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Geodätisches Gerät zur elektrooptischen Streckenmessung und zur Winkelmessung
Die Erfindung betrifft ein geodätisches Gerät zur elektrooptischen Streckenmessung
und zur Winkelmessung mit einem Sender zum Aussenden einer modulierten Strahlung,
einem Empfänger zum Empfang der modulierten Strahlung, einem fUr Sender und Empfänger
gemeinsamen Objektiv, von dem eine Hälfte die vom Sender komendo Strahlung telezentrisch
ausrichtet und die andere Hälfte die an einem entfernten Objekt reflektierte Strahlung
zumindest in der Nähe des Empfängers sammelt, einem Beobachtungsfernrohr zur visuellen
Beobachtung des Qbjektes und optischen Mitteln zur Winkelmessung, wobei zumindest
das Beobachtungsfernrohr auf zwei Kippachsenstützen um eine Achse schwenkbar gelagert
ist.
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Es sind bereits elektrooptische Entfernungamesser mit einem optischen
System bekannt, das gleicherweise zum Senden und Empfangen des Meßlichtes sowie
zur visuellen Botrachtung und zum Auf suchen eines Zieles dient. Dabei durchläuft
das der B.obachtung dienende LichtstrahlenbUndel vorzugsweise den inneren, in der
Nähe der optischen Achse des Systems befindlichen Systemteil, während das Meßlicht
den äußeren Teil des optischen Systems durchläuft. Zur Erreichung einer hinreichenden
Divergenz des Meßlichtes muß hierbei die das Meßlicht liefernde Lichtquelle von
ausreichender Große sein, was insbesondere bei der Verwendung von Lumineszenzdioden
als Lichtquellen zu einer Beschränkung der Lieht.
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intensität ftlhrt. Außerdem ist ein derartiges optisches Syste sit
koaxialer Anordnung der Beobachtungs-, Sender und lipfanpoptik
zur
Messung kurzer Entfernungen nicht geeignet, weil infolge des Aufbaus des optischen
Systems und der Buhrung des Meßiichtes vom entfernt angeordneten Reflektor kein
oder wenig Licht auf den lichtelektrischen Empfänger gelangt.
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Weiterhin sind elektrooptische Entfernungsmesser bekannt, bei denen
das optische System zum Senden und Empfangen des Meßlichtes und des Beobachtungslichtes
durch eine die optische Achse des Systems enthaltende Trennwand in zwei Hälften
geteilt ist.
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Die eine Hälfte des Systems dient dem Senden, die andere dem Empfangen
des Meßlichtes. Als Betrachtungssystem dient eine der beiden Hälften. Abgesehen
davon, daß der mechanisch-optische Aufbau sowie die Justierung und Halterung der
einzelnen Bauteile des Systems schwierig ist, ermöglicht diese Anordnung keine genauen
Winkelmessungen genügende Pupillenform und Pupillenlage.
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Eine ebenfalls bekannte Ausbildungsform fUr elektrooptische Entfernungsmesser
trennt die Sender. und Empfängeroptik von der BoobachtungBoptik, so daß die Beobachtungsoptik
neben, Uber oder unter der Sender- und Empfängeroptik angeordnet ist. Eine derartige
Anordnung führt zu einem gröberen Aufbau des Entfornungsmessers oder zu einer Abhängigkeit
des Entfernungsmessers von einem bestimmten Winkeließgerät und ist wegen der dabei
auftretenden Exzentrizität sur genauen, kombinierten Winkel- und Strookenmessung
ungeeignet.
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Die Erfindung verfolgt den Zweck, die Vorteile der bekannten Entfernung-esser
zu vereinigen, ohne ihr flachteile zu Ubernehmen.
