DE2427379B2 - Entfernungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Entfernungsmesser zum Bestimmen der Entfernung bis zu einem Zielpunkt mit zwei an den Enden einer Beobachtungsbasis angeordneten optischen Umlenkelementen, mit einem optischen Mischsystem für die beiden vom Zielpunkt kommenden und von den Umlenkelementen aufgefangenen Lichtbündel, mit einem Beobachtungsorgan für das so geschaffene Mischbild und mit einer Drehkeilanordnung zur gegenseitigen Verschiebung der Lichtbündel. Ein Entfernungsmesser dieser Art ist in der DT-PS 6 16 562 beschrieben. Bei Entfernungsmessern dieser Bauart sind die optischen Umienkclemente an den Enden eines Trägers angeordnet, der die Beobachtungsbasis definiert, und die an den Umlenkelementen reflektierten Lichtbündel werden in entgegengesetzter Richtung entlang der Achse des Trägers geführt, wobei das optische Mischsystem in etwa in der Mitte dieses Trägers angeordnet ist. Für ein im Unendlichen befindliches Objekt fallen auf diese Weise die beiden davon erzeugten Bilder vollkommen zusammen, da die einfallenden Lichtbündel parallel zueinander verlaufen.

Mit zunehmender Annäherung des anvisierten Zielpunkts an den Entfernungsmesser vergrößert sich jedoch der Parallaxenwinkel, und die beiden vom Zielpunkt erzeugten Bilder verschieben sich relativ zueinander. Zur Rückgewinnung einer vollkommenen Koinzidenz der von den beiden reflektierten Lichtbündeln erzeugten Bildes des Zielpunkts auch in diesem Falle muß auf die beiden Lichtbündel so durch Ablenkorgane eingewirkt werden, daß nach der Mischung beide Lichtbündel auf die Achse der Beobachtungsoptik ausgerichtet sind. Die Ablesung der gesuchten Entfernung kann dann an einer passend geeichten und mit den Ablenkorganen gekoppelten Skala vorgenommen werden.

Hei den bekannten Entfernungsmessern sind nun als solche Ablenkorgane für die Wiederherstellung einer Lichtbündelkoinzidenz im einen Lichtweg ein verschiebbares Prisma und im anderen Lichtweg eine Drehkeiianordnung vorgesehen. Mit diesem Prinzip einer Wiedergewinnung der Lichtbündelkoinzidenz läßt sich jedoch eine befriedigende Meßgenauigkeit nur dann erreichen, wenn die in den einen der beiden Lichtwege eingeführte Ablenkung bei kleinen Werten ver-

bleibt. Die Überlagerung der beiden Gesichtsfelder hängt nämlich von der Güte der Bilder und von ihrer Ähnlichkeit ab. Übersteigt nun die Ablenkung einen Wert von einem Grad, so treten bestimmte kleine Fehler auf, die auf die Prismen zurück.-.uführen sind; es sind dies eine restliche chromatische Aberration, ein icsiiicher Astigmatismus bei sehr nahen Objekten oder Ziel-

?unkten und eine kleine Anamorphose. Obwohl diese ehler relativ klein sind, führen sie c!och zu solchen Unterschieden zwischen den durch die beiden Lichtbünde! erzeugten Bildern, daß die Meßgenauigkeit des Entfernungsmessers für kleinere Entfernungen unzulässig beeinträchtigt wird. So ist es beispielsweise bei einem Entfernungsmesser bisheriger Bauart mit einer Beobachtungsbasis von 1 m Länge nicht möglich, eine befriedigende Genauigk?^ bei der Anmessung von Objekten zu erreichen, die sich in einer geringeren Entfernung als etwa 30 m vom Entfernungsmesser befinden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Entfernungsmesser der eingangs erwähnten Art in der Weise auszubilden, daß er sich sowohl für die Messung sehr großer als auch für die Messung relativ kleiner Entfernungen eignet, wobei in beiden Fällen eine ausreichende Meßgenauigkeit auch ohne den Einsatz anschließender Ausgleichsrechnungen oder die Notwendigkeit von Mehrfachmessungen erzielt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehkeilanordnung so angeordnet ist, daß sie von den beiden Lichtbündeln nach deren Reflexion an den Umlenkelementen in entgegengesetzter Richtung durchstrahlt wird.

