DE10122358A1 - Elektronischer Entfernungsmesser - Google Patents

Abstract

Ein elektronischer Entfernungsmesser enthält ein Zielfernrohr mit einem Objektiv zum Anvisieren eines Objektes, ein hinter dem Objektiv angeordnetes Reflexionselement, einen optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die Messlicht über das Reflexionselement und das Objektiv aussendet, und einer Empfangsoptik, die das Licht reflektiert, welches an dem Objekt reflektiert wird, anschließend durch das Objektiv tritt und von dem Reflexionselement nicht gesperrt wird, eine der Sendeoptik zugeordnete Vorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers des Messlichtes und eine Steuerung, die den Strahldurchmesser in Abhängigkeit des Abstandes des Objektes von dem elektronischen Entfernungsmesser über die Vorrichtung ändert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Entfernungsmesser mit einem Zielfern­ rohr.

Zum Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten verwendet ein Vermes­ sungstechniker üblicherweise einen elektronischen Entfernungsmesser, kurz EDM. Ein solcher elektronischer Entfernungsmesser berechnet die Entfernung über den Phasenunterschied zwischen projiziertem externem Licht und reflektier­ tem Licht sowie die Anfangsphase von internem Referenzlicht oder über den Zeitunterschied zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht.

Ein typischer elektronischer Entfernungsmesser hat hinter dem Objektiv eines Zielfernrohrs einen auf der optischen Achse des Zielfernrohrs angeordneten Lichtsendespiegel (Reflexionselement), um das Messlicht (externes projiziertes Licht) durch die Mitte der Eintrittspupille des Objektivs des Zielfernrohrs auf ein Zielobjekt zu projizieren. Das Licht, das an dem Zielobjekt reflektiert wird und durch das Objektiv des Zielfernrohrs tritt, geht durch den Randbereich des Sende­ spiegels, um schließlich über ein wellenlängenselektives Filter und ein Lichtemp­ fangselement eingefangen zu werden.

In einem solchen elektronischen Entfernungsmesser wird das Licht, das an dem Objekt reflektiert wird, um durch das Objektiv des Zielfernrohrs zu treten, von dem oben genannten Sendespiegel um so stärker gesperrt, je näher sich das Zielob­ jekt an dem elektronischen Entfernungsmesser befindet. Wird das Licht, das an dem Zielobjekt reflektiert wird, um durch das Objektiv des Zielfernrohrs zu treten, von dem Sendespiegel stark gesperrt, d. h. geschwächt, so nimmt die auf dem Lichtempfangsspiegel auftreffende Lichtmenge ab, wodurch die Genauigkeit der Entfernungsmessung beeinträchtigt wird. Befindet sich das Zielobjekt sehr nahe dem elektronischen Entfernungsmesser, so kann es sogar vorkommen, dass das an dem Zielobjekt reflektierte und durch das Objektiv des Zielfernrohrs tretende Licht überhaupt nicht auf das Lichtempfangselement trifft, wodurch die Entfer­ nungsmessung unmöglich wird. Zur Vermeidung der oben genannten Probleme wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Entfernungsmesser anzugeben, der frei von diesen Problem ist und die Leistungscharakteristik der Entfernungsmessung nicht durch ein kompliziertes System verschlechtert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit einem Autofokussystem ausgestatteten elektronischen Entfernungsmesser anzugeben, der frei von den oben genannten Problemen ist und die Leistungscharakteristik der Entfernungs­ messung nicht durch ein kompliziertes System verschlechtert.

Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers, der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist,

Fig. 2 einen in dem elektronischen Entfernungsmesser nach Fig. 1 vorge­ sehenen Fokussierlinsen-Antriebsmechanismus in der Draufsicht in Blickrichtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils II,

Fig. 3 eine Schärfenerfassungsvorrichtung und ein Porroprisma in Blick­ richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils III,

Fig. 4 die Rückansicht eines Antriebsmechanismus für eine Negativlinse in Blickrichtung der in Fig. 1 gezeigten Pfeile IV,

Fig. 5 den in Fig. 4 gezeigten Antriebsmechanismus, teilweise im Quer­ schnitt,

Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 zur Illustration des von einem Lichtaussendeelement abgegebenen divergenten Messlich­ tes, wobei der Strahlengang schraffiert oder kreuzschraffiert darge­ stellt ist,

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht des Eintrittsendes eines Lichtemp­ fangsleiters und einer dieses Eintrittsende haltenden Lichtleiterhalte­ rung,

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht des Eintrittsendes des Lichtemp­ fangsleiters und der Lichtleiterhalterung nach Fig. 6, für den Fall, dass bei sehr nah an dem Entfernungsmesser angeordnetem Ziel­ objekt keine Negativlinse vor dem Lichtempfangselement angeord­ net ist,

