DE10122936A1 - Vermessungsinstrument mit einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung und einer Strahlteileroptik - Google Patents
Vermessungsinstrument mit einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung und einer StrahlteileroptikInfo
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Abstract
Ein Vermessungsinstrument enthält ein Zielfernrohr zum Anvisieren eines Objektes, eine Strahlteileroptik, die zwischen einer Objektivlinse und einem Okular angeordnet ist und einen wellenlängenselektiven Spiegel hat, der Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert und Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt, einen optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik zum Aussenden von Messlicht auf das Objekt und einer Empfangsoptik zum Empfangen des an dem Objekt reflektierten Lichtes und eine nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitende Schärfenerfassungsvorrichtung, die einen Scharfstellzustand aus der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und den wellenlängenselektiven Spiegel treten. Die beiden Pupillenbereiche sind so angeordnet, dass die Lichtbündel unter gleichem Einfallswinkel auf den wellenlängenselektiven Spiegel treffen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument. Im engeren Sinne betrifft die
Erfindung ein Vermessungsinstrument, das eine Phasendifferenz-Schärfen
erfassungsvorrichtung enthält und eine Strahlteileroptik als Element seines opti
schen Entfernungsmessers einsetzt.
Ein herkömmliches Vermessungsinstrument wie eine Gesamtstation hat eine
Funktion zum Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten sowie des Hori
zontal- und des Vertikalwinkels. Ein solches Vermessungsinstrument misst die
Entfernung zwischen zwei Punkten üblicherweise mit einem elektronischen Ent
fernungsmesser, kurz EDM, der in dem Vermessungsinstrument untergebracht
oder an diesem montiert ist. Der elektronische Entfernungsmesser enthält einen
optischen Entfernungsmesser, der die Entfernung über die Phasendifferenz
zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht sowie die Anfangsphase von
internem Referenzlicht oder aber über die Zeitdifferenz zwischen projiziertem Licht
und reflektiertem Licht berechnet. Der optische Entfernungsmesser hat eine
Sendeoptik (Transmissionsoptik), die über die Objektivlinse eines eine Kompo
nente des elektronischen Entfernungsmessers bildenden Ziel-Kollimations
fernrohrs auf das Zielobjekt aussendet, und eine Empfangsoptik, die das an dem
Zielobjekt reflektierte Licht empfängt.
Unter den herkömmlichen Vermessungsinstrumenten, die mit einem solchen
elektronischen Entfernungsmesser ausgestattet sind, ist ein Vermessungsinstru
ment bekannt, das ein Prisma mit einem dichroitischen Spiegel (wellenlängense
lektiver Spiegel) verwendet, der als Strahlteileroptik dient. Ein solches Prisma mit
einem dichroitischen Spiegel wird im Folgenden als "dichroitisches Prisma" be
zeichnet. Der dichroitische Spiegel reflektiert Licht mit bestimmten Wellenlängen,
während er Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt. Das dichroitische Prisma
ist zwischen der Objektivlinse und dem Okular des Zielfernrohrs angeordnet, so
dass das von einem Lichtaussendeelement abgegebene Messlicht an dem
dichroitischen Spiegel des dichroitischen Prismas über die Objektivlinse des
Zielfernrohrs auf das Zielobjekt reflektiert wird. Das an dem Zielobjekt reflektierte
und durch die Objektivlinse tretende Licht wird selektiv an dem dichroitischen
Spiegel reflektiert, um dann auf ein Lichtempfangselement zuzulaufen.
