DE10214164A1 - Vermessungsgerät mit automatischer Achseneinstellung - Google Patents

Abstract

Ein Vermessungsgerät zum automatischen Einstellen einer optischen Achse enthält eine Zieloptik (11, 12, 13, 14, 15, 16) zum Anvisieren eines Objektes, eine Sendeoptik (21, 22, 23, 24, 11) zum Aussenden eines von einer Lichtquelle (20) abgegebeen, zur Vermessung bestimmten Strahls auf das Objekt, einen Abweichungsdetektor (41) und eine Vorrichtung (40, 43, 44) zum Einstellen einer optischen Achse. Der Abweichungsdetektor (41) erfasst die Abweichung zwischen einer ersten, zur Zieloptik gehörenden optischen Achse (E) und einer zweiten, zur Sendeoptik gehörenden optischen Achse (L). Die Einstellvorrichtung (40, 43, 44) stellt automatisch die erste optische Achse (E) und/oder die zweite optische Achse (L) so ein, dass die Abweichung korrigiert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft das Einstellen einer optischen Achse in einem Vermessungsgerät.
• In einem Vermessungsgerät (Vermessungsmaschine), wie einer Gesamtstation (elektronisches Tachometer), einem elektronischen/optischen Theodoliten, einer Nivelliermaschine etc. sind eine Zieloptik zum Anvisieren eines Objektes und eine Sendeoptik zum Aussenden von von einer Lichtquelle abgestrahltem Licht auf das Objekt vorgesehen. Üblicherweise wird ein Signalziel oder eine Latte an einer Vermessungsstelle (Station) angeordnet und dann das Signalziel oder die Latte mit der Zieloptik anvisiert. Das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht tritt durch die Sendeoptik und wird von dem Vermessungsgerät auf den Zielpunkt ausgesendet, der sich auf dem Signalziel oder der Latte befindet.
• Die optische Achse der Sendeoptik wird im Voraus so eingestellt, dass sie mit der optischen Achse der Zieloptik zusammenfällt. So erreicht das von dem Vermessungsgerät über die Sendeoptik abgestrahlte Licht den Zielpunkt auf dem Signalziel. So kann eine präzise Vermessung vorgenommen werden. Es können nämlich Entfernung, Winkel und horizontales Niveau präzise gemessen werden.
• Jedoch kommt es gelegentlich vor, dass sich die optische Achse der Sendeoptik infolge von Temperaturänderung oder Feuchtigkeit gegenüber der optischen Achse der Zieloptik verstellt. In diesem Fall fällt der Punkt, in dem das Licht auftrifft, nicht mit dem anvisierten Punkt zusammen, so dass eine präzise Messung nicht möglich ist. Um die beiden optischen Achsen in Übereinstimmung miteinander zu bringen, ist es erforderlich, die Stellung eines reflektierenden Spiegels, der einen Teil der Sendeoptik bildet, von Hand zu justieren. Dieses Einstellen ist jedoch sehr mühsam und schwierig für den Benutzer.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vermessungsgerät anzugeben, das stets präzise Messungen liefert, ohne dass hierfür ein manuelles Einstellen der optischen Achse erforderlich ist.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Vermessungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Das erfindungsgemäße Vermessungsgerät enthält eine Zieloptik zum Anvisieren eines Objektes und eine Sendeoptik. Beispielsweise wird ein Signalziel wie eine reflektierende Folie, ein reflektierendes Prisma oder dergleichen als anzuvisierendes Objekt eingesetzt und an einer Station angeordnet. Die Zieloptik hat beispielsweise eine Objektivlinse, ein Einstellglas und eine Aufrichtoptik, wie ein Aufrichtprisma, sowie ein Okular. Die Sendeoptik sendet einen von einer Lichtquelle abgegebenen, der Vermessung dienenden Strahl auf das Objekt. Ist das Vermessungsgerät ein Nivelliergerät oder ein elektronischer/optischer Theodolit, so wird ein zum Anvisieren bestimmter Strahl oder Zielstrahl, z. B. ein Laserstrahl, ausgesendet und übertragen. Ist dagegen das Vermessungsgerät eine Gesamtstation oder ein elektronischer Entfernungsmesser, so wird ein Strahl, der der Messung der Entfernung zwischen dem Vermessungsgerät und dem Objekt dient, ausgesendet und übertragen.
• Das erfindungsgemäße Vermessungsgerät enthält einen Abweichungsdetektor und eine Vorrichtung zum Einstellen einer optischen Achse. Der Abweichungsdetektor erfasst ein Auseinanderfallen der Achsen, d. h. eine Abweichung zwischen der optischen Achse der Zieloptik und der optischen Achse der Sendeoptik. Schreitet der Strahl, der durch die Sendeoptik tritt, nicht längs der optischen Achse der Zieloptik in Richtung des anvisierten Punktes voran, so tritt eine Abweichung auf. Der Abweichungsdetektor detektiert diese Abweichung, indem er die Situation erfasst, in der der Strahl nicht den durch die Zieloptik anvisierten Punkt erreicht. Im Folgenden wird die optische Achse der Zieloptik als "erste optische Achse" und die optische Achse der Sendeoptik als "zweite optische Achse" bezeichnet.