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das der Steuerung des Entfernungsmessers nach Fig. 1 dient,

Fig. 10 ein Flussdiagramm einer Operation zum Ansteuern der Negativlinse, die von der Steuerschaltung nach Fig. 9 durchgeführt wird,

Fig. 11 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 zur Illustration des Strahlen­ ganges des von dem Lichtaussendeelement abgegebenen Mess­ lichtes für den Fall, dass sich ein Tripelreflektor an einem dem Ent­ fernungsmesser sehr nahen Messpunkt befindet, wobei der Strah­ lengang schraffiert oder kreuzschraffiert dargestellt ist, und

Fig. 12 ein alternatives Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer­ nungsmessers, bei dem eine Verstellvorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers vorgesehen ist.

Die Fig. 1 bis 10 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers (EDM), der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist. Der elektronische Entfernungsmesser hat ein Zielfernrohr 10 als Zieloptik und einen optischen Entfernungsmesser 20. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das Zielfernrohr 10 ein Objektiv 11, eine Fokussierlinse 18, ein Porroprisma 12 als Aufrichtoptik, eine Bildebenenplatte (Fadenkreuzplatte) 13 und ein Okular 14, die in der genannten Reihenfolge vom Objekt her betrachtet, d. h. in Fig. 1 von links nach rechts, angeordnet sind. An der Bildebenenplatte 13 ist ein Fadenkreuz 15 ausgebildet.

Die Fokussierlinse 18 ist an einer Linsenfassung 19 gehalten. Die Linsenfassung 19 wird in Richtung der optischen Achse der Zielfernrohroptik geführt und ist mit einer Zahnstange 19a versehen, die sich in Richtung der optischen Achse er­ streckt. Der elektronische Entfernungsmesser enthält einen in Fig. 2 gezeigten Motor 60. Ein Ritzel 61, das in die Zahnstange 19a eingreift, ist an einer rotieren­ den Antriebswelle des Motors 60 befestigt. Durch den Motorantrieb wird so die an der Linsenfassung 19 gehaltene Fokussierlinse 18 längs der optischen Achse bewegt. Das durch das Objektiv 11 erzeugte Bild des Zielobjektes kann genau auf die dem Objektiv 11 zugewandte Vorderfläche der Bildebenenplatte 13 fokussiert werden, indem die axiale Position der Fokussierlinse 18 entsprechend der Entfer­ nung des Zielobjektes bezüglich des Zielfernrohrs 10 eingestellt wird. Der Benut­ zer des Vermessungsinstrumentes visiert ein auf die Bildebenenplatte 13 fokus­ siertes, vergrößertes Bild des Zielobjektes über das Okular 14 an. Wie in Fig. 2 gezeigt, hat der elektronische Entfernungsmesser einen dem Motor 60 zugeord­ neten Codierer 62 (Winkelsensorvorrichtung zum Erfassen der Linsenposition). In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Codierer 62 ein optischer Codierer, der eine Drehscheibe 62a mit mehreren nicht gezeigten radialen Schlitzen und einen Fotosensor 62b enthält, der einen Lichtsender und einen Lichtempfänger hat. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind dabei auf entgegengesetzten Seiten der Drehscheibe 62a angeordnet. Der Codierer 62 erfasst den Drehwert, d. h. den Drehwinkel des Motors 60.

Der elektronische Entfernungsmesser hat hinter dem Objektiv des Zielfernrohrs 10 einen Sende/Empfangsspiegel (Reflexionselement) 21 und einen wellenlängen­ selektiven Spiegel (wellenlängenselektives Filter) 22, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Der Sende/Empfangsspiegel 21 besteht aus einem Parallelplattenspiegel, dessen Vorderfläche und dessen hierzu parallele Rückfläche auf der optischen Achse des Objektivs 11 angeordnet sind. Die dem Objektiv 11 zugewandte Vorderfläche des Parallelplattenspiegels 21 ist als Lichtsendespiegel 21a ausgebildet, während die dem wellenlängenselektiven Spiegel 22 zugewandte Rückfläche des Parallelplattenspiegels 21 als Lichtemp­ fangsspiegel 21b ausgebildet ist. Der Empfangsspiegel 21b und der wellenlän­ genselektive Spiegel 22 bilden grundlegende optische Elemente einer Empfangs­ optik des optischen Entfernungsmessers 20.