In der Entwicklung von Vermessungsinstrumenten, die mit einem Zielfernrohr mit
Autofokussystem versehen sind, wurden in der Vergangenheit Fortschritte ge
macht, wobei für die Autofokusoperation weitläufig ein nach dem Prinzip der
Phasendifferenzerfassung arbeitendes Autofokussystem eingesetzt wird. Bei
diesem System wird der Scharfstellzustand auf Grundlage der Korrelation zwi
schen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die bei
ihrem Durchtritt durch verschiedene Teile der Objektivlinse des Zielfernrohrs durch
zwei verschiedene Pupillenbereiche treten. Auf diese Weise wird das Zielfernrohr
in Abhängigkeit des erfassten Scharfstellzustandes fokussiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vermessungsinstrument mit einer Phasendiffe
renz-Schärfenerfassungsvorrichtung anzugeben, das eine Strahlteileroptik als
Element seines optischen Entfernungsmessers einsetzt, wobei sowohl der opti
sche Entfernungsmesser als auch die Phasendifferenz-Schärfenerfassungs
vorrichtung mit hoher Genauigkeit arbeiten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe 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 einen elektronischen Autofokus-Entfernungsmesser mit einer Pha
sendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung und einer Strahlteiler
optik als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf grundlegende optische Komponenten des in Fig.
1 gezeigten elektronischen Entfernungsmessers,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen in dem elektronischen Entfernungsmesser
nach Fig. 1 gezeigten Antriebsmechanismus für einen Um
schaltspiegel in Blickrichtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeils III,
Fig. 4 die Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung (AF-Einheit) und
ein Porroprismenaufrichtsystem in Blickrichtung des in Fig. 1 darge
stellten Pfeils IV,
Fig. 5 eine Vorderansicht einer Objektivlinse eines Zielfernrohrs des elek
tronischen Entfernungsmessers zur Erläuterung der relativen Anord
nung von zwei Pupillenbereichen auf der Objektivlinse und eines ge
strichelt dargestellten dichroitischen Prismas in Blickrichtung der in
Fig. 1 dargestellten Pfeile V,
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 mit einem Vergleichsbeispiel
eines elektronischen Entfernungsmessers, bei dem zwei Lichtbün
del, die durch zwei Pupillenbereiche auf der Objektivlinse treten,
unter verschiedenen Einfallswinkeln auf die wellenlängenselektive
Fläche des dichroitischen Prismas treffen,
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 2 mit dem in Fig. 6 gezeigten
Vergleichsbeispiel,
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 mit einem weiteren Ver
gleichsbeispiel eines elektronischen Entfernungsmessers, bei dem
zwei Lichtbündel, die durch die beiden Pupillenbereiche auf der Ob
jektivlinse treten, unter verschiedenen Eintrittswinkeln auf die wel
lenlängenselektive Fläche des dichroitischen Prismas treffen,
Fig. 9 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 2 mit dem in Fig. 8 gezeigten
Vergleichsbeispiel, und
Fig. 10 eine Vorderansicht einer AF-Einheit und eines Porroprismenaufricht
systems, die in den Fig. 8 und 9 gezeigt sind, in Blickrichtung des in
Fig. 9 dargestellten Pfeils X.
Fig. 1 zeigt einen mit einem Autofokussystem ausgestatteten elektronischen
Entfernungsmesser als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser elektronische
Entfernungsmesser kann in einem Vermessungsinstrument wie einer Gesamtsta
tion untergebracht oder an diesem montiert sein. Der elektronische Entfernungs
messer ist mit einem kubischen dichroitischen Prisma 21 versehen, das als
Strahlteileroptik dient. Das dichroitische Prisma 21 besteht aus zwei Rechtwin
kelprismen, die aneinandergeklebt sind. Das Prisma 21 hat einen dichroitischen
Spiegel 21a (wellenlängenselektiver Spiegel), der an der Grenzfläche zwischen
den beiden Rechtwinkelprismen ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Grenzfläche
mit einem speziellen Metallmaterial beschichtet, um so den dichroitischen Spiegel
21a auszubilden. Der elektronische Entfernungsmesser hat ein Zielfernrohr 10
(Zielfernrohroptik) und einen optischen Entfernungsmesser 20. Wie in Fig. 1
gezeigt, hat das Zielfernrohr 10 eine Objektivlinse 11, eine Fokussierlinse 18, ein
Porroprismenaufrichtsystem 12 (Aufrichtoptik), eine Bildebenenplatte 13 (Faden
kreuzplatte) und ein Okular 14, die von der Objektseite her betrachtet, d. h. in Fig.