• Die Einstellvorrichtung stellt mindestens eine der beiden optischen Achsen so ein, dass die Abweichung korrigiert wird. Beispielsweise stellt sie die zweite optische Achse so ein, dass der Strahl längs der ersten optischen Achse zum anvisierten Punkt hin voranschreitet, oder sie stellt die erste optische Achse so ein, dass letztere längs der der zweiten optischen Achse entsprechenden Fortpflanzungsrichtung des Strahls verläuft.
• Da die Abweichung automatisch erfasst und korrigiert wird, erhält man mit dem Vermessungsgerät einen genauen Abstand, ein genaues Niveau, einen genauen Winkel etc.
• Um die Stabilität der Zieloptik aufrecht zu erhalten, d. h. nicht die erste optische Achse zu verstellen, justiert die Einstellvorrichtung vorzugsweise die zweite optische Achse, ohne die erste optische Achse zu justieren. Im Allgemeinen enthält die Sendeoptik ein reflektierendes optisches Element und/oder ein brechendes optisches Element. In diesem Fall enthält die Einstellvorrichtung eine Vorrichtung zur Positionierungsänderung, welche die Position des reflektierenden oder des brechenden optischen Elementes verändert. Zum Kompensieren der Abweichung stellt die Einstellvorrichtung die zweite optische Achse in der Weise ein, dass die Position oder Stellung des reflektierenden oder des brechenden optischen Elementes entsprechend der Abweichung verändert wird.
• Ist das Vermessungsgerät eine Gesamtstation oder ein digitaler Entfernungsmesser, so ist in dem Vermessungsgerät ein Entfernungsmesser vorgesehen. Dieser misst die Entfernung zwischen dem Vermessungsgerät und dem Objekt durch Empfang eines an dem Objekt reflektierten Lichtstrahls.
• Um die Abweichung unter möglichst weitgehender Nutzung des Aufbaus herkömmlicher Vermessungsgeräte zu erfassen, detektiert der Abweichungsdetektor die Abweichung vorzugsweise auf Grundlage des an dem Objekt reflektierten Lichtes, das durch die Zieloptik tritt. So erfasst der Abweichungsdetektor die Abweichung aus dem Unterschied zwischen der ersten optischen Achse und der Fortpflanzungsrichtung des Strahls, der in dem an dem Objekt reflektierten Licht enthalten ist. Um die Abweichung als zweidimensionale Information zu erfassen, enthält der Abweichungsdetektor vorzugsweise einen zweidimensionalen Detektor, der den Strahl empfängt und die Abweichung an Hand zweidimensionaler Koordinaten erfasst, die in einer Bildebene definiert sind. Der zweidimensionale Detektor erfasst die Abweichung auf Grundlage der Einfallposition des Strahls und einer voreingestellten, der ersten optischen Achse zugeordneten Basisposition.
• Im Falle der Gesamtstation oder des digitalen Entfernungsmessers ist ein in einem bestimmten Bereich reflektierendes optisches Element (teilbereichsreflektierendes Element) in der Zieloptik angeordnet. Dieses optische Element hat einen reflektierenden Bereich und einen Durchlassbereich. Von dem reflektierenden Licht reflektiert der erstgenannte, reflektierende Bereich selektiv den Strahl zu dem Entfernungsmesser. Der Durchlassbereich lässt das gesamte reflektierte Licht durch. So werden sowohl die Entfernung als auch die Abweichung auf Grundlage des durch die Zieloptik tretenden Strahls erfasst.
• Das teilbereichsreflektierende Element ist beispielsweise als Einzelelement ausgebildet, in dem der reflektierende Bereich und der Durchlassbereich in einem Körper ausgebildet sind. Das genannte optische Element kann auch aus mehreren Elementen bestehen, durch die der reflektierende Bereich und der Durchlassbereich separat voneinander ausgebildet sind.
• Um die Abweichung unter Nutzung der durch die Zieloptik tretenden Strahlen zu erfassen, ist vorzugsweise ein selektiv reflektierendes oder ein selektiv durchlassendes optisches Element in der Zieloptik angeordnet. Das selektiv reflektierende Element trennt durch Reflexion den Strahl von dem reflektierten Licht ab, während das selektiv durchlassende Element den Strahl von dem reflektierten Licht abtrennt, indem es nur den Strahl durchlässt. Beispielsweise hat das selektiv reflektierende Element eine erste dichroitische Fläche, die nur Licht in einem dem Strahl entsprechenden Wellenlängenbereich reflektiert. Dagegen hat das selektiv durchlassende optische Element eine zweite dichroitische Fläche, die nur Licht in einem dem Strahl entsprechenden Wellenlängenbereich durchlässt.