Der optische Entfernungsmesser 20 hat ein Lichtaussendeelement 23, z. B. eine Laserdiode, das Licht (Messlicht) einer bestimmten Wellenlänge aussendet. Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht trifft über eine Kolli­ matorlinse 24 und einen festen Spiegel 25 auf den Sendespiegel 21a. Das von dem Lichtaussendeelement 23 auf den Sendespiegel 21a abgegebene Messlicht wird längs der optischen Achse des Objektivs 11 auf das Zielobjekt 2 reflektiert. Die Kollimatorlinse 24, der feste Spiegel 25 und der Sendespiegel 21a (Sen­ de/Empfangsspiegel 21) bilden grundlegende optische Elemente einer Sendeoptik des optischen Entfernungsmessers 20.

Der Teil des Messlichtes, der an dem Zielobjekt reflektiert wird, anschließend durch das Objektiv 11 tritt und von dem Sende/Empfangsspiegel 21 nicht gesperrt wird, wird schließlich von dem wellenlängenselektiven Spiegel 22 zurück auf den Empfangsspiegel 21b reflektiert. Der Empfangsspiegel 21b reflektiert dann das Messlicht, so dass dieses auf eine Eintrittsfläche 26a eines lichtempfangenden Lichtleiters 26, im Folgenden als Lichtempfangsleiter bezeichnet, fällt. Das mit der Eintrittsfläche 26a versehene Eintrittsende des Lichtempfangsleiters 26 ist an einer Lichtleiterhalterung 27 gehalten. Die Lichtleiterhalterung 27 ist über eine nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung, die im Raum hinter der Objektivlinse 11 angeordnet ist, unbeweglich zusammen mit dem Sende/Empfangsspiegel 21 gehalten.

Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen einer Austrittsfläche 26b des Lichtempfangsleiters 26 und einem Lichtempfangselement 31 eine Kondensorlin­ se 32, ein ND-Filter 33 und ein Bandpassfilter 34, die in der genannten Reihenfol­ ge von der Austrittsfläche 26b in Richtung des Lichtempfangselementes 31 ange­ ordnet sind. Das Lichtempfangselement 31 ist an eine arithmetische Steuer­ schaltung (Steuerung) 40 angeschlossen. Die arithmetische Steuerschaltung 40 ist mit einem Stellglied 41 verbunden, die einen Umschaltspiegel 28 antreibt, sowie mit einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem LCD-Feld, 42, die die berechnete Entfernung anzeigt.

Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und dem festen Spiegel 25 in einem Entfernungsmessstrahlengang den Um­ schaltspiegel 28 und ein ND-Filter 29. Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht fällt auf den festen Spiegel 25, wenn der Umschaltspiegel 28 aus dem Entfernungsmessstrahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 zurückgezogen ist. Dagegen wird das von dem Lichtaus­ sendeelement 23 abgegebene Licht (internes Referenzlicht) an dem Um­ schaltspiegel 28 direkt auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 reflektiert, wenn der Umschaltspiegel 28 in dem Entfernungsmessstrahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 angeordnet ist. Das ND-Filter 29 dient dazu, die Menge des auf das Zielobjekt 16 treffenden Mess­ lichtes einzustellen.

