FI113401B - Optinen laite heijastuvan tähtäysmerkin aseman määrittämiseksi - Google Patents

Description

113401

Optinen laite heijastuvan tähtäysmerkin aseman määrittämiseksi - Optisk anordning för bestämning av läget av ett reflekterande siktmärke

Esillä olevan keksinnön kohteena on optinen laite heijastuvan tähtäysmerkin aseman 5 määrittämiseksi, tämän laitteen käsittäessä valonheittimen tähtäysmerkin valaisemiseksi, kuvausjärjestelmän tähtäysmerkin kuvaamiseksi paikalliseen ilmaisinlaittee-seen ja arviointilaitteen tähtäysmerkkikuvan paikallisten koordinaattien määrittämiseksi.

Julkaisun US-PS 188 739 perusteella tunnetaan merkityllä keskiosalla varustetun 10 läpinäkyvän kuulan käyttö tähtäysmerkkinä. Merkintä tapahtuu porausreiän välityksellä kuulan sädelinjaa pitkin kuulan keskipisteeseen asti. Kuulan keskipistemerkin-tää voidaan lisäksi vahvistaa porausreiän valaisemisen avulla. Eräs toinen merkit-semismahdollisuus tarjoutuu käyttämällä luminoivia materiaaleja, jotka on sulatettu kuulan keskipisteeseen. Tällä tavoin merkittyjen kuulien yhteydessä on etäisyyden 15 määritys kahden avaruuspisteen välillä tunnetulla tavalla mahdollinen käyttämällä kolmiomittausta teodoliittien avulla.

Julkaisun DE 40 13 576 AI perusteella tunnetaan maitolasista tehty kuula, joka toimii tähtäysmerkkinä mittauspisteiden määrittämiseksi optisten tähtäyslaitteiden yhteydessä. Kuulan valoa läpäisevän ja valoa hajottavan materiaalin ansiosta saavu-20 tetaan kuulapinnan yhtenäinen valoisuus, joka mahdollistaa tähtäyksen suurella kulma-alueella.

: | * Julkaisun US-PS 207 003 perusteella selostetaan kohde, joka on varustettu vähin- • tään neljällä tavanomaisella takaisinheijastimella ja yhdellä pallomaisella heijasti- ’1 ’ ’: mella, joiden avulla mitataan kohteen kolmiulotteinen asetus ja kulma-asento. Täl- •. · 25 löin kohdetta valaistaan puoliläpäisevän hajottavan peilin avulla valonlähteestä kä- sin. Pallomaisesta heijastimesta ja neljästä takaisinheijastimesta heijastuva valo saa-:' ·': puu optiikan kautta valokuvausta käyttävään ilmaisimeen. Lisäksi pallomaisen hei jastimen kaarevuuskeskus ja takaisinheijastimet muodostetaan valotäplinä. Näiden ....: valotäplien ilmaisinkoordinaateista saadaan laskennallisesti selville kohteen ja sii- . · . 30 hen liittyvän objektin kolmiulotteinen asetus ja kulma-asento.

•: > ·: Kuvatunlaisia optisia laitteita tunnetaan ja niitä on perusteellisesti selostettu aika- kauslehdessä Technischer Rundschau nro 39 1988, s. 14-18, otsikolla "Theodolit-systeme fiir industrielle und geodätische Messungen" varustettuna, tekijöinä W. Huep ja O. Katowski, sekä Leica AG:n aikakauslehden Opticus nro 1/94, s. 8-9, ar- 2 112401 tikkelissa, jonka otsikkona on "Theodolite - Sensoren fur die industrielle Vermes-sung".

Näissä julkaisuissa selostettuja teodoliittijäijestelmiä käytetään pintojen, esimerkiksi lentokoneiden verhouksien tai autonkorien osien, ilman kosketusta tapahtuvaan 5 mittaukseen. Käytössä olevat teodoliittijärjestelmät sisältävät tiiviin rakenteen, joka on varustettu kuvausjäijestehnänä toimivalla teodoliittikaukoputkella, sen suhteen koaksiaalisesti asetetulla valonheittimellä tähtäysmerkin valaisemista varten, CCD-sarjan sisältävällä videokameralla, ja elektronisella arviointilaitteella, joka voi sisältää myös kuvankäsittelytietokoneen ja vastaavan ohjelmiston. Teodoliittijärjestelmä 10 voi myös olla varustettu etäisyydenmittauslaitteella.

