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1. Gebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Vermessungsinstrument, insbesondere ein Vermessungsinstrument
mit einer Kollimatoroptik zum Kollimieren des Vermessungsinstruments
durch eine Fernrohroptik, die einen schmalen Sehwinkel hat.
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In herkömmlichen Vermessungsinstrumenten,
die einen Kollimator und eine Fernrohroptik zum Anvisieren eines
Vermessungspunktes haben, ist eine Kollimatoroptik von der Fernrohroptik
abgezweigt.
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Jedoch ist der Sehwinkel der Fernrohroptik üblicherweise
klein (z.B. etwa eineinhalb Grad). Aufgrund dieses kleinen Sehwinkels
muss mit einer solchen Kollimatoroptik das Vermessungsinstrument bezüglich eines
Vermessungspunktes (z.B. eines Tripelreflektors) kollimiert werden,
indem das Sehfeld der Kollimatoroptik sequenziell abgetastet wird,
während
das Sehfeld der Kollimatoroptik, da es schmal ist, verschoben wird.
In herkömmlichen
Vermessungsinstrumenten beansprucht deshalb eine Kollimationsoperation
lange Zeit.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Vermessungsinstrument vorgesehen, umfassend einen
Vermessungsinstrumentenkörper, der
um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist;
sowie eine erste Kollimatoroptik und eine zweite Kollimatoroptik,
die jeweils in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet sind, um das
Vermessungsinstrument bezüglich
eines Vermessungspunktes zu kollimieren, wobei der Sehwinkel der
zweiten Kollimatoroptik größer als
der Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik ist. Es wird eine erste
Kollimationsoperation mit der ersten Kollimatoroptik durchgeführt, nachdem
eine zweite Kollimationsoperation mit der zweiten Kollimatoroptik
durchgeführt ist.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel
ist ein Vermessungsinstrument vorgesehen, umfassend einen Vermessungsinstrumentenkörper, der
um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar ist;
und eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet
ist, um das Vermessungsinstrument bezüglich eines Vermessungspunktes
zu kollimieren. Die Kollimatoroptik umfasst einen Zoommechanismus
zum Ändern
ihrer Brennweite.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Vermessungsinstrument
einen Vermessungsinstrumentenkörper,
der um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse schwenkbar
ist; eine Fernrohroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet
ist; eine Kollimatoroptik, die in dem Vermessungsinstrumentenkörper angeordnet
ist, wobei der Sehwinkel der Kollimatoroptik größer als der Sehwinkel der Fernrohroptik
ist. Der Vermessungsinstrumentenkörper wird angetrieben und um
die vertikale Achse und die horizontale Achse geschwenkt, um ein Bild
eines in einem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb eines
Seh feldes der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimatoroptik
erfaßten,
auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.
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Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument
einen Bildsensor. Die zweite Kollimatoroptik ist ausgebildet, ein
Bild auf dem Bildsensor zu erzeugen.
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Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument
ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt
und um die vertikale Achse und die horizontale Achse dreht, um ein
Bild eines in einem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb
eines Sehfeldes der ersten Kollimatoroptik zu positionieren.
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Vorzugsweise nutzen die erste Kollimatoroptik
und die zweite Kollimatoroptik den Bildsensor gemeinsam.
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Vorzugsweise umfasst die erste Kollimatoroptik
einen Allrichtspiegel.
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Vorzugsweise umfassen die erste Kollimationsoptik
und die zweite Kollimationsoptik jeweils eine Lichtquelle zum Aussenden
von Lichtstrahlen auf den Vermessungspunkt, um das Vermessungsinstrument
auf den Vermessungspunkt zu kollimieren.
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Vorzugsweise umfasst das Vermessungsinstrument
einen Bildsensor; und ein Autokollimationssystem, das den Vermessungsinstrumentenkörper antreibt,
um das Bild des in dem Vermessungspunkt angeordneten Ziels innerhalb
eines Sehfeldes der Fernrohroptik entsprechend einer durch die Kollimationsoptik
erfaßten,
auf den Vermessungspunkt bezogenen Positionsinformation zu positionieren.
