DE1623539A1

DE1623539A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kopplung eines Theodoliten oder Tachometers und eines Entfernungsmessers

Info

Publication number: DE1623539A1
Application number: DE1967S0107774
Authority: DE
Inventors: Claude Picou
Original assignee: RECH S ET CONST ELECTRONIQUES
Current assignee: RECH S ET CONST ELECTRONIQUES
Priority date: 1966-01-10
Filing date: 1967-01-07
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE1623539B2; US3520611A; FR1474825A; DE1623539C3; GB1154150A

Description

Sooiete d'Etudes, Beoherohes

Constructions Electroniqueas

- Seroel -

96, Avenue Verdier

Montrouge/Seine/Prankreioh

Unser Zeichens S 2268

Verfahren und Vorriohtung zur Kopplung eines Theodoliten oder Taohometera uad eines Entfernungsmeasers«

Entfernungen können sehr genau durch Messung der Laufzeit einer elektromagnetischen Welle (sichtbar oder infrarot) bestimmt werden^ die von einem Endpunkt der Entfernung ausgeht, an einem am anderen Ende der Entfernung angeordneten Reflektor reflektiert wird und an einem in der Hihe des Ausgangepunkte angeordneten Funkt empfangen wird.

Sei/Hö/mi

Die

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Die Entfernung wird über die Phasendifferenz einer Spannung gemessen_s äi© zoy Modulation der Intensität der abgestrahlten Welle dianto

Ein derartiges System zur Entfernungsmessung ist "beispielsweise in der deutschen Patentschrift «»,o» (Patentanmeldung S 106 638 IXb/42c) beschrieben.

* Die verwendete Apparatur weist im wesentlichen eine Sendeoptik s ein© Empfangsoptik und verbundene elektrische Vorrichtungen aufο Die beiden optischen Vorrichtungen sind den auf diesem Gebiet von ue.ometem zur ETiveau- oder Winkelmessung bereits verwendeten Vorrichtungen ähnlich.

Es wäre nun interessant, @ia© n&n® Vorrichtung au schaffen, mit der gleichzeitig Winkel und Entfernungen gemessen werden können. Bei der Winkelmessung wird ein Xheoäolit oder t ein Tachometer verwendet*

Man könnte nebeneinander auf ein und demselben Rahmen das fernrohr eines Theodoliten und die optieohsn Sende- und Bmpf&ngssysterne des Entfernungsmesser anordnen» doch würde auf diese Weiae nur eine sohwtre und teure Lösung

geschaffen werden.

Erfindung-a«3iäas

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Erf indungsgemäss wird- di© fesamtvorrichtung dadurch vereinfacht, dass ein© der Öptikan mit einer Boppelfmotion versehen wird, nämlich . ;

1) der üblichen Funktion der Optik im lall© der Winkelmessung und

2) einer der Funktionen bei der Entfernungsmessung, des Sendens oder des Empfangene.

Im lalle der erfindungsgemässen Verwendung von infraroten Wellen muss als Empfänger eine Fotodiode verwendet werden. Eine Empfangsfotodiode weist nun bekanntlich als Funktion der Lichtintensität variierende Charakteristiken auf. Um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erhalten^ muss diese Fotodiode daher "bei mögXlelaet &o&@tant@r Beltuohtung "betriehen

Deshalb verbindet man gemäes einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung die Funktionen des optischen Systems des Iheodoliten mit denjenigen des Sendesystems der Entfernungemessung und nicht mit derjenigen des Empfangssystems.

Ausserdem kann sich bei einem !Theodoliten bekanntlich das Visierfernrohr zur Einstellung des Neigungswinkels um eine horizontale Achse und zur Einstellung de© Aaimut-Winkels um eine vertikale Achse drehen.

Daraue 1 0S811/Q2 33

Daraue folgt, dase bei der einfachen Lösung, nämlioh die Sendeliohtquelle (vorzugsweise eine Infrarot-Emissionsdiode) sowie die Empfangs-Fotodiode in den entsprechenden Brennpunkten der Sende- bzw. Empfangeoptiken anzuordnen, zwei Paare elektrischer Gelenkverbindungen vorhanden sein müssen, um einerseits die Bewegungen der Neigung und andererseits die Bewegungen des Azimuts zu ermöglichen.

