DE1623404C3 - Automatisches Nivellierinstrument - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nivellierinstru- 45 n- a' ■ b

ment mit einem um eine Stehachse drehbar gelager- d =

ten Fernrohr, bestehend aus einem Objektiv, einem ^a
im Abstand der halben Bildweite dahinter angeordneten, unter dem Einfluß der Schwerkraft pendelnd vom optischen Mittelpunkt des Objektivs oder von gelagerten, zu Fokussierzwecken verschiebbaren 50 einem virtuellen Bild dieses Mittelpunktes, welches Planspiegel, an dem der Abbildungsstrahlengang zu- von hinter ihm liegenden Teilen des Objektivs und/ rück zum Objektiv in dessen Bildebene reflektiert ist, oder anderen optischen Elementen entworfen wird, aus einer in der Bildebene des Objektivs im Abstand angeordnet ist, wobei η der Brechungsindex des vom optischen Mittelpunkt des Objektivs angeord- Lichtweges zwischen dem Ort derZielmarke und dem neten Zielmarke und aus einem gebrochenen Okular- 55 Ort ihrer Sollage, α eine wählbare Objektweite des system zur Betrachtung der Bildebene des Objektivs, Fernrohres, a' die dazugehörige Bildweite und b der bei dem die Stehachse im Abstand vom vorderen Abstand der Stehachse von ihrer Sollage sind.
Knotenpunkt des Objektivs oder im Abstand von Die erwähnte Objektweite α wird hierbei vom voreinem virtuellen Bild dieses Punktes angeordnet ist, deren Knotenpunkt des Objektivs gemessen und wird welches von etwa vor dem Objektiv vorgesehenen 60 zweckmäßig gleich der Zielweite einer üblichen optischen Elementen mit konstanter Ablenkung des Nivellementsmessung, z. B. zu a = 40 m, gewählt.
Abbildungsstrahlenganges entworfen wird. Unter der Sollage des Strichkreuzes soll der op-

Nivellierinstrumente dieser Art sind bereits be- tische Mittelpunkt des Objektivs bzw. bei Anwesenkannt. Sie weisen den Nachteil auf, daß Nivellements, heit von zusätzlichen optischen Elementen (z. B. Umwelche mit ihnen ausgeführt werden, mit einem syste- 65 lenkspiegel) zwischen Planspiegel und Bildebene jene manschen Meßfehler behaftet sind, der dann auftritt, Position, welche durch die zusätzlichen optischen EIewenn die Stehachse des Nivellierinstrumentes nicht mente virtuell in dem bildseitigen Knotenpunkt abexakt in die Vertikale ausgerichtet ist. Der Höhen- gebildet wird, verstanden werden.

Befindet sich die Lage der Stehachse, in Lichtrichtung betrachtet, hinter dem Ort des vorderen Knotenpunktes bzw. seines virtuellen Bildes, so liegt die Zielmarke objektseitig von ihrer Sollage.

Befindet sich dagegen der Ort der Stehachse vor dem genannten Knotenpunkt bzw. vor dem Ort seines virtuellen Bildes, so liegt die Zielmarke bildseitig von ihrer Sollage.

Das erfindungsgemäße Nivellierinstrument hat den Vorteil, daß mit ihm Nivellements über größere Strecken bei hinreichend kleinem Höhenfehler auch dann ausgeführt werden können, wenn die Stehachse nicht exakt in die vertikale Richtung ausgerichtet ist. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Nivellierinstrument einfacher herstellen als das bekannte Nivellierinstrument (DT-Gbm 19 49 413).

Zwei die Erfindung erläuternde Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Fernrohr eines Nivellierinstruments,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Objektiv gemäß Fig.l,

F i g. 3 die Wirkungsweise des Nivellierinstruments gemäß Fig. 1, ■

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Nivellierinstrument und

Fig. 5 einen Schnitt durch das Objektiv gemäß Fig. 4.

