DE2649135C3 - Automatisches Nivelliergerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Nivelliergerät mit einem Objektiv und einem Okular, die mit gleichgerichteten waagerechten optischen Achsen in ein Gehäuse eingebaut sind, das eine Grobhorizontiereinrichtung aufweist sowie ein Fadenkreuz in der dingseitigen Brennebene des Okulars und eine zwischen dem Objektiv und dem Fadenkreuz angeordnete Baugruppe aus einem reflektierenden Eingangsteil, einem reflektierenden Zwischenteil und einem reflektierenden Ausgangsteil umschließt, wobei das Eingangsteil und das Ausgangsteil zur Kompensation mit einem gemeinsamen Träger pendelnd am Gehäuse aufgehängt sind, das Zwischenteil zur Bildscharfeinstellung in im wesentlichen vertikaler Richtung verstellbar ist und eine vollständige Bildumkehrung vorgesehen ist

Ein derartiges Nivelliergerät ist bereits bekannt (De u ml ich, Instrumentenkunde, Berlin 1972, S. 181 und 184, Bild 385). Die pendelnde Aufhängung des Eingangsteils und des Ausgangsteils bewirkt eine Kompensation derart, daß die Ziellinie einwandfrei waagerecht verläuft, also der durch das Zentrum des Objektivs gehende waagerechte Lichtstrahl auch durch das Zentrum des Fadenkreuzes verläuft, selbst wenn das Gehäuse des Nivelliergeräts keine exakt waagerechte Stellung einnimmt, die sich mittels der Grobhorizontiereinrichtung beispielsweise in Form einer sphärischen Luftblasenlibelle nicht genau erreichen läßt. Auch läßt sich mit der aus dem Eingangsteil, dem Zwischenteil und dem Ausgangsteil gebildeten optischen Baugruppe ohne zusätzliche optische Teile die Scharfeinstellung durch Verstellung des Zwischenteils erreichen. Die neben der Kompensation und der Scharfeinstellung erforderliche Bildaufrichtung — das Objektiv liefert vom anvisierten Gegenstand ein seitenverkehrtes und zugleich höhenverkehrtes Bild — läßt sich mit der optischen Baugruppe des bekannten Nivelliergeräts jedoch nicht erzielen. Vielmehr muß zur vollständigen Bildumkehrung ein zusätzliches optisches System zwischen der aus den drei prismenförmigen Teilen gebildeten optischen Baugruppe und dem Fadenkreuz angeordnet werden.

Dieses zusätzliche optische System erhöht die Herstellungskosten des optischen Gerätes und vergrößert seine Abmessungen.

Es ist ferner bereits ein Nivelliergerät mit zwei rechtwinklig-gleichschenkligen Prismen in Form eines Porro-Systems erster Art bekannt, bei dem das eine Prisma zur Erzielung der Kompensation pendelnd am Gehäuse aufgehängt und gleichzeitig zur Scharfeinstellung parallel zur optischen Achse des Objektivs verschiebbar ist, wobei das eine Prisma eine Höhenum kehrung und das andere Prisma eine Seitenumkehrung bewirkt, so daß auch eine vollständige Bildumkehrung ohne zusätzliches optisches System erreicht wird (Deumiich, Instrumentenkunde, Berlin 1972, S. 181 und 185, Bild 394). Dieses Gerät erfüllt somit die drei vorgenannten Funktionen und ist dabei besonders einfach aufgebaut Es hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß sich mit ihm nur schwer arbeiten läßt, weil jede zur Scharfeinstellung vorgenommene Verschiebung des Prismas infolge der pendelnden Aufhängung

jo zu Schwingungen des Prismas führt, was die Scharfeinstellungzeitaufwendig und schwierig macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Nivelliergerät der eingangs genannten Art ohne Beeinträchtigung seiner Funktionen und unter Beibehaltung der leichten Handhabung mit weniger optischen Bauteilen und somit einfacher und kompakter auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur vollständigen Bildumkehrung das reflektierende Eingangsteil, das reflektierende Zwischenteil und das reflektierende Ausgangsteil wie ein Cjjova-Prisma oder Porro-Prisma zweiter Art angeordnet sind, und daß die optische Achse des Objektivs und die optische Achse des Okulars in waagerechter Richtung zueinander versetzt sind.

