Neigungsmesser verschiedener Bauarten finden seit langem Anwendung in allen Bereichen, in denen die Lage eines Gerä- tes berücksichtigt werden muss. Dies gilt insbesondere für Messungen im geodätischen Bereich oder im Bauwesen.

Während für hochpräzise Messungen verschiedene Realisie- rungsformen mit komplexem Aufbau bekannt sind, fehlen bis- her einfache und robuste Neigungsmesser, die dennoch eine hinreichende Genauigkeit besitzen.

In der US 5,392, 112 wird ein Neigungswinkelmesser beschrie- ben, der einen Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilt, die nach der jeweiligen Reflexion an einer gerätefesten Oberfläche und einer Flüssigkeitsoberfläche auf einem De- tektor abgebildet und dort registriert werden. Aus der re- lativen Position der Aufpunkte beider Teilstrahlen wird auf den Neigungswinkel des Gerätes geschlossen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 41 10 858 ist ein zweiachsi- ger Neigungsmesser bekannt, bei dem eine geometrische Figur über einen neigungsempfindlichen und strahlablenkenden Sen- sor auf ein Lineararray projiziert wird. Der Sensor bein- haltet eine Flüssigkeit, deren Lage relativ zum Gerät zu einer Beeinflussung bzw. Ablenkung der Projektion der Figur auf dem Lineararray führt.

Neben den durch die Komplexität des Aufbaus mit abbildenden Optiken und ggf. Strahlteilern entstehenden Nachteilen sind Neigungsmesser dieser Bauarten aufgrund der erforderlichen Mindestlängen der Strahlgänge für beide Teilstrahlen nur begrenzt miniaturisierbar.

In der JP 09243359 wird ein einfacher Neigungssensor be- schrieben, der ein versiegeltes, flüssigkeitgefülltes Ge- fäss aufweist. Eine Innenseite des Gefässes besitzt eine ausgewölbte Fläche, in der ein Quecksilbertropfen ruht. Das Gefäss und die darin befindliche Flüssigkeit werden von ei- ner Lichtquelle durchleuchtet und die Lichtstrahlung von einem Detektor aus vier Photodioden als einfachem Quadran- tensensor registriert. Aus der Lage der durch den Quecksil- bertropfen hervorgerufenen Abschattung kann auf die Neigung des Sensors geschlossen werden. Durch diesen Aufbau kann keine Information jenseits der der durch den Schattenwurf erfolgten Abdunkelung der Photodioden genutzt werden. Ins- besondere erfolgte keine Berücksichtigung der genauen Lage des Hell-Dunkel-Überganges auf dem Detektor.

Im Stand der Technik sind damit zwar hochpräzise und weit- entwickelte Neigungsmesser bekannt, die jedoch aufgrund ih- rer gattungsgemässen Komplexität und Auslegung nicht ohne grösseren Aufwand verkleinert werden können. Auf der ande- ren Seite existieren einfache Lösungen, die jedoch hin- sichtlich der zur Bestimmung der Neigung zur Verfügung ste- henden Informationen sehr eingeschränkt sind und daher eher eine grobe Abschätzung der Neigung erlauben.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen in Bereit- stellung eines optischen Neigungsmessers, der einen einfa-

chen Aufbau bei einer gegenüber einfachen Abschattungsmes- sern verbesserten Messgenauigkeit aufweist.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Neigungsmesser bereitzustellen, der über ein Minimum mechanischer und op- tischer Teile verfügt und dadurch eine erhöhte Robustheit und Stossfestigkeit besitzt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bauliche Integrierbarkeit in geodätische oder bautechnische Geräte zu gewährleisten. Dies betrifft insbe- sondere die Nutzung bereits vorhandener elektronischer Kom- ponenten als Auswerteeinrichtungen.

Ausserdem besteht eine Aufgabe in der Möglichkeit zur Be- rücksichtigung von Alterungs-oder Umwelteffekten, wie z. B. thermischen Veränderungen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss durch die kennzeichnen- den Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 17 sowie durch die kenn- zeichnenden Merkmale der Unteransprüche gelöst.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Nei- gungsmesser. Durch eine Strahlungsquelle wird Strahlung er- zeugt, mit der ein Medium auf eine Kamera abgebildet wird.

