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Die Erfindung betrifft eine opto-elektronische Messeinrichtung mit einer Laser-Sendeelnnchtung zum Aussenden einer Folge von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung, die von Im Strahlengang der
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! tungsstu-fe, in welcher diese Signale verstärkt, eventuell umgeformt und vorzugsweise digitalisiert werden und einem Prozessor, welcher aus den Echosignalen in Verbindung mit Startimpulsen Entfernungswerte ermittelt und gegebenenfalls aus zumindest zwei Entfernungswerten und den zugehöngen Messzeltpunkten die Geschwindigkeit des m Strahlengang befindlichen Zieles berechnet, ferner mit einer Visiereinrichtung, in deren optisches System vorzugsweise die Laser-Sendeeinrichtung, zB eine Laserdiode, über ein Strahlteilungprisma eingesiegelt ist.
Bekannte Einrichtungen dieser Art weisen als Visiereinrichtung ein Fernrohrsystem auf, das ein Objektiv umfasst, das In einer Zwischenbildebene ein Bild des Objektes erzeugt, welches Bild vom Benutzer durch ein Okular vergrössert betrachtet werden kann. Um ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild zu erhalten, wird im Strahlengang des Objektives ein Umkehrprisma angeordnet. Das optische System der Visiereinrichtung wird üblicherweise als Kollimator für die Sende- oder Empfangsdiode verwendet, wobei die von der Sendediode emittierte Strahlung in den Strahlengang des Systems eingespiegelt wird. In analoger Weise wird bel Kombination der Visiereinrichtung mit der Empfangsdiode ein Teil der durch das Objektiv einfallenden Strahlung aus dem Fernrohrsystem ausgespiegelt und der Empfangsdiode zugeleitet.
Andere bekannte Einnchtungen basieren auf einem separatem Zielfernrohr, dessen optische Achse parallel zu den Achsen der Sende- und Empfangselnnchtung ist und In das gegebenenfalls zusätzliche Daten eingesiegelt werden
Aus einer Reihe von Gründen hat sich allerdings die Kombination der Vlsier-Elnnchtung mit der Sendediode als die zweckmässigere Lösung herausgestellt. Die Strahlenteilung erfolgt durch einen Teilungspiegel bzw. ein Teilungsprisma.
Um dem Benutzer ein exaktes Anvisieren eines Zieles zu ermöglichen, ist in der Zwischenbildebene eine Stnchplatte mit einem Absehen z. B. mit einem Fadenkreuz angeordnet, das dem Benutzer die optische Achse, bzw. bel abgesetztem Zielfernrohr die Richtung des Sendestrahles angibt.
In modernen Geräten wird schliesslich in das Fernrohrsystem ein Displayeingesplegelt, mittels welchem dem Benutzer gleichzeitig mit dem Bild des Zieles die entsprechenden Messwerte, z. B. die Entfernung und/ oder die Geschwindigkeit des Zieles oder andere relevante Werte, wie Uhrzeit etc. angezeigt werden. Diese Einspiegelung erfolgt typischerweise über ein Objektiv, welches das Display In die Zwischbildebene abbildet und ein Teilungsprisma, bzw. einen Teilungsspiegel, wobei Im allgemeinen das oben genannte Prisma bzw. der oa. Spiegel mitbenutzt werden kann.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist für ein Gerät der oa. Art der Aufwand an optischen Elementen beträchtlich, was sich einerseits In hohen Kosten aber auch in einem relativ hohem Gewicht und grossen Abmessungen des Gerätes niederschlägt. Zu den hohen Teilekosten für das optische System kommen noch relativ hohe Kosten für die Justage des Systems. Schliesslich ist bei so komplexen optischen Systemen das Risiko einer Dejustage gegeben, speziell dann, wenn das Gerät unter schwierigen Umweltbedingungen eingesetzt werden muss.
Diese Probleme bekannter Einrichtungen werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Visiereinrichtung ein im Strahlengang der Sendeeinrichtung angeordnetes, bildgebendes opto-elektronisches Array (Photo-Dioden-Array, CCD-Array) umfasst, auf welches durch das optische System der Sende-Einrichtung ein, insbesonders seiten- und höhen-verkehrtes Bild projizierbar ist, sowie ein Display, vorzugsweise ein LCD-Display, zur Anzeige eines Bildes des Zieles sowie der Messdaten und gegebenenfalls weiterer, für die Messung relevanter Daten., sowie eine Bildverarbeitungsstufe, in welcher die Videosignale des PhotoDioden-Arrays so bearbeitet werden, dass am Display ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild erzeugt wird,
wobei die Bildverarbeltungs-Stufe mit dem Prozessor der Messeinrichtung verbunden ist und Messdaten und eventuell andere Daten mit dem Videosignal so verknüpft, dass diese am Display in das Bild eingeblendet erscheinen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Bildverarbeitungsstufe Einrichtungen zur elektronischen Erzeugung eines Absehens im Bild auf, durch welches am Display die Achse und/oder die Ausdehnung des Laser-Messstrahles und/oder der Zielerfassungsbereich anzeigbar ist.