• Um die Abweichung unter Nutzung eines optischen Elementes zu erfassen, das in Form eines der Elemente der Zieloptik bereitgestellt wird, wird ein selektiv durchlassendes optisches Element eingesetzt, das ein Aufrichtprisma mit einer zweiten dichroitischen Fläche ist. Das Aufrichtprisma ist bildet eines der Elemente der Zieloptik und ist dazu bestimmt, ein Objektbild aufzurichten. So wird die Abweichung erfasst, ohne ein neues optisches Erfassungselement in der Zieloptik vorsehen zu müssen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine eine optische Achse automatisch einstellende Einrichtung für ein Vermessungsgerät vorgesehen, die einen Abweichungsdetektor und eine Achseneinstellvorrichtung hat. Das Vermessungsgerät hat eine Zieloptik zum Anvisieren eines Objektes und eine Sendeoptik zum Aussenden eines Strahls, der der Vermessung dient. Der Strahl wird von einer Lichtquelle auf das Objekt abgestrahlt. Der Abweichungsdetektor erfasst eine Abweichung zwischen einer ersten, zur Zieloptik gehörenden optischen Achse und einer zweiten, zur Sendeoptik gehörenden optischen Achse. Die Achseneinstellvorrichtung stellt automatisch mindestens eine der beiden optischen Achsen ein, um so die Abweichung zu korrigieren.
• Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigen:
• Fig. 1 einen Objektivtubus, der in einer Gesamtstation gemäß erstem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist,
• Fig. 2 eine Vorderansicht eines in einem bestimmten Bereich reflektierenden Spiegels,
• Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Aufrichtoptik,
• Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ersten reflektierenden Spiegels und eines Spiegeldrehmechanismus,
• Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in einer Gesamtstation gemäß zweitem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist,
• Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines zweiten reflektierenden Spiegels,
• Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in einer Gesamtstation gemäß drittem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, und
• Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in einem Nivelliergerät gemäß viertem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
• Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in einer Gesamtstation gemäß erstem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines in einem bestimmten Bereich reflektierenden Spiegels. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Aufrichtoptik. Die Gesamtstation, die auch als "elektronisches Tacheometer" bezeichnet wird, kann die Entfernung zwischen einem anvisierten Objekt, wie einem Signalziel oder einem Tripelspiegel, und der Gesamtstation sowie einen Winkel, z. B. einen Horizontalwinkel, die Höhe etc. messen. In dem Objektivtubus 10 sind eine Zieloptik und eine Sendeoptik vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Signalziel ST, das eine reflektierende Folie ist, an einer Station angeordnet.
• Der Objektivtubus 10 hat eine Objektivlinse 11. Das Signalziel ST wird über die Objektivlinse 11 anvisiert. Das Licht zum Messen der Entfernung wird über die Objektivlinse 11 auf das Signalziel gesendet. Der Objektivtubus 10 ist an einem nicht gezeigten Halteelement gehalten und um eine horizontale Achse und eine vertikale Achse drehbar.
• Die Zieloptik zum Anvisieren des Signalziels ST besteht aus der Objektivlinse 11, einem in einem bestimmten Bereich reflektierenden Spiegel 12, im folgenden auch als "teilbereichsreflektierender Spiegel" bezeichnet, einer Scharfeinstelllinse 13, einer Aufrichtoptik 14, einem Fokussier- oder Einstellglas 15 und einem Okular 16. Die Aufrichtoptik 14 ist hierbei ein Aufrichtprisma.
• In die Objektivlinse 11 gelangendes Licht wird auf den teilbrereichsreflektierenden Spiegel 12 gerichtet, wobei, wie später erläutert wird, nur eine bestimmte Lichtkomponente reflektiert wird, während die anderen Lichtkomponenten auf die Scharfeinstelllinse 13 gerichtet werden.