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Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das optische System eines elektrooptischen
Entfernungsmesser
so ZU gestalten, daß mit ihm die exakte Winkel- und Streckenmessung ohne jede Genauigkeitsverluste
infolge der Kombination beider Messungsarten möglich ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Objektiv
fUr die modulierte Strahlung und das Objektiv des Beobachtungsfernrohrs im wesentlichen
unter einem Winkel von 900 zueinander angeordnet sind, daß vor den Objektive eine
zumindest teilweise selektiv verspiegelte lichtdurchlässige optisch Platte vorgesehen
ist, daß hinter dem Objektiv fUr die modulierte Strahlung zwei eine Dachkante miteinander
bildende Reflektoren angeordnet sind, daß die Dachkante rechtwinklig zur optischen
Achse des Objektivs fUr die modulierte Strahlung angeordnet ist und daß die beiden
eine Dachkante miteinander bildenden Reflektoren und die optische Platte zueinander
optisch ausgerichtet sind. Durch die Erfindung wird ein elektrooptischer Entfernungemesser
geschaffen, bei dem das Fernrohr zur visuellen Beobachtung sowie die Sende- und
Empfangsoptik voneinander getrennt sind und Sende-, Empfangs- und BetrachungsstrahlenbUndel
beim Verlassen des Entfernungsmessers bzw. beim Eintritt in den Entfernungsmesser
koaxial zu einer gemeinsamen Achse liegen. Die Trennung von Sende-, Empfänger und
Beobachtungsoptik gewährleistet, die Sende- und Empfangsoptik entsprechend der spektralen
Zusammensetzung des Meßlichtes und die Beobachtungroptik entsprechend dem visuell
wahrnehmbaren Beobachtungslicht zu korrigieren.
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Die Erfindung ermdglicht darUber hinaus die exakte Pupillentrennung,
die Umgehung von Trennwänden und der damit zusammenhängenden
Komplikationen
sowie eine von der Entfernung unabhängige, eindeutige Messungsergebnisse sichernde
Zufuhr von Meßlicht zum lichtelektrischen Empfänger des Entfernungsmessers.
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Schließlich werden jegliche horizontale und vertikale EStzentri, zitäten
zwischen dem Entfernungsmeßsystem und dem Winkelmeßsystem vermieden.
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Für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes ist es gleichgUltig,
ob sich Sender und Empfänger oder das Beobachtungsfernrohr in der Kippachsensttitze
befinden. Ein hinsichtlich des Aufbaus gUnstiges Gerät ergibt sich jedoch, wenn
sich der Sender, der Empfänger und die beiden Reflektoren in einer der beiden KippachsenstUtzen
befinden und die optische Platte im Zentrum selektiv und nach dem Rande zu vollstZndig
verspiegelt ist. Zur Auffindung und zum Erkennen des entfernt aufgestellten Reflektors
unter ungUnstigen atmosphärischen Bedingungen ist eine sichtbares Licht aussendende
Lampe in den Sende- oder Empfangsstrahelngang einschaltbar. Zur Vereinigung des
am entfernt angeordneten Reflektor über die zu messende Strecke reflektierten Meßlichtes
mit dem Vergleichslicht ist vorteilhaft im reflektierten Strahlengang in der Nähe
des Empfängers ein als Blende ausgebildeter Reflektor angeordnet.
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Die Erfindung wird nachstehend an drei AusfUhrungsbeispielen näher
erläutert. In der ugehörigen schematischen Zeichnung zeigen: Fig. 1 den prinzipiellen
Aufbau eines erfindungsgemäßen Gerätes;
Fig. 2 die wesentlichen
optischen Teile eines Entfernungsmessers; Fig. 3 eine von Fig. 2 abweichende Anordnung
der optischen Teile.
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In Fig. 1 ist ein theodolitähnlicher Entfernungsmesser dargestellt,
bei dem auf einem mit drei Fußschrauben 1 und einen Horizontalkreis 2 versehenen
Limbus 3 eine Alhidade 4 um eine Achse L-L drehbar gelagert ist. Der Horizontalkreis
2 ist konzentrisch zur Achse L-L angeordnet. An der Alhidade 4 sind zwei Stützen
5; 6 fUr ein Fernrohr 7 mit der optischen Achse 0-0 und ein Ablesemikroskop 8 befestigt,
von denen eine Stütze 5 die andere StUtze 6 verdeckt und ein Gehäuse 9 fUr einen
mit dem Fernrohr 7 starr verbundenen Vertikalkreia 10 umfaßt. Die in der Zeichnung
verdeckte StUtze 6 beinhaltet die aus den nachfolgenden Figuren 2 und 3 ersichtlichen
Teile ftir den Entfernungsmesser. Zur Ablesung an den Kreisen 2 und 10 dienen Indices
11 und 12. Der Vertikalkreis 10 ist koaxial zu einer Achse X-X angeordnet, die mit
der Schwenkachse des Fernrohrs 7 und des Ablesemikroskops 8 in den StUtzen 5; 6
identisch ist.
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Beim Drehen der Alhidade 4 mit den StUtzen 5; 6 un4 dem Fernrohr
7 um die Achse L-L, die Stehachse, bewegt sich der Index 11 relativ zus Horizontalkreis
2 und zeigt so di.