Bei dieser Ausbildung entfällt ein eigenes optisches System zur Bildumkehrung. Die Bildumkehrung wird vielmehr von den die optische Baugruppe bildenden drei Teilen übernommen, die bereits der Kompensation der

^r>o Scharfeinstellung dienen. Dementsprechend benötigt das erfindungsgemäße Nivelliergerät vergleichsweise wenig optische Bauteile und kann in kompakter Ausführung hergestellt werden. Da zum Scharfeinstellen das Zwischenteil bewegt wird, das selbst nichtpen- delnd aufgehängt ist, wird die Scharfeinstellung nicht Von Prismenschwingungen begleitet und kann daher schnell und mühelos erfolgen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nivelliergeräts sind das Eingangs teil und das Ausgangsteil rechtwinklig-gleichschenklige Prismen mit reflektierenden Hypotenuseflächen und ist das Zwischenteil ein rechtwinklig gleichschenkliges Prisma mit zwei reflektierenden Kathetenflächen. Eine solche Ausbildung hat sich als funktionsgerecht und

M kostengünstig erwiesen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. I eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Bauteile der in das automatische Nivellier nach der Erfindung eingegliederten Baugruppe zum Kompensieren, Aufrichten des Bildes und Scharfeinstellen,

Fig,2 eine schematische Darstellung der mit der Baugruppe gemäß Fig. 1 erzielten Kompensation,

Fig.3 einen vertikalen Schnitt durch ein automatisches Nivellier gemäß einer Ausführungsforni der Erfindung,

F i g. 4 den vertikalen Schnitt IV-IV in F i g. 3, κι

F i g. 5 den waagerechten Schnitt V-V in F i g. 3 und

F i g. 6 den Teilschnitt VI-VI in F i g. 3.

In Fig. 1 sind ein Objektiv 1, ein Fadenkreuz 2 und eine Baugruppe 3 dargestellt, die es gestattet, zugleich den Horizontierungsfehler des Nivelliers auszugleichen oder zu kompensieren, das vom Objektiv 1 gelieferte Bild des durch es anvisierten Gegenstandes vollständig aufzurichten und die Scharfeinstellung dieses Bildes in der Ebene des Fadenkreuzes 2 vorzunehmen.

Die Baugruppe 3 weist zwei rechtwinklig-gleichschenklige Prismen 4 und 5 auf, die nebeneinander an einer Unterlage 6 angeordnet sind, welche mit zwei Biegestangen 8 an ein mit dem in Fig.' nicht dargestellten Gehäuse des Nivelliers verbundenes feststehendes Bauteil 7 angehängt ist. Normalerweise, wenn das Gehäuse des automatischen Nivelliers eine waagerechte Stellung einnimmt, erstrecken sich die beiden Biegestangen 8 in vertikaler Richtung. Die beiden Prismen 4 und S sind an der Unterlage 6 nebeneinander so angeordnet, daß ihre zugehörigen jo Hypotenusenflächen 9 und 10 in aufeinander senkrecht stehenden Richtungen orientiert sind und bei waagerechter Stellung des Gehäuses, d. h, wenn die Biegestangen 8 vertikal sind, mit der optischen Achse 11 des Objektivs 1 und der optischen Achse 12 eines in r> F i g. 1 nicht gezeichneten, hinter dem Fadenkreuz 2 angeordneten Okulars je einen Winkel von 45° bilden. Die Hypotenusenflächen 9 und 10 der Prismen 4 und 5 dienen als reflektierende Bauteile und könnten im Bedarfsfall selbstverständlich durch Spiegel ersetzt sein, w Die Merkmale der beiden Biegestangen 8, insbesondere ihre Länge und/oder ihr Querschnitt und/oder ihre Festigkeit ist bzw. sind so gewählt, daß, wenn sie unter der Wirkung eines Horizontierungsfehlers des Gehäuses des automatischen Nivelliers nachgeben, so daß die optische Achse 11 des Objektivs in die optische Achse 12 des Okulars mit der Waagerechten einen Winkel λ bilden, die Hypotenusenflächen 9 und 10 sich um einen Winkel a/2 um eine Achse drehen, die ungefähr mit der Geraden zusammenfällt, die durch die Einfallspunkte 9a />o und 10a an den Hypotenusenflächen 9 und 10 geht.