• Die Scharfeinstelllinse 13 wird längs einer optischen Achse E der Zieloptik verschoben, um eine Scharfeinstellposition einzustellen. Das durch die Scharfeinstelllinse 13 tretende Licht erreicht das Einstellglas 15 über die Aufrichtoptik, so dass auf dem Einstellglas 15 ein Objektbild erzeugt wird. So kann der Benutzer das Objektbild, nämlich das Bild des Signalziels ST, über das Okular 16 betrachten.
• In dem Einstellglas 15 ist eine kreuzförmige Linie, d. h. ein Fadenkreuz, ausgebildet, so dass über das Okular 16 ein Kreuzbild gesehen wird. Die Mitte des Fadenkreuzes entspricht der Mitte des Einstellglases. Die Linie, die die Mitte der Objektivlinse 11 mit der Mitte des Fadenkreuzes verbindet, fällt mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammen.
• Im Objektivtubus 10 ist eine Lichtquelle 20 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 20 eine lichtaussendende Vorrichtung wie eine LED (Leuchtdiode) oder eine LD (Laserdiode), die moduliertes Licht eines schmalen Wellenlängenbereiches im sichtbaren Band aussendet, um die Entfernung zu messen. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Wellenlänge des modulierten Lichtes nahe an der Wellenlänge von Infrarotlicht. Im Folgenden wird das von der Lichtquelle 20 ausgesendete Licht als "Messstrahl" bezeichnet.
• Der Messstrahl wird über die Sendeoptik auf das Signalziel ST gesendet. Die Sendeoptik besteht aus einer Kollimatorlinse 21, einer afokalen Linse 22, einem ersten reflektierenden Spiegel 23, einem zweiten reflektierenden Spiegel 24 und der Objektivlinse 11.
• Der von der Lichtquelle 20 ausgesendete Messstrahl wird von der Kollimatorlinse 21 zu einem parallelen Strahl geformt und auf die afokale Linse 22 gerichtet. Die afokale Linse 22 stellt die Breite des Messstrahls ein. Der durch die afokale Linse 22 tretende Messstrahl wird an dem ersten reflektierenden Spiegel 23 und dem zweiten reflektierenden Spiegel 24 reflektiert und über die Objektivlinse 11 von der Gesamtstation abgestrahlt.
• Der von der Gesamtstation ausgesendete Messstrahl erreicht einen Zielpunkt SP auf dem Signalziel ST und wird an dem Zielpunkt SP reflektiert. Andererseits wird auch Tageslicht an dem Signalziel reflektiert. So gelangt reflektiertes Licht, das den Messstrahl enthält, in die Objektivlinse 11.
• Das reflektierte Licht wird über eine Messoptik auf eine fotoelektrische Vorrichtung 32, z. B. eine Fotodiode, gerichtet. Die Messoptik besteht aus der Objektivlinse 11, dem teilbereichsreflektierenden Spiegel 12, einem optischen Lichtempfangselement 30 und einem Lichtleitfaserbündel 31.
• Das reflektierte Licht, das durch die Objektivlinse 11 tritt, wird auf den teilbrereichsreflektierenden Spiegel 12 gerichtet. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Spiegel 12 als Scheibe ausgebildet und hat einen reflektierenden Bereich 12X, der um den Mittelpunkt des Spiegels 12 herum ausgebildet ist, sowie einen Durchlassbereich 12Y, der längs des Umfangs des reflektierenden Bereiches 12X ausgebildet ist. Der reflektierende Bereich 12X reflektiert nur Licht in einem schmalen Wellenlängenbereich, dessen Mitte der Spektrumsspitze oder dem Spektrumspeak des Messstrahls entspricht. Von dem Licht reflektiert nämlich der reflektierende Bereich 12X nur den Messstrahl und lässt die anderen Lichtkomponenten durch. Der Durchlassbereich 12Y ermöglicht den direkten Durchtritt des reflektierten Lichtes. Der Durchlassbereich 12Y lässt also das reflektierte Licht zur Scharfeinstelllinse 13 durch.
• Der an dem reflektierenden Bereich 12X reflektierte Messstrahl wird auf das Empfangselement 30 gerichtet. Der Messstrahl wird an dem Empfangselement 30 reflektiert und tritt in eine Eintrittsfläche des Lichtleitfaserbündels 31 ein. Der Messstrahl tritt durch das Lichtleitfaserbündel 31 und erreicht die fotoelektrische Vorrichtung 32. In der fotoelektrischen Vorrichtung 32 werden mittels fotoelektrischer Wandlung elektrische Signale erzeugt, die einer Systemsteuerungsschaltung 40 zugeführt werden.
• Die Systemsteuerschaltung 40 steuert den Objektivtubus 10 und berechnet die Entfernung nach dem Phasenmodulations-Messverfahren. In der Systemsteuerschaltung 40 werden Basissignale an die Lichtquelle 20 ausgegeben, um die Emission der Lichtquelle zeitlich zu steuern. Der Messstrahl wird von der Lichtquelle 20 auf Grundlage dieser Basissignale ausgesendet. In der Systemsteuerschaltung 40 wird auf Grundlage der Phasendifferenz der von der fotoelektrischen Vorrichtung 32 ausgegebenen elektrischen Signale und der Basissignale die Entfernung berechnet. Die Entfernung wird an einem nicht gezeigten Monitor angezeigt, der an dem Vermessungsgerät vorgesehen ist.