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Vorzugsweise ist die Kollimatoroptik
so angeordnet, dass sie in der Lage ist, das Bild des Ziels auf
dem Bildsensor zu erzeugen.
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Bei einem Vermessungsinstrument,
auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann die für eine Kollimationsoperation
erforderliche Zeit mit einer einen weiten Sehwinkel aufweisenden
Kollimatoroptik im Zusammenwirken mit einer Fernrohroptik reduziert
werden; außerdem
kann die für
eine Autokollimationsoperation erforderliche Zeit verringert werden.
Ferner kann ein Vermessungspunkt schnell erfasst und präzise kollimiert
werden, indem wahlweise eine Tele-Optik und eine Weitwinkel-Optik
verwendet werden, um den Vermessungspunkt zu erfassen und die Fernrohroptik
auf zu den Tripelreflektor zu kollimieren.
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Die vorliegende Erfindung wird im
Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail
erläutert.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes;
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2 ein
Blockdiagramm, das den Zusammenhang zwischen einem Bildsensor (CCD),
einem Zielerkennungsprozessor, einem Horizontal-Antriebssystem,
einem Vertikal-Antriebssystem und einer Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung angibt,
die alle in dem in 1 gezeigten
Vermessungsinstrument enthalten sind;
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3 ein
Flussdiagramm, das einen mit dem in 1 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes durchgeführten Prozess einer Kollimationsoperation
zeigt;
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4 eine
Darstellung, die ein Sehfeld eines ersten Ausführungsbeispiels des Vermessungsinstrumentes
zeigt;
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5 eine
Darstellung ähnlich
der nach 1, die ein
Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes zeigt, das eine Modifizierung des ersten
Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes darstellt;
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6 eine
Ansicht ähnlich
der nach 1, die ein
zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes
zeigt;
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7 eine
Ansicht ähnlich
der nach 1, die ein
drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes
zeigt; und
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8 eine
schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes, das eine Modifizierung des ersten,
des zweiten und des dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes
darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Vermessungsinstrumentes. Wie in 1 gezeigt,
umfasst das Vermessungsinstrument einen Vermessungsinstrumentenkörper 1,
eine Fernrohroptik 10, eine erste Kollimatoroptik 30 und eine
zweite Kollimatoroptik 110. Lichtstrahlen, die zunächst von
einer innerhalb des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 angeordneten
Lichtquelle 29 nach außen
gesendet werden, um auf einen Tripelreflektor (Vermessungspunkt) 60 zu
fallen, und anschließend von
dem Tripelreflektor 60 zum Vermessungsinstrumentenkörper 1 hin
reflektiert werden, werden von der ersten Kollimatoroptik 30 empfangen,
so dass die Koordinaten (z.B. x- und y-Koordinaten) des Tripelreflektors 60 auf
dem Bildsensor 50 bestimmt werden. Entsprechend dieser
Positionsinformation des Tripelreflektors 60 wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 so
bewegt, dass sich ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb
eines Sehfeldes 21 der Fernrohroptik 10 (zweite
Kollimatoroptik 110) befindet, um so das Vermessungsinstrument
bezüglich
des Tripelreflektors 60 zu kollimieren.
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Die erste Kollimatoroptik 30 wird
eingesetzt, um von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen vor einer Kollimationsoperation durch die Fernrohroptik 10 oder
die zweite Kollimationsoptik 110 in das Sehfeld 21 der
Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 zu
bringen. Die erste Kollimatoroptik 30 ist gebildet aus
einer Objektivlinse 31, einem Rechtwinkelprisma 32,
der Lichtquelle 29, einer zweiten Blende 38 und
einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 33. Die Fernrohroptik 10 wird
eingesetzt, um eine manuelle Kollimationsoperation durchzuführen, und
ist gebildet aus einer Objektivlinse 11, einer Lichtquelle
19, einem Rechtwinkelprisma 12, einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 13,
einer Fokussierlinse 14, einem Porroprisma 15,
einer Fokussierscheibe 16 und einem Okular 17.
