DE10122932B4

DE10122932B4 - Vermessungsinstrument mit einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10122932B4
Application number: DE10122932A
Authority: DE
Inventors: Masami Shirai; Homu Takayama; Kenji Kaneko
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: US20020008189A1; JP2001317940A; DE10122932A1; JP3713185B2; US6677568B2

Abstract

Vermessungsinstrument mit
einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes,
einem zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Porroprismenaufrichtsystem,
einer halbdurchlässigen Fläche, die an einer Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems ausgebildet ist,
einem Strahlteilerprisma, das an der halbdurchlässigen Fläche angebracht ist, und
einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie durch die halbdurchlässige Fläche und das Strahlteilerprisma tretendes Licht empfängt, um aus der Korrelation zwischen zwei Bildern einen Scharfstellzustand zu erfassen, wobei die beiden Bilder von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und durch zwei voneinander getrennte Bereiche auf der halbdurchlässigen Fläche treten,
wobei eine Fläche des Strahlteilerprismas, die an der halbdurchlässigen Fläche angebracht ist, kleiner ist als der wirksame Flächenbereich der Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems, und wobei die halbdurchlässige Fläche und das Strahlteilerprisma so angeordnet sind, dass die beiden durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche der Objektivlinse tretenden...

Description

Die Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument mit einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung.
Bei der Entwicklung von Vermessungsinstrumenten wie z.B. Gesamtstationen, die mit einem Ziel- oder Kollimationsfernrohr mit Autofokussystem ausgestattet sind, wurden in der Vergangenheit große Fortschritte gemacht, wobei für die Autofokusoperation weitläufig ein nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitendes Autofokussystem eingesetzt wird. Bei einem solchen System wird der Scharfstellzustand auf Grundlage der Korrelation zwischen zwei Bildern erfasst, die von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die wiederum bei ihrem Durchtritt durch verschiedene Linsenbereiche einer Objektivlinse des Zielfernrohrs durch zwei verschiedene Pupillenbereiche treten. Das Zielfernrohr wird so entsprechend dem erfassten Scharfstellzustand automatisch auf ein Zielobjekt scharfgestellt.

Ein typisches, in der Druckschrift US 59 23 468 A beschriebenes Vermessungsinstrument mit einem Zielfernrohr, das ein nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitendes Autofokussystem hat, setzt ein Porroprismensystem als Aufrichtoptik ein, um ein durch die Objektivlinse des Zielfernrohrs erzeugt umgekehrtes Bild in ein aufrechtes Bild umzusetzen. Dabei ist eine der vier Reflexionsflächen des Porroprismensystems als Strahlteilerfläche ausgebildet, die das auftreffende Lichtbündel in zwei Lichtbündel teilt, von denen eines auf eine nach dem Prinzip der Phasendifferenzerfassung arbeitende AF-Sensoreinheit (Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung) zuläuft, während das andere Lichtbün del auf das Okular des Zielfernrohrs zuläuft. Obgleich im Prinzip jede der vier Reflexionsflächen als Strahlteilerfläche ausgebildet werden kann, wurde bisher kein Augenmerk darauf gerichtet, welche der vier Reflexionsflächen als Strahlteilerfläche am besten geeignet ist. Ist eine der vier Reflexionsflächen als Strahlteilerfläche ausgebildet, so ist bisher der gesamte wirksame Bereich der Reflexionsfläche, der die auf das Okular des Zielfernrohrs zulaufenden Lichtbündel reflektiert, als halbdurchlässige, z.B. halbverspiegelte Fläche ausgebildet. Auf diese halbdurchlässige Fläche ist über die gesamte Flächenausdehnung ein Strahlteilerprisma aufgeklebt. Bei dieser Gestaltung steht das Strahlteilerprisma deutlich von dem Porroprismensystem ab, wodurch es schwierig wird, das Zielfernrohr klein auszubilden. Außerdem wird das Sehfeld des Zielfernrohrs dunkel, wenn der Benutzer ein Zielobjekt durch das Zielfernrohr betrachtet, da sich die halbdurchlässige Fläche über das gesamte Sehfeld des Zielfernrohrs erstreckt, d.h. das gesamte Sehfeld des Zielfernrohrs durch die halbdurchlässige Fläche betrachtet wird.