• Andererseits wird das reflektierte Licht, das durch den Spiegel 12 tritt, auf das optische Aufrichtelement 14 gerichtet. Wie in Fig. 3 gezeigt, hat das Aufrichtelement 14 eine selektiv reflektierende Fläche 141, die einem dichroitischen Spiegel entspricht. Die selektiv reflektierende Fläche 141 erlaubt nur Licht eines schmalen Wellenlängenbereichs entsprechend dem Messstrahl den Durchtritt. Infolgedessen wird der Messstrahl auf einen Positionierungsdetektor 41 gerichtet. Die selektiv reflektierende Fläche 141 reflektiert das Licht mit Ausnahme des Messstrahls, der auf das Einstellglas 15 gerichtet wird.
• In diesem Ausführungsbeispiel ist der Positionierungsdetektor 41 eine CCD, d. h. eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, und weist eine hohe Empfindlichkeit gegenüber dem Messstrahl auf. Mehrere Fotodioden sind zweidimensional auf einer Lichtempfangsfläche des Positionierungsdetektors 41 angeordnet. Erreicht der Messstrahl die Lichtempfangsfläche, so wird die Position derjenige Fotodiode, die den Strahl empfängt, als Einfallsposition des Messstrahls erfasst.
• Der Positionierungsdetektor 41 ist in dem Objektivtubus 10 so angeordnet, dass die Position des Positionierungsdetektors 41 hinsichtlich des Abstandes von der selektiv reflektierenden Fläche 141 optisch äquivalent zur Position des Einstellglases 15 ist. Die Ebene, die die Lichtempfangsfläche des Positionierungsdetektors 41 enthält, entspricht demnach optisch der Scharfstell- oder Bildebene. Auf der Lichtempfangsfläche wird im Voraus eine Basisposition festgelegt, die dem Mittelpunkt des in dem Einstellglas 15 vorgesehenen Fadenkreuzes und damit der anvisierten Position SP entspricht. Der Positionierungsdetektor 41 erfasst den Unterschied zwischen der Einfallsposition und der Basisposition auf der Lichtempfangsfläche.
• Schreitet der Messstrahl längs der optischen Achse E der Zieloptik von dem zweiten reflektierenden Spiegel 24 aus über die Objektivlinse 11 zum Signalziel ST fort, d. h. fällt die optische Achse L der Sendeoptik mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammen, so erreicht der an dem Zielpunkt SP reflektierte Messstrahl auf der Lichtempfangsfläche des Positionierungsdetektors 41 die Basisposition, die dem Mittelpunkt des Fadenkreuzes entspricht. In diesem Fall tritt kein Unterschied auf. Tritt ein solcher Unterschied auf, so wird dieser Unterschied als Abweichung zwischen der optischen Achse L und der optischen Achse E erfasst. Diese Abweichung wird also in Form einer auf zweidimensionale Koordinaten bezogenen Information dargestellt. Ein der Abweichung entsprechendes Erfassungssignal wird der Systemsteuerschaltung 40 zugeführt.
• In der Systemsteuerschaltung 40 wird ein Steuersignal zum Steuern der Position des ersten reflektierenden Spiegels 23 einem Spiegeldrehmechanismus 43 zugeführt. Der Spiegeldrehmechanismus 43 stellt die Position des ersten reflektierenden Spiegels 23 und damit die optische Achse L der Sendeoptik ein. Die Lage des ersten reflektierenden Spiegels 23 wird also so eingestellt, dass die optische Achse L mit der optischen Achse E zusammenfällt.
• Das Einstellen der optischen Achse erfolgt mit Vornahme einer bestimmten Betätigung. An der Gesamtstation ist in dem Objektivtubus 10 ein Einstellschalter vorgesehen, der an die Systemsteuerschaltung 40 angeschlossen ist. Wird dieser Einstellschalter vom Benutzer eingeschaltet, so erfolgt das Einstellen der optischen Achse. Dieses Einstellen der optischen Achse kann jederzeit vorgenommen werden, so lange der Objektivtubus in der Gesamtstation in Betrieb ist.
• Fig. 4 zeigt den ersten reflektierenden Spiegel 23 und den Spiegeldrehmechanismus 43 in einer schematischen Darstellung. Der Spiegeldrehmechanismus 43 hat einen ersten Betätiger 51 und einen zweiten Betätiger 52 und dreht den ersten reflektierenden Spiegel 23 um eine erste Achse X1 und eine zweite Achse X2, die senkrecht zueinander stehen. Der erste und der zweite Betätiger 51 und 52 sind jeweils als Schrittmotor ausgebildet, der auf Grundlage des von der Systemsteuerschaltung 40 zugeführten Steuersignals arbeitet.
