DE19926706A1 - Autofokus-Vermessungsinstrument und hierfür bestimmte Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Fokussierlinse - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Fokussierlinse (115). Die Vorrichtung ist in einem Autofokus-Vermessungsinstrument enthalten, welches versehen ist mit einem optischen Fernrohrsystem, das eine entlang der optischen Achse bewegbare Fokussierlinse hat, einem Strahlteiler (135), der von dem durch die Fokussierlinse (115) tretenden Objektlicht Licht aus dem Fernrohrsystem abspaltet, und einer Fokuserfassungsvorrichtung (105), die das von dem Strahlteiler (135) abgespaltene Licht empfängt. Die Vorrichtung enthält ein Anzeigeelement (125), das an der Fokussierlinse (115) vorgesehen und außerhalb des Strahlenganges des Fernrohrsystems angeordnet ist, und ein zum Ändern eines Strahlenganges bestimmtes Element (103), das zwischen einer ersten Position (A), in der die Fokuserfassungsvorrichtung (105) das von dem Strahlteiler (135) abgespaltene Licht empfängt, und einer zweiten Position (B), in der die Fokuserfassungsvorrichtung (105) das von dem Anzeigeelement (125) ausgehende Licht empfängt, hin- und herbewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Fokus­ sierlinse (Fokussierlinsengruppe) in einem Autofokus-Vermessungsinstrument, z. B. einer Gesamtstation, sowie ein solches Autofokus-Vermessungsinstrument.

Bei einem herkömmlichen Autofokus-Vermessungsinstrument mit Kollimatorfern­ rohr, z. B. einer Gesamtstation, wird ein Strahlengang eines optischen Systems, welches der Erfassung der Scharfeinstellung dient und im folgenden kurz Fo­ kuserfassungssystem bezeichnet wird, mittels eines optischen Strahlteilersystems von dem Strahlengang des Kollimatorfernrohrs abgespalten, wobei der Fokus­ sierzustand in einer zu der Bildebene des Fernrohrsystems optischen Ebene mit einem Phasendifferenz-Autofokusdetektor, der über ein Paar CCD-Sensoren zur Berechnung des Defokussierwertes verfügt, erfaßt, so daß die Fokussierlinsen­ gruppe auf Grundlage dieses Defokussierwertes in eine Scharfstellposition be­ wegt werden kann. Das Prinzip einer solchen Phasendifferenz-AF-Vorrichtung ist an sich bekannt und wird in einäugigen AF-Spiegelreflexkameras eingesetzt.

In Abhängigkeit des anzuvisierenden Zielobjektes ist jedoch bei einigen Autofo­ kus-Detektoren eine genaue Autofokus-Operation nicht möglich. Ist das Zielobjekt beispielsweise ein für die Entfernungsmessung verwendetes Prisma, so wird das Autofokus-Vermessungsinstrument auf sein eigenes, an dem Prisma erzeugtes Bild scharfgestellt, wodurch eine Position des Prismas bestimmt wird, die einer größeren Entfernung als der tatsächlichen entspricht. Um dies zu verhindern, ist es theoretisch möglich, an dem Kollimatorfernrohr eine automatische Scharfeinstellung vorzunehmen, welche auf Messungen (Objektentfernungswerte) beruht, die man unter Einsatz einer Entfernungsmeßfunktion des Vermes­ sungsinstrumentes erhält. Bei dieser Lösung muß die Entfernung des Zielobjektes mit derjenigen Position der Fokussierlinsengruppe in Korrelation gesetzt werden, in der auf das Zielobjekt scharfgestellt ist. Es ist deshalb ein Erfassungsmecha­ nismus vorzusehen, der eine absolute Position der Fokussierlinsengruppe erfaßt.

Weiterhin ist es beim Aufstellen einer Stange an einer vorbestimmten Stelle im Rahmen eines Absteckvorgangs ratsam, das optische System des Kollimatorfern­ rohrs auf eine voreingestellte Position scharfzustellen. Ebenso wie bei der vorste­ hend erläuterten Situation ist in diesem Fall ein Mechanismus zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe erforderlich.

Beim Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe erfaßt ein Codierer, der di­ rekt an einen Antriebsmotor für die Fokussierlinsengruppe angeschlossen ist, das Ausmaß der Drehung des Antriebsmotors, so daß die Auslenkung der Fokus­ sierlinsengruppe an Hand der so erfaßten Drehung bestimmt werden kann. Wird die Bewegungsrichtung der Fokussierlinsengruppe umgekehrt, kann jedoch we­ gen des Spiels, das in dem die Drehung des Antriebsmotors auf die Fokussierlin­ sengruppe übertragenden Getriebe auftritt, die Erfassung der absoluten Position der Fokussierlinsengruppe nicht durchgeführt werden. Um die Fokussierlinsen­ gruppe in eine Scharfstellposition zu bewegen, ist es deshalb stets erforderlich, die Fokussierlinsengruppe durch eine vorbestimmte Referenzposition zu führen und sie ohne Umkehrung aus dieser Referenzposition weiterzubewegen. Eine solche Bewegung der Fokussierlinse erfordert relativ viel Zeit und verringert die Betriebseffizienz.

