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