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Die
Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument mit einem Zielfernrohr
und einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung
zum Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielfernrohrs.
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Ein
herkömmliches
Vermessungsinstrument wie eine Gesamtstation hat eine Funktion zum
Messen des Abstandes zwischen zwei Punkten sowie des Horizontal-
und des Vertikalwinkels. Ein solches Vermessungsinstrument, wie
es z.B. in der Druckschrift
DE 198 02 379 A1 beschrieben ist, wird an
verschiedenen Standorten, z.B. in den Bergen, verwendet, so dass
es klein und einfach zu tragen sein sollte. Der Entfernungsmessbereich
des Vermessungsinstrumentes reicht üblicherweise von etwa 1 m bis zu
einigen Kilometern. Um Messungen bei großen Entfernungen möglich zu
machen, ist für
das Vermessungsinstrument ein langbrennweitiges und hochauflösendes Zielfernrohr
mit hoher Vergrößerung erforderlich.
Um Messungen bei großen
Entfernungen ohne Vergrößerung der
Abmessungen und des Gewichtes des Zielfernrohrs zu ermöglichen, muss
eine lange Brennweite mit einem Zielfernrohr geringer Länge realisiert
werden. Um das Zielfernrohr zu miniaturisieren, darf ferner die
wirksame Blende der Objektivlinse des Zielfernrohrs nicht zu groß gemacht
werden, wodurch für
gewöhnlich
die f-Zahl ansteigt
und so die Helligkeit des durch das Zielfernrohr betrachteten Bildes
abnimmt.
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In
den vergangenen Jahren wurde ein als Entfernungsmessgerät dienendes
Vermessungsinstrument entwickelt, bei dem es nicht erforderlich
ist, einen Tripel reflektor an einem Messpunkt anzuordnen. Da in
der Optik eines solchen Vermessungsinstrumentes das Messlicht längs der
optischen Achse des Zielfernrohrs auf ein Zielobjekt projiziert
wird, ist in dem Zielfernrohr auf dessen optischer Achse ein Lichtsendespiegel
angeordnet. Der Sendespiegel ist üblicherweise an der Vorderfläche einer
transparenten, planparallelen Platte ausgebildet. An der Rückfläche dieser
planparallelen Platte ist ein Lichtempfangsspiegel ausgebildet,
der das an dem Zielobjekt reflektierte Messlicht empfängt. Obgleich
es im Hinblick darauf, dass eine ausreichende Menge an Messlicht
empfangen wird, von Vorteil ist, dass der Empfangsspiegel groß ist, wird
durch einen großen Empfangsspiegel
der von der Objektivlinse zum Okular des Zielfernrohrs verlaufende
Strahlengang in starkem Ausmaß gesperrt.
Ein solches Vermessungsinstrument ist in der Druckschrift
DE 198 40 049 A1 beschrieben.
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In
der Entwicklung eines solchen Vermessungsinstrumentes wurden dahingehend
Fortschritte gemacht, dass es ein Autofokussystem enthält, um das
Zielfernrohr automatisch auf das Zielobjekt scharfzustellen. Ein
solches Vermessungsinstrument, von dem die Erfindung ausgeht, ist
aus der Druckschrift
DE
195 490 48 A1 bekannt. Als Autofokussystem wird weitläufig ein
auf dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung beruhendes Autofokussystem
eingesetzt. In einem solchen Phasendifferenz-Autofokussystem wird
der Scharfstellzustand auf Grundlage der Korrelation zwischen zwei
Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die bei
ihrem Durchgang durch verschiedene Teile einer Objektivlinse des
Zielfernrohrs durch zwei verschiedene Pupillenbereiche treten, um
das Zielfernrohr entsprechend dem erfassten Scharfstellzustand scharfzustellen.
Das Phasendifferenz-Autofokussystem enthält insbesondere eine Kondensorlinse,
ein Paar Separatorlinsen als Bilderzeugungslinsen und ein Paar Liniensensoren.
