DE10121288A1 - Vermessungsinstrument mit optischem Entfernungsmesser - Google Patents

Abstract

Ein Vermessungsinstrument enthält einen optischen Entfernungsmesser mit einer Transmissionsoptik und einer Empfangsoptik. Die Empfangsoptik hat ein Lichtempfangselement. Das Vermessungsinstrument enthält weiterhin ein erstes und ein zweites wellenlängenselektives Filter, die nur Licht in einem ersten Wellenlängenbereich durchlassen und anschließend auf das Lichtempfangselement treffen lassen. Das erste wellenlängenselektive Filter lässt Licht einer Wellenlänge durch, die gleich oder größer als eine erste bestimmte Wellenlänge ist. Das zweite wellenlängenselektive Filter lässt Licht einer Wellenlänge durch, die gleich oder kürzer als eine die erste Wellenlänge übersteigende zweite Wellenlänge ist. Weiterhin ist eine Winkeleinstellvorrichtung vorgesehen, um den Neigungswinkel des ersten und des zweiten wellenlängenabhängigen Filters gegenüber einem Strahlengang einzustellen, in dem sich die beiden wellenlängenselektiven Filter befinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument mit optischem Entfernungsmes­ ser.

Ein herkömmliches Vermessungsinstrument wie eine Gesamtstation hat eine Funktion zum Messen der Entfernung zwischen zwei Punkten und des Horizontal- und des Vertikalwinkels. Ein solches Vermessungsinstrument misst die Entfer­ nung zwischen zwei Punkten für gewöhnlich mit einem Entfernungsmesser, übli­ cherweise einem elektronischen Entfernungsmesser, kurz EDM, der in dem Vermessungsinstrument eingebaut oder an diesem angebracht ist.

Der elektronische Entfernungsmesser beinhaltet einen optischen Entfernungs­ messer, der die Entfernung aus der Phasendifferenz oder der Zeitdifferenz zwi­ schen externem Messlicht, das auf ein Ziel gerichtet ist, und internem Referenz­ licht berechnet. Der optische Entfernungsmesser enthält eine Lichttransmission­ soptik, die das Messlicht über ein Objektiv eines Zielfernrohrs, das eine Kompo­ nente des elektronischen Entfernungsmessers bildet, auf das Ziel überträgt, und eine Lichtempfangsoptik, die das an dem Ziel reflektierte Licht empfängt. Die Lichtempfangsoptik enthält ein wellenlängenselektives Filter, um das an dem Ziel reflektierte Messlicht durch das Objektiv des Zielfernrohrs auf ein Lichtempfangs­ element zu reflektieren. Während des Betriebs des optischen Entfernungsmes­ sers treffen abwechselnd das Messlicht und das interne Referenzlicht auf das Lichtempfangselement.

Um die Genauigkeit des optischen Entfernungsmessers durch Steigerung des Signal/Rausch-Verhältnisses (SIN) eines empfangenen Lichtsignals zu verbes­ sern, ist es von Vorteil, wenn das Lichtempfangselement nur das Messlicht und das interne Referenzlicht empfängt. Zu diesem Zweck wurden große Anstrengun­ gen unternommen, um den Wellenlängenbereich des Lichtes einzuschränken, das von dem wellenlängenselektiven Filter reflektiert werden darf. Technisch ist es jedoch schwierig, ein solches wellenlängenselektives Filter herzustellen, das lediglich das Licht einer bestimmten der Wellenlänge des Messlichtes entspre­ chenden Wellenlänge reflektiert. Infolge von Fertigungsfehlern ist es im Grunde unumgänglich, dass ein solches wellenlängenselektives Filter eine vergleichswei­ se breite Variation im Wellenlängenbereich aufweist. Wird ein solchen wellenlän­ genselektives Filter in Massenproduktion gefertigt, steigen deshalb die Ferti­ gungskosten. Außerdem gibt es Fertigungstoleranzen in der Fertigung von Laser­ dioden, kurz LD, die als zum Aussenden des Messlichtes bestimmte Lichtquelle eingesetzt werden. Überdies ändert sich die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgesendeten Messlichtes mit Änderung der Temperatur. Ist der Wellenlängen­ bereich des Lichtes, der durch das wellenlängenselektive Filter treten darf, sehr schmal, so wird die Laserdiode den damit einhergehenden Anforderungen mit Temperaturänderung nicht gerecht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vermessungsinstrument mit optischem Entfer­ nungsmesser anzugeben, bei dem der Wellenlängenbereich des Lichtes, das auf ein in dem optischen Entfernungsmesser vorgesehenes Lichtempfangselement trifft, schmäler als bisher gehalten werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vermessungsinstrument mit opti­ schem Entfernungsmesser anzugeben, bei dem die das Messlicht abstrahlende Laserdiode von Temperaturänderung unbeeinflusst ist.

