DD226130A1 - Anordnung zur optischen datensignaluebertragung, insbesondere fuer geodaetische geraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Dateninformationsuebertragung fuer geodaetische Geraete. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Dateninformationsuebertragung mit mechanisch-elektrischen Kontakten durch eine optische Datensignaluebertragung zu ersetzen, die so gestaltet ist, dass die Uebertragung der Dateninformationen schneller, vereinfachter, in mehreren Kanaelen gleichzeitig und in zwei Richtungen erfolgen kann. Das wird dadurch erreicht, dass mit den optischen Abbildungssystemen nach der Strahlenvereinigung in einer ersten Baueinheit die Uebertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale zusammen mit den visuellen Bildinformationen durch eine oder mehrere Drehachsen vorgesehen ist, wobei die Strahlengaenge fuer diese Signale koaxial zu den Drehachsen angeordnet sind, und dass fuer die Strahlentrennung eine zweite Baueinheit vorgesehen ist. Durch die Erfindung ist es moeglich, die Nachteile der mechanisch-elektrischen Kontaktuebertragung von Daten zu beseitigen, die Stoeranfaelligkeit der Dateninformationsuebertragung sowie den technischen Mess- und Fertigungsaufwand zu verringern und die Dateninformationen ohne erhoehten technischen Aufwand in mehreren Uebertragungskanaelen gleichzeitig und in zwei Richtungen zu uebertragen, ohne gegenseitige Beeinflussung beim Datentransfer. Fig. 4

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung optischer Dateninformationen in Form digitaler und analoger Signale, mit optischen Abbildungssystemen zur visuellen Beobachtung und Messung von Objekten innerhalb und außerhalb eines geodätischen Gerätes, dessen einzelne Baueinheiten durch Drehachsen miteinander verbunden sind, mit Mitteln zur Umwandlung der elektrischen Signale in optische Signale im visuellen und infraroten Spektralbereich, mit Mitteln zur Umwandlung der zu übertragenden optischen Signale in elektrische Signale und deren Anzeige und Mitteln zur Strahlentrennung und -vereinigung.

Die Erfindung ist insbesondere für geodätische Geräte, wie Theodolite, Tachymeter und Nivelliere anwendbar sowie für alle Geräte mit rotierenden Sender-Empfänger-Einrichtungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, bei elektrooptischen Tachymetern den infraroten Meßstrahl zur Übertragung von Dateninformationen zu verwenden. In der EP-PS 0007886 A1 wird ain Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Messung der Relativlage beschrieben, in dem die in einer Meßstation ermittelten, in Form elektrischer Signale vorliegenden Meßwerts durch Modulation des infraroten Meßstrahles eines elektrooptischen Distanzmessers oder durch eine separate Kurzwellenverbindung zu einem Zielpunkt übertragen werden. .