1 von links nach rechts, angeordnet sind. Auf der Bildebenenplatte 13 ist ein
Fadenkreuz 15 vorgesehen. Die Fokussierlinse 18 ist längs einer optischen Achse
O des Zielfernrohrs 10 geführt. Das durch die Objektivlinse 11 erzeugte Bild eines
Zielobjektes 16 kann präzise auf die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderflä
che der Bildebenenplatte 13 scharfgestellt werden, indem die axiale Position der
Fokussierlinse 18 entsprechend der Entfernung des Zielobjektes 16 von dem
Zielfernrohr 10 eingestellt wird. Der Benutzer des Vermessungsinstrumentes
visiert über das Okular 14 ein vergrößertes Bild des Zielobjektes 16 an, das auf
die Bildebenenplatte 13 fokussiert ist.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen der Objektivlinse 11 und der
Fokussierlinse 18 das vorstehend genannte dichroitische Prisma 21. Das dichroi
tische Prisma 21 bildet ein Element des optischen Entfernungsmessers 20 und ist
über eine nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung fest hinter der Objektivlinse
11 angeordnet. Das dichroitische Prisma 21 enthält den vorstehend genannten
dichroitischen Spiegel 21a, der Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert,
während er Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt. Das dichroitische Prisma
21 ist auf der optischen Achse O so angeordnet, dass der dichroitische Spiegel
21a gegenüber einer zur optischen Achse O senkrechten Ebene um einen be
stimmten Winkel geneigt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt
dieser Winkel 45°.
Der optische Entfernungsmesser 20 hat oberhalb des dichroitischen Prismas 21
ein Lichtaussendeelement 23, z. B. eine Laserdiode, das ein Element des opti
schen Entfernungsmessers 20 bildet. Das Lichtaussendeelement 23 gibt Licht
(Messlicht) einer bestimmten Wellenlänge ab, wobei diese Wellenlänge in dem
Wellenlängenbereich des Lichtes liegt, das von dem dichroitischen Spiegel 21a
des dichroitischen Prismas 21 reflektiert wird. Das von dem Lichtaussendeele
ment 23 abgegebene Messlicht (nach außen projiziertes Licht) wird an dem
dichroitischen Spiegel 21a so reflektiert, dass es über die Objektivlinse 11 auf das
Zielobjekt 16 ausgesendet wird. Das Lichtaussendeelement 23 und der dichroiti
sche Spiegel 21a bilden Elemente einer Sende- oder Transmissionsoptik des
optischen Entfernungsmessers 20. Das Messlicht, das an dem Zielobjekt 16
reflektiert wird und die durch die Objektivlinse 11 tritt, wird wieder an dem dichroi
tischen Spiegel 21a reflektiert. Dabei gehen die auf den dichroitischen Spiegel
21a treffenden Lichtbündel, deren Wellenlänge nicht in dem Wellenlängenbereich
des an dem dichroitischen Spiegel 21a reflektierten Lichtes liegen, durch den
dichroitischen Spiegel 21a hindurch.