Theoretisch ist es möglich, die Position der Fokussierlinsengruppe ohne Einfluß des in dem Getriebe auftretenden Spiels zu erfassen, indem ein optischer Linear­ codierer verwendet wird. Ein solcher ist jedoch groß bemessen und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Fokussierlinse (Fokussierlinsengruppe) anzugeben, die vorteilhaft für ein Autofo­ kus-Vermessungsinstrument, z. B. eine Gesamtstation, verwendet werden kann und eine genaue Scharfeinstellung innerhalb kurzer Zeit ermöglicht, wodurch die Betriebseffizienz gesteigert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Anordnung nach Anspruch 1 kann hinsichtlich des von der Fokuserfas­ sungsvorrichtung zu erfassenden Objektlichtes zwischen dem Licht, das aus dem Fernrohrsystem stammt, und dem Licht, das der Erfassung der Position der Fo­ kussierlinse dient, entsprechend der Bewegung des zum Ändern des Strahlen­ ganges bestimmten Elementes umgeschaltet werden. Die zum Empfang des aus dem Fernrohrsystem stammenden Lichtes ausgebildete Fokuserfassungsvor­ richtung wird nämlich auch zum Erfassen der Position der Fokussierlinse ver­ wendet, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung kleiner und einfacher aufge­ baut sein kann als eine herkömmliche Vorrichtung, in der ein optischer Linearco­ dierer zum Einsatz kommt. Da es nicht erforderlich ist, die Position der Fokussier­ linse auf Grundlage des Ausmaßes der Drehung des Motors zu erfassen, ist die Scharfeinstellung innerhalb eines extrem kurzen Zeitraums möglich.

Bei der in Anspruch 5 angegebenen Weiterbildung der Erfindung ist das zum Än­ dern des Strahlenganges bestimmte Element in der ersten Position gehalten, wenn die normale Autofokus-Operation zum Einsatz kommen kann, so daß die Scharfeinstellung gemäß dem durch das Fernrohrsystem erfaßten Defokussier­ wert erfolgen kann. Falls die Erfassung des Defokussierwertes Schwierigkeiten bereitet oder die Entfernung des Zielobjektes mit Hand eingestellt wird, wird das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element in die zweite Position be­ wegt, so daß die Fokuserfassungsvorrichtung die Position der Fokussierlinsen­ gruppe erfassen kann.

Nach Anspruch 6 sind die Entfernung des Zielobjektes und der Abstand des An­ zeigeelementes von der Fokuserfassungsvorrichtung zueinander in Beziehung gesetzt, wenn die Fokussierlinse bezüglich des Zielobjektes in der Scharfstellpo­ sition angeordnet ist.

Wird nach Anspruch 7 die Korrelation zwischen den beiden Abständen (d. h. der Entfernung des Zielobjektes und dem Abstand des Anzeigeelementes von der Fokuserfassungsvorrichtung) in einem Speicher gespeichert, so kann der Ab­ stand, bei dem die Fokussierlinse scharfgestellt ist, auf einfache Weise unter Be­ zug auf den über die Fokuserfassungsvorrichtung erfaßten Abstand zwischen dem Anzeigeelement und der Fokuserfassungsvorrichtung bestimmt werden. Al­ ternativ ist es auch möglich, gemäß Anspruch 8 eine Rechenvorrichtung vorzuse­ hen, die auf Grundlage der Entfernung des Zielobjektes den Abstand zwischen dem Anzeigeelement und der Fokuserfassungsvorrichtung bestimmt, welcher der Scharfstellposition der Fokussierlinse bei Fokussierung auf das Zielobjekt ent­ spricht.

Mit der eben erläuterten Anordnung ist es nach Anspruch 9 möglich, mittels einer Linsenantriebsvorrichtung die Fokussierlinse auf Grundlage des Unterschiedes in Scharfstellposition zu bewegen, der zwischen dem gerade vorliegenden, auf Grundlage des Erfassungsergebnisses der Fokuserfassungsvorrichtung be­ stimmten Abstand des Anzeigeelementes von der Fokuserfassungsvorrichtung und dem der Scharfstellposition der Fokussierlinse bei Fokussierung auf das Zielobjekt entsprechenden Abstand des Anzeigeelementes von der Fokuserfas­ sungsvorrichtung vorhanden ist.

Ist das Anzeigeelement fern dem zum Ändern des Strahlenganges bestimmten Element (und damit der Fokuserfassungsvorrichtung) angeordnet, so ist es ge­ mäß Anspruch 10 vorteilhaft, zwischen den beiden eben genannten Elementen ein optisches Element anzuordnen, das ein Anzeigebild des Anzeigeelementes erzeugt. Das optische Element kann nach Anspruch 11 beispielsweise eine Zwi­ schenabbildungslinse sein.