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azimutale Winkellage des Fernrohrs 7 an. Die Schwenkungen des Fernrohrs
7 mit dem Ablesemikroskop 8 um die zur Zeichcnebene rechtwinklige Achse 1-1, die
Kippachse, zeigt der feste
Index 12 an.
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Anstelle der visuellen kann auch eine optoelektronische Winkelanzeige
verwendet werden.
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In Fig. 2 ist eine planparallele optische Platte 21 vor dem Objektiv
22 eines Fernrohrs mit der optischen Achse 0-0 angeordnet, zu dem das Okular 23
und die Fokussierlinse 24 gehören und dessen Okularbildebene mit 25 bezeichnet ist.
In gleicher Weise ist die Platte 21 vor einem Objektiv 26 mit der optischen Achse
S-S angeordnet, hinter dem ein Dachprisma 27 so vorgesehen ist, daß die von seinen
Reflexionsflächen 28; 29 gebildete Dachkante 30 in unmittelbarer Nähe des Objektivs
26 und rechtwinklig zur optischen Achse S-S gerichtet ist. Im Brennpunkt des Objektivs
26 ist einerseits eine modulierte, unsichtbare Strahlung 31 sendende Strahlungsquelle
32 und andererseits ein die modulierte Strahlung 31' empfangender lichtelektrischer
Empfänger 33 angeordnet. Im Strahlengang 31' ist zwischen dem Objektiv 26 und dem
Empfänger 33 ein Reflektor 34 ausrückbar vorgesehen, dem eine sichtbares Licht aussendende,
eb.nfalls im Brennpunkt des Objektivs 26 befindliche Lichtquelle 35 nachgeordnet
iit, Die Platte 21 ist in ihrem mittleren Teil 36 selektiv und in ihrem peripheren
Teil 37 undurchlässig verspiegelt. Sie ist zu den sich in einen Punkt P schneidenden
optischen Achsen OIO und S-S unter 45° geneigt.
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Der Punkt P liegt in der den Objektiv 26 zugewandten Fläche der Platte
21 und ist in Punkt einer in Fig. 2 rechtwinklig zur Zetohenebene und zu den optischen
Achsen 0-0 und S-S gerichteten
Achse L-L. Die selektive Verspiegelung
36 der optischen Platte 21 bewirkt, daß der Beobachtungsstrahlengang 38 bzw. das
sichtbare Licht durch die Platte hindurch treten kann, während das modulierte Meßlicht
an der Platte reflektiert wird.
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Entfernt liegend vom eben beschriebenen Entfernungsmesser ist am Ziel
ein Reflektor 39 vorgesehen. Das Fernrohr 22; 23; 24; 25 ist mit der optischen Platte
21 und dem Objektiv 26 um eine mit der optischen Achse S-S zusammenfallende Achse
schwenkbar gelagert. Außerdem ist der gesamte Entfernungsmesser um die Achse L-L
drehbar angeordnet.
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Der Sender 32 sendet ein divergierendes Strahlenbündel 31 aus, das
nach Reflexion an der Fläche 28 eine Hälfte des Objektivs 26 durchsetzt, von diesem
parallel gerichtet und an der Platte 21 als Parallelbündel zum Reflektor 39 reflektiert
wird, weil die Platte 21 für das vom Sender 32 gesendete Meßlicht undurchlässig
ist. Der Reflektor 39 reflektiert das Meßlicht parallel zu sich selbst versetzt
als Strahlenbündel 31' zur Platte 21, von der es zur anderen Objektivhälfte gelangt,
die es über die Fläche 29 zum Empfänger 33 konvergiert. Dabei befindet sich der
Reflektor 34 in der ausgerückten Lage 34'.