Das Medium wird von einem Aufnahmeelement aufgenommen. Die- ses Aufnahmeelement kann beispielsweise aus einer Dose für eine Flüssigkeit oder einer Halterung für ein Pendel beste- hen. Die Abbildung muss dabei nicht einer optisch exakten Abbildung entsprechen. Wesentlich ist die Durchleuchtung des Aufnahmeelementes mit wenigstens einem darin befindli- chen oder von diesem gehaltenen ersten Medium. Das Abbild dieses Mediums oder eines Teiles dieses Mediums auf der Ka-

mera kann gegebenenfalls durch Bildverarbeitung ausgewertet werden, so dass beispielsweise auch Abbildungsfehler, wie z. B. Verzerrungen, berücksichtigt und korrigiert werden können. Unter Abbildung soll somit in diesem Zusammenhang eine Durchstrahlung des Aufnahmeelementes verstanden wer- den, bei der ein von der Kamera auswertbares Abbild wenig- sten des ersten Mediums oder eines Teiles des ersten Medi- ums entsteht.

Die verwendete Strahlung kann im sichtbaren aber auch im nichtsichtbaren Spektralbereich liegen und wird im Regel- fall durch die technischen und physikalischen Parameter von Strahlungsquelle, Kamera und Medium bestimmt. Als Strah- lungsquelle können neben herkömmlichen Lampen verschiedenen Typs auch lichtemittierende Dioden oder Laser, insbesondere Halbleiterlaser, verwendet werden. Je nach Realisierungs- form wird mit dieser Strahlung das Medium durchleuchtet oder aber das Medium dient zur Abschattung der Strahlung.

Die zu analysierenden Bestandteile des auf der Kamera abge- bildeten Bildes oder zumindest von Teilen des Mediums kön- nen nun Hell-Dunkel-Übergänge einschliesslich der Schatten- wurf des Mediums auf die Kamera beinhalten oder aber auch eine Grenzschicht zwischen zwei Medien. Je nach konkreter Ausgestaltung wird das Medium als ein erstes Medium in Ab- stimmung mit einem zweiten Medium so ausgewählt, dass bei- spielsweise als Effekt der Übergang als Hell-Dunkel-Grenze zu erkennen ist oder aber eine besonders ausgeprägte Grenz- schicht entsteht. Grundsätzlich können auch beide Effekte gleichermassen genutzt werden. Bei der Wahl der jeweiligen Phase kann bei den Medien auch eine Anpassung der Transmis- sionsgrade bzw. der Transmissionskoeffizienten erfolgen.

Das zur Anzeige der Lage verwendete erste Medium kann ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das zweite Medium kann ebenfalls eine dieser Phasen aufweisen, grund- sätzlich kann hier aber auch ein evakuierter Bereich ver- wendet werden, sofern eine detektierbare Grenze des ersten Mediums erhalten bleibt. Einige nicht abschliessende Bei- spiele für verschiedene Ausführungsformen werden im folgen- den dargestellt : 1. Ein Pendel als erstes Medium befindet sich in einem gasförmigen zweiten Medium. Während das gasförmige für die Strahlung durchlässig ist, ist das Pendel un- durchlässig oder nur eingeschränkt transparent, so dass aus dem Bild des Pendels, das als Zone geringe- rer Beleuchtung auf der Kamera abgebildet wird, auf die Lage des Pendels und damit auf die Neigung ge- schlossen werden kann.

2. Zwei Halbkugeln aus Festkörpern unterschiedlicher Transmissionskoeffizienten und Dichten werden mitein- ander zu einer Kugel verbunden, die in einem Aufnah- meelement rotierbar gelagert ist.

3. Eine für die Strahlung undurchlässige Flüssigkeit als erstes Medium ist zusammen mit einem für die Strah- lung durchlässigen und in der Flüssigkeit nicht lös- lichen Gas als zweitem Medium in einem als Aufnahme- element dienenden Behälter eingeschlossen. Für die Auswertung wird der Hell-Dunkel-Übergang zwischen den beiden Medien verwendet, wobei eine Auswertung des Hell-Dunkel-Überganges auch bei zwei Medien mit nur schwach unterschiedlicher Durchlässigkeit der Strah- lung möglich ist.

4. Ein für die Strahlung transparentes Gas und eine ebenso transparente Flüssigkeit sind in einem Behäl- ter eingeschlossen, wobei eine Detektion der Grenz- schicht erfolgt. Duch Kohäsion in der Flüssigkeit bildet sich im Übergangsbereich keine gerade sondern eine gekrümmte Linie. Anhand der Krümmung kann be- stimmt werden, auf welcher Seite die Flüssigkeit liegt, so dass die Notwendigkeit der Einfärbung eines der beiden Medien, insbesondere aber der Flüssgkeit, entfallen kann.

5. Zwei nicht ineinander lösliche Flüssigkeiten mit un- terschiedlichen Dichten, aber ähnlichen Transmissi- onskoeffizienten als erstes und zweites Medium werden in einem als Aufnahmeelement dienenden Behälter ein- geschlossen. Für die Auswertung wird die Abbildung der Grenzschicht zwischen beiden Medien verwendet.