Die zweite Kollimatoroptik 110 wird eingesetzt, um eine
Autokollimationsoperation durchzuführen, und ist gebildet aus
der Objektivlinse 11, der Lichtquelle 19, dem
Rechtwinkelprisma 12, dem Strahlteiler 13, einer
ersten Blende 18 und dem Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 33. Die
Fernrohroptik 10 und die zweite Kollimationsoptik 110 nutzen
also gemeinsam die Objektivlinse 11, die Lichtquelle 19,
das Rechtwinkelprisma 12 und den Strahlteiler 13.
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In der Fernrohroptik 10 werden
die Lichtstrahlen, die zunächst
auf die Objektivlinse 11 fallen, um durch die Objektivlinse 11 längs deren
optischer Achse 20 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
treten, und die anschließend
durch den Strahlteiler 13 gehen, über die Fokussierlinse 14 und
das Porroprisma 15 auf die Fokussierscheibe 16 fokussiert,
um zusammen mit einer an der Fokussierscheibe 16 ausgebildeten
Zielmarke (nicht gezeigt) durch das Okular 17 betrachtet
zu werden. Andererseits gehen in der zweiten Kollimatoroptik 110 die
Lichtstrahlen, die zunächst
auf die Objektivlinse 11 fallen, um durch die Objektivlinse 11 längs deren
optischer Achse 20 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
treten, und die anschließend
von dem Strahlteiler 13 im rechten Winkel (in 1 nach oben) reflektiert werden, durch
die erste Blende 18 und den Strahlteiler 33, um auf den
Bildsensor 50 zu fallen.
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In der ersten Kollimatoroptik 30,
die unabhängig
von der Fernrohroptik 10 vorgesehen ist, werden die Lichtstrahlen,
die zunächst
auf die Objektivlinse 31 fallen, um durch die Objektivlinse 31 längs deren
optischer Achse 40 in den Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
treten, und die anschließend durch
die zweite Blende 38 gehen, von dem Strahlteiler 33 im
rechten Winkel (in 1 nach
oben) reflektiert, um auf den Bildsensor 50 zu fallen.
Der Bildsensor 50 wird demnach eingesetzt, um sowohl ein
erstes Bild aus den von dem Strahlteiler 33 reflektierten Lichtstrahlen
als auch ein zweites Bild aus den vom Strahlteiler 13 reflektierten
Lichtstrahlen einzufangen. Ein Blendenantriebssystem 5 steuert
den Betrieb der ersten und der zweiten Blende 18 und 38 so, dass
sich die erste und die zweite Blende 18 und 38 nicht
gleichzeitig öffnen.
Demnach werden das erste und das zweite Bild wahlweise auf dem Bildsensor 50 erzeugt.
Dies bedeutet, dass das erste und das zweite Bild nicht gleichzeitig
auf dem Bildsensor 50 erzeugt werden.
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Wie in 2 gezeigt,
hat das erste Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes eine Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55,
ein Horizontal-Antriebssystem 56,
ein Vertikal-Antriebssystem 57 und eine Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59,
wobei die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als
Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den Bildsensor 50 angeschlossen
sind. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 bestimmt,
ob der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt.
Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 stellt fest,
dass der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt,
wenn ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb eines Sehfeldes 41 der
ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 bestimmt
eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in
dem Sehfeld 41 aus der Mitte des Sehfeldes 41 über das
Ausgangssignal des Bildsensors 50 (d.h. über die
von dem Tripelreflektor 60 reflektierten Lichtstrahlen),
wenn die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 feststellt,
dass der Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt
(d.h. wenn sich ein Bild des Tripelreflektors 60 in dem
Sehfeld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 befindet).
Stellt die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 fest,
dass der Bildsensor 50 keine von dem Tripelreflektor 60 reflektierten
Lichtstrahlen empfängt,
während
die Positionserfassungs-Verarbeitungsschaltung 59 eine
Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in
dem Sehfeld 41 aus der Mitte des Sehfeldes 41 bestimmt,
so wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 von dem Horizontal-Antriebssystem 56 und
dem Vertikal-Antriebssystem 57 bewegt, die jeweils sowohl
an die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als auch
an die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 angeschlossen
sind.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme
auf 3 ein mit dem ersten
Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation
erläutert.