Die Erfindung löst diese Aufgaben durch das Vermessungsinstrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, dass das erste und das zweite wellenlängenselektive Filter in Abhängigkeit der Wellenlängenänderung des von der Laserdiode ausgesendeten Lichtes, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, automatisch auf vorbestimmte Neigungswinkel einzustellen. Das Messlicht kann Licht sein, das eine bestimmte Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes oder außerhalb davon hat.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung grundlegender Elemente eines in dem elektronischen Entfernungsmesser nach Fig. 1 enthaltenen opti­ schen Entfernungsmessers mit einem Mechanismus zum Einstellen des Neigungswinkels einer Hochpass-Filterplatte und einer Tiefpass- Filterplatte,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung grundlegender Elemente des optischen Entfernungsmessers in Blickrichtung des in Fig. 2 dargestellten Pfeils II,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer in den Fig. 2 und 3 gezeigten Filterplatte,

Fig. 5 eine bruchstückhafte Darstellung des elektronischen Entfernungs­ messers nach Fig. 1 bei Änderung des Neigungswinkels der Hoch­ pass-Filterplatte,

Fig. 6 eine Darstellung einer Fokuserfassungsvorrichtung und eines Porro­ prismas in Blickrichtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeils VI,

Fig. 7 den Zusammenhang zwischen dem Eintrittswinkel des auf eines der Filter treffenden Lichtes und dessen Wellenlängenverschiebung bei Durchtritt durch dieses Filter an Hand eines Graphen,

Fig. 8 den Zusammenhang zwischen dem Transmissionsvermögen der Hochpass-Filterplatte und der Tiefpass-Filterplatte und der Wellen­ länge λ des durch die jeweilige Filterplatte tretenden Lichtes an Hand eines Graphen,

Fig. 9 den Zusammenhang zwischen dem Reflexionsvermögen eines wellenlängenselektiven Hauptfilters und der Wellenlänge λ des auf dieses Filter treffenden Lichtes,

Fig. 10 eine bruchstückhafte Darstellung eines zweiten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers mit einer ein Element des optischen Entfernungsmessers bildenden Filterplatte und optischen Peripherieelementen,

Fig. 11 den Zusammenhang zwischen dem Transmissionsvermögen der in Fig. 10 gezeigten Filterplatte und der Wellenlänge λ des durch die Filterplatte tretenden Lichtes,

Fig. 12 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 1 mit einem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungs­ messers,

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Steuern des in Fig. 12 gezeigten elektronischen Entfernungsmessers, und

Fig. 14 ein Flussdiagramm einer Operation zum Einstellen des Filterwinkels. Die Fig. 1 bis 9 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers, kurz EDM. Der elektronische Entfernungs­ messer enthält ein Autofokus-Entfernungsmesssystem und kann in einem Ver­ messungsinstrument wie einer Gesamtstation untergebracht oder an diesem angebracht werden. Im Folgenden wird zunächst der Gesamtaufbau des elektro­ nischen Entfernungsmessers erläutert.

Der elektronische Entfernungsmesser hat ein Zielfernrohr 10 und einen optischen Entfernungsmesser 20. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das Zielfernrohr 10 ein Objektiv 11, eine Fokussierlinse 18, ein Porroprisma 12 als Aufrichtoptik, eine Bildebenen­ platte (Strich- oder Fadenkreuzplatte) 13 und eine Okularlinse 14, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her betrachtet, d. h. in Fig. 1 von links nach rechts, angeordnet sind. Auf der Bildebenenplatte 13 ist ein Fadenkreuz 15 vorgesehen. Die Fokussierlinse 18 wird in Richtung ihrer optischen Achse geführt. Das Bild eines Zielobjektes 16, das durch das Objektiv 11 erzeugt wird, kann genau auf die Vorderfläche, d. h. die dem Objektiv 11 zugewandte Fläche der Bildebenenplatte 13 fokussiert werden, indem die axiale Position der Fokussierlin­ se 18 in Abhängigkeit des Abstandes des Zielobjektes 16 bezüglich des Zielfern­ rohrs 10 eingestellt wird. Der Benutzer des elektronischen Entfernungsmessers visiert über das Okular 14 ein vergrößertes Bild des Zielobjektes 16 an, das auf die Bildebenenplatte 13 fokussiert ist.

Der elektronische Entfernungsmesser hat hinter dem Objektiv 11 des Sichtfern­ rohrs 10 einen Lichttransmissions/Empfangsspiegel (Reflexionselement) 21 und ein wellenlängenselektives Filter (Hauptfilter) 22, die in der genannten Reihenfol­ ge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Der Transmissi­ ons/Empfangsspiegel 21 und das wellenlängenselektive Filter 22 sind optische Komponenten einer Lichtempfangsoptik des optischen Entfernungsmessers 20.

Der Transmissions/Empfangsspiegel 21 besteht aus einem Parallelplattenspiegel, dessen vordere und hierzu parallele hintere Fläche auf der optischen Achse des Objektivs 11 angeordnet sind. Die dem Objektiv 11 zugewandte Vorderfläche des Parallelplattenspiegels ist als Lichttransmissionsspiegel 21a ausgebildet, während die dem wellenlängenselektiven Filter 22 zugewandte hintere Fläche des Parallel­ plattenspiegels als Lichtempfangsspiegel 21b ausgebildet ist.

Der optische Entfernungsmesser 20 ist mit einem Lichtaussendeelement 23 versehen, der Licht (Messlicht) einer bestimmten Wellenlänge aussendet. Das von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesendete Messlicht trifft über eine Kollimator­ linse 24 und einen festen Spiegel 25 auf die Lichttransmissionsfläche 21a. Das Messlicht wird dann an dem Lichttransmissionsspiegel 21a längs der optischen Achse des Objektivs 11 auf das Zielobjekt 16 reflektiert. Die Kollimatorlinse 24, der feste Spiegel 25 und der Lichttransmissionsspiegel 21a (Lichttransmissi­ ons/Empfangsspiegel 21) sind optische Elemente einer Lichttransmissionsoptik des optischen Entfernungsmessers 20.