Ein Vermessungsgerät, bei dem eine Einrichtung zur Lichtbündelverschiebung von zwei Lichtbündeln gemeinsam durchstrahlt wird, ist zwar aus der DTPS 3 78 564 bekannt, jedoch handelt es sich bei diesem Vermessungsgerät nicht um einen Entfernungsmesser im eigentlichen Sinne, sondern um eine Einrichtung zur getrennten Ablesung, bei der es um die Elimination von Zentrierungsfehlern geht. Insbesondere gibt es bei diesem Vermessungsgerät auch kein Mischbild, da das erzeugte Bild aus zwei aneinandergefügten Gesichtsfeldern gebildet wird.

Mit Hilfe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Entfernungsmessers lassen sich sowohl große als auch kleine Entfernungen mit ausreichender Genauigkeit messen. Dabei lassen sich an dem Entfernungsmesser zahlreiche Weiterbildungen und Ausgestaltungen vorsehen, die im einzelnen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der einige bevorzugte Ausführungsbcispiele für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Entfernungsmesser dargestellt sind, die alle Vorteile der Erfindung fciar erkennbar werden lassen; dabei zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Lichtstrahlengangs für ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 eine entsprechende Darstellung für ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Darstellung von F ig. 2 entlang der Schnittlinie IH-III in F i g. 2 und

Fig.4 eine schematische Darstellung des Strahlengangs für ein drittes Ausführungsbeispiel.

Bei dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbeispiel ⁽>5 werden zwei Lichtbündel 11 und 12, nämlich ein rechtes und ein linkes, die von einem anvisierten Zielpunkt herkommen, von zwei optischen Umlenkclcmenten 21 bzw. 22 aufgefangen und über ein optisches Mischsystem für die beiden reflektierten L'-chtbündel 110 und 120, das insbesondere eine semireflektierende ^cläche 40 enthält, zu einer Beobachtungsoptik enthält. Die an den beiden Umlenkele:nenten 21 und 22 auf der rechten bzw. der linken Seite reflektierten Lichibiindei ί IO und 120 verlaufen in etwa parallel und gehen in entgegengesetzter Richtung durch eine Drehkeilanordnung 5 hindurch, die auf ihrem Wege angeordnet und so bemessen ist, daß sie die beiden Lichtbündel 110 und 120 in der in F i g. 1 dargestellten Weise auffängt.

Nach dem Durchstrahlen der Drehkeilanordnung wird das Lichtbündel 120 an einem unter 45° angeordneten Spiegel 41 in Richtung auf eine semireflektierende Fläche 40 umgelenkt, die eine weitere Umlenkung dieses Lichtbündels 120 in Richtung auf die optische Achse des Objektivs 31 bewirkt. Das zweite reflektierte Lichtbündel HO wird nach zwei Reflexionen in einem Prisma 42 in das optische Mischsystem 4 eingeführt, wo es durch die semireflektierende Fläche 40 hindurchgeht und sich dem ersten Lichtbündel 120 entlang der optischen Achse des Objektivs 31 überlagert.

Wenn der anvisierte Zielpunkt im Unendlichen Hegt, verlaufen die einfallenden Lichtbündel Ii und 12 parallel zueinander, und die beiden reflektierten Lichtbündel 110 und 120 gehen senkrecht und ohne Ablenkung durch die Drehkeilanordnung 5 hindurcn.

