DE10122358B4

DE10122358B4 - Elektronischer Entfernungsmesser

Info

Publication number: DE10122358B4
Application number: DE10122358A
Authority: DE
Inventors: Masami Shirai; Shinichi Suzuki; Homu Takayama
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp; Pentax Precision Co Ltd
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP3723721B2; US6556283B2; DE10122358A1; US20020012114A1; JP2001318308A

Abstract

Elektronischer Entfernungsmesser, umfassend:
ein zum Anvisieren eines Objektes bestimmtes Zielfernrohr (10) mit einem Objektiv (11),
ein auf der objektabgewandten Seite des Objektivs (11) angeordnetes Reflexionselement (21),
einen optischen Entfernungsmesser (20) mit einer Sendeoptik (21a, 24, 25) die eine objektzugewandte Reflexionsfläche (21a) des Reflexionselementes (21) umfasst und über diese objektivzugewandte Reflexionsfläche (21a) Messlicht durch das Objektiv (11) auf das Objekt sendet, und mit einer Empfangsoptik (21b, 22), die eine objektabgewandte Reflexionsfläche (21b) des Reflexionselementes (21) umfasst und über diese objektabgewandte Reflexionsfläche (21b) Licht empfängt, das an dem Objekt reflektiert wird, durch das Objektiv (11) tritt und an der objektzugewandten Reflexionsfläche (21a) des Reflexionselementes (21) vorbeiläuft,
eine der Sendeoptik (21a, 24, 25) zugeordnete Vorrichtung (72, 75) zum Ändern des Strahldurchmessers des Messlichtes und
eine Steuerung (80) zum Ändern des Strahldurchmessers des Messlichtes in Abhängigkeit der Entfernung des Objektes von dem elektronischen Entfernungsmesser.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Entfernungsmesser mit einem Zielfernrohr.
Zum Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten verwendet ein Vermessungstechniker üblicherweise einen elektronischen Entfernungsmesser, kurz EDM. Ein solcher elektronischer Entfernungsmesser berechnet die Entfernung über den Phasenunterschied zwischen projiziertem externem Licht und reflektiertem 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, passiert den Randbereich des Sendespiegels, um schließlich über ein wellenlängenselektives Filter und ein Lichtempfangselement 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 Entfernungsmessung unmöglich wird. Zur Vermeidung der oben genannten Probleme wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen.

Aus der Druckschrift US 59 23 468 A ist ein elektronischer Entfernungsmesser mit einem Objektiv zum Anvisieren eines Objektes, einer Sendeoptik zum Ausgeben von Messlicht auf das Objekt sowie einer Empfangsoptik zum Empfangen des am Objekt reflektierten Messlichtes bekannt. Dieser Entfernungsmesser umfasst ein dichroitisches Prisma 13, das das im Infrarotbereich liegende Messlicht reflektiert und sichtbares Licht durchlässt, das in eine Okularoptik eintritt. Der Entfernungsmesser weist ferner eine Vorrichtung auf, mit der sich der Strahldurchmesser des Messlichtes verändern lässt. Dadurch soll erreicht werden, dass sich das Messlicht leichter auf das Objekt richten lässt.

Ferner wird auf die Druckschriften EP 0 857 980 A1 und DE 196 14 235 A1 verwiesen, die ebenfalls jeweils einen elektronischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik und einer Empfangsoptik offenbaren.