Der Großteil des sichtbaren Lichtes kann durch das wellenlängenselektive Filter 22 hindurch treten, und das Messlicht, das an dem Zielobjekt 16 durch das Objek­ tiv 11 reflektiert wird, wird an dem wellenlängenselektiven Filter 22 zurück auf den Lichtempfangsspiegel 21b reflektiert. Der Lichtempfangsspiegel 21b reflektiert dann das eingetretene Messlicht über eine Eintrittsfläche 26a auf einen dem Lichtempfang dienenden Lichtleiter 26, der im Folgenden als Lichtempfangsleiter bezeichnet wird. Eine Lichtleiterhalterung 27 hält das Eintrittsende des Lichtemp­ fangsleiters 26, das mit der Eintrittsfläche 26a versehen ist. Die Lichtleiterhalte­ rung 27 ist zusammen mit dem Lichttransmissions/Empfangsspiegel 21 unbeweg­ lich an einer nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung gehalten, die in einem Raum hinter dem Objektiv 11 angeordnet ist. Fig. 9 stellt einen Graphen dar, der den Zusammenhang zwischen dem Reflexionsvermögen des wellenlängenselekti­ ven Filters 22 und der Wellenlänge λ0 des auf das wellenlängenselektive Filter 22 treffenden Lichtes beispielhaft angibt. Wie dieser Graph zeigt, reflektiert das wellenlängenselektive Filter 22 Licht mit Wellenlängen in der Umgebung der Wellenlänge λ0, wie mit der durchgezogenen Linie angedeutet ist. In dem erläu­ terten Ausführungsbeispiel ist das Lichtaussendeelement 23 eine Laserdiode, kurz LD, die so ausgebildet ist, dass sie Licht der bestimmten Wellenlänge λ0 als Messlicht im Bereich sichtbaren Lichtes abstrahlt.

Der elektronische Entfernungsmesser hat in einem Entfernungsmessstrahlengang zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und dem festen Spiegel 25 einen Um­ schaltspiegel 28 und ein erstes ND-Filter (Durchlassfilter) 29. Das von dem Licht­ aussendeelement 23 ausgesendete Messlicht trifft auf den festen Spiegel 25, wenn der Umschaltspiegel 28 aus dem Strahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 zurückgezogen ist. Dagegen wird das von dem Lichtaussendeelement 23 abgestrahlte Messlicht (internes Referenzlicht) an dem Umschaltspiegel 28 direkt auf die Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 reflektiert, wenn sich der Umschaltspiegel 28 in dem Strahlengang zwischen der Kollimatorlinse 24 und dem festen Spiegel 25 befindet. Das erste ND-Filter 29 dient dazu, die Menge des auf das Zielobjekt 16 treffenden Messlichtes einzu­ stellen.

Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen einer Austrittsfläche 26b des Lichtempfangsleiters 26 und einem Lichtempfangselement 31 ein zweites ND- Filter (Empfangsfilter) 32, eine Kollimatorlinse 33, eine Hochpass-Filterplatte (erstes wellenlängenselektives Filter/erstes wellenlängenselektives Unterfilter) 34, eine Tiefpass-Filterplatte (zweites wellenlängenselektives Filter/zweites wellenlän­ genselektives Unterfilter) 35 und eine Kondensorlinse 36, die in der genannten Reihenfolge von der Austrittsfläche 26b des Lichtempfangselementes 31 aus betrachtet angeordnet sind. Das aus der Austrittsfläche 26b des Lichtempfangs­ leiters 26 austretende Messlicht wird durch die Kollimatorlinse 33 so kollimiert, dass das von der Austrittsfläche der Kollimatorlinse 33 zur Eintrittsfläche der Kondensorlinse 36 laufende Messlicht kollimiert ist. Wie in den Fig. 2 und 3 ge­ zeigt, sind die Kollimatorlinse 33, die Hochpass-Filterplatte 34, die Tiefpass- Filterplatte 35, die Kondensorlinse 36 und das Lichtempfangselement 31 an einer Halterung (Halteelement) 38 gehalten. Das Lichtempfangselement 31 ist an eine arithmetische Steuerschaltung (Steuerung) 40 angeschlossen. Die arithmetische Steuerschaltung 40 ist mit einem Stellglied 41, das den Umschaltspiegel 28 betä­ tigt, und einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem LCD-Feld, 42 verbunden, das die berechnete Entfernung anzeigt.

Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, ist eine Drehachse 34a, die senkrecht zu einer von der Kollimatorlinse 33 zu der Kondensorlinse 36 führenden optischen Achse 33X verläuft, einstückig mit der Hochpass-Filterplatte 34 ausgebildet. Die Hochpass- Filterplatte 34 ist so in der Halterung 38 gehalten, dass sie um die Drehachse 34a drehbar ist, d. h. durch Drehen der Drehachse 34a gegenüber der optischen Achse 33X verkippt werden kann. Entsprechend ist eine Drehachse 35a, die senkrecht zu der optischen Achse 33X verläuft, einstückig mit der Tiefpass-Filterplatte 35 ausgebildet. Die Tiefpass-Filterplatte 35 ist in der Halterung 38 so gehalten, dass sie um die Drehachse 35a drehbar und damit durch Drehen der Drehachse 35a gegenüber der optischen Achse 33X verkippbar ist. Die Halterung 38 ist mit Setz­ schrauben 61 und 62 versehen, die auf die Drehachse 34a und 35a gerichtet senkrecht zu diesen in die Halterung 38 geschraubt sind. Die nach innen gerich­ teten Spitzen der Setzschrauben 61 und 62 kommen in Presskontakt mit den Drehachsen 34a und 35a, wenn die Setzschrauben 61 und 62 angezogen wer­ den, so dass die Drehachsen 34a und 35a über die angezogenen Setzschrauben 61 und 62 bezüglich der Halterung 38 festgesetzt werden. Die Hochpass- Filterplatte 34 und die Tiefpass-Filterplatte 35 sind jeweils so an der Halterung 38 befestigt, dass sie in einem Anfangszustand um 45° relativ zur optischen Achse 33 verkippt sind. Die Neigungswinkel der beiden Filterplatten 34 und 35 können jedoch, falls dies erforderlich ist, eingestellt werden, indem die entsprechende Drehachse 34a bzw. 35a bei gelöster Setzschraube 61 bzw. 62 gedreht wird. Die Drehachse 34a bzw. 35a und die zugehörige Setzschraube 61 bzw. 62 bilden so eine Winkeleinstellvorrichtung. In Fig. 5 ist ein Zustand dargestellt, in dem die Hochpass-Filterplatte 34 verglichen mit Fig. 1 entgegengesetzt verkippt ist.

Die Hochpass-Filterplatte 34 und die Tiefpass-Filterplatte 35 dienen dazu, den Wellenlängenbereich des Lichtes, das an dem wellenlängenselektiven Filter 22 auf das Lichtempfangselement 31 reflektiert wird, so stark einzuschränken, dass sich dieser Wellenlängenbereich lediglich in die unmittelbaren Umgebung der Wellenlänge λ0 erstreckt. In Fig. 8 ist ein Graph dargestellt, der den Zusammen­ hang zwischen dem Transmissionsvermögen der Hochpass-Filterplatte 34 bzw. der Tiefpass-Filterplatte 35 und der Wellenlänge λ des durch das entsprechende Filter tretenden Lichtes beispielhaft angibt. Wie durch die gebrochene Linie in dem Graphen nach Fig. 8 angedeutet, hat die Hochpass-Filterplatte 34 eine Durchlas­ scharakteristik derart, dass Licht langer Wellenlänge durchgelassen wird, wobei mit langer Wellenlänge eine Wellenlänge gemeint ist, die gleich oder länger als eine erste bestimmte Wellenlänge ist, die um eine Wellenlänge a kürzer als die Wellenlänge λ0 ist, wobei die Wellenlänge λ0 unter den Wellenlängen des an dem wellenlängenselektiven Filter 22 reflektierten Lichtes die zentrale Wellenlän­ ge ist. Wie dagegen in dem Graphen nach Fig. 8 die durchgezogene Linie angibt, hat die Tiefpass-Filterplatte 35 eine Durchlasscharakteristik derart, dass Licht mit einer kurzen Wellenlänge durchgelassen wird, wobei mit kurzer Wellenlänge eine Wellenlänge gemeint ist, die gleich oder kürzer als eine zweite bestimmte Wel­ lenlänge ist, die um eine Wellenlänge b länger als die vorstehend genannte zen­ trale Wellenlänge λ0 ist. Der Wellenlängenbereich zwischen der ersten bestimm­ ten Wellenlänge und der zweiten bestimmten Wellenlänge, der der Summe der in den Fig. 8 gezeigten Wellenlängen a und b entspricht, ist schmäler als der Wel­ lenlängenbereich des an dem wellenlängenselektiven Filter 22 reflektierten Lich­ tes. Der Wellenlängenbereich zwischen der ersten bestimmten Wellenlänge und der zweiten bestimmten Wellenlänge ist in Fig. 8 schraffiert dargestellt, während er in Fig. 9 als Bereich zwischen den beiden gestrichelten Linien angedeutet ist. Der Wellenlängenbereich zwischen der ersten bestimmten Wellenlänge und der zweiten bestimmten Wellenlänge wird im Folgenden als "Durchlasswellenlängen­ bereich" bezeichnet.

Der durch die Hochpass-Filterplatte 34 und die Tiefpass-Filterplatte 35 festgelegte Durchlasswellenlängenbereich variiert mit Änderung des Eintrittswinkels des auf die Filterplatten 34 und 35 treffenden Lichtes, da sich dadurch die optische Weglänge ändert. Außerdem wird die Wellenlängenverschiebung des durch ein Filter (34 oder 35) tretenden Lichtes pro Einheitsänderung des Eintrittswinkels größer, da der Eintrittswinkel des auf das Filter (34 oder 35) auftreffenden Lichtes größer wird. In Fig. 7 ist ein Graph dargestellt, der den Zusammenhang zwischen dem Eintrittswinkel des auf ein Filter (34 oder 35) treffenden Lichtes und der Wellenlängenverschiebung des durch das entsprechende Filter tretenden Lichtes angibt. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, verschiebt sich der Durchlasswellenlängenbe­ reich nur um ± 5 nm, wenn sich der Eintrittswinkel ausgehend von einem Zustand, in dem der Eintrittswinkel 0° beträgt, d. h. sich das entsprechende Filter 34 oder 35 senkrecht zur optischen Achse 33X erstreckt, um ± 15° ändert. Dagegen ver­ schiebt sich der Durchlasswellenlängenbereich um ± 30 nm, wenn sich der Ein­ trittswinkel ausgehend von einem Zustand, in dem letzterer 45° beträgt, d. h. das entsprechende Filter 34 oder 35 um 45° zur optischen Achse geneigt ist, um ± 15° ändert.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Filterplatten 34 und 35 aufgrund der Anwendung ihrer oben erläuterten Charakteristiken so angeordnet, dass sie im Normalzustand um 45° zur optischen Achse 33X geneigt sind. Um die Filterplatten 34 und 35 der Wellenlängenänderung des von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesendeten Lichtes anzupassen, kann in oben erläuterter Weise der Winkel jeder Filterplatte 34 und 35 eingestellt werden. Durch Änderung des Winkels der entsprechenden Filterplatte 34 bzw. 35 wird ihre zugehörige kritische Wellenlän­ ge, d. h. die erste bzw. die zweite bestimmte Wellenlänge verändert, wie in Fig. 8 durch die Pfeile angedeutet ist.