Im allgemeinen ist die Außenfläche des optischen Systems (Fokussierlinse) op­ tisch abgedichtet, so daß es gemäß Anspruch 12 vorteilhaft ist, eine Beleuch­ tungsvorrichtung zum Beleuchten des Anzeigeelementes vorzusehen. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Beleuchtungsvorrichtung bezüglich des Anzei­ geelementes auf der entgegengesetzten Seite des zum Ändern des Strahlen­ ganges bestimmten Elementes nahe dem Anzeigeelement angeordnet. Das An­ zeigeelement ist vorzugsweise transparent. Vorzugsweise wird die Beleuchtungs­ vorrichtung nur dann zum Aussenden des Beleuchtungslichtes aktiviert, wenn sich das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element in der zweiten Po­ sition befindet, in der das von dem Anzeigeelement ausgehende Licht von der Fokuserfassungsvorrichtung empfangen werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Autofokus-Vermessungsin­ strument nach Anspruch 16 vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei­ gen:

Fig. 1 den Teilschnitt einer für ein Vermessungsinstrument bestimmten Autofokus-Gesamtstation, auf das die Erfindung angewendet wird,

Fig. 2 die vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Autofo­ kus-Gesamtstation,

Fig. 3 den Schnitt entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie III-III,

Fig. 4 die perspektivische Ansicht eines in der Autofokus-Gesamtstation nach Fig. 1 enthaltenen Porroprismas,

Fig. 5 die vergrößerte Stirnansicht einer Anzeigescheibe in Blickrichtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils IV,

Fig. 6 die Draufsicht auf eine Tastatur in Blickrichtung des in Fig. 1 ge­ zeigten Pfeils V,

Fig. 7 das Blockdiagramm einer Steuerung der Gesamtstation nach Fig. 1,

Fig. 8 den Teilschnitt einer Autofokus-Gesamtstation unter Hinzufügung einer Zwischenabbildungslinse zum Erfassen der Position der Fo­ kussierlinsengruppe,

Fig. 9 die vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 8 gezeigten Autofo­ kus-Gesamtstation und

Fig. 10 den Strahlengang zwischen einer Anzeigeplatte und einem AF-Sen­ sormodul in einer Anordnung, in der zusätzlich die Umkehrlinse vorgesehen ist.

Unter Bezugnahme auf die Figuren werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Fig. 1 zeigt in einer seitlichen Teilschnittansicht eine Ge­ samtstation 101 mit einem Autofokus-Instrument, z. B. einem Vermessungsin­ strument, an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Teil der Fig. 1 in Vergrößerung. Fig. 3 ist die seitliche Teilschnittansicht der Au­ tofokus-Gesamtstation 101 in Blickrichtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils III. In Fig. 6 ist die Draufsicht auf eine Tastatur 143 in Blickrichtung des in Fig. 1 ge­ zeigten Pfeils V.

Die Gesamtstation 101 enthält ein optisches Fernrohrsystem und ein optisches Fokuserfassungssystem. Das Fernrohrsystem enthält ein Objektiv 107, eine Fo­ kussierlinsengruppe 115, ein Porroprisma 135, eine Fokussierplatte oder Ein­ stellscheibe 109 und ein Okular 139. Ein durch das Objektiv 107, die Fokussier­ linsengruppe 115 und das Porroprisma 135 auf der Einstellscheibe 109 erzeugtes Bild ist durch das Okular 139 beobachtbar. Das Fokuserfassungssystem enthält ein Prisma 137 und ein AF-Sensormodul 105 (Fokuserfassungsvorrichtung), das den Scharfstellzustand in einer Referenzbildebene 127 erfaßt, welche optisch äquivalent zu der Einstellscheibe 109 ist. Das Prisma 137 befindet sich in engem Kontakt mit einer zweiten Reflexionsfläche 146 des Porroprismas 135, so daß die Grenzfläche eine Teilerfläche 138 (beschichtete Fläche) des Strahlteilerelemen­ tes festlegt. An der Teilerfläche 138 ist eine Strahlteilerbeschichtung vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich das Prisma 137 in engem Kontakt mit der zweiten Reflexionsfläche des Porroprismas 135. Es ist jedoch ebenso möglich, das Prisma 137 an einer anderen Reflexionsfläche anzubringen. Alternativ kann das Strahlteilerelement des Strahlteilers auch von dem Porroprisma getrennt vorgesehen werden.

Das den Scharfstellzustand in der Referenzbildebene 127 erfassende AF-Sen­ sormodul 105 ist ein Phasendifferenzerfassungssystem und enthält eine Kon­ densorlinse, ein Paar Separatorlinsen und ein Paar CCD-Sensoren. Die ge­ nannten Elemente sind in dieser Reihenfolge von der Seite der Referenzbild­ ebene 127 aus betrachtet angeordnet. Eine Positionsabweichung der Bildfläche eines reellen Bildes von der Referenzbildebene 127, d. h. der Wert der Defokus­ sierung, wird auf Grundlage der Position oder des Abstandes der Objektbilder erfaßt, die auf den beiden CCD-Sensoren erzeugt werden.