Bekanntlich arbeitet ein Entfernungsmesser wie der optische Entfernungsmesser 20 in zwei verschiedenen Zuständen: In einem Zustand wird das von dem Licht­ aussendeelement 23 abgegebene Messlicht auf den festen Spiegel 25 geführt. Im anderen Zustand wird das gleiche Licht als internes Referenzlicht direkt der Ein­ trittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die beiden eben genann­ ten Zustände sind durch den Umschaltzustand des Umschaltspiegels 28 festge­ legt, den die arithmetische Steuerschaltung 40 über das Stellglied 41 steuert. Wie oben erläutert, wird das dem festen Spiegel 25 zugeführte Messlicht über den Sendespiegel 21a und das Objektiv 11 auf das Zielobjekt geführt. Das an dem Zielobjekt reflektierte Messlicht trifft über das Objektiv 11, den wellenlängenselek­ tiven Spiegel 22 und den Empfangsspiegel 1b auf die Eintrittsfläche 26a. An­ schließend empfängt das Lichtempfangselement 31 sowohl das Messlicht, das an dem Zielobjekt reflektiert wird und schließlich auf die Eintrittsfläche 26a trifft, als auch das interne Referenzlicht, das der Eintrittsfläche 26a direkt über den Um­ schaltspiegel 28 zugeführt wird. Die arithmetische Steuerschaltung 40 erfasst die Phasendifferenz des projizierten Lichtes (externes Licht) und des reflektierten Lichtes sowie die Anfangsphase des internen Referenzlichtes oder die Zeitdiffe­ renz zwischen dem projizierten Licht und dem reflektierten Licht, um so die Ent­ fernung von dem elektronischen Entfernungsmesser zum Zielobjekt zu berech­ nen. Die berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt. Wie die Entfernung aus der Phasendifferenz zwischen projiziertem Licht (exter­ nem Licht) und reflektiertem Licht sowie der Anfangsphase des internen Refe­ renzlichtes oder aus der Zeitdifferenz zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht berechnet wird, ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Das Porroprisma 12 hat eine Strahlteilerfläche, die das eintretende Lichtbündel in zwei Lichtbündel teilt, von denen eines auf eine nach dem Prinzip der Phasendif­ ferenzerfassung arbeitende AF-Sensoreinheit (Schärfenerfassungsvorrichtung) 50 zuläuft, während das andere auf das Okular 14 zuläuft. Die AF-Sensoreinheit 50 zur Phasendifferenzerfassung wird im Folgenden als kurz AF-Einheit bezeichnet. Zwischen dem Porroprisma 12 und dem AF-Einheit 50 ist eine Referenzbildebene 51 ausgebildet, die sich an einer Stelle befindet, die optisch äquivalent zu der Stelle ist, an der das Fadenkreuz 15 der Bildebenenplatte 13 angeordnet ist. Die AF-Einheit 50 erfasst den Fokussier- oder Schärfezustand, d. h. den Defokussier­ wert und die Richtung der Fokusverschiebung, in der Referenzbildebene 51. Fig. 3 zeigt die AF-Sensoreinheit 50 und das Porroprisma 12. Die AF-Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 52, ein Paar Separatorlinsen 53, ein Paar Separatormasken 55, die in enger räumlicher Nähe zu den beiden Separatorlinsen 53 angeordnet sind, sowie ein Paar Zeilensensoren, z. B. Mehrsegment-CCD-Sensoren, 54, die hinter den Separatorlinsen 53 angeordnet sind. Die beiden Separatorlinsen 53 sind um eine Basislänge voneinander beabstandet. Das in der Referenzbildebene 51 erzeugte Bild des Zielobjektes 11 wird von den beiden Separatorlinsen 53 in zwei Bilder geteilt, die auf die beiden Zeilensensoren 54 abgebildet werden. Die Zeilensensoren 54 enthalten jeweils eine Anordnung von fotoelektrischen Wand­ lerelementen. Jedes dieser fotoelektrischen Wandlerelemente wandelt das emp­ fangene Licht des Bildes in elektrische Ladungen, die dann integriert, d. h. ge­ sammelt werden, und gibt die integrierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten an die arithmetische Steuerschaltung 40 aus. Die arithmetische Steuerschaltung 40 berechnet in Abhängigkeit eines ihr von den Zeilensensoren 54 zugeführten Datenpaares von AF-Sensordaten in einer vorbestimmten Defokusoperation einen Defokuswert. In einer Autofokus-Operation steuert die Steuerschaltung 40 die Fokussierlinse 18 über den Motor 60 entsprechend dem berechneten Defokuswert so an, dass auf das Zielobjekt scharfgestellt wird. Die Defokusoperation ist aus dem Stand der Technik bekannt. Ein AF-Schalter 44 zum Starten der AF- Operation sowie ein Entfernungsmessschalter 45 zum Starten der Entfernungs­ messung sind an die Steuerschaltung 40 angeschlossen. Die Steuerschaltung 40, der Motor 60, die Zahnstange 19a und das Ritzel 61 bilden ein Autofokus- Antriebssystem.

Ein Merkmal des elektronischen Entfernungsmessers mit dem oben erläuterten Aufbau besteht darin, dass eine zurückziehbare Negativlinse (zerstreuende Linse, Konkavlinse) in einen Strahlengang vor dem Lichtaussendeelement 23 eingefah­ ren und aus diesem zurückgezogen werden kann. Die Negativlinse 72 wird über den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Negativlinsen-Antriebsmechanismus ange­ trieben. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, hat dieser Antriebsmechanismus einen Dreharm 71, an dessen freiem Ende die Negativlinse 72 gehalten ist. Der An­ triebsmechanismus hat weiterhin einen Linsenantriebsmotor 73. Das andere Ende des Dreharms 71 ist an einer rotierenden Drehwelle des Linsenantriebsmotors 73 befestigt. Durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen des Linsenantriebsmotors 73 wird die Negativlinse 72 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um die Antriebswelle des Antriebsmotors 73 gedreht, um sie in eine Betriebsstellung P, in der sie in dem Entfernungsmessstrahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 angeordnet ist, bzw. in eine zurückgezogene Stellung Q zu bringen, in der sie außerhalb des Entfernungsmessstrahlenganges zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 angeordnet ist. Der Linsenan­ triebsmotor 73 ist an eine Steuerschaltung 80 angeschlossen, wie Fig. 1 zeigt. Er enthält einen nicht dargestellten Winkelsensor, mit dem festgestellt wird, ob sich die Negativlinse 72 bzw. der Dreharm 71 in der Betriebsstellung P oder der zu­ rückgezogenen Stellung Q befindet. Der Dreharm 71, die Negativlinse 72 und der Linsenantriebsmotor 73 bilden eine Vorrichtung zum Ändern des Strahldurchmes­ sers.