Zum Stand der Technik wird ferner auf die Druckschriften DE 196 14 235 A1 , DE 199 21 119 A1 und US 59 23 468 A verwiesen, aus denen Vermessungsinstrumente zum Anvisieren eines Objekts und Strahlteilersysteme mit automatischer Scharfeinstellung bekannt sind.

Unter Berücksichtigung vorstehend genannter Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Vermessungsinstrument anzugeben, das eine Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung und ein mit einer Strahlteilerfläche versehenes Porroprismenaufrichtsystem hat, bei dem ein helles Sehfeld des Zielfernrohrs erreicht werden kann.

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

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen elektronischen Entfernungsmesser mit einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 die Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung (AF-Einheit) und ein Porroprismenaufrichtsystem in Blickrichtung des in 1 dargestellten Pfeils II,
3 eine Objektivlinse des Zielfernrohrs in Blickrichtung der in 1 dargestellten Pfeile III zur Erläuterung der relativen Anordnung zweier an der Objektivlinse festgelegter Pupillenbereiche, eines Sende/Empfangsspiegels und eines Lichtempfangsleiters,
4 eine Rückansicht der AF-Einheit, des Porroprismenaufrichtsystems und eines daran befestigten Strahlteilerprismas in Blickrichtung des in 1 gezeigten Pfeils IV,
5 eine Seitenansicht der AF-Einheit, des Porroprismenaufrichtsystems und des Strahlteilerprismas in Richtung des in 4 dargestellten Pfeils V,
6 eine perspektivische Darstellung des Porroprismenaufrichtsystems und des Strahlteilerprismas nach 1,
7 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung des Porroprismenaufrichtsystems und des Strahlteilerprismas gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
8 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung des Porroprismenaufrichtsystems und des Strahlteilerprismas gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
9 eine perspektivische Darstellung der AF-Einheit, des Porroprismenaufrichtsystems und des daran befestigten Strahlteilerprismas für den Fall, dass zwischen dem Strahlteilerprisma und der AF-Einheit eine Lichtabschirmmaske angeordnet ist.
In den 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Entfernungsmessers (EDM) dargestellt, der mit einem Autofokussystem ausgestattet ist. Der elektronische Entfernungsmesser kann in einem Vermessungsinstrument wie einer Gesamtstation enthalten oder daran montiert sein. Im Folgenden wird der Gesamtaufbau des elektronischen Entfernungsmessers erläutert.
Der elektronische Entfernungsmesser hat ein Zielfernrohr (Zielfernrohroptik) 10 und einen optischen Entfernungsmesser 20. Wie in 1 gezeigt, hat das Zielfernrohr 10 eine Objektivlinse 11, eine Fokussierlinse 18, ein Porroprismenaufrichtsystem (Aufrichtoptik) 12, eine Bildebenenplatte (Fadenkreuzplatte) 13 und ein Okular 14, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus, d.h. in 1 von links nach rechts angeordnet sind. An der Bildebenenplatte 13 ist ein Fadenkreuz 15 ausgebildet. Die Fokussierlinse 18 ist längs ihrer optischen Achse geführt. Das durch die Objektivlinse 11 erzeugte Bild eines Zielobjektes 16 kann präzise auf die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche der Bildebenenplatte 13 fokussiert werden, indem die axiale Position der Fokussierlinse 18 entsprechend der Entfernung des Zielobjekts 16 von dem Zielfernrohr 10 eingestellt wird. Der Benutzer des Vermessungsinstrumentes visiert über das Okular 14 ein vergrößertes Bild des Zielobjektes 16 an.
Der elektronische Entfernungsmesser hat hinter der Objektivlinse 11 des Zielfernrohrs 10 einen Lichtsende/Empfangsspiegel 21 und ein wellenlängenselektives Filter 22, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Der Sende/Empfangsspiegel 21 und das wellenlängenselektive Filter 22 bilden optische Elemente einer Empfangsoptik des optischen Entfernungsmessers 20. Der Sende/Empfangsspiegel 21 besteht aus einem Parallelplattenspiegel, dessen Vorderfläche und dessen hierzu parallele Rückfläche auf der optischen Achse der Objektivlinse 11 angeordnet sind. Die der Objektivlinse 11 zugewandte Vorderfläche des Parallelplattenspiegels 21 ist als Lichtsendespiegel 21a ausgebildet, während die dem wellenlängenselektiven Filter 22 zugewandte Rückfläche des Parallelplattenspiegels 21 als Lichtempfangsspiegel 21b ausgebildet ist.