Derartige Verbindungen machen nun das Gerät wesentlich schwerer und bringen im übrigen Phasenfehler ein, die die Messungen stören.

G-emäss einem ersten Merkmal der Erfindung werden die elektrischen Verbindungen gänzlich vermieden, und zwar mit Hilfe einer Anordnung von Teilen, die es gestattet, sowohl die Sendediode als auch die Empfangsfotodiode in bezug auf den Rahmen der Vorrichtung auf die Dauer in fixierter Weise anzuordnen.

Zur Erreichung dieses Ergebnisses und gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Sendeoptik durch einen unter 45° zur optischen Achse des Instruments angeordneten Spiegel ergänzt, wenn die Vorrichtung zur Entfernungsmessung verwendet wird. Mit Hilfe dieses Spiegels können sichtbare odtr infrarot· Strahlen in Form

eines 108811/0233

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eine's kegelförmigen Bündels mit zur horizontalen Ne igungsdrehachse konzentrischer Achse verwendet werden, wobei dieses Bündel über den Spiegel in die Richtung der optischen Achee des Instruments gelenkt wird.

Zu diesem Zweck schneidet die optische Achse der Entfernungsmesser-Sendevorriohtung (gleiohzeitig die optische Achse des Theodoliten) die horizontale Neigungsdrehachse, und die Reflektionsebene des Spiegels verläuft durch diesen Schnittpunkt.

Ausserdem weist auch die Empfangsoptik einen unter 45° angeordneten Spiegel auf, der das empfangene parallele Lichtbündel als kegelförmiges Liohtbündel reflektiert, bei dem die Achse mit der Neigungsdrehaohse zusammenfällt.

Um das Instrument als Theodoliten verwenden zu können, ist der Spiegel im Sendeteil bei der Theodolitenposition aussohwenkbar.

Die obige Anordnung löst das Problem der Verbindungen auf grund der Drehung in der Neigung«

Um dft· Problem dtr Verbindung!«, *uf or und dt? Drehung im Azimut sn lösen, wird auf arund tinte weiteren Merkmale

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der Erfindung ein Paar optischer deformierbarer Fasern (lichtleiter) verwendet, bei denen das eine Ende konzentrisch zur lieigungsdrehaohse und das andere Ende fest mit dem Rahmen der Vorrichtung verbunden ist· Diese Fasern^ sind in neutraler Stellung lose angeordnet und ermöglichen eine Deformation ohne übermässige Belastung, wenn die Gesamtheit des optischen. Systems um maximal eine Umdrehfeung (oder ein wenig mehr) um die vertikale Achse gedreht wird.

Die Erfindung soll nun nooh näher an Hanel einer bevorzugten Aueführungeform unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung beschrieben warden:. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematiaohe Ansicht der ganzen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht länge einer Ebene, die aus den optisohen Achsen der Sende- und Empfangssysteme aufgespannt wird und

Fig* 3 eine sohematlache Ansioht mit den deformierbaren Lichtleitern.

In den Figuren beziehen sioh gleiohe Biaagaziffern auf gleiche

Es sei nun *uf ?if, 1 Besug genommen· £1· Vorrichtung

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weist eine Optik 1 auf. Dies· Optik hat eine doppelte Funktion* nämlioh ale ihüodolitenoptik und als Sendesystem des EntfernungsmesBers. Sie Vorrichtung weißt auaeerdem eine Empfangsoptik 3 des Bntfernungsmessystems auf. Bie beiden Optiken sind fest miteinander verbunden und bilden mechanisch eine Einheit. Die optische Achse 4 des Systems 1 und die optische Achse 5 des Systems 3 sind zueinander parallel» Die gesamte Vorrichtung wird iron #inem Dreibein 10 getragen. Zur Ermög- f liohung der Keigungsbewegungen kann die mechanische Verbindung 1-3 um eine horizontale Achse 6 gedreht werden» die die Achsen 4 und 5 schneidet. Zu diesem Zweck sind an der Anordnung "1-3 angeordnete Achsen drehbar in einem Bügel θ gelagert. Dieser Bügel 8 seinerseits kann um eine vertikale Achse 7* die vorzugsweise duroh den Sohnittpuakt der Achsen 4 und 6 verläuft₉ um ein® Halterung 9 gedreht werden» die an dem lireibein 10 befestigt ist. In Fig. 2 sind im Schnitt die Sende- bzw. Empfangs- ι Systeme 1 bzw. 3 dargestellt· Das Empfangesystem 3 weist eine Optik'auf, in deren Brennpunkt ein Spiegel 23 unter 45° angeordnet ist. Dieser Spiegel reflektiert das empfangene kegelförmig« Liohtbttndel als «in Liohtbündsl, dessen loh·· mit der hori«ontfcl«nIJeigunge drehachse 6 zusammenfällt* Ein* Mn·· £4 phokueeiert die Strahlen auf das lndVi$ einer optischen Ta· tr, die k one t nt r is oh eur Ash·· 6 »ngtordnet lit. DIt Anordnung 1-3 kann sur Ein-