Beispiele für Flüssigkeiten stellen Quecksilber, Wasser oder Siliconöl dar. Für die Feststellung der Lage des er- sten Mediums kann sowohl das Abbild der Grenzschicht als auch der Hell-Dunkel-Übergang oder eine Kombination aus beidem verwendet werden. Um eine Intensivierung der Grenz- schicht zu erreichen, kann diese durch weitere Massnahmen leichter registrierbar gestaltet werden. Beispielweise kön- nen auf der Grenzschicht schwimmende Partikel verteilt wer- den, die eine verstärkte Absorption der Strahlung in diesem Bereich bewirken. Auch ist es möglich, auf der Grenzschicht eine schwimmerartigen Festkörper zu plazieren, der wiederum strahlungsdurchlässig oder-undurchlässig sein kann.

Das Bild des ersten Mediums bzw. des Übergangs zwischen beiden Medien wird auf die Kamera projiziert und dort auf- genommen und in elektronische Signale umgewandelt. Als eine geeignete Kamera kann beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera dienen. Eine solche Kamera ist beispiels- weise als CMOS-Monochrome-Bildsensor ADCS 2120 der Firma Agilent erhältlich, die über ein Feld aus 640 x 480 Pixel- punkten verfügt.

Die von der Kamera erzeugten Signale werden von einer Aus- werteeinheit analysiert und hinsichtlich der Neigung des Gerätes ausgewertet. Hierfür kann ein eigener Baustein bzw. eine eigene Komponente verwendet werden. Alternativ kann aber auch auf eventuell vorhandene Komponenten anderer Ge- räte zurückgegriffen werden. Beispielsweise kann die Funk- tion dieser Auswerteeinheit bei einem in einen Entfernungs- messer eingebauten Neigungsmesser auch von der für die Ent- fernungsmessung verwendeten Elektronik mitübernommen wer- den. Gleichermassen ist es möglich als Strahlungsquelle auch bereits für andere Zwecke verwendete Quellen zu ver- wenden. So könnte im Beispiel des Entfernungsmessers ein Teil des dort ggf. zur Distanzmessung verwendeten Laser- lichtes ausgekoppelt und, eventuell nach einer Streuung oder Strahlaufweitung, zur Abbildung des Mediums verwendet werden.

Aus der relativen und absoluten Lage sowie der Form der Grenze zwischen den beiden Medien kann auf die Neigung des Gerätes geschlossen werden. Wird beispielsweise eine Kamera an einer Seitenfläche eines rechteckigen Behälters ange- bracht, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, so kann aus dem Winkel der Flüssigkeitsoberfläche als Flüssigkeitshori- zont zur Kamera die eine Neigungsrichtung (hier beispiel-

haft Längsneigung) bestimmt werden. Erfolgt eine aus- schliessliche Neigung in der anderen Achse (hier beispiel- haft Querneigung), so kann aus der Höhe des Flüssigkeits- spiegels die Neigung bestimmt werden. Kombinierte Neigungen in beiden Achsen führen zu einer Veränderung sowohl des Winkels als auch der Lage im Sinne einer Höhe des Flüssig- keitshorizontes.

Diese Abbildung und Auswertung ist sowohl mit einem reinen Hell-Dunkel-Übergang als auch mit einer Grenzschicht durch- führbar. Darüber hinaus bietet eine Analyse der Grenz- schicht noch weitere Vorteile. Betrachtet werden soll hier, ohne Beschränkung der Anwendbarkeit auf andere Ausgestal- tungen, ein System mit einem flüssigen und einem gasförmi- gen Medium gemäss obigen Beispiels.

1. Bei einer Grenzschicht können im Gegensatz zur Analy- se eines reinen Hell-Dunkel-Übergangs beiden Übergän- ge zu den Medien ausgewertet werden, d. h. es stehen zwei Kanten zur Verfügung.

2. Eine Veränderung der Querneigung des obigen Beispiels führt zu einer Vergrösserung oder Verringerung der Breite der des Abbildes der Grenzschicht. Die Breite des Abbildes kann damit auch als Information zur Be- stimmung der Neigung herangezogen werden. Insbesonde- re kann eine Selbstkalibrierung des Systems erreicht werden, da-bei einer horizontalen Strahlführung im Aufnahmeelement-die Breite des Abbildes der Grenz- schicht bei einer horizontalen Position des Gerätes- minimal wird.

3. Beim Überschreiten einer bestimmten Neigungsgrenze, z. B. der Querneigung, kann unter Umständen von der Kamera eine doppelte Grenzschicht wahrgenommen wer- den, die von dem Kontakt der Flüssigkeit mit den Ge- fässwandungen definiert werden. Der Abstand zwischen diesen Grenzschichten kann analog zur Breite der Grenzschicht als ein Mass für die Neigung dienen und entsprechend ausgewertet werden.