Vorteilhaft umfasst die Bildverarbeitungseinnchtung eine elektronische Zoom-Einrichtung, mittels welcher mit elektronischen Mitteln das Bildfeld veränderbar ist, wobei bei Darstellung eines Absehens, dieses in seiner Grösse zusammen mit dem Fernsehbild verstellbar ist.
In einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische System der Visiereinnchtung in an sich bekannter Welse ein Strahlenteilungsprisma und ist so abgestimmt ist, dass eine Ebene einer
Zwischenabbildung im wesentlichen in einer ersten Begrenzungsfläche des Strahlteilungsprismas liegt, wobei das Photo-Dioden-Array starr mit demselben verbunden, vorzugsweise mit diesem verkittet ist,
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Sendediode starr mit demselben verbunden, vorzugsweise mit diesem verkittet ist, so dass auch bel Einwirkung grosser Kräfte auf das Messsystem die Zuordnung zwischen Messstrahl und Absehen unverändert bleibt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die Fig. 1 zeigt In einer Schnittdarstellung eine mögliche Realisierung eines Laser-Entfernungsmessgerätes gemäss dem Stand der Technik. Die Fig. 2 zeigt ebenfalls im Schnitt ein Laser-Entfernungs-und/oder Geschwindigkeitsmess- Gerät gemäss der Erfindung. Die Fig. 3 veranschaulicht ein Detail der in Flg. 2 gezeigten Einrichtung. Die Fig. 4 stellt eine Variante zu der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung dar.
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Stand der Technik gezeigt. Mit 60 ist ein Gehäuse aus Leichtmetall bezeichnet das an seiner Vorderseite ein Sendeobjektiv 61 und ein Empfangsobjektiv 62 trägt.
Im Strahlengang des letzteren befindet sich ein Umlenkspiegel 63 und eine Laser-Empfangsdiode 64, z. B. eine sogen. Avalanche-Diode. Die Sendeoptik hat eine Mehrfachfunktion : erstens dient das Sendeobjektiv 61 als Kollimator, der die lichtemlttlernde Fläche der Laserdiode 65 Ins Unendliche abbildet. Zweitens dient das Sendeobjektiv 61 als Teil eines Zielfernrohrsystems, welches das Anvisieren eines Zieles und Ausnchten des Laserssenders auf dieses Ziel ermöglicht. Dieses Fernrohrsystem verfügt über ein Umkehrprisma 66 und ein mehrteiliges Okular 67. Die Fassung 70 des Okulars weist ein Feingewinde auf und ist mit diesem im Gehäuse 60 zur Scharfstellung axial verstellbar.
Zwischen Umkehrprisma und Okular befindet sich ein Strahlteilungsprisma 71, dessen Teilungsfläche 72 in der Weise teilverspiegelt ist. dass bevorzugt Infrarotstrahlung der von der Sendediode 65 emittierten Wellenlänge reflektiert wird, während sichtbares Licht weitgehend ungestört passiert. Eine aus zwei Glasplättchen 68 und 69 aufgebaute Strichplatte ist in die Fassung 70 des Okulars 67 integriert.
In das Plättchen 69 ist an der dem Plättchen 68 zugewendeten Seite ein Absehen eingraviert. Belde Plättchen sind mittels eines optischen Kittes (z. 8. Kanada-Balsam) miteinander verkittet. Die Laserdiode 65 wird über einen Justlerspiegel 74 in das Strahlenteilungsprisma 71 eingesiegelt..
Ein Objektiv 75 und ein Umlenkspiegel 76 dienen zur Einspiegelung eines Displays 77 in den Strahlengang der Visiereinrichtung. Nicht gezeigt ist in der Abbildung die Sende-, Empfangs- und AuswerteElektronik sowie die Stromversorgung und die verschiedenen Schalt-und Steuereinrichtungen.