In Fig. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse des Nivellierinstruments, welches mit einer nicht dargestellten Dosenlibelle zur Ausrichtung seiner Stehachse S verbunden ist. Das Gehäuse 1 ist durch Fußschrauben 2 justierbar auf einer Grundplatte 3 gelagert und kann auf einem Lagerzapfen 4 um die Stehachse S gedreht werden. Das Gehäuse dient zur Lagerung eines aus den drei Linsen 5, 6 und 7 bestehenden Objektivs 8. Hinter dem Objektiv ist im Abstand der halben Bildweite ein Planspiegel 9 angeordnet. Der Planspiegel 9 ist mittels einer Aufhängung 9' an einem Bauteil 10 derart pendelnd gelagert, daß sich seine Spiegelebene stets in die vertikale Richtung einstellt. Er ist im übrigen mit nicht dargestellten Mitteln zur Dämpfung seiner Bewegung verbunden.

Das Bauteil 10 ist zusammen mit dem Spiegel 9 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles über von der Außenseite des Gehäuses 1 her zugängliche Stellmittel zum Zwecke der Fernrohrfokussierung verschiebbar gelagert.

Vor dem Objektiv 8 bzw. in Lichtrichtung hinter dem Spiegel 9 ist ein Glasprisma 11 gelagert, welches an einer Planglasscheibe 12 befestigt ist. Seine unter 45° gegen die optische Achse des Objektivs 8 geneigt angeordnete Prismenfläche 13 ist verspiegelt. Der Spiegel ist Teil eines gebrochenen Okularsystems 14, welches es gestattet, über das Umlenkprisma 15 und den Spiegel 13 die Bildebene 16 des Objektivs 8 zu betrachten.

Die Bildebene 16 fällt mit einer Linsenfläche des Objektivs 8, der letzten Fläche der Linse 5, zusammen und enthält ein Fadenkreuz. Das Fadenkreuz ist vor dem Verkitten der Linsen 5 und 6 auf die hintere Fläche der Linse 5, z. B. durch Aufdampfen, aufgebracht.

Vor der Scheibe 12 ist ein Glaskeil 17 in einer Fassung 18 angeordnet, welche in dem Gehäuse 1 um die Achse des Objektivs 8 drehbar gelagert ist. Der Keil 17 dient zur Korrektur etwaiger Fehlablagen des in der Ebene 16 gelegenen Mittelpunktes des Fadenkreuzes von der optischen Achse des Objektivs 8.

In Fig. 2 ist das Objektiv 8 mit seinen Linsen 5, 6 und 7 noch einmal dargestellt. Vor dem Objektiv ist schematisch eine Planparallelglasplatte 20- angedeutet, die ein Äquivalent für die Glasscheiben 12 und 17 sein soll. Die Scheibe 20 vermittelt eine virtuelle Abbildung des vorderen Knotenpunktes 22 des Objektivs 8 an dem Ort 23, und es ist mit S wieder

ίο die Lage der Stehachse des Nivellierinstruments angedeutet. 21 bezeichnet den Ort des optischen Mittelpunktes des Fadenkreuzes in der Ebene 16. Mit H bzw. H' sind die vordere und hintere Hauptebene des Objektivs bezeichnet.

Zur fehlerfreien Funktion des Nivelliers nach Fig. 1 wäre es erforderlich, daß die Stehachse 5 durch das virtuelle Bild 23 des vorderen Knotenpunktes 22 des Fernrohrobjektivs 8 gelegt ist. Sie weist indessen den Abstand b vom Ort ihrer Sollage auf. Die Zielmarke 16' ist deshalb im angegebenen Abstand d vom Ort des optischen Mittelpunktes 21 vor dem optischen Mittelpunkt angeordnet.

