DE2243509C3 - Theodolite - Google Patents
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Description
3°3 °
Die vorliegende Erfindung betrüit einen Theodoliten, mit mindestens zwei visuell ablösbaren Skalen-Ablesestellen für die Meßwerte, einer batteriegespeisten elektrischen Beleuchtungseinrichtung, die eine eigene Lichtquelle für jede Skalen-Ablesestelle enthält, und einer Ableseoptik für die Skalen-Ablesestellen.The present invention relates to a theodolite with at least two visually detachable scale reading points for the measured values, one battery-powered electrical lighting device containing a separate light source for each scale reading point, and reading optics for the scale reading points.
Zahlreiche optische Vermessungsinstrumente enthalten Skalen, wie z. B. Teilkreise, die bei der Benutzung des Instruments visuell abgelesen werden müssen. Insbesondere trifft dies auf Theodolite zu, die stets mit mindestens je einem Teilkreis zur Messung von Horizontal- und/oder Vertikalwinkeln ausgerüstet sind. Es ist bekannt, solche Skalen mittels Tageslicht zu beleuchten, sei es mit unmittelbarer Lichteinstrahlung, sei es über eine Beleuchtungsoptik (US-PS 25 52 893). In der Praxis ergeben sich hieraus stets Schwierigkeiten, da die Beleuchtungsintensität von Wetter. Tageslicht. Aufstellungsort und Richtung abhängt und daher stark schwankt.Many optical surveying instruments contain scales such as B. Part circles when using must be read visually on the instrument. This applies in particular to theodolites, which always have at least one pitch circle each for measuring horizontal and / or vertical angles are equipped. It is known to illuminate such scales with daylight, be it with direct light irradiation, be it via lighting optics (US-PS 25 52 893). In practice, this always results in difficulties because the Illumination intensity from weather. Daylight. Location and direction depends and therefore strong fluctuates.
Es ist auch bereits aus der US-PS 33 82 756 bekannt, eine ein- oder angebaute elektrische Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Skalen eines Vermessungsinstruments zu verwenden. Die zur Beleuchtung verwendeten Glühbirnen haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ viel Wärme entwickeln, die zur Verformung und damit zu Meßfehlern Anlaß gibt. Außerdem ist die Beleuchtungsoptik verhältnismäßig aufwendig.It is also already known from US-PS 33 82 756, a built-in or built-in electrical lighting device for illuminating the scales of a Use surveying instrument. However, the lightbulbs used for lighting have the Disadvantage that they develop a relatively large amount of heat, which gives rise to deformation and thus to measurement errors. In addition, the lighting optics are relatively complex.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 17 65 172 ist weiterhin ein Kinotheodolit bekannt, bei dem Bilder des Seiten- und Höhenkreises in die zugehörige Filmkamera eingeblendet werden. Die Beleuchtung des Seiten- und Höhenkreises erfolgt dabei jeweils durch eine eigene Blitzlampe. *5From the German utility model 17 65 172 is also known a cinema theodolite, in which images of the lateral and vertical circles are faded into the associated film camera. The side and height circles are each illuminated by a own flash lamp. * 5
Ein bekannter Präzisionstheodolit ist mit einem Schaltkasten versehen, der Schaltmöglichkeiten für die Gesichtsfeldbeleuchtung des Fernrohrs, für Dauerbeleuchtung der Ablesestellen und für kurzzeitige Beleuchtung und gleichzeitige Registrierung der Ablesestellen aufweist (Prospekt »Präzisionstheodolit nach GIGAS«. Bauart Tpr mit photographischer Registrierung der Kreis- und Libellenablesungen, Askania-Werke Berlin-Mariendorf).A well-known precision theodolite is provided with a switch box that provides switching options for the Field of view illumination of the telescope, for permanent illumination of the reading points and for short-term illumination and simultaneous registration of the reading points (prospectus »Precision theodolite according to GIGAS «. Type Tpr with photographic registration of the circle and dragonfly readings, Askania-Werke Berlin-Mariendorf).