Ein Rechtwinkelprisma 22, das ein Element des optischen Entfernungsmessers
20 bildet, ist zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und dem dichroitischen
Prisma 21 angeordnet. Das Rechtwinkelprisma 22 ist auf einer Seite (in Fig. 3 der
oberen Seite) einer in Fig. 3 dargestellten Ebene F angeordnet, welche die opti
sche Achse eines Lichtempfangselementes 31 sowie die optische Achse des
Lichtaussendeelementes 23 enthält, so dass das Messlicht, das an dem dichroiti
schen Spiegel 21a reflektiert wird und auf eine Reflexionsfläche 22a des Recht
winkelprismas 22 trifft, an der Reflexionsfläche 22a auf das Lichtempfangsele
ment 31 reflektiert wird. Der dichroitische Spiegel 21a, die Reflexionsfläche 22a
und das Lichtempfangselement 31 bilden Elemente einer Empfangsoptik des
optischen Entfernungsmessers 20.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Rechtwinkelprisma 22
und dem Lichtaussendeelement 23 in einem Entfernungsmessstrahlengang ein
Umschaltprisma 28 und ein erstes ND-Filter 29. Das Umschaltprisma 28 kann um
einen Schwenkzapfen 28a zwischen einer in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie
angedeuteten ausgefahrenen Stellung und einer in Fig. 3 mit einer durchgezoge
nen Linie angedeuteten zurückgezogenen Stellung geschwenkt werden. Das von
dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht trifft auf einen ersten festen
Spiegel 24a, an dem es reflektiert wird und so über einen zweiten festen Spiegel
24b als internes Referenzlicht auf das Lichtempfangselement 31 trifft, wenn sich
das Umschaltprisma 28 in der ausgefahrenen Stellung befindet. Dagegen trifft das
von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht direkt auf den dichroiti
schen Spiegel 21a des dichroitischen Prismas 21, wenn sich das Umschaltprisma
28 in der zurückgezogenen Stellung befindet. Das erste ND-Filter 29 dient dazu,
die Lichtmenge des auf das Zielobjekt 16 treffenden Messlichtes einzustellen.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Rechtwinkelprisma 22
und dem Lichtempfangselement 31 ein zweites ND-Filter 32 und ein Bandpassfil
ter 34, die in dieser Reihenfolge von dem Rechtwinkelprisma 22 zu dem Licht
empfangselement 31 hin angeordnet sind. Das Lichtempfangselement 31 ist an
eine arithmetische Steuerschaltung 40 (Steuerung) angeschlossen. Die arithmeti
sche Steuerschaltung 40 ist mit einem Stellglied 41, welches das Umschaltprisma
28 bewegt, und einer Anzeigevorrichtung 42, z. B. einem LCD-Feld, verbunden,
die die berechnete Entfernung anzeigt.
Bekanntlich arbeitet ein optischer Entfernungsmesser wie der Entfernungsmesser
20 in zwei verschiedenen Betriebszuständen: In einem Zustand wird das von dem
Lichtaussendeelement 23 abgegebene Licht als Messlicht dem dichroitischen
Prisma 21 zugeführt. Im anderen Zustand wird das Licht als internes Referenzlicht
dem festen Spiegel 24a zugeführt. Die beiden vorstehend genannten Zustände
sind durch den Umschaltzustand des Umschaltprismas 28 festgelegt, das die
Steuerschaltung 40 über das Stellglied 41 ansteuert. Wie oben erläutert, wird das
dem dichroitischen Prisma 21 zugeführte Messlicht über den dichroitischen Spie
gel 21a und die Objektivlinse 11 auf das Zielobjekt 16 projiziert. Das an dem
Zielobjekt 16 reflektierte Messlicht trifft dann über die Objektivlinse 11, den
dichroitischen Spiegel 21a, die Reflexionsfläche 22a, das zweite ND-Filter 32 und
das Bandpassfilter 34 auf das Lichtempfangselement 31. Die arithmetische Steu
erschaltung 40 erfasst die Phasendifferenz zwischen dem projizierten, d. h. dem
ausgesendeten Licht und dem reflektierten Licht sowie die Anfangsphase des
internen Referenzlichtes, das dem Lichtempfangselement 31 über das Umschalt
prisma 28, den ersten festen Spiegel 24a und den zweiten festen Spiegel 24b
zugeführt wird, oder sie erfasst die Zeitdifferenz zwischen dem projizierten Licht
und dem reflektierten Licht, um die Entfernung des Zielobjektes 16 von dem
elektronischen Entfernungsmesser zu berechnen. Die so berechnete Entfernung
wird dann an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt. Das Berechnen der Entfer
nung aus der Phasendifferenz zwischen projiziertem und reflektiertem Licht und
der Anfangsphase des internen Referenzlichtes oder aus der Zeitdifferenz zwi
schen projiziertem Licht und reflektiertem Licht ist aus dem Stand der Technik
bekannt.