Die Negativlinse 72 wird in Abhängigkeit der berechneten Entfernung, d. h. in Abhängigkeit davon, ob sich das Zielobjekt in geringer oder großer Entfernung befindet, in den Entfernungsmessstrahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 eingeführt und aus diesem zurückgezogen. Die Nega­ tivlinse 72 wird in den Entfernungsmessstrahlengang eingeführt und somit in der Betriebsstellung P, also vor der Kondensorlinse 24, angeordnet, wenn die berech­ nete Entfernung gleich oder kleiner als 5 m ist. Dagegen wird die Negativlinse 72 aus dem Entfernungsmessstrahlengang zurückgezogen und so in der zurückge­ zogenen Stellung Q angeordnet, wenn die berechnete Entfernung größer als 5 m ist. Befindet sich die Negativlinse 72 in der Betriebsstellung P, so wird das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht durch die Negativlinse 72 zerstreut. Auf diese Weise läuft zerstreutes Messlicht längs des Entfernungs­ messstrahlenganges, um über das ND-Filter 29, den festen Spiegel 25, den Sendespiegel 21a und das Objektiv 11 auf das Zielobjekt zu treffen. Da das zerstreute Messlicht, das an dem Zielobjekt zurück auf den Entfernungsmesser reflektiert wird, mit einem Strahldurchmesser auf das Objektiv 11 trifft, der größer ist als vor der auf das Zielobjekt gerichteten Lichtaussendung aus dem Objektiv 11, trifft ein Großteil des zurückkehrenden Messlichtes auf das wellenlängense­ lektive Filter 22, ohne von dem Sende/Empfangsspiegel 21 gesperrt, d. h. unter­ brochen zu werden. Der Sende/Empfangsspiegel 21 sperrt also nur einen gerin­ gen Teil des zurückkehrenden Messlichtes. Der Großteil des zurückkehrenden Messlichtes, der auf das wellenlängenselektive Filter 22 trifft, wird an dem Emp­ fangsspiegel 21b und die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 reflek­ tiert. Das auf das Lichtempfangselement 31 treffende, zurückkehrende Messlicht hat also eine ausreichende Lichtmenge, so dass die Genauigkeit der von dem elektronischen Entfernungsmesser vorgenommenen Entfernungsmessung nicht beeinträchtigt ist. Fig. 6 zeigt einen Betriebszustand, in dem das von der Nega­ tivlinse 72 zerstreute oder divergente Messlicht auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 trifft. In Fig. 6 ist der Strahlengang des divergenten Mess­ lichtes schraffiert oder kreuzschraffiert dargestellt. Fig. 7 zeigt einen Teil des in Fig. 6 dargestellten Entfernungsmessers in vergrößerter Darstellung. Fig. 7 zeigt das Eintrittsende des Lichtempfangsleiters 26 mit der Eintrittsfläche 26a und die Lichtleiterhalterung 27, die das Eintrittsende des Lichtempfangsleiters 26 hält. Nimmt man an, dass bei sehr nahe an dem elektronischen Entfernungsmesser angeordnetem Zielobjekt die Negativlinse 72 nicht vor dem Lichtaussendeelement 23 angeordnet ist, so wird das Licht, das an dem Zielobjekt reflektiert wird, und durch das Objektiv 11 tritt, von dem Sende/Empfangsspiegel 21 in starkem Maße gesperrt. Infolgedessen trifft praktisch kein reflektiertes Licht oder nur ein sehr geringer Teil davon auf die Eintrittsfläche 26a, wie Fig. 8 zeigt, wodurch die Ent­ fernungsmessung unmöglich oder die Gebrauchs- oder Leistungscharakteristik der Entfernungsmessoperation deutlich beeinträchtigt wird.

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das den Codierer 62, den Linsenantriebsmotor 73 und die Steuerschaltung 80 enthält. Die Steuerschaltung 80 enthält einen Speicher (Speichervorrichtung) 80a, in dem eine Information gespeichert ist, die angibt, ob die axiale Position der Fokussierlinse 18, die dem mit dem Codierer 62 erfassten Drehwert (Drehwinkel) des Motors 60 entspricht, einem Kurzentfernungsbereich oder einem Langentfernungsbereich zuzuordnen ist. Der Kurzentfernungsbereich ist dabei als Entfernungsbereich festgelegt, bei dem das Messlicht, das an dem Zielobjekt reflektiert wird und durch das Objektiv 11 tritt, von dem Sende/Empfangsspiegel 21 in einem Maße unterbrochen wird, dass die auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 treffende Menge an Messlicht nicht ausreicht, um einen Entfernungsmessung durchzuführen. Die Grenze zwischen den beiden oben genannten Entfernungsbereichen kann durch Ändern z. B. der Größe des Sende/Empfangsspiegels 21 und des Durchmessers des Lichtempfangsleiters 26 festgelegt werden.

