DE29518708U1

DE29518708U1 - Geodätische Laserstation

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Publication number: DE29518708U1
Application number: DE29518708U
Authority: DE
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 1995-11-25
Filing date: 1995-11-25
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2005-11-26

Description

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Geodätische Laserstation

Die Erfindung bezieht sich auf eine geodätische Laserstation nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches. Diese Station ist anwendbar für geodätische Strecken- und Winkelmessung sowie auch zum Anvisieren beliebiger Punkte im Raum.

Es sind Theodolite mit integriertem Laser bekannt, die ein direktes Anvisieren beliebiger Punkte im Raum, inbesondere eines Fußpunktes sowie eines Zenitpunktes, und eine Strahlrotation gestatten. So sind auch Systeme bekannt, die in verschiedenen Varianten die Eigenschaften der Laserdioden bzw. des verwendeten Laserpens mit den Eigenschaften des Theodolits verbinden.

Aus der DE 28 38 512 Cl ist ein Lasertheodolit bekannt, bei dem der Laser um eine Steh- und Kippachse in einer gabelförmigen Lagerung drehbar angeordnet und mit einer Meßoder Einstellvorrichtung versehen ist. Nachteilig bei diesem Lasertheodoliten ist, daß er lediglich zur Erzeugung von Laserstrahlreferenzlinien verwendet werden kann. Eine Abbildung des Laserstrahls am Zielort bei gleichzeitiger visueller Beobachtung durch das Fernrohr ist nicht möglich. Nachteilig ist ferner das Fehlen einer gleichzeitigen Beobachtungs- und Anzielmöglichkeit in der Achse des Laserstrahls.

Aus der Druckschrift der Firma SOKKIA Co., Ltd, Tokyo, JP, Nr. A-89-E-15-9206, "LDT 5; LDT 5S - Electronic Laser digital Theodolite" und der JP-Anmeldung 1-280 212 ( Appl. No. 63-107593) "Theodolite with Laser", ist ein Lasertheodolit bekannt, bei welchem der Laser selbst über dem Fernrohr des Theodolits und mit diesem zusammen bewegbar angeordnet ist. Der Laserstrahl wird über Linsen und Umlenkelemente in den Fernrohrstrahlengang zwischen dem Fernrohrobjektiv und der Okularstrichplatte eingeführt. Bei dieser Ausführung sind relativ viele aufwendige optische Bauteile notwendig, um den Laserstrahl in den Fernrohrstrahlengang einzuspiegeln.

Mittel, die auch Entfernungsmessungen erlauben, sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geodätische Laserstation zu schaffen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik durch eine besonders günstige Positionierung des Lasers innerhalb des Gerätes weitestgehend beseitigt sind und zusätzlich zur Laserfluchtung auch Entfernungs- und/oder Winkelmessungen sowie gleichzeitige visuelle Beobachtungen des Meßobjektes durchführbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches aufgeführten Mitteln gelöst. In den Unteransprüchen sind Einzelheiten näher beschrieben.

Durch die Anordnung des Lasers als Lichtquelle in der hohl ausgebildeten Kippachse der Laserstation oder auch eines Theodolits und die Führung des Laserstrahls durch diese Achse hin zum Fernrohrstrahlengang wird, da nur wenige optische Bauelemente benötigt werden, der Aufbau stark vereinfacht. So ist dem Grunde nach nur ein in der optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges vorgesehenes, als Spiegel oder Umlenkprisma ausgebildetes Umlenkelement notwendig, um den Laserstrahl in den Fernrohrstrahlengang einzuspiegeln. Dadurch wird nur ein geringer Teil der Pupille des Fernrohrs benötigt und die Kombination - visuelle Beobachtung und Streckenmessung - wird ermöglicht. Durch die fernrohrfeste Anordnung des Lasers, der als Laserdiode ausgebildet sein kann, bleibt die Zuordnung der Laserfleckgeometrie und des Strichkreuzes bei den Bewegungsabläufen des Fernrohrs erhalten. Um eventuell auftretende, störende Laserlichtreflexe am Objektiv der Laserstation bei gleichzeitiger visueller Beobachtung zu vermeiden, ist der eingespiegelte Laserstrahl von einer Einhausung umschlossen, die sich vorteilhaft zwischen dem Umlenkelement und dem Objektiv des Theodolits erstreckt. Vorteilhaft ist unmittelbar auf der okular- oder bildseitigen Fläche des Objektivs oder in deren unmittelbaren Nähe ein optischenElement, z. B. in Form einer Linse oder eines