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.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers, der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist,
2 einen in dem elektronischen Entfernungsmesser nach 1 vorgesehenen Fokussierlinsen-Antriebsmechanismus in der Draufsicht in Blickrichtung des in 1 gezeigten Pfeils II,
3 eine Schärfenerfassungsvorrichtung und ein Porroprisma in Blickrichtung des in 1 gezeigten Pfeils III,
4 die Rückansicht eines Antriebsmechanismus für eine Negativlinse in Blickrichtung der in 1 gezeigten Pfeile IV,
5 den in 4 gezeigten Antriebsmechanismus, teilweise im Querschnitt,
6 eine Darstellung ähnlich der nach 1 zur Illustration des von einem Lichtaussendeelement abgegebenen divergenten Messlichtes, wobei der Strahlengang schraffiert oder kreuzschraffiert dargestellt ist,
7 eine vergrößerte Seitenansicht des Eintrittsendes eines Lichtempfangsleiters und einer dieses Eintrittsende haltenden Lichtleiterhalterung,
8 eine vergrößerte Seitenansicht des Eintrittsendes des Lichtempfangsleiters und der Lichtleiterhalterung nach 6, für den Fall, dass bei sehr nah an dem Entfernungsmesser angeordnetem Zielobjekt keine Negativlinse vor dem Lichtempfangselement angeordnet ist,
9 ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das der Steuerung des Entfernungsmessers nach 1 dient,
10 ein Flussdiagramm einer Operation zum Ansteuern der Negativlinse, die von der Steuerschaltung nach 9 durchgeführt wird,
11 eine Darstellung ähnlich der nach 1 zur Illustration des Strahlenganges des von dem Lichtaussendeelement abgegebenen Messlichtes für den Fall, dass sich ein Tripelreflektor an einem dem Entfernungsmesser sehr nahen Messpunkt befindet, wobei der Strahlengang schraffiert oder kreuzschraffiert dargestellt ist, und
12 ein alternatives Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers, bei dem eine Verstellvorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers vorgesehen ist.
Die 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 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 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 erstreckt. Der elektronische Entfernungsmesser enthält einen in 2 gezeigten Motor 60. Ein Ritzel 61, das in die Zahnstange 19a eingreift, ist an einer rotierenden 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 Entfernung des Zielobjektes bezüglich des Zielfernrohrs 10 eingestellt wird. Der Benutzer des Vermessungsinstrumentes visiert ein auf die Bildebenenplatte 13 fokussiertes, vergrößertes Bild des Zielobjektes über das Okular 14 an. Wie in 2 gezeigt, hat der elektronische Entfernungsmesser einen dem Motor 60 zugeordneten 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 wellenlängenselektiven 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 Lichtempfangsspiegel 21b ausgebildet ist. Der Empfangsspiegel 21b und der wellenlängenselektive Spiegel 22 bilden grundlegende optische Elemente einer Empfangsoptik 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 Kollimatorlinse 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 (Sende/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 Kondensorlinse 32, ein ND-Filter 33 und ein Bandpassfilter 34, die in der genannten Reihenfolge von der Austrittsfläche 26b in Richtung des Lichtempfangselementes 31 angeordnet sind. Das Lichtempfangselement 31 ist an eine arithmetische Steuerschaltung (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 Umschaltspiegel 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 Umschaltspiegel 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 Messlichtes einzustellen.
Bekanntlich arbeitet ein Entfernungsmesser wie der optische Entfernungsmesser 20 in zwei verschiedenen Zuständen: In einem Zustand wird das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht auf den festen Spiegel 25 geführt. Im anderen Zustand wird das gleiche Licht als internes Referenzlicht direkt der Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die beiden eben genannten Zustände sind durch den Umschaltzustand des Umschaltspiegels 28 festgelegt, 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 wellenlängenselektiven Spiegel 22 und den Empfangsspiegel 1b auf die Eintrittsfläche 26a. Anschließend 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 Umschaltspiegel 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 Zeitdifferenz zwischen dem projizierten Licht und dem reflektierten Licht, um so die Entfernung von dem elektronischen Entfernungsmesser zum Zielobjekt zu berechnen. Die berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt. Wie die Entfernung aus der Phasendifferenz zwischen projiziertem Licht (externem Licht) und reflektiertem Licht sowie der Anfangsphase des internen Referenzlichtes 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 Phasendifferenzerfassung 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 Defokussierwert und die Richtung der Fokusverschiebung, in der Referenzbildebene 51. 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 Wandlerelementen. Jedes dieser fotoelektrischen Wandlerelemente wandelt das empfangene Licht des Bildes in elektrische Ladungen, die dann integriert, d.h. gesammelt 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 Entfernungsmessung 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 eingefahren und aus diesem zurückgezogen werden kann. Die Negativlinse 72 wird über den in den 4 und 5 dargestellten Negativlinsen-Antriebsmechanismus angetrieben. Wie in den 4 und 5 gezeigt, hat dieser Antriebsmechanismus einen Dreharm 71, an dessen freiem Ende die Negativlinse 72 gehalten ist. Der Antriebsmechanismus 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 Linsenantriebsmotor 73 ist an eine Steuerschaltung 80 angeschlossen, wie 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 zurückgezogenen Stellung Q befindet. Der Dreharm 71, die Negativlinse 72 und der Linsenantriebsmotor 73 bilden eine Vorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers.