Die beiden Separatorlinsen sind um die Basislänge voneinander beabstandet. Das
in einer Referenzbildebene erzeugte Bild des Zielobjektes wird über die
Kondensorlinse und die beiden Separatorlinsen in zwei Bilder getrennt,
die jeweils auf einem zugehörigen
der beiden Liniensensoren erzeugt werden. Der Scharfstellzustand
des Zielfernrohrs wird auf Grundlage der Korrelation der beiden
auf den beiden Liniensensoren erzeugten Bildern erfasst.
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Wird
jedoch ein solches Phasendifferenz-Autofokussystem einfach in ein
Zielfernrohr mit einer großen
f-Zahl eingebaut, das eine in einer Linsenfassung geringer Länge untergebrachte
langbrennweitige Optik enthält,
so treten folgende Probleme auf. Obgleich in einer langbrennweitigen
Optik, deren Konstruktionslänge
kurz ist, die Austrittspupille an einem Punkt ausgebildet ist, der
sich äußerst nahe
einem Schärfenpunkt
befindet, können
die beiden oben genannten verschiedenen Pupillenbereiche nicht groß bemessen
sein, da der Lichtempfangsspiegel auf der optischen Achse der Objektivlinse
liegt, die eine vergleichsweise große f-Zahl hat. Um das Vermessungsinstrument
zu miniaturisieren, sollte weiterhin die Brennweite jeder der beiden
Separatorlinsen nicht erhöht
werden, da das Autofokussystem im Hinblick auf die Miniaturisierung
des Vermessungsinstrumentes vorzugsweise klein sein sollte. Da die
Größe eines
einzelnen fotoelektrischen Wandlerelementes, das an jedem der beiden
Liniensensoren vorgesehen ist, unveränderlich ist, muss die Brechkraft
der oben genannten Kondensorlinse des Phasendifferenz-Autofokussystems
stark erhöht werden,
um sicherzustellen, dass die beiden durch die beiden verschiedenen
Pupillenbereiche der Objektivlinse des Zielfernrohrs tretenden Lichtbündel genau
auf die wirksamen Bereiche der beiden Liniensensoren auftreffen.
Wird jedoch die Brechkraft der Kondensorlinse einfach erhöht, so wird
die Aberration auf jedem Liniensensor größer, was die Leistung der Autofokusoperation
verschlechtert. Werden ferner unterschiedliche Typen von Vermessungsinstrumenten,
die auf unterschiedliche Zwecke ausgelegt sind, mit einem Phasendifferenz-Autofokussystem ausgestattet,
so muss dieses speziell auf jedes Vermessungsinstrument ausgelegt
werden, um für
dieses geeignet zu sein und die verschiedenen oben erläuterten
Anforderungen zu erfüllen.
Dies erfordert für
gewöhnlich
eine lange Entwicklungszeit für
die Autofokussysteme und hohe Fertigungskosten.