Aus der Zeitschrift »Internationale elektronische Rundschau« 1971 Nr. I. S. 1 bis 7, ist es bekannt, daß Halbleiter-Leuchtdioden für Ablesezwecke, illuminierte Skalen usw. benutzt werden können.It is known from the magazine "Internationale Elektronische Rundschau" 1971 No. I. pp. 1 to 7 that Semiconductor light emitting diodes for reading purposes, illuminated scales, etc. can be used.
Aus dem Prospekt »Geodimeter 700« der Fa. AGA Geotronics AB, Publikarionscode 571.2010 ist ein Vermessungsinstrument mit elektro-optischer Meßwertabfosevorrichtung bekannt, die eine Halbleiter-Leuchtdiode als Lichtquelle, eine Codierscheibe mit zwei Codestrichkreisen, eine Oberlagerungsoptik und zwei Photodioden, an die eine elektronische Auswetteschaltung angeschlossen ist, enthält Die Meßwerte werden hier also nicht visuell abgelesen.From the brochure "Geodimeter 700" from AGA Geotronics AB, Publikarionscode 571.2010 is a surveying instrument with electro-optical Meßwertabfosevorrichtung known, which has a semiconductor light-emitting diode as a light source, a coding disk with two Code lines, overlay optics and two photodiodes, to which an electronic evaluation circuit is connected, contains the measured values not read visually here.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches Vermessungsinstrument der eingangs genannten Art anzugeben, das im Aufbau und Betrieb wirtschaftlicher ist als die bekannten optischen Vermessungsinstrumente.Based on this prior art, the invention is based on the object of providing an optical Specify measuring instrument of the type mentioned at the beginning, which is more economical to set up and operate is known as the optical surveying instruments.
Diese Aufgabe wird durch einen Thodoliten der eingangs genannten Art gelöst das gekennzeichnet ist durch die Kombination folgender Maßnahmen:This object is achieved by a thodolite of the type mentioned at the beginning, which is characterized by combining the following measures:
a) Die Lichtquelle ist eine Halbleiter-Leuchtdiode, die in einem schmalen Emissionsband im sichtbaren Spektralbereich emittiert,a) The light source is a semiconductor light-emitting diode that emits in a narrow emission band in the visible spectral range,
b) die Ableseoptik enthält monochromatische Linsen, die für das Emissionsband der Leuchtdioden ausgelegt sind, undb) the reading optics contain monochromatic lenses, which are designed for the emission band of the light emitting diodes, and
c) die Halbleiter-Leuchtdioden sind mit der Batterie über einen Zeitschalter verbunden, dessen Einschaltdauer auf die zur Meßwertablesung erforderliche Zeitdauer einstellbar isvc) the semiconductor light emitting diodes are with the battery connected via a time switch, the duty cycle of which is adjustable to the time required for reading the measured value
Wegen der einfachen, monochromatischen Optik ist das vorliegende Vermessungsinstrument wesentlich billiger in der Herstellung als die bekannten Vermessungsinstrumente, die eine farbkorrigierte Ablese- und gegebenenfalls auch Beleuchtungs-Optik benötigen. Die Leuchu! öden entwickeln praktisch keine Wärme und können daher in der Nähe oder, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung unmittelbar hinter der Ableseskala angeordnet werden, ohne daß die Gefahr von Meßfehlern besteht.Because of the simple, monochromatic optics, the present surveying instrument is significantly cheaper to manufacture than the known surveying instruments, which have a color-corrected reading and possibly also require lighting optics. The Leuchu! barren develop practically none Heat and can therefore be close or, according to a preferred embodiment of the invention can be arranged immediately behind the reading scale without the risk of measurement errors.