Das Porroprismenaufrichtsystem 12 hat eine Strahlteilerfläche, die das auftreffen
de Licht in zwei Lichtbündel teilt, von denen eines auf eine nach dem Prinzip der
Phasendifferenzerfassung arbeitende AF-Sensoreinheit (Phasendifferenz-
Schärfenerfassungsvorrichtung) 50, im Folgenden kurz als AF-Einheit bezeichnet,
zuläuft, während das andere Lichtbündel auf das Okular 14 zuläuft. Zwischen dem
Porroprismenaufrichtsystem 12 und der AF-Einheit 50 befindet sich eine Refe
renzbildebene 51 an einer Stelle, die optisch äquivalent zu der Position ist, an der
das Fadenkreuz der Bildebenenplatte 13 angeordnet ist. Die AF-Einheit 50 erfasst
den Scharfstellzustand (Defokuswert und Richtung der Fokusverschiebung) in der
Referenzbildebene. Fig. 4 zeigt die AF-Einheit 50 und das Porroprismenaufricht
system 12. Die AF-Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 52, ein Paar Separator
linsen 53 und ein Paar Zeilensensoren 54, z. B. Mehrsegment-CCD-Sensoren, die
hinter den Separatorlinsen 53 angeordnet sind. Die beiden Separatorlinsen 53
sind dabei um die Basislänge voneinander beabstandet. Das in der Referenzbil
debene 51 erzeugte Bild des Zielobjektes 16 wird von den beiden Separatorlinsen
53 in zwei Bilder getrennt, die auf den beiden Zeilensensoren 54 erzeugt werden.
Die Zeilensensoren 54 enthalten jeweils eine Anordnung fotoelektrischer Wand
lerelemente. Jedes dieser Wandlerelemente wandelt das empfangene Licht eines
Bildes in elektrische Ladungen, die integriert, d. h. gesammelt werden, und gibt die
integrierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten an die Steuerschaltung 40 aus.
Die Steuerschaltung 40 berechnet in einer vorgegebenen Defokusoperation einen
Defokuswert in Abhängigkeit des ihr von den beiden Zeilensensoren 54 zuge
führten AF-Sensordatenpaars. In einer Autofokusoperation steuert die Steuer
schaltung 40 die Objektivlinse 11 über einen in Fig. 1 gezeigten Linsenantrieb 43
entsprechend dem berechneten Defokuswert so an, dass auf das Zielobjekt 16
scharfgestellt wird. Die Defokusoperation ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Ein AF-Schalter 44 zum Starten der AF-Operation und ein Entfernungsmess
schalter 45 zum Starten der Entfernungsmessung sind an die Steuerschaltung 40
angeschlossen.
Die AF-Einheit 50 erfasst einen Scharfstellzustand aus den beiden Bildern, die
von den beiden Lichtbündeln, die durch die beiden verschiedenen Pupillenberei
che 11A und 11B (vgl. Fig. 5) der Objektivlinse 11 treten, auf den beiden Zeilen
sensoren 54 erzeugt werden. Die Form der Pupillenbereiche 11A und 11B kann
dabei jeweils durch die Form der Blende, die an einer zugehörigen Separatormas
ke 55 eines Maskenpaars ausgebildet ist, festgelegt werden, wobei die beiden
Separatormasken 55 zwischen der Kondensorlinse 52 und den beiden Separator
linsen 53 in der Nähe der beiden Separatorlinsen 53 angeordnet sind.