• Der erste reflektierende Spiegel 23 hat einen Spiegel 231 und ein Spiegelhalteelement 232. Der Spiegel 231 ist plattenförmig und reflektiert den von der Lichtquelle 20 gelieferten Messstrahl. Der Spiegel 231 ist starr an dem Spiegelhalteelement 232 angebracht. Das Spiegelhalteelement 232 ist wiederum starr an einer Ausgangswelle 511 des Betätigers 51 angebracht und drehbar an einem Spiegelhalteelement 53 gehalten.
• Der erste Betätiger 51 ist starr an dem Spiegelhalteelement 53 angebracht und dreht den Spiegel 231 und das Spiegelhalteelement 232, d. h. den ersten reflektierenden Spiegel 23 um die erste Achse X1. Wird der erste Betätiger 51 angetrieben, so rotiert die Ausgangswelle 511 um die erste Achse X1, so dass sich der Spiegel 231 um letztere dreht. Die erste Achse X1 liegt auf einer Linie, die den reflektierenden Bereich des Spiegels 231 halbiert.
• Das Spiegelhalteelement 53 ist starr an einer Ausgangswelle 521 des zweiten Betätigers 52 angebracht. Der zweite Betätiger 52 ist an der Innenfläche des Objektivtubus 10 angebracht. Wird der zweite Betätiger 52 angetrieben, so rotieren das Spiegelhalteelement 53 und gleichzeitig der Spiegel 231 um die zweite Achse X2. Die zweite Achse X2 geht durch den Mittelpunkt des Spiegels 231 und schneidet die erste Achse X1. Die zweite Achse X2 verschiebt sich nicht gegenüber der Innenfläche des Objektivtubus 10. Die Ausrichtung der zweiten Achse X2 bleibt also gegenüber der Innenfläche unverändert. Entsprechend bleibt die erste Achse X1 unverändert gegenüber dem Spiegelhalteelement 53.
• Der erste reflektierende Spiegel 23 rotiert um die erste und die zweite Achse X1, X2, so dass sich die optische Achse L der Sendeoptik ändert. Das Ausmaß der Drehung um die erste und die zweite Achse X1, X2 ist jeweils entsprechend der durch die zweidimensionalen Koordinaten dargestellten Abweichung festgelegt.
• Auf diese Weise sind der teilbereichsreflektierende Spiegel 12 und die Aufrichtoptik 14 (Prisma) mit der selektiv reflektierenden Fläche 141 in der Zieloptik vorgesehen. Wird die Abweichung zwischen den optischen Achsen E und L auf Grundlage des Unterschiedes zwischen der Einfallposition und der der optischen Achse E entsprechenden Basisposition erfasst, so wird die Stellung des ersten reflektierenden Spiegels 23 geändert, um die Abweichung in der Weise so zu korrigieren, dass die optische Achse L mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammenfällt.
• Der Positionierungsdetektor kann auch ein andersartiger Detektor sein, der in der Lage ist, die Lichtempfangsposition zu erfassen. Beispielsweise kann an Stelle der CCD eine PSD (Positionssensordiode) eingesetzt werden.
• An Stelle des ersten reflektierenden Spiegels 23 oder des zweiten reflektierenden Spiegels 24 kann ein Prisma mit einer reflektierenden Fläche verwendet werden.
• In diesem Ausführungsbeispiel sind der reflektierende Bereich 12X und der Durchlassbereich 12X in einem Körper ausgebildet. Der reflektierende Bereich 12X und der Durchlassbereich 12Y können jedoch auch separat voneinander ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Durchlassbereich 12Y starr an der Innenfläche des Objektivtubus 10 angebracht und der reflektierende Bereich 12X in der Weise vorgesehen sein, dass er längs der optischen Achse E bewegbar ist.
• An Stelle des ersten reflektierenden Spiegels 23 kann die afokale Linse 22, die als Brechungslinse ausgebildet ist, in ihrer Position so geändert werden, dass die optische Achse L der Sendeoptik mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammenfällt.
• Als Vermessungsgerät kann ein elektronischer Entfernungsmesser eingesetzt werden, der nur die Entfernung misst.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 wird im Folgenden eine Gesamtstation als zweites Ausführungsbeispiel erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sich das andere optische Element in der Sendeoptik dreht, um die optische Achse der Sendeoptik einzustellen. Da das zweite Ausführungsbeispiel im Übrigen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, bleiben die Bezugszeichen die gleichen.
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines in der Gesamtstation gemäß zweitem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Objektivtubus. Fig. 6 zeigt einen zweiten reflektierenden Spiegel in perspektivischer Darstellung.