Trotz der bei Theodoliten mit visueller Ablesung bisher unUblichen Verwendung getrennter Lichtquellen für jede Meßwert-Ablesestelle ist der Verbrauch elektrischer Leistung erheblich geringer als bei Verwendung einer einzigen Glühlampe zur Beleuchtung aller Meßwert-Ablesestellen. Man kann z. B. Leuchtdioden verwenden, die mit einer Wellenlänge von 650 nm bei 40 nm Halbwertsbreite emittieren und bei einer reduzierten, jedoch ausreichenden Leistungsaufnahme von 8 mW eine für die Ablesung von Skalen ausreichende Leuchtdichte ergeben. Bei einer Batteriekapazität von 1 Ah, wie sie derzeit praktisch verfügbar ist, und mit dem die Einschaltdauer automatisch begrenzenden Zeitschalter ergibt sich für einen durchschnittlichen Instrumentengebrauch eine Batterie lebensdauer von 120 Arbeitstagen.Despite the hitherto uncommon use of the theodolites with visual readings, separate Light sources for each measured value reading point, the consumption of electrical power is considerably lower than with Use of a single incandescent lamp to illuminate all measured value reading points. You can z. B. Use light-emitting diodes that emit with a wavelength of 650 nm at a half-width of 40 nm and with a reduced but sufficient power consumption of 8 mW one for reading scales result in sufficient luminance. With a battery capacity of 1 Ah, as is currently practically available and the timer, which automatically limits the operating time, results in a battery for average use of the instrument service life of 120 working days.
Auch qualitativ hat die Beleuchtung der Ablesestellen durch Halbleiter-Leuchtdioden einen erheblichen Vorteil, da dem Auge ein stets gleich lichtstarkes und gleichfarbiges Ablesebild dargeboten wird. Hier-The illumination of the reading points by means of semiconductor light-emitting diodes also has a considerable advantage in terms of quality, since the eye always has the same light intensity and the same-colored reading image is presented. Here-
durch ist die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ablesung einschließlich der mitunter schwierigen dezimalen Schätzung von Skalenintervallen gleichbleibenden Bedingungen unterworfen. Damit wird nicht zuletzt auch der Ermüdung des Auges vurgebeugt. Monochrornatisches Licht läßt ferner eine besonders kontrastreiche Abbildung zu, die eine Voraussetzung hoher Ablesegenauigkeit is~through is the accuracy and reliability of the reading including the sometimes difficult decimal estimation of scale intervals under constant conditions subject. Last but not least, this also prevents eye fatigue. Monochrome Light also allows a particularly high-contrast image, which is a prerequisite for high reading accuracy is ~
In der Zeichnung ist als Anwendungsbeispiel der Erfindung ein Theodolit mit Glaskreisen dargestellt.In the drawing, a theodolite with glass circles is shown as an application example of the invention.
Der dargestellte Theodolit enthält einen üblichen, zur Aufstellung dienenden Dreifuß 1 und ein Instrumentenoberteil 2, das um eine Stehachse drehbar ist. an welcher ein bezüglich des Dreifußes feststehender Horizontalkreis 3 befestigt ist. Ein zum Oberteil gehöriger doppelseitiger Fernrohrträger 4 nimmt über eine Kippachse ein im Querschnitt dargestelltes Fernrohr 5 auf. An der Kippachse ist ein Vertikalkreis 6 befestigt, der sich also zusammen mit dem kippbaren Fernrohr dreht Für die Ablesesteile des 1 lorizonialkreises 3 und » des Vertikalkreises 6 ist jeweils eine Leuchtdiode 7 bzw. 8 vorgesehen. Die Dioden sind jeweils in der der Ableseoptik gegenüberliegenden Seite so angeordnet, daß die Hauptstrahlungsrichtung der Leuchtdiode den betreffenden Kreis rechtwinklig durchsetzt und in die Ableseoptik fällt Von beiden Kreisablesesteilen entsteht in der Ebene einer Strichplatte 9 eine Zwischenabbildung, die über ein im vorliegenden Anv.endungsbeispiel gewinkeltes