4. Bei Verwendung einer benetzenden Flüssigkeit als er- stes Medium wird diese durch Adhäsion an den Kontakt- stellen des Behälters hochgezogen. Anhand der Krüm- mung des Flüssigkeitshorizontes kann festgestellt werden, auf welcher Seite des Behälters sich Flüssig- keit befindet. Auch in Querrichtung hat die Flüssig- keit eine Krümmung, so dass auch bei fehlender Quer- neigung stets zwei Linien bzw. Horizonte der Grenz- schicht festzustellen sind. Die untere ist der Tiefstpunkt der Flüssigkeit, die oberen der Benet- zungsrand der Flüssigkeit mit der Innenseite des Auf- nahmeelementes. Nach einem Bewegen des Aufnahmeele- mentes und auch in einem eingeschwungenen Zustand ist die untere Linie wesentlich schärfer und schneller stabil ist als obere Benetzungslinien. In diesem Zusammenhang kann eine Detektion der Grenzschicht und damit der Lage des ersten Mediums nicht nur anhand des horizontierten sondern auch vermittels des ge- krümmten Bereichs der Grenzschicht erfolgen.

5. Wird eine Grenzschicht in Winkelabhängigkeit defor- mierbar gestaltet, beispielsweise durch eine Luftbla- se in einer Dosen-Libelle mit einer speziell gekrümmt geformten Oberfläche, so kann aus der Lage und oder

der Verformung der Luftblase ebenfalls auf die Nei- gung geschlossen werden. Eine solche Verformung kann beispielsweise erreicht werden, indem die Wölbung in Abweichung von der sphärischen Form, z. B. asphärisch oder tunnelförmig, gestaltet wird. Eine zwischen die- ser Wölbung und der Flüssigkeit befindliche Luftblase würde dann mit zunehmender Neigung deformiert.

Durch die erfindungsgemässe Verwendung einer Kamera ent- steht die Möglichkeit, die Eigenschaften und Merkmale des Bildes des ersten Mediums und hierin insbesondere den Ver- lauf und die Lage der Grenze oder Grenzschicht aufzulösen und auszuwerten. Dadurch kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine Korrektur bzw. Eliminierung von Veränderun- gen aufgrund von Alterung oder Umwelteinflüssen vorgenommen werden. Veränderungen des Volumens der Medien können pro- blemlos berücksichtigt werden, da bei der Messung der Längsneigung der Verlauf der Grenze bzw. Grenzschicht im Bild detektiert wird und der Winkel unabhängig von der ab- soluten Lage analysiert werden kann. Querneigungen können anhand der Breite des Abbildes der Grenzschicht bestimmt werden, wobei dieser Vorgang, wie bereits beschrieben, mit einer Selbstkalibrierung verbunden werden kann. Diese Selbstkalibrierung kann während der Nutzung des Neigungs- messers permanent im Hintergrund ablaufen, so dass eine grössere Menge von Datensätzen zu Neigung und Breite zur Verfügung stehen. Aus den Werten kann, gegebenenfalls unter Verwendung von statistischen oder Interpolationsverfahren, der minimale Wert berechnet und mit der horizontalen Posi- tion gleichgesetzt werden.

Voraussetzung für die Neigungsbestimmung anhand der Breite des Abbildes der Grenzschicht ist jedoch eine geeignete Ge-

fässform des Aufnahmeelements, die keine füllhöhenbedingten Veränderungen des Abbildes der Grenzschicht bewirkt. Dieses Erfordernis ist aber leicht zu realisieren, beispielsweise durch ein Gefäss mit parallelen Seitenwänden. Insbesondere Verluste des Mediums oder dessen Dichteänderungen können auf diese Weise kompensiert werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. eine erfindungsgemässe Vorrichtung werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen rein bei- spielhaft näher beschrieben. Im einzelnen zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform des erfindungsgemässen Neigungsmessers in seitlicher Ansicht ; Fig. 2a-d die schematische Darstellung der ersten Ausfüh- rungsform in Draufsicht sowie mit unterschiedli- chen Medien ; Fig. 3a-c die schematische Darstellung der ersten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in waagerechter Po- sition und der Oberfläche des Mediums mit Abbil- dung auf die Kamera in Draufsicht ; Fig. 4a-c die schematische Darstellung der ersten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in Längsneigung und der Oberfläche des Mediums mit Abbildung auf die Kamera in Draufsicht ; Fig. 5a-e die schematische Darstellung der ersten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in waagerechter Po- sition in Seiten-und Draufsicht sowie der Ober-

fläche des Mediums mit Abbildung auf die Kamera in Seiten-und Draufsicht ; Fig. 6a-e die schematische Darstellung der ersten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in Querneigung und in Seiten-und Draufsicht sowie der Oberfläche des Mediums mit Abbildung auf die Kamera in Sei- ten-und Draufsicht ; Fig. 7a-d die schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in waagerechter Po- sition und in Seiten-und Draufsicht sowie der Oberfläche des Mediums mit Abbildung auf die Ka- mera in Draufsicht ; und Fig. 8a-e die schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh- rungsform des Neigungsmessers in Querneigung und in Seitensicht sowie der Oberfläche des Mediums mit Abbildung auf die Kamera in Draufsicht für zwei unterschiedliche geformte Oberflächen des Aufnahmeelementes.