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 Negativlinse 72 wird in den Entfernungsmessstrahlengang eingeführt und somit in der Betriebsstellung P, also vor der Kondensorlinse 24, angeordnet, wenn die berechnete Entfernung gleich oder kleiner als 5 m ist. Dagegen wird die Negativlinse 72 aus dem Entfernungsmessstrahlengang zurückgezogen und so in der zurückgezogenen 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 Entfernungsmessstrahlenganges, 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 wellenlängenselektive Filter 22, ohne von dem Sende/Empfangsspiegel 21 gesperrt, d.h. unterbrochen zu werden. Der Sende/Empfangsspiegel 21 sperrt also nur einen geringen Teil des zurückkehrenden Messlichtes. Der Großteil des zurückkehrenden Messlichtes, der auf das wellenlängenselektive Filter 22 trifft, wird an dem Empfangsspiegel 21b und die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 reflektiert. 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. 6 zeigt einen Betriebszustand, in dem das von der Negativlinse 72 zerstreute oder divergente Messlicht auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 trifft. In 6 ist der Strahlengang des divergenten Messlichtes schraffiert oder kreuzschraffiert dargestellt. 7 zeigt einen Teil des in 6 dargestellten Entfernungsmessers in vergrößerter Darstellung. 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 8 zeigt, wodurch die Entfernungsmessung unmöglich oder die Gebrauchs- oder Leistungscharakteristik der Entfernungsmessoperation deutlich beeinträchtigt wird.
9 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das den Codieren 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 elektronische Entfernungsmesser führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend beschriebener 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 scharfgestellt, 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 Entfernungsmessung durchzuführen. Die berechnete Entfernung wird dabei an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.
10 zeigt eine Operation zum Ansteuern der Negativlinse, die unmittelbar nach Einschalten des Entfernungsmessschalters 45 durchgeführt wird. Die in 10 gezeigte Operation wird von der Steuerschaltung 80 ausgeführt. Zunächst wird in Schritt S101 über den Codierer 62 die axiale Position der Fokussierlinse 18 erfasst. Anschließend wird in Schritt S102 unter Bezugnahme auf die in dem Speicher 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 Linsenantriebsmotor 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 Betriebsstellung 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 befindet. 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 zurückgezogene Stellung Q bewegt. Befindet sich die Negativlinse 72 in der zurückgezogenen Stellung Q (JA in Schritt S105), so endet der Steuerablauf.
Durch diese Operation zum Ansteuern der Negativlinse wird letztere in die Betriebsstellung P bzw. die zurückgezogene Stellung Q gebracht, wenn die Fokussierlinse 18 entsprechenden einer kurzen Entfernung bzw. einer langen Entfernung angeordnet ist. Die Negativlinse 72 wird also entsprechend der axialen Position der sich in ihrer Scharfstellposition befindlichen Scharfstelllinse 18 angeordnet, also entsprechend der berechneten Entfernung, so dass sich der Strahldurchmesser des Messlichtes entsprechend der Entfernung von dem elektronischen 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 worden 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 Negativlinse 72 bei weit entferntem Zielobjekt vor der Kollimatorlinse 24 angeordnet, so wird das Messlicht übermäßig zerstreut, wodurch die Intensität des auf die Eintrittsfläche 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.
11 zeigt den Strahlengang des von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen Messlichtes für den Fall, dass ein Tripelreflektor 90 an einem Messpunkt nahe dem elektronischen Entfernungsmesser angeordnet ist. Das auf den Tripelreflektor 90 wird von letzterem nur wenig zerstreut. Selbst bei Verwendung des Tripelreflektors 90 in kurzer Entfernung wird wegen der Negativlinse 72 das Messlicht 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 Autofokussystem ausgestattet. Die Erfindung ist jedoch auch auf einen elektronischen Entfernungsmesser 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 Kurzentfernungsbereich oder dem Langentfernungsbereich liegt.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird die Negativlinse 72 als Vorrichtung zum Ändern des Strahldurchmessers des von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebenen Messlichtes eingesetzt. An Stelle der Negativlinse 72 kann jedoch auch eine Positivlinse verwendet werden. In diesem Fall muss die Positivlinse lediglich so angesteuert werden, dass sie vor der Kollimatorlinse 24 angeordnet 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 Wesentlichen 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 Lichtaussendeelement 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 Zielobjektentfernung nur vorwärts auf die Kollimatorlinse 24 zu und bei im Langentfernungsbereich liegender Zielobjektentfernung rückwärts bewegt werden.
Im oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Porroprisma 12 als Aufrichtoptik und eine Strahlteileroptik verwendet. Die Strahlteileroptik spaltet dabei das eintretende 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 Porroprismas 12 kann auch ein anderes optisches Element verwendet werden.
In dem eben erläuterten Ausführungsbeispiel können die arithmetische Steuerschaltung 40 und die Steuerschaltung 80 in einer einzigen Steuerschaltung integriert werden.