Teodoliittijärjestelmät on varustettu elektronisilla piiriväliotoilla ja moottoroiduilla käyttölaitteilla kaukoputken vaaka- ja pystysuoraa säätöä varten, jolloin automaattinen kauko-ohjattu mittausprosessi tulee mahdolliseksi. Vaaka-ja pystysuorat kulmat ilmoittavat tähtäysmerkkisuunnat ennalta määrätyssä koordinaattijärjestelmässä.

15 Objektiivisen ja tarkan suuntamittauksen saavuttamiseksi videokamera säädetään ottaen mukaan kuvankäsittelyalgoritmit. Kameran CCD-saqassa synnytetty tähtäys-merkkikuva arvioidaan sopivien algoritmien avulla ja tähtäysmerkkikuvan keskipiste määritetään. Tämän keskipisteen koordinaatit CCD-saqassa muunnetaan sitten ohjelmiston avulla asetuskulmiksi, jotka yhdessä elektronisten piirilukemien kanssa 20 antavat tähtäysmerkkisuunnan.

Suuntamittausten avulla määritetään taas lisätietojen yhteydessä kolmiulotteiset täh- , täysmerkkikoordinaatit. Napamenetelmien avulla suoritetaan lisäksi etäisyysmittaus kulmamittausta varten. Tällöin kolmiomittausmenetelmä käyttää asetukseltaan tun- ' ’ . nettua toista teodoliittijäijestelmää ja saa selville kulmamittausten avulla trigono- , . 25 metrisesti tähtäysmerkkien asemat.

» » · • >» · : : *: Säteilylähteenä valonheitintä varten käytetään enimmäkseen lähellä infrapunasätei- : i ‘: lyä olevaa korkealla säteilytiheydellä lähettävää luminenssidiodia (ns. High Radian ce Diode).

Tähtäysmerkkeinä kohteen niittaamista varten toimivat pintaheijastavat kuulat, jotka 30 ovat esimerkiksi kromattuja kiillotettuja teräskuulia, joilla on se vaadittu ominai-•: · | suus, että kunkin teodoliitin tarkastelusuunnasta riippumatta tarjotaan käyttöön sama .···. tähtäysmerkkikuva. Nämä pintaheijastuskuulat on varustettu keskitetyillä kiinnitys- ’’ elementeillä, joiden avulla nämä tähtäysmerkit voidaan toistettavasti asettaa sitä 113401 3 varten tarkoitettuihin asemiin mitattavalla pinnalla. Voidaan käyttää myös tanko-maisia pitimiä, joiden varassa kuulat ovat.

Käytössä olevat heijastavat kuulat, joiden läpimitta on tavallisesti noin 12 mm, muodostavat kuulan sisällä näkyvän, teodoliitin valonheittäjäpupillien näennäisen 5 kuvan suunnilleen kuulapinnan polttopinnassa, so. noin kuulan läpimitan neljäsosan suuruisen etäisyyden päässä kuulapinnan lakipisteen takana. Tämän kuvan havaitsee teodoliitin kaukoputki tai vastaavasti videokamera ottaa vastaan ja esittää CCD-sarjassa.

Pintaheijastavien kuulien pienen polttovälin johdosta, joka on noin 3 mm suunnil-10 leen 12 mm kuulaläpimittojen yhteydessä, kuulan pupillikuva on jo noin 1,5 m etäisyydestä lähtien pieni taipumisrajoitetulla tavalla ja siten pienempi kuin CCD-sarjan vastaanottoelementti. Tästä huolimatta voidaan arviointi suorittaa, jolloin teodoliit-tikaukoputki on säädettävä defokusoidulla tavalla siten, että tähtäysmerkkikuva jaetaan kameran useisiin kuva-alkioihin. Näin saadun valotäplän keskipiste voidaan 15 saada selville painopistemäärityksen tai ääriviiva-arvioinnin avulla. Säteilyn erilainen voimakkuusjakautuma valotäplässä ja valotäplän epäterävä reuna edellyttävät kylläkin kuulan vain rajoitetulla tavalla tarkkaa suuntamittausta. Siten kuulan vähäinen likaantuminen johtaa säteilyn erilaiseen voimakkuusjakautumiseen valotäplässä ja myös mittausvirheisiin.