Der optische, Entfernungsmesser 20 hat ein Lichtaussendeelement 23, z.B. eine Laserdiode, das Licht (Messlicht) einer bestimmten Wellenlänge aussendet. Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht trifft über eine Kollimatorlinse 24 und einen festen Spiegel 25 auf den Sendespiegel 21a. Das Messlicht wird an dem Sendespiegel 21a längs der optischen Achse der Objektivlinse 11 auf das Zielobjekt 16 hin reflektiert. Die Kollimatorlinse 24, der feste Spiegel 25 und der Sendespiegel 21a (Sende/Empfangsspiegel 21) bilden optische Elemente einer Sendeoptik (Transmissionsoptik) des optischen Entfernungsmessers 20.
Das Messlicht, das an dem Zielobjekt 16 reflektiert wird und dann durch die Objektivlinse 11 tritt, wird an dem wellenlängenselektiven Filter 22 zurück auf den Empfangsspiegel 21b reflektiert. Der Empfangsspiegel 21b reflektiert dann das auf ihn treffende Messlicht auf eine Eintrittsfläche 26a eines lichtempfangenden Lichtleiters 26, der im Folgenden als Lichtempfangsleiter bezeichnet wird. Eine Lichtleiterhalterung 27 hält das mit der Eintrittsfläche 26a versehene Eintrittsende des Lichtempfangsleiters 26. Die Lichtleiterhalterung 27 ist über eine nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung, die sich in dem Raum hinter der Objektivlinse 11 befindet, zusammen mit dem Sende/Empfangsspiegel 21 unbeweglich gehalten.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen dem Lichtaussendeelement 23 und dem festen Spiegel 25 in einem Entfernungsmessstrahlengang einen Umschaltspiegel 28 und ein erstes ND-Filter 29. Das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene 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 abgegebene Licht als 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 einzustellen.
Der elektronische Entfernungsmesser hat zwischen einer Austrittsfläche 26b des Lichtempfangsleiters 26 und einem Lichtempfangselement 31 eine Kondensorlinse 32, ein zweites ND-Filter 33 und ein Bandpassfilter 34, die in der genannten Reihenfolge von der Austrittsfläche 26b zum Lichtempfangselement 31 hin angeordnet sind. Das Lichtempfangselement 31 ist an eine arithmetische Steuerschaltung (Steuerung) 40 angeschlossen. Die arithmetische Steuerschaltung 40 ist verbunden mit einem Stellglied 41, das den Umschaltspiegel 28 verstellt, und einer Anzeigevorrichtung, .z.B. einem LCD-Feld, das die berechnete Entfernung anzeigt.
Bekanntlich arbeitet ein Entfernungsmesser wie der optische Entfernungsmesser 20 in zwei verschiedenen Betriebszuständen: In einem Zustand wird das von dem Lichtaussendeelement 23 abgegebene Messlicht dem festen Spiegel 25 zugeführt. In dem anderen Zustand wird das gleiche Licht als internes Referenzlicht direkt der Eintrittsfläche 26a des Lichtempfangsleiters 26 zugeführt. Die beiden eben genannten Zustände sind durch den Umschaltzustand des Umschaltspiegels 28 festgelegt, der über das Stellglied 41 von der arithmetischen Steuerschaltung 40 gesteuert wird. Wie oben erläutert, wird das dem festen Spiegel 25 zugeführte Messlicht über den Sendespiegel 21a und die Objektivlinse 11 auf das Zielobjekt 16 projiziert. Das an dem Zielobjekt 16 reflektierte Messlicht trifft über die Objektivlinse 11, das wellenlängenselektive Filter 22 und den Empfangsspiegel 21b auf die Eintrittsfläche 26a. Das Lichtempfangselement 31 empfängt dann sowohl das Messlicht, das an dem Zielobjekt 16 reflektiert wird und schließlich auf die Eintrittsfläche 26a trifft, als auch das interne Referenzlicht, das der Eintrittsfläche 26a direkt über den Umschaltspiegel 28 zugeführt wird. Die arithmetische Steuerschaltung 40 erfasst die Phasendifferenz zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht sowie die Anfangsphase des internen Referenzlichtes oder die Zeitdifferenz zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht, um so die Entfernung des elektronischen Entfernungsmessers von dem Zielobjekt zu berechnen. Die berechnete Entfernung wird dann an der Anzeigevorrichtung 42 dargestellt.