Infolge dieser Fehllage der Zielmarke verliert das Nivellierinstrument die Eigenschaft, daß die Richtung seiner Zielachse unabhängig von Neigungen des Gerätegehäuses 1 gegen die Horizontalebene stets in eine horizontale Richtung weist, und es tritt eine neigungsabhängige Kippung der Zielachsenrichtung gegen den Horizont auf.

Die Größe und Art dieser neigungsabhängigen Kippung erläutert die Fig. 3, in der 8 das Objektiv des Nivelliers nach Fig. 1, S seine Stehachse, 8 das Objektiv 8 in einer um 180° gedrehten Lage (bei unveränderter Anordnung der Stehachse) und 30 bzw. 30' Nivellierlatten bezeichnen.

Wie der Figur entnommen werden kann, weist die Zielachse des Fernrohres in den beiden um 180° verschiedenen Fernrohrlagen jeweils eine unterschiedliche Höhenlage auf. Der Abstand zwischen diesen beiden Höhenlagen beträgt 2 h. Er ist in Näherung dem Produkt aus dem Neigungswinkel α der Stehachse S gegen den Horizont und aus dem Abstand b proportional.

Zur Verringerung dieses Fehlers ist nun — wie erläutert — eine neigungsabhängige Kippung Aa eingeführt, welche so durch entsprechende Anordnung der Zielmarke justiert ist, daß der Höhenversatz 2 h für die Fernrohrzielweite α gleich Null ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist das Fernrohrobjektiv 8 in dem Gehäuse 1 derart gelagert, daß seine optische Achse mit der Richtung der Stehachse S zusammenfällt. Der Spiegel 9 ist nunmehr an einer Aufhängung 9' derart pendelnd gelagert, daß seine Spiegelebene stets mit der Horizontalebene zusammenfällt. Der Lagerpunkt 10 der Aufhängung 9' ist wiederum zum Zwecke der Fernrohrfokussierung über (nicht dargestellte) Stellmittel in Richtung der optischen Achse des Objektivs 8 verschiebbar.

Vor dem Objektiv des Fernrohrs ist zum Zwecke der Umlenkung der Zielrichtung ein Pentaprisma angeordnet, welches die Zielachse um 90° knickt. Die Bildebene 16 des Fernrohres ist über den Spiegel 13 und das Okularsystem 14 betrachtbar.

Eine solche Anordnung ist der in Fig. 1 dargestellten Anordnung optisch äquivalent. Durch das Pentaprisma 40 wird nämlich im vorliegenden Fall das Objektiv 8 virtuell an den Ort SA abgebildet, und die Anordnung ist mit einer solchen äquivalent,

bei der das Objektiv mit seiner optischen Achse in horizontaler Richtung gelegen und die Stehachse vor dem Objektiv angeordnet ist. Auch solche Anordnungen weisen deshalb den erwähnten systematischen Meßfehler auf, obwohl die Stehachse den objektseitigen Knotenpunkt enthält.

Die Anordnung ist deshalb — wie der F i g. 5 entnommen werden kann — derart getroffen, daß die Zielmarke 16' des Fernrohres im Abstand d hinter dem optischen Mittelpunkt 41 des Objektivs 8 angeordnet ist. Der Abstand d ist der eingangs erwähnten Dimensionierung entsprechend gewählt, wobei die Zielweite α etwa zu 30 ... 50 m gewählt ist.

Die erläuterten Nivelliere weisen den Vorzug auf, daß mit ihrer Hilfe Nivellements über größere Strecken bei hinreichend kleinem Höhenfehler auch dann ausgeführt werden können, wenn die Stehachse nicht exakt in die vertikale Richtung ausgerichtet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

mcßfehlcr macht sich bei Messungen in verschiedenen

Patentanspruch: Fernrohrlagen bemerkbar und ist dem Produkt aus

dem Winkel der Fehlaufsieüung der Stehachse mit

■ ■·-·. Nivellierinstrument mit einem um eine Steh- dem Abstand zwischen der Stehachse und dem vor-

achse drehbar gelagerten Fernrohr, bestehend aus 5 deren Knotenpunkt des Objektivs bzw. seines virtuel-

einem Objektiv, einem im Abstand der halben len Bildes näherungsweise proportional.