Fig. 5 zeigt die relative Anordnung der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B
sowie die relative Anordnung des dichroitischen Prismas 21 (dichroitischer Spiegel
21a) und der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B. Obgleich die Positionen, die
Formen und die Ausrichtungen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B durch
die Kondensorlinse 52, die beiden Separatorlinsen 53, die beiden Separatormas
ken 55 und die Anordnung der fotoelektrischen Wandlerelemente auf jedem
Zeilensensor 54 so festgelegt sind, dass die Autofokus-Leistungsanforderungen
erfüllt sind, können die Ausrichtungen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B,
d. h. ihre jeweilige Ausrichtung relativ zur Mitte der Objektivlinse 11, vergleichswei
se frei festgelegt werden.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungs
messers sind die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B so orientiert, dass zwei
Lichtbündel La und Lb, von denen das eine durch den einen Pupillenbereich und
das andere durch den anderen Pupillenbereich der Objektivlinse 11 tritt, unter
dem gleichen Eintrittswinkel auf den dichroitischen Spiegel 21a treffen, wie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B sind also so
angeordnet, dass eine Ebene, die durch die Zentren der Pupillenbereiche 11A
und 11B läuft, im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene angeordnet ist, welche
die Achse des auf den dichroitischen Spiegel 21a auftreffenden Lichtes und die
Achse des an dem dichroitischen Spiegel 21a reflektierten Lichtes enthält. Ob
gleich das Transmissionsvermögen des dichroitischen Spiegels 21a in Abhängig
keit des Eintrittswinkels des auf ihn treffenden Lichtes variiert, treten die beiden
Lichtbündel La und Lb mit demselben Transmissionsgrad durch den dichroiti
schen Spiegel 21a, da sie unter gleichem Eintrittswinkel auf diesen treffen. Die
beiden Zeilensensoren 54 empfangen die durchgelassenen Anteile der beiden
Lichtbündel La und Lb, welche die gleiche Lichtmenge haben, wodurch eine
Autofokusoperation mit hoher Genauigkeit möglich wird.
Das Porroprismenaufrichtsystem 12 hat die oben genannte Strahlteilerfläche, die
gegenüber einer zur optischen Achse O des Zielfernrohrs senkrechten Ebene
geneigt ist. Die beiden durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche 11A und
11B der Objektivlinse 11 sowie durch den dichroitischen Spiegel 21a und die
Fokussierlinse 18 tretenden Lichtbündel treffen auf diese Strahlteilerfläche. Da in
dem erläuterten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers das
Porroprismenaufrichtsystem 12 so angeordnet ist, dass diese beiden Lichtbündel,
die durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche 11A und 11B der Objek
tivlinse 11 sowie den dichroitischen Spiegel 21a und die Fokussierlinse 18 treten,
ebenfalls unter gleichem Eintrittswinkel auf die geneigte Strahlteilerfläche treffen,
tritt während der Autofokusoperation kein Lichtmengenunterschied zwischen den
beiden Lichtbündeln infolge unterschiedlicher Eintrittswinkel auf, unter denen die
Lichtbündel auf die geneigte Strahlteilerfläche treffen. Die Autofokusoperation ist
deshalb nicht durch Lichtmengenunterschiede der beiden Lichtbündel beeinträch
tigt.
Der mit dem wie oben erläutert aufgebauten Autofokussystem ausgestattete
elektronische Entfernungsmesser führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend
erläuterter Weise durch.
Im ersten Schritt visiert der Benutzer mit dem Zielfernrohr 10 das Zielobjekt 16 so
an, dass die optische Achse O des Zielfernrohrs 10 im Wesentlichen auf das
Zielobjekt 16 ausgerichtet ist, während er das Zielobjekt 16 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
Autofokusoperation durchzuführen, in der die Fokussierlinse 18 in ihre Scharf
stellposition relativ zu dem Zielobjekt 16 bewegt wird. Im dritten Schritt stellt der
Benutzer bei auf das Zielobjekt 16 scharfgestelltem Zielfernrohr 10 die Ausrich
tung des Zielfernrohrs 10 so ein, dass das durch das Okular 14 zu sehende Fa
denkreuz 15 präzise auf das Zielobjekt 16 zentriert ist. Dabei blickt der Benutzer in
das Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschal
ter 45, um die oben erläuterte Entfernungsmessung durchzuführen. Die berech
nete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Vergleichsbeispiel des elektronischen Entfernungs
messers, das mit dem erläuterten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfer
nungsmessers zu vergleichen ist. Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen ein weiteres Ver
