche im Innern des Prismas liegt und die optische Achse C schneidet. Unter der reflektierenden Oberfläche 5a ist über einen Spiegel 51 in optisch umgekehrter Richtung ein Leuchtelement 52 angeordnet. Zwischen dem Leuchtelement 52 und dem Spiegel 51 liegt eine Blendenscheibe 53 mit trapezförmiger \ffnung 54. Derjenige Teil des vom Leuchtelement 52 erzeugten Lichts, der durch die trapezförmige \ffnung 54 hindurchtritt, wird also vom Spiegel 51 und dann von der reflektierenden Oberfläche 5a des ersten Prismas 5 reflektiert und als ausgestrahltes Licht Pa durch die Objektivlinse 1 in ein Winkelprisma R geleitet, welches vor der Objektivlinse 1 liegt.

Der Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa ist trapezförmig wie die beschriebene trapezförmige \ffnung 54, und die optische Achse C liegt innerhalb des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa.

Das zweite Prisma 6 weist eine geneigte reflektierende Oberfläche 6a auf, welche eine Aussenseite des zweiten Prismas 6 ist. Das vom Winkelprisma R reflektierte empfangene Licht Pb erreicht die Stelle, an der sich das erste Prisma 5 befindet, wird dann vom dichroitischen Spiegel 7 und danach von der reflektierenden Oberfläche 6a reflektiert. Das empfangene Licht Pb trifft auf diese Weise auf einen Lichtempfänger 61, der der reflektierenden Oberfläche 6a gegenüberliegt.

Wenn, wie oben beschrieben, als Reflektor das Winkelprisma R verwendet wird, besteht zwischen dem Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa und dem Querschnitt des Lichtstroms des empfangenen Lichts Pb übrigens eine punktsymmetrische Beziehung. Da der Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa in diesem Ausführungsbeispiel trapezförmig ist, wird das empfangene Licht Pb gedreht trapezförmig, wobei rechts und links und oben und unten jeweils vertauscht sind. Wenn andererseits die optische Achse C mit der axialen Mittellinie des Winkelprismas R zusammenfällt und das ausgestrahlte Licht Pa in der Mitte des Winkelprismas R reflektiert wird, so fallen der Strahlengang des ausgestrahlten Lichts Pa und der Strahlengang des empfangenen Lichts Pb zusammen.

Da jedoch die Trapezform punktasymmetrisch ist, ist gewährleistet, dass ein Teil Pr des ausgestrahlten Lichts Pa den dichroitischen Spiegel 7 erreicht, ohne das ausgestrahlte Licht Pa zu überlagern, gleichgültig, auf welche Weise das ausgestrahlte Licht Pa und das empfangene Licht Pb sich gemäss Fig. 3 überlagern, und von der reflektierenden Oberfläche 6a weiterreflektiert wird, sodass ein Teil des empfangenen Lichts Pb auf den Lichtempfänger 61 fällt.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das zweite Prisma 6 am ersten Prisma 5 festgeklebt. Es kann aber auch die folgende Anordnung verwendet werden. Wenn nämlich gemäss Fig. 4 nur das erste Prisma 5 verwendet wird und die Aussenseite der geneigten Oberfläche, in der die reflektierende Oberfläche 5a gebildet ist, als reflektierende Oberfläche 5b benützt wird, dann wird das empfangene Licht Pb oder ein Teil Pr davon von der reflektierenden Oberfläche 5b statt von der oben beschriebenen reflektierenden Oberfläche 6b reflektiert, sodass das empfangene Licht Pb oder ein Teil Pr davon auf den Lichtempfänger 61 fällt.

Weiter kann auch die folgende Anordnung verwendet werden. Gemäss Fig. 5 wird die Prismen-Halteplatte 4 von Fig. 4 nach aussen gekehrt, sodass das Prisma 5 auf die Seite der Objektivlinse 1 zu liegen kommt. Das auszustrahlende, vom Spiegel 51 reflektierte Licht wird nun von der reflektierenden Oberfläche 5b reflektiert, welche die Aussenseite des Prismas 5 ist, und wird so zum ausgestrahlten Licht. Das empfangene, vom dichromen Spiegel 7 reflektierte Licht Pb wird nun von der reflektierenden Oberfläche 5a reflektiert, welche die Innenseite ist, und fällt auf den Empfänger 61.

In allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa trapezförmig geformt. Die Form kann jedoch auch anders als trapezförmig sein, solange sie punktasymmetrisch ist; sie kann beispielsweise dreieckig, fünfeckig, sternförmig oder tropfenförmig sein. Falls die Form relativ einfach ist, beispielsweise trapezförmig oder dreieckig, kann die Blendenscheibe 53 wegfallen; stattdessen kann die Form der reflektierenden Oberfläche 5a (bzw. 5b in Fig. 5) trapezförmig oder dreieckig ausgebildet sein, sodass der Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts Pa dreieckig bzw. trapezförmig wird.

Mit der beschriebenen Anordnung gemäss vorliegender Erfindung wird die Entfernungsmessung auch dann nicht unmöglich, wenn als Reflektor ein Winkelprisma verwendet wird, d.h. eine Entfernungsmessung ist immer möglich. Da die optische Achse der Objektivlinse weiterhin innerhalb des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts angeordnet ist, treten auch bei einer geneigten reflektierenden Folie keine Fehler auf, falls als Reflektor eine reflektierende Folie verwendet wird.

Es ist klar ersichtlich, dass der beschriebene elektrooptische Entfernungsmesser alle erwähnten Ziele erreicht und ausserdem den Vorteil eines breiten wirtschaftlichen Nutzens aufweist. Es versteht sich, dass die beschriebene spezifische Form der Erfindung nur als typisches Beispiel dient, da bestimmte Änderungen im Rahmen dieser Lehre für den Fachmann ersichtlich sind.

Zur Festlegung des vollen Umfangs der Erfindung wird auf die folgenden Patentansprüche verwiesen.

Claims

1. Elektrooptischer Entfernungsmesser, welcher Mittel zum Senden eines Lichtstrahls und zum Empfangen eines Lichtstrahls enthält, welche entlang einer gemeinsamen optischen Achse verlaufen, welche Mittel auf einer Licht-Sendeseite optische Mittel enthalten, welche derart hinter einer Objektivlinse (1) angeordnet sind, dass das Licht eines Leuchtelements (52) von einer ersten reflektierenden Fläche reflektiert wird, welche die optische Achse (C) der Objektivlinse (1) schneidet, und als ausgestrahltes Licht (Pa) einem Reflektor (R) zugeleitet wird, der vor der Objektivlinse (1) angeordnet ist;

welche Mittel auf einer Licht-Empfangsseite optische Mittel enthalten, welche derart angeordnet sind, dass das vom Reflektor (R) reflektierte empfangene Licht (Pb) von einer zweiten reflektierenden Fläche reflektiert und einem Lichtempfänger (61) zugeleitet wird, der neben der genannten optischen Achse (C) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste reflektierende Fläche derart angeordnet ist, dass die optische Achse (C) innerhalb des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts (Pa) liegt; und dass die optischen Mittel auf der Licht-Sendeseite weiterhin einen Umformer aufweisen, um den Querschnitt des Lichtstroms des ausgestrahlten Lichts (Pa) punktasymmetrisch umzuformen.

2.

Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel auf der Licht-Sendeseite ein erstes Prisma (5) und die optischen Mittel auf der Licht-Empfangsseite ein zweites Prisma (6) enthalten.

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste reflektierende Fläche eine gegen die optische Achse (C) der Objektivlinse (1) geneigte Innenfläche (5a) eines ersten Prismas (5) ist, wobei das Licht durch dieses erste Prisma (5) hindurch ausgestrahlt wird, und dass die genannte zweite reflektierende Fläche eine Rückseite (5b) der genannten geneigten Innen-Fläche (5a) ist.

4.

Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste reflektierende Fläche eine gegen die optische Achse (C) der Objektivlinse (1) geneigte Aussenfläche (5b) eines ersten Prismas (5) und die zweite reflektierende Fläche eine Rückseite (5a) der genannten Aussenfläche (5b) ist.

5. Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Umformer eine Blendenscheibe (54) mit einer \ffnung ist, durch welche das Licht des Leuchtelements (52) hindurchtritt.

6. Entfernungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die \ffnung trapezförmig, dreieckig, fünfeckig, sternförmig oder tropfenförmig ist.

7.

Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer eine reflektierende Oberfläche relativ einfacher Form, beispielsweise eine trapezförmige oder dreieckige reflektierende Oberfläche aufweist.