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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät, bei dem
eine optische Lichtsendeeinrichtung zur Übertragung oder zum Aussenden
von Licht mittels einer Objektivlinse, die ein optisches Kollimatorsystem, d.h.
ein optisches Teleskopsystem bildet, und eine optische Lichtempfangseinrichtung
zum Empfang von Licht koaxial vorgesehen sind, das mittels der Objektivlinse
einfällt,
wobei beide Bauteile Teil eines elektrooptischen Abstandsmeßgerätes darstellen.
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Ein
herkömmliches
elektrooptisches Abstandsmessgerät
weist den folgenden Aufbau auf. Moduliertes Licht wird von einer
Lichtquelle mittels einer optische Lichtsendeeinrichtung übertragen
oder ausgesandt, das modulierte Licht wird von einer Zielplatte
(Target) reflektiert, eine Phasendifferenz zwischen einem empfangenen
Signal, das durch Empfang des reflektierten Lichts durch einen Detektor
mittels einer optischen Lichtempfangseinrichtung empfangen wird,
und einem Referenzsignal, das von der Lichtquelle erhalten wird,
wird gemessen und ein Abstand zu dem Target wird durch die Phasendifferenz ermittelt.
Wenn indessen ein Eckprisma (oder ein Eckreflektor) zur Reflexion
von höchst
parallel gesendetem Licht verwendet wird, überlappen sich der Lichtstrahl
von dem gesendeten Licht und der Lichtstrahl von dem empfangenen
Licht, das reflektiert wurde, vollständig. Als Ergebnis tritt ein
Fall auf, bei dem das empfangene Licht die optische Lichtempfangseinrichtung
nicht erreichen kann. Als Lösung
für diese
Art von Problemen ist beispielsweise aus der japanischen veröffentlichten
ungeprüften
Patentanmeldung
JP
04319687 A ein elektrooptisches Abstandsmessgerät bekannt,
bei dem der Lichtstrahl des gesendeten Lichts einen Abstand zu der
optischen Achse der Objektivlinse aufweist, so daß der optische
Weg des gesendeten Lichts und der optische Weg des empfangenen Lichts
parallel zueinander liegen, wobei sie nicht miteinander überlappen.
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Bei
dem oben beschriebenen bekannten elektrooptischen Abstandsmessgerät, bei dem
der optische Weg des gesendeten Lichts und der optische Weg des
empfangenen Lichts so angeordnet sind, daß sie nicht miteinander überlappen,
besteht der folgende Nachteil. Wenn nämlich das elektrooptische Abstandsmessgerät genau
gegenüber
dem reflektierenden Element angeordnet ist und als Folge davon die
optische Achse der Objektivlinse und die Mittelachsenlinie des reflektierenden
Elements genau miteinander zusammenfallen, können der optische Weg des gesendeten
Lichts und der optische Weg des empfangen Lichts einander an jeder
der beiden Seiten der optischen Achse gegenüberliegen. Wenn indessen das
elektrooptische Abstandsmessgerät
nicht genau gegenüber
dem reflektierenden Element angeordnet ist, können der optische Weg für das gesendete
Licht und der optische Weg für
das empfangene Licht manchmal miteinander überlappen, woraus folgt, daß die Abstandsmessung
nicht durchgeführt
werden kann.
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Wenn
weiterhin ein reflektierendes Blatt anstelle eines Eckprismas als
reflektierendes Element verwendet wird, wird das empfangene Licht
bis zu einem gewissen Anteil durch Dispersion reflektiert. Daher
kann nicht der Fall auftreten, daß die Abstandsmessung aufgrund
eines vollständigen Überlappens des
gesendeten Lichts und des empfangenen Lichts nicht ausgeführt werden
kann. Da indessen der Lichtstrahl des gesendeten Lichts einen Abstand
zu der optischen Achse aufweist, wenn das reflektierende Blatt geneigt
wird, kann manchmal eine Positionsabweichung in der Längs (d.h.
vor und zurück)-Richtung zwischen
einem Kollimationspunkt, der der Kreuzungspunkt zwischen dem reflektierenden
Blatt und der optischen Achse ist, und einem Punkt auftreten, an
dem das gesendete Licht reflektiert wird. Diese Abweichung stellt
einen Fehler bei der Messung dar.