In diesem Prozess wird der Tripelreflektor 60 in einem
Vermessungspunkt angeordnet (Schritt S1). Anschließend wird
der Bildsensor 50 bei geschlossener erster Blende 18 und
geöffneter
zweiter Blende 38 aktiviert und die Lichtquelle 29 eingeschaltet,
um Licht auf das Rechtwinkelprisma 32 auszugeben und so
Lichtstrahlen auf den Tripelreflektor 60 zu senden, um eine
Kollimationsoperation durchzuführen
(Schritt S2).
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Empfängt der Bildsensor 50 von
dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen (JA in
Schritt S3), so wird festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb
des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet
ist. Auf Grundlage dieser Feststellung wird die Position eines Bildes
der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 bestimmt. Empfängt dagegen
der Bildsensor 50 kein von dem Tripelreflektor 60 reflektiertes
Licht (NEIN in Schritt S3), so wird festgestellt, dass kein Bild
des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der
ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Auf Grundlage
dieser Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich
horizontal und vertikal bewegt, bis der Bildsensor 50 von
dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt
S4). Mit Empfang von dem Tripelreflektor 60 reflektierter
Lichtstrahlen durch den Bildsensor 50 wird die Position der
reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 bestimmt
(Schritt S3).
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Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 entsprechen
der Positionsinformation über
die reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 horizontal
und vertikal bewegt, um die reflektierten Lichtstrahlen in dem Bildsensor 50 zu zentrieren
(Schritt S5). Anschließend
wird die zweite Blende 38 geschlossen, während die
Lichtquelle 29 und der Bildsensor 50 jeweils ausgeschaltet
werden. Dadurch wird es möglich,
von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte
Lichtstrahlen in das Sehfeld 21 der Fernrohroptik 10 oder
der zweiten Kollimatoroptik 110 zu bringen.
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Anschließend wird eine Kollimationsoperation
entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 durchgeführt, nicht
jedoch mit der ersten Kollimatoroptik 30, die in Schritt
S3 eingesetzt wurde, um zu bestimmen, ob der Bildsensor 50 von
dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt
S6).
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Diese Kollimationsoperation, die
entweder von der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 110 durchgeführt wird,
wird im Folgenden beschrieben.
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Wird die Kollimationsoperation manuell durchgeführt, so
schwenkt eine Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal
und vertikal, während
er durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein
Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des
Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen
(Schritt S7).
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Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so
wird zunächst
die erste Blende 18 geöffnet,
der Bildsensor 50 aktiviert und die Lichtquelle 19 eingeschaltet.
Anschließend
wird die Position der von dem Tripelspiegel 60 reflektierten
Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 erfasst, die durch
die zweite Kollimatoroptik 110 auf den Bildsensor 50 fallen,
und der Vermessungsinstrumentenkörper 1 wird horizontal
und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in
der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
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Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen
oder automatischen Kollimationsoperation können die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel
mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) gemessen werden.
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In der ersten Kollimatoroptik 30 ist
deren Sehwinkel größer als
der oben genannte herkömmliche
Sehwinkel von eineinhalb Grad eingestellt, indem die erste Kollimatoroptik 30 so
ausgebildet ist, dass sie eine kurze Brennweite aufweist. Folglich kann
ein Bild des Tripelreflektors 60 deutlich einfacher hinter
dem Sehfeld 41 der ersten Kollimatoroptik 30 als
in dem Sehfeld 21 angeordnet werden, da das Seh feld 41 der
ersten Kollimatoroptik 30 deutlich größer ist als das Sehfeld 21,
wie in 4 gezeigt ist. Dadurch
kann auf einmal das Sehfeld in einem weiten Bereich eingefangen
werden, wodurch die für
die Kollimationsoperation erforderliche Zeit beträchtlich reduziert
werden kann. Auf diese Weise kann die Kollimationsoperation beschleunigt
werden. Wegen des weiten Sehwinkels der ersten Kollimatoroptik 30 kann
ferner das während
der Kollimationsoperation eingefangene Sehfeld über den Bildsensor 50 in
einem weiten Sehbereich aufgezeichnet werden. Außerdem kann der Tripelreflektor 60 schnell
und präzise
erfasst werden, indem wahlweise die Teleoptik (Fernrohroptik 10)
und die Weitwinkeloptik (erste Kollimatoroptik 30) zur
Erfassung des Tripelreflektors 60 und zur Kollimation der
Fernrohroptik 10 auf den Tripelreflektor 60 eingesetzt
werden. Der Sehwinkel der ersten Kollimatoroptik 30 ist
vorzugsweise mindestens auf das Zehnfache des Sehwinkels der Fernrohroptik 10 eingestellt.