Die Baugruppe 3 hat weiterhin ein drittes rechtwinklig-gleichschenkliges Prisma 13, dessen Dachkante oder brechende Kante 14 sich parallel zu den optischen Achsen 11 und 12 erstreckt. Das Prisma 13 ist so v, angeordnet, daß die durch die Hypotenusenflächen 9 des Prismas 4 reflektierten Lichtstrahlen zuerst durch die Hypotenusenflächen 15 des Prismas 13 hindurchtreten, im Innern des Prismas 13 nacheinander an den aufeinander senkrecht stehenden Flächen 16 und 17 mi desselben reflektiert werden und durch die Hypotenusenflächen 15 in Richtung der Hypotenusenflächen 10 des Prismas 5 erneut hindurchtreten. Außerdem ist das Prisma 13 in ungefähr vertikaler Richtung bewegt angeordnet, und seine Höhenstellung ist mit in Fig. 1 n nicht gezeichneten, entsprechenden Betätigungsvorrichtungen veränderbar, die weiter unten näher beschrieben werden.

Die Prismen 4, 5 und 13 bilden zusammen eine Art »CROVAm- oder »PORRO«-Prisma zweiter Art«, dessen Elemente voneinander getrennt worden sind, um sie in der weiter oben beschriebenen Weise anzuordnen.

Die Arbeitsweise der Baugruppe 3 ist folgende. Es sei zunächst angenommen, daß das Gehäuse des Nivelliers eine exakt waagerechte Stellung einnimmt; unter diesen Bedingungen sind die Biegestangen 8 vertikal und die optischen Achsen 11 und 12 waagerecht. Ein durch das Zentrum des Objektivs 1 gehender waagerechter Lichtstrahl folgt also der optischen Achse 11, wird dann durch die Hypotenusenfläche 9 des Prismas 4 entsprechend einem Strahlengang 18 vertikal reflektiert, wird dann durch die Fläche 16 des Prismas 13 entsprechend einem Strahlengang 19 waagerecht und rechtwinklig zur optischen Achse 11 und zum Strahlengang 18 reflektiert, wird sodann durch die Fläche 17 des Prismas 13 erneut vertikal entsprechend einem Strahlengang 20 reflektiert, und wird schließlich durch die Hypotenusenfläche 10 des Prismas 5 entlang der optischen Achse 12 des Okulars waagerecht reflektiert, um durch das Zentrum des Fadenkreuzes 2 zu gehen.