20 Eräs lisäongelma kuvausta suoritettaessa heijastavien kuvapintojen välityksellä johtuu siitä, että näiden kuulien kaukoputken objektiiviin takaisin säteilemä säteilyteho vähenee neljännessä potenssissa valonheittimen rajaetäisyyden suhteen. Tämän seu-: ’·· rauksena on se, että tätä mittausmenetelmää voidaan käyttää vain noin 10 m etäi- ;:· syyksiin asti. Suurempien etäisyyksien yhteydessä vastaanottosignaali suuntamitta- ·:·*: 25 usta ja siten myöskään kolmiulotteista asemamääritystä varten ei enää ole riittävä ; : ‘; myöskään suurempien kuulien käytön yhteydessä.

Tästä tekniikan tasosta lähtien keksinnön tarkoituksena on saada aikaan optinen laite : · ’ : ja menetelmä tähtäysmerkkikuvan aseman määrittämistä varten paikallisessa ilmai simessa siten, että tähtäysmerkin aseman määritys ja siten sen suuntamittaus tulee 30 mahdolliseksi suurempien etäisyyksien päästä ja voidaan suorittaa suuremmalla -' ‘ ‘: tarkkuudella tähtäysmerkin likaantumisesta ja sen kiinnityselementtien rajoittamista kuvausolosuhteista huolimatta.

# * · *» •...: Tämä tarkoitus saavutetaan kuvatunlaisen laitteen avulla keksinnön mukaisesti siten, . . ·. että tähtäysmerkkinä käytetään valonheitinvalaistusta varten tarkoitettua läpinäkyvää 113401 4 kuulaa, jonka taitekerroin n on suuruudeltaan 4Ϊ-2, tähtäysmerkkikuvan muodostaessa vähintään osan ympyrärengaspinnasta, jonka kuva-arvioinnin avulla määritetty keskipiste ilmoittaa tähtäysmerkin aseman. Erikoisena menetelmänä on se, että kuvausjärjestelmä defokusoidaan ja tällä tavoin saadut moninkertaiset ympyrären-5 gaspinnat otetaan vastaan ilmaisinlaitteeseen ja niitä käytetään matemaattisten välineiden avulla tähtäysmerkin keskipisteen määrittämiseen.

Keksinnön edullisia lisäsovelluksia on selostettu alivaatimuksien 2-15 tunnusmerkillisten ominaisuuksien yhteydessä.

Keksinnön tarjoamat edut käsittävät ensiksikin säteilytehon huomattavan paranemi-10 sen ilmaisinlaitteen alueella käyttämällä kuulan muotoisia ja valonheittimen valaisu-tehon suhteen läpinäkyviä tähtäysmerkkejä, joiden taitekerroin tämän säteilyn suhteen on suurempi kuin 4Ϊ ja pienempi kuin 2. Tällaisilla kuulilla on se optinen ominaisuus, että suurin osa säteilystä tulee optisen taittumisen kautta kuulamateriaa-liin ja kuljettuaan kuulan läpi määrätty osa säteilystä heijastuu kuulan takapinnassa, 15 so. kuulamateriaalin ja ulkoisen väliaineen (toisin sanoen ilman) rajapinnassa. Suurin osa tästä heijastuneesta säteilystä taittuu ulos kuljettuaan uudelleen kuulan läpi.