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Die
Patentschrift
DD 220113
A1 offenbart eine Anordnung zur Lichtintensitätsregelung,
vorzugsweise für
elektrooptische Entfernungsmesser, die eine Sende-Empfängeranordnung
zum Aussenden und Empfangen eines optischen Strahlenbündels über eine
geräteinterne
Vergleichsstrecke und eine Fernstrecke enthalten, sowie Mittel zur
Schaltung und Regelung der Lichtintensität. Es soll die Zuverlässigkeit
des Systems der Lichtintensitätsregelung
und -schaltung erhöht
werden, optische und mechanische Bauteile eingespart und der Montageaufwand
verringert werden. Das wird dadurch erreicht, daß eine kreisförmige Blende
im Sende-Empfängerstrahlengang,
drehbar um die optische Achse des Objektivs vorgesehen ist, daß eine erste
und zweite Kreisringzone diametral einander gegenüberliegend, vollständig lichtdurchlässig sind,
daß eine
dritte und vierte diametral einander gegenüberliegende Kreisringzone jeweils
in zwei konzentrischen Bereiche eingeteilt sind, wobei der innere
Bereich der dritten Kreisringzone und der äußere Bereich der vierten Kreisringzone
lichtundurchlässig
sind und daß der äußere Bereich
der dritten Kreisringzone eine stetig steigende Lichtdurchlässigkeit
aufweist und der innere Bereich der vierten Kreisringzone vollständig lichtdurchlässig ist.
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Angesichts
der oben beschriebenen Nachteile hat die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe, ein elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät zu schaffen, daß stets
eine Messung gestattet und Messfehler ausschließt.
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Zur
Lösung
der obigen und anderer Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung
ein elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät vor mit einer optischen Lichtsendeeinrichtung,
die sich hinter einer Objektivlinse befindet und die Licht von einem
Lichtsendeelement, das außerhalb
der optischen Achse der Objektivlinse angeordnet ist, über eine
erste reflektierende Fläche
als Lichtstrahl gesendeten Lichts zu einem reflektierenden Element
aussendet, das vor der Objektivlinse liegt und dessen Abstand zu
bestimmen ist, einer optischen Lichtempfangseinrichtung, die empfangenes
Licht, das von dem reflektierenden Element reflektiert wird, über eine
zweite reflektierende Fläche
einem Lichtempfangselement zuführt,
das außerhalb
der optischen Achse der Objektivlinse angeordnet ist, wobei die
erste reflektierende Fläche
so angeordnet ist, dass die optische Achse der Objektivlinse innerhalb
des Lichtstrahls gesendeten Lichts liegt, und die optische Lichtsendeeinrichtung
eine Formungseinrichtung zur Formung des Querschnitts des Lichtstrahls
gesendeten Lichts in eine punktasymmetrische Form aufweist.
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Vorzugsweise
umfasst die Lichtsendeeinrichtung ein erstes Prisma und die Lichtempfangseinrichtung
ein zweites Prisma. Die erste reflektierende Fläche ist in einer geneigten
Fläche
eines ersten Prismas gebildet, um das Licht über das erste Prisma auszusenden,
und die zweite reflektierende Fläche ist
an einer Rückseite
der geneigten Fläche
ausgebildet.
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Die
zweite reflektierende Fläche
kann ebenfalls in einer geneigten Fläche des ersten Prismas und
die erste reflektierende Fläche
kann in einer Rückseite
des ersten Prismas ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
weist die Formungseinrichtung eine Blendenplatte mit einer Öffnung auf,
so daß Licht
von dem Lichtsendeelement hindurchgehen kann.
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Die Öffnung in
der Blendenplatte (Diaphragma) kann trapezförmig, dreieckig, fünfeckig,
sternförmig
oder wassertropfenförmig
sein.
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Die
Formungseinrichtung kann ebenfalls eine Reflexionsflächeneinrichtung
mit einer Reflexionsfläche
geeigneter Form, wie beispielsweise trapezförmig oder dreieckig, aufweisen.
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Wenn
ein Eckprisma als reflektierendes Element verwendet wird, ist der
Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts punktsymmetrisch bezüglich des
Lichtstrahles des empfangenen Lichts. Indem der Querschnitt des
Lichtstrahls des gesendeten Lichts punktasymmetrisch gemacht wird, überlappen
daher der Lichtstrahl des gesendeten Lichts und der Lichtstrahl
des empfangenen Lichts nicht vollständig, selbst wenn der optische
Weg des gesendeten Lichts und der optische Weg des empfangene Lichts miteinander
zusammenfallen. Vielmehr erreicht stets ein Teil des empfangenen
Lichts das Lichtempfangselement mittels der optischen Lichtempfangseinrichtung.
