Biaxialer elektrooptischer Entfernungsmesser mit Tripeispiegeireflektor
Die Erfindung betrifft einen biaxialen elektrooptischen Entfernungsmesser mit Tripelspiegelreflektor, der aus mindestens einem Tripelspiegel besteht.
Bei den elektrooptischen Entfernungsmessern wird bekanntlich das Strahlenbündel von einer Lichtquelle über ein am Anfang der Messstrecke befindliches optisches System zum Reflektor, welcher am Ende der zu vermessenden Strecke aufgestellt ist, gesendet. Das reflektierte Bündel gelangt zurück auf die Empfängeroptik. Im Handbuch der Vermessungskundes von Jordan/Eggert/Kneissl, Band VI, werden einige elektrooptische Entfernungsmesser, deren Sender- und Empfängeroptik entweder koaxial oder biaxial angeordnet ist, näher beschrieben. Die koaxiale Anordnung hat den Nachteil, dass das in diesem Falle zur Begrenzung der Baulänge stets notwendige Spiegelsystem eine grössere Temperaturempfindlichkeit der Fokussierung aufweist als nur aus Linsen bestehende optische Systeme.
Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass bei gleicher wirksamer Fläche der Eintritts- bzw.
Austrittspupillen der Empfänger- bzw. Senderoptik ihr kleinster Durchmesser grösser ist als der der biaxialen Anordnung; dort kann zwischen einem schmalen Aufbau (mit übereinanderliegenden Objektiven) und einem niedrigen Aufbau (mit nebeneinanderliegenden Objektiven) gewählt werden. Ferner hat sich gezeigt, dass bei gewissen koaxialen Anordnungen das elektrische Über- sprechen störend in Erscheinung tritt. Die biaxiale Anordnung von Sende- und Empfängeroptik bietet demnach eine Reihe von konstruktiven Vorteilen.
Allerdings hatten die Prismenreflektoren, welche bisher für die biaxialen elektrooptischen Entfernungsmesser Verwendung fanden und die die Parallelrückstrahlwirkung eines Tripelspiegels ausnutzten, einen schlechten Wirkungsgrad, da sie zur Anpassung an die jeweilige Messentfernung entweder mit Korrekturkeilen versehen werden mussten oder aber weil Kombinationen von Tripelspiegeln verwendet wurden, von denen jeder einzelne durch Abweichungen der wirksamen Winkel von 900 für eine bestimmte Messentfernung ausgelegt war, so dass jeweils nur eines von mehreren Reflektorelementen voll zur Wirkung kommen konnte.
Der erfindungsgemässe Reflektor, welcher aus mindestens einem Tripelspiegelelement besteht, weist einen höheren Wirkungsgrad auf als die bisher bekanntgewordenen Reflektoren, indem er einen Parallelversatz zwischen ein- und zurückgestrahlten Bündeln erzeugt, der zumindest näherungsweise gleich dem Achsabstand von Sender- und Empfängeroptik des Entfernungsmessers ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tripelspiegel in zwei zueinander und zur Messrichtung senkrechten Richtungen Abmessungen aufweist, deren Verhältnis mindestens 1,5 beträgt und dass die grösste Abmessung senkrecht zur Messrichtung zumindest näherungsweise gleich der Summe der Durchmesser von Sender- und Empfängerobj ektiv des Entfernungsmessers ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschema eines biaxialen Entfernungsmessers mit dem Reflektor gemäss Erfindung,
Fig. 2 den Reflektor.
Die Fig. 1 zeigt schematisch das Gehäuse 1, in welchem der Senderteil 11 und der Empfängerteil 12 zu einer Baueinheit vereinigt sind. Diese Baueinheit ist auf einem nicht gezeigten Dreifuss schwenkbar und kippbar befestigt. Ein Teil der elektronischen Schaltungen des gesamten Gerätes ist im Anzeigeteil 2 untergebracht.
Die Anzeige der zu messenden Entfernung erfolgt digital, z. B. in m und cm. Am anderen Ende der Messstrecke befindet sich der Reflektor 3, welcher bei die sem Ausführungsbeispiel als ein einzelnes Prisma dargestellt ist. L)as Prisma hat die Form emes sogenannten lnpelstreifens und ist so ausgebildet, dass das von der Lummeszenzdiode 14 des benderteils 11 kommende Straulenbündel 4, von dem in der Fig. 1 nur zwei Strahlen dargestellt sind, an den Flächen 31, 32, 33, weiche senkrecht auteinanderstehen, reflektiert wird.