Bekanntlich arbeitet ein Entfernungsmesser wie der optische Entfernungsmesser 20 in zwei verschiedenen Zuständen: im ersten Zustand wird das von dem Licht­ aussendeelement 23 ausgesendete Messlicht dem festen Spiegel 25 zugeführt. Im anderen Zustand wird dasselbe Licht als internes Referenzlicht direkt der Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die beiden eben ge­ nannten Zustände werden entsprechend dem Umschaltzustand des Um­ schaltspiegels 28 eingestellt, den die arithmetische Steuerschaltung 40 über das Stellglied 41 ansteuert. Wie oben erläutert, wird das dem festen Spiegel 25 zuge­ führte Messlicht über den Transmissionsspiegel 21a und das Objektiv 11 auf das Zielobjekt 16 geführt, während das an dem Zielobjekt 16 reflektierte Messlicht über das Objektiv 11, das wellenlängenselektive Filter 22 und den Lichtempfangs­ spiegel 21b auf die Eintrittsfläche 26a trifft. Daraufhin werden sowohl das Mess­ licht, das an dem Zielobjekt 16 reflektiert wird, um letztlich auf die Eintrittsfläche 26a zu treffen, als auch das interne Referenzlicht, das über den Umschaltspiegel 28 direkt auf die Eintrittsfläche 26a geführt wird, von dem Lichtempfangselement 31 empfangen. Die arithmetische Steuerschaltung 40 erfasst die Phasendifferenz zwischen dem projizierten, d. h. ausgesendeten Licht und dem reflektierten Licht und berechnet so die Entfernung des elektronischen Entfernungsmessers von dem Zielobjekt. Diese berechnete Entfernung zeigt dann die Anzeigevorrichtung 42 an. Die Entfernungsberechnung aus der Phasendifferenz oder der Zeitdifferenz ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Das Porroprisma 12 hat eine Strahlteilerfläche, welche das auftreffende Licht in zwei Lichtbündel teilt, von denen eines auf eine AF-Sensoreinheit 50 zur Phasen­ differenzerfassung (Fokuserfassungsvorrichtung) zu läuft, während das andere auf das Okular 14 zu läuft. Die AF-Sensoreinheit zur Phasendifferenzerfassung wird im Folgenden kurz als AF-Einheit bezeichnet. Zwischen dem Porroprisma 12 und der AF-Einheit 50 befindet sich eine Referenzbildebene 51, die an einer Stelle angeordnet ist, die optisch äquivalent zu der Stelle ist, an der sich das Faden­ kreuz 15 der Bildebenenplatte 13 befindet. Die AF-Einheit 50 erfasst den Fokus­ sierzustand, d. h. den Defokussierwert und die Richtung der Fokusverschiebung, auf der Referenzbildebene 51. In Fig. 6 sind die AF-Einheit 50 und das Porropris­ ma 12 schematisch dargestellt. Die AF-Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 52, ein Paar Separatorlinsen 53, ein Paar Separatormasken 55, die enger räumlicher Nähe der Separatorlinsen 53 angeordnet sind, sowie ein Paar Zeilensensoren 54, z. B. Mehrsegment-CCD-Sensoren, die sich hinter den Separatorlinsen 53 befin­ den. Die beiden Separatorlinsen 53 sind um eine Basislänge voneinander beab­ standet. Das in der Referenzbildebene 51 erzeugte Bild des Zielobjektes 11 wird von den beiden Separatorlinsen 53 in zwei Bilder geteilt, die jeweils auf einem der beiden Zeilensensoren 54 erzeugt werden. Die Zeilensensoren 54 enthalten jeweils eine Anordnung fotoelektrischer Wandlerelemente. Jedes dieser fotoelek­ trischen Wandlerelemente wandelt das empfangene Licht eines Bildes in elektri­ sche Ladungen, die dann integriert, d. h. angesammelt werden, und gibt die inte­ grierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten an die arithmetische Steuerschal­ tung 40 aus. Die arithmetische Steuerschaltung 40 berechnet in Abhängigkeit eines Datenpaars von AF-Sensordaten, die von den beiden Zeilensensoren 54 zugeführt werden, in einer vorbestimmten Defokusoperation einen Defokussier­ wert. In einer Autofokusoperation steuert die arithmetische Steuerschaltung 40 die Fokussierlinse 18 in Abhängigkeit des berechneten Defokuswertes über einen in Fig. 1 dargestellten Linsenantrieb 43 so an, dass auf das Zielobjekt scharfgestellt wird. Die Defokusoperation ist aus dem Stand der Technik bekannt. Der AF- Schalter 44 zum Starten der AF-Operation und ein Entfernungsmessschalter 45 zum Starten der Entfernungsmessoperation sind an die arithmetische Steuer­ schaltung 40 angeschlossen.