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Angesichts
der oben erläuterten
Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vermessungsinstrument
mit einem Zielfernrohr und einer nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitenden
Schärfenerfassungsvorrichtung zum
Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielfernrohrs anzugeben, bei
dem die beiden durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche der
Objektivlinse des Zielfernrohrs tretenden Lichtbündel genau auf die wirksamen
Bereiche der beiden Liniensensoren treffen, ohne dabei auf dem jeweiligen
Liniensensor die Aberration zu erhöhen, und das zu geringen Kosten gefertigt
werden kann, ohne dass die Leistung des Autofokussystems beeinträchtigt ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines mit einem Autofokussystem ausgestatteten
elektronischen Entfernungsmessers als Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Schärfenerfassungsvorrichtung und
ein Porroprismenaufrichtsystem in Blickrichtung des in 1 gezeigten
Pfeils II,
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3 eine
Darstellung einer Objektivlinse eines Zielfernrohrs in Blickrichtung
der in 1 gezeigten Pfeile III zur Erläuterung, wie zwei auf der Objektivlinse
festgelegte Pupillenbereiche, ein Sende/Empfangsspiegel und ein
Lichtempfangsleiter zueinander angeordnet sind,
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4 eine
Darstellung eines grundlegenden Teils der in 1 gezeigten
Schärfenerfassungsvorrichtung
mit einem der beiden durch die beiden Pupillenbereiche der Objektivlinse
tretenden Lichtbündel, das über eine
aus zwei Unterlinsengruppen bestehende Kondensorlinsengruppe und
die zugehörige Separatorlinse
auf den zugehörigen
Liniensensor trifft,
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5 eine
Darstellung ähnlich
der nach 3 zur Erläuterung, wie die beiden Pupillenbereiche
auf der Objektivlinse, der Sende/Empfangsspiegel und der Lichtempfangsleiter
zueinander angeordnet sind, wenn die in 1 gezeigte
Schärfenerfassungsvorrichtung
mit der in 4 gezeigten, aus zwei Unterlinsengruppen
bestehenden Kondensorlinsengruppe versehen ist,
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6 eine
Seitenansicht eines Teils des in 1 gezeigten
elektronischen Entfernungsmessers, wenn eine der beiden Unterlinsengruppen
der AF-Einheit einstückig
mit einem an dem Porroprismenaufrichtsystem angeklebten Strahlteilerprisma ausgebildet
ist,
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7 eine
Darstellung ähnlich
der nach 4 zur Erläuterung, wie eines der beiden
durch die beiden auf der Objektivlinse festgelegten Pupillenbereiche
tretenden Lichtbündel über eine
aus einer einzigen Linsengruppe bestehende Kondensorlinsengruppe
auf den zugehörigen
Liniensensor trifft, und
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8 eine
Darstellung ähnlich
der nach 3 zur Erläuterung, wie die beiden auf
der Objektivlinse festgelegten Pupillenbereiche, der Sende/Empfangsspiegel
und der Lichtempfangsleiter zueinander angeordnet sind, wenn die
in 1 gezeigte AF-Einheit mit einer aus einer einzigen
Linsengruppe bestehenden Kondensorlinsengruppe versehen ist.
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Die 1 bis 5 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
eines mit einem Autofokussystem ausgestatteten elektronischen Entfernungsmessers
(EDM) nach der Erfindung. Der elektronische Entfernungsmesser hat
ein Zielfernrohr 10 als Zieloptik und einen optischen Entfernungsmesser 20.
Wie in 1 gezeigt, enthält das Zielfernrohr 10 eine
Objektivlinse 11, eine Fokussierlinse 18, ein
Porroprismenaufrichtsystem 12 als Aufrichtoptik, eine Bildebenenplatte (Fadenkreuzplatte) 13 und
ein Okular 14, die in der genannten Reihenfolge vom Objekt
her, d.h. in 1 von links nach rechts angeordnet
sind. Auf der Bildebenenplatte 13 ist ein Fadenkreuz 15 vorgesehen. Die
Fokussierlinse 18 ist längs
einer optischen Achse des Zielfernrohrs 10 geführt. Das
durch die Objektivlinse 11 erzeugte Bild eines Zielobjektes 16 kann
präzise
auf die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche der
Bildebenenplatte 13 fokussiert 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 ein vergrößertes Bild
des Zielobjektes 16, das auf die Bildebenenplatte 13 fokussiert
ist, über
das Okular 14 an.
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Der
elektronische Entfernungsmesser hat hinter der Objektivlinse 11 des
Zielfernrohrs 10 einen Lichtsende/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 der Objektivlinse 11 angeordnet sind.
Die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche des
Parallelplattenspiegels ist als Sende- oder Transmissionsspiegel 21a ausgebildet,
während
die dem wellenlängenselektiven
Spiegel 22 zugewandte Rückfläche des
Parallelplattenspiegels als Empfangsspiegel 21b ausgebildet
ist. Der Empfangsspiegel 21b und der wellenlängenselektive
Spiegel 22 bilden grundlegende optische Elemente einer
Lichtempfangsoptik des optischen Entfernungsmessers 20.