Die Fokussierlinsengruppe 115 ist an einem zylindrischen Linsenhaltering 110 befestigt, der in eine stationäre Fassung 118 eingepaßt und in Richtung der opti­ schen Achse verschiebbar ist. Die stationäre Fassung 118 ist in einen Nockenring 114 (Nockentrommel) eingepaßt, der um die optische Achse drehbar, jedoch in axialer Richtung nicht bewegbar ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind oberhalb der stationären Linsenfassung 118 ein Antriebsmotor 111 und eine Codierereinheit 117 vorgesehen, die das Ausmaß der Drehung des Antriebsmotors 111 erfaßt. Der Antriebsmotor 111 hat eine Antriebswelle mit einem daran befestigten Zahn­ rad 116, das in ein Zahnrad 114a eingreift, welches an der Außenfläche des En­ des des Nockenrings 114 ausgebildet ist. Bei Drehung des Antriebsmotors 111 rotiert der Nockenring 114 um die optische Achse. An dem unteren Teil des Lin­ senhalterings 110 ist ein Nocken 113 befestigt, der sich durch eine an der statio­ nären Fassung 118 ausgebildete Führungsaussparung und eine Nockenausspa­ rung 112 des Nockenrings 114 erstreckt. Weiterhin ist ein Anzeigeelement 125 in Form einer Anzeigescheibe oder Anzeigeplatte an dem Endteil des Nockens 113 befestigt, der sich durch den Nockenring 114 erstreckt. Wird der Nockenring 114 von dem Antriebsmotor 111 gedreht, so werden deshalb die Fokussierlinsen­ gruppe 115, der Nocken 113 und die Anzeigescheibe 125 gleichzeitig in Richtung der optischen Achse bewegt.

In dem Fokuserfassungssystem befindet sich zwischen dem Prisma 137 und der Referenzbildebene 127 ein Reflexionsspiegel 103 (ein zum Ändern des Strah­ lengangs bestimmtes Element), wobei die Reflexionsfläche 103a in Fig. 1 nach links weist. Der Spiegel 103 ist um eine Achse 104 zwischen einer Fokuserfas­ sungsposition A und einer Anzeigeerfassungsposition B drehbar, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In der Fokuserfassungsposition A wird der Spiegel 103 aus dem Strahlengang zurückgezogen, der von dem Prisma 137 zu dem AF-Sensormodul 105 verläuft. Die Fokuserfassungsposition A entspricht demnach einer Position, in der der von dem Prisma 137 zu dem AF-Sensormodul 105 führende Strahlengang eingerichtet ist. Die Fokuserfassungsposition 8 bezeichnet demgegenüber eine Position, in der das von der Anzeigescheibe 125 ausgehende Licht an der Reflexionsfläche 103a des Reflexionsspiegels 103 reflektiert und auf das AF- Sensormodul 105 gelenkt wird. Eine Achse 104 des Reflexionsspiegels 103 ist mit einem Ende an ein Drehsolenoid 123 gekoppelt, das zum Drehen des Refle­ xionsspiegels 103 (vgl. Fig. 3) bestimmt ist. Das Drehsolenoid 123 dient also als Stellvorrichtung zum Bewegen des zum Ändern des Strahlenganges bestimmten Elementes.

Die Anzeigescheibe 125 ist mit einer Karte 133 versehen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wie ebenfalls dort gezeigt, ist die Anzeigescheibe 125 so angeordnet, daß bei Stellung des Reflexionsspiegels 103 in Anzeigeerfassungsposition B das von der Anzeigescheibe 125 ausgehende Licht an dem Reflexionsspiegel 103 reflektiert und von dem AF-Sensormodul 105 empfangen wird. Die Rückfläche 103b des Reflexionsspiegels 103 ist einer Antireflexionsbehandlung unterzogen worden, so daß sie das von dem Prisma 137 ausgehende Licht abfängt, wenn sich der Reflexionsspiegel 103 in der Anzeigeerfassungsposition B befindet. Das Muster der Karte 133 besteht vorzugsweise aus schwarzen und weißen Streifen.

Fig. 7 zeigt das Blockdiagramm einer Steuerung für die Gesamtstation 101. Eine in Fig. 1 gezeigte Steuerkarte 121 ist mit einer CPU 150 versehen, welche den gesamten Betrieb der Gesamtstation 101 steuert. Die CPU 150 steuert und treibt den Antriebsmotor 111 und das Drehsolenoid 123 an. Die von dem AF-Sensor­ modul 105 erfaßten Daten werden der CPU 150 zugeführt. Die Codierereinheit 117 erfaßt das Ausmaß der Drehung des Antriebsmotors 111 und führt die Erfas­ sungsdaten der CPU 150 zu. Die Gesamtstation 101 enthält eine an sich be­ kannte Entfernungsmeßvorrichtung (Vorrichtung zum Bestimmen der Objektent­ fernung) 151, welche die Entfernung des Zielobjektes erfaßt, während das AF- Sensormodul 105 den Fokussierzustand in der Referenzbildebene 127, d. h. den Defokussierwert erfaßt. Wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt, sind an der Gesamtsta­ tion 101 extern Zifferntasten vorgesehen. An Stelle der von der Entfernungsmeß­ vorrichtung 151 erzeugten Meßdaten kann mit diesen von Hand die Entfernung des Zielobjektes eingegeben werden. Bei der Gesamtstation 101 kann also die Objektentfernung auf zwei unterschiedliche Arten bestimmt werden, nämlich über die Entfernungsmeßvorrichtung 151 und die Zifferntasten 119. An die CPU 150 ist ferner ein Speicher 152 angeschlossen.