Kun tarkastellaan kuulaan yhdensuuntaisesti tulevaa sädekimppua, niin tämän kim pun yksittäiset säteet kulkevat kuulan läpi edellä selostetulla tavalla ja lähtevät kuulasta tulokohtansa mukaisesti erilaisissa lähtökulmissa ja myös erilaisissa lähtökoh-20 dissa. Keksinnön yhteydessä käytetään nyt hyväksi sitä tietoa, että säteet lähtevät lähtökohta-alueen sisäpuolella, siis määrätyn kuulavyöhykkeen sisällä, sellaisissa lähtökulmissa, että kuvausjäqestelmä kykenee ottamaan ne vastaan. Kuvausjäijes-. .. telmänä käytetään esimerkiksi teodoliitin kaukoputken objektiivia. Tällaiselta kuula- ·:· vyöhykkeeltä kaukoputken objektiiviin takaisinheijastunut säteilyteho vähenee täi- « * »· ;25 löin vain etäisyyden kolmannessa potenssissa.

: : : Taitekertoimeltaan n = 4Ϊ oleva kuula muodostaa rajatapauksen. Reunasäde, joka :.: tulee tangentiaalisesti kuulan pinnalle ja kulkee taittuneena sen sisään, heijastuu osittain kuulan takasivulta ja lähtee kuulan vastakkaiselta sivulta ulos yhdensuuntaisesti tulevan säteen kanssa. Teodoliitin kuvausoptiikka havaitsee sen akselin lähellä •: · ·: 30 olevien säteiden tavoin, jotka kulkevat teodoliitin akselin ja kuulan keskipisteen vie- *" *: ressä. Kaikki muut tulevat säteet heijastuvat sillä tavoin loittonevalla tavalla, että ne t · · ’ , eivät voi tulla kaukoputken objektiiviin.

: ’ Vain hieman taitekerrointa 4Ϊ suuremmalla taitekertoimella on jo vastaava kuula- , vyöhyke, josta tulevat säteet saapuvat kaukoputken objektiiviin ja jonka avulla il- 113401 5 maistu signaali vähenee vain kolmanteen potenssiin. Tämän kuulavyöhykkeen leveys ja läpimitta ovat erilaisia kuulan taitekertoimen mukaisella tavalla. Taiteker-toimen kasvaessa tämän kuulavyöhykkeen läpimitta vähenee, sen ollessa tapauksessa n = V2 sama kuin kuulan läpimitta, kunnes se toisessa rajatapauksessa, taiteker-5 toimen ollessa n = 2, tulee nollaksi. Mainitun taitekerroinalueen ulkopuolella tätä kuulavyöhykettä ei ole.

Vastaanottotehon erittäin tehokkaan lisääntymisen tällaista läpinäkyvää kuulaa käytettäessä näyttää seuraava esimerkki, jonka yhteydessä käytetään videoteodoliittia, joka on varustettu läpimitaltaan 42 mm olevalla kaukoputkiaukolla.

10 Kaupallisesti saatavien lasikuulien yhteydessä, joiden taitekerroin n = 1,83 ja läpimitta 2 mm, vastaanotetaan 10 m etäisyydellä kertoimella 50 korotettu säteilyteho kromattuun teräskuulaan verrattuna, jonka läpimitta on 10 mm.

20 metrin etäisyydellä tämä parannuskerroin on 100, vaikka heijastuskerroin säteiden kuljettua läpinäkyvän kuulan läpi on vain 8 % verrattuna noin 60 %:iin kroma-15 tussa teräskuulassa.

Heijastuneen säteilyn tällaisilla tekijöillä korotettu tehokkuus tekee nyt kohteen mittauksen mahdolliseksi vastaavasti suuremmalla teodoliittietäisyydellä.

Keksinnön toisena etuna on se, että kuulavyöhyke, josta teodoliitin vastaanottama säteily tulee, on renkaan muotoinen. Tämä renkaan muotoinen poistovyöhyke sijait-20 see koaksiaalisesti kuulan keskipisteakselin ja valonheittimen valaistusjärjestelyn keskipisteen suhteen ja näkyy ja tulee kuvatuksi teodoliittikaukoputken fokusoinnin : ' * jälkeen terävänä kuvatasolla, siis ilmaisinlaitteen alueella. Siten videokameran käy tön yhteydessä tähtäysmerkkikuva valaisee yhä enemmän CCD-saijan kuva-alkioita myös kaukoputken ollessa fokusointisäädön alainen, toisin kuin teräskuulan täh-i I { 25 täysmerkkikuva. Lisäksi tällöin rengasmainen säteilyjakautuma mahdollistaa edulli- : : : sesti ympyräalgoritmien käytön, joiden avulla tähtäysmerkin kuulakeskipisteet ja :'; ’: siten myös yhdessä etäisyysmittauksen kanssa sen asema kolmiulotteisessa tilassa voidaan määrittää erittäin tarkasti. Tällaisen arvioinnin tarkkuus on huomattavasti suurempi kuin epäterävän valotäplän keskipistettä määritettäessä painopistemääri-.... 30 tyksen tai ääriviiva-arvioinnin avulla, joka on jo selostettu tavanomaisten mene- ':' telmien yhteydessä.