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Der
optische Entfernungsmesser 20 hat ein Lichtaussendeelement 23,
z.B. eine Laserdiode, das Licht (Messlicht) mit 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 Messlicht, das von dem Lichtaussendeelement 23 auf
den Sendespiegel 21a ausgegeben wird, wird an letzterem
reflektiert, um längs
der optischen Achse der Objektivlinse 11 auf das Zielobjekt 16 zuzulaufen.
Die Kollimatorlinse 24, der feste Spiegel 25 und
der Sendespiegel 21a (Sende/Empfangsspiegel 21)
bilden grundlegende optische Elemente einer Lichtsende- oder Lichttransmissionsoptik
des optischen Entfernungsmessers 20. Der Teil des an dem Zielobjekt 16 reflektierten
und anschließend
durch die Objektivlinse 11 tretenden Messlichtes, der von dem
Sende/Empfangsspiegel 21 nicht gesperrt, d.h. in seiner
Lichtausbreitung nicht gehindert wird, wird schließlich von
dem wellenlängenselektiven
Spiegel 22 zurück
auf den Empfangsspiegel 21b reflektiert. Der Empfangsspiegel 21b reflektiert
anschließend das
auf ihn treffende Messlicht so, dass dieses in eine Eintrittsfläche 26a eines
lichtempfangenden Lichtleiters 26, im Folgenden als Lichtempfangsleiter bezeichnet,
eintritt. Eine Lichtleiterhalterung 27 hält das Eintrittsende
des Lichtempfangsleiters 26, das mit der Eintrittsfläche 26a versehen
ist. Die Lichtleiterhalterung 27 ist über eine nicht dargestellte
Befestigungsvorrichtung, die sich in im Raum hinter der Objektivlinse 11 befindet,
zusammen mit dem Sende/Empfangsspiegel 21 unbeweglich gehalten.
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Der
elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und
dem festen Spiegel 25 in einem Entfernungsmessstrahlengang
einen Umschaltspiegel 28 und ein ND-Filter 29.
Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Licht trifft
als Messlicht 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 Lichtaussendeelement 23 abgegebene Licht an
dem Umschaltspiegel 28 reflektiert, um als internes Referenzlicht
direkt auf die Eintrittsfläche 26a des
Lichtempfangsleiters 26 zu treffen, 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.
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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 dieser Reihenfolge von der Austrittsfläche 26b zum Lichtempfangselement 31 hin
angeordnet sind. Das Lichtempfangselement 31 ist an eine
arithmetische Steuerschaltung (Steuerung) 40 angeschlossen.
Die Steuerschaltung 40 ist mit einem Stellglied 41,
das den Umschaltspiegel 28 ansteuert, und einer Anzeigevorrichtung 42,
z.B. einem LCD-Feld,
verbunden, die die berechnete Entfernung anzeigt.
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Bekanntlich
arbeitet ein optischer Entfernungsmesser wie der Entfernungsmesser 20 in
zwei verschiedenen Betriebszuständen.
In einem ersten Zustand wird das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene
Messlicht dem festen Spiegel 25 zugeführt. In dem anderen Zustand
wird das gleiche Licht als internes Referenzlicht direkt der Eintrittsfläche 26a des
Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die beiden vorstehend
genannten Zustände
sind entsprechend dem Umschaltzustand des Umschaltspiegels 28 festgelegt,
den die Steuerschaltung 40 über das Stellglied 41 ansteuert.
Wie oben erläutert,
wird das dem festen Spiegel 25 zugeführte Messlicht über den Sendespiegel 21a und
die Objektivlinse 11 auf das Zielobjekt 16 projiziert.
Das an dem Zielobjekt 16 reflektierte Messlicht trifft über die
Objektivlinse 11, den wellenlängenselektiven Spiegel 22 und
den Empfangsspiegel 21b auf die Eintrittsfläche 26a.