Die Entfernungsberechnung aus dem Phasenunterschied zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht sowie der Anfangsphase des internen Referenzlichtes oder aus der Zeitdifferenz zwischen projiziertem Licht und reflektiertem Licht ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Porroprismenaufrichtsystem 12 hat drei Rechtwinkelprismen mit vier rechtekkigen Reflexionsflächen, nämlich einer ersten Reflexionsfläche 12a, einer zweiten Reflexionsfläche 12b, einer dritten Reflexionsfläche 12c und einer vierten Reflexionsfläche 12d, die in dieser Reihenfolge von der Lichteintrittsseite her betrachtet angeordnet sind. An Stelle des Porroprismenaufrichtsystems 12 kann ein anderer Typ von Porroprismenaufrichtsystem eingesetzt werden, bei dem zwei voneinander getrennte Rechtwinkelprismen vorgesehen sind. In diesem Fall sind zwei der vier rechteckigen Reflexionsflächen an dem einen rechtwinkligen Prisma und die anderen beiden rechteckigen Reflexionsflächen an dem anderen Rechtwinkelprisma ausgebildet. Ein Teil der ersten Reflexionsfläche 12a ist als halbdurchlässige, z.B. halbverspiegelte Fläche 12h ausgebildet, die als Strahlteilerfläche dient. An dieser halbdurchlässigen Fläche 12h ist mittels eines Klebstoffs eine bestimmte Fläche eines Strahlteilerprismas 19 in ihrer Gesamtheit angebracht. Wie aus den 4 und 6 hervorgeht, hat die halbdurchlässige Fläche 12h eine in horizontaler Richtung längliche Form. Gleiches gilt für das Strahlteilerprisma 19, das an der halbdurchlässigen Fläche 12h haftet. Die halbdurchlässige Fläche 12h und das Strahlteilerprisma 19 haben jeweils eine in 4 in horizontaler Richtung gemessene Breite, die identisch mit der Breite der ersten Reflexionsfläche 12a ist. Dagegen haben die halbdurchlässige Fläche 12h und das Strahlteilerprisma 19 jeweils eine Länge, die kürzer ist als die Länge der ersten Reflexionsfläche 12a, die in 5 von links unten schräg nach rechts oben läuft. Die Längsrichtung, d.h. in 5 die von links unten schräg nach rechts oben weisende Richtung, der halbdurchlässigen Fläche 12h und des Strahlteilerprismas 19 entspricht der schrägen Richtung der ersten Reflexionsfläche 12a. Die halbdurchlässige Fläche 12h und die an dieser haftende Fläche des Strahlteilerprismas 19 sind also kleiner als der wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a. Beispielsweise ist der Flächenbereich der halbdurchlässigen Fläche 12h, die an der Reflexionsfläche 12a ausgebildet ist, gleich der Hälfte (50%) oder weniger als der wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a. Lichtbündel, die von der Seite der Objektivlinse 11 her in das Porroprismenaufrichtsystem 12 gelangen und anschließend an dem übrigen Teil der ersten Reflexionsfläche 12a, an dem die halbdurchlässige Fläche 12h nicht ausgebildet und damit das Strahlteilerprisma 19 nicht befestigt ist, werden an der ersten Reflexionsfläche 12a total reflektiert, und zwar in den 4 und 5 nach unten.