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^W 1Ο··!1/023ί

Stellung der Neigung in lagern 21, 22 gedreht werden. Das optische Sendesystem, das gleichzeitig als Optik für den Theodoliten dient, weist einen durch die Linse 11 symbolisch dargestelltes Objektiv, eine Übertragungsoptik 12 zur Aufnahme des Bildes und ein Okular 13 auf.

Ein Spiegel 15 kann bei,der Theodolitenstellung in die Position 16 weggeschwenkt werden. Beim Betrieb als Entfernungsmesser befindet sich der Spiegel in der Position 14. Zu diesem Zweck ist der Spiegel 15 auf einem leichten Arm des beweglichen Teiles eines Galvanometers 17 angeordnet, dessen Drehachse senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Dieser Teil wird elektrisch über flexible Leitungen 31 von aussen gesteuert, die bei 30 in das Gehäuse des Sendesystems führen. Bei Verwendung eines derartigen Einstellsystems werden die durch eine Einstellung von Hand erzeugten und für die Präzision der Apparatur schädlichen StÖsse vermieden. Beim Betrieb als Entfernungsmesser kommt das Sendeliohtbündel am Ende 18 einer optischen Paser an, deren Ende konzentrisch zur Achse 6 verläuft, und da die Punktion einer Lichtquelle besitzt. Die abgestrahlte Welle wird mit Hilfe einer durch die Linse 19 symbolisch dargestellten Hilfsoptik phokussiert. Der Punkt H ist über ■ die Optik 19 zaun Punkt 18 konjugiert, so dass man sich die Infrarot-Lichtquelle als im Punkt H befindlich denken

kann 109811/0233

kann, d.h. im Brennpunkt des qabisehen Systems 11₅ von dem zur Entfernungsmessung ein paralleles Liohtbü&del durch das Semdesystem geschaffen wird.

Bei Entfernungameasteilung des Spiegels 15» d,jh, wenn dieser nicht verschwenkt ist, schickt die Lichtquelle ein Bündel paralleler Licht strahlen zum Zielpunkt« Dieses wird reflektiert, gelangt zum optischen Empfangssystem 3 zurück, in dessen Brennpunkt sioh der Spiegel 23 befindet, von dem aus über die Linse 24 auf das Bnde 25 der optischen Faser eine Abbildung erfolgt.

In Theodolitenstellung dagegen ist der Spiegel 15 in die Stellung 16 verschwenkt. Die Anordnung 1 wird nun wie ein gewöhnlicher Theodolit verwendet, wobei die Optik 19 sich ausserhalb dea von der Optik 11 zur Übertragungaoptik 12 verlaufenden Lichtkegels befindet«

Es sei nun auf Pig. 3 Bezug genommen. In dieser Figur ist die Anordnung der optischen Fasern (Lichtleitern) βohθmatiβoh dargestellt. 1 und 3 stellen widder di· Sendebzw. Empfangsiysterne mit den Enden 18 und 25 der op» tisohen Fasern dar. 31 let die optiaohe Sendefaser, deren Ende 18 auf der Achse 6 angeordnet ist, und die eine Sohltif· 35 aufweist· Das untere Ende 55 der Faser

BAD

- ίο -

ist am Bafemen der Vorrichtung befestigt. Die Sendediode 36 ist mit diesem End® verbunden. Die optische Empfängerfaser 32 ist mit ihrem Ende 25 auf der Achse β angeordnet. Dies« laser 32 weist ebenfalls eine Schleife 34 auf. Das Ende 37 der laser ist am Rahmen der "Vorrichtung befestigt. Die lotoempfangsdiode 38 ist mit dem Ende 37 verbunden.