Anschließend
empfängt
das Lichtempfangselement 31 sowohl das Messlicht, das an
dem Zielobjekt 16 reflektiert 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 den Phasenunterschied zwischen
dem projizierten und dem reflektierten Licht und die Anfangsphase
des internen Referenzlichtes oder die Zeitdifferenz zwischen dem
projizierten und dem reflektierten Licht, um die Entfernung des
Zielobjekts 16 von dem elektronischen Entfernungsmesser
zu berechnen. Die berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 dargestellt.
Eine solche Operation zum Berechnen der Entfernung aus der Phasendifferenz
zwischen projiziertem und reflektiertem Licht und aus der Anfangsphase
des internen Referenzlichtes oder aber aus der Zeitdifferenz zwischen
projiziertem und reflektiertem Licht ist aus dem Stand der Technik
bekannt.
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Das
Porroprismenaufrichtsystem 12 verwendet drei rechtwinklige
Prismen. Ein Strahlteilerprisma (Strahlteileroptik) 12a ist
auf eine vierte Reflexionsfläche
des Porroprismenaufrichtsystems 12 geklebt. Die auf die
vierte Reflexionsfläche
des Porroprismenaufrichtsystems 12 geklebte Fläche des
Strahlteilerprismas 12a ist als halbdurchlässige, z.B.
halbverspiegelte Fläche
ausgebildet und dient als Strahlteilerfläche. Eine nach dem Prinzip
der Phasendifferenzerfassung arbeitende AF-Sensoreinheit 50,
im Folgenden kurz als AF-Einheit bezeichnet, ist in einem Strahlengang
angeordnet, der sich von der Strahlteilerfläche des Strahlteilerprismas 12a aus
erstreckt. Die Strahlteilerfläche
spaltet das auftreffende Lichtbündel
in zwei Lichtbündel
auf, von denen eines auf die AF-Einheit 50 zuläuft, während das
andere auf das Okular 14 zuläuft. Zwischen dem Porroprismenaufrichtsystem 12 und
der AF-Einheit 50 befindet sich eine Referenzbildebene 51,
die an einer Stelle angeordnet ist, die optisch äquivalent zu der Stelle ist,
an der sich das Fadenkreuz 15 der Bildebenenplatte 13 befindet.
Die AF-Einheit 50 erfasst den Scharfstellzustand, d.h.
den Defokuswert und die Richtung der Fokusverschiebung, in der Referenzbildebene 51. 2 zeigt
in einer schematischen Darstellung die AF-Einheit 50 und
das Porroprismenaufrichtsystem 12. Eine Kondensorlinsengruppe 52 besteht
aus einer ersten Unterlinsengruppe 52a und einer zweiten
Unterlinsengruppe 52b (vgl. 4). Die beiden
Unterlinsengruppe 52a und 52b sind in einem Strahlengang
angeordnet, der von der Austrittsfläche des Strahlteilerprismas 12a zu
einem Paar Separatorlinsen (Paar Separatorlinsengruppen) 53 verläuft. Wie
in 2 gezeigt, enthält die AF-Einheit 50 die erste
Unterlinsengruppe 52a, die beiden Separatorlinsen 53,
ein Paar Separatormasken 55 in enger räumlicher Nähe zu den beiden Separatorlinsen 53 sowie
ein Paar Liniensensoren 54, z.B. Mehrsegment-CCD-Sensoren,
die jeweils hinter einer zugehörigen
der beiden Separatorlinsen 53 angeordnet sind. Die zweite
Unterlinsengruppe 52b befindet sich zwischen der ersten
Unterlinsengruppe 52a und der Austrittsfläche des
Strahlteilerprismas 12a. In 2 ist die
zweite Unterlinsengruppe 52b aus Gründen der einfacheren Darstellung
weggelassen. Die beiden Separatorlinsen 53 sind um die
Basislänge
voneinander beabstandet. Das in der Referenzbildebene 51 erzeugte
Bild des Zielobjektes 16 wird über die Kondensorlinsengruppe 52 und
die beiden Separatorlinsen 53 geteilt, um auf den beiden
Liniensensoren 54 erzeugt zu werden. Jeder der beiden Liniensensoren 54 enthält eine
Anordnung fotoelektrischer Wandlerelemente. Die fotoelektrischen
Wandlerelemente wandeln jeweils das empfangene Licht des Bildes
in elektrische Ladungen, die dann integriert, d.h. gesammelt werden,
und geben die integrierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten
an die arithmetische Steuerschaltung 40 aus. Die arithmetische Steuerschaltung 40 berechnet
in einer vorbestimmten Defokusoperation in Abhängigkeit eines AF-Sensordatenpaars,
das von den beiden Liniensensoren 54 zugeführt wird,
einen Defokusbetrag. In einer Autofokusoperation steuert die arithmetische Steuerschaltung 40 die
Fokussierlinse 18 über
einen in 1 gezeigten Linsenantrieb 43 entsprechend dem
berechneten Defokusbetrag 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 und ein
Entfernungsmessschalter 45 zum Starten der Entfernungsmessoperation
sind an die Steuerschaltung 40 angeschlossen.