M I M

Keksinnön mukainen tähtäysmerkki saa aikaan teodoliittikaukoputken fokusoidun säädön ja myös defokusoidun kaukoputken yhteydessä sangen hyvin arvioitavan •: · ‘ tähtäysmerkkikuvan. Jos valaistussäde heijastuu pienen peilin välityksellä teodoliitin « » 113401 6 sisällä olevalle optiselle akselille, niin defokusoidun teodoliittikaukoputken yhteydessä esiintyy kaksi koaksiaalista rengasmaista säteilyaluetta, jotka syntyvät siten, että vastaaotto-objektiivi varjostetaan keskialueellaan pienen peilin välityksellä. Myös nämä alueet voidaan arvioida tähtäysmerkin keskipisteen määrityksen avullä 5 käyttäen matemaattisia välineitä, jolloin keskipistemäärityksen tarkkuutta voidaan vielä lisätä keskiarvon muodostuksen välityksellä.

Renkaanmuotoinen säteilyjakautuma ja sen mahdollistama ympyräalgoritmien käyttö tarjoavat erään suuren lisäedun. Useiden tutkimusten perusteella on osoittautunut, että tähtäysmerkin kuulakeskipisteasema voidaan määrittää yhtä suurella tarkkuu-10 della myös kuulapinnan likaantumisen tai reunavarjostuksen yhteydessä, jotka riippuvat kuulan muodosta. Tämä vaikutus on ympyrärengaspinnan moninkertaisten korvautuvien tietojen mukainen, jolloin ympyrärenkaan paikallisia keskeytyksiä tai repeytymisiä voidaan havaita tai saada selville arvioinnin yhteydessä. Sitä vastoin defokusoidusti heijastuvien metallikuulien käytön yhteydessä esiintyy aina se vaara, 15 että likaantuneiden pintojen ansiosta esiintyy mittausvirheitä, joita ei kyetä eliminoimaan.

Kaikkien sääntöjen mukaan käytetään pintakiillotettuja kuulia, sillä muutoin karkeassa pinnassa syntyvä hajavalo vähentäisi käytettävissä olevaa säteilyvoimakkuut-ta. Samoin voivat heijastusta lisäävät päällysteet lisätä kuulan heijastaman säteilyn 20 voimakkuutta. Päällystys voi ulottua kuulan koko pinnalle, koska heijastuvan säteilyn osuus taitekertoimiltaan erilaisiin väliaineisiin siirryttäessä voi tällöin olla vain muutamia prosentteja. Siten kuulasta teodoliittikaukoputkeen heijastuvan säteilyn ; ·· voimakkuus tulee pääasiallisesti määritetyksi kuulan "takapinnasta" tapahtuvan hei- jastumisen perusteella.

. . 25 Pinnaltaan pienen peilin aiheuttama heijastus tällä alueella voi suuresti lisääntyä.

’"Tämä etu on saavutettavissa siten, että kuulalla on osittaisen peiliheijastuksen ansi-osta etuoikeutettu suunta, eikä sitä voida yksinkertaisesti ilman suuntausta asettaa ’·* pitimeen. Erityisesti kolmiomittausmenetelmää käytettäessä, jonka yhteydessä käy tetään kahta tai useampaa teodoliittia kuulan suuntamittauksessa tähtäysmerkkeinä, ‘:‘: 30 teodoliitin käytettävissä olevaa kulma-aluetta rajoittaa peilipinnan koko. Ilman pei- • : Iin käyttöä kuulaa voidaan tähdätä kaikilta puolilta.