In dem Autofokus-Betriebsmodus, in dem ein normales Zielobjekt erfaßt wird, be­ findet sich der Reflexionsspiegel 103 in der Position A, in der das AF-Sensormo­ dul 105 das von dem Objektiv 107 durchgelassene und von dem Prisma 137 des Porroprismas 135 aufgespaltene Licht erfaßt, um den Scharfstellzustand, d. h. den Defokussierungswert, in der Referenzbildebene 127 zu erfassen. Liegt der Defokussierungswert nicht unterhalb eines vorbestimmten Toleranzwertes, so steuert die CPU 150 den Antriebsmotor 111 so an, daß die Fokussierlinsen­ gruppe 115 zum Zwecke der Scharfeinstellung bewegt wird. Im Rahmen dieser Scharfeinstellung wird die Position der Fokussierlinsengruppe 115 auf Grundlage der von der Codierereinheit 117 erfaßten Ausmaßes der Drehung des Antriebs­ motors 111 kontrolliert. Die Scharfeinstellung ist vollendet, wenn der Defokus­ sierwert so weit verringert ist, daß er unterhalb des Toleranzwertes liegt. In der eben erläuterten normalen Autofokus-Operation ist es nicht erforderlich, eine ab­ solute Position der Fokussierlinsengruppe 115 zu erfassen, da die Fokussierlin­ sengruppe 115 um eine dem Defokussierwert entsprechende Strecke bewegt wird.

Kann jedoch der Autofokus-Mechanismus durch Erfassen des Defokussierwertes eines Zielobjektes eine genaue Autofokus-Operation nicht durchführen, wie dies beispielsweise bei einem Prisma als Zielobjekt der Fall ist, so wird die automati­ sche Scharfeinstellung auf Grundlage der Messungen (Objektentfernungswerte) durchgeführt, die unter Verwendung der Entfernungsmeßvorrichtung 151 erhalten worden sind. Bei dieser Lösung ist es erforderlich, die absolute Position der Fokussierlinsengruppe 115 zu erfassen, so daß die Entfernung des Zielobjektes mit derjenigen Position der Fokussierlinsengruppe 115 korreliert ist, in der auf das Zielobjekt scharfgestellt ist.

An Stelle der von der Entfernungsmeßvorrichtung 151 erzeugten Meßdaten kann der Entfernungswert des Zielobjektes über die Zifferntasten 119 manuell einge­ geben werden oder in dem Speicher 151 vorgespeichert sein. In einem solchen Fall ist es wie auch für den Fall, in dem die Entfernungsmeßvorrichtung 151 ver­ wendet wird, erforderlich, die absolute Position der Fokussierlinsengruppe 115 zu erfassen, um die Scharfeinstellung vorzunehmen.

Die Fokussierlinsengruppe 115 ist in eine Scharfstellposition zu bewegen, die ei­ ner eingestellten Objektentfernung entspricht, welche die Entfernungsmeßvor­ richtung 151 liefert, über die Eingabetasten 119 manuell eingegeben worden oder in dem Speicher 152 vorgespeichert ist, wobei die Position der Fokussierlinsen­ gruppe 115 wie folgt erfaßt wird:

Zu Beginn wird der Reflexionsspiegel 103 durch Drehen des Drehsolenoids 123 in die Position B bewegt. Daraufhin werden die Positionen der Bilder der Karte 133 der über den Nocken 113 mit der Fokussierlinsengruppe 115 verbundenen Anzeigescheibe 125 von dem AF-Sensormodul 105 erfaßt, wobei diese Bilder auf den CCD-Sensoren erzeugt werden. Die CPU 150 multipliziert die Abweichung der erfaßten Bildpositionen von derjenigen Position des an dem AF-Sensormodul 105 erzeugten Bildes, die bei Anordnung des Objektbildes in der Referenz­ bildebene 127 vorliegt, mit einer Auslenkung des Objektes für eine Einheits­ abweichung an dem Paar CCD-Sensoren, um so den Abstand L (L = a + b) zwi­ schen der Anzeigescheibe 125 und der Referenzbildebene 127 zu erhalten. a be­ zeichnet dabei den Abstand zwischen der Anzeigescheibe 125 und dem Refle­ xionsspiegel 103, während b den Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel 103 und der Referenzbildebene 127 angibt. Obgleich sich die Referenzbildebene 127 außerhalb des AF-Sensormoduls 105 (Fokuserfassungsvorrichtung) befindet, ist der Abstand zwischen der Referenzbildebene 127 und dem AF-Sensormodul 105 fest. Der Abstand L stellt somit effektiv den Abstand des Anzeigeelementes (An­ zeigescheibe 125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (AF-Sensormodul 105) dar.

Der Abstand der Anzeigescheibe 125 von dem AF-Sensormodul 105 bzw. der Referenzbildebene 127 für den Fall, daß sich die Scharfstellinsengruppe 115 in einer der eingestellten Objektentfernung entsprechenden. Scharfstellposition be­ findet, wird im folgenden als Scharfstellabstand L' bezeichnet.