Man benutzt auch Infrarotstrahlen bei elektronischen Tachymetern zur Übertragung von Dateninformationen von einem Bedienpult aus an das Meßgerät. Die Dateninformationen können dabei direkt an das drehbare Teil übertragen werden, ohne die Drehachsen zu benutzen. Das hat den Nachteil, daß der Transport der Dateninformationen nur in einer Richtung verläuft und das Bedienpult sehr genau auf den Empfänger ausgerichtet werden muß. Bekanntlich erfolgt die Übertragung der Dateninformationen über Drehachsen mittels Schleifringkontakten, die auch zur Übertragung von Versorgungsspannungen dienen. Der Nachteil dieser Dateninformationsübertragung besteht darin, das Kontaktunsicherheiten die digitalen Signale stark beeinflussen. Bei der Übertragung von größeren Signalmengen gleichzeitig benötigt man eine größere Anzahl von Schleifringen, dadurch werden hohe Anforderungen an das Material, die sichere Kontaktgabe und die Sicherheit gegenüber kapazitiver Beeinflussung gestellt, das wirkt sich aber in einer Eingrenzung der Übertragungsfrequenzen aus.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt, Arbeits- und Übertragungszeit im Meßprozeß verkürzt und der Fertigungsaufwand verringert werden. Durch eine geringere Störanfälligkeit erhöht sich die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Dateninformationsübertragung innerhalb und außerhalb des Gerätes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Dateninformationsübertragung über Drehachsen mit mechanisch-elektrischen Kontakten durch eine optische Datensignalübertragung zu ersetzen, um die Übertragung der Dateninformationen in mehreren Kanälen gleichzeitig und in zwei Richtungen ohne gegenseitige Beeinflussung durchzuführen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit den optischen Abbildungssystemen nach der Strahlenvereinigung in einer ersten Baueinheit eine Übertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale zusammen mit den visuellen Bildinformationen durch eine oder mehrere Drehachsen vorgesehen ist, in dem die Strahlengänge für diese Signale koaxial zu den Drehachsen angeordnet sind und daß die Strahlentrennung in einer zweiten Baueinheit erfolgt. Vorteilhaft ist es, wenn die Übertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale im Zentrum einer Drehachse oder in einer Drehachse mittels Spiegel oder Prismen und/oder abbildenden Systemen erfolgt und daß jede Baueinheit Mittel zur Strahlentrennung und vereinigung enthält und dadurch ein Duplex- oder Haibduplexbetrieb für die Informationsübertragung möglich ist. Durch die Erfindung ist es möglich, die Nachteile der mechanisch-elektrischen Kontaktübertragung von Daten zu beseitigen, die Störanfälligkeit der Dateninformationsübertragung sowie den technischen Meß- und Fertigungsaufwand zu verringern und die Dateninformationen ohne erhöhten technischen Aufwand in mehreren Übertragungskanälen gleichzeitig und in zwei Richtungen'zu übertragen, ohne gegenseitige Beeinflussung beim Datentransfer und mit erhöhter Geschwindigkeit. Für das Duplex- oder Haibdupiexverfahren der Dateninformationsübertragung können zwei Arten, das direkte trägerfrequenzlose Verfahren und-das Verfahren mit Frequenzmodulation, mit unterschiedlichen Vorteilen eingesetzt werderi.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung von Sender- und Empfängerdiode im Zentrum einer Drehachse Fig.2 eine Anordnung zur optischen Datensignalübertragung mittels Linsen und Spiegel in einer Drehachse Fig. 3 die Darstellung einer Dateninformationsübertragung im Duplex- oder Halbduplexverfahren über eine Drehachse Fig.4 eine koaxiale Anordnung von optischen und infraroten Strahlengang durch sine Drehachse Fig.5 ein Blockschaltbild für die direkte Datenübertragung Fig.6 ein Blockschaltbild für die Datenübertragung mittels Frequenzmodulation.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Sendediode 4 auf einer Welle 3 in einer Drehachse A-A und eine Empfängerdiode 5. Die Welle 3 ist dabei in einer Lagerung 1 angeordnet. Die Sendediode 4 ist durch ein Kabel 7 mit einem Datengeber 6 verbunden und ihr gegenüber ist in einem Halter 2 die Empfängerdiode 5 vorgesehen. Diese Anordnung ist nur für eine Dateninformationsübertragung in einer Richtung geeignet.