Es sei jetzt angenommen, daß das Gehäuse des Nivelliers nicht eine exakt waagerechte Stellung einnimmt, und daß die optische Achse 11 des Objektivs 1 und die optische Achse 12 des Okulars mit der Waagerechten beispielsweise einen Winkel λ bilden. Wie weiter oben bereits angegeben, geben die Biegestangen 8 unter diesen Bedingungen nach, so daß die Hypotenusenflächen 9 und 10 um einen Winkel λ/2 gedreht werden. F i g. 2 zeigt für diesen Fall die Bahn, der ein durch das Zentrum des Objektivs 1 und durch die Baugruppe 3 hindurchgehender waagerechter Strahl folgt. Aus Gründen der Zeichnungsvereinfachung wurde diese Bahn oder dieser Strahlengang in eine Ebene abgewickelt dargestellt und, statt den eintretenden waagerechten Strahl 21 in einer waagerechten Stellung zu zeichnen, wurde er, was auf dasselbe herauskommt, unter einem Winkel χ zu den optischen Achsen 11 und 12 des Objektivs 1 und des Okulars gezeichnet. Es sei ebenfalls daran erinnert, daß, wenn sich ein ebener Spiegel um einen bestimmten Winkel gegenüber einem einfallenden Strahl dreht, der von diesem Spiegel reflektierte Strahl sich um einen Winkel vom doppelten Betrag des Winkels dreht, um den sich der Spiegel gedreht hat. Es ergibt sich also, daß die Hypotenusenfläche 9 des Prismas 4, die sich nur um einen Winkel λ/2 gedreht hat, den Strahl 21 um einen Winkel « dreht. Folglich bleibt in Wirklichkeit der von der Hypotenusenfläche 9 des Prismas 4 reflektierte Strahl rechtwinklig zu den optischen Achsen 11 und 12 und zur Hypotenusenfläche 15 des Prismas 13 und geht nach Reflexion an den Flächen 16 und 17 (Fig. 1) des Prismas 13 erneut rechtwinklig durch die Hypotenusenfläche S3 zur Hypotenusenfläche 10 des Prismas 5 hin. Da sich auch die Hypotenusenfläche 10 um einen Winkel »12 gedreht hat, wird der von der Hypoienusenflache 10 reflektierte Strahl, wie F i g. 2 zeigt, erneut um einen Winkel α abgelenkt. Wenn dafür gesorgt ist, daß der längs der optischen Achse 11 des Objektivs 1 gemessene Abstand /.zwischen dem Objektiv 1 und der reflektierenden Hypotenusenfläehe 9 des Prismas 4 gleich ist dem längs der optischen Achse 12 des Okulars gemessenen Abstand L zwischen der reflektierenden Hypotenusenfläche 10 des Prismas 5 und dem Fadenkreuz 2, dann ge^t unter den oben beschriebenen Bedingungen der austretende Strahl 22 durch das Zentrum des Fadenkreuzes 2. Auf Hiese Wpisp proiht

sich somit der angestrebte Ausgleich. Das Prisma 13 beteiligt sich an diesem Ausgleich nicht, da es die Lichtstrahlen in einer zu den optischen Achsen 11 und 12 rechtwinkligen Ebene reflektiert.

Die Baugruppe 3 gemäß F-"ig. I gestattet auch das vollständige Aufrichten des Bildes und das Scharfeinstellen dieses Bildes in der Ebene des Fadenkreuzes 2. Die reflektierenden Hypotenusenflächen 9 und 10 heben die Höhenverkehrung des vom Objektiv 1 gelieferten umgekehrten Bildes auf, während die reflektierenden Flächen 16 und 17 dieses Bild durch Seiten vertauschung aufrichten. Da das Prisma 13 vertikal beweglich ist, ist es dadurch weiterhin möglich, die Länge des optischen Weges zwischen dem Objektiv 1 und dem Fadenkreuz i zu verändern und folglich das vom Objektiv 1 gelvferte Bild in die Ebene des Fadenkreuzes zu bringen.

Anhand von Fig. 3 bis 6 wird nun eine konkrete Ausführungsform beschrieben. Das automatische Nivellier, das in Fig. 3 jis 5 dargesteiit ist und eine der Baugruppe 3 geträß Fig. I analoge Baugruppe 3 enthält, hat ein Ge'.äuse 23, das von einem Unterbau 24 abgestützt ist; < ieser ist mit Vorrichtungen 25 ausgestattet, die in Kombination mit einer am Gehäuse 23 befestigten sphärischen Libelle 26 mit Luftblase das Grobhorizontieren des Gehäuses 23 gestatten.

Das Objektiv I und ein Okular 27 sind in die Wände des Gehäuses 23 so eingebaut, daß ihre optischen Achsen 11 und 12, wenn das Gehäuse ?1 selbst eine waagerechte Stellung einnimmt, zueinander parallel und in ein und derselben waagerechten Ebene angeordnet sind. Das Fadenkreuz 2 ist in der Brennebene des Okulars 27 angeordnet.