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Die
AF-Einheit 50 erfasst den Scharfstellzustand aus den beiden
Bildern, welche die beiden Lichtbündel, die durch die beiden
verschiedenen Pupillenbereiche 11A und 11B auf
der Objektivlinse 11 treten, auf den beiden Liniensensoren 54 erzeugen. Die
Form jedes der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B ist
festgelegt durch die Form der Apertur, die an einer jeweils zugehörigen von
zwei Separatormasken 55 ausgebildet ist, die zwischen der
Kondensorlinsengruppe 52 (erste Unterlinsengruppe 52a und zweite
Unterlinsengruppe 52b) und den beiden Separatorlinsen 53 nahe
den Separatorlinsen 53 angeordnet sind. Mit den schraffierten
Bereichen sind in den 2 und 3 Bereiche
angedeutet, die den durch die Aperturen der beiden Separatormasken 55 festgelegten
Pupillenbereichen entsprechen.
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3 zeigt
die Anordnung der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B zueinander
sowie die Anordnung des Sende/Empfangsspiegels 21 und des Lichtempfangsleiters
(Lichtleiterhalterung 27) des optischen Entfernungsmessers 20 zueinander.
Obgleich die Positionen, die Formen und die Ausrichtungen der beiden
Pupillenbereiche 11A und 11B durch die Kondensorlinsengruppe 52 (52a, 52b),
die beiden Separatorlinsen 53, die beiden Separatormasken 55 und
die Anordnung der fotoelektrischen Elemente jedes Liniensensors 54 so
festgelegt sind, dass sie den Autofokus-Leistungsanforderungen genügen, können die
Positionen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B bezüglich des
Zentrums der Objektivlinse 11 vergleichsweise frei festgelegt
werden.
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Das
erläuterte
Ausführungsbeispiel
des wie oben beschrieben aufgebauten elektronischen Entfernungsmessers
zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Konden sorlinsengruppe 52 hat,
die von der ersten Unterlinsengruppe 52a und der zweiten
Unterlinsengruppe 52b gebildet wird, wobei sich die erste Unterlinsengruppe 52a bezüglich der
Referenzbildebene 51 auf der gleichen Seite wie die beiden
Separatorlinsen 53, d.h. in 4 auf der
oberen Seite befindet, während
die zweite Unterlinsengruppe 52b auf der anderen Seite,
d.h. in 4 der unteren Seite der Referenzbildebene 51 angeordnet
ist, wo sich die Objektivlinse 11 befindet. Da die Kondensorlinsengruppe 52 in
die erste und die zweite Unterlinsengruppe 52a und 52b unterteilt
ist, ist auch die Brechkraft der Kondensorlinsengruppe 52 zweigeteilt,
so dass die Aberration jedes der beiden Lichtbündel, die jeweils durch einen
der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B treten,
verringert werden kann. Zugleich treffen infolge der Anordnung,
bei der die zweite Unterlinsengruppe 52b bezüglich der
Referenzbildebene 51 auf der Seite der Objektivlinse 11,
d.h. in 4 der unteren Seite angeordnet
ist, die beiden Lichtbündel,
die durch die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B treten,
zuverlässig
auf die wirksamen Bereiche der beiden Liniensensoren 54,
und zwar infolge der lichtsammelnden Funktion der zweiten Unterlinsengruppe 52b.
In dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
des elektronischen Entfernungsmessers sind grundlegende Elemente
des optischen Entfernungsmessers 20 wie der Sende/Empfangsspiegel 21 und der
Lichtempfangsleiter 26 (Lichtleiterhalterung 27) in
einer diametralen Richtung der Objektivlinse 11 angeordnet,
welche die optische Achse der Objektivlinse 11 schneidet,
während
die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B jeweils
so festgelegt sind, dass sie eine parallel zu dieser diametralen
Richtung verlaufende längliche
Form haben. Durch diese Anordnung treffen die beiden Lichtbündel, die
durch die beiden Pupillenbereiche 11A und 11B treffen,
sicher auf die wirksamen Bereiche der beiden Liniensensoren 54, ohne
dass sie in Konflikt mit den grundlegenden Elementen des optischen
Entfernungsmessers 20 kommen.
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4 zeigt
einen Zustand, in dem das durch den schraffierten Bereich dargestellte
Lichtbündel, das
durch den zugehörigen
Pupillenbereich 11A tritt, über die erste und die zweite
Unterlinsengruppe 52a und 52b sowie die zugehörige Separatorlinse 53 auf den
zugehörigen
Liniensensor 54 trifft. Wie in 5 gezeigt,
treten die Lichtbündel,
die durch die beiden auf der Objektivlinse 11 festgelegten
Pupillenbereiche 11A und 11B gehen, infolge der
lichtsammelnden Funktion der zweiten Unterlinsengruppe 52b durch Strahlengänge, welche
die grundlegenden Elemente des optischen Entfernungsmessers 20 wie
den Sende/Empfangsspiegel 21 und den Lichtempfangsleiter 26 (Lichtleiterhalterung 27)
nicht stören.
Ist eine aus einer einzigen Linsengruppe mit geringer Brechkraft bestehende
Kondensorlinsengruppe 52' wie
in 7 gezeigt angeordnet, so sind die Lichtbündel, die durch
die beiden auf der Objektivlinse 11 festgelegten Pupillenbereiche 11A und 11B treten,
z.B. durch den Sende/Empfangsspiegel 21 an ihrer Lichtausbreitung
gehindert und/oder unvollständig,
da sie teilweise außen
am Rand der Objektivlinse 11 vorbeilaufen. Dadurch ist
die Menge des auf die beiden Liniensensoren 54 treffenden
Messlichtes verringert, wodurch wiederum die Autofokusleistung beeinträchtigt ist.
Wird die Brechkraft der aus einer einzigen Linsengruppe bestehenden
Kondensorlinsengruppe einfach erhöht, so nimmt die Aberration
auf jedem Liniensensor 54 zu, was die Autofokusleistung
beeinträchtigt.
Der wie oben erläutert
aufgebaute, mit einem Autofokussystem ausgestattete elektronische Entfernungsmesser
führt eine
Entfernungsmessoperation in nachfolgend erläuterter Weise durch.
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Im
ersten Schritt visiert der Benutzer mit dem Zielfernrohr 10 das
Zielobjekt 16 so an, dass dessen optische Achse im Wesentlichen
auf das Zielobjekt 16 ausgerichtet ist, während er
letzteres über
einen nicht dargestellten Kollimator betrachtet, der an dem Zielfernrohr 10 angebracht
ist. Im zweiten Schritt drückt
der Benutzer den AF-Schalter 44, um die oben genannte Autofokusoperation
durchzuführen
und so die Fokussierlinse 18 in ihre Scharfstellposition
relativ zu dem Zielobjekt 16 zu bringen. Im dritten Schritt stellt
der Benutzer bei auf das Zielobjekt 16 scharfgestelltem
Zielfernrohr 10 die Ausrichtung des Zielfernrohrs 10 so
ein, dass das durch das Okular 14 betrachtete Fadenkreuz 15 präzise auf
das Zielobjekt 16 zentriert ist. Dabei blickt er in das
Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschalter 45,
um die oben genannte Entfernungsmessoperation durchzuführen. Die
berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.