• Ein Spiegeldrehmechanismus 44 ist in dem Objektivtubus 10 vorgesehen und mit dem zweiten reflektierenden Spiegel 24 und der Systemsteuerschaltung 40 verbunden. In der Systemsteuerschaltung 40 wird dem Spiegeldrehmechanismus 44 auf Grundlage des Unterschiedes zwischen Lichtempfangsposition und Basisposition ein Steuersignal zum Einstellen der Position oder der Stellung des zweiten reflektierenden Spiegels 24 zugeführt. Der Spiegeldrehmechanismus 44 stellt die Position oder Stellung des zweiten reflektierenden Spiegels 24 entsprechend diesem Steuersignal ein.
• Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der zweite reflektierende Spiegel 24 um eine dritte Achse X3 und eine vierte Achse X4 drehbar, die senkrecht zueinander verlaufen. Auf Grundlage des Steuersignals verändert der Spiegeldrehmechanismus 44 die optische Achse L der Sendeoptik durch Drehen des reflektierenden Spiegels 24. Der Aufbau des Spiegeldrehmechanismus 44 entspricht im Wesentlichen dem des Spiegeldrehmechanismus 43, der in dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt wird.
• Auf diese Weise wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel die Abweichung erfasst und die optische Achse L so eingestellt, dass sie mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammenfällt.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird im Folgenden eine Gesamtstation als drittes Ausführungsbeispiel erläutert. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass an Stelle der optischen Achse der Sendeoptik die optische Achse der Zieloptik eingestellt wird. Da im Übrigen das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, bleiben die Bezugszeichen die gleichen.
• Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in der Gesamtstation gemäß drittem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
• Ein Drehmechanismus 45 ist in dem Objektivtubus 10 vorgesehen und mit dem teilbereichsreflektierenden Spiegel 12 und der Systemsteuerschaltung 40 verbunden. Der Drehmechanismus 45 neigt den Spiegel 12 gegenüber der optischen Achse E so, dass der Zielpunkt SP, der dem Mittelpunkt des Fadenkreuzes entspricht, mit einem Punkt auf dem Signalziel ST zusammenfällt, auf den der von der Gesamtstation abgestrahlte Messstrahl fällt. Der Drehmechanismus 45 kann auch so ausgebildet sein, dass er die Scharfeinstelllinse 15 längs einer zur optischen Achse E senkrechten Ebene verschiebt.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird im Folgenden eine Gesamtstation als viertes Ausführungsbeispiel erläutert. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass als Vermessungsgerät ein Nivelliergerät eingesetzt wird. Da das vierte Ausführungsbeispiel im Übrigen den anderen Ausführungsbeispielen entspricht, bleiben die entsprechenden Bezugszeichen die gleichen.
• Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Objektivtubus, der in dem Nivelliergerät gemäß viertem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
• In einem Objektivtubus 60 des Nivelliergerätes ist eine Lichtquelle 20' vorgesehen, die dazu dient, einen zum Anvisieren bestimmten Strahl auszusenden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Strahl ein Laserstrahl. Der Positionierungssensor 41 ist unterhalb des Lichtempfangsspiegels 30 angeordnet. Der teilbereichsreflektierende Spiegel 12 reflektiert Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, der dem Zielstrahl entspricht. Der Lichtempfangsspiegel 30 empfängt das zum Anvisieren bestimmte Licht und richtet den Zielstrahl auf den Positionierungsdetektor 41.
• Die Stellung des ersten reflektierenden Spiegels 23 wird von der Systemsteuerschaltung 40 entsprechend einem Erfassungssignal eingestellt, das der Positionierungsdetektor 41 ausgibt. Der erste reflektierende Spiegel 23 wird so gedreht, dass die optische Achse L der Sendeoptik mit der optischen Achse E der Zieloptik zusammenfällt.
• An Stelle eines Nivelliergerätes kann als Vermessungsgerät auch ein elektronischer/optischer Theodolit zum Messen des Horizontalwinkels und der Höhe verwendet werden.
• Das Aufrichtprisma 14 mit der selektiv reflektierenden Fläche 141, das in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kann in der Zieloptik vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Positionierungsdetektor unter dem Aufrichtprisma 14 vorgesehen sein, und der teilbereichsreflektierende Spiegel 12 und der Lichtempfangsspiegel 30 können weggelassen werden.