Der elektronische Entfernungsmesser mit dem oben angegebenen Aufbau führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend erläuterter Weise durch.

Im ersten Schritt richtet der Benutzer das Zielfernrohr 10 so auf das Zielobjekt 16, dass sich die optische Achse des Zielfernrohrs 10 im Wesentlichen in einer Linie mit dem Zielobjekt 16 befindet, während er über einen nicht dargestellten Kolli­ mator, der an dem Zielfernrohr 10 angebracht ist, das Zielobjekt 16 betrachtet. Im zweiten Schritt drückt der Benutzer den AF-Schalter 44, um die oben genannte Autofokusoperation durchzuführen und so die Fokussierlinse 18 in ihre Scharf­ stellposition relativ zu dem Zielobjekt 16 zu bringen. Im dritten Schritt stellt der Benutzer bei Scharfstellung des Zielfernrohrs 10 auf das Zielobjekt 16 die Rich­ tung des Zielfernrohrs 10 so ein, dass das durch das Okular 14 betrachtete Fa­ denkreuz 15 genau auf das Zielobjekt 16 zentriert ist. Dabei blickt er in das Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschalter, um die oben erläuterte Entfernungsmessoperation durchzuführen. Dabei wird die berech­ nete Entfernung an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.

Bei der Entfernungsmessoperation tritt das Messlicht, das zunächst an dem Zielobjekt 16 und anschließend an dem wellenlängenselektiven Filter 22 reflektiert wird, durch die Hochpass-Filterplatte 34 und die Tiefpass-Filterplatte 35. Der Wellenlängenbereich des auf das Lichtempfangselement 31 treffenden Lichtes erstreckt sich deshalb nur in die unmittelbare Umgebung der Wellenlänge λ0. Auf diese Weise trifft kein Licht als Rauschen auf das Lichtempfangselement 31, wodurch die Entfernung von dem elektronischen Entfernungsmesser zu dem Zielobjekt 16 genau gemessen werden kann.

Ändert sich die Wellenlänge des von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesen­ deten Messlichtes infolge einer Temperaturänderung oder anderer Faktoren, so wird der Winkel eines oder beider Filter 34 und 35 so eingestellt, dass nur der verengte Wellenlängenbereich des Lichtes mit der geänderten Wellenlänge auf das Lichtempfangselement 31 treffen kann. Der in Fig. 8 schraffiert dargestellte Durchlasswellenlängenbereich kann nämlich durch Einstellen des Neigungswin­ kels eines oder beider Filterplatten 34 und 35 verändert werden, indem eine oder beide Drehachsen 34a und 35a mit gelöster Setzschraube 61 bzw. 62 gedreht werden, so dass der verengte Wellenlängenbereich des Lichtes mit der geänder­ ten Wellenlänge entsprechend der Wellenlängenvariation des von dem Lichtaus­ sendeelement 23 ausgesendeten Messlichtes auf das Lichtempfangselement 31 auftreffen kann.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä­ ßen elektronischen Entfernungsmessers. Das zweite Ausführungsbeispiel ist identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass in dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen der Kollimatorlinse 33 und der Kondensor­ linse 36 zwei separate Filterplatten 34 und 35 vorgesehen sind, während in dem zweiten Ausführungsbeispiel dort nur eine Filterplatte 37 angeordnet ist. Dement­ sprechend sind in Fig. 10 nur die Filterplatte 37 und ihre optischen Peripherieele­ mente gezeigt.

Das zweite Ausführungsbeispiel des elektronischen Entfernungsmessers hat zwischen der Kollimatorlinse 33 und der Kondensorlinse 36 die Filterplatte 37 (wellenlängenselektives Unterfilter/gemeinsame Filterplatte), die im Normalzu­ stand gegenüber der optischen Achse 33X in einem Winkel von 45° geneigt und insoweit entsprechend den Filtern 34 und 35 des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet ist. Die Filterplatte 37 ist so aufgebaut und gehalten, dass ihr Nei­ gungswinkel entsprechend dem der Filterplatten 34 und 35 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels eingestellt werden kann. Die Filterplatte 37 hat an ihrer einen Fläche ein Hochpassfilter 37a (erstes wellenlängenselektives Filtererstes wellen­ längenselektives Unterfilter), das der Hochpass-Filterplatte 34 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels entspricht, und an seiner anderen Fläche ein Tiefpassfilter 37b (zweites wellenlängenselektives Filter/zweites wellenlängenselektives Unterfilter), das der Tiefpass-Filterplatte 35 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Wie in Fig. 11 gezeigt, kann der dort schraffiert dargestellte Durchlasswellenlängenbe­ reich durch Einstellen des Neigungswinkels der Filterplatte 37 so verschoben werden, dass nur der verengte Wellenlängenbereich des Lichtes mit der geän­ derten Wellenlänge entsprechend der Wellenlängenänderung des von dem Licht­ aussendeelement 23 abgestrahlten Messlichtes auf das Lichtempfangselement 31 treffen kann. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Lichtdurchlassbereich, der in Fig. 11 mit W bezeichnet ist, konstant. Im übrigen ist das zweite Ausfüh­ rungsbeispiel identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 12 bis 14 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel ist unter vielen Gesichtspunkten identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass Komponenten, die in dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in dem dritten Ausführungsbeispiel zwischen der Kollimatorlinse 33 und der Kondensorlinse 36 nur eine Filterplatte 37 angeordnet. Diese Filterplatte 37 (wellenlängenselektives Unterfilter) hat an seiner einen Fläche ein der Hochpass-Filterplatte 34 entsprechendes Hochpassfilter 37a und an seiner anderen Fläche ein der Tiefpass-Filterplatte 35 entsprechendes Tief­ passfilter 37b. Das dritte Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatur des Lichtaussendeelementes 23 periodisch erfasst wird, während der Neigungswinkel der Filterplatte 37 entsprechend der Wellenlängenänderung des von dem Lichtaussendeelementes 23 ausgesendeten Messlichtes bei der erfass­ ten Temperatur automatisch eingestellt wird.