Wie in 5 gezeigt, ist das Strahlteilerprisma 19 so gestaltet, dass die in 5 in horizontaler Richtung bemessene Dicke der Kombination aus Porroprismenaufrichtsystem 12 und Strahlteilerprisma 19 innerhalb der Dicke T des Porroprismenaufrichtsystems 12 in Richtung der optischen Achse des Zielfernrohrs 10 liegt. Das Strahlteilerprisma 19 steht als nicht von dem vorderen, d.h. in 5 linken Ende des Porroprismenaufrichtsystems 12 in Richtung der optischen Achse, d.h. in 5 nach links, über.
Ein Lichtbündel, das von der Seite der Objektivlinse 11 her in das Porroprismenaufrichtsystem 12 eintritt, wird entweder an der halbdurchlässigen Fläche 12h in zwei Lichtbündel geteilt oder an den Stellen der ersten Reflexionsfläche 12a, an denen die halbdurchlässige Fläche 12h nicht ausgebildet ist, total reflektiert. Einer der beiden von der halbdurchlässigen Fläche 12h geteilten Lichtbündel wird an einer Reflexionsfläche 19a des Strahlteilerprismas 19 reflektiert und tritt aus einer Austrittsfläche 19b des Strahlteilerprismas 19 in einer auf eine AF-Sensoreinheit 50 weisende Richtung aus, während das andere Lichtbündel an der zweiten, der dritten und der vierten Reflexionsfläche 12b, 12c und 12d insgesamt dreimal reflektiert wird und anschließend auf die Bildebenenplatte 13 zuläuft.
Zwischen dem Porroprismenaufrichtsystem 12 und der AF-Sensoreinheit 50, im Folgenden kurz als AF-Einheit bezeichnet, befindet sich eine Referenzbildebene 51 (vgl. 1 und 2). Diese ist an einer Stelle angeordnet, die optisch äquivalent zu der Stelle ist, an der sich das Fadenkreuz 15 der Bildebenenplatte 13 befindet. Die AF-Einheit 50 erfasst den Scharfstellzustand, d.h. den Defokuswert und die Richtung der Fokusverschiebung des Zielfernrohrs 10 in der Referenzbildebene 51. In 2 sind die AF-Einheit 50 und das Porroprismenaufrichtsystem 12 dar gestellt. Die AF-Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 52, ein Paar Separatorlinsen 53 und ein Paar Zeilensensoren 54, z.B. Mehrsegment-CCD-Sensoren, die hinter den Separatorlinsen 53 angeordnet sind. Die beiden Separatorlinsen 53 sind um die Basislänge voneinander beabstandet. Das in der Referenzbildebene 51 erzeugte Bild des Zielobjektes wird durch die beiden Separatorlinsen 53 in zwei Bilder getrennt, die auf den beiden Zeilensensoren 54 erzeugt werden. Die Zeilensensoren 54 enthalten jeweils eine Anordnung fotoelektrischer Wandlerelemente. Jedes dieser Wandlerelemente wandelt das empfangene Licht eines Bildes in elektrische Ladungen, die integriert, d.h. gesammelt werden, und gibt die integrierte elektrische Ladung als AF-Sensordaten an die arithmetische Steuerschaltung 40 aus. Die arithmetische Steuerschaltung 40 berechnet in einer vorgegebenen Defokusoperation einen Defokuswert in Abhängigkeit eines Datenpaars von AF-Sensordaten, das ihr von dem Paar Zeilensensoren 54 zugeführt wird. In einer Autofokusoperation steuert die Steuerschaltung 40 die Objektivlinse 11 entsprechend dem berechneten Defokuswert über einen in 1 gezeigten Linsenantrieb 43 so an, dass auf das Zielobjekt scharfgestellt wird. Die Defokusoperation ist aus dem Stand der Technik bekannt. Ein AF-Schalter 44 zum Starten der AF-Operation und ein Entfernungsmessschalter 45 zum Starten der Entfernungsmessung sind an die arithmetische Steuerschaltung 40 angeschlossen.
Die AF-Einheit 50 erfasst den Scharfstellzustand aus den beiden Bildern, die auf den beiden Zeilensensoren 54 erzeugt werden. Die beiden Bilder werden dabei von zwei Lichtbündeln erzeugt, die durch zwei verschiedene, auf der Objektivlinse 11 festgelegte Pupillenbereiche 11A und 11B treten. Die Form jedes Pupillenbereichs 11A und 11B ist dabei durch die Form der Blende festgelegt, die auf einer zugehörigen Separatormaske 55 eines Maskenpaars ausgebildet ist. Die beiden Separatormasken 55 sind zwischen der Kondensorlinse 52 und den beiden Separatorlinsen 53 in der Nähe der Separatorlinsen 53 angeordnet.