Claims (14)

1. Vermessungsgerät mit automatischer Achseneinstellung, umfassend
eine Zieloptik (11, 12, 13, 14, 15, 16) zum Anvisieren eines Objektes und eine Sendeoptik (21, 22, 23, 24, 11) zum Aussenden eines von einer Lichtquelle abgegebenen Strahls auf das Objekt, gekennzeichnet durch einen Abweichungsdetektor (41) zum Erfassen der Abweichung zwischen einer ersten, zur Zieloptik gehörenden optischen Achse (E) und einer zweiten, zur Sendeoptik gehörenden optischen Achse (L) und
einer Einstellvorrichtung (40, 43, 44) zum automatischen Einstellen mindestens einer der beiden optischen Achsen (E, L) derart, dass die Abweichung korrigiert ist.

2. Vermessungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik ein optisches Reflexionselement (23) und/oder ein optisches Brechungselement (22) enthält und dass die Einstellvorrichtung (40, 43, 44) eine Positionierungsvorrichtung (43, 44) zum Ändern der Position mindestens eines der beiden Elemente enthält, wobei die Einstellvorrichtung (40, 43, 44) die zweite optische Achse durch Positionsänderung entsprechend der erfassten Abweichung einstellt.

3. Vermessungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Entfernungsmesser zum Messen der Entfernung zwischen dem Vermessungsgerät und dem Objekt durch Empfang des Strahls der in dem an dem Objekt reflektierten Licht enthalten ist, und ein in der Zieloptik angeordnetes, teilbereichsreflektierendes optisches Element (12), das einen reflektierenden Bereich (12X) und einen Durchlassbereich (12Y) hat, wobei der reflektierende Bereich (12X) den Strahl, der in dem an dem Objekt reflektierten Licht enthalten ist, so reflektiert, dass dieser auf den Entfernungsmesser gerichtet wird, und der Durchlassbereich (12Y) das gesamte an dem Objekt reflektierte Licht durchlässt.

4. Vermessungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das teilbereichsreflektierende Element (12) aus einem einzelnen Element besteht, in dem der reflektierende Bereich (12X) und der Durchlassbereich (12Y) in einem Körper ausgebildet sind.

5. Vermessungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das teilbereichsreflektierende Element aus mehreren Elementen besteht, durch die der reflektierende Bereich (12X) und der Durchlassbereich (12Y) separat voneinander ausgebildet sind.

6. Vermessungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl ein zum Anvisieren bestimmter Zielstrahl oder ein zum Messen der Entfernung zwischen Vermessungsgerät und Objekt bestimmter Messstrahl ist.

7. Vermessungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor ein selektiv reflektierendes optisches Element enthält, das in der Zieloptik angeordnet ist und den Strahl aus dem an dem Objekt reflektierten Licht durch Reflexion abteilt.

8. Vermessungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor ein selektiv durchlassendes optisches Element enthält, das in der Zieloptik angeordnet ist und den Strahl aus dem an dem Objekt reflektierten Licht dadurch abteilt, dass es ihn durchlässt.

9. Vermessungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das selektiv reflektierende Element eine erste dichroitische Fläche hat, die nur Licht mit einer dem Strahl entsprechenden Wellenlänge reflektiert.

10. Vermessungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das selektiv durchlassende Element eine zweite dichroitische Fläche hat, die nur Licht in einem dem Strahl entsprechenden Wellenlängenbereich durchlässt.

11. Vermessungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das selektiv durchlassende Element ein Aufrichtprisma mit einer zweiten dichroitischen Fläche ist, die nur Licht mit einer dem Strahl entsprechenden Wellenlänge durchlässt, wobei das Aufrichtprisma ein zum Aufrichten eines Objektbildes bestimmtes Element der Zieloptik bildet.

12. Vermessungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor (41) die Abweichung aus dem Unterschied zwischen der ersten optischen Achse und der Fortpflanzungsrichtung des Strahls erfasst, der in dem an dem Objekt reflektierten Licht enthalten ist und durch die Zieloptik tritt.

13. Vermessungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor (41) ein zweidimensionaler Detektor ist, der den Strahl empfängt und die Abweichung an Hand zweidimensionaler Koordinaten, die in einer Bildebene definiert sind, auf Grundlage der Einfallposition des Strahls und einer voreingestellten, der ersten optischen Achse zugeordneten Basisposition erfasst.

14. Vorrichtung zum automatischen Einstellen einer optischen Achse eines Vermessungsgerätes, das eine Zieloptik (11, 12, 13, 14, 15, 16) zum Anvisieren eines Objektes und eine Sendeoptik (21, 22, 23, 24, 11) zum Aussenden eines von einer Lichtquelle (20) abgegebenen, zur Vermessung bestimmten Strahls auf das Objekt enthält, wobei die Vorrichtung versehen ist mit einem Abweichungsdetektor (41) zum Erfassen der Abweichung zwischen einer ersten, zur Zieloptik gehörenden optischen Achse (E) und einer zweiten, zur Sendeoptik gehörenden optischen Achse (L), und
einer Einstellvorrichtung (40, 43, 44) zum automatischen Einstellen mindestens einer der beiden optischen Achsen (E, L) derart, dass die Abweichung korrigiert ist.