" Statt mit den optischen lasern zu arbeiten, kann man die entsprechenden Dioden auch direkt bei 18 bzw. 25 anordnen.

Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art muss vor einer Entfernungsmessung die Vorrichtung geeicht werden, damit die Vorrichtung sicher dsn Wert IuIl für ein von 18 ausgehendes und direkt nach 25 verlaufendes Liohtbündel anzeigt»

Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird diese Eichung in sehr einfacher Weise dadurch ermöglicht, dass zwei kleine Öffnungen in die Gehäuse der Systeme 1 und 3 gebohrt werden* Die Mitten ä.%r Öffnungen werden auf der Aoha· 6 Angeordnet. Man kann in den Zwi~ ■ohenraum sstisohem 1 und 3 &uoh eint Optik 2? jinordnen,

BAD ORIGJNAt ί ^

die im Punkt 14 konvergierenden Lichts trahlen aufnimmt und im Punkt - 28· wieder konvergieren lässt. Um das gewünschte Ergebnis zu er sielen, wird der Spiegel 23 ein wenig transparent ausgebildet, Während des Eiehens "befindet sich der Spiegel 15 natürlich in der verschwenkten Stellung 16_C

Während des Eiehens empfängt die Impfangsdiode, genau ■ wie "bei der Messung, das Licht des den Aufpunkt umgebenden Himmels. Aus diesem (Jrunde sind die elektrischen Para meter der !Fotodiode "bei der Eichung und bei der Messung dieselben, und dies stellt ein weiteres Merkmal der Erfindung dar·

Damit wstaend der Entfernungsmessung iron- 18 Licht nicht direkt über die oben beschrieben© öffnung zum Ende 25 gelangt, wird der Spiegel 15 ausreichend gross gebaut, damit kein direkter Strahl durch diese Öff nungen in den Gehäusen 1 und 3 hindurchgelangen kann. Diese Öffnungen stellen gleichzeitig Blenden für das diffuse Licht dar»

Patentansprüche

109811/0233 BAD ORIGINAL ■^

Claims

Patentansprüche

1. Kombination öinee Theodoliten oder Tachometers mit einem Entfernungsmesser, bei welchem die Entfernung mit Hilfe der Laufzeit von Liohtwellen, voraugsweise infraroten, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik des Theodoliten eine doppelte Funktion, nämlich die der normalen Theodolitenoptik und die einer Optik des Entfernungsmessers hat, in dem ein versohwenkbarer Spiegel eingebaut wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass di© Optik mit doppelter Funktion des Entfernungsmessers die Sendeoptik ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindungen der von den Einrichtungen zur Umwandlung elektrischer Spannungen in Lichtstrahlen und umgekehrt ausgehenden Anschlüsse vollständig oder teilweise dadurch vermieden werden, dass die verwendeten Lichtbündel optisoh mit Hilfe von Spiegeln in Lichtbündel umgewandelt werden, deren Achsen mit der Neigungsdrehachse des Theodoliten zusammenfällt,

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fällt und dass gegebenenfalls optische Fasern (Lichtleiter) jeweils mit ihrem einen Ende konzentrisch zu dieser Drehachse angeordnet und mit ihrem anderen Ende an einem Rahmen befestigt werdeni wobei die Einrichtungen zur Umwandlung elektrischer Spannungen in Lichtstrahlen und umgekehrt mit den an dem Rahmen befestigten Enden verbunden sind*

4. Vorrichtung nach einem der AnsprÜohe 1 bis 5, dadttroh gekennzeichnet, dass zum Eichen der Vorrichtung in der Umgebung der Heigungsdrehachse Öffnungen derart in die Gehäuse gebohrt sind, dass vom Sendeteil ausgehende Lichtstrahlen direkt zum Empfangsteil gelangen können.

5. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass der verschwenkbare Spiegel auf dem beweglichen (Teil eines Steuergalvanometers angeordnet ist.

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Λ.

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