Eine Drehachse 37c, die der Drehachse 34a bzw. 35a der Filterplatte 34 bzw. 35 entspricht, ist einstückig mit der Filterplatte 37 ausgebildet. Die Drehachse 37c ist an eine Drehantriebswelle eines Motors 70 gekoppelt, die einen Drehwinkelsen­ sor, z. B. einen Codierer, enthält, so dass die Filterplatte 37 durch Drehen des Motors 70 um die Drehachse 37c gedreht werden kann. Der Motor 70 und die Drehachse 37c bilden eine Winkeleinstellvorrichtung. Der Motor 70 ist an eine Steuerschaltung (Steuerung) 71 angeschlossen. Das Lichtaussendeelement 23 enthält einen Temperatursensor 72, der an die Steuerschaltung 71 angeschlossen ist.

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das die Steuerschaltung 71, den Temperatursensor 72 und den Motor 70 beinhaltet. Die Steuerschaltung 71 steuert den Motor 70 und den Temperatursensor 72. Sie enthält einen Spei­ cher (Speichervorrichtung) 71a, in dem im Vorfeld eine Datentabelle gespeichert wird, in der die Werte verschiedener Temperaturen des Lichtaussendeelementes 23 und zugehörige Neigungswinkel der Filterplatte 37, auf die das Lichtaussende­ element 23 die Wellenlänge des Messlichtes aussendet, bei den entsprechenden Temperaturen aufgelistet sind.

Das dritte Ausführungsbeispiel arbeitet entsprechend dem in Fig. 14 gezeigten Flussdiagramm. Die in Fig. 14 gezeigte Operation wird von der Steuerschaltung 70 durchgeführt. Zunächst wird in Schritt S101 die Temperatur des Lichtaussen­ deelementes 23 mit dem Temperatursensor 72 erfasst. Dann wird in Schritt S102 der Neigungswinkel der Filterplatte 37 mit dem in dem Motor 70 vorgesehenen Drehwinkelsensor erfasst. Anschließend wird in Schritt S103 bestimmt, ob der erfasste Neigungswinkel der Filterplatte 37 von der Neigungswinkeleinstellung der Filterplatte 37 in vorstehend genannter, in dem Speicher 71a gespeicherter Da­ tentabelle abweicht, wobei die Neigungswinkeleinstellung der erfassten Tempe­ ratur des Lichtaussendeelementes 23 zugeordnet ist. Wird in Schritt S103 festge­ stellt, dass der erfasste Neigungswinkel der Filterplatte 37 von dieser Neigungs­ winkeleinstellung abweicht, wird der Motor 70 so angesteuert, dass er die Filter­ platte 37 dreht, bis ihr Neigungswinkel gleich der Neigungswinkeleinstellung ist (S104). Wird in Schritt S103 jedoch ermittelt, dass der erfasste Neigungswinkel der Filterplatte 37 nicht von der Neigungswinkeleinstellung abweicht, so kehrt der Steuerablauf zu Schritt S101 zurück und wiederholt die Schritte S101 bis S104.

Ändert sich in dem dritten Ausführungsbeispiel die Wellenlänge des von dem Lichtaussendeelement 23 ausgesendete Messlichtes infolge einer Temperaturva­ riation, so wird die Neigung der Filterplatte 37 automatisch so eingestellt, dass nur Licht mit der geänderten Wellenlänge auf das Lichtempfangselement 31 treffen kann.

In dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Neigungswinkel nur einer Filterplatte (37) gesteuert. Es können jedoch auch die Neigungswinkel zweier Filterplatten entsprechen den Filterplatten 34 und 35 des ersten Ausführungsbeispiels unab­ hängig voneinander gesteuert werden. Außerdem können in dem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel auch die Steuerschaltung 40 und die Steuerschaltung 71 in einer einzigen Steuerschaltung zusammengefasst sein.

In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel nutzen der optische Entfernungs­ messer 20 und das Zielfernrohr 10 einen gemeinsamen Strahlengang. Der opti­ sche Entfernungsmesser kann jedoch auch getrennt von dem Zielfernrohr 10 ausgebildet sein. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt, und die Erfindung kann auf einen solchen optischen Entfernungsmesser angewendet werden. Das wellenlängenselektive Filter 22 ist nämlich kein grundlegendes Element für die Erfindung.