In Fig.2 wird eine Dateninformationsübertragung mittels Spiegel und Linsen in einer Drehachse dargestellt. Die Sendediode 4 ist auf der Welle 3 in einer Drehachse B-B angeordnet, ihre Strahlung wird von einer Linse 8, die in einer Fassung 9 befestigt ist gesammelt und parallel gerichtet. Die Welle 3 bewegt sich ebenfalls in einem Lager 1, an dem gleichzeitig die Halterung 2 für die Aufnahme der Empfängerdiode 5 mit einem Objektiv 11 vorgesehen ist. Das Strahlenbündel der Sendediode 4 wird über einen festen Spiegel 10, der ebenfalls in der Halterung 2 angeordnet ist, in das Objektiv 11 abgelenkt. Nach der in Fig. 5 dargestellten Anordnung wird dann die Strahlung der Sendediode 4 nach den Dateninformationen des Datengebers 6, an den die Diode 4 über das Kabel 7 angeschlossen ist, weiter verarbeitet. Fig.3 stellt eine optische Dateninformationsübertragung im Duplex- oder Halbduplexbetrieb dar. Von einer Sendediode 12, die im Brennpunkt eines Objektivs 15 angeordnet ist, wird das modulierte Licht durch einen Teilerspiegel 13, dessen Teildurchlässigkeit etwa 50% beträgt über ein Prisma 16 parallel gerichtet zu einer Drehachse C-C und umgelenkt, so daß es das feststehende Prisma 17 unter einem Winkel von 45° anzielt und von diesem in ein Objektiv 18 abgelenkt wird. Das Objektiv 18 bildet dann z.B. das infrarote Lichtstrahlenbündel über einen Teilerspiegel 20 in eine Empfängerdiode 19 ab. Dieser Dateninformationsweg der modulierten Strahlung kann auch umgekehrt verlaufen, wenn die Sendediode 21 aktiviert wird und deren Strahlung im Empfänger 14 registriert wird. Beide Kanäle können mit der gleichen infraroten Wellenlänge arbeiten, auch in verschiedenen Spektralbereichen des sichtbaren Lichtes. Die Verwendung mehrerer Übertragungskanäle kann durch Nutzung von Sendedioden unterschiedlicherWellenlänge und optischer Trennung der Strahlengänge durch Selektivfilter mit bekannten Mitteln und in bekannter Weise erfolgen. Die Anordnung nach Fig. 4 zeigt das Stehachsensystem 26 eines Theodolits mit einem Limbus 22 in einer Horizontiereinrichtung 23, die durch eine nicht dargestellte Klemme festgehalten wird. Das Stehachsensystem 26 besteht dabei aus einer Buchse 34, die im Limbus 22 durch die Schrauben 39 gehalten wird und einer Achse 35 mit einem Zentrierkugellager 42. Durch eine Bohrung 24 in der Stehachse 35, die sich um eine Achse D-D dreht, verlaufen zwei Strahlengänge, der optisch-visuelle Strahlengang D₁-D₁ des optischen Lotes und der optisch-infrarote Strahlengang D₂-D₂ des Dateninformationsübertragungssystems. Der Strahlengang D₁-D₁ verläuft durch ein Fenster 25 im Limbus 22, durch daß das „von einem Bodenpunkt kommende Licht, nachdem es die Bohrung 24 in einem Dreifuß 23 durchlaufen hat und in den Theodolit eintritt. Dieses Licht benutzt ein Objektiv 36, das in einer Fassung 37 mit einem Sprengring 38 in der Stehachse 35 befestigt ist, zur Abbildung eines Bodenpunktes in eine Bildebene einer Strichplatte 48. Der Strahlengang durchläuft vom Objektiv 36 aus über ein Prisma 43 mit einer selektiven Reflexionsschicht 44 weiter ein Prisma 45 zur Strichplatte 48, die sich in einem Schiebetubus 49 in einem Lager 47 befindet. Das Bild des Bodenpunktes wird mit einem Okular 50 betrachtet. Das Prisma 43 und 45 ist in einer Halterung 46 auf einer Stehachse 35 befestigt. Durch das Objektiv 36 tritt gleichzeitig das infrarote Lichtstrahlenbündel, das von einer Sendediode 33 über einen Teilerspiegel 32 von einem Objektiv 31 gesammelt wird. Diese optischen Bauelemente sind in einer Fassung 30 untergebracht und an einem Zylinder 28 befestigt, der außerdem einen Spiegel 29 trägt und in einer Stehachsenbuchse 34 des Stehachsensystems 26 mit dem Sprengring 27 angeordnet ist Das von dem Objekt 30 gesammelte Licht wird von dem Spiegel 29 reflektiert und von dem Objektiv 36 irr-die zur Strichplatte 48 analoge Bildebene 54, in der sich eine Empfängerdiode 41, ein Prisma 43, ein Teilerspiegel 52 in einer Fassung 53 befinden, abgebildet.

Analog zur Anordnung in Fig.3 kann die optische Dateninformationsübertragung auch in umgekehrter Reihenfolge stattfinden. Die Diode 51 sendet dann die modulierte Strahlung aus und die Diode 41 empfängt sie. Alle optischen Bauteile (43-54) sind in der Alhidade des Theodolits angeordnet und gegenüber dem Limbus 22 drehbar. Im Zsntrierzapfen des Limbus 22 ist gleichzeitig die Elektronik 40 angeordnet.

Die «n Fig. 5 und 6 dargestellten Blockschaltbilder geben einen Überblick über die Schaltung der Modulation und Demodulation der Dioden mit bekannten technischen Mitteln.