Die Fig. 2 veranschaulicht ebenfalls in einer Schnittdarstellung eine Laser-Entfernungs-und Geschwin- digkelts-Messeinnchtung gemäss der Erfindung. In der Zeichnung sind die Elemente, die den in Fig. 1 gezeigten unmittelbar entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In einem Gehäuse 60 ist ein Objektiv 61 der Visiereinrichtung des Gerätes angeordnet, In dessen Strahlengang, die Laserdiode 65 eingespiegelt ist. Ein zweites Objektiv 62 konzentriert die einfallende Strahlung über einen Umlenkspiegel 63 aufeine Photodiode 64. Im Strahlengang des Objektives 61 ist ein weiterer Umlenkspiegel 120 angeordnet, der das einfallende Licht zu einem Strahlenteilerprisma 121 lenkt.
Das würfelförmige Teilungsprisma 121 besteht aus 2 Prismen die längs ihrer Hypothenusen-Fläche miteinander verkittet sind. Diese Fläche ist mit einem dichroiischen Belag 122 beschichtet, der bewirkt, dass die Infrarot-Strahlung der Laserdiode 65 im wesentlichen ungeschwächt passieren kann, während Licht aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums reflektiert wird. Auf einer Fläche des Prismas 121 ist eine metallische Fassung 123 für die Laserdiode 65. auf einer anderen Fläche ein bildgebendes optoelektronl- sches Array 124 aufgekittet. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein farbtüchtiges Array. Die Signale des Arrays 124 werden einer Bildverarbeitungsstufe 125 zugeleitet, die ein Kathodenstrahl-bzw. LCDDisplay 126 ansteuert.
Dieses Display kann durch eine Lupe 127 vergrössert betrachtet werden. Das Display und die zugehörige Lupe sind in einem separaten Gehäuse 128 untergebracht, das an dem Gehäuse 60 befestigt und gegenüber diesem schwenkbar angeordnet ist.
Das Laserentfernungs- und Geschwindigkeitsmess-System wird von einer Stufe 129 gesteuert, das einerseits die Laser-Sendediode 65 entsprechend impulsweise mit Energie versorgt. Auf der anderen Seite werden dieser Stufe die Signale der Empfangsdiode 64 zugeführt. Aus der Laufzeit der Impulse werden In der Stufe 129 durch einen Prozessor Entfemungs- und gegebenenfalls in weiterer Folge aus mehreren Entfernungswerten Geschwindigkeitswerte ermittelt. Die Ausgangssignale der Stufe 129 werden einem Zeichengenerator 130 zugeführt, der aus den digitalen Signalen alpha-numensche Zeichen bildet. In dieser Stufe wird auch ein Absehen generiert, das zusammen mit den Messwerten dem am Display angezeigtem Bild des Zieles überlagert wird. Der Zeichengenerator kann auch über eine elektronische Uhr, z.
B. über eine Funkuhr verfügen, so dass gleichzeitig mit den Messwerten Datum und Uhrzeit der Messung angezeigt werden kann. Die Bildverarbeitungsstufe 125 verfügt ferner über einen Bildspeicher, In welchem das TVBild zum Zeitpunkt der Messung mit Absehen und Messwerten abgespeichert werden kann. Die Bildverarbei- tungsstufe 125 weist neben der Anspeisung für das Display 126 einen externen Videoausgang 131 auf,
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über welchen ein externer Monitor 132 und / oder ein Videorekorder 133 angeschlossen werden kann.
Der Umlenkspiegel 120 kann justierbar ausgebildet sein, um den Laser-Sendestrahl sowie die TVVisiereinrichtung auf die optische Achse 138 des Objektives 61 auszurichten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stützt sich der Spiegel 120 auf 2 orthogonal angeordneten Paare von Piezoschwingern 134-137 ab.
Die Aktoren eines Paares 134, 135 und 136,137 werden jeweils gegenphasig angesteuert, so dass der Spiegel bei Ansteuerung der genannten Aktoren jeweils um Achsen verschwenkt wird, die durch den Schnittpunkt der optischen Achsen 138 und 139 verlaufen (vgl. hierzu auch Fig. 3). Die Aktoren 134-137 werden durch eine Stufe 140 so angesteuert, dass höherfrequenten Bewegungen des Gerätes, wie sie beim Halten aus freier Hand typischer Weise auftreten, ausgeglichen werden und der Laser-Sendestrahl und die optische Achse der Visiereinrichtung durch diese Zitterbewegung nicht beeinflusst werden. Dies Ist vor allem bei Verwendung von langbrennweitigen Objektiven mit kleinem Gesichtsfeld wesentlich, wie sie bei modernen Lasermessgeräten mit grosser Reichweite eingesetzt werden.