In Fig. 1 wird eine erste Ausführungsform des erfindungsge- mässen optischen Neigungsmesser mit der Integration aller Komponenten auf einer Platte als gemeinsamer Basis 1 sche- matisch in Seitenansicht dargestellt. Durch eine Strah- lungsquelle 2 wird sichtbare oder nicht sichtbare Strahlung S senkrecht zur Basis 1 emittiert. Die Strahlung S wird durch eine Linse 3 kollimiert und über ein erstes Umlenk- element 4 und ein zweites Umlenkelement 5 wieder so umge- lenkt, dass sie senkrecht zur Basis 1 einfällt. Im Bereich der einfallenden Strahlung ist auf der Basis 1 ein Aufnah- meelement 6 mit einer zur Basis orientierten ersten Ober-

fläche 7 und einer zum zweiten Umlenkelement orientierten zweiten Oberfläche 8 angebracht. Zwischen Basis 1 und dem Aufnahmeelement bzw. dessen erster Oberfläche 7 befindet sich eine Kamera 9, die mit einer Auswerteeinheit 10 ver- bunden ist. Aus Gründen der Platzersparnis sind die zur Strahlerzeugung, zum Strahlgang und zum Strahlungsempfang gehörigen Komponenten auf der einen Seite der Basis 1, die Auswerteeinheit 10 aber auf der entgegengesetzten Seite der Basis 1 angebracht, grundsätzlich kann jedoch auch eine an- dere Anordnung der Komponenten oder der Auswerteeinheit 10 gewählt werden. Diese Anordnung bietet somit den Vorteil der Integration aller elektronischen Bauteile auf einer ge- meinsamen Basis 1, die beispielsweise auch als Leiterplatte ausgebildet sein kann. Hierdurch kann ein einfacher und me- chanisch unempfindlicher Aufbau realisiert werden. Die Um- lenkelemente 4 und 5 können als reflektierende Bauelemente, z. B. als Prismen oder Spiegel ausgebildet sein. Grundsätz- lich kann eine geeignete Umlenkung jedoch auch ohne spezi- elle Bauelemente erfolgen, z. B. durch eine Reflektion an der Innenseite eines Gehäuses, wobei diese Reflektion auch streuenden bzw. diffusen Charakter besitzen kann. Auch kann auf eine Umlenkung verzichtet werden, wenn gewährleistet ist, dass zumindest Teilbereiche des Aufnahmeelementes 6 durch Strahlung S der Strahlungsquelle 2 bzw. Kamera 9 aus- geleuchtet werden. Beispielsweise kann auch durch eine ge- krümmte oder gewinkelte Basis 1 eine derart geeignete Ori- entierung von Strahlungsquelle 2 und Aufnahmeelement 6 bzw.

Kamera 9 bewirkt werden. Grundsätzlich kann bei Verzicht der Montage auf eine gemeinsame Basis 1 jedoch auch eine direkte Montage der Komponenten aufeinander erfolgen, wie dies in einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt wird.

Fig. 2a zeigt diese erste Ausführungsform des Neigungsmes- sers in Draufsicht. Die von der Strahlungsquelle 2 emit- tierte Strahlung wird durch eine Linse 3 kollimiert und über ein erstes Umlenkelement 4 und ein zweites Umlenkele- ment 5 auf das Aufnahmeelement 6 geführt. Dieses Aufnahme- element ist auf einer Kamera 9 aufgebracht. In dieser Aus- führungsform sind die Strahlungsquelle 2 und die Kamera 9 auf einer im wesentlichen ebenen Grundplatte als Basis 1 befestigt. Im Aufnahmeelement 6 befindet sich wenigstens ein erstes Medium. Mögliche Ausgestaltungen werden in Fig. 2b bis Fig. 2d dargestellt.