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Das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel
des in 1 gezeigten Vermessungsinstrumentes
kann gemäß 5 modifiziert werden. Das in 5 gezeigte Vermessungsinstrument
hat hinter dem Rechtwinkelprisma 32 einen zweiten Bildsensor 51,
der unabhängig
von dem Bildsensor 50 vorgesehen ist, und weist keines
der folgenden drei, in 1 gezeigten
Elemente auf: den Strahlteiler 23, die erste Blende 18 und
die zweite Blende 38. Bei diesem Aufbau ist es nicht erforderlich,
zwei Blenden, nämlich die
erste Blende 18 und die zweite Blende 38, anzusteuern.
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In dieser Modifizierung des ersten
Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes sind die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 und die
Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den zweiten
Bildsensor 51 angeschlossen. Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 bestimmt,
ob der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt.
Die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 stellt dann
fest, dass der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt, wenn
ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der
ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist. Die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 bestimmt
eine Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in
dem Sehfeld 41 aus dessen Mitte über das Ausgangssignal des
zweiten Bildsensors 51 (d.h. über von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen), wenn die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 feststellt,
dass der zweite Bildsensor 51 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen empfängt
(d.h. wenn ein Bild des Tripelreflektors 60 in dem Sehfeld 41 der
ersten Kollimatoroptik 30 angeordnet ist), und wenn die
zu verwendende Optik von der ersten Kollimatoroptik 30 auf
die zweite Kollimatoroptik 110 oder die Fernrohroptik 10 umgeschaltet
ist. Stellt die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 fest,
dass der zweite Bildsensor 51 kein von dem Tripelreflektor 60 reflektiertes
Licht empfängt,
während
die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 eine
Positionsabweichung eines Bildes des Tripelreflektors 60 in dem
Sehfeld 41 aus dessen Mitte erfasst, so wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 durch
das Horizontalantriebssystem 56 und das Vertikalantriebssystem 57 bewegt,
die jeweils sowohl an die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 als
auch an die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 angeschlossen
sind.
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In den in den 1 und 5 gezeigten
Ausführungsbeispielen
der Vermessungsinstrumente können
die für
die Kollimationsoperation genutzten Lichtstrahlen nur durch eine
der beiden Lichtquellen, d.h. entweder die Lichtquelle 19 oder
die Lichtquelle 29, nach außen gesendet werden. Bei den
in den 1 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen
der Vermessungsinstrumente können
jeweils die Lichtquelle 19 oder die Lichtquelle 29 weggelassen
werden. In diesem Fall kann das Vermessungsinstrument mit von dem
Tripelreflektor 60 reflektiertem Umgebungslicht auf den
Tripelreflektor 60 kollimiert werden.
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6 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes. In
diesem Ausführungsbeispiel
sind Teile oder Elemente, die denen des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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Wie in 6 gezeigt,
hat das Vermessungsinstrument oberhalb der Fernrohroptik 10 eine
erste Kollimatoroptik 80. Ein Prisma 72 ist an
der Oberseite eines Allrichtspiegels 70 befestigt. Von
einer Lichtquelle 79 abgegebene Lichtstrahlen werden von
dem Prisma 72 so reflektiert, dass sie aus dem Vermessungsinstrument
nach außen
gesendet werden. Andererseits werden Lichtstrahlen, die auf den
Allrichtspiegel 70 fallen, von diesem so reflektiert, daß sie durch
eine Abbildungslinse 71 auf einen Bildsensor 52 abgebildet
werden. Der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kann um eine
vertikale Achse 3 vor und zurück sowie um die horizontale
Achse 6 vor und zurück
geschwenkt werden. Die vertikale Achse 3 fällt mit
der optischen Achse der ersten Kollimatoroptik 80 zusammen.