3 zeigt die relative Anordnung der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B sowie die relative Anordnung des Sende/Empfangsspiegels 21 und des Lichtempfangsleiters (Lichtleiterhalterung 27) des optischen Entfernungsmessers 20.
Obgleich die Positionen, die Formen und die Richtungen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B durch die Kondensorlinse 52, die beiden Separatorlinsen 53, die beiden Separatormasken 55 und die Anordnung der fotoelektrischen Wandlerelemente des Zeilensensors 54 so festgelegt sind, dass sie den Autofokus-Leistungsanforderungen genügen, können die Richtungen der beiden Pupillenbereiche 11A und 11B, d.h. ihre Ausrichtung relativ zur Mitte der Objektivlinse 11 vergleichsweise frei festgelegt werden. Die halbdurchlässige Fläche 12h des Porroprismenaufrichtsystems 12 und des Strahlteilerprismas 19 sind so angeordnet, dass die beiden Lichtbündel, die durch zwei voneinander getrennte Bereiche 11A' und 11B' auf der halbdurchlässigen Fläche 12h (vgl. 2) treten, unter demselben Eintrittswinkel auf die erste Reflexionsfläche 12a treffen. Die voneinander getrennten Bereiche 11A' und 11B' befinden sich innerhalb des Bereichs der Austrittsfläche 19b des Strahlteilerprismas 19.
Der wie oben erläutert aufgebaute elektronische Entfernungsmesser, der mit einem Autofokussystems ausgestattet ist, führt eine Entfernungsmessung in nachfolgend erläuterter Weise durch. Im ersten Schritt visiert der Benutzer mit dem Zielfernrohr 10 das Zielobjekt so an, dass die optische Achse des Zielfernrohrs 10 im Wesentlichen auf das Zielobjekt ausgerichtet ist, während er das Zielobjekt 16 durch einen nicht dargestellten Kollimator betrachtet, der an dem Zielfernrohr 10 angebracht ist. Im zweiten Schritt drückt der Benutzer den AF-Schalter 44, um die oben erläuterte Autofokusoperation durchzuführen, mit der die Objektivlinse 11 in ihre Scharfstellposition relativ zu dem Zielobjekt 16 bewegt wird. Im dritten Schritt stellt der Benutzer bei auf das Zielobjekt 16 scharfgestelltem Zielfernrohr 10 die Ausrichtung des Zielfernrohrs 10 so ein, dass das durch das Okular 14 betrachtete Fadenkreuz 15 genau auf das Zielobjekt 16 zentriert ist. Dabei blickt der Benutzer in das Okular 14. Im vierten Schritt drückt der Benutzer den Entfernungsmessschalter 45, um die oben erläuterte Operation zur Entfernungsmessung durchzuführen. Die berechnete Entfernung wird an der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.
Da ein Teil der ersten Reflexionsfläche 12a des Porroprismenaufrichtsystems 12 als halbdurchlässige Fläche 12h ausgebildet ist, während der übrige Teil der ersten Reflexionsfläche 12a eine Totalreflexionsfläche bildet, welche die auf sie treffenden Lichtbündel total reflektiert, ist in der vorstehend erläuterten Entfernungsmessung das durch das Okular 14 betrachtete Sehfeld des Zielfernrohrs 20 heller, als wenn der gesamte wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a als halbdurchlässige Fläche ausgebildet ist.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist mit Ausnahme des Teils, an dem das Strahlteilerprisma 19 und damit die halbdurchlässige Fläche 12h haftet, die erste Reflexionsfläche 12a als total reflektierende Fläche ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die gesamte erste Reflexionsfläche 12a als halbdurchlässige Fläche auszubilden. Die Variation des Phasenwinkels von Licht vor und nach Lichteinfall auf eine total reflektierende Fläche aus Glas ist verschieden von dem Phasenwinkel vor und nach Einfall des Lichtes auf eine halbdurchlässige Fläche aus Glas bei verschiedenen Wellenlängen. Ist die gesamte erste Reflexionsfläche 12a als im Wesentlichen gleichmäßig halbdurchlässige Fläche ausgebildet, so tritt deshalb keine optische Interferenz in Folge der Variation des Phasenwinkels des Lichtes auf, wodurch eine Sicht mit hohem Kontrast durch das Zielfernrohr 10 möglich ist. In den 7 und 8 sind jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel des Porroprismenaufrichtsystems und des Strahlteilerprismas gezeigt. Dabei ist jeweils der gesamte wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a so gestaltet, dass die Variation des Phasenwinkels des Lichtes vor und nach Lichteinfall bei verschiedenen Wellenlängen im Wesentlichen regelmäßig (geradzahlig) ist.
