DE19615601A1 - Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Koaxial- Abstandsmeßgerät, bei dem eine optische Einrichtung an der Lichtsendeseite zur Übertragung oder zum Aussenden von Licht mittels einer Objektivlinse, die ein optisches Kollimatorsystem, d. h. ein optisches Teleskopsystem bildet, und eine optische Einrichtung auf der Lichtempfangsseite zum Empfang von Licht koaxial vorgesehen sind, das mittels der Objektivlinse einfällt, wobei beide Bauteile Teil eines elektrooptischen Abstandsmeßgerätes darstellen.

Ein herkömmliches elektrooptisches Abstandsmeßgerat weist den folgenden Aufbau auf. Moduliertes Licht wird von einer Lichtquelle mittels einer optischen Einrichtung auf der Lichtsendeseite 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 Einrichtung an der lichtempfangenden Seite 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 übertragenem 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 Einrichtung auf der lichtaufnehmenden Seite nicht erreichen kann und daher die Abstandsmessung nicht durchgeführt werden kann.

Als Lösung für diese Art von Problemen ist beispielsweise aus der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung Nr. 319687/1992 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.

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 empfangenen 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.

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.

Angesichts der oben beschriebenen Nachteile hat die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät zu schaffen, das stets eine Messung gestattet und Meßfehler ausschließt.

Zur Lösung der obigen und anderer Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung ein elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät vor mit einer optischen Einrichtung an der Lichtsendeseite, die sich hinter einer Objektivlinse befindet, so daß das Licht von einem Lichtsendeelement von einer ersten reflektierenden Fläche reflektiert wird, die angrenzend an eine optische Achse der Objektivlinse angeordnet ist, um das Licht als gesendetes Licht zu einem reflektierenden Element zu übertragen, das vor der Objektivlinse liegt, einer optischen Einrichtung an der Lichtempfangsseite, die so angeordnet ist, daß das von dem reflektierenden Element reflektierte Licht von einer zweiten reflektierenden Fläche reflektiert wird, die hinter der ersten reflektierenden Fläche angeordnet ist, um es zu einem Lichtempfangselement zu führen, daß hinter der optischen Achse angeordnet ist, wobei die erste reflektierende Fläche so angeordnet ist, daß die optische Achse innerhalb eines Lichtstrahles des gesendeten Lichts liegt, und die optische Einrichtung auf der Lichtsendeseite weiterhin eine Umformungseinrichtung aufweist, um einen Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts in eine punktasymmetrische Form umzuformen.

Vorzugsweise ist die optische Einrichtung an der Lichtsendeseite in einem ersten Prisma ausgebildet und die optische Einrichtung an der Lichtempfangsseite in einem zweiten Prisma. Die erste reflektierende Fläche ist in einer geneigten Fläche eines ersten Prismas zum Übertragen von Licht gebildet, in dem es durch das erste Prisma hindurchgeht, und die zweite reflektierende Fläche ist hinter der geneigten Fläche ausgebildet.

Die zweite reflektierende Fläche kann ebenfalls in der geneigten Fläche des ersten Prismas ausgebildet sein und die erste reflektierende Fläche kann hinter dem ersten Prisma gebildet sein.

Vorzugsweise weist die Umformungseinrichtung eine Blendenplatte auf mit einer Öffnung, so daß Licht von dem Lichtsendeelement hindurchgehen kann.

Die Öffnung in der Blendenplatte (Diaphragma) kann trapezförmig, dreieckig, sternförmig oder wassertropfenförmig sein.

Die Umformungseinrichtung kann ebenfalls eine reflektierende Flächeneinrichtung aufweisen mit einer reflektierenden Fläche von verhältnismäßig einfacher Form, wie beispielsweise trapezförmig oder dreieckig.

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 Lichtstrahles des übertragenen 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 empfangenen Lichts miteinander zusammenfallen. Vielmehr erreicht stets ein Teil des empfangenen Lichts das Lichtempfangselement mittels der optischen Einrichtung an der Lichtempfangsseite. 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.

Die obigen und weiteren Merkinale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Erläuterung des folgenden Ausführungsbeispieles der Erfindung bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Explosionsansicht der Anordnung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der genauen Form der Prismen;

Fig. 3 eine Darstellung, die den Zustand zeigt, bei das gesendete Licht und das empfangene Licht teilweise überlappen;

Fig. 4 eine schematische Ansicht der genauen Form eines Prismas in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht der genauen Form eines Prismas in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Objektivlinse. Hinter (d. h. rechts in Fig. 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 Fig. 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 willkurlicher 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.

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.

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.

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 Fig. 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.

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 Fig. 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.

Weiterhin kann auch die folgende Anordnung verwendet werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist nämlich das Innere der Prismahalteplatte 4, die in Fig. 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.

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 Fig. 5) trapezförmig oder dreieckig sein, so daß der Querschnitt des Lichtstrahles des gesendeten Lichts Pa dreieckig oder trapezförmig werden kann.

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.

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.

Claims (7)

1. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerat mit:
einer optischen Einrichtung an einer Lichtsendeseite, die sich hinter einer Objektivlinse (1) befindet, so daß Licht von einem Lichtsendeelement (52) an einer ersten reflektierenden Fläche reflektiert wird, die angrenzend an eine optische Achse (C) der Objektivlinse (1) angeordnet ist, um Licht als gesendetes Licht (Pa) zu einem reflektierenden Element (R) auszusenden, das vor der Objektivlinse (1) angeordnet ist;
einer optischen Einrichtung auf der Lichtempfangsseite, die so angeordnet ist, daß das empfangene Licht (Pb), das von dem reflektierenden Element (R) reflektiert wird, an einer zweiten reflektierenden Fläche reflektiert wird, um es zu einem Lichtempfangselement (61) zu führen, das außerhalb der optischen Achse (C) angeordnet ist;
wobei die erste reflektierende Fläche so angeordnet ist, daß die optische Achse (C) innerhalb eines Lichtstrahles des übertragenen Lichts (Pa) liegt; und
die optische Einrichtung an der Lichtsendeseite weiterhin eine Umformungseinrichtung zur Umformung eines Querschnitts des Lichtstrahles des gesendeten Lichts (Pa) in eine punktasymmetrische Form aufweist.

2. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem die optische Einrichtung auf der Lichtsendeseite in einem ersten Prisma (5) und die optische Einrichtung an der Lichtempfangsseite in einem zweiten Prisma (6) gebildet ist.

3. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste reflektierende Seite in einer geneigten Fläche eines ersten Prismas (5) gebildet ist, um das Licht durch den Durchgang durch das erste Prisma (5) zu senden, und bei dem die zweite reflektierende Fläche an einer Rückseite (5b) der geneigten Fläche (5a) gebildet ist.

4. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite reflektierende Fläche in einer geneigten Fläche eines ersten Prismas und die erste reflektierende Fläche in einer Rückseite des ersten Prismas gebildet ist.

5. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Umformungseinrichtung eine Blendenplatte (54) aufweist, die eine Öffnung zum Durchlaß von Licht von dem Lichtsendeelement (53) aufweist.

6. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach Anspruch 5, bei dem die Öffnung trapezförmig, dreieckig, fünfeckig, sternförmig oder wassertropfenförmig ist.

7. Elektrooptisches Koaxial-Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Umformungseinrichtung eine Reflexionsflächeneinrichtung aufweist, die eine Reflexionsfläche von verhältnismäßig einfacher Form, wie beispielsweise trapezförmig oder dreieckig, aufweist.