Ablesemikroskop 10 betrachtet werden kann.The theodolite shown contains a conventional tripod 1 and an instrument upper part 2, which can be rotated about a standing axis. at which one fixed with respect to the tripod Horizontal circle 3 is attached. A double-sided telescope carrier 4 belonging to the upper part takes over a Tilt axis on a telescope 5 shown in cross section. A vertical circle 6 is attached to the tilt axis, which rotates together with the tiltable telescope For the reading parts of the 1 horizontal circle 3 and » of the vertical circle 6 a light emitting diode 7 or 8 is provided in each case. The diodes are each in the Reading optics opposite side arranged so that the main direction of radiation of the light-emitting diode relevant circle interspersed at right angles and falls into the reading optics of both circle reading parts arises in the plane of a reticle 9 is an intermediate image, which in the present application example angled reading microscope 10 can be viewed.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ableseskalen aus Glas und die Leuchtdioden sind jeweils direkt hinter den Ablesestellen angeordnet. Statt dessen kann auch zwischen dem Kreis und der Leuchtdiode eine Beleuchtungsoptik mit optischen Elementen. wie z. B. Linse oder Spiegel, angeordnet sein. Dadurch, daß jeder einzelnen Ablesestelle eine eigene Diode zugeordnet ist wird eine hohe Beleuchtungsstärke gewährleistet.In the illustrated embodiment, the reading scales are made of glass and the light-emitting diodes are each arranged directly behind the reading points. Instead, between the circle and the light-emitting diode an illumination optics with optical elements. such as B. lens or mirror, be arranged. Through this, the fact that each individual reading point is assigned its own diode results in a high level of illuminance guaranteed.
Da die zur Beleuchtung der Ablesestellen verwendeten Halbleiter-Leuchtdioden eine im wesentlichen monochromatische Strahlung liefern, werden für die Skalenableseoptik monochromatische Linsen verwendet, die auf die Wellenlänge der 1 euchldioden abgestimmt sind Hierin ist ein ganz besonderer Vorteil zu sehen, da monochromatische Linsen unvergleichlich einfacher und in der Herstellung billiger sind als Linsen bzw. Linsensysteme, die für einen größeren Wellenlängenbereich einwandfrei abbilden müssen. Während man für die Skalenableseoptik bei optischen Vermessungsinstrumenten bisher sogenannte Achromaten verwenden mußte, genügen hier einfache, unverkittete Linsen. Bei dem dargestellten Ausführungsbetspiel besteht die Ableseoptik aus Linsen U und 12. d'e die Horizontalkreis-Ablesestelle abbilden, und einem zur Ablesung des Vertikalkreises d'enenden System aus einem Prisma 13 und Linsen 14, IS. Beide Strahlengänge werden durch ein außen reflektierendes Prisma 16 vereinigt und auf die bereits erwähnte Strichplatte 9 abgebildet.Since the semiconductor light-emitting diodes used to illuminate the reading points are essentially a deliver monochromatic radiation, monochromatic lenses are used for the scale reading optics, which are matched to the wavelength of the 1 euchldioden. This is a very special advantage see that monochromatic lenses are incomparably simpler and cheaper to manufacture than lenses or lens systems that have to image perfectly for a larger wavelength range. While So far, so-called achromatic lenses have been used for the scale reading optics in optical measuring instruments had to use, simple, non-cemented lenses are sufficient here. In the illustrated Ausführungsbetspiel the reading optics consists of lenses U and 12. d'e map the horizontal circle reading point, and one for reading the vertical circle of the end system consisting of a prism 13 and lenses 14, IS. Both beam paths are united by an externally reflecting prism 16 and onto the reticle 9 already mentioned pictured.