In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel sind eine (37) oder zwei Filterplatten (34 und 35) unmittelbar vor dem Lichtempfangselement 31 angeordnet. Die Filterplatte bzw. die Filterplatten können jedoch auch unmittelbar vor der Eintritts­ fläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 angeordnet sein.

In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel wird der Neigungswinkel einer (37) oder zweier Filterplatten (34 und 35) eingestellt, um so ein Schmalbandfilter bereitzustellen. Es können jedoch auch optische Elemente wie der Lichtemp­ fangsspiegel 21b und das wellenlängenselektive Filter 22 so modifiziert werden, dass sie als Schmalbandfilter dienen, wobei der Lichtempfangsspiegel 21b mit wellenlängenselektiven Filtereigenschaften versehen ist. In diesem Fall dient das wellenlängenselektive Filter 22 als erstes wellenlängenselektives Filter und der Lichtempfangsspiegel 21b als zweites wellenlängenselektives Filter.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein Vermessungsin­ strument mit optischem Entfernungsmesser bereit, in dem der Wellenlängenbe­ reich des auf das Lichtempfangselement des optischen Entfernungsmessers treffenden Lichtes schmaler gemacht werden kann.

Weiterhin stellt die Erfindung ein Vermessungsinstrument mit einem optischen Entfernungsmesser bereit, bei dem die Entfernungsmessung unbeeinflusst ist von der Wellenlängenänderung des von einem Lichtaussendeelement ausgesendeten Messlichtes, die durch eine Temperaturänderung des Lichtaussendeelementes verursacht wird.

Claims (9)

1. Vermessungsinstrument mit
einem optischen Entfernungsmesser mit einer Transmissionsoptik zum Transmittieren von Messlicht auf ein Objekt und einer mit einem Lichtemp­ fangselement versehenen Empfangsoptik zum Empfangen des an dem Ob­ jekt reflektierten Lichtes,
einem ersten und einem zweiten wellenlängenselektiven Filter, die vor dem Lichtempfangselement angeordnet sind und nur Licht in einem ersten Wel­ lenlängenbereich zwischen einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge durchtreten und anschließend auf das Lichtempfangselement treffen lassen, wobei das erste wellenlängenselektive Filter Licht mit einer Wellenlänge durchlässt, die gleich oder größer als die erste Wellenlänge ist,
und das zweite wellenlängenselektive Filter Licht mit einer Wellenlänge durchlässt, die gleich oder größer als die die erste Wellenlänge übersteigen­ de zweite Wellenlänge ist, und
einer Winkeleinstellvorrichtung zum Einstellen eines Neigungswinkels des ersten und des zweiten wellenlängenabhängigen Filters gegenüber einem Strahlengang, in dem das erste und das zweite wellenlängenabhängige Filter angeordnet sind.

2. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielfernrohr vorgesehen ist, über dessen Objektiv die Transmissionsoptik das Messlicht transmittiert und die Empfangsoptik das an dem Objekt reflek­ tierte Licht empfängt,
die Empfangsoptik weiterhin versehen ist mit einem Hauptfilter, das nur einen Teil des an dem Objekt reflektierten und durch das Objektiv tretenden Lichtes innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs reflektiert, wobei der übrige Teil des an dem Objekt reflektierten und durch das Objektiv tretenden Lichtes durch das Hauptfilter tritt, und mit einem Reflexionselement, das den an dem Hauptfilter reflektierten Teil des Lichtes reflektiert, um es schließlich auf das Lichtempfangselement treffen zu lassen, und
der erste Wellenlängenbereich schmaler als der zweite Wellenlängenbereich ist.

3. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste wellenlängenselektive Filter an einer ersten Filterplatte und das zweite wellenlängenselektive Filter an einer von der ersten Filterplatte getrennten zweiten Filterplatte ausgebildet ist und die Winkeleinstellvorrich­ tung für jede der beiden Filterplatten vorgesehen ist.

4. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste wellenlängenabhängige Filter an der Vorderfläche und das zweite wellenlängenabhängige Filter an der Rückfläche einer gemeinsamen Filterplatte ausgebildet ist und die Winkeleinstellvorrichtung für die gemein­ same Filterplatte vorgesehen ist.

5. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass
die Transmissionsoptik eine das Messlicht aussendende Laserdiode enthält und
das Vermessungsinstrument weiterhin versehen ist mit einem Temperatur­ sensor zum Erfassen der Temperatur der Laserdiode und einer Steuerung zum Steuern der Winkeleinstellvorrichtung derart, dass der Neigungswinkel zumindest eines der beiden wellenlängenabhängigen Filter in Abhängigkeit der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur eingestellt wird.

6. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Messlicht Licht enthält, das eine be­ stimmte Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts hat.

7. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der optische Entfernungsmesser eine Kolli­ matorlinse und eine Kondensorlinse enthält, zwischen denen die beiden wellenlängenabhängigen Filter angeordnet sind.

8. Vermessungsinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Entfernungsmesser ein vor der Kollimatorlinse angeordnetes ND-Filter enthält.

9. Vermessungsinstrument nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Reflexionselement ein Parallelplattenspiegel ist, der eine dem Objektiv zugewandte und als Lichttransmissionsspiegel ausgebil­ dete Vorderfläche und eine dazu parallele, dem Hauptfilter zugewandte und als Lichtempfangsspiegel ausgebildete Rückfläche hat.