In Fig. 2b ist die teilweise Befüllung des Aufnahmeelementes mit einem strahlungsundurchlässigen ersten Medium 11 als eine mögliche Ausführungsform dargestellt. Der restliche Bereich des Aufnahmeelementes kann mit einem zweiten Medium 12 gefüllt sein, wobei dieses zweite Medium aber auch durch ein Vakuum ersetzt werden kann. In dieser Ausführungsform mit einem strahlungsundurchlässigem ersten Medium 11 wird das zweite Medium 12 so gewählt, dass es eine zumindest teilweise Durchlässigkeit für die Strahlung aufweist. Durch diese Ausgestaltung entsteht ein hell-dunkel-Kontrast zwi- schen den beiden Medien, der durch die Kamera detektiert werden kann.

In Fig. 2c ist eine weitere Ausführungsform der Befüllung des Aufnahmeelementes mit einem strahlungsdurchlässigen er- sten Medium 13 dargestellt. Der restliche Raum des Aufnah- meelementes kann wiederum durch ein zweites Medium ausge- füllt werden, das in diesem Beispiel ebenfalls strahlungs- durchlässig ist. Zwischen den Medien bildet sich eine Grenzschicht 14 aus, die auf die Kamera abgebildet wird und von dieser aufgelöst werden kann. Diese Grenzschicht 14

kann beispielsweise durch Aufbringen von kleinen Partikeln, wie z. B. einem Pulver, oder auch massiveren Komponenten, wie z. B. einem Schwimmer, in ihrer Detektierbarkeit ver- stärkt werden.

Fig. 2d zeigt die Veränderung der Lage der Medien im Aufnah- meelement bei einer Neigung des Neigungsmessers. Darge- stellt wird die Veränderung mit Bezug zur Kamera, die be- züglich der Basis fixiert ist. Die schematisch dargestellte Lage entspricht einer Drehung des in Fig. 2a abgebildeten Neigungsmessers entgegen dem Uhrzeigersinn und wird als Längsneigung bezeichnet. Während die in Fig. 2b und Fig. 2c dargestellten Lagen der Medien einer horizontalen Position des Neigungsmessers entsprechen, stellt Fig. 2d die von der Kamera erfassbare Lage bei der beschriebenen Drehung des Neigungsmessers dar. Durch die Neigung hat sich das strah- lungsdurchlässige erste Medium 13 innerhalb des Aufnahme- elementes verschoben. Die veränderte Lage kann durch die Ausrichtung der Grenzschicht 14 erkannt und bestimmt wer- den.

In Fig. 3a-c werden in einer Zusammenschau nochmals die Lage und die Erkennung der Grenzschicht bei waagrechter, unge- neigter Position des Neigungsmessers verdeutlicht. In Fig. 3a wird über das zweite Umlenkelement 5 Strahlung auf das Aufnahmeelement 6 geführt und nach dem Durchgang durch das Volumen dieses Aufnahmeelementes auf die Kamera 9 abge- bildet. Das von der Kamera wahrnehmbare Abbild der Medien im Aufnahmeelement wird in Fig. 3b gezeigt. Hier ist das strahlungsdurchlässige erste Medium 13 mit seiner Grenz- schicht noch horizontal zur Kamera orientiert. Fig. 3c zeigt schematisch das von der Kamera wahrgenommene Bild. Auf ei- ner Detektorfläche 15 aus Zeilen und Spalten von Bildpunk-

ten bzw. Pixeln wird das Abbild der Grenzschicht 16 proji- ziert. Dieses Abbild kann durch die Abschattung der einzel- nen Bildpunkte in Signale umgewandelt werden, aus denen die Lage bzw. Orientierung der Grenzschicht abgeleitet wird.

Gegenüber der grundsätzlich ebenfalls realisierbaren erfin- dungsgemässen Erkennung eines reinen hell-dunkel-Übergangs, z. B. wie in Fig. 2b dargestellt, bietet die Detektion einer Grenzschicht zwischen zwei durchstrahlbare Medien die Mög- lichkeit, im Abbild der Grenzschicht 16 zwei Kanten zur La- gebestimmung auszuwerten. Neben einer Auswertung einer rei- nen Abschattung von Bildpunkten kann auch eine Berücksich- tigung weiterer Eigenschaften erfolgen. So kann durch die Erkennung von Grauwerten oder durch eine Farbkamera eine genauere Auflösung der Lage der Grenzschicht erzielt wer- den. Auch können ergänzend weitere Merkmale wie z. B. farb- liche Veränderungen aufgrund von Brechung oder Streuung mitberücksichtigt werden.

Die Veränderung der Lage der Grenzschicht bei einer aus- schliesslichen Längsneigung des Neigungsmessers bzw. der Basis 1 ist in Foig. 4a-c schematisch dargestellt. Fig. 4a zeigt die Drehung des Neigungsmessers gegenüber der Senk- rechten als Längsneigung. Die Grenzschicht 14 bleibt in ih- rer absoluten Lage unverändert und damit gegenüber dem Vek- tor der Schwerkraft horizontiert. Wie in Fig. 4b gezeigt verändert sich jedoch die relative Lage der Grenzschicht 14 als Lage gegenüber der Basis 1 bzw. gegenüber der Kamera.