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sammelnden optischen Systems, angeordnet, welches der Formung des Laserstrahls im Sinne einer Kollimierung des Strahls dient. Diese Anordnung ermöglicht es, den Laserstrahl auch als Suchscheinwerfer für die Strecken- und Winkelmessung zu verwenden.

Die durchgängig hohl ausgebildete Stehachse zur Lagerung der Gerätestütze eröffnet vorteilhaft die Möglichkeit, die vorgesehenen Meßfunktionen auch in Nadirrichtung ausführen zu können.

Um den Anwendungsbereich der Laserstation zu erweitern, ist in dem den Fernrohrstrahlengang umschließenden, um die Kippachse schwenkbaren Gehäuse des Fernrohrs der Station eine Anordnung zur Entfernungsmessung vorgesehen. Diese Anordnung weist eine Prismenanordnung auf, welche im Bereich des Fernrohrstrahlengangs mindestens eine selektiv verspiegelte Funktionsfläche besitzt. So kann gleichzeitig zur visuellen Beobachtung auch das Entfernungsmeßsystem wirksam werden, und somit sind in einem Gerät die Funktion eines Tachymeters und die eines Lasertheodolits mit gleichzeitiger visueller Beobachtungsmöglichkeit vereint. Diese Prismenanordnung ist beispielsweise ein Pentaprisma, mit einem an der selektiv (teil- oder farbselektiv) verspiegelten Funktionsfläche mit seiner Hypotenusenfläche angeordneten, rechtwinkligen Prisma, dessen eine Kathetenfläche senkrecht zur optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges verläuft. Der Laser selbst kann vorteilhaft als Sender für die Anordnung zur Entfernungsmessung eingesetzt werden, indem ein Teil des von dem Laser ausgesendeten Lichtes der Entfernungsmeßanordnung zugeführt wird.

Damit der Laserstrahl auch in einer senkrecht zur Zielachse liegenden Ebene geschwenkt werden kann, ist auf dem dem Ziel zugewandten Ende des Fernrohrs, also vor dem Objektiv der Laserstation, ein um die Zielachse drehbarer Rotorkopf vorgesehen, in welchem ein Strahlenumlenkelement angeordnet ist. Vorteilhaft ist dieser Rotorkopf vom Fernrohrgehäuse abnehmbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Rotorkopf mit

einer, in einem mit dem Fernrohr verbundenen Teil des Rotorkopfes angeordneten Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung steht, wobei diese Antriebsvorrichtung über Schleifringe oder direkt über eine am Fernrohr angeordnete Stromquelle mit Energie versorgt werden kann.

Die erfindungsgemäße Laserstation vereinigt vorteilhaft drei Funktionen. Sie ist somit zur Laserfluchtung, als Tachymeter für Entfernungsmessungen, und als Theodolit zur Winkelmessung einsetzbar. Bei allen diesen Funktionen ist auch eine visuelle Beobachtung möglich. Gleichzeitig kann zur visuellen Beobachtung über die selektive Verspiegelung des Prismas das Entfernungsmeßsystem, welches einen Sender für Licht und einen Empfänger umfaßt, wirksam werden.