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Ähnlich
wie die Fernrohroptik 10 in dem ersten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes ist die Fernrohroptik 10 gebildet
aus einer Objektivlinse 11, einer Lichtquelle 19,
einem Rechtwinkelprisma 12, einem Strahlteiler (Strahlteilerprisma 13),
einer Fokussierlinse 14, einem Porroprisma 15, einer Fokussierscheibe 16 und
einem Okular 17. Die zweite Kollimatoroptik 120 ist
gebildet aus der Objektivlinse 11, der Lichtquelle 19,
dem Rechtwinkelprisma 12 und dem Strahlteiler 13.
Die zweite Kollimatoroptik 120 teilt demnach alle ihre
Elemente mit der Fernrohroptik 10.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes sind die Zielerkennungs-Verarbeitungsschaltung 55 und
die Positionserkennungs-Verarbeitungsschaltung 59 an den Bildsensor 52 angeschlossen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme
auf 3 ein mit dem zweiten
Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation
beschrieben. In diesem Prozess wird der Tripelreflektor 60 in
einem Vermessungspunkt angeordnet (Schritt S1). Anschließend wird
der Bildsensor 52 aktiviert und die Lichtquelle 79 eingeschaltet,
um Licht auf das Prisma 72 abzugeben und so Lichtstrahlen
auf den Tripelreflektor 60 auszusenden, um eine Kollimationsoperation
durchzuführen
(Schritt S2).
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Empfängt der Bildsensor 52 von
dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen (JA in
Schritt S3), so wird festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb
des Sehfeldes 41 der ersten Kollimatoroptik 80 angeordnet
ist; auf Grundlage dieser Feststellung wird die Position eines Bildes
der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 52 ermittelt. Empfängt dagegen
der Bildsensor 52 keine von dem Tripelreflektor 60 reflektierten
Lichtstrahlen (NEIN in Schritt S3), so wird festgestellt, dass kein
Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb des Sehfeldes 41 der
ersten Kollimatoroptik 80 angeordnet ist; auf Grundlage dieser
Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich
vertikal bewegt, bis der Bildsensor 52 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen
empfängt
(Schritt S4). Empfängt
der Bildsensor 52 von dem Tripelspiegel 60 reflektierte Lichtstrahlen,
so wird die Position der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 52 ermittelt.
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Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 entsprechend
der Positionsinformation über
die auf dem Bildsensor 52 reflektierten Lichtstrahlen horizontal
und vertikal bewegt, um die reflektierten Lichtstrahlen in dem Bildsensor 52 zu zentrieren
(Schritt S5). Anschließend
werden sowohl die Lichtquelle 79 als auch der Bildsensor 52 ausgeschaltet.
Dadurch können
von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte
Lichtstrahlen in das Sehfeld 21 der Fernrohroptik 10 oder
der zweiten Kollimatoroptik 120 gebracht werden.
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Anschließend wird eine Kollimationsoperation
entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimatoroptik 120 durchgeführt, nicht
jedoch mit der ersten Kollimatoroptik 80, die in Schritt
S3 eingesetzt wird, um zu bestimmen, ob der Bildsensor 52 von dem
Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt (Schritt
S6).
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Diese Kollimationsoperation, die
entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 120 durchgeführt wird,
wird im Folgenden beschrieben.
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Wird die Kollimationsoperation manuell durchgeführt, so
schwenkt die Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal
und vertikal, während
sie durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein
Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des
Tripelreflektors 60 in der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen
(Schritt S7).
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Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so
wird zunächst
der Bildsensor 50 aktiviert und die Lichtquelle 19 eingeschaltet.
Anschließend
wird die Position der von dem Tripelspiegel 60 reflektierten
Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50, die durch die zweite
Kollimatoroptik 120 auf diesen fallen, erfasst, und der
Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal
und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in
der Mitte des Sehfeldes 21 anzuordnen (Schritt S7).