Um die Vorteile der Beleuchtung durch Halbleiter-Leuchtdioden voll auszunutzen, enthält die Stromversorgung für die Dioden einen Zeitschalter, dessen Einschaltdaurr auf die zur Skalenablesung benötigten Zeitdauer eingestellt werden kann. Ein solcher 6$ Zeitschalter erleichtert niuht nur dem Benutzer die Bedienung, d. h, er erspart ihm das Wiederausschalten der Ablesestellenbeleuchtunp, sondern stellt auch sicher.In order to fully utilize the advantages of the lighting by means of semiconductor light-emitting diodes, the power supply for the diodes contains a time switch, the duration of which can be set to the time required for reading the scale. Such a 6 $ time switch does not only make the operation easier for the user, i. h, it saves him having to switch off the reading point lighting, but also ensures.
daß die Batterie auch ohne besonderes Augenmerk rur minimal beansprucht wird. In Verbindung mit dem ohnehin schon geringen Leistungsbedarf der Dioden ist dadurch eine lange Batterielebensdauer gewährleistet.that the battery rur even without special attention is minimally stressed. In connection with the already low power requirement of the diodes this ensures a long battery life.
Der Zeitschalter ist zweckmäßigerweise aus elektronischen Bauelementen aufgebaut und kann einen Trigger enthalten, der beim Ausschalten die Batterie über einen Schalttransistor von der übrigen Schaltung trennt. Der Trigger sperrt bei einem bestimmten Ladezustand eines Kondensators. Der Vorteil einer solchen Schaltung ist eine völlig Trennung der Batterie von den möglichen Stromentnahmestellen und somit auch die Vermeidung von ungewolltem Verbrauch.The time switch is expediently constructed from electronic components and can contain a trigger that when the battery is switched off via a switching transistor from the rest of the circuit separates. The trigger locks when a capacitor reaches a certain state of charge. The advantage of such Circuit is a complete separation of the battery from the possible power take-off points and thus also the avoidance of unwanted consumption.
Zur Einstellung der Einschaltdauer dient ein Potentiometer. Dieses bildet einen Teil eines Spannungsteilers und steuert die Schwtllenspannung des Trigger-Transistors. Es kann bei der Montage und Instrumen'enjustierung von Hand so eingestellt werden, daß die Einschaltdauer der L ,chtdioden 1. B. 30 Sekunden beträgtA potentiometer is used to set the duty cycle. This forms part of a voltage divider and controls the threshold voltage of the trigger transistor. During installation and adjustment of the instruments, it can be set manually so that the duty cycle of the light diodes is 1. B. 30 seconds
Die gesamte Elektronik ist auf einer einzigen Leiterplatte mit einer Steckerleiste montiert, was eine raumsparende, wirtschaftliche Unterbringung im Instrument ermöp'Jcht. Beim dargestellten Beispiel ist eine zur Einschaltung der Leuchtdioden dienende Drucktaste 18 bequem zugänglich an der Oberseite einer der Fernrohrstützen 4 angebracht und durch Kabel 19 mit der Leiterplatte 17 verbunden. Diese ist ir. dieser Fernrohrstütze untergebracht und enthält alle elektronischen Bauteile, ferner die Anschlüsse für die Drucktaste 18. für die Batterie und für die Leuchtdioden. Die Anschlüsse sind auf der nicht dargestellten Steckerleiste zusammengefaßt, so daß ein bequemes und betriebssicheres Herausnehmen und Einstecken der Elektronik möglich istThe entire electronics are mounted on a single printed circuit board with a connector strip, which is a space-saving, economic accommodation in the instrument is made possible. In the example shown, one is to be switched on the push button 18 serving the light-emitting diodes is easily accessible on the top of one of the telescope supports 4 and connected to the circuit board 17 by cable 19. This is ir. This telescope support housed and contains all electronic components, also the connections for the push button 18. for the battery and for the light emitting diodes. The connections are on the connector strip, not shown summarized, so that a convenient and reliable removal and insertion of the electronics is possible
Die Batterie ist vorzugsweise in einem in das Instrument eingebauten Behälter untergebrachi, der i.ach innen völlig geschlossen und nur zum Instrumentenaußenraum hin zu öffnen ist Im dargestellten Beispiel ist »m unteren Teil des Fernrohrträgers 4 ein Batteriebehälter 20 befestigt. Er ist an der Frontseite offen und dort mit einer Verschlußkappe verschließbar. Die Leitungen sind gas- und säuredicht durchgeführt. Die Batterie 21 kann einfach von außen ausgewechselt werden.The battery is preferably in one in the instrument built-in container, which is completely closed to the inside and only to the outside of the instrument to be opened. In the example shown, there is a battery container in the lower part of the telescope carrier 4 20 attached. It is open on the front and can be closed there with a cap. The lines are gas- and acid-tight. The battery 21 can easily be replaced from the outside.