In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind eine obere Reflexionsfläche 12i und eine untere Reflexionsfläche 21j der ersten Reflexionsfläche 12a, die auf entgegengesetzten Seiten an die halbdurchlässige Fläche 12h angrenzen, jeweils mit einem halbdurchlässigen Material wie z.B. einem Metallfilm überzogen, um auf ihnen halbdurchlässige Flächen auszubilden. Die halbdurchlässigen Flächen von oberer und unterer Reflexionsfläche 12i, 12j sind dabei so gestaltet, dass die Variation des Phasenwinkels des Lichtes vor und nach Lichteinfall auf die jeweilige Reflexionsfläche 12i bzw. 12j im Wesentlichen gleich dem Phasenwinkel vor und nach Lichteinfall auf die halbdurchlässige Fläche 12h ist.
In dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gesamte wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a als halbdurchlässige Fläche 12h' ausgebildet, so dass die Variation des Phasenwinkels des Lichtes vor und nach Lichteinfall bei verschiedenen Wellenlängen im Wesentlichen regelmäßig (geradzahlig) ist. Das in 8 gezeigte Porroprismenaufrichtsystem 12 wird in der Weise hergestellt, dass das Strahlteilerprisma 19 mittels eines Klebstoffs auf die halbdurchlässige Fläche 12h' geklebt wird, nachdem die erste Reflexionsfläche 12a in ihrer Gesamtheit als halbdurchlässige Fläche 12h' ausgebildet ist.
In den oben erläuterten Ausführungsbeispielen liegen die getrennten Bereiche 11A' und 11B' innerhalb des Bereichs der Austrittsfläche 19b des Strahlteilerprismas 19. Die Bereiche 11A' und 11B' können sich jedoch auch zum Teil außerhalb des Bereichs der Austrittsfläche 19b des Strahlteilerprismas 19 befinden. In diesem Fall ist zwischen der Austrittsfläche 19b und der AF-Einheit 50 vorteilhaft eine Lichtabschirmmaske 60 angeordnet, wie in 9 gezeigt ist, so dass die beiden durch die beiden getrennten Bereiche 11A' und 11B' tretenden Lichtbündel gleichmäßig auf das Paar Zeilensensoren 54 treffen. Die beiden Lichtbündel, die durch die beiden verschiedenen Bereiche 11A' und 11B' treten, werden jeweils zum Teil von der Lichtabschirmmaske 60 ausgeblendet, d.h. gesperrt, so dass sie durch die Lichtabschirmmaske 60 tretend gleichmäßig auf das Paar Zeilensensoren 54 treffen. Die gesamte Fläche der Lichtabschirmmaske 60 ist vorzugsweise nicht reflektierend ausgebildet. Auf diese Weise wird vermieden, dass das auf die Fläche der Lichtabschirmmaske 60 treffende Licht an dieser unregelmäßig reflektiert wird.
Da in den erläuterten Ausführungsbeispielen die beiden Lichtbündel, die durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche 11A und 11B der Objektivlinse 11 treten, unter gleichem Eintrittswinkel auf die halbdurchlässige Fläche 12h treffen, tritt zwischen ihnen bei Durchführung der Autofokusoperation kein Unterschied in der Lichtmenge auf, da sich die Eintrittswinkel der beiden Lichtbündel an der halbdurchlässigen Fläche 12h nicht voneinander unterscheiden. Dadurch wird die Autofokusoperation ohne optische Interferenz durchgeführt, selbst wenn die halbdurchlässige Fläche 12h und die daran haftende Fläche des Strahlteilerprismas 19 kleiner bemessen sind als der wirksame Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche 12a.