: : Kuulasta heijastuneen säteilyn voimakkuutta voidaan lisätä myös erilaisten kuulan sisälle asetettujen materiaalien avulla. Käyttämällä materiaaleja, joilla on erilaiset, . . porrastetut tai jatkuvat taitekertoimet, eivät säteet etene kuulan sisällä enää suoravii- 35 vaisesti, vaan kaarevia ratoja pitkin. Siten säteiden lähtökulmiin vaikutetaan, jolloin 113401 7 sopivien taitekertoimien yhteydessä voidaan teodoliitista tulevasta säteilystä ottaa vastaan suurempi osa.

Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisemmin keksinnön kahta sovellusmuotoa oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: 5 Kuvio 1 esittää kaavamaista kuvantoa keksinnön kohteesta ulkoisella tähtäysmerkki-valaistuksella varustettuna;

Kuvio 2 esittää kaavamaista kuvantoa keksinnön kohteesta teodoliittiin liitetyllä tähtäysmerkkivalaistuksella varustettuna;

Kuvio 3 esittää kaavamaista kuvantoa säteilyn kulusta läpinäkyvän kuulan kautta; 10 Kuvio 4 esittää kamerakuvaa läpinäkyvästä kuulasta, jota valaistaan videoteodoliitin koaksiaalisesti asetetun valonheittäjän avulla.

Kuviossa 1 esitetään kaavamaisesti optinen laitejärjestely, käsittäen valonheittimen I, joka valaisee jakopeilin 20 välityksellä kuulan muotoisen tähtäysmerkin 2 koaksiaalisesti optisen akselin 15 suhteen, tankomaisen pitimen 4 tukena tähtäysmerkkiä 2 15 varten, fokusointilaitteella 6 varustetun kuvausjärjestelmän 5, paikallisen ilmaisin-laitteen 7, arviointilaitteen 9, kuvankäsittelytietokoneen 10 ja etäisyysmittauslaitteen II. Kuviossa 1 esitetyt mittasuhteet eivät ole todellisen mittakaavan mukaisia.

Optinen sädekulku käsittää kaksi valittua keskenään yhdensuuntaista kaavamaisesti esitettyä sädettä B ja C. Tässä yhteydessä on esitetty vain keksinnön kannalta ratkai-20 sevan tärkeät sädekulut, jotka tultuaan kuulaan 2 ja heijastuttuaan sen takapinnasta • · ’:. tulevat ulos kuulasta 2 siten, että kuvausjärjestelmä 5 voi ottaa ne vastaan. Kuulan 2 materiaali on läpinäkyvä valonheittimen 1 vaiaistussäteilyä varten, jolloin taiteker- : · *· '· toimen arvo on V2 - 2. Tämän järjestelyn alaisena molemmat säteet B ja C rajoit- * . .: tavat sädekimpun, joka otetaan vastaan kuvauslaitteen 5 aukon kautta ja voidaan ku- v : 25 vata sen välityksellä paikalliseen ilmaisinlaitteeseen 7. Hmaisinlaitteessa 7 oleva ympyrärengaspinta 8 muodostuu kaikkien sädekimppujen avulla, jotka kulkevat esi-•; · · i merkin tavoin esitetyn sädekimpun B-C muodossa kiertosymmetrisesti optisen akse- .···. Iin 15 suhteen.

·:·*! Heijastuksen lisäämiseksi kuulan muotoisen tähtäysmerkin 2 takaosassa voidaan :'": 30 käyttää osittaista peilijäqestelyä 3. Tähtäysmerkki 2 ei tällöin voi olla enää olla ase tettuna mielivaltaista kiertoa varten pitimeen 4, vaan sen on oltava suunnattuna hei-•: ‘. jastuspinnan 3 mukaisesti kuvion 1 osoittamalla tavalla.