Wenn weiterhin die optische Achse so angeordnet ist, daß sie innerhalb
des Lichtstrahles des gesendeten Lichts liegt, tritt selbst in dem
Fall, daß ein
reflektierendes Blatt als reflektierendes Element verwendet wird,
kein Fehler aufgrund der Neigung des reflektierenden Blatts dadurch
auf, daß die
Kollimator-Lage mit der reflektierenden Stelle des gesendeten Lichts
zusammenfällt.
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Die
obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die Erläuterung
des folgenden Ausführungsbeispieles
der Erfindung bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen besser
ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Explosionsansicht der Anordnung eines Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht der genauen Form der Prismen;
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3 eine
Darstellung, die den Zustand zeigt, bei das gesendete Licht und
das empfangene Licht teilweise überlappen;
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4 eine
schematische Ansicht der genauen Form eines Prismas in einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
schematische Ansicht der genauen Form eines Prismas in einem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend
auf 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Objektivlinse. Hinter (d.h. rechts in 1) dieser
Objektivlinse 1 und an einer optischen Achse C der Objektivlinse 1 liegen
ein Okular 2 sowie eine Fokussierlinse 3, die zwischen
der Objektivlinse 1 und einer Fokussierplatte 8 liegt,
die vor (d.h. links in 1) dem Okular 2 liegt.
Durch diese Anordnung wird durch die Objektivlinse 1, das
Okular 2, die Fokussierlinse 3 und die Fokussierplatte 8 ein
Teleskop gebildet, so daß ein
willkürlicher
Punkt längs
einer Verlängerungslinie
der optischen Achse C, die eine Linie ist, die die Mittelpunkte
der Objektivlinse 1 mit dem Mittelpunkt der Fokussierplatte 8 verbindet,
gebündelt
werden kann. Weiterhin ist eine scheibenartige (oder scheibenförmige) transparente
Prismahalteplatte 4 hinter der Objektivlinse 1 vorgesehen.
An der Rückseite
der Prismahalteplatte 4 ist ein erstes Prisma 5 angebracht,
und weiterhin ist ein zweites Prisma 6 an dem ersten Prisma 5 angebracht.
Zwischen diesen Prismen 5 und 6 und der Fokussierlinse 3 ist
ein scheibenähnlicher
dichroitischer Spiegel 7 angeordnet. Dieser dichroitische
Spiegel 7 dient zum Durchlaß von sichtbarem Licht und
zur selektiven Reflexion einer Lichtwelle von Licht, das von einem
lichtsendenden (oder lichtausstrahlenden) Element 52 ausgesendet
wird, das im folgenden beschrieben wird.
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Das
erste Prisma 5 ist mit einer geneigten reflektierenden
Fläche 5a versehen,
die innerhalb des Prismas liegt und die optische Achse C kreuzt.
Unterhalb der reflektierenden Fläche 5a ist
ein sendendes Element 52 durch einen reflektierenden Spiegel 51 optisch
gegenüberliegend
angeordnet. Zwischen dem Lichtsendeelement 52 und dem reflektierenden Spiegel 51 ist
eine Blendenplatte 53 angeordnet, die eine trapezförmige Öffnung 54 aufweist.
Daher wird von dem von dem Lichtsendeelement 52 zu sendenden
Licht der Anteil des Lichts, der durch die trapezförmige Öffnung 54 hindurchgeht,
von dem reflektierenden Spiegel 51 reflektiert, und wird
dann von der reflektierenden Fläche 5a des
ersten Prismas 5 reflektiert, um weiter als gesendetes
Licht Pa durch die Objektivlinse 1 in Richtung eines Eckprismas
R ausgesendet zu werden, das vor der Objektivlinse 1 angeordnet
ist. Der Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts Pa
ist trapezförmig,
was der oben beschriebenen trapezförmigen Öffnung 54 gleicht, und
die optische Achse C liegt innerhalb des Lichtstrahles des gesendeten
Lichts Pa.
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In
dem zweiten Prisma 6 ist eine geneigte reflektierende Fläche 6a gebildet,
die eine Außenfläche des
zweiten Prismas 6 ist. Das empfangene Licht Pb, das von
dem Eckprisma R reflektiert wird, geht durch die Stelle hindurch,
an der das erste Prisma 5 angeordnet ist, wird danach von
dem dichroitischen Spiegel 7 reflektiert und wird darauf
von der reflektierenden Fläche 6a reflektiert.
Das empfangene Licht Pb trifft durch diese Anordnung auf ein Lichtempfangselement 61,
das der reflektierenden Fläche 6a gegenüberliegt.