Diese optische Stabilisiereinrichtung wird von Beschleunigungsensoren 141 angesteuert, wobei nur der Frequenzbereich der Zltterbewegungen für eine Kompensation herangezogen wird. Durch 2-fach Integration werden die Winkel ermittelt, um welche das Gerät bewegt wird. Der Spiegel 120 wird in Abhängigkeit von diesen Winkeln um seine beiden Achsen verstellt.
Anstelle von Beschleunigungssensoren oder zusätzlich zu diesen kann in an sich bekannter Welse ein Signal aus dem Bild abgeleitet werden, das als Eingangsgrösse für die Ansteuerstufe 140 dient. Das Gesichtsfeld der Empfangseinrichtung muss in einer solchen Ausführung naturgemäss um den maximalen Ablenkwinkel der Stabiiisiereinrichtung grösser sein als das Gesichtsfeld der Sendeeinrichtung.
Die Bildverarbeitungsstufe 125 kann mit einer "Elektronischen Zoom-Einrichtung" versehen sein, mit welcher das Gesichtsfeld der Visiereinnchtung dem jeweiligen Einsatz angepasst werden kann. Bel Messungen über grosse Distanzen wird man ein kleines Gesichtsfeld wählen, bei Messungen m einem Nahbereich ein grosses. Da der Öffnungswinkel des Laserstrahles hierbei nicht verändert wird, muss das Absehen, welches in der Regel nicht nur die optische Achse des Laserstrahles bezeichnet, sondern auch die Grösse des Messfeldes anzeigt, mitvergrössert bzw. verkleinert werden. Da das Absehen rein elektronisch in dem Zeichengenerator 130 erzeugt wird, wird es in der nachgeschalteten Bildverarbeitungsstufe 125 zusammen mit dem Video-Bild vergrössert bzw. verkleinert.
Um die am Display 126 anzuzeigenden Messwerte immer in gleicher Grösse erscheinen zu lassen, werden in einem solchen Falle die entsprechenden Signale dem Ausgang der Btidverarbeitungsstufe überlagert.
In Fig. 4 ist eine Variante des oben beschnebenen Gerätes gezeigt Anstelle einer Visiereinrichtung mit einem Okular 127, weist das Gerät 100 einen grossen, in das Gerät einklappbare LCD-Bildschirm 99 auf, über welchen inbesonders bequemer Weise ein Ziel anvisiert werden kann. Am Bildschirm ist neben dem Ziel das Absehen sichtbar, das durch einen Punkt 101 die Achse des Laserstrahles angibt. Der Kreis 102 bezeichnet das Messfeld der Einrichtung unter Berücksichtigung der zulässigen Einstelltoleranzen. Mit 103 sind die Messwerte bezeichnet, mit 104 Datum und Uhrzeit.
Der Vorteil der ausschliesslichen Verwendung eines Video-Visiers besteht in der wesentlichen Vereinfachung des optischen Systems, was zu kleineren und leichteren und im allgemeinen auch kostengünstigeren Gerätekonzepten führt, da ein aufwendiges optisches Bildumkehrsystem und eine optische Einrichtung zum Einblenden der Messwerte entfallen kann.
Darüberhinaus bietet dieses Konzept eine Reihe von Optionen, die bei konventionellen optischen Visiereinrichtungen nicht oder nur mit einem grossen zusätzlichen Aufwand realisierbar sind. Diese sind Im besonderen die Möglichkeit ein externes, gegebenenfalls weit vom Aufstellungsort des Gerätes angeordnetes Display einzusetzen und eventuell einen gesamten Messvorgang auf einem handelsüblichen VideoRekorder aufzuzeichnen. Eine solche Aufzeichnung ist besonders bel Messungen aus grosser Distanz von Vorteil Soll z. B. die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges aus einer Distanz von ca. 1000 m gemessen werden, so wird man im allgemeinen das Fahrzeugkennzeichen in der Visiereinrichtung nicht mit Sicherheit identifizieren können.
In einem solchen Fall kann nach der Messung das Fahrzeug in einer Sequenz durch Nachführen des Gerätes bis in einen Nahbereich verfolgt werden, in welchem weitere Einzelheiten, insbesondere das Kennzeichen deutlich erkennbar sind. Durch die ununterbrochene Bildfolge und / oder die mitaufgezeichnete Zeit ist auch in einem solchen Falle ein Fahrzeug eindeutig den Messdaten zuordenbar.
Weitere Optionen bestehen in der Möglichkeit eines "elektronischen Zooms" und einer optischen Bildstabilisierung, welche den Einsatzbereich des Gerätes vergrössern und eine sichere Messung über grosse Distanzen auch aus freier Hand ermöglichen.