gleichsbeispiel. In jedem dieser beiden (unvorteilhaften) Vergleichsbeispiele
treffen die beiden Lichtbündel La und Lb, die durch die beiden verschiedenen
Pupillenbereiche 11A und 11B der Objektivlinse 11 treten, unter verschiedenen
Eintrittswinkeln auf den dichroitischen Spiegel 21a. In dem in den Fig. 6 und 7
gezeigten Vergleichsbeispiel ist das in den Fig. 1 und 2 gezeigte dichroitische
Prisma 21 um 90° um die optische Achse des Zielfernrohrs 10 gedreht. In dem
anderen, in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigten Vergleichsbeispiel ist die Anordnung
des Porroprismensystems 12 und der AF-Einheit 50 verschieden von der in den
Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung. Wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, treffen in
den beiden Vergleichsbeispielen die beiden Lichtbündel La und Lb, die durch die
verschiedenen Pupillenbereiche 11A und 11B der Objektivlinse 11 treten, jeweils
unter verschiedenen Eintrittswinkeln auf den dichroitischen Spiegel 21a. Dadurch
empfangen die beiden Zeilensensoren 54 die beiden Lichtbündel mit verschiede
nen Lichtmengen, was sich nachteilig auf die Autofokusoperation auswirkt.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers
wird das mit dem dichroitischen Spiegel 21a versehene dichroitische Prisma 21
als Strahlteileroptik eingesetzt. Das dichroitische Prisma 21 kann jedoch durch
eine Planparallelplatte ersetzt werden, die eine Fläche hat, an der ein dichroiti
scher Spiegel ausgebildet ist. In diesem Fall ist eine Autofokusoperation mit hoher
Genauigkeit möglich, indem die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B so orientiert
werden, dass die beiden Lichtbündel La und Lb, die durch die beiden verschiede
nen Pupillenbereiche 11A und 11B der Objektivlinse 11 treten, unter gleichem
Eintrittswinkel auf den dichroitischen Spiegel der Planparallelplatte treffen.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, arbeiten bei dem mit einer Phasendiffe
renz-Schärfenerfassungsvorrichtung und einer Strahlteileroptik versehenen Ver
messungsinstrument sowohl der optische Entfernungsmesser als auch die Pha
sendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung selbst dann mit hoher Genauigkeit,
wenn die Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung in einem Vermes
sungsinstrument enthalten ist, in dem eine Strahlteileroptik als Element des opti
schen Entfernungsmessers eingesetzt wird.
Claims (12)
1. Vermessungsinstrument mit
einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes,
einer zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Strahlteiler optik mit einem wellenlängenselektiven Spiegel, der gegenüber einer zur Achse des Zielfernrohrs senkrechten Ebene geneigt und so ausgebildet ist, dass er Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert und Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die über den wellenlängenselektiven Spiegel Messlicht auf das Objekt sendet, und einer Empfangsoptik, die das an dem Objekt reflektierte Licht über den wellenlän genselektiven Spiegel empfängt,
einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die einen Scharfstell zustand aus der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und den wellenlängenselektiven Spiegel treten,
wobei die beiden verschiedenen Pupillenbereiche so angeordnet sind, dass die beiden durch sie tretenden Lichtbündel unter gleichem Eintrittswinkel auf den wellenlängenselektiven Spiegel treffen.
einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes,
einer zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Strahlteiler optik mit einem wellenlängenselektiven Spiegel, der gegenüber einer zur Achse des Zielfernrohrs senkrechten Ebene geneigt und so ausgebildet ist, dass er Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert und Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die über den wellenlängenselektiven Spiegel Messlicht auf das Objekt sendet, und einer Empfangsoptik, die das an dem Objekt reflektierte Licht über den wellenlän genselektiven Spiegel empfängt,
einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die einen Scharfstell zustand aus der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und den wellenlängenselektiven Spiegel treten,
wobei die beiden verschiedenen Pupillenbereiche so angeordnet sind, dass die beiden durch sie tretenden Lichtbündel unter gleichem Eintrittswinkel auf den wellenlängenselektiven Spiegel treffen.
2. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der wellenlängenselektive Spiegel einen dichroitischer Spiegel enthält.
3. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein
zwischen der Strahlteileroptik und dem Okular angeordnetes Porroprismen
aufrichtsystem.
4. Vermessungsinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schärfenerfassungsvorrichtung eine dem Porroprismenaufrichtsystem
benachbarte AF-Sensoreinheit enthält, die das von dem Porroprismenauf
richtsystem reflektierte Licht empfängt.
5. Vermessungsinstrument nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Zielfernrohr eine Schärfeneinstelllinse enthält, die zwischen der
Strahlteileroptik und dem Porroprismenaufrichtsystem angeordnet ist.
6. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der optische Entfernungsmesser ein Lichtaus
sendeelement zum Ausgeben des Messlichtes und ein Lichtempfangsele
ment enthält, welches das an dem Objekt reflektierte und von der Emp
fangsoptik empfangene Messlicht empfängt.
7. Vermessungsinstrument mit
einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes,
einem zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Strahltei lersystem mit einem wellenlängenselektiven Spiegel, der zu einer zur Achse des Zielfernrohrs senkrechten Ebene geneigt und so ausgebildet ist, dass er Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert und Licht mit anderen Wellen längen durchlässt,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die Messlicht über einen wellenlängenselektiven Spiegel auf das Objekt sendet, und einer Empfangsoptik, die das an dem Objekt reflektierte Licht über den wellenlän genselektiven Spiegel empfängt, und
einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die einen Scharfstell zustand aus der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und den wellenlängenselektiven Spiegel treten,
wobei die beiden verschiedenen Pupillenbereiche so angeordnet sind, dass eine Ebene, die durch die Zentren der beiden Pupillenbereiche läuft, im We sentlichen senkrecht zu einer Ebene angeordnet ist, welche die Achse des auf den wellenlängenselektiven Spiegel treffenden Lichtes und die Achse des an dem wellenlängenselektiven Spiegel reflektierten Lichtes enthält.
einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes,
einem zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Strahltei lersystem mit einem wellenlängenselektiven Spiegel, der zu einer zur Achse des Zielfernrohrs senkrechten Ebene geneigt und so ausgebildet ist, dass er Licht mit bestimmten Wellenlängen reflektiert und Licht mit anderen Wellen längen durchlässt,
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Sendeoptik, die Messlicht über einen wellenlängenselektiven Spiegel auf das Objekt sendet, und einer Empfangsoptik, die das an dem Objekt reflektierte Licht über den wellenlän genselektiven Spiegel empfängt, und
einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die einen Scharfstell zustand aus der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und den wellenlängenselektiven Spiegel treten,
wobei die beiden verschiedenen Pupillenbereiche so angeordnet sind, dass eine Ebene, die durch die Zentren der beiden Pupillenbereiche läuft, im We sentlichen senkrecht zu einer Ebene angeordnet ist, welche die Achse des auf den wellenlängenselektiven Spiegel treffenden Lichtes und die Achse des an dem wellenlängenselektiven Spiegel reflektierten Lichtes enthält.
8. Vermessungsinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der wellenlängenselektive Spiegel einen dichroitischen Spiegel enthält.
9. Vermessungsinstrument nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein
Porroprismenaufrichtsystem, das zwischen der Strahlteileroptik und dem
Okular angeordnet ist.
10. Vermessungsinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schärfenerfassungsvorrichtung eine AF-Sensoreinheit enthält, die dem
Porroprismenaufrichtsystem benachbart ist und das von dem Porroprismen
aufrichtsystem reflektierte Licht empfängt.
11. Vermessungsinstrument nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, dass das Zielfernrohr eine Schärfeneinstelllinse enthält, die zwischen
der Strahlteileroptik und dem Porroprismenaufrichtsystem angeordnet ist.
12. Vermessungsinstrument nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, dass der optische Entfernungsmesser ein Lichtaussendee
lement, welches das Messlicht ausgibt, und ein Lichtempfangselement ent
hält, welches das an dem Objekt reflektierte und von der Empfangsoptik
empfangene Messlicht empfängt.
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