Die gesamte Zwischenabbildungsoptik für den Seiten- und den Höhenkreis ist in nur einer, als Hohlraum ausgebildeten Fernrohrstütze untergebracht. Die räumliche Zusammenfassung erlaubt eine besonders wirtschaftliche Bauweite und ermöglicht es. die für die Zwischenabbildung erforderlichen optischen Bauelemente derart auf einer Trägerplatte zu montieren, daß -\i dort vor dem Einbau justiert werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trägerplatte 22 a*.i Stützen 23 und 24 am Fernrohrträger 4 befestigt Sie enthält die oben beschriebenen, zur Übertragung und Zwischenabbildung erforderlichen optischen Bauelemente und die Strichplatte 9 nebst Fassung. Durch diese Anordnung ist ein leichter Ein- und Ausbau möglich. Außerdem lassen sich alle Bauelemente unabhängig vom Instrument mit Hilfe einer Justiervorrichtung vor dem Einbau justieren, was eine wirtschaftliche Arbeitsteilung und Vereinfachung der einzelnen Montage- und Justiergänge ermöglicht. Die justierte Trägerplatte wird dann in die als Hohlraum ausgebildete Fernrohrstütze eingesetzt und dort befestigt. Das Mikroskop 10 dient zur Betrachtung der Zwischenabbildung, verändert jedoch nicht mehr den Meßwert Daher kann es unabhängig vnn der Träger-The entire intermediate imaging optics for the lateral and the height circle is housed in just one telescope support designed as a cavity. The spatial combination allows a particularly economical construction width and makes it possible. to mount the optical components required for the intermediate image on a carrier plate in such a way that - \ i can be adjusted there before installation. In the illustrated embodiment, the carrier plate 22 a * .i supports 23 and 24 is attached to the telescope carrier 4. It contains the optical components described above, required for transmission and intermediate imaging, and the reticle 9 together with the mount. This arrangement enables easy installation and removal. In addition, all components can be adjusted independently of the instrument with the help of an adjustment device before installation, which enables an economical division of labor and simplification of the individual assembly and adjustment processes. The adjusted carrier plate is then inserted into the telescope support, which is designed as a cavity, and fastened there. The microscope 10 is used to view the intermediate image, but no longer changes the measured value.
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platte 22 an der Außenabdeckung 25 befestigt werden. Tageslichl-Beleuchtung völlig zu verzichten und das
Ein gleichzeitig oder alternativ einschaltbares Tages- Instrument dementsprechend einfach zu gestalten. Dies
licht-Beleuchtungssystem ist nicht vorhanden. Die hohe kommt sowohl den Herstellungskosten als auch der Beoptische
Qualität. Einfachheit und Wirtschaftlichkeit dienung zugute,
der Diodenbeleuchtung erlaubt es. auf eine zusätzliche 5Plate 22 to be attached to the outer cover 25. To completely dispense with daylight lighting and to design the day instrument that can be switched on at the same time or as an alternative accordingly simply. This lighting system does not exist. The high comes from both the manufacturing costs and the Beoptical quality. Simplicity and economy benefit,
the diode lighting allows it. to an additional 5
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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