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Die Lauge der Dachkante 30 des Prismas 27 unmittelbar am Objektiv
26 garantiert, daß nur das Licht des Senders 32, das über den Reflektor 39 gelaufen
ist, zum Empfänger 33 gelangt und dort ein Signal erzeugt. Zur Betrachtung des Reflektors
39 und des damit verbundenen, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Zieles
dient das Fernrohr 22 bis 25, dessen Beobachtungsetrahlen gang 38 durch die optische
Platte 21 hindurch zum Reflektor 39
gelangt. Bei ungünstigen Lichtverhältnissen
können die sichtbares Licht aussendende Lichtquelle 35 und der in das Strahlenbündel
31' eingerückte Reflektor 34 zur Beleuchtung des Reflektors 39 und des Zieles benutzt
werden, um das Auffinden des Reflektors 39 zu erleichtern oder überhaupt erst zu
ermöglichen. Dabei gelangt das sichtbare Licht der Lichtquelle 35 über den Reflektor
34, die Fläche 29 sowie die der letzteren zugeordnete' Hälfte des Objektivs 26 zur
Platte 21. Da der selektiv verspiegelte Bereich das sichtbare Licht passieren läßt,
reflektiert nur der total verspiegelte Bereich 37 der Platte 21 das Scheinwerferlicht
zum Reflektor 39. Während die Strahlungsquelle 32 sehr kamin, beispielsweise die
pn-Schicht einer Bumineezenzdiode ist, ist die Lichtquelle 35 relativ großflächig,
so daß das von ihr gesendete Licht stark divergiert und am Reflektor 39 einen großen
Querschnitt aufweist. Ein Teil des am Reflektor 39 reflektierten sichtbaren Lichtes
gelangt durch den selektiv verspiegelten Bereich 36 in das Beobachtungsfernrohr
22 bis 25 und dient der Ausrichtung des Entfernungsmessers auf den Reflektor 39.
Zum Ausrichten ist der Entfernungsmesser um die Achsen L-L und S-S drehbar. Diese
Drehbewegungen sind mit Hilfe nicht dargestellter Mittel in Form von Teilkreisen
und Ablesemikroskopen ähnlich wie zu Fig. 1 angegeben meßbar. Die genaue Ausrichtung
des Entfernungsmessers und damit die genaue Winkelmessung bedarf eines Fernrohrs,
dessen Pupille keine spürbare Beeinflussung, z. B.
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infolge einer unsymmetrischen Trennwand erfährt. Dies ist durch den
dargestellten Entfernungemesser gewährleistet.
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Abweichend von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist es auch möglich,
das Fernrohr 22 bis 25 und das Objektiv 26 mit den nachfolgenden Bauteilen 27 bis
35 gegeneinander auszutauschen. In diesem Fall müßte die optische Platte 21 selektiv
so verspiegelt sein, daß das visuelle Beobachtungslicht an ihr reflektiert wird
und das unsichtbare Meßlicht durch sie hindurch tritt. Ferner kann die Scheinwerferlichtquelle
35 mit dem zugehörigen Spiegel 34 dem Fernrohr unmittelbar zugeordnet sein.
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Hierbei brauchte die optische Platte 21 nur selektiv verspiegelt zu
sein. Ebenso können zwischen dem Sender 32 und dem Prisma 27 wie zwischen dem Empfänger
33 und-dem Prisma 27 optische Gliedes zur Abbildung und/oder Strahlenteilung vorgesehen
sein.
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In Fig. 3 ist wieder das Dachprisma 27 mit den Reflektoren 28; 29
zwischen den Empfängern 32 und 33 angeordnet. Im Strahlenbündel 31 ist ein Strahlenteiler
40 angeordnet, der einen Teil der strahlung über ein Abblldungsytem 41, zwei Prismen
42 und 43, ein Abbildungssystem 44 und eine mit inem Loch 45 versehene und an der
Rückseite verspiegelte Blende 46 in den Strahlengang 31' und damit zum Empfänger
33 leitet.
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Mit dem Sender 32 und dem Empfänger 33 ist in Phsoenm ooer 47 elektrisch
verbunden, mit dem die Phasendifferens zwischen den im Empfänger 33 empfangenen
und dem vom Sender 32 gesendeten Lichtsignal gemessen wird. Die Phasendifferens
ist ein Maß iUr die zu bestimmende Entfernung. Die Strahlungsquelle 32 befindet
ich in der Brennebene des Abbildungssystems 41. Der Btrahlungsempfänger 33 ist um
den selben Betrag außerhalb des Brennpunktes
des nicht dargestellten
Empfängerobjektivs und des Abbildungssystems 44 angeordnet. Die Blende 46 dient
der Zurückhaltung der das Meßsignal verfälschenden Streustrahlung und der Einspiegelung
des aus dem Meßstrahlengang 31 abgezweigten Vergleichsstrahlenganges 48. Der btrahlengang
48 stellt die sogenannte Vergleichsstrecke des Entfernungsmessers dar, über die
ein Teil der Strahlung ohne Beeinflussung durch die äußeren Bedingungen läuft. Im
übrigen ist der Aufbau des Entfernungsmessers wie zu Fig. 2 beschrieben.