Nun ist die Grenzschicht 14 geneigt. Das entsprechende Ab- bild der Grenzschicht 16 auf der Detektorfläche 15 ist in schematisch Fig. 4c dargestellt, wobei dieses Abbild nun ei- ne Neigung gegenüber der Kamera bzw. der Detektorfläche be- sitzt.

In Fig. 5a-e werden die Verhältnisse bei einem waagrecht orientierten erfindungsgemässen Neigungsmesser in seitli- cher Ansicht dargestellt. Fig. 5a zeigt den Neigungsmesser in Draufsicht, wohingegen in Fig. 5b eine seitliche Sicht erfolgt, die in Fig. 5a einem Blick von rechts entspricht.

In Fig. 5b ist in dieser Seitenansicht der Aufbau des Nei- gungsmessers schematisch dargestellt. Auf der Basis 1 ist eine Kamera 9 angebracht, die mittel-oder unmittelbar ein Aufnahmeelement 6 mit einer ersten Oberfläche 7 und einer zweiten Oberfläche 8 trägt. Auf der anderen Seite der Basis 1 ist die Auswerteeinheit 10 angebracht. Fig. 5c zeigt eine abstrahierte Darstellung dieser Seitenansicht der Fig. 5b nach einer Drehung um 90° nach links. Von links fällt Strahlung S auf das Aufnahmeelement 6 mit dem darin befind- lichen strahlungsdurchlässigen ersten Medium 13. Nach Durchqueren des Aufnahmeelementes fällt diese Strahlung auf die Kamera 9 und bildet so die Grenzschicht 14 auf die De- tektorfläche der Kamera 9 ab. In Fig. 5d ist die Lage der Grenzschicht 14 relativ zur Kamera dargestellt. Fig. 5e zeigt das zugehörige Abbild der Grenzschicht 16 auf der De- tektorfläche 15.

In Fig. 6a-e erfolgt die Darstellung für einen geneigten Neigungsmesser, wobei die Drehung um eine zur bisherigen Drehung senkrecht orientierten Achse erfolgt. Eine aus ei- ner solchen Drehung resultierende Lage wird als Querneigung bezeichnet. Fig. 6a zeigt den Neigungsmesser in Draufsicht, Fig. 6b zeigt den Neigungsmesser in Seitenansicht. In Fig. 6c ist erkennbar, dass die hier exemplarisch als Flüssigkeits- spiegel ausgebildete Grenzschicht 14 im Aufnahmeelement 6 nun gegenüber der Einfallsachse der Strahlung S geneigt ist. Damit erscheint, wie in Fig. 6d dargestellt, aus Blick- richtung der Kamera die Grenzschicht 14 verbreitert. Wie in

Fig. 6e gezeigt erscheint das Abbild der Grenzschicht 16' auf der Detektorfläche nun ebenfalls verbreitert, so dass eine grössere Anzahl von Bildpunkten betroffen ist. Die Breite des Abbildes der Grenzschicht 16'und die Quernei- gung des Neigungsmesser sind miteinander korreliert, so dass aus dieser Breite auf die Neigung geschlossen werden kann.

Die Fig. 7a-d zeigen eine zweite Ausführungsform eines er- findungsgemässen Neigungsmessers, die beispielsweise in Lotstöcken oder ähnlichen geodätischen Geräten verwendet werden kann.

In Fig. 7a ist der Aufbau eines solchen Neigungsmessers schematisch dargestellt, wobei sich der Neigungsmesser in waagerechter Position befindet. Die Basis 1'ist im wesent- lichen u-förmig ausgebildet und nimmt zwischen den beiden Schenkeln eine Strahlungsquelle 2 auf. Die Strahlungsquelle emittiert Strahlung S, die von einer Linse 3 kollimiert wird. Die kollimierte Strahlung S wird danach auf das Auf- nahmeelement 6'geführt, das mittelbar oder unmittelbar auf einer Kamera 9 angebracht ist. Auf der der Kamera 9 entge- gengesetzten Seite der Basis 1'ist eine Auswerteeinheit angebracht. Das Aufnahmeelement 6 weist zwei Oberflächen auf, von denen die erste Oberfläche 7 im wesentlichen plan ausgebildet ist, wohingegen die zweite Oberfläche 8'eine Wölbung besitzt. Das Aufnahmeelement ist mit einem liquiden Medium befüllt, in dem sich eine Luftblase als zweites Me- dium befindet, wobei auch andere Gase oder gegebenenfalls eine weitere Flüssigkeit die Funktion der Luftblase ausüben können. Alternativ kann jedoch auch eine andere Kombination von Medien eine erfindungsgemässe Eignung besitzen. Z. B. kann anstelle der Luftblase ein Quecksilbertropfen in einem