Bildweite dahinter angeordneten, unter dem Ein- Zur Vermeidung dieses Fehlers ist es bekannt, die

nuß der Schwerkraft pendelnd gelagerten, zu Fo- Stehachse durch den vorderen Knotenpunkt bzw.

kussierzwecken verschiebbaren Planspiegel, an durch sein virtuelles Bild quer zur Richtung der op-

dem der Abbildungsstrahlengang zurück zum Ob- io tischen Achse des Objektivs zu legen,

jektiv in dessen Bildebene reflektiert ist, aus einer Solche Nivellierinstrumente weisen jedoch einen

in der Bildebene des Objektivs im Abstand vom mechanisch ungünstigen Aufbau auf, weshalb der

optischen Mittelpunkt des Objektivs angeordneten Anwendungsbereich von Nivellierinstrumenten der

Zielmarke und aus einem gebrochenen Okular- o^cn oczen-nneten Art hinsichtlich ihrer Verwendung

system zur Betrachtung der Bildebene des Ob- 15 bei Nivellements über größere Strecken Einschfän-

jektivs, bei dem die Stehachse im Abstand vom klingen unterworfen ist.

vorderen Knotenpunkt des Objektivs oder im Ab- Bei einem bekannten Nivellierinstrument der oben stand von einem virtuellen Bild dieses Punktes bezeichneten Art (DT-Gbm 19 49 413) ist die Zielangeordnet ist, welches von etwa vor dem Ob- rnar^e 111 üer bildseitigen Hauptebene des Objektivs jektiv vorgesehenen optischen Elementen mit 20 angeordnet. Außerdem ist bei diesem bekannten konstanter Ablenkung des Abbildungsstrahlen- Nivellierinstrument die Stehachse in diese bildseitige ganges entworfen wird, dadurch gekenn- Hauptebene verlegt worden. Jedoch hat dieses bezeichnet, daß die Zielmarke (16') des Fern- kannte Nivellierinstrument den Nachteil, daß sein rohres (8, 9, 13, 14) im Abstande Objektiv axial durchbohrt und die Zielmarke auf

25 einem der Bohrung angepaßten Glasbolzen angeord-

_n. _a'. h net ist. Bei der Herstellung wird der Glasbolzen von

d — vom in die öffnung des Objektivs eingeführt und mit

^a diesem verkittet,,so daß seine die Zielmarke tragende

Fläche in der bildseitigen Hauptebene des Objektivs

vom optischen Mittelpunkt (21) des Objektivs (8) 30 liegt. Die Herstellung des Objektivs und damit des

oder von einem virtuellen Bild dieses Mittel- gesamten Nivellierinstrumentes gestaltet sich dadurch

punktes (21), welches von hinter ihm liegenden schwierig, weil das Objektiv durchbohrt werden muß

Teilen des Objektivs (8) und/oder anderen op- und die einwandfrei zu justierende Verkittung des

tischen Elementen entworfen wird, angeordnet ist, Glasbolzens als Träger der Zielmarke mit dem Ob-

wobei η der Brechungsindex des Lichtweges zwi- 35 jektiv äußerst schwierig ist.

sehen dem Ort der Zielmarke (16') und dem Ort Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das ihrer Sollage, α eine wählbare Objektweite des Nivellierinstrument der oben bezeichneten Art so ausFernrohres, d die dazugehörige Bildweite und b zubilden, daß bei einfacher Fertigung der Fehler eines der Abstand der Stehachse (5) von ihrer Sollage Nivellements über größere Entfernungen auch dann sind. 40 unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, wenn die

Stehachse nicht exakt senkrecht steht. Diese Aufgabe · wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die

Zielmarke des Fernrohres im Abstande