Durch den aufsetzbaren Rotorkopf ist es möglich, im Zusammenwirken mit den Freiheitsgraden des Fernrohrs Laserlichtebenen mit nahezu beliebiger Neigung und Orientierung darzustellen. Durch Aufstecken des Rotorkopfes auf das vordere Ende des Fernrohrs wird auch eine elektrische Verbindung zu dem auf dem Fernrohr befindlichen Batterieteil, die auch als Stromversorgungseinheit für den Laser dient, hergestellt.

Zur horizontalen und vertikalen winkelmäßigen Einstellung des Fernrohrs ist jeweils ein an sich bekannter manueller und/oder motorischer Antrieb vorgesehen. Desgleichen ist es vorteilhaft, wenn zur Horizontal- und Vertikalwinkelmessung visuelle Ableseeinrichtungen oder elektrische oder lichtelektrische Winkelmeßsysteme vorgesehen sind. Vorteilhaft ist es ferner, wenn Mittel zur manuellen oder sensorgesteuerten motorischen Horizontierung des Gerätes vorgesehen sind. Im Sinne einer Automatisierung der Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Laserstation ist ein interner Rechner vorgesehen, welcher die motorischen Antriebe für die Winkeleinstellung steuert. Über diesen Rechner können auch alle Funktionen des Gerätes ausgeführt werden.

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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Laserstation mit einem in der Kippachse angeordneten Laser als Lichtquelle dargestellt.

Die Laserstation, die hier als Theodolit mit integriertem Laser dargestellt ist, umfaßt u. a. ein Gehäuse 1, ein in diesem Gehäuse 1 um eine hohle Kippachse 2 drehbar gelagertes Fernrohr 3 mit Objektiv 4, Fokussierlinse 5, Okular 6 Okularstrichplatte 7 und Bildumkehrsystem 8 sowie eine Horizontieranordnung 9, in welcher das Gerät um eine Stehachse 10 drehbar gelagert ist. Diese Stehachse 10 ist hohl ausgebildet, so daß im Bedarfsfall auch Licht durch sie hindurch nach unten geleitet werden kann.

In der hohlen Kippachse 2, welche mit dem Ferhrohrkippantrieb 11 zur Kippung der Fernrohrs in Wirkverbindung steht, ist ein als Lichtquelle dienender, mit dem Fehrnrohr fest verbundener Laser 12 angeordnet, dessen Laserstrahl über ein als Spiegel oder Umlenkprisma ausgeführtes Umlenkelement 13 in die optische oder Zielachse 14 des Fernrohrstrahlenganges eingespiegelt wird, welches in Strahlengang zwischen dem Objektiv 4 und der Okularstrichplatte 7 im Fernrohr angeordnet ist. Als Laser 12 wird vorteilhaft eine raumsparende Laserdiode angewendet. Durch diese Anordnung des Lasers 12 und des Umlenkelementes 13 erreicht man, daß der Laserstrahl und die visuelle Ziellinie koaxial, d. h. identisch, verlaufen und mit dem Fernrohr 3 ein gleichzeitiges Senden, Zielen und Beobachten in beliebiger Richtung ausführbar ist. Der in den Fernrohrstrahlengang eingespiegelte Laserstrahl ist zwischen dem Umlenkelement 13 und den Objektiv 4 durch eine Einhausung 15 umschlossen, in welcher, dem Objektiv 4 okularseitig benachbart, ein sammelndes optisches Element 16 angeordnet ist, durch welches der Laserstrahl kollimiert wird. Diese Einhausung 15 dient vor allem der Verminderung von Reflexionen, wenn das Ziel durch das Okular 6 hindurch visuell beobachtet wird.