Wenn der Zielpunkt näher an den Entfernungsmesser heranrückt, konvergieren die beiden Lichtbündel 11 und 12 in Richtung auf den Zielpunkt, und die reflektierenden Lichtbündel HO und 120 verlaufen nicht mehr parallel; sie werden dann durch die Drehkeilanordnung 5 in der Weise gleichgerichtet, daß sie immer noch in das Objektiv 31 eintreten und sich entlang dessen optischer Achse einander überlagern. Wie ersichtlich, durchqueren die beiden reflektierten Lichtbündel HO und 120 die Drehkeilanordnung 5 unter gleichen Winkeln. Daraus folgt, daß sich die Verhältnisse hinsichtlich ihrer Ablenkung so gestalten, als ob für jedes dieser beiden Lichtbündel HO und 120 eines von zwei gleichen Diasporametern vorgesehen wäre, in das die entsprechenden Lichtbündel jeweils konstant und mit genau der gleichen Ablenkung eingeführt werden. Auf diese Weise wirken sich die unvermeidlichen Auswirkungen von Anamorphose und Aberration, wie sie durch die Drehkeilanordnung 5 eingeführt werden, auf die beiden reflektierten Lichtbündel HO und 120 in genau der gleichen Weise aus, und die Koinzidenz dieser beiden Lichtbündel 110 und 120 bleibt mit hoher Genauigkeit erhalten, da die beiden Bilder in genau der gleichen Weise verformt werden.

Angemerkt sei noch, daß es von Vorteil ist, die beiden Umienkelemente 21 und 22 so zu verdrehen, daß die einfallenden Lichtbündel 11 und 12 in mittlerer Entfernung vom Objekt konvergieren, wenn die Drehkeilanordnung 5 keine Ablenkung einführt. Es liegt nämlich auf der Hand, daß die Drehkeilanordnung 5 die gewollte Korrektur sowohl dann herbeiführen kann, wenn sich der Zielpunkt vom Entfernungsmesser entfernt, als auch dann, wenn sich der Zielpunkt an den Beobachter annäher!. Bei der oben beschriebenen Anordnung wird die maximale Ablenkung in der Drehkeilanordnung 5 für einen Parallaxewinkel, der zwischen O und A variiert, zu A/4.

Es läßt sich zeigen, daß unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Entfernungsmessers die kleinste Entfernung, die '.ich noch messen läßt, wenigstens zweimal küivc wird. ;-ls dies mit den bisher

bekannten Instrumenten erreichbar ist.

Für die Erzielung einer hohen Genauigkeit ist es bei einem Entfernungsmesser unabdingbar, daß die Verformungen der Bauelemente, die zu den optischen Ablenkungen führen, den Parallaxewinkel nicht ändern können. Die oben beschriebene Anordnung ist unter diesem Gesichtspunkt betrachtet besonders vorteilhaft. Das Prisma 42 besitzt nämlich zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen, und kann daher ohne Nachteil geringfügig um eine zu seiner Kante parallele Gerade verdreht werden, wobei die Richtung der reflektierten Lichtbündel nicht beeinflußt wird. Außerdem ist es möglich, den Spiegel 41 und das optische Mischsystem 4 in der Weise zu einem einheitlichen Bauteil zu vereinigen, daß sich für das reflektierte Lichtbündel 120 ein Rhomboeder ergibt, dessen Verschiebung ohne Einfluß auf die Richtung des reflektierten Lichtbündels 120 bleibt. Auf diese Weise bleiben die beiden Lichtbündel 110 und 120 einander in der optischen Achse des Objektivs 31 selbst dann überlagert, wenn geringfügige Verformungen des Geräts auftreten.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Umlenkelemente 21 und 22 geringfügig versetzt, so daß die beiden reflektierten Lichtbündel 110 und 120 die Drehkeilanordnung 5 durchqueren können, ohne dabei durch die reflektierenden Oberflächen des Spiegels 41 und des Prismas 42 beeinflußt zu werden. Aus Gründen der räumlichen Abmessungen ist es im allgemeinen jedoch von Vorteil, die Achsen der beiden von den Umlenkelementen 21 und 22 in Richtung auf das Zentrum des Entfernungsmessers reflektierten Lichtbündel 110 und 120 zum Zusammenfallen zu bringen. Die beiden Umlenkelemente 21 und 22 können dann an den beiden Enden eines Trägers angeordnet werden, und die beiden reflektierten Lichtbündel 110 und 120 kommen dann in entgegengesetzter Richtung in die Achse dieses Trägers zu liegen.

Ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen Anordnung ist in F i g. 2 veranschaulicht.

Dazu ist in das optische System ein Rhomboeder 6 eingefügt, der eines der beiden Lichtbündel 110 und 120, beispeilsweise das Lichtbündel 120, auffängt und so umsetzt, daß es auf den hinteren Teil der Drehkeilanordnung 5 gerichtet ist. Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit einer achromatischen Drehkeilanordnung 5 gearbeitet. Dank dieser Rjndelverschiebung behindert der Spiegel 41 für die Umlenkung des Lichtbündels 120 zum optischen Mischsystem 4 den Durchgang des Lichtbündels 110. das durch den vorderen Teil der Drehkeilanordnung 5 hindurchgeht, nicht. Nach seiner Reflexion im Prisma 42 kann das Lichtbündel 110 mit Vorteil durch eine optische Tariereinrichtunj; 7 hindurchgcleitet werden, die aus einer dicken Platte mit ebenen und zueinander parallelen Oberflächen besteht. Diese optische Tariereinrichtung 7 gestattet es, die beiden Strahlcnwege zwischen der

ίο Drehkeilanordnung 5 einerseits und dem Objektiv 31 andererseits einander optisch genau gleich lang zu machen. Außerdem befindet sich die Drehkeilanordnung 5 zwischen den beiden Umlenkclementen 21 und 22, so daß unter Berücksichtigung des Einflusses des Rhomboeders 6 auch die Strahlenwege zwischen der Drehkeilanordnung 5 einerseits und den Umlenkelemcnien 21 und 22 andererseits einander gleich werden.

Auf diese Weise kommt der Ursprung für die Messungen in die Mittelcbene der Basis zu liegen, und die Entfernungen zwischen den Zielpunkten und dem Objektiv werden für jeden der Strahlenwege gleich groß, wie dies eine unabdingbare Voraussetzung für die Gewinnung einer guten Bildkoinzidenz ist.

Nach dem Durchgang durch das optische Mischsystern 4 werden die beiden reflektierten Lichtbündel 110 und 120 vom Objektiv 31 aufgefangen und dem Okular 32 auf dem Umweg über zwei Spiegel 33 und 34 zugeleitet, wie dies in F i g. 2 und 3 dargestellt ist.

Angemerkt sei, daß bei dem dargestellten Ausführungsbcispie! die Strahlenwege für jedes Lichtbündel eine gerade Anzahl von in passender Weise orientierten reflektierenden Flächen enthalten, wodurch sich im scheinbaren Gesichtsfeld aufrechte Bilder erhalten lassen.

Es lassen sich auch andere Ausführungsformen denken, bei denen die optischen Umlenkelemente und das optische Mischsystem in anderer Weise über eine bestimmte Anzahl von reflektierenden Flächen miteinander gekoppelt sind.