113401 8

Jakopeilin 20 toimintaa selostetaan seuraavassa. Jakopeilien tehtävänä on yleensä heijastaa määrätty osa tulevasta valosta ja siirtää määrätty osa siitä. Kuviossa 1 on esitetty vain valonheittimestä 1 tulevat ja osapeilistä 20 heijastuvat säteet sekä täh-täysmerkistä 2 tulevat ja jakopeilin 20 siirtämät säteet. Niitä täydentävät tässä esite-5 tyt sädeosat on jätetty pois, eivätkä ne ota osaa tähtäysmerkin kuvaukseen. Valais-tussäteilyn heijastaminen jakopeilin 20 kautta merkitsee siis aina tiettyä valohäviötä. Toisaalta voidaan tällöin teodoliitti, joka ei sisällä kiinteää valaistusta, varustaa jälkeenpäin yksinkertaisella tavalla valaistuksella. Tällöin on vain jakopeili 20 asetettava teodoliittikaukoputken objektiivin eteen ja tähtäysmerkki on valaistava koaksi-10 aalisesti valonheittimen 1 avulla tähtäysmerkin heijastetun kuulavyöhykkeen kuvaamiseksi ja käyttämiseksi keksinnön mukaisella tavalla.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 kaltaista optista laitetta, joka on kuitenkin varustettu ku-vausjäijestelmään 5 liitetyllä tähtäysmerkkivalaistuksella. Valonheitin 30 valaisee tähtäysmerkin 2 peilin 31 välityksellä, joka on asetettu kuvausjärjestelmän 5 optisel-15 le akselille 15. Valaistus tapahtuu myös koaksiaalisesti optisen akselin 15 suhteen. Peili 31 varjostaa kuvaussädekulun pienen keskialueen, jolloin kuvausta varten menetetään hieman valoa. Tämä järjestely vastaa edellä mainittua teodoliittijärjestel-mää.

Tähtäysmerkki 2 ei sisällä tässä yhteydessä mitään osittaista peilijäjjestelyä, jolloin 20 se voidaan valaista rajoittamattomasti kaikilta puolilta ja heijastuneet säteet syöttävät aina ympyrärengaspinnan 6 paikalliseen ilmaisimeen 7. Tämän tähtäysmerkkiku-van tarjoaminen teodoliitin valaistussuunnasta riippumatta merkitsee erityisen sopivaa järjestelyä kolmiomittausmenetelmää käytettäessä, jonka avulla määritetään ,, * * useiden teodoliittien avulla kulma tähtäysmerkkiin 2.

: ·. 25 Kuvio 3 esittää kaavamaisesti muutamia sädekulkuja läpinäkyvän taitekertoimeltaan ‘' V 4Ϊ - 2 olevan tähtäysmerkin 2 kuulakeskipisteen kautta kulkevalla leikkaustasolla.

;;; Havainnollisuuden vuoksi nyt on esitetty vain akselin 15 yläpuolella yhdensuun- ‘ ‘ taisesti kulkevat säteet A, B, C ja D. Etäisyyden päässä akselilta 15 säteet tulevat kuljettuaan kuulan läpi lopuksi erilaisissa kulmissa kuulasta taas ulos. Säteet Aja D 30 heijastuvat tällaisten lähtökulmien alaisina takaisin, jolloin ne kulkevat optisen ku-',,vauslaitteen 5 (kuvio 2) ohi. Vain tällaiset säteet varjostetulla ja säteiden B ja C ra-.,..: johtamalla alueella saapuvat kuvauslaitteen 5 kautta paikalliseen ilmaisimeen 7.

:: Lähtökulmana on pidettävä takaisinheijastuneen säteen ja akselin 15 välistä kulmaa.

: : Esimerkiksi sädettä D varten sen lähtökulma δ on esitetty piirustuksissa.

113401 9

Kiertämisen avulla akselin 15 ympäri saavutetaan kolmiulotteiset avaruussädekulut. Kuulan pintaan muodostuu tällöin kulloinenkin rengasmainen sädevyöhyke Z, jonka ilmaisin 7 ottaa vastaan ympyrärengaspintana 8.