Das austretende Bündel 5 ist bei der erfindungsgemässen Austüarungstorm des Reflektorprismas zum Bündel 4 um einen Betrag B versetzt. Dieser Betrag ist im in Fig. 1 dargestellten Beispiel gleich dem Abstand A der optischen Achsen vom Sender- und Empfängerobjektiv 16 und 17. Die Fläche 34, welche der Sender- und Empfängeroptik zugewandt ist, hat eine Längsabmessung, welche mindestens um das 1,Sfache grösser ist als die Höhe des Prismas. Die Längsabmessung dieser Fläche ist zumindest näherungsweise gleich der Summe der Durchmesser der Sender- und Empfängerobjektive 16 und 17 der Baueinheit 1. Das Prisma 3 kann durch Anschleifen zweier im rechten Winkel zueinander stehenden Dachflächen an Stelle einer Kathetenfläche aus einem gleichschenkeligen, rechtwinkligen Prisma hergestellt werden.
Ein aus derartigen Prismen zusammengesetzter Reflektor erspart wegen der bekannten Eigenschaften des Tripelspiegels das Ausrichten auf die Baueinheit 1, da alle Strahlen, aus welcher Richtung sie auch einfallen mögen, in ihre Herkunftsrichtung zurückgeworfen werden. Der Versatz zwischen dem in die Fläche 34 eintretenden Strahlenbündel 4 und dem aus dieser Fläche austretenden Strahlenbündel 5, welcher in Grösse und Richtung gleich oder näherungsweise gleich dem Achsabstand der Sender- und Empfängeroptik 16 und 17 ist, bewirkt überdies einen von der Entfernung der zu messenden Strecke unabhängigen Wirkungsgrad des Reflektors und somit ein maximales Empfangssignal für alle Messentfernungen.
Die Gallium-Arsenid-Lumineszenz-Diode 14 im Senderteil il strahlt eine amplitudenmodulierte Trägerwelle im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 8750 Ä. aus. Die Strahlung wird durch das Sendeobjektiv 16 gebündelt. Das Strahlenbündel 4 wird am Reflektor reflektiert; das reflektierte Bündel 5 gelangt somit in das Empfängerobjektiv 17, welches dieses Bündel auf eine Silizium-Photodiode 15 fokussiert. Aus der Phasendifferenz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal kan in bekannter Weise auf die Entfernung geschlossen werden.
Die Fig. 2 zeigt ein Gehäuse 6 mit drei Tripelprismen 3, sowie zwei weitere Gehäuse 61, 62 mit je drei Tripelprismen. Die gekreuzten Linien in- den Prismen sind die Schnittlinien der Prismenfläche 31 mit den Prismenflächen 32 und 33 und deren Spiegelbilder. Die Prismen sind übereinander angeordnet. Das Gehäuse 6 ist über den Fuss 7 an der Platte 8 des nicht gezeigten Dreifusses befestigt. Drei Prismen im Gehäuse 6 genügen für die Messung von mittleren Entfernungen.
Bei grösseren Entfernungen können sechs weitere Prismen, welche in den Gehäusen 61 und 62 befestigt sind, hinzugefügt werden, so dass der Reflektor aus neun Prismen besteht. Die beiden zusätzlichen Prismengehäuse 61 und 62 sind durch einen Steg 9 verbunden, an welchem der Handgriff 91 angebracht ist. Hierdurch können die zusätzlichen Gehäuse 61, 62 leicht am Grundgehäuse 6 befestigt werden. Zu diesem Zwecke besitzen die Gehäuse an ihren gegenüberliegenden Seitenflächen besondere Vorrichtungen, welche der Orientierung und Befestigung dienen. Das Gehäuse 6 kann allein oder gemeinsam mit den beiden andern Gehäusen 61 und 62 mittels Steh- und Kippachse grob orientiert werden.
Biaxial electro-optical range finder with triple mirror reflector
The invention relates to a biaxial electro-optical range finder with a cube-corner reflector, which consists of at least one cube-corner mirror.
In the case of electro-optical rangefinders, as is known, the beam of rays is sent from a light source via an optical system located at the beginning of the measuring section to the reflector, which is set up at the end of the section to be measured. The reflected bundle is returned to the receiver optics. In the Handbuch der Vermessungskundes by Jordan / Eggert / Kneissl, Volume VI, some electro-optical rangefinders whose transmitter and receiver optics are arranged either coaxially or biaxially are described in more detail. The coaxial arrangement has the disadvantage that the mirror system, which is always necessary in this case to limit the overall length, has a greater temperature sensitivity of the focusing than optical systems consisting only of lenses.