Die Unterlage 6, an der die beiden Prismen 4 und 5 befestigt sind, ist an das feststehende Bauteil 7 mit den zwei Biegestangen 8 angehängt, deren Enden in die Unterlage 6 und in das feststehende Bauteil 7 eingelassen sind. Das feststehende Bauteil 7 ist mit dem Gehäuse 23 durch eine Einstellvorrichtung 28 mit Keilen verbunden, die es gestattet, die Höhenlage der Prismen 4 und 5 gegenüber den optischen Achsen Il und 12 werksseitig so einzustellen, daß die beiden optischen Achsen Il und 12 die Hypotenusenflächen 9

ι und 10 der Prismen 4 und 5 in ein und derselben vertikalen, zu den Achsen Il und 12 rechtwinkligen Ebene schneiden.

Das Prisma 13 ist an einem Träger 29 befestigt (F i g. 3 und 6). Gemäß Fig. 6 ist der Träger 29 in vertikaler

κι Richtung von einer Stange 30 geführt, die an der oberen Wand des Gehäuses 23 befestigt ist und sich im Innern des Gehäuses 23 vertikal nach unten erstreckt. Die vertikale Verstellung des Trägers 29 nach unten ist mit einem Anschlag begrenzbar, der beispielsweise von

! ι einer in das untere Ende der Stange 30 einge.schraubicn Schraube 31 gebildet ist. Die Höhenstellung des Trägers 29 ist mit einer Gewindespindel 32 einstellbar, deren unteres Ende in ein Gewindeloch des Trägers 29 eingreift und deren oberes Erde ;ius dem Gehäuse ^3

:o herausragt und einen Betätigungsknopf 33 trägt. Der Träger 29 ist durch eine Feder 34 vertikal nach unten vorgespannt. Drehen des Betätigungsknopfes 33 in der einen oder der anderen Richtung bewirkt eine entsprechende vertikale Verstellung des Trägers 29 und

.·-, des Prismas 13 nach oben oder nach unten, so daß das Biid wie weiter oben beschrieben scharf eingestellt werden kann.

Im übrigen weist das automatische Nivelli"¹" iii an sich bekann.-er Weise eine Dämpfvorrichtung 35 auf, die es

in gestattet, die beim Stationieren des Gerätes unvermeidbar entstehenden Schwingungen der Unterlage 6 zu dämpfen. Beim gezeigten Beispiel isi die Dämpfvorrichtung 35 magnetisch und hat eine Platte 36 aus einem leitfähigen Werkstoff, die unter der Unterlage 6

)-, befestigt und zwischen den beiden Polen eines Dauermagneten 37 beweglich ist. Anstelle der magnetischen Dämpfvorrichtung 35 könnten auch Dämpfvorrichtungen anderer Typen verwendet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Automatisches Nivelliergerät mit einem Objektiv und einem Okular, die mit gleichgerichteten waagerechten optischen Achsen in ein Gehäuse eingebaut sind, das eine Grobhorizontiereinrichtung aufweist sowie ein Fadenkreuz in der dingseitigen Brennebene des Okulars und eine zwischen dem Objektiv und dem Fadenkreuz angeordnete Baugruppe aus einem reflektierenden Eingangsteil, einem reflektierenden Zwischenteil und einem reflektierenden Ausgangsteil umschließt, wobei das Eingangsteil und das Ausgangsteil zur Kompensation mit einem gemeinsamen Träger pendelnd am Gehäuse aufgehängt sind, das Zwischenteil zur Bildscharfeinstellung in im wesentlichen vertikaler Richtung verstellbar ist und eine vollständige Bildumkehrung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur vollständigen Bildumkehrung das reflektierende Eingangsteil (4), das reflektierende Zwischenteil (13) und das reflektierende Ausg&rsgsteil (5) wie ein CROVA-Prisma oder PORRO-Prisma zweiter Art angeordnet sind, und daß die optische Achse (11) des Objektivs (1) und die optische Achse (12) des Okulars (27) in waagerechter Richtung zueinander versetzt sind.

2. Nivelliergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsteil (4) und das Ausgangsteil (S) rechtwinklig-gleichschenklige Prismen mit reflektierenden Hypotenusenflächen (9 bzw. 10) sind und daß das Zwischenteil (13) ein rechtwinklig-gleichschenkliges Prisma mit zwei reflektierenden Kathetenflächen (16,17) ist