Claims

Elektronischer Entfernungsmesser, umfassend: ein zum Anvisieren eines Objektes bestimmtes Zielfernrohr (10) mit einem Objektiv (11), ein auf der objektabgewandten Seite des Objektivs (11) angeordnetes Reflexionselement (21), einen optischen Entfernungsmesser (20) mit einer Sendeoptik (21a, 24, 25) die eine objektzugewandte Reflexionsfläche (21a) des Reflexionselementes (21) umfasst und über diese objektivzugewandte Reflexionsfläche (21a) Messlicht durch das Objektiv (11) auf das Objekt sendet, und mit einer Empfangsoptik (21b, 22), die eine objektabgewandte Reflexionsfläche (21b) des Reflexionselementes (21) umfasst und über diese objektabgewandte Reflexionsfläche (21b) Licht empfängt, das an dem Objekt reflektiert wird, durch das Objektiv (11) tritt und an der objektzugewandten Reflexionsfläche (21a) des Reflexionselementes (21) vorbeiläuft, eine der Sendeoptik (21a, 24, 25) zugeordnete Vorrichtung (72, 75) zum Ändern des Strahldurchmessers des Messlichtes und eine Steuerung (80) zum Ändern des Strahldurchmessers des Messlichtes in Abhängigkeit der Entfernung des Objektes von dem elektronischen Entfernungsmesser.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (80) die Vorrichtung (72) so ansteuert, dass der Strahldurchmesser vergrößert wird, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet.
Elektronischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement (23) vorgesehen ist, das das Messlicht abgibt, und die Vorrichtung eine Linse (72) enthält, die in Abhängigkeit der Entfernung in einen Strahlengang der Sen deoptik (21a, 24, 25) vor dem Lichtaussendeelement (23) eingeführt und aus diesem zurückgezogen wird.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (72) eine Negativlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang einführt, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Positivlinse ist, welche die Vorrichtung in den Strahlengang einführt, wenn sich das Objekt in einem vorbestimmten Langentfernungsbereich befindet, und aus dem Strahlengang zurückzieht, wenn sich das Objekt in dem vorbestimmten Kurzentfernungsbereich befindet.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtaussendeelement (23) vorgesehen ist, welches das Messlicht ausgibt, und die Vorrichtung eine Verstellvorrichtung (75) ist, die das Lichtaussendeelement (23) entlang der optischen Achse der Sendeoptik (21a, 24, 25) bewegt.
Elektronischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schärfenerfassungsvorrichtung (50), welche eine axiale Position einer zum Scharfstellen auf das Objekt entlang ihrer optischen Achse bewegbaren Fokussierlinse (18) des Zielfernrohrs (10) erfasst, wobei die Vorrichtung (72, 75) in Abhängigkeit der erfassten axialen Position der Fokussierlinse (18) betrieben wird.
Elektronischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (21) ein Parallelplattenspiegel ist, dessen objektzugewandte Reflexionsfläche (21a) und dessen objektabgewandte Reflexionsfläche (21b) parallel zueinander angeordnet sind.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik (21a, 24, 25) eine vor dem Lichtaussendeelement (23) angeordnete Kollimatorlinse (24) enthält und dass die Vorrichtung die Linse (72) in Abhängigkeit der Entfernung in den Strahlengang der Sendeoptik (21a, 24, 25) vor der Kollimatorlinse (24) einführt und aus diesem zurückzieht.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (21b, 22) ein wellenlängenselektives Filter (22) enthält, das zwischen dem Objektiv (11) und der Fokussierlinse (18) angeordnet ist.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Motor (60) zum Bewegen der Linse (72) enthält.
Elektronischer Entfernungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Autofokus-Entfernungsmesser ist, bei dem ein Autofokus-Antriebssystem (19a, 60, 61) die Fokussierlinse (18) entsprechend dem von der Schärfenerfassungsvorrichtung (50) erfassten Fokussierzustand so antreibt, dass auf das Objekt scharfgestellt wird, und die Steuerung (80) den Stahldurchmesser über die Vorrichtung (72) in Abhängigkeit der von der Schärfenerfassungsvorrichtung (50) erfassten Linsenposition der Fokussierlinse (18) ändert.