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In
dem oben erläuterten
Ausführungsbeispiel des
elektronischen Entfernungsmessers besteht die zweite Unterlinsengruppe 52b,
die bezüglich
der Referenzbil debene 51 auf der Seite der Objektivlinse 11 angeordnet
ist, aus einer einzigen Linse. Die zweite Unterlinsengruppe 52b kann
jedoch auch als Kondensorlinsengruppe 52b' ausgebildet sein, die an der Austrittsfläche des
Strahlteilerprismas 12a ausgebildet ist, wie 6 zeigt.
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In
dem oben erläuterten
Ausführungsbeispiel des
elektronischen Entfernungsmessers ist die erste Unterlinsengruppe 52a,
wie aus den 1 und 4 klar hervorgeht,
innerhalb der AF-Einheit 50 angeordnet, während sich
die zweite Unterlinsengruppe 52b außerhalb der AF-Einheit 50 befindet.
Soll die AF-Einheit 50, die die erste Unterlinsengruppe 52a, die
beiden Separatorlinsen 53 und die beiden Liniensensoren 54 enthält, als
AF-Einheit realisiert werden, die auf unterschiedliche Typen von
mit einem Autofokussystem versehenen Vermessungsinstrumenten anwendbar
ist, so ermöglicht
es der vorstehend erläuterte
Aufbau, dass die AF-Einheit 50 optimal auf jeden der unterschiedlichen
Typen ausgelegt werden kann, indem eine am besten geeignete zweite
Unterlinsengruppe 52b ausgewählt wird, die für den elektronischen
Entfernungsmesser des Entfernungsinstrumentes entsprechend dessen
Spezifikation eine optimale Brechkraft hat. Die AF-Einheit 50 muss
also nicht speziell auf jedes mit einem Autofokussystem ausgestattetes
Vermessungsinstrument ausgelegt werden. Dies verringert die erforderlichen
Zeiten für die
Entwicklung der Autofokussysteme und damit die Fertigungskosten
drastisch. Da die zweite Unterlinsengruppe 52b bezüglich der
Referenzbildebene 51 auf der Seite der Objektivlinse 11 angeordnet
ist, ist es ferner einfach, die AF-Einheit 50 an das Zielfernrohr 10 anzupassen.
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In
dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
sind in dem Strahlengang, der von der Austrittsfläche des Strahlteilerprismas 12a zu
den beiden Separatorlinsen 53 verläuft, zwei Unterlinsengruppen 52a und 52b angeordnet.
In dem vorstehend genannten Strahlengang können jedoch auch mehr als zwei
Linsengruppen angeordnet sein. Im Falle dreier Unterlinsengruppen
muss nur mindestens eine der drei Unterlinsengruppen bezüglich der
Referenzbildebene 51 auf der Seite der Objektivlinse 11 angeordnet sein.
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In
dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
wird das Porroprismenaufrichtsystem 12 als Aufrichtoptik und
zudem als Strahlteileroptik eingesetzt, die das auftreffende Lichtbündel in
zwei Lichtbündel
teilt, von denen eines auf die AF-Einheit 50 zuläuft, während das
andere auf das Okular 14 zuläuft. An Stelle des Porroprismenaufrichtsystems 12 können andere
optische Elemente verwendet werden.
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Wie
aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein Vermessungsinstrument
mit einem Zielfernrohr und einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung
zum Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielfernrohrs bereit,
bei dem die beiden Lichtbündel,
die durch die beiden verschiedenen, auf der Objektivlinse des Zielfernrohrs
festgelegten Pupillenbereiche treten, genau auf die wirksamen Bereiche
der beiden Liniensensoren treffen, ohne dass dabei die Aberration
auf jedem Liniensensor zunimmt, die Fertigungskosten ansteigen und
die Leistung des Autofokussystems beeinträchtigt wird.