Die Erfindung ist nicht nur auf einen elektronischen Entfernungsmesser, sondern auch auf andere Vermessungsinstrumente wie z.B. Nivelliergeräte anwendbar.
Wie aus dem oben Erläuterten hervorgeht, stellt die Erfindung ein kompaktes Vermessungsinstrument bereit, das eine Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung und ein mit einer Strahlteilerfläche versehenes Porroprismenaufrichtsystem hat und ein helles Sehfeld des Zielfernrohrs ermöglicht.

Claims

Vermessungsinstrument mit einem Zielfernrohr mit einer Objektivlinse und einem Okular zum Anvisieren eines Objektes, einem zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordneten Porroprismenaufrichtsystem, einer halbdurchlässigen Fläche, die an einer Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems ausgebildet ist, einem Strahlteilerprisma, das an der halbdurchlässigen Fläche angebracht ist, und einer Phasendifferenz-Schärfenerfassungsvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie durch die halbdurchlässige Fläche und das Strahlteilerprisma tretendes Licht empfängt, um aus der Korrelation zwischen zwei Bildern einen Scharfstellzustand zu erfassen, wobei die beiden Bilder von zwei Lichtbündeln erzeugt werden, die durch zwei verschiedene Pupillenbereiche der Objektivlinse und durch zwei voneinander getrennte Bereiche auf der halbdurchlässigen Fläche treten, wobei eine Fläche des Strahlteilerprismas, die an der halbdurchlässigen Fläche angebracht ist, kleiner ist als der wirksame Flächenbereich der Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems, und wobei die halbdurchlässige Fläche und das Strahlteilerprisma so angeordnet sind, dass die beiden durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche der Objektivlinse tretenden Lichtbündel unter dem gleichen Eintrittswinkel auf die halbdurchlässige Fläche treffen.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems, auf der die halbdurchlässige Fläche ausgebildet ist, eine erste Reflexionsfläche des Porroprismenaufrichtsystems bildet, die Breite des Strahlteilerprismas gleich der Breite der ersten Reflexionsfläche und die Länge des an der halbdurchlässigen Fläche angebrachten Strahlteilerprismas kürzer als die Länge der ersten Reflexionsfläche ist, wobei die halbdurchlässige Fläche eine längliche Form hat, und die längliche Form des Strahlteilerprismas so festgelegt ist, dass die beiden durch die beiden verschiedenen Pupillenbereiche der Objektivlinse tretenden Lichtbündel unter dem gleichen Eintrittswinkel auf die erste Reflexionsfläche treffen.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Reflexionsfläche, an dem der Strahlteiler nicht angebracht ist, mit einem halbdurchlässigen Material überzogen ist, so dass die Variation des Phasenwinkels des Lichtes vor und nach Lichteinfall auf diesen Teil der ersten Reflexionsfläche etwa gleich dem Phasenwinkel vor und nach dem Lichteinfall auf die halbdurchlässige Fläche ist.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbdurchlässige Fläche über den gesamten wirksamen Flächenbereich der ersten Reflexionsfläche ausgebildet ist.
Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Strahlteilerprismas in Richtung der optischen Achse des Zielfernrohrs kleiner ist als die Dicke des Porroprismenaufrichtsystems.
Vermessungsinstrument nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Porroprismenaufrichtsystem drei Rechtwinkelprismen enthält, die die erste Reflexionsfläche, eine zweite Reflexionsfläche, eine dritte Reflexionsfläche und eine vierte Reflexionsfläche umfassen.
Vermessungsinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Reflexionsfläche, an dem das Strahlteilerprisma nicht angebracht ist, mit dem halbdurchlässigen Material so überzogen ist, dass er als halbdurchlässige Fläche ausgebildet ist.
Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen einer Austrittsfläche des Strahlteilerprismas und der Schärfenerfassungsvorrichtung angeordnete Lichtabschirmmaske.
Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielfernrohr eine zwischen der Objektivlinse und dem Porroprismenaufrichtsystem angeordnete Schärteneinstelllinse enthält.