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Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen
oder automatischen Kollimationsoperation können mit einem Positionsdetektor
(nicht gezeigt) die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel
gemessen werden.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes, das den oben beschriebenen Aufbau hat,
kann der Tripelreflektor 60 allein durch Bewegen des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 in
vertikaler Richtung erfasst werden, da die erste Kollimatoroptik 80 zur
gleichen Zeit eine Rundumsicht (360-Grad-Sicht) um das Vermessungsinstrument
herum einfangen kann. Dadurch kann die Autokollimationsoperation
beschleunigt werden. Die Kollimationsoperation kann statt mit der
Fernrohroptik 10 oder der zweiten Kollimatoroptik 120 auch
mit der ersten Kollimatoroptik 80 durchgeführt werden. Die
für die
Kollimationsoperation genutzten Lichtstrahlen können von nur einer der beiden
Lichtquellen, d.h. entweder der Lichtquelle 19 oder der
Lichtquelle 79, ausgesendet werden. Das zweite Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes muss weder mit der Lichtquelle 19 noch
mit der Lichtquelle 79 ausgestattet sein. In diesem Fall
kann das Vermessungsinstrument mit Umgebungslichtstrahlen, die von
dem Tripelreflektor 60 reflektiert werden, auf den Tripelreflektor 60 kollimiert
werden. Die übrigen strukturellen
Merkmale, Verfahrensschritte und Wirkungen sind die gleichen wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes.
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7 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Vermessungsinstrumentes. In
diesem Ausführungsbeispiel
sind Teile oder Elemente, die denen des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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Wie in 7 gezeigt,
hat das dritte Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes an Stelle der ersten Kollimatoroptik 30 und
der zweiten Kollimatoroptik 110, die Elemente des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes bilden, eine Kollimatoroptik 130. Die
Kollimatoroptik 130 besteht aus einer Objektivlinse 11,
einer Lichtquelle 19, einem Rechtwinkelprisma 12, einem
Strahlteiler (Strahlteilerprisma) 13 und einem Zoommechanismus 90 einschließlich einer
Zoomoptik (brennweitenändernde
Optik). Die Kollimatoroptik 130 teilt demnach die Objektivlinse 11,
die Lichtquelle 19, das Rechtwinkelprisma 12 und
den Strahlteiler 13 mit der Fernrohroptik 10.
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Die Kollimatoroptik 130 kann
mit dem Zoommechanismus 90, der zwischen dem Strahlteiler 13 und
dem Bildsensor 50 angeordnet ist, ihre Brennweite ändern. Die
auf die Objektivlinse 11 fallenden Lichtstrahlen werden
teilweise von dem Strahlteiler 13 reflektiert, um durch
den Zoommechanismus 90 auf den CCD-Bildsensor 50 abgebildet
zu werden. Demnach kann eine einzige Optik sowohl als Weitwinkel-Optik
als auch als Schmalwinkel-Optik dienen. Dadurch kann die Größe des Vermessungsinstrumentes
reduziert werden.
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Ein mit dem dritten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes durchgeführter Prozess einer Kollimationsoperation
wird im Folgenden beschrieben. In diesem Prozess wird nach Anordnen des
dritten Reflektors 60 in einem Vermessungspunkt der Bildsensor 50 aktiviert,
der Zoommechanismus 90 aktiviert, um die Kollimatoroptik 130 auf
einen Weitwinkel einzustellen, und die Lichtquelle 90 eingeschaltet,
um Licht auf das Rechtwinkelprisma 12 abzugeben und so
Lichtstrahlen auf den Tripelreflektor 60 auszusenden, um
eine Kollimationsoperation durchzuführen.
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Empfängt der Bildsensor 50 von
dem Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen, so wird
festgestellt, dass ein Bild des Tripelreflektors 60 innerhalb eines
Sehfeldes der Kollimatoroptik 130 angeordnet ist; auf Grundlage
dieser Feststellung wird die Position eines durch reflektierte Lichtstrahlen
erzeugten Bildes auf dem Bildsensor 50 erfasst. Empfängt dagegen
der Bildsensor 50 keine von dem Tripelreflektor 60 empfangenen
Lichtstrahlen, so wird festgestellt, dass kein Bild des Tripelreflektors
60 innerhalb des
Sehfeldes der Kollimatoroptik 130 angeordnet ist; auf Grundlage
dieser Feststellung wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 kontinuierlich
horizontal und vertikal bewegt, bis der Bildsensor 50 von dem
Tripelreflektor 60 reflektierte Lichtstrahlen empfängt. Empfängt der
Bildsensor 50 von dem Tripelreflektor 60 reflektierte
Lichtstrahlen, so wird die Position der reflektierten Lichtstrahlen
auf dem Bildsensor 50 erfasst.