Kuvio 4 esittää heijastavan läpinäkyvän kuulan valokuvaa, joka on otettu kameran 5 avulla edellä mainitun teodoliittijärjestelmän välityksellä. Kuvassa näkyy kuulan rengasmainen säteilevä vyöhyke Z. Sitä käytetään matemaattiseen arviointiin täb-täysmerkin keskipisteen määritystä varten. Kuvan keskellä näkyy myös akselin läheisyydessä olevan säteilyn antama heijastus.

ai·*»

Claims (16)

1. Optinen laite heijastuvan tähtäysmerkin (2) aseman määrittämiseksi, tämän laitteen käsittäessä valonheittimen (1; 30) tähtäysmerkin (2) valaisemiseksi, kuvausjärjestelmän (5) tähtäysmerkin (2) kuvaamiseksi paikalliseen ilmaisinlaitteeseen (7) 5 ja arviointilaitteen (9) tähtäysmerkkikuvan (8) paikallisten koordinaattien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että tähtäysmerkkinä (2) käytetään valonheittimen valaistusta varten tarkoitettua läpinäkyvää kuulaa (2), jonka taitekerroin n on suuruudeltaan 4Ϊ - 2, tähtäysmerkkikuvan (8) muodostaessa ilmaisinlaitteessa (7) vähintään osan ympyrärengaspinnasta, jonka kuva-arvioinnin avulla määritetty keskipiste il-10 moittaa tähtäysmerkin (2) aseman.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että kuulan (2) joka puolelta tapahtuvaa tähtäystä varten käytössä on tankomainen pidin (4) kuula-tukena.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että kuula 15 (2) on tehty lasista ja että sen taitekerroin n = 1,83.

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että kuulan (2) pinta on kiillotettu.

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että kuula (2) on varustettu heijastumista lisäävällä päällysteellä.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 4 tai 5 mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että kuula (2) on tehty taitekertoimeltaan erilaisista materiaaleista.

: 7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tun- i nettu siitä, että kuula (2) on varustettu osittaisella peilijärjestelyllä.

, · . 8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tun- 25 nettu siitä, että valaistussäteet kulkevat tähtäysmerkkiin (2) aksiaalisymmetrisesti kuvausjärjestelmän (5) optisen akselin (15) suhteen.

: 9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tun- ' _ · nettu siitä, että kuvausjärjestelmä (5) on varustettu fokusointilaitteella (6). :10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että , 30 kuvausjärjestelmänä(5)toimiiteodoliittikaukoputki. * f 1 ( t 113401 11

10 1 13401

11. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että ilmaisinlaite (7) käsittää CCD-sarjan tai videokameran.

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tunnettu siitä, että arviointilaite (9) sisältää kuvankäsittelytietokoneen (10).

13. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen optinen laite, tun nettu siitä, että valonheitin (1; 30), kuvausjärjestelmä (5), ilmaisinlaite (7) ja arviointilaite (9) on muodostettu tiivisrakenteisena laitteena.

14. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että käytössä on lisäksi etäisyydenmittauslaite (11).

15. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että kuva-arviointia varten ympyrän keskipisteen määrittämiseksi käytetään ympyräalgoritmia ympyrän sovittamista varten tähtäysmerkkikuvaan (8).

16. Menetelmä heijastuvan tähtäysmerkin (2) aseman määrittämiseksi, tämän menetelmän käsittäessä valonheittimen (1; 30) tähtäysmerkin (2) valaisemiseksi, foku-15 soitavan kuvausjäqestelmän (5) tähtäysmerkin (2) kuvaamiseksi paikalliseen ilma; sinlaitteeseen (7) ja arviointilaitteen (9) tähtäysmerkkikuvan (8) paikallisten koordinaattien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että tähtäysmerkkinä (2) käytetään valon-heitinvalaistusta varten tarkoitettua läpinäkyvää kuulaa (2), jonka taitekerroin n suuruudeltaan V2 - 2 ja että optinen kuvausjärjestelmä (5) defokusoidaan, jolloin tu-20 lokseksi saadaan moninkertaiset rengaspinnat, jotka käsittävät samankeskiset ympy-ränrengaspinnat, joilla on erilaiset läpimitat ja jotka eivät peitä toisiaan ja jotka ilmaisinlaite (7) ottaa vastaan ja jotka arvioidaan matemaattisten välineiden avulla ' ‘. tähtäysmerkin keskipisteen määrittämiseksi. « < » · < * · 113401 12