Im Strahlengang des Fernrohrs 3 ist zwischen dem Umlenkelement 13 und der Fokussierlinse 5 eine Prismenanordnung vorgesehen, die zu einer Anordnung zur Entfernungsmessung gehört und welche ein mit einer selektiv- oder teilverspiegelten Funktionsfläche 17 versehenes Prisma 18, z. B. ein Pentaprisma, umfaßt, welches an seiner Fläche 17 ein rechtwinkliges Auskoppelprisma 19 für den zum Okular geführten Strahlengang besitzt, wobei die Hypotenusenflache dieses Auskoppelprismas 19 an der Funktionsfläche 17 anliegt und eine Kathetenfläche 20 senkrecht zur optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges verläuft. Okularseitig schließen sich diesem Auskoppelprisma 19 in der Reihenfolge die Fokussierlinse 5, das Bildumkehrsystem 8 und in der Okularebene die Okularstrichplatte 7 an. Diese Anordnung zur Entfernungsmessung ist innerhalb des Gehäuses 1 des Fernrohrs 3 angeordnet und umfaßt neben dem Prisma 18 noch strahlenumlenkende Mittel 21 und 22 in Form von Prismen oder Umlenkspiegeln und an sich bekannte meßwertbildende Mittel 23. Auch kann, wenn der Laser 12 nicht als Lichtquelle (Sender) für die Entfernungsmessung verwendet wird, ein gesonderter Lichtsender 24 vorgesehen sein. Durch diese Anordnung der Elemente kann gleichzeitig zur visuellen Beobachtung durch das Okular 6 über die selektiv verspiegelte Funktionsfläche 17 des Prismas 18 die Anordnung zur Entfernungsmessung wirksam werden. Damit sind in vorteilhafter Weise in einem Gerät die Funktion eines Tachymeters und die eines Lasertheodolits mit gleichzeitiger visueller Beobachtungsmöglichkeit vereint.

Es ist ferner ein Rotorkopf 25 vorgesehen, welcher auf dem dem Ziel zugewandten Ende des Fernrohrs 3 aufgesetzt ist. Dieser Rotorkopf 25 umfaßt ein um die Zielachse 14 drehbares Teil 25a und ein auf das Fernrohr 3 aufgestecktes Teil 25b, wobei im drehbaren Teil 25a ein Strahlenumlenkelement 26, z. B. ein Umlenkprisma oder ein ebener Reflektor, angeordnet ist, welches zusammen mit dem Teil 25a um die Zielachse 14 schwenkbar ist. Der Antrieb des in Lagern 28 gelagerten drehbaren Teils 25a des Rotorkopfes 25 erfolgt vorteilhaft durch eine Antriebvorrichtung 27, die im Teil 25b des

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Rotorkpofes 25 gelegen ist. Dieser Rotorkopf 25 erlaubt es, entsprechend den Freiheitsgraden, die durch die Bewegung des Fernrohrs 3 um die Kipp- und die Stehachse gegeben sind, Laserlichtebenen mit nahezu beliebiger Neigung und Orientierung darzustellen. Der Laserstrahl kann also in einer senkrecht zur Zielachse 14 liegenden Ebene geschwenkt oder gedreht werden.

Neben dem zur Kippung des Fernrohrs 3 vorgesehenen Fernrohrkippantrieb 11 ist für die Drehung der Laserstation um die Stehachse 10 ein manueller oder motorischer Antrieb vorgesehen. Für die Steuerung der motorischen Antriebe ist ein geräteinterner Rechner (nicht dargestellt) vorgesehen, mit welchem auch vorgegebene Positionen des Horizontalkreises 30 und des Vertikalkreises 31 eingestellt werden können. Zur Ablesung des Horizontal- 30 und auch des Vertikalkreises 31 sind an sich bekannte Meßsysteme 32 und 33 oder Ableseeinrichtungen im oder am Gerät angeordnet.

Desgleichen sind in der Horizontieranordnung 9 Mittel 34 zur manuellen oder motorischen Horizontierung der Laserstation vorgesehen, welche im Zusammenwirken mit elektronischen Libellen 35 eine gesteuerte Horizontierung ermöglichen.