So ist beispielsweise in Fig.4 eine weitere Anordnung von reflektierenden Prismen und einer optischen Tariereinrichtung 7 dargestellt, die es ermöglicht, für die beiden Lichtbündel in der Drehkeilanordnung 5 gleiche Ablenkungen zu erhalten. Selbstverständlich kann man wieder ein Rhomboeder 6 für die Verschiebung des einen der beiden reflektierten Lichtbündel gemeinsam in die Achse eines Trägers gelegt werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Entfernungsmesser zum Bestimmen der Entfernung bis zu einem Zielpunkt mit zwei an den Enden einer Beobachtungsbasis angeordneten optischen Umlenkelementen, mit einem optischen Mischsystem für die beiden vom Zielpunkt kommenden und von den Umlenkelementen aufgefangenen Lichtbündel, mit einem Beobachtungsorgan für das so geschaffene Mischbüd und mit einer Drehkeilanordnung zur gegenseitigen Verschiebung der Lichtbündel, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkeilanordnung (5) so angeordnet ist. daß sie von den beiden Lichtbündeln (110 und 120) nach deren Reflexion an den Umlenkelementen (2i bzw. 22) in entgegengesetzter Richtung durchstrahlt wird.

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Lichtbündel (110 und 120) nach Reflexion am zugehörigen Umlenkelement (21 bzw. 22) und anschließendem Durchgang durch die Drehkeilanordnung (5) im optischen Mischsystem (4) zwei Reflexionen erfährt.

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Mischsystem (4) eine unter 45° gegen die Achse des Beobachtungsorgans (31, 32) geneigte semireflektierende Fläche (40), eine erste reflektierende Flüche (41) für die Umlenkung des von einem (22) der beiden Umlenkelemente (21 und 22) kommenden Lichtbündels (120) senkrecht zur Achse des ßeobachtungsorgans (31, 32) auf die semireflektierende Fläche (40) zu und ein Paair (42) zueinander senkrechter reflektierender Flächen für die Umlenkung des von dem anderen (21) der beiden Umlenkelemente (21 und 22) kommenden Lichtbündels (110) parallel zur Achse des Beobachtungsorgans (31,32) auf die semireflektierende Fläche (40) zu enthält und daß die Drehkeilanordnung (5) zwischen den reflektierenden Flächen (41, 42) des Mischsystems (4) einerseits und den Umlenkelementen (21 und 22) andererseits im Strahlenweg für die Lichtbündel (110 und 120) liegt.

4. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen (41 und 42) für jedes der beiden Lichtbündel (110 und 120) mechanisch fest miteinander verbunden sind.

5. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die semireflektierende Fläche (40) in einen fest mit der ersten reflektierenden Fläche (41) verbundenen Klotz (4) eingebaut ist, daß die semireflektierende Fläche (40) und die erste reflektierende Fläche (41) parallel zueinander verlaufen und daß das Paar zueinander senkrechter reflektierender Flächen durch ein Prisma (42) mit einem Kantenwinkel von 90° gebildet ist.

6. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, bei dem die von den beiden optischen Umlenkelementen kommenden reflektierten Lichtbündel in gegensciti- &° ger Verlängerung zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenweg für das eine (120) der beiden reflektierten Lichtbündel (110 und 120) ein Rhomboeder (6) enthält, das dieses Lichtbündel (120) zwischen dem zugehörigen Umlenkelement (22) und der Drehkeilanordnung (5) parallel zu sich verschiebt.

7. Entfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß in den Strahlenweg des die semireflektierende Fläche (40) des optischen Mischsystems (4) ohne Reflexion durch strahlenden Lichtbündels (120) zwischen der Drehkeilanordnung (5) und der semireflektierenden Hache (40) eine optische Tariereinrichtung (7) zum Abgleichen der optischen Weglängen zwischen der Scharfeinstelleinrichtung (5) und dem Beobachiungsorgan (31, 32) für die beiden reflektierten Lichtbündel (110 und 120) eingefügt ist, die aus einer dicken Platte mit ebenen und zueinander parallelen Oberflächen besteht.

8. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Umlenkelemente (21 und 22) so angeordnet sind, daß die von ihren aufgefangenen einfallenden Lichtbündel (11 und 12) ohne Einführung einer Ablenkung für die reflektierten Lichtbündel (110 und 120) durch die Drehkeilanordnung (5) in einer mittleren Entfernung vom Meßobjekt konvergieren.