Another disadvantage of this arrangement can be seen in the fact that with the same effective area the entry or
The smallest diameter of the exit pupils of the receiver or transmitter optics is greater than that of the biaxial arrangement; There you can choose between a narrow structure (with lenses one above the other) and a low structure (with lenses next to one another). It has also been shown that in certain coaxial arrangements, electrical cross-talk is a disruptive phenomenon. The biaxial arrangement of the transmitter and receiver optics accordingly offers a number of structural advantages.
However, the prism reflectors, which were previously used for biaxial electro-optical rangefinders and which exploited the parallel reflection effect of a triple mirror, had a poor degree of efficiency, because they either had to be provided with correction wedges to adapt to the respective measuring distance or because combinations of triple mirrors were used each of which was designed for a specific measuring distance due to deviations in the effective angle of 900, so that only one of several reflector elements could have its full effect.
The reflector according to the invention, which consists of at least one cube-corner mirror element, has a higher degree of efficiency than the previously known reflectors in that it generates a parallel offset between the beamed in and beamed back beams that is at least approximately equal to the center distance of the transmitter and receiver optics of the range finder.
The invention is characterized in that the cube-corner mirror has dimensions in two directions perpendicular to each other and to the measuring direction, the ratio of which is at least 1.5, and that the largest dimension perpendicular to the measuring direction is at least approximately equal to the sum of the diameters of the transmitter and receiver lenses of the range finder is.
In the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 shows a basic diagram of a biaxial range finder with the reflector according to the invention,
Fig. 2 shows the reflector.
Fig. 1 shows schematically the housing 1, in which the transmitter part 11 and the receiver part 12 are combined to form a structural unit. This structural unit is attached pivotably and tiltably on a tripod, not shown. Some of the electronic circuits of the entire device are accommodated in the display part 2.
The distance to be measured is displayed digitally, e.g. B. in m and cm. At the other end of the measuring section is the reflector 3, which is shown as a single prism in this embodiment. L) the prism has the shape of a so-called lnpestripe and is designed in such a way that the beam of rays 4 coming from the luminescent diode 14 of the transmitter part 11, of which only two rays are shown in FIG. 1, at the surfaces 31, 32, 33, soft standing vertically, is reflected.
The emerging bundle 5 is offset by an amount B in relation to the bundle 4 in the configuration of the reflector prism according to the invention. In the example shown in FIG. 1, this amount is equal to the distance A of the optical axes from the transmitter and receiver lenses 16 and 17. The surface 34, which faces the transmitter and receiver optics, has a longitudinal dimension which is at least 1.5 times is greater than the height of the prism. The longitudinal dimension of this surface is at least approximately equal to the sum of the diameters of the transmitter and receiver lenses 16 and 17 of the unit 1. The prism 3 can be made from an isosceles, right-angled prism by grinding two roof surfaces at right angles to one another instead of a cathetus surface.
A reflector composed of such prisms saves alignment with the structural unit 1 because of the known properties of the triple mirror, since all rays, from whichever direction they may come, are reflected back in their direction of origin. The offset between the bundle of rays 4 entering the surface 34 and the bundle of rays 5 emerging from this surface, which is the same or approximately the same in size and direction as the center distance of the transmitter and receiver optics 16 and 17, also causes a difference in the distance between the two Distance-independent efficiency of the reflector and thus a maximum reception signal for all measuring distances.
The gallium arsenide luminescence diode 14 in the transmitter part 11 emits an amplitude-modulated carrier wave in the near infrared range with a wavelength of 8750 Å. out. The radiation is focused by the transmission objective 16. The beam 4 is reflected on the reflector; the reflected bundle 5 thus reaches the receiver objective 17, which focuses this bundle onto a silicon photodiode 15. From the phase difference between the transmitted and the received signal, the distance can be inferred in a known manner.
FIG. 2 shows a housing 6 with three triple prisms 3 and two further housings 61, 62 each with three triple prisms. The crossed lines in the prisms are the lines of intersection of the prism surface 31 with the prism surfaces 32 and 33 and their mirror images. The prisms are arranged one above the other. The housing 6 is fastened to the plate 8 of the tribrach (not shown) via the foot 7. Three prisms in the housing 6 are sufficient for measuring medium distances.
For larger distances, six further prisms, which are fastened in the housings 61 and 62, can be added so that the reflector consists of nine prisms. The two additional prism housings 61 and 62 are connected by a web 9 on which the handle 91 is attached. As a result, the additional housings 61, 62 can easily be attached to the basic housing 6. For this purpose, the housings have special devices on their opposite side surfaces which are used for orientation and fastening. The housing 6 can be roughly oriented either alone or together with the other two housings 61 and 62 by means of a standing and tilting axis.