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Claims

Schutzansprüche

1. Geodätische Laserstation mit integriertem Laser, wobei der Laserstrahl durch strahlformende und strahlrichtende optische Elemente in den Strahlengang des Fernrohrs des Theodolits eingebracht ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Laser (12) als Lichtquelle, mit dem Fernrohr (3) fest verbunden, in der Kippachse (2) des Theodolits angeordnet ist und der Laserstrahl durch die Kippachse (2) hindurch über mindestens ein Umlenkelement (13) in die optische oder Zielachse (14) des Strahlenganges des Fernrohrs (3) zwischen dem Objektiv (4) und der Okularstrichplatte (7) des Gerätes eingespiegelt ist.

2. Laserstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fernrohrstrahlengang eingespiegelte Laserstrahl vom Ort seiner Einspiegelung auf der Zielachse (14) bis zum Objektiv (4) von einer Einhausung (15) umschlossen ist.

3. Laserstation nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens ein den Laserstrahl formendes optisches Element (16) zwischen dem Ort der Einspiegelung und dem Objektiv (4) des Gerätes vorgesehen ist.

4. Laserstation nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Laser (12) eine Laserdiode ist.

5. Laserstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stehachse (10) der Laserstation durchgängig hohl ausgebildet ist.

6. Laserstation nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Anordnung zur Entfernungsmessung im den

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Strahlengang des Fernrohrs umschließenden und um die Kippachse (2) schwenkbaren Gehäuse (1) des Fernrohrs (3) der Laserstation vorgesehen ist.

7. Laserstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (12) als Lichtsender für die Anordnung zur Entfernungsmessung vorgesehen ist.

8. Laserstation nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anordnung zur Entfernungsmessung eine Prismenanordnung aufweist, welche im Bereich des Fernrohrstrahlenganges mindestens eine selektiv oder teilverspiegelte Funktionsfläche (17) besitzt.

9. Laserstation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenanordnung aus einem Prisma (18) mit einem, an der selektiv verspiegelten Funktionsfläche (17) mit seiner Hypotenusenfläche angeordneten, rechtwinkligen Auskoppelprisma (13) besteht, dessen eine Kathetenfläche

(20) senkrecht zur optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges verläuft.

10. Io.Laserstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Laserstrahl formende optische Element (16) ein sammelndes optisches System ist, welches okularseitig am Objektiv (4) der Laserstation oder in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist.

11. Laserstation nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß auf dem dem Ziel zugewandten Ende des Fernrohrs (3) ein Rotorkopf (25) mit einem darin angeordneten Strahlenumlenkelement (2 6) angeordnet ist, mit welchem der Laserstrahl in der senkrecht zur Zielachse (14) liegenden Ebene schwenk- oder drehbar ist.

12. Laserstation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkopf (25) auswechselbar ist.

13. Laserstation nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbares Teil (25b) des Rotorkopfes (25) vorgesehen ist, welches mit einer, in einem mit dem Fernrohr (3) verbundenen Teil (25b) des Rotorkopfes (25) angeordneten Antriebsvorrichtung (27) in Wirkverbindung steht.

14. Laserstation nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur horizontalen und vertikalen Winkeleinstellung des Fernrohrs(3) jeweils ein manueller oder motorischerAntrieb (11; 29) vorgesehen ist.

15. Laserstation nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Horizontal- und Vertikalwinkelmessung visuelle Ableseeinrichtungen oder elektrische oder lichtelektrische Winkelmeßsysteme (32; 33) vorgesehen sind.

16. Laserstation nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur manuellen oder sensorgesteuerten motorischen Horizontierung in einer Horizontieranordnung (9) vergesehen sind.

17. Laserstation nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein geräteinterner Rechner vorgesehen ist, durch den die motorischen Antriebe (11; 29) für die Winkeleinstellung steuerbar sind.

18. Laserstation nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß alle Funktionen der Laserstation fernsteuerbar sind.