Die Winkelauslenkung des Motors 111 wird auf Grundlage des Unterschiedes des gerade vorliegenden Abstandes L gegenüber dem der eingestellten Objektentfer­ nung entsprechenden Scharfstellabstand L' bestimmt. Der Antriebsmotor 111 wird dann um diese Winkelauslenkung gedreht. Die Erfassung durch das AF-Sen­ sormodul 105 und die Bewegung der Fokussierlinsengruppe 115 durch den Antriebsmotor 111 werden unter der Kontrolle der CPU 150 so lange wiederholt, bis der Abstand L mit dem Scharfstellabstand L' identisch ist. Im Ergebnis ist dann die Fokussierlinsengruppe 115 in die dem eingestellten Entfernungswert ent­ sprechende Scharfstellposition bewegt.

Wie aus obiger Diskussion hervorgeht, kann die CPU 150 als Abstandsbestim­ mungsvorrichtung bezeichnet werden, die den Abstand zwischen der Anzeige­ scheibe 125 und der Fokuserfassungsvorrichtung (Referenzbildebene 127) ge­ mäß dem Erfassungsergebnis des AF-Sensormoduls 105 bestimmt, wenn sich der Reflexionsspiegel 103 in der Anzeigeerfassungsposition B befindet. Die CPU 150 arbeitet als Steuerung, die den Antriebsmotor 111 so ansteuert, daß dieser die Scharfstellinsengruppe 115 für den Fall, daß sich der Reflexionsspiegel 103 in der Scharfstellerfassungsposition A befindet, gemäß dem Wert des Defokussier­ wertes des Fernrohrsystems und für den Fall, daß sich der Reflexionsspiegel 103 in der Anzeigeerfassungsposition B befindet, gemäß der Beziehung zwischen dem Scharfstellabstand L' und dem Abstand L in die Scharfstellposition bewegt.

Befindet sich das Fernrohrsystem im Scharfstellzustand bezüglich des Zielob­ jektes, so entsprechen der Abstand des Zielobjektes und die Position der Scharf­ stellinsengruppe 115, d. h. die Objektentfernung und der Scharfstellabstand L' einander. Die Beziehung zwischen der Objektentfernung und dem Scharfstellab­ stand L' ist voreingestellt und in dem in der Steuerkarte 121 vorgesehenen Spei­ cher 152 gespeichert, oder sie wird gemäß einer vorbestimmten Formel in der CPU 150 berechnet. In letzterem Fall arbeitet die CPU 150 als Rechenvorrich­ tung, die den Scharfstellabstand L' auf Grundlage der eingestellten Objektentfer­ nung bestimmt.

Ist die Objektentfernung unter Verwendung der Entfernungsmeßvorrichtung 151 oder der Zifferntasten 119 festgelegt, so kann der Scharfstellabstand L' bestimmt werden. Ist dagegen der Scharfstellabstand L' festgelegt, so kann die Fokussier­ linsengruppe 115 auf Grundlage des Unterschiedes zwischen dem Scharfstellab­ stand L' und dem Abstand L in vorstehend erläuterter Weise in die Scharfstellpo­ sition bewegt werden.

Ist die Fokussierlinsengruppe 115 und damit die Anzeigescheibe 125 fern des Reflexionsspiegels 103 angeordnet, so daß das AF-Sensormodul 105 den Ab­ stand L nicht erfassen kann, so ist es möglich, ein optisches Element zur Ab­ standseinstellung, z. B. eine Zwischenabbildungslinse 141, vorzusehen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Fig. 9 zeigt einen Teil der Fig. 8 in vergrößerter Darstellung. Wie bei der Anordnung nach den Fig. 8 und 9 der Abstand Q der Anzeigescheibe 125 von der Referenzbildebene 127 zu erhalten ist, wird nachfolgend beschrie­ ben.

Fig. 10 zeigt einen Strahlengang ausgehend von der Anzeigescheibe 125 zu dem AF-Sensormodul 105 für die Anordnung, in der zusätzlich die Zwischenab­ bildungslinse 141 vorgesehen ist. S1 bezeichnet den Abstand der Anzeige­ scheibe 125 zum Mittelpunkt der Zwischenabbildungslinse 141, während S2 den Abstand dieses Mittelpunktes von der Bildposition angibt. Die Abstände S1, S2 und die Brennweite f der Zwischenabbildungslinse 141 erfüllen folgende Bezie­ hung:

1/S2 = 1/S1 + 1/f (1).

Weiterhin erfüllen der Abstand L'' der Bildposition von der Referenzbildebene 127 und der Abstand S2 folgende Beziehung:

L'' = D - S2 (2);

worin D den Abstand zwischen der Zwischenabbildungslinse 141 und der Refe­ renzbildebene 127 angibt. Den Abstand L'' erhält man gemäß dem Erfassungser­ gebnis des AF-Sensormoduls 105.