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Nebenbei
bemerkt, wenn das Eckprisma R als das oben beschriebene reflektierende
Element verwendet wird, stehen der Querschnitt des Lichtstrahles
des gesendeten Lichts Pa und der Querschnitt des Lichtstrahles des
empfangenen Lichts Pb zueinander in einer punktsymmetrischen Beziehung. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird, da der Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts
Pa trapezförmig
ist, das empfangene Licht Pb invers-trapezförmig, wobei jeweils die linke
und die rechte sowie die obere und die untere Seite vertauscht sind. Wenn
andererseits die optische Achse C mit der Mittenaxiallinie des Eckprismas
R zusammenfällt
und wenn das gesendete Licht Pa an den Mittelabschnitt des Eckprismas
R reflektiert wird, fallen der optische Weg des gesendeten Lichts
Pa und der optische Weg des reflektierten Lichts Pb miteinander
zusammen. Da indessen das Trapez punktasymmetrisch ist, wie auch
immer das gesendete Licht Pa und das empfangene Licht Pb wie in 3 gezeigt
miteinander überlappen,
ist gewährleistet,
daß ein
Teil Pr des gesendeten Lichts Pa den dichroitischen Spiegel 7 ohne Überlappung
mit dem gesendeten Licht Pa erreicht und darauf von der reflektierenden
Fläche 6a reflektiert
wird, so daß ein
Teil des empfangenen Lichts Pb auf das Lichtempfangselement 61 trifft.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist das zweite Prisma 6 an einem ersten Prisma 5 angebracht.
Indessen kann auch die folgende Anordnung verwendet werden. Wie
in 4 gezeigt wird durch Verwendung des ersten Prismas 5 allein und
dadurch, daß das Äußere der
geneigten Fläche, in
der die reflektierende Fläche
gebildet ist, als reflektierende Fläche 5b dient, das
reflektierte Licht Pb oder ein Teil Pr davon von der oben beschriebenen reflektierenden
Fläche 5b anstatt
der oben beschriebenen Fläche 6a reflektiert,
so daß das
reflektierte Licht Pb oder ein Teil Pr davon auf das Lichtempfangselement 61 einfällt.
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Weiterhin
kann auch die folgende Anordnung verwendet werden. Wie in 5 gezeigt
ist nämlich das
Innere der Prismahalteplatte 4, die in 4 gezeigt
ist, nach außen
gedreht, so daß das
Prisma 5 auf der Seite der Objektivlinse 1 liegt.
Das Licht zur Übertragung,
das von dem reflektierenden Spiegel 51 reflektiert wird,
wird somit von der reflektierenden Fläche 5b reflektiert,
die die Außenfläche des
Prismas 5 darstellt, so daß es zu dem übertragenden Licht
Pa wird. Das empfangene Licht Pb, das von dem dichroitischen Spiegel 7 reflektiert
wird, wird von der reflektierenden Fläche 5a reflektiert,
die die Innenfläche
darstellt, so daß es
auf das reflektierende Element 61 einfällt.
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Bei
jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird der Querschnitt
des Lichtstrahles des gesendeten Lichts Pa trapezförmig gemacht.
Indessen kann die Form anders als trapezförmig sein, solange sie punktasymmetrisch
ist, sie kann beispielsweise dreieckig, fünfeckig, sternförmig oder wassertropfenförmig sein.
Wenn die oben beschriebene Form verhältnismäßig einfach ist, beispielsweise
trapezförmig
oder dreieckig, kann die Blendenplatte 53 weggelassen werden,
anstelle davon kann die Form der reflektierenden Fläche 5a (5b in 5) trapezförmig oder
dreieckig sein, so daß der
Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts Pa dreieckig
oder trapezförmig
werden kann.
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Da
die vorliegende Erfindung die oben beschriebene Anordnung aufweist,
wird die Abstandsmessung nicht unmöglich, selbst wenn ein Eckprisma
als lichtreflektierendes Element verwendet wird, und daher ist die
Abstandsmessung immer möglich. Da
weiterhin die Anordnung so ist, daß die optische Achse der Objektivlinse
innerhalb des Lichtstrahles des gesendeten Lichts liegt, tritt kein
Fehler auf, selbst wenn das reflektierende Blatt geneigt ist, wenn das
reflektierende Blatt als reflektierendes Element verwendet wird.
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Es
ist ersichtlich, daß das
oben beschriebene elektrooptische Abstandsmeßgerät alle oben beschriebenen Aufgaben
löst und
weiterhin den Vorteil einer großen
kommerziellen Anwendbarkeit hat. Es ist zu verstehen, daß die spezielle
Form der oben beschriebenen Erfindung nur als Beispiel dient, da
gewiße
Modifikationen innerhalb der Offenbarung für den Fachmann ersichtlich
sind.