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Anschließend wird der Vermessungsinstrumentenkörper 1 auf
Grundlage der Positionsinformation über die auf den Bildsensor 50 reflektierten
Lichtstrahlen horizontal und vertikal bewegt, um die reflektierten
Lichtstrahlen in dem Bildsensor 50 zu zentrieren. Anschließend werden
die Lichtquelle 19 und der Bildsensor 50 jeweils
ausgeschaltet. Dadurch können
von dem Tripelreflektor 60 (Vermessungspunkt) reflektierte
Lichtstrahlen in ein schmales Sehfeld der Fernrohroptik 10 oder
der Kollimatoroptik 130 gebracht werden.
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Anschließend wird eine Kollimationsoperation
entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimatoroptik 130 durchgeführt.
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Diese Kollimationsoperation, die
entweder mit der Fernrohroptik 10 oder der Kollimationsoptik 130 durchgeführt wird,
wird im Folgenden beschrieben.
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Wird die Kollimationsoptik manuell
durchgeführt,
so schwenkt die Bedienperson den Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal
und vertikal, während
sie durch das Okular 17 der Fernrohroptik 10 ein
Bild des Tripelreflektors 60 betrachtet, um das Bild des
Tripelreflektors 60 in der Mitte des schmalen Sehfeldes
anzuordnen.
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Wird die Kollimationsoperation automatisch durchgeführt, so
wird zunächst
der Bildsensor 50 aktiviert, der Zoommechanismus 90 aktiviert,
um die Kollimatoroptik 130 in die Teleeinstellung zu bringen, und
die Lichtquelle 19 eingeschaltet. Anschließend wird
die Position der von dem Tripelreflektor 60 reflektierten
Lichtstrahlen auf dem Bildsensor 50 erfasst, die durch
die Kollimatoroptik 130 auf diesen fallen, und es wird
der Vermessungsinstrumentenkörper 1 horizontal
und vertikal geschwenkt, um das Bild des Tripelreflektors 60 in
der Mitte des schmalen Sehfeldes anzuordnen.
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Nach Abschluss der oben beschriebenen manuellen
oder automatischen Kollimationsoperation können die Distanz von dem Vermessungsinstrumentenkörper 1 zu
dem Tripelreflektor 60 sowie Horizontal- und Vertikalwinkel
mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) gemessen werden. Die übrigen strukturellen
Merkmale, Verfahrensschritte und Wirkungen sind die gleichen wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
des Vermessungsinstrumentes.
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8 zeigt
einen Teil eines Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes, das eine Modifizierung des oben beschriebenen
ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiels
des Vermessungsinstrumentes darstellt. In dieser Modifizierung ist
der Tripelreflektor 60 in einem Kasten 62 untergebracht, der
außerhalb
des Vermessungsinstrumentenkörpers 1 angeordnet
ist, während
eine Lichtquelle 61 in dem Kasten 62 montiert
ist. Die Lichtquelle 61, die dem Tripelreflektor 60 benachbart
angeordnet ist, gibt Licht aus, um Lichtstrahlen für eine Kollimationsoperation
auf den Vermessungsinstrumentenkörper 1 auszusenden.
Der Tripelreflektor 60 kann aufgefunden werden, indem die
von der Lichtquelle 61 abgegebenen direkten Lichtstrahlen
erfasst werden.
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In den speziellen Ausführungsbeispielen
der hier beschriebenen Erfindung können naheliegende Änderungen
vorgenommen werden. Solche Modifizierungen liegen im Geiste und
Umfang der beanspruchten Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass
alle hier enthaltenen Gegenstände
der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Endung
nicht beschränken.