Aus den Beziehungen (1) und (2) erhält man S1. Der Abstand Q ist die Summe von S1 und D. Der Abstand Q wird in gleicher Weise behandelt wie L (L = a + b), wie dies vorstehend für die Bestimmung der absoluten Position der Fokussierlin­ sengruppe 115 erläutert wurde. Ist die Beziehung zwischen der Entfernung des Zielobjektes und dem Abstand Q, bei dem das optische System auf die Objekt­ entfernung scharfgestellt ist, in dem Speicher 152 vorgespeichert, oder wird sie gemäß einer vorbestimmten Formel von der CPU 150 berechnet, so kann die Fo­ kussierlinsengruppe 115 gemäß dem so erhaltenen Abstand Q schnell und genau in die Scharfstellposition bewegt werden.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgeht, wird die zum Erfassen des Scharfstellzustandes des Zielobjektes bestimmte Fokuser­ fassungsvorrichtung (AF-Sensormodul 105) auch zum Erfassen der Position der Fokussierlinsengruppe verwendet. Aus diesem Grunde kann auf Grundlage der Objektentfernungswerte, die unter Verwendung der Entfernungsmeßvorrichtung oder durch manuelle Eingabe mittels der Zifferntasten erhalten werden, die Scharfeinstellung präzise und in kurzer Zeit durchgeführt werden, während die Position der Fokussierlinsengruppe erfaßt wird. Auch ist der durch das Spiel der Zahnräder in dem für die Fokussierlinsengruppe bestimmten Antriebsmechanis­ mus verursachte nachteilige Einfluß ausgeschlossen. Die an Hand der Ausfüh­ rungsbeispiele erläuterte Vorrichtung zum Erfassen der Position der Scharf­ stellinsengruppe ist weiterhin kostengünstiger, kleiner, leichter und effizienter im Betrieb als eine herkömmliche Vorrichtung, bei der ein optischer Linearcodierer verwendet wird.

Im allgemeinen ist das Fernrohr 129 optisch isoliert, so daß die Anzeigescheibe 125 mit Beleuchtungslicht bestrahlt werden muß. Aus diesem Grunde ist bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen die Anzeigescheibe 125 transpa­ rent ausgebildet und hinter ihr eine Lichtaussendevorrichtung (Beleuchtungsvor­ richtung) 131 vorgesehen. Die Lichtaussendevorrichtung 131 ist beispielsweise eine Leuchtdiode (LED). Weiterhin ist das Hintere der Anzeigescheibe 125 als ebene Wand 145 ausgebildet, so daß kein Fehler in der Erfassung auftritt, wenn an der Rückwand (d. h. der ebenen Wand 145) der Lichtaussendevorrichtung 131 reflektiertes Licht auf das AF-Sensormodul 105 trifft. Bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel befindet sich zwar die Lichtaussendevorrichtung hinter der Anzei­ gescheibe 125, sie kann jedoch ebenso vor dieser angeordnet werden.