Öl verwendet werden, so dass dieser Tropfen im Gegensatz zur Blase nicht an der Oberfläche schwimmt sondern am Boden des Gefässes verbleibt. Die jeweilige konkrete Ausgestal- tung wird unter anderem von baulichen Gegebenheiten abhän- gen. So würde beispielsweise die Verwendung eines Quecksil- bertropfens die Orientierung der zweiten Oberfläche 8'mit der Wölbung in Richtung Erdboden erfordern.

Fig. 7b zeigt eine Draufsicht auf den Neigungsmesser, bei dem die Strahlungsquelle 2 unter Weglassung ihrer Halterung nur angedeutet ist. Die Strahlung dieser Strahlungsquelle durchleuchtet das Aufnahmeelement 6'und fällt auf die da- runterliegende Kamera 9, die auf der Basis 1'montiert ist.

In Fig. 7c ist der Blick in das Aufnahmeelement aus Richtung der Kamera dargestellt. In einem strahlungsdurchlässigem ersten Medium 13'ist eine Luftblase 17 anhand ihrer Grenz- schicht zu erkennen. Alternativ oder ergänzend können neben der Identifikation der Grenzschicht auch weitere Merkmale der Luftblase 17, wie z. B. eine Veränderung des Transmissi- onsgrades aufgrund des im strahlungsdurchlässigen ersten Medium 13'zurückgelegten Weges oder eine Veränderung des Transmissionsgrades aufgrund eines unterschiedlichen Trans- missionskoeffizienten der Luftblase, verwendet werden. Das Abbild der Grenzschicht 16''der Luftblase auf der Detek- torfläche 15 der Kamera ist in Fig. 7d schematisch darge- stellt.

In Fig. 8a-e sind die Verhältnisse für eine Querneigung des Neigungsmessers schematisch dargestellt. Fig. 8a zeigt eine Verkippung der Basis 1'nach rechts, die somit einer Quer- neigung entspricht. Die Luftblase 17 hat sich nun innerhalb des Aufnahmeelementes 6'nach links verlagert. Diese Verla-

gerung wird auch in Fig. 8b und Fig. 8c gezeigt. Fig. 8b ent- spricht einem Blick aus Richtung Kamera auf das Aufnahme- element. Die Luftblase ist nun bezüglich der Kamera nach links verschoben. Das zugehörige Abbild der Grenzschicht 16''auf der Detektorfläche 15 ist in Fig. 8c gezeigt.

Wird die zweite Oberfläche des Aufnahmeelementes in ihrer Wölbung so ausgeformt, dass die Luftblase in Abhängigkeit vom Neigungsgrad deformiert wird, kann aus der Form bzw. der Formveränderung des Abbildes auf die Neigung geschlos- sen werden. Eine geeignete Form könnte beispielsweise eine asphärische Wölbung mit einer gegenüber einer Sphäre stär- ker oder geringer zunehmenden Krümmung darstellen. In Fig. 8d und Fig. 8e ist beispielhaft eine asphärische Form mit nach aussen abnehmendem Krümmungsradius dargestellt.

Mit zunehmender Neigung wird die Luftblase somit eine zu- nehmend länglichere Form annehmen. In Fig. 8d wird ein Blick aus Richtung Kamera auf das Aufnahmeelement dargestellt.

Die Luftblase ist nun bezüglich der Kamera nach links ver- schoben und länglich ausgeformt. Das zugehörige Abbild der Grenzschicht 16'''auf der Detektorfläche 15 ist in Fig. 8e gezeigt.

Die dargestellten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für erfindungsgemässe Realisierungen dar und sind daher nicht abschliessend und einschränkend zu verstehen. Darüber hinaus kann der Fachmann weitere erfindungsgemässe Ausfüh- rungsformen, z. B. unter Verwendung anderer Strahlgänge oder Umlenkelemente, wie beispielsweise Prismen, streuender Flä- chen oder Lichtleitern, oder alternativer Formen des Auf- nahmeelementes und der darin befindlichen Medien ableiten.

Insbesondere ist es möglich, statt fluider Medien auch pen-

delartige Festkörper oder Kombinationen von Festkörpern und fluiden Medien zu verwenden.

In den Figuren sind die Bildpunkte der Detektorfläche und insbesondere deren Zahl rein schematisch dargestellt. In den realen Ausführungsformen ist die Zahl der Bildpunkte verfügbarer Kameras meist höher, so dass höhere Auflösungen der Lage bzw. Winkel erzielbar sind.