Der mit dem Autofokussystem eben erläuterten Aufbaus ausgestattete elektroni­ sche Entfernungsmesser führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend be­ schriebener Weise durch.

Im ersten Schritt visiert der Benutzer mit dem Zielfernrohr 10 das Zielobjekt so an, dass die optische Achse des Zielfernrohrs 10 im Wesentlichen auf das Zielobjekt ausgerichtet ist, während er das Zielobjekt durch einen nicht gezeigten Kollimator betrachtet, der an dem Zielfernrohr 10 angebracht ist. Im zweiten Schritt drückt der Benutzer den AF-Schalter 44, um die oben erläuterte Autofokus-Operation durchzuführen, bei der die Fokussierlinse 18 in ihre Scharfstellposition bezüglich des Zielobjektes bewegt wird. Ist das Zielfernrohr 10 auf das Zielobjekt scharfge­ stellt, so stellt der Benutzer im dritten Schritt die Ausrichtung des Zielfernrohrs 10 so ein, dass das durch das Okular 14 betrachtete Fadenkreuz 15 genau auf das Zielobjekt zentriert ist. Dabei blickt er in das Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschalter 45, um die oben beschriebene Ent­ fernungsmessung durchzuführen. Die berechnete Entfernung wird dabei an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.

Fig. 10 zeigt eine Operation zum Ansteuern der Negativlinse, die unmittelbar nach Einschalten des Entfernungsmessschalters 45 durchgeführt wird. Die in Fig. 10 gezeigte Operation wird von der Steuerschaltung 80 ausgeführt. Zunächst wird in Schritt S101 über den Codierer 62 die axiale Position der Fokussierlinse 18 er­ fasst. Anschließend wird in Schritt S102 unter Bezugnahme auf die in dem Spei­ cher 80a gespeicherte Information ermittelt, ob sich die erfasste Position der Fokussierlinse 18 in dem oben genannten Kurzentfernungsbereich befindet. Ist dies der Fall (JA in Schritt S102), so wird in Schritt S103 über den in dem Linsen­ antriebsmotor 73 vorgesehenen Winkelsensor ermittelt, ob sich die Negativlinse 72 in der Betriebsstellung P befindet. Ist dies nicht der Fall (NEIN in Schritt S103), so wird der Linsenantriebsmotor 73 so angesteuert, dass er die Negativlinse 72 in die Betriebsstellung P bewegt (Schritt S104). Ist die Negativlinse 72 in der Be­ triebsstellung P angeordnet (JA in Schritt S103), so endet der Steuerablauf. Wird in Schritt S102 festgestellt, dass sich die erfasste Position der Fokussierlinse 18 außerhalb des Kurzentfernungsbereichs befindet (NEIN in Schritt S102), so wird in Schritt S105 über den in dem Linsenantriebsmotor vorgesehenen Winkelsensor bestimmt, ob sich die Negativlinse 72 in der zurückgezogenen Stellung Q befin­ det. Ist dies nicht der Fall (NEIN in Schritt S105), so wird der Linsenantriebsmotor 73 in Schritt S106 so angesteuert, dass er die Negativlinse 72 in die zurückgezo­ gene Stellung Q bewegt. Befindet sich die Negativlinse 72 in der zurückgezoge­ nen Stellung Q (JA in Schritt S105), so endet der Steuerablauf.

Durch diese Operation zum Ansteuern der Negativlinse wird letztere in die Be­ triebsstellung P bzw. die zurückgezogene Stellung Q gebracht, wenn die Fokus­ sierlinse 18 entsprechenden einer kurzen Entfernung bzw. einer langen Entfer­ nung angeordnet ist. Die Negativlinse 72 wird also entsprechend der axialen Position der sich in ihrer Scharfstellposition befindlichen Scharfstelllinse 18 ange­ ordnet, also entsprechend der berechneten Entfernung, so dass sich der Strahl­ durchmesser des Messlichtes entsprechend der Entfernung von dem elektroni­ schen Entfernungsmesser zum Zielobjekt ändert. Ist die Negativlinse 72 bei großer Entfernung des Zielobjektes nicht vor der Kollimatorlinse 24 angeordnet, so trifft das Messlicht auf das Zielobjekt, nachdem es ausreichend zerstreut wor­ den ist, und wird anschließend an dem Zielobjekt reflektiert, um auf das Objektiv 11 zu treffen, so dass das auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 treffende Messlicht eine ausreichende Lichtmenge hat. Ist dagegen die Nega­ tivlinse 72 bei weit entferntem Zielobjekt vor der Kollimatorlinse 24 angeordnet, so wird das Messlicht übermäßig zerstreut, wodurch die Intensität des auf die Ein­ trittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 treffenden Messlichtes abnimmt. Die Negativlinse 72 wird demnach nur dann vor der Kollimatorlinse 24 angeordnet, wenn sich das Zielobjekt in kurzer Entfernung befindet, d. h. die axiale Position der Fokussierlinse in dem Kurzentfernungsbereich liegt.