Bei den erläuterten Ausführungsbeispielen wird der Reflexionsspiegel 103 zwi­ schen der Fokuserfassungsposition A und der Anzeigeerfassungsposition B ge­ dreht. Es kann jedoch auch ein anderer Mechanismus verwendet werden, der der Bewegung des den Strahlengang ändernden Elementes (Reflexionsspiegel 103) dient. Beispielsweise kann der Reflexionsspiegel 103, der sich in der geneigten Position B befindet, ohne Änderung des Neigungswinkels linear bewegt werden. So wird in Fig. 1 der Reflexionsspiegel zur Bereitstellung des Strahlenganges des Fokuserfassungssystems nach links und zum Erfassen der Anzeige nach rechts verschoben.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das von der Anzeigescheibe 125 ausgehende Licht an dem Reflexionsspiegel 103 reflektiert und von dem AF-Sen­ sormodul empfangen. Es ist jedoch ebenso möglich, das AF-Sensormodul an ei­ ner anderen Stelle anzubringen, so daß beispielsweise das von dem Prisma 137 ausgehende Licht an dem Reflexionsspiegel reflektiert und von dem AF-Sensor­ modul empfangen wird.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Fokussierlinse (115) eines Autofokus-Vermessungsinstrumentes (101), das versehen ist mit der entlang dessen optischer Achse bewegbaren Fokussierlinse (115), einem Strahltei­ lerelement (135), das von dem durch die Fokussierlinse (115) tretenden Objektlicht Licht aus dem Fernrohrsystem abspaltet, und einer Fokuserfas­ sungsvorrichtung (115), die das von dem Strahlteilerelement (135) abge­ spaltene Licht empfängt, gekennzeichnet durch
ein an der Fokussierlinse (115) vorgesehenes Anzeigeelement (125), das außerhalb des Strahlenganges des Fernrohrsystems angeordnet ist,
ein zum Ändern eines Strahlenganges bestimmtes Element (105), das zwi­ schen dem Strahlteilerelement (135) und der Fokuserfassungsvorrichtung (105) angeordnet ist,
und eine Stellvorrichtung (127), durch das das zum Ändern des Strahlen­ ganges bestimmte Element (103) in eine erste Position (A), in der das von dem Strahlteilerelement (135) abgespaltene Licht von der Fokuserfassungs­ vorrichtung (105) empfangen wird, und in eine zweite Position, in der das von dem Anzeigeelement (125) ausgehende Licht von der Fokuserfassungs­ vorrichtung (105) empfangen wird, bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Än­ dern des Strahlenganges bestimmte Element (103) eine Reflexionsfläche (103a) hat,
in der ersten Position (A) des Elementes (103) ein von dem Strahlteilerele­ ment (135) zu der Fokuserfassungsvorrichtung (105) führender Strahlen­ gang festgelegt ist
und dieser Strahlengang in der zweiten Position (B) des Elementes (103) so unterbrochen ist, daß das von dem Anzeigeelement (125) ausgehende Licht an der Reflexionsfläche (103a) reflektiert und von der Fokuserfassungsvor­ richtung (105) empfangen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element (103) zum Hin- und Herbewegen zwischen der ersten und der zweiten Position (A, B) um eine Achse (104) drehbar ist, die an dessen einem Ende vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Defokussierwert des Fernrohrsystems von der Fokuser­ fassungsvorrichtung (105) erfaßt wird, wenn sich das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element (103) in der ersten Position (A) befindet.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abstandsbestimmungsvorrichtung (150), die den Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) in Ab­ hängigkeit des Erfassungsergebnisses der Fokuserfassungsvorrichtung (105) bestimmt, wenn sich das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element (103) in der zweiten Position (B) befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung eines Zielobjektes und der Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) zueinander in Beziehung gesetzt werden, wenn sich die Fokussierlinse (115) bezüglich des Zielobjektes in der Scharfstellposition befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Speicher (152) zum Speichern einer Korrelation zwischen der Entfernung des Zielobjektes und dem Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungs­ vorrichtung (105), wenn sich die Fokussierlinse bezüglich des Zielobjektes in der Scharfstellposition befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Rechenvorrich­ tung (150), die auf Grundlage der Entfernung des Zielobjektes denjenigen Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) bestimmt, welcher der Scharfstellposition der Fokussierlinse (115) bei Fokussierung auf das Zielobjekt entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Linsenantriebsvorrichtung, die die Fokussierlinse (115) auf Grundlage jenes Unterschiedes in die Scharfstellposition bewegt, der zwischen dem gerade vorliegenden, auf Grundlage des Erfassungsergebnisses der Fokuserfas­ sungsvorrichtung (105) bestimmten Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) und dem der Scharfstellposition der Fokussierlinse (115) bei Fokussierung auf das Zielobjekt entsprechen­ den Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuserfassungsvor­ richtung (105) vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Anzeigeelement (125) und dem zum Ändern des Strahlenganges bestimmten Element (103) angeordnetes optisches Element (141) zum Erzeugen eines Anzeigebildes des Anzeigeelementes (125).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Zwischenabbildungslinse (141) ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (131) zum Beleuchten des Anzeigeele­ mentes (125).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ leuchtungsvorrichtung (131) bezüglich des Anzeigeelementes (125) auf der entgegengesetzten Seite des zum Ändern des Strahlenganges bestimmten Elementes (103) nahe dem Anzeigeelement (125) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzei­ geelement (125) transparent ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (131) zum Ausstrahlen des Beleuch­ tungslichtes aktiviert wird, wenn sich das zum Ändern des Strahlenganges bestimmte Element (103) in der zweiten Position (B) befindet.

16. Autofokus-Vermessungsinstrument mit
einem optischen Fernrohrsystem mit einer entlang dessen optischer Achse bewegbaren Fokussierlinse (115),
einem Strahlteilerelement (135), das von dem durch die Fokussierlinse (115) tretenden Objektlicht Licht aus dem Fernrohrsystem abspaltet,
einer Fokuserfassungsvorrichtung (105), die das von dem Strahlteilerele­ ment (135) abgespaltene Licht empfängt und den Defokussierwert des Fern­ rohrsystems erfaßt,
einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Entfernung eines Zielobjek­ tes,
einer Linsenantriebsvorrichtung zum Bewegen der Fokussierlinse (115),
einem an der Fokussierlinse (115) vorgesehenen Anzeigeelement (125), das außerhalb des Strahlenganges des Fernrohrsystems angeordnet ist,
einem zum Ändern eines Strahlenganges bestimmten, zwischen dem Strahlteilerelement (135) und der Fokuserfassungsvorrichtung (105) ange­ ordneten Element (103), das in eine erste Position, in der das von dem Strahlteilerelement (135) abgespaltene Licht zum Zwecke der Erfassung des Defokussierwertes des Fernrohrsystems von der Fokuserfassungsvor­ richtung (105) empfangen wird, und einer zweiten Position, in der das von dem Anzeigeelement (125) ausgehende Licht von der Fokuserfassungsvor­ richtung (105) empfangen wird, bewegbar ist,
einer Abstandsbestimmungsvorrichtung (150), die den Abstand des Anzei­ geelementes (125) von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) gemäß deren Erfassungsergebnis erfaßt, wenn das von dem Anzeigeelement (125) aus­ gehende Licht von der Fokuserfassungsvorrichtung (105) empfangen wird,
und einer Steuerung (150), die die Linsenantriebsvorrichtung derart ansteu­ ert, daß die Fokussierlinse (115) bei Anordnung dieses Elementes (103) in der ersten Position gemäß dem Defokussierwert des Fernrohrsystems und bei Anordnung des zum Ändern des Strahlenganges bestimmten Elementes (103) in der zweiten Position gemäß der zwischen der Entfernung des Ziel­ objektes und dem Abstand des Anzeigeelementes (125) von der Fokuser­ fassungsvorrichtung (105) bestehenden Beziehung in die Scharfstellposition bewegt wird.