In Fig.5 wird die Dateninformationsübertragung mit dem direkten trägerfrequenzlosen Verfahren im Duplex- oder Halbdupiexbetrieb dargestellt. Von einer ersten Datenverarbeitungseinheit, z. B. Tachymeter wird ein Sendesignal TxD über einen Modulator 55, eine LED-Diode 56, einen Teilerspiegel 57, die Linsen 58 und 59, einen Teilerspiegel 60, eine Empfängerdiode 65, einen Verstärker 64 und einen Trigger 63 zur Datenverarbeitungseinheil 2 weitergeleitet. Das von der Datenverarbeitungseinheit 2 stammende, von der Datenverarbeitungseinheit 1 empfangende Signal RxD durchläuft einen Modulator 62, eine modulierbare Lichtquelle 61, einen Teilerspiegei 60, die Linsen 59 und 58, einen Teilerspiege! 57 und gelangt von dort über eine Fotodiode 66, einen Verstärker 67 einen Trigger 68 zur Datenverarbeitungseinheit 1. Die Drehachsen liegen dabei zwischen den Linsen 58 und 59 analog Fig.3 und Fig. 4. Die Kennzeichen dieses Verfahrens sind eine geringe Störanfälligkeit und ein relativ geringer Aufbau neben LED- und Fotoempfängerdioden und Transistoren. Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild für die Datenübertragung mittels Frequenzmodulation. Von einer ersten Datenverarbeitungseinheit, z. B. Tachymeter wird ein Sendesignai TxD über einen Wandler 69, einen Modulator 70, einen Teilerspiegel 72, die Linsen 73 und 74, einen Teilerspiegel 75, eine Fotodiode 81, einen Bandpaß 30 und einen Demodulator 79 geleitet und dort verarbeitet und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit, z. B. einem Speicher zugeführt. Ein von der Datenverarbeitungseinheit 2 stammendes Signal gelangt in analoger Weise über einen Wandler 78, einen Demodulator 77, eine motiuiiErbare Lichtquelle 76, einer. Teiterspiegel 75, die Linsen 74 und 73. einen Teiierspiegei 72, einen Fotoempfanger 82, einen Bandpaß 83 und einen Demodulator 84als Signal'R χ D zur Datenverarbeitungseinheit 1. Die Drehachsen liegen hier zwischen den Linsen 73 und 74 analog Fig. 3 und Fig. 4

Die Kennzeichen dieses Verfahrens sind zwar eine höhere Störanfälligkeit und ein höherer Aufwand. Es kann aber dafür in beiden Richtiinnen iinH mitmphn=rpn Kanälpn iintorcrhiertlirhor Froniionion nosrholtat umrHon

Claims (4)

1. Erfindungsansprüche:

   1. Anordnung zur optischen Datensignalübertragung, insbesondere für geodätische Geräte, mit optischen Abbildungssystemen zur visuellen Beobachtung und Messung von Objekten innerhalb und außerhalb eines geodätischen Gerätes, dessen einzelne Baueinheiten durch Drehachsen miteinander verbunden sind, mit Mitteln zur Umwandlung der elektrischen Signale in optische Signale im visuellen und infraroten Spektralbereich, mit Mitteln zur Umwandlung der zu übertragenden optischen Signale in elektrische Signale und deren Anzeige, mit Mitteln zur Strahlentrennung und -vereinigung, gekennzeichnet dadurch, daß mit den optischen Abbildungssystemen nach der Strahlenvereinigung in einer ersten Baueinheit eine Übertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale zusammen mit den visuellen Bildinformationen durch eine oder mehrere Drehachsen vorgesehen ist, wobei die Strahlengänge für diese Signale koaxial zu den Drehachsen angeordnet sind und daß die Strahlentrennung in einer zweiten Baueinheit vorgesehen ist.
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Übertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale im Zentrum einer Drehachse vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Übertragung der in optische Signale umgewandelten elektrischen Signale in einer Drehachse mittels Spiegel oder Prismen und/oder abbildenden Systemen vorgesehen ist.
4. 4. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede einzelne Baueinheit Mittel zur Strahlentrennung und vereinigung enthalten kann und dadurch ein Duplex- oder Halbduplexbetrieb für die Informationsübertragung vorgesehen ist. .