Fig. 11 zeigt den Strahlengang des von dem Lichtaussendeelement 23 abgege­ benen Messlichtes für den Fall, dass ein Tripelreflektor 90 an einem Messpunkt nahe dem elektronischen Entfernungsmesser angeordnet ist. Das auf den Tripel­ reflektor 90 wird von letzterem nur wenig zerstreut. Selbst bei Verwendung des Tripelreflektors 90 in kurzer Entfernung wird wegen der Negativlinse 72 das Mess­ licht mit einem ausreichenden Strahldurchmesser auf das Zielobjekt projiziert. Deshalb wird ein Teil des Messlichtes, der an dem Tripelreflektor 90 reflektiert wird und durch das Objektiv 11 tritt, durch den Sende/Empfangsspiegel 21 nicht unterbrochen, so dass er auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 trifft.

Der eben erläuterte elektronische Entfernungsmesser ist mit einem Autofokussy­ stem ausgestattet. Die Erfindung ist jedoch auch auf einen elektronischen Entfer­ nungsmesser anwendbar, der mit einem manuellen Scharfstellsystem ausgerüstet ist. Ferner kann die Negativlinse 72 auch manuell in den Strahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 eingeführt und aus diesem zurückgezogen werden. Ob die Negativlinse 72 in die Betriebsstellung oder in die zurückgezogene Stellung gebracht werden muss, kann in diesem Fall festgestellt werden, indem zunächst die axiale Position der Fokussierlinse 18 nach ihrer manuellen Einstellung erfasst und anschließend ermittelt wird, ob die Entfernung, die der erfassten axialen Position der Fokussierlinse 18 entspricht, in dem Kur­ zentfernungsbereich oder dem Langentfernungsbereich liegt.

In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird die Negativlinse 72 als Vor­ richtung zum Ändern des Strahldurchmessers des von dem Lichtaussendeele­ ment 23 abgegebenen Messlichtes eingesetzt. An Stelle der Negativlinse 72 kann jedoch auch eine Positivlinse verwendet werden. In diesem Fall muss die Posi­ tivlinse lediglich so angesteuert werden, dass sie vor der Kollimatorlinse 24 ange­ ordnet wird, wenn die berechnete Entfernung im Langentfernungsbereich liegt, oder aus der vor der Kollimatorlinse 24 liegenden Stellung zurückgezogen wird, wenn die berechnete Entfernung in dem Kurzentfernungsbereich liegt. Befindet sich die Positivlinse vor der Kollimatorlinse 24, so wird in diesem Fall ein im We­ sentlichen kollimiertes Lichtbündel erzeugt, so dass die Kollimatorlinse 24 und die Positivlinse praktisch eine Kollimatorlinse bilden (da die Kollimatorlinse 24 in diesem Fall streng genommen keine Kollimatorlinse ist). Wird die positive Linse aus dem Strahlengang zurückgezogen, so wird also durch die "Kollimatorlinse" 24 ein divergentes Lichtbündel erzeugt, so dass eine Entfernungsberechnung im Kurzentfernungsbereich durchgeführt werden kann.

Als Vorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers des von dem Lichtaussen­ deelement 23 abgegebenen Messlichtes kann auch ein piezoelektrisches Element (Verstellvorrichtung) 75 verwendet werden, das den Strahldurchmesser durch Bewegen des lichtaussendenden Elementes 23 ändert. In diesem Fall muss das lichtaussendende Element 23 bei im Kurzentfernungsbereich liegender Zielobjek­ tentfernung nur vorwärts auf die Kollimatorlinse 24 zu und bei im Langentfer­ nungsbereich liegender Zielobjektentfernung rückwärts bewegt werden.

Im oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Porroprisma 12 als Aufrichtoptik und eine Strahlteileroptik verwendet. Die Strahlteileroptik spaltet dabei das ein­ tretende Lichtbündel in zwei Lichtbündel auf, von denen eines auf die AF-Einheit 50 zuläuft, während das andere auf das Okular 14 zuläuft. An Stelle eines Porro­ prismas 12 kann auch ein anderes optisches Element verwendet werden.

In dem eben erläuterten Ausführungsbeispiel können die arithmetische Steuer­ schaltung 40 und die Steuerschaltung 80 in einer einzigen Steuerschaltung inte­ griert werden.

Claims (17)

1. Elektronischer Entfernungsmesser mit
einem Zielfernrohr mit einem Objektiv zum Anvisieren eines Objektes,
einem hinter dem Objektiv angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die Messlicht über das Reflexionselement und das Objektiv sendet, und einer Empfangs­ optik, die das Licht empfängt, das an dem Objekt reflektiert wird, anschlie­ ßend durch das Objektiv tritt und von dem Reflexionselement nicht gesperrt wird,
einer der Sendeoptik zugeordnete Vorrichtung zum Ändern des Strahl­ durchmessers des Messlichtes und
einer Steuerung, die über die Vorrichtung den Strahldurchmesser in Abhän­ gigkeit der Entfernung des Objektes von dem elektronischen Entfernungs­ messer ändert.

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Vorrichtung so ansteuert, dass der Strahldurchmesser ver­ größert wird, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Kurzentfer­ nungsbereich befindet.

3. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement vorgesehen ist, das das Messlicht abgibt, und die Vorrichtung eine Linse enthält, die sie in Abhängig­ keit der Entfernung in einen Strahlengang der Sendeoptik vor dem Lichtaus­ sendeelement einführt und aus diesem zurückzieht.

4. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Negativlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang ein­ führt, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet.

5. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Positivlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang ein­ führt, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet.

6. Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement vorgesehen ist, welches das Messlicht aus­ gibt, und die Vorrichtung eine Verstellvorrichtung ist, die das Lichtaussende­ element entlang der optischen Achse der Sendeoptik bewegt.

7. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Erfassungsvorrichtung, welche eine axiale Position ei­ ner zum Scharfstellen auf das Objekt entlang ihrer optischen Achse beweg­ baren Fokussierlinse des Zielfernrohrs erfasst, wobei die Vorrichtung in Ab­ hängigkeit der erfassten axialen Position der Fokussierlinse betrieben wird.

8. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement ein Parallelplattenspiegel ist, der eine dem Objektiv zugewandte und als Sendespiegel ausgebildete Vor­ derfläche und eine dazu parallele Rückfläche hat.

9. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik eine vor dem Lichtaussendeelement angeordnete Kollimatorlinse enthält und dass die Vorrichtung die Linse in Abhängigkeit der Entfernung in den Strahlengang der Sendeoptik vor der Kollimatorlinse einführt und aus diesem zurückzieht.

10. Entfernungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik ein wellenlängenselektives Filter enthält, das zwischen dem Objektiv und der Fokussierlinse angeordnet ist.

11. Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Vorrichtung einen Motor zum Bewegen der Linse enthält.

12. Elektronischer Autofokus-Entfernungsmesser, mit
einem zum Anvisieren eines Objektes bestimmten Zielfernrohr mit einem Objektiv und einer Fokussierlinse,
einem hinter dem Objektiv angeordneten Reflexionselement,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die Messlicht über das Reflexionselement und das Objektiv sendet, und einer Empfangs­ optik, die das Licht empfängt, das an dem Objekt reflektiert wird, anschlie­ ßend durch das Objektiv tritt und von dem Reflexionselement nicht gesperrt wird,
einer der Sendeoptik zugeordneten Vorrichtung zum Ändern des Strahl­ durchmessers des Messlichtes,
einer Schärfenerfassungsvorrichtung zum Erfassen des Fokussierzustandes des Zielfernrohrs,
einem Autofokus-Antriebssystem, das die Fokussierlinse entsprechend dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung erfassten Fokussierzustand so an­ treibt, dass auf das Objekt scharfgestellt wird, und
einer Steuerung, die den Stahldurchmesser über die Vorrichtung in Abhän­ gigkeit einer von dem Autofokus-Antriebssystem erfassten Linsenposition der Fokussierlinse ändert.

13. Entfernungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Vorrichtung so ansteuert, dass der Strahldurchmesser ver­ größert wird, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Kurzentfer­ nungsbereich befindet.

14. Entfernungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement vorgesehen ist, das das Messlicht ausgibt, und die Vorrichtung eine Linse enthält, die sie in Abhängigkeit der Entfernung in ei­ nen Strahlengang der Sendeoptik vor dem Lichtaussendeelement einführt und aus diesem zurückzieht.

15. Entfernungsmesser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Negativlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang ein­ führt, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet.

16. Entfernungsmesser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Positivlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang ein­ führt, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet.

17. Entfernungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement vorgesehen ist, welches das Messlicht ausgibt, und die Vorrichtung eine Verstellvorrichtung zum Bewegen des Lichtaussendee­ lementes längs der optischen Achse der Sendeoptik enthält.